FI107403B - Tiivistejärjestely - Google Patents

Description

107403

TIIVISTEJARJESTELY

Esillä oleva keksintö koskee yleisesti tiivistysjärjestelyä liikkuvan elimen ja kiinteän elimen välillä, jotka on 5 järjestetty ainevirtasuhteeseen toistensa kanssa. Tiiviste järjestelyn tehtävänä on estää kaasun pääsy ympäristöstä ja toisaalta prosessikaasun tai muun aineksen, kuten pölyn, pääsy ympäristöön pyörivän ja kiinteän elimen liittymäalueella. Erityisesti tällaisia laitteita ovat 10 rumpu-uunit ja -kuivaajat, joissa pyörivän rummun toista päätyä ympäröi kiinteä kammio käsiteltävän aineen syöttämiseksi rumpuun ja toista päätyä kammio aineen poistamiseksi. Erityisesti keksintö koskee tiivistejärjestelyä pyörivän rummun ja sen syöttökammion välillä.

15

Rumpu-uunin päiden tiivisteet ovat yleensä joko ns. sokkelo- eli labyrinttitiivisteitä tai liukutiivisteitä. Edelliset ovat kosketuksettomia tiivisteitä, joiden osat on muotoiltu siten, että virtausvastus tiivisteen läpi on 20 mahdollisimman suuri. Ne eivät ole täysin tiiviitä, jolloin kaasuja ja pölyä pääsee useimmiten jonkin verran ympäristöön. Niitä käytetään yleensä silloin, kun pyöri-vässä rummussa vallitsee ympäristöä pienempi paine ja : rummun olosuhteet sallivat pienen vuodon ympäristöstä 25 uunin sisään.

;·. Liukutiivisteillä pyritään parempaan tiiviyteen ja niitä *·,·. käytetään vaativammissa tilanteissa, esimerkiksi silloin • · kun uunissa vallitsevat pelkistävät olosuhteet ja ilma-30 vuoto tiivisteen kautta sisään aiheuttaisi ei-toivottuja palamisreaktioita vuotokohdan läheisyydessä.

• « : ’·· Labyrinttitiiviste on rakenteeltaan yksinkertainen, mutta : se ei sovellu kaikkiin kohteisiin. Liukutiiviste on puo- 35 lestaan kalliimpi ja sitä tarvitsee huoltaa huomattavasti ... useammin, koska liukupintaa on kulumisen estämiseksi tai hidastamiseksi voideltava. Niissä sovellutuksissa, jossa 2 107403 uunissa oleva pöly on kuluttavaa, pölyn ajoittainen joutuminen liukupinnoille lisää voitelusta huolimatta liukupintojen kulumista ja aiheuttaa huomattavaakin huollon tarpeen lisäystä.

5

Sulfaattisellutehtaitten kaustistamoissa kalkki regeneroidaan rumpu-uuneissa. Regenerointiprosessin viimeaikainen kehitys on kuitenkin johtanut tilanteisiin, joissa uunin syöttöpään alue toimii hyvin suurella täyt-10 töasteella. Sen seurauksena kuivaa syötettä (ns. meesaa) pääsee usein tiivisteen kautta ulos ja aiheuttaa uunin ympäristössä huomattavia liiasta pölyämisestä johtuvia haittoja. Tämä tapahtuu siitä huolimatta, että rummun syöttöpäädyn alueella tiivisteen kohdalla vallitsee rum-15 mun sisällä ympäristöä pienempi paine. Pölyvuoto johtuu siitä, että meesan raekoko on hyvin pieni, keskimäärin 10-20 pm. Tällöin meesa liikkeellä ollessaan virtaa kuin vesi ja läpäisee tiivisteen.

20 Pyörivä elin on tavallisesti sylinterin muotoinen, kuten rumpu. Laitteen, kuten rumpu-uunin, toiminnan aikana rummun pää ei pysy paikallaan, vaan se liikkuu rummun akselin suunnassa rummun vaipan lämpöpitenemän verran.

•'· Rummun pään taipuma riippuu sen kantamasta kuormasta, : / 25 joka vaihtelee rummun täyttöasteen mukaan. Sillä on myös säteittäisheitto, jonka suuruus rummun valmistustarkkuu-desta riippuen on tavallisesti muutamia tai muutamia kymmeniä millimetrejä. Kaikki nämä tekijät on huomioitava tiivisterakenteessa.

30

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada pyörivän elimen ja kiinteän elimen välillä, jotka on • · ’· *’ järjestetty ainevirtasuhteeseen toistensa kanssa, tunnet- I · · ’.· tuja ratkaisuja parempi tiivistejärjestely, jonka avulla ... *· 35 toisaalta estetään kaasun ja kiinteän aineksen (pölyn) .···. ulosvuotoa ja jonka huollontarve on pienempi kuin ylei- ; · sesti käytetyillä tiivisteillä, kuten liukutiivisteillä, « · * • · · 3 107403 joissa liikkuva ja kiinteä tiivisteosa hankaavat toisiinsa.

Näiden tarkoitusperien saavuttamiseksi esillä olevalle 5 keksinnölle on olennaista, että mainittujen elinten liittymäkohtaan syötetään paineistettua kaasua, kuten ilmaa, siten, että kaasun syöttösuunnan ja liikkuvan elimen keskiakselia vastaan olennaisesti kohtisuorassa olevan -tason välinen kulma (a) on 90° tai vähemmän.

10

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös tiivistysjärjeste-lyyn, joka on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Esillä oleva keksintö perustuu ylipaineisen ilman käyt-15 töön, joka johdetaan tiivisteeseen siten, että se estää kaasun ja kiintoainespölyn vuotamisen pyörivän elimen, kuten rumpu-uunin, ja stationäärin elimen, kuten rumpu-uunin syöttökammion, välisestä liittymäkohdasta ja että ilma mahdollisimman vähäisessä määrin ohjautuu tiivis-20 teestä ulos ympäristöön. Edullista keksinnön mukaisessa menetelmässä on se, että tarvittava tiivisteilmavirta ja ilman paine ovat niin pienet, että ne saadaan kehitetyksi ·.·..· muutaman kilowatin kokonaisteholla.

• * • :*t<* 25 Keksinnön mukainen tiiviste toimii hyvin silloin, kun mainittu kulma on 90°, mutta tällöin tarvittava tiivis- »·· v." tyskaasumäärä on suurempi kuin pienemmillä kulmilla.

Tiivistekaasuvirtaus jakaantuu tyypillisesti kahteen • « * suuntaan eli puhallukseen sisäänpäin tiivisteeseen ja 30 vuotoon tiivisteestä ulospäin. Kun mainittu kulma on suora, tiivistyskaasuvirta jakaantuu siten, että suunnilleen puolet virtaa ulos. Tällöinkään tarvittava kokonais- « · • * *. * kaasumäärä ei ole suuri, joten myös tämä ratkaisu on täysin tyydyttävä. Tiivisteen on toisaalta hyvä vuotaa ... . 35 hieman ulospäin, sillä siten varmistetaan ettei ylimää- .··· räistä vuotoa ulkoilmasta prosessiin synny.

» 4 4 107403

Tiivisteilman tai muun tiivistekaasun ohjaaminen viistosti eli em. kulma on alle 90° aikaansaa sen että sen energia saadaan parhaiten ohjatuksi estämään kiintoainespölyn tunkeutuminen liittymäkohdan tiivisteestä ulos. Viisto 5 suuntaus estää myös ilmaa ohjautumasta tiivisteestä ulospäin tiivistämiseen osallistumattomaksi hukkailmaksi. Ilman suuntaus saadaan sitä paremmaksi, mitä pienempi rummun säteen ja ilman suunnan välinen kulma on säteen ja rummun keskiakselin kautta kulkevassa tasossa. Kulma on 10 alle 90°, edullisesti noin 5° - noin 60°, edullisimmin noin 10° - noin 30°. Tiivisterakenteen korkeus säteen suunnassa, ja myös paino ja hinta nousevat, mitä pienempi kulma a on. Siten kulman suuruus pitää optimoida tapauskohtaisesti. Tiivistejärjestely, jossa merkittävä osuus 15 kaasusta, esim. 30 % tai enemmän virtaa ulospäin tiivisteestä, voi olla aivan tyydyttävä, varsinkin jos se on taloudellisesti edullinen.

Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa erilaisissa 20 laitteissa, joihin kuuluu pyörivä elin ja stationääri elin, jotka on järjestetty ainevirtasuhteeseen toistensa kanssa. Tavallinen tähän ryhmään kuuluva laite on hori-*·*..' sontaalinen pyörivä uuni, joita käytetään kalsinoinnissa :"· esimerkiksi sellu- ja sementtiteollisuudessa ja joissa 25 pölyvuodot uunin ympäristöön saattavat olla huomattava «·· : : ongelma. Tällaisia uuneja käytetään myös muissa poltto- ·*·.. prosesseissa. Rumpusovellutuksia käytetään yleensä seu- • .*.· raavissa operaatioissa: aineen lämmitys/jäähdytys, faasi- muutos (esim. nesteen höyrystys) ja kemiallinen reaktio 30 (esim. pelkistys ja kalsinointi). Tähän ryhmään kuuluvat pyörivät kuivurit, pyörivät kuuman aineksen jäähdyttimet, pelkistysuunit, pasutusuunit jne.

• · • ·

Keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla 35 oheisiin kuvioihin, joissa .·* kuvio 1 esittää kaaviomaisesti pitkittäistä poikkileik- _·/ kausta pyörivän rumpu-uunin päädystä ja kiinteästä syöt- • · • · « 107403 s päädystä, joiden liittymäkohdassa on sovellettu esillä olevaa keksintöä, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista laitteistoa päädystä katsottuna, 5 kuvio 3 esittää poikkileikkausta eräästä keksinnön mukaisesta tiivistejärjestelystä, jota on käytetty kuviossa 1, kuvio 4 esittää osasuurennosta kuviosta 3, ja kuvio 5 esittää tiivisteilmalinjan kytkentää.

10 Kuviossa 1 on esitetty pyörivän rumpu-uunin 10 materiaalin syöttölaitteiston puoleinen pääty. Tällaista uunia käytetään esimerkiksi kalkin poltossa ja sementin valmistuksessa. Pyörivä uuni käsittää horisontaalin pitkänomaisen pyörivän sylinterin, rummun 11, mikä pyörii suhteessa 15 stationääriin materiaalin syöttökammioon 12 sekä rummun vastakkaisessa päädyssä olevaan materiaalin poistopäätyyn (ei esitetty). Rumpu on vaakasuora tai loivasti kaltevaan asentoon asennettu sinänsä tunnetulla tavalla. Materiaali syötetään kammioon 12 yhteen 13 kautta. Savukaasut vir-20 taavat vastakkaiseen suuntaan kuin käsiteltävä materiaali ja poistuvat syöttökammion yläosan 14 kautta.

Syöttökammion stationääripintoihin täytyy aikaansaada mahdollisimman kaasu- ja pölytiivis tiiviste pyörivän 25 rummun pyörivien pintojen kanssa. Keksinnön mukaista tiivistejärjestelyä on osoitettu yleisesti numerolla 15 kuviossa 1.

Eräs keksinnön mukainen tiivistejärjestely on esitetty 30 yksityiskohtaisemmin kuviossa 3. Rummun 11 pääty 16 koneistetaan suoraksi, jolloin sen pitkittäisheitto saadaan eliminoiduksi. Rummun päätyyn on kiinnitetty kulutusta hyvin kestävästä aineesta tehty rengas 17, jonka vastin-pinta rumpuun päin tarvittaessa koneistetaan vastaavalla 35 tavalla. Rengas 17 pyörii siis rummun mukana.

6 107403

Rengasta 17 ja näin rummun päätyä 16 vasten painetaan vastapainolaitteiston 21 (kuviot 1 ja 2) avulla sta-tionääri tiivisterengas 18 (kuvio 3), jossa on puhallus-rako 22. Rako on ympyrän tai monikulmion muotoinen. Se on 5 suunnattu viistosti rummun säteen R suunnassa rummun 11 keskiakselia C kohti ja sen kautta kaasua puhalletaan uunin sisäosaa kohti. Puhallusraon 22 (ja myös ilman syöttösuunnan S) ja rummun säteen kautta kulkevan, keskiakselia vastaan kohtisuoran pystytason välille muodos-10 tuu kulma a säteen ja rummun pituusakselin kautta kulkevassa tasossa.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon olennainen piirre, puhallusraon viisto suuntaus, tuo monia etuja. Näin sen 15 energia saadaan parhaiten ohjatuksi estämään kaasun ja pölyn tunkeutuminen tiivisteestä ulos. Viisto suuntaus myös vähentää tai estää ilmaa ohjautumasta tiivisteestä takaisin ulospäin tiivistämiseen osallistumattomaksi hukkailmaksi. Ilman suuntaus saadaan tiivistämisen toi- 20 minnan kannalta sitä paremmaksi, mitä pienempi on kulma - a. Kuvioiden mukaisessa ratkaisussa kulma a on noin 15° (kuvio 4). Käytännössä valmistustekniset tekijät määrää- :.i,: vät, kuinka pieneksi kulma kannattaa tehdä. Sen vuoksi l 1· kulman a on oltava alle 90°. Edullisesti se on noin 5° - :1’1· 25 noin 60°, edullisimmin noin 10° - noin 30°.

» · · • · · » 1 · ;·. Puhallusraon kulma B on tyypillisesti 25-45°. Viisteen i · tarkoituksena on pienentää tiivistekaasun sisäänvirtaus- • · · häviötä ilmanjakokotelosta rakoon eli vähentää tiiviste-30 . kaasun energiankulutusta.

Tiivisterengas 18 on kiinnitetty kaasutiiviisti rengas- • · i ’1 maiseen ilmanjakokoteloon 19, johon tiivistysilma tai muu • « » v kaasu ohjataan ilmapuhaltimelta 23 tai vastaavasta pai- ... 35 neisen kaasun lähteestä. Ilmanjakokotelo on puolestaan ..· kiinnitetty joustavalla paljetiivisteellä 20 tai muulla t tiivistävällä ja joustavalla rakenneratkaisulla sta- • · · · 7 107403 tionääriin syöttöpäätyyn 12. Paljetiiviste on tehty materiaalista, joka kestää korkeita lämpötiloja ja kosteutta.

Tiivistysilman paine irrottaa tiivisterenkaan 18 pyörivän 5 rummun vastinpinnasta, renkaasta 17. Näin muodostuvan välyksen kasvaminen liian suureksi estetään vastapaino-järjestelmän 21 avulla siten, että painoja 24 lisäämällä tiivisterengas 18 painetaan jokseenkin kiinni vastinpin-taan, mutta samalla kuitenkin niin pienellä voimalla, 10 että pintojen kulumista ei käytännöllisesti katsoen tapahdu. Tiivisterengas 18 ja tiivisteilman jakokotelo 19 tuetaan syöttöpäätyyn 12 vastapainojärjestelmän 21 rakenteiden avulla siten, ettei paljetiiviste 20 joudu kantamaan niiden painoa.

15 Pölyvuoto tiivisteen läpi tapahtuu yleensä tiivisteen alemman osan alueelta. Tällöin on vaarana tiivistysilman karkaaminen tiivisteen ylemmän osan kautta, jossa pöly-patjan aiheuttama ylimääräinen virtausvastus puuttuu tai 20 on huomattavasti pienempi kuin alaosassa. Tiivistysilman karkaaminen tällä tavalla voidaan estää tai ainakin vähentää jakamalla rengasmainen ilmanjakokotelo 19 kahteen osaan. Kuviossa 5 on esitetty tällainen ratkaisu. Ilman-\ jakokotelo on jaettu kahteen puolikkaaseen 19a ja 19b, :*'* 25 joihin kumpaakin tiivistysilma johdetaan erillisillä • « « tuontiputkilla 26, joissa on venttiilit 27 ja painemitta- • · · rit 28 ilmavirran säätimeksi. Yläosaan 19a ohjataan alem- • · pipaineista ilmaa kuin alapuolikkaaseen 19b. Jos halutaan • · vielä tarkemmin säätää olosuhteita eri kohdassa tiiviste-30 rengasta, kotelo 19 voidaan jakaa väliseinillä vielä useampaan osaan.

♦ · • ’· Tiivistejärjestely voidaan sovittaa myös pyörivän sylin- • 4 « :/· terin pään lieriömäiselle osalle. Tämä ratkaisu saattaa ... 35 olla kuitenkin vähemmän edullinen, koska pyörivä vastin- ... pinta (rengas 17) ja tiivisterengas 18 joutuvat suurem- paan hankaukseen keskenään sylinterin säteettäisheiton * · « i « · · 8 107403 seurauksena. Lisäksi paljetiiviste joutuu kompensoimaan sylinterin aksiaaliliikkeen ohella myös säteittäisheiton ja ilman tuonti jakokoteloon 19 joudutaan rakentamaan joustavista elementeistä.

5

Esillä oleva keksintö tarjoaa aikaisempaa varmemman tavan estää stationäärin ja pyörivän kappaleen, kuten rummun, liittymäkohdasta tapahtuvat kaasu- ja pölyvuodot ulos. Kaasuvirran suuntauksella (kulma a) saadaan tiivistyskaa-10 su virtaamaan haluttuun suuntaan. Johtamalla ylipaineinen tiivistyskaasu edullisesti viistosti liittymäkohdan tiivisteeseen vähenee olennaisesti em. vuotojen mahdollisuudet. Tiivisteratkaisut, joissa keksinnön periaatetta käytetään, ovat lisäksi erittäin vähän huoltoa vaativia 15 verrattuna esimerkiksi tässä yhteydessä tavallisesti käytettyyn liukutiivisteeseen. Keksinnön mukaisessa tiiviste järjestelmässä stationääripinta ja pyörivä pinta eivät hankaa oleellisesti kuluttavalla tavalla toisiinsa (vastinpinnat eivät kosketa toisiinsa, vaan korkeintaan 20 ajoittain hipaisevat toisiaan). Tiivistejärjestelyn hankinta-, käyttö- ja huoltokustannukset ovat edulliset.

« · « · t · 1 « · • « » · * • · 1 • · « » » · ··« *** 1 • i * · * · • · 0 • · « ·

Ml « » « 1 «tl • » 1 1 • « • « 1 $ « 9 1

Claims (10)

1. Menetelmä kaasu- ja kiintoainespölyvuotojen estämiseksi paineilmaa käyttämällä pyörivän rummun ja stationääri- 5 sen päätykammion, kuten syöttökammion, liittymäkohdassa, jotka on järjestetty aineensiirtosuhteeseen toistensa kanssa, tunnettu siitä, että pyörivän rummun (11) ja stationäärisen päätykammion (12) rengasmaisten vastinpin-tojen liittymäkohdassa paineilmaa syötetään pyörivän 10 rummun (12) keskiakselia (C )kohti siten, että kaasun syöttösuunnan ja pyörivän rummun keskiakselia vastaan olennaisesti kohtisuorassa olevan tason välinen kulma (a) on 90° tai vähemmän ja siten, että ilmavirran vaikutuksesta pyörivän rummun ja stationäärisen päätykammion 15 vastinpinnat (18, 17) ovat etäisyyden päässä toisistaan, jolloin ne eivät olennaisesti hankaa toisiinsa kuluttavalla tavalla.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 kulma a on noin 5° - noin 60°.

3. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kulma a on noin 10° - noin 30°. f * »

4. Tiivistejärjestely pyörivän rummun (11) ja stationää- • · *** risen päätykammion, kuten syöttökammion (12), välillä, • · [;·** jotka on järjestetty aineensiirtosuhteeseen toistensa • · • *' kanssa, kaasu- ja kiintoainesvuotojen estämiseksi paine- • · · V · kaasua käyttäen pyörivän rummun ja stationäärisen pääty- 30 kammion liittymäkohdassa, tunnettu siitä, että se käsit-*:*·: tää ainakin ·***: - stationäärisen tiivisterenkaan (18), joka liittyy sta- • ψ · ‘ . tionääriseen päätykammioon ja joka on pyörivän rummun • * ... suhteen vastinpintana ja jossa on ainakin yksi puhallus- • » *·;*’ 35 rako (22) ylipaineisen tiivistyskaasun johtamiseksi liit- tymäkohtaan, - rengasmainen ilmanjakokotelo (19), joka on kiinnitetty • · 10 107403 kaasutiiviisti toisaalta stationääriseen tiivisterenkaa-seen ja toisaalta stationääriseen päätykammioon (12) ja joka on yhdistetty kaasun syöttöyhteisiin (23) ja jonka kautta tiivistyskaasu ohjataan puhallusrakoon (22), joka 5 puhallusrako on suunnattu siten, että puhallusraon ja pyörivän rummun keskiakselia (C) vastaan olennaisesti kohtisuoraan olevan tason välille muodostuu kulma a, joka on 90° tai vähemmän, ja jonka puhallusraon kautta syötetyn kaasuvirran vaikutuksesta stationäärinen tiivisteren- 10 gas ja sen rengasmainen vastinpinta pyörivässä rummussa ovat sellaisen etäisyyden päässä toisistaan, että ne eivät olennaisesti hankaa toisiinsa kuluttavalla tavalla.

4 I • I ·

5. Vaatimuksen 4 mukainen tiivistejärjestely, tunnettu 15 siitä, että ilmanjakokotelo (19) on jaettu väliseinillä ainakin kahteen osaan (19 a, b) , joihin kuhinkin on järjestetty kaasunsyöttöyhteet (26) ja näihin yhteisiin välineet (27, 28) kaasuvirtauksen säätämiseksi.

6. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen tiivistejärjestely, tun nettu siitä, että siihen kuuluu joustava tiiviste, kuten paljetiiviste (20), jonka kautta ilmanjakokotelo liittyy stationääriseen päätykammioon.

7. Jonkin vaatimuksen 4-6 mukainen tiivistejärjestely, » · ;·; tunnettu siitä, että siihen kuuluu välineet, kuten vasta- • · *···* painolaitteisto (21), stationäärisen tiivisterenkaan ja « ♦ : “ pyörivän rummun päätypinnan välisen raon eli välyksen • · · ·.· · suuruuden säätämiseksi. 30

·:*·· 8. Jonkin vaatimuksen 4-7 mukainen tiivistejärjestely, *"*: tunnettu siitä, että pyörivä rumpu on olennaisesti vaa- ' . kasuorassa asennossa oleva pyörivä rumpu-uuni ja sta tionäärinen päätykammio on uunin syöttökammio, ja puhal-’**·’ 35 lusrako on suunnattu viistosti rummun säteen suunnassa rummun keskiakselia kohti, jolloin puhallusraon ja rummun säteen kautta kulkevan, rummun keskiakselia vastaan olen 11 107403 naisesti kohtisuoraan olevan tason välille muodostuu kulma a, joka on 5-60°, edullisesti 10-30°.

9. Vaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 5 että kulma a on noin 5° - noin 60°.

9 107403

10. Vaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kulma a on noin 10° - noin 30°. • · • · 1 • » · I · 1 • · • » » • · • · ♦ « « • · · • · · ♦ · · m · • · · ♦ · ♦ l < 1 • · « · * « · 12 107403