FI110710B - Keskipakopumppu - Google Patents

Description

Keskipakopumppu -j ^ Q y ^ Q

Esillä olevan keksinnön kohteena on keskipakopumppu. Erityisesti keksinnön kohteena on keskipakopumppu, joka pystyy pumppaamaan nestettä mahdollisimman vapaana 5 painevaihteluista. Mainitun tyyppisiä keskipakopumppuja käytetään esimerkiksi paperikoneen perälaatikon syöttöpumppuina.

Keskipakopumppuja käytetään yleisesti nestemäisten aineiden ja nestettä pääasiassa sisältävien seosten siirtämiseen, jolloin pumppausvaikutus syntyy juoksupyörän 10 pyöriessä pumpun kiinteässä pesässä. Juoksupyörän siirtäessä pumpattavaa ainetta mukanaan syntyy aineeseen pyörimisliikkeen johdosta keskipakovaikutus ja aineen tullessa useimmiten tangentiaalisen poistoaukon kohdalle se keskipakovoiman vaikutuksesta siirtyy poistokanavaan. Tällaisia pumppuja on tunnettu mm. DE-hakemus-julkaisusta 2525316 ja Fl-patentista 53747.

15

Tunnetuissa pumpuissa on ongelmana, että niiden poistokanavassa esiintyy pulssimaisia painevaihteluita, mitkä tietyissä käyttöolosuhteissa ovat haitallisia. Erityisesti käytettäessä pumppua paperikoneen tai vastaavan perälaatikkoon liittyvässä kanavistossa kuitumassan syöttöpumppuna, aiheuttavat paineheilahtelut muodostuvassa paperi- tai : : 2 0 kartonkirainassa aaltomaista vaihtelua ja siten huonontavat paperin laatua. Painepulssia on pyritty pienentämään mm. muotoilemalla pumpun juoksupyörän siipien päät sen ’." ·! kehän suunnassa vinoiksi, mikä ei kuitenkaan ole pulssihäiriötä kyennyt poistamaan.

• . Tätä ongelmaa poistamaan on esitetty mm. Fl patentissa 87009 ratkaisu, jolle on ·' 2 5 ominaista, että keskipakopumpun juoksupyörässä on ainakin yksi rivi juoksupyörän kehän suunnassa peräkkäin sijaitsevia siipiä, joiden kehän puoleinen pää on vinossa kulmassa juoksupyörän kehän liikesuuntaan nähden. Mainitun patentin mukaiselle juoksupyörälle on edelleen ominaista, että siipien pumpun poistokanavassa aiheuttamien ' . ’ painevaihteluiden vaimentamiseksi siipien välinen etäisyys ja kulma on asetettu niin, että : 30 juoksupyörän kehän liikesuunnassa jäljempänä olevan siiven pään edellä oleva reuna on ... · liikesuunnassa edellä kulkevan siivekkeen pään jäljempänä olevan reunan kohdalla tai sen etupuolella mainitussa liikesuunnassa.

Jo mainittua Fl patenttia aiemmin, itse asiassa vuonna 1976, on G. Ekman artikkelissaan 35 "The Pulp Industry - Some Difficult Pumping Tasks" käsitellyt samaa keskipakopumpun 2 110710 juoksupyörän synnyttämää painepulssien muodossa ilmenevää ongelmaa. Ekman lähtee, niinkuin oikein onkin, siitä, että painepulssi syntyy keskipakopumpussa siiven ohittaessa spiraalin ja paineaukon rajana olevan kielekkeen. Painepulssiongelman ratkaisuksi Ekman esittää ensinnäkin sitä, että mainitun kielekkeen ja pumpun siipien 5 päiden etäisyyden tulisi olla mahdollisimman suuri. Toiseksi Ekman esittää sitä, että, koska perälaatikon syöttöpumput ovat useimmissa tapauksissa kaksipuolisia eli kahdesta vastakkaisesta suunnasta imeviä, jolloin myös juoksupyörä on kaksipuolinen, juoksupyörän siipiä pyörän eri puolilla ei asetetakaan kohdakkain, vaan siten, että siivet tulevat lomittain. Tällöin juoksupyörän toisella puolella olevan siiven aiheuttaman 10 painepulssin ollessa minimissään on toisella puolella olevan siiven synnyttämä pulssi maksimissaan. Edelleen Ekman ehdottaa siiven päiden kallistamista niin, että pulssin pituutta saadaan lisättyä kehän suunnassa. Vielä Ekman esittää, että, jos halutaan pienentää painepulsseja yksipuoleisesti imevällä juoksupyörällä, tulee juoksupyörään järjestää väliseinä, jonka eri puolilla olevat siivet voidaan taas asettaa lomittain ja jonkin 15 verran kallistaa aksiaaliseen suuntaan verrattuna. Kuitenkin tällaisen yksipuolisen juoksupyörän valmistaminen, toisaalta valamalla ja toisaalta pienikokoisena on erittäin vaikeata ja siten hyvin kallista, jos edes kaikissa kokoluokissa mahdollista.

Edellämainitussa Fl patentissa 87009 on käsitelty vastaavaa yksipuolisesti imevää : ’' ‘ 20 juoksupyörää ja esitetty, että siinäkin siiven ulompaa päätä voidaan kallistaa niin paljon, ...” että edellä kulkevan siiven takareuna on samassa akselin suuntaisessa tasossa kuin ·.’! taaempana tulevan siiven etureuna. Toisin sanoen painepulssit pyritään saamaan : peräkkäin niin, että voimistuvat ja heikentyvät pulssit asettuisivat toistensa suhteen niin, : . että lopputuloksena olisi pulssiton virtaus. Kuitenkin juoksupyörä on tässäkin 25 rakenteessa käytännöllisesti katsoen mahdotonta valmistaa tai ainakin saada sellaiseksi, että se toimisi pienikokoisena riittävän hyvällä hyötysuhteella.

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on saada aikaan sellainen yksipuolista juoksupyörää käyttävä pumppu, jonka aikaansaamat pulssihäiriöt ovat aikaisempia ; ’ 30 pienemmät ja jota paremmin voitaisiin käyttää esimerkiksi paperikoneiden perälaa- tikoiden yhteydessä syöttöpumpuissa. Keksinnön eräänä toisena tarkoituksena on saada ,,,. aikaan yksinkertaisesti valmistettavissa oleva edellä mainitun ongelman ratkaiseva juoksupyörä. Keksinnön mukaiselle pumpulle tunnusmerkilliset piirteet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista.

35 3 110710

Keksinnön olennaisena piirteenä on, että juoksupyörän siivet ja niiden kanssa pulsseja muodostavana elimenä toimiva kieleke spiraalin ja paineaukon yhtymäkohdassa asetetaan sellaiseen asemaan toistensa suhteen, että juoksupyörän pyöriessä mainittua kielekettä on aina ohittamassa vähintään yksi siiven pää, jolloin siiven pään kielekkeen 5 kohdalla aikaansaama painepulssi pysyy koko ajan olennaisesti vakiona eikä poistokanavassa ilmene merkittäviä painevaihteluita.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisissa kuvioihin, joista 10 kuvio 1 esittää kaavamaisesti keskipakopumppua katsottuna akselin suunnasta, kuvio 2 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista keskipakopumppua leikkauksena A -A kuviosta 1, kuvio 3 esittää kaavamaisesti perusteet keksinnön mukaisen pumpun mitoittamiseksi.

15 Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty keskipakopumppu 10, jossa on spiraalimainen pumppupesä 12 ja sen sisällä akselille kiinnitetty ja sen mukana pyörivä juoksupyörä, jossa on työsiipiä 22 ja 24. Pumpun 10 pesässä on 12 on imukanava 14 ja poistokanava 16, jonka pesän 12 puoleisessa päässä lähellä juoksupyörää 20 on kieleke 18 jakamassa osan spiraalissa kiertävästä virtauksesta poistoaukon kautta poistokanavaan 16. Juoksu-’20 pyörän pyöriessä pumpattava aine kuten neste tai massaseos tulee pumpun 10 akselin ..I: suunnassa imukanavan 12 kautta juoksupyörän eteen ja siirtyy sen pyöriessä kohti juoksupyörän ulkoreunaa ja edelleen keskipakovoiman vaikutuksesta poistokanavaan f\ 16.

: 2 5 Kuviossa 2 on tarkemmin esitetty keskipakopumpun tämänkertaisen keksinnön mukainen rakenne. Toisin sanoen poistokanavan 16 pumpun 10 spiraalista 12 erottava kieleke 18 on asetettu vinoon asentoon pumpun akselin kautta kulkevaan tasoon nähden. Vastaavalla tavalla juoksupyörän siivet 22 ja 24 on asetettu kallistettuun : ·. asentoon akselin kautta kulkevaan tasoon nähden, mutta luonnollisesti kielekkeeseen 18 : ’" 3 0 nähden vastakkaiseen suuntaan. Kuvion esittämässä suoritusmuodossa edellä kulkevan siiven 24 (nuoli D näyttää juoksupyörän pyörintäsuunnan) taaempi, tässä tapauksessa >#ti· imukanavan 14 puoleinen reuna on vielä kielekkeen 18 kohdalla samanaikaisesti kun • · taaemman siiven 22 edellä kulkeva reuna jo saapuu kielekkeen 18 kohdalle. Toisin sanoen siiven 24 ja kielekkeen 18 synnyttämän pulssin ollessa vaimenemassa työsiipi 22 3 5 ja kieleke 18 alkavat muodostaa jo uutta pulssia.

110710

Kuviossa 3 esitetään vielä yksinkertainen mitoitusperiaate, jolla siivet ja kieleke saadaan mitoitettua niin, että kielekkeen kohdalla on jatkuvasti yksi työsiipi. Lähtökohtana pidetään seuraavia mittoja: 5 - siiven kallistuskulma a, työsiiven aksiaalinen leveys s, kahden peräkkäisen siiven väli kehän suunnassa I, siiven leveys s/cosa, ja kielekkeen vinous β.

10 Näistä mitoista saadaan seuraava yhtälö, 0 l - s * tan a tan β =- s joka täyttää vaatimuksen siitä, että aina yksi työsiipi on kielekkeen kohdalla.

Jos halutaan rakentaa pumppu niin, että jossakin vaiheessa kaksi peräkkäistä siipeä osuu samaan aikaan kielekkeen kohdalle edellä esitetystä kaavasta muotoutuu 15 epäyhtälö l-s*tana> 5* tan yö ; eli „ l - s * tan a : tan β >- s

Toisin sanoen kasvattamalla kielekkeen vinouskulmaa saadaan myös toinen työsiipi samanaikaisesti kielekkeen kohdalle. Luonnollisesti myös siiven kaltevuuskulman : “ ’ kasvattaminen muuttamatta työsiipien välistä etäisyyttä tuo samaan lopputulokseen.

f I

‘ 20 ,,,. · Esimerkki 1

Jos työsiiven aksiaalinen leveys s = 20 mm työsiiven kaltevuuskulma a = 30°, ja 5

työsiipien väli I = 40 mm, saadaan 110 7 1 U

0 40 - 20* tan 30 tan β =-, 20 eli tan β = 2 - tana, josta edelleen β = 54.9 astetta.

Esimerkki 2.

5

Lasketaan, kuinka suuri työsiipien kaltevuuskulman olisi Fl patentin 87009 mukaan pitänyt olla. Tällöin lähdetään seuraavista arvoista: työsiipien väli I = 40 mm, 10 työsiiven aksiaalinen leveys s = 20 mm, kielekkeen vinous β = 0°.

Toisin sanoen päästään yksinkertaiseen kaavaan, l-s*tana = 0, josta 15 tana = l/s, josta edelleen ': ' tana = 40 / 20, josta a = 63.5 astetta.

Toisin sanoen työsiipien kallistaminen yli 60 asteella voidaan korvata kallistamalla työsiipiä 30 astetta ja kielekettä noin 55 astetta. Luonnollisesti todellisessa tilanteessa 20 pyritään löytämään valmistustekniikan sanelema optimaalinen kallistus kummallekin. Kuitenkin edellä esitetty laskentakaava antaa lähtökohdan työsiipi-kieleke yhdistelmän mitoittamiselle oikein.

Edullisina vaihtelualueina siipien päiden kallistuskulmalle a voidaan antaa summittaiset 2 5 arvot 20 - 50 astetta ja kielekkeen kulmalle β 20 - 60 astetta.

Vaikka edellä esitetyssä kuviossa 2 sekä kieleke 18 että työsiipien 22 ja 24 ulommat reunat on esitetty suoraviivaisina, on ne luonnollisesti mahdollista joko yhdessä tai erikseen muotoilla kaareviksi, aaltomaisiksi tai useammasta suoraviivaisesta osasta 3 0 muodostuviksi. Viimeistelemällä kieleke ja/tai siivet näin voidaan pulssitasoa edelleen pienentää ja saavuttaa lähes pulssiton rakenne. On luonnollisesti myös mahdollista 110710 järjestää sekä kielekkeen vinous että työsiipien kallistus kuvioon 2 verrattuna päinvastaiseen suuntaan, jolloin käytännössä pulssivaimennus tapahtuu aivan vastaavalla tavalla.

5 Edelleen on mahdollista yhdistää tähän keksintöön jo Ekmanin esittämä työsiipien päiden ja kielekkeen välisellä etäisyydellä tapahtuva painepulsseihin vaikuttaminen. Esimerkkinä voidaan mainita työsiipien päiden ja/tai kielekkeen suunnan järjestäminen kehänsä suuntaisesta sylinteripinnasta poikkeavaksi, jolloin työsiipien päiden ja kielekkeen etäisyys voidaan järjestää halutuksi ja sovittaa vielä yhteen edellä kuvattujen kulma-10 asemien kanssa.

Edelleen on huomattava, että, vaikka kuviossa 2 poistoaukon leveys akselin suunnassa on esitetty yksinkertaisuuden vuoksi yhtä suureksi kuin juoksupyörän aksiaalinen leveys, on selvää, että useimmissa tapauksissa poistoaukon leveys on juoksupyörän leveyttä 15 suurempi. Tästä seuraa se, että siiven pään kohdalle syntyvä painepulssi voi käytännön olosuhteissa jonkin verran levitä, jolloin se vaikuttaa myös tarvittaviin siipien kärkien ja kielekkeen kaltevuuskulmiin. Samoin myös pumpun pyörintänopeus aiheuttaa jonkin verran säätötarvetta mainittuihin kaltevuuskulmiin. Toisin sanoen pumpun lopullisessa mitoituksessa on otettava huomioon monia asioita, joita ei edellä ole erikseen mainittu.

’ ·'' 20 Koska ne kuitenkin vaikuttavat vain edellä mainittujen kulma-arvojen hienosäätöön edellä esitetyn pääperiaatteen määrittelemissä laajemmissa puitteissa, niiden ei ole katsottu . * · kuuluvan tämän keksinnön piiriin.

* · ♦ • Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa selostettu kaavamaisesti ja 25 esimerkinomaisesti niin, että vain keksinnölle olennaiset asiat tulevat esille. Siten on selvää, että työsiipinä voidaan käyttää joko erimittaisia tai samanmittaisia työsiipiä ja työsiipien lukumäärä sekä tiheys voi olla halutusta paineen tasaisuudesta riippuen sopivasti valittu. Samoin työsiipien kaarevuus ja kaltevuus työsiipien pituudella voi vaihdella muuten, kunhan työsiipien päiden kohdalla on voimassa edellä esitetty 3 0 periaate.

Claims (5)

1. Keskipakopumppu, johon kuuluu yksipuolinen spiraalipesä (12) imu- ja poistokanavineen (14, 16) sekä poistokanavan spiraalista erottava kieleke (18), joka on 5 järjestetty kulmaan β suhteessa akselin kautta kulkevaan tasoon, ja spiraalipesän (12) sisälle akselille järjestetty yksipuolisesti imevä juoksupyörä, johon kuuluu ainakin joukko työsiipiä (22, 24), joiden säteen suunnassa ulompi reuna on asetettu kulmaan a suhteessa akselin kautta kulkevaan tasoon, tunnettu siitä, että mainittu kieleke (18) ulottuu olennaisesti edellä kulkevan työsiiven (24) taaemman reunan kohdalle samalla 10 kun taaempana kulkevan työsiiven (22) edempänä kulkeva reuna ulottuu jo kielekkeelle (18) saakka.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että mainitut kulmat a ja β suhtautuvat toisiinsa kaavan „ l - s * tan a tan£ =-, s 15 jossa s on työsiiven aksiaalinen leveys, I on työsiipien (22, 24) välimatka juoksupyörän '·” kehällä, a työsiipien (22, 24) kulma akselin kautta kulkevan tason suhteen ja β kielekkeen (18) kulma akselin kautta kulkevan tason suhteen, mukaisesti silloin, kun halutaan saada myöhemmän työsiiven (22) pulssi alkamaan olennaisesti • » > : samanaikaisesti kuin aiemman siiven (24) pulssi loppuu. ; 20 »

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että mainitut kulmat a ja β suhtautuvat toisiinsa kaavan „ / - s * tan a tan β >- « » jossa s on työsiiven aksiaalinen leveys, I on työsiipien (22, 24) välimatka juoksupyörän 25 kehällä, a työsiipien (22, 24) kulma akselin kautta kulkevan tason suhteen ja β kielekkeen (18) kulma akselin kautta kulkevan tason suhteen, mukaisesti silloin, kun pulssien halutaan jossakin määrin limittyvän. R 110710

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että kulma a vaihtelee välillä 20 - 50°.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että kulma β vaihtelee välillä 20 - 60°. 10