FI122972B - Laite massavirtauksen jakamiseksi - Google Patents

Description

LAITE MASSAVIRTAUKSEN JAKAMISEKSI

Esillä oleva keksintö kohdistuu laitteeseen massavirtausten jakamiseksi massan- tai paperinvalmistusprosessissa.

5

Keskisakean massan virtausta säädellään pääsääntöisesti virtausmittarin ja massavir-tausventtiilin avulla. Virtausmittari sijoitetaan putkilinjaan ennen tai jälkeen massavent-tiilin ja virtausta säädetään venttiilin avautumiskulmaa muuttamalla. Tällainen massan virtauksen säätö on yleensä luotettava ja takaa kaikissa tilanteissa juuri halutun virtaa-10 man.

Jos massaa pitää jakaa kahteen eri virtauskanavaan on luonnollista että massan jako tehdään asettamalla kaksi virtausmittausta ja kaksi säätöventtiiliä rinnakkain siten, että molempiin putkilinjoihin voidaan säätää haluttu virtaus joko riippumattomasti toisistaan 15 tai kytkemällä säätäjät toisiinsa siten, että säätäjät jakavat massan haluttuihin putkilinjoihin. Tällä järjestelyllä voidaan hoitaa kaikki massan jakoon liittyvät prosessiratkaisut luotettavasti ja säätimet voidaan erottaa toisistaan ja niitä voidaan ohjata itsenäisesti.

On kuitenkin useita tehdassovelluksia, joissa ehdottoman tarkkaa jakautumista putkilin-20 joihin ei tarvita. Jako voidaan katsoa onnistuneeksi, jos massa jakautuu esimerkiksi vähintään 40/60 % tarkkuudella putkilinjojen välille eikä massan jakautumisen suhdetta tarvitse muuttaa prosessissa, vaan se on tyypillinen laitteen toiminnalle sen jatkuvassa käytössä. Tällainen tilanne on useissa massan pesulaitteissa, esim. DrumDisplacer®-rumpupesurissa, jossa massa syötetään pesurin rummulle koko rummun mittaisen o 25 syöttölaatikon kautta. Pesuriin tuleva massa jaetaan kahteen tai useampaan putkilin- oj jaan, joiden kautta massa johdetaan eri kohtiin pesurin syöttölaatikossa, mutta lopulta ^ massa joutuu samaan hydrauliseen tilaan. Silloin massan viimeinen tasoittuminen ta- c\] pahtuu vasta jaon jälkeen ja prosessin kannalta tämä jakautumisen tasoittuminen on

X

£ riittävä.

cd 30 o Sakeuden ollessa matala, alle 6 %, massa muistuttaa ominaisuuksiltaan nestettä, jol-

LO

§ loin säätäminen massan jakamiseksi eri putkilinjoihin voidaan hoitaa sopivalla putkiston

CM

suunnittelulla käyttäen mm. hydraulisia käyriä, T-haaroja, supistuksia ja muita sopivia putken osia. Näissä virtausvastukset on suunniteltu siten, että massalla on virtausvas- 2 tusta jakautumisen jälkeen kummassakin haarassa saman verran, jolloin virtausvastukset eivät ohjaa massan jakautumista. Putken osia, joissa sekoittuminen aikaansaadaan putken supistuksella/laajennuksella, voidaan käyttää vain, jos kumpaankin mas-salinjaan jaettavan virtaavan aineen määrä on sama, mutta ehdottoman tarkkaa jakoa 5 kanavien välille ei edellytetä. Tällaisia jakosysteemejä on käytetty esimerkiksi imurum-pusuodattimien syöttöputkistoissa ja matalasakeussyöttöisten rumpupesureiden, kuten esimerkiksi matalasakeussyöttöisten DrumDisplacer®-pesureiden, syöttöputkistoissa. Lisäksi samaa systeemiä on sovellettu massan lajittelulaitosten syöttöputkissa, joissa jaettava massa pitää saada sekoittumaan jakokohdassa ja siten syötettyä mahdolli-10 simman samanlaisena kahdelle eri laitteelle.

Keskisakean massan (6-16 %, erityisesti 8-14 %) jakamiseen on käytetty pääsääntöisesti virtausmittauksella ja venttiilillä varustettua putkistoa ja automaatiota. Muutamissa systeemeissä massan jakautumista on edistetty esimerkiksi turbulenssia aiheuttavilla 15 kappaleilla tai putkiston suunnittelulla, mutta perussäätö on tapahtunut venttiilin ja vir-taussäädön avulla. Tämä on ollut tyypillisenä rakenneratkaisuna, koska keskisakea massa aiheuttaa virratessaan niin paljon virtausvastusta, ettei pelkästään putkistolla tehdyn massan jaon seurauksena saatu turbulenssi riitä ylläpitämään jakautumiseen tarvittavaa sekoittumista, vaan jakokohdan jälkeiset virtausvastukset vaikuttavat pää-20 sääntöisesti jakaantumiseen. Mikäli massa pysähtyy jakokohdan jälkeisessä virtaus-kanavassa tai putkessa, lepokitkan voittamiseen tarvittava voima on lyhyessäkin putkistossa niin suuri, ettei virtausta saada enää aikaiseksi, vaan massa virtaa vain toisen kanavan kautta huolimatta suuremmista virtausvastuksista. Keskisakean massan vir-tausominaisuuksia on kuvannut mm. Gullichsen et ai, Tappi, 64 (1981) no. 6, s. 69-72.

o 25

(M

oj Jotta keskisakea massa voidaan syöttää tasaisesti laitteeseen, esimerkiksi edellä mai- nittuun pesurin syöttölaatikkoon, edellytetään syötön tapahtuvan useamman kuin yh- ^ den syöttöputken kautta, joihin massa päälinjasta jaetaan. Tällöin jokainen syöttöputki

X

£ on tyypillisesti varustettava yllä mainitulla tavalla säätöventtiilillä ja virtausmittarilla. Virta 30 tausmittarit säätävät saman määrän massaa joka syöttöputkeen, ja venttiilien sopivalla o asennolla taataan haluttu virtausmäärä. Tällainen järjestely tarvitaan, koska yksikään

LO

g syöttöputkista ei saa tukkeutua, vaan kaikkien täytyy olla jatkuvasti toiminnassa. Laite-

OJ

koon kasvaessa tämä johtaa suureen määrään säätöventtiilejä ja virtausmittareita, mikä siten lisää myös kustannuksia.

3

Uusissa selvityksissämme on huomattu että virtausmäärän ei kuitenkaan tarvitse olla joka syöttöputkessa täsmälleen ehdottomasti sama. Tämä pätee erityisesti silloin kun massa johdetaan syöttöputkista lopulta samaan yhtenäiseen tilaan, jossa massavirtaus 5 joka tapauksessa tasaantuu. Tällöin ei tarvita niin tasaista massan jakamista syöttöput-kiin että sitä täytyy säätää virtausmittareilla, mutta ongelmaksi tulee syöttöputkien tukkeentumisen mahdollisuus ilman virtauksen säätelyä.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laite, joka mahdollistaa kuitusus-10 pension, erityisesti keskisakean kuitususpension, virtauksen jakamisen hallitusti aikaisempaa yksinkertaisemmalla laitteistolla ja siten alentaa myös kustannuksia.

Keksintö toimii kaikilla kuitu- ja vesilietteillä riippumatta siitä onko massa valmistettu kemiallisesti happamalla tai alkalisella keitolla tai onko kuidut erotettu mekaanisesti toisistaan 15 eri tyyppisillä jauhimilla tai hiomalla tai onko mekaanisessa käsittelyssä jotain kemikaalia käytetty apuna. Edullisimmillaan keksintö kuitenkin on kemiallisen sulfaatti- tai sulfiittisel-lun kuitulinjalla heti keiton jälkeen aina kuitulinjan loppuun saakka sekä sovelluksissa kuivauskoneen massankäsittelyssä. Toki paperitehtaalla sekä muissa selluloosaa sisältävää massaa käsittelevissä laitoksissa järjestely voidaan katsoa edulliseksi.

20

Tyypillisesti tätä keksintöä käytetään kemiallisesti valmistetun puuperäisen sulfaatti- ja sulfiittimassavirran jakoon, mutta ei ole myöskään mitään rajoituksia koskien erilaisia kuituraaka-aineita, kuten olki tai bagassi, tai muulla tavalla valmistettuja massoja, ku-ten mekaanisia massoja (esim. TMP, hioke, CTMP), uusiomassa tai niiden sovelluk-δ 25 siä.

CM

CM

Keksintö koskee laitetta massavirran jakamiseksi, joka laite käsittää venttiilirungon, jo-^ ka on liitetty massavirran tulo- ja poistoyhteisiin ja jossa on sulkuelin venttiilin aukaise-

X

£ miseksi ja sulkemiseksi ja virtauksen säätämiseksi, ja tunnusomaista sille on että laite co 30 käsittää lisäksi o - välineen, joka on järjestetty virtaussuunnassa sulkuelimen jälkeen massanvir-

LO

§ ran jakamiseksi ainakin kahdeksi osavirraksi, ja c\| - ainakin kaksi kanavaa, jotka on kytketty venttiiliin tai venttiilin poistoyhteeseen osavirtoja varten.

4

Esillä olevan keksinnön mukainen järjestely soveltuu käytettäväksi silloin, kun massan sakeus on edullisesti keskisakeusalueella, 6-16 %, edullisimmin alueella 8-14 %. Kuitenkaan massan sakeuden osalta ei ole oleellista että massa on keskisakeaa (MC) 5 massaa, vaan keksinnön mukaista systeemiä voidaan soveltaa myös sakeusalueella alle 6 %, mutta yli 2 %.

Esillä olevan keksinnön tunnusmerkki on että virtaussuunnassa venttiilin sulkuelimen jälkeen venttiilin ja/tai siihen liittyvän putken tai kanavan sisäosaan asennetaan erillinen 10 virtausta jakava väline. Tunnetusti virran jakamiseen käytetään T-kappaleita tai vastaavia haarakappaleita, jotka kuitenkin ovat osa putkea tai putkistoa.

Jaon jälkeen osavirtaukset ohjataan kukin erillistä kanavaa tai putkea tai vastaavaa pitkin samaan tilaan, kuten esim. pesurin syöttölaatikkoon, tai eri tiloihin, esim. massan 15 eri käsittelylaitteisiin. Vastaanottavassa tilassa vallitseva paine vaikuttaa siihen, miten massa jakaantuu osavirtauskanaviin. Jos osavirtaukset viedään eri tiloihin, on edullista jos näissä tiloissa vallitsee oleellisesti sama paine, jolloin massa jakaantuu tasaisesti eri osavirtauksiin. Jos vastaanottavissa tiloissa on erisuuruiset paineet, niin massa jakaantuu osavirtauksiin paineiden suhteessa. Tämä pitää ottaa huomioon laitteiston mi-20 toituksessa.

Esillä olevan keksinnön peruslähtökohta on se että massavirran jakamiselle osavirtauksiin määritetään ensin uudet, entistä väljemmät vaatimukset, joiden perusteella tulos-ta arvioidaan. Ensinnäkin massan jakautuminen tapahtuu staattisella elimellä, jolloin o 25 kuhunkin virtauskanavaan jaettavan massan suhde pysyy jatkuvasti oleellisesti sama- oj na. Toinen piirre on se että määrällisesti hyväksytään poikkeamaa virtauskanavien vä-

Iillä ja että ei ole oleellista tietää tarkasti, kuinka paljon massaa virtaa kussakin kana-^ vassa tai putkilinjassa. Näiden vaatimusten pohjalta keksinnön mukaisessa järjestelys-

X

£ sä käytetään hyväksi venttiilin aiheuttamaa voimakasta virtauskenttää, jossa massan cd 30 nopeus on oleellisesti suurempi kuin putkistossa. Tässä järjestelyssä massavirran sää- o töventtiili saa ohjaussignaalin ennen venttiiliä vallitsevasta paineesta, massasäiliön

LO

§ pinnan korkeuden säätäjästä tai ko. venttiilin edellä olevasta virtausmittauksesta. Kek- C\l sinnön olennaisena piirteenä on että tämän venttiilin, tyypillisesti pallo- tai kalottiventtii-lin, sulkuelimen läheisyydessä, edullisesti välittömässä läheisyydessä, ulostulovirta on 5 halkaistu mekaanisesti ainakin kahteen osaan siten että halkaisu tapahtuu venttiilin ulostulosuihkun nopean virtauksen alueella. Nopean virtauksen alueella tarkoitetaan venttiilin virtauksen kuristuksen jälkeistä aluetta, jossa virtaus ei ole muuttunut yhtenäiseksi tulppavirtaukseksi. Tämä alue venttiilin jälkeen saattaa olla vain muutamia kym-5 meniä millimetrejä eli alle 50 mm, mutta ison, pumppausta välittömästi seuraavan mas-saventtiilin jälkeen tulppavirtaus alkaa vasta 500-1000 mm venttiilin jälkeen.

Silti massan jakotapahtumaa varten virtauksen jakoväline tulee sijoittaa sillä oletuksella, että jaon kannalta tehokkain etäisyys on alle 3XD, jossa D on venttiilin ulostulolai-10 pan halkaisija, tyypillisesti alle 1xD, venttiilin ulostulolaipasta, vaikka kuitenkin vielä 6xD:n etäisyydellä ulostulolaipan jälkeen massan virtaus voi olla nopeaa ja osittain tai täydellisesti turbulenttisella alueella.

Edullisesti jakoväline on ulkolaipan tasolla ja vielä edullisemmin mahdollisimman lähel-15 lä venttiilin sulkuelintä, jolloin se ainakin osittain eli sen etureuna virtauksen suunnassa sijaitsee venttiiliin alueella, ts. sulkuelimen ja venttiilin ulostulolaipan välissä. Koska sukuelinten muotoilu eroaa eri venttiilityypeillä, niin jakovälineen etäisyys tarkkana lukuarvona sukuelimestä ei ole annettavissa yksikäsitteisesti. Tyypillisesti jakovälineen etäisyytenä voidaan mainita, että ko. etäisyys on alle 200 mm, edullisesti 0-100 20 mm venttiilin ulostulolaipasta, mutta useimmiten edullisin ratkaisu on että jakoväline sijaitsee venttiilirungon sisäosassa tai ulottuu sinne.

Massavirran jakaminen ulostulosuihkussa tehdään asentamalla tälle alueelle sopiva väline. Välineen on oltava sellainen, että se jakaa massavirran haluttuihin osavirtauk-o 25 siin haittaamatta oleellisesti itse virtaamista. Esimerkiksi jakamisväline ei saa oleelli- oj sesti hidastaa virtaustapahtumaa. Välineen pitää olla sellainen että se haittaa virtausta mahdollisimman vähän, jolloin virtauksen dynamiikka on tasainen, pulseeraamaton ^ eikä edistä virtauksen tukkeutumista, vaan sen avulla putkiston rakenteesta saadaan

X

£ avautuva. Eräs edullinen väline on levymäinen kappale. Koska jakamisen on edullista cd 30 tapahtua venttiilin ulostulosuihkun nopealla ja osittain tai täydellisesti turbulenttisella o alueella, keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan levy on lähimmillään kolmen mil-

LO

g limetrin (mm) ja kauimmillaan 300 millimetrin, edullisesti 3-50 mm:n, etäisyydellä vent-

C\J

tiilin sukuelimestä, kuten pallon ulkokehästä. Jos levymäinen rakenne tehdään huolellisesti koneistaen, voidaan se asentaa jopa lähemmäksikin, jopa 0.1-3 mm:n etäisyy- 6 delle venttiilin sulkuelimestä. Tässä tapauksessa jakoväline on koneistettava huolellisesti, jotta se ei haittaa venttiilin toimintaa. Kuitenkin jos jokin väline asennetaan näin lähelle venttiiliä, välyksen pienuus saattaa johtaa massan pakkautumiseen venttiilin ja levyn väliin, ja haitata venttiiliin normaalia liikettä. Keksinnön mukaisella järjestelyllä 5 taataan että venttiilin ulostulosuihkun alueella liikkuva massavirta hakeutuu riittävän pitkälle pois venttiilin virtausalueelta, jolloin massan takaisinvirtaus jakamiskohdan jälkeen venttiilin sulkuelintä kohden saadaan estettyä.

Levymäinen jakoväline on tyypillisesti suora, tasomainen levy. Jakovälineellä voi myös 10 olla kaarevia ja/tai kulmikkaita muotoja. Se voidaan esimerkiksi aikaansaada muotoilemalla levyä tai levyjä kaarevaksi, kulmikkaaksi ja/tai kulmaiseksi. Jakoväline voi olla myös tankomainen tai kiilamainen. Jakoväline voi muodostua myös paloista, jotka ovat peräkkäin oleellisesti samassa linjassa, jolloin yksi pala voi olla kiinni venttiilissä ja seu-raava venttiilin jälkeisessä putkessa. Jakoväline voi muodostua myös sisäkkäisistä put-15 kista, jotka on asennettu keskisesti tai epäkeskisesti toistensa suhteen.

Jakoväline voidaan asentaa putkistoon erilliseen istukkaan tai se voi olla osa venttiiliä. Jakovälineen on oltava rakenteeltaan ja materiaaliltaan sellainen, että se kestää virtausolosuhteet. Esimerkiksi, levymäisen tai vastaavanlaisen jakovälineen on oltava tar-20 peeksi paksu kestämään virtauksesta johtuvat rasitukset siten ettei levy rupea värähte-lemään. Jakovälineen on kestettävä myös mekaanista eroosiota.

Virtauksen jakamisen jälkeen putkisto on edullisesti suunniteltu siten että se on perus-rakenteeltaan oleellisesti symmetrinen suhteessa venttiiliin eli virtauskanavat tai putkien 25 linjat massan osavirtauksille on järjestetty oleellisesti symmetrisesti tai niissä on oleelli- oj sesti sama virtausvastus ja että lopuksi massa osavirtauskanavista joutuu osittain tai kokonaan hydraulisesti samaan tilaan, kuten jonkin käsittelylaitteen syöttökammioon tai 00 -laatikkoon. Edullisinta on jos jakotapahtuman jälkeen virtauskanavat ovat täysin sym-

X

£ metrisiä ja niiden virtausvastus on sama, mutta rakenteellisesti pienetkin erot muuttavat co 30 tilannetta. Jos jakotapahtumassa massa saadaan syötettyä tarpeeksi voimakkaasti, ts.

o paine-ero venttiilin yli on suuri, niin putkisto virtauksen jakokohdan jälkeen voidaan

LO

g suunnitella myös epäsymmetriseksi. Kun epäsymmetrisyydestä johtuvat ongelmat on C\l otettu huomioon, jossain erityistapauksissa virtausvastus voi putkistossa olla oleellisesti erilainen, mutta voimakas venttiilivirtaus kompensoi putkiston erilaisuuden.

7

Koska kaikissa tilanteissa ei pyritä saamaan samaa virtausta kuhunkin virtauskana-vaan, massan virtaus voidaan ohjata levyn asennolla, levyn muotoilulla, kuten viisteiden muodolla, tai levyn keskeisyyttä muuttamalla painottumaan jäljessä tuleviin putkiin 5 suhteessa 20/80 %, 30/70 % tai 40/60 %, joitakin esimerkkijakoja mainitaksemme.

On myös tapauksia joissa massan jakautuminen kahteen virtaukseen ei ole riittävää, vaan massaa pitää jakaa useampaan, tyypillisesti kolmeen tai neljään virtauskana-vaan. Tämän hetkisen tekniikan tason mukaan massan jako neljään osaan ja siten neliö jään kanavaan tai putkeen on riittävä määrä, johon keksinnöllä pyritään. Kuitenkin keksinnön ratkaisu on luonteeltaan sellainen, että massan jakaminen sen avulla vaikkapa viiteen tai kuuteen kanavaan on mahdollista ja ratkaisu ei teknisiltä perusteiltaan muutu, vaikka virtausta jaettaisiin 7-14 osaan. Tällöin tietysti joudutaan massavirtausta jakavien levyjen muotoilua edellä kuvatusta muuttamaan jakautumiskanavien lisäämi-15 seksi. Tässä tapauksessa oikeanlainen virtaus varmistetaan siten, että ensin pienellä venttiilin avautumiskulmalla massavirtaus halkaistaan kahteen virtauskanavaan. Kun avautumiskulma kasvaa ja massaa alkaa virrata suurempia määriä, muodostetaan venttiilin massasuihkuun kolme tai neljä sektoria, joihin massavirtaa ohjataan. Tässä ratkaisussa on oleellista että venttiilisuihkuun asetettavat levyt ovat jollain tavalla järjes-20 tetty risteävästi toisiinsa nähden, jolloin linjassa on ensin osaksi tai kokonaan massavir-tauksen halkaiseva levy, johon nähden eri kulmissa asennetaan risteävästi uusia levyjä, jotka muodostavat uusia kanavia massan virtaussuunnassa vasta sen jälkeen kun kaksi ensimmäistä kanavaa on avattu. Oleellista siten on että kaikki massan virtausta jakavat levyt eivät ole yhdensuuntaisia, jolloin tasainen jako on vaikea toteuttaa, vaan o 25 levyt risteävät jossain kohden.

OJ

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan osavirtaukset johdetaan samaan hydrauli-^ seen tilaan. Esillä olevan keksinnön mukaisella järjestelyllä taataan että kun virtausta

X

£ jaetaan kahteen kanavaan, riittävä jakautuminen hydraulisen tilan eri massantulokohti- cd 30 en välillä saadaan aikaiseksi. Riittävän jakautumisen johdosta ja massan liikkeen avulla o massa saadaan jälkeenpäin tulevassa samassa hydraulisessa tilassa tasaiseksi. Kun

LO

g virtausmäärät kasvavat, kolmen ja sitä useamman virtauksen tapauksessa uusia vir- c\] tauskanavia avataan virtausmäärien funktiona riittävän jakautumisen takaamiseksi. Tämän sovellutuksen periaatteena on että kaikkia virtauskanavia ei avata välittömästi 8 ja samanaikaisesti venttiilin ulostulosuihkussa heti venttiilielimen jälkeen, vaan ensin avataan kaksi kanavaa ja kun kahteen kanavaan on saatu tasainen ja virtausmääräl-tään riittävä tukkeutumaton virtaus niin vasta sitten avataan uusia kanavia massavirta-ukselle. Tämä jakosysteemi on edelleenkin suunniteltu siten, että virtausta ei pyritä ja-5 kamaan absoluuttisesti tasan, vaan jako on riittävää kun pääosa virtauksista jakautuu eri osavirtausputkilinjojen välille. Lisäpiirteenä on huomattava että kun toimitaan mitoi-tusvirtauksen ulkopuolella ja venttiilin aukeama ei ole mitoituskulmalla, virtaus on kahdessa virtausputkessa oleellisesti suurempi kuin muissa. Jos jäljessä tulevan prosessin kannalta tilanne ei ole haluttu, voidaan säätöteknisin keinoin asiaan vaikuttaa, josta 10 ratkaisu esitetään jäljempänä.

Jos massa on jaettava kahden putken sijasta useampaan kuten kolmeen tai neljään kanavaan, muuttuu tilanne venttiilin suihkussa merkittävästi. Silloin on jakolevyt vir-taussuihkussa asennettava siten, että virtaussuihku ohjautuu esim. neljään yhtä suu-15 reen virtaustilaan. Tämä jako ei kuitenkaan onnistu tapauksessa, jossa venttiiliä käytetään ensisijaisesti esimerkiksi pinnan- tai paineensäätöön, koska virtausmäärän muuttuessa venttiilin aukeama muuttuu vaikka massan jaon kannalta muutosten tulee olla pieniä. Venttiilin aukeamalle on asetettava jokin tavoiteaukeamiskulma, joka on 50-95 %, edullisesti 60-85 %. Koska jakolaitteen yli massavirtaus vaihtelee täyden tuotannon 20 ja puolen tuotannon välillä, aukeamiskulmaa tulee siten säätää venttiilin etupuolella olevan paineen avulla. Kun massavirtaus on puolet mitoitusvirtauksesta, niin tällöin paine ennen venttiiliä on pienempi kuin täydellä virtauksella, jotta venttiilin aukeamis-kulma pysyy tavoitearvossaan tai lähellä sitä.

o 25 Jos massaa pumpataan MC-pumpulla venttiilille, silloin painetta venttiilin etupuolella oj voidaan säätää esimerkiksi asentamalla taajuusmuuntaja, joka säätää painetta venttii-

Iin etupuolella siten että venttiilin aukeama on halutuissa arvoissa. Jos massa tulee ^ esimerkiksi pesurille hydrostaattisella paineella, on automaatiosovellus luotava siten,

X

£ että venttiilin säätämän pinnan asetusarvo muuttuu tuotannon mukaan ja asetusarvo cd 30 korjautuu mikäli aukeamiskulma poikkeaa riittävän paljon optimitasosta. Lisäksi painet- 5 ta ennen venttiiliä voidaan säätää asentamalla kaksi tai useampia venttiilejä sarjaan tai

LO

§ säätämällä laimennusnesteen virtausta venttiilille, jolloin massan virtausominaisuudet ^ muuttuvat.

9

Keksintöä sovelletaan edullisimmin säätöventtiileinä toimivien pallo- ja kalottiventtiilien yhteydessä. Keksinnön kannalta ei kuitenkaan ole oleellista minkä tyyppinen venttiili on, vaan sitä voidaan soveltaa useimmissa venttiilirakenteissa.

5 Keksinnöllä saavutetaan ainakin seuraavia etuja: - vähentää investointi- ja asennuskustannuksia, - vähentää työtä tehtaan putkiston asennuksen yhteydessä ja liitoksia putkiston ja instrumentoinnin välillä, - yksinkertaistaa tehdasta etenkin instrumentoinnin ja automaation osalta, 10 - voidaan standardisoida ja modularisoida laitokseen asennettavia osia ja vähen tää suunnittelukustannuksia, ja - lisätä mahdollisuuksia laitoksen osien esivalmistamiseksi tehdasalueen ulkopuolella, jotta asennustyötä saadaan nopeutettua.

15 Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti pääliyleiskuvantona erästä edullista keksinnön mukaista laiteratkaisua, kuvio 2 esittää kaaviomaisesti poikkileikkauksena erästä edullista keksinnön suoritus-20 muotoa venttiilistä ja massan virtauksen jakovälineestä, ja kuvio 3 esittää kaaviomaisesti eräitä edullisia suoritusmuotoja levymäisen massanvir-tauksen jakovälineen käytöstä.

Kuvion 1 mukaisessa laitteessa massa tuodaan säätöventtiiliin 2 syöttöyhdettä 4 pitkin, o 25 Venttiili 2 on esimerkiksi pallo- tai kalottiventtiili, jonka sulkuelimen (ei esitetty) asentoa <^j venttiilin avautumiskulman muuttamiseksi säädellään venttiilistä ulkonevalla säätökaral- la 6. Keksinnön mukaisesti venttiilin poistoyhteeseen 8 on järjestetty levymäinen väline 00 10 venttiilistä ulostulevan massavirtauksen jakamiseksi kahteen osavirtaan 12 ja 14.

X

£ Venttiilin poistoyhteeseen 8 on kytketty kanavat tai putket 16 ja 18, joita pitkin massan <o 30 osavirrat 12 ja 14 johdetaan samaan yhtenäiseen tilaan 20, joka on esimerkiksi pesurin o syöttölaatikko.

LO

o o

Kuviossa 1 jakolevy 10 on asetettu pitkittäin virtauksen suunnassa. Levy voidaan asettaa myös muulla sopivalla tavalla, jolla massavirtaus saadaan jaettua halutusti.

10

Kuviossa 2 on esitetty yksityiskohtaisempi kaavio keksinnön mukaisesta suoritusmuodosta, jossa eräs venttiili on esitetty. Venttiili koostuu pääpiirteittäin putkiyhteisiin 4 ja 8 tai vastaaviin laipoilla 21 ja 22 kiinnitetystä venttiilirungosta 20 ja siinä olevista tulo- ja 5 poistoaukoista 23 ja 24. Venttiilirungon sisäpuolella on venttiilin sulkuelin 25, sinänsä tunnetuin toimilaitteineen 26. Venttiilin poistopuolelle on keksinnön mukaisesti järjestetty levymäinen jakoväline 27, joka jakaa venttiilin läpi virtaavan massavirtauksen m kahdeksi osavirtaukseksi m! ja m2. Levy 27 on asetettu pitkittäin toimilaitteen akseliin 26 nähden kohtisuoraan massavirtauksen suuntaisesti.

10 Tässä suoritusmuodossa jakoväline 27 ulottuu venttiilin sisäpuolelle sulkuelimen välittömään läheisyyteen. Tyypillisesti jakoväline on järjestetty sulkuelimen jälkeen siten, että se on venttiilin ulostulolaipasta 21 etäisyydellä, joka on alle 3 kertaa ulostulolaipan halkaisija D eli alle 3 D.

15

Kuviossa 3 on esitetty esimerkkejä siitä miten massavirta voidaan jakaa kolmeen tai useampaan osavirtaukseen levymäisen jakovälineen avulla, jos massan jakautuminen kahteen virtaukseen ei ole riittävää. Tässä tapauksessa oikeanlainen virtaus varmistetaan siten, että ensin pienellä venttiilin avautumiskulmalla massavirtaus halkaistaan 20 kahteen virtauskanavaan, levy 30 kuvioissa 3a, 3b ja 3c. Kun avautumiskulma kasvaa ja massaa alkaa virrata suurempia määriä, muodostetaan venttiilin massasuihkuun kolme tai neljä sektoria, joihin massavirtaa ohjataan. Venttiilin ulostulosuihkuun asennetaan massan virtaussuunnassa levyn 30 jälkeen lisälevy/ tai -levyjä, siten että levyt ovat jollain tavalla risteävästi toisiinsa nähden. Kuviossa 3a levyn 30 kanssa on asen-o 25 nettu risteävästi levyt 32 ja 33, jolloin saadaan kolmas osavirta.

OJ

Kuviossa 3b vaakasuoran levyn 30 yläpuolelle, suorassa kulmassa siihen nähden on ^ asennettu levy 31. Näin ollen levy 30 jakaa massavirran ensin kahteen osavirtaan. Le-

X

£ vy 31, joka sijaitsee massan virtaussuunnassa levyn 30 jälkeen, jakaa toisen osavirta- cd 30 uksen jälleen kahtia, jolloin lopulta saadaan kolme osavirtaa suunnilleen suhteessa o 50%,25%/25%. Kuviossa 3c levy 30 jakaa myös virtauksen ensin kahteen osavirtaan,

LO

g ja sen jälkeen nämä osavirrat jaetaan vielä kahtia levyyn 30 nähden vinossa kulmassa C\1 olevilla levyillä 32 ja 33, jolloin lopulta saadaan neljä osavirtaa. Kuviossa 3d neljä osa-virtaa muodostetaan kahdella toisiinsa nähden kohtisuorasti olevilla levyillä 30 ja 32.

11

Siten virtauslinjassa on ensin osaksi tai kokonaan massavirtauksen halkaiseva levy, johon nähden eri kulmissa asennetaan risteävästi uusia levyjä, jotka muodostavat uusia kanavia massan virtaussuunnassa vasta sen jälkeen kun kaksi ensimmäistä kanavaa on avattu. Oleellista siten on että massan virtausta jakavat levyt eivät ole yhden-5 suuntaisia, jolloin tasainen jako on vaikea toteuttaa, vaan että ainakin osa levyistä on toisiinsa nähden risteäviä.

Esillä olevan keksinnön olennaisia piirteitä ovat siis: - massavirta jaetaan venttiilin ulostulosuihkua hyväksikäyttäen mekaanisesti kahteen 10 virtaan. Venttiilin avautumiskulmaa ei ole rajoitettu, vaan se voi olla mikä tahansa, edullisesti kuitenkin sellainen, mikä venttiilin mitoituksen ja prosessin kannalta on optimaalinen. Jakaminen tapahtuu venttiilin nopean ja joissain tapauksissa turbulenttisen virtauksen virtauskentässä, jolloin estetään virtaavan keskisakean massan kuituverkoston pysähtyminen putkistoon ja saostuminen ja tukkeentuminen.

15 - jos massavirta jaetaan kolmeen, neljään tai useampaan osavirtaan, niin silloin jakovä- line, edullisesti levyt, massaventtiilin ulostulosuihkussa on järjestetty siten että venttiilin optimiavautumiskulmalla jokainen jakotapahtumassa virtausta varten muodostettu lokero on yhtä suuri. Säätötekniikan keinoin venttiilin avautumiskulmaa pidetään keskimäärin optimissaan.

20 - jaon jälkeen massavirtaputkisto on edullisesti oleellisesti symmetrinen venttiiliin näh den ja putkiston virtausvastus on suunniteltu olevan oleellisilta arvoiltaan oleellisesti sama.

- jaon jälkeen massavirtaputkisto johtaa massan osittain tai kokonaan samaan tilaan.

o 25 Keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää useiden massan käsittelylaitteiden syöttö- järjestelyissä. Keksintöä voidaan soveltaa kaikissa massan pesu- ja sakeutuslaitteissa, joissa massaa syötetään jakamalla ainakin kahteen virtaan, minkä jälkeen massa pa-00 lautetaan hydraulisesti samaan tilaan. Massavirtauksen jakotapahtumassa syntynyt

X

£ pieni virtausero voidaan tasata virtauksilla samassa hydraulisessa tilassa .

co 30 o Keksinnön mukaisia jakosysteemejä voidaan kytkeä myös sarjaan, jolloin yhdellä put-

LO

§ keila massa saadaan jakaantumaan esimerkiksi neljään tai kahdeksaan osavirtaput-

OJ

keen. Tällöin virtaus voidaan saada jo pitkälle matkalle tasaiseksi.

12

Keksinnön mukaista järjestelyä voidaan asentaa myös rinnan saman putken yhteyteen, jolloin venttiilit, tyypillisesti kaksi (2), sijoitetaan putken vastakkaisille sivuille. Kunkin venttiilin jälkeen asennetaan keksinnön mukaisesti jakoväline, jolloin kummallakin venttiilillä massavirtaus jaetaan kahteen osavirtaukseen ja yhteensä saadaan siten neljä 5 osavirtausta. Kun kaksi venttiiliä on näin sijoitettu putken sivuille, keksinnön mukaisella järjestelyllä saavutetaan tasainen jako neljään massan osavirtaukseen kaikilla tuotanto-tasoilla. Venttiilien tulopuolelle, niiden läheisyyteen voidaan asentaa esimerkiksi fluidi-soiva laite tai auramainen väline tai jakolevy edistämään tasaista massan virtausta venttiileille. Tällainen keksinnön sovellutus sopii erityisesti, kun massaa syötetään re-10 aktoriin tai torniin.

Toisaalta massan jakamista tällä tavalla rajoittaa virtausten hidastuminen ja putkikoot. Keskisakealla massalla pienin edullinen putkikoko on halkaisijaltaan noin 100 mm, edullisemmin 150 mm, mutta sitä suurempia putkia voidaan käyttää ilman ongelmia.

15 Pienempiä putkikokoja ei juurikaan voida käyttää. Toisaalta putken koon kasvaessa massan virtausnopeus putkessa hidastuu ja muuttuu lopulta pulseeraavaksi, kun virtaus saavuttaa alle 0,2 m/s virtausnopeuden mitoitustilanteessa. Siten putkisto on suunniteltava siten että molemmat ehdot täyttyvät. Näistä ehdoista voidaan todeta että massan virtausnopeudella on minimitaso, jota ei normaalimitoituksessa voida alittaa.

20 Esimerkkinä pesu laitteesta, jossa keksintöä voidaan käyttää, on DrumDisplacer®- rumpupesuri, jossa on rummun mittainen syöttölaatikko, johon massan osavirrat johdetaan. Koska monet muutkin pesulaitteet perustuvat siihen että massaa tuodaan eri put-kilinjoja tai kanavia myöten laitteelle, keksintö olisi hyödyllinen mm puristinpesureille, massaa jaettaessa kahdelle diffusöörille tai painediffusöörille tai muille paineenalaisille o 25 pesulaitteille.

OJ

Muita käsittelylaitteita, jossa esillä olevaa keksintöä voidaan käyttää ovat lajittelulaitteet ^ kuten painelajittimet, erityisesti sakean massan läjitin, reaktoreiden ja valkaisutornien

X

£ massan syöttölinja sekä massan jako keittimen tai paineellisen reaktorin puskulinjassa.

cd 30 Näissä sovelluksissa menetelmää kehitetään kohti tasaisempaa säätöä ja virittäminen o tapahtuu tarkoituksena tasoittaa virtausta.

LO

o o c\i

Keksinnön mukainen jakolaitejärjestely voi tuottaa erittäin tasaisen massavirtauksen jaon, jota on helppo hallita. Täten on mahdollista jakaa massa siten, että massa ei 13 päädykään samaan hydrauliseen tilaan, vaan jaetaan samassa laitteessa selkeästi eri osastoihin, jotka on erotettu toisistaan, tai siten että massa jaetaan kahdelle eri laitteelle.

5 Massan sakeuden osalta ei ole oleellista että massa on keskisakeaa (MC) massaa, vaan systeemiä voidaan soveltaa myös sakeusalueella yli 2 % ja alle 6 %. Silloin etuna voidaan nähdä että jakosysteemi sellaisenaan pakottaa massan virtaamaan kahteen kanavaan venttiilin suihkussa, jolloin jälkeenpäin tulevat virtausvastukset ja tarkemmin vaihtelevat virtausvastukset eivät vaikuta massan jakautumiseen samalla talo voin kuin esimerkiksi hydraulisilla käyrillä toimittaessa. Siten esitelty systeemi on edullinen hyvin laajalla sakeusalueella, mutta eri sakeusalueilla sillä saavutettavat edut ovat samat eli voimakkaasti virtaavalla alueella tehty massan jako johtaa tasaiseen virtaamaan kahden tai useamman eri kanavan välillä.

15 Massan lämpötilalla ei systeemissä ole merkitystä, vaan se voidaan asettaa välille ΟΙ 00 °C ilmanpaineisissa systeemeissä, mutta on jos systeemi on paheellinen, voidaan 100 °C ylittää siten kun pidetään huolta että kussakin paineessa toimitaan kiehumispisteen alapuolella.

20 Koska jakoelin voi olla yksinkertainen levyn kaltainen venttiilin poistosuihkussa oleva elin, on sovelluksen yksi edullinen suoritusmuoto sellainen että levyn asemaa voidaan säätää. Jos tavoitteena on tarkka jako johonkin haluttuun suhteeseen ja jos jako halutaan saada tarkaksi, voidaan hienosäätö tehdä levyn asemaa siirtämällä tai asentaa aktiivinen säätömekanismi jakovälineen yhteyteen. Tämä säätö voidaan yksinkertai- o 25 simmin tehdä:

CM

cm 1. jakovälineen muotoa muuntamalla, kuten pyöristämällä tai muotoilemalla välinettä.

2. kiinnittämällä jakoväline siten että se voidaan irrottaa ja sen asemaa voidaan muut ti taa.

X

£ 3. saranoimalla tai niveltämällä jakoväline.

cd 30 4. käyttämällä jakovälineen liikutteluun liukukiskoa.

o 5. pitämällä jakoväline paikallaan, mutta muuttamalla ulostuloaukon kokoa esimerkiksi

LO

§ ulostuloaukon reunassa kiinteillä tai liikuteltavilla osilla.

CM

14

Erilliset säätöelementit voivat olla siten liikkuvia, mutta yksinkertaisimmillaan massan jakautumista voidaan perussäätää muuttamalla virtausaukon muotoa tai täyttämällä sitä.

5 Jos jakoväline on kiinteä, mutta jakoa halutaan muuttaa, voidaan se tehdä pyörittämällä venttiiliä jakolevyn suhteen siten, että toimilaitteen akseli ei ole enää kohtisuorassa jakolevyä vasten, jolloin massan syöttö tapahtuu toispuoleisesti. Tällä tavoin säädetty massan jako on edullisimmillaan vain yhdessä toimintapisteessä, mutta tällä tavoin pyörittämällä jakoa voidaan säätää.

10

Keksintö ei ole rajoitettu esimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan sitä voidaan muunnella ja soveltaa patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

15 δ

(M

CM

CM

x

IX

CL

CD

st

O

LO

o o

CM

Claims (16)

1. Laite massavirran jakamiseksi, joka laite käsittää venttiilirungon, joka on liitetty mas-savirran tulo- ja poistoyhteisiin ja jossa on sulkuelin venttiilin aukaisemiseksi ja sulke- 5 miseksi ja virtauksen säätämiseksi, tunnettu siitä, että laite käsittää lisäksi - välineen, joka on järjestetty virtaussuunnassa sulkuelimen jälkeen massanvir-ran jakamiseksi ainakin kahdeksi osavirraksi, ja - ainakin kaksi kanavaa, jotka on kytketty venttiiliin tai venttiilin poistoyhteeseen osavirtoja varten. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että jakamisväline on levymäinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että venttiilin poistovirran 15 jakamiseksi kolmeen tai useampaan osaan jakamisväline koostuu virtaussuunnassa peräkkäisistä levyistä, jotka on järjestetty toistensa suhteen risteävästi.

4. Patenttivaatimukseni mukainen laite, tunnettu siitä, että jakamisväline on putkimainen. 20

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että jakamisväline on tanko-mainen.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että osavir- o 25 takanavat on järjestetty oleellisesti symmetrisesti jakamisvälineen suhteen. i OJ

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että osa- 00 virtakanavat on kytketty yhteen tilaan osavirtojen johtamiseksi sinne. X cc CL <o 30

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että osavirtakanavat o on kytketty eri tiloihin, joissa vallitsee oleellisesti sama paine, m o o C\J

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että laite on järjestetty massan käsittelylaitteen syöttölinjaan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että käsittelylaite on massan pesuri.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että käsittelylaite on massan läjitin.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että käsittelylaite on massan käsittelysäiliö, valkaisutorni tai reaktori. 10

13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että sitä käytetään massavirtaukseen, jonka sakeus on alueella 6-16%, edullisesti 8-14%.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että sitä käytetään 15 massavirtaukseen, jonka sakeus on yli 2%, mutta alle 6%.

15. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että vent-tiilirunkoon kuuluu laippa, jolla poistoyhde on liitetty venttiiliin ja jolla on halkaisija, D, ja jakovälineen etäisyys venttiilin poistovirtauslaipasta on alle 3 D, tyypillisesti alle 1D, 20 edullisesti 0 D.

16. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että jako-väline on järjestetty kokonaan tai osittain venttiilirungon sisäpuolelle. o C\J CVl C\j X cc CL CO o LO o o OJ