FI123888B - Pumppu - Google Patents

Description

PUMPPU

KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osassa määritelty pumppu.

KEKSINNÖN TAUSTA

Entuudestaan tunnetaan esim. julkaisusta US 5662871 pumppusekoitin (ns. Dispersion Overflow Pump, DOP®), 10 jolla kaksi toisiinsa liukenematonta nestefaasia on sekoitettavissa toisiinsa dispersioksi. Pumppu syöttää dispersiota yhden tai useamman sekoittimen kautta nes-te-nesteuuttosettieriin.

15 Tällaiseen pumppuun kuuluu imusäiliö, johon kuuluu pohja, joka rajoittaa imusäiliön sisätilaa suunnassa alaspäin. Edelleen imusäiliöön kuuluu lieriömäinen pystysuuntainen sivuseinämä, joka rajoittaa imusäiliön sisätilaa suunnassa sivullepäin. Sivuseinämään avautuu 20 ensimmäinen tulokanava, jonka kautta ensimmäinen nestefaasi on syötettävissä imusäiliöön, ja toinen tulo-kanava, jonka kautta toinen nestefaasi on syötettävissä imusäiliöön. Edelleen imusäiliöön kuuluu yläseinä-mä, joka rajoittaa imusäiliön sisätilaa suunnassa 25 ylöspäin ja jossa yläseinämässä on keskeinen aukko.

Edelleen pumppuun kuuluu pumppuosa, johon kuuluu juok- co .....

^ supyorapesä, joka on järjestetty imusäiliön päälle ^ niin, että mainittu yläseinämä muodostaa juoksupyörä- oo cp pesän pohjan, ja jossa yläseinämässä oleva keskeinen ί 30 aukko muodostaa pumppuosan imuaukon, ja jota juoksuja pyöräpesää rajoittaa sivullepäin lieriömäinen sivusei- Q_ nämä. Edelleen pumppuosa käsittää juoksupyörän, jossa on joukko siipiä. Juoksupyörä on järjestetty juoksu-co o pyöräpesän sisätilaan imuaukosta imetyn ensimmäisen S 35 faasin ja toisen faasin sekoittamiseksi dispersioksi.

2

Juoksupyörä on kiinnitetty pystysuuntaiseen käyttöak-seliin pyöritettäväksi käyttömoottorilla.

Tässä tunnetussa DOP-pumpussa juoksupyöräpesä on ylös-5 päin avoin. Juoksupyöräpesän sivuseinämän yläosa aukeaa kartiomaisesti ylöspäin niin, että sivuseinämän yläreuna muodostaa "ylivuoto"reunan, jonka yli dispersio purkautuu juoksupyöräpesästä ympäröivään tilaan. Imusäiliötä ja pumppuosaa ympäröi ulompi säiliö, joka 10 vastaanottaa juoksupyöräpesästä purkautuvan dispersion imusäiliön ja ulkosäiliön väliseen tilaan. Tässä tilassa dispersion sekoitusteho pidetään tasolla, jossa faasit pysyvät sekoittuneina. Loput liike-energiasta muutetaan potentiaalienergiaksi, jonka tarkoitus on 15 siirtää dispersio eteenpäin ulkosäiliön sivuseinämään avautuvan poistokanavan kautta sekoittimiin ja niistä edelleen neste-nesteuuttosettieriin.

Tällainen tunnettu DOP-pumppurakenne toimii erinomai-20 sena dispersion muodostajana.

Suurimittakaavaisissa Cu-uuttolaitoksissa muodostuu tunnetun DOP-pumpun rakenteesta kuitenkin joitakin ongelmia. DOP-pumpun yllämainitulla rakenteella sen koko 25 tulee suureksi. Esimerkiksi tarvittavan ulkosäiliön, joka määrää laitteen fyysisen koon, halkaisija voi olla jopa suuruusluokkaa 6 - 7 m ja korkeus yli 4 m.

CO

l- Laitteen fyysinen koko on siis iso ja se aiheuttaa o ^ suuret investointikustannukset. Ulkosäiliössä on suuri co cp 30 tyhjä tila pumppuosan päällä, jota ei tarvita muuten ^ kuin prosessin käynnistystilanteessa, koska käyttöäkin selin akseliläpivienti ulkosäiliön kannen läpi ei ole

CL

tiivis. Tämä kasvattaa laitteen kokoa ja sitä kautta ^ investointikustannuksia. Ulkosäiliön ja imusäiliön vä- co o 35 Iissä oleva nestetila lisää laitteen fyysistä kokoa, ° lisää laitteen investointikustannusta ja on prosessi- teknisesti vaikea mitoittaa (dispersion viipymäaika).

3

Koska DOP-yksikössä on suuri nestetilavuus, joka täytyy pitää sekoitettuna ennen kuin dispersio virtaa se-koittimiin, täytyy faaseja ylisekoittaa pumppuosassa. Tämä lisää pienten, vaikeasti erotettavien pisaroiden 5 muodostumista pumpussa ja nostaa DOP-yksikön tehonkulutusta. Iso yksikkö ja varsinkin ulkosäiliö nostaa kuljetuskustannuksia ja vaikeuttaa kuljetuksia erityisesti esim. vuoristoissa ja Afrikassa, joissa ulkosäi-liön mitat usein ylittävät suurimmat sallitut kulje-10 tusmitat. Koska käyttömoottori sijaitsee kaukana juok-supyörästä, tarvitaan pitkä käyttöakseli. Pitkä akseli taipuu varsinkin isoissa tuotantoyksiköissä ja aiheuttaa juoksupyörän värähtelyä. Akselin taipuminen vaikeuttaa akselin ja juoksupyörän mekaanista mitoitusta.

15

KEKSINNÖN TARKOITUS

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

20

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin pumppu, joka on fyysiseltä kooltaan aiempaa huomattavasti pienempi ja hinnaltaan edullisempi.

25 Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin pumppu, joka on mahdollistaa pumpun mitoittamisen kuljetettavaksi tavanomaisilla kuljetusvälineillä tarvitse-eo g matta erikoiskuljetuksia, ja jonka pumpun kuljetuskus- ^ tannukset ovat edulliset, oo 9 30

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin pump-ir pu, jossa ei tarvita suurta tyhjää tilaa eikä ulkosäi- Q.

. liötä ja jonka nestetilavuus on siten mahdollisimman

r-. J J

c\j pieni, co o 35 o

CM

4

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin pumppu, jossa dispersion viipymäaika on mahdollisimman pieni.

5 Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin pumppu, jonka tehonkulutus on aiempaa pienempi.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin pumppu, jossa esiintyy mahdollisimman vähän juoksupyörän vä-10 rähtelyjä.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukaiselle pumpulle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

15

Keksinnön mukaisesti juoksupyöräpesän sisätilaa rajoittaa suunnassa ylöspäin kansiseinämä, jossa on mekaanisella akselitiivisteellä tiivistetty keskeinen akseliläpivienti käyttöakselia varten. Poistokanava 20 avautuu juoksupyöräpesän sivuseinämään.

Verrattaessa keksinnön mukaista pumppua em. tunnettuun DOP-pumppuun voidaan todeta, että keksinnöllä on monia etuj a: 25 - Erillistä ulkosäiliötä ei tarvita lainkaan, koska dispersion poisto tapahtuu suoraan pumppuosan juoksu-pyöräpesästä. Tämä pienentää laitteen fyysistä kokoa δ ja hintaa yli 50 %.

CM

qJj - Pumppu on aina täynnä nestettä. Tyhjää tilaa lait- o ^ 30 teen sisällä ei ole eikä tarvita. Täten nykyistä DOP- pumpun nestepinnan säätöön tarkoitettua kallista ja

X

g hankalaa läppäventtiiliä ei tarvita ollenkaan.

- Pumpun nestetilavuus on pieni eli sekoituksen viipy- mäaikamitoitus tulee olemaan tarkka ja helposti las- ? 35 kettavissa.

o ^ - Ylisekoitusta ei tarvita, koska heti dispersion muo dostamisen jälkeen dispersio poistuu pumpusta ja on 5 lähes välittömästi sekoittimessa. Tämä parantaa faasien erottumista neste-nesteuuttosettlerissä ja alentaa pumpun tehonottoa.

- Pienikokoinen pumppuyksikkö voidaan kuljettaa hel-5 posti kokonaisena kohteeseen esim. normaalina maantiekuljetuksena. Samassa kuljetuksessa voidaan uudella rakenteella kuljettaa useampi pumppu kokonaisena, kun nykyiset yksiköt vaativat omat erilliset kuljetusalustansa.

10 - Juoksupyörän käyttöakseli on lyhyt, joten se ei vä- rähtele, mikä helpottaa akselin ja juoksupyörän mitoitusta ja lisää mekaanista kestävyyttä.

Pumpun eräässä sovellutuksessa poistokanava avautuu 15 tangentiaalisesti juoksupyöräpesän sivuseinämään.

Pumpun eräässä sovellutuksessa käyttölaitteeseen kuuluu moottori.

20 Pumpun eräässä sovellutuksessa käyttölaitteeseen kuuluu vaihde, joka on järjestetty moottorin ja käyttöakselin välille.

Pumpun eräässä sovellutuksessa pumpun tuotto on suu-25 ruusluokkaa 50 - 10 000 m3/h, juoksupyörän kehänopeus on suuruusluokkaa 5 m/s ja dispersion ylipaine poisto-kanavassa suuruusluokkaa 5-50 kPa. Tämä ylipaine ai-

CO

^ heutuu suurimmaksi osaksi pumppua seuraavan sekoitti- ^ men hydrostaattisesta paineesta. Dispersiovirtauksen oo o 30 pumpulta vaatima ylipaine on 3 - 8 kPa.

£ KUVALUETTELO

CL

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti M· ^ sovellutusesimerkin avulla viittaamalla oheiseen pii- ? 35 rustukseen, jossa

C\J

6 kuva 1 esittää kaaviomaisesti erästä järjestelmää varustettuna keksinnön mukaisen pumpun eräällä sovellutuksella, ja 5 kuva 2 esittää kaaviomaisesti halkileikkausta keksinnön mukaisen pumpun eräästä sovelluksesta.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Kuvassa 1 on kaaviomaisesti esitetty järjestelmä, joka 10 käsittää pumpun 1, kaksi sekoitinta 2 ja neste- nesteuuttosettlerin 3. Sekoittimia voi olla muukin lukumäärä kuin kaksi. Kaksi toisiinsa liukenematonta nestefaasia sekoitetaan keskenään dispersioksi pumpussa 1. Pumppu 1 syöttää dispersiota sekoittimeen 2, 15 josta se johdetaan edelleen toiseen sekoittimeen 2 ja siitä edelleen nousukanavan 24 kautta neste-nesteuuttosettleriin 3. Järjestelmässä dispersioksi sekoitettavia faaseja voivat olla esimerkiksi vesi ja orgaaninen liuos. Dispersiossa uuttoreaktio siirtää 20 esimerkiksi metallia faasista toiseen. Settlerissä 3 faasit erotetaan toisistaan.

Kuvassa 2 on tarkemmin esitetty kuvan 1 pumpun 1 perusrakenne. Pumppuun 1 kuuluu imusäiliö 4. Pohja 5 ra-25 joittaa imusäiliön 4 sisätilaa suunnassa alaspäin.

Lieriömäinen pystysuuntainen sivuseinämä 6 rajoittaa imusäiliön 4 sisätilaa suunnassa sivullepäin. Yläsei- o nämä 9 rajoittaa imusäiliön 4 sisätilaa suunnassa c\j ^ ylöspäin. Yläseinämässä on keskeinen aukko 10. Imusäi-

O

30 liön 4 sivuseinämään 6 avautuu ensimmäinen tulokanava ^1" 7, jonka kautta ensimmäinen nestefaasi on syötettävis-£ sä imusäiliöön, ja toinen tulokanava 8, jonka kautta toinen nestefaasi on syötettävissä imusäiliöön. c\j

CD

^ 35 Edelleen pumppu 1 käsittää pumppuosan 11, joka on vä- ^ littömästi imusäiliön 4 päällä. Pumppuosaan 11 kuuluu juoksupyöräpesä 12, joka on järjestetty imusäiliön 4 7 päälle niin, että yläseinämä 9 muodostaa juoksupyörä-pesän 12 pohjan, ja jossa yläseinämässä 9 oleva keskeinen aukko 10 muodostaa imuaukon, josta faasit imetään juoksupyöräpesään 12. Juoksupyöräpesää 12 rajoit-5 taa sivullepäin pystysuuntainen lieriömäinen sivusei-nämä 13 imusäiliön 4 sivuseinämän 6 ylöspäin jatkuvana jatkeena. Poistokanava 18 avautuu kohtisuoraan tai tangentiaalisesti juoksupyöräpesän 12 sivuseinämään 13. Juoksupyörä 14, jossa on joukko juoksusiipiä 15, 10 on järjestetty juoksupyöräpesän 12 sisätilaan niin, että juoksupyörän pyöriessä imusäiliöstä 4 imuaukon 10 kautta imetyt ensimmäisen faasi ja toinen faasin sekoittuvat keskenään dispersioksi, joka voi poistua poistokanavaa 18 pitkin sekoittimeen. Juoksupyöräpesän 15 12 sisätilaa rajoittaa suunnassa ylöspäin kansiseinämä 19, jossa on mekaanisella akselitiivisteellä 20 tiivistetty keskeinen akseliläpivienti 21, jonka kautta pystysuuntainen käyttöakseli 16 ulottuu juoksupyörä-pesään 12 ja jonka käyttöakselin 16 alapäähän juoksu-20 pyörä 14 on kiinnitetty. Käyttöakselia 16 pyörittämään on järjestetty käyttölaite 17, joka voi käsittää sähkömoottorin 22 ja alennusvaihteen 23.

Pumppu 1 soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi suuri-25 mittakaavaisissa Cu-uuttolaitoksissa.

Eräänä esimerkkinä pumpun koosta ja tunnusluvuista co ^ voidaan mainita, että pumpun 1 tuotto voi olla suu- ^ ruusluokkaa 50 - 10 000 m3/h. Käyttölaite 17 voi olla co o 30 sovitettu pyörittämään juoksupyörää 14 kehänopeudella, ? joka on suuruusluokkaa 5 m/s. Dispersion paine poistoja kanavassa 18 voi olla suuruusluokkaa 50 kPa.

CL

N.

Fyysisistä mitoista mainittakoon esimerkkinä, että jos co o 35 tunnetun tekniikan mukaisella rakenteella DOP-yksikön S ulkomitat olivat halkaisija 6,7 m ja korkeus 4,01 m, niin vastaavasti keksinnön mukaisella rakenteella hai- 8 kaisija on 3,4 m ja korkeus 1,75 m. Verrattuna tunnettuun DOP-yksikköön keksinnön mukaisen pumpun laiteti-lavuus putoaa 88 %, halkaisija pienenee 49 % ja korkeus pienenee 56 %. Pumpun sisältämän liuoksen tilavuus 5 putoaa n. 75 %.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittele) lemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

co δ

CvJ

CO

cp

X

X

Q.

1^

CvJ

CD

O

δ

CvJ

Claims (7)

1. Pumppu (1) kahden toisiinsa liukenemattoman nestefaasin sekoittamiseksi keskenään dispersioksi 5 ja dispersion syöttämiseksi sekoittimeen (2) ja edelleen neste-nesteuuttosettleriin (3), ja johon pumppuun (1) kuuluu - imusäiliö (4), johon kuuluu -- pohja (5), joka rajoittaa imusäiliön si-10 sätilaa suunnassa alaspäin, lieriömäinen pysysuuntainen sivuseinämä (6), joka rajoittaa imusäiliön sisätilaa suunnassa sivullepäin, ja johon sivuseinämään avautuu ensimmäinen tulokanava (7), jonka 15 kautta ensimmäinen nestefaasi on syötettävis sä imusäiliöön, ja toinen tulokanava (8), jonka kautta toinen nestefaasi on syötettävissä imusäiliöön, ja -- yläseinämä (9), joka rajoittaa imusäiliön 20 sisätilaa suunnassa ylöspäin ja jossa yläsei- nämässä on aukko (10), ja - pumppuosa (11), johon kuuluu -- juoksupyöräpesä (12), joka on järjestetty imusäiliön (4) päälle niin, että mainittu 25 yläseinämä (9) muodostaa juoksupyöräpesän pohjan, ja jossa yläseinämässä oleva aukko (10) muodostaa pumppuosan imuaukon, ja jota o juoksupyöräpesää rajoittaa sivullepäin lie- C\J ^ riömäinen sivuseinämä (13), ° 30 -- juoksupyörä (14), jossa on joukko juok- susiipiä (15), ja joka juoksupyörä on järjes- g tetty juoksupyöräpesän (12) sisätilaan imuau- kosta (10) imettyjen ensimmäisen faasin ja S to lsen faasin sekoittamiseksi keskenään dis- ? 35 persioksi, o 00 -- käyttöakseli (16), johon juoksupyörä (14) on kiinnitetty, ja -- käyttölaite (17) käyttöakselin (16) pyörittämiseksi, ja - poistokanava (18), jonka kautta dispersio on johdettavissa pumpusta (1) sekoittimeen (2) , tunnettu 5 siitä, että juoksupyöräpesän (12) sisätilaa rajoittaa suunnassa ylöspäin kansiseinämä (19), jossa on mekaanisella akselitiivisteellä (20) tiivistetty keskeinen akseliläpivienti (21) käyttöakselia (16) varten; ja että poistokanava (18) avautuu juoksupyöräpesän (12) 10 sivuseinämään (13).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pumppu, tunnet-t u siitä, että poistokanava (18) avautuu tangentiaa-lisesti juoksupyöräpesän (12) sivuseinämään (13). 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen pumppu, tunnettu siitä, että käyttölaitteeseen (17) kuuluu moottori (22).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen pumppu, tunnet- t u siitä, että käyttölaitteeseen (17) kuuluu vaihde (23), joka on järjestetty moottorin (22) ja käyttöakselin (16) välille.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen pumppu, tunnettu siitä, että pumpun (1) tuotto on suuruusluokkaa 50 - 10 000 m3/h. co δ

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen pumppu, co o 30 tunnettu siitä, että käyttölaite (17) on sovitet- ^ tu pyörittämään juoksupyörää (14) kehänopeudella, joka on suuruusluokkaa 5 m/s. CL h-

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen pumppu, co o 35 tunnettu siitä, että dispersion paine poistokana- ^ vassa (18) on suuruusluokkaa 5-50 kPa.