FI127586B - Laite kaasupitoisten suspensioiden pumppaamiseksi - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee laitetta kaasupitoisten suspensioiden, erityisesti kuitumassasuspensioiden, pumppaamiseksi, jossa laitteessa on fluidisoiva roottorini jossa on yksi tai useampia siipiä(6), ja jossa laitteessa on pumpun juoksupyörä(31 jolloin fluidisoiva roottori (5) nousee pumpun (1)imuyhteeseen(18)ja jossa roottorissa on napa (17). Fluidisoivan roottorin(5)erityisen muotoilun ja sen järjestelyn avulla imuyhteessä(18) voidaan synnyttää riittävä paine ja kaasu johdetaan pois suspensiosta ilman lisälaitteita kuten esimerkiksi tyhjiöpumppua.

Description

Laite kaasupitoisten suspensioiden pumppaamiseksi

Keksintö koskee laitetta kaasupitoisten suspensioiden, erityisesti kuitu-massasuspensioiden, pumppaamiseksi fluidisoivalla roottorilla, jossa on yksi tai useampia siipiä ja pumppujuoksupyörä.

Kaasupitoisten suspensioiden pumppaamiseksi tunnetaan jo paljon ehdotuksia. Julkaisu US 4 971 519 esittää pumpun, jonka edessä on fluidisoi-va roottori, jolloin suspensiot fluidisoidaan siten, että olennaisesti ehkäistään kaasun joutumista pumpun imuaukkoon. Lisäksi julkaisuista EP 0474 476 tai EP 0474 478 tunnetaan toteutusmuotoja, joissa pumpun juoksu-pyörän taakse on järjestetty tyhjiöpumpun juoksupyörä kaasun pois imemiseksi. Kaikissa näissä toteutusmuodoissa, kuten myös julkaisusta EP 1 147 316 tunnetussa toteutusmuodossa, pyörimisen avulla syntyy roottorin keskelle vyöhyke, jossa kaasu erottuu. Erottuva kaasu on yleensä ilmaa, mutta se voi kuitenkin erityisissä sovelluksissa olla myös muuta kaasua. Kaikissa toteutusmuodoissa on haittapuolena, että kaasun poistamiseksi tarvitaan ylimääräinen laitteisto joko suoraan pumppuun tai siitä erillään. Julkaisun US 4 886 530 mukaan muille sovellutuksille kuten esimerkiksi kaksifaasisten nesteiden, erityisesti öljysuspensioiden, pumppaamiseksi ja erottamiseksi, on olemassa pumppuja erityisillä roottoreilla, joissa on kierrettyjä siipiä. Erillinen fluidisoiva roottori, kuten se järjestetään kuitu-massasuspensioille, ei ole tässä esillä. Lisäksi julkaisu EP 330 387 A2 kuvailee menetelmän kaasunpoistoon suspensioista, jossa juoksupyörä saa aikaan kaasun erotuksen suspensioista, jolloin kaasu kerääntyy juok-supyörän keskustaan. Suspensio syötetään tällöin pyörivän kuljettimen läpi juoksupyörään. Tässä laitteessa ei ole fluidisoivaa roottoria. Julkaisu EP 298 693 A2 kuvailee laitteen, jossa kaasu kerääntyy akselille, se imetään akselissa olevien aukkojen läpi ja sen jälkeen syötetään uudelleen suspensiorakojen läpi ja näiden avulla yhdessä johdetaan pois pumpusta. Julkaisussa WO 2000/43677 A1 esitellään laite, jossa juoksupyörällä alemman paineen vyöhyke on siiven tyvessä, erityisesti lähellä akselia. Täten kaasua ei voida riittävästi erottaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa yllämainittuja epäkohtia ja välttyä ylimääräiseltä laitekokoonpanolta.

Esillä oleva keksintö koskee laitetta kaasupitoisten suspensioiden, erityisesti kuitumassasuspensioiden, pumppaamiseksi fluidisoivalla roottorilla, jossa on yksi tai useampia siipiä ja pumpun juoksupyörä, jolloin fluidisoiva roottori nousee pumpun imuyhteeseen ja sisältää navan. Keksintö on tunnettu siitä, että imuyhteen halkaisijan suhde fluidisoivan roottorin vapaaseen pituuteen noudattaa seuraavaa kaavaa:

Dg/FL > 0,0024 * Dp +0,7 jossa

Ds on imuyhteen halkaisija, FL fluidisoivan roottorin vapaa pituus (kokonaispituus - navan pituus) ja Dp paineyhteen halkaisija.

Laite on myös tunnettu siitä, että venymäsuhde λ noudattaa seuraavaa kaavaa: λ <-0,0055 * Dp + 2,15 kun Dp < 250 mm ja λ < 0,775 kun Dp > 250 mm jossa venymäsuhde λ on määritelty fluidisoivan roottorin vapaaksi pituudeksi FL (kokonaispituus - navan pituus) / siipien leveys b / siipien määrä n ja Dp on paineyhteen halkaisija.

Erityisen hyödylliseksi on osoittautunut, jos roottorin pituus L sp imuyh-teessä on suurempi kuin 0,5 kertaa imuyhteen halkaisija Ds, edullisesti suurempi kuin 0,6 kertaa imuyhteen halkaisija Ds.

Erityisen hyvä keksinnön toteutusmuoto on tunnettu siitä, että fluidisoivan roottorin navan pituuden ja imuyhteen pituuden suhde on 0,9 -1,1, edullisesti noin 1,0 ja fluidisoivan roottorin siivet ulottuvat pumpun juoksupyö-rään asti. Tällöin siipien ylä- tai alapuolella (pyörimissuunnassa juoksu-pyörästä katsottuna) voi muodostua alemman tai ylemmän paineen vyöhykkeitä, joilla kaasu voi erottua, ja ehkäistään erotetun kaasun kerääntyminen keskustaan, jolloin synnytetty paine voi ilman ylimääräisiä apuvälineitä kuljettaa kaasun ulos järjestelmästä. Imuyhteen alueella fluidisoiva roottori synnyttää korkean paineen pumpun juoksupyörää vasten olevalla osalla, minkä avulla kaasu voidaan johtaa pois ilman ylimääräisiä laitteita.

Keksinnön eräs edullinen toteutusmuoto on tunnettu siitä, että siivet on muotoiltu nauhamaisiksi ja siipien pinnan kaarevuus pienentyy vapaasta päästä pumpun juoksupyörän suuntaan, jolloin tämä voi tapahtua jatkuvasti, esimerkiksi lineaarisesti. Tämän siipimuodon avulla pumpun juok-supyörää vasten olevalla osalla, erityisesti imuyhteessä, synnytetään korkea paine, jonka avulla kaasu voidaan johtaa pois ilman ylimääräisiä laitteita.

Jos siipien pinta tulopäällä on järjestetty lähes kohtisuoraan akseliin nähden, voidaan tulohäviöitä voimakkaasti vähentää.

Edulliseksi on osoittautunut, jos siipien pinta poistopäällä muuttuu loivassa kulmassa akseliin nähden juoksupyörän siiviksi. Täten saavutetaan loivahko siirtymä fluidisoivalta roottorilta pumpun roottorille ja suunnan muutoksen vastukset vähenevät.

Mikäli pumpun juoksupyörä sisältää lisäsiipiä kaasusta vapautetun kuitu-massasuspension pumppaukseen, jotka järjestetään fluidisoivaan roottoriin liitettyjen siipien väliin, voidaan siis saavuttaa parempi suspension pumppaus.

Aukkojen avulla, jotka sijaitsevat pumpun juoksupyörässä siipien ali-painepuolella, jolloin aukot voivat olla yhteydessä erotuskammioon, voidaan järjestää vielä tehokkaampi kaasunerotus.

Edulliseksi on osoittautunut, että fluidisoivalla roottorilla on neljä siipeä. Täten voidaan saavuttaa hyvä voimanjakeiu.

Jos fluidisoiva roottori on tulopäällä keskustassa vapaa, voi suspensio virrata esteittä pumpun juoksupyörän suuntaan, jolloin laitteen tehokkuus vielä nousee.

Keksintöä kuvaillaan seuraavassa esimerkein piirrosten pohjalta, joista kuvio 1 esittää 3D-yleiskuvan keksinnönmukaisesta fluidisoivasta roottorista ja pumpun juoksupyörästä, kuvio 2 esittää poikkileikkauskuvan keksinnönmukaisesta laitteesta, ja kuvio 3 esittää vaakakuvan fluidisoivasta roottorista.

Kuviossa 1 on keksinnönmukainen pumppu 1, joka koostuu pesästä 2, pumpun juoksupyörästä 3, jossa on siipiä 4, ja fluidisoivasta roottorista 5, jossa on siipiä 6. Edullisesti käytetään neljää siipeä 6.

Siivet 6 ovat nauhamaisia muodoltaan ja siipien 6 pinnan kaarevuus pienentyy vapaasta päästä 7 pumpun juoksupyörän 3 suuntaan.

Tulopäällä 7 siipien 6 pinta on suunnattu lähes kohtisuoraan akseliin nähden. Tällöin tulohäviö minimoidaan, ja suspensioon voidaan välittää suurempaa voimaa. Siipien 6 pinnat poistopäällä 8 on järjestetty loivaan kulmaan akseliin nähden ja ne muuttuvat pumpun juoksupyörän 3 siiviksi 4. Lisäksi siipien 4 väliin on järjestetty lisäsiipiä 9, jotka nostavat pumpun 1 tehoa. Pumpun juoksupyörän 3 pohjalevy 10 sisältää joukon aukkoja 11, jotka on järjestetty siipien 4 ja 9 alipainepuolelle ja ne kuljettavat kerääntyneen kaasun pois. Kun fluidisoiva roottori 5 pyörii suuntaan 13, muodostuu siipien 6 yläpuolelle alipainevyöhykkeitä pyörimisen suuntaan juoksu-pyörästä katsottuna. Näiden siipien keksinnönmukaisella muotoilulla painetaan siellä erotettua kaasua pumpun juoksupyörän 3 suuntaan ja siellä erotetaan kulkuvirtauksesta aukkojen 11 läpi. Lisäksi siipien 6 avulla synnytetään riittävä paine erotetun kaasun pois kuljettamiseksi ja täten vältytään jäljessä olevalta tyhjiöpumpulta. Suhteellisen suuren siipien 6 leveyden b avulla suhteessa navan 17 halkaisijaan ön, joka vastaa suunnilleen vapaata välitilaa keskustassa, voidaan kaasun, erityisesti ilman, erottamista, siiville 6 voimakkaasti avustaa. Täten myös keskustassa olevaa suspensiosta voidaan pumpata helpommin. Myös siivet 6 voivat täten käyttää suurempaa pumppauspainetta suspensiolle ja myös erotetulle kaasulle.

Imuyhteen halkaisijan Ds valinta pitäisi tapahtua siten, että annetulla tuotantomäärällä virtausnopeus imuyhteessä olisi 0,5 m/s-4 m/s, edullisesti 1,0 m/s -3,0 m/s. Tämä virtausnopeus, erityisesti alle 3 m/s johtaa optimaaliseen kaasun erotukseen suspensiosta.

Kuvio 2 esittää poikkileikkauksen keksinnönmukaisesta laitteesta, jossa samat osat on kuvattu samoilla viitteillä. Kuvasta havaitaan hyvin fluidi-soivan roottorin siivet 6 kuten myös siivet 4 ja lyhyemmät pumpun juoksupyörän 3 siivet 9. Pumpun juoksupyörän 3 takapuolella on erotuskam- mio 12, jossa siivillä 6 suspensiosta erotettu ja fluidisoivan roottorin 5 avulla aukkojen 11 läpi painettu kaasu erotetaan, kuljetetaan kaasunero-tuskammioon 20 ja sen jälkeen johdetaan pois linjan 16 kautta. Pumpun juoksupyörän 3 takapuolelle voidaan järjestää myös vielä siipiä 15, jotka mahdollistavat mukanakulkeutuneiden kuitujen erottamisen kaasuvirtauk-sesta. Tämän jälkeen kaasusta vapautettu suspensio pumpataan eteenpäin poiston 14 kautta. Tässä voidaan hyvin havaita, että fluidisoivan roottorin 5 navan 17 pituus I n on olennaisesti pumpun 1 imuyhteen 18 pituuden L suuruinen. Suhteen In/L arvolla välillä 0,9 - 1,1 saavutetaan parhaat arvot kaasunerotukselle ja pumpun hyötysuhteelle. Lisäksi parhaat tulokset ovat ilmenneet fluidisoivan roottorin 5 halkaisijan d ja pumpun juoksupyörän 3 halkaisijan D suhteen ollessa suurempi kuin 0,5.

Kuvio 3 esittää vaakakuvan fluidisoivasta roottorista 5 pumpun juoksupyörän 3 suuntaisesti. Kuvasta on tunnistettavissa, että siivet 6 limittyvät voimakkaasti ja että keskustassa on vapaa tila 19, joka on täyttynyt suspensiolla. Tämä sisempi tila 19 pysyy mahdollisimman pienenä suhteellisen leveiksi muotoiltujen siipien 6 avulla. Suhteellisen suuren siipien 6 leveyden b avulla suhteessa navan 17 halkaisijaan ön, joka vastaa suurin piirtein vapaata välitilaa keskustassa, voidaan kaasun, erityisesti ilman, erotusta siivillä 6 voimakkaasti avustaa. Täten myös keskustassa olevaa suspensiota voidaan pumpata helpommin. Myös siivet 6 voivat täten käyttää suspensiolle ja myös erotetulle kaasulle suurempaa pumppauspainet-ta. Myös vapaat (ei kiinnitetyt) tulopäät 7 ovat hyvin nähtävissä. Lisäksi on myös havaittavissa fluidisoivan roottorin 5 ja juoksupyörän 3 halkaisijan d/D suhde. Myös napa 17 kuten imuyhde 18 ovat havaittavissa.

Fluidisoivan roottorin 5 pyörimisen kautta nuolen 13 osoittamaan suuntaan muodostuu siipien 6 alapuolella juoksupyörän 3 suuntaan katsottuna korkeampi paine. Samanaikaisesti siipien 6 yläpuolella ilmenee matalamman paineen vyöhyke. Siipien 6 muotoilun ja nousun avulla suspensio syötetään juoksupyörälle 3. Napa 17 ehkäisee kaasun eroamista keskustaan 19, jolloin kaasu kuljetetaan siipien 6 alapuolta pitkin ja johdetaan pois juoksupyörän 3 pohjalevyssä 10 olevien aukkojen 11 kautta keräys- kammioon. Olennaisesti sama navan 17 pituus In ja imuyhteen 18 pituus L mahdollistavat tällä alueella lisäpaineenmuodostuksen, jolloin kaasu voidaan kuljettaa pois myöhemmässä vaiheessa ilman ylimääräisiä laitteita linjan 16 kautta.

Toteutusesimerkkejä:

Vallitsevan tekniikan tason mukainen pumppu, jossa on imuyhteen halkaisija Ds= 200 mm, paineyhteen halkaisija Dp = 150 mm, siipien leveys b= 45mm, 3 siipeä ja fluidisoivan roottorin vapaa pituus FL = 305 mm. Tällöin toisaalta λ = 2,26, joka on olennaisesti suurempi kuin 1,325, kuten myös suhde DS/FL on 0,66, joka on olennaisesti pienempi kuin 1,06.

On osoittautunut, että ylimääräinen tyhjiöpumppu on tässä kaasupitoisten suspensioiden pumppaamiseksi ehdottomasti välttämätön riittävän kaa-sunerotuksen ja täten myös riittävän suspension pumppaamisen takaamiseksi.

Kokeessa asennettiin pumppu, jossa imuyhteen halkaisija oli Ds= 175 mm, paineyhteen halkaisija Dp = 100 mm, siipien leveys b = 50 mm, 4 siipeä ja fluidisoivan roottorin vapaa pituus FL = 160 mm. Tässä toisaalta λ = 0,8, joka on olennaisesti pienempi kuin 1,57, kuten myös suhde DS/FL on 1,09, joka on olennaisesti suurempi kuin 1,03.

Yhdessä toteutuksessa, joka vastasi näitä arvoja, saatiin aikaiseksi erittäin hyvä ilman erotus kuitumassasuspensiosta, jolloin pumpun hyötysuhde olennaisesti parani ja johti pienempään energiankäyttöön. Erityisesti voitiin jälkimmäinen tyhjiöpumppu jättää pois.

Suuremmille tuotantomäärille asennettiin pumput, joissa imuyhteen halkaisija oli Ds= 400 mm, tai 475 paineyhteen halkaisija Dp = 250 mm tai 300 mm, siipien leveys b= 110 mm tai 120 mm, 4 siipeä ja fluidisoivan roottorin vapaa pituus oli FL = 240 mm tai 270 mm. Tässä toisaalta λ = 0,55 tai 0,56, joka on olennaisesti pienempi kuin 0,775 tai alle tämän 0,775 raja-arvon, kuten myös suhde Dg/FL on 1,67 tai 1,76, joka on olennaisesti suurempi kuin 1,3 tai 1,39. Suuremmilla pumpuilla, joiden pai- néyhteen halkaisija oli suurempi kuin 250 mm osoittautui, että fluidisoivan roottorin geometria samanlaisena pysyvällä teholla ei muutu olennaisesti. Myös tässä voidaan jälkimmäinen tyhjiöpumppu jättää pois, mikä johtaa suurempiin energiasäästöihin ja myös säästöihin investointikustannuksissa.

Suhteellisen leveiden ja myös suhteellisen pitkien ja pitkälle nousuput-keen ulottuvien fluidisoivan roottorin siipien kautta erotetaan kaasu erittäin hyvin suspensiosta ja syntyneen paineen avulla kuljetetaan pois.

Esimerkit eivät rajoita keksintöä. Myös esimerkiksi muita pumpun koosta ja tehosta hyvin riippuvaisia mitoituksia voidaan valita. Olennaisia ovat kuitenkin periaatteellinen fluidisoivan roottorin rakenne ja järjestys pumpun pesässä/imuyhteessä, joiden avulla fluidisoiva roottori painaa erotetun kaasun pumpusta ulos ja ylimääräisiä laitteita tyhjiön tuottamiseksi ei tarvita.

Claims (14)

1. Laite kaasupitoisten suspensioiden, erityisesti kuitumassasuspensioi-den, pumppaamiseksi, jossa laitteessa on fluidisoiva roottori (5), jossa on yksi tai useampia siipiä (6) ja jossa laitteessa on pumpun (1) juok-supyörä (3) ja paineyhde, jolloin fluidisoiva roottori (5) nousee pumpun (1) imuyhteeseen (18) ja jossa roottorissa (5) on napa (17), tunnettu siitä, että imuyhteen (18) halkaisijan (Ds) suhde fluidisoivan roottorin (5) vapaaseen pituuteen (FL) noudattaa seuraavaa kaavaa: DS/FL > 0,0024 * Dp + 0,7, jossa Ds on imuyhteen (18) halkaisija, FL on fluidisoivan roottorin (5) vapaa pituus (kokonaispituus - navan pituus) ja Dp on paineyhteen halkaisija.

2. Laite kaasupitoisten suspensioiden, erityisesti kuitumassasuspensioi-den, pumppaamiseksi, jossa laitteessa on fluidisoiva roottori (5), jossa on yksi tai useampia siipiä (6), ja jossa laitteessa on pumpun (1) juok-supyörä (3) ja paineyhde, jolloin fluidisoiva roottori (5) nousee pumpun (1) imuyhteeseen (18) ja jossa roottorissa (5) on napa (17), tunnettu siitä, että venymäsuhde λ noudattaa seuraavaa kaavaa: λ <-0,0055 * Dp + 2,15 kun Dp < 250 mm ja λ <0,775 kunDp>250 mm jossa venymäsuhde λ on määritetty vapaaksi fluidisoivan roottorin (5) pituudeksi (FL) (kokonaispituus - navan pituus) /siipien pituus (b) / siipien määrä (n) ja Dp paineyhteen halkaisija.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että roottorin (5) pituus (Lsp) imuyhteessä (18) on suurempi kuin 0,5 kertaa imuyhteen (18) halkaisija (Ds), edullisesti suurempi kuin 0,6 kertaa imuyhteen (18) halkaisija (Ds).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että fluidisoivan roottorin (5) navan (17) pituuden (lN) suhde imuyhteen (18) pituuteen (L) on välillä 0,9-1,1, edullisesti noin 1,0 ja fluidisoivan roottorin (5) siivet (9) ulottuvat pumpun (1) juoksupyörään (3) asti.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että siivet (6) on muotoiltu nauhamaisiksi ja siipien (6) pinnan kaarevuus tu-lopäästä (7) pienentyy pumpun (1) juoksupyörän (3) suuntaan.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että siipien (6) pinnan kaarevuus tulopäästä (7) jatkuvasti pienentyy pumpun juoksu-pyörän (3) suuntaan.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että siipien (6) pinnan kaarevuus tulopäästä (7) pienentyy lineaarisesti pumpun juoksupyörän (3) suuntaan.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että siipien (6) pinta tulopäässä (7) on järjestetty lähes kohtisuoraan akseliin nähden.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että loivassa kulmassa akseliin nähden oleva siipien (6) pinta poistopäässä (8) muuttuu juoksupyörän (3) siiviksi (4).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että pumpun juoksupyörä (3) sisältää fluidisoivan roottorin siipien yhteydessä olevien siipien väliin järjestettyjä lisäsiipiä (9) kaasusta vapautetun kuitu-massasuspension pumppaukseen.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että pumpun juoksupyörässä (3) siipien (4) alipainepuolella on aukkoja (11).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että aukot (11) ovat yhteydessä erotuskammioon (12).

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että fluidisoivalla roottorilla (5) on neljä siipeä (6).

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että fluidisoivan roottorin (5) keskustassa tulopäässä (7) on vapaa tila (19). Patentkrav