FI71675B - Pump foer torrt fast pulveriserat material - Google Patents

Description

1 71675

Pumppu kuivaa kiinteää jauhemateriaalia varten Tämä keksintö koskee laitetta jauhetun materiaalin jatkuvaa syöttöä varten korkeapaineastiaan, joka laite kä-5 sittää kiinteän syöttöputken jauhetun materiaalin syöttämiseksi korkeapainekoteloon, kiinteän syöttöputken pään kanssa samankeskisesti asennetun roottorin jauhetun materiaalin vastaanottamista varten, niin että syöttöputki ja roottori muodostavat rengasmaisen pyörimiskammion.

10 Eräs sellainen teollinen prosessi jossa jauhettua ma teriaalia jatkuvasti syötetään on kivihiilen kaasutus, joka edellyttää, että jauhettua tai pölynnettyä kivihiiltä syötetään ulkoilman paineessa toimivasta syöttösuppilosta tai vastaavasta, korkeapainereaktioastiaaan. On monentyyppisiä 15 kivihiilen kaasutusprosesseja, joissa käytetään suurestikin vaihtelevia reaktoripaineita, mutta nykyään yleisimmät paineet ovat 20-40 atm.

Yhtä aikaa haetussa PCT-patenttihakemuksessa US80/00434, jonka otsikko on "Kineettinen suulakepuristin-20 kuivajauhepumppu" ja joka on siirretty samalle siirronsaajalle kuin tämä patenttihakemus, todetaan, että on joukko teollisia prosesseja, jotka edellyttävät, että hienojakoista materiaalia syötetään alemmasta ympäristön paineesta työ-kammiossa vallitsevaan korkeampaan paineeseen.

25 Patenttihakemuksessa esitetty keksintö tarjoaa käyt töön menetelmän ja laitteen jauhetun tai pölynnetyn kiinteän materiaalin, kuten kivihiilen, jatkuvaa syöttämistä varten paineistettuun astiaan. Tämä saadaan aikaan käyttämällä roottoria sen paineistetun vaipan sisällä, jonka kaut-30 ta materiaali pumpataan astiaan. Materiaali leijutetaan kaasulla ja syötetään pneumaattisesti ympäristön paineessa toimivasta syöttösuppilosta kiinteän syöttöputken kautta pyörimisvyöhykkeeseen, joka on kiinteän sisänavan ja pyörivän roottorin välissä. Pyörimisvyöhykkeessä materiaali lak-35 kaa leijumasta ja se puristuu kokoon sulloutuneeksi alustaksi kun se keskipakovoiman vaikutuksesta painuu ulospäin ja tulee roottorista oleviin säteittäisiin ränneihin tai valu- 2 71675 miskanaviin. Valumiskanavissa muodostuu materiaaleista huokoinen kokoonpuristunut liikkuva tulppa, joka toimii tiivisteenä korkeapainekaasuja vastaan. Tiivistysvaikutus on yhdistelmä sekä tulpan liikkeestä että sen suhteellisen al-5 haisesta läpäisevyydestä. Valumiskanavien ulkopäässä oleva säätösuulakerakenne stabiloi liikkuvan materiaalitulpan ja säätää sen ulospäin suuntautuneen nopeuden sopivaksi tehokasta tiivistystä ajatellen.

Pyöriinisvyöhykkeestä kulkee tuuletusputki alipaine-10 järjestelmään, niin että liika leijukaasu, joka on seurauksena kuiva-aineiden kokoonpuristumisesta sekä myös pieni kaasuvuotomäärä, pääsee takaisin korkeapaineastiasta valumiskanavissa olevan kokoonpuristuneen liikkuvan tulpan läpi. Pyörimisvyöhykkeessä ylläpidetään ympäristön ilmanpainetta 15 alhaisempaa painetta, jotta varmistettaisiin luotettava syöttö ympäristön ilmanpaineessa toimivasta syöttösuppilos-ta.

Laitteessa, joka selitetään yllä esimerkkinä mainitussa PCT-patenttihakemuksessa US80/00434, on pyörimisvyöhyke 20 avoin rengasmainen alue, joka on syöttöputken poistoaukon käsittävän sisänavan ja useiden valumiskanavien sisäänmeno-jen välissä.

Sama yleinen pyörimisvyöhykerakenne esitetään US-pa-tentissa 4 265 580, jonka otsikko on "Järjestelmä svötettä-25 vän raaka-aineen muuttuvien ominaisuuksien edellyttämäksi kuristusta ja kompensaatiota varten" sekä PCT-patenttihakemuksessa US80/00407, jonka otsikko on "Tapa ja laite kuristaa kuivan jauhetun kiinteän materiaalin pumppu", jotka kumpikin on siirretty tämän patenttihakemuksen siirronsaajalle. 30 On tärkeää todeta, että syöttöputkesta virtaava kivi hiili ei ole kiertoliikkeessä, se on leijutettu kaasulla ja sen irtotiheys on suhteellisen pieni, toisin sanoen 320- 3 400 kg/m . Toisaalta on valumiskanavissa liikkuva kivihiili-alusta ei-leijuva, se on puristettu kokoon tiheyteen 640-35 800 kg/m3 ja pyörii roottorin mukana. Sen vuoksi on pyöri misvyöhyke, jossa sisääntuleva materiaali sekä kiihtyy tarvittavaan kulmanopeuteen että "laskehtii" tiiviimpään muo- li 3 71675 toon, ennen kuin se menee valumiskanaviin. Kulmakiihtyvyy-den siirtämistä kivihiileen varten tarvittava vääntömomentti saadaan aikaan kitkalla roottorin seinien sekä valumiskou-rujen yläpuolella olevan laskehtineen kerroksen pinnan vä-5 Iillä.

Aikaisempien sovellutusten pyörimisvyöhykkeessä pystyttiin käsittelemään rajoitettu materiaalivirta. Jos valu-miskanavien kautta tapahtuva poistomäärä ylittää kriittisen arvon, ovat pyöriminen ja kivihiilen kokoonpuristuminen 10 riittämättömät, eikä valumiskanavaan voi muodostua riittävää paineentiivistystulppaa. Yritykset käyttää suurempia tuotantomääriä johtivat "takaiskuihin", mikä johtui siitä, että valumiskanavien tulpissa esiintyi katkoja.

Edellä mainittujen epäkohtien poistamiseksi keksinnön 15 mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että roottorille on asennettu ainakin yksi juoksupyörä, joka ulottuu pyöri-miskammioon, vääntömomentin siirtämiseksi jauhettuun materiaaliin.

Näin ollen kineettisen suulakepuristimen pyörimisvyö-20 hyke varustettu lisäsiivistöllä. Juoksupyöräsiivistön käyttö tällä alueella siirtää tehokkaammin liikemäärämomentin sisäänvirtaavaan kivihiileen ja saa sen siten laskehtimeen ja sulloutumaan nopeammin valumiskanaviin. Tämän avulla on mahdollista roottorin pyörimisvyöhykettä ja roottorin kokoa 25 kokonaisuutena pienentää, mikä suuresti parantaa kineettisen suulakepuristinpumpun hyötysuhdetta.

Kuvio 1 on osittainen pystyleikkaus, jossa keksinnön suositun suoritusmuodon osat esitetään kaavamaisesti.

Kuvio 2 on osittainen pystyleikkauskuva keksinnön suo-30 situsta suoritusmuodosta, josta on poistettu osia, jotta sisäosan yksityiskohdat näkyisivät.

Kuvio 3 on osittainen pystyleikkauskuva kuviossa 2 esitetystä suositusta suoritusmuodosta otettuna suorassa kulmassa kuvion 2 kuvaan nähden.

35 Kuviossa 1 esitetään valaisutarkoituksissa osittain kaavamainen kuvaus laitteesta jauhetun tai pölynnetyn kiinteän materiaalin syöttämiseksi paineastiaan.

4 71675

Esitetyssä suoritusmuodossa käsittää materiaalin-syötin roottorin 10, joka on sijoitettu paineistetun root-torivaipan 12 sisään. Kotelon tarkka muoto riippuu valinnasta ja rakenteesta, kunhan prosessikaasun paine pidetään 5 roottorin ulkopuolella.

Materiaalinsyötin käsittää kiinteän syöttöputken 14 materiaalin saamiseksi syöttösuppilosta 16. Syöttösuppilo leijutetaan tavanomaisella tavalla kaasusuihkulla 18 kuiva-ainealustan pohjalla olevan jakelulevyn 20 kautta. Normaa-10 listi auki oleva venttiili 22 voidaan sijoittaa syöttösup-pilon ja kiinteän syöttöputken 14 väliin. Venttiiliä 22 käytetään vain konetta käyntiinpantaessa tai sen seistessä. Syöttöputki 14 on varustettu venttiilin 22 kummallakin puolella oleville tyhjennyshanoilla 24 ja 26 sulloutuneen kui-15 va-aineen poistamiseksi putkesta ennen käyntiinpanoa sekä pysäyttämisen jälkeen.

Syöttöputken alavirran puoleinen pää käsittää ei-pyö-rivän sisänavan 28 roottorissa ja syöttöputki tekee 90° mutkan, jotta kuiva-aine pääsisi pyörimisvyöhykkeeseen 30 sä-20 teen suunnassa.

Roottori 10 ympäröi pyörimisvyöhykettä sekä sisäna-paa ja siinä on useita säteittäisiä virtauskanavia, joista kukin muodostuu valumiskanavasta 32, jota seuraa säätösuu-lake 34. Pyörimisvyöhyke 30 käsittää sisänavan 28 ja valu-25 miskanavien sisäänmenopäiden välisen rengasmaisen tilan.

Paine pyörimisvyöhykkeessä 30 pidetään alhaisempana kuin syöttösuppilon paine tuuletusputkella 36, joka on liitetty alipainepuhaltimeen 38 pölysuodattimen 40 kautta tai jollain muulla hyvintunnetulla tavalla alhaisen paineen 30 ylläpitämiseksi. Imu pitää tyypillisesti paineen roottorin silmäalueella välillä noin 0,9 - 0,7 atm. Tämä varmistaa materiaalin jatkuvan virtaamisen roottoriin ulkoilman paineessa olevasta syöttösuppilosta. Syöttöputken kautta kulkeva virtaustyyppi tunnetaan tiivisfaasisena pneumaattisena 35 siirtona. Materiaali leijuu, mutta sen tiheys pidetään suh- 3 taallisen korkeana, noin 0,3 - 0,4 g/cm , verrattuna

II

5 71675 tavanomaisempaan löysäfaasiseen pneumaattiseen siirtoon. Tämäntyyppisellä syötöllä saadaan suuria massavirtoja vähäisellä siirtokaasulla, niin että syöttöputken tarvittava halkaisija pienenee.

5 Pyörimisvyöhykkeessä 30 kiihtyy hiili roottorin kul- 3 manopeuteen ja tiivistyy tiheyteen 0,6 - 0,8 g/cm ennen kuin se tulee valumiskanaviin 32. Hiili ei leiju valumis-kanavissa ja virtaa niihin huokoisena kokoonpuristettuna tulppana, joka muodostuu rakeisesta kuiva-aineesta. Tulpan 10 tulee pysyä valumiskanavassa ylimääräisellä keskipakovoimalla, joka ylittää huokoisessa väliaineessa vallitsevan kaasunpaineen gradientin, joka pyrkii estämään tulpan liikkeen. Valumiskanavan rakenne on suotuisaa kaasunpaineen jakautumista varten tulpassa melko monimutkainen, mutta si-15 tä käsitellään perusteellisesti yhtä aikaa haetussa PCT-patenttihakemuksessa US80/00434, jonka otsikko on "Kineettinen suulakepuristin - kuivajauhepumppu". Varjostetut alueet kuviossa 1 osoittavat koneen niitä osia, jotka ovat täynnä kivihiiltä syötön aikana, niin että vaaleampi var-20 jostus tarkoittaa löysää leijuvaa kivihiiltä ja tummempi varjostus sulloutunutta kivihiiltä. Sulloutumisprosessin yhteydessä syntyy pyörimisvyöhykkeessä kaasuja, jotka on imettävä pois tuuletusputkesta 36, jotta roottorin silmässä säilyisi alhainen paine. Tuuletusputki poistaa myös kaasut, 25 jotka vuotavat valumiskanavatulpan läpi korkean paineen alueelta.

Sekundääriset lisäkanavat manometrijohto 42 ja huuh-telukaasujohto 44 ovat yhteydessä roottorin silmäalueeseen sisänavan kautta. Jotta massavirtaa voitaisiin vaihdella, 30 syötetään useisiin säätösuulakkeisiin 34 (kuristus) säätö-kaasua roottorissa olevien useiden kaasukanavien 74 kautta. Tämä säätökaasu syötetään roottorin akseliin akselitiivisteiden 72 kautta syöttöputkesta 78. Kuristus saadaan aikaan muuttamalla säätökaasun paine-eroa kotelossa 12 vallitse-35 van kaasunpaineen suhteen. Kaasunpainetta muutetaan tavanomaisella tavalla säätöventtiilin 76 ja paine-erosäätimen 6 71675 80 kautta, joka on liitetty vaippaan ja säätökaasuputkeen manometrijohtojen 82 ja 84 kautta.

Kivihiili poistuu roottorista useiden säätösuulake-poistoaukkojen 46 kautta paineenalaiseen roottorivaippaan.

5 Operaation aikana ympäröi roottoria kiinteiden hiukkasten löysä suspensio. Pyörivä roottori saa vaipassa aikaan pyörteen ja syötön aikana kuiva-aineet ajautuvat nopeasti ulospäin ja lovetun välilevyn 48 kautta kokoomaosaan 50, joka muodostaa vaipan alaosan. Siinä voivat kuiva-aineet laskeu-10 tua ja siirtyä tavanomaisen pneumaattisen ottojärjestelmän avulla tai muulla tavoin reaktoriin tai toiseen korkeapaine-syöttösuppiloon. Painekaasu syötetään vaippaan 12 aukon 51 kautta jostain sopivasta lähteestä.

Roottoria kannattavat akselin laakerit 52 sekä paine-15 laakeri 54 ja sitä pyörittää käyttömoottori 56 tai jokin muu sopiva käyttöväline. Pyörivät tiivisteet 58 tiivistävät roottoriakselin ja syöttöputken roottorin sisä- ja ulkopuolella.

Kuten aikaisemmin on osoitettu, kiinteän sisänavan 28, 20 johon kuuluu syöttöputken ulostulo, ja valamiskanavien si-säänmenojen 88 välinen rengasmainen alue muodostaa pyörimis-vyöhykkeen. On tärkeää todeta, että syöttöputkesta ulostu-levalla kivihiilellä ei ole pyörivää liikettä, se leijutetaan kaasulla ja sen irtotiheys on suhteellisen alhainen 3 25 (320-400 kg/m ). Toisaalta on valumiskanavissa oleva kivi- hiilialusta ei-leijuva, se on puristettu kokoon tiheyteen 640-800 kg/m'* ja pyörii roottorin mukana. Pyörimis vyöhyke on siten liukuvyöhyke, jossa sisäänmenevä materiaali sekä kiihtyy tarpeelliseen kulmanopeuteen että "laskehtii" tii-30 viimpään muotoon, ennen kuin se menee valumiskanaviin. Kivihiilen kulmakiihtyvyyden aikaansaamiseksi tarvittava vääntö-momentti kehitetään kitkalla roottorin seinien kanssa sekä laskeutuneen alustan pinnan kanssa valumiskanavien sisäänme-nojen yläpuolella.

35 Edellä käsitellyt aikaisemmat keksinnöt, jotka esite tään yhtä aikaa jätetyissä PCT-patenttihakemuksissa 7 71675 US80/00434, US81/01351 ja US-patentissa 4 265 580, suorittavat tarkoitetun toimintonsa hyvin, mutta jauhetun materiaalin määrä, jonka ne pystyvät käsittelemään, on rajoitettu. Rajoittava tekijä on pyörimisvyöhykkeen muoto. Kukin pyöri-5 misvyöhyke pystyy vain käsittelemään määrätyn massavirtaus-määrän mcrit materiaalia. Jos poistonopeus valumiskanavien kautta ylittää kriittisen arvon, on materiaalin pyöriminen ja kokoonpuristuminen riittämätöntä eikä riittävää painetta tiivistävää tulppaa voi muodostua valumiskanavaan. Yritykset 10 ajaa suurempia tuotantomääriä johtivat "takaiskuihin", jotka johtuivat siitä, että valumiskanavien tulpissa esiintyi katkoja.

Massavirran kriittinen arvo mcrit on suurin piirtein suhteessa pyörimisvyöhykettä ympäröivien pintojen "kostu-15 neeseen alaan", toisin sanoen laskehtineen alustapinnan alaan lisättynä kostuneilla roottoriseinillä. Eräs tapa suurentaa pyörimisvyöhykkeen kriittistä virtausmäärää on suurentaa sen pyörivän kostuneen pinnan kokonaisalaa, johon sisääntuleva jauhettu materiaali on kosketuksessa. Rakenne-20 tutkimukset osoittavat, että pienessä mittakaavassa (toisin sanoen syötettäessä 1-6 tonnia jauhettua materiaalia tunnissa) on aikaisemmissa sovellutuksissa käytetty juoksupyörä-tön pyörimisvyöhykemuoto hyväksyttävä. Suurimittakaavaisis-sa sovellutuksissa (esimerkiksi syötettäessä 50 tonnia jau-25 hettua materiaalia tunnissa) on kostutettu ala kuitenkin liian pieni, jos pyörimisvyöhykettä ei tehdä epäkäytännöllisen suureksi.

Tämä keksintö on pyörimisvyöhykemuoto, jossa on juok-supyörärakenne 90, joka suurentaa pyörimisvyöhykkeen kostu-30 tettua alaa suurentamatta sen kokoa tai roottorin halkaisijaa. Koska roottorin kehällä vaikuttava vahingollinen pinta-vastus on huomattava ja on suhteessa roottorin halkaisijan viidenteen potenssiin, kasvaa höytysuhde voimakkaasti kun roottorin kokoa pienennetään. Tässä rakenteessa muodostuu 35 juoksupyörän siivistö yhdestä tai useammasta litteästä renkaasta, jotka on kiinnitetty roottoriin valumiskanavien 71675 sisäänmenojen kohdalla. Sellaiset renkaat lisäävät pyörivää kostutettua pintaa ja siten käsiteltävissä olevaa kriittistä massavirtausmäärää mcrit* Juoksupyörän siivet siirtävät vääntömomentin jauhettuun materiaaliin reunakerroskitkalla 5 samaan tapaan kuin ympäröivät roottorinseinät. Jauhetun materiaalin välisen kokonaishankauspinnan ala kasvaa kuitenkin suhteessa sellaisten käytettyjen renkaiden lukumäärään. Käytettävissä oleva vääntömomentti ja massavirtausmäärä kasvavat myös samassa suhteessa.

10 Kuvio 2 esittää osittaisena pystyleikkauskuvana ki neettisen suulakepuristusroottorin 10, joka on erotettu kotelostaan 12 ja josta on poistettu vetoakseli 52 ja sisänapa 28. Kuvio 3 esittää roottorin vastakkaista pystyleikkausta. Kuten esitetään, on pyöriinisvyöhykkeen siivistö 90 asetettu 15 rinnakkain useiden sisäänmenojen 88 kanssa, jotka muodostavat valumiskanavien 32 sisäänmenot. Tässä esimerkissä muodostaa siivistön 90 kolme litistettyä rengasprofiilia, jotka on lukittu roottoriin siten, että ne ulottuvat osittain valumiskanaviin 32. Sellaiset renkaat muodostavat pinon 20 toisiaan lähellä olevia kanavia, joiden läpi kitka kanavien seinien kanssa sinkoaa jauhetun materiaalin säteittäisesti ulospäin. Renkaiden tulee asennusta varten olla jaettu kahteen tai useampaan osaan. Siivistön ja asennusjärjestelyjen vaihtoehtoiset tyypit ovat tietenkin mahdollisia.

25 Tässä selitettyä rakennetta pidetään tällä hetkellä suosittuna, mutta katsotaan, että siihen voidaan tehdä edelleen variaatioita ja muunnoksia tekniikkaan perehtyneiden mahdollisuuksien rajoissa. Seuraavien patenttivaatimusten tarkoituksena on kattaa kaikki sellaiset variaatiot ja muun-30 nokset, jotka lankeavat keksinnön todellisen hengen ja piirin puitteisiin.

Claims (2)

9 71675

1. Laite jauhetun materiaalin jatkuvaa syöttöä varten korkeapaineastiaan, joka laite käsittää kiinteän syöt- 5 töputken (14) jauhetun materiaalin syöttämiseksi korkea-painekoteloon (12), kiinteän syöttöputken pään kanssa sa-mankeskeisesti asennetun roottorin (10) jauhetun materiaalin vastaanottamista varten, niin että syöttöputki (14) ja roottori (10) muodostavat rengasmaisen pyörimiskammion 10 (30), tunnettu siitä, että roottorille (10) on asennettu ainakin yksi juoksupyörä (90), joka ulottuu pyö-rimiskammioon (30), vääntömomentin siirtämiseksi jauhettuun materiaaliin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n - 15. e t t u siitä, että juoksupyörä (90) on renkaan muotoinen.