NL1019035C1

NL1019035C1 - Pompwaaier met verminderde schoepinlaatslijtage.

Info

Publication number: NL1019035C1
Application number: NL1019035A
Authority: NL
Inventors: Graeme Robert Addie; Peter Hergt
Original assignee: Giw Ind
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2002-04-16
Also published as: CA2351008C; NL1018333C1; NL1019035A1; NL1019959A1; US6431831B1; CA2351008A1; NL1019959C1

Description

Titel: Pompwaaier met verminderde schoepinlaatslijtage

GEBIED VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op centrifugaalpompen, in het bijzonder op centrifugaalpompen die worden gebruikt voor het transporteren van slurries en andere vloeistoffen die 5 abrassief materiaal bevatten.

ACHTERGROND

Een centrifugaalpomp bestaat voornamelijk uit een roteerbare waaier die is omsloten door een collector of omhulling. De omhulling 10 verzamelt het snelheidsprofiel en zet dit om in een drukprofiel. Er bestaan veel configuraties binnen het bestek van dit basisontwerp. In een gebruikelijke configuratie gaat de stroom de omhulling binnen bij een punt dat grenst aan het midden van de waaier, het "oog" van de waaier genoemd, terwijl de uitstroom van de omhulling plaatsvindt bij een punt dat 15 tangentieel is aan de buitènomtrek van de omhulling.

De grootte van de opvoerhoogte wordt grotendeels bepaald door de waaierdiameter en het debiet wordt het meest beïnvloed door de breedte van de pomp en de grootte van het oppervlak van de inwendige doorsnede. De omhulling en de waaier werken gebruikelijkerwijs als twee mondstukken in 20 serie, waarbij de waaier de druk opwekt en de omhulling de druk verzamelt. Een verandering aan één van beide zal de opvoerhoogte en het debiet beïnvloeden. Aangezien beide gevarieerd kunnen worden, kan meer dan één combinatie van variabelen van waaier- en omhulling-afmetingen hetzelfde effect bereiken.

25 De grootte van het piekrendement wordt grotendeels bepaald door het rendement van de waaier en de natte geometrie bij het genereren en het verzamelen van de druk en het debiet. De locatie van het hoogste rendementspunt (best efficiency point BEP) wordt voor een groot deel ΐ019035· 2 beïnvloed door de grootte (breedte en diepte) van de hydraulische delen. Grotere hydraulische delen veroorzaken dat de plaats van het BEP naar hogere debieten verschuift.

Met betrekking tot slurriepompen in het bijzonder zijn deze 5 pompen onderworpen aan hoge slijtage ten gevolge van het abrassieve effect van de deeltjes in de slurrie, die door inslag en wrijving diverse pompoppervlakken eroderen.

Als een gevolg was er een tendens dat hydraulische secties van slurriepompen groter waren dan strikt noodzakelijk om de snelheden laag te 10 houden, aangezien snelheid een belangrijke factor is in het slijtageproces. Verminderde slijtage gaat echter ten koste van pomprendement, aangezien de pomp niet op of nabij het BEP wordt bedreven. Dit resulteert in een algemene toename van bedrijfskosten. Er is derhalve een behoefte in het vakgebied aan slurriepompen met verbeterde slijtagekarakteristieken.

15

SAMENVATTING

De onderhavige uitvinding voorziet in een centrifugaalpomp met inlaat· bladhoeken die, om slijtage van de centrifugaalpomp te verminderen, onder een hoek zijn geplaatst die rekening houdt met de snelheid van de vaste stof 20 die in een slurriestroom beweegt. Slurries zijn dikwijls gestrieerd, waarbij de onderste helft van de slurriestroom een groter percentage vaste stof bevat dan de bovenste helft. De vaste stof in de onderste helft heeft een snelheid die significant lager is dan de vloeistofcomponent van de resterende slurriestroom. Door de inlaatbladhoek te optimaliseren om te 25 corresponderen met de snelheid van de langzamer bewegende vaste stof, kan slijtage aan de centrifugaalpomp significant verminderd worden.

In een uitvoeringsvorm voorziet de onderhavige uitvinding in een centrifugaalpomp voor het verpompen van een slurrie bevattende een vaste stof/vloeistofmengsel. De centrifugaalpomp heeft een omhulling met een 30 centrale geometrische as, een voorwand en een op afstand geplaatste 1019035« 3 achterwand, een in hoofdzaak doorgaande buitenzijwand die zich uitstrekt tussen de voorwand en de achterwand en een uitlaatmondstuk dat tangentieel ten opzichte van de zijwand is geplaatst. Daarnaast is voorzien in een zuiginlaat die om de centrale geometrische as in de voorwand is 5 gevormd voor het binnenlaten van slurrie in de omhulling en is een waaier roteerbaar om de centrale geometrische as binnen de omhulling opgenomen. De waaier omvat een meervoudig aantal schoepen, waarbij elke schoep is voorzien van een intreehoek en een uittreehoek. De intreehoeken van de schoepen verschaffen een in hoofdzaak schokvrije instroom voor het 10 vloeistof/vaste-stofmengsel dat de waaier binnenstroomt.

Voorts voorziet de onderhavige uitvinding in een centrifugaalpomp voor het verpompen van een slurrie omvattende een vloeistof/vaste-stofmengsel. De centrifugaalpomp heeft een omhulling met een centrale geometrische as die is voorzien van een voorwand en een op afstand 15 geplaatste achterwand, een in hoofdzaak doorgaande buitenzijwand die zich uitstrekt tussen de voorwand en de achterwand en een uitlaatmondstuk dat tangentieel ten opzichte van de zijwand is geplaatst. Daarnaast is voorzien in een zuiginlaat die om de centrale geometrische as in de voorwand is gevormd voor het binnenlaten van de slurrie in de omhulling en is een 20 waaier roteerbaar om de centrale geometrische as binnen de omhulling opgenomen. De waaier omvat een meervoudig aantal schoepen, waarbij elke schoep een intreehoek heeft die is geoptimaliseerd voor een in hoofdzaak schokvrije instroom van slurrie in de pomp ten opzichte van een snelheidsprofiel van de vaste stof in de onderste helft van het slurrieprofiel. 25 KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN In de tekeningen is: figuur 1 een aanzicht in doorsnede van een representatieve slurriepomp; 10190 3 Sri 4 figuur 2 een gedetailleerd schema van een slurriepomp dat de schoepen en de inlaat van de slurriepomp laat zien; figuur 3 een grafiek die een representatieve pomp karakteristiek toont; 5 figuur 4 een grafiek die experimentele en berekende isovels toont in een pijpleiding van 51.5 mm; figuur 5 een grafiek die de concentratie- en snelheidsverdeling toont in een 495 mm pijpleiding; figuur 6 een grafiek die de grens van de stationaire neerslagzone 10 toont; figuur 7 een illustratie van het bepalen van de meridiane stroomlijnen; figuur 8 een grafiek die het ontwerp van de schoep illustreert en figuur 9 een grafiek die de doorsnede en de rand van de schoep 15 illustreert.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

De onderhavige uitvinding voorziet in een centrifugaalpomp met inlaat-bladhoeken die, om slijtage van de centrifugaalpomp te verminderen, onder 20 een hoek zijn geplaatst die rekening houdt met de snelheid van de vaste stof die in een slurriestroom beweegt. De centrifugaalpomp omvat een waaier voor het verplaatsen van de slurrie. De waaier is voorzien van een meervoudig aantal schoepen, waarbij elke schoep een intreehoek heeft die, om slijtage van de pomp te verminderen, is geoptimaliseerd voor een in 25 hoofdzaak schokvrije instroom van slurrie in de pomp ten opzichte van een snelheidsprofiel van de vaste stof in de onderste helft van het slurrieprofiel. In een uitvoeringsvorm, zoals getoond in figuur 1, is een eindaanzuigings-enkeltraps slakkenhuispomp getoond. De centrifugaalpomp heeft gebruike-lijkerwijs twee hoofdonderdelen: het eerste onderdeel is het routerings-30 element dat de aandrijfas en de waaier omvat, inclusief de schoepen die op 10190354 5 de vloeistof inwerken; het tweede onderdeel is het stationaire element dat is gevormd door de behuizing of omhulling die de waaier omsluit, samen met de daarmee geassocieerde pakkingbussen en lagers. In elk ontwerp voor een hydraulische pomp is er over het algemeen meer dan één combinatie van 5 onderdeelafmetingen die kan worden gekozen om te voorzien in de vereiste prestatiekarakteristieken. De gekozen combinatie zal afhangen van de beoogde toepassing, en van eventuele hydraulische of mechanische beperkingen. Bij slurriepompen wordt een aantal beperkingen opgelegd. Deze beperkingen omvatten de noodzaak om grote delen vaste stof door te 10 laten, het vereiste van een robuust roterend samenstel omdat de slurrie-dichtheid die van water overtreft en de wenselijkheid van dikke onderdelen om de effecten van slijtage te minimaliseren.

Meer in detail heeft, zoals getoond in figuur 2, de omhulling 10 een hol centraal interieur 14 waarin de waaier wordt opgenomen, in zijn 15 algemeenheid aangegeven met verwijzingscijfer 15. De waaier 15 omvat een schijfvormige achterschoepversterking 16 met een bol vooruit uitstekende centrale naaf 17 met een kleinere diameter dan de diameter van de achterschoepversterking 16. Het centrale deel van de achterzijde van de achterschoepversterking 16 is voorzien van inwendig schroefdraad en neemt 20 het van schroefdraad voorziene uiteinde van een aandrijfas 20 op, zoals getoond in figuur 1. Deze aandrijfas 20 reikt buitenwaarts ten opzichte van de achterschoepversterking 16 en lagert binnen een paar uiteengeplaatste, opgelijnde pilaarblokken 21, die op een gemeen-schappelijk steunblok 22 zijn gemonteerd, geleidingsas 20. Een in de stand van de techniek 25 gebruikelijke motor (niet weergegeven) roteert de as 20 en de waaier 15 binnen de omhulling 10. Een in de stand van de techniek gebruikelijke pakking voor het omgeven van de as 20 in het centrale deel van de achterwand van de omhulling 10, voorkomt lekkage bij het verpompen van de slurrie.

T019035· 6

Voor de achterschoepversterking 16 is een open ringvormige schoepversterking 30 aanwezig die een grotere buitendiameter heeft dan de diameter van de achterschoepversterking 16. Deze schoepversterking 30 omvat een cirkelvormige centrale opening of inlaat 31. De schoepversterking 5 30 is concentrisch aan de achterschoepversterking 16 om de geometrische hoofdas β van de pomp 10 en de as 20 aangebracht. De omtrek van de schoepversterking 30 is bewerkt tot een cirkelvormig vooroppervlak 32 dat concentrisch is aan het resterende deel van de waaier 15. De achterschoepversterking 16 omvat een soortgelijk achterlageringsoppervlak 18 dat tegen 10 de corresponderende lagerring (niet weergegeven) loopt binnen het inwendige van de omhulling 10. Tussen de schoepversterking 30 en de achterschoepversterking 16 strekken zich drie, met gelijke tussenafstand uiteengeplaatste schoepen 40 met variabele schoep uit, waarvan de respectievelijke intreehoeken 40a integraal zijn vastgezet aan het 15 vooroppervlak van de achterschoepversterking 16. De uittreehoeken 40b van de schoepen 40 zijn vastgezet aan het achteroppervlak van de ringvormige schoepversterking 30. Bij voorkeur is de waaier 15 als een integraal onderdeel gegoten uit wit ijzer of een andersoortig slijtvast materiaal.

20 In een uitvoeringsvorm reiken de schoepen 40 in hoofdzaak voorwaarts vanaf een achterschoepversterking 16, waarbij de intreehoeken 40a van elke schoep bij voorkeur een hoek of sleep van ongeveer 105° langs het vooroppervlak van'de achterschoepversterking innemen en de uittreehoeken 40b van elke schoep een hoek of sleep innemen langs het 25 achteroppervlak van de ringvormige schoepversterking 30. Elke schoep is in hoofdzaak gelijk aan de ander, terwijl de schoepen 30 over de omtrek van de waaier 15 zijn verdeeld. Elke schoep 40 heeft aan de intreezijde van de waaier een dikte in een gebied van ongeveer 2% tot 5% van de zuigdiameter. Elke schoep 40 heeft een lijf dat ongeveer 7% van de zuigdiameter in neemt 1019035· 7 en elke schoep 40 neemt, nabij zijn uiteinde of inlaathoek 40a ongeveer 2% tot 5% van de zuigdiameter in.

De omhulling of behuizing 10 heeft een in het vlak van de waaier 15 een radiale geometrie. De breedte van de collectoromhulling 10 kan, in 5 doorsnede enigszins variëren, maar is normaal gesproken ongeveer 60% van de zuigdiameter.

Om de centrifugaalpomp meer in detail te beschrijven, moeten bepaalde richtingen en coördinaten worden gespecificeerd om de functie van de intreehoeken 40a van de schoepen 40 te helpen beschrijven. De axiale 10 richting is parallel aan de as 20 van de pomp, en positief in de richting van de axiale component van de instroom, en de radiale richting is direct buitenwaarts vanuit de hartlijn van de as 20. De tangentiële richting is loodrecht op zowel de axiale als de radiale richtingen, en stelt de raaklijn aan het cirkelvormige pad van een rotatiepunt voor. Punten op de waaier 15 15 hebben slechts een tangentiële snelheid, gegeven door car of 2amr, waarin ω de hoeksnelheid in radicalen per seconde is, n het aantal omwentelingen per seconde is, en r de straal vanuit de hartlijn van de as. Een verdere richting die benodigd is voor gemengde stromingspompen is de meridiane richting. Deze richting ligt binnen een vlak dat door de hartlijn van de as gaat en 20 volgt de projectie van de vloeistofstroomlijnen op dit vlak.

De meridiane richting heeft zowel een radiale snelheidsdriehoekenrichting voor een pomp als een radiale stroming.

De meridianen tangentiële snelheden worden gebruikt om de snelheidsdriehoeken bij de intree en de uittree van de waaier 15 weer te 25 geven. De "absolute" snelheid van de vloeistof (d.w.z. de snelheid gemeten ten opzichte van de grond) wordt aangegeven door c, met subscript m voor de component in de meridiane richting en u of t voor de tangentiële richting. De absolute snelheid van een punt op de roterende waaier, aangegeven met u, is noodzakelijkerwijs in de tangentiële richting, zodat een bi-directioneel 30 subscript in dit geval niet nodig is. Voorts worden de subscripten 1 en 2 10190 3 5· 8 gebruikt om condities bij de respectievelijk de intree en de uittree van de waaier 15 te onderscheiden. De snelheidsdriehoeken zijn weergegeven in figuur 2. Opgemerkt dient te worden dat de snelheid 2, die de vectordriehoek sluit, de snelheid van de vloeistof ten opzichte van de waaier 5 weergeeft. Aangezien deze snelheid de helling van de schoepen zal volgen, zal de hoek β die in de vectordriehoeken is weergegeven de bladhoek voorstellen, d.w.z. de hoek tussen de waaierschoep en een raakvlak aan de waaier 15. De uittreeschoephoek β2 is een belangrijke ontwerpparameter, en de intreeschoephoek βι wordt ingesteld om het energieverlies te 10 minimaliseren wanneer de vloeistof de waaier 15 binnentreedt.

De vectordriehoeken verschaffen de informatie die nodig is voor het oplossen van de impulsmoment vergelijking. In zijn eenvoudigste vorm, die opgaat wanneer de condities in tijd niet variëren, stelt de vergelijking dat het opgelegde moment T gelijk moet zijn aan het moment van de netto 15 impuls flux die een stationair controle volume gaat. Als het controlevolume stationair is, d.w.z. gebaseerd op de grond en niet op de waaier 15, moeten de snelheden die worden gebruikt bij het berekenen van de momentflux ook "absoluut" of op de grond gebaseerd zijn (vanwege deze reden werden absolute snelheden gebruikt voor de vectordriehoeken).

20

Jl· <y ajg ^2 l5* ——-► [P g

U ---------el--H

25 (a) (b) (a) Sneiheidsdriehoek bij intree (b) snelheidsdriehoek bij uittree

Refererend aan de hierboven weergegeven variabelen, kan worden aangetoond dat 30 T = pf Q [ct2r2 - ctiri ] (1) T019035·

Vermenigvuldiging van vergelijking (1) met ω geeft het vermogen, en door beide leden van de resulterende vergelijking door Q en g te delen verkrijgt men 9

Ht = [U2Ct2 - UlCtl]/g (2) 5

Wanneer verliezen niet in aanmerking zijn genomen, is Ht de theoretische opvoerhoogte. De vergelijking (2) wordt dikwijls de Euler genoemd, naar zijn opsteller (Euler, 1756). De term uicti verwijst naar de stroom die het oog van de waaier 15 binnengaat, en op het hoogste rendementspunt wordt deze 10 term effectief nul. Deze wordt derhalve buiten beschouwing gelaten wanneer de ideale machine wordt bekeken met een rendement van 100%. Het vectordiagram bij de uittree van de waaier 15 toont dat C2t = U2 - Cm2 cot p2' (3) 15 waarin cm2 de meridiane component van de uittreesnelheid is (radiaal buitenwaarts gericht voor de meeste slurriepompen), die op zijn beurt wordt gegeven door de uitstroom Q gedeeld door het uitstroomoppervlak van de waaier 15, of

20 Q

Cm2 = -, (4) πϋ^2

Waarin b2 de breedte tussen de schoepversterkingen is ter plaatse van de 25 uittree van de waaier 15.

Vergelijking (4) kan dan samen met de waardering van U2 als πηϋζ worden gesubstitueerd in vergelijking (3), en het resultaat kan worden gecombineerd met vergelijking (2) met de eindterm van de vergelijking buiten beschouwing gelaten voor de ideale situatie. Het resultaat vormt de 30 basis opvoerhoogte relatie voor de ideale pomp, geschreven als «TO! 90 3 5« (5) 10 η2 Dl nDl(b2 2 ƒ

De verhouding Ü2/b2 en de schoephoek β2 zullen gelijk zijn voor alle 5 leden van een set geometrisch gelijke pompen. De opvoerhoogte-debietcurve voor een typische pomp bij constante snelheid zal derhalve een enkele rechte lijn vormen wanneer deze wordt weergegeven op het coördinatenstelsel van figuur 3.

Welke H-Q karakteristieken liggen onder de theoretische rechte 10 lijn, en benaderen deze alleen nabij het hoogste rendementspunt. De omstandigheden nabij dit punt zijn echter van het grootste praktische belang.

Het slakkenhuis of de behuizing van een pomp heeft de taak om de kinetische energie van de vloeistof die de waaier 15 verlaat, om te zetten in 15 drukenergie. In een ideale pomp wordt er van uitgegaan dat er geen verliezen zijn in zowel de behuizing of de waaier 15, In de praktijk treden hydraulische verliezen op in alle natte delen van de pomp. De opvoerhoogte-debietcurve van een werkelijke pomp is het resultaat van aftrekking van verliezen van de ideale pompkarakteristiek, erop gebaseerd dat er slechts 20 één enkele uittree bestaat waarvoor het schokverlies aan de intree van de waaier nul is. Een voorbeeld is getoond in onderstaande grafiek 1: >—Euler's (theoretical) h*»d-.

' .,_. Eulers theoretische opvoerhoogte H * "Schokverliezen" 25 S/Zhv ' "Wrijvingsverliezen"

Werkelijke pomp _ TT n HO*·»»· \-X//////.

H-Q curve ^—γ////

O Qbep Q

30 grafiek van opvoerhoogte-debietcurve verkregen door aftrekking van hydraulische verliezen van een ideale lijn.

101903SÉ 11

Slurriepompen vereisen dikke onderdelen en stromingsdoorgangen die in staat zijn om grote korrelvormige delen door te laten en hebben daardoor opvoerhoogteprestatiecoëfficientswaarden die anders zijn dan die van waterpompen. Het is bijvoorbeeld aannemelijk dat een slurriepomp een 5 grotere waaieruitlaatbreedte vereist dan een waterpomp.

In het ideale geval zou een waaier met een groot aantal oneindig dunne, wrijvingsloze schoepen het hoogste rendement in een pomp behalen. In de praktijk varieert dit aantal van 5 tot 9. In een slurrie- of rioolpomp kan dit aantal tot 3 of 4 gereduceerd worden om grove vaste stoffen door te 10 laten en extra dikke schoepbreedten mogelijk te maken. Het aantal toe te passen schoepen moet worden besloten na beschouwing van de grootte van de vaste delen die doorgelaten moeten worden, de dikte van de schoepen, de plaats van de intree en het gehele ontwerp van de vorm van de schoep. Om het rendementsverlies op een minimum te houden, moeten de schoepen de 15 juiste intreehoek hebben om schokvrije entree van de vloeistof bij het werkpunt mogelijk te maken, en moet de uittree worden ingesteld om de gewenste prestatie af te géven en moet de vorm tussen de intree en de uittree de mate van verandering van de snelheid minimaliseren.

In werkelijkheid leggen de meridiane doorsneden van de waaier en 20 de plaats van de inlaatrand vrijwel altijd een stroom over deze rand op die een combinatie van axiale en radiale beweging is. Daar de tangentiële snelheid van de inlaatrand van de schoep varieert, zal ook de intreehoek die schokvrije instroom oplevert variëren.

Dit impliceert dat gekromde schoepen vereist zijn voor het hoogste 25 rendement en dat radiale schoepen noodzakelijkerwijs minder efficiënte compromisoplossing zijn.

De intreehoek van de waaier wordt uitgerekend om schokvrije instroom op te leveren bij het ontwerpdebiet van de pomp rekening houdend met enige volumetrisch circulatierendement. Gebruikelijkerwijs wordt 30 aangenomen dat dit ongeveer 95% is.

1019035· 12

De meridiane doorsnede van de waaier en de plaats van de inlaatrand zijn bijna altijd zodanig dat stroom over de inlaatrand een combinatie is van axiale en radiale beweging. De tangentiële snelheid van de inlaatrand van de schoep varieert, zodat de intreehoek die schokvrije 5 instroom, eveneens varieert.

Om de intreehoek te bepalen is het gebruikelijk om de stroom op te delen in een serie stroombuizen van gelijke volume met behulp van een serie tangentiële cirkels over een doorsnede, zoals weergegeven in figuur 3, waarbij het product van de straal en de diameter van de cirkels over een 10 doorsnede constant blijft.

De intreehoek van de schoep bij de hartlijn van elke stroombuis kan dan berekend worden met behulp van onderstaande relatie:

C

pi = artan (voor straal op plaats r alleen) u 15 ' waarin t de dikte van de schoep is,

Cmi - de meridiane snelheid van de deeltjes ter plaatse van de hartlijn van de stroomlijn in het vlak van de stroomlijn is, 20 Ui de tangentiële snelheid van de intreerand van de schoep is.

Aangezien de schoep een dikte heeft (en het beschikbare oppervlak vermindert) moet rekening worden gehouden met volumetrisch verlies en moet de waarde van Cmi worden gevonden aan de hand van het 25 onderstaande:

Q

Cmi =_ (6) d · (2ur2 — t. Z/sin βί) ♦ ην · s 30 ÜQt 90 35*i 13 Q = ontwerp debiet s = aantal stroombuizen Z = aantal schoepen d = breedte van de stroombuis 5

Aangezien βι in beide vergelijkingen voorkomt, moet een iteratie worden uitgevoerd om een waarde te vinden die aan beide vergelijkingen voldoet.

Bij al het bovenstaande wordt verondersteld dat de inkomende 10 stroomsnelheidsverdeleling constant is over de doorsnede van de inlaatpijp.

De stroombuisberekeningen worden gedaan voor elk van de vier (of meer) stroombuizen. De bladintreehoek wordt dan gebaseerd op een geïnterpoleerde waarde van de intreehoek die wordt genomen van een kromme van de vier (of meer) berekende inlaathoeken die worden uitgezet tegen radiale 15 positie.

De berekening van de snelheid van de vaste stof binnen de slurrie wordt gebruikelijkerwijs uitgevoerd als een schatting, aangezien slurries die zijn samen-gesteld uit deeltjes van meer dan 150 micron in grootte langzaam zijn ten opzichte van de gemiddelde draagvloeistofsnelheid en 20 naar de bodem van de pijp toe geconcentreerd zijn. Het bepalen van de concentratie van de deeltjes en hun snelheid in een bepaalde pijpdoorsnede bij verschillende debieten is derhalve van belang.

Om de intreehoek te kunnen berekenen, moet een schatting worden bepaald voor de snelheid van de vaste stof binnen de slurrie. De 25 geschatte snelheid voor de vaste stof kan worden bepaald met behulp van diverse methoden, of een dergelijke methode kan worden gebaseerd op het werk van Roco en Shook in publicaties in 1983 (Powder Technology) en 1984 (Journal of Pipelines). Dit werk toont de meting en de berekening voor zandslurries van 165 micron in pijpafmetingen van 51,6 m tot 495m, 30 waarvan er een aantal zijn weergegeven in figuren 4 en 5.

1019035· 14

De resultaten voor een grovere slurrie met een afmeting d =.7m stromend in een buis van 75mm zijn overgenomen uit een publicatie van Roco en Cader, uitgegeven op de Internal & External Protection of Pipes Conference in Nice, Frankrijk in 1985. Hieronder weergegeven als grafiek 2, 5 die een meer verdeelde concentratie vertoont waarbij minder dan 5 volumeprocent van de vaste stof in het bovenste deel van de pijp wordt verplaatst.

V„ * 2.Θ3 m/* —Va¥*Z.83 m/j 10 ' c«»· ii% c*,-n%.

______1_ ,.)üJL2js£*__ J4 | ?8m/« ---^//} 15 *****-

Grafiek 2 toont de berekende resultaten in pijpdoorsnede (Vav = 2.83m): a. Zandconcentratie (C) b. Mengselsnelheid (V) 20

Hoe lager de gemiddelde snelheid van de vloeistof in de pijp is, des te langzamer bewegen de deeltjes totdat een stationair bed wordt gevormd.

De snelheid waarop neerslag begint, aangegeven met VSm is in figuur 6 schematisch weergegeven.

25 De waarde van Vsm hangt af van de inwendige pijpdiameter, deeltjesdiameter en relatieve dichtheid, en het effect van deze variabelen is beknopt weergegeven in een nomografische grafiek die is ontwikkeld aan Queen's University (Wilson and Judge, 1987; Wilson, 1979) met behulp van de expertise van professor F.M. Wood's expertise in nomografie (Wood, 30 1935). Deze grafiek is hier weergegeven als grafiek 3.

Ï019035* 15 Μ) Τ» Τ!® ! . ?::« 4> Zr ·*Λ .

» IJ

» ι Μ \

*· « V

ι “ V

Λ a? : V

5 " »ƒ% ~ >s * 1-

i S ΛΓ 1*" ~r VT* ·* I

f i I- I ¥ >! r J ; V ..ι // 1 - vi ^ ! u 1&· :: * 48 s » V* }*" io «· ι tt \ r* * V i“ £ u t *♦ .„· S +·» -!; S Til

u* u> *B

Grafiek 3 is de nomografische grafiek voor maximum snelheid bij de limiet van 15 stationaire neerslag uit Wilson (1979).

De waarde van het bovenstaande is gelegen in het bepalen van een limiet (die gemakkelijk kan worden bepaald) die kan worden gebruikt met het werk van Roco om de snelheid van de deeltjes bij verschillende 20 ontwerpdebieten te schatten.

Voorbeeld

Het oorspronkelijke ontwerp van een 1.12 meter diameter, 510mm * zuigdiameter, 460mm diameter uitstroom, vijfschoeps LSA44 pomp 25 beschreven in GIW tekening 5729D werd uitgevoerd voor een gemiddeld debiet van 10521/sec bij 400 tpm, onder aanname van een gelijke snelheidsverdeling van de vloeistof die in het oog aankomt. Dit resulteert in meridiane snelheden van ongeveer 4,3 m/sec in het oog van de waaier.

Bij het aannemen van een gelijke instroomssnelheidsverdeling 30 resulteert dit met een schoepinlaatranddikte van 25 mm in een intreehoek van 20, 22.5 en 27 over de drie gelijk volumestroombuizen van de 1019035· 16 voorschoep-versterking naar de achterschoepversterking met 15 graden schoepsecties aan de voorste rand en een bovenaanzicht zoals getoond in figuren 8 en 9.

Hoewel uitvoeringsvoorbeelden zijn weergegeven zoals hierboven 5 getoond en beschreven, wordt opgemerkt dat binnen de beschreven uitvoeringsvormen variaties mogelijk zijn. Deze kunnen andere bekende continue of discontinue procesvariaties inhouden. Het zal derhalve voor de vakman duidelijk zijn dat, hoewel de uitvinding slechts in verschillende vormen is beschreven, veel toevoegingen, weglatingen en modificaties 10 kunnen worden gedaan zonder het wezen de reikwijdte van de uitvinding te verlaten en dat geen ongepaste limitaties moeten worden opgelegd behalve zoals uiteen gezet in de hierna volgende conclusies.

«019035·«

Claims

1. Centrifugaalpomp voor het verpompen van een slurrie bevattende een vaste stof/vloeistofmengsel, omvattende: - een omhulling met een centrale geometrische as met: - een voorwand en een op afstand geplaatste achterwand; 5. een in hoofdzaak doorgaande doorgaande buitenzijwand die zich uitstrekt tussen de voorwand en de achterwand; - een uitlaatmondstuk dat tangentieel ten opzichte van de zijwand is geplaatst; - een om de centrale geometrische as in de voorwand gevormde 10 zuiginlaat voor het binnenlaten van slurrie in de omhulling; - een roteerbaar om de centrale geometrische as in de omhulling op genomen waaier, omvattende: - een meervoudig aantal schoepen, elk voorzien van een intreehoek en een uittreehoek; 15. waarbij de intreehoeken van de schoepen een in hoofdzaak schokvrije instroom verschaffen voor het vloeistof/vaste stofmengsel dat de waaier binnenstroomt.

2. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de intreehoek van de schoep gedeeltelijk wordt bepaald door de snelheid en de concentratie 20 van de vaste stof die de omhulling binnenstroomt.

3. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de intreehoek van de schoep voorts wordt bepaald door de vergelijking: Cml 25 inlaathoek = are tan - Ui Ml 90 3 5* waarin: Cmi de gemiddelde snelheid van de vaste stof is; Ui de tangentiele snelheid van de intreerand van de schoep is.

4. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de schoepinlaat een 5 blad omvat met een meervoudig aantal hoeken, waardoor het blad gekromd is.

5. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de centrifugaalpomp werkt op een rendement tussen ongeveer 75% en 95%.

6. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de vaste stof een 10 deeltjesgrootte heeft van tenminste ongeveer 100 micron.

7. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de slurrie niet homogeen is.

8. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de slurrie die de omhulling binnengaat gestrieerd is met een variërende graad van vaste 15 stofconcentratie.

9. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarbij de slurrie ongeveer 15% tot ongeveer 30% vaste stof omvat.

10. Centrifugaalpomp volgens conclusie 1, waarin de waaier voorts omvat: 20. een cirkelvormige achterschoepversterking; - een op afstand geplaatste, parallelle ringvormige - schoepversterking; - een cirkèlvormige opening gevormd door de ringvormige schoepversterking om de centrale geometrische as in 25 vloeistofverbinding met de zuiginlaat, welke ringvormige opening een diameter heeft die ongeveer gelijk is aan de diameter van de zuiginlaat; en - een centrale as die roteerbaar op de omhulling is gedragen en die zich langs de geometrische as uitstrekt, welke as is 30 gekoppeld met de achterschoepversterking en is gekoppeld aan 101903S· een krachtwerktuig voor het roteren van de waaier om de geometrische as.

11. Centrifugaalpomp voor het verpompen van een slurrie met een gestrieerd profiel van vloeistof en vaste stof waarin een onderste helft van 5 het profiel een grotere concentratie vaste stof heeft dan een bovenste helft van het profiel, welke centrifugaalpomp omvat: - een omhulling met een centrale rotatie-as, voorzien van: - een voorwand en een op afstand geplaatste achterwand; • een in hoofdzaak doorgaande buitenwand die zich uitstrekt 10 tussen de voorwand en de achterwand; - een uitlaatmondstuk dat tangentieel ten opzichte van de zijwand is geplaatst; - een om de rotatie-as in de voorwand gevormde zuiginlaat voor het binnenlaten van slurrie in de omhulling; 15. een roteerbaar om de centrale rotatie-as op genomen waaier, omvattende; - een meervoudig aantal schoepen, waarbij elke schoep een intreehoek heeft die is geoptimaliseerd voor een in hoofdzaak schokvrije instroom van slurrie in de pomp ten 20 opzichte van een snelheidsprofiel van de vaste stof in de onderste helft van het slurrieprofiel.

12. Centrifugaalpomp volgens conclusie 11, waarbij de schoepen een meervoudig aantal hoeken hebben dat is bepaald door stroombuizen die de snelheid van de vaste stof vertegenwoordigen op verschillende punten 25 binnen het slurrieprofiel.

13. Centrifugaalpomp volgens conclusie 11, waarbij de intreehoek van de schoep gedeeltelijk wordt bepaald door de snelheid en de concentratie van de vaste stof die de omhulling binnenstroomt.

14. Centrifugaalpomp volgens conclusie 11, waarbij de intreehoek van 30 de schoep voorts wordt bepaald door de vergelijking: 1019035a Cml inlaathoek = arc tan - ui 5 waarin: Cmi de gemiddelde snelheid van de vaste stof is; Ui de tangentiele snelheid van de intreerand van de schoep is.

15. Centrifugaalpomp volgens conclusie 11, waarbij de slurrie ongeveer 10 15% tot ongeveer 30% vaste stof omvat. 101903S«| 100 slakkenhuis 120 waaier 5 140 schoep 160 uitlaatuitgang 130 zuiginlaat 200 oog 220 radiale uitlaat 10 > 1019035·