NO180257B - Lagersystem i en raffinör - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et lagersystem i raffinører eller slipeapparater, som omfatter et par innbyrdes motstående raffineringselementer som er aksielt regulerbare og dreibare i forhold til hverandre, og som mellom seg danner en raffineringsspalte gjennom hvilken råmaterialet føres. Under gjennom-føringen oppstår betydelige aksialkrefter som virker mot de elementer som er anordnet for å opprettholde den ønskete raffineringsspalte mellom raffineringselementene.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en raffinør av typen med roterende skive for raffinering av papirmasse o.l., hvor råmaterialet som skal raffineres eller behandles på en annen måte føres gjennom en raffineringsspalte som dannes mellom et par raffineringsskiver som er aksielt regulerbare i forhold til hverandre. Raffineringsskivene dreier i forhold til hverandre i et plan vinkelrett på deres aksler. I det minste én av skivene er aksielt regulerbar og montert på en rotasjonsaksel som, i avhengighet av det trykk som virker på skiven, er aksielt bevegelig med den regulerbare raffineringsskiven. Råmaterialet kan være treflis, bagasse, fibersuspen-sjoner o.l. materiale, som mates til det midtre parti av raffineringsspalten gjennom hvilken det akselereres radielt på grunn av sentrifugalkraften som utvikles ved skivenes omdrei-ning. Det behandlede materiale strømmer etter raffinerings-operasjonen ut gjennom en perifer åpning mellom skivene inn i en omgivende kappe.

Rotasjonsakselens aksialbevegelse styres for å opprettholde den forutbestemte raffineringsspalte mellom skivene. Spalten er av varierende størrelse, avhengig av bruken av raffinøren. I konvensjonelle masseraffinører, har f.eks. spalten normalt en størrelse på mellom 0,1 og 1 mm, mens spalten i raffinører for avfallspapir kan være så stor som 2,5 mm. Ved andre anvendelser kan raffineringsspalten være så liten som 0,05 mm. Masseraffinører av den beskrevne type er vist i US-patenter 4.082.233, 4.253.233, 4.283.016, 4.378.092 og 4.801.099.

Den hurtige akselerasjon av materialet gjennom den smale raffineringsspalte forårsaker aksielle trykkrefter som søker å skille skivene fra hverandre og derved utvide raffineringsspalten, hvilket fører til alvorlig svekkelse av raffinørens effektivitet.

Når raffinører eller slipeapparater utgjør en del av et lukket eller trykksatt system, f.eks. for behandling av en væske-oppslemming, må det tilføres ytterligere kraft til driften i tillegg til de aksielle trykkrefter som virker på skivene. Denne ytterligere kraft er nødvendig, ikke bare for drift av skivene for å oppnå den ønskete raffinering eller sliping, men også for drift av skivene mot væskefriksjonen eller hydrauliske bremsekrefter som virker på skivene, slik at ytterligere aksialbelastnings-variasjoner på rotasjonsakselen oppnås.

Når effekten av disse krefter på rotasjonsakselens aksi-ale posisjon ikke styres effektivt, vil raffinøren nedbrytes. Dessuten vil motstanden mot disse trykkrefter øke betydelig med økende diameter av skivene.

På grunn av det økende behov for raffineringssystemer med høy kapasitet, som krever raffineringsskiver med en stor diameter, f.eks. i størrelsesorden 150 cm eller større, er absorbsjonen av disse aksialtrykkrefter blitt et utbredt problem.

Nyutviklete raffinører har en skivediameter på 165 - 170 cm, en omdreiningshastighet på 1500-3600 r/min. og en effekt på 15000-50000 kW.

For å gi en bedre forståelse av de enorme aksialbelastnings- eller trykkrefter som virker på rotasjonsakselen, kan man tenke seg at en skive med en diameter på 150 cm som roterer med_1800 r/min., utvikler en sentrifugalkraft tilsvarende ca. 2800 g, som akselererer materialet gjennom raffineringsspalten. Denne sentrifugalkraft kan virke på akselen med en aksialbelastning på ca. 100 tonn, som må opptas av lagerkon-struksjonen. Dersom raffineringsskiven har dobbelt så høy hastighet, dvs. 3600 r/min., øker sentrifugalkraften med en faktor på 4, i henhold til Newtons lov om kraft og bevegelse. Sentrifugalkraften øker således til 11200 g, hvorved aksialbe-lastningen på rotasjonsakselen kan øke til 200-400 tonn. Slike unormalt høye aksialbelastninger må, ved dagens kon-struksjoner, fordeles på et komplisert lagersystem, som krever flere lagre og servomotorer, med derav følgende øking av dimensjonene og fremstillingskostnadene for raffinøren.

Et eksempel på en lagerkonstruksjon av ovennevnte art er vist i US-patent 3.717.308, som viser et lagersystem med kombinerte aksial- og radiallagre, som bærer rotasjonsakselen. Hvert lager er forbundet med en servomotor for opptak av aksial-trykkreftene som virker på rotasjonsaksen. Andre eksempler på lagerkonstruksjoner som hittil er anvendt, er vist i US-patenter 4.118.800, 3.212.721, 4.073.442 og 3.276.701.

US-patent 4.402.463 foreslår en annen løsning på ovennevnte problemer.

Et fellestrekk ved teknikkens stilling slik den fremgår av de ovennevnte patenter, er at de hydrauliske stempler i servomotorene for aksiallagrene er ikke-roterende.

US-patent 4.801.099 (Reinhall) foreslår imidlertid å anvende én eller flere hydrauliske rotasjonsstempler som er stivt forbundet med rotasjonsakselen og fullstendig erstatter nåtidige systemer med dyre og kompliserte aksial-, rulle-og/eller blokk-lagersystemer. Dette lagersystem med roterende stempler ifølge Reinhall omfatter én eller flere sylinderstem-pler som er montert på rotasjonsakselen for å rotere sammen med akselen i et trykkammer som er utformet i et stasjonært sylindrisk hus, hvor stempelet eller stemplene kan forskyves aksielt, idet de virker med et trykkmedium som tilføres i det minste til én ende av stempelet (stemplene), på en kontrollert måte, for konstant å motvirke varierende aksialtrykkrefter som virker på den bevegelige rotasjonsaksel, og for å opprettholde en forutbestemt størrelse på raffineringsspalten.

Dette system er imidlertid, for sin drift, avhengig av et antall tetningsanordninger beliggende ved innløpene til rotasjonsakselen i det stasjonære, sylindriske trykkhus såvel som mellom omkretsen av rotasjonsstempelet og sylinderhuset. Disse omkretstetninger er utsatt for vibrasjoner fra rotasjonsakselen som skyldes raffineringselementenes skjevbelast-ning og/eller den ujevne fordeling av materialet over raffineringselementene. For å hindre havari er det derfor nød-vendig å opprettholde forholdsvis store radialspalter ved tetningsflåtene. Disse spalter må således være større enn de maksimale radiale vibrasjoner. Som følge av dette går store mengder trykkmedium som leveres til støpehuset tapt som lekkasje gjennom de radiale tetningsspalter, og som ved nødvendig forholdsvis høyt hydraulisk trykk på 100-4 00 bar krever mye energi og store, dyre pumpeinstallasjoner.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å eliminere størstedelen av denne lekkasje, som ikke er nødvendig for aksialbalansering og kontroll av akselen. Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås ved å' overføre alle de nødvendige tetnings-flater fra omkretsen av akselen og stempelet til én eller flere radielle plan på endeflatene til det roterende stempel. Disse endeflater blir ikke merkbart påvirket av rotasjonsakselens radielle vibrasjoner som skyldes rotasjonsskjevhet etc., og kan derfor arbeide med minimale tetningsspalter uten fare for havari. Dette fører til betydelig mindre lekkasje av tilført trykkmedium.

De karakteristiske trekk ved oppfinnelsen fremgår av kravene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i tilknytning til de medfølgende tegninger. Figur 1 er et sideriss, delvis i snitt, av en raffinør ifølge oppfinnelsen. Figur 2 er et lengdesnitt av de hydrauliske, aksial-lagersystemer ved raffinøren ifølge oppfinnelsen, i kombina-sjon med konvensjonelle radiallagre, som bevegelig understøt-ter rotasjonsakselen.

Utføringsformen vist i figurene omfatter et stativ 10 i hvilket en aksielt bevegelig aksel 2 6 er montert i to lagerelementer 34 og 36. Disse lagerelementer kan være glidelagre, rullelagre, aksialt bevegelig radial-rullelagre etc. En ende 27 av akselen 2 6 er innrettet til å drives av en motor (ikke vist). Akselens 2 6 andre ende bærer en roterende, regulerbar skive 24 som sammen med en stasjonær skive 22 mellom seg danner en raffineringsspalte. Begge skiver er forsynt med konvensjonelle raffineringssegmenter 23.

Raffineringsskivene er innesluttet i en raffinørkappe 20 i hvilken den stasjonære skive 22 er montert ved hjelp av bolter 25. Råmaterialet mates gjennom en åpning 11 ved hjelp av en konvensjonell mateskrue 12 og innføres i raffineringsspalten gjennom en sentral åpning i den stasjonære skive 22. Lagerelementer 34, 36 er montert i et lagerhus 32 som, mellom de to lagerelementer, er utformet med et sylindrisk rom 31 og utformet med to ringstempler 29, 3 3 som er vendt aksielt mot hverandre. På disse ringstempler er ytre ringsylindre 200, 210 og indre ringsylindre 202, 212 anordnet. Ringsylindrene er bevegelige i aksialretningen, men ikke rotasjonsmessig langs ringstemplene 29, 33. De ytre ringsylindre 200, 210 er bevegelige langs den utvendige overflate på det respektive ringstempel 29, 33, og de indre ringsylindre er bevegelige langs den innvendige overflate på det respektive ringstempel. Mellom de innbyrdes motvendte ringstempler 29, 33 er det anordnet et sylindrisk rotasjonsstempel 30. Dette stempel er montert på akselen 2 6 for rotasjon sammen med denne. Ringsylindrene ligger an mot rotasjonsstempelets endeflater, slik at tetningsspalter 211 dannes mellom ringsylindrene og nevnte endeflater. Ringsylindrene er således utformet med en tet-ningsflate som står i forbindelse med stempelets 30 radielle endeflater.

Mellom den ytre og indre ringsylinder henholdsvis 2 00, 202 og 210, 212 er det avgrenset et hulrom henholdsvis 213 og 214, som på én side avgrenses av et ringstempel, henholdsvis 29 og 33_, og på den andre side av rotasjonsstempelet 30. Ringsylindrene er slik utformet at hulrommets areal er større enn arealet B mot rotasjonsstempelet 30. For tilførsel av et hydraulisk trykkmedium til hulrommene 213, 214 er det anordnet kanaler henholdsvis 246 og 248. Forskjellen mellom førnevnte A, B er slik innrettet at ringsylindrenes tilpasning til rotasjonsstempelet 30 ved hjelp av det hydrauliske trykkmedium i hulrommet, utligner det hydrauliske trykkfall i tetningsspalten 211. Rommet 31 utenfor rotasjonsstempelet er fortrinnsvis atmosfærisk.

Rotasjonsstempelets 30 aksielle posisjon kontrolleres og justeres ved å bevege de to ikke-roterbare, men aksielt bevegelige ringsylindre 200, 210 aksielt. Ringsylindrenes henholdsvis 200, 202 og 210, 212 bevegelse, og den kraft hvormed det hydrauliske trykk opprettholdes i hulrommene 213, 214 virker på rotasjonsstempelet 30, bestemmes ved hjelp av en følerinnretning 220 som avføler akselens aksielle posisjon. Ifølge den viste utføringsform er følerinnretningen 220 beliggende på utsiden av lagerhuset 32, men alternativt kan den plasseres i det sylindriske rom 31 og avføle akselens posisjon ved å indikere posisjonen til en ytre ringsylinder 200, 210. En hydraulisk styreventil 240 påvirkes via en servomotor 230 og en justeringsinnretning 231. Styreventilen tilføres hydraulisk trykkmedium fra en oljebeholder 243 forsynt med en pumpe 241. Styreventilen 240 fordeler og regulerer trykket til hydraulikkmediet via kanaler 242, 244, 246, 248 til det respektive hulrom 213, 214 slik at den aksielle posisjon rotasjonsakselen er innstilt i opprettholdes konstant, uavhengig av varierende aksielle akselbelastninger. Disse belast-ningsvariasjoner stammer fra raffineringselementet 24 og fra under- eller overtrykk som opprettholdes eller varierer i raffineringshuset 20.

Ved å variere forholdet mellom ringstempelets 29, 33 areal A og hulrommets 213, 214 til rotasjonsstempelet 30, kan anleggstrykket mot stempelet og derved størrelsen av tetningsspalten 211 økes eller reduseres, for derved å variere spalte-lekkasjen tilsvarende. En normal lekkasje ved en raffinør ifølge oppfinnelsen er mindre enn 5 l/min., sammenlignet med tidligere hydrauliske stempellagre eller blokklagre, som normalt krever 50-200 l/min. for tilsvarende anvendelser. Foreliggende oppfinnelse eliminerer således disse ulemper ved styrt pumpe- og reguleringsutstyr, og sparer pumpeenergi tilsvarende det reduserte behov for hydraulikkmedium.

En eller flere av ringsylindrene 200, 202, 210, 212 kan være utformet med én eller flere kanaler 215 som strekker seg fra hulrommet 213, 214 til tetningsspalten 211 mellom ringsylinderen og rotasjonsstempelet 30. Kanalen vender fortrinnsvis ut i et samlespor 216 i overflaten til ringsylinderen som ligger an mot rotasjonsstempelet. Nevnte spor er beregnet på å bevirke jevn fordeling av trykkmediet. Kanalen er utformet med strømningsmotstand eller -innsnevring, f.eks. i form av en skarp bøy. Ved dette arrangement kan det oppnås et passende trykkfall under drift, hvorved størrelsen av tetningsspalten 211 kan bestemmes og sikres, slik at metallisk kontakt mellom tetningsflåtene forhindres.

For å sikre at ringsylindrene 200, 202, 210, 212 ved starten, dvs. før fullt hydraulikktrykk er blitt opprettet, ligger an mot rotasjonsstempelets 30 endeflater, kan ringsylindrene være fjærbelastet mot rotasjonsstempelet. Et antall fjærorganer, fortrinnsvis 4, kan f.eks. være anbragt mellom hvert ringstempel 29 henholdsvis 33 og trinn 260 i den indre og ytre ringsylinder henholdsvis 200, 202 og 210, 212.

Ifølge en annen utføringsform er den ytre og indre ringsylinder henholdsvis 200, 202 og 210, 212 forbundet med hverandre ved hjelp av eker e.l. ved det parti av ringsylindrene som er beliggende nærmest rotasjonsstempelet 30. Derved sikres en ensartet tetningsspalte 211 ved ytter- og inner-ringsylinderen.

Tetningsflåtene som danner tetningsspalten 211 er fortrinnsvis plane, men kan også være kileformet i retning av radien, krum etc.

Ved den viste utføringsform er lagersystemet utformet med et ringstempel og tilhørende ringsylindre på begge sider av rotasjonsstempelet 30. Det er imidlertid mulig å anbringe ringsylindre bare på den ene side, nemlig på den side av rotasjonsstempelet som ligger lengst fra den tilhørende raffi-ner ingsskive.

Forskjellige kombinasjoner av lagersystemet ifølge oppfinnelsen med ulike typer radiallagre kan også tenkes. Istedenfor å anbringe et radiallager på hver side av lagerhuset 32, kan to radiallagre anbringes utenfor eller innenfor lagerhuset, sett i aksialretning. Istedenfor konvensjonelle radiallagre kan andre typer lagre anvendes, f.eks. glidelagre, kombinerte aksial-radiallagre etc.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de ovenfor beskrevne utføringsformer, men kan varieres innenfor rammen av oppfin-nelsestanken.

Claims (10)

1. Lagersystem i en raffinør for fremstilling av masse, hvor råmaterialet raffineres i en raffineringsspalte mellom minst ett par raffineringselementer (22, 24) som roterer i forhold til hverandre, og hvor minst ett av raffineringselementene (24) er opplagret på en aksielt bevegelig og roterbar aksel (26), omfattende et kombinert hydrostatisk/hydrodynamisk aksial-lagerarrangement for akselen, og hvor et sylindrisk hus (32) omfatter minst ett sylindrisk rotasjonsstempel (30) med to motsatte ender, hvilket stempel er montert på rotasjonsakselen (26) for rotasjon sammen med denne, karakterisert ved at minst én ytre og én indre, konsentrisk ringsylinder henholdsvis (200, 202 og 210,

212) er innrettet til å ligge an mot en av rotasjonsstempelets (30) endeflater, slik at det dannes en tetningsspalte (211), at ringsylindrene er aksielt bevegelige, men ikke rotasjonsmessig, at den indre og ytre ringsylinder er støttet av et mellom ringsylindrene anordnet, stasjonært ringstempel (henholdsvis 29 og 33), at arealet til hulrommet (henholdsvis 213 og 214) som dannes mellom inner- og ytter-ringsylinderen er større mot ringstempelet (henholdsvis 29 og 33) enn mot rotasjonsstempelets (30) endeflate, og at kanaler (henholdsvis 246 og 248) er anordnet for tilførsel av et hydraulisk trykkmedium til hulrommet.

2. Lagersystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at ringsylindrene (henholdsvis. 200, 202 og 210, 212) er fjærbelastet mot rotasjonsstempelet (30) og derved sikrer anlegg mot samme.

3. Lagersystem som angitt i krav 2, karakterisert ved at et antall fjærorganer er anbragt mellom ringstempelet (henholdsvis 29 og 33) og trinn i den indre og ytre ringsylinder (henholdsvis 200, 202 og 210, 212).

4. Lagersystem som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at indre og ytre ringsylindre (henholdsvis 200, 202 og 210, 212) er beliggende på hver side av rotasjonsstempelet (3 0).

5. Lagersystem som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at en avsøkingsinnretning er anordnet for avsøking av akselens aksielle posisjon, for via kontrollorganer (230, 231, 240) å opprettholde det nødven-dige hydraulikktrykk i hulrommet (henholdsvis 213 og 214), slik at akselens aksielle posisjon holdes konstant.

6. Lagersystem som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den indre og ytre ringsylinder (henholdsvis 200, 202 og 210, 212) er adskilt og bevegelige uavhengig av hverandre.

7. Lagersystem som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at den indre og ytre ringsylinder (henholdsvis 200, 202 og 210, 212) er innbyrdes forbundet ved hjelp av eker e.l. for å danne en enhet.

8. Lagersystem som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at minst én ringsylinder (200, 202, 210, 212) er utformet med minst én kanal (215) som strekker seg fra hulrommet (213, 214) til tetningsspalten (211).

9. Lagersystem som angitt i krav 8, karakterisert ved at kanalen (215) munner ut i et samlespor (216) i overflaten til ringsylinderen som ligger an mot rotasjonsstempelet (30).

10. Lagersystem som angitt i et av kravene 8 og 9, karakterisert ved at kanalen (215) er utformet med strømningsmotstand eller -innsnevring.