NO345301B1 - Sentrifugalpumpe med integrert kvern - Google Patents

Description

Oppfinnelse betegnet som sentrifugalpumpe med integrert kvern kombinerer pumpefunksjon og kuttemekanismer for oppmaling av hel faste bestanddeler som fisk, fiskeavfall, tang og tare til en flytende masse. Oppfinnelsen kan anvendes innen fiskeri eller akvakultur og er spesielt egnet for bruk i systemer for såkalt ensilering hvor hel fisk eller fiskeavfall males opp og blandes med maursyre som første ledd i prosessen for gjenvinning av proteininnholdet.

Behandling og destruering av fiskeavfall og hel fisk i form av ensilering er i dag en del av hverdagen i oppdrett som en rask og effektiv behandling av både fiskeavfall og selvdød eller syk fisk for å hindre smitte og sykdomsspredning og nå kommer det også tilsvarende strenge krav for behandling av hvitfisk avfall ombord i fiskefartøy og foredlingsanlegg. Overflødig fangst og fiskeavfall kan ikke lenger kastes og må behandles og bringes til godkjente mottak for videre behandling. Bakgrunnen for disse kravene er altså både helseaspekt og et viktig er miljøaspekt ved utnyttelse og gjenbruk av et verdifullt råstoff som fiskeavfall representerer.

Både i fiskeoppdrett, på fiskebåter og anlegg for fiskeforedling må avfall og selvdød eller kassert hel fisk bearbeides og konserveres, såkalt ensilering, som er første ledd i bearbeidingen i denne prosessen som leder frem til gjenbruk av proteininnholdet til husdyrfôr, fiskefôr og noen andre høyverdige produkter. Ensilering er en konserveringsmetode som er aktuelt i mange sammenhenger, men som i denne beskrivelsen begrenses til oppmalt fisk og fiskeavfall som vanligvis konserveres med maursyre slik at den får en flytende og lett pumpbar konsistens. Det konserverte produktet kalles ensilasje.

Selv om denne prosessen har vært i bruk i fiskeoppdrett i mange år er det utfordringer og et betydelig forbedringspotensial innen både anlegg, teknisk utstyr og produktet som er den ferdige ensilasjen som leveres til mottak. Bruk av etsende maursyre stiller strenge krav til personell sikkerhet (HMS). Dette har vært krevende for oppdrettsanlegg og blir ytterligere vanskeligere å løse på skip i åpen sjø. Videre stilles det store krav til utførelse av pumper, pakninger, rør, slanger og annet som kan komme i kontakt med maursyren. Den etsende maursyren fører til at mye av utstyret som benyttes for ensilering av fisk og fiskeavfall og er i kontakt med denne etsende væsken ofte må skiftes ut. Bakgrunnen for dette er at utstyret ofte er beregnet for andre anvendelsesområder og ikke for bruk i et så krevende miljø.

Felles for nesten samtlige forskjellige typer ensileringsanlegg som benyttes i dag er at kvaliteten på den ensilasjen som leveres til mottakene er for dårlig, noe som igjen fører til at man må betale for å levere. Dette skyldes hovedsakelig at fiskemassen er for dårlig oppmalt eller har for dårlig kvalitet av andre årsaker. I tillegg tilsettes det ofte for mye vann i fersk oppmalt fiskemasse for å gjøre den lettere pumpbar, hvilket fører til at volumet, og dermed også leveringskostnadene, øker.

Nedbrytningsprosessen med tilsatt maursyre tar mer enn 48 timer med fersk fisk, og det er avgjørende at oppkuttingen og oppmalingen er effektiv nok til å oppnå små biter som brytes ned raskere enn store biter. Problemstillingen i dag er at fiskemassen ikke kuttes godt nok opp og blir bestående av lange trevler i en seig masse som er vanskelig å pumpe. Problemstillingene er for øvrig også utførlig beskrevet i norsk patent nr.332399 og tidligere norsk patent nr.328445.

Problemstillingen er den samme ved oppmaling av fiskeavfall på fiskebåter og fiskeforedlingsanlegg hvor avfallet er fra hvitfisk. I tillegg kommer en ny betydelig problemstilling ved at hvitfisk inneholder mye kraftige bein og tenner enn laks, og at avfallet også består av store bestanddeler som f.eks. torskehoder. Det kan også forekommer fremmedelementer som fiskekroker, garnrester, fiskesnøre og annet som også stiller spesielle krav til ensileringsutstyret. Dagens løsninger for oppdrettsfisk fungerer som tidligere nevnt ikke godt nok med hensyn til kvalitet på ensilasje og i tillegg er dette utstyret heller ikke er robust nok for hvitfiskavfall og lengre tids drift.

En siste utfordring er tilstrekkelig effektivitet og kapasitet ved tilfeller av smittespredning og omfattende nedslaktning. De systemene som fram til i dag har vært brukt til ensilering har på ingen måte den kapasiteten som trengs for å dekke de krav som myndighetene har satt for ensilering i denne bransjen.

Når det spesifikt gjelder pumper med integrert kuttemekanisme er det godt kjent for pumper for bruk til kloakk og avløpsvann hvor det ofte hender at faststoff eller forurensende stoffer som for eksempel sokker, tamponger, papir etc. sperrer eller stopper slike pumper. For å bli kvitt det tilstoppende materiale er det kjent å utruste sentrifugalpumper med midler til å skjære eller kutte opp det faste stoffet til mindre biter slik at de kan passere gjennom pumpen. Skjæring eller kutting av det faste stoffet er svært energikrevende og for pumper i kontinuerlig drift er det derfor svært viktig at kutting er begrenset til kun å unngå tilstopping. Problemstillingen for disse løsningene er således vesentlig forskjellig fra ensilering av fisk da målet for avløp og kloakk er minst mulig energikrevende oppkutting og kun tilstrekkelig til at faste materialer kan passere gjennom pumpen og ikke henge seg opp. Problemstillingen med for høyt energiforbruk er beskrevet i norsk patent 338430.

I det følgende kommenterer vi følgende publikasjoner som beskriver nærliggende løsninger og hvorfor disse er forskjellige fra oppfinnelsen;

D1: US 5346143 A

D2: CN 208236674 U

D3: US 5302082 A

D4: US 6190121 B1

D5: US 7159806 B1

D6: US 5256032 A

D7: US 2014/0263788 A1

D8: WO 2016/201436 A1

Publikasjon D1 beskriver en sentrifugalpumpe som brukes til å pumpe avfall fra fisk, denne er utstyrt med et kutterblad som er plassert ved innløpet til pumpen.

Løsningen er imidlertid ikke utstyrt med knivholdere og heller ikke kniver som er vinklet og vil derfor ikke oppnå samme effekt som tiltenkt i oppfinnelsen.

D2 viser en kloakkpumpe som har en impeller med kniver som er vinklet utover og innover. Knivene er imidlertid ikke festet på en knivholder og knivene har også en annen utforming enn oppfinnelsen.

I publikasjon D3 er det vist en sentrifugalpumpe med kutterblad plassert ved innløpet til pumpen. Dette kutterbladet er ikke utformet med knivholdere og kniver som er vinklet og skiller seg derved fra oppfinnelsen.

I publikasjon D4, som er omtalt i beskrivelsen, er det vist en sentrifugalpumpe med kniver som i hovedsak skal brukes til å kutte opp faste stoffer som kommer inn i pumpen. Knivene vist i D4 har en annen utforming enn de som er beskrevet i oppfinnelsen.

Publikasjon D5 er også omtalt i beskrivelsen, og i D5 er det beskrevet en nedsenkbar pumpe med en skive av kniver. Knivene vist i D5 er ikke vinklet slik som angitt i foreliggende søknad.

Publikasjonene D6-D8 viser teknikkens stand for øvrig.

Pumper for kloakk og avløp anvendes i hele verden og det finnes naturlig nok svært mange løsninger for oppkutting i sentrifugalpumper for å unngå blokkering av gjennomstrømningen. Eksempelvis er publikasjonene D4 og D5 typisk for slike løsninger som kan være svært effektive med hensyn til å forhindre tilstopping men vil være helt uegnet for finkutting av fiskeavfall i et ensileringssystem fordi oppkuttingen blir for dårlig og tar for lang tid.

Knivene i både D4 og D5 har en annen utforming enn i oppfinnelsen.

Videre viser publikasjon D6, D7 og D8 forskjellige prinsipper for pumper med kutteanordninger men som har forskjellig utforming og ikke er beregnet for samme formål som oppfinnelsen.

Til tross for disse svakhetene benyttes det på en del ensileringsanlegg pumpeløsninger beregnet for kloakk og avløp. Disse er imidlertid kun utstyrt med noen få enkle knivsett basert på prinsippet for avløpspumper. Felles for disse er at oppkuttingen skjer for sakte og at det ofte blir gjenværende større biter som ikke er oppkuttet. Denne problemstillingen er nevnt i norsk patent nr.328445 som også hevder at 100% kverning av fiskeavfallet i innløpet til ensileringstanken er å foretrekke for deretter å bearbeide massen med sirkulering og eventuelt ytterligere oppkutting.

Tilsvarende finnes det systemer som kutter uten å pumpe, denne type løsninger fungerer ofte godt så lenge massen er relativt tyntflytende slik at massen settes i bevegelse og trekkes inn mot kuttemekanismen. Nærliggende sammenlikning her er prinsippet for «foodprosessor» og «blender» som vi benytter på kjøkkenet. Dette prinsippet benyttes så vidt oss bekjent ikke i ensilering av fiskeavfall. Det finnes derimot nedsenkbare løsninger med enkle kuttekniver som også pumper og sirkulerer massen, men disse krever da en forutgående kverning av avfallet da disse løsningene også kutter for sakte og fungerer dårlig når massen er for tyktflytende eller inneholder for store faste bestanddeler, eksempelvis hel fisk.

Patent WO2005102068 beskriver et anlegg for eksempelvis et ensileringsanlegg og beskriver en funksjon for pumping, oppkutting/ oppmaling og sirkulering men berører ikke selve kverne eller kuttemekanismen.

Patent DK201600144 beskriver også mer detaljert en pumpeanordning som kan benyttes til ensileringsformål men berører heller ikke utformingen av selve kuttemekanismen utover at den kan bestå av kniver eller liknende.

I hovedsak er det i dag to produsenter som har levert pumper til ensileringsformål, ITT Flygt og Landia.

ITT Flygt (www.xylem.com) leverer en såkalt dykkpumpe med et sett kniver i forkant av innløpet. Denne pumpen er i utgangspunktet beregnet for pumping av septik, derfor er det en normal dykkpumpe. Denne kan også leveres som en tørroppstilt pumpe, men da med en kjølekappe på motoren for å skape nok kjøling. Det viser seg at denne tørroppstilte løsningen ikke er ideell siden man sliter med kjøling av motoren og varmgang. I tillegg så har denne pumpen et begrenset innløp som igjen går utover pumpens kapasitet og hastighet på ensileringen. Pumpen er i sin helhet i støpejern utførelse og derfor ikke egnet til å montere neddykket i en tank hvor det tilsettes maursyre. Det er i stor grad denne typer pumper markedet ønsker å få erstattet siden de ikke har den kapasiteten og ensileringsevnen som kreves.

Landia (www.landia.dk) leverer en horisontalt oppstilt sentrifugalpumpe. Denne kvernpumpen har også et sett enkle kniver i front som er formet med en knekk opp, samt 2 stk. rette kniver i bakkant som er montert på en slik måte at de reduserer pumpens innløp betraktelig. Dette medfører igjen en redusert sirkulasjon, noe som er viktig for en rask ensilering. Knivene gir heller ingen stabiliserende effekt og betinger en kort aksling for å unngå for store svingninger. I tillegg har motoren en gjennomgående aksling som går igjennom hele pumpen og hvor kniver og mekaniske tetninger montert på. Ved slitasje på akslingen så må hele motorakslingen byttes, noe som medfører en kostbar og tidkrevende jobb.

Felles for begge disse leverandørene er at dette er pumper som er bygd for et annet formål enn ensilering. I mangel av andre løsninger har allikevel markedet fram til i dag valgt å bruke disse pumpene for ensilering.

Når kravet til større kapasiteter og bedre kvalitet på ensilasjen nå øker er det et økende behov for kvernpumper spesielt utstyrt og bygd for ensilering av fiskeavfall både i oppdrett og for hvitfisk.

Disse kravene til økt kapasitet og tekniske forbedringer løses med oppfinnelsen som består av en sentrifugalpumpe med integrerte kvernløsninger som maler opp hel fisk, store torskehoder og kraftige bein fra hvitfisk til en masse med bestanddeler på under 3 mm på kortere tid enn hva tilsvarende systemer gjør i dag. Oppfinnelsen vil derved gjennomføre oppmaling av fiskeavfall så raskt og effektivt at en forutgående kverning blir overflødig og ensileringsanleggene kan designes enklere og mer kompakt.

Oppfinnelsen er definert i henhold til kravene 1 – 10.

Figurfortegnelse;

Figur 1 – Eksempel på oppfinnelsens anvendelse. Figuren viser hvordan oppfinnelsen, pumpe med integrert kvern, er plassert i et komplett ensileringsanlegg og hvordan fisk og fiskeavfall mates inn og ved hjelp av oppfinnelsen kvernes og sirkuleres.

Figur 2 – Viser et eksempel på utforming av en ferdig montert pumpe med integrert kvern og drivmotor (1) fra et utvendig perspektiv.

Figur 3 - Viser et eksempel på utforming av en ferdig montert pumpe med integrert kvern og drivmotor i et gjennomskåret sidesnitt.

Figur 4 – Viser eksempel på pumpe med integrert kvern sett inn mot innløpet (7) av pumpen

Figur 5 - Viser eksempel på oppfinnelsens sentrale elementer; konfigurasjon av aksling (3) i kvernens i innløpet (7) med vinklede knivholdere (5) og knivegger (8) i et gjennomskåret 3D sidesnitt.

Figur 6 – Viser eksempel på det mest sentralt enkeltstående elementene i oppfinnelsen: en skråstilt knivholder uten påmontert knivegg (8) vist i perspektiv. Figuren illustrerer det som er angitt som rotasjonsplanet (19) i beskrivelsen, vinklingen (20) av knivholderen i forhold til rotasjonsplanet (19), skrå vinkel (22) av knivholder (5) i forkant og hvordan kreftene (23) som følge av denne skrå vinkelen (22) virker på knivholderen (5) når det kuttes gjennom fast fiskemasse.

Figur 7 - Eksempel på knivegg (8) med tagger (26) vist i perspektiv

Figur 8 – Eksempel på vinklet knivholder (5) med påmontert knivegg (8) vist i perspektiv

Figur 9 – Eksempel på sylindrisk knivholder (18) med påmonterte knivegger (8) vist i perspektiv.

Den ønskede effekten av oppfinnelsen oppnås ved at sentrifugalpumpen med

integrert kvern monteres med det konisk utformede innløp (7) fortrinnsvis på skrå

oppover og er koplet til en hensiktsmessig utformet tank (16) med skrånende bunn

slik at blandingen av kvernet masse, hel fisk og andre store bestanddeler (14) ved

hjelp av tyngdekraften beveger seg mot innløpet (7). Når massen og bestanddelene

(14) kommer et stykke inn i innløpet (7) møter de knivene (8) i kvernen og kuttes i

små biter for deretter å drives av pumpen videre gjennom et eksternt rør (12) og inn

tilbake i tankens topp. Knivholderne (5) i kvernen er også utformet med en skrå eller

avrundet forkant slik at faste bestanddeler både kuttes og dels trekkes dels skyves

innover av de roterende knivholderne (5) med knivegger (8). Massen i tanken (16) sirkuleres gjennom kvern og pumpe flere ganger til massen (14) er tilstrekkelig finmalt.

Proporsjonalt med mengde fisk og fiskeavfall som lastes inn i tanken (16) gjennom en åpning (13) på toppen av tanken (16) tilsettes maursyre gjennom et eget doseringssystem (17). Når massen er ferdig finmalt og innblandet med riktig mengde maursyre åpnes ventil (10) og ventil (11) stenges som bevirker at massen ledes gjennom utløpsrør (15) til en lagertank, transportenhet eller liknende.

Det sentrale i oppfinnelsen er kombinasjonen av lengden på den frittstående delen av akslingen (3) ut fra senter av pumpeimpelleren (4) og kombinasjonen med vinkelen, på de påmonterte knivholderne (5) hvor resultatet er en stabiliserende effekt som forhindrer svingninger i akslingen (3). I utgangspunktet er det ikke faglig tilrådelig å benytte en så lang frittstående aksling (3) som påføres store krefter da det lett oppstår ubalanse og kraftige svingninger. Under arbeidet med utviklingen av løsningen ble det imidlertid gjort en overaskende oppdagelse av at jo kraftigere konsistensen av bestanddelene i fiskemassen var, jo mer bidro det til å stabilisere akslingen (3) og eliminere slike svingninger. Den relativt faste konsistensen av stor fisk og store deler skyves raskt inn i innløpet (7) av knivholdernes (5) skrå forkant (22) som gir en propelleffekt og pakker massen inn i innløpet. Denne faste konsistensen virker da som en ekstra opplagring eller støtte og kombinasjonen av vinklene på de mange symmetriske knivholderne (5) og kreftene som oppstår som et resultat av disse gir en selvrettende effekt som kan sammenliknes med et bor. Ett bor er også avhengig av utformingen og vinklene på den skjærende eggen foran slik at den ikke skjærer ut til siden men raskt stabiliseres og lager et rett hull. Er fiskemassen løs påføres akslingen lite kraft og svingninger er ikke noe problem.

Basert på denne overaskende oppdagelsen er det som beskrevet i oppfinnelsen mulig å benytte en temmelig lang frittstående aksling (3), og man oppnår en stor fordel ved at det kan monteres mange knivholdere (5), (18) med påmonterte knivblader (8) som gir en svært god og rask oppkutting til ønsket konsistens. Med så god plass er det også mulig å konfigurere flere knivpar forskjellig for å oppnå en systematisk og effektiv oppkutting. Eksempelvis kan to forskjellige knivholdere (5) med knivblad (8) innrettes slik at det ene er vinklet 45 grader utover mot pumpeinntaket og det andre er vinklet 45 grader inn mot pumpeimpeller og på denne måten kutte biter med snittflater 90 grader. En slik konfigurasjon kutter raskt fiskemassen i terninger og forhindrer lange trevler som danner den seige massen som i dag er karakteristisk for kverning av fersk fisk.

Hver enkelt knivholder er symmetrisk og har et sentrert hull og kan derved tres inn på pumpeakslingen (3) og låses med en skrue og festeanretning (25) i enden av akslingen (3). Knivholderne (5) sikres i rotasjonsretningen med kilespor (21) og kile.

Oppfinnelsen består av følgende hovedtrekk;

- Et pumpehus (2) basert på sentrifugalprinsipp med sentrert innløp (7) og radielt utløp (6)

- Innløpet (7) på pumpehuset er sirkulært med regulær konisk utforming

- En gjennomgående aksling (3) som er avtagbart tilkoplet til drivanordning (1), driver pumpeimpeller (4) og strekker seg gjennom senter av pumpeimpeller (4) videre med en fri ende et stykke ut i pumpeinnløpet (7).

- Knivholdere (5), (18) som er avtagbare og festet på den gjennomgående frittstående enden av akslingen (3)

- Kniver (8) som er avtagbare og festet på knivholdere (5), (18)

Claims (10)

Patentkrav

1. Anordning for oppmaling av faste bestanddeler som fisk, fiskeavfall, tang og tare til en flytende masse hvor anordningen omfatter en sentrifugalpumpe med et sentrert sylindrisk eller konisk innløp (7) hvor akslingen (3) som driver pumpeimpelleren (4) er forlenget og har en fri ende et stykke ut i innløpet (7), k a r a k t e r i s e r t v e d a t den forlengede frie enden av akslingen (3) har mer enn to påmonterte knivholdere (5), hvor minst en er radielt utstikkende og vinklet (20) innover mot pumpeimpeller (4) og minst en er radielt utstikkende og vinklet (20) utover mot åpningen av innløpet (7) i forhold til rotasjonsplanet (19).

2. Anordning i samsvar med krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t de radielt utstikkende knivholderne (5) er symmetrisk utformet med en utstikkende del på hver side av akslingen (3).

3. Anordning i samsvar med krav 1 -2, k a r a k t e r i s e r t v e d a t knivholderne (5) har en utstikkende knivegg (26) naturlig innrettet i hele eller deler av fremkanten i forhold til rotasjonsretningen.

4. Anordning i samsvar med krav 1 - 3, k a r a k t e r i s e r t v e d a t knivholderne (5) har en skrå forkant (22) bak den utstikkende kniveggen (8) som ved akslingens (3) rotasjon skyver de oppkuttede faste bestanddelene innover med en kraft (23) som virker vinkelrett på knivholderens (5) lengdeakse.

5. Anordning i samsvar med krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d a t på de skråstilte knivholderne (5) påfører krefter (23) i en skrå vinkel inn mot akslingen (3) og virker sentrerende på akslingen (3) når denne roterer.

6. Anordning i samsvar med krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den frie enden i tillegg til radialt utstikkende knivholdere har påmontert en sylindrisk utformet knivholder (18) med utstikkende knivegger (8).

7. Anordning i samsvar med krav 3 og 6, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kniveggen (8) på knivholderne (5), (18) er avtagbar og er symmetrisk utformet med to knivegger slik at den i stedet for utskifting kan roteres 180 grader når kniveggen på ene siden er utslitt.

8. Anordning i samsvar med krav 7, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den avtagbare kniveggen (8) er slipt med tagger (26)

9. Anordning i samsvar med krav 1 - 8, k a r a k t e r i s e r t v e d a t knivholderne (5), (18) er avtagbare.

10. Anordning i samsvar med krav 1 – 9, k a r a k t e r i s e r t v e d a t knivholderne (5) er låst i rotasjonsretningen med et kilespor (21) og kile mot drivakslingen (3) og holdes på plass med en skrue og festeanordning (25) i akslingens (3) ytterende.