PL179863B1

PL179863B1 - Pompa odsrodkowa oddzielajaca gaz PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179863B1
Application number: PL96323724A
Authority: PL
Inventors: Voitto Reponen; Reijo Vesala; Vesa Vikman
Original assignee: Aahlstrom Corp; Ahlstroem Oy
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2000-11-30
Also published as: NO975613D0; JP3959113B2; FI974378A; SK164697A3; WO1996039583A1; CN1080392C; JP2001525898A; CZ381697A3; AU5821696A; CN1192800A; PL323724A1; CZ288618B6; ES2168485T3; AU704081B2; SK281044B6; NO309494B1; DE69617421D1; EP0830511A1; MX9709562A; FI109613B

Abstract

1 . Pompa odsrodkowa oddzielajaca gaz sklada jaca sie glównie ze spiralnej obudowy i korpusu pomp y , przy czym spiralna obudowa zawiera otwór ssacy i, zasadniczo styczny, wylot otaczajacy wirnik, zawiera- jacy przynajmniej jedna pracujaca lopatke polaczona z powierzchnia tylnej plyty po stronie ssacego otworu, to jest z powierzchnia przednia, przynajmniej jedna tylna lopatke polaczona z tylna strona tylnej plyty, oraz przynajmniej jeden otwór wylotowy gazu umieszczony w tylnej plycie, natomiast korpus pompy zawiera umieszczona w nim pompe prózniowa, która sklada sie z obudowy i wirnika zlozonego z lopatek umieszczo- nych na tym samym wale co wirnik pompy odsrodko- wej, zas wymieniona obudowa pompy prózniowej zawiera tylna sciane, przednia sciane pompy próznio- wej zaopatrzona w otwór ssacy po stronie pompy odsrodkowej, oraz mimosrodowa sciane wewnetrzna obudowy otaczajaca wirnik, obudowa zawiera nastep- nie tak zwany pomocniczy kanal powietrzny pompy prózniowej, zas tylna sciana pompy prózniowej zawie- ra kanal wylotowy gazu, który jest umieszczony po- miedzy spiralna obudowa pompy odsrodkowej i pompa prózniowa, znamienna tym, ze w wymienionym ka- nale wylotu gazu (26) znajduje sie regulator (100) ograniczajacy przeplyw. PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest pompa odśrodkowa oddzielająca gaz. Urządzenie według wynalazku jest szczególnie przydatne do stosowania jako tak zwana odśrodkowa pompa upłynniająca do pompowania pulp o średniej gęstości, ale sposób i pompa odśrodkowa stosująca go mogą być użyte także w innych zastosowaniach, w których pompowany płyn zawiera gaz i materiał stały.

Wcześniej znane pompy, których używa się do powyższych celów, są opisane między innymi, w dokumentach U.S.: nr nr 4,776,758; 4,981,413; 5,078,573; 5,114,310; 5,116,198; 5,151,010; 5,152,663; 5,366,347. Wszystkie te wyszczególnione wyżej opisy patentowe zajmują się| głównie pompami dla procesów technologicznych w przemyśle drzewnym, gdzie oddzielają gaz z zawiesin przecierów o średnich gęstościach, i które charakteryzują się| tym, że dodatkowo do konwencjonalnego wirnika, montowana jest pompa próżniowa, a raczej pompa o pierścieniu cieczowym, na wale pompy w komorze za wirnikiem. Otwory wylotowe gazu, przez które może przepływać gaz zbierający się z przodu wirnika pompy odśrodkowej do przestrzeni poza wirnikiem, są usytuowane w tylnej płycie wirnika pompy, blisko wału wirnika. Wspomniana przestrzeń jest w większości przypadków połączona z otworem ssącym pompy próżniowej przez kanał wylotowy gazu okrążający przynajmniej częściowo wał pompy. Kiedy pompa próżniowa wytwarza różnicę ciśnień pomiędzy przestrzenią z przodu wirnika i jej własną komorą pompowania, gaz przepływa przez otwory w wirniku i przez wspomniany kanał wylotowy gazu, przynajmniej częściowo okrążający wał, do komory pompy próżniowej. Z powodu mimośrodowości komory, pompa próżniowa wytwarza, poniekąd sama przez się, z jednej strony ssanie, które wciąga gaz do jej komory, a z drugiej strony, różnicę ciśnień pomiędzy atmosferą a komorą po jej wylotowej stronie, tak że gaz jest wyprowadzany z komory pompowania. Zwykle oddzielony gaz jest wyprowadzany bezpośrednio z pompy próżniowej do atmosfery.

Pewne specjalne wyposażenie, które jest instalowane do pomp odśrodkowych i układów pomp próżniowych, używanych do pompowania zawiesin przecierów, w procesach technologicznych przemysłu drzewnego, zostało szeroko uwzględnione w wyżej wyszczególnionych patentach i dlatego może ono tutaj być potraktowane względnie zwięźle.

Po pierwsze, ponieważ pompowany materiał zawiera cząstki stałe, na przykład włókna, istnieje zapotrzebowanie na uwzględnienie w konstrukcji pompy odśrodkowej i pompy próżniowej połączonej z nią, możliwości przenikania włókien do systemu wylotowego gazu. Z tego powodu, na tylnej stronie płyty tylnej są, na przykład, przewidziane tylne łopatki, po to, aby oddzielać włókna od materiału, który się przedostał do przestrzeni poza wirnikiem. Ponieważ włókna mogą się także przedostawać do pompy próżniowej, stosowane są środki do spłukiwania zarówno od strony ssącej jak i po stronie wylotowej pompy, w celu zapobieżenia zatykaniu się kanałów włóknami.

Po drugie, mogą być znacznie różniące się warunki podczas pompowania zawiesin z włóknami. Gęstość pulpy, na przykład, może zmieniać się w zakresie kilkunastu procent zaś ciśnienie dopływającej pulpy może zmieniać się w zakresie kilkunastu bar (lbar=10² kPa). Ponieważ usuwanie gazu z przodu wirnika, aby się rzeczywiście odbywało, wymaga pewnej różnicy ciśnień, musi być umożliwione wzięcie pod uwagę ciśnienia na wlocie, to jest, ssanie pompy próżniowej musi być sterowalne. To zazwyczaj jest dokonywane przez zainstalowanie, w połączeniu z kanałem ssącym, tak zwanego pomocniczego kanału powietrznego, przez który może być doprowadzone dodatkowe powietrze do pompy próżniowej, kiedy dostateczna ilość gazu nie

179 863 oddzieliła się z przodu wirnika. Z pomocniczym kanałem powietrznym jest zwykle połączony zawór, który otwiera się przy założonym ciśnieniu 40 kPa.

Po trzecie, podczas pompowania zawiesiny z włóknami, oddzielany gaz nie zawiera w większości przypadków czystego powietrza, ale może często zawierać rozmaite cuchnące, albo nawet do pewnego stopnia, trujące lub żrące gazy, które nie mogą być odprowadzane prosto do atmosfery. Włókna także przenikają, w pewnym stopniu, do wylotu pompy próżniowej, powinna być zatem możliwość usuwania ich, tak że rura wylotowa pompy próżniowej nie może być, nawet z tego powodu, podłączona bezpośrednio do ścieku.

Były robione próby spełnienia pierwszych dwóch wymagań poprzez rozwiązania zgodne z U.S. Patent 5,366,347, które są oparte na zasadzie, że pompa odśrodkowa upłynniająca, pompująca pulpę o średniej gęstości, musi być zdolna do działania w trzech różnych warunkach technologicznych.

W pierwszym przypadku, kiedy ciśnienie na wejściu jest niskie, poniżej ciśnienia atmosferycznego, wielka ilość gazu jest oddzielona z przodu wirnika, tak więc pojemność pompy próżniowej musi być wysoka, a pompa musi być zdolna do usunięcia całego oddzielonego gazu.

W drugim przypadku, kiedy ciśnienie na wejściu jest średnie, tylko nieznacznie wyższe od ciśnienia atmosferycznego, gaz jest oddzielony z przodu wirnika tylko w pewnym stopniu, i musi być możliwe usunięcie go przez pompę próżniową bez zawartych w nim włókien.

W trzecim przypadku, kiedy ciśnienie na wejściu jest wysokie, na przykład powyżej 2 bar, nie ma gazu oddzielonego, a pompa próżniowa nie musi niczego usuwać.

Wymieniony patent sugeruje, żeby pojemność pompy próżniowej była sterowana przez poruszanie obudową pompy próżniowej względem wirnika pompy próżniowej. Zasada jest taka, że pompa próżniowa, w pierwszym przypadku warunków technologicznych, zasysa gaz z przestrzeni próżniowej z przodu wirnika i jest zdolna przetransportować go do wyższego, to jest, atmosferycznego ciśnienia. W tym przypadku pompa funkcjonuje tak jak zwykle jest do tego przeznaczona.

W drugim przypadku warunków technologicznych, kiedy ciśnienie oddzielanego gazu jest wyższe od ciśnienia atmosferycznego, obudowa pompy próżniowej jest przemieszczana względem rotora do takiej pozycji, że pompa próżniowa wytwarza różnicę ciśnień w przeciwnym kierunku niż w przypadku pierwszym. Inaczej mówiąc, zakładając że ciśnienie na wejściu pulpy powoduje ciśnienie absolutne z przodu wirnika na poziomie 150 kPa, różnica ciśnień względem ciśnienia atmosferycznego jest 50 kPa. Ponieważ różnica ciśnień jest stosunkowo wysoka, ciśnienie przeciwne, na przykład na poziomie 30 kPa nadciśnienia, jest wytwarzane przez człony pompy próżniowej, za pomocą którego ciśnienie z przodu wirnika najpierw ma przezwyciężyć przeciwnie skierowane ciśnienie pompy próżniowej. Gaz, mówiąc inaczej, będzie wypływał do atmosfery przy różnicy ciśnień tylko 20 kPa.

W trzecim przypadku warunków technologicznych, wymieniony patent sugeruje, żeby mimośrodowa obudowa pompy próżniowej była przemieszczona, tak by była współśrodkowo z wałem i wirnikiem pompy próżniowej. Inaczej mówiąc, pompa nie będzie wytwarzać żadnej różnicy ciśnień w żadnym kierunku. Przypuszczalnie, założenie zgłaszającego, że wtedy żaden gaz nie jest oddzielany z przodu wirnika, a także żadne włókna nie mają, możliwości przedostania się do wylotu gazu, pomimo wielkiej różnicy ciśnień. Oczywiście, tu zapomniano o fakcie, że kiedy znaczne nadciśnienie istnieje po stronie ssania pompy odśrodkowej, ono dąży do gwałtownego wypływu z pompy przez wszystkie możliwe szczeliny. Jeżeli pompa próżniowa, jak opisano w U.S. Patent 5,366,347, pracuje jałowo, to znaczy, że obudowa pompy próżniowej jest współśrodkowo z wirnikiem i nie ma żadnego zaworu zainstalowanego po stronie wylotowej pompy próżniowej, brak którego w wymienionym U.S. Patent jest przewidziany jako pewna zaleta, zawiesina przecieru pod wpływem nadciśnienia, oczywiście przepłynie prosto przez pompę próżniową wzdłuż kanałów wylotowych gazu.

Powyżej poruszone problemy mogłyby być rozwiązane w pompie zgodnej z wymienionym U.S. Patent 5,366,347 przynajmniej na dwa sposoby: albo przez zainstalowanie

179 863 zaworu po stronie wylotowej pompy próżniowej, tak żeby zawór mógł być zamykany, lub mógł dławić przepływ, kiedy pompa pracuje jałowo, za pomocą którego konsekwentnie cały system rurowy wylotu gazu mógłby być przynajmniej częściowo zamykany, albo przez poprawienie zdolności pompy próżniowej do wytwarzania przeciwnego ciśnienia, tak aby maksymalne ciśnienie przeciwne, wytwarzane przez pompę mogło odpowiadać najwyższemu możliwemu nadciśnieniu po stronie ssania pompy odśrodkowej. W wymienionym U.S. Patent zostało to z jednej strony zasugerowane w ten sposób, żeby w przypadku niewielkiego nadciśnienia po stronie ssania pompy odśrodkowej, mimośrodowość obudowy pompy próżniowej była zmieniona tak, żeby pompa próżniowa wytwarzała ciśnienie przeciwne, dostatecznie wielkie by stłumić nadciśnienie. Z drugiej strony, jest także sugestia, żeby mimośrodowość obudowy pompy próżniowej była następnie sprowadzana do zera kiedy nadciśnienie po stronie ssania pompy odśrodkowej wzrasta. Ta druga zasada nie sprawdza się w działaniu, powoduje w praktyce liczne nieszczelności pompy. Jednakże ta sprawa może być łatwo skorygowana przez powiększenie mimośrodowości obudowy pompy próżniowej również, tak że ciśnienie przeciwne, wytwarzane przez pompę próżniową, wzrośnie kiedy nadciśnienie pompy odśrodkowej wzrośnie. Inaczej mówiąc, przez podtrzymywanie ciśnienia przeciwnego wytwarzanego przez pompę próżniową, tak samo jak i przy ciśnieniu wejściowym, nie będzie miał miejsca przepływ w obu kierunkach w pompie próżniowej. Efekt ciśnienia wejściowego może być naturalnie zredukowany przez zastosowanie zaworu dławiącego po stronie wylotowej pompy próżniowej, w przeciwieństwie do tego co podaje wymieniony U.S. Patent, według którego ciśnienie na wejściu może być stłumione tak samo przez zawór jak i przez zmianę mimośrodowości obudowy pompy próżniowej. Innymi słowy, układ opisany w wymienionym U.S. Patent 5,366,347 może być prosto skorygowany przez wyposażenie w niezbędny zapas dla, branych pod uwagę, regulatorów mimośrodowości, wymaganych dla obudowy. Wszystkie układy opisane w wymienionym patencie mogą być użyte jako takie, a co się tyczy różnych zastosowań, są zrobione uwagi do opisu i do figur wymienionego U.S. Patent document 5,366,347.

Pompa, opisana bardziej szczegółowo w U.S. Patent 5,366,347, nie w pełni odpowiada wymaganiom, które współczesne zakłady stawiają pompom, nawet po wprowadzeniu wyżej opisanych korekt. My już zaznaczaliśmy powyżej, że usuwany gaz często może zawierać cuchnące albo trujące chemikalia. Także zawiera niewielką ilość cieczy, kilka litrów na minutę, oraz w niektórych przypadkach, także włókna ciągle wydalane z pompy próżniowej. Jak to bywa przeważnie, z punktu widzenia ochrony środowiska, a i z uwagi na odzysk włókien i chemikalii, należy wprowadzać wydaliny z pomp próżniowych do oddzielnych zasobników zamiast do ścieków, powinno się też, podczas projektowania pomp odśrodkowych i pomp próżniowych, brać pod uwagę, że pompa próżniowa powinna być zdolna do wydalania gazu, włókien i cieczy do przestrzeni, w której znajduje się ciśnienie, albo przynajmniej do przestrzeni umieszczonej powyżej pompy. Pompa musi, inaczej mówiąc, poza tym, że jest zdolna do wytwarzania próżni po swojej stronie ssącej, także być zdolna do wytwarzania oporu albo nadciśnienia po stronie wylotowej.

W wyżej wyszczególnionych patentach, te możliwości albo nie zostały wzięte pod uwagę, albo, z innych powodów, nie zostały w ogóle uwzględnione. W większości patentów, sterowanie układem pomp, nie zostało uwzględnione w żaden sposób. W niektórych patentach, zostało zaznaczone, że zawór odcinający może być zainstalowany po stronie wylotowej pompy próżniowej, przy pomocy którego wylot będzie dławiony lub, jeśli trzeba, nawet zamknięty. To działa dobrze dopóki zawór musi być w rzeczywistości całkowicie zamknięty. Podczas zamykania, zawór powoduje kawitację i szoki ciśnienia w pompie próżniowej, z powodu których jest duże ryzyko uszkodzenia pompy próżniowej. Inną ewentualnością jest zmienianie pojemności pompy, jak opisano w U.S. Patent 5,366,347. Sterowanie pojemnością daje, jednakże, taki rezultat, że pompa nie ma na stałe oporu wymaganego do transportu w przód, gazu i/lub włókien oraz/lub cieczy. To można wyjaśnić na następującym przykładzie. W przypadku kiedy tylko niewiele gazu jest oddzielane i tylko niewielka próżnia jest potrzebna do usuwania gazu z pompy odśrodkowej, pompa próżniowa jest wyregulowana tylko do wytwarzania niewielkiej różnicy ciśnień. Następstwem tego

179 863 jest, że odpowiednio, tylko mała różnica ciśnień jest osiągalna po stronie wylotowej pompy, która jest niedostateczna gdy, na przykład, wylot pompy powinien być wyprowadzony do przestrzeni, znajdującej się około dwadzieścia metrów wyżej, i czasami nawet pod niewielkim ciśnieniem.

Pompa odśrodkowa oddzielająca gaz, według wynalazku składająca się głównie ze spiralnej obudowy i korpusu pompy, przy czym spiralna obudowa zawiera otwór ssący i, zasadniczo styczny, wylot otaczający wirnik, zawierający .przynajmniej jedną pracującą łopatkę połączoną z powierzchnią tylnej płyty po stronie ssącego otworu, to jest z powierzchnią przednią, przynajmniej jedną tylną łopatkę połączoną z tylną stroną tylnej płyty, oraz przynajmniej jeden otwór wylotowy gazu umieszczony w tylnej płycie, natomiast korpus pompy zawiera umieszczoną w nim pompę próżniową, która składa się z obudowy i wirnika złożonego z łopatek umieszczonych na tym samym wale co wirnik pompy odśrodkowej, zaś wymieniona obudowa pompy próżniowej zawiera tylną ścianę, przednią ścianę pompy próżniowej zaopatrzoną w otwór ssący po stronie pompy odśrodkowej, oraz mimośrodową ścianę wewnętrzną obudowy otaczającą wirnik, obudowa zawiera następnie tak zwany pomocniczy kanał powietrzny pompy próżniowej, zaś tylna ściana pompy próżniowej zawiera kanał wylotowy gazu, który jest umieszczony pomiędzy spiralną obudową pompy odśrodkowej i pompą próżniową, charakteryzuje się tym, że w wymienionym kanale wylotu gazu znajduje się regulator ograniczający przepływ.

Korzystnie w regulatorze, w rowku znajdującym się w ściance kanału wylotowego, znajduje się ruchoma płytka, która może być ruchoma w kierunku osiowym lub kierunku promieniowym lub też kierunku obwodowym.

Według innego wariantu wynalazku regulator stanowi rozszerzalny w kierunku osiowym i/lub promieniowym człon znajdujący się w ściance kanału wylotowego.

Według kolejnego wariantu wynalazku regulator stanowi otwór ssący, znajdujący się w przedniej ścianie pompy próżniowej i obracalny względem obudowy pompy, który korzystnie znajduje się w obrotowej przedniej ścianie pompy próżniowej.

Według następnego, korzystnego wariantu wynalazku regulator stanowi obracalny w kierunku osiowym pierścień dławiący przepływ.

Również korzystnie, regulator stanowi płytka obracalna w rowku znajdującym się w ściance kanału wylotowego.

W kanale wylotowym gazu może korzystnie znajdować się rozszerzająca się część w postaci komory, z którą ewentualnie połączony jest pomocniczy kanał powietrzny.

Według następnych korzystnych wariantów wynalazku, wirnik upłynniający, wystający z otworu ssącego pompy, znajduje się z przodu wirnika połączonego z wałem pompy, kanał wylotowy pompy próżniowej znajduje się korzystnie w tylnej ścianie pompy próżniowej, tylna ściana pompy odśrodkowej i przednia ściana pompy próżniowej stanowią jeden kawałek, natomiast kanał wylotowy gazu znajduje się między tylną ścianą pompy odśrodkowej a jej przednią ścianą.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny tradycyjnej pompy odśrodkowej zaopatrzonej w pompę próżniową, w której to pompie odśrodkowej jest zainstalowany system sterowania według wynalazku; fig. 2 - przekrój korzystnego rozwiązania pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 3 - drugie korzystne rozwiązanie pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 4 - przekrój trzeciego korzystnego rozwiązania pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 5 - przekrój czwartego korzystnego rozwiązania pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 6 - przekrój i widok piątego korzystnego rozwiązania pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 7 - widok szóstego zalecanego rozwiązania pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 8a i fig. 8b - siódme i ósme korzystne rozwiązanie pompy odśrodkowej według wynalazku, fig. 9 - dziewiąte korzystne rozwiązanie pompy odśrodkowej według wynalazku.

Zgodnie z fig. 1, tradycyjna pompa odśrodkowa zawiera spiralną obudowę 10 i korpus pompy 40. Spiralna obudowa 10 składa się z otworu ssącego 12 pompy odśrodkowej i, zasadniczo stycznego, wylotu (nie pokazanego). Spiralna obudowa 10 obejmuje wirnik 14

179 863 pompy odśrodkowej; wirnik zawiera tak zwaną tylną płytę 16, łopatki robocze 18 przystawione do powierzchni po stronie ssania, do tak zwanej przedniej powierzchni 12, oraz tylne łopatki 20 przyłączone do tylnej strony tylnej płyty. Liczne wylotowe otwory 22 do gazu są następnie, rozmieszczone w tylnej płycie 16 wirnika 14. Tylna ściana 24 pompy, korzystnie zdejmowalna, jest umiejscowiona pomiędzy spiralną obudową 10 i pompą próżniową rozmieszczoną wewnątrz korpusu pompy 40, między którą to tylną ścianą i wałem albo, jak pokazano na rysunku, wystającą z wirnika cylindryczną częścią jest ukształtowany kanał wylotowy gazu 26, w tym rozwiązaniu powiększony w pierścieniową komorę 28. W pokazanym na rysunku rozwiązaniu został zastosowany w płycie tylnej 24 kanał do płukania 30, służący do płukania systemu wylotu gazu. Wirnik upłynniający 32, który korzystnie składa się z łopatek 34 znajdujących się w pewnej odległości zarówno od siebie, wału pompy jak i od przedniej powierzchni 12, jest zainstalowany na wirniku pompy odśrodkowej w tych przypadkach, gdzie pompowany materiał jest zawiesiną przecieru o średniej gęstości, występującą w procesach technologicznych przemysłu drzewnego.

Zgodnie z fig. 1, pompa próżniowa składająca się z obudowy 42 i umieszczonego w niej wirnika 44, jest następnie instalowana wewnątrz korpusu pompy 40. Obudowa 42 składa się, według rozwiązania przedstawionego na rysunku, z jednolitej tylnej ściany 46, która jednakże może być również rozbieralna, jeśli trzeba. Oddzielna zdejmowalna płyta 48, albo tylna ściana 24 pompy odśrodkowej, działają jako przednia ściana (od strony pompy odśrodkowej) obudowy 42, chociaż jest także możliwe skonstruowanie pompy próżniowej tak, żeby przednia ściana była integralną częścią obudowy pompy próżniowej, a tylna ściana była zdejmowalna. Wirnik 44 jest zamocowany na wale 49, na którym także zamocowany jest wirnik 14 pompy odśrodkowej, oraz zaopatrzony jest w łopatki 50, które, jednak nie rozciągają się aż do wewnętrznej ściany 52 obudowy 42. Łopatki 50 obracają pierścień cieczy 51 podczas pracy pompy próżniowej. Ściana wewnętrzna 52 obudowy 42, która otacza wirnik 44, jest mimośrodowa, tak, że pierścień cieczy obracany przez łopatki 50 w obudowie, powoduje, że zmienia się jego objętość w przestrzeniach między łopatkami 50, w zależności od wzajemnych pozycji łopatek 50 oraz wewnętrzną ścianą 52 obudowy 42. Przednia ściana 48 obudowy 42 jest wyposażona w otwór ssący 54 pompy próżniowej, który stanowi część kanału wylotowego dla gazu pomiędzy pompą odśrodkową i pompą próżniową ten otwór ssący jest sierpowaty i umieszczony względem obudowy 42 tak, żeby przy otworze ssącym 54, objętość w przestrzeniach między łopatkami 50 wirnika 44, była wzrastająca. To powoduje, że próżnia jest wytwarzana pomiędzy łopatkami wirnika, dzięki czemu pompa próżniowa zasysa gaz w przestrzenie między łopatkami 50. W odpowiednim punkcie tylnej ściany 46 pompy próżniowej, w rozwiązaniu z fig. 1, znajduje się tak zwany pomocniczy kanał powietrzny 56, przez który pompa próżniowa zasysa gaz, dokładnie w podobny sposób, do przestrzeni między łopatkami, jeśli nie otrzymuje dość gazu z pompy odśrodkowej. Zawór (nie pokazany), który otwiera się przy założonej różnicy ciśnień, jest zazwyczaj połączony z kanałem pomocniczego powietrza 56. Wymieniony pomocniczy kanał powietrzny może być także przeprowadzony przez tylną ścianę 24 pompy odśrodkowej, albo przez przednią ścianę 48 pompy próżniowej, do komory 28. W tylnej ścianie 46 pompy próżniowej jest także umieszczony kanał wylotowy 58 pompy próżniowej, przez który przede wszystkim gaz, ale również niewielkie ilości cieczy, oraz trafiające się także cząstki stałego materiału, są wydalane. Wymieniony kanał wylotowy 58 prowadzi do pompy próżniowej przy punkcie, który jest oddalony o około 180 stopni od otworu ssącego 54, korzystnie w tylnej ścianie 46 pompy próżniowej, chociaż on może być także umiejscowiony w przedniej ścianie 48 pompy próżniowej, albo w tylnej ścianie pompy odśrodkowej, oddzielającej pompy, ale raczej jest on umieszczany na wprost, po przeciwnej stronie wału, względem otworu ssącego 54.

Przykłady różnych możliwych konstrukcji pomp są przedstawione w szczegółach w U.S. Patents 4,981,413; 5,078,573; 5,114,310; 5,116,198; 5,151,010; oraz 5,152,663 firmy A. AHLSTROM CORPORATION, do których są robione odniesienia. Konstrukcje przedstawione w wyżej wymienionych patentach są przykładami zalet i użytecznych zastosowań, ale nie są rozumiane jako reprezentujące wszystkie konstrukcje, które są możliwe.

179 863

Figura 2 przedstawia częściowy, szczegółowy widok przekroju pompy odśrodkowej, zalecanego rozwiązania zgodnego z wynalazkiem. Rysunek pokazuje wał 49 pompy, wirnik 14 z jego cylindryczną wystającą częścią, wirnik 44 pompy próżniowej i tylną ścianę, 24 pompy odśrodkowej z jej komorą 28, oraz otwór ssący 54 w tylnej ścianie pomiędzy komorą 28 i pompą próżniową. Regulator 100 do sterowania ssaniem, który wpływa na pompę próżniową według wynalazku, składa się, w tym przypadku, z pierścieniowej rurki 60 wykonanej z gumy, albo z podobnie elastycznego materiału, który może być rozszerzany hydraulicznie, pneumatycznie lub w tym podobny sposób, która to rurka jest rozmieszczona w rowku 62, najgłębiej, w kierunku promieniowym, w brzegu tylnej ściany 24 pompy odśrodkowej, a raczej komory 28, po stronie pompy odśrodkowej. Do pierścieniowej rurki 60 jest wprowadzane medium pod ciśnieniem, na przykład przez kanał umieszczony w tylnej ścianie 24. Wtedy, gdy regulator 100 jest umieszczony tak jak pokazano na rysunku, możliwe jest doprowadzenie kanału pomocniczego kanału powietrznego 64 przez tylną ścianę 24 komory 28. Regulator działa tak, że gdy przekrój poprzeczny obszaru przepływu z pompy odśrodkowej do pompy próżniowej powinien być tłumiony, ciśnienie sprężanego medium jest wzrastające, z tego powodu pierścieniowa rurka 60 rozszerza się i podchodzi ciaśniej pod cylindryczną wystającą część wirnika. Kiedy ciśnienie w rurce 60 jest zmniejszane, przekrój poprzeczny obszaru przepływu jest praktycznie otwarty i przepływ od pompy odśrodkowej do pompy próżniowej nie natrafia na przeszkody. Odpowiednie rozszerzanie się rurki, albo czegoś podobnego, może oczywiście być także wykorzystane w pierścieniowej komorze 28; za pomocą rurki, kiedy jest rozszerzana, dławić można nie tylko przekrój poprzeczny obszaru przepływu ale także po prostu otwór ssący 54 pompy próżniowej.

Figura 3 pokazuje częściowy, szczegółowy przekrój pompy odśrodkowej zgodnej z drugim zalecanym rozwiązaniem wynalazku. Rysunek przedstawia wał 49 pompy, wirnik 14 z jego cylindryczną wystającą częścią, wirnik 44 pompy próżniowej i tylną ścianę 24 pompy odśrodkowej z jej komorą 28, oraz, otwór ssący 54 w tylnej ścianie pomiędzy komorą 28 i pompą próżniową. Regulator 100 pompy według wynalazku, składa się z odpowiedniego promieniowego, pierścieniowego rowka 72 umieszczonego w tylnej ściance 24 i przynajmniej z jednego, albo korzystniej, z kilku zamykających klapek 70 umieszczonych suwliwie w nim. Może na· przykład być klapka zamykająca 70, przy pomocy której kanał wylotowy gazu 26 pomiędzy pompą odśrodkową i pompą próżniową może być dławiony tylko na przestrzeni 180 stopni mierzonej w kierunku obwodowym. Muszą być brane pod uwagę nawet takie możliwości jak, przytoczone w wyżej wymienionych U.S. Patents, wzmianki o nieokrągłych otworach w tylnej ścianie 24, to jest, że kanał przepływowy, zgodnie z jednym z rozwiązań, ma przekrój tylko połowy pierścienia. Wtedy, gdy są tylko dwie klapki zamykające 70, korzystnie jest je umieścić po przeciwnych stronach wału 49 i w sposób, żeby one zachodziły na siebie w rowku 72. Zaleca się, by wewnętrzna krawędź klapek 70 miała brzeg o takiej samej krzy wiźnie, jak zewnętrzna powierzchnia wału, albo, jak pokazano na rysunku, jak powierzchnia zewnętrzna cylindrycznej wystającej części wirnika. Jeżeli jest wiele listków 70, one są układane zgodnie z zasadą opisaną w związku z dwiema klapkami, albo też są tak ułożone, aby się otwierały i zamykały w ten sam sposób jak migawka kamery. Jeśli klapka zamykająca jest rozmieszczona pomiędzy komorą 28 i pompą odśrodkową, istnieje możliwość doprowadzenia uzupełniającego powietrza do komory 28 w sposób, który pokazuje fig. 2. W dodatku, sposób dławienia przekroju poprzecznego obszaru przepływu przedstawiony na fig. 3, może być także zrealizowany przez zainstalowanie odpowiednich klapek zamykających w rowku umieszczonym w spodzie komory 28. Operowanie klapkami może być, na przykład, hydrauliczne, pneumatyczne lub w inny podobny sposób, przy pomocy pręta, sięgającego od zewnątrz do klapek. W ten sposób, klapki mogą poruszać się liniowo, w kierunku promieniowym, albo obracać się dookoła połączenia na przeciw wału. Dalej, istnieje możliwość zastosowania wspomnianego promieniowego rowka, o dnie wznoszącym się w kierunku wału, dzięki czemu klapki mogą być przemieszczane w kierunku wału/wy stającej części wirnika, przez przesuwanie ich w kierunku obwodowym, wzdłuż dna rowka. Należy zaznaczyć, że zarówno w tym rozwiązaniu jak i w następnych, kanał powietrza uzupełniającego nie jest opisywany, jako pozy

179 863 cja i jako jego działanie, dlatego został opisany dość dokładnie powyżej. Tym samym jest oczywiste, że we wszystkich rozwiązaniach, kanał powietrza uzupełniającego może być zastosowany, jeżeli jest taka potrzeba.

Figura 4 przedstawia widok częściowego, szczegółowego przekroju pompy odśrodkowej zgodnie, z trzecim zalecanym rozwiązaniem wynalazku. Na rysunku jest pokazany wał 49 pompy, wirnik 14 z jego cylindryczną wystającą częścią wirnik 44 pompy próżniowej i tylna ściana 24 pompy odśrodkowej z jej komorą 28, oraz otwór ssący 54 w tylnej ścianie pomiędzy komorą 28 i pompą próżniową. Regulator 100, składa się z płytki zamykającej 80, która ma wymiary gabarytowe przynajmniej takie same jak otwór ssący 54 pompy próżniowej. Kiedy płytka zamykająca 80 jest przesuwana w kierunku otworu ssącego 54, przekrój poprzeczny obszaru przepływu z komory 28 do pompy próżniowej zmniejsza się. Operowanie płytką zamykającą 80 może odbywać się mechanicznie, hydraulicznie albo pneumatycznie. Jednym ze sposobów jest instalacja w przestrzeni znajdującej się w płycie tylnej 24, z obu stron płytki zamykającej, członów, które zmieniałyby swoje wymiary pod wpływem sprężanego medium, albo małych ciśnieniowych cylinderków, na przykład, pod wpływem których płytka zamykająca mogłaby być przemieszczana osiowo. Inną możliwością jest zastosowanie sprężyny powrotnej do płytki zamykającej, w taki sposób, na przykład, że płytka jest przemieszczana w kierunku otworu ssącego 54, uginając sprężynę.

Figura 5 przedstawia częściowy, szczegółowy przekrój pompy odśrodkowej zgodnie z czwartym zalecanym rozwiązaniem wynalazku. Na rysunku jest pokazany wał 49 pompy, wirnik 14 z jego cylindryczną wystającą częścią wirnik 44 pompy próżniowej i tylna ściana 24 pompy odśrodkowej z jej komorą 28, oraz otwór ssący 54 w tylnej ścianie pomiędzy komorą 28 i pompą próżniową. Regulator 100, składa się z rowka 92 umieszczonego w dnie komory 28, oraz z promieniowo przesuwającej .się płytki zamykającej 90 umieszczonej w nim. Płytka zamykająca 90 i jej rowek 92 mają wymiary zewnętrzne, te istotne, przynajmniej takie same jak otwór ssący 54 pompy próżniowej. Kiedy płytka zamykająca 90 jest przemieszczana promieniowo, otwór ssący 54 pompy próżniowej, albo zamyka się albo otwiera, zależnie od kierunku ruchu płytki zamykającej 90. Płytka 90 może być przystosowana do operowania nią w taki sam sposób jak w rozwiązaniu zgodnym z fig. 3. Także jest możliwe, zamiast dławienia otworu ssącego 54 poprzez, przesuwanie płytki umieszczonej na dnie komory 28 promieniowo, dławienie przesuwaniem jej w kierunku obwodowym.

Figura 6b przedstawia częściowy, szczegółowy przekrój, pompy odśrodkowej zgodnie z piątym zalecanym rozwiązaniem wynalazku. Pokazano widok przekroju w kierunku osiowym, od strony pompy odśrodkowej, z przekroju 6a, zrobiony w taki sposób, że wirnik 14 pompy odśrodkowej i tylna ściana 24 pompy odśrodkowej, zostały usunięte z wyjątkiem płytki ssącej 124 rozmieszczonej koncentrycznie w tylnej płycie. Piastę 126 wirnika pompy próżniowej można zobaczyć jako najbardziej wewnętrzne koło na fig. 6b. Koło dookoła niego, ilustruje otwór w płytce ssącej 124 dla wału, albo dla cylindrycznej wystającej części wirnika. Mimośrodowe koło 128, zaznaczone linią przerywaną jest zarysem mimośrodowej obudowy pompy próżniowej. Podłużny zakrzywiony otwór 130 zaznaczony linią przerywaną przedstawia otwór wylotowy dla gazu usuwanego z pompy próżniowej, umieszczony w tylnej ścianie obudowy pompy próżniowej. W pozycji pokazanej na fig. 6b otwór wylotowy znajduje się po stronie zwężania się mimośrodowej obudowy 128 pompy próżniowej, to jest, po stronie ciśnieniowej, skutkiem czego przestrzeń pomiędzy pierścieniem cieczowym i piastą wirnika zwęża się w taki sposób, że gaz we wspomnianej przestrzeni będzie wyciskany z pompy przez otwór 130. Podłużny zakrzywiony otwór 132 zaznaczony linią ciągłą jest otworem ssącym pompy próżniowej. W okolicznościach, które przedstawia fig. 6b, otwór 132 jest usytuowany w takim miejscu, gdzie przestrzeń pomiędzy obracającym się pierścieniem cieczowym w obudowie i piastą wirnika rozszerza się, inaczej mówiąc, pompa zasysa gaz z otworu 132 zapełniając wymienioną przestrzeń. W sytuacji przedstawionej na rysunku, przedni brzeg otworu 132'jest usytuowany zasadniczo przy największym mimośrodzie obudowy. Zakrzywiona strzałka R pokazuje kierunek obracania się wirnika pompy próżniowej. Znamienne w tym rozwiązaniu wynalazku jest to, że przepływ gazu z pompy odśrodkowej do pompy próżniowej jest sterowany przez obracanie płytki ssącej 124, od

179 863 miejsca pokazanego na fig. 6b, na przykład zgodnie z kierunkiem ruchu zegara, za pomocą którego to obrotu, przedni brzeg 132' otworu ssącego przemieści się obok maksymalnego mimośrodu obudowy pompy próżniowej na stronę, gdzie pompa zaczyna wytwarzać ciśnienie. Przez to, gaz pomiędzy pierścieniem cieczowym i piastą wirnika jest wciskany do strony ssącej przez otwór ssący, to jest, w kierunku pompy odśrodkowej. To skutkuje co najmniej osłabieniem pojemności ssania pompy próżniowej, oraz, jeżeli płytka ssąca 124 jest dostatecznie obrócona, wtedy jest całkowite zatrzymanie ssania. Obracanie płytką ssącąjest łatwe do wykonania, na przykład, przy pomocy wałka doprowadzonego do powierzchni oddzielających tylną ścianę 24 i płytkę ssącą 124, przez korpus pompy odśrodkowej. Korzystnym jest, aby w tym celu zaopatrzyć koniec wałka w gwint, a brzeg płytki ssącej w zęby, tak żeby, kiedy wałek jest obracany, obracała się płytka ssąca. Obracanie wałkiem może być wykonywane albo ręcznie, albo na przykład, elektrycznie przy pomocy silnika, a z tego powodu układ może być, jeśli trzeba, zaopatrzony w różnorodne sterownicze wyposażenie.

Figura 7 przedstawia częściowy, szczegółowy przekrój pompy odśrodkowej, zgodnie z szóstym zalecanym rozwiązaniem wynalazku, w ten sam sposób co fig. 2 - fig. 5. Zgodnie z rysunkiem, wirnik 14 pompy odśrodkowej, albo raczej cylindryczna wystająca część jego, jest wyposażona w uskok 140, a tylna ściana jest wyposażona w powierzchnię prowadzącą 242, wzdłuż której może być przesuwany, najlepiej pierścieniowego kształtu, element do sterowania 244, albo w kierunku uskoku 140, albo w kierunku przeciwnym. W ten sposób, ssanie w kierunku przepływu, pochodzące od otworu/otworów wylotu gazu 142 w wirniku, może być wyregulowane na tak wielkie, jak się tego wymaga. Ruch przyrządu do kontrolowania 142, może być sterowany przez kilka dźwigienek 246, zastosowanych na obrzeżu pierścieniowego regulatora, w równej odległości jedna od drugiej. Dla tych dźwigienek są przewidziane wnęki w ścianie tylnej 24, w których to wnękach, na przykład, są umieszczone elementy sprężyste 248, po jednej ze stron dźwigienek, a na przykład, człon 250, który można rozszerzać przy pomocy ciśnienia, jest umieszczony po drugiej ich stronie. Naturalnie, człon ciśnieniowy 250 może być zamieniony, na przykład, na obracane mimośrodowe dźwigienki, albo na tym podobne.

Figura 8a i fig. 8b przedstawiają układy zgodne z siódmym i ósmym, zalecanymi rozwiązaniami wynalazku. Wspomniane układy bazują na ruchomym członie sterowniczym 242, już opisanym w poprzednim rozwiązaniu. W tych rozwiązaniach, powierzchnia, która wspólnie z członem sterowniczym 242, ogranicza przekrój poprzeczny obszaru przepływu, jest uformowana jako powierzchnia stożkowa 150 (fig. 8a), albo schodkowa zbieżna powierzchnia 152, na cylindrycznej wystającej części wirnika 14. Te układy uwzględniające ruchomy człon sterowniczy 142 mogą być stosowane w sposób opisany poprzednio na rysunkach.

Innym systemem sterowania, który mógłby być użyty, jest zastosowanie przyrządu, który miałby uzębienie uformowane na wewnętrznym brzegu tylnej ściany pompy odśrodkowej, tak żeby pokrywało około połowy, korzystnie co najmniej połowę, obrzeża i w zasadzie, dochodziło do wału/cylindrycznej wystającej części wirnika. Jako część współpracująca, mogłaby być użyta płytka obrotowa z zębami, których wymiary, najlepiej żeby były takie same, jak tamtych zębów w tylnej ścianie, w ten sposób, przez obrót płytki, pozostały przekrój poprzeczny obszaru przepływu mógłby być otwierany, przez ustawienie uzębienia, tak żeby w kierunku przepływu, zęby nakładały się jeden na drugi, albo być otwierany przez układ zazębiania się zębów.

Następny, jeszcze inny możliwy system sterowania, może być realizowany poprzez zmianę prześwitu wirnika pompy próżniowej, co znaczy w praktyce, że przynajmniej jeden koniec obudowy pompy próżniowej powinien być ruchomy względem wirnika, albo że przynajmniej jeden koniec obudowy i wirnik powinny być razem ruchome. Kiedy odstęp pomiędzy wirnikiem, a szczególnie, pomiędzy łopatkami wirnika i obudową wzrasta, przepływ gazu dookoła brzegów łopatek wzrasta gwałtownie, z tego powodu wytwarzane przez pompę ssanie, istotnie obniża się. W praktyce, większość ewentualnych sposobów sterowa

179 863 nia odstępami, opisana powyżej, jest możliwa, przez zastosowanie ruchomej przedniej ściany pompy próżniowej.

Działanie regulatora, albo inaczej, wymieniane wyżej sterowanie przepływem, odbywa się albo ręcznie, albo jeszcze lepiej, automatycznie: jako funkcja gęstości pompowanego materiału, jako funkcja ciśnienia materiału dopływającego do pompy, jako funkcja zarówno gęstości pompowanego materiału jak i ciśnienia na wejściu do pompy, lub ilości gazu zawartego w materiale do pompowania. Sterowanie zgodnie z ciśnieniem na wejściu, może się odbywać, na przykład tak, że człon sterujący jest przemieszczany w kierunku, który dławi przekrój poprzeczny obszaru przepływu gazu kanałem wylotowym, kiedy ciśnienie na wejściu do pompy wzrasta. Klapki mogą być poruszane, na przykład, przez elementy związane z cylindrem ciśnieniowym zainstalowanym w tylnej ścianie pompy odśrodkowej, przy pomocy którego to cylindra klapka jest popychana w kierunku wału, pokonując siłę sprężyny, albo przez elementy związane z cylindrem, na przykład, z cylindrem o działaniu dwukierunkowym, zainstalowanym na zewnątrz korpusu pompy.

Z powyższego widać więc, że zostały przytoczone liczne rozwiązania, przy pomocy których, zestaw składający się z pompy odśrodkowej i pompy próżniowej, według wynalazku, może działać optymalnie, we wszystkich możliwych warunkach technologicznych.

Możliwe jest na przykład, wydalanie w sposób sterowany niewielkich ilości gazu pod ciśnieniem i cieczy oraz zdarzających się stałych materiałów, przepływających razem z gazem, poprzez mechanizmy pompy próżniowej na przykład do zbiornika pod ciśnieniem, umieszczonego 30 metrów powyżej pompy. Wynalazek nie jest ograniczony do rozwiązań opisanych i zilustrowanych powyżej, które przedstawiono przykładowo.

179 863

242

150

FIG. 8a

FIG. 8b

179 863

FIG. 6a

FIG. 6b

FIG. 7

179 863

FIGA

179 863

FIG.3

179 863

40

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zi.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Pompa odśrodkowa oddzielająca gaz składająca się głównie ze spiralnej obudowy i korpusu pompy, przy czym spiralna obudowa zawiera otwór ssący i, zasadniczo styczny, wylot otaczający wirnik, zawierający przynajmniej jedną pracującą łopatkę połączoną z powierzchnią tylnej płyty po stronie ssącego otworu, to jest z powierzchnią przednią przynajmniej jedną tylną łopatkę połączoną z tylną stroną tylnej płyty, oraz przynajmniej jeden otwór wylotowy gazu umieszczony w tylnej płycie, natomiast korpus pompy zawiera umieszczoną w nim pompę próżniową która składa się z obudowy i wirnika złożonego z łopatek umieszczonych na tym samym wale co wirnik pompy odśrodkowej, zaś wymieniona obudowa pompy próżniowej zawiera tylną ścianę, przednią ścianę pompy próżniowej zaopatrzoną w otwór ssący po stronie pompy odśrodkowej, oraz mimośrodową ścianę wewnętrzną obudowy otaczającą wirnik, obudowa zawiera następnie tak zwany pomocniczy kanał powietrzny pompy próżniowej, zaś tylna ściana pompy próżniowej zawiera kanał wylotowy gazu, który jest umieszczony pomiędzy spiralną obudową pompy odśrodkowej i pompą próżniową znamienna tym, że w wymienionym kanale wylotu gazu (26) znajduje się regulator (100) ograniczający przepływ.
2. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że w regulatorze (100), w rowku (72, 82, 92), znajdującym się w ściance kanału wylotowego (26), znajduje się ruchoma płytka (70, 80, 90).
3. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że regulator (100) stanowi płytka (70, 80, 90) ruchoma w kierunku osiowym.
4. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że regulator (100) stanowi płytka (70, 80, 90) ruchoma w kierunku promieniowym.
5. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że regulator (100) stanowi płytka (70, 80, 90) ruchoma w kierunku obwodowym.
6. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że regulator (100) stanowi rozszerzalny w kierunku osiowym człon (60), znajdujący się w ściance kanału wylotowego (26).
7. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że regulator (100) stanowi rozszerzalny w kierunku promieniowym człon (60), znajdujący się w ściance kanału wylotowego (26).
8. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że regulator (100) stanowi rozszerzalny w kierunku osiowym i promieniowym człon (60), znajdujący się w ściance kanału wylotowego (26).
9. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że regulator (100) stanowi otwór ssący (132), znajdujący się w przedniej ścianie pompy próżniowej i obracalny względem obudowy pompy.
10. Pompa odśrodkowa według zastrz. 9, znamienna tym, że otwór ssący (132) znajduje się w obrotowej przedniej ścianie (124) pompy próżniowej.
11. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że regulator (100) stanowi obracalny w kierunku osiowym pierścień (242) dławiący przepływ.
12. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że regulator (100) stanowi płytka (90) obracalna w rowku (72, 82,92), znajdującym się w ściance kanału wylotowego (26).
13. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że w kanale wylotowym gazu (26) znajduje się rozszerzająca się część w postaci komory (28).
14. Pompa odśrodkowa według zastrz. 13, znamienna tym, że z komorą (28) połączony jest pomocniczy kanał powietrzny (64).
15. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że wirnik upłynniający (32) wystający z otworu ssącego (12) pompy, znajduje się z przodu wirnika (14).

179 863
16. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że kanał wylotowy (58) pompy próżniowej znajduje się w tylnej ścianie (46) pompy próżniowej.
17. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że tylna ściana (24) pompy odśrodkowej i przednia ściana (48) pompy próżniowej stanowiąjeden kawałek.
18. Pompa odśrodkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że kanał wylotowy gazu (26) znajduje się między tylną ścianą, (24) pompy odśrodkowej a jej przednią ścianą (48).

* * *