PL195508B1 - Sposób i urządzenie do pompowania materiału i wirnik do stosowania w związku z nimi - Google Patents

Abstract

1. Sposób pompowania materialu lepkiego zawiera- jacego gaz, w którym stosuje sie urzadzenie ogólnie zawierajace oslone, w której znajduja sie przewody zasy- sania i odplywowy, wirnik odsrodkowy zawierajacy co najmniej jedna lub wiecej lopatek pompujacych i wirnik umieszczony przed wirnikiem odsrodkowym, który to wirnik ponadto zawiera co najmniej jedna lub wiecej lopatek, przy czym wedlug sposobu powoduje sie prze- plyw materialu do urzadzenia pompujacego przez prze- wód ssacy, oraz powoduje sie wyplywanie materialu z urzadzenia pompujacego do przewodu odplywowego, znamienny tym, ze stosuje sie co najmniej jedna lub wiecej lopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) o takim skoku w pierwszej czesci przewo- du ssacego, która znajduje sie na jego dalszym koncu patrzac od strony wirnika odsrodkowego (50), ze zwiek- sza sie cisnienie materialu dla podawania pulpy do urza- dzenia, przy czym skok lopatek (56, 561, 562, 563) wirni- ka (52, 521, 522, 523, 524, 525) zwieksza sie w kierunku wirnika odsrodkowego (50) i dostosowuje sie wirnik (52, 521, 522, 523, 524, 525) do zmieniajacych sie przeplywów masowych, zas w koncowej czesci przewodu ssacego (54), w poblizu wirnika odsrodkowe- go (50) poddaje sie material dzialaniu sily odsrodkowej i oddziela sie gaz od materialu. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest usprawniony sposób i urządzenie do pompowania płynów lub różnych zawiesin. Sposób, urządzenie i wirnik stosowany w związku z nimi są specjalnie odpowiednie do pompowania zawiesin włóknistych w przemyśle celulozowo papierniczym o średniej konsystencji (0 -20%) i dużej konsystencji (ponad 20%).

Według korzystnego przykładu wykonania wynalazku sposób, urządzenie i wirnik stosowany w związku z nimi są odpowiednie do pompowania ośrodków lepkich i/lub zawierających powietrze. Sposób według wynalazku stosuje się głównie do intensyfikacji pompowania płynów lub różnych zawiesin, ale także jako sposób eliminowania wad powodowanych przez powietrze i/lub gazy zawarte w lub absorbowane przez ten ośrodek. Specjalnie urządzenie według wynalazku ma korzystne zastosowanie do konstrukcji stosowanych w związku z pompą odśrodkową dla zwiększenia ciśnienia wlotowego pompy.

Znane są w stanie techniki liczne pompy odśrodkowe, które były i jeszcze są używane do pompowania zawiesin włóknistych w przemyśle przeróbki drewna. Największą grupę stanowią pompy odśrodkowe mające konwencjonalną konstrukcję podstawową z pewnymi nieistotnymi zmianami przystosowującymi je do pompowania pulp.

Przykładem tego rodzaju zmian jest np. montowanie tak zwanych wirników wstępnych przed rzeczywistym wirnikiem dla ułatwienia przepływu pulpy do rzeczywistego wirnika pompy. Mimo licznych wysiłków, drobne zmiany konstrukcyjne pompy, opisanego typu umożliwiają tylko pompowanie pulpy o konsystencji powyżej 6 -8%.

Powodem tego jest zarówno zwiększenie zawartości powietrza w pulpie gdy wzrasta konsystencja, co powoduje, że pęcherze powietrza lub gazu zgromadzone w środku wirnika uniemożliwiają pulpie przejście do wirnika, i złe właściwości przepływu gęstej pulpy w przewodzie ssącym pompy lub z przestrzeni zawierającej pulpę do przewodu ssącego pompy.

Drugim etapem wprowadzonym na rynek w późnych latach 1970 była tak zwana pompa-MC™ charakteryzująca się tym, że w otworze wlotowym pompy jest umieszczony wirnik zwykle przechodzący przez przewód ssący wchodząc w pewnym stopniu do zbiornika pulpy, kanału doprowadzającego lub podobnego elementu, za pomocą którego to wirnika połączenia pomiędzy włóknami włóknistej zawiesiny są rozluźnione przez dostarczenie energii w postaci siły ścinającej w pulpie, co ułatwia przepływ pulpy do wirnika. Takie pompy zostały wprowadzone aby umożliwić pompowanie pulp o konsystencjo 8 -15%. Uważano, że głównym problemem są złe właściwości przepływu pulpy o takiej konsystencji w przewodzie ssącym pompy, z tego powodu przedstawiane wówczas pomysły dotyczyły sposobów wymuszających przepływ pulpy w przewodzie ssącym pompy do wirnika.

Różne przykłady wykonania tego rodzaju pomp są opisane np. w patentach USA 4.410.337, 4.435.193 i 4.637.779. Wszystkie te rozwiązania charakteryzują się tym, że jednocześnie fluidyzują pulpę, która jest pompowana i usuwają z niej gaz, najczęściej powietrze, które utrudnia zarówno pompowanie i późniejszą obróbkę pulpy. Fluidyzowanie jest rozumiane jako rozdrabnianie cząstek pulpy w zawiesinie włóknistej na mniejsze cząstki w takim stopniu, że pulpa zaczyna zachowywać się jak płyn. Fluidyzowanie jest wykonywane przez łopatki wirnika umieszczone wewnątrz stosunkowo długiego przewodu ssącego pompy, te łopatki są umieszczone zasadniczo w płaszczyźnie promieniowej i głównie osiowo, chociaż w pewnych rozwiązaniach są stosowane łopatki wirnika, które są w pewnym stopniu skręcone. We wszystkich znanych rozwiązaniach pomp, separacja gazu jest wykonywana przez siłę odśrodkową wydrążonego środka wirnika z przodu wirnika odśrodkowego, skąd gaz jest następnie usuwany przez otwory w tylnej płycie wirnika w większości przypadków za pomocą ssania wykonywanego przez pompę próżniową. Ta pompa ssania lub próżniowa, najczęściej tak zwana pompa z pierścieniem cieczowym, jest umieszczona albo oddzielnie od rzeczywistej pompy odśrodkowej ze swoim własnym napędem lub alternatywnie na wspólnym wale z pompą odśrodkową. Przykłady takich rozwiązań są przedstawione w patentach USA 5.078.573, 5.114,310. 5,116.198. 5.151.010 i 5.152.663.

W sprawie szczegółów konstrukcyjnych znanych pomp MC™ można stwierdzić, że we wszystkich publikacjach wirnik wchodzi w pewnym stopniu do przestrzeni zajętej przez pulpę. Najwyraźniej zostało to opisane w patencie USA 4.637.779, w którym, jak podano, wirnik wchodzi do zbiornika na około 3 cale, to jest około 75 mm. Ten wymiar jest rzeczywiście maksymalną wartością zakresu, ponieważ program produkcyjny zawiera głównie pompy, których wirnik nie wchodzi tak głęboko w komorę ssania.

PL 195 508B1

Maksymalny wymiar wynosi około 0.5 * średnica przewodu ssącego, ten stosunek w rzeczywistości zmniejsza się gdy średnica przewodu ssącego zwiększa się. W praktyce, średnica najmniejszych pomp MC™ wynosi około 150 mm, aby ten stosunek był spełniony. Gdy średnica przewodu ssącego dalej się zwiększa, praktyczne wychodzenie wirnika do komory pulpy praktycznie nie zwiększa się.

Ponieważ stwierdzono w praktyce, że to wydłużenie wirnika do komory było niewystarczające, patent USA 4,971,519 został opracowany dla ochrony rozwiązania, w którym wirnik fluidyzujący był przedłużony do komory na odległość równą co najmniej średnicy otworu ssącego pompy. W przykładzie wykonania opisanym w tym patencie, koniec wirnika fluidyzującego był wyposażony w łopatki podające pulpę do otworu ssącego pompy, dzięki tym łopatkom stosunkowo duży obszar poruszającej się pulpy był wytwarzany w pobliżu otworu ssącego, dla zapewnienia, żeby pulpa nie mogła się łatwo zasklepiać w sąsiedztwie otworu ssącego.

Obecnie, gdy uzyskano wiele doświadczeń praktycznych dotyczących pomp MC™ zauważono, że pompy pracują doskonałe i w zakresie konsystencji do około 15% mogą być dalej rozwijane. Głównym problemem na początkowym etapie rozwoju pomp MC™ było to, że największą przeszkodą w pompowaniu gęstej pulpy jest tarcie pomiędzy ścianą przewodu ssącego i pulpą, próbowano wyeliminować to tarcie przez fluidyzowanie pulpy w przewodzie ssącym.

Drugim rozważanym problem było rozładowanie pulpy z komory ssania lub kanału doprowadzającego do przewodu ssącego, ponieważ gęsta pulpa ma tendencję do stopniowego wypełniania otworów otoczonych ostrymi krawędziami, takich jak otwór ssący.

W wyniku tego, wirnik fluidyzujący był tak zaprojektowany, że wchodził na pewną długość do komory aby spowodować, że wirnik rozrywał włókna i kłaczki włókien, które mogły przyczepić się do krawędzi otworu, a więc chronił przed zatykaniem otworu ssącego. Jednakże, stare zasady oczywiste dla projektantów pomp odśrodkowych były zachowane, według tych zasad przepływ materiału, który jest pompowany musi być tak laminarny jak tylko możliwe, gdy wchodzi do pompy dla wyeliminowania strat przepływu.

Zalecenia tego typu można jeszcze znaleźć, np. w opisie patentowym USA 4,637,779 gdzie w kolumnie 2 strony 24 - 30 stwierdza się, że urządzenie znane ze stanu techniki generuje z przodu i wokół wlotu ssania pompy obszar w kształcie pączka turbulentny, to jest co najmniej częściowo fluidyzowany, który rzeczywiście znajduje się w pobliżu krawędzi wlotu ssania pompy. W tej publikacji uznano, że to zjawisko przeszkadza w pompowaniu, wierząc zasadom projektowania pomp i zgodnie z tym końcówki łopatek wirnika przedłużonego do komory pulpy lub podobne pomp MC™ 0 były skręcone, aby przyłożyć do pulpy składową siłę działającą w stronę wlotu ssania. W publikacji zastosowanie tego rozwiązania ma za zadanie nadanie pulpie płynącej do wnętrza ciśnienia, które ułatwia usunięcie gazu przed wirnikiem odśrodkowym.

Następnym problemem do rozwiązania był problem występujący przy pompowaniu pulp o średniej konsystencji za pomocą pomp MC™, to jest również jeżeli pompa i jej wirnik mogły obrabiać pulpę w przewodzie ssącym i dalej z odpowiednią sprawnością, problem pojawiający się przy konsystencjach wystarczająco dużych jest wprowadzenie pulpy z komory pulpy lub podobnej do przewodu ssącego. Powody występowania tego problemu są zarówno sklepianie się pulpy w przestrzeni pulpy, to jest tworzenie się pustych łukowatych przestrzeni przed wlotem ssania pompy, i tarcie pomiędzy pulpą i ścianami tej przestrzeni, to tarcie spowalnia przepływ pulpy.

Wysiłki były czynione dla udoskonalenia pompy według tego patentu USA 4,971.519 zmierzające w lepszym kierunku, ponieważ zauważono, że chociaż pulpa nie tworzy już sklepień z przodu pompy, sprawność pompy była stosunkowo niska. Jako rozwiązanie tego problemu, patent USA 4,877.366 przedstawia układ ssania pompy, w którym był zgarniak śrubowy umieszczony albo na zewnątrz fluidyzujących łopatek wirnika fluidyzującego, w przewodzie ssącym pompy lub w obu miejscach.

Zadaniem takiego zgarniacza, gdy był przymocowany do obracającego się wirnika było czynne podawanie pulpy do wirnika pompy odśrodkowej, i gdy był przymocowany do ściany przewodu ssącego bierne kierowanie przepływu pulpy w przewodzie ssącym do wirnika. To rozwiązanie jest konstrukcyjnie skomplikowane. Ma ono zarówno zasadniczo osiowo umocowane fluidyzujące łopatki wirnika, a w pewnych przykładach wykonania, zgarniacz umieszczony na łopatkach. Innymi słowy, wykonanie takiego wirnika w postaci odlewu jest praktycznie prawie niemożliwe.

PL 195 508 B1

Badania rozwiązania według patentu USA 4.877.368 pokazały jednak, że to udoskonalenie jest prowadzone we właściwym kierunku, ale to rozwiązanie ma dodatkowe wady oprócz wysoce skomplikowanej i drogiej produkcji. Gdy skok śruby umieszczonej na wirniku fluidyzującym był stały, pompa okazywała się być bardzo wrażliwa na zmiany objętości przepływu lub prędkości obrotowej pompy. Ponadto, głównie z racji tej wrażliwości, stwierdzono, że ta pompa mogła być stosowana tylko do przerobu pulpy o stosunkowo małej konsystencji. W praktyce górną granicą konsystencji pulpy okazało się być około 10 procent, co jest zbyt mało dla prawie wszystkich zastosowań pomp MC™. Z tego między innymi powodu pompa nigdy nie została wprowadzona na rynek.

Punktem startowym następnej generacji pomp pulpy o dużej konsystencji jest rozwiązanie problemów opisanych powyżej w taki sposób, że będzie możliwe wykonanie wirnika pompy przez odlewanie i że pompa będzie odpowiednia do pompowania przepływów objętościowych o różnych ilościach przy różnych prędkościach obrotowych i że konsystencja pulpy która jest pompowana przez pompę będzie zasadniczo większa niż 10%. W wykonanych próbach był używany śrubowy układ fluidyzujący, którego skok zmieniał się zasadniczo wzdłuż całej długości śruby.

Znane są także ze stanu techniki pompy gdzie skok zgarniacza umieszczonego przed wirnikiem pompy i przymocowanego do niego zmienia się. Większość takich urządzeń jest zwanych wirnikami wstępnymi.

Opis patentowy USA 4,275.986 przedstawia pompę odśrodkową, przed wirnikiem której jest przymocowany element śrubowy. Ten element jest wykonany jako przedłużenie piasty wirnika, do której jest przymocowany wał zgarniacza. Celem tych elementów śrubowych jest zwiększenie zdolności zasysania pompy albo dla pomp szybkoobrotowych, lub w sytuacjach gdy wysokość zasysania pompy jest niska. Jako możliwe zastosowania są wymienione przemysły np. chemiczny i petrochemiczny.

Głównym problemem jaki tu występuje jest duża wrażliwość na kawitację znanych pomp, jak również duże zmiany ciśnienia w przewodach zasysania i ciśnieniowym. Punkt wyjściowy w tej publikacji wynika z zasady geometrycznej równości średnicy i podziałki tego śrubowego urządzenia podającego, muszą się one zmieniać w tym samym stosunku. Innymi słowy, gdy średnica śruby podwaja się, skok musi także siępodwoić.

Publikacja przedstawia kilka różnych przykładów wykonania spełniających początkowe wymagania. Rozwiązania przedstawione w publikacja także charakteryzują się tym, że wirnik nie jest w żaden sposób zwymiarowany w odniesieniu do przewodu ssącego, ale tylko średnica i skok wirnika są wzajemnie powiązane, jak poprzednio opisano.

W wyniku tego przy małych średnicach wirnika, odległość pomiędzy wirnikiem i ścianą przewodu ssącego jest stosunkowo duża. To stawia pod znakiem zapytania efekt podawania przez wirnik, specjalnie dla sztywnych materiałów, ponieważ wirnik tylko otwiera wnękę w sztywnym materiale bez wymuszania jego przepływu do przewodu ssącego i z niego do pompy.

Szwajcarska publikacja patentowa 606 804 także przedstawia pompę odśrodkową ze śrubowym członem podającym wykonanym jako przedłużenie wirnika odśrodkowego. W tym przypadku także zgarniacze członu są przymocowane do wału działającego jako przedłużenie piasty wirnika. Rozmaite przykłady wykonania podane w publikacji przedstawiają szereg konstrukcji członów podających. Wszystkie one charakteryzują się tym, że są całkowicie umieszczone wewnątrz przewodu ssącego pompy i tym, że zostawiają one stosunkowo długi wolny obszar pomiędzy nimi i wirnikiem, do tego obszaru nie sięgają ani wirnik ani wirnik odśrodkowy.

Ponadto wnioskując na podstawie opublikowanego rozwiązania odległość pomiędzy wirnikiem i przewodem ssącym pompy nie jest zasadnicza dla tych urządzeń, ponieważ np. figury 5 i 7 publikacji przedstawiają wirnik o szczególnie małej średnicy. Ponadto, rozwiązania przedstawione w publikacji pokazują, że część wirnika może być wyposażona w śruby o skoku o dwóch różnych rzędach wielkości (fig. 6 i 7). Publikacja jest poświęcona specjalnie sposobom zmniejszenia hałasu wywoływanego przez tak zwane wirniki wstępne, zwłaszcza przy częściowym obciążeniu pomp.

Wyrażając to inaczej znane rozwiązania z wirnikiem wstępnym wykorzystujące ciągły zgarniacz dla podawania ośrodka do pompy odśrodkowej, zawsze zawierają wał umieszczony na osi przewodu ssącego pompy, ten wał w sposób naturalny zamyka środek przewodu ssącego. Ten typ rozwiązania nie jest najlepszym możliwym rozwiązaniem dla pompowania ośrodka zawierającego gaz lub materiał łatwo zmieniający się w stan podobny do gazu (parowanie) (np. gorąca woda), ponieważ istniejący wał uniemożliwia skuteczne wydzielenie gazu lub pary w środku przepływu. Jest więc jasne, że te pompy nigdy nie były stosowane do pompowania płynu zawierającego materiał podobny do gazu, ale

PL 195 508B1 tylko do pompowania płynu. Staje się to oczywiste między innymi ze względu na fakt że nie ma w stanie techniki pomp z tego rodzaju zamkniętym wirnikiem wstępnym z zamkniętym środkiem, wirnik odśrodkowy jest wyposażony w otwory usuwania gazu.

Celem urządzenia i sposobu według wynalazku jest rozwiązanie co najmniej części tych problemów powodujących wady znanych pomp. Z pewnych charakterystycznych cech wynalazku np. poniższe mogą być wymienione:

-w korzystnym przykładzie wykonania fluidyzujący wirnik z otwartym środkiem,

- układ oddzielania dla gazu i/lub pary powiązany z wirnikiem i/lub wirnikiem odśrodkowym,

- fluidyzujące łopatki wirnika, skok których zmienia się zasadniczo równomiernie na całej długości wirnika,

- wyraźna szczelina pomiędzy wirnikiem i przewodem ssania.

Sposób i urządzenie według wynalazku są odpowiednie do pompowania różnych płynów. Jako przykłady takich ośrodków co najmniej następujące są warte wymienienia: pulpy zawierające gaz (np. zawiesiny włókniste w przemyśle przerobu drewna), specjalne gorące pulpy, filtraty procesowe, wióry, inne łatwo parujące płyny w przemyśle celulozowym, cukrowniczymi spożywczym i różne gorące płyny. Ponadto, sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają pompowanie wszystkich tych ośrodków przy wyższej temperaturze niż poprzednio.

Sposób pompowania materiału lepkiego i/lub zawierającego gaz, według wynalazku, za pomocą urządzenia głównie zawierającego obudowę, znajdujące się w niej przewody zasysania i odpływu, wirnik odśrodkowy zawierający co najmniej jedną lub więcej łopatek pompujących i wirnik umieszczony przed wirnikiem odśrodkowym, wirnik zawiera ponadto jedną lub więcej łopatek, w tym sposobie wymusza się przepływ materiału do urządzenia pompującego przez przewód ssący materiał wypływa do przewodu odpływowego, charakteryzuje się tym, że w początkowej części przewodu ssącego, widzianej od strony wirnika odśrodkowego jako dalszy koniec, ciśnienie pulpy zwiększa się, aby podawać pulpę do urządzenia.

Urządzenie według wynalazku do pompowania materiału lepkiego i zawierającego gaz, głównie zawierające osłonę, a w niej przewody zasysania i odpływowy, wirnik odśrodkowy zawierający co najmniej jedną lub więcej łopatkę pompującą, i wirnik umieszczony przed wirnikiem odśrodkowym, ten wirnik ponadto zawiera jedną lub więcej łopatkę, charakteryzuje się tym, że łopatki tego wirnika są skręcone tak, że ich skok zmienia się wzdłuż zasadniczej części długości wirnika.

Wirnik według wynalazku do stosowania w związku z urządzeniem głównie zawierającym osłonę, a w niej przewody zasysania i odpływowy, wirnik odśrodkowy zawierający co najmniej jedną lub więcej łopatkę pompującą do pompowania materiału lepkiego i zawierającego gaz, ten wirnik ponadto zawiera jedną lub więcej łopatkę, charakteryzuje się tym, że łopatki tego wirnika są skręcone tak, że ich skok zmienia się wzdłuż zasadniczej części długości wirnika.

Inne właściwości wynalazku charakteryzujące sposób i urządzenie według wynalazku są ujawnione w załączonych zastrzeżeniach.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, którego:

figura 1 ilustruje pompę MC znaną ze stanu techniki, w przekroju osiowym, figura 2 ilustruje pompę odśrodkową według korzystnego przykładu wykonania wynalazku, w przekroju osiowym, figura 3 ilustruje pompę odśrodkową według drugiego korzystnego przykładu wykonania wynalazku, w przekroju osiowym, figura 4 ilustruje pompę odśrodkową według trzeciego korzystnego przykładu wykonania wynalazku, w przekroju osiowym, figura 5 ilustruje pompę odśrodkową według czwartego korzystnego przykładu wykonania wynalazku, w przekroju osiowym, figura 6 ilustruje pompę odśrodkową według piątego korzystnego przykładu wykonania wynalazku, w przekroju osiowym.

Według fig. 1, znana ze stanu techniki pompa odśrodkowa zawiera spiralną osłonę 10 korpusu pompy 40. Spiralna osłona 10 zawiera wlot ssania 12 pompy odśrodkowej i zasadniczo styczny otwór wypływowy (nie pokazany). Spiralna osłona 10 otacza półotwarty odśrodkowy wirnik 14 pompy odśrodkowej, ten odśrodkowy wirnik zawiera tak zwaną płytę tylną 16, łopatki pompujące 18 przymocowane do jej powierzchni od strony otworu ssącego 12, tak zwaną powierzchnię przednią i wirnik fluidyzujący 32 korzystnie zawierający łopatki 34 odsunięte na pewną odległość zarówno od osi pompy jak i ściany wlotu ssania 12, i tylne łopatki 20 przymocowane do tylnej powierzchni płyty tylnej 16.

PL 195 508 B1

Płyta, tylna 16 odśrodkowego wirnika 14 jest ponadto tak wykonana, że ma otwory 22 do usuwania gazu. Pomiędzy spiralną osłoną 10 i w tym konstrukcyjnym przykładzie wykonania, pompą próżniową umieszczoną wewnątrz korpusu pompy 40 jest umieszczona, korzystnie w sposób odłączalny, tylna ściana 24 pompy, ta tylna ściana pozostawia pomiędzy sobą i wałem lub, jak pokazano na figurze, cylindrycznym ramieniem wystającym z odśrodkowego wirnika, przewód do usuwania gazu 26 tworzący w tym przykładzie wykonania pierścieniową komorę 28 prowadzącą gaz ze spiralnej osłony pompy odśrodkowej do pompy próżniowej. W odniesieniu do pompy opisanej poprzednio należy zauważyć, że ta pompa jest tylko przykładem pompy znanej ze stanu techniki.

Jedynym związkiem pomiędzy tą pompą i pompą według wynalazku jest to, że w wynalazku przedstawiony jest nowy rodzaj wirnika który może np. zastąpić wirnik opisanej pompy znanej ze stanu techniki. Jest także jasne że wirnik według naszego wynalazku może być połączony z dowolnym rodzajem pompy odśrodkowej, albo znanej albo stanowiącej nowe rozwiązanie.

W przykładzie wykonania według figury 2, np. półotwarty odśrodkowy wirnik 14 umieszczony wewnątrz osłony 10 pompy odśrodkowej według fig. 1jest zamieniony przez także półotwarty odśrodkowy wirnik 50 według korzystnego przykładu wykonania wynalazku, ten wirnik może inaczej odpowiadać stanowi techniki za wyjątkiem wirnika 52. Więc w przykładzie wykonania z figury wirnik pompy zawiera w sposób konwencjonalny płytę tylną 16 odśrodkowego wirnika, która jest zawsze potrzebna w pompie odśrodkowej, łopatki pompujące 18 umieszczone na jej powierzchni i wirnik 52 (oznaczenie odsyłające wirnika ogólnie jest 52, indywidualne wirniki na różnych figurach są zwykle oznaczone numerami 521 -526) wystający pozą płytę tylną 16 w kierunku przewodu ssącego 54 pompy.

Ponadto, jeżeli pompa ma być pompa rozdzielająca gaz, płyta - tylna 16 wirnika 50 może być wyposażona w otwory do usuwania gazu i możliwie także w łopatki tylne. Drugi sposób usuwania gazu polega na naturalnym powiązaniu urządzenia do usuwania gazu z wirnikiem 52. Jest to wykonane np. tak, że w pewnym obszarze wirnika o niskim ciśnieniu, w obszarze podstawy łopatki, to jest w powiązaniu z tylną powierzchnią łopatki widzianej z kierunku obrotów, lub w pobliżu osi wirnika, jest umieszczony otwór do usuwania gazu, przez który gaz może być usunięty zależnie od warunków ciśnienia albo przez elementy wytwarzające próżnię lub bez nich w taki sam sposób jak w przypadku urządzenia do usuwania gazu umieszczonego w powiązaniu z odśrodkowym wirnikiem 50. Ten otwór do usuwania gazu może prowadzić dalej np. przez kanał umieszczony w łopatce wirnika i/lub kanał umieszczony w wale wirnika. Wirnik 52 korzystnie biegnie przez całą długość przewodu ssącego 54 pompy.

W pewnych zastosowaniach, jednakże, takich jak na przykład wykonanie według fig. 2, wirnik 521 wyraźnie wychodzi z przewodu ssącego 54, co najmniej na długość połowy średnicy przewodu ssącego 54, korzystnie co najmniej na długość całej średnicy przewodu ssącego 54. W przykładzie wykonania z figury, łopatki 56 (łopatki wirnika ogólnie są zwykle oznaczone numerem 56; indywidualne rozwiązania łopatek wirnika są oznaczone numerami 561 - 566) są utworzone trzy zgarniacze, ich skok zmienia się zasadniczo równomiernie od części końcowej wirnika 521 do wirnika odśrodkowego 50. W przykładzie wykonania z figury, łopatki 561 są tak szerokie, że dochodzą one do osi wirnika 521, więc nie pozostawiają otwartej przestrzeni w środku wirnika 521, ale wydłużają wymuszony efekt działania łopatki 561 wirnika 521 do samego środka wirnika 521. Skok śrubowy łopatki 561 jest najmniejszy w części końcowej łopatki najdalszej od wirnika odśrodkowego 50.

Figura 3 ilustruje pompę odśrodkową według drugiego korzystnego przykładu wykonania wynalazku zbliżoną do pompy z fig. 2. Występuje tu jednakże różnica, polegająca na tym, że wirnik 522 jest utworzony z trzech łopatek 562 zasadniczo węższych niż łopatki wirnika z fig. 2. W przykładzie wykonania z fig. 3, łopatki 562 pozostawiają między sobą otwarty środek, podobnie jak łopatki wirnika tak zwanych pomp MC. Według jednego dodatkowego przykładu wykonania, łopatki wirnika są w części pracującej przedłużeniami łopatek wirnika odśrodkowego tak jak w tym przykładzie wykonania i w innym przykładzie wykonania. Tak samo jak w przykładzie wykonania z fig. 2, także gdy wirnik w tym przykładzie wykonania pracuje, mogą być odpowiednie warunki (płyn lub zawiesina zawierające gaz lub łatwo parujące) separowania gazu, że w odpowiednim zakresie może być usuwany w sposób opisany już w związku z poprzednią figurą.

Zgodnie z tym, jest jasne, że łopatki wirnika nie musza koniecznie odpowiadać tylko tym z fig. 2 lub 3, ale mogą one także stykać się ze sobą wzdłuż części ich długości i biec osobno wzdłuż części ich długości, pozostawiając otwartą przestrzeń w środku wirnika.

Figura 4 ilustruje rozwiązanie pompy odśrodkowej według trzeciego korzystnego przykładu wykonania wynalazku także zbliżoną do pompy z przykładu wykonania z fig. 2, inaczej niż na fig. 2,

PL 195 508B1 w tym przykładzie wykonania wirnik 523 nie wystaje w kierunku wzdłużnym z przewodu ssącego 54, ale wirnik 523 pozostaje całkowicie wewnątrz przewodu ssącego 54. Naturalnie łopatki wirnika 563 mogą, oprócz tego, że stykają się ze sobą w środku wirnika, także pozostawiać środek wirnika otwarty tak jak na fig. 3. Separowania gazu może także być rozwiązane np. w sposób opisany wcześniej.

Figura 5, z kolei, ilustruje rozwiązanie pompy odśrodkowej według czwartego korzystnego przykładu wykonania wynalazku wyraźnie różne od wszystkich wcześniejszych przykładów wykonania. Inaczej niż we wszystkich wcześniejszych przykładach wykonania, w których wirnik 52 był przymocowany do wału pompy albo bezpośrednio lub przez wirnik odśrodkowy 50 pompy, wirnik 524 jest tak rozwiązany, że ma własny napęd (nie pokazany). Wał wirnika 524 jest w przykładzie wykonania z figury, chociaż nie koniecznie, zgodny wałem wirnika 50.

W tym przykładzie wykonania, także, łopatki wirnika 524 mogą być wąskie lub szerokie (pokazano na figurze) zależnie od zastosowania i specjalnych wymagań. Wirnik 524, chociaż jest niezależny może być wyposażony w elementy do oddzielania gazu, jeśli jest taka potrzeba, w odpowiednich częściach dokładnie tak jak w poprzednich przykładach wykonania. Wirnik 524, który może także być zwany urządzeniem podającym, może być umieszczony np. w dolnej części kanału doprowadzającego lub kolanka rurowego prowadzącego do pompy, aby podawać ośrodek do pompy. Chociaż na figurze pokazano, że wirnik 524 znajduje się wewnątrz przewodu ssącego 54 pompy, jest zupełnie możliwe, że ten przewód ssący jest zamieniony przez rurę zasysającą oddzieloną od pompy, działającą jak osłona wirnika. Osłona wirnika może także być częścią strukturalną urządzenia sprzedawanego razem z wirnikiem, dlatego według korzystnego przykładu wykonania osłona jest otwarta od góry, do takiej osłony można dołączyć np. kanał doprowadzający pulpę lub podobną.

Figura 6 ilustruje rozwiązanie pompy odśrodkowej według piątego korzystnego przykładu wykonania wynalazku, w którym wirnik 525 jest wyposażony we własny napęd, a ponadto jest umieszczony pod katem w stosunku do osi wirnika odśrodkowego 50. Ponadto jak pokazano na przedstawionej na fig. 6 konstrukcji wirnik 525 jest otoczony przez osłonę 58. Innymi słowy, rozwiązanie według fig. 6 jest stosowane np. tak, że osłona 58 wirnika biegnie w górę mając albo taką samą lub inną średnicę i tworzy razem z np. śrubą wyładowującą z płuczki układ wyładowujący dla pulpy wyładowywanej z płuczki.

Naturalnie osłona 58 może albo stanowić ten sam element co przewód ssący 54 pompy lub co najmniej być do niego przymocowana. Jest oczywiste że opisane urządzenie może być umieszczone także w wielu innych zastosowaniach, gdzie pulpa wypływa przez przestrzeń o ograniczonej średnicy do pompy. W tym przykładzie wykonania, także, łopatki wirnika mogą stykać się ze sobą być częściowo rozdzielone lub całkowicie rozdzielone, tak aby pozostawić środek wirnika otwarty np. dla celu oddzielania gazu.

Sama osłona wirnika, gdy istnieje, może być albo symetryczną rurą lub stożkiem, lub może ona także być nie symetryczna. Jest np. zupełnie możliwe, że jest ona umieszczona, korzystnie na końcu części przypominającej spiralną osłonę pompy odśrodkowej, za pomocą której ciśnienie wlotowe urządzenia może być nieco zwiększone.

W doświadczeniach, które przeprowadzono, zauważono że przy pulpie używanej w doświadczeniach, zawierającej gaz i gęstej, najlepsze wyniki uzyskano stosując wirnik mający a skok łopatek zgarniacza na początku około 200 mm i zwiększając go w pobliżu wirnika odśrodkowego do 3600 mm. Te same doświadczenia ujawniły także, że skok zgarniacza ma być zwiększany prawie do wirnika odśrodkowego, chociaż tuż przed wirnikiem odśrodkowym, z czysto technicznych względów należy pozostawić swobodną część łopatki wirnika wynoszącą około 10 procent długości wirnika. Bardziej szczegółowa próba porównawcza pokazała, że skok zgarniacza powinien zwiększać się na długości wirnika fluidyzującego co najmniej pięć, korzystnie dziesięć razy. Przeprowadzone doświadczenia także pokazały, że zwiększenie skoku zgarniacza, korzystnie, powinno być równo narastające, ale zmiana zwiększająca skok, co najmniej w trzech etapach, może także być funkcjonalnie do przyjęcia.

Ponadto nasze doświadczenia pokazały, że odległość łopatki wirnika od ściany przewodu ssącego zasadniczo wpływa na pracę urządzenia. Tak więc, na przykład w przypadku zawiesin włóknistych w przemyśle przerobu drewna, odległość łopatki 56 od ściany przewodu ssącego powinna być, naturalnie w zależności od konsystencji pulpy i całkowitej średnicy przewodu ssącego, w zakresie 5-50 mm.

PL 195 508 B1

Urządzenia według wynalazku pracują na przykład przy pompowaniu zawiesin włóknistych w przemyśle przerobu drewna tak, że wirnik bardzo skutecznie odcina swoją częścią końcową pulpę albo w komorze pulpy, kanale doprowadzającym lub rurze dopływu i zaczyna przemieszczać ją w stronę wirnika odśrodkowego pompy.

Wyrażając to inaczej, swoją częścią końcową wirnik pracuje jak niezależna pompa śrubowa. Inaczej niż tak zwane pompy MC znane ze stanu techniki, w których jedynym zadaniem wirnika było fluidyzowanie pulpy i w którym przepływ pulpy na całej długości wirnika do wirnika odśrodkowego był wywoływany przez zasysanie powodowane przez pompę. Tak więc, wirnik według naszego wynalazku wytwarza ciśnienie, za pomocą którego pulpa jest przemieszczana do wirnika odśrodkowego pompy.

W urządzeniu według naszego wynalazku, przy zbliżaniu się do wirnika odśrodkowego, efekt podawania i zwiększenia ciśnienia staje się mniej znaczący, ponieważ ssanie wywoływane przez wirnik odśrodkowy pompy i prędkość ruchu pulpy wywołana przez wirnik same powodują przepływ pulpy do pompy.

W tym samym czasie, także w sytuacjach występujących podczas pompowania staje się konieczne uspokojenie ruchu pulpy w przewodzie ssącym tak aby gaz mógł oddzielić się od pulpy przechodząc do środka wirnika odśrodkowego. Chociaż wirnik podający zmniejsza potrzebę oddzielania gazu w trakcie rzeczywistego jaj pompowania, ponieważ zwiększenia ciśnienia wywołane przez wirnik zmniejsza prędkość wydzielania się gazu z pulpy, wydzielanie gazu z pulpy jest w większości przypadków pożądane z powodów związanych z technologią procesu. Więc z tego powodu jest umieszczony przed półotwartym wirnikiem odśrodkowym pompy podłużny obszar w wirniku, w którym to obszarze skok łopatki wirnika jest bardzo duży.

Ten obszar działa jako skuteczny separator gazu, przez co gaz wydzielony do środka wirnika odśrodkowego jest łatwy do usunięcia przez otwory do usuwania gazu z wirnika odśrodkowego do tylnej przestrzeni wirnika odśrodkowego i następnie korzystnie za pomocą pompy z pierścieniem płynowym umieszczonej albo na tym samym wale co wirnik odśrodkowy, lub oddzielnie od pompy, z własnym napędem.

Oprócz pulp w przemyśle przerobu drewna, sposób i urządzenie według wynalazku są doskonale przydatne również do pompowania wielu innych ośrodków. Jednym korzystnym zastosowaniem jest pompowanie gorących płynów w pobliżu ich punktów wrzenia. W tych przypadkach wirnik, zwiększający ciśnienie płynu w przewodzie zasysania i zapewniający, że ciśnienie w przewodzie ssącym pozostaje wystarczająco wysokie, zapobiega wrzeniu płynu w pompie. W ten sposób wirnik według naszego wynalazku ułatwia pompowanie płynów w temperaturze w pobliżu ich punktów wrzenia.

Jak przedstawiono powyżej, sposób i urządzenie według naszego wynalazku ogranicza wiele problemów jakie występowały w urządzeniach i procesach znanych ze stanu techniki.

Ponadto, urządzenie według naszego wynalazku ułatwia w wielu zastosowaniach, użycie łatwiejszych rozwiązań w porównaniu ze stosowanymi wcześniej. To co przedstawiono powyżej dotyczy tylko kilku korzystnych przykładów wykonania wynalazku i nie ogranicza wynalazku tylko do tych przykładów wykonania. To jest, chociaż wszystkie opisane przykłady przedstawiają wirnik z trzema łopatkami, liczba łopatek może się zmieniać zależnie od sytuacji tak że minimalną liczbą łopatek może być jeden.

Ponadto, należy zauważyć, że określenie zawierający gaz należy także rozumieć jako ośrodek łatwo gazujący i parujący, np. gorącą wodę w zawiesinie włókien w przemyśle przerobu drewna lub pewne wyroby petrochemiczne.

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pompowania materiału lepkiego zawierającego gaz, w którym stosuje się urządzenie ogólnie zawierające osłonę, w której znajdują się przewody zasysania i odpływowy, wirnik odśrodkowy zawierający co najmniej jedną lub więcej łopatek pompujących i wirnik umieszczony przed wirnikiem odśrodkowym, który to wirnik ponadto zawiera co najmniej jedną lub więcej łopatek, przy czym według sposobu powoduje się przepływ materiału do urządzenia pompującego przez przewód ssący, oraz powoduje się wypływanie materiału z urządzenia pompującego do przewodu odpływowego, znamienny tym, że stosuje się co najmniej jedną lub więcej łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) o takim skoku w pierwszej części przewodu ssącego, która znajduje się na jego dalszym końcu patrząc od strony wirnika odśrodkowego (50), że zwiększa się ciśnienie materiału dla podawania pulpy do urządzenia, przy czym skok łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) zwiększa się w kierunku wirnika odśrodkowego (50) i dostosowuje się wirnik (52, 521, 522, 523, 524, 525) do zmieniających się przepływów masowych, zaś w końcowej części przewodu ssącego (54), w pobliżu wirnika odśrodkowego (50) poddaje się materiał działaniu siły odśrodkowej i oddziela się gaz od materiału.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się ciśnienie wytworzone przez wirnik (52, 521, 522, 523, 524, 525) w przewodzie ssącym (54), za pomocą którego to ciśnienia zapobiega się parowaniu materiału w przewodzie ssącym (54).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w końcowej części przewodu ssącego (54) oddziela się gaz od materiału.
4. 4. Urządzenie do pompowania materiału lepkiego zawierającego gaz, zawierające ogólnie osłonę, w której znajdują się przewody zasysania i odpływowy, wirnik odśrodkowy zawierający co najmniej jedną lub więcej łopatek pompujących i wirnik umieszczony przed wirnikiem odśrodkowym, który to wirnik ponadto zawiera co najmniej jedną lub więcej łopatek, przy czym łopatki tego wirnika są skręcone tak, że ich skok zmienia się wzdłuż zasadniczej części długości wirnika, ponadto urządzenie posiada w pobliżu wirnika odśrodkowego obszar oddzielania gazu, znamienny tym, że skok jednej lub więcej łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) jest zwiększony w takim stopniu, że przed wirnikiem odśrodkowym (50) znajduje się obszar oddzielania gazu umieszczony w wirniku (52, 521, 522, 523, 524, 525), przy czym skok jednej lub więcej łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 523, 522, 523, 524, 525) jest zwiększany w sposób ciągły lub w co najmniej trzech etapach, lub w taki sposób, że skok zmienia się co najmniej pięć razy, od ustnikowej części wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) w kierunku wirnika odśrodkowego (50).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że skok jednej lub więcej łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) na wierzchołkowej części wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) jest taki, że zwiększa się ciśnienie materiału dla podawania tego materiału do urządzenia.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że skok jednej lub więcej łopatki (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) zmienia się co najmniej dziesięć razy.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienne tym, że wirnik odśrodkowy (50) jest wyposażony w płytę tylną (16), zaś otwory usuwające gaz są umieszczone w płycie tylnej (16).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, albo 6, albo 7, znamienne tym, że zawiera otwory do usuwania gazu umieszczone w połączeniu z wirnikiem (52, 521, 522, 523, 524, 525) i/lub łopatkami (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) i/lub wałkiem wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienne tym, że łopatki (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) pozostawiają otwarty środek wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) lub część tego środka wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wirnik odśrodkowy (50) jest zaopatrzony w otwory do usuwania gazu dla wyprowadzania gazu poza obszar oddzielania gazu wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525).
11. 11. Wirnik do urządzenia do pompowania materiału lepkiego zawierającego gaz, zawierającego ogólnie osłonę, w której znajdują się przewody zasysania i odpływowy, wirnik odśrodkowy zawierający co najmniej jedną lub więcej łopatek pompujących do pompowania materiału lepkiego i zawierającego gaz, przy czym wirnik ma część wierzchołkową i drugą część końcową zwróconą ku wirnikowi odśrodkowemu, ponadto wirnik ten zawiera jedną lub więcej łopatek skręconych w taki sposób, że ich skok zmienia się wzdłuż zasadniczej części długości tego wirnika, znamienny tym, że skok łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524,525) rośnie w takim stopniu, że przed wirnikiem

    PL 195 508 B1 odśrodkowym (50) znajduje się obszar oddziałania gazu usytuowany w wirniku (52, 523, 522, 523, 524, 525), przy czym skok łopatek (56, 563, 562, 563) zmienia się w sposób ciągły lub w co najmniej trzech etapach lub w taki sposób, że skok ten zmienia się co najmniej pięć razy od części wierzchołkowej wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) w kierunku wirnika odśrodkowego (50).
12. 12. Wirnik według zastrz. 11, znamienny tym, że skok jednej lub więcej łopatek ( 56, 563, 562, 563) wirnika (52, 523, 522, 523, 524, 525) na wierzchołkowej części wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) jest taki, że zwiększa się ciśnienie materiału dla podawania tego materiału do urządzenia.
13. 13. Wirnik według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że skok łopatek (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) jest największy na drugim końcu wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) zwróconym do wirnika odśrodkowego (50).
14. 14. Wirnik według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że zawiera otwory do odprowadzania gazu rozmieszczone w połączeniu z wirnikiem (52, 523, 522, 523, 524, 525) i/lub łopatkami (56, 561, 562, 563) wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) i/lub wałkiem wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525).
15. 15. Wirnik według zastrz. 11, znamienny tym, że wirnik (52, 521, 522, 523, 524, 525) jest zaopatrzony w osłonę (58), przy czym obszar oddzielania gazu jest umieszczony na drugim końcu wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) umieszczonym bliżej wirnika odśrodkowego (50) urządzenia.
16. 16. Wirnik według zastrz. 11, znamienny tym, że wirnik (52, 521, 522, 523, 524, 525) jest otoczony co najmniej wzdłuż części swojej długości przez przewód ssący (54) urządzenia, ponadto zawiera obszar oddzielania gazu, który jest umieszczony na drugim końcu wirnika (52, 521, 522, 523, 524, 525) umieszczonym bliżej wirnika odśrodkowego (50) urządzenia stosowanego do pompowania.