SE432557B - Anordning for behandling av material - Google Patents

Description

7909851-5 för att åstadkomma behandling, under det att en eller flera passager har en annan verkan eller funktion. En eller flera av de individuella passagerna kan t.ex. tilldelas funktionen att mottaga och transportera material från en passage till en an- nan, en eller flera individuella passager kan tilldelas funk- itionen att smälta eller blanda eller avânga eller utmata poly- mera eller plastomera material. Den speciella funktion, som tilldelas en individuell passage, bestämmer vanligtvis tryck- förhållandena hos passagen. 1 Vissa tilldelade funktioner, t.ex. smältning eller ut- matning, kan t.ex. innebära att mycket höga tryck alstras. And- ra funktioner, t.ex. avgasning, kan innebära att låga tryck alstras, under det att blandningsoperationer kan innebära mo- derata tryck. Fördelningen av trycket utefter varje passages periferi kan även variera i beroende av den funktion eller ver- kan, som tilldelas passagen. Vid víssa funktioner kan trycket öka linjärt utefter hela periferin eller utefter endast en del av periferin och vissa funktioner åstadkommer tryckförhållanden, som innefattar en eller flera tryckstegringar, efterföljda av en eller flera plötsliga tryckfall utefter periferin. Individu- ella behandlingspassager med speciella tryckförhållanden, t.ex. högt tryck, är dessutom ofta belägna eller anordnade bredvid *eller mellan enheter med fullständigt avvikande tryckförhållan- Iden, t.ex. lågtryck.

I de flesta fallen är det önskvärt att åstadkomma effek- tiv tätning för vissa av eller alla de individuella passager- na hos en behandlingsanordning med flera passager för att för- hindra ej önskad läckning av material åtminstone från vissa av passagerna. Den ej önskade läckningen kan t.ex. vara utvän- dig läckning frân en eller båda de yttersta passagerna hos en behandlingsanordning med flera passager. Ej önskad läckning kan även ske invändigt mellan intill varandra belägna, indi- viduella behandlingspassager. I samtliga fall sker emellertid läckningen av speciell vikt vid ett spelrum, som är nödvändigt -mellan den perifera eller toppytan hos den eller de roterbara, cylindriska rännväggarna och-denstationära, invändiga, koaxi- ella ringytan, speciellt vid de partier hos passagen, där höga tryck alstras. 7909851-3 Problemen med utvändig och invändig läckning är spe- ciellt komplicerade vid roterande behandlingsanordningar med flera enheter på grund av de varierande radiella tryck, som vanligtvis uppträder utefter passagens eller passagernas periferier.

Trycket vid en passages inlopp är t.ex. vanligtvis lågt, under det att trycket vid det element, som bildar den materia- let uppsamlande ändväggsytan, kan vara extremt högt. Skillna- derna mellan de radiella trycken kan i själva verket vara till- räckligt stort för att förorsaka utböjning av rotoraxeln och därigenom pâlägga en ej önskad begränsning på de toleranser, som är tillgängliga för det nödvändiga spelrummet mellan topp- ytan hos den eller de roterbara, cylindriska rännväggarna och den stationära, invändiga, koaxiella rinqytan.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till läcknings- problem hos roterande behandlingsanordningar och resulterar i en förbättrad, ny, roterande behandlingsanordning med tätningsorgan, vilka effektivt kan minska eller förhindra läckning vid höga el- ler låga tryck mellan i huvudsak koaxiella ytor, som rör sig i förhållande till varandra. Föreliggande uppfinning avser en ny tätning med låg friktion, som reglerar läckning av material mel- lan överensstämmande ytor, som rör sig relativt varandra. De nya tät/ningselementen enligt uppfinningen är speciellt lämpade att reglera läckning av vätska mellan det relativt smala, perifera partiet intill en roterbar ränna i en rotor och den stationära, koaxiella ringyta, som tillsluter rännan, varvid spelrummet mel- lan ytorna endast tillåter inträngning av en tunn film av fly- tande material. En tätning åstadkommes, vilken effektivt kan minska eller förhindra läckning hos denna tunna film av flytan- de material mellan tvâ ytor vid eller intill spelrummet, vilka ytor förflyttar sig relativt varandra. Uppfinningen löser det- ta problem med kännetecknen, att tätningarna innefattar skruv- formade tätningsspår i endera i ytan i det roterbara elementet eller i ytan i det stationära elementet, samt att spârets stig- ningsvinkel är så vald att längden hos varje spår medger in- trängning av högst så mycket vätska, som motsvarar tätningsspå- rets längd. ' Den effektiva bredden hos den yta, som uppbär de skruv- linjeformade spåren samt antalet och vinkeln hos de skruv- linjeformade spåren på ytan tillika med dimensionerna 7909851-3 eller geometrin hos de skruvlinjeformade spåren väljas så, att relativrörelsen mellan den yta, som uppbär de skruv- linjeformade spåren, och den andra ytan alstrar en effektiv pumpverkan, som är motriktad och motverkar flöde av vätske- format material genom spelrummet för att därigenom reglera längden av vätskans inträngning i spåren.

Uppfinningen och speciellt de föredragna utförings- formerna av denna åstadkommer även nya tätningar, vilka minskar kraftförluster vid tätningen mellan de relativt varandra rörliga ytorna och effektivt kan minska eller förhindra ut- vändig läckning av material från den roterande behandlings- anordningens ytterpassager eller invändig läckning av material från en passage hos behandlingsanordningen till en annan.

Uppfinningen kommer i det följande att åskâdliggöras under hänvisning till bifogade.ritningsfigurer, vilka visar 'några utföringsformer av uppfinningen, varvid fig. l är en sidovy med delar bortskurna för att visa en rotor, en ränna och ringformade, koaxiella ytor, som bildar individuella behandlingsenheter hos en roterande behandlingsapparat med flera enheter, fig. 2 är en del av fig. l i förstorad skala, och visar förhållandet mellan två ytor, som bildar en dynamisk tätning enligt uppfinningen, fig. 3 är en schematisk vy, som visar ytterligare förhållanden mellan de ytor, som bildar en dynamisk tätning enligt uppfinningen, fig. U är en schema- tisk vy av det cylindriska, perifera partiet hos en av ytorna enligt fig. 2 och 3 utbrett i ett plan och försett med ett -antal skruvlinjeformade tätningsspår, fig. 5 är ett diagram av den tryckprofil, som alstras utefter periferin hos en typisk behandlingspassage till en behandlingsanordning enligt. fig. l med flera enheter,.fig. 6 är ett diagram som visar den beräknade inträngningslängden av vätska in i tätningsspåren vid tryckprofilen enligt fig. 5, fig. 7 är en sidovy, delvis i sektion, av en yttre rännvägg hos en roterande behandlings- anordning med flera passager och visar förhållandet mellan ett stationärt skrapelement och en roterande yta, som uppbär ett antal skruvlinjeformade tätningsspår, fig. 7a är vy upp- ifrån av den yttre rännväggen samt skrapelementet enligt fig. 7, fig. Yb är en sektion genom den yttre rännväggen och skrapelementet efter linjen Tb-7b i fig. 7a, fig. 8 är en sidovy, delvis i sektion, av invändiga väggar hos intill varandra belägna rännor till en roterbar behandlingsanord- g 7909851-5 ning med flera enheter och visar förhållandet mellan ett stationärt skrapelement och en roterande yta, som uppbär ett antal skruvlinjeformade tätningsspår, i fig. 8a är en vy uppifrån av rännväggen och skrapelementet enligt fig. 8, fig. Bb är en sektion av rännväggen och skrapelementet en- ligt fig. 8 efter linjen 8b-8b i fig. Ba, fig. 9 är ett med fig. 5 överensstämmande diagram, som visar den tryck- profil, som alstras utefter periferin hos en typisk behand- lingspassage till en roterande behandlíngsanordning enligt fig. 1 med flera enheter, fig. 10 är ett diagram, som visar den beräknade inträngningslängden av vätska in i de skruv-I linjeformade tätningsspåren, vilken erhålles med tryckpro- filen enligt fig. 9, varvid figuren visar den effekt på vätskans inträngningslängd, som âstadkommes genom periodisk avskrapning av vätska från de ytor, som bildar den dynamiska otätningen enligt uppfinningen, fig. ll är en sektion av en ränna och visar en alternativ utföringsform av uppfinnningen, fig. lla är en ändvy av en av de ytor, som bildar den dynamiska tätningen vid utföringsformen enligt fig. ll, fig. llb är en vy uppifrån, delvis i sektion, av den dynamiska tätningen enligt fig. ll och visar förhållandet mellan ett stationärt skrapelement och en roterande yta, som uppbär ett antal skruv- linjeformade tätningsspår, fig. 12 är en med fig. ll överens- stämmande vy som visar ytterligare en alternativ utförings- form av uppfinningen, fig. 12a är en ändvy av en av de ytor, som bildar den dynamiska tätningen vid utföringsformen enligt fig. 12, fig. 12b är en vy uppifrån av delarna enligt fig. 12 och visar förhållandet mellan ett skrapelement och en stationär yta, som uppbär ett antal skruvlinjeformade tät- ningsspår, fig. 15 är en delvy i sektion och i förstorad skala, som visar en alternativ utföringsform av uppfinningen, fig. lä och lüa är vyer, som överensstämmer med fig. 3 resp.

U och visar en alterantiv utföringsform av uppfinningen, fig. 15 och l5a är även figurer, som överensstämmer med fig. 3 resp. H och utvisar ytterligare en utföringsform av upp- finningen, fig. 16 och 17 är vardera en delvy i sektion och i förstorad skala samt visar vardera en alternativ utförings- form av uppfinningen, och fig. 18, 19 och 20 är diagram, som visar inträngningslängden för en vätska in i ett antal skruv- linjeformade tätningsspår till följd av olika förhållanden, t.ex. antalet och vinkeln hos de skruvlinjeformade tätnings- 7909853-23 spåren samt varvtalet hos den tätningsspåren uppbärande ytan.

Uppfinningen kommer att beskrivas under hänvisning till dess användning vid en roterande behandlingsanordning med flera passager. Det bör emellertid framhållas, att den beskrivna, dynamiska tätningen är användbar inom andra an- vändningsområden, där en tätning kräves mellan ytor, som roterar relativt varandra.

En roterande behandlingsanordning (se fig. l) inne- fattar ett roterbart element, som utgöres av en rotor 10, vilken är upphängd för rotation i ett hus 12 med en cylindrisk inneryta lü, varvid rotorn är uppburen av en drivaxel 16, som är lagrad i gavelväggar 18 hos huset 12. Rotorn 10 är försedd med ett antal rännor 20, var och en innefattande motstående sidoväggar_2H i fast förhållande till varandra, varvid utvändiga ytpartier 26, koaxiella med och belägna tätt intill den stationära, invändiga ytan lä hos huset 12 är belägna på vardera sidan hos rännan 20. Den roterbara rännan 20 och husets 12 stationära invändiga yta lü bildar en behandlingspassage, ingi vilken material för behandling inmatas genom en inloppsöppning 28. Rännans rörelse släpar material, som står i kontakt med rännans väggar 2U, till ett element, som bildar en materialet uppsamlande ändvägg (ej visad). Det uppsamlade, behandlade materialet utmatas genom en utloppsöppníng 29 i huset. Tryck alstras genom materialets släpníng vid rännans väggar 24 mot den materialet uppsamlande ändväggen, så att ett omrâde med högt och i rotationsrikt- ningen ökande tryck uppstår i rännan.

Enlïflzfig. l finnes ett litet spelrum 50 mellan det eller de utvändiga ytpartierna 26 och husets 12 stationära, invändiga yta lä. Ideellt bör detta spelrum 50 vara av om- kring 2,5 mm eller mindre och lämpligen mellan omkring 0,75- 1,5 mm. Generellt-bör spelrummet 50 i huvudsak vara konstant runt passagens periferi. Att upprätthålla ett sådant litet, konstant spelrum kan emellertid vara komplicerat på grund av de varierande, radiella tryck, som alstras utefter rännans omkrets. Denna obalans hos de radiella tryck kan vara till- räcklig för att förorsaka utböjning av rotoraxeln från ett område med högtryck mot ett område med lågtryck. En utböj- ning kan uppenbarligen påverka upprätthällandet av det önskade, lilla, konstanta spelrummet, eftersom ytterligare spelrum 7909851-5 måste åstadkommas för att kompensera utsträckningen av en utböjning. Flödesledande enheter kan vara anordnade i radiellt motsatt förhållande, så att de radiella tryck, som alstras i en del hos en behandlingspassage eller grupp av behandlings- passager balanseras av radiella tryck, alstrade i en annan del. Även om reglering av axelns utböjning kan minska läck- ningen, är det ofta önskvärt att anbringa extra eller ytter- ligare tätningselement för att minska läckningen i största möjliga utsträckning. Föreliggande uppfinning avser nya tät- ningselement vid eller intill spelrummet 50 för reglering av läckningen mellan ytor, som förflyttas i förhållande till varandra.

En utföringsform av en dynamisk tätning enligt upp- finningen visas i fig. 2, 3 och H, vid vilken ett antal sned- ställda, lämpligen parallella, smala tätningsspår 27 är ut- formade i och/eller uppbäres av ytpartiet 26 mellan rännornas sidoväggar 2U för att bilda en dynamisk tätning mellan yt- partiet 26 och husets 12 stationära, koaxiella yta lä. Enligt ritningarna är de snedställda tätningsspåren 27 lämpligen in- skurna i ytpartiet 26 och förflytta sig i förhållande till husets 12 släta yta lä. Det viktigaste förhållandet mellan de olika konstruktionsparametrarna hos den dynamiska tät- ningen enligt uppfinningen åskådliggöres i fig. 3 och Ä och den nedanstående beskrivningen och förklaringen av den dynamiska tätningen enligt uppfinningen bör läsas under hänvisning till dessa figurer.

Enligt vad som anförts åstadkommes den ovan beskrivna, dynamiska tätningen principiellt genom att en eller två rela- tivt varandra rörliga ytor intill eller i ett spelrum 50 förses med ett antal snedställda, lämpligen parallella tätningsspår.

Varje snedställt tätningsspår verkar i själva verket som ett segment hos en vinge till en strängsprutningsskruv med den stationära, koaxiella ytan lü verksam som en pipa för hela antalet tätningsspår (eller antalet segment till vingar hos en strängsprutningsskruv). Ett nettoflöde q av vätska över ytpartiets 26 bredd l kan bestämmas under användning av samma analys, som gäller för en skruvsprutningsanordning. Nettoflödet är sålunda skillnaden mellan bromsflödet (drag flow) i en riktning och tryckflödet i motsatt riktning eller q = qD - qP (ekvation A) varvid qD är det teoretiska bromsflödet 790985l-ó qP är det teoretiska tryckflödet.

För att åskådliggöra diskussionen visas den dynamiska tätningen enligt fig. 2-U grafiskt i fig. U som verkan mot ett konstant tryck och det totala nettoflödet q är lika med noll under jämviktsförhàllanden eller dn-= qP. Bromsflödet qD är endast en funktion av tätningsspårets geometri och arbetshastighet. Tryckflödet qP för ett givet tryck är emeller- tid omvänt proportionellt mot längden hos vätskans inträngning 'i spåret, dvs. den längd av spåret, som är fylld med vätska.

Under de förhållanden, som visas i fíg. 3 och U uppnås därför jämvikt så snart som vätskan har trängt in i tätningsspåren till en längd, som minskar tryckflödet (vilket strävar att förflytta vätskan in i spåret) till ett värde, som är lika med bromsflödet. Om denna inträngningslängd, mätt i axiell riktning, är mindre än längden hos tätningsspåret 27, kommer ingen vätska att läcka tvärs över bredden l hos det ytparti 26, som uppbär det skruvlinjeformade tätningsspåret, Den dynamiska tätningen enligt uppfinningen är emeller- tid ej verksam under tillstånd av konstant tryck enligt vad som diskuteras under hänvisning till fig. U. Fig. 5 åskådlig- gör däremot en typisk tryckprofil, som alstras utefter peri- ferin hos en roterande behandlingspassage. Efter en period med relativt lågt tryck, ökas trycket i passagen gradvis, uppnår ett maximivärde vid änden hos passagen och faller därefter plötsligt tillbaka till det ursprungliga, låga värde bortom ett hinder, t.ex. ett rännblock. Den dynamiska tät- nignen enligt uppfinningen arbetar därför vanligtvis mot variabelt tryck, vilket periodiskt upprepas under varje varv hos rännväggarna 2Ä. Längden av vätskeinträngningen in i de skruvlinjeformade tätningsspåren 27 för tryckprofilen enligt fig. 5 har beräknats medelst en lämplig, dynamisk modell och visas i fig. 6 mitt för tryckprofilen. Av denna figur framgår, att så snart som trycket plötsligt faller, minskas vätskans inträngningslängd i tätningsspåret gradvis till en punkt unge- färligen mitt för början av tryckstegringen. Från denna punkt ökar vätskans inträngningslängd i tätningsspåret åter. Gene- rellt kan sägas, att nettoflödet q (ekvation A) aldrig uppnår jämvikt under något varv. På grund av den tid, som kräves för att tömma vätskan från ett tätningsspår, när trycket är lägst, eller åter fylla spåret med vätska, när trycket är högre, släpar vätskans inträgningslängd 1 tätningsspåret efter tryck- “Vi *i CI) \L\ G> UI -x I O profilen resp. löper före denna. Efter det plötsliga tryck- fall, som visas-i fig. 5, sker t.ex. endast en gradvis minsk- ning vätskans inträngningslängd i ett tätningsspår. Genom att utföra varje tätningsspår tillräckligt långt, så att vätskans inträngningslängd aldrig överskrider längden hos den eller de skruvlinjeformade tätningsspåren, kan emellertid ej önskad läckning ej ske tvärs över bredden (l) hos en yta, som uppbär ett antal skruvlinjeformade tätningsspår.

De föredragna dynamiska tätningarna enligt uppfinningen är de, som har flera vingar och har många, lämpligen parallella, skruvlinjeformade tätningsspår med en relativt liten stig- ningsvinkel 9. Den lilla stigningsvinkeln G är önskvärd för att åstadkomma tätningsspår med minsta möjliga inträngnings- längd hos en med tätningsspår försedd yta, som har en relativt liten bredd (1). Stigningsvinklar 9 under omkring 20° är speciellt lämpliga för de dynamiska tätningarna enligt upp- finningen.

Det antal tätningsspår, som användes för att åstadkomma den dynamiska tätningen enligt uppfinningen, är av vikt. Efter- som rännväggen 2ü har en relativt stor utvändig diameter O.D. är en yta 26, som uppbär en tätning med flera vingar, speciellt önsvärd, eftersom försprångslängden L (lead) hos det skruv- linjeformade tätningsspåret 27 är större än bredden (1) hos tätningsytan 26. Ett antal lämpligen parallella, skruvlinje- formade tätningsspår är följaktligen utformade för att åstad- komma en effektiv, dynamisk tätning. Det finnes även ett annat skäl för att använda ett flertal skruvlinjeformade tätnings- spår. Vid ett nettoflöde q lika med noll måste tryckflödet och släpníngsflödet vara lika stora. Eftersom förhållandet mellan tätningsspârets djup H (fig. 3) och tätningsspårets bredd W (fig. Ä) ökar, t.ex. vid minskande spårbredd W, minskar emeller- tid tryckflödets värde i ekvationen A snabbare än släpníngs- flödet. Enligt ekvationen A är det uppenbart,att under dessa förhållanden, dvs. vid minskande spårbredd W, blir tätningen mer effektiv, vilket innebär, att ett nettoflöde med värdet noll kan uppnås vid kortare inträngningslängd för vätskan in i tätningsspåret. För spårbredden W (fig. U) är det även uppen- bart från ekvationen, att ett ökande antal spår resulterar i en minskning av spårbredden. Små bredder W hos tätnings- spåren är speciellt önskvärda, när uppfinninen användes i praktiken på grund av de varierande radiella tryck, som upp- 79o§ss1-5 10 träder kring passagens omkrets. Genom användning av ett fler- tal parallella, skruvlinjeformade tätningsspår med små bredder W, hålles de tryckvariationer, som verkar på varje individuellt tätningsspår i ett godtyckligt ögonblick vid ett litet värde_ och varje spår verkar oberoende.

Enligt fig. 6 representerar den visade gränsen för vätskans inträngning den area, över vilken tätningsspåren 20 är fyllda under ett fullständigt varv för den yta 26, som uppbär de skruvlinjeformade tätningsspåren. Denna area mot- svarar även arean hos den statíonära, koaxiella, ínvändiga, ringformade ytan lä, som står i kontakt med vätskan. Denna vätskekontakt med den de skruvlinjeformade tätningsspåren uppbärande ytan 26 och den koaxiella, invändiga, ringformade ytan lä alstrar en skjuvverkan, vilken åstadkommer ett önskvärt släpflöde, som begränsar utsträckningen av vätskeinträgning i tätningsspåren. Denna skjuvningsverkan alstrar emellertid även en ej önskvärd kraftförlust vid tätningen på grund av _ omvandling av energi till värme. ' Enligt en speciellt föredragen utföringsform av före- liggande uppfinning kan kraftförlusten vid nya, dynamiska tätningen avsevärt minskas genom brytning av vätskekontakt mellan de ytor, som bildar den dynamiska tätningen, under en del av varje varv för en av de den dynamiska tätningen bildande ytorna. Denna utföringsform åskådliggöres i fig. 7, 7a, 7b, fig. 8, Ba, 8b samt fig. 9 och 10. Enligt fig. 7, 7a och 7b är ett skrapelement 30 placerat vid in- loppssidan hos ett rännblock 19 (fig. 7a) för att skrapa av vätska från den, skruvlinjeformade tätningsspår uppbäran- de yta 26, som bildar en dynamisk tätning, avsedd att för- hindra ej önskad, utåtriktad läckning från ändpassagen hos en roterande behandlingsanordning. Spelrummet mellan skrap- elementet 30 och perifera partier 26 hos skruvlinjeformade tätningsspär 27 måste vara litet. Detta spelrum bör lämpligen vara tillräckligt litet, för att skrapa av huvuddelen av den vätska, som står i kontakt med den med skruvlinjeformade tätningsspår försedda ytan 26 och den stationära, invändiga, koaxiella, ringformade ytan lä. Efter skrapningen brytes följaktligen vätskekontakten mellan ytan 26, som uppbär skruvlinjeformade tätningsspår 27, och ytan lä, och tätnings- spåren 27 förbli fyllda med vätska i den utsträckning, de var fyllda innan skrapningen. Kraftförlust genom spridning 7909851-3 11 av energi vid den dynamiska tätningen minskas därigenom efter skrapningen och ökar ej åter, förrän tillräcklig vätska pumpas in i den eller de skruvlinjeformade tätningsspåren för att åter åstadkomma vätskekontakt mellan de koaxiella, ringforma- de ytorna hos den dynamiska tätningen. Det vätskematerial, som skrapas bort från den skruvlinjeformade tätningsspår upp- bärande ytan avledes in i inloppet vid lågtryck.

Fig. 8, 8a och 8b åskådliggör ett skrapelement 31, som samverkar med en alternativ form av en dynamisk tätning enligt uppfinningen, anordnad mellan de ytor, som begränsar spelrummet 50. Enligt figurerna är två uppsättningar varandra skärande, skruvlinjeformade tätningsspår 27 och 27a anbringade vid den perifera ytan 26 mellan rännväggarna 2ü hos intill varandra belägna behandlingspassager, med stigníngen hos tätningsspåren i varje uppsättning motriktad varandra. Skrap- elementet 51 är placerat vid inloppsytan hos rännblocken 19 (fig. 8a) och hålles i täfllskrapande förhållande till den skruvlinjeformade tätningsspår uppbärande ytan 26 för att bryta vätskekontakt mellan de den dynamiska tätningen bildande ytorna och avleda det avskrapade materialet till inloppet.

Fördelarna med att bryta vätskekontakt mellan ytor hos dynamiska tätningar enligt uppfinningen åskådliggöres ytterligare i fig. 9 och 10. Fig. 9 åskådliggör i likhet med fíg. 5 en typisk tryckprofil, som alstras utefter omkretsen hos en roterande behandlingspassage. Den beräknade längden för vätskeinträngning in i skruvlinjeformade tätningsspår för tryckprofilen enligt fig. 9 men med ett skrapelement, som samverkar med den skruvlinjeformade tätningsspår upp- bärande ytan enligt vad som tidigare visats och beskrivits, visas i fig. 10. Enligt denna figur utföres skrapningen vid inloppet eller vid eller nära passagens lågtrycksområde.

Skrapningen bryter vätskekontakt mellan ytorna hos den dyna-I miska tätningen, men lämnar de skruvlínjeformade tätnings- spåren fyllda till viss nivå med vätska. Genom att det lager, som åstadkommer vätskekontakt mellan den dynamiska tätningens ytor är avlägsnat. minskas kraftförluster och erhålles mycket liten inträngning av vätska i det omrâde, som sträcker sig från baksidan av skrapelementet 30 eller 31 fram till om- kring 13 vid skalan i fig. 10. När trycket en gång börjar stiga, följer emellertid längden av vätskeínträngning omedel- bart och mycket tätt tryckprofilen, varvid maximal inträngning 7909851-5 1? sker tämligen nära det maximala trycket. En jämförelse av fig. 10 med fig. 5 visar, att arean för maximal vätskein- trängning enligt fig. 10 är avsevärt mindre än arean för maximal vätskeinträngning enligt fig. 5. Ett skrapelement åstadkommer följaktligen minskadekraftförluster utan att ofördelaktigt inverka på den dynamiska tätningens effektivitet.

Vid de hittills beskrivna utföringsformerna av upp- finningen åstadkommes de dynamiska tätningarna mellan de ytor, som begränsar spelrummet 50 (fig. 2 och 3). Dynamiska tät- ningar inom uppfinningens ram kan emellertid även åstadkommas mellan andra ytor, belägna nära, snarare än i spelrummet 50. Fig. ll, lla, llb, 12, l2a och l2b åskådliggör sådana alternativa utföringsformer av uppfinningen. Fig. ll visar en dynamisk tätning, vid vilken ett parti hos rotorns 10 utvändiga yta 32 är försedd med ett antal snedställda tät- ningssår 35, som sträcker sig utefter en utvändig yta 32.

Det parti hos den utvändiga ytan 32, som uppbär flertalet tätningsspår 35 är visad med en bredd-(1) (fig. ll och lla).

Ytan 32, som uppbär tätningsspåren, förflyttar sig under rotation i förhållande till en stationär yta 33, belägen på avstånd från den med tätningsspår försedda ytan, vilket av- stånd bildar ett fast, litet spelrum 51, vilket kan vara lika stort eller större eller mindre än spelrummet 50, men vanligtvis är omkring 2,5 mm eller mindre. Den stationära ytan 33 är försedd med ett stationärt ringelement 3H, som är fäst vid husets 12 stationära invändiga yta lä. Fig. lla är en vy av rotorns 10 utvändiga yta 32 och visar ett fler- tal spiralformade tätningsspår 35, anordnade inom en bredd (1), som sträcker sig runt den yttre, perifera zonen hos den utvändiga ytan 32. Även om spåren enligt fig. lla visas med krökt spiralform, kan spåren även vara raka och snett anordnade, utan att göra avsteg från uppfinningens omfattning.

Fig. llb är en vy uppifrån, som visar förhållandet mellan ytor- na 32 och 33, som bildar den dynamiska tätningen enligt fig. ll, samt ett skrapelement 36. Enligt denna figur är skrap- elementet 36 fäst i det stationära ringelementet 34 och sträcker sig utåt från ytan 33 för att bryta vätskekontakt mellan ytan 33 och ytan 32. Skrapelementet. 36 sträcker sig åtminstone tvärs över bredden 1 och är placerad vid eller intill inloppet (ej'visat) till passagen.

Fig. 12, l2a och l2b visar en annan alternativ ut- 7909851-3 15 föringsform av en dynamisk tätning mellan ytor intill, snarare än i ett spelrum 50. Vid den visade utföringsformen är ett flertal skruvlinjeformade eller sneda tätningsspår 37 anord- nade i en statioär yta 38 hos ett ringelement 39, som är fäst vid den stationära, invändiga ytan lü hos huset 12. Bredden 1 hos den stationära, tätningsspår uppbärande ytan 38 är place- rat med ett spelrum 51 från ett parti av en utvändig yta H0 hos rotorn l0. Fig. l2a är en schematisk sidovy av ringelementet 39 och visar flertalet tätningsspår 37 anordnade inom bredden l hos ytan 38. Fig. l2b är en vy uppifrån och visar förhållandet mellan de ytor, som bildar den dynamiska tätningen enligt fig. 12, och ett skrapelement Ul. Skrapelementet Ul är fast anordnat och fasthållet av det stationära ringelementet 39 samt sträcker sig utåt från ytan 38 för att bryta vätske- kontakt mellan ytorna 38 och H0. Enligt fig. l2a sträcker sig skrapelementet H1 åtminstone tvärs över bredden l och likt de tidigare beskrivna skrapelementen är det beläget vid eller intill ínloppet till (ej visat) eller i lågtryckszonen hos passagen. ' Den i fig. 12, l2a och l2b visade, dynamiska tätningen skiljer sig i vissa avseenden från de tidigare beskrivna, dynamiska tätningarna därigenom, att dessas flertal av tät- ningsspâr var uppburna av en roterande yta. Vid den dynamiska tätningen enligt rig. 12, 12a och 12b är flertalet tätninga- spår utformade i en stationär yta. Enligt vad som redan be- skrivits, kommer längden av vätskeinträngning in i varje tätningsspår, som uppbäres av en roterande, cylindrisk yta, att progressivt variera under varje varv på grund av varieran- de tryck, som uppträder utefter passagens omkrets enligt vad som grafiskt åskådlíggöres i fig. 5, 6, 9 och 10. Denna varia- tion hos längden av vätskeinträngning in i varje skruvlinje- formad tätningsspår uppträder ej under varje varvtal med dy- namiska tätningar, som innefattar en stationär yta, vilken uppbär skruvlinjeformade tätningsspår. Eftersom varje tät- ningsspår ständigt befinner sig i ett fast läge runt passa- gens omkrets, möter istället varje skruvlinjeformad tätnings- spår ständigt samma tryckvärde under varje varv hos rotorns 10 rännvägg 2U. Längden för vätskeinträngning in i varje stationärt tätningsspår kommer följaktligen att variera, men den maximala längden för inträngníng i ett givet spår kommer alltid att i huvudsak vara konstant, så länge ett 790985ï-3 111 konstant tryck pålägges detta tätningsspår under varje varv för rotorn 10. Så länge som längden vätskeinträngning i något av de skruvlinjeformade spåren på den stationära ytan ej överskrider längden hos något tätningsspår kommer ej önskad läckning mellan ytorna ej heller att uppträda i detta fall.

Fig. l5 åskådliggör ännu en alternativ, dynamisk tät- ning enligt uppfinningen, vilken även är utformad mellan de cylindriska ytor, som begränsar ett spelrum 50, men som verkar på samma sätt som beskrivits för den dynamiska tätningen en- ligt fig. 12, l2a och l2b.

Enligt fig. 13 är de skruvlinjeformade tätningsspåren 42 utformade i den stationära, invändiga yta lä hos huset 12, som är koaxiell med och belägen på avstånd från de yttre ytpartierna 26 hos rotorn 10 med spelrummet 50; Längden för vätskeinträngning in i varje skruvlinjeformad tätningsspär 32, uppburet av den stationära, invändiga ytan 14, kommer följaktligen att variera. I likhet med den dynamiska tät- ningen enligt fig. 12, l2a och l2b kommer emellertid den maximala längden fär vätskeinträngning in i ett givet, skruv- linjeformat spår 42 vid ett fast tryckläge utefter den ro- terande rännväggen, ständigt att i huvudsak vara konstant, så länge konstant tryck pålägges vid detta fasta läge. Så länge som längden för vätskeinträngning in i något stationärt, skruvlinjeformat tätningsspår H2 ej överskrider spårets längd, uppträder följaktligen ej någon vätskeläckning tvärs över den dynamiska tätningen, som åstadkommes mellan ytorna vid spelrummet 50._ ' I Vid uppfinningen, så långt denna hittills beskrivits, regleras läckningen vid det spelrum, som begränsas av två koaxiella ytor, medelst ett flertal skruvlinjeformade eller sneda tätningsrännor, uppburna av en av ytorna. Sådana para- metrar hos tätningsspâren, som antal, geometri, dimensioner och vinkel väljas så, att längden för vätskeinträngning i varje tätníngsspår ej överskrider längden hos själva tät- ningsspåret. Det bör emellertid framhållas, att den primära funktionen hos de dynamiska tätningarna enligt uppfinningen är att motverka utsträckningen av vätskeinträngning i spåren för att därigenom reglera mängden vätskeläckning vid spel- rummet. En grad av sådan reglering kan fortfarande uppnås, även om inträngningslängden för läckande vätska in i ett spår överskrider längden hos själva spåret. Under sådana 7909851-3 förhållanden uppträder viss läckning av vätska i spelrummet, men de skruvlinjeformade tätningsspåren skulle åstadkomma en reglering av läckningsmängden och denna mängd skulle vara mindre än den, som uppstår utan tätningsspår.

Fig. lä, lüa, 15 och l5a åskådliggör utföringsformer av uppfinningen, vid vilka effektiv reglering av vätskeläck- ning vid spelrummet kan åstadkommas även om inträngningen av vätskeläckning överskrider längden hos tätningsspåret.

Den i fig. 14 och lüa visade utföringsformen innefattar ett antal skruvlinjeformade tätníngsspår 27, uppburna vid den perifera ytan 26 hos rännväggen 2H. Enligt figurerna sträcker sig bredden hos den tätningsspår uppbärande ytan ej tvärs över den totala bredden för ytan 26 och inträngníngen av vätska i spåren 27 kan överskrida längden hos spåren 27.

En vätskegenomträngningen uppsamlande kanal 57 är emellertid anordnad för att samla upp den vätska, som tränger genom spå- ren 27 och kvarhålla den uppsamlade vätskemängden, tills denna kan utmatas genom spåren 27 vid passagens lågtryckszon. Den vätskegenomträngning uppsamlande rännan 57 har lämpligen om- kring samma djup H (fig. U), som i spåren 27.

Fig. 15 och l5a visar en modifikation av utförings- formen enligt fig. lä och lüa. Bredden l hos den tätnings- spår uppbärande ytan upptager även i detta fall endast en del av ytans 26 totala bredd. Ett nedsvarvat parti 59, bredden med den tätningsspår uppbärande ytan l och en genomträngande vätska uppsamlande ränna 57 är anordnade tvärs över den totala bredden hos ytan 26 till rännväggen 2Ä. Djupet hos den genom- trängande vätskan uppsamlande rännan bör lämpligen vara lika stort som djupet H (fig. H) hos spåren 27. Djupet hos det nedsvarvade partiet 59 kan vara lika stort eller skilja sig från djupet för spåren 27 eller så kan det nedsvarvade partiet SU vara snedfasat nedåt (ej visat) från ytan 26.

Den olika, alternativa utföringsformerna av dynamiska tätningar har ovan beskrivits under hänvisning till roterande behandlingsanordningar med flera passager, vilka innefattar åtminstone en, men lämpligen ett antal av de dynamiska tät- ningarna enligt uppfinningen för att förhindra ej önskad, utåtriktad läckning av vätska från en eller flera ändenheter hos behandlingsanordningen eller förhindra ej önskad, in- vändig läckning av vätska från en eller flera rännor till andra. De dynamiska tätningarna enligt uppfinningen ingår 7909851-'5 16 följaktligen lämpligen i roterande behandlingsanordningar med flera passager. Behandlingsanordningar med flera en- heter är speciellt sådana, i vilken rotorn, som uppbär be- handlingsrännorna,har cylindriska partier, som är belägna mellan behandlingsrännorna och är belägna tätt intill rotorns hus.

Vid en föredragen utföringsform av en sådan behand- lingsanordning bildas tvärgående passager mellan rännor av borttagbara, flödesledande enheter, vilka uppbäres av be- handlingsanordningens hus och uppvisar ytpartier, vilka bilda en del av ytan hos det ringformade huset, varvid överförings- passagerna är utformade i dessa ytpartier hos de flödesledande enheterna. De flödesledande enheterna kan även uppbära rännornas ändblock, vilka sträcker sig in i rotorns behandlingsrännor.

Vid en ytterligare utföringsform är överföringspassagerna och ändblocken placerade i periferiell och/eller axiell rikt- ning på så sätt, att de alstra motriktade, radiella krafter i behandlingsrännorna för att minska lagerbelastningar. De ringformade passagerna, blockeringselementen och överförings- passagerna kan t.ex. vara anordnade att alstra radiella krafter i åtminstone en av de ringformade passagerna för att motverka radiella krafter, alstrade i åtminstone en annan, ringformad passage, så att en i huvudsak axiell be- lastning av de radiella krafterna uppnås. Axiell balansering av radiella krafter är önskvärd eftersom avböjning av axel och rotor därigenom minskas och mindre,bättre reglerbara spelrum kan åstadkommas mellan de ytor, som bildar de dyna- miska tätningarna enligt'uppfinningen.

De dynamiska tätningarna enligt uppfinningen är ge- nerellt avsedd att åstadkomma tätning mellan ytor, som är skilda åt medelst ett spelrum av upp till 2,5 mm. De dyna- miska tätningarna enligt uppfinningen är emellertid speciellt effektiva om de ytor, som bilda tätningarna är skilda åt av spelrum med en storlek av 1,2 mm eller mindre. Graden av avböjning hos axel eller rotor är följaktligen en faktor, som bör beaktas vid val av den speciella, dynamiska tätning enligt uppfinningen, som skall användas i en roterande be- handlingsanordning.

Ytterligare fördelar kan uppnås medelst en tätning, som innefattar i varandra inskjutna, stympat koniska element av stelt, elastiskt material, placerat mellan relativt var- 7909851-5 17 andra belägna, roterbara, koaxiella ytor så att inre kant- partier hos elementen bilda en yta belägen intill och i flödesmotverkande förhållande till en koaxiell yta, och _yttre kantpartier bildande en yta belägen intill och i flödesmotverkande förhållande till den andra, koaxiella ytan. Kantpartier antingen vid den inre eller yttre delen av elementen fasthållas för att möjliggöra att tryck mot elementen tvingar de yttre resp. inre kanterna till för- bättrat, tätande förhållande med dessas intilliggande ytor.

Fig. 16 och 17 åskådliggör denna utföringsform av dynamiska tätningar enligt föreliggande uppfinning. Enligt fig. 16 och 17 uppbäres stympat koniska element UU av rotorn 10 i sådan inriktning, att ytor H3 hos elementen H4 lutar mot rännan 20, dvs. högtryckszonen. De inre kanterna 45 hos elementet HH längst bort från rännan 20 fasthålles mot axiell rörelse och i tätande förhållande till rotorn medelst en ansats 46 och ett låselement, t.ex. en ring H7.

Låselementet Ä7 verkar motdetíïån rännan längst bort belägna elementet ÄH för att hålla detta i ansatsen 46 upptagande förhållande. De yttre fria kanterna H8 hos elementen närmast rännan 20 bildar en yta H9, som står i tätande förhållande till den invändiga, cylindriska ytan lä, så att elementen H4 täta utrymmet mellan ytan 49 och husets 12 invändíga yta lü. Enligt den i fig. 16 visade utföringsformen av uppfinnin- gen, kan ytan Ä9 utformas med ett antal skruvlinjeformade tätningsspår 52 för att förbättra tätningen mellan ytan 49 och lä. Den i fig. 16 visade utföringsformen av uppfinningen är speciellt lämplig, om avböjning hos axeln kräver, att spelrum större än omkring 0,127 mm upprätthålles mellan ytan H9 och ytan lä. Fig. 17 visar ett alternativt arrangemang av elementen hos den dynamiska tåtningen enligt fig. 16.

Enligt fig. 17 är ett antal skruvlinjeformade tätningsspår anbringade vid den invändiga ytan lü för att bilda en dynamisk tätning mellan den, skruvlinjeformade tätningsspår uppbärande ytan lü och ytan H9.

Ytterligare detaljer, som hänför sig till uppfinningen, framgår av fig. 18, 19 och 20. Dessa figurer åskådliggör be- räkningar av den maximala längden av vätskeinträngning in i varje tätningsspår i förhållande till varvtalet för ett fler- tal värden av bredden 1. Bredden l hos den tätningsspår upp- bärande ytan samt antalet och geometrin hos tåtningsspâren 7909851-3 18 tillikamed andra driftsförhållanden anges i varje figur. Dessa figurer visar, att omkring 10 eller flera spår av den definie- rade geometrin och med en axiell längd av omkring 12,5 mm kan reglera läckníngen av vätska tvärs över bredden 1, speciellt om värdet för 9 är lågt, dvs. under 150. Det bör framhållas, att det maximala trycket av 70 kg/mm2 ligger betydligt över det tryck, som normalt kan väntas uppstå i en passage hos en roterande behandlingsanordning. Det maximala trycket valdes emellertid för att bestämma den maximala, axiella inträngníngs- längden av vätska i tätningsspår av den angivna geometrin eller dimensionerna under extrema arbetsförhållanden.

Av ovanstående beskrivning torde framgå, att före- liggande uppfinning avser en ny_tätning för reglering av vätskeläckning mellan två relativt varandra roterbara ytor, som är koaxiella och belägna tätt intill varandra. Tätningen enligt uppfinningen är speciellt användbar vid roterande _ behandlingsanordníngar för behandling av vätskeformade och/- eller fasta, polymera material för att på ett effektivt sätt åstadkomma en effektiv tätning med låg friktion för reglering av utvändig eller invändig läckning av vätska med minimal kraftförlust vid tätningen.

Claims (13)

7909851-5 W Patentkrav

1. Anordning för behandling av material, vilken anordning in- nefattar; ett roterbart element (10) med en yta, som uppbär åtminstone en behandlingsränna (20); ett stationärt element (12) vilket uppvisar en yta (14) som överensstämmer med och är skild från ytan (26) hos det roter- bara elementet med ett litet spelrum (50) och är anordnad att samverka med behandlingsrännan för att med denna bilda en sluten, ringformad behandlingspassage, varvid det statio- nära elementet även uppvisar ett inlopp (28) för inmatning av material till passagen, ett utlopp (29), som är skilt från inloppet ett periferiellt avstånd runt passagen för utmatning av material från denna, samt ett element (19), som är beläget i rännan och bildar en yta för att hejda rörelsen hos huvuddelen av materialet i passagen, samt organ för rota- tionen/det roterbara elementet (10) i en riktning från in- loppet (28) mot den yta som hejdar materialet så att elementet (10) och ytan samverkar att bygga upp tryck utmed längden för rännans rörelse mot ytan, varvid dynamiska tätningar är upp- tagna för att hindra läckning av material genom spelrummet (50, 51), k ä n n e t e c k n a d fattar skruvformade tätningsspår (27, 27a, 35, 37, 42, 52) i av att tätningarna inne- endera i ytan (26) i det roterbara elementet (10) eller i ytan (14) i det stationära elementet (12), samt att spârets (27, 27a, 35, 37, 42, 52) stigningsvinkel är så vald att längden hos varje spår (27, 27a, 35, 37, 42, 52) medger inträngning av högst så mycket vätska, som motsvarar tätningsspårets längd.

2. Anordning enligt krav 1] k'ä n n e t e c k n a d av att det parti hos rotorn (10) som innesluter vätska, har en zon med ett visst tryck och en därifrån periferiellt skild zon med högre tryck.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att det parti hos det roterbara elementet eller rotorn (10), sominnesluter vätska, har en zon med minimitryck, samt att anordningen innefattar skrapelement (30; 31; 36), som skjuter in i spelrummet (50; 51) för att skrapa av tillräck- 7909«.51-3 2o ligt av inträngande vätska från ett av ytpartierna (14; 26), in i nämnda zon, så att vätskekontakt brytes under åtminstone en _del av rotorns (10) varv.

4. Anordning enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k- n a d av att stigningsvinkeln för varje tätningsspâr är högst 2o°.

5. Anordning enligt något av krav 1-3, k'ä n n e t e c k-1 n a d av att stigningsvinkeln för varje tätningsspår är högst 15°.

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att spelrummet (50; 51) mellan ytpartierna (14; 26) är högst 2,5 mm. 1 -

(7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att spelrummet (50; 51) är högst 1,25 mm.

8. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k,n a d av att tätningsorganet utgöres av ett stympat koniskt element (44) av styvt elastiskt material med en yta (43) intill sin yt- terkant (48) belägen närmast behandlingsrännan (20) för att vara förskjutbar under tryck, samt av organ (46, 47) för att hålla elementets (44) innerkant (45) mot förskjutning under tryck, så att ytterkanten (48) bildar en tätning med husets (12) ytparti (14), varvid antingen detta ytparti (14) eller nämnda ytterkant (48) är försedd med tätningsspår (52).

9. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tätningsorganens perifera ytparti utgöres av ett ringformat ytparti (32) hos rotorn (10), beläget innanför den cylind- riska ytan (26) och vid den motstående sidan hos behandlings- rännans (20) yta (24), samt att husets (12) stationära yt- parti utgöres av ett motsvarande, ringformat ytparti (34), som sträcker sig inåt från husets (12) cylindriska, invän- diga yta_(14).

10. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d _av att tätningsorganen uppvisar ytpartier 71901985-1-3 2,1 med tätningsspår belägna på vardera sidan av behandlings- rännan (20).

11. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att rotorn (10) uppvisar ett antal behand- lingsrännor (20) var och en med samverkande tätningsorgan, innefattande ett ringformat, periferiellt ytparti (26; 40; 32) hos rotorn (10) och ett intilliggande, stationärt ytparti (14; 33; 38) hos huset (12).

12. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att skrapelementet (30; 31; 36) utgöres av en uppströms belägen yta, som sträcker sig tvärs över ytpartiet (14; 26) snedställd med en vinkel mot ytpartiets (14; 26) rörelse- riktning i förhållande till skrapelementet (30; 31; 36),för att leda avskrapad vätska från ytpartiet (14: 26) in i zonen.

13. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att utloppet från en behandlingsränna (20) är förbundet med inloppet hos en annan behandlingsränna (20).