SE467343B - Lagersystem i en raffineringsapparat foer framstaellning av massa - Google Patents

Description

Den snabba accelerationen av materialet genom den smala mal- spalten åstadkommer axiella tryckkrafter som strävar efter att separera skivorna från varandra och därigenom vidga mal- spalten vilket resulterar i allvarlig försämring av appa- ratens effektivitet.

Om raffinerings- eller malningsapparaterna ingår i ett slutet och trycksatt system, exempelvis för behandling av en vätskeuppslamning, måste ytterligare kraft tillföras till drivanordningen utöver de axiella tryckkrafter som verkar på skivorna. Denna ytterligare kraft erfordras inte bara för att driva skivorna så att önskad raffinering eller malning erhålles, utan också för att driva skivorna mot vätske- friktionen eller de hydrauliska bromskrafter som verkar pä skivorna, så att man får ytterligare axiella belastnings- variationer på den roterande axeln.

Om inte dessa krafters inverkan på den roterande axelns axiella läge effektivt kontrolleras, så kommer apparaten att haverera. Det är också så att motståndet mot dessa tryck- krafter ökar enormt med ökande diameter pà skivorna.

På grund av det ökande behovet av raffineringssystem med stor kapacitet, vilket kräver malskivor med stor diameter, som exempelvis i storleksordningen 150 cm eller större, har absorptionen av dessa axiella tryckkrafter blivit ett allt- mer uttalat problem.

Nyutvecklade raffinörer har en diameter av 165-170 cm med en rotationshastighet av 1500-3600 varv per minut och en effekt av 15 000 - 50 000 kW.

För att bättre förstå de enorma axialbelastningar eller tryckkrafter som verkar på rotationsaxeln kan man tänka sig att en skiva med en diameter av 150 cm, som roterar med 1800 varv per minut, kommer att utveckla en centrifugalkraft 467 343 som motsvarar ca 2800 g som accelererar malgodset genom malspalten. Denna centrifugalkraft kan páföra axeln en axialbelastning på ca 100 ton, som måste tas upp av lager- konstruktionen. Om nu malskivans hastighet dubblas, dvs ökas till 3600 varv per minut, kommer centrifugalkraften att öka med en faktor 4 enligt Newtons lag om kraft och rörelse.

Centrifugalkraften kommer således att öka till ll 200 g, vilket kan öka axialbelastningen på rotationsaxeln till 200-400 ton. Sådana onormalt höga axialbelastningar måste med nuvarande utföranden fördelas på ett komplicerat lager- system, som erfordrar ett flertal lager och servomotorer med åtföljande ökade dimensioner och framställningskostnader för apparaten.

Ett exempel på en lagerkonstruktion av ovannämnda slag fram- går av US patent 3 717 308. Detta patent visar ett lager- system med kombinerade axial- och radiallager, vilka uppbär rotationsaxeln. Varje lager är kopplat till en servomotor för att uppta de axiella tryckkrafter, som verkar på rota- tionsaxeln. Andra exempel på lagerkonstruktioner, som hit- tills använts, visas i US patenten 4 118 800, 3 212 721, 4 073 442 Och 3 276 701.

US patent 4 402 463 föreslår en annan lösning av ovanstående problem.

Gemensamt för den omtalade teknikens ståndpunkt enligt ovan- stående patent är det faktum att hydraulkolvarna i servo- motorerna för trycklagren är icke-roterande.

US patent 4 801 099 (Reinhall) föreslår däremot användande av en eller flera på den roterande axeln fast anslutna hydrauliska rotationskolvar, vilka helt ersätter nuvarande system med dyra och komplicerade axial-, rull- och/eller blocklagersystem. Detta lagersystem med roterande kolv enligt Reinhall innefattar en eller flera cylinderkolvar monterade pá den roterbara axeln för att rotera tillsammans med denna i en tryckkammare, som är utformad i ett statio- närt cylindriskt hus, där kolven eller kolvarna kan för- skjutas axiellt, verkande med ett tryckmedium som tillföres till åtminstone den ena av den roterande kolvens (kolvarnas) ändar på ett kontrollerat sätt, för att konstant motverka varierande axialtryckkrafter, som verkar på den förskjutbara roterbara axeln och för att upprätthålla en förutbestämd storlek på malspalten.

Detta system är dock för sin funktion beroende av ett fler- tal tätningsanordningar, dels vid den roterande axelns in- gångar i det stationära cylindriska tryckhuset och mellan den roterande kolvens periferi och cylinderhuset. Dessa periferitätningar är utsatta för den roterande axelns vibra- tioner som orsakas av malelementens obalans och/eller mal- godsets ojämna fördelning över malelementen. För att för- hindra haverier är det därför nödvändigt att upprätthålla relativt stora radiella spalter vid tätningsytorna. Dessa spalter måste således överstiga de maximala radiella vibra- tionslagren. Detta medför att stora mängder av till kolv- huset tillfört tryckmedium förloras som läckage genom de radiella tätningsspalterna, och som vid erforderliga, rela- tivt höga hydraultryck av 100-400 bar, kräver stor energi och stora kostsamma pumpanläggningar.

Föreliggande uppfinning avser att eliminera större delen av detta läckage, som ej erfordras för axelns axiella utbalan- sering och kontroll. Detta kan enligt uppfinningen ske genom att överföra samtliga erforderliga tätningsytor från axelns och kolvens periferi till ett eller flera radialplan på den roterande kolvens ändytor. Dessa ändytor påverkas ej nämn- värt av den roterande axelns radiella vibrationer, som för- orsakas av rotationsobalans etc och kan därmed arbeta med minimala tâtningsspalter utan risk för haveri. Detta resul- 467 343 terar i avsevärt mindre läckage av tillfört tryckmedium.

Uppfinningens kännetecken framgår av patentkraven.

Uppfinningen skall här närmare beskrivas under hänvisning till figurerna.

Figur 1 visar en delvis uppskuren sidovy av en malapparat enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en längdsektion av apparatens hydrauliska axial-lagersystem, enligt uppfinningen, i kombination med konventionella radiallager, som förskjutbart uppbär rota- tionsaxeln.

Den i figurerna visade utföringsformen innefattar ett stativ 10 i vilket en axiellt förskjutbar axel 26 är lagrad i tvà lagerelement 34 och 36. Dessa lagerelement kan utgöras av glidlager, rullager, axiellt förskjutbara radialrullager etc. Ena änden 27 av axeln 26 är anordnad att drivas av en motor (ej visad). Den andra änden av axeln 26 uppbär en roterbar inställbar skiva 24, som tillsammans med en statio- när skiva 22 mellan sig definierar en malspalt. Båda ski- vorna är försedda med konventionella malsegment 23.

Malskivorna är inneslutna i ett malhus 20, i vilket den stationära skivan 22 är monterad med bultförband 25. Ràmate- rialet matas genom en öppning ll medelst en konventionell matarskruv 12 och införes i malspalten genom en central öpp- ning i den stationära skivan 22. Lagerelementen 34, 36 upp- bärs av ett lagerhus 32, som mellan de två lagerelementen är utformat med ett cylindriskt utrymme 31 och utformat med två axiella mot varandra riktade ringkolvar 29, 33. På dessa ringkolvar är yttre ringcylindrar 200, 210 och inre ring- cylindrar 202, 212 anordnade. Ringcylindrarna är axiellt förskjutbara men ej roterbara längs ringkolvarna 29, 33. De 467 343 yttre ringcylindrarna 200, 210 är förskjutbara längs respek- tive ringkolvs 29, 33 ytteryta och de inre ringcylindrarna 202, 212 längs respektive ringkolvs inneryta. Mellan de mot- riktade ringkolvarna 29, 33 är en roterbar cylindrisk kolv 30 anordnad. Denna kolv är fästad på axeln 26 för rotation tillsammans med denna. Ringcylindrarna anligger mot den roterbara kolvens ändytor så att tätningsspalter 211 bildas mellan ringcylindrarna och dessa ändytor. Ringcylindrarna är således utformade med en tätningsyta som ansluter till kolvens 30 radiella ändytor.

Mellan den yttre och inre ringcylindern 200, 202 respektive 210, 212 definieras ett hålrum 213 respektive 214 som på ena sidan avgränsas av en ringkolv 29 respektive 33 och pà den andra sidan av den roterbara kolven 30. Ringcylindrarna är därvid så utformade att hålrummets area är större än arean B mot den roterbara kolven 30. Kanaler 246 respektive 248 är anordnade för tillförsel av ett hydrauliskt tryckmedium till hálrummen 213, 214. Skillnaden mellan ovan nämnda A, B är anpassad så att ringcylindrarnas anpassning mot den roter- bara kolven 30 med hjälp av det hydrauliska tryckmediet i hålrummet balanserar det hydrauliska tryckfallet i tätnings- spalten 211. Utrymmet 31 utanför den roterbara kolven är lämpligen atmosfäriskt.

Den roterbara kolvens 30 axiella läge kontrolleras och in- ställs genom axiell förskjutning av de båda icke roterbara, men axiellt förskjutbara ringcylindrarna 200, 210. Ring- cylindrarnas 200, 202 respektive 210, 212 förskjutning och den kraft, med vilken det i hálrummen 213, 214 upprâtthållna hydrauliska trycket verkar på den roterande kolven 30, bestäms med hjälp av ett avkännarorgan 220 som avkänner axelns axiella position. Detta avkännarorgan 220 är enligt den visade utföringsformen placerat utanför lagerhuset 32, men kan alternativt placeras i det cylindriska utrymmet 31 och därvid avkänna axelns position genom att indikera läget hos en yttre ringcylinder (200,210). Via en servomotor 230 och ett inställningsdon 231 påverkas en hydraulisk styr- ventil 240. Denna styrventil erhåller tillförsel av det hydrauliska tryckmediet från en med pump 241 försedd olje- behållare 243. Styrventilen 240 fördelar och kontrollerar det hydrauliska mediets tryck via kanaler 242, 244, 246, 248 till respektive hålrum 213, 214 så att inställt axiellt läge på den roterande axeln upprätthålles konstant oberoende av växlande axiella axelbelastningar. Dessa belastningsvaria- tioner härrör från maldonet 24 och i malhuset 20 upprätt- hållet eller varierande under- eller överatmosfäriskt tryck.

Genom att variera förhållandet mellan ringkolvens 29, 33 area A och hålrummets 213, 214 utloppsarea B mot den roter- bara kolven 30 kan anläggningsstycket mot kolven och därmed tätningsspaltens 211 storlek ökas eller minskas med motsva- rande variation i spaltläckaget. Ett normalt läckage vid en enligt uppfinningen utförd malapparat ligger under 5 l/min jämfört med tidigare hydrauliska kolv- eller blocklager, vilka normalt kräver 50-200 1/min för motsvarande använd- ningsområde. Föreliggande uppfinning eliminerar således dessa nackdelar med dyrbar pump- och kontrollutrustning samt sparar pumpenergi motsvarande det minskade behovet av hydraulmedium.

Vidare kan en eller flera av ringcylindrarna 200, 202, 210, 212 förses med en eller flera passager 215 som sträcker sig från hålrummet 213, 214 till tätningsspalten 211 mellan ringcylindern och den roterbara kolven 30. Passagen mynnar företrädesvis i ett runtomgàende spår 216 i ringcylinderns yta som anligger mot den roterbara kolven. Detta spår är avsett att åstadkomma jämn fördelning av tryckmediet.

Passagen är utformad med flödesmotstånd eller strypning, exvis i form av en skarp krök. Genom detta arrangemang kan ett lämpligt tryckfall erhållas vid drift varvid tätnings- spaltens 211 storlek kan bestämmas och säkerställas så att metallisk kontakt mellan tätningsytorna förhindras.

För att säkerställa ringcylindrarnas 200, 202, 210, 212 anläggning mot den roterbara kolvens 30 ändytor vid start, dvs innan fullt hydraultryck uppnåtts kan ringcylindrarna göras fjäderbelastade mot den roterbara kolven. Exempelvis kan ett antal fjäderanordningar 250, 252, lämpligen fyra stycken, placeras mellan vardera ringkolven 29 respektive 33 och avsatser 260 i den inre och yttre ringcylindern 200, 202 respektive 210, 212.

Enligt en annan utföringsform är den yttrre och inre ring- cylindern (200, 202 respektive 210, 212) förbundna med varandra med ekrar eller dylikt vid den del av ringcylind- rarna som är belägen närmast den roterande kolven 30. Där- igenom säkerställs en enhetlig tätningsspalt 211 vid den yttre och den inre ringcylindern.

De tätningsytor som bildar tätningsspalten 211 är lämpligen plana men kan även vara kilformiga i radiens riktning, böjda etc.

I den visade utföringsformen är lagersystemet utformat med en ringkolv och tillhörande ringcylindrar på båda sidor om den roterbara kolven 30. Det är dock möjligt att anordna ringcylindrar pà enbart den ena sidan, nämligen den sida av den roterbara kolven som är vänd från tillhörande malskiva.

Vidare är olika kombinationer av lagersystemet enligt upp- finningen med olika slags radiallager tänkbara. I stället för att placera ett radiallager på vardera sidan av lager- huset 32 kan två radiallager placeras utanför eller innanför lagerhuset i axiell riktning räknat. I stället för konven- tionella radiallager kan andra typer av lager användas, exempelvis glidlager, kombinerade axial-radiallager etc.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan angivna utförings- former utan kan varieras inom ramen för uppfinningstanken. 1/

Claims (10)

9 467 343 Patentkrav

1. Lagersystem i en raffineringsapparat för framställning av massa, där råmaterialet raffineras i en malspalt mellan àtminstome ett par relativt varandra roterande malorgan (22,24) och där åtminstone ett av dessa malorgan (24) uppbäres av en axiellt förskjutbar och roterbar axel (26), innefattande en kombinerad hydrostatisk/hydrodynamisk axiallageranordning för denna axel, varvid ett cylindriskt hus (32) innefattar åtminstone en roterbar cylindrisk kolv (30) med tvâ motsatta ändar, vilken kolv är fästad på den roterbara axeln (26) för rotation tillsammans med denna, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en yttre och en inre koncentrisk ringcylinder (200,202 resp 210,2l2) är anordnade att anligga mot en av den roterbara kolvens (30) ândytor så att en tätningsspalt (211) bildas , varvid ringcylindrarna är axiellt förskjutbara men icke roterbara, att den inre och yttre ringcylindern uppbäres av en mellan dessa anordnad stationär ringkolv (29 resp 33), varvid arean hos det hàlrum (213 resp 214) som bildas mellan den inre och yttre ringcylindern är större mot ringkolven (29 resp 33) än mot den roterbara kolvens (30) ändyta samt att kanaler (246 resp 248) är anordnade för tillförsel av ett hydrauliskt tryckmedium till detta hàlrum.

2. Lagersystem enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att ringcylindrarna (200,202 resp 210.212) är fjäderbelastade mot den roterbara kolven (30) för att säkerställa anliggning mot denna.

3. Lagersystem enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t a v att ett antal fjâderanordningar är placerade mellan ringkolven (29 resp 33) och avsatser i den inre och yttre ringcylindern (200,202 resp 210,2l2).

4. Lagersystem enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att inre och yttre ringcylindrar (200,202 resp 210,2l2) är anordnade pá vardera sidan av den roterbara kolven (30). 467 345 10

5. Lagersystem enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att ett avkännarorgan (220) år anordnat att avkänna axelns axiella position för att via styrorgan (230,231,240) upprätthålla erforderligt hydrauliskt tryck i hålrummet (213 resp 214) så att önskad axiell position hos axeln hålls konstant.

6. Lagersystem enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att den inre och yttre ringcylindern (200,202 resp 210,212) är separata och förskjutbara oberoende av varandra.

7. Lagersystem enligt något av kraven 1-4, k å n n e t e c k n a t a v att den inre och yttre ringcylindern (200,202 resp 210,212) är förbundna med varandra med ekrar e dyl till en enhet.

8. Lagersystem enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en ringcylinder (200,202,210,212) är försedd med åtminstone en passage (215) som sträcker sig från hålrummet (2l3,2l4) till tätningsspalten (211).

9. Lagersystem enligt kravet 8, k ä n n e t e c k n a t a v att passagen (215) mynnar i ett runtomgående spår (216) i ringcylínderns yta som anligger mot den roterbara kolven (30).

10. Lagersystem enligt något av kraven 8 och 9, k å n n e t e c k n a t a v att passagen (215) är utformad med flödesmotstånd eller strypning.