SE467466B - Apparat foer fluidisering, gasavskiljning och pumpning av en suspension av fiberhaltigt cellulosamaterial, samt dess anvaendning - Google Patents

Description

467 466 10 15 20 25 en väsentiigt mindre bredd än de främre skoviarna, viiket ytter- iigare indikerar, att de inte skaii utöva en pumpverkan på någon kontinueriigt tiiiförd massa. De kända apparaterna har tiiifreds- stäiiande prestanda med avseende på samtiiga funktioner, men önskemåi stäiies ändock om förbättringar. Ändamåiet med föreiiggande uppfinning är att åstadkomma en apparat för angivet syfte, som har förbättrade prestanda med avseende på F åtminstone pumpverkan.

Detta uppnås eniigt uppfinningen genom att pumphjuiet är försett med ett koncentriskt runtomgående iniopp för kontinueriig tiiiför- sei av suspension tiii ett bakre skoveiutrymme för de bakre skov- iarna, och att de bakre skoviarna är anordnade att utöva en pump- verkan på åtminstone en dei av den tiii apparaten tiiiförda sus- pensionen. Med uttrycket “runtomgående iniopp" avses en öppning som sträcker sig runt pumphjuiet med avbrott i huvudsak enbart genom eventueiia övergångspartier meiian de främre och bakre skov- iarna. Det föredrages att förbinda skoviarna med varandra med dyiika övergångspartier.

Uppfinningen kommer att förkiaras närmare i det föijande med hän- visning tiii ritningarna.

Figur 1 visar schematiskt en apparat i iängdgenomskärning med ett pumphjui eniigt uppfinningen och ett tiii detta fäst rotororgan.

Figur 2 visar pumphjuiet eniigt figur 1 med ett tiii detta fäst rotororgan av ett modifierat utförande.

Figur 3 är ett tvärsnitt eniigt iinjen III-III i figur 2.

Figur 4 är ett tvärsnitt eniigt iinjen IV-IV i figur 2.

Figur 5 är ett diagram med resuitat från jämförande försök och anger tryckhöjd som funktion av fiöde. 10 15 20 25 30 467 466 Figur 6 är ett diagram med resultat från jämförande försök och anger verkningsgrad som funktion av flöde.

Figur 7 är ett diagram med resultat från jämförande försök och anger effekt som funktion av flöde.

Med hänvisning till figur 1 visas där schematiskt en flerfunk- tionell apparat för fluidisering, pumpning och gasavskiljning av en fibersuspension, särskilt av s.k. medelkoncentration, dvs om- kring 6-15%, vid vilken koncentration konventionella centrifugal- pumpar inte är användbara. Apparaten innefattar ett hus 1 med en cylindrisk del 2 och en i förhållande till denna radiellt utvidgad del 3. Huset har ett axiellt, koncentriskt inlopp 4 för suspension vilket är beläget vid änden av den cylindriska delen 2 och ett ra- diellt utlopp 5 för avgasad suspension vilket är beläget vid den radiellt utvidgade delen 3. Ett väggorgan tillsluter huset 1 vid dess från inloppet 4 vända ände, vilket väggorgan innefattar ett inre väggelement 6 och ett yttre väggelement 7. En axel 8 sträcker sig in i huset 1 genom väggelementen 6, 7 och omslutes av lämpliga tätnings- och lagerenheter 9 som är anordnade vid det yttre vägg- elementet 7. I huset finns ett pumphjul 10 av radialhjulstyp, som är anordnat i den radiellt utvidgade delen 3, och ett fluidiseran- de rotororgan 11, som är anordnat i den cylindriska delen 2 av hu- set och som är fast förbundet med pumphjulet 10 för att tillsam- mans med detta och axeln 8 bilda en roterande enhet, som drives av en motor 12, varvid axeln 8 således är fast förbunden med pumphju- let 10. Apparaten är försedd med ett avgasningssystem för avlägs- nande av gas ur ett centralt utrymme 13 av huset framför pumphju- let 10, vilket avgasningssystem innefattar öppningsorgan i pump- hjulet 10, ringformiga spalter 14, 15 mellan väggelementen 6, 7 och axeln 8 och ett radiellt utlopp 16 i det yttre väggelementet 7, vilket utlopp 16 står i förbindelse med omgivningen via ett rör 17.

Pumphjulet 10 innefattar ett nav 18, en skiljevägg 19, och ett flertal med sina sidokanter mot inloppet 4 vända främre skovlar 20 10 15 20 25 30 och ett flertal med sina sidokanter mot det inre väggelementet 7 vända bakre skovlar 21, vilka skovlar 20, 21 är fast förbundna med skiljeväggen 19 och löper i ett främre utrymme 22 och ett bakre utrymme 23. Skovlarna 20, 21 är företrädesvis böjda bakåt mot pumphjulets rotationsriktning såsom framgår av figurerna 3 och 4.

Rotororganet 11 innefattar ett flertal blad 24, som är fast för- bundna med pumphjulet 10 och som sträcker sig koncentriskt längs- med husets centrumaxel 25 på avstånd från denna och från den cy- lindriska insidan av den cylindriska delen 2 så att det i förhål- lande till bladen 24 bildas ett fritt inre utrymme 26 och ett fritt yttre ringformigt utrymme 27. Bladen 24 är förlängda ut ur huset 1 och förenade med tvärstag 28, som utgår från en central bussning 29 för rotorns lagring vid ett stöd (ej visat).

Apparaten kan anbringas horisontellt eller vertikalt i en öppning i botten av en behållare innehållande en fibersuspension av medel- koncentration. Vid den visade utföringsformen är apparaten verti- kalt monterad i en öppning i botten av en behållare 30. Rotororga- nets 11 ändparti 31, som är beläget utanför huset 1, kommer därvid att sträcka sig in i behållaren 30 för att åstadkomma turbulens i den omkringliggande fibersuspensionen så att denna lättare kan strömma in genom inloppet 4 till den cylindriska delen 2 av huset. Ändpartiet 31 av rotororganet har lämpligen en sådan längd att dess yttre från pumphjulet 10 vända ände 32 är belägen i behålla- ren 30 på ett avstånd av omkring 30-150 mm från behållarens insi- da. Under sin rotation sätter rotorbladen 24 fibersuspensionen i rörelse med sådan hög hastighet och alstrar rotorbladen sådan tur- bulens att fibersuspensionen fluidiseras till ett pumpbart till- stånd. Samtidigt erhålles en avskiljning av gas som ansamlas i centrum av huset 1 framför pumphjulet 10 så att en gasblåsa 33 bildas och upprätthålles till sin storlek på ett kontrollerbart sätt så att pumphjulets pumpverkan inte påverkas menligt. Det nämnda avgasningssystemet kan innefatta en extern vakuumpump, (ej visad) som kontinuerligt suger ut gas ur apparaten, och som är 10 15 20 25 30 467 466 ansluten till utloppet 17. Alternativt kan en vakuumpump inbyggas i apparaten som har ett särskilt skovelhjul, som drives av axeln 8.

Pumphjulets 10 skiljevägg 19 består enligt föreliggande uppfinning av en fläns 34, som är utbildad hos navet 18, och en koncentrisk plan, dvs radiell ring 35, som är belägen utanför flänsen 34 på förutbestämt avstånd från denna så att det mellan flänsen 34 och ringen 35 bildas ett koncentriskt runtomgående inlopp 36 till det bakre skovelutrymmet 23 för i första hand suspension. Pumphjulet har företrädesvis lika många bakre som främre skovlar 21, 20, vil- ka är anordnade parvis mittför varandra och förbundna med varandra i inloppet 36 utan synlig gräns vid ett övergångsparti 37, dvs varje främre skovel 20 är formad i ett stycke med den motstående bakre skoveln 21. Inloppet 36 har allmänt formen av en ringformig spalt, som i omkretsled endast avbrytes av skovlarnas övergångs- partier 37. Ringens 35 inre diameter och flänsens 34 yttre diame- ter är så anpassade till varandra att spalten 36 dels får till- räckligt stor genomströmningsarea för att medge ett kontinuerligt flöde av suspension till det bakre skovelutrymmet 23 och dels blir belägen på tillräckligt stort radiellt avstånd från centrumaxeln 25 att den åtminstone till största delen kommer att ligga i i hu- vudsak axiell linje med suspension som strömmar mot pumphjulet 10 radiellt utanför den centrala gasblåsan 33, som förekommer framför navet 18 och vars storlek beror på i varje enskilt fall givna driftsförhållanden, såsom i första hand axelns 8 varvtal och andel gas i den inströmmande suspensionen. Om således spaltens 36 radi- ella avstånd är för litet för ett givet driftsfall, vid vilket gasblåsans yttre radie intill pumphjulet 10 är större än spaltens 36 yttre radie, kan någon suspension inte nå fram till spalten 36, eftersom denna blockeras av gasblåsan. Den allmänt ringformiga spalten 36 kan ändå utnyttjas för att avlägsna gas från husets centrum framför pumphjulet, såsom är avsett vid den i figur 1 vi- sade föredragna utföringsformen, genom att spaltens 36 radiellt inre ringformiga område 38, dvs området närmast flänsen 34, är be- 467 466 10 15 20 25 30 läget på sådant radiellt avstånd från centrumaxeln 25 att det lig- ger i i huvudsak axiell linje med yttre partier av gasblåsan 33, dvs flänsens 34 yttre diameter är så liten att den ligger inom gasblåsans 33 radiella utbredning. Det nämnda inre området 38 av spalten 36 utgör således nämnda öppningsorgan hos pumphjulets skiljevägg 19. Alternativt förses flänsen 34 med axiella små öpp- ningar, som är avsedda att kommunicera med gasblåsan, varvid såle- des flänsens 34 yttre diameter kan anpassas så att ingen eller en- dast en liten del av gasen avlägsnas genom spalten 36. Den allmänt ringformiga spaltens radiella avstånd till centrumaxeln 25 skall å andra sidan inte vara så stort att ringens 35 radiella utsträck- ning blir för liten för ett givet pumphjul så att fördelningen av pumpverkan mellan skovlarna blir ofördelaktig. Allmänt gäller att spalten 36 är anordnad i huvudsak i axiell linje med det yttre ringformiga utrymme 27, som är beläget mellan rotorbladens 24 ge- nererade yta och den cylindriska delen 2 eller något innanför det- ta utrymme 27 beroende på gasblåsans 33 storlek och radiella ut- bredning framför pumphjulet.

Genom att utforma pumphjulet 10 med ett inlopp 36 för kontinuerlig tillförsel av suspension till det bakre skovelutrymmet 23 kommer samtidigt de bakre skovlarna 21 att kunna utnyttjas för pumpver- kan, dvs tillförsel av tryckenergi och rörelseenergi till suspen- sionen. Genom föreliggande uppfinning är det därigenom möjligt att låta de bakre skovlarna 21 svara för en större andel av den pump- verkan som pumphjulet 10 utövar på suspensionen. För att öka de bakre skovlarnas 21 andel av den till suspensionen tillförda ener- gin utföres därför med fördel de bakre skovlarna 21 med en axiell bredd som är större än hos de främre skovlarna 20 räknat inom om- rådet för ringen 35 under bibehållen total axiell bredd hos pump- hjulet 10 räknat vid skovlarna samtidigt som de bakre skovlarna 21 utföres så att deras periferiska kanter 39, som är parallella med centrumaxeln 25, ligger på större radiellt avstånd från centrum- axeln än de främre skovlarnas periferiska kanter 40. De bakre skovlarnas 21 axiella utsträckning är lämpligen omkring 1,3-3,5 10 15 20 25 30 467 466 gånger större än de främre skovlarnas 20 axiella utsträckning mätt inom området för den periferiska ringen 35. De främre skovlarna 20 kan inte uteslutas, eftersom de ger en turbulent strömning som i början löper i kontakt med huvudströmmen som lämnar de bakre skov- larna 21 och på ett fördelaktigt sätt styr huvudströmmen mot ut- loppet 5 så att ingen eller högst en liten del av denna huvudström kommer i turbulens och föres tillbaka i ett utrymme 41 mellan den radiella insidan 42 och de främre skovlarna 20. Dessutom är de främre skovlarna 20 nödvändiga för att slunga ut skrot och andra större föremål, som kan förekomma i en suspension, mot utloppet 5.

För detta ändamål utföres de främre skovlarna 20 med ett bredare parti i det område som är beläget i huvudsak inom rotorbladen 24 såsom visas i figurerna 1 och 2.

I förhållande till ett konventionellt pumphjul, vid vilket således de bakre skovlarna inte är anordnade eller avsedda att utöva en kontinuerlig pumpverkan på suspensionen och inte heller något in- lopp finns för kontinuerlig tillförsel av suspension till det bak- re skovelutrymmet, är vid apparaten enligt uppfinningen åtminstone det periferiska partiet av skiljeväggen 19 i förhållande till ett inre parti av denna förskjutet i riktning från det inre väggele- mentet 6 och utformat som en ring 35 samtidigt som det mellan sig och ett inre parti, dvs flänsen 34, av skiljeväggen 19 avgränsar ett inlopp 36 med sådan genomströmningsarea och så beläget i för- hållande till centrumaxeln 25 att ett kontinuerligt flöde av sus- pension erhålles till de bakre så bredare skovlarna 21.

Såsom framgår av figur 1 omges pumphjulet av en snäcka 43 som övergår i det radiella utloppet 5.

Vid den i figur 1 visade utföringsformen av rotororgan- och pump- hjulenheten användes fyra stycken raka rotorblad 24 och åtta stycken främre och bakre skovlar 20, 21, medan utföringsformen av denna enhet enligt figur 2-4 har tre rotorblad 24 och sex stycken främre och bakre skovlar 20, 21, varvid de sistnämnda rotorbladen 467 466 10 15 20 25 30 sträcker sig i en skruvlinje utefter centrumaxeln 25 för att under rotation generera en cylindrisk yta 44. De tre bakre skovlar 21 som är belägna mittför rotorbladen har lämpligen en radiell ut- sträckning fram till navet 18, såsom framgår av figur 4, så att dessa skovlar slungar ut fibrer som kan följa med den utsugna ga- sen, medan de tre övriga bakre skovlarna 21 är med sina inre ändar belägna på ett litet avstånd från navet 18.

Vid de i figurerna 1 och 2 visade utföringsformerna är flänsens 34 och ringens 35 mot varandra vända ytor avfasade så att spalten 36 utmynnar i det bakre skovelutrymmet 23 på radiellt större avstånd från centrumaxeln 25 än på den sida som är belägen vid de främre skovlarna. Därigenom ökar den effektiva genomströmningsarean hos den så i huvudsak koniska spalten samtidigt som suspensionen sty- res av de sneda ytorna snett utåt-framåt på ett för strömningsför- loppet gynnsamt sätt.

Enligt en alternativ utföringsform (ej visad) kompletteras pump- hjulet med en i huvudsak radiell skiva eller platta, som är fast förbunden med navet och även med de bakre skovlarna 21 så att det bakre skovelutrymmet 23 blir tillslutet på sin mot det inre vägg- elementet 6 vända sida. Skivan förses därvid på i och för sig känt sätt med små öppningar i närheten av navet för att släppa igenom gas till öppningarna 14 och 15 eventuellt via ett radiellt och axiellt utrymme mellan plattan och det inre väggelementet 6, vil- ket utrymme likaså på i och för sig känt sätt kan innehålla vid plattans baksida fästa skovlar som är anordnade att slunga ut de fibrer som kan följa med gasströmmen, vilket utrymme således står i förbindelse med utloppet 5.

Försök har utförts med en känd apparat A av det slag som beskri- vits i inledningen, en första apparat B enligt uppfinningen med en mindre bredd hos de bakre skovlarna 21 än hos de främre skovlarna 20 samt en andra apparat C enligt uppfinningen men med en väsent- ligt större bredd hos de bakre skovlarna 21 än hos de främre, var- 10 15 20 467 466 vid den totaïa bredden av en främre skove1 och en bakre skove1 var densamma hos de tre apparaterna, vi1ka dessutom hade samma ytter- diameter på pumphjuïen. Varvtaiet var omkring 2950 rpm för a11a tre apparaterna. Den pumpade massan hade en koncentration av 12% och dess temperatur var 50°C. Fiödet varierades och uppmättes på trycksidan. Tryckhöjden, verkningsgraden och effekten beräknades och avsattes som funktion av fiödet. De erhå11na resuïtaten fram- går av diagrammen i figurerna 5, 6 och 7, där de tre kurvorna A, B och C står mot beteckningen för de använda apparaterna enligt ovan. Av figur 5 framgår att vid t.ex. ett fiöde av 50 1/s gav apparat B en ökad tryckhöjd av drygt 7% och apparat C en ökad tryckhöjd av 28% i jämföreise med apparat A. Energiförbrukningen var endast 3% respektive 6% högre såsom framgår av diagrammet en- 1igt figur 7. Detta betyder en bättre verkningsgrad, vi1ket också bekräftas av diagrammet eniigt figur 6, dvs vid det vaïda flödet 50 1/s biev verkningsgraden 46%, 52% respektive 57% e11er nära 13% högre verkningsgrad för apparat B och nära 24% högre verkningsgrad för apparat C i jämföreise med apparat A. Skiïïnaderna är ännu större vid större f1öden, t.ex. 70 1/s. Resuïtaten är synnerïigen överraskande.

Claims (15)

467 lO 15 20 25 30 35 466 10 P A T E N T K R A V

1. l. Apparat för fluidisering, gasavskiljning och f! pumpning av en suspension av fiberhaltigt cellulosamate- rial, omfattande ett hus (1), ett fluidiserande rotoror- gan (11) och ett med rotororganet (ll) axiellt inriktat pumphjul (10) av radialhjulstyp, vilket hus innefattar en cylindrisk del (2) för rotororganet (ll), en i förhållan- de till den cylindriska delen (2) radiellt utvidgad del (3) för pumphjulet (10), ett husets (l) ena ände tillslu- tande väggorgan (6, 7) samt en axel (8) som sträcker sig genom väggorganet (6, 7) och är fast förbunden med åtminstone pumphjulet (10), varjämte huset (1) har ett .axiellt inlopp (4) för suspension vid den cylindriska delen (2), ett radiellt utlopp (5) för suspension vid den radiellt utvidgade delen (3) och ett avgasningssystem (14, 15, 16, 17) för avlägsnande av gas som ansamlas framför pumphjulet (10) och innefattande öppningsorgan i pumphjulet (10) och väggorganet (6, 7), vilket pumphjul har ett nav (18), en navet (18) omslutande skiljevägg (19) och ett flertal mot husets inlopp (4) vända främre skovlar (20) och ett flertal från husets inlopp (4) vända bakre skovlar (21), vilka skovlar (20, 21) är fast för- bundna med skiljeväggen (19), k ä n n e t e c k n a d a v att pumphjulet (10) är försett med ett koncentriskt runtomgàende inlopp (36) anordnat att medge kontinuerlig tillförsel av suspension till ett bakre skovelutrymme (23) för de bakre skovlarna (21), och att de bakre skovlarna (21) inom området för det periferiska partiet (35) av nämnda skiljevägg (19) har en axiell utsträckning som är större än den för de främre skovlarna (20), varvid ~ de bakre skovlarna (21) är anordnade att utöva en pump- verkan på åtminstone en del av den till apparaten till- ~ förda suspensionen.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att skiljeväggen består av en inre koncentrisk fläns 10 15 20 25 30 467 466 ll (34) och av det nämnda periferiska partiet i form av en yttre koncentrisk ring (35) som är belägen på avstånd från flänsen (34) för att däremellan bilda nämnda inlopp i form av en ringformig spalt (36).

3. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att de bakre skovlarnas (21) axiella utsträckning är omkring 1,3-3,5 gånger större än de främre skovlarnas (20) axiella utsträckning.

4. Apparat enligt något av kraven 2-3, k ä n n e - t e c k n a d a v att den yttre ringen (35) är förskju- ten i riktning från husets (1) ena ände tillslutande väggorgan (6, 7) i förhållande till flänsens (34) perife- riska kant som är belägen närmast väggorganet (6, 7).

5. Apparat enligt något av kraven 2-4, k ä n n e - t e c k n a d a v att de främre och bakre skovlarna (20, 21) är anordnade parvis mitt för varandra och att skovlarna i varje par är förenade med varandra genom ett övergàngsparti (37) i spalten (36), vilka övergångspar- tier (37) bildar de enda avbrotten i spaltens (36) omkretsled.

6. Apparat enligt något av kraven 2-5, k ä n n e - t e c k n a d a v att de mot varandra vända ytorna hos ringen (35) och flänsen (34) är avfasade snett inifrån och ut sett i suspensionens strömningsriktning så att spalten (36) uppvisar en i huvudsak konisk form.

7. Apparat enligt något av kraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a d a v att de bakre skovlarnas (21) yttre kant (39) är belägen på större radiellt avstånd från centrumaxeln (25) än de främre skovlarnas (20) yttre kant (40). 467 10 15 20 25 30 Å 66 12

8. Apparat enligt något av kraven 1-7, k ä n n e - t e c k n a d a v att inloppet respektive spalten (36) är belägen på förutbestämt radiellt avstånd från centrum- axeln (25) så att inloppet respektive spalten ligger inom området för den från rotororganet (11) inströmmande suspensionen och helt utanför en central gasblåsa (33) eller med ett radiellt inre område (38) inom den yttre delen av gasblåsan (33), som bildas av i suspensionen ingående gas, vilket inre område (38) bildar nämnda öppningsorgan i pumphjulet.

9. Apparat enligt något av kraven 1-8, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda öppningsorgan hos pumphju- _ let bildas av ett flertal mindre hål, slitsar eller liknande i flänsen (34) anordnade inom läget för en central gasblåsa (33), som bildas av i suspensionen ingående gas.

10. Apparat enligt något av kraven 1-9, k ä n n e - t e c k n a d a v att pumphjulet (10) innefattar en i huvudsak radiell skiva, som är fast förbunden med de bakre skovlarna (21) så att det bakre skovelutrymmet (23) blir tillslutet på sin mot väggorganet (6, 7) vända sida, vilken skiva har små öppningar i närheten av navet (18) för gas och är företrädesvis anordnad på ett axiellt avstånd från väggorganet (6, 7) för att bilda ett utrymme för skovlar som är anordnade på skivans baksida.

11. ll. Apparat enligt något av kraven l-10, k ä n n e - t e c k n a d a v att rotororganet (ll) har ett ändpar- ti (3l) som är beläget utanför huset (1), varvid appara- ten är anordnad att anbringas i en öppning i en behållare (30), som innehåller suspension som skall pumpas, så att rotororganets yttre från pumphjulet vända ände (32) är belägen i behållaren på ett avstånd av omkring 30-150 mm från behållarens (30) insida. 4t| få 10 15 467 466 13

12. Apparat enligt något av kraven l-ll, k ä n n e - t e c k n a d a v att rotororganet (ll) innefattar ett flertal blad (24), som är fast förbundna med pumphjulet (10) och som sträcker sig konoentriskt längsmed husets centrumaxel (25) på avstånd från denna och från den cylindriska insidan av den cylindriska delen (2) så att det i förhållande till bladen (24) bildas ett fritt inre utrymme (26) och ett fritt yttre ringformigt utrymme (27).

13. Apparat enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d a v att bladen (24) sträcker sig skruvlinjeformigt utefter centrumaxeln (25).

14. Apparat enligt något av kraven 1-13, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda avgasningssystem innefat- tar en i förhållande till huset (1) utvändigt eller invändigt anordnad vakuumpump.

15. Användning av en apparat enligt något av kraven 1-14 för pumpning av en fibersuspension av medelkoncentra- tion.