SE469782C - Lagersystem i en raffineringsapparat för framställning av massa - Google Patents

Description

469 782 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 vätskefriktionen eller de hydrauliska bromskrafter som verkar på skivorna, så att man får ytterligare axiella belastningsvariationer 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 tryckkrafter ökar kraftigt med ökande diameter på _ skivorna.

På grund av det ökande behovet av raffinerings- system 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 alltmer uttalat problem. g 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 som motsvarar ca 2800 g som accelererar malgodset genom malspalten. Denna centrifugalkraft kan påföra axeln en axialbelastning på över 100 ton, som måste tas upp av lagerkonstruktionen. Sådana onormalt höga axialbelastningar måste med nuvarande utföranden fördelas på ett komplicerat lagersystem, som erfordrar ett flertal lager och servomotorer med åtföljande ökade dimensioner och framställningskostnader för apparaten.

Ett exempel på en lagerkonstruktion av ovannämnda slag framgår av US patent 3 717 308. Detta patent visar ett lagersystem med kombinerade axial- och radiallager, vilka 469 782 uppbär rotationsaxeln. Varje lager är kopplat till en servomotor för att uppta de axiella tryckkrafter, som verkar på rotationsaxeln. Andra exempel på lagerkonstruktioner, som hittills 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 ovanstående patent år det faktum att hydraulkolvarna i servomotorerna för trycklagren är icke-roterande.

US patent 4 801 099 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 innefattar en eller flera cylinderkolvar monterade på den roterbara axeln för att rotera tillsammans med denna i en tryckkammare, som är utformad i ett stationärt cylindriskt hus, där kolven eller kolvarna kan förskjutas 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 pàfden förskjutbara roterbara axeln och för att upprätthålla en förutbestämd storlek på malspalten. _ Detta system är dock för sin funktion beroende av ett flertal tätningsanordningar, dels vid den roterande axelns ingångar i det stationära cylindriska tryckhuset och mellan den roterande kolvens periferi och cylinderhuset.

Dessa periferitätningar är utsatta för den roterande axelns vibrationer som orsakas av malelementens obalans och/eller malgodsets 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- tionsutslagen. Detta medför att stora mängder av till kolv- huset tillfört tryckmedium förloras som läckage genom de radiella tätningsspalterna, och som vid erforderliga, rela- 469 782 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 utbalansering 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 nämnvärt av den roterande axelns radiellai vibrationer, som förorsakas av rotationsobalans etc och kan därmed arbeta med minimala tätningsspalter utan risk för haveri. Detta resulterar i avsevärt mindre läckage av tillfört tryckmedium. f Uppfinningens kännetecken framgàr 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 hydrau- liska axial-lagersystem, enligt uppfinningen, i kombination med konventionella radiallager, som förskjutbart uppbär rotationsaxeln.

Den i figurerna visade utföringsformen innefattarl ett stativ 10 i vilket en axiellt förskjutbar axel 26 är lagrad i två lagerelement 34 och 36. Dessa lagerelement kan utgöras av glidlager, rullager, axiellt förskjutbara radial- rullager 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 stationär skiva 22 mellan sig definierar en malspalt.

Båda skivorna är försedda med konventionella malsegment 23.

Malskivorna är inneslutna i ett malhus 20, i vilket den stationära skivan 22 är monterad med skruvförband 25.

Råmaterialet matas genom en öppning ll medelst en konven- tionell matarskruv 12 och införes i malspalten genom en central öppning i den stationära skivan 22. Lagerelementen 34, 36 uppbärs av ett lagerhus 32, som mellan de två lager- elementen är utformat med ett lämpligen cylindriskt utrymme 469 782 31 samt med två axiella mot varandra riktade stationära hållare 29, 33. I dessa hållare är yttre ringcylindrar 200, 210 och inre ringcylindrar 202, 212 anordnade. Ringcylind- rarna är axiellt förskjutbara i en yttre respektive en inre kammare 40, 41 resp 42, 43 i hállarna 29, 33. Ringcylindrarna är tätande inpassade i motsvarande kammare och lämpligen ej roterbara. Mellan hállarna 29, 33 är en roterbar kolv 30 anordnad. Denna kolv är lämpligen cylindrisk och fästad på axeln 26 för rotation tillsammans med denna. Ringcylindrarna anligger mot den roterbara kolvens ändytor så att tätnings- spalter 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 ringcylíndern 200, 202 resp 210, 212 definieras ett hàlrum 213, 214 som på ena sidan avgränsas av en hållare 29, 33 och på den andra sidan av den roterbara kolven 30. Kanaler 246, 248 är anordnade för tillförsel av ett hydrauliskt tryckmedium till hàlrummen 213, 214. Vidare är yttre respektive inre kanaler 70, 72 resp 74, 76 anordnade för tillförsel av hydrauliskt tryck- medium till de yttre respektive inre kamrarna 40, 41 resp 42, 43. Trycket i dessa kammare är avpassat så att ring- cylindrarnas anpressning mot den roterbara kolven 30 balan- serer den hydrauliska tryckprofilen i tätningsspalterna 211.

Utrymmet 31 utanför kolven 30 är lämpligen atmosfäriskt.

Den roterbara kolvens 30 axiella läge kontrolleras och inställs genom axiell förskjutning av de båda icke roterbara, men axiellt förskjutbara ringcylindrarna 200, 210. Ringcylindrarnas 200, 202 respektive 210, 212 förskjut- ning och den kraft, med vilken det i hàlrummen 213, 214 upprätthållna hydrauliska trycket verkar på den roterande kolven 30, bestäms med hjälp av ett avkännarorgan 220 som avkänner axelns axiella position. Via en àterföringsmekanism som kan innehålla en elektrisk länk 231 och en stegmotor 230 för ändring av börvärdet, påverkas en hydraulisk styrventil 240. Denna styrventil erhåller tillförsel av det hydrauliska tryckmediet från en med pump 241 försedd oljebehållare 243.

Styrventilen 240 fördelar och kontrollerar det hydrauliska 469 782 mediets tryck via kanaler 242, 244, 246, 248 till respektive hàlrum 213, 214 så att inställt axiellt läge pá den rote- rande axeln upprätthàlles konstant oberoende av växlande axiella axelbelastningar. Dessa belastningsvariationer härrör från maldonet 24 och i malhuset 20 upprätthållet eller varierande under- eller överatmosfäriskt tryck.

Trycket i de yttre respektive inre kamrarna 40, 41 resp 42, 43 hålls lämpligen på samma nivå och relateras till trycket i hàlrummen 213, 214 på lämpligt sätt. Därigenom kan ringcylindrarnas 200, 210 resp 202, 212 anpressningstryck mot den roterbara kolven 30 inställas så att tätningsspal- ternas 211 storlek ökas eller minskas med motsvarande variation i spaltläckaget. Ett normalt läckage vid en enligt uppfinningen utförd malapparat ligger under 5 1/min jämfört med tidigare hydrauliska kolv- eller blocklager, vilka normalt kräver 50-200 l/min för motsvarande användnings- område. Föreliggande uppfinning eliminerar således dessa nackdelar med dyrbar pump- och kontrollutrustning samt sparar pumpenergi motsvarande det minskade behovet av hydraulmedium. P Relationen mellan trycken i hàlrum respektive kamrar är sådan att om trycket i hàlrummen 213, 314 är P så är trycket i de yttre respektive inre kamrarna 40, 41-resp 42, 43 a-P, där a är ett tal som ligger i intervallet 1,0-0,5. Trycket a-P kan exempelvis åstadkommas på känt sätt medelst hydraulventiler. Värdet pá a kan vara förutbestämt konstant eller styras av P pà så sätt att a stegvis minskas med ökande P, exempelvis med början på a=1,0. Det är även möjligt att låta a bero av olika processparametrar såsom varvtal, temperatur etc. Exempelvis kan a med fördel styras av flödet i kanal 242, 246 resp 244, 248 pà ett sådant sätt att om flödet ökar i kanal 242, 246 så ökar a och därmed trycket i kanalerna 70 och 74 så att oljeflödet återigen minskar till önskad nivå.

Vidare kan en eller flera av ringcylindrarna 2Ö0, 202, 210, 212 förses med en eller flera passager 215 som sträcker sig från hàlrummet 213, 214 till tätningsspalten 211 mellan ringcylindern och den roterbara kolven 30. 469 782 Passagen mynnar företrädesvis i ett runtomgående 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 flödesmotstànd eller strypning, exvis i form av en skarp krök. Genom detta arran- gemang kan ett lämpligt tryckfall erhållas vid drift varvid tätningsspaltens 211 storlek kan bestämmas och säkerställas så att metallisk kontakt mellan tätningsytorna förhindras.

De tátningsytor 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 hållare och tillhörande ringcylindrar på båda sidor om den roterbara kolven 30. Det är dock möjligt att anordna ringcylindrar på enbart den ena sidan, nämligen den sida av den roterbara kolven som är vänd från till- hörande malskiva. “ Vidare är olika kombinationer av lagersystemet enligt uppfinningen med olika slags radiallager tänkbara. I, stället för att placera ett radiallager på vardera sidan av lagerhuset 32 kan två radiallager placeras utanför eller innanför lagerhuset i axiell riktning räknat. I stället för konventionella radiallager kan andra typer av lager användas) exempelvis glidlager, kombinerade axial-radiallager etc.' Uppfinningen är inte begränsad till ovan angivna utföringsformer utan kan varieras inom ramen för uppfin- ningstanken.

Claims (10)

469 782 3 Patentkrav

1. Lagersystem i en raffineringsapparat för framställning av massa, där råmaterialet raffineras i en malspalt mellan åtminstone 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 hus (32) innefattar åtminstone en roterbar kolv (30) med två motsatta ändytor, 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 av att en stationär hållare (29,33) är anordnad i huset (32) på åtminstone ena sidan av den roterbara kolven (30), att en yttre och en inre ringcylinder (200,2l0 respektive 202,2l2) är anordnade axiellt förskjutbara i en yttre respektive en inre kammare (40,4l respektive 42,43) i hållaren (29,33), varvid ringcylindrarna är anordnade att anpressas mot kolvens (30) ena ändyta så att tätningsspalter (211) bildas däremellan, att ett hålrum (2l3,2l4) avgränsas mellan ringcylindrarna (200,2l0 respektive 202,2l2), kolven (30) och hàllaren (29,33) samt att en pump (241) är anordnad att via en styrventil (240) och kanaler (246,248 respektive 70,72 och 74,76) tillföra ett hydrauliskt tryckmedium till hålrummet (2l3,2l4) respektive den yttre och den inre kammaren (40,4l och 42,43) för bestämning av kolvens axiella läge.

2. Lagersystem enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att den yttre och den inre ringcylindern (200,2l0 respektive 202,2l2) är anordnade att anpressas med samma tryck mot kolven (30).

3. Lagersystem enligt kravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att trycket i den yttre och inre kammaren (40,41 respektive 42,43) motsvarar trycket i hålrummet 2l3,2l4) multiplicerat med en faktor a, där a är ett tal i in- tervallet 1,0-0,5.

4. Lagersystem enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att a är en förutbestämd konstant. ”i 469 782

5. Lagersystem enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att faktorn a är anordnad att minska stegvis med ökande tryck i hålrummet (2l3,2l4).

6. Lagersystem enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att faktorn a beror av olika processparametrar såsom varv- tal, temperatur etc.

7. Lagersystem enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a t av att faktorn u beror av flödet i kanalen (246, 248) för tillförsel av hydrauliskt tryckmedium till hålrummet (213,2l4).

8. Lagerssystem enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att en hållare (29,33) är anordnad på vardera sidan av den roterbara kolven (30).

9. Lagersystem enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att ringcylindrarna (200,21O respektive 202,212) är försedda med en passage (215) som sträcker sig från hàlrummet (2l3,2l4) till motsvarande tät- ningsspalt (211).

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