FI85751B - Foerfarande och anordning foer pumpning av tjockt medium. - Google Patents

Description

85751

Menetelmä ja laite sakean väliaineen pumppaamiseksi Förfarande och anordning för pumpning av tjockt medium 5

Esillä olevan keksinnön kohteena on parannettu menetelmä ja laite virtausominaisuuksiltaan jähmeiden ja ilmaa sisältävien väliaineiden; nesteiden tai erilaisten suspensioiden pumppaukseen. Erityisen hyvin keksinnön mukainen 10 menetelmä ja laite soveltuvat paperi- ja selluloosateolli-suuden keskisakeiden (8 - 20 %) ja korkeasakeuksisten (yli 20 %) kuitususpensioiden pumppaukseen. Menetelmäkeksintö kohdistuu erityisesti keinoihin väliaineessa olevan ja siihen imeytyvän ilman ja/tai kaasujen mukanaan tuomien 15 haittapuolien eliminoimiseksi. Erityisesti laitekeksintö kohdistuu keskipakopumpussa käytettävän juoksupyörän rakenteeseen.

Ennalta tunnetaan suuri joukko keskipakopumppuja, joita on 20 käytetty ja edelleenkin käytetään puunjalostusteollisuudessa kuitususpensioiden pumppaukseen. Suurimpana ryhmänä tulevat perusrakenteeltaan tavanomaiset keskipakopumput, joihin on tehty joitakin epäolennaisia muutoksia, jotta niillä pystyttäisiin pumppaamaan massaa. Tällaisista muutoksista .·.·. 25 mainittakoon ns. inducerien asentaminen varsinaisen juoksu- ,···. pyörän eteen helpottamaan massan virtausta itse pumpun juoksupyörälle. Lukuisista yrityksistä ja pienistä raken- ; . teellisistä muutoksista huolimatta ei kuvatun tyyppisillä • · · ** / pumpuilla kyetä pumppaamaan juurikaan yli 6 -8 %:n massaa.

• · · 30 Syynä tähän on sekä massan ilmapitoisuuden kasvu sakeuden :.·.* kasvaessa, jolloin juoksupyörän keskiöön kerääntynyt ilma- tai kaasukupla estää massan pääsyn juoksupyörälle, että ·:**: sakean massan heikot virtausominaisuudet pumpun imukanavas- sa tai massaa sisältävästä tilasta pumpun imukanavaan.

35 • · · * · . Seuraavana vaiheena 1970-luvun lopulla tuli markkinoille niin sanottu MC™ - pumppu (MC = medium consistency), jolle • · pumpulle on ominaista, että pumpun imuaukkoon on järjestetty • * • · * • * · • · f 2 85751 tavallisimmin imukanavan läpi jonkin verran massasäiliön, pudotusputken tai vastaavan sisälle ulottuva roottori, jolla kuitususpension kuitujen väliset sidokset löyhennetään syöttämällä massaan energiaa leikkausvoimakentän muodossa, 5 jolloin massa helpommin virtaa pumpun juoksupyörälle.

Näillä pumpuilla oli tavoitteena saavuttaa pumpattavuus sakeudeltaan 8-15 %:n massoille. Pääasiallisena ongelmana koettiin olevan mainitun sakeuden omaavan massan heikot virtausominaisuudet pumpun imukanavassa, joten keksintö 10 silloin kohdistui siihen, kuinka saada massa virtaamaan pumpun imukanavassa juoksupyörälle. Erilaisia suoritusmuotoja tällaisesta pumpusta esitellään mm. US patenttijulkaisuissa 4.410.337, 4.435.193 ja 4.637.779. Kaikille mainituille ratkaisuille on ominaista, että ne sekä flui-15 disoivat pumpattavaa massaa että poistavat siitä sekä pumppauksen että massan jatkokäsittelyn kannalta haitallista kaasua, tavallisimmin ilmaa. Fluidisointi suoritetaan pumpun suhteellisen pitkän imukanavan sisällä olevan roottorin siivillä, jotka olennaisesti sijaitsevat radiaa-20 lisuuntaisessa tasossa ja pääasiassa aksiaalisuuntaisesti, vaikkakin joissakin ratkaisuissa on käytetty myös jonkin verran kierrettyjä roottorin siipiä. Kaasun erottuminen tapahtuu kaikissa esitetyissä pumppuratkaisuissa keskipakovoiman ansiosta roottorin onttoon keskiöön juoksupyörän 25 edessä, mistä kaasu edelleen poistetaan juoksupyörän ···. takalevyssä olevien aukkojen läpi tavallisimmin alipainepum- III pun aiheuttaman imun avulla.

; / Tekniikan tason mukaisten MC-pumppujen rakenteellisista • · ·1·’ 30 yksityiskohdista mainittakoon sen verran, että kaikissa « · .1.1 mainituissa julkaisuissa roottori ulottuu jonkin verran massaa sisältävään tilaan saakka. Tarkimmin asia on ilmaistu tuoreimmassa julkaisussa US 4.637.779, jossa roottorin sanotaan ulottuvan säiliöön noin 3" :a eli noin 75 mm:ä.

‘ . 35 Tämä mitta todellakin pitää paikkansa maksimaalisena . ulottuvuutena, sillä valmistusohjelmassa on pääasiassa pumppuja, joissa roottori ei ulotu noinkaan syvälle imusäi- • · - liöön. Maksimaalisen ulottuvuuden voidaan sanoa olevan » « • · li · 3 85751 noin 0.5 * inmkanavan halkaisija, joka suhdeluku todellisuudessa pienenee inmkanavan halkaisijan kasvaessa. Käytännössä pienimmän MC- pumpun imukanavan halkaisija on noin 150 mm, jolloin mainittu suhde toteutuu. Imukanavan halkaisijan 5 tästä kasvaessa ei roottorin todellinen ulottuvuus massasäi-liöön juurikaan enää kasva.

Nyt, kun mainituista MC- pumpuista on saatu runsaasti käytännön kokemuksia, on havaittu, että sinänsä mainiosti 10 toimivia noin 15 %:n sakeusalueelle parhaimmillaan yltäviä pumppuja voidaan edelleen kehittää. Alunperinhän MC-pumppuja kehitettäessä lähdettiin siitä olettamuksesta, että suurin este sakean massan pumppaukselle on imukanavan seinämän ja massan välinen kitka, joka pyrittiin poistamaan 15 fluidisoimalla massa imukanavassa. Toisena ongelmana pidettiin massan purkamista imusäiliöstä tai pudotusputkesta imukanavaan, koska sakea massa pyrkii vähitellen täyttämään terävien särmien ympäröimät aukot ts. myös imuaukon. Tällöin päädyttiin ulottamaan fluidisoiva roottori jonkin verran 20 kyseisen säiliön sisäpuolelle tarkoituksella, että roottori repisi mahdollisesti imukanavan aukon reunoihin tarttuneet kuidut ja kuituflokit irti ja estäisi imuaukon tukkeutumisen. Edelleen pitäydyttiin kuitenkin kiinni vanhoissa keskipakopumpun suunnittelijalle itsestään selvissä säännök-·*·': 25 sissä siitä, että pumpattavan materiaalin virtauksen on pumpulle tullessaan oltava mahdollisimman laminaarinen, jotta ei tulisi virtaushäviöitä. Tämänsuuntaisia viitteitä .·. : löytyy vieläkin mm. jo edellä mainitusta US patenttijul- I.’ kaisusta 4.637.779, jossa palstalla 2 riveillä 24 - 30 I 30 todetaan tekniikan tason mukaisen laitteen synnyttävän * * pumpun imuaukon eteen ja ympärille "munkkirinkilämäisen" pyörteisen ts. ainakin osittain fluidisoidun alueen, joka ' ‘ todellakin sijoittuu juuri pumpun imuaukon reunojen lähei- • * · * · * *.* · syyteen. Mainitussa US julkaisussa kyseisen ilmiön on ....: 35 päätelty haittaavan pumppausta uskoen vanhoihin pumppusuun- nittelun sääntöihin ja niinpä MC- pumpun roottorin massasäi- • liön tai vastaavan sisälle ulottuvat siipien päät on ‘. *: taivutettu antamaan massalle pumpun imuaukkoon päin suuntau- • · 4 85751 tuva voimakomponentti. Julkaisussa perustellaan kyseisen ratkaisun käyttöä sillä, että näin saadaan sisäänpäin virtaavalle massalle painetta, joka auttaa kaasun poistamisessa pumpun juoksupyörän edestä.

5

Hyvällä syyllä kuitenkin voidaan epäillä laitteen toimivuutta ja edellä mainittujen päätelmien oikeaan osuvuutta ainakin julkaisussa mainitun 6-20 %:n sakeusalueen yläpäässä, koska kyseisen tyyppisiä pumppuja ei esimerkiksi 10 ole markkinoille ilmaantunut. Paremminkin voidaan väittää, että mainitun US patentin ratkaisussa roottorin siivenkärki-en eteen muodostuu helposti korkeilla massan sakeuksilla ontto massaholvi, koska pyritään erityisesti estämään massan kiertäminen säiliössä eli toisin sanoen vedetään 15 massa "mahdollisimman huomaamattomasti" suoraan säiliöstä pumppuun. Kyseinen ongelma tulee kuitenkin vastaan vasta sakeudeltaan 10 - 15 %:n massoilla riippuen hieman massan fysikaalisista ja kemikaalisista ominaisuuksista.

20 Siten päädytään jo aikaisemminkin keskisakeita massoja MC- pumpuilla pumpattaessa havaittuun ongelmaan, että, vaikka pumppu ja sen roottori pystyisivätkin käsittelemään massaa imukanavassa ja siitä eteenpäin riittävällä tehokkuudella, koetaan tarpeeksi suurilla sakeuksilla ongelmaksi 25 massan saaminen massasäiliöstä tai vastaavasta tilasta imukanavaan. Syynä tähän ongelmaan on sekä massan holvautu- ♦ · · ·;*. minen massatilassa ts. tyhjän holvimaisen tilan muodostumi- ·. * nen pumpun imuaukon eteen että massan ja ko. tilan seinämien I .' välinen kitka, joka hidastaa massan virtausta alaspäin.

: I 30 • * Niinpä suoritetuissa kokeissa onkin huomattu, että erityisen tehokas keino massan holvautumisen estämiseksi ja massan ‘ * ja massatilan seinämän välisen kitkan pienentämiseksi on .: : pyrkiä kierrättämään massaa säiliössä. Tällaisen kiertoliik- ...: 35 keen voidaan ajatella synnyttävän sen verran turbulenssia massatilan seinämän lähellä olevaan massakerrokseen, että • siihen syntyy pieniä massaflokkeja suurten massakappaleiden « · rikkoutuessa, jotka pienemmät f lokit toimivat ikäänkuin • · • · · 5 -85751 laakerikuulina massan ja seinämän välillä, jolloin kitka massan ja seinämän välillä pienenee ja massa virtaa nopeammin ja helpommin alaspäin.

5 Suoritettaessa pumppauskokeita tekniikan tason mukaisella MC-pumpulla tehdasolosuhteita simuloiden on huomattu, että kaasua kulkeutuu massatilassa olevan paakkuisen massan läpi pumpun imuaukkoon, jossa kuten jo edellä todettiin on "munkkirinkilämäinen" fluidisoitu rengas pitkin imuaukon 10 reunoja ja tavallaan avoin keskiosa, jolloin pumpun ja kaasunpoistojärjestelmän imu pääsee kohdistumaan suoraan paakkuiseen massaan ja sitä kautta jopa massatilan yläosassa olevaan ilmatilaan saakka. Tällöin kaasua kulkeutuu sekä massapaakkujen välisistä tiloista että hyvin sakean massan 15 ollessa kyseessä myös massatilan yläosasta, ilmatilasta, pumppuun.

Se, että kyseistä ilmiötä ei ole aikaisemmin huomattu johtuu osittain siitä, että koeolosuhteissa on tyydytty 20 pumppaamaan toisaalta vähän ilmaa ja toisaalta vain pieniä flokkeja sisältävää massaa aina noin 15 %:n sakeuteen saakka, jolloin massaflokkien väliset ilmatilat ovat pienet, eivätkä johda massatilan pintaan saakka. Kyseinen ongelma tulee esille vasta siinä vaiheessa, kun massassa olevan • · * 25 vapaan veden (ei kuituihin tarttuneen veden) määrä laskee niin pieneksi, että se ei ehdi suotautua massasäiliön tai vastaavan pohjaosaan muodostamaan sinne veden ja massapaak-: kujen kerrosta. Mainitun ongelman esiintymiselle ei voida antaa mitään yksiselitteistä sakeusrajaa tai vastaavaa, ! 30 koska hyvin monet tekijät vaikuttavat asiaan. Mm. itse *‘ massan sakeus, massan kuitujen pituus, nopeus, millä massa valuu alaspäin säiliössä jne. Kuitenkin ongelma tulee vastaan jonkin verran yli 10 %:n sakeuksilla.

• 1 « ·;··; 35 Suoritettaessa tehdasolosuhteita simuloivia kokeita keksin- non mukaisella pumpulla on huomattu, että, kun pumpun / > roottoria on jatkettu riittävän kauas imusäiliöön ja etenkin '· ” silloin, kun on järjestetty roottorin päähän mm. US paten- • · · 6 85751 tissa 4.637.779 moitittua kiertävää virtausta voimistavat siivekkeet, on pumpun väliaineesta poistaman kaasun määrä olennaisesti vähentynyt.

5 Edellä esitettyjen tekniikan tason MC- pumppujen haittapuolien poistamiseksi on kehitetty uudentyyppinen keskipakopumpun roottoriratkaisu, joka fluidisoi massan kuten aikaisempikin MC- pumppu, mutta ulottaa fluidisointikentän syvälle imusäiliöön, ja jonka eräälle suoritusmuodolle on edelleen 10 ominaista, että se jättää pumpun imuaukon virtauspoikkipin-nan mahdollisimman avoimeksi antaen näin massalle mahdollisuuden virrata myös aivan imuaukon keskiosasta kohti juoksupyörää, jolloin kyseinen virtauspinta-ala tulee maksimaalisesti hyödynnetyksi.

15

Mainitun toiminnan aikaansaamiseksi on keksinnön mukaisen roottorin erääseen edulliseen suoritusmuotoon järjestetty erityiset massaa radiaalisesti ulospäin heittävät lavat tai siivekkeet, jotka ollessaan riittävän kaukana imukanavan 20 alkuosasta eivät olennaisesti vähennä imukanavaan virtaavan massan määrää, vaan ainoastaan varmistavat, että roottorin fluidisoitavaksi tulee koko ajan tasaisesti riittävä määrä massaa.

'·*: 25 Keksinnön mukainen syvälle imusäiliöön ulottuva roottori '**. mahdollisine apusiivekkeineen kohdistaa säiliössä olevaan m · massaan niin voimakkaan ja laajalle ulottuvan leikkausvoima- ·. : kentän, että säiliössä oleva massa tulee fluidisoiduksi • · I .* koko roottorin kärkeä ja imuaukkoa ympäröivältä osaltaan, * « ;! 30 jolloin pumpun ja myös kaasunpoistojärjestelmän imu kohdis- • · **·’ tuu pelkästään fluidisoituun massaan eikä massapaakkujen välisten ilmaonkaloiden kautta massasäiliön yläosassa * * olevaan ilmatilaan saakka. Fluidisoidun vyöhykkeen muodosta • · · .·: voitaisiin käyttää vaikkapa ilmausta omenamainen, jolloin ....: 35 pumpun imuaukkoa ympäröi kokonaan kaasulta suljettu laaja ____: fluidisoitu massavyöhyke.

7 «5751

Keksinnön mukaisen menetelmän toiminta siis perustuu siihen, että riittävän pitkälle imusäiliöön ulottuvalla roottorilla kierrätetään massavirtausta säiliössä imuaukon ympärillä niin, että siihen muodostuu suuri käytännössä veden tavoin 5 käyttäytyvä massavyöhyke, joka estää ulkopuolisen kuituihin sitoutumattoman kaasun pääsyn pumpun imukanavaan. Kiertävä massavirtaus rikkoo massapaakut, jolloin paakkujen välissä oleva kaasu purkautuu kevyempänä ylöspäin ja poistuu säiliön yläosaan. Siten ainoa kaasu, mikä joutuu pumpun sisälle on 10 kuituihin mikrokuplina tarttunut kaasu, joka erotetaan keskipakovoimaa hyväksi käyttäen pumpun imukanavassa juoksupyörän edessä.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus-15 merkillistä, että estetään kaasun virtaaminen massatilassa olevien massapaakkujen välisistä onteloista tai massatilan yläosasta massakokkareiden välisiä ontelolta pitkin pumpun imuaukkoon muodostamalla pumpun imuaukon eteen nestelukko, ts. esimerkiksi yhtäjaksoinen fluidisoitu massavyöhyke, 20 jolloin pumpun imu kohdistuu pelkästään mainittuun vyöhykkeeseen .

Esillä olevan keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusmerkillistä, että juoksupyörästä ulkonevan roottorin siipien 25 kärkien etäisyys massatilan sisäseinämässä olevasta imuau- • · .11; kosta on ainakin yhtä suuri kuin kyseisen imuaukon halkaisi- ja.

• · 1 ‘ / Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta I I 30 selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin • » • 1 kuvioihin, joista 1 kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaista MC-pumppua ja V : sillä aiheutettua fluidisoitua massavyöhykettä, ....: 35 kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen laitteen erään edullisen suoritusmuodon sekä erään lisälaitevaihtoehdon ja näillä synnytetyn fluidisoidun massavyöhyk- *. 1: keen, • · • · · • · · e 85751 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteen erään toisen edullisen suoritusmuodon, ja kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen erään kolmannen edullisen suoritusmuodon.

5

Kuviosta 1 nähdään, että tekniikan tason mukaisella MC-pumpulla 1 synnytetty fluidisoidun massan vyöhyke 2 ulottuu hyvin suppealle rengasmaiselle alueelle roottorin siipien 3 päiden ympärille. Tällöin ulompana massatilassa 4 tai 10 myös suoraan roottorin edessä on paakkuista massaa 5, jossa on ilma-/kaasutiloja 6, joista pumpun imu pääsee imemään kaasua 7 suoraan pumppuun, jonka juoksupyörän eteen tunnetulla tavalla syntyy kaasukupla 8. Selityksenä käytetylle ratkaisulle on se, että aikaisemmin ajateltiin 15 ongelmana olevan vain massan saaminen imukanavasta pumpulle, jolloin oli selvää energian tuhlausta ja aikaisempien keskipakopumppujen suunnitteluohjeiden vastaista jatkaa roottoria syvälle imusäiliöön fluidisoimaan massaa ilman mitään erityistä selitettävissä olevaa syytä. Ulottamalla 20 roottori hieman imuaukosta massasäiliön puolelle haluttiin varmistaa, että kuidut tai massaflokit eivät pääse kiinnittymään imuaukon reunoihin ja sulkemaan vähitellen sitä.

Kuviossa 2 esitetään keksinnön erään edullisen suoritusmuo-“·*: 25 don mukainen keskipakopumpun juoksupyörä 10, joka koostuu pääosiltaan takalevystä 11, siinä kiinteästi olevista *:*. pumppaavista siivistä 12 ja roottorista 13. Kuten kuviosta . : nähdään sijoittuu kyseinen juoksupyörä 10 keskipakopumpun pesään 14 siten, että roottori 13 ulottuu olennaisesti ! ! 30 pumpun imuaukon 15 ulkopuolelle massatilan 4 sisäpuolelle.

* * Suoritetuissa kokeissa on todettu, että roottorin tulee yltää ainakin imuaukon 15 halkaisijaa vastaavan mitan • » · ' verran massaa sisältävään tilaan 4 ennenkuin edellä kuvatut : edut keksinnöllä saavutetaan.

35 ! • ·

Eräänä edullisena mahdollisuutena järjestää roottori 13 . pidemmälle pumpattavaa materiaalia sisältävään tilaan on • · ·.**: pumpun imukanavan 15 lyhentäminen. Koostuuhan imukanava aina • · • · · i, 9 85751 tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa kahdesta osasta, nimittäin pumppuun elimellisesti kuuluvasta imuaukosta, jota tavanomaisesti ympäröi sylinterimäinen osa laippoineen, ns. imukaula, ja esimerkiksi massasäiliön seinämään liitet-5 tävästä imuputkesta 19, johon pumppu laipastaan kiinnitetään. On todettu mahdolliseksi poistaa pumpun imuaukkoa ympäröivä sylinterimäinen osa lähes kokonaan siten, että pumpun pesään 14 järjestetään kiinnitysreiät massasäiliön seinämään kiinnitettävälle imuputkelle 19. Tällöin myös 10 pumpun valmistus yksinkertaistuu, koska ei enää ole tarvetta tehdä pumpun pesästä ulkonevaa sylinterimäistä imukanavaa, joka päättyisi laippaan. Edelleen voidaan tarvittaessa myös massasäiliön seinämään kiinnitetty imuputki jättää joissakin sovellutuksissa pois, esimerkiksi silloin, kun 15 pumppu kiinnitetään massasäiliön tai pudotusputken pohjaan poistoaukko sivullepäin. Tällöin pumppu kiinnitetään suoraan pesästään massasäiliöön, jolloin yksi käytännössä tarpeeton välikappale on pystytty eliminoimaan.

20 Keksinnön mukaisen keskipakopumpun juoksupyörän roottori 13 koostuu puolestaan juoksupyörän takalevystä 11 pumpun imukanavaan ulkonevista siivistä 16, jotka edullisesti, mutta eivät välttämättä, ovat varsinaisten pumppaavien siipien 12 jatkeita esimerkiksi siten, että, jos juoksu- • · [ 25 pyörässä on yhteensä kuusi siipeä, niistä kolme jatkuu roottorin 13 siipinä 16 imukanavan 15 läpi massatilaan 4. Roottorin siivet 16 ovat edullisesti olennaisesti aksiaa-: lisuuntaiset ja lisäksi radiaalisissa tasoissa. Joissakin tapauksissa edellä esitetystä on kuitenkin syytä poiketa, 30 mikäli halutaan esimerkiksi hienoinen massaa juoksupyörälle syöttävä vaikutus, jolloin siivet poikkeutetaan aksiaa-lisuunnastaan halutussa määrin. Vastaavasti siivet voidaan poikkeuttaa myös radiaalisuunnastaan esimerkiksi silloin, '·' ’ kun halutaan siipien syöttävän massaa niiden sisäpuoliseen ·;·*: 35 tilaan. Kuvion mukaisesti roottorin siivet 16 on päistään syvällä massatilassa liitetty toisiinsa liitoselimellä .·. siten, että roottorin kärkiosa pyöriessään muodostaa • · # '· *· kartiomaisen tai pyörähdysparaboloidisen tai vastaavan » · · • · · 10 85?$ΐ virtauksen kannalta edullisen pinnan. Tarkoituksena on estää massakappaleiden tarttuminen roottorin siipien kärkiosaan. Roottorin 13 kärkiosa ts. kohta 17, josta siivet on liitetty toisiinsa voi olla suljettu, kuten 5 kuviossa 2 on esitetty, toisin sanoen aksiaalisuuntainen virtaus voi olla estetty roottorin 13 siipien pyörähdyssä-dettä pienemmältä säteeltä. Toisaalta roottorin 13 siivet 16 voidaan yhdistää myös niin, että päästä katsoen muodostuu tähtikuvio (Fig. 3), joka sallii aksiaalisuuntaisen virtauk-10 sen aivan roottorin keskiakselia lukuunottamatta. Joissakin tapauksissa on myös mahdollista yhdistää roottorin siivet pidemmältä matkalta tai jopa koko pituudeltaan toisiinsa joko suoraan tai jonkin aksiaalisen liitoskappaleen avulla.

15 Kolmantena vaihtoehtona esitetään kuviossa 4 ratkaisu, jossa roottorin 13 siivet 16 on liitetty toisiinsa rengasmaisella tai muulla vastaavalla yhtenäisen kehän muodostavalla elimellä 20, joka voi tietenkin sijaita millä tahansa roottorin 13 siipien 16 määrittämällä halkaisijalla tai 20 myös jopa välike-elimen avulla järjestettynä kokonaan siipien 16 uiko- tai sisäpuolella niin haluttaessa. Tällöin virtaus kohti pumpun imukanavaa tulee mahdolliseksi myös roottorin keskilinjaa pitkin. Mainittuja liitoselimiä voi olla myös useampia, jos roottori 13 on erityisen pitkä.

• · V 25 Samoin myös liitoselimen ei tarvitse välttämättä sijaita • · · roottorin kärjen alueella, vaan pelkästään lujuusopillisesti ajatellen liitoselimen olisikin edullisempaa sijaita jonkin *·.: verran siipien kärjistä juoksupyörään päin.

• · • « ·.·. 30 On kuitenkin todettava, että, kun roottori ulottuu riittävän syvälle massatilaan, ei siipien kärkiosan muodolla tai . liitostavalla ole todettu olevan suurta merkitystä. Selitys ·«·· ... tähän löytyy siitä, että roottorin kärkiosan jälkeenkin • « k \ ‘ massalla on hyvää tilaa ja aikaa virrata roottorin 13 ·:**: 35 siipien 16 välisistä aukoista myös roottorin sisälle, ·:·*: jolloin koko imukanavan käytettävissä oleva poikkipinta- . ala tulee tehokkaasti käytettyä hyväksi, mitä ei voida « · · ; * sanoa tekniikan tason mukaisista MC- pumppuratkaisuista.

• » « • · · • ♦ 11 85751 Tätä hyväksikäyttöä tai paremminkin massan kulkeutumista roottorin keskiosaan voidaan vielä lisäksi tehostaa taivuttamalla roottorin siipiä hieman sisäänpäin imeviksi roottorin kärjen ja imuaukon alkuosan väliseltä osaltaan, jolloin 5 voidaan varmistua roottorin keskiosan täyttymisestä massalla. Tällaisessa vaihtoehdossa roottorin siipien ulkoreunaa on taivutettu hieman roottorin pyörimissuuntaan, jolloin siivet kohdistavat pumpattavaan materiaaliin sisäänpäin suuntautuvan radiaalisen voimakomponentin.

10

Kuviossa 2 on lisäksi esitetty erityiset massan kierrättämiseen tarkoitetut lavat 18, jotka kuvion suoritusmuodossa on kiinnitetty roottorin 13 siivet 16 yhdistävään liitoselimeen. Lapojen 18 suunta on järjestetty sellaiseksi, että 15 ne antavat massalle voimakkaan radiaalisen liikekomponentin, jolla massaa syötetään pitkin säiliön seinämiä, kuten mainitussa kuviossa on nuolilla A esitetty. Tällöin flui- ; disoimaton massa vastaavasti säiliön keskiosalla virtaa nopeasti alaspäin joutuen syvälle massatilaan ulottuvan 20 roottorin fluidisointivyöhykkeelle, jolloin osa massasta kulkeutuu roottorin sisälle ja sitä kautta pumpun imu-kanavaan ja toinen osa massasta joutuu uudelleen kiertoon.

Erityisen tehokas vaikutus kierrätyksellä on massatilan pohjaosassa, johon tavallisesti pyrkii kerääntymään seisovan ·**’: 25 massan vyöhyke. Pohjaosassa kiertävä massa aiheuttaa sinne • » suhteellisesti ottaen suuremman turbulenssin kuin muualle massatilaan johtuen pienemmästä massatilavuudesta, johon .·. ; kierrätys kohdistuu. Myös kuvioissa 3 ja 4 esitettyihin I / rakenteisiin on mahdollista järjestää radiaalisesti pumppaa- ; I 30 vat lavat. Kuvion 3 suoritusmuodossa esimerkiksi taivutte- • * · * * maila roottorin siiven kärjet radiaalisesti tehokkaammin pumppaaviksi tai lisäämällä kuhunkin siivenkärkeen erillinen « * lapa radiaalipumppausta varten. Vastaavasti kuvion 4 • · · V * mukaisessa ratkaisussa on mahdollista lisätä radiaalilavat

• I

35 joko roottorin siivenkärjet yhdistävään renkaaseen tai suoraan siivenkärkiin tai järjestämällä jo valuvaiheessa . siivenkärkiin tarvittavat lavat tai siivekkeet 18. On • « :.*'i tietenkin selvää, että lavat 18 voivat radiaalisuunnassa • » • » » • ·« • · t 12 85751 ulottua myös roottorin siipiä 16 suuremmalle halkaisijalle tai ne voivat myös sijoittua hyvin lähelle roottorin akselilinjaa niin haluttaessa. Mainitut seikat määräytyvät lähinnä sen perusteella, kuinka voimakas kierrätysvaikutus 5 massatilaan halutaan.

Eräänä edullisena suoritusmuotona kannattaa vielä mainita ratkaisu, jossa roottorin kärkiosan alueella siivet ovat olennaisesti aksiaaliset, ts. eivät ime massaa ollenkaan 10 sisällepäin kuten tekniikan tasona mainitussa US patentissa 4.637.779, jonka todettiin helposti synnyttävän onton massaholvin roottorin eteen. Siipien kärkien ollessa aksiaaliset ne pyrkivät ensinnäkin fluidisoimaan paakkuista massaa tehokkaammin ja toisaalta aiheuttavat jo lähes 15 sellaisenaan riittävän suuren massaa kierrättämään pyrkivän vaikutuksen. Lähestyessään imukanavaa taipuvat siivet kulma-asemaan aksiaalisuunnan kanssa siten, että ne kohdistavat massaan jonkin verran sitä pumpulle päin syöttävän vaikutuksen.

20

Suoritetuissa kokeissa on todettu, että keksinnön mukaisella juoksupyörällä varustettu keskipakopumppu kykenee pumppaamaan noin 5 % sakeampaa massaa kuin tekniikan tason mukainen keskipakopumppu, jonka taloudellinen käyttöalue on jäänyt '·*; 25 huomattavasti alle 20 % sakeuden, joka puolestaan pystytään keksinnön mukaisella pumpulla ylittämään. Toisaalta mikäli *:*. pumpattavana on alle 20 %: sta massaa, on pumppauksen < ·. : energiankulutus pienempi eli toisin sanoen hyötysuhde !.' huomattavasti parempi johtuen avoimemmasta imukanavasta ja ; ; 30 tehokkaammin jo massatilassa fluidisoidusta massasta sekä myös siitä, että kaasua ei pääse imeytymään käytännöllisesti katsoen yhtään massapaakkujen väleistä pumppuun.

• · · V ; Lisäksi kokeissa on todettu, kuten jo edellä esitettiin, 35 että kuvioissa kuvatulla pumppuratkaisulla massasta pumpussa poistettavan kaasun määrä on huomattavasti ja merkittävästi pienempi kuin tekniikan tason MC-pumpuilla. Samoin jo . edellä esitettiin siihen selvä syy, joka siis on se, että • · 85751 massatilassa tapahtuu niin voimakas fluidisoituminen, että pumpun roottorin keskiön eteen ei jää fluidisoimatonta paakkuista massaa, jonka onkaloiden kautta kaasu massatilan yläosasta voisi imeytyä pumppuun. Siten pumpun imuaukon 5 eteen ja sivuille voidaan ajatella muodostuvan kaasua läpäisemätön "nestelukko". Tämä vastaa periaatteessa sitä tilannetta matalamman sakeuden massoja pumpattaessa, että niistä on päässyt suotautumaan nestettä massasäiliön pohjalle, jolloin nestekerroksen pinnan ollessa korkeammalla kuin 10 pumpun imuaukko ei mitään kaasunpoisto-ongelmia esiinny.

Kuten edellä esitetystä huomataan, on kehitetty uusi menetelmä ja laite keskisakean ja korkeasakeuksisen massan pumppaamiseksi. Laitteelle on ominaista sen roottorirat-15 kaisu, jolle jo edellä on esitetty useita erilaisia rakennevaihtoehtoja ja suoritusmuotoja. Kuitenkaan edellä esitetyllä ei ole millään muotoa pyritty rajoittamaan keksinnön laajuutta ja suojapiiriä siitä, mikä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa. Esillä oleva keksintö tekee helposti 20 mahdolliseksi kaasua poistavan alipainepumpun järjestämisen samalle akselille keskipakopumpun kanssa tai joissakin edullisissa olosuhteissa on jopa mahdollista jättää ali-painepumppu kokonaan pois. Edelleen keksinnön mukainen ratkaisu tekee mahdolliseksi myös nykyisin niin tavoitellun ·*-*; 25 massatornin mataloittamisen, koska massatornin purkaminen • ♦ .··*. on tullut varmemmaksi johtuen siitä, että keksinnön mukai- II* sella menetelmällä pystytään estämään tehokkaasti massan • . holvautuminen tornissa imuaukon edessä. Vielä on erikseen • · · I syytä mainita, että vaikka kaikissa kuvioissa pumppu on • · · ; * 30 esitetty akseli vaakasuorassa, on joissakin tapauksissa • · · ***** edullista järjestää pumppu johonkin muuhun kulma-asemaan, [ jolloin akseli voi olla joko kaltevassa tasossa tai peräti 1 *!**: pystysuorassa. Voidaan myös ajatella joitakin erityistilan- • · · : teitä, joissa pumppu on moottoriinsa nähden riippuvassa m 35 asennossa massatilan yläpuolella. | \ - · j » • m • · · φ · · * · • · • · « • · · • ·

Claims (12)

1. Menetelmä sakean massan pumppaamiseksi kesklpakopumpul-5 la, tunnettu siltä, että estetään pumppausta haittaavan kaasun virtaaminen massatilassa (4) olevien massapaakkujen välisistä onteloista (6) tai massatilan (4) yläosasta massakokkareiden välisiä ontelolta (6) pitkin pumpun (7) imuaukkoon (15) muodostamalla pumpun (7) imuaukon (15) eteen 10 nestelukko, ts. esimerkiksi yhtäjaksoinen fluidisoitu massavyöhyke, jolloin pumpun (7) imu kohdistuu pelkästään mainittuun vyöhykkeeseen, josta massa pumpataan edelleen tavanomaisella tavalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestelukko muodostetaan rikkomalla massatilassa olevat massakokkareet (5), jolloin kokkareiden välissä oleva kaasu purkautuu massan tiivistyessä ylöspäin, ja kohdistamalla voimakas leikkausvoimakenttä mainitussa 20 tilassa (4) olevaan suspensioon, jolloin se fluidisoituu ja muodostaa pumpun (7) imuaukon (15) eteen ja ympärille yhtäjaksoisen nesteytetyn vyöhykkeen, josta massa pumpataan edelleen tavanomaisella tavalla. • 25

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fluidisoitu massavyöhyke muodostetaan ohjaamalla massa voimakkaaseen kiertoliikkeeseen pumpun (7) imuaukon (15) edessä ja sivuilla siten, että pumpun (7) imuaukko (15) tulee massatilan puoleiselta sivultaan kokonaan ympäröidyk-- ' 30 si fluidisoidulla olennaisesti nestemäisesti käyttäytyvällä massalla.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaa pumpataan poistamatta kaasua pumpattavas-35 ta massasta tai antamalla massasta imukanavassa (15) ____ erottuvan kaasun poistua pumpusta (7) imukanavan (15) paineen vaikutuksesta. ii is 85751

5. Keskipakopumppu, joka koostuu pääasiassa pesästä (14), siinä olevista imu- (15) ja poistoaukoista ja Juoksupyöräs-tä (10), joka puolestaan koostuu takalevystä (11), siinä olevista yhdestä tai useammasta pumppaavasta siivestä (12) 5 ja juoksupyörästä pumpun imuaukon (15) suuntaan ulkonevasta roottorista, joka edelleen koostuu yhdestä tai useammasta siivestä, tunnettu siitä, että roottorin (13) siipien (16) kärkien etäisyys massatilan (4) sisäseinämässä olevasta imuaukosta on ainakin yhtä suuri kuin kyseisen imuaukon 10 halkaisija.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että roottorin (13) siivet (16) on yhdistetty liitoselimellä kohdassa (17), jonka etäisyys pumpattavaa 15 materiaalia sisältävän tilan (4) seinämän sisäpinnasta on ainakin yhtä suuri kuin pumpun imuaukon (15) halkaisija.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siltä, että olennaisesti massatilan (4) sisälle 20 ulottuvaan roottorin (13) kärkiosaan on järjestetty pumpattavaa materiaalia radiaalisuuntaan pakottavat lavat (18), joilla aiheutetaan toisaalta pumpattavan materiaalin kiertäminen säiliössä (4) ja toisaalta massan voimakas flui-disointi myös roottorin (13) pään etupuolella. ! V 25

:***: 8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että roottorin (13) siivet (16) on yhdistet-: ty toisiinsa rengasmaisella tai muulla vastaavalla yhtenäi- sen kehän muodostavalla elimellä (20), jolloin roottorin ’ ! 30 keskiö on avoin liitoskohdassa.

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että liitoselin on siipien (16) kärkiosassa ja lavat tai vastaavat radiaalisesti pumppaavat elimet 35 (18) on järjestetty sen yhteyteen.

10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että pumpun imuaukon (15) puoleinen kiinni- 16 85751 tyskohta massasäiliön (4) tai vastaavan seinämään on järjestetty pumpun pesään (14) ilman massasäiliöön (4) järjestettyä imuputkea (19) tai pumpun pesässä (14) olevaa imukaulaa. 5

11. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että roottorin (13) siivet (16) on yhdistetty toisiinsa sisäreunoistaan joko suoraan tai jonkin liitoskappaleen välityksellä. 10

12. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keskipakopumppu, tunnettu siitä, että roottorin (13) siivet (16) ovat kärkiosaltaan olennaisesti aksiaalisuuntaiset aiheuttaen tehokkaan fluidisoitumisen ja kierrätysvaikutuksen massasäi- 15 liön alueella ja pumppua kohti mentäessä siivet (16) muodostavat aksiaalisuuntaan nähden kulman, joka aiheuttaa massaa pumppua kohti syöttävän vaikutuksen imukanavan alueella. • » · » I * · il 17 «5751