Способ нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции и устройство для его осуществления

 

Использование: в промышленности, где предусматривается использование волокнистых суспензий. Сущность изобретения: способ предусматривает ожижение в зоне ожижения одной части волокнистой суспензии с последующей подачей ее в зону нагнетания и возвратом другой части в зону ожижения. Давление подачи волокнистой суспензии регулируют дросселем. 3 с. п. и 7 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к способу нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции и устройству для его осуществления.

Известно нагнетание волокнистой суспензии винтовым насосом непосредственно к всасывающему отверстию шестеренечного насоса (патент США N 3059862, кл. 241-152, опублик. 1961).

Известно нагнетание волокнистой массы центробежным насосом, на всасывающем отверстии которого установлен ротор для ожижения волокнистой суспензии (патент США N 4431122, кл. F 41 C 29/00, опублик. 1984).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство (патент США N 4531892, кл. F 04 B 23/14, опублик. 1985), в котором волокнистая масса нагнетается центробежным насосом, на всасывающем отверстии которого установлен ротор для ожижения волокнистой суспензии.

Недостаток известных устройств, в том числе и прототипа, заключается в том, что они не обеспечивают преднамеренного повышения давления подаваемого материала, а небольшое повышение давления происходит вследствие трения между волокнистым материалом и корпусом, поэтому подаваемый материал с помощью этих насосов выгружается при том же самом давлении, при котором он был подан, т. е. не возможности осуществить контролируемое управление давлением подачи для нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции.

Для того чтобы устранить этот недостаток разработан способ, при котором обратная циркуляция волокнистой суспензии ограничивается, т. е. контролируется давление подачи волокнистой суспензии.

Для осуществления описанного способа разработан аппарат, в котором дроссельное оборудование дроссельного устройства установлено отдельно от подающего аппарата в канале обратной циркуляции прохода для дополнительной волокнистой суспензии.

Устройство для осуществления способа дополнительно отличается тем, что на части наружного края нарезки винтового подающего аппарата установлен закрывающий элемент, который по меньшей мере частично закрывает нарезку в радиальном направлении.

Винтовой конвейер (винтовой подающий аппарат) согласно изобретению обладает преимуществом, заключающимся в том, что для винта не требуется отдельного корпуса. Например, при разгрузке башни с массой или подобного сосуда нет необходимости в наличии винта большого диаметра, при этом достаточно разместить открывающуюся в наружном направлении часть винта винтового подающего аппарата у донной части башни с массой. Тогда нарезка гарантирует, что волокнистая суспензия потечет в желаемом направлении. В то же время аппарат позволяет, например, соединить насос непосредственно со стенкой башни с массой, поскольку давление всасывания, необходимое для насоса, может быть развито имеющимся винтом без какой-либо необходимости устанавливать отдельный стационарный корпус с целью повышения давления. Таким образом, винтовой подающий аппарат согласно изобретению весьма недорог, при этом достигается простое выполнение по сравнению с общепринятыми винтовыми подающими устройствами, а все излишние и дополнительные элементы исключаются или их количество сводится к минимуму.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение поперечного сечения первого варианта выполнения устройства; на фиг. 2 - то же, второй вариант; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - то же, третий вариант; на фиг. 5 - разрезы Б-Б и В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - четвертый вариант выполнения устройства; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8 - пятый вариант выполнения устройства; на фиг. 9 - то же, шестой вариант.

Аппарат для нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции содержит три вспомогательных узла: насос 1, ожижающий элемент 2 и подающий аппарат 3 (фиг. 1). Соответственно те же позиции могут быть использованы для обозначения трех рабочих зон: нагнетательной, ожижающей и подающей. Нагнетательная зона включает центробежный насос 4, рабочее колесо 5 центробежного насоса, лопасти 6 рабочего колеса, вал 7 и впускное отверстие 8, а также выпускное отверстие 9 для волокнистой суспензии. Ожижающая зона включает ротор 10, лопатки 11 ротора, вращающиеся в канале 12, который также сообщается с отверстием 9. В примере согласно фиг. 1 лопатки 11 ротора 10 проходят по всему каналу 12 до зоны подачи волокнистой суспензии. Подающая зона включает подающий элемент 13, которым, например, может быть винтовое подающее устройство, нарезка (нарезки) 14 которого расположены на валу 15. В варианте осуществления конструкции диаметр винтового подающего устройства значительно больше диаметра канала 12. Однако подающее устройство преимущественно располагается на той же самой осевой линии, что и насос 4, хотя в некоторых случаях винт может быть расположен либо слегка в стороне от осевой линии, либо даже в надлежащем угловом положении относительно нее. Подающая зона также включает корпусной цилиндр 16, который в варианте осуществления конструкции окружает подобно трубе винтовое подающее устройство. Корпусной цилиндр 16 подвижен в осевом направлении подающего элемента 13, действуя в качестве элемента управления давлением волокнистой суспензии, подаваемой к ожижающей зоне. Передний конец 17 корпусного цилиндра более близок к стенке 18 башни 19 с массой или подобного сосуда, при этом более высокое давление имеет место в зоне ожижения. В некоторых случаях должен сохраняться определенный зазор между стенкой 18 и передним концом 17, при этом винтовое подающее устройство преимущественно выполняется с размерами, обеспечивающими большую производительность, чем максимальная производительность насоса 4. Таким образом, подвижный корпусной цилиндр 16 обеспечивает возможность избыточной выгрузки волокнистой суспензии из указанного зазора обратно к башне 19 с массой. Обратная циркуляция волокнистой суспензии также облегчает подачу волокнистой суспензии, текущей к винту, посредством удержания волокнистой суспензии в состоянии поперечного перемещения. Корпусной цилиндр может удерживаться с обеспечением возможности осевого перемещения, например, на донной части башни с массой или на рельсах на боковых стенках. Реальное перемещение может осуществляться либо вручную, либо посредством надлежащего автоматического направляющего устройства при помощи гидравлического, пневматического или электрического оборудования (не показано).

В качестве одной из модификаций или изменения варианта осуществления конструкции может быть изготовлено устройство, в котором подвижный корпусной цилиндр 16 заменен цилиндрической камерой, образованной искривленной соответствующим образом донной частью башни с массой и криволинейной пластиной над подающим элементом, подвижной в осевом направлении относительно подающего элемента.

На фиг. 2 представлен второй вариант осуществления конструкции, в котором корпусной цилиндр заменен выступающей камерой 20, созданной в башне 19 с массой, причем через эту камеру подающий элемент 13 подает волокнистую суспензию к насосу 4. В этом варианте осуществления конструкции подающий элемент 13 расположен в непосредственной близости от донной части башни 19 с массой, но над ним остается значительный зазор 21 между верхней поверхностью 22 камеры 20 и самим подающим элементом 13. Таким образом обратная циркуляция подаваемой избыточной волокнистой суспензии осуществляется через упомянутый зазор и выполнением этого канала с управляющими устройствами 23. Например, при помощи смещаемой по вертикали с обеспечением регулирования пластины представляется возможным осуществлять управление давлением подачи.

В третьем варианте осуществления конструкции, представленном на фиг. 4, показано размещение оборудования, при котором выступающая камера 20 в стенке 18 на боковой стороне башни 19 с массой у ее наружного конца проходит к насосной стороне, при этом расширяющаяся часть 23 частично действует в качестве турбулизирующей камеры. Однако, поскольку в этом случае подача винтового подающего устройства определяется в соответствии с максимальной производительностью насоса, обратная циркуляция осуществляется от расширяющейся части 24 через канал 35, поток из которого может быть ограничен посредством имеющего возможность регулирования управляющего устройства 23 указанным способом. Работа расширяющейся части в качестве турбулизирующей камеры до некоторой степени облегчает ожижение, подвергая волокнистую суспензию действию срезающих усилий и обеспечивая дополнительную турбулентность. В результате происходит рассеивание на хлопья и пластинки.

На фиг. 6 показан еще один вариант размещения оборудования, при котором насос 4 сообщается с выступающей камерой 26 в боковой стенке 18 башни 19 с массой. Он отличается от варианта согласно фиг. 2 тем, что выступающая камера 26 так велика, что подвижный корпусной цилиндр 16 используется в качестве управляющего элемента обратной циркуляции волокнистой суспензии таким же способом, что и способом согласно фиг. 1.

На внутренней поверхности корпусного цилиндра 16 могут располагаться осевые стержни 27, которые препятствуют вращению волокнистой суспензии, когда винт работает в качестве подающего элемента. Кроме того, представляется возможным расположить весь насосный агрегат так, чтобы он мог демонтироваться из-под башни 19 с массой в виде одного узла, тем самым можно произвести быструю замену насоса. В результате в устройстве ожижитель сохраняет дроссельное отверстие чистым.

Винтовой подающий аппарат 28 (фиг. 8) содержит вал 29, расположенную на нем нарезку 30 и закрывающий элемент 31, установленный на наружном крае части 32 винта аппарата 28, причем этот элемент по меньшей мере частично закрывает нагрузку в радиальном направлении. Нарезка 30, как показано на фиг. 8 и 9, может быть частично открытой, иными словами между валом 29 и нарезкой 30 имеется отверстие 33, либо нарезка может быть полностью закрытой. Использование того или иного варианта конструкции определяется в зависимости от его предполагаемого применения. Подающий аппарат действует таким способом, что открытая наружу часть винта перемещает материал вниз по направлению к концу части 32 винта, закрытому по наружному краю. Когда подаваемый материал достигает закрытой части 32, диаметр винта не изменяется и материал течет к закрытой части. Закрывающий элемент 31 формирует радиально закрытую цилиндрическую либо спиральную камеру, в которой материал течет в осевом направлении. Как видно из фиг. 8, камера 34 образована с внутренней стороны закрывающего элемента 31, причем к этой камере от стенки 35 проходит элемент 36, который предотвращает вращение материала совместно с винтом. Отверстие 37 в стенке может быть по размеру меньше, равно или больше диаметра части 32 винтового подающего аппарата 28, закрытой по наружному краю. Например, центробежный насос или соответствующий аппарат, требующий давления подачи, может быть подсоединен к отверстию 37 или к камере 38, соединенной с ним. Величина роста давления в этом случае определяется отношением размеров объемного потока винтового подающего аппарата 28 к отверстию 37 или к объемному потоку аппарата, расположенного в камере, подсоединенной к отверстию 37, и зазором 39 между закрывающим элементом 31 и стенкой 35 или краем отверстия 37. Шаг винта может уменьшаться, т. е. нарезка становится более плотной в части 32 либо она может оставаться постоянной по всей длине винта. Закрывающий элемент наряду с цилиндрической или спиральной камерой также может образовывать коническую или даже сферическую камеру, которая проходит по направлению к выпускному концу винта.

В шестом варианте осуществления конструкции, показанном на фиг. 9, показано устройство, в котором винтовой подающий аппарат 28 находится в боковом положении и по конструкции соответствует предшествующему варианту за исключением того, что использование винта осуществляется с конца винта, открытого по наружному краю, при этом вал 29 винта может заканчиваться перед краем закрывающего элемента 31. В результате полностью открытая камера остается с внутренней стороны закрывающего элемента, причем эта камера по существу может иметь цилиндрическую, спиральную или коническую форму. Выгодно, например, располагать ротор ожижающего центробежного насоса так, чтобы он проходил к указанной камере, причем ротор вращается с более высокой скоростью и в ином направлении относительно винтового подающего аппарата, одновременно предотвращая вращение нагнетаемой жидкости совместно с винтом и обеспечивая содействие процессу подачи. В таком случае давление закрытой камеры достаточно для давления всасывания ожижающего насоса и процесс ожижения весьма эффективен, поскольку он происходит в небольшом пространстве. Следовательно, нет необходимости в обеспечении высокой интенсивности ожижения, поскольку ожижающее действие может быть весьма точно применено только к нагнетаемому количеству материала и отсутствует какой-либо дополнительный чрезмерно ожиженный материал.

Как уже было показано вначале, представляется возможным, чтобы закрывающий элемент полностью не закрывал наружный край нарезки, а оставлял небольшой зазор, например, у заднего края нарезки, через который может вытекать избыточный материал. Размер зазора определяется еще и исходя из того, что давление не может полностью стравливаться через зазор, а стравливается лишь до желаемой степени. С помощью использования закрывающего элемента этого типа возможно так плотно смонтировать винтовой подающий аппарат либо у стенки 35, либо у краев отверстия 37, что едва ли какой-либо материал может вытекать через зазор между упомянутыми элементами.

Можно разработать чрезвычайно простые и надежные способ и устройство, предназначенные для различных целей, при которых повышение давления необходимо тогда, когда происходит подача материала. Данный способ и реализующий его винтовой подающий аппарат применимы для обработки весьма многих типов материала. Материалами, предназначенными для транспортирования, могут быть различные типы сточных загрязнений, гранулированные материалы, например щепа и зерна, а также волокнистые суспензии различной консистенции в целлюлозной и бумажной промышленности и других отраслях.

Очевидно, что описанный винтовой подающий аппарат либо может сообщаться с тем же валом, что и насос, либо может действовать в качестве отдельного независимого узла. Рабочая скорость подающего устройства может изменяться весьма значительно: например, винтовое подающее устройство - 400 об. /мин, насос/ожижающий ротор - 3000 об. /мин. Направление вращения винта также может изменяться относительно направления вращения насоса. Кроме того, можно создать винт с несколькими нарезками, а наружные края нарезки (нарезок) - с зубьями, чтобы разбавить волокнистые хлопья.

В качестве управляющего элемента, безусловно, может действовать обычный клапан. Кроме того, положение ожижающего ротора насоса относительно подающего аппарата и всасывающего канала насоса также может изменяться. Ротор может проходить через всасывающий канал к камере башни с массой, но соответствующим образом любая часть подающего аппарата, например головная часть винтовой нарезки, тогда может проходить к всасывающему каналу. Также можно использовать устройство согласно изобретению совместно с другими типами насосов. Подобным образом изобретение может быть применено для разгрузки башен с массой или тому подобных сосудов или контейнеров, при этом насос вообще исключается и могут быть использованы только подающий аппарат и ожижающий ротор.

Формула изобретения

1. Способ нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции, при котором ее подают в зону ожижения, ожижают и затем направляют в зону нагнетания, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса нагнетания за счет обеспечения обратной циркуляции волокнистой суспензии, в зоне ожижения ожижают часть волокнистой суспензии и затем подают ее в зону нагнетания, а другую ее часть из зоны ожижения возвращают обратно, при этом давление подачи волокнистой суспензии регулируют дросселем.

2. Устройство для нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции, содержащее размещенное в емкости для массы винтовое подающее средство, соосно расположенные с ним ожижающий ротор и центробежный насос, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса нагнетания за счет обеспечения обратной циркуляции волокнистой суспензии, оно снабжено дросселем, расположенным в канале подачи волокнистой суспензии перед ожижающим ротором.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дроссель выполнен трубчатым, или пластинообразным, или в виде управляющих элементов.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что дроссель выполнен в виде установленного снаружи винтового подающего средства на его выходном конце корпусного цилиндра с образованием между его торцом и стенкой емкости для массы зазора для прохода обратной циркуляции волокнистой массы и установлен с возможностью перемещения в осевом направлении.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что управляющие элементы расположены в канале обратной циркуляции волокнистой суспензии с возможностью регулированного их перемещения.

6. Устройство для нагнетания волокнистой суспензии высокой консистенции, содержащее связанное с размещенным в корпусе центробежным насосом винтовое подающее средство, выходной конец которого расположен перед выходным отверстием емкости для массы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса нагнетания, оно снабжено закрывающим элементом, смонтированным на наружной кромке резьбы выходного конца винтового подающего средства, при этом закрывающий элемент по крайней мере частично закрывают резьбу в радиальном направлении с образованием между его внутренней поверхностью и поверхностью подающего средства камеры.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что камера может иметь цилиндрическую, коническую, сферическую или спиральную форму.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что, с целью предотвращения вращения волокнистой суспензии с винтом, оно снабжено закрывающим элементом, один конец которого закреплен на внутренней стенке корпуса, а другой размещен за пределами отверстия емкости для массы внутри камеры.

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что диаметр отверстия для массы меньше диаметра выходного конца винтового подающего устройства, на котором смонтирован закрывающий элемент.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что, с целью выгрузки избыточного подаваемой волокнистой массы, закрывающий элемент и стенка емкости для массы размещены с образованием между ними зазора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.06.2004

Извещение опубликовано: 20.09.2007        БИ: 26/2007

---