Насос для подачи суспензии волокнистой массы, имеющий средство для отделения газа от суспензии

 

Изобретение предназначено для использования в производстве бумаги и в других областях. Насос для подачи суспензии имеет средство для отделения газа, содержит нагнетательное колесо, имеющее ступицу, нагнетательные лопасти в передней части нагнетательной камеры, нагнетательные лопасти в задней части нагнетательной камеры и кольцеобразную перегородку, соединенную со ступицей между этими элементами. Ступица имеет наружную часть, которая проходит главным образом в радиальном направлении наружу в задней части. Кольцеобразная перегородка расположена на некотором расстоянии перед наружной частью ступицы. Внутренний диаметр перегородки меньше наружного диаметра наружной части ступицы, так что эта перегородка и наружная часть ступицы по меньшей мере частично перекрывают друг друга. Из внутренней части к наружной области задней части нагнетательной камеры проходят каналы, имеющие часть, проходящую главным образом в радиальном направлении между задней стороной перегородки и передней стороной наружной части ступицы. Обеспечивается эффективность подачи суспензии волокнистой массы, имеющей относительно высокую концентрацию. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к насосам и предназначено для подачи суспензии волокнистой массы.

Из патента US-A-5039320 известен насос для подачи суспензии волокнистой массы, имеющий средство для отделения газа от суспензии, содержащий корпус насоса, имеющий нагнетательную камеру с аксиальным входным каналом и с радиальным выходным каналом для суспензии, а также с выпускным отверстием для газа, нагнетательное колесо со ступицей, расположенное в нагнетательной камере, имеющее передние нагнетательные лопасти на ступице в передней части нагнетательной камеры, обращенные ко входному каналу, задние нагнетательные лопасти, расположенные в задней части нагнетательной камеры, и кольцеобразную перегородку, расположенную между передней и задней частями нагнетательной камеры, причем перегородка соединена со ступицей, и приводной вал нагнетательного колеса, который проходит через одну торцевую стенку корпуса насоса, а также подшипники приводного вала. В этом насосе между ступицей и кольцеобразной перегородкой имеются отверстия, через которые из передней в заднюю часть нагнетательной камеры в радиальном/осевом направлении может проходить суспензия волокнистой массы и воздух или газ, который должен быть отделен, причем составляющая движения в осевом направлении является значительной. Последствием этого является то, что в корпусе насоса возникают большие аксиальные силы, действующие на нагнетательное колесо, что в свою очередь затрудняет монтаж приводного вала нагнетательного колеса и вызывает необходимость применения специальных подшипников. Другим последствием является то, что газ/воздух, отделяемый в осевом направлении, будет иметь нежелательное содержание волокнистой массы.

Задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутой проблемы посредством усовершенствования нагнетательного колеса указанного выше насоса.

Настоящее изобретение, в частности, относится к усовершенствованному, так называемому многопоточному насосу, то есть к насосу для подачи суспензий волокнистой массы, имеющих относительно высокую концентрацию волокнистой массы, например 8-5%, которые не могут быть поданы посредством обычных радиальных насосов.

Указанная задача осуществляется тем, что в насосе для подачи суспензии волокнистой массы, имеющем средство для отделения газа от суспензии, содержащем корпус насоса, имеющий нагнетательную камеру с аксиальным входным каналом и с радиальным выходным каналом для суспензии, а также с выпускным отверстием для газа, нагнетательное колесо со ступицей, расположенное в нагнетательной камере, имеющее передние нагнетательные лопасти на ступице в передней части нагнетательной камеры, обращенные ко входному каналу, задние нагнетательные лопасти, расположенные в задней части нагнетательной камеры, и кольцеобразную перегородку, расположенную между передней и задней частями нагнетательной камеры, причем перегородка соединена со ступицей, и приводной вал нагнетательного колеса, который проходит через одну торцевую стенку корпуса насоса, а также подшипники приводного вала. Отличительными признаками нагнетательного колеса, соответствующего настоящему изобретению, является то, что ступица имеет наружную часть, которая проходит главным образом в радиальном направлении наружу в задней части нагнетательной камеры, что кольцеобразная перегородка расположена на некотором расстоянии от указанной наружной части ступицы и перед этой наружной частью, что внутренний диаметр перегородки меньше наружного диаметра наружной части ступицы, так что перегородка выступает в радиальном направлении относительно наружной части ступицы, причем перегородка и наружная часть ступицы частично перекрывают друг друга в радиальном направлении, и что каналы проходят главным образом в радиальном направлении между задней стороной перегородки, передней стороной наружной части ступицы и задними нагнетательными лопастями из внутренней области передней части нагнетательной камеры к наружной области задней части нагнетательной камеры.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ступица имеет переднюю часть, диаметр которой увеличивается в направлении к наружной части ступицы.

Дополнительные элементы и аспекты настоящего изобретения приведены ниже.

Соседние каналы отделены друг от друга посредством одной из указанных передних или задних нагнетательных лопастей и/или посредством переходных частей между указанными передними и задними нагнетательными лопастями.

Наружная часть состоит из проходящей главным образом в радиальном направлении кольцеобразной части.

Средний угол наклона образующей передней части к оси вращения значительно меньше соответствующего среднего угла наклона передней стороны кольцеобразной части.

Передняя часть имеет значительно большую, предпочтительно в 2-5 раз длину в осевом направлении, чем кольцеобразная часть.

Передняя часть имеет средний угол наклона к оси вращения, величина которого находится в диапазоне 30-60^o, предпочтительно в диапазоне 35-55^o, а предпочтительнее всего - в диапазоне 40-59^o, при этом передняя сторона кольцеобразной части имеет средний угол наклона к оси вращения, величина которого находится в диапазоне 70-90^o, предпочтительно - в диапазоне 65-85^o, а предпочтительнее всего - в диапазоне 70-80^o.

Средний угол наклона радиальной плоскости находится в диапазоне 5-30^o, предпочтительно - в диапазоне до 20^o, а предпочтительнее всего - в диапазоне 8-17^o.

Наружная часть на ступице предусмотрена со сквозными отверстиями, расположенными за нагнетательными лопастями в направлении вращения нагнетательного колеса.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - осевое сечение насоса (соответствующего настоящему изобретению), на котором не показаны детали, которые являются несущественными для описываемого изобретения; на фиг. 2 - осевое сечение рабочего колеса, которое образует часть насоса; на фиг. 3 - сечение рабочего колеса, сделанное по линии III-III, показанной на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение рабочего колеса, сделанное по линии IV-IV, показанной на фиг. 2; на фиг. 5 - изометрическое изображение рабочего колеса, показанного наклонно спереди; на фиг. 6 - изометрическое изображение рабочего колеса, показанного наклонно сзади; на фиг. 7 - иллюстрации основных путей потока суспензии волокнистой массы и отделенного газа/воздуха в нагнетательной камере.

Основными элементами насоса, как показано на фиг. 1, являются корпус 1 насоса, входная часть которого содержит переходную втулку 2, рабочее колесо 3, нагнетательную камеру 4, которая соединяется с радиальным выходным каналом 6 через змеевик 5, торцевую стенку 7, которая отделяет нагнетательную камеру 4 от роторного модуля 8, который содержит вакуумный насос, указанный общим ссылочным номером 9, приводной вал 10 рабочего колеса 3 и вакуумного насоса 9, приводной двигатель 11 (символически показанный штрихпунктирной линией), приводного вала 10, который проходит через торцевую стенку 7, и подшипниковый узел 12, содержащий роликовый подшипник 13 и шариковые подшипники 14, 15 приводного вала 10.

В переходной втулке 2 входной части имеется цилиндрический входной канал 17 для суспензии волокнистой массы, подаваемой насосом, и содержащей некоторое количество газа, как правило, главным образом воздуха. Между нагнетательной камерой 4 и вакуумным насосом 9 имеется один или более проходов 19 для указанного газа/воздуха и выпускное отверстие, символически показанное ссылочным номером 20, для отделенного газа/воздуха.

Насос, как правило, монтируют так, чтобы его ось 21 вращения проходила в горизонтальном направлении. Станина (насоса) указана ссылочным номером 22. На представленных чертежах не показаны детали, которые не представляют важности для описания сущности и объема настоящего изобретения. Нагнетательная камера 4 может быть разделена на переднюю часть 4А нагнетательной камеры и заднюю часть 4B нагнетательной камеры. Спереди нагнетательная камера 4 ограничена переходной втулкой 2 входной части, сзади - торцевой стенкой 7, а от наружной стороны отделена змеевиком 5.

Основным отличием настоящего изобретения является конструкция рабочего колеса 3, а более конкретно конструкция нагнетательного колеса 25, которое является неотъемлемой составной частью рабочего колеса и которое будет более подробно описано со ссылкой на фиг. 2-6.

Рабочее колесо 3 состоит из указанного нагнетательного колеса 25, расположенного в нагнетательной камере 4, и флюидизирующего ротора 26 в переходной втулке 2 входной части и представляет собой литой интегральный узел. В соответствии с настоящим изобретением флюидизирующий ротор 26 является ротором, соответствующими вышеупомянутому ротору, описанному в патентах SE 467466/US 5039320, и по этой причине не будет более подробно описываться в той заявке, а вместо этого будет сделана ссылка на описания указанных патентов.

Нагнетательное колесо 25, аналогичное соответствующему нагнетательному колесу, описанному в патентах SE 467466/US 503920, является колесом радиального типа и содержит ступицу 27, перегородку 28, расположенную между передней и задней частями 4A и 4B нагнетательной камеры соответственно, ряд передних лопастей 30, обращенных к переходной втулке 2 входной части их боковыми краями 29 и ряд задних лопастей 32, обращенных к торцевой стенке 7, причем их боковые края 29, 31 передних и задних лопастей 30, 32 жестко соединены с перегородкой 28 и вращаются в передней части 4A нагнетательной камеры и в задней части 4B нагнетательной камеры соответственно. Лопасти 30, 32, как известно само по себе, изогнуты в направлении вращения нагнетательного колеса 25, как следует из фиг. 3-6. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения передние лопасти 30 проходят в осевом направлении на большее расстояние, чем задние лопасти 32, и по существу ограничивают объем насоса. С другой стороны, задние лопасти 32 проходят в радиальном направлении, как известно само по себе, на большее расстояние для создания требуемого давления, соответствующего принципам, которые известны сами по себе, создания так называемых многопоточных насосов. Передние лопасти 30 почти опираются своими передними краями 29 на переходную втулку 2 входной части, а задние лопасти 32 почти опираются своими краями 31 на торцевую стенку 7, что увеличивает производительность насоса до требуемой высокой величины. Соответствующие передняя и задняя лопасти 30, 32 в каждой паре лопастей, как известно само по себе, лежат в соответствующей криволинейной плоскости параллельно оси вращения и каждая другая из передних лопастей составляет интегральное удлинение лопастей ротора, лежащих спереди. Промежуточный элемент, расположенный между передней и задней лопастями, указан ссылочным номером 33.

Ступица 27 состоит из передней конической части 35 и задней кольцеобразной части 36. Передняя коническая часть 35 составляет основную часть ступицы 27 и, более конкретно, имеет форму прямого усеченного конуса, у которого угол вершины составляет 90^o, это означает, что образующая конуса наклонена к оси 21 вращения под углом a=45^o. Кольцеобразная часть 36 имеет также форму прямого усеченного конуса, угол вершины которого намного больше угла вершины конуса передней части 35, и, в частности, в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения он равен 150^o, что означает, что передняя сторона 37 кольцеобразной части 36, а более правильно ее образующая, образует с радиальной плоскостью (перпендикулярной оси 21 вращения) угол = 15^o. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения кольцеобразная часть 36 проходит в осевом направлении на расстояние, которое соответствует только приблизительно одной трети расстояния, которое проходит в осевом направлении передняя коническая часть 35 ступицы. Ступица 27 заканчивается цилиндрической частью 39, которая проходит в направлении вперед и в сквозном отверстии в торцевой стенке 7. Все другие задние лопасти 32 соединены их внутренними концами с указанной цилиндрической частью 39. Между другими задними лопастями 32 и цилиндрической частью имеется промежуток 34, как показано на фиг. 1.

В соответствии с настоящим изобретением перегородка 28, образованная между передней и задней частями 4a и 4B нагнетательной камеры 4 соответственно, является кольцеобразной и имеет плоскую переднюю сторону 40. Более конкретно, перегородка состоит из внутренней части 41, имеющей коническую наклонную заднюю сторону 42, и наружной части 43, имеющей плоскую заднюю сторону 44. Внутренняя часть 41 проходит от внутреннего периферийного края 45, расположенного перед кольцеобразной частью 36 ступицы, и немного наружу от переходной области 46, расположенной между передней частью 35 ступицы и кольцеобразной частью 36, к наружному периферийному краю 47 перегородки 28, которая также лежит перед кольцеобразной частью 36 и вне ее в направлении наружу. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения угол наклона задней стенки 42 к радиальной плоскости составляет 12^o (с=12^o).

В этом варианте осуществления передние лопасти 30 ограничены как элементы соединенных лопастей 30/32, которые проходят от переднего края 29 до радиальной плоскости, которая совпадает с плоской передней стороной 40 перегородки. Задние лопасти 32 ограничены как элементы соединенных лопастей 30/32, которые проходят от радиальной плоскости, которая совпадает с плоской задней стороной 44 перегородки, до заднего края 31 лопасти, а переходная часть 33, расположенная между передними и задними лопастями, ограничена как область, которая в осевом направлении ограничена ступицей 27, внутренней частью перегородки 28 и двумя радиальными плоскостями, которые совпадают с плоскими сторонами 40, 44 перегородки.

Таким образом, кольцеобразная часть 36 ступицы может быть описана как аксиальная секция, имеющая форму клина, сужающегося в направлении наружу, тогда как внутренняя часть 41 перегородки может соответственно описана как имеющая форму клина, сужающегося в направлении внутрь. Эти клинообразные части - фланцевая часть 36 и внутренняя часть 41 перегородки 28 - кроме того, ориентированы таким образом, чтобы почти совсем перекрывать друг друга в радиальном направлении. В результате этого между передней частью 4A нагнетательной камеры и задней частью 4B нагнетательной камеры образован ряд каналов 50, показанных на фиг. 1, фиг. 5 и фиг. 6, причем каналы 50 проходят главным образом в радиальном направлении от внутренней области передней части 4A нагнетательной камеры к наружной области задней части 4B нагнетательной камеры. Эти каналы 50 немного расширяются в направлении наружу и ограничены спереди наклонной стенкой 42 на перегородке 28, а сзади - наклонной стенкой 37 на кольцеобразной части 36 ступицы, причем соседние каналы 50 отделены друг от друга переходными частями 33, расположенными между передними и задними лопастями 30, 32 и ограничивающими частями передних и задних лопастей 30, 32 соответственно. Средний угол d наклона этих каналов 50, то есть угол наклона средней линии 51 этих каналов к радиальной плоскости, составляет 13,5^o в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Кроме того, перегородка 28 предусмотрена с рядом отверстий 53, которые проходят через эту перегородку в осевом направлении (в соответствии с этим вариантом осуществления предусмотрено шесть отверстий), причем число этих отверстий соответствует числу передних и задних нагнетательных лопастей 30, 32, при этом отверстия 53 имеют овальную форму в радиальном направлении. Отверстия 53 являются овальными и удлинены в радиальном направлении от точки, находящейся немного внутри переходной области 46, расположенной между передней конической частью 27 и кольцеобразной частью 36 ступицы, и немного внутри от круговой периферийной линии кольцеобразной части и за задними нагнетательными лопастями 32 в направлении вращения нагнетательного колеса.

Таким образом, описанный насос предназначен для подачи суспензий волокнистой массы при средней концентрации волокнистой массы, как правило 8-10%, которая не может быть подана с помощью обычных насосов. Для того чтобы поток суспензии, входящий через входной канал 17, поддавался перекачиванию, он должен быть сначала повергнут флюидизации, которую осуществляют известным самим по себе способом посредством ротора 26. С помощью нагнетательных лопастей 30, 32 на вращающемся нагнетательном колесе 25 флюидизирующаяся суспензия подается в змеевик 5 и далее из него через радиальный выходной канал 6. Основной поток A подается через переднюю часть 4A нагнетательной камеры посредством передних нагнетательных лопастей 30, а часть потока B проходит по каналам 50 в наружную область задней части 4B нагнетательной камеры, где задние нагнетательные лопасти 32 создают требуемое давление нагнетания. По этой причине направление потока суспензии волокнистой массы в аксиальной секции через насос становится доминирующим в радиальном направлении, тогда как составляющая движения в осевом направлении в нагнетательной камере 4 становится относительно небольшой. Усилие, прикладываемое в осевом направлении суспензией к нагнетательному рабочему колесу 3, становится соответственно небольшим, что в свою очередь означает небольшие механические нагрузки на аксиальные подшипники в осевом направлении. По этой причине шариковые подшипники 14, 15 могут быть, например, радиально-упорными подшипниками, которые позволяют очень небольшой осевой и радиальный свободный ход, что дает значительное преимущество с точки зрения конструкции. Настоящее изобретение, безусловно, не ограничено применением таких подшипников, но преимущественно применения таких подшипников в соответствии с настоящим изобретением дает конструктору большую свободу выбора подшипников, чем, например, в случае насоса, описанного в указанных патентах SE 467466/US 5039320. Сквозные отверстия 53 в перегородке 28 за нагнетательными лопастями также вносят вклад в уравновешивание нагнетательного колеса 25 в осевом направлении. На задней стороне ступицы 27 за задними нагнетательными лопастями 32 при отсутствии указанных отверстий 53 образуется пониженное давление, которое снимается посредством отверстий 53. В результате этого конструкция нагнетательного колеса 25 обеспечивает также очень хорошее отделение воздуха, пара или другого газа, имеющегося в суспензии. Этот газ отделяется и накапливается предпочтительно в центральной части перед нагнетательным колесом 25, откуда он, как показано стрелкой С, поступает по передней конической части 35 ступицы, далее по каналам 50 до передней стороны 37 на кольцеобразной части 36, вокруг этой части и внутрь между задней стороной кольцеобразной части 36 и торцевой стенкой 7 по направлению к цилиндрической части 39 ступицы, откуда газ всасывается через отверстие (отверстия) 19 в торцевой стенке 7 вакуумным насосом 9 для окончательной подачи через выпускное отверстие 20. Некоторое количество газа проходит также через отверстия 53 в кольцеобразной части 36 для соединения с газом, который проходит вокруг наружного периферийного края кольцеобразной части.

Формула изобретения

1. Насос для подачи суспензии волокнистой массы, имеющий средство для отделения газа от суспензии, содержащий корпус (1) насоса, имеющий нагнетательную камеру (4) с аксиальным входным каналом (17) и радиальным выходным каналом (6) для суспензии, а также с выпускным отверстием (19) для газа, нагнетательное колесо (3), расположенное в нагнетательной камере, со ступицей (27), имеющей передние нагнетательные лопасти (30) на ступице в передней части (4A) нагнетательной камеры, обращенные ко входному каналу, задние нагнетательные лопасти (32) в задней части (4B) нагнетательной камеры и кольцеобразную перегородку (28), расположенную между передней и задней частями нагнетательной камеры, причем перегородка соединена со ступицей, приводной вал (10) нагнетательного колеса, который проходит через одну торцевую стенку (7) корпуса насоса, а также подшипники (13, 14, 15) приводного вала, отличающийся тем, что ступица имеет наружную часть (36), которая проходит главным образом в радиальном направлении наружу в задней части нагнетательной камеры, что кольцеобразная перегородка расположена на некотором расстоянии от указанной наружной части ступицы и перед этой наружной частью, что внутренний диаметр перегородки меньше наружного диаметра наружной части ступицы, так что перегородка выступает в радиальном направлении относительно наружной части ступицы, причем перегородка и наружная часть ступицы частично перекрывают друг друга в радиальном направлении, и что каналы (50) проходят главным образом в радиальном направлении между задней стороной (42) перегородки (28) и передней стороной (37) на наружной части (36) ступицы из внутренней области передней части (4A) нагнетательной камеры к наружной области задней части (4B) нагнетательной камеры.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что соседние каналы (50) отделены друг от друга посредством одной из указанных передних или задних нагнетательных лопастей и/или посредством переходных частей (54) между указанными передними и задними нагнетательными лопастями.

3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что ступица имеет переднюю часть (35), расположенную перед наружной частью (36), имеющую диаметр, увеличивающийся в направлении к наружной части.

4. Насос по пп.1 - 3, отличающийся тем, что наружная часть состоит из проходящей главным образом в радиальном направлении кольцеобразной части (36).

5. Насос по пп.3 и 4, отличающийся тем, что средний угол наклона образующей передней части к оси (21) вращения значительно меньше соответствующего среднего угла наклона передней стороны кольцеобразной части.

6. Насос по п.5, отличающийся тем, что передняя часть (35) имеет значительно большую, предпочтительно в 2 - 5 раз, длину в осевом направлении, чем кольцеобразная часть (36).

7. Насос по п. 5 или 6, отличающийся тем, что передняя часть имеет средний угол наклона к оси вращения, величина которого находится в диапазоне 30 - 60^o, предпочтительно в диапазоне 35 - 55^o, а предпочтительнее всего в диапазоне 40 - 59^o, и тем, что передняя сторона кольцеобразной части имеет средний угол наклона к оси вращения, величина которого находится в диапазоне 70 - 90^o, предпочтительно в диапазоне 65 - 85^o, а предпочтительнее всего в диапазоне 70 - 80^o.

8. Насос по п.7, отличающийся тем, что средний угол наклона радиальной плоскости находится в диапазоне 5 - 30^o, предпочтительно в диапазоне до 20^o, а предпочтительнее всего в диапазоне 8 - 17^o.

9. Насос по пп.1 - 8, отличающийся тем, что указанная наружная часть на ступице предусмотрена со сквозными отверстиями (53), расположенными за нагнетательными лопастями в направлении вращения нагнетательного колеса.

РИСУНКИ

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