Способ и устройство для отделения волокон от газа в центрифуге

Изобретение предназначено для отделения древесных волокон от потока пара. Сепаратор включает корпус, включающий первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор, и вторую камеру, причем первая камера прилегает ко второй камере и камеры разделены разделительной стенкой; ротор в сборе, расположенный в первой камере, которая включает внешнюю радиальную зону, которая продолжается радиально между ротором в сборе и внутренней поверхностью первой камеры; входной порт потока в первую камеру и выходной порт волокон из первой камеры, причем входной и выходной порты выровнены по отношению к внешней зоне первой камеры, при этом отверстие прохода для пара в первой цилиндрической камере находится радиально внутри от наружной радиальной зоны, ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит по существу по всей ширине первой камеры, так что по существу нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток. Технический результат: устранение истирания кромок лопастей ротора о корпус и накопления волокон в небольших пустотах между краями ротора и корпусом. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение, в общем, относится к отделению твердых частиц, содержащихся в потоке газа, и, более конкретно, относится к отделению древесных волокон, содержащихся в паре, с тем чтобы отделить по меньшей мере часть пара от остающегося потока волокон и пара.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При производстве бумаги древесная стружка подвержена химическому воздействию или комбинации механического и химического воздействия и распадается на тонкие волокна. Обычно эти волокна передаются к следующей секции обработки через трубу со скоростью от 5000 футов в минуту до 30000 футов в минуту (от 1525 до 9150 м/мин) посредством пара.

Когда волокна, уносимые потоком пара, попадают в секцию обработки, обычной практикой является пропускание поступающей смеси пара и волокон через циклонный сепаратор для отделения волокон от пара. В качестве альтернативы используется центрифуга для отделения волокон от пара, как это описано в патенте US 4253857 (патент ′857). Как описано в патенте ′857 волокна поступают в корпус центрифуги, которая включает ротор в корпусе. Ротор имеет кромки лопасти, которые непосредственно захватывают волокна и пар, проходящие через корпус. Центробежные силы, прилагаемые ротором к волокнам, приводят к смещению волокон к внешнему периметру корпуса и в канал корпуса вывода волокон. В отличие от пути волокон через корпус пар, проходящий через корпус, смещается к центру ротора за счет всасывания вентилятором, вращающимся в камере разделения, прилегающей к корпусу.

Разделитель волокон и пара, описанный в патенте ′857, имеет проблемы из-за истирания кромок лопастей ротора о корпус и из-за накопления волокон в небольших пустотах между краями ротора и корпусом. Таким образом, остается назревшая необходимость в улучшенном способе и устройстве для отделения волокон от пара в потоке волокон и пара.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения указанных проблем был разработан сепаратор для отделения древесных волокон из потока пара, причем сепаратор включает в себя:

корпус, включающий первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор;

ротор в сборе, расположенный в первой камере, включающей внешнюю зону, имеющую внутреннюю периферийную сторону, прилегающую к наружному радиусу ротора в сборе и внешнюю периферийную сторону, образуемую внутренней поверхностью камеры;

входной порт потока в первую камеру и выходной порт волокон из первой камеры, при этом входной порт и выходной порт каждый выровнены по отношению к внешней зоне первой камеры; и

вторую камеру, соединенную с первой камерой через проход для пара, при этом отверстие прохода для пара в первой камере находится радиально внутри от внешней радиальной зоны,

при этом ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит по существу по всей ширине первой камеры, так что по существу нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток.

Предпочтительно, края лопаток ротора прилегают к внутренней периферийной стороне внешней зоны.

Внешняя радиальная зона предпочтительно определяет проход потока между входным портом потока и выходным портом волокон, причем этот проход по существу свободен от движущихся механических компонентов.

Предпочтительно, первая камера является цилиндрической и вторая камера является цилиндрической, при этом первая камера прилегает ко второй камере и камеры разделены разделительной стенкой.

Проход пара предпочтительно представляет собой отверстие в разделительной стенке.

Был также разработан сепаратор для отделения древесных волокон от потока пара, причем сепаратор включает в себя:

корпус, включающий первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор, и вторую камеру, причем первая камера прилегает ко второй камере и камеры разделены разделительной стенкой;

ротор в сборе, расположенный в первой камере, которая включает внешнюю радиальную зону, которая продолжается радиально между ротором в сборе и внутренней поверхностью первой камеры;

входной порт потока в первую камеру и выходной порт волокон из первой камеры, причем входной и выходной порты выровнены по отношению к внешней зоне первой камеры,

при этом отверстие прохода для пара в первой цилиндрической камере находится радиально внутри от наружной радиальной зоны,

ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит по существу по всей ширине первой камеры, так что по существу нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток.

Сепаратор предпочтительно также включает в себя вентилятор во второй камере, понижающий давление во второй камере по сравнению с давлением в первой цилиндрической камере, при этом вентилятор включает лопатки вентилятора, радиально выступающие за лопатки ротора в сборе.

Сепаратор предпочтительно также включает вал в корпусе, при этом ротор в сборе и вентилятор коаксиально смонтированы на валу.

Ротор в сборе предпочтительно включает лопатки ротора, выступающие не более чем на половину радиального размера первой камеры, при этом края лопаток ротора предпочтительно проходят до внутренней радиальной стороны внешней зоны.

Внешняя зона предпочтительно определяет проход потока между входным портом потока и выходным портом волокон, который по существу свободен от движущихся механических компонентов.

Входной порт потока и выходной порт волокон предпочтительно направлены тангенциально к внутренней поверхности первой камеры.

Входной порт потока предпочтительно отступает по меньшей мере на девяносто градусов от выходного порта волокон по отношению к первой цилиндрической камере.

Был разработан способ отделения древесных волокон от потока пара с использованием сепаратора, включающего первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор, и вторую камеру, где первая камера прилегает ко второй камере, причем способ включает в себя:

введение потока пара во внешнюю зону первой камеры;

создание вращательного потока пара в первой камере при помощи ротора в сборе, расположенного в первой камере, причем ротор в сборе имеет внешний радиальный край, расположенный радиально изнутри от внешней зоны первой камеры;

приложения вращающегося потока для передвижения потока пара через внешнюю зону и для прикладывания центробежных сил к волокнам в потоке пара для их перемещения к внешней радиальной периферии внешней зоны;

вывод волокон из потока пара через выходной порт волокон в периферийной стенке первой камеры; и

всасывание пара из потока пара из внешней зоны в отверстие в первой камере, причем отверстие размещено радиально изнутри от внешней зоны,

при этом ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит по существу по всей ширине первой камеры, так что по существу нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток.

Указанное отверстие предпочтительно ведет во вторую камеру, где давление ниже, чем в первой камере и всасывание пара вызвано разницей давлений в первой камере и во второй камере.

Волокна предпочтительно проходят через внешнюю зону без воздействия движущихся механических компонентов сепаратора.

Предпочтительно, введение потока пара во внешнюю радиальную зону определяет поток пара, движущийся в основном тангенциально по отношению к внешней зоне.

Поток пара предпочтительно включает в себя пар и древесные волокна.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - вид сбоку в разрезе центрифуги разделения пара и волокон.

Фиг.2 - вид в изометрии с частичным вырезом центрифуги разделения пара и волокон.

ФигГ.3 - другой вид в разрезе центрифуги разделения пара и волокон.

Фиг.4 - вид в изометрии ротора в сборе, вентилятора и вала центрифуги разделения пара и волокон.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 - вид сбоку в разрезе центрифуги 10 разделения пара и волокон, имеющей главный корпус 12, который имеет в целом цилиндрическую форму и включает в себя первую цилиндрическую камеру 14 и вторую цилиндрическую камеру 16. Круглая боковая стенка 18 разделяет камеры. Сборка вала 20 проходит по центру корпуса и монтируется в корпусе на подшипниках 22.

Небольшой ротор 24 в сборе закреплен на валу, например, сваркой. Небольшой ротор в сборе имеет лопатки 26 ротора, которые выступают в основном по радиусу из вала и частично в первую цилиндрическую камеру 14. Ширина лопаток 26 по существу равна всей ширине (w) первой камеры 14. Поскольку лопатки вращаются в первой камере, боковые края лопаток плотно прилегают к боковой стенке 30 первой камеры. Предпочтительно не должно быть пустот между боковыми краями лопаток 26 и боковой стенкой 30 первой цилиндрической камеры 14. Тесное расположение боковых краев лопаток и боковых стенок камеры предотвращает значительное накопление волокон на боковых стенках камеры и боковых краях лопаток.

Края 28 лопаток 26 частично заходят в первую цилиндрическую камеру 14, и, предпочтительно, не проходят радиально за внутренний край 32 входного порта 34 в корпус 12. Лопатки не проходят во внешнюю радиальную зону 36 первой камеры 14, при этом зона 36 имеет кольцевую форму с толщиной (R), продолжающейся от края 28 лопаток до внутренней стенки 38 по цилиндрическому периметру первой камеры. В качестве примера толщина (в радиальном направлении) внешней радиальной зоны 36 может быть приблизительно равна высоте (h) лопаток ротора. Однако толщина внешней радиальной зоны может быть больше или меньше высоты лопаток в зависимости от конструкции центрифуги 10.

Внешняя радиальная зона 36 представляет собой по существу открытый кольцевой объем в первой цилиндрической камере 14, расположенный по радиусу снаружи от лопаток ротора. Волокна, проходящие через радиальную зону 36, непосредственно не сталкиваются с вращающимися лопатками и, таким образом, не повреждаются и не рвутся ими. Входной порт 34 открывается непосредственно в наружную радиальную зону 36, так что волокна и другие частицы могут входить в зону без столкновения с роторными лопатками. Кроме того, конец винтового конвейера или другого механизма, если он будет вставлен хотя бы непреднамеренно через входной порт 34 в радиальную зону 36, не вызовет повреждения роторных лопаток или самого механизма.

Вращение роторных лопаток 26 в первой цилиндрической камере 14 создает вращательный поток волокон и пара во внешней радиальной зоне 36. Вращательный поток пара и волокон, вызванный лопатками, проходит по всей камере 14, включая внешнюю кольцевую зону 36. Вращательный поток в первой цилиндрической камере 14 создает частичное всасывание во входном порте 34, при помощи которого волокна и пар всасываются во внешнюю радиальную зону 36. Скорость волокон и пара, поступающих во входной порт 34 может обеспечивать дополнительную движущую силу волокон и пара, перемещающихся во вращательном направлении через первую цилиндрическую камеру 14.

Вращательный поток волокон и пара в первой цилиндрической камере 14 прикладывает центробежные силы к волокнам в потоке, который стремится выталкивать волокна во внешнюю кольцевую радиальную зону 36 и во внешнюю сторону от роторных лопаток 26. Пар в потоке, который имеет меньшую массу, чем волокна, стремится перемещаться радиально внутрь цилиндрической камеры 14 по отношению к волокнам. В дополнение, пар, или по меньшей мере его часть, всасывается через отверстие 40 в разделительной стенке 18 между первой и второй цилиндрическими камерами 14, 16. Отверстие 40 служит как проход для пара, поступающего из первой цилиндрической камеры во вторую цилиндрическую камеру. Отверстие 40 является предпочтительно коаксиальным к валу 20 и по существу окружает вал. Отверстие может состоять из ряда отверстий в разделительной стенке, непрерывного кольцевого отверстия или отверстия, проходящего частично вокруг вала. Отверстие 40 допускает выход пара из первой цилиндрической камеры 14 и его поток во вторую цилиндрическую камеру 16.

Волокна не проходят через отверстие, потому что центробежные силы вращательного потока в первой камере 14 толкают волокна во внешнюю кольцевую зону 36, которая размещена за наружным радиальным краем 42 кольцевого отверстия 40. Поскольку отверстие 40 не продолжается до краев 28 лопаток ротора или во внешнюю радиальную зону 36, где концентрируются волокна, через отверстие 40 не проходят (или проходят в малом количестве) волокна. Пар отделяется от потока волокон посредством направления пара через отверстие 40.

Давление всасывания для всасывания пара через отверстие 40 создается вентилятором 44, вращающимся во второй цилиндрической камере 16. Лопатки 46 вентилятора выталкивают пар и воздух во второй цилиндрической камере к выходу 48 газа, расположенному тангенциально ко второй цилиндрической камере 16. Давление во второй цилиндрической камере понижается, поскольку поток пара и воздуха выталкивается вентилятором из этой камеры. Понижение давления во второй цилиндрической камере создает всасывание через отверстие 40 и из первой цилиндрической камеры. Лопатки 46 вентилятора могут проходить по существу по всей ширине и радиальной высоте второй цилиндрической камеры.

Вентилятор 44 расположен коаксиально валу 20 в сборе и соединен с ним, например, сваркой. Вентилятор, ротор в сборе и вал предпочтительно вращаются с одной и той же угловой скоростью. Предпочтительно скорость вращения вала составляет от 1800 оборотов в минуту до 1100 об/мин, например 1500 об/мин. Эти скорости относительно низкие и предназначены для того, чтобы сборка ротора и вентилятор создавали вращательный поток газа соответственно в первой цилиндрической камере и второй цилиндрической камере. Вращательный поток в первой цилиндрической камере осуществляется с угловой скоростью, достаточной для подачи волокон к стенке внутреннего периметра 38 первой цилиндрической камеры.

На фиг.2 показана схема центрифуги разделения волокон и пара, показывающая корпус 12 в разрезе. Вал соединен с электродвигателем 50 ременным приводом 52. Скорость вращения ротора в сборе, вентилятора и вала определяется ременным приводом и электродвигателем.

Выпускной патрубок 54 волокон проходит вертикально вниз от дна первой цилиндрической камеры 14. Волокна и часть пара, не втянутые во вторую камеру, выводятся через выпускной патрубок волокон. Предпочтительно, выпускной патрубок 54 волокон выходит из первой цилиндрической камеры тангенциально к первой камере 14. Далее, выпускной патрубок 54 предпочтительно отстоит от входного порта 34 приблизительно на 90 градусов вокруг периметра первой цилиндрической камеры 14. Поток волокон и пара входит в первую цилиндрическую камеру 14 через входной порт 34, проходит на 90 градусов по первой цилиндрической камере и волокна выходят из камеры через выводной патрубок 54 волокон.

На фиг.3 показан вид сбоку с частичным разрезом центрифуги 10 разделения пара и волокон. Траектория 56 потока волокон через центрифугу показан стрелками, проходящими через входной патрубок 58 потока волокон и пара. По мере того, как поток проходит через входной порт 34, поток вынужден двигаться через первую цилиндрическую камеру 14 за счет движущей силы от входной скорости потока и вращательного движения, вызванного в камере вращением ротора 24 в сборе и соответствующих лопаток 26 ротора.

Поток поворачивает в первую цилиндрическую камеру 14 благодаря по существу круглому периметру камеры (см. внутреннюю стенку 38). Поток поворачивает от направления, например, горизонтального, когда поток проходит через входной порт 34, к направлению, например, вертикальному, потока через выходной порт 60 и выпускной патрубок 54. Величина поворота, например, на 90 градусов потока в первой цилиндрической камере, должна быть достаточной для перемещения волокон в потоке к внутренней периферийной стенке 38 первой цилиндрической камеры и для засасывания пара через отверстие 40, и посредством этого отделения пара от волокон.

Предпочтительно, выходной порт 60 для волокон представляет собой прорезь, открывающуюся во внутреннюю периферийную стенку 38. Размеры отверстия в выходе 60 подбираются таким образом, чтобы волокна, двигающиеся вдоль периферийной стенки 38, выходили из камеры 14 без излишней подачи газа из камеры. Как показано на фиг.3, выход 60 является выходом относительно малой площади, имеющим площадь и форму, эквивалентные входному отверстию 34, показанному на фиг.1. Выход 60 волокон открывается непосредственно в выводной патрубок 54 волокон. Поперечное сечение этого патрубка 54 может значительно превышать сечение выхода 60 волокон, что видно по участку 62 внутренней стенки 38, расположенной по периферии первой цилиндрической камеры 14.

Фиг.4 - это вид в изометрии ротора 24 в сборе, на котором показаны лопатки 26 ротора, вентилятор 44 и лопатки вентилятора, и вала 20 в сборе. Ротор 24 в сборе и вентилятор 44 коаксиально смонтированы рядом один с другим на валу 20 в сборе, например, при помощи сварки. Опорное кольцо 64 может включаться в каждый из наборов лопаток ротора и лопаток вентилятора. Опорное кольцо обеспечивает жесткость конструкции поддержку лопаток, и помогает их надлежащему радиальному выравниванию.

Центробежный сепаратор 10 волокон и пара не ограничивается только отделением волокон от пара. Описанный здесь сепаратор - это пример осуществления сепаратора, подходящего для отделения частиц, содержащихся в газовом потоке, в особенности в потоке пара. Сепаратор имеет ряд преимуществ, включая возможность отделения частиц от потока без прямого контакта с частицами. Сепаратор может применяться для отделения частиц, которые могут быть повреждены при контакте с лопатками ротора или другими движущимися компонентами.

Хотя описанный здесь вариант осуществления изобретения рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный, следует понимать, что изобретение не ограничивается описанным вариантом и, наоборот, включает в себя различные модификации и эквивалентные конструкции, соответствующие сущности и объему формулы изобретения.

1. Сепаратор для отделения древесных волокон из потока пара, причем сепаратор включает в себя:
корпус, включающий первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор;
ротор в сборе, расположенный в первой камере, включающей внешнюю зону, имеющую внутреннюю периферийную сторону, прилегающую к наружному радиусу ротора в сборе и внешнюю периферийную сторону, образуемую внутренней поверхностью камеры;
входной порт потока в первую камеру и выходной порт волокон из первой камеры, при этом входной порт и выходной порт каждый выровнены по отношению к внешней зоне первой камеры; и
вторую камеру, соединенную с первой камерой через проход для пара, при этом отверстие прохода для пара в первой камере находится радиально внутри от внешней радиальной зоны,
при этом ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит, по существу, по всей ширине первой камеры, так что, по существу, нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток.

2. Сепаратор по п.1, в котором края лопаток ротора прилегают к внутренней периферийной стороне внешней зоны.

3. Сепаратор по п.1, в котором внешняя радиальная зона определяет проход потока между входным портом потока и выходным портом волокон, причем этот проход, по существу, свободен от движущихся механических компонентов.

4. Сепаратор по п.1, в котором первая камера является цилиндрической и вторая камера является цилиндрической, при этом первая камера прилегает ко второй камере и камеры разделены разделительной стенкой.

5. Сепаратор по п.4, в котором проход пара представляет собой отверстие в разделительной стенке.

6. Сепаратор для отделения древесных волокон от потока пара, причем сепаратор включает в себя:
корпус, включающий первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор, и вторую камеру, причем первая камера прилегает ко второй камере и камеры разделены разделительной стенкой;
ротор в сборе, расположенный в первой камере, которая включает внешнюю радиальную зону, которая продолжается радиально между ротором в сборе и внутренней поверхностью первой камеры;
входной порт потока в первую камеру и выходной порт волокон из первой камеры, причем входной и выходной порты выровнены по отношению к внешней зоне первой камеры,
при этом отверстие прохода для пара в первой цилиндрической камере находится радиально внутри от наружной радиальной зоны,
ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит, по существу, по всей ширине первой камеры, так что, по существу, нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток.

7. Сепаратор по п.6, далее включающий вентилятор во второй камере, понижающий давление во второй камере по сравнению с давлением в первой цилиндрической камере, при этом вентилятор включает лопатки вентилятора, радиально выступающие за лопатки ротора в сборе.

8. Сепаратор по п.7, далее включающий вал в корпусе, при этом ротор в сборе и вентилятор коаксиально смонтированы на валу.

9. Сепаратор по п.6, в котором ротор в сборе включает лопатки ротора, выступающие не более чем на половину радиального размера первой камеры.

10. Сепаратор по п.6, в котором ротор в сборе включает лопатки ротора, и края лопаток ротора проходят до внутренней радиальной стороны внешней зоны.

11. Сепаратор по п.6, в котором внешняя зона определяет проход потока между входным портом потока и выходным портом волокон, который, по существу, свободен от движущихся механических компонентов.

12. Сепаратор по п.6, в котором входной порт потока и выходной порт волокон направлены тангенциально к внутренней поверхности первой камеры.

13. Сепаратор по п.12, в котором входной порт потока отступает по меньшей мере на девяносто градусов от выходного порта волокон по отношению к первой цилиндрической камере.

14. Способ отделения древесных волокон от потока пара с использованием сепаратора, включающего первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор, и вторую камеру, где первая камера прилегает ко второй камере, причем способ включает в себя:
введение потока пара во внешнюю зону первой камеры;
создание вращательного потока пара в первой камере при помощи ротора в сборе, расположенного в первой камере, причем ротор в сборе имеет внешний радиальный край, расположенный радиально изнутри от внешней зоны первой камеры;
приложение вращающегося потока для передвижения потока пара через внешнюю зону и для прикладывания центробежных сил к волокнам в потоке пара для их перемещения к внешней радиальной периферии внешней зоны;
вывод волокон из потока пара через выходной порт волокон в периферийной стенке первой камеры, и
всасывание пара из потока пара из внешней зоны в отверстие в первой камере, причем отверстие размещено радиально изнутри от внешней зоны, при этом ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит, по существу, по всей ширине первой камеры, так что, по существу, нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток.

15. Способ по п.14, в котором отверстие ведет во вторую камеру, где давление ниже, чем в первой камере и всасывание пара вызвано разницей давлений в первой камере и во второй камере.

16. Способ по п.14, в котором волокна проходят через внешнюю зону без воздействия движущихся механических компонентов сепаратора.

17. Способ по п.14, в котором введение потока пара во внешнюю радиальную зону определяет поток пара, движущийся в основном тангенциально по отношению к внешней зоне.

18. Способ по п.14, в котором поток пара включает в себя пар и древесные волокна.