SE511495C2 - Konisk skruvpress - Google Patents

Description

511 495 10 15 20 därför ställbara mothåll såsom t ex klaffar som viks in mot utloppet eller har mothåll som sitter lagrade på skmvaxeln och ställs mot utloppet med hydraulik. Dessa konstruktioner är känsliga, ger ofta upphov till läckage av vätska vid avvätskning och medför att skruven ofia måste vara lagrad i både inloppsänden för massgods och utloppsänden för massgods.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNTNGEN Uppfinningen syfiar till att erbjuda en konisk skruvpress för effektiv och likformig komprimering och/eller avvätskning av massgods. Den koniska skruvpressen enligt föreliggande uppfinning är härvid så utformad att komprimeringen av det massgods som skall komprimeras och/eller avvätskas sker linjärt och likformigt vid transporten av massgodset genom skruvpressen, dvs volymen inne i skruvpressens koniska del minskar med väsentligen samma faktor per längdenhet utefter hela längden av skruvpressens koniska del och komprimeringen av en volymenhet i skruven är väsentligen lika stor i alla fyra riktningama, dvs från skruvens kärna mot mitten av volymenheten, från husets insida mot mitten av volymenheten och från skruvgängoma på båda sidor av volymenheten mot mitten av volymenheten så att massgodsets form inne i skruvpressens koniska del kan liknas vid en spiraliserad fyrkantstav med alla fyra sidoma avsmalnande lika mycket mot utloppsöppningen for massgodset.

Detta uppnås genom att skruven är så dimensionerad, inom åtminstone huvuddelen av skruvens sträckning mellan inloppsöppningen for massgods och utloppsöppningen for massgods, att skruvgängans yttre diameter (D) och skruvkämans diameter (d), förändras axiellt i skruvpressen från en första axiell position, där skruvgängans yttre diameter =D1 och skruvkämans diameter = di till en i massgodsets riktning senare belägen andra axiell position, där skruvgängans yttre diameter = D; och skruvkämans diameter = d; enligt formlema: Dl dl D* m f* = vi där K är ett kompressionsförhållande, dvs volymen av massgodset vid den första positionen i förhållande till volymen av massgodset vid den andra positionen och n är ett tal mellan 2,5 och 3,5, företrädesvis mellan 2,7 och 3,3, lämpligen mellan 2,9 och 3,1, I det ideala fallet är n=3 _ Även vissa andra delar av skruvgängomas utformning kan förändras med huvudsakligen samma förhållande som skruvgängan, såsom t ex skmvbladens bredd i periferin t och 10 15 20 25 35 511 495 hålkälsdiarnetem R vid skruvbladens infästning mot skruvkäman på den sida som vetter mot massgodsets inlopp enligt forrnlema t, = L R2= i v? <0? där t; är sknrvbladets bredd och Rl är hålkälsdiametem i nämnda forsta position, t; är skruvbladets bredd och R; är hålkälsdianietem i nämnda andra position och n är ovan nämnda tal mellan 2,5 och 3,5, företrädesvis mellan 2,7 och 3,3, lärnpligen mellan 2,9 och 3,1, idealet 3.

Skruvgängomas vinkel (ot) mot ett plan vinkelrätt mot skruvens axel skall helst vara konstant men kan variera med högst 20% åt endera hållet från en konstant vinkel mot nämnda plan inom nämnda del av skruvens utsträckning, lärnpligen högst 10% och företrädesvis högst 5%.

Kompressionsförhållandet K räknat från början av den koniska skruven till slutet på denna beror bl a på det massgods som skall komprimeras. Vid lätt, fluügt material väljs en hög kompressionsgrad K mellan 7 och 15, företrädesvis mellan 8 och 12, medan vid avvätskning av tyngre material, t ex av sediment fiån en cellulosaindustri, väljs en lägre kompressionsgrad K mellan 2 och 6, företrädesvis mellan 3 och 5. Beroende på materialets beskalfenhet och syftet med pressningen kan K anta varje värde däremellan och vis extrema fall även större eller mindre värden än de ovan angivna.

Vid lätt och fluffigt material väljs ett relativt stort förhållande D/d, ca 1,5 till 2,5, och en relativt liten stigningsvinkel ot (ot är vinkeln mellan skruvbladet och ett plan vinkelrätt mot skruvens axel) ca 10° till 25°, medan vid t ex awätskning av cellulosasediment D/d kan väljas till 1,2 till 1,5 och ot till c 20° till 30°.

Med ovanstående utformning av skruven har mycket goda resultat erhållits vad gäller kapacitet och energiförbrukning vid komprimering och avvätskning jämfört med konventionella koniska skruvpressar. Den låga energiförbrukningen beror bl a på den likforrniga komprimeringen, vilken också ger en jänm avvätslcning av materialet i skniven.

Den låga energiförbrukningen beror dessutom på att den likformiga komprimeringen ger en minimal bearbetning och demolering av det hanterade massgodset vilket också är till stor fördel i många fall, t ex vid awattning av cellulosafibrer, där en förkortning av fibrernas längd kan ge en sämre styrka på det papper där fibrema ingår. 10 15 20 25 30 511 495 Den koniska skruvpressen enligt uppfinningen innefattar också medel for att rotera skruven i ett hus som omger skruven, en inloppsöppning for det massgods som skall komprimeras och avvätskas, en utloppsöppning for detta massgods samt åtminstone en utloppsöppning for den avdrivna vätskan. Utloppsöppningen for den avdrivna vätskan är i en utforingsform av uppfinningen belägen i anslutning till inloppsöppningen for massgods, varvid den avdrivna vätskan tvingas motströms massgodset i skruvpressen.

Manteln på den koniska delen av skruvhuset som omger skruven kan vara utformad på olika sätt, bl a dels for att forhindra massgodsets rotation i skruven, dels for att bilda kanaler i vilka vätska kan bortforas. I en utforingsforrn av uppfinningen är huset uppbyggt avi transportriktningen längsgående och avsmalnande segment, som delvis överlappar varandra på så sätt att nästfoljande segment, sett inifrån i skruvens rotationsriktning, delvis ligger under närmast foregående segment och därvid bildar längsgående kanter i massgodsets transportriktning. Andra utforingsformer kan också tänkas, där huset giuts med räfilor eller maskinbearbetas. Likaså kan t ex spiralforrnade, icke axiella, rillor forekomma.

Utloppsöppningen for komprimerat massgods enligt uppfinningen är utfonnad med ett mothåll mot massgodset, innefattande ett med skruven, i ett med skruvhuset fast forbundet säte, roterande mothåll. Mothållet är fäst vid skruvaxeln genom t ex ett kil- eller splinesforband och är, for inställning av presstrycket, axiellt rörligt längs skruvaxeln.

Mothållet är lämpligen anordnat med ett fiädrande element som kan ta upp tillfälliga variationer i massgodsets storleksfordelning och sarmnansättning. Mothållet och motsvarande säte kan ha olika utfonnníng beroende på vilken fiinktion som önskas och kan t ex utforas som en stympad kon i ett likaledes koniskt säte, varvid bildas en ringfonnad utloppsspalt.

Vinkeln på mothållskonen och vinkeln på utloppskonen (sätet) väljs enligt en utforingsform så att den ringformade spaltens tvärsnittsarea hela tiden minskar mot utloppet for massgods vilket ytterligare ökar avvätskningen och komprimeringen. Såväl mothållet som sätet, vart for sig eller båda, kan dock ha delar med andra vinklar, så att man t ex i forsta delen har en forträngningseffekt genom minskande tvärsnittsarea där godset komprimeras, for att i den senare delen ha en ökande tvärsnittsarea vilken ger en sprängningsefiekt som medfor att godset erhålls i komprimerade, hanterbara stycken.

Vid avvätskning garanterar en minskande area på den ringformade spalten en tät ring av material så att vätskan tvingas motstroms materialet mot vätskeutloppet, beläget i anslutning till skruvens inlopp. Mothållets roterande rörelse och friktionen mot det i rotationshänseende stillastående materialet i skruvutloppet formar godset till en ännu tätare ring, varvid tätningen 10 15 20 25 30 35 5 511 495 blir så eñektiv att ingen vätska släpps igenom i utloppet. Vid avvätskning utformas mothållskonen företrädesvis med slät yta.

Om massgodset önskas firifördelat kan såväl yttre som inre kona, eller den ena av dem, förses med mönster för att ge malningsefiekt.

En ytterligare fördel med mothållet enligt uppfinningen är att mothållet samtidigt utgör en lagring för skruven i utloppsänden för massgods, medan den andra änden kan förses med t ex ett sfäriskt lager. Detta ger en billigare och enklare lösning än en skmvkonstniktion där skruven är lagrad i båda ändar. När massgodset pressas ut i spalten mellan mothåll och säte uppstår en axialkrafi i skruvaxeln, motsatt riktad den som uppstår i skruven vid materialtransport. Detta innebär att lagerbelastning på det andra lagret reduceras och lagret kan dimensioneras ner, Reduceringen av lagerbelastningen kan uppgå till ca 30%.

Den medroterande rörelsen underlättar även uttransporten av godset, vilket dels minskar eífektbehovet, dels minskar mottrycket i skruven, vilket i sin tur gör att större mottryck tillåts innan godset börjar rotera med skruven i höljet. Utformningen av mothållet med ett fjädrande element garanterar huvudsakligen samma mottryck vid variationer i massgodsflöde och/eller styckestorlek och tillåter dessutom enstaka, större partiklar att passera vilket förhindrar fastkörníng av skruven.

Ytterligare kännetecken och aspekter på samt fördelar med uppfinningen fiamgår av de efterföljande patentkraven samt av följande beskrivning av två tänkbara utföringsforrner.

KORT FIGURBESKRIVNWG Fig. 1 Pig. 2 Fig. 3 Fig. 4 visar en sidovy i genomskäming av en konisk skruvpress enligt uppfinningen. visar en vy av en konisk skruvpress enligt uppfinningen sedd ovanifrån. visar en detaljbild av en konisk skruv enligt uppfinningen. visar ett tvärsnitt A-A genom inmatriingsdelen av en konisk skruvpress enligt uppfinningen.

Fig. 5 visar ett tvärsnitt B-B av en uttöringsfonn av den koniska delen av huset som omger skruven.

Fig. 6 utgör en detaljbild av en utföringsform av utloppsöppningen for komprimerat massgods.

Fig. 7a och 7b är utföringsexempel på skruvpressar enligt föreliggande uppfinning. 511 495 10 15 20 IQ Un 30 DETALIERAD BESKRIVNING AV TVÅ UFFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Den koniska skruvpressen innefattar, med hänvisning till Fig. 1-6, en skruv 1 bestående av en kärna 2 med skruvgängor 3. Skruven är anordnad att rotera i ett hus 4, som innefattar en inloppsdel 5 for det massgods som skall pressas och som tillika är utloppsdel för den urpressade vätskan, och en konisk del 6. Delen 5 är forsedd med en rektangulär inloppsöppning 7 for massgods och utloppshål 8 for urpressad vätska. Vid den koniska delen 4 av huset 6 finns, i utloppsänden for massgods, en utloppsdel 9 innefattande en med huset 6 fast forbunden utloppsöppning 10, ett med skruvkärnan 2 förbundet koniskt element 1 1 anordnat så att det är ställbart i axiell riktning men roterar med skruven l, ett fjädrande element 12 bestående av polyuretan, en skruv 13 gängad in i skruvens 1 kärna 2 samt brickor 14 och 15. Utloppsöppningen 10 for massgods och det koriiska elementet 1 1 bildar tillsammans en i massgodsets transportriktning iingfoirriig utloppsöppning 16 med minskande tvärsnittsarea, for det pressade massgodset. Vid iriloppsänden 7 for massgods firins en tätriingsanordning 20, ett lagerhus 21 och en hydraulmotor 22. Den koniska delen 6 av huset 4 är uppbyggd av fem stycken i transportriktningen längsgående, avsmalnande segment 30, som delvis overlappar varandra på så sätt att nästfoljande segment sett iriifiån i skruvens rotationsriktning delvis ligger över närmast foregående segment och därvid bildar längsgående kanter i massgodsets transportiilctriing (Fig. 5).

Den koniska skiuvpressens skruv är så dirnensionerad inom åtminstone huvuddelen av skruvens sträckning mellan inloppsöppningen for massgods och utloppsöppningen for massgods att skruvgängans yttre diameter (D) och skruvkämans diameter (d), forändras axiellt i skruvpressen från en forsta axiell position, där skruvgängans yttre diameter =Dl och skruvkämans diameter =d1 till en i massgodsets riktning senare belägen, andra axiell position, där skiuvgängans yttre diameter =D2 och skruvkämans diameter =d2 enligt formlema: Di d __ di :__ 2- åfl? š/É Där K är ett kompressionsforhållande, dvs volymen av massgodset vid den forsta Dg: positionen i forhållande till volymen av massgodset vid den andra positionen.

Skruvgängomas vinkel oi (Figß) är huvudsakligen konstant inom nämnda del av skruvens utsträckning. Även skruvbladens bredd t och hålkärlsdiametern R varierar enligt formlerna: 10 15 20 25 30 511 495 _ ti R = Rx Skruvgängorna ansluter enligt Fig. 3 huvudsakligen i rät vinkel mot skmvkäman i den del som vetter mot massgodsets utlopp.

Skruvhusets inre diameter förändrar sig med huvudsakligen samma förhållande som skruvgängans yttre diameter D ovan. Skruvhusets inre omkrets har härvid, mätt som den del som ligger närmast skruvgängomas yttre diameter, ett avstånd till skruvgängomas yttre diameter D på 1 - 2 mm.

Skruvpressen arbetar så att det massgods som skall pressas, tillförs kontinuerligt genom den rektangulära inloppsöppningen 7. En hydraulmotor 22 roterar skruven 1 varvid massgodset transporteras av skruven under linjär, likformig, kontinuerlig kompression genom huset 4. Husets 4 utformning med längsgående segment 30, som bildar utstående kanter inne i huset i massgodsets transportriktning, medför dels att massgodsets rotation i skruvpressen försvåras, samtidigt som utrymmet fiamför dessa kanter, sedda i skruvens rotationsriktning, utgör kanaler i vilka urpressad vätska transporteras när skruven används för avvätskning. Det pressade massgodset lämnar sedan skruvpressen genom den avsmalnande, ringforrniga utloppsöppningen 16, där massgodset komprimeras ytterligare.

Vid avvätskning rinner vätskan som pressas ur massgodset motströms massgodset, företrädesvis i de kanaler mellan massgodset och huset 4 som bildas av de längsgående segmenten 30, varefier vätskan avrinner genom hålen 8 i botten på husets inloppsdel 5 för massgods.

Utlöringsexempel 1 Pig. 7a visar schematiskt skruven i en skruvpress enligt uppfinningen, där skruven är dimensionerad för komprimering av lätt, fluffigt material. Komprimeringen över skruven är här stor, med K vald till 10. Skillnaden mellan D och d är stor och kvoten D/d vald till 2,0. Stigningsvinkeln ot är relativt liten ca 12°. 511 495 10 15 Utfóringsexempel 2 Fig. 7b visar schematiskt skruven i en skruvpress enligt uppfinningen där skruven är dimensionerad for avvätskriing av sediment från en cellulosaindustri. Komprimeringen över skruven är liten, med K vald till 4. Skillnaden mellan D och d är liten och kvoten D/d vald till 1,2. Stigningsvinkeln ot är 25°.

Försök har visat att bark som pressats i en konventionell barkpress och därefter torkats med varrnlufi i silo till en torrhalt av 35%, efter komprimering i skmvpressen enligt uppfinningen, erhållit en torrhalt på 50%. Värmevärdet har därigenom höjts från 1,4 MWh/ton till 2,4 MWh/ton.

Vid ett annat försök har 25% sediment från ett pappersbruk blandats med bark.

Sedimentet hade en torrhalt på 18% och var odugligt som bränsle. Ekonomisk metod for torrhaltshöjning saknades, varfor sedimentet normalt gick till tipp. Barken hade en torrhalt på 25%. Komprimering och avvattning kunde emellertid i skmvpressen enligt uppfinningen höja torrhalten till 50%. Värmevärdet på blandningen höjdes härigenom från 0,7 MWh/ton till 2,4 MWh/ton.

I båda exemplen var kapaciteten 2,2 ton/timme och effektforbrukningen l0kW.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 511 495 PATENTKRAV

1. Konisk skruvpress for komprimering och avvätskning av massgods innefattande en skruv med skmvgänga och käma i ett hus, medel for att rotera skruven i huset, en inloppsöppning for det massgods som skall avvätskas, en utloppsöppning for det awätskade massgodset samt åtminstone en utloppsöppning for den avdrivna vätskan, kännetecknadav: a) att skruven (1) är så dimensionerad inom åtminstone huvuddelen av skruvens sträckning mellan inloppsöppningen for massgods och utloppsöppningen for massgods att skruvgängans yttre diameter (D) och skruvkämans diameter (d), forändras axiellt i skruvpressen från en forsta axiell position, där skruvgängans yttre diameter = D, och skruvkämans diameter = dl till en i massgodsets riktning senare belägen andra axiell position, där skruvgängans yttre diameter = D; och skruvkämans diameter = d; enligt formlema: D. dt ”fw “fvï där K är ett kompressionsforhållande, dvs volymen av massgodset vid den forsta positionen i forhållande till volymen av massgodset vid den andra positionen och n är ett tal mellan 2,5 och 3,5, och b) att skruvgängomas vinkel (ot) mot ett plan vinkelrätt mot skruvens axel varierar med högst 20% åt endera hållet från en konstant vinkel mot nämnda plan inom nämnda del av skruvens utsträckning.

2. Konisk skmvpress enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att n är ett tal mellan 2,7 och 3,3.

3. Konisk skmvpress enligt krav 2, k ä n n et e c k n a d a v att n är ett tal mellan 2,9 och 3,1, företrädesvis 3.

4. Konisk skruvpress enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d a v att skruvgängans vinkel (ot) varierar med högst 10%, foreträdesvis högst 5% åt endera hållet från en konstant vinkel mot nämnda plan. 10 511 495 10 15 35

5. Konisk skruvpress enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att skruvgängans vinkel (ot) mot nämnda plan är konstant.

6. Konisk skruvpress enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att skruven är lagrad endast vid den ände som är närmast inloppsänden för massgods.

7. Konisk skruvpress enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d av att husets (4) koniska del (6) innefattar längsgående och i transportriktningen avsmalnande, segment (30), som delvis överlappar varandra på så sätt att nästföljande segment sett inifrån i skruvens rotationsriktning delvis ligger under närmast föregående segment och därvid bildar längsgående utstående kanter i massgodsets transportriktning.

8. Konisk skruvpress enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att utloppsöppníngen för vätska är anordnad i botten på inmatningsdelen (5) på skruvpressen, innan husets (4) koniska del (6) börjar.

9. Konisk skruvpress enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kompressionsgraden K är mellan 7 och 15, företrädesvis mellan 8 och 12.

10. , Konisk skruvpress enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att kompressionsgraden K är mellan 2 och 6, företrädesvis mellan 3 och 5.

11. ll. Konisk skruvpress enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet D/d mellan skruvgängans yttre diameter och skruvkämans diameter är rninst 1,5 och högst 2,5 samtidigt som gängornas stigningsvinkel (ot) är minst 10° och högst 25°.

12. Konisk skruvpress enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet D/d mellan skruvgängans yttre diameter och skruvkärnans diameter är minst 1,2 och högst 1,5 samtidigt som stigningsvinkeln (x) är minst 20° och högst 30°.

13. Konisk skruvpress enligt något av kraven 1-12, k ä n n e t e c k n a d a v att den är försedd med en utloppsdel som innefattar en med ett skruvhus (6) fast förbunden utloppsöppning (10) för massgods, som utgör säte för ett med skruvkärnan (2) förbundet element (11), anordnat så att det är förflyttningsbart i axiell riktning och roterbart med skruven (1) samt är försett med ett fjädrande element (12). 1' 1511 495

14. Konisk skruvpress enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att både insidan på utloppsöppningen (10) som utgör säte for elementet (1 l) och elementet (l 1) har formen av stympade koner.

15. Konisk skruvpress enligt något av kraven 13 och 14, k ä n n et e c k n a d av att en ringformad spalt (16) mellan utloppsöppningen (10) och elementet (1 1) har en minskande tvärsnittsarea i massgodsets transportriktning.