专利名称：具有感测器的脱气离心设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如泵的脱气离心设备，该设备包括用于测量在所述设备内转动的液体层厚的可转动感测器。脱气离心设备特别适用于造纸机的纸张或纸板制造中的回水处理。
背景技术：
在造纸过程中经由成形纤维排出的回水通常包括大量携带空气。由于造纸机的短暂循环需要特别恒定的流动，干扰空气通常通过将排放的回水引导经过从一个或多个脱水箱到开放的回收罐的特殊管道或通道系统来去除。脱气的水接着在片材成形之前泵回到短循环的纤维处理过程。其中需要无空气泵送的其它液体是黑液、脱墨泥浆和原料、涂覆颜色等。
能够将气体和将被泵送的液体分开的泵是公知的，但是这种泵的目的通常仅仅是去除大部分气体以便进行正常泵送。公知的泵通常不能够去除足够的气体以便实现没有空气的程度，这正是在造纸过程中直接使用流体而不进一步脱气所需要的。能够均匀泵送包含气体的流体的现有技术泵的实例在例如US4410337和US5039320中披露。
相同的申请人的US专利5861052披露了气体分离泵，该泵能够将空气和水从混合物中分离，该专利结合于此作为参考。泵具有位于一端处的流体入口以及位于相对端处的泵送液体出口。在入口和出口之间具有中空细长的气体分离转子和用于分离气体的大致中央的出口。在泵的出口端，转子的直径形成较大直径泵送区域。泵的入口端设置一组叶片以便将流入流体分配到转子壁上，并且泵的出口设置叶片轮以便泵送脱气的液体。这种泵特别适用于造纸过程中经由成形纤维排出的回水的无气体再循环。
所述气体分离泵的另一变型在同一申请人的US专利6723205和WO0074812中披露，该专利的内容结合于此作为参考。
实际上，本申请人的所述气体分离泵设置用于测量转子内液体层厚的装置。用于测量液体(或水环)层厚的一种现有技术解决方法是根据感测器系统，其中感测器静态支承在相对长的厚壁管道的端部上。但是，这种解决方法容易机械失效。同样，聚集的污物已经成为显著的问题，这是由于它需要在使用测量结果来调节经由泵的流动系统之前，根据测量结果进行污物补偿。同样，相对长的管道容易振动，降低了测量结果的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在脱气离心设备中测量液体层厚的装置。本发明的目的特别是提供一种用于测量所述液体层厚的可靠感测器。
本发明目的在于提供一种感测器，感测器不容易受到聚焦污物的影响，并因此不(不太)需要聚集污物补偿。
本发明目的在于提供一种感测器，与现有技术相比，感测器不容易机械失效。
按照本发明的优选实施例，提供一种脱气离心设备，包括 可转动中空转子，在一端处连接到固定流体入口上并在相对端处连接到固定液体出口上，具有从其中心去除气体的气体排放装置； 所述设备在所述入口端部具有用于转动所述流体并将其引导到所述转子的内壁上的装置；以及 所述设备还包括布置成测量所述设备内转动的液体的层厚的可转动感测器。
在本发明的优选实施例中，脱气离心设备是脱气离心泵。用于转动所述流体的装置最好包括第一叶轮。该设备通常包括位于所述出口端部处的第二叶轮。
该设备通常包括从转子外侧延伸到所述出口部分的轴。最好是，感测器附接在第二叶轮或者轴上。作为选择，感测器附接在转子或某些其它转动元件上。
在本发明的优选实施例中，感测器配置成测量所述液体层和所述感测器的相互电容。作为选择，感测器配置成通过光束测量或通过声音测量来测量去往所述液体层的距离。
该设备还包括配置成将测量信号转换成数字或频率信号的转换装置。转换装置最好是电子测量卡，并且最好附接在第二叶轮或轴上。
在优选实施例中，该设备还包括用于将测量信号从感测器传递到转换装置的装置。信号可以在空气界面上、经由中间材料或经由直接接触传递。
该设备还包括用于将数字或频率信号从转换装置传递到固定信号处理装置的装置以及配置成传递感应信号的可转动和固定线圈。用于传递信号的装置包括例如用于转换装置中的无线电发送器以及位于固定信号处理装置内的无线电接收器。固定信号处理装置最好还包括接收装置、用于确定液体层厚的装置以及用于将信号从接收装置传递到用于确定液体层厚的装置的装置。该设备还包括将功率从功率源传递到感测器的装置。
在本发明的优选实施例中，所述中空转子具有至少为2∶1的长径比，其中至少一半的转子长度配置成和干燥外表面一起转动。更好的是所述中空转子的长径比在3∶1和10∶1之间。所述固定液体出口包括围绕一半以下的转子的固定泵壳体。可转动感测器配置成测量所述转子的内壁上的液体层厚。作为选择，可转动感测器配置成测量泵送区域内的水环。
在本发明的优选实施例中，该设备配置成将气体从浆体或造纸过程中流动的流体分离。最好是，流体是造纸过程中的黑液。
按照本发明的实施例，指示测量液体层厚的信号经由空气界面从感测器传递到固定信号处理装置。在本发明的实施例中，感测器包括将测量信号经由空气界面传递的无线电发送器，并且固定信号处理装置包括接收传递的测量信号的无线电接收器。
本发明提供优于现有技术解决方法的多种优点。本发明的解决方法提供感测器系统，其中减小了聚集污物。这还在分析结果时减小了污物补偿的需要。还减小了感测器容易机械失效的缺陷，这是由于它不需要通过长管道来紧固。测量的可靠性通过将感测器附接在第二叶轮或轴上来增加，并且因此消除了感测器附件的振动。
参考附图，更加详细地描述本发明及其另外的目的和优点，附图中 图1表示按照本发明优选实施例的脱气离心泵的截面； 图2表示沿着线A-A的图1的脱气泵的截面； 图3表示按照本发明的可选择实施例的脱气离心泵的截面； 图4表示按照本发明的脱气离心泵在造纸过程中的应用。
具体实施例方式 在本发明的以下详细描述中，参考附图，其中相同的参考标号用于相同或功能类似的部件。应该注意到本发明的泵操作方式大部分与所述US专利5861052所述的方式相同。参考所述专利中的详细描述，本领域普通技术人员清楚的是现有技术泵的总体构造和操作的许多变化可在很大程度上适用于本发明的泵。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，脱气泵10包括可转动的中空管状转子20，转子具有位于一端的固定流体入口14和位于相对端的固定液体出口18。转子20通过固定保护壳12包围，并且可转动地安装在轴承内。管状壳体12形成围绕转子20的保护空气空间。泵的出口端通过固定泵壳体16包围，以便泵送脱气液体。
在入口端处附接在转子20的内壁上的是形成第一(或入口)叶轮26的一组转动叶片24，并且在泵的出口端处是形成第二叶轮30的第二组叶片32。在第一叶轮26和第二叶轮32之间，转子20的脱气主体形成为大致圆柱形的鼓34。鼓34还可具有略微锥形的结构。
在转子20的中心，分离的气体形成通过转动流体表面(即流体层)40包围的气体柱。在流体从入口流到出口时，所述流体层40逐渐释放所有所含气体并转换成液体或液体悬浮物的无气体层。在此说明书中，术语流体指的是作为液体和气体的混合物的流体。术语液体指的是没有气体的液体或液体悬浮物。
在图1中，在转子20的中央具有固定气体排出管道36，管道36在其外周边具有环形入口节流板38，节流板可沿着排出管道滑动。节流板38适用于将流入流体分配到第一叶轮26。
泵底部使得液体从所述底部自由流动并经由形成在转子壁端部和底部之间的环形开口流出。在此实施例中，泵10的底部表示为与转子20一起转动。
转子20的鼓部分34的内壁提供大的转动气体分离表面以便从流体中分离携带气体。气体分离表面应该足够长，使得在所述流体在所述转子20内从入口朝着出口流动时，流体具有充分时间在气体分离表面处沉降，并且使得所述流体中包含的任何气体分离。
为了提供充分的气体分离时间，并且为了在所述分离表面的轴向流动和造成分离的离心力之间获得优选比率，鼓34应该最好具有小于鼓长度一半的直径。除了在具有极长转动装置中所遇到的技术困难之外，虽然鼓的长度没有明确的限制，适当的长径比在2和15之间，最好在3和10之间。最为优选的是长径比在3和8之间。
转子20通过由转子20外部的马达(未示出)的轴44转动。由于所述转子20的转动，造成流体在所述分离表面上快速转动，并且受到离心力，造成流体-气体混合物内的封闭气泡快速升高到混合物表面并从中朝着转子20的中心。
在设备的使用中，在鼓34的内壁上形成流体层40。所述层40逐渐释放所有的包含气体，并且转换成液体或液体悬浮物的无气体层(即液体层)。
为了在分离部分内提供大和稳定的气体柱以及流体层40的大表面，从而有效分离气体，最好是不小于转子20的气体分离部分的可得容积的一半。流体层40应该保持相对的薄，最好是小于气体分离部分直径的四分之一，甚至更优选的是小于六分之一或更小，由此离心力造成所述流体层40内形成中等压力，并且避免所述流体层40内封闭气泡的过渡压缩。
图1还表示检测系统的新颖概念。转动感测器42附接在第二叶轮30上。在本发明的一个实施例中，第二叶轮30从脱气泵10的出口部分朝着脱气泵10的入口部分延伸。按照本发明的感测器42例如通过螺钉(图1未示出)固定附接在第二叶轮30上。在感测器42和第二叶轮30之间还具有凸缘(图1未示出)。绝缘凸缘用来将感测器42与地面电隔离。
轴44延伸经过脱气泵10的壳体16，并且附接在第二叶轮30上。在本发明的所示实施例中，在第二叶轮30中采用信号传递杆46和其它中间材料(同时信号传递装置)。信号传递装置能够将信号从感测器42传递到转换装置48。
在本发明的可选择实施例中，轴44延伸穿过脱气泵10的壳体16并穿过第二叶轮30。在此实施例中，轴44附接(或者通过轴承定位)在第二叶轮30上，并且感测器42附接在轴44上。在轴44和感测器42之间还具有绝缘凸缘，以便将感测器42与地面隔离。
在本发明的优选实施例中，还具有附接在轴44上的转换装置48。转换装置48最好例如通过螺钉附接在轴部分44的位于泵壳体16外部的部分上。转换装置可以例如是能够将信号转换成频率信号的电子卡。
感测器42、第二叶轮30(以及轴44)以及转换装置48都最好和转子20一起和同时转动。与固定感测器相比，感测器42的转动将大大减小感测器42上的污物聚集。减小污物聚集还消除了在例如计算装置的测量评估装置中进行污物补偿的需要，以便计算液体层厚。转动元件还可以将微弱信号转换成适用于从转动元件传递到静态元件的形式。
在本发明的优选实施例中，感测器42配置成测量去往液体层40的表面的距离并且提供有关液体层40(或者作为选择脱气泵10的液体出口处的泵送区域内的液体环)的厚度信息，从而为控制系统提供如何调节泵转动和/或流体流动(以便实现脱气泵的更加有效应用)的信息。
在本发明的优选实施例中，感测器42配置成测量液体和感测器42(或者检测元件)的相互电容。作为选择，感测器42配置成通过利用光束或超声波(例如回声测深仪)检测液体层离开感测器42的距离。这种测量的原理对于本领域的普通技术人员来说是公知的，并且因此不在这里更加详细地描述。
测量结果以信号的形式从感测器42经由信号传递装置46传递到转换装置48。转换装置48进行信号转换。例如从电容信号(皮法信号)转换成频率信号(赫兹信号)。信号可经由空气或经由直接接触传递到静态接收器。例如通过将转换装置48的发送器引导到静态接收器的信号接收器和/或将发生器和接收器之间的距离保持足够靠近，并且传递功率低，使得信号例如在造纸机中将不与其它装置干涉，信号可从转换装置4传递到静态接收器。信号还可作为感应信号经由转动和固定线圈传递。转动和固定线圈还可用于将功率从固定功率源传递到感测器(并且可以到转换装置)。
静态接收器从转换装置48接收信号，其中在静态接收器将接收信号传递到外部电子器件之后。在这种情况下，外部电子器件指的是位于脱气泵10外部的外部电子器件。静态接收器和外部电子器件形成固定信号处理装置。固定信号处理装置还包括用于将接收信号从静态接收器传递到外部电子器件的装置。
外部电子器件可包括例如具有适当附加硬件的计算机，能够将接收的信号转换成液体层的厚度信息，并且为过程的操作者(或监测者)显示结果。以此方式，检测系统(包括感测器和信号传送、转换和显示装置)可用来控制流体流动进入脱气泵10、脱气泵10的转动部件的转动速度以及感测器42(以及检测系统的其它部件)的可能的校正。
除了在泵的入口部分内使用气体排出管道36之外，气体排出可以通过在出口端部内从泵壳体16中心和偏心延伸的气体出口来提供。
图2表示沿着线A-A的图1的脱气泵的截面。图2表示按照本发明概念的感测器42相对于转子20对中放置。
图3表示按照本发明可选择实施例的脱气离心泵的截面图。除了感测器42和气体出口之外，按照本发明实施例的泵与本发明的优选实施例的泵相对应。在此实施例中，气体出口37表示成放置成在泵的出口端部内从泵壳体16的壁偏心延伸。
在本发明的此实施例中，感测器42通过连接装置50附接到转子20壁上。感测器42在转子20内对中放置。感测器42可以通过紧固在转子20上的金属杆(或者其它连接装置)附接在转子20上。
在本发明的可选择实施例中，测量信号从感测器(或者附接其上的发送装置)经由空气界面发送到固定信号处理装置(未示出)。随后固定信号处理装置处理信号，以便指示液体层厚，并可以显示给系统的操作者。
图4表示按照本发明的脱气泵离心泵在造纸过程中的应用。
图4的解决方法表示造纸过程，其中薄原料经由头箱(headbox)100供应到成形线上，以便形成幅材。按照本发明，经由成形线排出的回水在排放箱101、抽吸箱102和抽吸辊103内收集，并直接流到脱气泵10、10’和10”内。分别与抽吸箱和抽吸辊相关的脱气泵10’和10”可连接到真空源(未示出)上，以便提供所述抽吸箱和所述抽吸辊所需的抽吸。
脱气泵10、10’和10”将回水中所含的空气分离并且将回水作为分离的无空气流体供应到主要纤维加工的不同稀释点。所述纤维加工经由混合器123、离心清理器122、筛屏121和原料分配器125从原料分离124进行到头箱100，并且进一步到纸幅成形。
按照本发明的脱气泵因此提供用于将大致没有空气的回水快速和直接循环到造纸机湿润端的纤维加工内的装置。
用于按照本发明制造纸张或纸板的过程可通过按照正常造纸操作的原理操作，这种操作包括如下步骤提供浆体原料；在一个或多个阶段通过经由所述造纸机的成形线排出的回水稀释所述原料；将所述原料经过所述造纸机的头箱供应到所述成形线；在所述成形线上形成幅材，同时使得水从所述原料经由所述线排出；将所述幅材供应通过所述造纸机的压制区段和干燥区段，以便提供纸张或纸板。
本领域普通技术人员将理解到可以对所述实施例进行多种变型而不偏离如所附权利要求限定的本发明的范围。例如，感测器可以是任何类型的可转动感测器，能够测量液体层离开感测器的距离。另外信号的形式可根据所使用的发送器-接收器的类型来变化。信号的形式可以例如是数字信号，而不是频率信号。同样液体流动速度相对于转子的速度可以变化。液体可以是例如水的低粘度液体或者例如纤维原料的高粘度液体或悬浮物。气体可以是比混合物的液体成分轻的空气或另一种气体。因此，液体可包括一定量的纤维或例如墨颗粒的杂质，但是不使得流体混合物过渡粘稠。
权利要求
1.一种脱气离心设备，包括
可转动中空转子，在一端处连接到固定流体入口上并在相对端处连接到固定液体出口上，具有从其中心去除气体的气体排放装置；
所述设备在所述入口端部具有用于转动所述流体并将其引导到所述转子的内壁上的装置；
其特征在于，所述设备还包括布置成测量所述设备内转动的液体的层厚的可转动感测器。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述脱气离心设备是脱气离心泵。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于转动所述流体的装置包括第一叶轮，所述设备包括位于所述出口端部处的第二叶轮。
4.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，还包括从转子外侧延伸到所述出口部分的轴。
5.如权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，感测器附接在第二叶轮或者轴上。
6.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，感测器附接在转子上，并且感测器放置在转子的中心。
7.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，感测器配置成测量所述液体层和所述感测器的相互电容。
8.如权利要求1-6所述的设备，其特征在于，感测器配置成通过光束测量来测量去往所述液体层的距离。
9.如权利要求1-6所述的设备，其特征在于，感测器配置成通过超声波测量来测量去往所述液体层的距离。
10.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，还包括配置成将测量信号转换成数字或频率信号的转换装置。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，转换装置是电子测量卡。
12.如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，转换装置附接在第二叶轮或轴上。
13.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，还包括用于将测量信号从感测器传递到转换装置的装置。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，用于传递测量信号的装置是如下情况中的一种配置成在空气界面上传递信号的发送器-接收器对、配置成经由中间材料传递信号的发送器-接收器对或者配置成经由直接接触传递信号的发送器-接收器对。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括用于将数字或频率信号从转换装置传递到固定信号处理装置的装置。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，用于传递数字或频率信号的装置包括转换装置内使用的无线电发送器以及位于固定信号处理装置的无线电接收器。
17.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，还包括配置成传递感应信号的可转动和固定线圈。
18.如权利要求15-17所述的设备，其特征在于，固定信号处理装置包括接收装置和用于确定液体层厚的装置。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，固定信号处理装置还包括用于将数字或频率信号从接收装置传递到用于确定液体层厚的装置的装置。
20.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，该设备还包括用于将功率从固定功率源传导到感测器的装置。
21.如权利要求1-6任一项所述的设备，其特征在于，感测器配置成测量液体层离开感测器的距离。
22.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述中空转子具有至少为2∶1的长径比，其中至少一半的转子长度配置成和干燥外表面一起转动。
23.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述固定液体出口包括围绕一半以下的转子的固定泵壳体。
24.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述中空转子的所述长径比最好在3∶1和10∶1之间。
25.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，可转动感测器配置成测量所述转子的内壁上的液体层厚。
26.如权利要求1-24任一项所述的设备，其特征在于，可转动感测器配置成测量泵送区域内的水环。
27.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，该设备配置成将气体从浆体或造纸过程中流动的流体中分离。
28.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，流体是造纸过程中的黑液。
29.如权利要求1-6任一项所述的设备，其特征在于，指示测量液体层厚的信号经由空气界面从感测器传递到固定信号处理装置。
30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，感测器包括将测量信号经由空气界面传递的无线电发送器，并且固定信号处理装置包括接收传递的测量信号的无线电接收器。
全文摘要
本发明涉及一种例如用于浆体或造纸工艺的脱气离心泵(10)的脱气离心设备(10)。按照本发明的脱气离心设备(10)包括可转动中空转子(20)，在一端处连接到固定流体入口(14)上并在相对端处连接到固定液体出口(18)上，具有从其中心去除气体的气体排放装置(36)。该设备在所述入口端部具有用于转动所述流体并将其引导到所述转子(20)的内壁上的装置(24)。该设备还包括布置成测量所述设备内转动的液体(40)的层厚的可转动感测器(42)。
文档编号B01D19/00GK101115567SQ200580046547
公开日2008年1月30日 申请日期2005年11月11日 优先权日2004年11月17日
发明者P·O·梅南德, T·西乔拉基 申请人:珀姆技术有限公司