FI106705B - Menetelmä ja järjestely aineen pumppaamiseksi - Google Patents

Description

106705

Menetelmä ja järjestely aineen pumppaamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely teollisuudessa käyttävän aineen kuten esimerkiksi grafiitin tai tietyn ainekoostumuksen osakomponentin pumppaami-5 seksi, jossa menetelmässä pumppujärjestelyn tuoton tasaamiseksi pumpattava aine esipaineistetaan ennen varsinaista aineelle tehtävää pumppaustapahtumaa.

Terästeollisuudessa valssaustekniikalla valmistetaan teräslevyjä, -nauhaa, -putkia ja erilaisia profiileja. Valssien ja muokattavan materiaalin välissä käytetään öljyjä tai muita kitkaa vähentäviä voiteluaineita kitkaa vähentämään. Voiteluaineen käyttö ja 10 voitelun onnistuminen parantavat valssaustuloksen tasaisuutta j a estävät valssien kulumista.

Kuumavalssauksessa lämpötilat ovat suuruusluokaltaan n. 1000 °C ja valssausteloja joudutaan usein jäähdyttämään runsaalla vedellä. Tällöin voiteluaineena käytettävä öljy jää vesikalvon päälle ja voitelutulos huononee aiheuttaen samalla valssaustu-15 loksessa laatuongelmia. Epätasaisesti valssattu teräsnauha valssataan ohuemmaksi kylmävalssauksella, mutta kuumavalssauksessa syntyneitä valssausvirheitä ei aina voida korjata kylmävalssauksella. Tällöin syntyy tuotteeseen laatuvirheitä, jotka merkitsevät valmistajalle ylimääräisiä hukkakustannuksia.

US-patentissa 4 201 070 on esitetty grafiittivesiseoksen käyttö saumattomien putki-20 en valmistuksessa. US-patentissa 5 638 893 on esitetty voiteluainejärjestelmä, jolla saavutetaan jatkuva voiteluainevirta, sekä joukko järjestelmään liittyviä suuttimia, joista jokaista suutinta voidaan ohjata erikseen. Lisäksi esitellään suuttimien liikut-telumekanismi, jolla saavutetaan tasainen voitelu, suuttimien ryhmittely erilaisiin ···. kombinaatioihin sekä suuttimien automaattinen puhdistus määrävälein. US- # v. 25 patentissa 5 090 225 on esitetty menetelmä, jossa öljyvesiseosta suihkutetaan vals- • · · .1 * sin kitaan metallinauhan molemmilta puolilta.

• · · • :***: Nykyisin käytettäviä öljypohjaisia voiteluaineita paremmaksi voiteluaineeksi vals- * sausprosessissa on laboratoriotestien perusteella havaittu grafiitti-nesteseos. Grafiit- tinesteseos vähentää kitkaa paremmin kuin muut voiteluaineet ja sen lämmönkes- 30 tävyys on hyvä. Grafiitti on kemialliselta koostumukseltaan hiiltä. Grafiitin käyt- .··*. töönottoa voiteluaineeksi on estänyt sen pumppauslaitteita voimakkaasti kuluttava • · ominaisuus. Kokeilluissa menetelmissä grafiitti ruiskutetaan korkeapainepumppaus-laitteistolla esimerkiksi valssauspinnoille usean safiirisuuttimen kautta, jotta grafiitti levittäytyisi tasaisesti. Menetelmän ongelmana on pumppauslaitteiston osien kulu- • ·

• I

• * · · « · • · 1 1» 2 106705 minen, koska grafiittipartikkelit hiovat laitteiston venttiilejä ja muita osia. Tästä on seurauksena grafiitin epätasainen suihkutus ja suurentunut huoltotarve sekä sen myötä suuret huolto- ja keskeytyskulut. Eräissä sovelluksissa, joissa tarvitaan tarkkaa osakomponenttien annostusta, on ongelmana nestepiireissä oleva ylimääräinen 5 kaasu. Samoin joissakin pumppausjärjestetyissä vaikuttava korkea paine laajentaa ajoittain järjestelyyn kuuluvia joustavia putkistoja ja aiheuttaa tiivisteiden vuotamista jne. Mainitut tilavuusvirtaan vaikuttavat haittatekijät vaikeuttavat tekniikan tason mukaisen pumppausjärjestelyn tuotoksen pitämistä tasaisena.

Joissakin teollisissa sovelluksissa pumpattavan aineen kulutus on pientä ja lisäksi ai-10 neen määrän saaminen oikeaksi verrattuna johonkin toiseen pumpattavaan osakomponenttiin on tuotteen valmistuksen kannalta ratkaisevaa. Esimerkiksi ohuiden muotoiltujen kirurgin käsineiden valmistuksessa on ruiskutettavien osakomponenttien osuudet tarkasti määrätty. Osakomponenttien keskinäisten suhteiden vaihtelu ei saa olla muutamaa promillea suurempaa, jotta tuote täyttäisi sille asetetut vaatimukset. 15 Tällaisten tuotteiden valmistus asettaa erittäin suuret vaatimukset prosesseissa oleville pumpuille ja erityisesti niiden tuoton tasaisuudelle ajan suhteen. US-patentissa 4 844 706 on esitetty menetelmä, jossa kahden kalvopumpun järjestelyllä pyritään saamaan aikaan tasainen tuotto järjestelmään kytketyssä ruiskutussuuttimessa. Ka1-vopumppujen ohjaukseen käytetään ulkoisella ohjauslogiikalla ohjattavia ”AUKI-20 KIINNF-venttiilejä. Kyseisten venttiilien ongelmana on niiden rakenteesta johtuva hitaus, josta johtuen paine muuttuu venttiilin aukaisun jälkeen vasta tietyn viiveen jälkeen. US-patentissa 5 205 722 on esitetty järjestely, jossa kolmen kalvopumpun järjestelyllä pyritään saamaan tasainen pumpattavan nesteen tuotto. Pumppausjärjes-telyä ohjataan osittain mekaanisella pyörivällä sylinterijärjestelmällä. Erityisen vai-25 keaa on saada pumppujen yhteistuotto pysymään vakiona siinä tilanteessa, jolloin ···. pumpattavaa nestettä pumppaava pumppu vaihdetaan pumppausjärjestelyssä toisek- • · !**. si. Työvaiheessa olevan pumpun vaihtaminen toiseen aiheuttaa muutoksen tilavuus- \y virrassa, mikä puolestaan aiheuttaa ulostulopiirissä tuoton alenemista, joka joissakin • · : sovelluksissa vaikuttaa huonontavasti lopputuotteen laatuun.

• · • · 30 Keksinnön tarkoituksena on vähentää mainittuja, tekniikan tasoon liittyviä haittoja.

• · · • · 1 ’·’ 1 Keksinnön mukaiselle aineen pumppausmenetelmälle on tunnusomaista, että esi- paineistettavana pumppujärjestelynä käytetään kammiopumppujärjestelyä, jossa ’·...: olevien kammiopumppujen täyttövaiheen ja työvaiheen välissä kammiopumpun tu- • · · lokammio esipaineistetaan työnesteen avulla ennalta määrättyyn paineeseen.

·1· • · • · · • · · · · • · • · 3 106705

Keksinnön mukaiselle aineen pumppausjärjestelylle on tunnusomaista, että pump-pausjärjestely käsittää kaksi yhteen liitettyä kammiopumppujärjestelyä sekä niiden ohjausjärjestelmän.

Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaati-5 muksissa.

Keksinnön mukaisen pumppausmenetelmän ja -järjestelyn perusajatus on seuraava: Pumppausjärjestely käsittää toisistaan erillään olevat avustavan työainepiirin ja itse pumpattavan aineen pumppauspiirin. Siten pumpattavan aineen mahdolliset kuluttavat, syövyttävät ja muut epäedulliset ominaisuudet eivät vaikuta työainepiirin puo-10 lella. Aineen pumppaukseen käytetään kahden tai useamman kammiopumpun järjestelyä, jossa pumppujärjestelyssä tasaisen tuoton varmistamiseksi tehdään kunkin kammiopumpun tulokammiolle täyttövaiheen jälkeen lyhyt esipaineistus. Menetelmän mukaisessa järjestelyssä voi olla useita keksinnön mukaisia pumppu-järjestelyitä kytkettynä rinnan. Menetelmä soveltuu sekä matalapaine- että korkea-15 painepumppaukseen. Pumppausta voidaan valvoa ja ohjata käyttöpistekohtaisesti, jolloin aineen pumppaaminen on koko ajan hyvin hallittua. Nämä ominaisuudet tekevät keksinnön mukaisesta nesteen pumppausjärjestelystä huoltovapaan, jolloin tuotantoprosessin seisonta-aika vähenee merkittävästi.

Keksinnön etuna on, että pumpattavan nesteen tuotto pystytään pitämään vaihteluil-20 taan selvästi pienempänä kuin tekniikan tason mukaisilla menetelmillä.

Lisäksi keksinnön etuna on, että keksinnön mukaisella pumppausjärjestelyllä voidaan pumpata voimakkaasti kuluttavia nesteseoksia kymmeniä kertoja kauemmin ennen tarvittavaa huoltoa verrattuna tekniikan tason mukaisiin pumppausjärjestelyi- .... hin. Näin saavutetaan raskaassa metalliteollisuudessa merkittäviä kustannussäästöjä.

• · • « · • · v.: 25 Edelleen keksinnön etuna on, että pumppausjärjestelyn erästä suoritusmuotoa voi- daan käyttää sovelluksissa, joissa osa prosessiin kuuluvista laitteista/osista on yli :1 ”: 100 kV:n jännitteen alaisina.

• · · • · · .111

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan ohei- • · · * siin piirustuksiin, joissa 30 kuva 1 esittää esimerkinomaisesti suoritusmuotoa, jota käytetään grafiittineste- • · « . 1 1 ·. seoksen pumppauksessa, · « · • · ' ♦ ♦ · « • 1 « · • 1 · • ·

• ' I

4 106705 kuva 2 esittää esimerkinomaisesti suoritusmuotoa, jota käytetään staattiseen varaukseen perustuvissa maalausjärjestelmissä, ja kuva 3 esittää pyörimisnopeus-paine-aika -kaaviona pumppausjärjestelyn paineen käyttäytymisen työnestepiiristä mitattuna.

5 Kuvassa 1 on esitetty esimerkinomaisesti periaatekuva pumppausjärjestelystä, jossa on käytetty keksinnön mukaista pumppausmenetelmää. Pumppausjärjestely koostuu kahdesta samanlaisesta kammiopumppujärjestelystä: pumppujärjestelystä A, kuvan viitenumerot 101-116, ja pumppujärjestelystä B, viitenumerot 121-135, ja molemmille yhteisestä pumpattavan aineen syöttöjärjestelmästä, viitenumerot 137-139, se-10 kä pumppausjärjestelyn ohjausjärjestelmästä 140. Kuvan 1 suoritusmuodossa on pumppujärjestelyjen A ja B toiminta tahdistettu toisiinsa yhtenäisen, sykkeettömän tuoton aikaansaamiseksi. Kumpikin pumppujärjestelyistä A, B käsittää kaksi neste-piiriä. Ensimmäistä piiriä 101-110, 121-130, jossa virtaa työnestettä, kutsutaan jäljempänä työnestepiiriksi. Toista piiriä 112-115, 132-135 sekä 137-139, jossa virtaa 15 pumpattavaa ainetta, joka on edullisesti eräässä suoritusmuodossa grafiitti-neste-seosta, kutsutaan jäljempänä pumppauspiiriksi.

Seuraavassa selitetään pumppujärjestelyn A osat ja niiden toiminta. Pumppujär-jestelyn B osat ovat vastaavat, mutta sen toiminta on eri vaiheista, kuten kuvan 3 selityksen yhteydessä esitetään. Työneste pumpataan pumppujärjestelyssä A säiliöstä 20 102 vakiotilavuuspumpun 103 kautta syöttölinjaa pitkin kammiopumpulle 109.

Pumppua 103 käytetään moottorilla 101. Pumpun 103 jälkeen linjassa on toimiva vastaventtiili 104, jolla estetään työnesteen takaisinvirtaus pumppuun sen ollessa pysähtyneenä. Venttiilin 104 jälkeen linjassa virtaustunnistin 105, jota seuraa istuk-katyyppinen ohjausventtiili 106, jonka kautta työneste ohjataan kammiopumpulle 25 109 tai palautetaan työnestekiertoon keräilysäiliön 107 kautta. Ohjausventtiiliä 106 ··· seuraa paineenmittauslaite 108, jolla mitataan kammiopumpun tulokammiossa 110 :·. vallitsevaa painetta. Pumpattava aine syötetään säiliöstä 137 venttiilin 138 kautta • · · syöttöpumpulle 139 ja siltä edelleen painovoimaisen vastaventtiilin 116 kautta • · kammiopumpun 109 lähtökammioon 112 kyseisen pumpun ollessa täyttövaiheessa. 30 Kammiopumpun 109 lähtökammiosta 112 pumpattava aine syötetään pumpun olles- • · · *·* * sa työvaiheessa edelleen painovoimaisen vastaventtiilin 115 kautta linjaan 117, jota pitkin se ohjataan kulloiseenkin käyttökohteeseen. Samaan linjaan on yhdistetty »«« myös toiselta kammiopumpulta 129 tuleva pumpattavan aineen linja. Kammio- pumpun 109 kalvoon 111 on kiinnitetty suojaputkessa 118 sijaitseva kalvon paikan .···, 35 mittauselin, edullisesti mäntämäinen elin, jonka ääriasennot suojaputkeen asennetut • · tunnistuselimet 113 ja 114 havaitsevat. Suojaputki 118 on mitoitettu niin väljäksi, • · • · · • · » · • » · • · « · 5 106705 että työneste pääsee täyttämään koko suojaputken käsittämän tilavuuden. Tunnistimilla 113 ja 114 saadaan näin havaittua kalvon 111 työvaiheasento. Tunnistimien 113 ja 114 kautta saatavalla tiedolla ohjataan pumppua 103 sekä venttiilejä 106 ja 138. Pumppausjärjestelyyn kuuluu myös pumppujen moottoreita, venttiilejä ja pai-5 neenmittauslaitteita havainnoiva/ohjaava ohjausjärjestelmä 140.

Pumpattavan aineen kokonaistuoton säätämiseen käytetään pumppausjärjestelyä, jossa kammiopumppujärjestelyjen A ja B avulla pumpataan ainetta linjan 117 kautta käyttökohteeseen. Kammiopumppujärjestelyn A kammiopumpun 109 lähtökammi-oon 112 tulee ainesäiliöstä 137 pumpattavan aineen syöttölinja, jossa virtauksen 10 kulkua kammiopumppuun 109 ohjaa vastaventtiili 116 sallien pumpattavan aineen virtauksen säiliöstä 137 kammiopumpun 109 lähtökammioon 112 ainoastaan kyseisen kammiopumpun 109 täyttövaiheessa. Kammiopumpun 109 lähtökammiosta 112 on vastaventtiilin 115 kautta linja 117 käyttökohteeseen. Kyseiseen linjaan yhtyy myös kammiopumppujärjestelyltä B tuleva pumpattavan aineen syöttölinja.

15 Kammiopumpussa 109 olevan kalvon 111 liikettä ohjataan edullisesti työnestepiiris-sä ja pumppauspiirissä vallitsevalla paine-erolla. Kun paine on suurempi kammio-pumpun 109 tulokammion 110 puolella verrattuna lähtökammion 112 paineeseen, kammiopumppu 109 on työvaiheessa, eli silloin kalvo siirtää pumpattavaa ainetta vastaventtiilin 115 kautta linjaan 117. Pumpattavan aineen tilavuusvirtaama pide-20 tään vakiona säätämällä työnestepiirissä olevan vakiotilavuuspumpun 103 pyörintä-nopeutta siten, että työnestepiirin tilavuusvirtaama pysyy vakiona. Kun kammio-pumpun 109 lähtökammion 112 paine on suurempi kuin tulokammion 110 paine, eli kammiopumppu 109 on täyttövaiheessa, kalvo 111 kammiopumpussa 109 liikkuu suuntaan, jossa lähtökammioon 112 virtaa pumpattavaa ainetta säiliöstä 137. Tällöin 25 sallitaan vain virtaus säiliöstä 137 vastaventtiilin 116 kautta kammiopumpun 109 lähtökammioon 112.

• · • · · • « · • · :·. Paine-eroa kalvon eri puolilla ohjataan pumppujen 103, 121 ja 138 avulla siten, että ’···. kammiopumput 109 ja 129 ovat vuoron perään työ- ja täyttövaiheessa. Toisen kam- • · miopumpuista 109 tai 129 tullessa työvaiheeseen pumpattavan aineen virtaama ky- V.. 30 seisen kammiopumpun lähtökammiosta aukaisee kyseisen kammiopumpun lähtö- « « · *·* * kammiota seuraavan vastaventtiilin. Toinen kammiopumpuista tulee samanaikai sesti oman työvaiheensa loppuun, jolloin kyseisen toisen kammiopumpun työneste- ♦ · · piirissä oleva vakiotilavuuspumppu pysäytetään. Tämän seurauksena kyseisen toi- • · · *...: sen kammiopumpun jälkeinen vastaventtiili sulkeutuu painovoimaisesti muutaman .···. 35 sekunnin kuluessa. Kun kyseinen vastaventtiili on sulkeutunut siirrytään kyseisen .***: toisen kammiopumpun täyttövaiheeseen, jossa kyseisen toisen kammiopumpun • « . lähtökammio täytetään pumpattavalla aineella. Kammiopumppujen 109 ja 129 kai- • « · # « » · • « · • « » · 6 106705 tökammio täytetään pumpattavalla aineella. Kammiopumppujen 109 ja 129 kalvoon on eräässä edullisessa suoritusmuodossa liitettynä jousi tai työsylinteri, jonka avulla autetaan kalvoa 111,131 palaamaan täyttövaiheessa työvaiheen alkuasentoon.

Kammiopumpun täyttövaiheen päätyttyä suoritetaan keksinnön mukainen esipai-5 neistus. Esipaineistus saadaan aikaiseksi pyörittämällä vakiotilavuuspumppua 103, 123 niin kauan, että haluttu paine kammiopumpun 109, 129 tulokammiossa 110, 130 on saavutettu. Tämän jälkeen vakiotilavuuspumppu pysäytetään ja työ-nesteen syöttölinjassa olevat painovoimaisesti toimivat vastaventtiilit sulkeutuvat ja täten estävät paineen alenemisen kammiopumpun 109, 129 tulokammiossa 110, 130. Työ-10 ja täyttövaiheen vaiheistukset pumpuille A ja B esitetään tarkemmin kuvan 3 selityksen yhteydessä.

Kuvan 1 esimerkinomainen pumppausjärjestely käsittää kammiopumpun 109, 129 kalvoon 111, 131 kiinnitetyn mittauselimen suojaputkessa 118, 141 sijaitsevat kalvon paikan tunnistimet 113, 114 ja 133, 134, joiden avulla on havainnoitavissa kal-15 von 111, 131 eri toiminta-asennot. Tunnistimet voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla. Edullisesti ne voivat olla joko galvaanisia, induktiivisia, kapasitiivisia tai optisia tunnistimia. Kun kuvassa 1 kammiopumpun 109 kalvo 111 on saavuttanut työvaiheen loppuvaiheen, tunnistin 113 antaa siitä signaalin, joka johdetaan pumppausjär-jestelyn ohjausjärjestelmään 140. Ohjausjärjestelmä antaa pysähtymiskäskyn pump-20 pujärjestelyn A vakiotilavuuspumpun 103 moottorille 101. Samanaikaisesti pump-pujärjestelyyn A liittyvässä linjassa olevalle istukkaventtiilille 106 annetaan käsky siirtyä asentoon, jossa työnesteen virtaus sallitaan myös tankkilinjaan 107 ja sitä kautta säiliöön 102. Samanaikaisesti ohjausjärjestelmä antaa pumppujärjestelyyn B liittyvälle vakiotilavuuspumpun 123 moottorille 121 käskyn käynnistyä, ja samoin 25 istukkaventtiilille 126 annetaan käsky siirtyä asentoon, jossa istukkaventtiili 126 ei ·...·’ enää salli työnesteen virrata säiliöön 102. Kun paine on kasvanut riittävän suureksi • · *.v kammiopumpun 129 tulokammiossa 130, pumpattavan aineen pumppaus siirtyy ; kammiopumpulta 109 kammiopumpulle 129 edellä kuvatulla tavalla.

«·· • · • ·

Kuvan 1 pumppausjärjestely ja sen työnestepiiri soveltuvat suurta pumppaustehoa ja 30 hyvää ulostulovirtaaman tasaisuutta vaativiin sovelluksiin, kuten esimerkiksi pump- • · · pausjärjestelyihin, joissa pumpataan grafiitti-nesteseosta. Työneste saadaan säiliöistä 102, 122, joista se pumpataan vakiotilavuuspumpulla 103, 123 kammiopumppu-jen 109, 129 tulokammioon 110, 130. Pumppua 103, 123 käytetään moottorilla 101, 121, jota puolestaan ohjataan taajuusmuuttajilla, joita ei ole esitetty kuvassa 1. Is- .· · ·. 35 tukkaventtiilejä 106, 126 ohjataan myös aiemmin mainitulla ohjausjärjestel- • · · « « • .

• · * « t · · •« · 7 106705 mällä 140. Paineenmittauslaitteiden 108, 128 antamaa tietoa käytetään hyväksi pumppujärjestelyjen A, B ohjauksessa ja esipaineistuksen aikaansaamisessa myöhemmin esitettävällä tavalla.

Kuvassa 2 on esitetty eräs keksinnön edullinen suoritusmuoto, jota käytetään sovel-5 luksissa, joissa tarvitaan erittäin tarkkaa pumppauksen ulostulovirtaaman hallintaa. Pumppauspiirissä pumpattava aine, joka voi olla sähköstaattista maalausnestettä, saadaan säiliöstä 237, josta johtaa aineen syöttölinja kammiopumppujärjestelyn C, D kammiopumpun 209,229 lähtökammioon 212,232 kuvan 1 selityksen yhteydessä esitetyllä tavalla, sillä poikkeuksella, että linjassa varastosäiliöstä 237 venttiilin 238 10 kautta kammiopumpuille ei ole erillistä pumppua, vaan pumpattava aine siirtyy pai-novoiman/alipaineen vaikutuksesta täyttövaiheessa olevan kammiopumpun lähtö-kammioon painovoimaisesti toimivan vastaventtiilin 216, 236 kautta. Kammiopumpun työvaiheessa toiminta on yhteneväinen kuvan 1 selityksen kanssa. Pumpattava neste virtaa syöttölinjaa 217 pitkin kammiopumpuilta käyttökohteeseen.

15 Kuvan 2 suoritusmuodossa työnestepiiriä on muutettu seuraavanlaiseksi, jotta saavutettaisiin erittäin hyvä paineen hallinta pumppausjäqestelyn ulostulovirtaamassa. Seuraavassa selitetään pumppujärjestelyn C työnestepiirin osat ja niiden toiminta. Pumppujärjestelyn D osat ovat vastaavat, mutta sen toiminta on eri vaiheista, kuten kuvan 3 selityksen yhteydessä esitetään. Työnestepiiri käsittää askelmoottorin vaih-20 teistoineen 200 ja siihen liitetyn takogeneraattorin 201, karamoottorin 202 karoi-neen, karan aseman tunnistimet 203-204, karaan liitetyn mäntäpumpun 205, mäntä-pumpun jälkeisessä linjassa olevan istukkaventtiilin 206, työnestesäiliön 207, paineen mittauslaitteen 208 sekä kammiopumpun 209 tulokammion 210. Kyseisessä suoritusmuodossa työnestettä ei kierrätetä, vaan työneste siirtyy mäntäpumpusta 205 25 istukkaventtiilin 206 kautta kammiopumpun 209 tulokammioon 210 työvaiheessa ja palaa kammiopumpun ollessa täyttövaiheessa takaisin mäntäpumppuun 205. Kysei- • ·

nen virtaussuunnan muutos saadaan aikaan muuttamalla mäntäpumpun männän lii-kesuuntaa, mikä taasen saadaan aikaiseksi muuttamalla karamoottorin pyörimis-:***: suuntaa. Takogeneraattorilta 201 saatavaa signaalia käytetään pumppujärjestelyn C

- 30 askelmoottorin 200 pyörimisnopeuden ja suunnan ohjaukseen ohjausjärjestelmässä .·, 240. Samoin venttiilin 206 toiminta-asentoa ohjataan ohjausjärjestelmän 240 avulla.

Keksinnön mukaisessa esipaineistuksessa askelmoottoria 200 pyöritetään niin kau- • · · an, että haluttu paine saavutetaan kammiopumpun 209 tulokammiossa 210. Koska «1· askelmoottori 200 on pysäytetty, ei myöskään mäntäpumpun 205 mäntä liiku, ja 35 näin ollen saadaan kammiopumpun 209 tulokammion 210 paine pidettyä halutulla * * /'“· tasolla aina työvaiheen alkuun saakka. Säiliöstä 207 voidaan tarvittaessa ottaa lisää * * i • * * « t 1 » • « * • · • · 8 106705 työnestettä pumppujärjestelyyn tai myöskin vähentää työnestettä tarvittaessa. Istuk-kaventtiiliä 206 käytetään myös työnesteessä olevan kaasun poistoelimenä kuvan 3 selityksen yhteydessä tarkemmin esitetyllä tavalla.

Virtauskanava mäntäpumpusta venttiilille on järjestetty siten, että kyseisen kam-5 miopumppujärjestelyn ollessa täyttövaiheessa työnesteessä oleva kaasu keräytyy is-tukkaventtiilin sellaiseen osaan, josta kerääntynyt kaasu voidaan johtaa varastosäiliöön 207. Kun kaasu, jota voi olla työnesteessä useita prosentteja, on saatu hallitusti poistettua työnesteestä, työneste ei enää puristu kokoon, ja täten paineenhallinta kammiopumpun tulokammiossa on hyvä. Kyseisellä tavalla pumppausjärjestelyn 10 kammiopumppujen tulokammioissa valitsevat painevaihtelut kyetään hallitsemaan tekniikan tason mukaisia järjestelyjä paremmin.

Kammiopumpussa 209 olevan kalvon 211 asennon tunnistimet 213-214 voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla. Mittauselimen suojaputkeen 218, 239 voidaan kytkeä galvaanisia, induktiivisia, kapasitiivisia tai myös optisia tunnistimia. Eräässä edulli-15 sessa suoritusmuodossa voidaan käyttää optisia tunnistimia, jolloin itse kammio-pumppu ja pumpattava aine voidaan erottaa galvaanisesti muusta pumppausjär-jestelystä. Tällaisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi materiaalin staattiseen varaukseen perustuvat maalausmenetelmät. Näissä menetelmissä käytettävät maalimate-riaalin varausjännitteet voivat olla yli 100 kV, joten galvaaninen erottaminen on jo 20 laitteen käyttöturvallisuuden kannalta tärkeää.

Kuvien 1 ja 2 kuvaamia pumppausjärjestelyitä voidaan kytkeä toimimaan useita rinnakkain. Tällöin niitä on mahdollista käyttää sovelluksissa, joissa tarvitaan useita eri osakomponentteja sekoitettuna yhteen käyttökohteeseen tai joissa pumpattavaa materiaalia on levitettävä yhtäaikaisesti laajalle pinta-alalle.

* · *** 25 Keksinnön mukaisessa pumppausmenetelmässä käytettävä esipaineistus, sen ajoitus ; ja vaikutukset pumppausjärjestelyn A, B tai C, D ulostulovirtaamaan on esitetty ku- ! *' vassa 3 käyttäen hyväksi kuvan 1 pumppausjärjestelyn A, B viitenumerointia. Käy- tetty aika-akseli osoittaa ainoastaan tapahtumien järjestyksen, ei eri tapahtumien ··« : tarkkaa kestoa. Esimerkiksi pumppausjärjestelyssä käytetty esipaineistus voi kestää ·* 30 lyhyimmillään joitakin millisekunteja ja varsinainen työvaihe voi kestää kymmeniä sekunteja. Kuvassa 3 esitetään aikajärjestyksessä pumppujärjestelyn A työneste- ·.’**: piirissä olevan vakiotilavuuspumpun 103 moottorin kierrokset NRM1, kammiopum- « · « pun 109 tulokammion 110 paine Pl, pumppujärjestelyn B työnestepiirissä olevan * vakiotilavuuspumpun 123 moottorin kierrokset NRM2, kammiopumpun 129 tulo- » · t * % · · • • · ♦ ♦ * • · 4 · • » · » t * t e · » 9 106705 kammion 130 paine P2 ja pumppujärjestelystä lähtevä ulostulovirtaama F1+2 linjassa 117.

Aikakaavio alkaa hetkestä tj_, jolloin pumppausjärjestelyssä kammiopumppu 129 vastaa pumpattavan aineen pumppauksesta. Tällöin vakiotilavuuspumpun 123 moot-5 tori käy ohjearvon mukaisella vakionopeudella, kuten aikakaavion kuvasta NRM2 nähdään, aikaansaaden vakio tilavuusvirtaaman työnestepiirissä. Kammiopumpun 129 tulokammion 130 paine P2 pysyy halutulla vakiotasolla, mistä seuraa kalvon 131 liike suuntaan, joka saa pumpattavan aineen virtaamaan kyseisen kammiopumpun 129 lähtökammiosta linjaan 117.

10 Hetkellä ti on toisen kammiopumpun 109 täyttövaihe jo päättynyt ja kammiopumpun 109 lähtökammio 112 on täynnä pumpattavaa ainetta. Hetkellä ti vakiotilavuuspumpun 103 moottori käynnistetään. Moottorin kierrokset NRM1 ohjataan halutulle tasolle, joka on pienempi kuin varsinaisessa työvaiheessa käytettävät moottorin kierrokset. Tehdyn toimenpiteen seurauksena paine kammiopumpun 109 tulokammiossa 15 110 kasvaa kaavion P1 mukaisesti. Hetkellä t£ vakiotilavuuspumpun 103 moottori pysäytetään ja kaaviosta nähdään, että kammiopumpun 109 tulokammiossa 110 oleva paine jää työvaiheessa käytettävän painetason alapuolelle. Koska esipaineis-tuspaine P1 (40-90 % työpaineesta) jää seivästi pienemmäksi kuin varsinaisessa työvaiheessa käytettävä paine, joka vallitsee linjassa 117 kammiopumpun 129 työ-20 vaiheen vuoksi, kammiopumpun 109 jälkeinen vastaventtiili 115 ei aukea esipai-neistuksen aikana. Vastaventtiili 104 taas estää työnesteen virtaamisen takaisinpäin, kun vakiotilavuuspumppu 103 on pysäytetty hetkellä t2- Täten paine saadaan säilymään muuttumattomana kammiopumpun 109 tulokammiossa 110 aina hetkeen t3 saakka. Mikäli paineen todetaan muuttuvan hetkien t2 ja t3 välillä, tiedetään pump- .[[[: 25 pausjärjestelmässä olevan jossain vuotokohta, joka on etsittävä ja korjattava.

• · • · « .1 * Täten paineensäätö toimii myös vianilmaisimena. Hetkellä t3 kammiopumppu 129 • · •#// lähestyy oman työvaiheensa loppua. Ohjausjärjestelmä käynnistää hetkellä t3 vakio- • · *···' tilavuuspumpun 103 moottorin ja ohjaa sen pyörimään työvaiheen vaatimalla no- : peudella. Koska kammiopumpun 109 tulokammiossa 110 vallitsee jo lähes työvai- • · · V : 30 heen aikainen paine, varsinainen työvaiheen paine saavutetaan hallitusti ja nopeasti ajan At kuluessa (At = t4~t3) kuten kaavio P1 osoittaa. Kyseinen aika At voidaan määrittää käytettävän sovelluksen pohjalta alkaen 1 ms aina sekunteihin saakka.

·**; Painesäädön nopeus määritetään siten, että tavoitepaine saavutetaan nopeasti ja « · · .;. mahdollisimman vähäisin värähtelyin.

• « • « • · » • · « • · » « « « · 1 • · · • · « · ·* » 10 106705

Hetkellä t4 kammiopumpun 109 tulokammion 110 paine on halutulla työvaiheen painetasolla. Samalla hetkellä t4 ohjausjärjestelmä alkaa hidastaa vakiotilavuuspum-pun 123 kierroksia. Hetkellä t5 vakiotilavuuspumppu 103 pyörii asetetulla nopeudella tuottaen vakiotilavuusvirtaaman työnestepiirissä pumpulta 103 kammio-5 pumpun 109 tulokammioon 110. Hetkellä t£ vakiotilavuuspumppu 123 pysähtyy, jonka seurauksena hetkellä tq kammiopumpun 129 lähtökammion 132 paine laskee ja painovoimainen vastaventtiili 135 sulkeutuu ja pumppaustyö siirtyy kammio-pumpun 109 suoritettavaksi, koska vastaventtiili 115 on auennut. Aikavälillä t5-tj j kammiopumppu 109 jatkaa työvaihettaan. Samanaikaisesti kammiopumppu 129 on 10 täyttövaiheessa, jossa kammiopumpun 129 lähtökammio 132 täytetään pumpattavalla aineella. Hetkien tg-tg välillä suoritetaan esipaineistus kammiopumpun 129 tu-lokammiolle 130 samalla tavalla kuin se tehtiin kammiopumpulle 109 hetkinä tj-t2-Hetkellä tg esipaineistus on tehtyjä vakiotilavuuspumppu 123 pysäytetään. Hetkellä tjo vakiotilavuuspumppu 123 käynnistetään, jotta pumppaustyö saadaan siirrettyä 15 takaisin kammiopumpulle 129. Toiminta toistuu tästä eteenpäin pumppujärjestelyn B kohdalla kuten on kuvattu pumppujärjestelyn A kohdalla tapahtuvan hetkinä t3~ tn·

Kuvan 2 esittämä suoritusmuoto noudattaa samaa aikakaaviota kuin kuvan 1 suoritusmuoto kuitenkin seuraavin poikkeuksin. Kuviossa 3 esitetyt pumpun kierrokset 20 esittävät tämän suoritusmuodon kohdalla kahden mäntäpumppua käyttävän kara-moottorin 200, 220 työvaiheen kierroksia. Lisäksi mäntäpumpun 205, 225 sylinteri, virtauslinja ja venttiili 206, 226 on järjestetty siten, että mäntäpumpun työsylinteris-tä venttiiliin johtava linja on jatkuvasti nouseva. Näin työnesteeseen sekaantunut kaasu kerääntyy venttiiliin 206, 226, josta kaasu voidaan poistaa sekä täyttövaiheen 25 alussa että esipaineistusvaiheen tj-t2 alussa säiliöön 207, 227. Kun kaasu on saatu *···* poistettua säiliöön 207, 227, säiliöön johtava kanava suljetaan. Muutoin pumppaus- v.: järjestelyn täyttövaihe, tulokammion esipaineistus ja työvaihe seuraavat toisiaan ku- • · • *·· van 1 mukaisen pumppausjärjestelyn selityksen mukaisesti.

««· • ♦ • · ,···. Pumppausjärjestelyyn liittyvä ohjausjärjestelmä 140, 240 hoitaa pumppujen mootto- • · · I.. 30 reiden sekä venttiilien ohjauksen lisäksi myös paineenmittauksista saatavan tiedon tallennuksen ja käsittelyn. Ohjausjärjestelmä tekee hälytyksen mikäli pumppausjärjestelyn painekäyttäytyminen joltain osin muuttuu käytön aikana. Tällä tavalla voi-:...· daan ennakoida ja estää rikkoutumassa olevan pumppausjärjestelyn toiminta. Näin voidaan estää myös huonolaatuisten tuotteiden valmistus ja vähentää valmis- .··\ 35 tusprosessissa syntyviä ylimääräisiä kustannuksia.

* »» • · « # · • , »M» • « · • · • · · n 106705

Edellä on selostettu keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja. Alan ammattilaiselle on selvää, että myös muunlaisia ratkaisuja voidaan toteuttaa keksinnöllisen ajatuksen ja patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi pumppausjärjestelyä voidaan käyttää monta erillistä osakomponenttia vaativan valukappaleen valukoneena.

5 • · • ·1 • · ♦ · · • t » • · • · • · • · · * • · · • · « · • · « ·»· • · · • · · · · ♦ 1 · • 1 · • · · • 1 « · · • · · • ·

Claims (14)

1. Menetelmä teollisuudessa käyttävän aineen kuten esimerkiksi grafiitin tai tietyn ainekoostumuksen osakomponentin pumppaamiseksi, jossa menetelmässä 5 pumppujärjestelyn tuoton tasaamiseksi pumpattava aine esipaineistetaan ennen varsinaista aineelle tehtävää pumppaustapahtumaa, tunnettu siitä, että esipaineistetta-vana pumppujärjestelynä käytetään kammiopumppujärjestelyä (A, B/C, D), jossa olevien kammiopumppujen (109, 129, 209, 229) täyttövaiheen ja työvaiheen välissä kammiopumpun tulokammio (110, 130,210,230) esipaineistetaan työnesteen avulla 10 ennalta määrättyyn paineeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipaineistuk-sessa aikaansaatu paine kammiopumpun (109, 129, 209, 229) tulokammiossa (110, 130, 210, 230) pidetään yllä aina työvaiheen alkuun saakka.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtökammi-15 oon (112, 132,212,232) aikaansaatu esipaineistus on 40-95 % käyttöpaineesta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipaineistuk-sen kesto on 1-10000 ms.

5. Pumppausjärjestely teollisuudessa käytettävän aineen kuten esimerkiksi grafiitin tai tietyn ainekoostumuksen osakomponentin pumppaamiseksi käyttökohteeseen, 20 jossa pumppausjärjestelyssä pumpattava aine on esipaineistettu, tunnettu siitä, että pumppausjärjestely käsittää kaksi yhteen liitettyä kammiopumppujärjestelyä (A, B/C, D) sekä niiden ohjausjärjestelmän (140,240). 1 .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen pumppausjärjestely, tunnettu siitä, että kammiopumppujärjestelyt on varustettu välineillä kammiopumpun (109, 129, 209, • · · 25 229) tulokammion (110, 130, 210, 230) esipaineistamiseksi täyttövaiheen ja työvai- heen välissä. • ♦ • ♦ • · · :T:

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kammiopumppujärjestely aineen pumppaa- miseksi käyttökohteeseen, tunnettu siitä, että kammiopumppujärjestely (A, B/C, D) käsittää .···. 30 - työnestepiirin, joka työnestepiiri käsittää työnestepumpun käyttöjärjestelyt (101, 121, 200, 201, 202,220, 221,222) ja työnesteen syöttölinjalla yhteen liitetyt työnestepumpun (103, 123, 205, 225), työnestesäiliön (102, 122, 207, 227), työnesteen oh- • · · jausventtiilin (106, 126, 206, 226), työnesteen paineen mittausvälineen (108, 128, • · • « · • · · 13 106705 208, 228), kammiopumpun (109,129, 209, 229) tulokammion (110, 130, 210, 230 ) ja kammiopumpun kalvon (111,131,211,231), sekä - pumppauspiirin, joka pumppauspiiri käsittää pumpuille yhteisen pumpattavan aineen varastosäiliön (137, 237), varastosäiliöstä kammiopumpun lähtökammioon 5 johtavan syöttölinjan, jolla syöttölinjalla ovat toisiinsa yhdistettyinä sulkuventtiili (138,238), syöttöpumppu (139), venttiilit (116,136, 138,216,236) ja kammiopumpun lähtökammio (112, 132, 212, 232), sekä kammiopumpun kalvon paikantunnis-tusvälineet (113, 114, 118, 133, 134, 141, 213, 214, 218, 233, 234, 239), kammiopumpun lähtökammiosta käyttökohteeseen johtavan syöttölinjan (117, 217) ja 10 siinä olevat venttiilit (115,135,215,235).

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen pumppausjärjestely, tunnettu siitä, että pumppausjäijestely muodostuu ainakin kahden kammiopumpun (109, 129 tai 209, 229) yhteiskäytöstä, jolloin mainittujen kammiopumppujen lähtökammiot (112, 132 tai 209, 229) on yhdistetty samaan linjaan (117 tai 217), ja joka pumppausjärjestely 15 käsittää myös välineet kammiopumppujen ohjaamiseksi vuorottaisesti yhtenäisen tuoton aikaansaamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen pumppausjärjestely, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä (140, 240) käsittää välineet työnesteen paineen mittausvälineiltä (108, 128, 208, 228) saatavan tiedon käsittelemiseksi ja mainittujen tietojen pohjalta 20 tehtävän hälytyksen tekemiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen pumppausjärjestely, tunnettu sitä, että jokaisella pumppujärjestelyyn kuuluvalla kammiopumpulla ( A, B, C, D) on oma syöttö-pumppunsa (103,123,205,225).

«· · ’*·*. 11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pumppujärjestely, tunnettu siitä, että kam- \y' 25 miopumpun (109, 129, 209, 229) kalvon (111, 131, 211, 231) liikkeen tunnistimien i '* (113, 114, 133, 134, 213, 214, 233, 234) ja paineen mittauslaitteen (108, 128, 208, • · « 228. välittämiä tietoja käytetään ohjausjärjestelmässä (140, 240) kammiopumpun II* ’·.*· : tulokammion (110, 130,210,230) esipaineistuksen ohjaamiseksi. ··· • · · • · ·

12. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pumppujärjestely, tunnettu siitä, että työnes-30 tepumppu (103, 123) on vakiotilavuuspumppu, jota on sovitettu käyttämään sähkö-moottori (101, 121) ja jota sähkömoottoria on sovitettu ohjaamaan taajuusmuuttaja, • « ··/' joka kuluu ohjausjärjestelmään (140), jolloin työnestepumpun (103, 123) tuotto on : * ‘ *: sovitettu säädettäväksi ohjausjärjestelmän avulla. • · • · « • ·« • * «· · 14 106705

12 106705

13. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pumppujärjestely, tunnettu siitä, että työnes-tepumppu (205, 225) on mäntäpumppu, jota on sovitettu käyttämään karamoottori (202, 222), jota karamoottoria on sovitettu käyttämään askelmoottori (200, 220) ja jota askelmoottoria on takogeneraattorin (201, 221) avulla sovitettu ohjaamaan oh- 5 jausjärjestelmä (240), jolloin työnestepumpun (205, 225) tuotto on sovitettu säädettäväksi ohjausjärjestelmän avulla.

14. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pumppausjärjestely, tunnettu siitä, että työn-esteen ja pumpattavan aineen syöttölinjoissa olevat venttiilit (115, 116, 135, 136, 138, 215, 216, 235, 236,238) ovat kuulatyyppisiä vastaventtiilejä. 10