Центробежный сепаратор

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ,РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) В 04 С 11(00 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ю

К) вВ)

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2874408/23-26 (22) 18.01.80 (31) 7900523-7 (32) 19.01.79 (33) Швеция (46) 15.06.83. Бюл. и 22 (72) Оскар Гуннар Ховстадиус (Швеция) (71) Альфа-Лаваль АБ (Швеция) (53) 621.928.37(088.8) (56) 1. Сепаратор FEIJX-4120-30 фирмы

"Альфа-Лаваль", Швеция.

2. Патент Швеции Н 227106, кл. 82 в 15, 1968.

3 Патент Швеции N 325531, кл. 82 в I5, 1970. (54),(57) 1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР, содержащий ротор, разделительную камеру с патрубками выпуска разделенных фракций, приемную камеру, расположенную в нижней части ротора и снабженную регулирующим средством для твердой фракции, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности разделе;1ил потоков с изменяющейся вязкостью, регулирующее средство выпол" нено в виде вихревой камеры с тангенциальныи впускным отверстием и центральным выпускным отверстием в верхней части, при этом впускное отверстие вихревой камеры соединено с разделительной камерой.

2.Сепаратор поп.1, от ли ча ющ ийс я тем,что высотавихревой камерысостав,пяет 10-30 от еедиаметра.

3. Сепаратор по и., o т л и ч а ю" шийся тем,что вихревая камера расположена перпенди кулярно к оси вращения ротора, а ее впускное отверстие направлено радиально наружу от оси вращения ротора.

Изобретение относится к центробежному сепаратору, предназначенно.му для разделения поступающей смеси компонентов, в частности к центробежному сепаратору для разделения смесей жидкости и твердого вещества по меньшей мере на одну жидкую фракцию и одну фракцию с высоким содержанием твердых веществ, т.е. твердофазную фракцию. 10

Известны сепараторы, содержащие ротор с вертикальной осью вращения, обычно снабженный рядом конических разделительных тарелок, или ротор с горизонтальной осью вращения, обычно снабженный вацеком винтового транспортера, размещенным в роторе и вращающимся со скоростью, отличающейся от скорости ротора, что делает возможной транспортировку твер- о дофазной фракции 1, собирающейся на самой удаленной от центра части ротора) в направлении оси вращения к отверстию для выпуска твердой фазы.

Известны и другие конструкции р5 сепараторов.

Возникают проблемы, связанные с оптимальным выделением твердофаэной фракции из смеси жидкости и Твердого вещества, с конструкционной и щ

:эксплуатационно-экономической точек зрения. Эта операция осуществляется оо многих отраслях промышленности.

Выбор типа центробежного сепаратоРа определяется Рядом Различных факторов, особенно важными являются величина содержания твердого вещества в жидкости, распределение размера частиц твердого вещества и другие его свойства, такие как различные плот 40 ности жидкости и твердого вещества и различные абразивные свойства.

Для смесей из жидкости и твердого вещества,в которых содержание твердого вещества сравнительно небольшое,часто используют центробежный сепаратор с вертикальной осью вращения и с ротором, снабженным расположенными по окружности отверстиями, которые могут периодически открываться. Такой центробежный сепаратор собирает твердофазную фракцию (называемую шламом) в наиболее радиально удаленной от центра части сепаратора, и эта твердофазная фракция периодически разгружается через расположенные по окружности отверстия.

Такой центробежный сепаратор имеет довольно сложную и дорогостоящую конструкцию.

Если содержание твердого вещества в жидкости достаточно высоко, может быть использован центробежный сепаратор с ротор6м, снабженным рядом расположенйых по окружности постоянно открытых сопел. Эти сопла, диаметр отверстия которых обычно составляет

1 мм, используются, например, для дрожжевой суспенэии $.1).

Недостатком центробежных сепарато"

Ров этого, типа является то, что площадь отверстия сопел должна быть ограниченной, чтобы расход твердофазной фракции, например дрожжевого концентрата, не был слишком большим, принимая во внимание высокое давление, обычно преобладающее в соплах (порядка 150-200 бар) из-эа большой центробежной силы, которая необходима для эффективного отделения дрожжей от жидкости. Это означает, что существует опасность их засорения.

Поэтому возникает необходимость в определенном регулировании расхода поступающей из центробежного сепаратора через выпускное отверстие твердофазной фракции, скапливающейся на наиболее удаленной радиально от центра части ротора.

Одна из этих проблем Решена в

- центробежном сепараторе, снабженном

1024003 каналами, соединяющими наиболее удаленную в радиальном направлении от центра часть ротора с приемной камерой, расположенной в нижней, внутренней части ротора и снабженной выпускным устройством, причем отверстия каналов в приемной камере снабжены клапаном для открытия и закрытия этих каналов 2).

При работе твердофазная фракция (шлам) течет по каналам вниз в приемную камеру, откуда она разгружается через выпускное устройство. Такой центробежный сепаратор может быть снабжен регулирующим средством, которое выравнивает изменения величины содержания твердого вещества в поступающей смеси таким образом, что содержание твердого вещества в выпускаемой твердофазнои фракции остается сравнительно неизменным. Такое регулирующее средство может содержать датчик, предназначенный воспринимать такое свойство, как вязкость выпускаемого твердофазного потока, и воздействовать на названный клапан через регулятор с тем, чтобы, открывая и закрывая отверстия каналов, поддерживать содержание твердого вещества в твердофазном потоке сравнительно постоянным.

Применение такого регулирующего средства часто дает довольно хорошие результаты, но оно дорогостоя35 щее и склонно к повреждениям.

Проблема другого рода заключается в том, что роторы некоторых центробежных сепараторов изготовляются такого радиуса и приводятся во вращение с такой скоростью, что периодический поток через сопла по окружности ротора приобретает такую высокую скорость, что твердое вещество действует в высшей степени абраэивно, приводя к повреждению или даже выходу из строя запорных средств на выходных отверстиях. Это вызывает необходимость в определенных устройствах для ограничения скорости, которые не уменьшали бы через50 мерно проходное сечение.

Даже в случаях, когда центробежный сепаратор указанного типа используется для разделения смеси из жидких компонентов и предназначвет.ся для обогащения компонентами двух выходящих жидких фракций, существует потребность в регулировании потока по мень шей мере одной жидкой фракции с тем, чтобы достичь требуемой степени обогащения данным компонентом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является центробеж-. ный сепаратор, содержащий ротор, разделительную камеру с патрубками выпуска разделенных фракций, приемную камеру, расположенную в нижней части ротора и снабженную регулирующим средством для твердой фракции 1 3).

Недостаток известного сепаратора - низкая эФфективность разделения потоков с изменяющейся вязкостью.

Цель изобретения - повышение эффективности разделения потоков с изменяющейся вязкостью.

Поставленная цель достигается тем, что в сепараторе, содержащем ротор, разделительную камеру с патрубками выпуска разделенных фракций, приемную камеру, расположенную в нижней части ротора и снабженную регулирующим средством для твердой фракции, это средство выполнено в виде вихревой камеры с тангенциальным впускным отверстием и центральным выпускным отверстием в верхней части, при этом впускное отверстие вихревой камеры соединено с разделительной камерой.

Целесообразно, чтобы высота вихре вой камеры составляла 10-30/, от ее диаметра.

Предпочтительно вихревую камеру располагать перпендикулярно к оси вращения ротора, а ее впускное отверстие направлять радиально наружу от оси вращения ротора.

Размещением вихревого гидравлического управляющего устройства (вихревой камеры) на выпускных отверстиях ротора обеспечивается воэможность ограничения потока устройствами ограниченных размеров без уменьшения проходного сечения, что создавало бы опасность засорения.

Вихревые гидравлические управляющие устройства обеспечивают возможность достаточно простого автоматического регулирования поступающего потока с изменяющейся вязкостью.

8 тех центробежных сепараторах, которые снабжены расположенными по окружности соплами в роторе, вихревое гидравлическое управляющее устройство предусмотрено в виде сопла

03 4

10240

5 в выпускном канале, предпочтительно таким образом, чтобы основное направление если смотреть от спиральной дорожки через. камеру вращения) было радиальным. В обычных роторах центробежных сепараторов, снабженных постоянно открытыми расположенными по окружности отверстиями,no ëåäíèå направлены противоположно направлению вращения ротора. Причина этого >0 состоит в том, что желательно использовать энергию движения, т.е. реактивную энергию, которая в ином случае была бы потеряна при выпуске твердофазной фракции. При исполь- IS зовании вихревых гидравлических управляющих устройств скорость потока на выпуске относительно низка, и по-этому нет необходимости и даже воз" можности использования оеактивной рО энергии.

Расположенные по окружности выпускные отверстия ротора могут иметь осевое направление, но это не создает никакой особой проблемы для разме- 25 щения вихревых устройств на пути движения потока.

В центрооИжных сепараторах,содержащих каналы, соединяющие наиболее удаленную часть ротора с приемной камерой внизу внутренней части рото", ра предусмотрено в каждом таком канале вихревое гидравлическое управляющее устройство, предпочтительно во внутренней части, обращеннОе к Оси 35 вращения ротора, т.е. х отверстию.

Когда камера вращения выполнена с двумя плоскими торцами, наиболее подходящим является вариант, в ко", тором высота камеры вращения меньше ее диаметра. Особенно хорошие результаты получают в том случае» если вы-. сота составляет 10"30Гот названного диаметра.

На фиг.1 представлен предлагаемыи

v Ц сепаратор, снабженный расположенными по окружности, радиальными, постоянно открытыми выпускными отверстиями с упомянутым вихревым управляющим гидравлическим устройством, показанным в одном из выпускных отверстий, общий вид; на фиг.2 - центробежный ротор с осевыми, периодически закрывающимися,.расположенными по окружности выпускными отверстиями с упо- SS мянутым вихревым гидравлическим управляющим устройством, показанным в одном из выпускных отверстий, продольное сечению; на фиг.3 - центробежный ротор, снабженный выпускным каналом, направленным внутрь, во внутреннем отверстии которого показано вихревое гидравлическое управляющее устройство, продольное сечение; на фиг.4 - центробежный ротор с горизонтальной осью и внутренним шнеком винтового транспортера, причем в радиальных выпускных отверстиях на окружности ротора показаны вихревые гидравлические управляющие устройства, продольное сечение; на фиг.5 — вихревой диод, вид в перспективе; на фиг.6 - радиальное выпускное отверстие центробежного ротора, показанного на фиг. 1, в увеличенном масштабе, разрез;на фиг.7разрез А-А на фиг.6; на фиг.8 - вариант размещения вихревого гидравлического управляющего устройства с конической частью в радиальном выпускном отверстии; на фиг,9 - график зависимости расхода концентрата от содержания сухого твердого ве 1 щества при. испытаниях предлагаемого центробежного сепаратора, на фиг.10график зависимости расхода твердофазной фракции от содержания сухого твердого вещества!концентрата.

Сепараторы < фиг.1-3) имеют центробежные роторы, которые установлены с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 1 и могуг иметь традиционную форму. Как показано, в каждом случае центральная неподвижная входная трубка 2 проходит в осевом направлении вниз к обычному коническому распределителю 3 ротора, и рабочая смесь из трубки 2 протекает вокруг наружной кромки распределителя 3. в разделительную камеру 4, содержащую комплект разнесенных конических дисков 5, как и в обычных сепараторах. Отделенная более легкая фракция рабочей смеси перемещается в радиальном направлении внутрь из полости между дисками 5 и перетекает наверх в сливную камеру 6 ротора, из которой эта фракция выводится с помощью неподвижного выпускного устройства 7, и одновременно отделенная тяжелая фрак ция перемещается к наружной периферической части 8 разделительной камеры.

В каждом из роторов (фиг. 1-3 вихревое гидравлическое управляю-, 7 .1024003 щее устройство (вихревая камера 9); располагается в выпускной части траектории перемещения отделенной тяжелой фракции.

На фиг.5 показан вихревой диод, содержащий впускной канал 10, камеру 11 вращения и выпускной канал

12, сообщающийся с центральным выпускным отверстием 13, выполненным в торце 14 камеры 11 вращения. Второй торец 15,в данном случае не имеет центрального выпускного отверстия °

Вихревой диод 9 (фиг.6 и 7) размещается на выпускном сопле 16. Камера вращения ориентирована относительно выпускного отверстия таким образом чтобы выпускаемый поток имел радиальное направление. Ось симметрии камеры вращения параллельна оси вращения центробежного ротора.

На фиг.8 показан вариант размеще" сия и конструкции вихревого диода

Ь

Ф расположенного в выпускном отверстии, радиальное направление. В этом случае ось симметрии камеры 17 вращения имеет в стенке ротора радиальное направ-. ление, а центральное выпускное отверстие 18 направлено радиально наружу.

Часть камеры вращения с выпускным отверстием также частично выполнена в виде конуса, благодаря чему опасность засорения поступающим через входное отверстие 19 твердым веществом сводится к минимуму.

Центробежный ротор фиг.2 ) имеет по периферии выпускные отверстия 20, параллельные оси ротора. Каждое иэ выпускных отверстий 20 периодически закрывается обычным устройством 21.

В этом случае вихревой диод удобно располагать, чтобы ось симметрии камеры вращения была перпендикулярна к оси вращения ротора. Скорость выпускаемого потока должна быть ограничена без уменьшения площади сечения,и, таким образом, проблема абразивного воздействия твердых частиц на запорное средство решена благодаря высокой скорости выпуска -: емого потока(которая, в свою очередь, зависит от высокого давления, преобладающего в центробежном сепараторе такого типа на входной площади выпускных отверстий ).

Центробежный ротор 22 (фиг.4) вращается относительно горизонтальной оси и имеет. шнек 23, Ротор снабжен расположенными по окружности радиаль" ными выпускными отверстиями 24 с гидравлическим управляющим устройст-. вом 9, расположенным на оси симмет5 рии камеры вращения параллельно оси вращения ротора . Нормаль но центро" бежные сепараторы с горизонтальной осью и шнеком-транспортером в роторе выполняются с ротором, который состоит из круговой цилиндрической части и иэ части в виде усеченного конуса.

Причина этого состоит в том, что желательно транспортировать отделенную твердофазную фракцию (т.е. шлам) в направлении радиально внутрь для того, чтобы мохно было выпускать ее из центробежного сепаратора без контакта с жидкой фазой. Теоретически.

20 возможен ротор, состоящий только иэ цилиндра, снабженного. Расположенными. по Окружности выпускными Отв рстиями с довольно ограниченным проходным сечением, но он практически не смоФ

25 жет работать вследствие засорения.

Увеличение проходного сечения в обычных выпускных отверстиях с тем, чтобы устранить этот недостаток, создает слишком большой расход, вследствие чего содержание сухого твердого ве30 щества в выпускаемои фракции слишком

v низкО..Применение вихревых гидравлических управляющих устройств делает возможной такую конструкцию благо- . даря сочетанию большого проходного

35 сечения и небольшого расхода, В центробежном сепараторе (фиг.3) ротор, снабженный каналами 25, идущи- ми внутрь от наиболее ударенной части 8 ротора до приемной камеры 2Ь вниз

40 по ротору, снабжен вихревцм диодом

9 на внутреннем отверстии каждого иэ каналов 25. Одна твердофазная фракция выводится из приемной камеры 26 через отводящую трубку 27. Ось симметрии

45 каждой камеры вращения удобно расположить параллельно Оси вращения ротора. Эта конструкция позволяет ограничивать расход через каналы 25 без всякой опасности засорения.

При одном из практических эксплуатационных испытаний центробежный сепаратор был снабжен расположенными по окружности радиальными выпускными

55 отверстиями, как показанные на

Фиг.l.6 и 7, с вихревыми диодами.

Их размеры были следующими . входная площадь - квадрат 1,0 х 1,0 мм, высота. камеры вращения 1,0 мм диа10

1024003 9 метр 7,0 мм, диаметр центрального выпускного отверстия 1,0 мм. Радиус ротора составлял 278 мм. Число выпускных отверстий 12. Частота вращения составляла 4700 оборотов в минуS ту. При этом испытании была подверг" нута центрифугированию дрожжевая суспензия с различным содержанием сухих твердых веществ. На фиг. 9 можно видеть, какие расходы (кг/ч твер" дофазной фракции дрожжевого концентрата были получены при различных содержаниях твердых веществ в этом дрожжевом концентрате. На фиг.10 эти

15 результаты были пересчитаны на 6 кг/ч сухого вещества проходящего через расположенные по окружности выпускные отверстия, при различных содержаниях твердых веществ в выводимом потоке.

Как видно из представленных кривых расход увеличивается при прохождении: через выпускные отверстия, снабженные вихревыми диодами, при увеличении содержания твердых веществ и, следова-, 25 тельно, при увеличении вязкости. Это значит, что при изменении содержания твердых веществ в поступающей смеси происходит определенное автоматическое регулирование расхода через выпускные отверстия, т.е. низкое содержание 30 сухих твердых веществ дает небольшой расход, а вычокое содержание сухих твердых веществ - большой. Такое регулирование стабилизирует разделение с тем, чтобы можно было сохранять со- 35

-:держание сухих твердых веществ на отI носительно высоком уровне также и тогда, когда содержание сухого твердого вещества в поступающей смеси изменяется, Согласно изобретению в центробежных сепараторах описанного типа можно получить следующие преимущества.

В роторах, снабженных постоянно открытыми выпускными отверстиями, для выпуска из роторов твердофазной фракции, может быть разделена поступающая смесь с намного более низким содержанием сухих твердых веществ,чем это было возможно раньше, без уменьшения проходного сечения ,выпускных отверстий, что привело бы к опасности их засорения.

По грубому подсчету проходное сечение может быть увеличено в два раза путем установки вихревого гидравлического управляющего устройства, по сравнению с известными выпускными устройствами, без увеличения расхода, что повышает надежность за счет уменьшения вероятности засорения.

Автоматическое регулирование содержаний сухих твердых веществ в выпускаемом потоке твердофазной фрак.ции может быть получено в относительно широких пределах изменения содержания сухих твердых веществ в поступающей смеси.

Возможно также более высокое содержание твердых веществ в выпускаемом потоке вследствие благоприятного соотношения между проходным сечением и расходом.

1024003

1024003

1024003

Я-Я

12. бг.7

18

1024003

ЮО

7Ю

Ж?

ВНИИПИ Заказ 4244/52 ТиРаж 579 Подписное

Ю

Фили ал ППП "Патент"; г. Ужгород, ул. Проектная, 4