Центрифуга

 

Использование: изобретение относится к устройствам для разделения суспензий под действием центробежных сил и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, в частности, в химической, нефтяной, горнодобывающей промышленности. Сущность изобретения: центрифуга содержит корпус и размещенный в нем на полом валу перфорированный ротор с нежесткой фильтрующей перегородкой, барабан, установленный внутри ротора с образованием между ними кольцевой камеры, и расположенную в камере непроницаемую перегородку. Барабан выполнен с двумя продольными окнами в обечайке, расположенными диаметрально противоположно вдоль его образующей и снабжен коаксиально установленным в нем подпружиненным штоком с шарнирно закрепленными на нем серьгами, другие концы которых шарнирно соединены с тягами, установленными поворотно внутри барабана на неподвижной оси и проходящими вместе с серьгами через продольные окна в кольцевую камеру. Свободные концы тяг выполнены криволинейными и имеют криволинейные пазы, а непроницаемая перегородка выполнена и состоит из двух радиальных шиберов, смонтированных с возможностью перемещения при взаимодействии с тягами посредством пальцев, размещенных в пазах последних, при этом пазы имеют длину, обеспечивающую реверсивный ход шибера до упора его внутренней поверхности в ступицу ротора и наружной стороны в фильтрующую перегородку. Днище и бурт ротора с внутренней стороны снабжены радиальными направляющими для шиберов, выполненных в форме выступов с канавками. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий под действием центробежных сил и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, в частности, в химической, нефтяной, горнодобывающей промышленности.

Известна центрифуга, содержащая корпус, подвешенный на полом валу, перфорированный ротор с нежесткой фильтрующей перегородкой [1] Одна кромка фильтрующей перегородки прикреплена к диску, расположенному у днища ротора (барабана) и связанному со штоком, размещенным в полости вала. Другая кромка нежесткой фильтрующей перегородки прикреплена к обечайке, установленной снаружи барабана с возможностью перемещения по его поверхности, обечайка связана с диском гибкими элементами, при этом к внутренней поверхности барабана прикреплены небольшие по высоте радиальные ребра, которые служат для увеличения длины окружности фильтрующей перегородки, а в стенке вала выполнены вертикальные окна для перемещения диска. Ротор (барабан) снабжен роликами и направляющими для гибких элементов, причем одна из направляющих прикреплена к выгрузочному борту ротора, а другая и ролики к днищу последнего.

При выгрузке осадка шток с диском и прикрепленной к нему одной кромкой перегородки перемещается пневмогидропроводом в крайнее верхнее положение на величину высоты ротора.

Фильтрующая перегородка, при этом, с помощью обечайки, к которой прикреплена другая ее кромка, и гибких элементов, проходящих через направляющие ролики, выворачивается на наружную поверхность (барабана) ротора, а осадок выбрасывается центробежной силой и выводится из корпуса центрифуги.

Недостатком центрифуги является то, что конструкция ротора не позволяет устранить скольжение кольцевого потока суспензии относительно внутренней обечайки ротора и соответственно относительно фильтрующей перегородки, вследствие чего, перемещающиеся в потоке жидкой фазы твердые частицы при трении о фильтрующую перегородку и стенки ротора вызывают их износ.

Известна центрифуга, включающая корпус, разделенный перегородкой на камеры для приема фильтрата и осадка, установленный в корпусе на вертикальном валу ротор, состоящий из основания и цилиндрической перфорированной обечайки, устройство для выгрузки осадка, содержащее размещенный в роторе параллельно его основанию диск, к которому радиально прикреплены, с образованием секций для накопления осадка, ребра [2] Центрифуга обеспечена механизмом подъема, включающим полый шток с фланцем, установленный на валу ротора с помощью резьбового соединения и обгонную муфту, в обойме которой размещена ступица ротора, а звездочка жестко соединена с валом последнего. Цилиндрическая обечайка прикреплена к фланцу полого штока механизма подъема, а перегородка корпуса представляет собой стакан, укрепленный днищем на валу ротора с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения.

В работе, после образования слоя осадка, прекращения подачи суспензии и отжима осадка производится его выгрузка. Процесс выгрузки происходит при остановке или торможении вала, при продолжающемся инерционном вращении ротора. В механизме подъема, при этом, останавливается или замедляется вращение жестко связанной с валом звездочки обгонной муфты. Ролики выходят из заклинивающего положения между пазами звездочки и обоймой, жестко связанной с конечностью частью ступицы ротора, продолжающегося вращаться с большой скоростью. Образованные, между радиально прикрепленными к диску и основанию ребрами, секции с накопившимся в них осадком продолжают вращаться в ту же сторону.

Шток вместе с фланцем и цилиндрической перфорированной обечайкой, в силу приобретенной инерции, отрывается от уплотненного слоя осадка, удерживаемого диском, и совершает поступательное движение в верхнее крайнее положение, вращаясь по резьбовому соединению, относительно вертикального вала в противоположном направлении до упора днища цилиндрической перегородки в выступы корпуса центрифуги.

Осадок инерционно и послойно выгружается через увеличивающуюся до предельного значения кольцевую щель, образованную между основанием и выгрузочной кромкой цилиндрической перфорированной обечайки ротора.

Недостатком центрифуги является сложность ее конструкции и повышенные энергозатраты, так как при выгрузке осадка необходимо использовать механизм подъема резьбовой части ротора и поступательно перемещать вверх всю уплотненную, в виде цилиндра, массу осадка, размещенную между основанием и диском, вызывающую большие нагрузки в резьбовом соединении, связывающем полый шток и вертикальный вал.

Известна также центрифуга, содержащая корпус и подвешенный в нем на полом валу перфорированный ротор с нежесткой фильтрующей перегородкой [3] Центрифуга снабжена барабаном, установленным внутри ротора с образованием между ними кольцевой камеры, при этом высота барабана равна высоте ротора. В кольцевой камере установлена непроницаемая перегородка, а верхние торцы ротора и барабана перекрыты диском. Радиальные и центральные патрубки ротора служат для подачи раствора в кольцевую камеру. Патрубок в корпусе центрифуги предназначен для отвода отфильтрованной жидкости.

В работе при вращении ротора происходит центробежное фильтрование, при этом фильтрующая перегородка прижимается к внутренней поверхности перфорированного ротора. Непроницаемая перегородка исключает возможность образования вращающихся потоков в кольцевой камере и не дает твердым частицам перемещаться относительно внутренней поверхности нежесткой фильтрующей перегородки. Тем самым уменьшается износ, увеличивается срок службы этого элемента и центрифуги в целом.

Данная центрифуга является наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сущности и достигаемому эффекту.

Недостатками ее является то, что в начальный период загрузки вращающегося ротора из-за наличия непроницаемой перегородки невозможно создание сплошного жидкостного кольца суспензии, имеющего скольжение относительного ротора и обеспечивающего равномерное осаждение частиц твердой фазы.

Это должно происходить вследствие инерционности частиц твердой фазы в подаваемой суспензии, отставании окружающей скорости подаваемой суспензии от скорости вращения ротора.

В данном случае твердая фаза будет накапливаться с превышающей высотой слоя в основном с одной стороны непроницаемой перегородки, в зависимости от направления вращения. Так при вращении ротора по направлению часовой стрелки она будет, к примеру, с правой стороны перегородки, а если по направлению против часовой стрелки, то с левой стороны.

Указанная неравномерность образующейся высоты слоя осадка будет приводить к явному дебалансу (биению) центрифуги, который не увеличивает, а наоборот, сокращает срок службы ее и ухудшает качество фугования суспензии.

Целью предложенного изобретения является повышение надежности работы и качества разделения путем использования в конструкции узлов, предотвращающих дебаланс вращающегося ротора.

Для достижения указанной цели центрифуга, содержащая корпус, размещенный в нем на полом валу перфорированный ротор с нежесткой фильтрующей перегородкой, барабан, установленный внутри ротора с образованием между ними кольцевой камеры, и расположенную в камере непроницаемую перегородку, согласно изобретению, барабан выполнен с двумя продольными окнами в обечайке, расположенными вдоль ее образующей диаметрально противоположно, и снабжен коаксиально установленным в нем подпружиненным штоком с шарнирно закрепленными на нем серьгами, другие концы которых шарнирно соединены с тягами, установленными поворотно внутри барабана на неподвижной оси и проходящими вместе с серьгами через продольные окна в кольцевую камеру, при этом свободные концы тяг выполнены криволинейными и имеют криволинейные сквозные пазы, а непроницаемая перегородка состоит из двух радиальных шиберов, смонтированных с возможностью перемещения при взаимодействии с тягами посредством пальцев, размещенных в пазах последних, при этом пазы имеют длину, обеспечивающую реверсивный ход шибера до упора его внутренней поверхности в ступицу ротора и наружной в фильтрующую перегородку; днище и бурт ротора с внутренней стороны снабжены радиальными направляющими для шиберов, выполненными в виде выступов с канавками.

Центрифуга схематично изображена на фиг.1 в продольном разрезе; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1.

Центрифуга содержит корпус 1, размещенный в нем на полом валу 2 перфорированный ротор 3 с нежесткой перегородкой 4, барабан 5, установленный внутри ротора 3 с образованием между ними кольцевой камеры 6, и расположенную в камере 6 непроницаемую перегородку 7.

Барабан 5 выполнен с двумя продольными окнами 8 в обечайке, расположенными вдоль ее образующей диаметрально противоположно и снабжен коаксиально установленным в нем подпружиненным штоком 9 с шарнирно закрепленными на нем серьгами 10, другие концы которых шарнирно соединены с тягами 11, установленными поворотно внутри барабана 5 на неподвижной оси 12 и проходящими вместе с серьгами 10 через продольные окна 8 в кольцевую камеру 6.

Свободные концы тяг 11 выполнены криволинейными и имеют криволинейные сквозные пазы 13, а непроницаемая перегородка 7 состоит из двух радиальных шиберов 14, смонтированных с возможностью перемещения при взаимодействии с тягами 11 посредством пальцев 15, размещенных в пазах 13 последних, при этом пазы 13 имеют длину, обеспечивающую реверсивный ход шибера 14 до упора его внутренней поверхности в ступицу 16 ротора 3 и наружной в фильтрующую перегородку 4.

Днище 17 и бурт 18 ротора 3 с внутренней стороны снабжены радиальными направляющими для шиберов 14, выполненными в виде выступов 19, 20, с канавками 21, 22.

Шток 9 снабжен упором 23 для пружины сжатия 24. Патрубок 25 и радиальные каналы 26,27, размещенные под прямым углом к плоскости шиберов 14, служат для подачи суспензии в кольцевую камеру 13, а патрубок 28 для выведения фугата из центрифуги. Радиальные каналы 26,27 на фиг.1, для наглядности, повернуты на 90^o и совмещены с плоскостью чертежа.

Центрифуга работает следующим образом.

В исходном положении под воздействием пружины 24, шток 9, серьги 10 и тяги 11, повернутые относительно неподвижной оси 12, находятся в крайнем нижнем положении, а радиальные шиберы 14 отведены к центру и прижаты своей внутренней стороной к ступице 16 ротора 3.

Суспензия через патрубок 25 и радиальные каналы 26, 27 поступает в кольцевую камеру одновременно с началом вращения ротора 3. В начальный период загрузки в центробежном поле ротора образуется сплошное жидкостное кольцо суспензии, обеспечивающее равномерное осаждение частиц твердой фазы и фильтрацию жидкой фазы через нежесткую перегородку 4. Фугат отводится через патрубок 28 корпуса 1. С увеличением частоты вращения ротора (до выхода на заданный режим), под воздействием центробежных сил радиальные шиберы 14 начинают одновременно поступательно перемещаться в своих направляющих по канавкам 21, 22 от центра к периферии. При этом перемещающиеся по горизонтали пальцы 15 шиберов 14, размещенные в сквозных пазах 13 тяг 11, поворачивают их относительно неподвижной оси 12 вверх. Тяги 11, в свою очередь взаимодействуют с серьгами 10, шарнирно связанными с ними и со штоком 9, перемещая последний поступательно вверх, который своим упором 23 сжимает пружину 24. Длина дуги паза 13 обеспечивает ход радиальных шиберов 14 до упора его наружной стороны в фильтрующую перегородку 4. После этого, продолжающая поступать в кольцевую камеру 6 ротора 3, суспензия в потоке не имеет относительного скольжения и, располагаясь по обе стороны диаметрально противоположно разведенных шиберов 14, обеспечивает равномерное отложение отфугованного осадка твердой фазы как на внутренней обечайке, так и у самих шиберов.

После остановки центрифуги (и снятия центробежного поля) разжимающаяся пружина 24, упирающаяся в упор 23 штока, сообщает последнему поступательное движение вниз. Серьги 10, при этом, поворачивают тяги 11 относительно неподвижной оси 12 вниз, а взаимодействующие с пальцами 15 радиальных шиберов 14 пазы 13 тяг 11, отводят последние от периферии к центру, в исходное положение (извлекая из слоя осадка).

При этом усилие пружины превышает силы трения уплотнившегося осадка с поверхностью шиберов.

Затем после снятия крышки корпуса 1 центрифуги производят выгрузку отфугованного осадка.

Использование в конструкции узла с двумя диаметрально противоположно перемещающимися радиальными шиберами, предотвращает дебаланс (биение) ротора центрифуги, повышает надежность работы и качество разделения суспензии.

Формула изобретения

1. Центрифуга, содержащая корпус, размещенный в нем на полом валу перфорированный ротор с нежесткой фильтрующей перегородкой, барабан, установленный внутри ротора с образованием между ними кольцевой камеры, и расположенную в камере непроницаемую перегородку, отличающаяся тем, что барабан выполнен с двумя продольными окнами в обечайке, расположенными вдоль ее образующей диаметрально противоположно, и снабжен коаксиально установленным в нем подпружиненным штоком с шарнирно закрепленными на нем серьгами, другие концы которых шарнирно соединены с тягами, установленными поворотно внутри барабана на неподвижной оси и проходящими вместе с серьгами через продольные окна в кольцевую камеру, при этом свободные концы тяг выполнены криволинейными и имеют криволинейные сквозные пазы, а непроницаемая перегородка состоит из двух радиальных шиберов, смонтированных с возможностью перемещения при взаимодействии с тягами посредством пальцев, размещенных в пазах последних, при этом пазы имеют длину, обеспечивающую реверсивный ход шибера до упора его внутренней поверхности в ступицу ротора и наружной в фильтрующую перегородку.

2. Центрифуга по п. 1, отличающаяся тем, что днище и бурт ротора с внутренней стороны снабжены радиальными направляющими для шиберов, выполненными в виде выступов с канавками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4