Центрифуга с гидравлически установленным дифференциалом скорости вращения
Изобретение описывает центрифугу с гидравлически установленным дифференциалом скорости вращения. Центрифуга содержит установленный с возможностью вращения барабан, размещенный с возможностью вращения в барабане шнек. Скорость вращения шнека отличается от скорости вращения барабана, которые приводятся в действие внешним центральным стационарно установленным моторным агрегатом и между которыми с одной стороны корпусом, а с другой стороны ротором подключен обеспечивающий управление дифференциалом скорости вращения механизм - гидромотор, питание которого обеспечивается гидравлическим насосом. Гидравлический насос и гидромотор установлены с возможностью совместного вращения, а ротор гидравлического насоса расположен на поддерживающем рычаге за пределами вращающихся частей центрифуги и не вращается совместно с насосом и гидромотором. При этом изменение количества подаваемой от гидравлического насоса к гидромотору жидкости осуществляется управляемыми гидравлически регулировочными органами, которые установлены с возможностью вращения совместно с приводом. Технический результат заявленного изобретения заключается в уменьшении габаритов устройства, а также в снижении утечки жидкости при работе устройства. 8 з.п. ф-лы, 17 ил.
Настоящее изобретение касается центрифуги, в установленном с возможностью вращения барабане которой, расположен вращающийся шнек, который совместно с барабаном приводится в действие внешним центрально установленным моторным агрегатом и имеет скорость вращения, отличную от скорости вращения барабана. Управление дифференциалом скорости вращения барабана и шнека осуществляется с помощью передаточного механизма - гидромотора, подключенного между барабаном и шнеком с одной стороны корпусом, а с другой стороны ротором и питание которого обеспечивается гидравлическим насосом.
К центрифугам вышеуказанного вида относятся центрифуги, у которых между двумя с различными скоростями вращающимися частями подключен передаточный механизм. Вращающимися с различными скоростями частями в данном случае являются барабан и шнек. Прежде всего речь идет о центрифугах, в которых используется процесс декантации, в частности о цельнокорпусных шнековых центрифугах, а также барабанных ситах и полнопереточных декантаторах. К центрифугам вышеупомянутого вида относятся суспензионные центрифуги, которые различаются по количеству и виду разделенных с помощью центробежной силы фаз твердожидкостной смеси. Эти центрифуги могут осуществлять двухфазное разделение твердые частицы/жидкость или многофазное разделение с большим количеством жидких или твердых фаз. Разделение происходит под действием центробежной силы за счет различного веса разделяемых фаз. К известному уровню техники относится широкий спектр центрифуг подобного вида.
Принципиально возможно обе с различной скоростью вращающиеся части центрифуги приводить в действие от установленных в различных местах моторных агрегатов (приводной мотор и привод). Однако является целесообразным предусматривать только один установленный в определенном месте моторный агрегат, который приводит во вращение лишь одну из двух частей, в частности барабан, во время движения которого приводится во вращение вторая часть - шнек и обеспечивается разница скоростей вращения между обеими частями. Разница передаваемого между обеими частями вращающего момента, как правило, имеет значительную величину. Передатчный механизм, подключенный между обеими вращающимися частями, должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить создание вышеуказанных вращающих моментов.
В известных устройствах в качестве передаточных механизмов длительное время используются циклоидальные приводы, однако они могут работать лишь с неизменным передаточным отношением и при заданном дифференциале скорости вращения барабана и шнека не могут обеспечивать соответствие центрифуги многим техническим требованиям при переработке суспензий различного вида.
Следующей возможностью реализации передаточного механизма является гидромотор, который прост в управлении и скорость вращения которого может регулироваться в зависимости от параметров подводимого объема рабочей жидкости. Применение такого управления дифференциалом скорости вращения является наиболее выгодным, так как оптимальный результат разделения может быть достигнут лишь экспериментальным путем. При этом, принимая во внимание, что разделяемое в единицу времени количество суспензии и особенно ее консистенция не являются постоянными, описанное выше управление должно содержать дополнительную регулировку. Так, регулировка может осуществляться на базе непостоянного параметра суспензии, например увеличения концентрации твердой фазы в направлении закупоривания устройства, что выражается путем увеличения вращающего момента шнека, при этом за счет увеличения дифференциала скорости вращения может быть достигнуто ускорение отвода твердой фазы, что противодействует возникновению закупорки. Особой проблемой является также то, что при выходе из строя центрального внешнего моторного агрегата остановившееся устройство не может быть далее освобождено от осажденной в нем твердой фазы. Примеры подобной центрифуги, реализованной с передаточным механизмом с изменяющимся числом оборотов высокомоментным тихоходным совместно ротационным гидромотором, описаны в патентах F 542659, F 6942189, US 3923241.
Как показывает уровень техники, для питания подключенного между барабаном и шнеком гидромотора необходим внешний стационарно установленный насосный агрегат, так как питающий гидромотор гидравлический поток должен быть подан от стационарного трубопровода во вращающуюся систему центрифуги. Как показано в аналогичных вышеупомянутых устройствах, это обеспечивается путем применения электромотора через контактное кольцо/щетку посредством так называемого осуществления процесса вращения. Основным недостатком вышеназванного конструктивного элемента являются его большие габариты и наступление негерметичности под воздействием больших поглощаемых объемов проходящего под высоким давлением гидравлического потока. Несмотря на то, что использование совместно вращающего гидромотора объединяет в себе большие преимущества - простоту, возможность регулировки и жесткость конструкции, осуществление требуемого процесса вращения является существенной проблемой известных до настоящего времени устройств.
В основу изобретения поставлена задача создания центрифуги описанного выше вида с совместно вращающим гидромотором, который управляет как приводом, так и питающим гидравлическим насосом (питающим насосом) и который при простоте конструкции и снижении габаритных размеров обеспечивает отсутствие утечек.
Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что к гидромотору подсоединен как минимум один гидравлический питающий насос, вращающийся совместно с гидромотором, при этом ротор насоса расположен на поддерживающем рычаге за пределами вращающихся частей центрифуги и не вращается совместно с насосом и гидромотором, при этом изменение количества подаваемой от питающего гидравлического насоса к гидромотору жидкости осуществляется управляемыми гидравлически регулировочными органами, которые установлены с возможностью вращения совместно с приводом.
За счет переноса питающего насоса с его прежнего установочного положения в область вращающихся частей центрифуги он может вращаться совместно с гидромотором, при этом изменение количества подаваемой от питающего насоса к гидромотору жидкости осуществляется управляемыми гидравлически регулировочными органами таким образом, что проведение вращения осуществляется в области низкого давления и передает далее существенно меньший гидравлический поток, чем в известных ранее устройствах. При этом осуществление процесса вращения может быть обеспечено более простым и малогабаритным устройством, а утечки в этой области будут незначительны. Очевидно, что осуществление процесса вращения в этом значительно упрощенном участке целесообразно также потому, что оборот жидкости между питающим насосом и гидромотором не стабилен. Утечки в гидромоторе и насосе неизбежны. Под воздействием температур и нагрузок поток жидкости не является постоянным и требует дополнительной регулировки. С этой целью одна часть жидкости из области жидкостного потока отводится и обрабатывается в течение промывочного цикла.
В предпочтительном варианте исполнения питающий гидравлический насос размещен в общем с гидромотором корпусе, а его ротор выведен наружу и имеет преимущественно стационарное крепление.
В следующем преимущественном варианте исполнения, в случае обеспечения питающим насосом постоянного объма выдаваемой жидкости, в качестве регулировочного органа используется регулирующий расход вентиль, который возвращает не использованную жидкость от гидромотора в область низкого давления жидкостного контура, причем регулировочный орган управляет либо потоком жидкости, отобранной от рабочего жидкостного контура (2-ходовая регулировка), либо потоком жидкости, подаваемой непосредственно гидромотору (3-ходовая регулировка).
Согласно следующему предпочтительному варианту исполнения, для управления регулировочной заслонкой, через которую протекает регулируемый поток жидкости, используется рециркуляционный поток или пропорциональный магнит.
В случае обеспечения питающим гидравлическим насосом переменного объма выдаваемой жидкости, предпочтительно в качестве регулировочного органа использовать гидравлически уравляемый серво-цилиндр, управление которым осуществляется вентилем (сервоорган).
Далее предложен вариант исполнения, при котором сервоорган управляется непосредственно пропорциональным магнитом. В дальнейшем развитии вышеуказанного варианта управления сервоорганом предлагается управление сервоорганом прямо или косвенно осуществлять с использованием напорного давления напорного насоса.
Служащие для кондиционирования рабочей жидкости элементы (холодильное и/или фильтровальное устройство) промывочного цикла целесообразно размещать за пределами вращающихся частей центрифуги, однако также возможен вариант их расположения совместно с вращающимися частями.
В следующем варианте одного из возможных исполнений заявляемого устройства напорный насос установлен с возможностью совместного вращения с питающим насосом.
Стабилизация заявляемого устройства может быть обеспечена при задании определенного дифференциала скорости вращения барабана и шнека в зависимости от свойств обрабатываемой суспензии или принимая во внимание результаты ее разделения. Во внимание могут быть приняты также параметры техники регулирования, что особенно важно при разделении суспензий тяжелых консистенций, не регулярной выдаче твердой фазы, в результате чего изменяется величина вращающего момента вала.
Для регистрации изменяющихся параметров вращающего момента в следующем предпочтительном варианте исполнения предусмотрено считывать опорное усилие ротора гидромотора вне вращающихся частей центрифуги и использовать соответствующие параметры регулировки и управления.
Использование изобретения позволит получить следующие преимущества:
- отпадает необходимость использования отдельного насосного агрегата;
- необходим только один электромотор;
- устройство требует лишь небольшую моторизацию: при перегрузке шнека и прекращении подачи продукта применение электромотора при приведении в движение шнека повысит мощность привода;
- при исчезновении напряжения в сети функционирование привода шнека будет обеспечено до остановки барабана;
- простота, компактность конструкции;
- улучшение общего кпд за счет малой системы без "узких мест" и устранения утечек при проведении вращения. Этот энерготехнический аспект следует особенно отметить по сравнению с известными по патентам F 6942189 и US 3923241 устройствами.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - общий вид шнековой центрифуги в сборке;
фиг.2 - схематическое изображение блока, состоящего из гидромотора и питающего гидравлического насоса в участке вращающихся частей центрифуги;
фиг.2а - схема гидравлического соединения устройства согласно фиг.2;
фиг.3 - общая схема гидравлического соединения устройства согласно фиг.2, на которой показано, что управление потоком жидкости или его регулировка осуществляются органами, подключенными к гидромотору и питающему насосу во вращающейся части центрифуги;
фиг.4 и 5 - примеры конкретного исполнения регулировки потоком жидкости посредством отвода не требуемой жидкости от питающего гидравлического насоса в область низкого давления жидкостного контура или путем регулировки потока жидкости, подаваемой непосредственно гидромотору;
фиг.6-8 - примеры исполнения, согласно которым регулировочная заслонка регулировочного органа, через которую протекает регулируемый поток жидкости, может быть расположена как во вращающейся, так и не во вращающейся части центрифуги;
фиг.9 и 10 - варианты, при которых для управления регулировочной заслонкой, через которую протекает регулируемый поток жидкости, используется рециркуляционный поток или пропорциональный магнит;
фиг.11-16 - примеры исполнения, в которых в качестве регулировочного органа используется гидравлически уравляемый сервоцилиндр, управление которым осуществляет вентиль;
фиг.13 - пример исполнения одного из вышеприведенных вариантов, при котором сервоорган приводится в действие непосредственно пропорциональным магнитом;
фиг.12, 14 и 15 - варианты исполнения, при которых сервоорган прямо или косвенно управляется напорным давлением напорного насоса;
фиг.16 показывает компоновку узлов, обеспечивающих кондиционирование рабочей жидкости, расположеных за пределами вращающихся частей центрифуги, а также расположение напорного насоса в случае его совместного вращения с гидромотором и питающим насосом и управляющими или регулирующими питание элементами.
Как показано на фиг.1, заявляемое устройство состоит из барабана 1, который установлен на подшипниках 2 и 3 и приводится во вращение мотором 4. В барабане коаксиально расположен шнек 5, который с помощью шнекового привода 6 приводится во вращение со скоростью, отличной от скорости вращения барабана. Таким образом, шнек вращается относительно барабана с дифференциалом скорости вращения.
Продукт (смесь жидкой и твердой фазы) подается в шнековую втулку по выводной трубе 7. Далее продукт через отверстия 8 попадает в разделительную зону и образует в ней кольцевой участок, высота которого ограничена переливным затвором 9. Тяжелая фаза (осадок) осаждается на стенках барабана и по конусообразной части шнека передается из разделительной зоны к выбросным отверстиям 10, где выбрасывается наружу.
Фиг.2 представляет схематическое изображение упомянутого выше привода. В качестве примера гидромотора с высоким моментом вращения 12 рассмотрен многоходовой радиально-поршневой двигатель. В его подключенном к барабану корпусе 12в вращается ротор 12с с радиально расположенными поршнями 12d, которые посредством роликов 12е создают тангенциальную силу в диске 12а. Посредством распределителя 12f напорное масло поступает попеременно в рабочие камеры, при этом распределитель получает питание от гидравлического насоса 11, ротор 13 которого закреплен на плече рычага 15, ограничивающего вращающий момент вала. Вал шнека 14 жестко закреплен в роторе 12с, который приводит его во вращение. Таким образом, речь идет о вращающемся гидростатическом механизме с закрытым циклом, как это представлено на вышеописанной схеме. Подобный механизм применим в длительном рабочем цикле лишь в том случае, если одна часть циркулирующей жидкости (15-25%) будет отбираться с целью охлаждения и фильтрации и затем опять использоваться для подачи в устройство (промывка). Этот промывочный закрытый цикл применим в области низкого давления системы, причем в зависимости от типа насоса чаще всего для обеспечения минимального предварительного давления, что обеспечивает отсутствие кавитации жидкости при ее прохождении через всасывающий участок насоса (особенно при высокой скорости вращения).
На фиг.3 показана схема привода с циркуляцией очищаемого масла. Основным устройством привода является гидромотор 21, который приводит во вращение систему, включая шнек привода питающего гидравлического насоса 23 (не показан). Когда питающий гидравлический насос 23 находится в режиме всасывания, очищаемое масло проходит через фильтр 24 вокруг охладителя 25 и через клапан предварительного напряжения 28 поступает в резервуар 27. Промывочный насос 26 всасывает охлажденное масло из резервуара 27 во время обратного хода гидромотора 21. Основной поток масла поступает в резервуар по независимому от промывочного цикла трубопроводу (штриховая линия).
Фиг.3 далее схематически показывает, что не только питающий гидравлический насос и гидромотор, но и управляющие/регулирующие подаваемый от питающего насоса к гидромотору поток рабочей жидкости органы в преимущественном варианте исполнения установлены в одном корпусе, при этом применен гидромотор с регулируемой скоростью вращения, в данном случае на примере декантера с регулируемым дифференциалом скорости вращения между барабаном и шнеком. Подобная конструкция схематически отражена на фиг.3. При этом ее эксплуатация обеспечивается за счет установки между гидромотором 21 и вращающимся совместно с ним питающим гидравлическим насосом 41 обозначенной на схеме регулирующей заслонки. При обеспечении вращения 44 рабочая жидкость, как правило, через охлаждающие и/или фильтрующие устройства 24, 25 отводится в резервуар 27 и далее отбирается или возвращается назад.
Фиг.4 показывает в подобном варианте исполнения использование регулирующего расход вентиля 42 в комбинации с соответствующей заслонкой 40, который возвращает не использованную гидромотором 21 жидкость в область низкого давления жидкостного контура (2-ходовая регулировка), а фиг.5 - расположение регулирующей заслонки при обороте жидкости между насосом 41 и гидромотором 21. (3-ходовая регулировка).
Согласно фиг.6, заслонка 40 подключена в области обратного потока гидромотора 21, а регулирующий расход вентиль 43 управляет рабочим процессом. При сопоставлении фиг.7 и 8 с фиг.6 можно определить, что заслонка 40 регулирующего расход вентиля 42 или 43 также может быть расположена за пределами вращающихся частей центрифуги.
Следующие примеры исполнения согласно фиг.9 и 10 показывают применение пропорционального магнита 36 для управления совместно вращающейся системой, состоящей из вентиля 43 и заслонки 40, или управления заслонкой 37, через которые протекает регулируемый поток жидкости, с помощью рециркуляционного потока, величину которого регулирует вентиль давления 46, расположенный за пределами вращающихся частей центрифуги.
Начиная с фиг.5, приведены примеры, в которых питающий гидравлический насос выдает переменный объем жидкости, для чего предусмотрены два противодействующих цилиндра 29 и 30. Имеющий малое сечение цилиндр 30 находится под нагрузкой рабочего давления питающего насоса 23 и дополнительно поддерживается пружиной. Исполнительный цилиндр 29 имеет большее сечение и настраивается сервозаслонкой 31. Пружина может воздействовать на правую сторону заслонки, при этом сила давления пружины будет иметь возрастающую величину и с возрастающим воздействием перемещать исполнительный цилиндр влево (обратный ход). Когда сервозаслонка будет находиться под давлением, исполнительный цилиндр 29 будет перемещаться до тех пор, пока на сервозаслонке не будет обеспечено равновесие сил (пружина обратного давления, фиг.13). При этом отклонение исполнительного цилиндра будет пропорционально оказанному на сервозаслонку 31 давлению.
Кроме этого, сервоорган 31 может управляться непосредственно пропорциональным магнитом (фиг.13). Сервоорган 31 может также прямо или косвенно управляться напорным давлением напорного насоса 26 (вентиль 28).
Как это не показано на фигурах, охлаждающие и фильтрующие устройства 24 и 26 для обработки потока рабочей жидкости могут быть также установлены во вращающейся области системы. Однако в соответствии с приведенными примерами исполнения их, как и резервуар 27, в основном предусмотрено жестко устанавливать отсоединенными от вращающихся частей системы вращения 44.
На фиг.16 изображен следующий вариант исполнения, согласно которому напорный насос 26 установлен во вращающейся системе, включающей гидромотор 21, питающий гидравлический насос 23 или 41 и органы управления или регулировки потока питающей жидкости.
1. Центрифуга, содержащая установленный с возможностью вращения барабан (1), размещенный с возможностью вращения в барабане шнек (5), скорость вращения которого отличается от скорости вращения барабана, которые приводятся в действие внешним центральным стационарно установленным моторным агрегатом (4, 22), и между которыми с одной стороны корпусом (12в), а с другой стороны ротором (12 с) подключен обеспечивающий управление дифференциалом скорости вращения механизм - гидромотор (12, 21), питание которого обеспечивается гидравлическим насосом (11, 23, 41), отличающаяся тем, что гидравлический насос (11, 23, 41) и гидромотор (12, 21) установлены с возможностью совместного вращения, а ротор гидравлического насоса (13) расположен на поддерживающем рычаге (15) за пределами вращающихся частей центрифуги и не вращается совместно с насосом и гидромотором, при этом изменение количества подаваемой от гидравлического насоса (11, 23, 41), к гидромотору (12, 21), жидкости осуществляется управляемыми гидравлически регулировочными органами (42, 43, 29, 30), которые установлены с возможностью вращения совместно с приводом.
2. Центрифуга по п.1, в случае обеспечения гидравлическим насосом (41) постоянного объема выдаваемой жидкости, отличающаяся тем, что в качестве регулировочного органа используется регулирующий расход вентиль (42, 43), который возвращает не использованную жидкость от гидромотора (12, 21) в область низкого давления жидкостного контура, при этом регулировочный орган управляет либо потоком жидкости, отобранной от рабочего жидкостного контура, либо потоком жидкости, подаваемой непосредственно гидромотору.
3. Центрифуга по п.2, отличающаяся тем, что регулировочная заслонка (40) регулировочного органа (42, 43), через которую протекает регулируемый поток жидкости, может быть расположена как во вращающейся, так и не во вращающейся части центрифуги.
4. Центрифуга по п.2, отличающаяся тем, что для управления регулировочной заслонкой (37), через которую протекает регулируемый поток жидкости, используется рециркуляционный поток или пропорциональный магнит (36).
5. Центрифуга по п.1, в случае обеспечения вращающимся питающим насосом (23) переменного объема выдаваемой жидкости, отличающаяся тем, что в качестве регулировочного органа используется гидравлически управляемый серво-цилиндр (29), управление которым осуществляет серво-орган (31).
6. Центрифуга по п.5, отличающаяся тем, что серво-орган (31) управляется непосредственно пропорциональным магнитом (36).
7. Центрифуга по п.5, отличающаяся тем, что серво-орган (31) прямо или косвенно управляется напорным давлением напорного насоса (26).
8. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что элементы (24, 25), обеспечивающие кондиционирование рабочей жидкости, расположены за пределами вращающихся частей центрифуги.
9. Центрифуга по п.5, отличающаяся тем, что напорный насос (26) установлен с возможностью совместного вращения с гидравлическим насосом.
