Шнековая центрифуга
Владельцы патента RU 2458744:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт "НИТИ-ТЕСАР" (ОАО "НИТИ-ТЕСАР) (RU)
Изобретение относится к оборудованию для разделения смесей на твердую фракцию, легкую и тяжелую жидкие фракции под действием центробежной силы и может быть использовано в машиностроительной, химической, нефтегазовой, пищевой и в других отраслях промышленности, а также для очистки различных стоков. Шнековая центрифуга для разделения смеси на твердую, легкую и тяжелую жидкие фракции содержит корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор, окна для вывода твердой фракции, шнек с крышкой, состоящей из пристыкованной к корпусу шнека части и полой опорной части, питающую трубу, систему отвода тяжелой и легкой жидких фракций, включающую размещенные в цилиндроконическом роторе камеры с напорными дисками. В полой опорной части крышки шнека установлено опорное уплотнительное кольцо и выполнена кольцевая проточка с каналами. На стойке напорного неподвижного диска с возможностью осевого перемещения установлено упорное уплотнительное кольцо, закрепленное в обойме. Наружная поверхность обоймы выполнена в виде многозаходной нарезки. Оба кольца смещены от внутренней цилиндрической поверхности полой части крышки и внутренние поверхности колец имеют уклон в сторону контактной поверхности. В крышке ротора на уровне проточки установлены два уплотнительных элемента, образующих между собой полость, и выполнены сливные отверстия соединяющие эту полость с внероторным пространством. Техническим результатом является повышение надежности центрифуги за счет исключения попадания очищаемой жидкости в верхние подшипники центрифуги при регулировке порога слива, выгрузке трудновыгружаемых осадков под давлением и мойке центрифуги и расширение функциональных возможностей, заключающееся в возможности создания дополнительного подпора внутри ротора и беспрепятственной выгрузки трудновыгружаемых фракций. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к оборудованию для разделения смесей на твердую фракцию, легкую и тяжелую жидкие фракции под действием центробежной силы и может быть использовано в машиностроительной, химической, нефтегазовой, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности для очистки производственных сточных вод, нефтепродуктов, смазочно-охлаждающих и моющих технологических жидкостей.
Известна шнековая центрифуга типа ОГШ по источнику В.М.Лукьяненко, А.В.Таранец Справочник. Центрифуги. М.: Химия, 1988 г., стр.180, состоящая из неперфорированного цилиндроконического ротора с соосно расположенным внутри него шнеком. Диаметр сливного порога регулируется с помощью сменных 1 заслонок или поворотных шайб. Недостатком указанной центрифуги является то, что для регулировки сливного порога необходимо многократно останавливать центрифугу и переустанавливать заслонки или поворотные шайбы под очистку определенной смеси, что увеличивает время на техническое обслуживание. Кроме того, отсутствие надежной защиты внутренних опор качения от промывочной жидкости приводит к тому, что промывка центрифуги без создания дополнительного давления в межвитковом пространстве малоэффективна.
Наиболее близкой к предлагаемой шнековой центрифуге является шнековая центрифуга для разделения смесей на твердую фракцию, легкую и тяжелые жидкие фракции, по патенту РФ №2283698 C2, B04B 1/12, 2006 г. - принята за прототип, содержащая корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор с крышкой и окнами для вывода твердой фракции, шнек, питающую трубу и систему отвода тяжелой и легкой жидких фракций, включающую размещенную в цилиндроконическом роторе камеру с напорными дисками и устройство для регулировки порога слива, а цилиндроконический ротор снабжен центральной втулкой, на которой смонтирована аксиальная вставка с закрепленным на ней шнеком, выполненным в виде спиральной ленты.
Недостатком известной центрифуги является ненадежная работа устройства для регулировки порога слива и ограниченная область применения. При настройке устройства, создании подпора жидкости при выделении трудновыгружаемого осадка и мойке центрифуги по цилиндрическим каналам (между крышкой и напорным диском) происходит выброс очищаемой жидкости в верхние подшипники, в результате чего резко снижается долговечность подшипников и надежность работы центрифуги в целом. При выгрузке тяжелоосаждаемых твердых продуктов витки шнека забиваются осадком, центрифугу необходимо останавливать, многократно промывать жидкостью или разбирать.
Технический результат изобретения - повышение надежности работы центрифуги.
Технический результат обеспечивается тем, что в шнековой центрифуге для разделения смеси на твердую, легкую и тяжелую жидкие фракции, содержащей корпус с установленным в нем цилиндроконическим ротором с крышкой, шнек с крышкой, состоящей из пристыковочной к корпусу шнека части и полой опорной части, питающую трубу, систему отвода тяжелой и легкой жидких фракций, включающую размещенные в цилиндроконическом роторе камеры с напорными дисками, согласно изобретению в полой опорной части крышки шнека центрифуги установлено опорное уплотнительное кольцо и выполнена кольцевая проточка с каналами, а на стойке напорного неподвижного диска с возможностью осевого перемещения установлено упорное уплотнительное кольцо, закрепленное в обойме, наружная поверхность которой выполнена в виде многозаходной нарезки, причем оба кольца смещены от внутренней цилиндрической поверхности полой части крышки и внутренние поверхности колец имеют уклон в сторону контактной поверхности, а в крышке ротора, на уровне проточки, установлены два уплотнительных элемента образующих между собой полость и выполнены сливные отверстия, соединяющие эту полость с внероторным пространством.
Дополнительный технический результат - расширение функциональных возможностей центрифуги за счет беспрепятственной выгрузки липких и трудновыгружаемых фракций, а также для изменения уровня жидкости в центрифуге (для особых условий работы: регулировки порога слива, выгрузки трудновыгружаемых осадков под давлением и мойки центрифуги) достигается в том случае, когда в системе отвода тяжелой и легкой жидких фракций выводы снабжены устройствами регулировки расходов потоков отводимых жидких фракций.
Дополнительный технический результат - расширение функциональных возможностей центрифуги за счет беспрепятственной выгрузки липких и трудновыгружаемых фракций достигается, когда ротор в нижней части снабжен втулкой с отверстиями, соосными с отверстиями ротора, снабженной крыльчаткой с радиальными ребрами, на наружной поверхности которых закреплены спиральные лопасти (для обеспечения беспрепятственного удаления осадка из нижней части ротора и тем самым обеспечивая стабильность положения свободной поверхности).
Технический результат обеспечивается и тем, что центрифуга дополнительно снабжена вставкой.
Дополнительный технический результат - повышение долговечности и ресурса работы опорного и упорного уплотнительных колец за счет работы колец в более чистой жидкости - достигается в том случае, когда вставка шнековой центрифуги выполнена тонкослойной аксиальной.
Дополнительный технический результат - повышение долговечности и ресурса работы опорного и упорного уплотнительных колец за счет работы колец в более чистой жидкости, достигается в том случае, когда вставка шнековой центрифуги выполнена тонкослойной тарельчатой.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен продольный разрез шнековой центрифуги; на фиг.2 - положение уплотнительных элементов до создания дополнительного давления; на фиг.3 - положение уплотнительных элементов после создания дополнительного давления; на фиг.4 - положение уплотнительного кольца и обоймы в обычном режиме работы центрифуги; на фиг.5 - положение уплотнительного кольца и обоймы при работе в особых условиях.
Шнековая центрифуга состоит из ротора 1, шнека 2 с крышкой 3, установленных на подшипниковых опорах в крышках 4 и 5 корпуса 6. Вращение шнека 2 осуществляется ротором 1 через редуктор 7.
Ротор 1 в собранном виде состоит из цилиндроконического корпуса 8, шкива 9 и крышки 10. Коническая часть 11 ротора 1 и крышка 10 ротора 1 являются опорами шнека 2. Крышка 3 шнека 2 состоит из пристыковочной части 12, которая непосредственно крепится к верхний части шнека 2, и полой опорной части 13, в которой установлено опорное уплотнительное кольцо 14, а на цилиндрической поверхности полости выполнена кольцевая проточка 15 со сливными каналами 16 для сбора утечек. Внутри шнека 2 на втулке 17 смонтирована вставка 18, на внешней поверхности которой закреплена винтовая лента 19. В примере конкретного исполнения приведено конструктивное решение с тонкослойной аксиальной вставкой.
В верхней части вставки имеется чашка 20, которая разделена на две камеры 21 и 22 перегородкой 23. В камере 21 находится напорный диск 24 для вывода под давлением тяжелой жидкой фракции, отводная стойка 25 которого жестко закреплена на верхней крышке 4 корпуса 6 и проходит внутри полой опорной части 13 крышки 3. На отводной стойке 25 напорного диска 24 установлено упорное уплотнительное кольцо 26, закрепленное в обойме 27, наружная поверхность которой выполнена в виде винтовой многозаходной нарезки 28. Обойма имеет возможность осевого перемещения, а для исключения проворота она зафиксирована штифтом 29.
Внутренние поверхности колец 14 и 26 смещены от внутренней поверхности полой опорной части 13 и имеют уклон в сторону контактной поверхности, образуя в момент контакта колец 14 и 26 кольцевую емкость 30. В крышке ротора на уровне проточки 15 установлены два уплотнительных элемента 31, образуя между собой цилиндрическую полость 32, и выполнены сливные отверстия 33, соединяющие полость 32 с внероторным пространством 34.
В камере 22 размещен напорный диск 35 для вывода под давлением легкой жидкой фракции. В нижней части чашки 20 имеются отверстия 36, сообщающие камеру 22 с центральной частью вставки, а в боковой поверхности чашки перед сменной шайбой 37 имеются отверстия 38, сообщающие зону тяжелой жидкой фракции шнека с камерой 21.
Для создания зон осушки твердой фракции радиус расположения отверстий 36 больше внутреннего радиуса переливной сменной шайбы 37. На наружной поверхности чашки закреплена спиральная лента 39, сопряженная с винтовой лентой 19 шнека 2.
Для плавной регулировки толщины слоя жидкости в роторе 1 в процессе работы, обеспечивая таким образом быструю и точную настройку на изменившиеся технологические условия без остановки центрифуги, линии отвода тяжелой и легкой жидких фракций снабжены устройствами регулировки расхода потоков отводимых жидких фракций - кранами 40 и 41.
С целью влияния на скорость выноса твердой фазы и, таким образом, на время пребывания твердой фазы в центрифуге, на толщину слоя осадка и на образующуюся зону разделения жидкой и твердой фаз ротор 1 в нижней части снабжен втулкой 42 с отверстиями 43, соосными с разгрузочными отверстиями ротора 1, снабженной радиальными ребрами 44, на наружной поверхности которых закреплены спиральные лопасти 45.
Нижняя часть центральной втулки 17 шнека 2 имеет отверстия 46, через которые очищаемая смесь подается в коническую часть центрифуги.
Очищаемая смесь подается в центрифугу через регулировочное устройство подачи - кран 47 и питающую трубу 48, а жидкие фракции выводятся: тяжелая - через кран 40, а легкая - через кран 41.
Шнековая центрифуга работает следующим образом.
Краном 47 устанавливается производительность стенда с учетом вязкости очищаемой смеси, исходной концентрации мехпримесей, размера и плотности частиц загрязнений, требуемой степени очистки, а граница раздела подбирается порогом слива 49 тяжелой жидкой фракции. Для этого до включения привода центрифуги устанавливается необходимый для эффективного разделения жидких фракций порог слива 49, который зависит от разности плотностей тяжелой и легкой жидких фракций, для чего подбирается и устанавливается на центрифугу одна из сменных шайб 37, находящихся в комплекте принадлежностей. Эта операция осуществляется при неполной разборке центрифуги.
Тонкая настройка порога слива 49 выполняется без останова центрифуги, в режиме разделения смеси, с помощью крана 40, при закрывании которого граница раздела легкой и тяжелой жидких фракций сдвигается к центру ротора и, как следствие, происходит ухудшение степени очистки легкой фракции от тяжелой. Полное закрытие крана 40 приводит к прекращению процесса разделения смеси.
Наоборот, при открывании крана 40 граница раздела фракций будет сдвигаться к периферии, что приведет к улучшению степени очистки легкой фракции от тяжелой. При полном открытии крана 40 может произойти прорыв водяного затвора и отсутствие разделения фракций. Оптимальное расположение границы раздела можно установить по показаниям встроенного манометра и на основании анализов проб тяжелой и легкой фракций.
При пуске вращающий момент от электродвигателя через клиновую передачу передается на шкив 9 ротора 1. Вращение шнека 2 осуществляется ротором 1 через редуктор 7. Шнек 2 вращается в ту же сторону, что и ротор 1, но с другой скоростью. Подлежащая разделению смесь подводится во входную полость шнека 2 через питающую трубу 48, разгоняется в направлении вращения шнека и поступает через отверстия 46 в коническую полость 11 ротора 1. Происходит предварительная очистка от крупных частиц механических загрязнений. Предварительно очищенная жидкость поступает в цилиндрическую часть ротора 1. В этой части центробежного поля вращающегося ротора 1, проходя через вставку, жидкость очищается от мелких частиц грязи, а также разделяется на две фракции: легкую (нефтепродукты) и тяжелую (вода). Тяжелая жидкая фракция в центробежном поле отходит к периферии ротора и через отверстия 38 и переливаясь через внутреннее отверстие сменной шайбы 37 попадает в верхнюю полость 21 чашки 20, откуда посредством напорного диска 24, через регулировочное устройство расхода 40 удаляется из центрифуги. Легкая фракция через отверстия 36 сливается в нижнюю полость 22 чашки 20 и далее напорным диском 35 через регулировочное устройство 41 расхода потока выводится из центрифуги.
Мелкие частицы твердой фазы в центробежном поле оседают на стенки ротора 1 и витками шнека 2 перемещаются вниз и через разгрузочные отверстия 43 с помощью ребер 44 и спиральных лопастей 45 выбрасываются в емкость или на ленту транспортера.
В процессе очистки смесей с трудновыгружаемой твердой фазой (липкая, мелкодисперсная и т.п.) часть твердого осадка налипает и задерживается на витках шнека и стенках ротора, резко снижая при этом качество очистки смеси. В этом случае и перед остановкой центрифуги она должна быть обязательно промыта. Для удаления твердой фазы достаточно произвести промывку центрифуги через питающую трубу 48 при закрытых регулирующих устройствах 40 и 41. В большинстве случаев достаточно произвести промывку не содержащим твердой фазы фугатом. Поступающая промывочная жидкость под давлением заполняет обе камеры (напорные диски 24 и 35 не отводят жидкость) и ее сужающаяся и вращающаяся с угловой скорость ротора 1 цилиндрическая поверхность набегает на неподвижную винтовую нарезку 28 корпуса 27 кольца 26 и прижимает его к верхнему кольцу 14. Часть жидкости запирается в емкости 30, а часть утечек отводится через сливные каналы 16, 33 во внероторное пространство 34, минуя подшипниковую опору, что обеспечивает надежную работу центрифуги в процессе "поддавливания" и промывки ротора центрифуги. После открытия кранов 40, 41 отводных магистралей напорных дисков цилиндрическая поверхность жидкости перемещается к периферии, выходя из взаимодействия с наклонными поверхностями винтовой нарезки 28. Запертая в емкости 30 жидкость, за счет центробежной силы, действуя на наклонные поверхности колец 14 и 26, размыкает контактную поверхность, образуя достаточный зазор между вращающимися кольцами и обеспечивая дальнейшую работу торцевого уплотнения центрифуги без трения и нагрева.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность и расширить функциональные возможности шнековой центрифуги, что значительно расширяет область ее применения.
1. Шнековая центрифуга для разделения смеси на твердую, легкую и тяжелую жидкие фракции, содержащая корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор, окна для вывода твердой фракции, шнек с крышкой, состоящей из пристыкованной к корпусу шнека части и полой опорной части, питающую трубу, систему отвода тяжелой и легкой жидких фракций, включающую размещенные в цилиндроконическом роторе камеры с напорными дисками, отличающаяся тем, что в полой опорной части крышки шнека установлено опорное уплотнительное кольцо и выполнена кольцевая проточка с каналами, а на стойке напорного неподвижного диска с возможностью осевого перемещения установлено упорное уплотнительное кольцо, закрепленное в обойме, наружная поверхность которой выполнена в виде многозаходной нарезки, причем оба кольца смещены от внутренней цилиндрической поверхности полой части крышки и внутренние поверхности колец имеют уклон в сторону контактной поверхности, а в крышке ротора, на уровне проточки, установлены два уплотнительных элемента, образующих между собой полость, и выполнены сливные отверстия, соединяющие эту полость с внероторным пространством.
2. Шнековая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что в системе отвода тяжелой и легкой жидких фракций выводы снабжены устройствами регулировки расхода потоков отводимых жидких фракций.
3. Шнековая центрифуга по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ротор в нижней части снабжен втулкой с отверстиями, соосными с отверстиями ротора, снабженной крыльчаткой с радиальными ребрами, на наружной поверхности которых закреплены спиральные лопасти.
4. Шнековая центрифуга по п.3, отличающаяся тем, что центрифуга дополнительно снабжена вставкой.
5. Шнековая центрифуга по п.4, отличающаяся тем, что вставка выполнена тонкослойной аксиальной.
6. Шнековая центрифуга по п.4, отличающаяся тем, что вставка выполнена тонкослойной тарельчатой.
