Устройство для уменьшения трения между уплотняющими пластинами фильтров и применение этого устройства в способе фильтрации

Изобретение относится к устройству для уменьшения трения между двумя пластинами фильтра. Пластины (4, 5) фильтра вращаются относительно друг друга под действием сжимающих осевых сил и поддерживаются продольным концом барабана (1), прикрепленного к вращающемуся валу, установленному на опоре (6), и имеющего внутренние коллекторы, и обращенным к ним концом корпуса (2), вращение которого заблокировано и который поддерживается указанным валом. Устройство содержит, по меньшей мере, одну тяговую систему (8), действующую на корпус (2) путем приложения силы, обеспечивающей по меньшей мере частичную компенсацию осевых сил, прижимающих одну пластину (5) к другой пластине (4), с обеспечением уменьшения трения и при этом с обеспечением поддержания взаимного уплотняющего контакта. Технический результат: уменьшение трения между двумя контактирующими пластинами фильтра. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству для уменьшения трения между уплотняющими пластинами фильтров и его применению в способе фильтрации.

Настоящее изобретение в особенности относится к устройству для регулирования контактного давления между двумя поверхностями, представляющими собой, соответственно, первую пластину, поддерживаемую одним из продольных концов вращающегося барабана, и вторую пластину, поддерживаемую противоположным концом недеформируемого неподвижного корпуса, вращение которого заблокировано.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Такое устройство, в частности, применяется в некоторых установках разделения жидкой и твердой фаз с использованием вакуума или повышенного давления. Эти установки обычно содержат большой барабан (иногда его диаметр превышает 2 м), содержащий внутренние коллекторы и соединенный по периферии с фильтровальными секторами, образующими при сборке диск. Этот барабан вращается благодаря моторизованному валу, установленному на подшипниках и вращающемуся со скоростью до 5 оборотов в минуту. Согласно одному варианту установки барабан не имеет дисков и фильтрация выполняется непосредственно на поверхности указанного барабана.

Во время вращения барабана, что соответствует элементарной операции разделения, коллекторы последовательно помещают в вакуум (обычно -0,5 относительных бар) во время этапов фильтрации и вытеснения, затем воздействуют давлением (обычно +0,2 относительных бара) во время этапа отделения корки твердого материала, накопившейся на секторах.

Таким образом, в промышленной установке такого типа вращающийся барабан на одном из своих концов оборудован так называемой износной пластиной, имеющей отверстия, сообщающиеся через каналы, образованные на противолежащей пластине, называемой распределительной пластиной, последовательно во время цикла разделения, с контуром всасывания и продувочным контуром, присоединенным на неподвижном корпусе.

Более конкретно, плоские поверхности двух пластин находятся в контакте для обеспечения уплотнения системы и во время вращения барабана отверстия износной пластины последовательно проходят перед каналами распределительной пластины.

В сущности, благодаря вакууму, образованному всасывающим контуром в неподвижном корпусе и внутренних коллекторах барабана на этапе фильтрации, износная и распределительная пластины подвергаются воздействию сжимающей силы, прижимающей их друг к другу и устанавливающей контактное давление, обеспечивающее периферийное и центральное уплотнение, однако эта сила создает значительное трение между поверхностями противоположных пластин.

Эта сжимающая сила зависит от соотношения между сжимающей поверхностью и сжимаемой поверхностью, которое в данном случае составляет примерно 3 к 4, при понимании того, что поверхности контактирующих пластин в основном являются твердыми элементами на периферии и в центре для обеспечения уплотнения системы относительно внешней среды, а также твердыми элементами между отверстиями и каналами.

В контексте фильтрации при повышенном давлении, фильтрационная система помещается в камере с высоким давлением. Разница давлений снаружи и внутри узла, образованного корпусом и барабаном, может быть в 20 раз больше, чем для системы под вакуумом. Контактное давление между пластинами, следовательно, будет увеличено пропорционально.

Изменение требований в области фильтрации и, в частности, требование промышленниками более высокой производительности обработки, ведет, с одной стороны, к увеличению размеров установок разделения жидкости и твердых частиц, и следовательно диаметра пластин, и с другой стороны, к увеличению скоростей вращения для повышения производительности. В свете описания системы ясно, что чем больше размеры, скорость вращения и уровень вакуума, тем больше трение между пластинами и тем быстрее они изнашиваются.

Кроме того, чем больше трение между пластинами, тем больший момент и мощность необходимы для привода барабана, что приводит к энергетическим проблемам.

Обычно, если уровень вакуума в коллекторе во время вакуумной фильтрации составляет приблизительно -0,5 относительных бар, контактное давление достигнет, по меньшей мере, 1,2 бара. В случае фильтрации при повышенном давлении, давление воздуха вокруг корпуса и барабана может быть более 6 относительных бар, причем давление внутри корпуса и барабана равно атмосферному давлению, при этом контактное давление будет составлять более 18 бар.

Целью настоящего изобретения является решение этих технических проблем удовлетворительным и эффективным способомпутем предложения решения, позволяющего уменьшить контактное давление между пластинами без нарушения герметичности их соединения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эта цель достигается, в соответствии с изобретением, с помощью устройства для уменьшения трения между двумя пластинами фильтра, приводимыми во вращение друг относительно друга и находящимися под действием осевых сил, причем указанные пластины, соответственно, поддерживаются продольным концом барабана, прикрепленного к вращающемуся валу, установленному на опоре, и имеющего внутренние коллекторы, и обращенным к ним концом корпуса, вращение которого заблокировано и который поддерживается указанным валом. Устройство отличается тем, что оно содержит, по меньшей мере, одну тяговую систему, действующую на корпус путем приложения силы в направлении, противоположном силе давления, обусловленной вакуумом распределительной пластины, к износной пластине, с обеспечением тем самым уменьшения контактного давления между поверхностями пластин и, следовательно, трения с обеспечением поддержания взаимных уплотняющих контактов.

Благодаря тяговой системе, устройство согласно изобретению, таким образом, делает возможной, по меньшей мере, частичную компенсацию осевых сил, прижимающих одну пластину к другой пластине, с обеспечением уменьшения трения и при этом с обеспечением поддержания взаимного уплотняющего контакта.

Преимущественно, одна из указанных пластин устройства имеет отверстия, сообщающиеся с коллекторами барабана, а вторая пластина имеет отверстия, соответствующие контурам всасывания и продувки и предназначенные для создания вакуума или повышенного давления в коллекторах барабана относительно давления снаружи барабана.

Согласно одному преимущественному признаку, тяговая система зависит от разности давлений внутри и снаружи узла, образованного барабаном и корпусом.

Преимущественно, корпус имеет боковые проходы с гибкими трубками, соединенными с всасывающим и продувочным контурами, чтобы избежать неконтролируемых давлений на корпусе.

Согласно еще одному признаку корпус имеет центральную втулку, установленную вокруг указанного вращающегося вала, и, с другой стороны, имеет средства блокирования вращения.

Преимущественно, тяговая система содержит по меньшей мере один пневматический цилиндр, выполненный с возможностью создания силы, передаваемой стяжным шпилькам, для последующего приложения этой силы к указанному корпусу в направлении, противоположном указанным осевым сжимающим силам.

Согласно одной альтернативе тяговая система установлена с прижатием на неподвижной опоре, поддерживающей указанный вращающийся вал, или на неподвижной раме.

Согласно другой альтернативе тяговая система содержит, по меньшей мере, один пневматический цилиндр, выполненный с возможностью приложения сил в направлении, противоположном указанным осевым силам.

В этом случае, для вакуумного фильтра, указанный цилиндр установлен коаксиально в продолжение указанного вращающегося вала и прикладывает силу к ребристой центральной пластине, обеспечивая соединение со стяжными шпильками, присоединенными к корпусу и параллельными указанному валу.

Преимущественно, устройство содержит рычаги, выполненные с возможностью передачи силы, образованной цилиндром тяговой системы, к стяжным шпилькам для минимизации диаметра цилиндра.

Предпочтительно, корпус может скользить по указанному вращающемуся валу для обеспечения рабочего контакта распределительной пластины с износной пластиной, независимо от потери толщины износной пластиной во время работы.

Устройство согласно изобретению позволяет обеспечить точную регулировку контактного давления между пластинами и, таким образом, минимизировать силы трения. Результатом этого является меньший износ пластины корпуса.

Регулировку и стабильность контактного давления между пластинами можно обеспечить с помощью предложенного устройства благодаря зависимости силы, прикладываемой тяговой системой к корпусу, от разницы давлений внутри и снаружи узла, образованного барабаном и корпусом, если возможно, путем присоединения редукторных элементов, таких как рычаги.

Согласно одному преимущественному признаку эта зависимость реализуется в случае вакуумной фильтрации или фильтрации под давлением с помощью проходов для обеспечения контакта полостей цилиндра тяговой системы, или цилиндров, если их несколько, с воздухом внутри и снаружи узла, образованного барабаном и корпусом. При применении предложенного устройства для фильтрации при повышенном давлении полость пневматического цилиндра тяговой системы приводится в сообщение, с одной стороны, со сжатым воздухом находящейся под давлением камеры и, с другой стороны, с воздухом при атмосферном давлении снаружи указанной камеры. Прикладываемая цилиндром сила будет тогда пропорциональна разнице давлений, обеспечивая точную и непрерывную зависимость прикладываемой цилиндром силы от уровня вакуума внутри корпуса.

Применение предложенного устройства в контексте способа разделения жидкости и твердых частиц, в частности, в рабочем режиме с зависимостью, позволяет оптимально увеличить размер и мощность промышленных фильтров без дополнительных проблем обслуживания, появляющихся в подвижных элементах, и с контролем вращающих моментов.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение можно лучше понять при изучении следующего описания, сопровождаемого чертежами, на которых:

Фиг. 1 показывает покомпонентный вид в аксонометрии одного варианта выполнения предложенного устройства в вакуумном дисковом фильтре с колебательным цилиндром, работающим под давлением.

Фиг. 2 показывает вид в аксонометрии варианта выполнения, показанного на фиг. 1, в собранном состоянии.

Фиг. 3 показывает вид в разрезе сбоку варианта выполнения, показанного на фиг. 1 и 2.

Фиг. 4 показывает вид в аксонометрии другого варианта выполнения предложенного устройства, обеспечивающего зависимость прикладываемой тяговой системой силы от уровня вакуума вакуумного дискового фильтра, точно и без измерительных инструментов.

Фиг. 5 показывает вид в аксонометрии сбоку в разрезе варианта выполнения, показанного на фиг. 4.

Фиг. 6 показывает схематичный вид варианта выполнения предложенного устройства в дисковом фильтре под давлением, в котором тяговая система содержит три пневматических цилиндра с малым диаметром.

Фиг. 7 показывает схематический вид одного альтернативного варианта выполнения, показанного на фиг. 6, с одним пневматическим цилиндром малого диаметра, прикладывающим такую же тяговую силу к корпусу с помощью рычага.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложенное устройство, показанное на разных чертежах, предназначено для регулировки контактного давления между двумя поверхностями, которые поддерживаются, соответственно, вращающимся барабаном 1 (частично показан на фигурах) и корпусом 2, установленным в продольном продолжении барабана 1.

Корпус 2 выполнен с предотвращением вращения, хотя может скользить вдоль приводного вала 3.

Приводной вал 3 закреплен в барабане 1, в центральной ступице 13.

Барабан 1 в этом варианте поддерживает диски, образованные фильтровальными секторами 7, соединенными с барабаном 1 трубками 10. Только два фильтровальных сектора 7 показаны на фиг. 1, 2 и 4.

Внутренний объем барабана 1 разделен на отделения, образующие коллекторы 11, выполненные с обеспечением регенерации фильтрата.

Указанные коллекторы разделены радиальными внутренними перегородками 12.

Во время этапа фильтрации цикла сепарации коллекторы 11 помещают в вакуум, затем наоборот, во время этапа очистки секторов 7, коллекторы помещают в избыточное давление для отделения осажденной корки твердого материала. Этот цикл обычно выполняют за полный оборот барабана 1.

На одном из продольных концов коллекторов 11 барабана 1 расположена цилиндрическая пластина 4, называемая износной пластиной (так как ее толщина может уменьшаться и, следовательно, пластина подлежит замене). Эта пластина имеет толщину несколько сантиметров. Пластина 4 опирается на область перегородок 12 и закреплена с возможностью демонтажа на фланце 14, который, в свою очередь, поддерживается периферией барабана 1.

Пластина 4 имеет отверстия 40, выполненные на ее поверхности и расположенные напротив каждого коллектора 11, как показано на фиг. 1.

Корпус 2 имеет центральную втулку 21, установленную коаксиально на приводном валу 3, который поддерживает ее.

Корпус фиксируется средством блокировки вращения (например, типа упора, не показано), тем не менее втулка 21 выполнена с возможностью скольжения вдоль вала 3 на расстояние примерно несколько сантиметров.

К корпусу 2 на его боковой стенке напротив барабана 1 присоединена цилиндрическая прилегающая пластина 5, называемая распределительной пластиной, так как она обеспечивает поочередное сообщение коллекторов 11 вала с вакуумным контуром и контуром высокого давления относительно давления вне устройства, образованного корпусом 2 и барабаном 1.

Стержни 62, соединенные с опорой 6 рессорными листами, поджимают корпус 2, чтобы предварительно прижать пластину 5 к пластине 4 перед началом выполнения способа фильтрации.

Пластина 5 имеет отверстия 50. В случае вакуумной фильтрации (фиг. 1-5) эти отверстия 50 являются выпускными для контура всасывания и контура продувки (не показаны), выполненных, соответственно, с возможностью поочередного образования вакуума и избыточного давления в коллекторах 11 барабана.

Корпус 2, кроме того, имеет боковые проходы 20, которые могут иметь гибкие трубки (не показаны) для соединения с контурами всасывания и продувки и выпуска в две полости, связанные с внутренним объемом корпуса 2 и сообщающиеся через отверстия 50 пластины 5 и отверстия 40 пластины 4 с коллекторами 11 барабана 1.

В альтернативном устройстве с фильтрацией под давлением, показанном на фиг. 6 и 7, описанный выше контур всасывания заменен контуром образования атмосферного давления в узле, образованном барабаном 1 и корпусом 2, с обеспечением разницы давлений относительно сжатого воздуха в камере 9 с повышенным давлением.

Во время этапа фильтрации, под действием разницы давлений снаружи и внутри узла, образованного корпусом 2 и барабаном 1, пластина 5 и корпус 2, которые могут свободно скользить по валу, подвергаются воздействию осевых сжимающих сил, направленных к пластине 4 и противоположно вращающемуся барабану.

Эти силы, величина которых пропорциональна разнице давлений снаружи и внутри узла, образованного корпусом и барабаном, вызывают прижатие и плотное прилегание неподвижной пластины 5 к вращающейся пластине 4. Результатом этого является значительное трение между пластинами 5 и 4, которое, в свою очередь, пропорционально контактному давлению и, следовательно, указанной разнице давлений.

Для уменьшения этого трения в изобретении предусмотрено использование по меньшей мере одной тяговой системы, действующей на корпус 2, который не может деформироваться, и, следовательно, на распределительную пластину 5 путем приложения силы, обеспечивающей по меньшей мере частичную компенсацию осевых сил, прижимающих распределительную пластину 5 к износной пластине 4. Тяговая система, таким образом, уменьшает контактное давление между пластинами и, следовательно, трение, при этом обеспечивая поддержание герметичного взаимного контакта.

В случае вакуумной фильтрации (фиг. 1-5) тяговая система установлена на опоре 6 приводного вала 3, поддерживаемой неподвижной рамой 61.

Тяговая система 8, показанная на фиг. 1-3, содержит по меньшей мере один цилиндр 83, здесь пневматический, или согласно другой альтернативе гидравлический цилиндр, или даже пружину, выполненные с возможностью приложения сил в направлении, противоположном направлению сил, прижимающих распределительную пластину 5 к износной пластине 4.

На фиг. 1-3 цилиндр 83 установлен на опоре 6 коаксиально в продолжение вращающегося вала и прикладывает силу к ребристой центральной пластине 81, обеспечивая соединение со стяжными шпильками 82, параллельными валу 3, и концы которых присоединены к внешней боковой стенке корпуса 2, локально усиленной скобами 22, как показано на фиг. 2 и 3.

Предпочтительно, сила, создаваемая цилиндром 83, зависит от уровня, существующего во внутреннем объеме корпуса 2 и в коллекторах 11 барабана 1, с обеспечением получения автоматической, точной и оптимальной регулировки контактного давления между пластинами, независимо от изменений уровня вакуума, вызванных изменениями состояния вакуумных контуров.

Согласно альтернативе, показанной на фиг. 4 и 5, делается попытка получить зависимость, точно пропорциональную рабочему уровню вакуума силы, прикладываемой цилиндром 83. Для этого полость 87 пневматического цилиндра 83, показанного на фиг. 5, приведена в проточное сообщение с внутренним пространством корпуса 2 с помощью прохода 87А. Поршень цилиндра 83 под воздействием рабочего вакуума тянет рычаги 85 пропорционально указанному вакууму. Сила, образованная цилиндром 83, передается рычагом 85 стяжным шпилькам 82, что делает возможным приложение тяги, непрерывно зависящей от вакуума, к корпусу 2 и, следовательно, к пластине 5.

Указанные рычаги 85 соединены с поршнем цилиндра 83 с помощью скользящих поворотных соединений 85В и со стяжными шпильками 82 с помощью поворотных соединений 85А. Сила, передаваемая рычагом, зависит от положения скользящего поворотного соединения 85С между рычагом 85 и несущей стойкой рычага 84. Регулируя положение несущей стойки рычага 84, поддерживаемой основанием 86 цилиндра 83, который, в свою очередь, установлен на опоре 6, можно регулировать силу тяги, действующую на корпус 2 и, следовательно, на пластину 5.

Действие рычагов 85 увеличивает силу, прикладываемую цилиндром 83, таким образом, чтобы обеспечить компенсацию действия вакуума на пластину 5, причем цилиндр 83 мал относительно размеров корпуса 2.

Согласно другой альтернативе, показанной на фиг. 6 и 7, фильтрация выполняется под давлением, и прикладываемая тяговой системой 8 сила зависит, точно и без измерительных инструментов, от разницы давлений внутри и снаружи узла, образованного корпусом 2 и барабаном 1. Фильтр содержит те же элементы 1-7, что и описанные ранее вакуумные фильтры, но находится в камере 9 с повышенным давлением.

В случаях, показанных на фиг. 6 и 7, полости 87 пневматических цилиндров 83 находятся в проточном сообщении, с одной стороны, со сжатым воздухом камеры 9 через проходы 87А и, с другой стороны, с воздухом при атмосферном давлении снаружи камеры 9 через проходы 87В. Таким образом, прикладываемая цилиндрами 83 сила будет постоянно пропорциональна разнице давлений внутри и снаружи узла, образованного корпусом 2 и барабаном 1.

По многим причинам обычно требуется несколько цилиндров 83, которые малы относительно корпуса 2, как показано на фиг. 6, где тяговая система имеет три цилиндра 83. На фиг. 6 цилиндры 83 соединены со стенкой камеры 9 с повышенным давлением, а поршни присоединены к стяжным шпилькам 82.

В этом случае три пневматических цилиндра будут иметь одинаковый размер и к ним будет приложена одинаковая разница давлений, поэтому они будут обеспечивать одинаковую силу тяги, что позволяет компенсировать осевые силы сжатия, прижимающие распределительную пластину 5 к износной пластине 4.

Согласно другой конфигурации тяговой системы, показанной на фиг. 7, один пневматический цилиндр 83, имеющий меньшие размеры по сравнению с корпусом 2, будет путем толкания рычага 85 на поворотное соединение 85В обеспечивать необходимую силу тяги, действующую на поворотное соединение 85А рычага 85 со стяжными шпильками 82, чтобы компенсировать сжимающие силы, прижимающие распределительную пластину 5 к износной пластине 4.

В этой конфигурации регулировка положения опоры для скользящего поворотного соединения 85С позволит отрегулировать силу, прикладываемую тяговой системой к корпусу 2.

1. Устройство для уменьшения трения между двумя пластинами (4, 5) фильтра, приводимыми во вращение друг относительно друга и находящимися под действием осевых сил, причем указанные пластины, соответственно, поддерживаются продольным концом барабана (1), прикрепленного к вращающемуся валу (3), установленному на опоре (6), и имеющего внутренние коллекторы (11), и обращенным к ним концом корпуса (2), вращение которого заблокировано и который поддерживается указанным валом, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, одну тяговую систему (8), действующую на корпус (2) путем приложения силы, обеспечивающей по меньшей мере частичную компенсацию осевых сил, прижимающих одну пластину (5) к другой пластине (4), с обеспечением уменьшения трения и при этом с обеспечением поддержания взаимного уплотняющего контакта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соответственно одна из указанных пластин (4) имеет отверстия (40), сообщающиеся с коллекторами (11) барабана (1), а вторая пластина (5) имеет отверстия (50), соответствующие контурам всасывания и продувки и предназначенные для создания вакуума или повышенного давления в коллекторах (11) барабана (1) относительно давления снаружи барабана (1).

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно имеет средства обеспечения зависимости силы, создаваемой тяговой системой (8), от разницы давлений внутри и снаружи узла, образованного корпусом (2) и барабаном (1).

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный корпус (2) имеет боковые проходы (20) с гибкими трубками для соединения с контурами всасывания и продувки.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный корпус (2) имеет центральную втулку (21), выполненную с возможностью скольжения по вращающемуся валу (3) и имеющую средства блокировки вращения.

6. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанная тяговая система (8) содержит, по меньшей мере, один пневматический цилиндр (83), выполненный с возможностью создания силы, передаваемой стяжным шпилькам (82), для последующего приложения этой силы к указанному корпусу (2) в направлении, противоположном указанным осевым сжимающим силам.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что тяговая система (8) установлена на опоре (6) указанного вращающегося вала (3).

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что указанный цилиндр (83) установлен коаксиально в продолжение указанного вращающегося вала (3) и прикладывает силу к ребристой центральной пластине (81), обеспечивая соединение с параллельными указанному валу стяжными шпильками (82), концы которых присоединены к указанному корпусу (2).

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что оно содержит рычаги (85), выполненные с возможностью передачи силы, образованной цилиндром (83) тяговой системы (8), к стяжным шпилькам (82) для минимизации диаметра цилиндра (83).

10. Применение устройства по пп. 6, 7 или 9 для вакуумной фильтрации, отличающееся тем, что полость (87) пневматического цилиндра (83) указанной тяговой системы (8) приводится в сообщение с находящимся под вакуумом корпусом (2) через проход (87А), обеспечивая точную и непрерывную зависимость прикладываемой цилиндром (83) силы от уровня вакуума внутри корпуса (2).

11. Применение устройства по п. 6 или 9 для фильтрации при повышенном давлении, отличающееся тем, что полость (87) пневматического цилиндра (цилиндров) (83) тяговой системы (8) приводится в сообщение, с одной стороны, со сжатым воздухом находящейся под давлением камеры (9) через проходы (87А), и, с другой стороны, с воздухом при атмосферном давлении снаружи указанной камеры (9) через проходы (87В), обеспечивая точную и непрерывную зависимость прикладываемой цилиндром (83) силы от давления внутри указанной камеры (9).