Сепараторное устройство
Группа изобретений относится к сепараторному устройству и способам его эксплуатации. Сепараторное устройство для обработки продукта в непрерывном режиме содержит выполненный с возможностью вращения барабан, расположенный в подкожухной камере и имеющий вертикальную ось вращения, причем указанный барабан установлен на приводном шпинделе, выполненном с возможностью вращения, камеру привода, содержащую один, несколько или все компоненты привода сепаратора. При этом подкожухная камера выполнена герметичной относительно внешней среды и при эксплуатации обеспечена возможностью создания отрицательного давления в подкожухной камере относительно внешней среды снаружи подкожухной камеры при помощи по меньшей мере одного устройства, выполненного с возможностью создания отрицательного давления, в частности насоса. Соединение отрицательного давления выполнено под каналом для твердой фазы и выпускным отверстием улавливателя твердой фазы. Согласно первому варианту способа эксплуатации сепараторного устройства во время его эксплуатации изменяют отрицательное давление в подкожухной камере. Согласно второму варианту способа эксплуатации сепараторного устройства во время его эксплуатации отрицательное давление в подкожухной камере изменяют в зависимости от фактического или ожидаемого рабочего режима. Согласно третьему варианту способа эксплуатации сепараторного устройства давление в подкожухной камере повышают перед выгрузками твердой фазы. Техническим результатом является обеспечение экономии энергии на вращающихся деталях в областях, в которых создается отрицательное давление по сравнению с внешней средой. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.
Данное изобретение относится к сепараторному устройству по ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
При различных применениях сепараторов, в частности, в области медицинской и пищевой промышленности, а также при переработке молока, барабаны центрифуг устанавливают и эксплуатируют в камерах, давление в которых ниже, чем давление внешней среды.
Сепараторное устройство, описанное в патентном документе EP 1119416 B1, относящемся к данной области техники, и используемое на практике аналогичное устройство имеют барабан сепаратора для разделения жидких фаз и жидких и твердых фаз, который имеет вертикальную ось вращения и расположен в герметичном резервуаре или подкожухной камере, в которой при помощи насоса может создаваться давление, отрицательное относительно внешней среды. Барабан сепаратора имеет подводящую трубу и один или более импеллеров для выпуска одной или нескольких жидких фаз, а также отверстия выпуска твердой фазы, предназначенные для непрерывного или периодического выпуска твердых фаз.
Рассматриваемая конструкция и принцип ее действия проверены временем.
Тем не менее, существует потребность в дальнейшем совершенствовании известного сепараторного устройства и способа его эксплуатации.
В изобретении эта задача решается посредством предмета п. 1 и соответственно предметов зависимых пп. 1, 5, 7, 13, 14, 15, которые также следует рассматривать как дополнительные пункты формулы изобретения.
В соответствии с одним изобретением (п. 1) по меньшей мере в камере привода создают давление, отрицательное по сравнению с внешней средой, в частности, чтобы достичь экономии энергии на вращающихся деталях этой области.
Для этого во всей камере или в части камеры, содержащей компоненты приводного устройства, в частности компоненты двигателя, муфты, шпинделя, подшипников и/или прочие компоненты привода, создают отрицательное по сравнению с внешней средой давление.
Кроме того, из области привода при помощи насоса или другого устройства, создающего отрицательное давление, могут откачивать газ, и/или эта область соединена с окружающей барабан (подкожухной) камерой, так что насос или соответствующее устройство, которое, смотря по обстоятельствам, дополнительно создает в этой камере вакуум, "попутно" может создать вакуум в камере привода. Даже если подкожухная камера, в которой расположен барабан, находится под отрицательным по сравнению с внешней средой давлением, экономии энергии можно достичь и здесь.
В соответствии с вариантом, который также образует самостоятельное изобретение, особенно предпочтительным является, если соединение отрицательного давления расположено в подкожухной камере на особенно большом радиусе, так как в этом месте вращение барабана поддерживает создание вакуума. При этом предпочтительно как барабан, так и подкожухная камера в некоторых частях имеют коническую форму.
Одним из вариантов соединения отрицательного давления может быть соединение через отверстие в шпинделе. В этом случае свободный конец шпинделя вводят внизу через герметичную стенку станины, а соединение с системой отрицательного давления осуществляют при помощи герметичных соединительных элементов. Отверстие в шпинделе заканчивается в подкожухной камере, под барабаном. Ввод шпинделя через стенку станины также герметизируют при помощи контактных элементов.
В качестве стоков для жидкости подходят обычные импеллеры. Тем не менее, герметизацию и изоляцию грейфера и барабана могут осуществить при помощи погружного диска.
В качестве уровня техники можно также назвать лабораторную центрифугу периодического действия, описанную в документе JP 3258359 A, в которой центрифугируемые продукты помещены в лабораторные стаканы, так что продукт при центрифугировании хорошо защищен.
Особенно предпочтительно применение двигателя, охлаждаемого текучей средой, в частности маслом или водой.
Также представляется предпочтительным расположение в вакуумной камере системы смазки, в особенности циркуляционной системы смазки, в частности, имеющей один или более следующих признаков:
- циркуляционный маслонасос в вакуумной камере;
- масляный резервуар в вакуумной камере;
- теплообменник (для циркуляции масла) в вакуумной камере.
Также представляется предпочтительной подача охлаждающей текучей среды через барабан (как описано в DE 19922237).
Кроме того, является особенно предпочтительным, если при эксплуатации создают давление, отрицательное по сравнению с атмосферным давлением, в особенности на 0,3, предпочтительно на 0,4, в частности на 0,7 бара ниже, чем атмосферное давление.
Кроме того, является предпочтительным, если во время эксплуатации величина отрицательного давления, во всяком случае, в подкожухной камере с барабаном изменяется в зависимости от рабочего режима. Эта опять-таки представляет собой предпочтительное изобретение. Например, изменение отрицательного давления также может последовать во времени до, при или после изменения рабочего режима. При этом изменение рабочего режима, происходящее до, при или после изменения отрицательного давления, может представлять собой выгрузку твердой фазы. Например, отрицательное давление незадолго или по меньшей мере во время выгрузки могут немного повысить (например, с 0,2 до 0,5 бар), а после выгрузки снова снизить (например, опять до 0,2 бар), чтобы при выгрузке твердой фазы из-за высокого отрицательного давления не возникли негативные эффекты.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом изменение рабочего режима, происходящее до, при или после изменения отрицательного давления, например, может представлять собой фазу пуска или фазу выключения (останова).
Данное изобретение особенно подходит для сепараторного устройства, содержащего сепаратор с барабаном, имеющим вертикальную ось вращения, насаженным на вращающийся приводной шпиндель и окруженным кожухом, причем диаметр барабанов составляет более 500 мм, в частности 800 мм, особенно предпочтительно более 900 мм, и/или частота вращения при эксплуатации, например, составляет более 8000, 5000, 4000 об/мин.
Предпочтительно окружная скорость на наружном диаметре барабана составляет по меньшей мере 100 м/с или более.
Кроме того, площадь поверхности барабана предпочтительно составляет от 0,5 до 5 м2, в частности 1-3,5 м2, чтобы действие поддержки при помощи создания отрицательного давления проявлялось особенно предпочтительным образом.
Дополнительные предпочтительные варианты приведены в остальных зависимых пунктах.
Ниже изобретение более подробно описывается на основе примера его реализации, при этом описание сопровождается чертежами. На чертежах изображено следующее.
Фиг. 1. Схематическое изображение первого предлагаемого сепараторного устройства с показанной в разрезе камерой привода.
Фиг. 2. Схематическое изображение второго предлагаемого сепараторного устройства с показанной в разрезе камерой привода.
Фиг. 3. Схематическое изображение третьего предлагаемого сепараторного устройства с показанной в разрезе камерой привода.
На фиг. 1 показано сепараторное устройство 1, содержащее сепаратор с вертикальной осью D вращения, имеющий вращающийся барабан 2, насаженный на вращающийся приводной шпиндель 3. Подача продукта P, обрабатываемого в непрерывном режиме, предпочтительно происходит сверху, через подводящую трубу 4 (здесь подробно не показана). Эта конструкция является предпочтительной. Однако также может быть реализован подвесной барабан с приводом, расположенным над барабаном.
При обработке в непрерывном режиме обрабатываемый продукт непрерывно направляют или подают в барабан, непрерывно центрифугируют и также непрерывно выпускают по меньшей мере одну или все фазы, образованные при осветлении и/или разделении. Жидкую фазу (жидкие фазы) выпускают непрерывно. Кроме того, образованную, смотря по обстоятельствам, твердую фазу, могут разгружать непрерывно через форсунки или периодически, например, через закрываемые поршневыми золотниками отверстия.
В данном случае барабан 2 предназначен для того, чтобы разделять обрабатываемый продукт 3 по меньшей мере на одну жидкую фазу L или несколько жидких фаз и на твердую фазу S. В рассматриваемом случае, как и барабан, описанный в EP 1119416 B1 или аналог, примененный на практике, внутри барабан 2 предпочтительно имеет набор дисков из сепарационных дисков (на этом чертеже не видны).
Жидкие фазы L выводят из барабана 2 через устройства выпуска жидкой фазы, в частности через импеллеры типа центростремительного насоса. Напротив, вывод твердой фазы S происходит либо периодически, через расположенные в кожухе барабана периодически закрываемые отверстия 5 выпуска твердой фазы, либо непрерывно, через расположенные в кожухе барабана форсунки.
В частности, предпочтительным представляется применение гидроуправляемого поршневого золотника.
Барабан 2 установлен в подкожухной камере 6, герметичной относительно внешней среды.
Здесь эта подкожухная камера 6 образована кожухом 7, закрепленным на основании, в данном случае - на станине 8, расположенной под барабаном крышкой 9, прикрепленной к кожуху 7, и корпусом 10 шпинделя, через который проходит приводной шпиндель 3.
При этом, чтобы осуществить герметичную конструкцию, между граничащими друг с другом элементами, например между кожухом 7 и станиной 8, между крышкой 9 и кожухом 7, между крышкой 9 и корпусом 10 шпинделя, а также между (неподвижным) корпусом 10 шпинделя и (вращающимся при эксплуатации) приводным шпинделем 3 предпочтительно расположены соответствующие уплотнения.
Кроме того, в кожухе 7 выполнен улавливатель 11 твердой фазы, предназначенный для того, чтобы через выпускное отверстие 12 твердой фазы выпускать из подкожухной камеры выходящие из барабана твердые вещества.
Кроме того, с подкожухной камерой 6 при помощи соединения 13 отрицательного давления соединен насос 14a (или другое устройство для снижения давления в подкожухной камере 6 относительно внешней среды), при помощи которого в подкожухной камере 6 могут создавать отрицательное по сравнению с внешней средой U давление.
Предпочтительно это соединение 13 отрицательного давления выполнено в месте, которое относительно оси D вращения расположено на сравнительно большом радиусе Rp, в частности на радиусе, который не меньше наибольшего радиуса RT барабана 2.
В результате эксплуатации при отрицательном давлении, которое более чем на 0,2 бар ниже давления внешней среды U, расход энергии для привода барабана 2 может уменьшиться. Конечно, само по себе это уже известно, например, из вышеупомянутого известного уровня техники.
По сравнению с известным уровнем техники расход энергии в сепараторном устройстве 1 в еще большей мере уменьшается благодаря тому, что не только подкожухная камера 6, в которой расположен барабан 2, но и камера 15 привода, в которой расположен один или более компонентов привода 16 сепаратора, герметизированы так, что в ней опять же при помощи по меньшей мере одного дополнительного насоса 14b или также при помощи насоса 14a могут создать или создают при эксплуатации давление, отрицательное по сравнению с давлением внешней среды U, в частности давление, отрицательное более чем на 0,2 бар.
Здесь камера 15 привода окружена кожухом 17 привода, который в соответствии с задачей создания в камере 15 привода отрицательного по сравнению с внешней средой U давления опять же имеет соответствующую герметичную конструкцию. Для этого в соответствии с фиг. 1 между элементами кожуха 17 привода опять выполнены соответствующие уплотнения 18.
Здесь камера 15 привода ограничена станиной 8 и запорными плитами 19, закрывающими отверстия станины. Сверху она ограничена крышкой 9, расположенной под барабаном 2, и цельным или составным корпусом 10 шпинделя.
Насос 14b может подключаться к соединению 20 отрицательного давления для камеры 15 привода.
В камере 15 привода расположено несколько или даже все элементы привода 16 сепаратора. В соответствии с фиг. 1 из камеры привода в подкожухную камеру проходит только верхний конец приводного шпинделя 3.
Предпочтительно подшипники шпинделя полностью или частично - в данном случае как подшипник 21a шейки шпинделя, так и подпятник 21b - расположены в области отрицательного давления. Однако один подшипник (в частности, подшипник 21a шейки шпинделя) или оба подшипника 21a, b могут находиться также не в этой области отрицательного давления.
Корпус 10 шпинделя расположен во фланцевой части на станине 8, опираясь на упругие элементы 40.
Также предпочтительно в области отрицательного давления расположен приводной двигатель 22, который в данном случае выполнен прямо на осевом продолжении приводного шпинделя 3, так что для барабана 2 образуют так называемый непосредственный привод.
Здесь ротор 22a прикреплен прямо к приводному шпинделю 3, а статор 22b расположен в корпусе 23 электродвигателя, который, в свою очередь, прикреплен к той стороне станины 8, которая направлена в противоположную от подкожухной камеры 6 сторону. Как раз такой непосредственный привод можно предпочтительным образом установить в камере привода, причем электрический приводной двигатель 22 может быть расположен также между подшипниками 21a, b (здесь этот вариант не показан). Кроме того, в области отрицательного давления в камере 15 привода можно расположить приводной двигатель, который при помощи муфты соединен с приводным шпинделем 3 (здесь это также не показано).
Кроме того, в камере 15 привода установлена система 24 смазки, предназначенная для смазывания подшипников 21 шпинделя и/или расположенных на двигателе компонентов.
В данном случае система смазки имеет контур циркуляции смазки, содержащий следующие элементы: масляный бак 25, насос 26, подводящий трубопровод 27a, b к подшипникам 21 шпинделя, маслосборник 28, который соединен со шпинделем без возможности относительного вращения и в котором при работе благодаря чашеобразной конструкции образуется уровень масла на определенном радиусе, напорный элемент 29, отводящий масло в маслосборнике, а также обратный трубопровод 27c, d, идущий к масляному баку 25. Здесь все эти элементы системы смазки предпочтительным образом компактно расположены в области отрицательного давления, т.е. в камере привода.
Кроме того, здесь с камерой привода соединяются подводящие и отводящие трубопроводы 30, 31, 32, 33 одного или нескольких контуров циркуляции охлаждающей жидкости, в данном случае одного контура для двигателя 22 и еще одного контура для системы 24 смазки.
Кроме того, в станине выполнено одно или более сквозных отверстий 34, 35, 36, 37, предназначенных для того, чтобы в камере 15 привода по возможности не возникали перепады давления.
Так как в камере 15 привода также создается давление, отрицательное по сравнению с внешней средой, при эксплуатации вращающиеся детали в камере привода также могут обеспечить дополнительную экономию энергии.
Кроме того, следует отметить, что весь сепаратор или станина опираются на основание 39 при помощи упругих нижних элементов 38.
В соответствии с фиг. 2 подкожухная камера 6 и камера 15 привода не герметизированы относительно друг друга. В данном случае это, в качестве примера и простым способом, обеспечивается благодаря тому, что крышка 9 под барабаном 2 в радиальном направлении, внутрь к корпусу 10 шпинделя, не герметизирована, напротив, между этими элементами образован зазор 42, предназначенный для выравнивания давления между подкожухной камерой 6 и камерой 15 привода. При этом не требуется уплотнение, например торцевое уплотнение.
Таким образом, смотря по обстоятельствам, при помощи лишь одного насоса 14a отрицательное давление могут создать одновременно в обеих камерах 6, 15. Тем не менее, может быть предусмотрено несколько насосов.
В целом также в соответствии с фиг. 2 как область внутри кожуха 7, так и камера 15 привода, в которой находится один или более компонентов привода, в частности вращающихся компонентов, герметизированы относительно внешней среды U кожуха 7, так что в этой области при помощи насоса 14a, b, который может откачивать воздух или газ из области между кожухом 7 и барабаном 2 и/или камерой 15 привода, могут создавать давление, отрицательное по сравнению с внешней средой U.
В соответствии с фиг. 2 вся энергия двигателя и снабжение привода (двигателя) маслом концентрируется в закрытой камере 15 привода.
Напротив, в соответствии с фиг. 3 в камере 15 привода циркуляционная смазка или контур циркуляции смазки отсутствует. В этом случае подвод и отвод смазочного масла происходит при помощи смазочного агрегата, установленного снаружи (вне камеры привода).
В отношении экономии энергии все сепаратные устройства, выполненные согласно фиг. 1-3, удовлетворяют даже самым высоким требованиям.
Следует еще раз подчеркнуть, что на фиг. 1-3 насос 14a для создания отрицательного давления посредством отсасывания особенно предпочтительно расположен на большом, в частности на наибольшем, радиусе/диаметре кожуха 7.
В частности, отсасывание происходит на радиусе кожуха 7, который по отношению к оси вращения расположен на радиусе, составляющем более 80%, в частности более 100% от наибольшего радиуса барабана. При этом, в частности, предпочтительным образом сказывается содействие, возникающее вследствие воздействия перепада давления в барабане.
Кроме того, или альтернативно соединение отрицательного давления возможно на емкости для твердой фазы (эта емкость здесь не показана).
Также предпочтительными являются одно или более соединений отрицательного давления, расположенных под барабаном в области стока рабочей жидкости (здесь эти соединения не показаны).
Также предпочтительны и просты с конструктивной точки зрения одно или дополнительное соединение отрицательного давления, проходящее через шпиндель 3 в камеру 15 привода (например, отверстие в аппаратах с внешним смазочным агрегатом).
Кроме того, предпочтительным является герметичная или изолированная конструкция импеллеров, получаемая при помощи погружного диска. Кроме того, предпочтительно применение герметичных комбинаций грейферов и насосов (на чертежах эти комбинации не показаны).
Особенно предпочтительно применение двигателя, охлаждаемого текучей средой, в частности маслом или водой, так как из-за отрицательного давления в камере привода уменьшается охлаждающее действие воздуха.
В отношении экономии энергии сепаратное устройство, выполненное согласно фиг. 1, удовлетворяет даже самым высоким требованиям.
Также является предпочтительным, чтобы на фиг. 1 насос 14a для создания отрицательного давления посредством отсасывания был расположен на большом, в частности на наибольшем, радиусе кожуха. В частности, отсасывание происходит на диаметре кожуха, который по отношению к оси вращения лежит на радиусе, большем, чем наибольший радиус барабана. При этом, в частности, предпочтительным образом сказывается поддержка, возникающая благодаря воздействию перепада давления в барабане.
Также предпочтительно одно или дополнительное соединение отрицательного давления на насосе 14b в камере привода или на емкости (не показана здесь) для твердой фазы с центральной "удлинительной трубой" большого диаметра для содержания в чистоте соединения отрицательного давления.
Также предпочтительно одно или дополнительное соединение отрицательного давления на насосе 14b в камере привода или на соединении в области слива рабочей жидкости под барабаном (на чертеже также не показано).
Ссылочные обозначения
| Сепараторное устройство | 1 |
| Ось вращения | D |
| Барабан | 2 |
| Приводной шпиндель | 3 |
| Продукт | P |
| Подводящая труба | 4 |
| Жидкие фазы | L, L1, L2 |
| Отверстия выпуска твердой фазы | 5 |
| Подкожухная камера | 6 |
| Кожух | 7 |
| Станина | 8 |
| Крышка | 9 |
| Корпус шпинделя | 10 |
| Улавливатель твердой фазы | 11 |
| Выпускное отверстие | 12 |
| Соединение | 13 |
| Насос | 14a, b |
| Внешняя среда | U |
| Радиус | Rp, RT |
| Камера привода | 15 |
| Привод сепаратора | 16 |
| Кожух привода | 17 |
| Уплотнения | 18 |
| Запорные плиты | 19 |
| Соединение | 20 |
| Подшипник шейки шпинделя | 21a |
| Подпятник | 21b |
| Приводной двигатель | 22 |
| Ротор | 22a |
| Статор | 22b |
| Система смазки | 24 |
| Масляный резервуар | 25 |
| Насос | 26 |
| Подводящий трубопровод | 27 |
| Маслосборник | 28 |
| Напорный элемент | 29 |
| Подводящие и отводящие трубопроводы | 30, 31, 32, 33 |
| Сквозные отверстия | 34, 35, 36, 37 |
| Нижние элементы | 38 |
| Основание | 39 |
| Упругие элементы | 40 |
| Зазор | 42 |
1. Сепараторное устройство для обработки продукта в непрерывном режиме, содержащее:
- выполненный с возможностью вращения барабан (2), расположенный в подкожухной камере (6) и имеющий вертикальную ось (D) вращения, причем указанный барабан установлен на приводном шпинделе (3), выполненном с возможностью вращения;
- камеру (15) привода, содержащую один, несколько или все компоненты привода (23) сепаратора;
при этом подкожухная камера (6) выполнена герметичной относительно внешней среды (U) и при эксплуатации обеспечена возможность создания отрицательного давления в подкожухной камере (6) относительно внешней среды (U) снаружи подкожухной камеры (6) при помощи по меньшей мере одного устройства, выполненного с возможностью создания отрицательного давления, в частности насоса (14а, b, с …),
отличающееся тем, что соединение отрицательного давления выполнено под каналом для твердой фазы и выпускным отверстием (12) улавливателя твердой фазы.
2. Сепараторное устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера (15) привода имеет герметичную конструкцию, и тем, что по меньшей мере одно устройство, в частности насос (14а, b, с …), выполнено с возможностью создания отрицательного давления в герметичной камере (15) привода по сравнению с внешней средой (U) снаружи камеры (15) привода.
3. Сепараторное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что подкожухная камера (6) и камера (15) привода герметизированы относительно друг друга так, чтобы при эксплуатации в них могло иметь место разное давление.
4. Сепараторное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что между подкожухной камерой (6) и камерой (15) привода образовано по меньшей мере одно соединение, чтобы создавать выравнивание давления между указанными камерами (6, 15).
5. Сепараторное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на/в подкожухной камере (6) выполнено соединение отрицательного давления, расположенное относительно оси (D) вращения барабана (2) на таком радиусе кожуха (7), который составляет более 80% от максимального радиуса барабана (2).
6. Сепараторное устройство по п. 5, отличающееся тем, что соединение отрицательного давления расположено относительно оси (D) вращения барабана (2) на радиусе кожуха (7), который составляет более 100% от максимального радиуса барабана (2).
7. Сепараторное устройство по любому из пп. 1, 2, 6, отличающееся тем, что в верхней по вертикали части кожух (7) и барабан (2) имеют коническую форму.
8. Сепараторное устройство по любому из пп. 1, 2, 6, отличающееся тем, что барабан (2) имеет один или более импеллеров в качестве устройства выпуска жидкой фазы, и тем, что барабан (2), кроме того, предпочтительно имеет отверстия выпуска твердой фазы, выполненные с возможностью непрерывного или периодического выпуска твердой фазы.
9. Сепараторное устройство по любому из пп. 1, 2, 6, отличающееся тем, что в камере (15) привода, в которой могут создавать отрицательное давление, расположен по меньшей мере один, несколько или все компоненты системы смазки, в частности циркуляционной системы смазки.
10. Сепараторное устройство по любому из пп. 1, 2, 6, отличающееся тем, что в камере (15) привода, в которой могут создавать отрицательное давление, расположен приводной двигатель (22).
11. Сепараторное устройство по п. 10, отличающееся тем, что приводной двигатель выполнен с жидкостным охлаждением.
12. Способ эксплуатации сепараторного устройства, в частности по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что во время эксплуатации изменяют отрицательное давление в подкожухной камере (6).
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что во время эксплуатации отрицательное давление в подкожухной камере (6) изменяют в зависимости от фактического или ожидаемого рабочего режима.
14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что давление в подкожухной камере повышают перед выгрузками твердой фазы.
