Полнопоточная центрифуга с вихревым приводом и независимым автономным расположением
Владельцы патента RU 2772339:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) (RU)
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для разделения жидких неоднородных систем с помощью центробежных сил. Предложенная центрифуга состоит из корпуса с основанием и крышкой, ротора, включающего колонку и барабан. К основанию крепится корпус направляющего аппарата турбины гидропривода, в котором установлена нижняя опора ротора и вихревая камера. В нижней части колонки закреплено коническое рабочее колесо турбины с радиальными каналами, через которые загрязненная жидкость из гидропривода вводится в сепарирующую полость ротора. Вывод очищенной жидкости из ротора осуществляется через радиальные каналы колонки, центральное сверление в ней и нижнюю опору ротора. В нижней части основания корпуса установлен колпак-дефлектор, так что образуется компактная полость для сбора утечек жидкости из уплотнений ротора и предотвращения их разбрызгивания. К корпусу направляющего аппарата крепится струйный насос, состоящий из обоймы, сопла, диффузора, причем выход из диффузора осуществляется тангенциально в кольцевую полость на входе в вихревую камеру. Приемная камера струйного насоса соединена дренажным каналом с полостью в основании центрифуги под колпаком-дефлектором. Благодаря этому происходит принудительная откачка утечек загрязненной жидкости, концентрируемых в этой полости, и направление их обратно в гидропривод центрифуги. Техническим результатом изобретения является улучшение качества очистки жидкости. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для разделения жидких неоднородных систем с помощью центробежных сил, и может быть использовано для очистки от механических загрязнений и воды масел, топлив, гидравлических и моющих жидкостей при их регенерации, а также непосредственно при эксплуатации машин.
Известна полнопоточная центрифуга с вихревым приводом [Патент на изобретение RU 2725791 C1, В04В 1/02, В04В 3/00, В04В 9/06. Полнопоточная центрифуга с вихревым приводом / Снежко А.В., Снежко В.А. - Заявка: 2019135898; 07.11.2019; опубл. 06.07.2020. Бюл. №19.] для очистки жидкостей, содержащая корпус с основанием и крышкой, размещенный внутри него на подшипниках ротор, включающий барабан, колонку с каналами для подвода и отвода очищаемой жидкости, гидропривод турбинного типа, состоящий из направляющего аппарата, установленного в основании корпуса под ротором и рабочего колеса, прикрепленного к колонке ротора. Гидропривод представляет собой центробежную радиально-осевую турбину. Ее направляющий аппарат в виде вихревой камеры, имеет один или несколько тангенциальных входных каналов и формирует вращающийся и конически расходящийся поток на выходе из центрального отверстия. Рабочее колесо турбины имеет лопатки и каналы проточной зоны, расположенные под тем же углом конусности. Через них поток вводится во внутреннюю область ротора через систему отверстий в колонке. Вывод очищенной жидкости из ротора осуществляется через нижний шип колонки, размещенный в центральной нерабочей зоне вихревой камеры.
Недостатком этой центрифуги является необходимость отвода из ее корпуса утечек жидкости через цилиндрическое уплотнение вращающегося ротора и направляющего аппарата гидропривода. Тем самым центрифуга теряет автономность своего размещения. Ее положение в пространстве увязано с расположением емкости, куда сбрасываются эти утечки: поскольку транспортировка жидкости гравитационная, то центрифуга должна находиться выше емкости.
Такая проблема существует у многих центрифуг с гидроприводом, особенно у центрифуг со струйно-реактивным приводом, или приводом типа ковшевой турбины, в которых отводу из полости корпуса подлежат не только утечки через бесконтактные уплотнения, но и очищенная жидкость.
Среди возможных вариантов решения автономности расположения центрифуги известен способ принудительного отвода жидкости [А. с. SU 1409330, В 04 В 3/00. Центрифуга для очистки жидкости / В.А. Снежко, Е.М. Пироженко, И.Я. Чернышенко. - Заявка: 3976701/30, 10.09.1985; Опубл. 15.07.1988. Бюл. №26. и Патент US4046315, 6.09.1977, Центробежный сепаратор с насосом для сброса (Centrifugal separator with discharge pump)], собираемой в корпусе струйно-реактивиой центрифуги - очищенной и утечек через ее уплотнения с помощью струйного насоса. Недостаток этого способа состоит в том, что эжекция отводимой очищенной жидкости осуществляется струей загрязненной жидкости. Тем самым снижается сепарационная эффективность центрифуги.
Целью изобретения является обеспечение полнопоточной центрифуге с вихревым приводом независимого автономного расположения относительно объекта ее использования и улучшение качества очистки жидкости.
Эта цель достигается тем, что эжекция у течек жидкости через цилиндрическое уплотнение осуществляется струйным насосом, установленным на входе в центрифугу. В этой связи, нагнетаемый в центрифугу поток загрязненной жидкости, проходя предварительно через струйный насос, засасывает также загрязненные утечки и далее после прохождения через ротор выходит из центрифуги очищенным. Таким образом, центрифуга фактически работает подобно фильтру, имеет вход под напором загрязненной жидкости и выход очищенной также под напором. Тем самым ее расположение в пространстве по отношению к обслуживаемому агрегату не ограничено.
Установка струйного насоса на входе в центрифугу снижает напор перед вихревым приводом и далее на его выходе. Однако в силу особенностей работы вихревого гидропривода такой конструктивный вариант реалистичен, поскольку известно, что получить высокую скорость вращения ротора с помощью вихревого гидропривода можно при небольшом напоре рабочей жидкости. К тому же малый объем эжектируемой жидкости (утечек) при большом объеме эжектирующей (рабочей жидкости) способствует сравнительно небольшому перепаду давлений в струйном насосе.
На фиг. 1 представлена схема центрифуги, на фиг. 2 - вид и разрез ее нижней части со струйным насосом.
Центрифуга состоит из корпуса 1 с основанием 2 и крышкой 3, ротора, включающего колонку 4 и барабан 5, скрепленные гайкой 6. К основанию 2 крепится корпус 7 направляющего аппарата турбины гидропривода, в котором установлена нижняя опора ротора 8 с подшипником 9, вихревой камерой 10 с тангенциальными входными каналами и крышкой 11. Между нижней опорой ротора 8 и внутренними стенками корпуса 7 образована кольцевая цилиндрическая полость I для подачи жидкости к вихревой камере 10. В нижней части основания 2 установлен колпак-дефлектор 12, благодаря которому образуется компактная полость II для сбора утечек жидкости из уплотнений ротора.
К корпусу 7 направляющего аппарата крепится струйный насос, состоящий из обоймы 13, сопла 14, диффузора 15, причем выход из диффузора 15 осуществляется тангенциально в цилиндрическую полость I корпуса 7 направляющего аппарата турбины гидропривода, а приемная камера III насоса между его обоймой 13, диффузором 15 и соплом 14 соединена дренажным каналом 16 с полостью II корпуса под колпаком-дефлектором 12.
В нижней части колонки 4 ротора снаружи установлено коническое рабочее колесо турбины 17 с радиальными каналами прямоугольного сечения.
Коническое рабочее колесо турбины 17 зафиксировано на валу колонки коническим фланцем 18, который вместе с каналами образует проточную зону центробежной радиально-осевой турбины. Напротив каждого канала колеса в днище колонки 4 выполнены отверстия для ввода жидкости из турбинной ступени в сепарирующую полость ротора. Вывод жидкости из ротора осуществляется через систему радиальных каналов, образованных крышкой барабана 5 и колонкой 4, центральное сверление в пей и нижнюю опору ротора 8.
В крышке 3 установлена верхняя опора ротора 19 с подшипником 20.
Центрифуга работает следующим образом.
Очищаемая жидкость под давлением подастся в сопло 14 струйного насоса (фиг. 1, 2), проходит диффузор 15, создавая разряжение в приемной камере III насоса, и нагнетается тангенциально в кольцевую цилиндрическую полость I корпуса 7 направляющего аппарата турбины гидропривода. Далее закрученный предварительно поток проходит тангенциальные каналы вихревой камеры 10, приобретая кинетический момент, и растекается коническим слоем из верхнего центрального отверстия крышки 11 вихревой камеры, попадая в каналы конического рабочего колеса турбины 17. При этом поток взаимодействует с лопатками колеса и приводит ротор во вращение. Перемещаясь вдоль каналов в радиально-осевом направлении, жидкость через отверстия в днище колонки 4 поступает в сепарирующую полость ротора и устремляется вверх вдоль оси его вращения. В верхней части ротора очищенная в центробежном поле жидкость через радиальные каналы колонки и днища барабана 5 поступает в ее центральное сверление, откуда направляется вниз. Вывод очищенной жидкости из ротора осуществляется через отверстие в его нижней опоре ротора 8.
Утечки загрязненной жидкости через бесконтактное цилиндрическое уплотнение турбинной ступени - между крышкой 11 вихревой камеры и коническим фланцем 18 рабочего колеса при вращении ротора отбрасываются на периферию и благодаря колпаку-дефлектору 12 концентрируются в узкой полости II основания 2 центрифуги. Поскольку эта полость соединена дренажным каналом 16 с приемной камерой III струйного насоса, то происходит принудительное откачивание этих утечек и направление их в составе основного потока обратно к гидроприводу центрифуги. Таким образом, наличие колпака-дефлектора 12 предотвращает разбрызгивание жидкости во внутренней полости корпуса 1 центрифуги, попадание ее на ротор и, тем самым, оказания дополнительного сопротивления его вращению.
Полнопоточная центрифуга с вихревым приводом и независимым автономным расположением, содержащая корпус с основанием и крышкой, размещенный внутри него на подшипниках ротор, включающий барабан, колонку с каналами для подвода и отвода очищаемой жидкости, гидропривод турбинного типа, состоящий из направляющего аппарата, установленного в основании корпуса под ротором и рабочего колеса, прикрепленного к колонке ротора, причем гидропривод представляет собой центробежную радиально-осевую турбину; ее направляющий аппарат в виде вихревой камеры имеет один или несколько тангенциальных входных каналов и формирует вращающийся и конически расходящийся поток на выходе из центрального отверстия, рабочее колесо турбины имеет лопатки и каналы проточной зоны, расположенные под тем же углом конусности, и выводит поток в периферийную внутреннюю область ротора через систему отверстий в колонке, выполненных для каждого канала колеса, отличающаяся тем, что утечки загрязненной жидкости через цилиндрическое уплотнение ротора с вихревым направляющим аппаратом откачиваются принудительно струйным насосом, установленным на входе в центрифугу, и направляются обратно в ее гидропривод, а внутренняя полость центрифуги, где собираются утечки, прикрыта колпаком-дефлектором для предотвращения их разбрызгивания и концентрации в узкой зоне.
