ВЕРТИКАЛЬНАЯ ЦЕНТРИФУГА

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки в фильтрующих центрифугах и может найти применение в химической, нефтехимической, атомной, микробиологической, а также в экологических процессах очистки сточных вод.
Известна фильтрующая центрифуга, включающая перфорированный ротор с крышкой и днищем, закрепленным на валу, кожух с крышкой и днищем, блокировочный механизм, три опорной колонны с пружинами, расположенные в горизонтальной плоскости под углом 120° одна относительно другой, электродвигатель, обеспечивающий вращение перфорированного ротора через шкивы, подшипники, в которых крепится вал и установленных на днище кожуха (П. м. 177265 РФ, МПК В04В 3/00, В04В 5/10, B01D 63/16, В04В 9/14, 2018).
К причинам, препятствующим достижения заданного технического результата относится вертикальное колебание больших масс, вызывающих потерю герметичности сварных швов и разъемных узлов из-за ослабления крепежных соединений (болтов с гайками), что требует периодической остановки работы и ремонта, это снижает время основной работы и в целом производительность.
Известна фильтрующая центрифуга, включающая конический фильтрующий ротор, жестко связанный с полым валом, приводится во вращение электродвигателем, два зубчатых колеса, которые находятся в постоянном зацеплении с неподвижной шестерней, укрепленной на стойке, грузы расположенные на зубчатых колесах (авт.св. №139616 СССР, 1960).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся большие динамические нагрузки при круговых колебаниях не только ротора центрифуги, но и зубчатых колес с грузами, которые приводят к потери герметичности сварных швов и разъемных соединений, то снижает производительность из-за необходимости периодической остановки, осмотра и ремонта.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип относится вертикальная подвесная центрифуга, состоящая из вибратора, выполненного в виде установленного на нижнем конце веретена стакана, по внутренней стенке которого перекатывается ролик, насаженный на гибком приводном валике, получающем вращение от двигателя, защищенного от засорения кожухом [авт.св. №97587 СССР, 1952].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится дополнительные динамические нагрузки на ролик, гибкий приводной валик и двигатель вибратора, а также механическое взаимодействие поверхностей ролика и стакана, вызывающие износ этих поверхностей возникает необходимое в периодической остановке, осмотре и ремонте, что снижает основное время работы и производительность.
Техническим результатом заявляемой конструкции вертикальной подвесной центрифуги является повышение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в вертикальной центрифуге, состоящей из цилиндрического барабана, снабженного ситом и закрепленного на валу, соединенном с приводным двигателем, закрепленным на раме, и снабженной вибратором, причем на раме закреплены штанги, на которых осесимметрично с валом центрифуги закреплен диск, имеющий форму эллипса, а на днище цилиндрического барабана в плоскости диска закреплено кольцо, имеющее также форму эллипса, при этом длина большой оси эллипса диска и длина малой оси эллипса кольца подчиняются соотношению:
где d - длина большой оси эллипса диска, мм;
D - длина малой оси эллипса кольца, мм.
Закрепление штанг на раме позволяет использовать их в виде опоры для неподвижного диска внутри цилиндрического барабана.
Выполнение поверхности неподвижного диска в форме эллипса, и закрепление в его плоскости кольца, имеющего также форму эллипса, позволяет создать момент сопротивления вращению кольца относительно неподвижного диска в зазоре между их боковыми сопряженными поверхностями, а переменная величина зазора между этими боковыми эллиптическими сопряженными поверхностями вращающегося кольца и неподвижного диска приводит к изменению момента сопротивления от максимального при минимальном зазоре между боковыми поверхностями кольца и диска до минимального при максимальном зазоре между этими поверхностями, что в целом увеличивает производительность.
Уменьшение отношения длин осей эллипсов, заявленных в выражении (1) ниже величины 0,82 снижает максимальное значение момента сопротивления при вращении эллиптического кольца относительно эллиптического диска, что уменьшает размах крутильных колебаний и не обеспечивает тиксотропного разжижения осадка на сите. Толщина осадка при этом увеличивается, скорость фильтрования уменьшается, что приводит к снижению производительности.
Увеличение отношения длин осей эллипсов, заявленных в выражении (1) выше величины 0,92 может привести, во-первых, к механическому трению сопрягаемых эллиптических поверхностей кольца и диска, их удару друг о друга, неконтролируемому режиму работы и необходимости остановки работы центрифуги. Это снижает основное время работы и производительность. Во-вторых, при фильтровании высоковязких суспензий, растворов и эмульсий тормозящий момент становится чрезмерно большим, что приводит к высокой амплитуде крутильных колебаний, сильной вибрации и неконтролируемому режиму работы, требующему остановки центрифуги. Это снижает время основной работы и производительность. Последний режим работы с сильным изменением скорости вращения особенно опасен для асинхронных приводных двигателей, в которых колебания скорости вращения с большой частотой и амплитудой приводят к их перегреву и выходу из строя.
На фиг. 1 изображена схема в разрезе предлагаемой конструкции вертикальной центрифуги, на фиг. 2 - горизонтальное сечение А-А.
Вертикальная центрифуга состоит из вала 1, соединенного в верхней части с приводным двигателем 2, который закреплен на кожухе 3. На валу 1 в нижней части закреплен цилиндрический барабан 4 с ситом 5 для фильтрации. На штанге 6 осесимметрично с валом 1 закреплен диск 7, имеющий форму эллипса. На днище цилиндрического барабана 4 в плоскости диска 7 закреплено кольцо 8, имеющее также форму эллипса, при этом отношение длины большой оси d эллипса диска 7 к длине малой оси D эллипса кольца 8 подчиняется условию (1). На раме прикреплена трубка 9 для подачи фильтруемой жидкости в кольцевой зазор между диском 7 и кольцом 8, а для отвода фильтрата в нижней части центрифуги расположен патрубок отвода фугата с вентилем 10.
Центрифуга работает следующим образом.
По трубке 9 внутри цилиндрического барабана 4 подают фильтруемую жидкость в кольцевой зазор между диском 7 и кольцом 8. Одновременно включают приводной двигатель 2, который вращает вал 1 с прикрепленным к нему цилиндрическим барабаном 4.
Под действием центробежной силы фильтруемая жидкость прижимается к цилиндрической стенке цилиндрического барабана 4 и фильтруется через отверстия сита 5. Так как поверхность диска 7 имеет форму эллипса, и такую же эту форму эллипса имеет поверхность кольца 8, то при вращении кольца 8 вокруг диска 7 боковой зазор между поверхностями диска 7 и кольца 8 меняется, соответственно то уменьшаясь до минимума (см. фиг. 1)
то возрастая до максимума.
Соответственно изменяется от максимума до минимума момент сопротивления при вращении кольца 8 относительно диска 7. За один оборот вала 1 также изменения момента сопротивления происходят дважды, соответственно то затормаживая, то ускоряя вращение кольца 7 вместе с валом 1 и барабаном 4. Эти крутильные колебания приводят к тиксотропному разжижению осадка, накапливаемого на внутренней стенке сита 5, уменьшению его эффективной вязкости и стеканию осадка на днище цилиндрического барабана 4.
Непрерывное разжижение осадка и его стекание на днище цилиндрического барабана 4 уменьшает гидравлическое сопротивление осадка, увеличивает скорость центробежной фильтрации через сито 5 и приводит к росту производительности.
Таким образом, выполнение поверхности диска 7 в форме эллипса, а на днище цилиндрического барабана 4 в его плоскости прикреплено кольцо 8, имеющее также форму эллипса, при отношении длины большой оси d эллипса диска 7 к длине малой оси D эллипса кольца 8, подчиняющегося выражению (1), позволяет вести процесс центробежного фильтрования с непрерывным тиксотропным разжижением осадка под действием крутильных колебаний, возникающих при вращении кольца 8 относительно неподвижного диска 7, что приводит к увеличению скорости фильтрования, а значит и к росту производительности.