ШНЕК ЦЕНТРИФУГИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию химической, гидрометаллургической и горнодобывающей промышленности и предназначена для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных материалов.
Поверхность любого устройства, взаимодействующая с гидросмесями со значительным количеством твердых частиц, нуждается в эффективной защите от абразивного износа. При длительной эксплуатации центрифуги для разделения суспензий происходит изнашивание поверхности шнека, а именно кромки ленточной спирали, контактирующей с абразивными частицами суспензии. Для повышения эксплуатационных характеристик центрифуги используют конструкции шнека с упрочняющими защитными пластинами, закрепленными на кромке ленточной спирали.
Известна конструкция высокопроизводительной осадительно-фильтрующей центрифуги американской фирмы «Decanter Machine Inc.», предназначенной для обезвоживания каменноугольной пыли после гидротранспортирования [Борц М.А., Бочков Ю.Н., Зарубин Л.С. «Шнековые осадительные центрифуги для угольной промышленности». Изд-во «Недра», М., 1970]. Она содержит полый цилиндроконический ротор, внутри которого соосно размещен полый барабан с закрепленной на его наружной поверхности ленточной спиралью, соскребающей слой осадка с внутренней поверхности ротора. Ленточная спираль испытывает со стороны абразивного осадка противодействие в основном на наружную кромку и частично на атакующую поверхность, обращенную в сторону выгрузки. Поэтому для упрочнения поверхности шнека центрифуги ленточная спираль с торца и с атакующей стороны защищена керамическими пластинами трапециевидной формы, прикрепленными с помощью водостойкой клеевой композиции.
Недостатком данной конструкции является сложность и низкая надежность крепления защитных пластин, не обладающих высокой стойкостью к гидроабразивному изнашиванию.
Известна конструкция шнека центрифуги [Патент США №4416656, МПК В04В, 1/20, опубл. 22.11.83], предлагающий крепить пластины к державкам на заклепках, которые легко высверлить или срезать при операции замены пластины. Во время заводской сборки клепка производится до приварки державок к шнеку.
Недостатком данной конструкции является трудоемкость операций по укреплению витков шнеков и ограниченный срок службы шнека. Поверхность пластин и место крепления державок характеризуются недостаточной стойкостью к гидроабразивному изнашиванию.
Известна конструкция центробежного аппарата [Патент США №3764062, МПК В04В 1/00, 1/20, 1973], содержащего цилиндроконический полый ротор, установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса-барабана и укрепленной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой.
Защитные пластины подвергают для повышения твердости закаливанию и крепят к ленточной спирали заклепками или посредством сварки. При укреплении спирали шнека термозакаленными пластинами или пластинами, изготовленными из карбидовольфрамовой композиции, существенно увеличивается срок службы шнека и центрифуги. Но конструкция с защищенным от абразивного износа шнеком не обладает коррозионной стойкостью к агрессивным, в частности к азотно-солянокислым средам. Кроме того, медьсодержащие припои, которыми пластины из карбидовольфрамового сплава припаиваются к металлу шнека, еще менее стойки в коррозионном отношении, чем сами пластины. Возможно использование защитных пластин, изготовленных из того же материала, что и шнек. При этом срок защитного действия таких пластин невелик по причине их абразивного износа.
Недостатком данной конструкции является короткий срок службы шнека и увеличение затрат на его ремонт, а также низкая стойкость поверхности пластин к гидроабразивному изнашиванию.
Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция шнека центрифуги для разделения суспензий [Патент RU №2346752 С1, МПК В04В 1/20, опубл. 20.02.2009], предназначенная для непрерывного разделения суспензий, содержащих частицы в основном из абразивных материалов и содержит цилиндроконический полый ротор и соосно установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса-барабана и размещенной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой. Защитные пластины выполнены в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, открытого в сторону стенки ротора. Сектора выполнены из металлического листа небольшой толщины и прикреплены к спирали точечно с помощью заклепок.
Недостатком данной конструкции является низкая стойкость защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека, к гидроабразивному изнашиванию, приводящая к снижению эксплуатационной надежности.
Задачей полезной модели является упрочнение поверхности защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека центрифуги для разделения суспензий, за счет увеличения микротвердости для повышения гидроабразивной стойкости и эксплуатационной надежности.
Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхности защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека центрифуги для разделения суспензий, в результате ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа пучком ионов аргона.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции шнека центрифуги для разделения суспензий, содержащей корпус-барабан с размещенной на его наружной поверхности ленточной спиралью с защитными пластинами, выполненными в виде составленной из отдельных секторов ленты из нержавеющей стали, прикрепленной с обеих сторон к кромке ленточной спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, согласно новому техническому решению, на поверхности защитных пластин выполнен упрочненный поверхностный углеродсодержащий слой толщиной 1-8 мкм с величиной микротвердости 21-22 ГПа.
Конструкция шнека центрифуги для разделения суспензий может быть изготовлена из нержавеющей хромоникелевой стали путем проката, механической обработки и соединения ленточной спирали с барабаном методом сварки. Защитные пластины могут выполняться из нержавеющей хромоникелевой стали штамповкой, вырубкой или вырезкой из листа проката электроискровым методом. Пластины прикрепляются к кромке ленточной спирали заклепками. Ионно-лучевая обработка поверхности защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека, осуществляется в вакуумной среде углекислого газа пучком ионов аргона. Описание конструкции.
На фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция полезной модели, на фиг. 2 приведен фрагмент ленточной спирали с защитными пластинами, на фиг. 3 изображен упрочненный поверхностный слой защитных пластин, где позициями обозначены: 1 - корпус-барабан, 2 - окна для выхода суспензии в ротор (на фиг. не показан), 3 - отверстие внутри барабана для питающей трубы (на фиг. не показана), 4 - ленточная спираль, 5 - кромка ленточной спирали, 6 - защитные пластины, 7 - заклепки, 8 - желоб, 9 - упрочненный поверхностный слой.
Шнек центрифуги для разделения суспензий (фиг. 1, фиг. 2) состоит из корпуса-барабана 1 с окнами 2 для выхода в ротор (на фиг. 1 не показан) суспензии, подаваемой через отверстие 3 внутри барабана 1. Корпус-барабан 1 имеет закрепленную на нем ленточную спираль 4 с кромкой 5, по всей длине которой с обеих сторон прикреплены защитные ленты, составленные из пластин 6 и закрепленные с помощью заклепок 7. Кромка 5 ленточной спирали 4 и примыкающие к ней с обеих сторон защитные пластины 6 образуют в поперечном сечении желоб 8, открытый в сторону ротора (на фиг. 1 не показан). Желоб 8 имеет длину, равную длине ленточной спирали 4 по кромке 5. На поверхности защитных пластин 6 имеется упрочненный поверхностный слой 9 толщиной 1-8 мкм (фиг. 3). Упрочненный поверхностный слой 9 поверхности защитных пластин 6 получен в результате ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа пучком ионов аргона и имеет высокую микротвердость в диапазоне значений 21-22 ГПа, тем самым, обеспечивает высокую стойкость к гидроабразивному изнашиванию и повышенную эксплуатационную надежность шнека. Устройство работает следующим образом.
Через цилиндрическое отверстие 3 и окна 2 корпуса-барабана 1 в ротор (на фиг. 1 не показан) подают с заданным расходом исходную суспензию с твердыми частицами, обладающими абразивными свойствами. Под действием центробежной силы суспензия разделяется на твердую и жидкую фазы. Твердые частицы, как более плотные по сравнению с жидкостью, оседают на внутренней поверхности вращающегося ротора (на фиг. 1 не показан), через зазоры между поверхностью ротора и торцами защитных пластин 6, прикрепленных к ленточной спирали 4 заклепками 7, отдельные частицы твердой фазы попадают внутрь желоба 8, постепенно заполняя его, после чего торцом ленточной спирали 5 становится поверхность, образованная внутри желоба твердыми частицами. С момента заполнения желоба 8 твердой фазой при выгрузке происходит трение осадка по осадку. Остальные твердые частицы транспортируются по ленточной спирали 4 к окнам для выгрузки осадка и фугата (на фиг. 1 не показаны). Применение упрочненного поверхностного слоя 9 на защитных пластинах 6 позволяет увеличить производительность и эксплуатационную надежность шнека центрифуги для разделения суспензий за счет повышения стойкости к гидроабразивному изнашиванию.
2
Исследования показали, что оптимальными значениями параметров проведения процесса ионно-лучевой обработки поверхности нержавеющей стали в вакуумной среде углекислого газа пучком ионов аргона являются следующие: доза ионов аргона Ф=3000 мкКл/см, энергия Е=75 кэВ. В результате ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа пучком ионов аргона на поверхности нержавеющей стали образуется углеродсодержащий алмазоподобный слой. При энергетическом воздействии имплантируемых ионов аргона в углеродсодержащей среде в поверхностном слое адсорбированных молекул углекислого газа происходят процессы диссоциации и ионизации молекул. Это приводит к возникновению заряженных радикалов, синтез которых стимулируется энергетическим воздействием внедряемых ионов аргона с характерным профилем распределения и контролируется поступлением электронов из нижележащего металла. По мере увеличения толщины получаемого углеродсодержащего алмазоподобного слоя поступление электронов к поверхности затрудняется и при достижении толщины 1-8 мкм рост углеродсодержащего слоя прекращается.
При уменьшении или превышении значений выше приведенных параметров процесса ионно-лучевой обработки поверхности нержавеющей стали в вакуумной среде углекислого газа пучком ионов аргона эффект упрочнения не наблюдается. В указанном диапазоне параметров происходит формирование упрочненного углеродосодержащего алмазоподобного слоя толщиной 1-8 нм с величиной микротвердости 21-22 ГПа (тогда как микротвердость не модифицированной поверхности нержавеющей стали не превышает 1,7-1,8 ГПа), что обеспечивает повышение стойкости к гидроабразивному изнашиванию не менее чем на 30%.
Таким образом, предложенная конструкция шнека центрифуги для разделения суспензий, имеющая на поверхности защитных пластин упрочненный слой с повышенной стойкостью к гидроабразивному изнашиванию, обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность и позволяет осуществлять разделение суспензии с большим содержанием твердой фазы, не снижая производительности, а также значительно увеличить срок эксплуатации без восстановительного ремонта.