СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ
METHOD OF CLEANING FLUIDS FROM MECHANICAL IMPURITIES

Предлагаемое изобретение относится к области методов очистки жидких сред от твердых примесей и может быть использовано для очистки высоковязких жидкостей, таких, как масло, смазки и других подобных материалов от механических примесей в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен из а.с. СССР №512778 (МПК B01D 43/00, публ. БИ №17 от 05.05.1976), способ очистки жидких сред с использованием устройства, содержащего первую деталь с движущейся поверхностью, которая контактирует с очищаемой средой и выполнена в виде бесконечной движущейся ленты, установленную под углом к горизонтали, питателя, имеющего распределительный желоб, и двух лотков для отвода очищенной жидкости и инородных включений. Поток очищаемой жидкости направляется из бункера-питателя в устройство для очистки жидкости на вращающуюся деталь. Негабаритные включения, выступающие из тонкослойного потока, увлекаются жидкостью с днища желоба на поверхность транспортерной ленты. Большая часть включений проскакивает зону, занимаемую тонкослойным потоком на ленте, меньшая часть, не прошедшая по инерции зону, останавливается на ленте и транспортируется с другими включениями в сборник. Жидкая фаза, благодаря наклонному положению транспортерной ленты, стекает по ее поверхности и собирается в сборник неочищенной жидкости.
К недостаткам известного способа относится недостаточно высокая эффективность очистки за счет невозможности очистки жидкой среды от частиц, имеющих плотность, близкую к плотности очищаемой жидкости, а также жидкой среды, имеющей высокую вязкость. В такого рода средах силы, возникающие за счет разности скоростей между движущимися поверхностями, недостаточны для того, чтобы происходило перераспределение частиц между слоями.
Известен способ из патента СССР №462324 (МПК B01D 21/00, публ. БИ №8 от 28.02.1975), в котором используется устройство, содержащее две детали, продольные оси которых параллельны и которые контактируют с очищаемой средой, при этом между деталями имеется канал, по крайней мере, одна из деталей выполнена с возможностью перемещения относительно другой детали, а также приемники для сбора потоков очищенной и неочищенной жидкой среды в зонах, прилегающих к первой и второй деталям.
Недостатком известного способа является невысокая эффективность очистки при использовании высоковязких жидкостей и невозможность его применения для очистки консистентных (высоковязких) смазок и мазей.
Известно, наиболее близкое по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому, изобретение (патент РФ №2229328, МПК B01D 21/00, публ. БИ №15 от 27.05.2004), использующее устройство, содержащее две детали, продольные оси которых параллельны и которые контактируют с очищаемой средой, при этом первая деталь установлена с зазором по всей длине между поверхностями первой и второй деталей, соизмеримым с усредненным размером частиц механических примесей, и с возможностью вращения первой детали в направлении перемещения очищаемой жидкой среды ко второй детали, а в зоне стекания очищенной жидкой среды по поверхности первой детали на выходе из зазора установлен скребок для очищения поверхности этой детали от слоя очищенной жидкости и удаления ее в приемник для сбора очищенной жидкой среды. Вторая деталь выполнена в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения в направлении вращения первой детали и в направлении перемещения очищаемой жидкой среды, в зоне стекания неочищенной среды по поверхности второй детали установлен второй скребок для очищения поверхности второй детали от слоя неочищенной жидкой среды и удаления ее в приемник для сбора неочищенной жидкой среды. В устройстве предусмотрен вариант выполнения второй детали в виде установленной под наклоном относительно горизонтали жестко фиксированной пластины, имеющей заостренную кромку и обращенную этой кромкой к первой детали.
Недостатком известного способа является невысокая эффективность очистки высоковязких жидкостей, загрязненных частицами неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка высокоэффективного способа очистки жидких сред, в том числе высоковязких, таких, как масло, смолы и подобные им материалы, осуществляемого с минимальными потерями полезной работы, от частиц неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями устройства, используемого для разделения потока очищаемой жидкой среды на поток очищенной жидкости и поток, содержащий механические примеси.
Новый технический результат, достигаемый при использовании заявляемого способа, заключается в повышении эффективности очистки жидких сред от механических примесей, в обеспечении возможности очистки от примесей высоковязких сред, содержащих частицы неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями устройства, используемого для очистки жидких сред.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа очистки жидких сред, включающего направление очищаемой жидкой среды из бункера-питателя в устройство для очистки жидкости на вращающуюся деталь, поверхностью которой очищаемая жидкость направляется к другой детали, установленной параллельно и с зазором относительно первой детали, образуя зону разделения потока жидкости, ограниченную зазором между упомянутыми деталями, ширина которого соответствует допустимому размеру частиц, лимитированному номиналом эксплуатационного назначения очищенной жидкости, в котором поток, содержащий неочищенную жидкость, по поверхности второй детали направляется в соответствующий приемник для этой жидкости, а поток очищенной жидкости, после прохождения зазора, по поверхности первой детали направляется в приемник для сбора очищенной жидкости, согласно изобретению, вращение первой детали, после скопления в зазоре между упомянутыми деталями частиц неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями, прекращают, затем первую деталь поворачивают в обратном направлении на угол α, рассчитываемый по формуле
где δ - величина зазора между первой и второй деталями;
R - радиус первой детали,
после чего первой детали придают первоначальное направление вращения, одновременно второй детали придают возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности первой детали на расстояние Δ, рассчитываемое по формуле
где δ - величина зазора между первой и второй деталями.
Заявляемый способ поясняется следующим образом.
На фиг. 1 изображено используемое в предлагаемом способе устройство, где 1 - первая деталь, выполненная в виде цилиндра, 2 - вторая деталь, выполненная в виде пластины с заостренной кромкой 8 и обращенная этой кромкой к первой детали, 3 - бункер-питатель, из которого осуществляется подача очищаемой жидкой среды, 4 - скребок для очищения поверхности первой детали, 5 - приемник для сбора очищенной жидкости, 6 - приемник для сбора неочищенной жидкой среды, 7 - очищаемая жидкая среда, 9 - направление возвратно-поступательного перемещения второй детали, 10 - слой очищенной жидкости, 11 - слой неочищенной жидкой среды, δ - зазор между первой и второй деталями.
На фиг. 2 изображено устройство для реализации способа очистки жидких сред от механических примесей, где 1 - первая деталь, выполненная в виде цилиндра, 2 - вторая деталь, выполненная в виде цилиндра, 3 - бункер-питатель, из которого осуществляется подача очищаемой жидкой среды, 4 - скребок для очищения поверхности первой детали, 5 - приемник для сбора очищенной жидкости, 6 - приемник для сбора неочищенной жидкой среды, 7 - очищаемая жидкая среда, 8 - скребок для очищения поверхности второй детали, 9 - направление возвратно-поступательного перемещения второй детали, 10 - слой очищенной жидкости, 11 - слой неочищенной жидкой среды, δ - зазор между первой и второй деталями.
Используемое в предлагаемом способе устройство работает следующим образом.
Очищаемую жидкую среду 7 (фиг. 1) подают из бункера-питателя 3 на боковую поверхность первой детали 1. Очищаемая жидкая среда 7 переносится боковой поверхностью первой детали 1 в направлении ко второй детали 2, установленной с зазором δ по всей длине боковой поверхности первой детали 1.
За счет сопротивления потоку, оказываемого второй деталью 2, между, по крайней мере, первой подвижной деталью 1 и второй деталью, такой, например, как пластина 2, имеющей заостренную кромку 8 и обращенную этой кромкой к первой детали 1, происходит перераспределение частиц механических примесей в потоке подаваемой жидкой среды - обогащение частицами части потока, переносимого ко второй детали, обеднение другой части потока, передвигающегося совместно с вращающейся первой деталью.
Отделение механических примесей осуществляется в зоне поступления жидкой среды в зазор между первой деталью 1 и второй деталью 2, который функционирует как фильтрующая преграда по отношению к механическим примесям, размер которых превышает величину зазора между первой и второй деталями (зона разделения потока жидкости). Слой очищенной жидкости, находящийся на поверхности первой детали 1 после прохождения зазора, движется вместе с ней и отделяется от нее скребком 4 в приемник 5 для сбора очищенной жидкой среды.
Слой находящейся на поверхности второй детали 2 жидкой среды, обогащенный механическими частицами, стекает с ее поверхности в приемник 6 для сбора неочищенной жидкой среды.
Периодическая остановка первой детали 1, ее поворот в обратном направлении на угол а, рассчитываемый по формуле , где δ - величина (ширина) зазора между первой и второй деталями, R - радиус первой детали 1, возобновление ее вращения в первоначальном направлении, а также возвратно-поступательное перемещение второй детали 2 вдоль поверхности первой детали 1 на расстояние Δ, рассчитываемое по формуле Δ=±5 δ, где δ - величина зазора между первой и второй деталями, позволяют удалить застрявшие в зазоре частицы неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями, из этого зазора между первой деталью и второй деталью.
В случае выполнения второй детали в виде цилиндра (фиг. 2), установленного с возможностью вращения в направлении преимущественного вращения первой детали 1 и в направлении перемещения очищаемой жидкой среды, неочищенная жидкость, обогащенная частицами механических примесей, перемещается на поверхности цилиндра 2 и посредством взаимодействия со скребком 8 отделяется от его поверхности. Слой очищенной жидкости при помощи скребка 4 отделяется от поверхности первой детали 1 и направляется в приемник 5 для сбора очищенной жидкости.
Периодическая остановка первой детали 1, ее поворот в обратном направлении на угол α, рассчитываемый по формуле , где δ - величина зазора между первой и второй деталями, R - радиус первой детали 1, возобновление ее вращения в первоначальном направлении, а также возвратно-поступательное перемещение второй детали 2 вдоль поверхности первой детали 1 на расстояние Δ, рассчитываемое по формуле Δ=±5 δ, где δ - величина зазора между первой и второй деталями, позволяют удалить застрявшие частицы неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями, из зазора между первой деталью и второй деталью.
Выполнение второй детали в виде цилиндра 2 с возможностью вращения в направлении преимущественного вращения первой детали 1 и в направлении перемещения жидкой среды позволяет повысить эффективность очистки за счет придания дополнительного перемещения жидкой среде, обогащенной частицами механических примесей.
Выполнение второй детали в виде пластины 2 (фиг. 1) и установка ее наклонно к горизонтали, для обеспечения самопроизвольного перетекания жидкой среды с поверхности последней в приемник 6 для сбора неочищенной жидкости, позволяет получить более простую конструкцию устройства для реализации способа.
В обоих случаях поток содержащей механические примеси жидкой среды, после взаимодействия с первой и второй деталями, разделяется на два потока - очищенной и неочищенной жидкой среды, которые выводятся раздельно посредством скребковых элементов в соответствующие приемники.
Таким образом, реализация предлагаемого способа, с использованием упомянутого устройства позволяет обеспечить возможность и высокую эффективность очистки высоковязких сред от механических примесей, в том числе частиц неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями.
К другим технико-экономическим преимуществам способа относится сравнительно невысокая трудоемкость способа из-за отсутствия необходимости остановки процесса очистки для восстановления работоспособности используемого устройства и удаления из зазора между первой и второй деталями застрявших в нем частиц неправильной геометрической формы, минимальный размер которых соизмерим с размером зазора между двумя деталями.
Промышленная применимость предлагаемого устройства подтверждается следующими примерами.
Пример 1. Предлагаемый способ с использованием упомянутого устройства реализован в лабораторных условиях в виде опытного образца, конструкция которого изображена на фиг. 1. Первая деталь 1 выполнена в виде вращающегося цилиндра диаметром 50 мм. Параллельно первой детали 1 установлена под наклоном относительно горизонтали вторая деталь, выполненная в виде пластины 2, имеющей заостренную кромку и обращенную этой кромкой к первой детали 1. Пластине 2 в условиях данного примера придано возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности первой детали 1 на расстояние Δ=±1 мм, рассчитываемое по формуле. Материал цилиндра 1 и пластины 2 - сталь 45.
Периодическая остановка первой детали 1, ее поворот в обратном направлении на угол α≈2°, рассчитываемый по формуле, возобновление ее вращения в первоначальном направлении, а также возвратно-поступательное перемещение второй детали вдоль поверхности первой детали на расстояние Δ=±1 мм, рассчитываемое по формуле, позволяют удалить застрявшие частицы из зазора между первой и второй деталями.
Скребок 4 выполнен в виде плоской детали, рабочая часть которого, обращенная к поверхности детали 1, заточена под углом.
Жидкая среда, в качестве которой в условиях данного примера проверена смазка УНИОЛ-2 ТУ 38-УССР (2-01-219-75), загрязненная после гидроэкспандирования труб примесями в виде окалины, металлической стружки, дроби, ветоши суммарным количеством до 2,5% масс, с характерным размером в поперечнике 2-3 мм, подается вертикально на поверхность первой цилиндрической детали 1, вращающейся в направлении ко второй детали 2, и в этом же направлении перемещается поток загрязненной смазки.
Приемники 5, 6 выполнены в виде полых открытых емкостей из материала сталь 3.
Скорость вращения выполненной в виде цилиндра первой детали 1 подбиралась экспериментально из условия отсутствия отрыва очищаемой жидкой среды от поверхности цилиндра за счет центробежных сил.
Пример 2. То же, что и в примере 1, при этом вторая деталь 2 используемого в способе устройства, выполнена в виде цилиндра диаметром 50 мм, вращающегося в одном направлении с первой деталью 1. Скорость вращения второго цилиндра подбиралась экспериментально из условия отсутствия отрыва жидкой среды от поверхности детали за счет центробежных сил.
Цилиндру 2 в условиях данного примера придано возвратно-поступательное перемещение вдоль поверхности первой детали 1 на расстояние Δ=±1 мм, рассчитываемое по формуле. Материал цилиндра 2 - сталь 45.
Контроль качества очистки загрязненной смазки проводили путем взвешивания осадка из остаточных примесей, выпавшего на дно сосуда после разбавления очищенной смазки растворителем.
Как показала экспериментальная проверка, заявляемый способ с применением опытного образца упомянутого устройства, обеспечивает возможность очистки высоковязких жидких сред от механических примесей с высокой эффективностью. Количество примесей в очищенной смазке оказалось равным 0,3% масс., размер частиц не превышал 0,2 мм.