Вибрационная центрифуга
VIBRATION CENTRIFUGE

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий на жидкую и твердую фазы при помощи центробежных сил, а именно к фильтрующим центрифугам с вибрационной выгрузкой осадка, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Наиболее близкой к предлагаемой является фильтрационная вертикальная вибрационная центрифуга, состоящая из корпуса, рабочего органа, внутри которого параллельно его образующей установлены магниты, приводов для вибрационного и вращательного движений рабочего органа [1].
Недостатком технического решения является низкая надежность вибрационного привода рабочего органа центрифуги из-за передачи значительных динамических усилий на подшипниковые узлы, наличие большого числа трущихся и изнашивающихся деталей, что увеличивает металлоемкость и стоимость, повышает эксплуатационные расходы и ограничивает возможность регулирования параметров колебаний рабочего органа в вертикальной плоскости.
Целью изобретения является упрощение конструкции центрифуги, повышение энергетической и технологической эффективности, уменьшение металлоемкости.
Это достигается тем, что для придания рабочему органу вибрационного движения в вертикальной плоскости применяется привод в виде плоского линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), индукторы которого жестко закреплены на основании, а его ротором является кольцо, подвижное и подпружиненное в вертикальной плоскости, выполненное из металла с высокой электропроводностью и жестко соединенное с рабочим органом.
Во всех известных авторам конструкциях наложение вибрационного движения на вращательное осуществляется за счет применения отдельного электропривода, включающего эксцентриковый привод, шатун которого через подшипники качения соединен с рабочим органом. При этом вал эксцентрикового механизма получает вращение от роторного электродвигателя.
Предлагаемое техническое решение имеет существенное отличие от известных, заключающееся в том, что электропривод вибрационного движения рабочего органа в вертикальной плоскости представляет собой плоский ЛАД, состоящий из нескольких индукторов, жестко закрепленных на основании, а ротором ЛАД является кольцо, соединенное с рабочим органом. Кольцо при подключении индукторов к сети приходит в поступательное движение в вертикальной плоскости, одновременно с вращательным движением, которое передается через шлицевое соединение от двигателя вращения. При отключении индукторов от сети, за счет энергии, накопленной в упругих элементах, кольцо возвращается в исходное состояние. Таким образом, предлагаемое техническое решение непосредственно за счет преобразования электрической энергии в поступательное движение рабочего органа позволит повысить энергетическую и технологическую эффективность вибрационной центрифуги и имеет существенное отличие.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой центрифуги; на фиг. 2 и фиг. 3 - положение рабочего органа (его часть) после и до подключения ЛАД к сети; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 1 показана конструктивная схема описываемой центрифуги. Центрифуга имеет корпус 1, опирающийся на основание 2. Внутри корпуса находится рабочий орган 3, связанный через диск 4 с горизонтально расположенным шкивом 5. Шкив 5 при помощи клиновых ремней получает вращение от шкива 7, закрепленного на валу электродвигателя 8. При вращении шкива 7 рабочий орган центрифуги приводится во вращение вокруг своей вертикальной оси через шлицевое соединение 6.
Внутри корпуса размещен линейный электропривод вибрационного движения рабочего органа в вертикальной плоскости, представляющий собой плоский ЛАД, состоящий из нескольких индукторов 11, жестко закрепленных на основании, а ротором является кольцо 12, жестко закрепленное на диске 4, подвижное и подпружиненное в вертикальной плоскости с помощью роликов 9 и упругих элементов 10 (фиг. 2, фиг. 4). Кольцо 12 выполнено из металла с высокой электропроводностью (например, из алюминия (А5Е) или меди (M1)) и может быть изготовлено из алюминиевого или медного трубного проката цилиндрической формы или алюминиевой или медной пластины, из которой формируется трубный цилиндр [2].
Внутри корпуса центрифуги, параллельно образующей рабочего органа установлены магниты 13, приемная воронка 14, отсекающий конус 15 и направляющий конус 16, образующие полости для сбора концентрата и жидкой фракции. В нижней части корпуса находится сборочная воронка 17 концентрата, из которой последний может подаваться на конвейер или в накопительный бункер.
При подаче напряжения на электродвигатель 8 рабочий орган 3 центрифуги и кольцо 12 будут совершать вращательное движение вокруг своей оси, передаваемое через шлицевое соединение 6. Блок управления (не показан) подключает индукторы 11 ЛАД к источнику питания, индукторы создают бегущее магнитное поле, под действием которого кольцо 12 приходит в поступательное движение, например вниз. При движении кольца 12 упругие элементы 10 деформируются (фиг. 2). В какой-то момент времени блок управления обесточивает индукторы 11 ЛАД, его бегущее магнитное поле исчезает. Под действием потенциальной энергии, накопленной в упругих элементах 10 в результате их деформации, кольцо возвращается в исходное состояние (фиг. 3), продолжая совершать вращательное движение. Далее описанный процесс повторяется. При этом рабочий орган 3 совершает вибрационно-вращательное движение. Блок управления имеет возможность обеспечивать регулирование параметров колебаний рабочего органа в вертикальной плоскости как по частоте, так и по амплитуде посредством изменения длительности и частоты включения индукторов ЛАД. Блок управления может быть реализован на базе тиристорных коммутаторов, приведенной в литературе [3].
При работе центрифуги обезвоживаемый материал в виде пульпы поступает в приемную воронку и, попадая на рабочий орган, равномерно растекается. Перемещаясь по кольцевому зазору, пульпа направляется в зону А (фиг. 1), в которой на нее начинает действовать электромагнитное поле. Частицы концентрата под влиянием магнитного поля опускаются на наружную поверхность рабочего органа, образуя удерживаемый магнитным полем осадок.
В дальнейшем осевшие на рабочий орган частицы концентрата перемещаются вниз по наружной поверхности рабочего органа и попадают в зону Б. В верхней начальной части зоны Б на частицы концентрата еще оказывает влияние электромагнитное поле (фиг. 1). По мере продвижения вниз по зоне Б влияние электромагнитного поля на частицы концентрата ослабевает. Под действием центробежного поля частицы концентрата отрываются от рабочего органа и поступают в кольцевую полость , а под действием собственного веса падают в сборочную воронку и далее на приемную ленту транспортера или в накопительный бункер.
Жидкая фаза пульпы, выйдя из зоны А, центробежными силами отбрасывается в радиальном направлении от ротора и поступает в кольцевую полость b, из которой удаляется наружу.
Источники информации
1. Патент СССР 312625, МКП B04b 3/06. Вертикальная вибрационная центрифуга для обезвоживания полезных ископаемых / Потураев В.Н., 1971, Бюллетень №26 (прототип).
2. Насар С.А., Болдеа И. Линейные тяговые электрические машины: Пер. с англ. / Под ред. д-ра техн. наук А.С. Курбасова. - М.: Транспорт, 1981. - 176 с.
3. Поскребко А.А. Бесконтактные коммутаторы и регулирующие полупроводниковые устройства на переменном токе. - М.: Энергия, 1978. - 58 с.