Узел выгрузки жидкой фазы декантерной центрифуги

Заявляемое решение относится к декантерной центрифуге для сепарирования подаваемого продукта на жидкую фазу и твердую фазу, а именно к узлу выпускного отверстия выгрузки жидкой фазы.
Уровень техники
Широко известны различные виды и модификации декантеров, применяемых для разделения смесей жидкостей или для сепарирования твердых веществ и жидкостей или твердых веществ и смесей жидкостей.
Принцип работы декантерных центрифуг заключается в разделении твердой и жидкой фазы из подаваемой исходной смеси под действием центробежных сил. Декантерная центрифуга включает в себя следующие конструктивные элементы корпус, шнек выполненный с конической частью с одной стороны, барабан, узел подачи, узел отбора твердой фазы, распределитель подачи, узел отбора жидкой фазы, редуктор.
Из уровня техники известны различные устройства и способы, направленные на улучшение конструкций декантерной центрифуги для сепарирования.
Например: из патента США 5354255 известна декантерная центрифуга, с полым вращающимся барабаном, окружающим вращающийся шнековый конвейер, имеющий, по существу, цилиндрическую ступицу, которая несет шнек, содержащий один или несколько винтов.
Из патента РФ №2676983 известна ДЕКАНТЕРНАЯ ЦЕНТРИФУГА содержащая вращающийся барабан, снабженный по меньшей мере одним отверстием для выгрузки твердой фазы и по меньшей мере одним отверстием для выгрузки очищенной жидкости, и шнековый транспортер, коаксиально расположенный внутри указанного вращающегося барабана и вращающийся в том же направлении с отличной скоростью вращения. Суспензия, подаваемая для разделения, загружается в кольцевидное пространство, образованное между указанным вращающимся барабаном и указанным шнековым транспортером, через центральную питающую трубу, прикрепленную к концу шнекового транспортера и поддерживаемую по меньшей мере одной опорой. Суспензия может быть разделена центробежной силой на твердую фазу и жидкую фазу так, чтобы указанная твердая фаза выгружалась через указанное отверстие для выгрузки твердой фазы, а указанная жидкая фаза выгружалась через устройство для выгрузки указанной очищенной жидкости, причем канал для жидкой фазы проходит внутри вала, выводя жидкую фазу за опоры, при этом предусмотрен клапан для выгрузки жидкой фазы за опорой со стороны, противоположной барабану и шнеку. Клапан для выгрузки жидкой фазы выполнен с возможностью его регулирования в процессе работы декантерной центрифуги посредством ручного маховика через передачу или посредством двигателя.
Из патента на изобретение РФ №2593775 известны ЦЕНТРИФУГА И УЗЕЛ ВЫПУСКНОГО ОТВЕРСТИЯ УКАЗАННОЙ ЦЕНТРИФУГИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ СНИЖЕНИЕ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ. Вращающаяся машина содержит барабан, установленный с возможностью вращения вокруг оси для создания цилиндрической ванны загружаемой пульпы, причем барабан имеет выпускное отверстие тяжелой фазы, опорную плиту, предусмотренную на одном из продольных концов барабана, по меньшей мере одно выходное отверстие, выполненное в опорной плите, и узел выпускного отверстия жидкой фазы. Узел выпускного отверстия жидкой фазы выполнен с возможностью установки над выходным отверстием вращающейся машины и содержит фланец и входное отверстие, выполненное во фланце. Узел выпускного отверстия жидкой фазы содержит по меньшей мере один открытый прямой канал с продольной осью. При этом продольная ось указанного канала проходит под острым углом к фланцу, и указанный канал вытянут вдоль продольной оси.
Недостатками известных решений является невозможность контролирования выхода жидкой струи, что в свою очередь приводит к тому, что жидкая фаза, покидая барабан центрифуги, уносит с собой большую часть кинетической энергии, затраченную на выведение барабана на рабочую скорость и поддержание этой скорости.
Центробежная сепарация по сравнению с остальными методами разделения является относительное более энергоемким процессом и поэтому снижение энергопотребления критически важно для эффективности применения данной технологии.
Раскрытие полезной модели
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание узла отбора жидкой фазы, выполненного с возможностью изменения угла выхода струи под конкретный продукт.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в снижении энергопотребления за счет рекуперации кинетической энергии.
Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что предложено устройство, включающее меньшей мере четыре сопла, установленные на уловителях жестко закрепленных на барабане центрифуги в местах отверстий для выхода жидкой фазы при этом сопла установлены посредством шарнирного соединения, позволяющего изменять угол относительно уловителя, дальняя от шарнира часть сопла соединена тягой с приводом представленным в виде зубчатого венца, выполненного с возможностью вращения и фиксации положения от передаточного момента передаваемого вращением рукоятки, установленной в отверстие, расположенным в торце барабана.
В предпочтительном варианте на торцевой части барабана центрифуги у отверстия для установки рукоятки расположена шкала для определения угла поворота рукоятки и сопла.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что
реализуется принцип рекуперации с помощью сопел на стороне выгрузки жидкой фазы, а именно осуществляется возврат части кинетической энергии вращения барабана центрифуги;
угол выхода струи может быть изменен под конкретный продукт и конкретные условия эксплуатации опытным путем на объекте заказчика.
Краткое описание чертежей
На фигуре показана схема устройства вид с торца барабана центрифуги, где цифрами обозначены
1. Сопло выхода жидкой фазы (количество зависит от конкретной модели).
2. Тяга для регулировки угла положения сопла.
3. Привод (зубчатый венец) одновременного изменения угла направления сопла. Зубчатый венец вращается по направляющим роликам относительно барабана и передает момент для изменения угла одновременно всех сопел.
4. Уловитель.
5. Направляющие ролики.
6. Отверстие для рукоятки.
7. Отверстие для выхода жидкой очищенной фазы (количество зависит от конкретной модели центрифуги и определяется производителем).
8. Шкала в градусах для контроля положения угла сопла.
Осуществление и примеры реализации
Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.
Заявляемое устройство по фигуре относится к узлу отборы жидкой фазы и состоит из корпуса, которым являются стенки барабана центрифуги (не показаны на чертежах), конструкция которой аналогична известным решениям из уровня техники, сопел 1 для выхода жидкой фазы продукта, установленных на уловителях 4 с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси барабана, угол вращения при этом регулируется тягой 2, закрепленной одной стороной на сопле 1, другой - на приводе 3. Привод 3 представлен в виде зубчатого венца и выполнен с возможностью вращения посредством использования передаточного момента от вращения съемной рукоятки, установленной в отверстие 6, расположенное в торце барабана так, чтобы осуществлялась возможность передачи крутящего момента от рукоятки на привод 3. Привод 3 закреплен и вращается посредством направляющих роликов 5, установленных с возможностью вращения и передачи крутящего момента на привод 3. Вращение привода (венца) 3 и соответственно положение сопел 1 изменяется вручную с помощью съемной рукоятки, и положение сопел контролируется по шкале 8, расположенной у отверстия 6 крепления рукоятки. После регулировки рукоятка снимается, а положение венца 3 фиксируется, например, с помощью болта (не показан на фигуре).
Минимальное количество направляющих роликов для работы установки 4 шт.
Сопла 1 смонтированы на уловителях 4 с помощью шарнирного соединения, позволяющего соплу 1 изменять свое положение относительно уловителя 4 в плоскости перпендикулярной барабану центрифуги. Сопла 1 соединены с зубчатым венцом 3 с помощью тяг 2, что обеспечивает одновременное изменение угла истечения жидкой фазы и соответственно реактивного момента, создаваемого струей.
В качестве тяг 2 могут быть использованы металлические прутки, шарнирно соединенный с соплом с одной стороны и приводом (венцом) с другой.
Тяги 2 предпочтительно крепятся на приводе 3 шарнирно с помощью клепанного подвижного неразборного соединения тяг 2 с соплами 1, осуществляется посредством шарнирного клепанного подвижного неразборного соединения, узел соединения при этом находится ближе к краю выхода из сопла для возможности регулировки угла тягой.
Уловители 4 жестко монтируются на барабан центрифуги с помощью двух болтов в местах отверстий 7 для выхода жидкой фазы.
Количество уловителей 4 с соплом 1 с регулируемым углом истечения жидкой фазы равно количеству отверстий для выгрузки жидкой фазы и зависит от конструкции конкретной модели декантерной центрифуги. При этом минимальное их количество 4.
Основные показатели при работе декантерной центрифуги - это скорость вращения барабана, дифференциальная скорость шнека выгрузки твердой фазы и подача продукта на сепарацию. В большинстве случаев регулировка дифференциальной скорости шнека происходит автоматически и никак не повлияет на работу устройства. Эти параметры подбираются всегда индивидуально под конкретный технологический процесс и под конкретный продукт в зависимости от содержания твердой фазы. Поэтому, так же угол истечения жидкой фазы из барабана для создания максимальной реактивной тяги необходимо подбирать вовремя пуско-наладки или при изменении продукта, или технологического процесса. При подборе угла положения сопла истечения жидкой фазы необходимо создать таблицу энергопотребления декантерной центрифуги при неизменной подаче и уже настроенной скорости вращения барабана. Изменяя угол, необходимо контролировать изменение энергопотребление и найти оптимальный угол.
Пример осуществления
Монтаж элементов и подготовка к работе
В торце барабана декантерной центрифуги, на стороне выгрузки жидкой фазы сверлятся отверстия для монтажа уловителей 4 (количество равно количеству отверстий выгрузки жидкой фазы) с соплом 1, отверстия для монтажа направляющих роликов (4 штуки) зубчатого венца 3, отверстие 6 для монтажа рукоятки для изменения положения угла сопел 1, глухое отверстие для фиксации зубчатого венца 3. В отверстиях для монтажа уловителя 4 с соплом 1 нарезается резьба и производится монтаж. Далее устанавливается зубчатый венец 3 с помощью направляющих роликов 5 и с помощью тяг 2 производится соединение всех сопел 1 с венцом 3. После монтажа устройства необходимо провести балансировку барабана декантерной центрифуги в сборе. После проверки и проведения балансировки можно приступать к настройке работы декантерной центрифуги и потом угла истечения жидкой фазы.
Устройство работает следующим образом
При вращении барабана центрифуги жидкость поступает в уловители 4 с соплами 1, направление сопел 1 устанавливается за счет вращения рукоятки, которая передает крутящий момент на привод 3, участки которого соединены с соплами 1, после установки угла привод 3 фиксируется посредством, например, болтового соединения или зажима.
Таким образом, использование заявленной полезной модели понижает энергопотребление декантерной центрифуги за счет рекуперации кинетической энергии при истечении жидкой фазы и придании дополнительного реактивного момента. Снижение энергопотребления центрифуги достигается в пределах от 5% до 15%.