ЦЕНТРИФУГА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СИСТЕМОЙ УДАЛЕНИЯ
CENTRIFUGE MACHINE HAVING AN IMPROVED DISCHARGE SYSTEM

Изобретение относится к центрифуге, оснащенной усовершенствованной системой удаления.
Можно значительно усовершенствовать любую машину этого типа, в частности, осуществляющую центробежную сепарацию двух фаз путем центрифугирования, при этом одна из фаз сначала попадает в сборную камеру, и эта фаза может быть текучей или, наоборот, компактной и квази-твердой, при этом обрабатываемые смеси могут быть, например, смесями твердая фаза-жидкость, жидкость-жидкость или твердая фаза-газ.
Некоторые машины обеспечивают непрерывную работу с постоянным извлечением фаз, даже если одна из этих фаз является твердой. В этом случае твердая фаза, содержащая большое количество остаточной жидкости, имеет консистенцию пасты или грязи с поведением псевдо-текучей среды, то есть со способностью растекаться. В этом случае можно получить эту «твердую фазу», не останавливая машину для демонтажа или открывания сборной камеры, и можно также осуществлять непрерывное питание. Центрифуга нового типа, описанная во французской патентной заявке, зарегистрированной под номером 12 56276, была разработана для получения сильно обезвоженной твердой фазы (<20% остаточной жидкости). Настоящее изобретение позволяет усовершенствовать это устройство для обеспечения производства сильно обезвоженной плотной и компактной твердой фазы и с возможностью применения этого усовершенствования для других устройств, как было указано выше. Его основным преимуществом является возможность произвольно запускать или останавливать извлечение фазы, которая может иметь компактную квази-твердую консистенцию. Расход извлечения можно контролировать и регулировать, что позволяет поддерживать консистенцию или состав извлекаемого вещества независимо от изменений состава смеси, подаваемой в машину. Это было невозможным в случае известных центрифуг с вращающимся барабаном, в которых извлечение, если оно существует, происходит через отверстие, которое может быть открытым или закрытым, или посредством ручного управления, но, как правило, требует остановки машины, чтобы перевести его из одного состояния в другое. Существует также конструкция, в которой отверстием управляет гидравлическое давление, создаваемое внешним насосом, через вращающуюся прокладку, при этом текучая среда под давлением проходит через ось вращения барабана, но эта концепция управления открыванием и закрыванием отверстия является мало практичной по причине необходимости добавления управляющей текучей среды; она не позволяет регулировать надлежащим образом ни консистенцию, ни расход удаляемого продукта по причине погрешностей, связанных со свойствами потока, выходящего из вращающегося барабана, и инерции гидравлической системы переключения.
Главной задачей изобретения является обеспечение контроля характеристик извлекаемого продукта и, в частности, обеспечение извлечения компактного плотного и при необходимости сильно обезвоженного продукта, за счет контроля расхода потока, который позволяет избегать избыточного извлечения легкой фазы и извлекать компактную фазу только по мере ее достаточного отделения от легкой фазы. Другой задачей изобретения является получение системы управления, которая является очень простой, требует лишь незначительного обслуживания и обладает хорошей механической стойкостью во времени и которая, наконец, имеет очень короткое время реакции. Эта система предназначена для оснащения центробежного барабана, вращающегося на высоких скоростях, без последствий для герметичности этого вращающегося барабана, в котором происходит центробежная сепарация.
Наконец, изобретение призвано предложить систему извлечения, не оказывающую отрицательного влияния на гидродинамику машины. Извлечение твердой фазы в периферической части через поршень не приводит к изменению границы раздела жидкость-твердая фаза в объеме барабана.
В целом объектом изобретения является центрифуга, оснащенная системой удаления, содержащая барабан, вращающийся вокруг оси, при этом барабан ограничен наружной стенкой, заключающей объем, при этом система удаления содержит по меньшей мере одну сборную камеру, занимающую часть объема барабана, по меньшей мере одно отверстие, располагающееся перед каждой сборной камерой в стенке барабана, согласно изобретению, система удаления содержит подвижный поршень в ячейке стенки барабана между каждым отверстием и соответствующей сборной камерой и средство перемещения поршня, при этом указанное средство является стационарным, при этом каждый поршень имеет сплошное сечение и поперечный канал, причем отверстие располагается в продолжении сборной камеры, и поперечный канал поочередно располагается перед отверстием и перед сборной камерой при помощи средства перемещения.
Поскольку отверстие располагается напротив сборной камеры и поперечный канал поочередно располагается перед отверстием и перед сборной камерой, переключения положения поршня позволяют заполнять поперечный канал, затем его опорожнять таким образом, что происходит цикличное удаление посредством повторяющихся возвратно-поступательных движений поршня. Таким образом, при каждом прямом и обратном ходе поршня удаляется изменяющийся объем вещества, поэтому расход извлечения больше не зависит от времени открывания отверстия, а от числа этих прямых и обратных ходов. Поскольку сечение открывания известно и последующее закрывание является полным, эта система с подвижными поршнями, связанными с каналами, распределенными по окружности, и неподвижно соединенными с барабанами, обеспечивает отличный контроль выдаваемого расхода. Поскольку обычно средство перемещения является механическим или, возможно, выполнено с возможностью магнитной левитации, оно является очень надежным и точным в своих перемещениях.
Система извлечения твердых фаз может быть также устройством, установленным при помощи соответствующего крепления в стенке барабана, и может иметь модели, отличные от представленной в настоящем документе.
Поршни могут передвигаться для удаления твердых фаз между сборной камерой и отверстием удаления либо посредством поступательных движений, поступательных и вращательных движений или просто посредством вращения.
При таком контроле расхода извлечения или удаления удаляемую фазу можно извлекать только по мере ее образования в сборных камерах и отделения от легкой фазы: таким образом, состав и компактность извлекаемого продукта можно поддерживать, несмотря на различные изменения состава подаваемой в барабан смеси; как правило, извлечение является достаточно регулярным и псевдонепрерывным и обычно совместимо с поддержанием непрерывного питания и с непрерывной работой машины.
Согласно важному варианту осуществления, средство перемещения содержит кольцо, коаксиальное с барабаном, при этом поршень опирается на кольцо, и по меньшей мере один силовой цилиндр, подвижный в направлении указанной оси; при этом кольцо соединено либо с силовым цилиндром, либо с поршнем через подшипниковую связь или связь с магнитным отталкиванием. Важным признаком этой системы является то, что управление поршнями, установленными во вращающемся устройстве, происходит при помощи силовых цилиндров, закрепленных напрямую или опосредованно через подшипники качения или магнитное отталкивание, и соединительного кольца, вращающегося или не вращающегося вместе с барабаном, с очень незначительным трением или даже без какого-либо трения с этим кольцом, что позволяет полностью или почти полностью избегать механического износа.
Система может содержать единственный поршень или любое количество поршней, связанных с таким же количеством выпускных отверстий. Предпочтительно на поршни действует возвратное усилие в направлении кольца со стороны пружин, содержащихся в стенке барабана, или со стороны любого другого механизма.
Сборная камера может иметь разные формы и, в частности, сечение, сужающееся в направлении отверстия, то есть сходящуюся форму. Средство перемещения может представлять собой расположенные по окружности силовые цилиндры, подвижные в направлении подвижной оси барабана, чтобы обеспечивать хорошее равномерное поддержание кольца при его наличии.
Далее следует описание изобретения со ссылками на следующие фигуры.
На фиг. 1 показана машина, общий вид;
на фиг. 2 представлен вариант осуществления устройства поддержания кольца;
на фиг. 3 показано устройство открывания и закрывания отверстий;
на фиг. 4 показаны поршни;
на фиг. 5 показаны выпускные и сборные камеры;
на фиг. 6 представлено состояние удаления.
На фиг. 1 схематично показана вращающаяся центрифуга, оборудованная в соответствии с изобретением, содержащая барабан 1, вращающийся вокруг вертикальной оси, в котором тяжелая, текучая, пастообразная, сборная или квази-твердая фаза подвергается центрифугированию и направляется вниз при помощи известных средств, таких как конусные тарелки, расширяющиеся книзу в центре барабана 1, и спиральные пластинки, установленные внутри его стенки, описанные, кроме всего прочего, в вышеупомянутой патентной заявке. Сборные камеры 2 находятся внизу барабана 1, и каждая из них сообщается с наружным пространством через выпускное отверстие 3. Под барабаном 1 расположено кольцо 4, которое приводит в действие поршни 5 при помощи штоков 11. Каждый из поршней 5 (описанных более подробно ниже) связан с сборной камерой 2, и вокруг барабана 1 на одинаковой высоте могут находиться несколько таких камер, хотя в данном случае показана только одна. Кольцо 4 вращается вместе с барабаном 1; оно неподвижно соединено с барабаном 1. Стационарные силовые цилиндры 17, закрепленные на полу вокруг системы 7 привода барабана 1 через подшипник качения 8 (ролик с горизонтальной осью) сообщают кольцу 4 вертикальное движение, что обеспечивает перемещение поршней 5. В варианте, как показано на фиг. 2, который может быть даже более предпочтительным, шток каждого силового цилиндра 17 может быть оснащен постоянным магнитом 9, а нижняя сторона кольца 4 - слоем 10 постоянных магнитов для создания силы отталкивания без контакта и без трения. В варианте постоянные магниты 9 могут быть расположены на не показанном втором кольце, находящемся под кольцом 4 и неподвижно соединенном с силовыми цилиндрами 17.
На фиг. 3 отдельно показаны поршни 15, кольцо 4 и силовые цилиндры 17 устройства. Поршни 5 содержат корпус 12, поддерживаемый штоками 11, неподвижно соединенными с кольцом 4, и верхний шток 13 над корпусом 12, на котором установлена, например, пружина 14, толкающая поршень 5 вниз и, следовательно, поддерживающая его в контакте с кольцом 4. Как показано также на фиг. 4, верхний шток 13 содержит плоские грани для его поддержания в определенном положении (в случае поступательного движения поршня возможны другие варианты осуществления поршня и его движения). Через корпус 12 проходит поперечный канал 16, хотя в остальной части он имеет сплошное сечение. Он содержит также четыре кольцевых паза 23, по два с каждой стороны канала 16, которые предназначены для установки уплотнительных прокладок 22. Возможны также другие конфигурации уплотнения.
Как показано на фиг. 5, сборные камеры 2 выполнены в толще стенки 18 барабана 1. В данном случае они имеют конусную и сходящуюся наружу форму. Они открываются в цилиндрические ячейки 19, в которых находятся поршни 5 (при этом показан только один поршень 5). Верхний бортик 20 ячеек 19 опирается на плоские грани 15 и препятствует вращению поршней 5, одновременно сжимая пружины 14. Между ячейками 19 и наружным пространством выполнены выпускные отверстия 3. Отверстия 21 сборных камер 2 в ячейках 19 находятся на более низком уровне, чем выпускные отверстия 3. Предпочтительно система, содержащая поршень 5 и окружающие его элементы, то есть участок стенки 18, является съемной и принадлежит к модулю 24, присоединяемому к остальной части барабана 1, возможно, путем завинчивания, при этом вокруг сборной камеры 2 расположена прокладка 25 для обеспечения герметичности. Этот присоединяемый модуль позволяет произвести замену поршня 5, если, например, этого требует новый состав удаляемой фазы, имеющий другие гидродинамические свойства.
Это устройство имеет два основных положения поршня 5:
- в первом из них, показанном на фиг. 5, каналы 16 продолжают отверстия 21 сборных камер 2 и, следовательно, заполняются тяжелой фазой, отделяемой посредством центрифугирования в барабане 1, при этом уплотнительные прокладки 22, установленные в кольцевых пазах 23, не дают ей проходить вокруг корпуса 12 поршней 5; сплошные сечения корпусов 22 перекрывают выпускные отверстия 3; поршни 5 опираются на нижние бортики 6 ячеек 19, и их опора на кольцо 4 (через штоки 11) временно прерывается;
- в другом основном положении, показанном на фиг. 6, кольцо 4 и поршни 5 приподнимаются при удлинении силовых цилиндров 17, и каналы 16 располагаются в продолжении выпускных отверстий 3: центробежные силы выталкивают их содержимое наружу, где происходит его сбор; вместе с тем, сборные камеры 2 остаются перекрытыми сплошными сечениями корпуса 12. Обратные движения поршней 5 поочередно обеспечивают заполнение и удаление извлекаемого вещества из каналов 16 с точной дозировкой, равной объему каналов 16; удаление обеспечивается за счет мощного действия центробежного поля, которое выталкивает твердую фазу. Таким образом, каналы 16 образуют выпускные камеры, которые образуют объем удаления вещества при каждой команде.
Кольцо 4 может быть неподвижным во вращении, и в этом случае подшипники 8 или постоянные магниты 9 установлены на поршнях 5 или могут быть расположены на втором кольце, параллельном кольцу 4. Они управляют открыванием и закрыванием отверстий 3 за счет перемещения промежуточной детали. Они могут также перемещаться во вращении, а не поступательным движением. Несмотря на все его недостатки можно также использовать гидравлический, а не механический привод. Канал 16 может быть образован концом или боковой выемкой поршня 5 или промежуточной детали, а не центральным отверстием. Изобретение можно также применять для любой вращающейся машины, производящей центрифугирование: с цилиндрическим барабаном, горизонтальной шнековой машины и т.д. для обезвоживания твердой фазы и/или для осветления текучей среды.