ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к центрифугам для тонкой очистки жидкостей от загрязнений, например, в испытательных стендах, в гидравлических системах самолетов, судов и других транспортных средств, при получении особо чистых нефтепродуктов, а также для осветления суспензий с незначительной концентрацией примесей.
Известны центрифуги для очистки жидкостей, содержащие вертикально размещенные ротор и приводной электродвигатель, закрепленные на общем основании и соединенные между собой клиноременной передачей. Таковой является, например, центрифуга для очистки жидкости, содержащая вертикально размещенный ротор с установленным внутри него пакетом вставок с верхним и нижним уплотнениями, и приводной электродвигатель, закрепленные на общем основании и связанные между собой клиноременной передачей (см. в кн. Белянин П.Н. Центробежная очистка рабочих жидкостей авиационных гидросистем. М., М-е, 1976 г. с.240, рис.161).
Известны центрифуги непрерывного действия, содержащие корпус, устройства для подвода и отвода жидкости и ротор с приводом, состоящий из чередующихся конических перфорированных фильтрующих тарелок и сплошных проставок для отвода жидкости. Недостатком таких центрифуг являются конструктивно и технологически сложные в выполнении элементы, обеспечивающие безударный переход частиц загрязнений с одной разделительной тарелки на другую и отсутствие сигнализации о вращении ротора, что не гарантирует предотвращение прорыва неокончательно отделенных загрязнений в выходную линию центрифуги (см. Патент РФ №2191635, МКИ5 кл. B04B 3/00, опубл. 27.10.2002 года).
Известны также центрифуги, в которых содержащийся внутри ротора пакет вставок образован чередующимися коническими тарелками с отверстиями по основанию и проставочными шайбами со сквозными вырезами по периферии с образованием между коническими тарелками межтарельчатого пространства (см. АС №581997, МКИ2 B04B 1/04, 1977 г.). В этих центрифугах освобождение жидкости от загрязнений происходит за счет кратковременного прохождения потока через зону максимального воздействия гравитационного поля на периферии ротора внутри этих межтарельчатых пространств.
Недостатком таких центрифуг является то, что сквозные вырезы в проставочных шайбах соединяют каждое межтарельчатое пространство и с линией подачи жидкости, и с линией ее отвода. Таким образом, значительная часть жидкости может двигаться только в пределах межтарельчатого пространства, не выходя к периферии ротора, что снижает эффективность очистки.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой полезной модели является центрифуга, содержащая ротор, питающее устройство и пакет конических тарелок, между которыми установлены кольца, имеющие отверстия и вырезы для образования каналов подвода и отвода жидкости.(см. АС №1132883, МКИ4 B04B 1/08, 1985 г.). Данная центрифуга выбрана нами за прототип.
Недостатком этой центрифуги является наличие дополнительных щелевых фильтров, образованных вырезами в кольцах для подвода суспензии в пакет тарелок из питающего устройства. При толщине тарелок и колец в пределах 0,3-0,5 мм, что в настоящее время имеет место на практике, такие фильтры быстро засоряются и снижают эффективность работы центрифуги. Отсутствие сигнализации о вращении ротора также создает опасность выброса загрязнений при прекращении действия разделяющего центробежного фактора.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности отделения загрязнений из потока жидкости и их удаления путем сепарирования с одновременным контролем факта вращения ротора центрифуги.
Указанная задача реализуется таким образом, что центрифуга для очистки жидкостей, содержащая ротор с верхним и нижним уплотнениями и с размещенным внутри него пакетом из чередующихся конических тарелок и проставочных шайб, снабженный защитным кожухом, и приводной электродвигатель, закрепленные на общем основании и соединенные между собой клиноременной передачей, снабжена дополнительно размещенным на защитном кожухе сигнализатором вращения ротора, состоящем из двух приемных трубок, корпуса с диафрагмой и механически связанного с ней микровыключателя, причем приемные трубки своими открытыми концами размещены в диаметрально противоположных сечениях кольцевого зазора между защитным кожухом и ротором; конические тарелки и проставочные шайбы выполнены с шестью отверстиями, образующими три канала для подвода и три канала для отвода жидкости, при этом отверстия в конических тарелках выполнены закрытыми, отверстия в проставочных шайбах имеют через одно сквозные вырезы по периферии и установлены в пакете таким образом, что в каждом канале закрытые отверстия в проставочных шайбах чередуются с отверстиями с вырезами по периферии, а смежные конические тарелки различаются наружным диаметром на величину, кратную толщине проставочной шайбы.
Патентный поиск показал, что отдельно взятые элементы заявляемой модели известны в технике очистки жидкости от загрязнений и механических примесей (см. в книгах: Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. М., Химия, 1987 г.; Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического природоохранного оборудования. Справочник, т.2, глава 37. Калуга, 2006 г.; Залманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем., М., Наука, 1973 г.). Однако указанная выше совокупность взаимосвязанных отличительных признаков не обнаружена и явным образом не следует из уровня развития техники. В связи с изложенным заявленное техническое решение считается соответствующим условиям патентоспособности «новизна».
Суть заявляемой полезной модели отражена на прилагаемых чертежах. Общий вид центрифуги приведен на фиг.1. На фиг.2 показан поперечный разрез ротора, а на фиг.3 - его продольный разрез. На фиг.4 изображена коническая тарелка, а на фиг.5 - проставочная шайба.
На основании 1 размещены ротор 2 и электродвигатель 3, связанные клиноременной передачей 4, содержащей центробежную муфту 5. Ротор имеет верхнее 6 и нижнее 7 уплотнения. Внутри ротора помещен пакет 8 вставок. Сверху ротор закрыт защитным кожухом 9, на котором закреплен сигнализатор 10 вращения ротора (фиг.1).
Сигнализатор вращения ротора включает в себя корпус 11 с размещенной внутри него диафрагмой 12 с образованием двух полостей 13 и 14, связанных соответственно трубками 15 и 16 с воздушным кольцевым зазором 17 между вращающимся ротором и неподвижным защитным кожухом в диаметрально противоположных сечениях этого зазора. На корпусе 11 помещен микровыключатель 18, связанный с помощью втулки 19 с диафрагмой 12. Свободные концы трубок 15 и 16 имеют каждая косой срез 20, обращенный в сторону вращающегося ротора (см. фиг.2).
Ротор содержит наружную цилиндрическую обечайку 21, нижнюю 22 и верхнюю 23 крышки и вал 24 (см. фиг.3). На валу размещен пакет вставок, состоящий из конических тарелок 25 и 26 (различаются наружным диаметром) и проставочных шайб 27, расположенных снаружи пакета и между тарелками с образованием совокупности чередующихся межтарельчатых пространств 28 и 29. Вал 24 установлен во втулках 30 на подшипниках 31 и имеет подводящий 32 и отводящий 33 каналы.
В каждой конической тарелке 25 (26) и в каждой проставочной шайбе 27 выполнены по шесть совпадающих, расположенных равномерно по окружности отверстий 34 (35) (см. фиг.4 и 5). Кроме того, в проставочных шайбах 27 три из этих отверстий, расположенные через 120 градусов, имеют по периферии сквозные вырезы 36 (фиг.5).
Отверстия 34 (35) при сборке пакета образуют шесть вертикальных продольных каналов, три из которых, расположенные через 120 градусов, образуют каналы 37 для подвода жидкости; они соединены тремя сверлениями 38 с основным подводящим каналом 32. Три других продольных канала, смещенные относительно первых на 60 градусов, образуют каналы 39 для отвода жидкости из пакета ротора и связаны тремя сверлениями 40 с основным отводящим каналом 33. Между пакетом 8 вставок и обечайкой 21 образован зазор 41.
Смежные конические тарелки 25 (26), устанавливаемые в пакете, выполнены с разными наружными диаметрами D1 или D2 (фиг.4), отличающимися на величину, кратную толщине S проставочной шайбы 27 (фиг.5). Оптимальный гидравлический режим движения жидкости в межтарельчатых 28 и 29 пространствах, с созданием зоны торможения потока около кромки тарелки меньшего диаметра, обеспечивается условием D1-D2=(3:6)S.
Смежные проставочные шайбы 27, устанавливаемые в пакете между коническими тарелками 25 (26), повернуты друг относительно друга на 60 градусов с таким расчетом, чтобы вырезы 36 соединяли каждое межтарельчатое пространство 28 (29) либо с каналами 37, либо с каналами 39. В соответствии с этим правилом сборки все межтарельчатые пространства 28 являются подводящими жидкость из каналов 37 в зону разделения, а все чередующиеся с ними межтарельчатые пространства 29 - отводящими жидкость от периферии в каналы 39.
Центрифуга для очистки жидкостей работает следующим образом.
Предварительно ротор 2 заполняется рабочей жидкостью через штуцер нижнего уплотнения 7. После этого включается приводной электродвигатель 3. Центробежная муфта 5 обеспечивает плавный набор оборотов ротора до 6500 об/мин примерно за 45 секунд.
При вращении ротора скоростной напор в воздушном кольцевом зазоре 17, воспринимаемый трубкой 15, создается непосредственно потоком воздуха в пристеночной области ротора. По мере нарастания оборотов ротора разность давлений в трубках 15 и 16 возрастает и начинает воздействовать на диафрагму 12. После выхода ротора на рабочие обороты перепад давлений достигает своего максимума, и ход диафрагмы обеспечивает срабатывание микровыключателя 18. Этот сигнал о факте выхода ротора на рабочие обороты включает внешний питающий насос (на чертежах не показан).
В процессе очистки жидкость через штуцер нижнего уплотнения 7 и основной подводящий канал 32 поступает через сверления 38 в три канала 37 для подвода жидкости. Затем, пройдя через вырезы 36 в проставочных шайбах, жидкость разделяется на тонкие слои в межтарельчатых пространствах 28. За счет центробежных сил жидкость освобождается от частиц, удельный вес которых превышает удельный вес очищаемой жидкости. Эти частицы оседают на внутренних поверхностях конических тарелок и затем транспортируются далее по ним и через зазор 41 до внутренней поверхности цилиндрической обечайки 21. Поток жидкости делает поворот на 180 градусов для входа в межтарельчатые пространства 29, откуда через другие вырезы 36 в смежной проставочной шайбе поступает в продольные каналы 39 и далее по сверлениям 40 попадает в основной отводящий канал 33. Освобожденная от примесей и воды за счет центробежных сил и за счет эффекта торможения потока около кромки тарелки меньшего диаметра, очищенная жидкость через верхнее уплотнение 6 поступает в емкость готовой продукции или в промежуточную емкость для повторного сепарирования. Гарантированное конструкцией пакета вставок прохождение всего потока жидкости через периферию конических тарелок, т.е. через зону с максимальной величиной фактора разделения, обеспечивает высокую степень очистки жидкости. При начальном загрязнении жидкости около 15 класса по ГОСТ 17216-01 центрифуга обеспечивает чистоту на выходе не хуже 5 класса примерно через 10 минут работы при расходе 100 л/мин. Автоматическое определение количества и размеров частиц загрязнений производилось оптическим аналитическим прибором ГРАН-152, снабженным портативным принтером для регистрации результатов гранулометрического анализа.
При расходах 80-100 л/мин перепад давления на центрифуге находится в пределах 2,5-3,0 кгс/кв.см. В конкретной реализации полезной модели фильтрующий пакет содержит 230 конических тарелок толщиной 0,5 мм каждая и 231 проставочную шайбу (толщина каждой 0,8 мм). Внутренний диаметр обечайки 21 был расточен в размер 216 мм, а технологический зазор 41 составил 6 мм. После сборки пакет обжат усилием 5-8 тонн для предотвращения щелевой фильтрации между пластинами.
Из описания конструкции и работы заявляемой полезной модели видны ее следующие основные достоинства:
- конструкция пакета вставок ротора центрифуги обеспечивает гарантированное прохождение всего потока жидкости через периферию конических тарелок, т.е. через зону максимального воздействия фактора разделения жидкости на фугат и отличающиеся по плотности воду и частицы неорганических загрязнений;
- осуществляется постоянный бесконтактный контроль факта вращения ротора центрифуги, что предотвращает прорыв неокончательно отделенных загрязнений в выходную линию центрифуги при снижении скорости вращения ротора;
- данная центрифуга обладает способностью к восстановлению работоспособности после промывки пакета вставок и внутренней поверхности обечайки во время регламентных работ как при неподвижном, так и при вращающемся роторе;
- чередование диаметра смежных конических тарелок создает эффект торможения потока, что приводит к уменьшению более чем в два раза скорости обтекания жидкостью кромки тарелки меньшего диаметра и увеличению доли отделяемых загрязнений.
Источники информации:
1. Белянин П.Н. Центробежная очистка рабочих жидкостей авиационных систем. М., Машиностроение, 1976 год.
2. Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. М., Химия, 1987 год.
3. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического природоохранного оборудования. Калуга. 2006 г.
4. Залманзон Л.А. Аэродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. М., Наука, 1973 г.
5. Патент США №4071118. кл. 233/29. опубл. 31.01.1978 г. Центробежный сепаратор.
6. Авторское свидетельство СССР, №418215. кл. B04B 1/08, 1974 г. Сепаратор для разделения суспензий.
7. Авторское свидетельство СССР, №581997, кл. B04B 1/04, 1977 г. Центрифуга для очистки жидкостей.
8. Авторское свидетельство СССР, №1132983, кл. B04B 1/08, 1985 г. Ротор центробежного сепаратора.
9. Патент РФ №2191635, кл. B04B 1/08, 2002 г. Центрифуга.
10. ГОСТ 16887-82. Разделение жидких неоднородных систем методами фильтрации и центрифугирования.
11. ГОСТ 17216-2001. Чистота промышленная. Классы чистоты жидкостей.