ШНЕК ОСАДИТЕЛЬНОЙ ЦЕНТРИФУГИ

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных материалов. Одним из наиболее динамично развивающихся типов разделительного оборудования являются непрерывно действующие осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка, которые широко применяются в химической, гидрометаллургической, горнодобывающей промышленности.
Поверхность любого устройства, взаимодействующая с гидросмесями со значительным количеством твердых частиц, нуждается в эффективной защите от абразива т.к. подвергается абразивному износу. При длительной эксплуатации осадительной центрифуги изнашивание поверхности шнека сопровождается снижением эксплуатационных показателей. Износ поверхности ленточной спирали шнека требует их полной замены, что повышает себестоимость производимой продукции. Важнейшей инженерной задачей является повышение эксплуатационной надежности и работоспособности основного конструктивного элемента осадительной центрифуги - шнека, а именно поверхности ленточной спирали, за счет повышения стойкости к гидроабразивному изнашиванию.
Современные технологии располагают достаточным количеством способов защиты от абразивного износа: наплавка износостойким материалом, газоплазменное напыление твердосплавными порошками, приваривание отдельных сегментов с наплавкой композиционным материалом, напайка твердосплавных пластин непосредственно на изнашиваемую поверхность и др.
Известна конструкция шнека осадительной центрифуги [Патент RU №2181075, МПК В04В 1/20, 11/02, 10.04.2002], содержащего барабан, имеющий впускное отверстие для распределяемого материала, укрепленную на нем по меньшей мере одну спираль и между ее витками - направляющую перегородку, расположенную в зоне между впускными отверстиями и выпускными отверстиями тяжелой фракции с зазором относительно ротора и имеющую высоту меньше чем высота витка спирали, и переферийную часть описывающую при вращении шнека огибающую поверхность.
Недостатком данной конструкции является низкая стойкость к гидроабразивному изнашиванию поверхности ленточной спирали шнека, приводящая к снижению эксплуатационной надежности.
Известна конструкция высокопроизводительной осадительно-фильтрующей центрифуги американской фирмы «Decanter Machine Inc.», предназначенной для обезвоживания каменноугольной пыли после гидротранспортирования [Борц М.А., Бочков Ю.Н., Зарубин Л.С. «Шнековые осадительные центрифуги для угольной промышленности». Изд-во «Недра», М., 1970]. Она содержит полый цилиндроконический ротор, внутри которого соосно размещен полый барабан с закрепленной на его наружной поверхности ленточной спиралью, соскребающей слой осадка с внутренней поверхности ротора. Ленточная спираль испытывает со стороны абразивного осадка противодействие в основном на наружную кромку и частично на атакующую поверхность, обращенную и сторону выгрузки. Поэтому для упрочнения поверхности шнека центрифуги ленточная спираль с торца и с атакующей стороны защищена керамическими пластинами трапециевидной формы, прикрепленными с помощью водостойкой клеевой композиции.
Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и ненадежность крепления защитных пластин, не обладающих высокой стойкостью к абразивному изнашиванию.
Известна конструкция шнека центрифуги с упрочненной поверхностью лопастей, подвергаемых абразивному износу в процессе эксплуатации [Патент RU №2718599, МПК В23Р, 6/00, C21D, 1/38 08.04.2020]. Упрочнение осуществляют методом электроэрозионного легирования до достижения заданной твердости. Технический результат заключается в отсутствии коробления, повышении твердости и износостойкости восстановленных и упрочненных деталей в условиях интенсивного абразивного износа, возможности использования в качестве восстановительного материала износостойких металлов с любой степенью свариваемости, небольшой расход электроэнергии и экологическая безопасность.
Недостатком данной конструкции является дороговизна компонента состава для модифицирования и недостаточная стойкость поверхности лопастей шнека к гидроабразивному изнашиванию.
Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция шнека для транспортировки осадка в составе осадительной центрифуги [Патент SU №1126328 А, МПК В04В 1/20, 30.11.1984], содержащий барабан и укрепленную на нем спираль, поверхность которой обращенная в сторону, противоположную к окнам для выгрузки осадка, покрыта упрочняющим материалом. Применение покрытия позволяет увеличить производительность осадительной центрифуги по осадку.
Недостатком данной конструкции является низкая стойкость к гидроабразивному изнашиванию поверхности ленточной спирали шнека, приводящая к снижению эксплуатационной надежности.
Задачей полезной модели является упрочнение поверхности ленточной спирали шнека осадительной центрифуги за счет увеличения микротвердости для повышения гидроабразивной стойкости и эксплуатационной надежности.
Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхностного слоя ленточной спирали шнека осадительной центрифуги в результате лазерной импульсной обработки на воздухе.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции шнека осадительной центрифуги, содержащей барабан с окнами для выгрузки фугата и осадка, и размещенную на его наружной поверхности ленточную спираль с покрытием, выполненную из нержавеющей стали и обращенную в сторону противоположную окнам для выгрузки осадка, согласно новому техническому решению, покрытие выполнено в виде упрочненного слоя, нанесенного на 1/3 поверхности спирали, начиная от края кромки в направлении к месту соединения с барабаном, и кромку спирали, при этом толщина слоя составляет 220-270 мкм, а микротвердость 5-7 ГПа.
Конструкция шнека осадительной центрифуги может быть изготовлена из нержавеющей хромоникелевой стали путем проката, механической обработки и соединения ленточной спирали с барабаном методом сварки. Лазерная импульсная обработка поверхностного слоя ленточной спирали шнека осадительной центрифуги осуществляется на воздухе. Описание конструкции.
На фигуре приведена предлагаемая конструкция полезной модели, где позициями обозначены: 1 - барабан, 2 - окна для выхода суспензии в ротор (на фиг. не показано), 3 - отверстие внутри барабана для питающей трубы (на фиг. не показана), 4 - ленточная спираль, 5 - кромка ленточной спирали, 6 - упрочненный поверхностный слой.
Шнек осадительной центрифуги (фиг.) состоит из барабана 1 с окнами 2 для выхода в ротор (на фигуре не показано) суспензии, подаваемой через отверстие 3 внутри барабана 1. Барабан 1 имеет укрепленную на нем ленточную спираль 4 с кромкой 5, обращенную в сторону противоположной окнам для выгрузки осадка (на фигуре не показано). На поверхности ленточной спирали 4 и кромки 5 имеется упрочненный поверхностный слой 6, который нанесен на 1/3 часть ленточной спирали 4 от края кромки в направлении к месту соединения с барабаном 1 и имеет толщину 220-270 мкм. Упрочненный поверхностный слой 6 поверхности ленточной спирали 4 полученный в результате лазерной импульсной обработки на воздухе, имеет высокую микротвердость в диапазоне значений 5-7 ГПа, тем самым обеспечивает стойкость к гидроабразивному изнашиванию и повышенную эксплуатационную надежность.
Устройство работает следующим образом.
Через цилиндрическое отверстие 3 и окна 2 барабана 1 в ротор (на фиг. не показано) подают с заданным расходом исходную суспензию с твердыми частицами, обладающими абразивными свойствами. Под действием центробежной силы суспензия разделяется на твердую и жидкую фазы. Твердые частицы, как более плотные по сравнению с жидкостью, оседают на внутренней поверхности вращающегося ротора (на фигуре не показано), и транспортируются по ленточной спирали 4 к окнам для выгрузки осадка и фугата (на фиг. не показано). Применение упрочненного поверхностного слоя 6 на кромке 5 и поверхности ленточной спирали 4 позволяет увеличить производительность и эксплуатационную надежность шнека осадительной центрифуги за счет повышения стойкости к гидроабразивному изнашиванию.
Исследования показали, что оптимальными значениями параметров проведения процесса лазерной импульсной обработки нержавеющей стали являются следующие: энергия лазерных импульсов Е=0,75-1,12 Дж; диаметр сфокусированного лазерного пятна d=0,7 мм; длительность импульсов t=0,6 мс. При уменьшении значений указанных параметров эффект упрочнения не наблюдается, а при их превышении упрочненный слой, полученный в результате лазерной импульсной обработки, характеризуется повышенной склонностью к трещинообразованию и сильным оплавлением поверхности. В указанном диапазоне параметров лазерной импульсной обработки происходит формирование упрочненого слоя толщиной 220-270 мкм с величиной микротвердости 5-7 ГПа (тогда как микротвердость не модифицированной поверхности нержавеющей хромоникелевой стали не превышает 1,7-1,8 ГПа), что обеспечивает повышение стойкости к гидроабразивному изнашиванию не менее чем на 30%.
Таким образом, предложенная конструкция шнека осадительной центрифуги, имеющая на поверхности ленточной спирали упрочненный слой с повышенной стойкостью к гидроабразивному изнашиванию, обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность и позволяет осуществлять разделение суспензии с большим содержанием твердой фазы, не снижая производительности, а также значительно увеличить срок эксплуатации без восстановительного ремонта.