ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР, ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЭЛЕМЕНТ И НАБОР ИЗНОСОСТОЙКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА
CENTRIFUGAL SEPARATOR, WEAR-RESISTANT ELEMENT AND SET OF WEAR-RESISTANT ELEMENTS FOR CENTRIFUGAL SEPARATOR

Изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему барабан, вращающийся при использовании в направлении вращения, вокруг оси вращения, проходящей в продольном направлении барабана, при этом барабан содержит коническую часть с узким выходным концом, содержащим радиальную поверхность; торцевой элемент, расположенный напротив радиальной поверхности; множество разделительных элементов, проходящих между радиальной поверхностью и торцевым элементом и обеспечивающих выпускные отверстия между соседними разделительными элементами, при этом разделительные элементы проходят в осевом направлении оси вращения и в окружном направлении, перпендикулярно осевому направлению; и износостойкие элементы, покрывающие поверхности выпускных отверстий.
Изобретение далее относится к износостойкому элементу для такого центробежного сепаратора и к набору износостойких элементов для центробежного сепаратора.
Известны износостойкие элементы, устанавливаемые на отверстии для выпуска твердой фазы или тяжелой фазы в центробежном сепараторе, поскольку твердая фаза, отделенная от исходного материала в барабане центробежного сепаратора, в некоторых случаях является абразивной, например, в случае бурового раствора.
В US-A-5 244 584 раскрывается центробежный сепаратор упомянутого типа, в котором имеются L-образные износостойкие элементы для защиты поверхностей разделительных элементов, непосредственно обнаженных относительно вытекающей твердой фазы. Ножка L-образного элемента, закрывающая переднюю поверхность разделительного элемента, заходит за внешнюю поверхность барабана. L-образный элемент крепится болтом, проходящим через разделительный элемент и вставленным в L-образный элемент снаружи, и L-образный элемент имеет такие размеры, чтобы его можно было вставить и закрепить без разборки барабана. L-образные элементы имеют сложную конструкцию, требующую сборки множества деталей.
Барабан обычно размещают в кожухе с отсеками, принимающими материал, выходящий из выходных отверстий барабана, например, твердую фазу. Твердая фаза может накапливаться в приемном отсеке, пока она не достигнет внешней поверхности барабана у выходных отверстий, что приводит к истиранию барабана. Ножка L-образного элемента, выходящая за пределы внешней поверхности барабана, может работать как скребок для уменьшения этой проблемы. L-образные элементы изготовлены из нескольких деталей и поэтому имеют усложненную конструкцию.
В US-B-7 374 529 раскрывается другой центробежный сепаратор вышеупомянутого типа, в котором в выпускные отверстия снаружи вставлены U-образные износостойкие элементы, которые снаружи прикреплены болтами, вставленными через внешние фланцы U-образного элемента, и закреплены в материале барабана. Поэтому болты должны противодействовать центробежной силе, действующей на U-образный элемент. U-образные элементы выходят за внешнюю поверхность барабана и между U-образными элементами к внешней стороне разделительных элементов, с помощью болтов, противодействующих центробежной силе, прикреплены проставки. Поскольку материал, используемый для износостойких элементов, обычно является хрупким, применение болтов, проходящих через износостойкие элементы снаружи, может привести к возникновению проблем, связанных с прочностью.
Задачей настоящего изобретения является устранение или уменьшение описанных выше проблем.
Это достигается тем, что износостойкие элементы содержат втулочный элемент с участком рубашки, окружающей соответствующий разделительный элемент по меньшей мере вокруг существенной части его окружной протяженности для предотвращения извлечения втулочного элемента в направлении, перпендикулярном осевому направлению. Тем самым устраняется необходимость в болтах, проходящих через износостойкий элемент снаружи для противодействия центробежной силе, поскольку втулочные элементы прочно удерживаются на разделительных элементах. Придание износостойким элементам формы втулок влечет необходимость устанавливать износостойкие элементы на разделительных элементах до того, как торцевой элемент центробежного сепаратора будет собран с конической частью барабана, и, соответственно, для извлечения и замены износостойких элементов потребуется разборка. Однако при использовании высококачественного износостойкого материала его замера потребуется через такие длительные промежутки времени, что этот недостаток теряется на фоне преимуществ настоящего изобретения.
В одном варианте участок рубашки втулочного элемента выполнен трубчатым и по окружности полностью окружает разделительный элемент. Этим достигается эффективная защита внешней поверхности разделительных элементов от истирания.
В другом варианте участок рубашки втулочного элемента имеет С-образное сечение, перпендикулярное осевому направлению. Далее, износостойкие элементы, предпочтительно, содержат множество пластинчатых элементов, каждый их которых покрывает часть радиальной поверхности. Тем самым достигается простота конструкции, облегчающая применение высококачественных износостойких материалов, таких как карбид вольфрама.
В одном варианте на одном конце втулочного элемента имеется фланец, упирающийся в радиальную поверхность и закрывающий часть этой радиальной поверхности. Предпочтительно, на радиальную поверхность между соседними втулочными элементами установлен пластинчатый элемент, и кромки фланцев втулочных элементов перекрывают (расположены внахлест) кромки пластинчатых элементов. За счет этого пластинчатые элементы удерживаются прижатыми к радиальной поверхности втулочными элементами. Предпочтительно, пластинчатые элементы имеют суженный участок, и фланцы сконфигурированы для зацепления с суженным участком и крепления пластинчатых элементов благодаря нахлесту и суженному участку. За счет этого пластинчатые элементы удерживаются также в обоих радиальных направлениях.
В одном из вариантов пластинчатые элементы соответственно содержат отверстие, через которое проходит разделительный элемент, и кромка пластинчатого элемента заходит на соседнюю кромку соседнего пластинчатого элемента. Предпочтительно, пластинчатый элемент содержит отверстие для крепежного элемента, а отверстие для разделительного элемента выполнено с возможностью приема конца втулочного элемента. Благодаря тому, что разделительный элемент, а затем и втулочный элемент соответственно проходит через и входит в отверстие в пластинчатом элементе, этот пластинчатый элемент удерживается в противодействие центробежной силе разделительным элементом вместе с втулочным элементом. Предпочтительно пластинчатые элементы в этом варианте закреплены, например, с помощью клея на плоском стальном кольце с соответствующими гнездами и отверстиями, при этом это стальное кольцо с пластинчатыми элементами прикреплено, например, болтами, вставленными в эти отверстия и затянутыми относительно ободов отверстий в стальном кольце, но не затянутыми относительно отверстий в ободах отверстий в пластинчатых элементах, поскольку диаметр отверстий в пластинчатых элементах больше, чем диаметр отверстий в стальном кольце. Крепежный элемент, например болт, вставленный через отверстие в пластинчатом элементе, будет активно удерживать только пластинчатый элемент, если клеевое соединение разрушится, и будет удерживать пластинчатый элемент в основном в осевом направлении, в котором действующая на пластинчатый элемент сила невелика по сравнению с центробежной силой.
В одном из вариантов вогнутая кромка износостойкого элемента, закрывающего часть радиальной поверхности, содержит выступ, поднимающийся от плоскости износостойкого элемента, при этом выступ проходит вокруг внутренней кромки конической части, примыкающей к радиальной поверхности для защиты этой внутренней кромки. Таким образом обеспечивается защита внутренней кромки конической части, примыкающей к радиальной поверхности.
Предпочтительно износостойкие элементы содержат карбид вольфрама.
Предпочтительно разделительные элементы и, соответственно, участок рубашки втулочных элементов, имеют некруглое сечение, перпендикулярное осевому направлению, предотвращающее вращение втулочных элементов вокруг разделительных элементов.
Предпочтительно участок рубашки надет на разделительный элемент со скользящей посадкой и зазоры между участком рубашки и разделительным элементом заполнены заполняющим материалом. Скользящая посадка позволяет не допустить напряжений, которые могли бы привести к разрушению втулочного элемента, а применение заполняющего материала, например клея, позволяет равномерно распределять силы, действующие между участком рубашки и разделительным элементом.
Задача настоящего изобретения далее достигается с помощью износостойкого элемента для центробежного сепаратора по настоящему изобретению, имеющего форму втулочного элемента, имеющего участок рубашки для окружения соответствующего разделительного элемента по меньшей мере вокруг существенной части окружности этого разделительного элемента для предотвращения извлечения втулочного элемента в направлении, перпендикулярном осевому направлению, и с помощью набора износостойких элементов для центробежного сепаратора, содержащего набор втулочных элементов, имеющих участок рубашки для окружения по меньшей мере существенной части окружной протяженности разделительного элемента для предотвращения извлечения втулочного элемента в направлении, перпендикулярном осевому направлению, и пластинчатых элементов для закрывания части радиальной поверхности между соседними втулочными элементами.
Далее следует более подробное описание примера настоящего изобретения со ссылками на приложенные схематические чертежи, где приведено:
Фиг.1 - центробежный сепаратор без новых признаков по настоящему изобретению.
Фиг.2 - частичный вид под углом узкого конца конической части барабана и торцевого элемента, оснащенного износостойкими элементами по варианту настоящего изобретения.
Фиг.3 - сечение втулочного элемента, установленного на разделительный элемент.
Фиг.4 - вид под углом второго варианта втулочного элемента.
Фиг.5 - вид под углом второго варианта пластинчатого элемента.
Фиг.6 - вид сверху пластинчатого элемента по фиг.5.
Фиг.7 - сечение по линии VII-VII на фиг.6.
Фиг.8 - пластинчатые элементы по второму варианту, собранные в кольцо, и
Фиг.9 - вид под углом третьего варианта.
Вращающееся тело 1 центробежного сепаратора или декантерной центрифуги, схематически показанное на фиг.1, содержит барабан 2 и шнековый транспортер 3, которые установлены на валу 4 так, чтобы при работе их можно было вращать вокруг горизонтальной оси 5 вращения, при этом ось 5 вращения проходит в продольном направлении барабана 2. Далее, вращающееся тело 1 имеет радиальное направление 5а, проходящее перпендикулярно продольному направлению.
Для упрощения в настоящем описании используются обозначающие направления термины "вверх" и "вниз", которые соответствуют радиальным направлениям к оси вращения и от оси вращения, соответственно.
Барабан 2 содержит пластину 6 основания, расположенную на одном продольном конце барабана 2, и эта пластина 6 основания имеет внутреннюю сторону 7 и внешнюю сторону 8. В пластине основания выполнено множество каналов 9 для выхода жидкой фазы, имеющие внешние отверстия на внешней стороне 8 пластины основания. Кроме того, на конце барабана 2, противоположном пластине 6 основания, имеются отверстия 10 для вывода твердой фазы.
Шнековый транспортер 3 содержит впускные отверстия 11 для подачи исходного материала, например шлама, во вращающееся тело 1, при этом шлам содержит легкую или жидкую фазу 12 и тяжелую или твердую фазу 13. При вращении вращающегося тела 1, как описано выше, происходит разделение жидкой фазы 12 и твердой фазы 13. Жидкая фаза 12 выводится через выпускные каналы 9 в пластине 6 основания, а шнековый транспортер 3 транспортирует твердую фазу 13 к выпускным отверстиям 10 для твердой фазы, через которые в итоге твердая фаза 13 и выгружается. Описанный здесь центробежный сепаратор по фиг.1, без деталей, относящихся к отверстиям 10 для выгрузки твердой фазы, относится к предшествующему уровню техники.
На фиг.2 более подробно показана область вокруг отверстий для выгрузки твердой фазы или выпускных отверстий 10, где показан узкий конец 15 конической части 17 барабана 2. Этот узкий конец 15 имеет радиальную поверхность 19, покрытую износостойкими элементами по первому варианту настоящего изобретения. Торцевой элемент 21 центробежного сепаратора имеет участок 23 фланца, в котором выполнены сквозные отверстия 25 под болты (не показаны), а между радиальной поверхностью 19 и участком 23 фланца находятся разделительные элементы 27 (см. фиг.3). Непоказанные болты вставляются в отверстия 25 и в сквозные отверстия 28 в разделительных элементах 27 для закрепления в конической части 17, чтобы установить торцевой элемент 21 на конической части 17. Разделительные элементы 27 могут быть выполнены интегрально с конической частью 17 или с торцевым элементом 21 либо они могут быть отдельными элементами.
Между разделительными элементами 27 имеются выпускные отверстия 10. Выпускные отверстия 10, показанные на фиг.2, снабжены износостойкими элементами по первому варианту изобретения.
В первом варианте втулочные элементы 29 имеют трубчатый участок 31 рубашки, окружающий соответствующий разделительный элемент 27. Разделительные элементы 27 в показанном варианте, хотя и не являются круглыми, имеют цилиндрическую форму и, соответственно, трубчатый участок рубашки 31 также имеет цилиндрическую форму, чтобы сопрягаться с разделительным элементом. Однако разделительные элементы и соответствующие трубчатые участки рубашки могут быть коническими, предпочтительно, с небольшой конусностью.
На трубчатом участке 31 рубашки втулочного элемента 29 на конце, примыкающем к радиальной поверхности 19, имеется фланец 33, упирающийся в эту радиальную поверхность.
Между соседними втулочными элементами 29 на радиальной поверхности 19 установлены пластинчатые элементы 35. Пластинчатые элементы имеют форму песочных часов с суженным участком 37. Далее, соседние кромки 39 фланцев 33 и пластинчатых элементов расположены уступом, в результате кромки фланцев 33 перекрывают кромки пластинчатых элементом 35 (расположены внахлест). Поэтому фланцы 33 крепят пластинчатые элементы 35 благодаря этому нахлесту и форме песочных часов суженного участка 37. Втулочные элементы 29, в свою очередь, закреплены путем посадки на разделительные элементы 27 между радиальной поверхностью 19 и участком 23 фланца. Для заполнения зазора между износостойкими элементами и соседними поверхностями барабана, включая торцевой элемент и, особенно, разделительные элементы, используют цемент и т.п. Такой заполнитель способствует креплению износостойких элементов и препятствует дребезжанию.
Вариант, показанный на фиг.2 далее содержит отдельные угловые элементы 41, прикрепленные клеем для защиты от износа внутренней кромки конической части 17, примыкающей к радиальной поверхности 19.
На фиг.4-8 показан второй вариант износостойких элементов, которые можно устанавливать в выпускные отверстия 10 в качестве альтернативы втулочным элементам 29 и пластинчатым элементам 35.
Этот второй вариант содержит цилиндрические втулочные элементы 43 и пластинчатые элементы 45. Как указывалось в связи с первым вариантом, втулочные элементы могут быть более или менее коническими для соответствия форме разделительных элементом 27. Эти элементы по второму варианту адаптированы к тому же центробежному сепаратору, что и элементы по первому варианту, и сечение втулочного элемента 43 по второму варианту может быть идентичным сечению трубчатого участка рубашки втулочного элемента 29 по первому варианту, показанному на фиг.3. Втулочный элемент 43 на одном конце имеет выступы 47а, 47b, которые вставляются в углубления (не показаны) в участке фланца 33.
Пластинчатые элементы 45 по второму варианту выполнены с возможностью формировать кольцо (см. фиг.8), закрывающее радиальную поверхность 19. Пластинчатый элемент 45 имеет отверстие 49, форма которого позволяет принимать втулочный элемент 25 со скользящей посадкой. Рядом с отверстием 49 в пластинчатом элементе 45 имеется отверстие 51 с углубленной кромкой 51а для приема крепежного элемента, например болта (не показан).
Пластинчатый элемент 45 имеет вогнутую кромку 53 с выступом 55, поднимающимся от плоскости поверхности 57, упираясь в радиальную поверхность 19, когда пластинчатый элемент установлен на место, при этом выступ 55 проходит вокруг внутренней кромки конической части 17, примыкающей к радиальной поверхности 19, защищая эту внутреннюю кромку. Соответственно, этот выступ 55 аналогичен отдельным угловым элементам 41 по первому варианту.
На обоих концах вогнутой кромки 53 пластинчатый элемент имеет ступенчатую кромку 59, 61, и эти ступенчатые кромки ориентированы противоположно друг другу так, что кромка 59, расположенная рядом с отверстием 51 одного пластинчатого элемента 45а, может заходить на кромку 61, расположенную рядом с отверстием 49 соседнего пластинчатого элемента 45b, когда пластинчатые элементы собраны для формирования кольца на радиальной поверхности 19.
Установка пластинчатых элементов 45 выполняется в следующем порядке. Пластинчатые элементы 45 собирают в кольцо, как показано на фиг.8, на плоском стальном кольце (не показано). Стальное кольцо содержит отверстия, которые соответствуют отверстиям 49, через которые проходят разделительные элементы 27, и отверстия, соответствующие отверстиям 51, но имеющие меньший диаметр. Пластинчатые элементы 45 крепятся к стальному кольцу, например клеем, и стальное кольцо крепят к радиальной поверхности 19 узкого конца барабана центробежного сепаратора болтами, головки которых имеют такую форму, чтобы болт притягивался к ободу отверстия в стальном кольце, не упираясь в углубленную кромку 51а отверстия 51 в пластинчатом элементе, а только заходя на нее. Головки болтов утоплены в отверстиях для защиты от износа. Заходя на углубленную кромку 51а, головка болта крепит пластинчатый элемент, предотвращая его выпадение в случае разрушения клеевого соединения. Ступенчатая кромка 59 одного пластинчатого элемента, закрепленного болтом, вставленным в отверстие 51, крепит противоположную ступенчатую кромку 61 соседнего пластинчатого элемента 45b, если клеевое соединение разрушится.
На фиг.9 показан вид под углом четырех элементов по третьему варианту, а именно два втулочных элемента 63 и два пластинчатых элемента 65. В этом варианте объединены различные признаки первого и второго вариантов с некоторыми новыми признаками. Так, втулочные элементы 63 содержат участок 67 рубашки С-образного сечения. Когда втулочный элемент установлен на место, участок 67 рубашки окружает разделительный элемент достаточно, чтобы предотвратить выпадение втулочного элемента в направлении, перпендикулярном осевому направлению.
Кроме того, некруглое сечение внутренней стенки 69 втулочного элемента, которое соответствует сечению разделительного элемента, предотвращает вращение втулочного элемента 63 вокруг разделительного элемента. Это относится также и к первому, и второму вариантам, описанным выше.
Втулочный элемент 63, как и втулочный элемент по первому варианту, имеет фланец 71, предназначенный для упора в радиальную поверхность узкого конца барабана центробежного сепаратора. Пластинчатые элементы 65 и втулочные элементы в этом третьем варианте имеют прямые заходящие одна на другую соседние кромки. Так, пластинчатый элемент 65 имеет ступенчатые кромки 73, и втулочный элемент имеет наложенные ступенчатые кромки 75. Таким образом, когда втулочные элементы установлены на место, они крепят пластинчатые элементы в осевом направлении и в направленном вниз радиальном направлении. Втулочный элемент 63 и пластинчатый элемент 65 далее на своих вогнутых кромках имеют соответствующие выступы 79, 81, поднимающиеся от плоскости примыкающих поверхностей 83, 85, соответственно. Эти выступы 79, 81 соответствуют выступам 55 пластинчатых элементов 45 по второму варианту.
Прямые наложенные одна на другую кромки 73 и 75 проходят вдоль концов выступов 79, 81 и, таким образом, втулочные элементы 63 также крепят пластинчатые элементы 65 в направленном вверх радиальном направлении.
Следует отметить, что возможны и другие комбинации признаков этих трех вариантов настоящего изобретения. Например, в третьем варианте можно использовать трубчатые участки рубашек, окружающие разделительные элементы полностью, как и в первом варианте.