ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЦЕНТРИФУГА

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей в центробежном поле и может найти применение в химической, микробиологической, фармакологической, металлургической, строительной, энергетической, машиностроительной, атомной и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных шламовых вод промпредприятий и коммунальных служб.
В известных конструкциях фильтрующих центрифуг, состоящих из перфорированного ротора с закрепленным на его боковой поверхности фильтровальным материалом, предусматривается непрерывное срезание осадка с помощью ножа, скребка, диска, шнека, поршня и т.п. с последующей транспортировкой осадка механическими средствами или сжатым воздухом [Соколов В.И. Центрифугирование. - М.: Химия, 1976, с. 312-350].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, так как при механическом срезании осадка в поры фильтровального материала втираются частицы тонкодисперсной фазы, уплотненной центробежной силой, что приводит к необходимости остановки центрифуги на регенерацию фильтровального материала и снижению скорости фильтрования.
Известна центрифуга для обезвоживания навоза, содержащая корпус, расположенный в нем конусообразный перфорированный ротор, вибратор с приводом, патрубки подачи навоза и слива жидкой фазы и средство для регенерации в виде крыльчатки, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, установленном коаксиально валу ротора, при этом крыльчатка связана с приводом вибратора [Авт. св. СССР №1395376, кл. В04В 3/06, 1988].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится снижение производительности во времени из-за недостаточной регенерирующей способности крыльчатки удалять частицы с боковой перфорированной поверхности ротора, что снижает скорость фильтрования, а также сложность конструкции и эксплуатации, связанная с работой и его привода.
Известная фильтрующая центрифуга для очистки высоковязких жидкостей в центробежном поле, содержащая корпус, расположенный в нем перфорированный ротор, привод вращения ротора, патрубки подачи суспензии и слива жидкой фазы и средство регенерации, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, связанном с отдельным приводом, при этом средство для регенерации выполнено в виде валика, имеющего форму овала или многогранника, а его вал установлен параллельно боковой поверхности ротора [Патент №2116139, В04В 3/00, В04В 15/16, 1998].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, особенно при фильтровании высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей, так как гидроудары обратного потока фильтрата, образующиеся в гидроклине между наружными поверхностями ротора и валика, являющего средством для регенерации, способствуют только удалению уловленных частиц из пор перфорированного ротора и не разрушают структуру высоковязких структурированных жидкостей и не уменьшают эффективную вязкость неньютоновских жидкостей, что в целом не обеспечивает высокой скорости фильтрования известной конструкции фильтрующей центрифуги.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятым за прототип является фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, расположенный в нем перфорированный ротор, привод вращения ротора, патрубки подачи суспензии и слива жидкой фазы и средство для регенерации, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, связанном с отдельным приводом, при этом средство для регенерации выполнено в виде валика, имеющего форму овала, а его вал установлен параллельно боковой поверхности ротора, и сама фильтрующая центрифуга и приводы закреплены на платформе, закрепленной на цилиндрических пружинах [П. м №172712, В04В 3/06, 2017].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится гигантская масса платформы, закрепленной на цилиндрических пружинах. Соответственно увеличивается упругость пружин, а уменьшается амплитуда колебания и скорость регенерации. Это уменьшает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции фильтрующей центрифуги является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, расположенный в нем перфорированный ротор, привод вращения ротора, патрубки подачи суспензии и слива жидкой фазы и средство для регенерации, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, связанном с отдельным приводом, при этом средство для регенерации выполнено в виде валика, имеющего форму овала, а его вал установлен параллельно боковой поверхности ротора, причем второй конец вала валика закреплен в подшипнике, установленном на опоре, а отдельный привод валика и обе его опоры закреплены на цилиндрических пружинах, упругость каждой из которых определяется выражением:
а
где  - упругость цилиндрической пружины, Н/м;
ω - скорость вращения отдельного привода, об/с;
n - число пружин, на которых установлен валик;
m - общая масса валика, его вала с отдельным приводом и опорами, кг.
Закрепление второго конца вала валика в подшипнике, установленном на опоре, и закрепление отдельного привода валика и обоих его опор на цилиндрических пружинах обеспечивает уменьшение на порядок общей массы системы, закрепленной на цилиндрических пружинах. Соответственно уменьшается упругость пружин и повышается амплитуда колебаний и скорость регенерации. Это увеличивает производительность.
Выполнение пружин с упругостью, соответствующей выражению (1) обеспечивает резонансный режим колебания валика с большой амплитудой, что еще в большей степени способствует увеличению скорости регенерации, а значит и производительность.
На фиг. 1 изображена схема общего вида предлагаемой конструкции фильтрующей центрифуги в разрезе, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А овального валика средства для регенерации.
Фильтрующая центрифуга содержит корпус 1, расположенный в нем перфорированный ротор 2, привод вращения ротора 3, патрубки подачи 4 исходной суспензии и слива 5 фильтрата, средство для регенерации боковой поверхности ротора 2 в виде валика 6, установленного на валу 7 параллельно боковой поверхности ротора 2. Валик 6 с валом 7 размещены в зазоре между боковой поверхностью ротора 2 и корпуса 1. Вал 7 связан с отдельным приводом вращения 8. Валик 6 и вал 7 установлены осесимметрично, как показано на фиг. 2; валик 6 имеет форму овала (фиг. 2). Второй конец вала 7 валика 6 закреплен в подшипнике, установленном на опоре 9, а отдельный привод 8 валика 6 и его опоры 9, закреплены на цилиндрических пружинах 10.
Фильтрующая центрифуга работает следующим образом.
По патрубку 4 подается исходная суспензия, которая под действием центробежного поля равномерно распределяется внутри ротора 2 по его боковой перфорированной поверхности.
Под действием центробежного давления жидкая фаза фильтруется через перфорированную поверхность ротора 2, а частицы осадка накапливаются на его внутренней поверхности, при этом мелкие частицывдавливаются в поры перфорации и заклинивают их. Однако в зазоре между боковой поверхностью ротора 2 и валиком 6 за счет эффекта гидроклина создается противодавление, которое выбирает мелкие частицы, застрявшие в порах перфорированной поверхности ротора 2, одновременно разрушая слой осадка.
Помимо эффекта гидроклина за счет овальной формы валика 6 зазор между боковой поверхностью ротора 2 и валиком 6 при вращении изменяется, что приводит к дополнительному эффекту гидроудара при пульсациях противодавления в этом зазоре, интенсифицирующему процесс регенерации пор боковой поверхности ротора 2. Таким образом, в течение одного оборота ротора 2 вся его боковая поверхность успевает пройти стадию регенерации. Для овального валика 6, установленного осесимметрично с валом 7 (фиг. 2), произойдет за один оборот валика 6 две пульсации противодавления. Слив фильтрата происходит по патрубку 5, а так как упругость пружин 10 соответствует выражению (1), то средство для регенерации, состоящее из валика 6, его вала 7 с отдельным приводом 8 и опорами 9 вращается в резонансном режиме с большой амплитудой, обеспечивающей полную и быструю регенерацию перфорированного ротора 2, что способствует увеличению производительности.
Пример расчета
Масса валика 6 с его валом 7, отдельным приводом 8 и опорами 9 составляет m=70 кг.
Число пружин 10, на которых установлен валик 6 с его валом 7, отдельным приводом 8 и опорами 9,n=4.
Скорость вала 7 отдельного привода 8 ω=57 об/мин или ω=9,5об/с.
Упругость каждой из 4-х пружин 10 согласно выражению (1) равна
.
Частота гидроударов потока фильтрата, образующегося в гидроклине между боковой поверхностью ротора 2 и овальным валиком 6, составит в рассчитываемом случае:
ν=2⋅ω=19 Гц,
где 2 = это число гидроударов, образующихся за один оборот валика 6 в минимальном по размеру зазоре между боковой поверхностью перфорированного ротора 2 и валиком 6.
Собственная частота колебаний фильтрующей центрифуги на цилиндрических пружинах 10 составляет:
.
Таким образом, закрепление второго конца вала 7 валика 6 в подшипнике, установленном на опоре 9, и закрепление отдельного привода 8 валика 6 и обоих его опор 9 на цилиндрических пружинах 10 с упругостью для обеспечения резонансного режима, описываемое выражением (1), позволяет за счет уменьшения на порядок общей массы системы, закрепленной на цилиндрических пружинах, уменьшить упругость пружин, повышать амплитуду колебания и скорость регенерации, что в целом увеличивает производительность.