УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к области разделения неоднородных систем в поле действия центробежных сил и может быть использована для очистки масел, топлив и технологических жидкостей от механических загрязнений и воды в станкостроительной, авиационной, энергетической, газонефтедобывающей, химической, автомобильной и других отраслях промышленности.
Известен центробежный очиститель по а.с. СССР №1554982, кл. В04В 13/00 от 18.05.1987 г., опубл. 07.04.1990 г., Бюл. №13, содержащий закрепленную в корпусе вертикальную ось и установленный на оси ротор с гидроприводом. Указанный очиститель не имеет тонкослойной вставки (тарельчатой или другого типа), что обуславливает низкое качество очистки жидкостей и делает возможным применение очистителя только для грубой, предварительной очистки жидкостей от крупных частиц загрязнений.
Известен центробежный очиститель жидкостей (принят за прототип) по полезной модели №14857 от 30.08.1999 г., кл. 7 В04В 15/00, опубл. 10.09.2000 г., Бюл. №25. Очиститель содержит установленный на неподвижной полой оси ротор, содержащий колпак и установленный на тарелкодержателе пакет тарелок, а также закрепленный на полой оси напорный диск. В собранном очистителе пакет тарелок сверху поджимается колпаком, обеспечивая пакету тарелок требуемую жесткость и необходимый зазор между тарелками.
3
3
Указанный очиститель, имеющий соотношение высоты и диаметра пакета тарелок равное 1,1 при диаметре пакета 150 мм и диаметре напорного диска 80 мм, с 1999 г. широко применяется в стендах очистки жидкостей типа СОГ, обеспечивая качество очистки турбинных масел с производительностью до 2,5 м/ч и дизельных топлив с производительностью до 3 м/ч соответственно до 9 и 6-го класса чистоты по ГОСТ 17216-2001. Однако такой производительности становится недостаточно при необходимости очистки больших (десятки куб. м) объемов жидкостей. Кроме того, после сборки очистителя невозможно проконтролировать достаточность прижатия пакета тарелок колпаком. В случае утери в процессе сборки одной или нескольких тарелок пакет будет недостаточно сжат, что приведет к увеличению зазора между тарелками и, вследствии этого, к необходимости снижения производительности для обеспечения требуемого качества очистки.
Для повышения производительности при сохранении того же качества очистки наиболее рациональным путем, не требующим значительного изменения конструкции уже отработанного и серийно выпускающегося очистителя, является увеличение высоты пакета тарелок пропорционально увеличению производительности. При выборе такого пути необходимо решить ряд проблем.
Во-первых, применение колпака для прижатия увеличенного пакета тарелок становится нецелесообразным, поскольку при сборке очистителя необходимо будет прикладывать значительные усилия для посадки колпака на место, что может повредить сам колпак или использующиеся при сборке резьбовые отверстия на колпаке и в напорном диске.
Во-вторых, при увеличении высоты пакета тарелок необходимо обеспечить устойчивость работы очистителя. Критерием в данном случае является соотношение между моментами инерции ротора относительно оси симметрии и относительно оси, перпендикулярной к ней и проходящей через центр инерции ротора. Из условий устойчивости работы очистителя стремятся, по возможности, чтобы значения этих моментов инерции были близкими. Если окажется, что высота пакета велика, то уменьшают количество тарелок или снижают производительность очистителя (В.И.Соколов. Современные промышленные центрифуги. М., "Машиностроение", 1967, с.510).
В-третьих, увеличение высоты пакета приводит к увеличению длины подводящего канала, образованного наружным диаметром пакета тарелок и колпаком, что может привести к изменению гидродинамики потока очищаемой жидкости внутри ротора и неравномерной загрузке межтарелочных зазоров по высоте пакета, следствием чего может быть ухудшение качества очистки (П.Г.Романков, С.А.Плюшкин. Жидкостные сепараторы. Л., "Машиностроение", 1976, с.40).
Указанные выше проблемы были решены при разработке установки для очистки жидкостей по предлагаемой полезной модели.
Технический эффект - повышение производительности при сохранении прежнего качества очистки жидкостей.
Указанный технический эффект достигается тем, что в установке для очистки жидкостей, включающей центробежный очиститель жидкостей, содержащий магистрали для подвода и отвода жидкости к очистителю и установленный на неподвижной полой оси ротор, включающий тарелкодержатель и пакет тарелок, а также закрепленный на полой оси напорный диск, на тарелкодержателе установлен прижим, имеющий каналы для прохода жидкости, а высота пакета тарелок Н при заданном наружном диаметре пакета D выбирается из условия:
1,3≤H/D≤1,8
при этом диаметр пакета D находится в диапазоне 130≤D≤170 мм.
Прижим может быть выполнен в виде шайбы с отверстиями для прохода жидкости, при этом шайба может быть снабжена лопастями для раскручивания жидкости. Кроме того, диаметр напорного диска d находится в диапазоне 50≤D≤100 мм, а магистраль для подвода жидкости может быть снабжена насосом.
Применение специального прижима позволяет надежно сжать увеличенный пакет тарелок и обеспечить требуемый зазор между тарелками. При недостаточном сжатии пакета зазор может быть больше требуемого, следствием чего явилась бы необходимость снижения производительности для обеспечения заданного качества очистки, что препятствовало бы достижению указанного выше технического эффекта. Кроме того, введение в конструкцию установки прижима исключает повреждение колпака и напорного диска при сборке очистителя и облегчает сам процесс сборки (не требуется прикладывать значительных усилий при установке колпака на место).
Выполнение прижима в виде шайбы обеспечивает дополнительный эффект - равномерное прижатие пакета тарелок по окружности. Шайба может снабжаться лопастями, способствующими раскручиванию жидкости, вращение которой тормозится неподвижным напорным диском. Такое раскручивание обеспечивает еще один дополнительный эффект - снижается потребляемая мощность электропривода очистителя и увеличивается давление жидкости на выходе, что в целом повышает потребительские качества установки.
Диаметр напорного диска выбирается из указанного выше диапазона с целью обеспечения заданной производительности очистителя, при которой сохраняется требуемое качество очистки жидкости при увеличении высоты пакета тарелок (диаметр напорного диска при этом также увеличивается). Повышение производительности можно также достичь подключением насоса к магистрали для подвода жидкости к очистителю. Возможна комбинация этих способов повышения производительности путем увеличения диаметра напорного диска с одновременным подключением насоса.
В связи с большой сложностью расчетов граница устойчивости работы очистителя и сохранения гидродинамики потоков внутри ротора при увеличении высоты Н определялась экспериментально, при значениях соотношения H/D от 1,1 до 2,0 и диаметрах пакета тарелок 130, 150 и 170 мм. Выбор диапазона диаметров пакета тарелок от 130 до 170 мм обусловлен тем, что для пакетов с диаметрами в указанном диапазоне можно создать типоразмерный ряд унифицированных очистителей с производительностью от 1,5 до 5-6 куб. м/ч, имеющих ряд одинаковых основных деталей и узлов (торцевое уплотнение, основание оси и др.). Для пакетов с диаметрами меньше 130 и больше 170 мм такие детали и узлы уже будут иметь другие размеры и конструктивные отличия, что потребует значительной переработки конструкции очистителя.
В ходе экспериментальных исследований проводились измерения уровня вибрации очистителя и степень очистки жидкостей от абразивных загрязнителей. Установлено, что при значениях H/D, не превышающих 1,8, очиститель устойчиво работает при незначительном повышении вибрации с увеличением высоты Н и сохранении практически прежнего качества очистки при увеличении производительности, пропорционально увеличению параметра H/D. При значениях H/D, превышающих 1,80, вибрация значительно усиливается, при этом качество очистки существенно не меняется.
Для обеспечения заданной производительности диаметр напорного диска d выбирался в диапазоне размеров от 50 до 100 мм или к магистрали для подвода жидкости экспериментальной установки подключался насос. Выбор нижней границы размеров диаметра напорного диска обуславливался тем, что в очистителе с диаметром пакета тарелок от 130 до 170 мм минимальный диаметр свободной поверхности жидкости внутри ротора составлял 50 мм, вследствии чего напорный диск диаметром менее 50 мм уже не мог выполнять свою функцию - под давлением выводить жидкость из установки. Максимальный диаметр напорного диска d=100 мм выбран потому, что при таком диаметре гарантированно обеспечивалось увеличение производительности пропорционально увеличению соотношения H/D в указанном выше интервале, а при диаметре D>100 мм значительно увеличивалась потребляемая мощность электропривода очистителя. Для получения дополнительного эффекта - снижения потребляемой мощности электропривода очистителя - применялась также комбинация, при которой для повышения производительности увеличивался диаметр напорного диска с одновременным подключением насоса к магистрали для подвода жидкости.
На основании проведенных экспериментов выбрано максимально допустимое значение H/D=1,8. Минимальное значение соотношения H/D=1,3 выбрано, исходя из предположения о необходимости увеличения производительности установки по предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом не менее, чем на 20%, поскольку меньшее повышение, сопровождаемое изменением конструкции очистителя, нецелесообразно.
Полезная модель поясняется чертежом. На фиг. представлены схема предлагаемой установки и осевой разрез центробежного очистителя жидкостей.
Установка содержит центробежный очиститель 1, магистраль 2 для подвода очищаемой жидкости к очистителю и магистраль 3 для отвода уже очищенной жидкости, а также электропривод очистителя 4. В данном конкретном примере магистраль 2 может быть снабжена насосом 5.
Центробежный очиститель жидкости 1 содержит ротор, установленный на полой вертикальной оси 6, закрепленной на корпусе герметичной полости 7 через упругую опору 8. В верхней части оси 6 установлен напорный диск 9, а в нижней части - торцевое уплотнение 10, а в основании оси имеются подводящий жидкость в ротор штуцер 11 и отводящий штуцер 12.
Ротор включает в себя пакет тарелок 13, установленный на тарелкодержателе 14, колпак 15, крыльчатку 16 со шкивом 17, связанный через ременную передачу с электроприводом 4. В тарелкодержатель запрессованы нижняя опорная тарелка 18, а также втулки верхнего 19 и нижнего 20 износостойких подшипников, ответные части которых закреплены на оси 6. Нижний торец пакета тарелок опирается на тарелку 18, а верхний сдавливается прижимом 21, закрепленным на тарелкодержателе 14. В данном конкретном примере прижим 21 выполнен в виде шайбы с отверстиями 22, которая снабжена лопастями 23. Тарелкодержатель 14 имеет ребра, на которых фиксируется от проворота пакет тарелок 13 благодаря прорезям в тарелках (на левой половине очистителя показано сечение одного из ребер), а полости между ребрами и внутренними торцами тарелок образуют каналы 24 для сбора очищенной жидкости, прошедшей через пакет 13 и отвода ее через отверстия 22 к напорному диску 9.
Установка работает следующим образом. Крутящий момент от электропривода 4 через ременную передачу передается на шкив 17 ротора очистителя 1, вращающегося на подшипниках 19 и 20. Очищаемая жидкость по магистрали 2 через штуцер 11 поступает в ротор, раскручивается лопастями крыльчатки 16 и проходит через зазоры между тарелками пакета 13. Под действием центробежного поля частицы загрязнений оседают на тарелках пакета 13 и сбрасываются на внутреннюю поверхность колпака 15. Очищенная жидкость по каналам 24 через отверстия 22 шайбы 21 поступает на вход напорного диска 9, дополнительно раскручивается лопастями 23 и напорным диском 9 через полую ось 6 и штуцер 12 по магистрали 3 под давлением выводится из установки. Путь жидкости указан стрелками. Для повышения производительности может быть увеличен диаметр напорного диска 9 или к магистрали 2 может быть подключен дополнительный насос 5.
После остановки ротора осадок из колпака сползает в герметичную емкость 7 (путь сползающего осадка показан волнистыми стрелками) или удаляется при разборке очистителя. Зазор между вращающейся частью (ротором) и неподвижной частью (осью) очистителя герметизируется торцевым уплотнением 10. Для снижения вибраций, возникающих при работе очистителя, ось 6 закрепляется на упругой опоре (резиновой прокладке) 8.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет обеспечивать устойчивую работу установки для очистки жидкостей, имеющей производительность на 20-60% превышающую производительность прототипа.