ЦЕНТРИФУГА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ СО СКРЕБКОМ ДЛЯ СОСКАБЛИВАНИЯ ПРОДУКТА
PERIODIC ACTION CENTRIFUGE WITH SCRAPER FOR SCRAPING PRODUCT

Данное изобретение относится к оборудованию для отделения твердых частиц от жидкости, в частности к центрифугам периодического действия для отделения кристаллического сахара от суспензий кристаллического сахара.
Исходный материал, например аффинационный утфель с обогащенными суспензиями кристаллов, подается сверху, а затем обрабатывается в барабане центрифуги таким образом, что продукт - в данном случае, например, кристаллизованная масса - откладывается на внутренней поверхности кожуха барабана центрифуги. Жидкость выходит наружу через рабочий фильтр, который расположен на указанном кожухе.
Эта кристаллизованная масса или эти слои кристаллов затем требуется отскрести с барабана центрифуги так, чтобы он был готов для следующей вводимой порции или следующей загрузки.
Из германского патента DE 3614965 А1 известен барабан центрифуги для центрифуги периодического действия с плоским днищем. Основание барабана прикреплено к кожуху барабана. Плоское днище барабана частично откидывается книзу в направлении к ступице, чтобы позволить выгрузку кристаллизованной массы через отверстия в указанном основании.
Центрифуга периодического действия, такая, как описанная в Европейском патенте ЕР 0953380 В1, подтвердила свою очень хорошую пригодность для указанного процесса соскабливания. Кристаллические слои удаляются с внутренней поверхности кожуха барабана центрифуги с помощью скребка, который вытянут на всю высоту барабана центрифуги и может поворачиваться относительно оси, параллельной оси барабана центрифуги, таким образом, что его нож входит в слои сахара (или слои иного продукта) на внутренней поверхности кожуха и постепенно соскабливает кристаллизованную массу с данного кожуха таким образом.
Слои кристаллов, которые отскабливаются таким образом, затем падают вниз внутри барабана центрифуги под действием собственного веса, после чего удаляются из него через центральное отверстие в барабане.
Таким образом, следует принять во внимание, что в нижней части барабана центрифуги находится ступица, имеющая несколько рычагов, которые соединяют кожух центрифуги через данное основание с валом или приводным шпинделем, который обеспечивает привод для вращения барабана центрифуги и проходит в оси барабана центрифуги.
В целях обеспечения передачи достаточных усилий от этого шпинделя на барабан центрифуги, вращающийся с большой скоростью, или через указанное основание на кожух эта ступица укреплена и упрочнена пространственно с помощью встроенных деталей, наклонных консолей и других элементов.
Так как данный скребок и его лопасть или скребковый нож и элементы ступицы и ее консоли могли бы мешать друг другу, то данный скребок перемещается вверх параллельно указанной оси примерно на 200 мм во время процесса центрифугирования.
До начала процесса соскабливания скребок перемещается вертикально или параллельно указанной оси назад, к днищу барабана центрифуги до его самой нижней точки, и только тогда его поворачивают вокруг оси поворота для введения в слои сахара.
Из германского патента DE 10 2009039729 А1 известна центрифуга, предназначенная для совершенно иных целей. В нем предложено устройство для соскабливания/нож в качестве скребка для центрифуги, которое установлено на манер маятника для целей отскабливания спекшегося материала. Множество устройств для соскабливания установлено на кронштейне, который вытянут параллельно валу барабана центрифуги и вводит в действие ножи, которые выступают из цилиндрической стенки. В дополнение к этому предусмотрен внутренний корпус. Вся эта конструкция не пригодна для центрифуг для сахара.
Из патента BR-MU 8800278-0 U известно предложение по дополнительным мерам обеспечения безопасности этого вертикального перемещения скребка с помощью блокировочного устройства, чтобы быть уверенным в том, что процесс поворота будет иметь место только тогда, когда скребок находится в правильном положении. Кроме того, также предлагается, чтобы длина хода книзу была в максимально возможной степени небольшой.
Такое дополнительное блокировочное устройство увеличивает общие затраты на довольно значительную сумму. Кроме этих дополнительных расходов имеется также соответствующий фактор времени, которое требуется для данного блокировочного процесса, а также для процесса разблокировки этого блокировочного устройства при нормальной работе. Кроме того, это относится к устройству под нагрузкой, что влечет за собой дополнительный износ, а также создает риск неисправности.
Еще в одном предложении для центрифуги периодического действия этого типа, которая известна из Европейского патента ЕР 1954397 В1, описано, что два отдельных скребка типа совка, расположенных один над другим, используются вместо одного скребка, и перекрывают всю длину барабана центрифуги в осевом направлении. В дополнение к этому оба отдельных скребка должны перемещаться один относительно другого и должны соответственно отскребать верхнюю и нижнюю часть барабана центрифуги очень сложным образом относительно друг друга. В то же время ход по вертикали в осевом направлении барабана центрифуги для обоих скребков типа совка должен управляться независимо и также должен быть ограничен.
Эта концепция - крайне дорогостоящая и требует исключительно сложной компоновки в целях обеспечения раздельного перемещения и управления обоих скребков совкового типа.
Однако пользователи таких центрифуг периодического действия заинтересованы в определенном режиме работы барабана центрифуги, который был бы максимально возможно мягким и в наименьшей степени способен приводить к ошибкам. Настройка оборудования должна быть как можно более простой, и число перемещающихся относительно друг друга частей должно быть как можно меньше.
Кроме того, было бы желательно, если бы обеспечивалась минимально возможная потеря времени по отношению к фактическому рабочему времени из-за неэффективных средств обеспечения безопасности и аналогичных средств.
Наиболее близкой к предложенной центрифуге по конструкции является центрифуга периодического действия для отделения твердого осадка из сточных вод, содержащая приводимый во вращение барабан, включающий приводной шпиндель, кожух и основание и подвешенный с возможностью качания, ступицу барабана, включающую несколько консолей для прямого или непрямого соединения кожуха барабана с приводным шпинделем барабана, скребок для соскабливания продукта с внутренней стенки кожуха барабана, который содержит соскабливающий элемент, способный поворачиваться вокруг оси, параллельной оси вращения барабана, при этом скребок установлен независимо от качающейся подвески барабана и не имеет возможности вертикального перемещения (FR 2683812 А1, опуб. 21.05.1993). Скребок с помощью поворотного узла отводится от стенки барабана во время загрузки барабана, и в положении соскабливания скребок расположен жестко и не поворачивается.
В центрифугах для отделения кристаллического сахара от суспензии скребок работает постоянно во время работы центрифуги, при этом он совершает качательное движение и может задевать и цепляться за механические элементы в нижней части центрифуги.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является центрифуга периодического действия, которая способна выполнять процесс отскабливания с внутренней стенки кожуха барабана центрифуги при уменьшенном количестве элементов оборудования.
Данная задача решается с помощью барабана центрифуги периодического действия в соответствии с ограничительной частью основного пункта формулы изобретения, в котором согласно настоящему изобретению консоли ступицы имеют верхние поверхности, которые располагаются ниже основания барабана.
Удивительным образом конфигурация этого типа приводит к существенному улучшению центрифуги периодического действия и, в частности, центрифуги периодического действия для сахара.
Центрифуга периодического действия согласно настоящему изобретению фактически обладает таким существенным преимуществом, что скребок больше не должен быть сконструирован для перемещения в вертикальном направлении. Больше не требуются средства привода для перемещения скребка в вертикальном направлении. Просто требуется обеспечить ему возможность выполнения поворотного движения.
Этот скребок уже не требуется частично поднимать из барабана во избежание столкновений и создания препятствий. Это значит, что неэффективное время простоя любого рода, которое до настоящего времени увеличивало длительность процесса загрузки и в результате снижало эффективность оборудования, больше не имеет места.
Удивительным образом это стало возможным в связи с тем, что устранена необходимость во встроенных специальных конструкциях и в связывающих балках в нижней зоне барабана центрифуги. Упрочняющие элементы, которые присутствовали до настоящего времени, смещены в зону ниже основания барабана центрифуги.
До настоящего времени это считалось невозможным. Однако эксперименты показали, что это можно осуществить благодаря грамотному размещению консолей ступицы, в частности, в таком конкретном случае, когда верхние поверхности этих консолей располагаются ниже основания.
В любом случае эта идея может работать при простом наличии одного скребка без какого бы то ни было сложного, дорогостоящего и склонного к выходу из строя расщепления скребка на множество отдельных деталей.
Таким образом, геометрия лемеха скребка, положение лемеха скребка и введение связи барабана центрифуги с валом барабана изменились таким образом, что лемех скребка или счищающий нож могут оставаться в этом барабане в течение всего процесса загрузки.
Конструкция ступицы барабана является особенно целесообразной, если она включает три консоли. В этом случае, в частности, соотношение площади отверстия с механическими усиливающими элементами барабана центрифуги также является оптимальным.
Площадь отверстия может быть перекрыта с помощью запорного устройства.
Наряду с этим диск предпочтительно не выполняется в виде одной детали, а разделен на сегменты таким образом, что эти сегменты заполняют свободное пространство между консолями ступицы и позволяют сегментам свободно перемещаться относительно консолей.
В дополнение к этому особенно целесообразно использование идеи центрифуги, когда она является подвешенной и когда создается эффект маятника. Центрифуги периодического действия этого типа также называют подвесными маятниковыми центрифугами.
Среди прочего они характеризуются тем фактом, что скребок может перемещаться относительно барабана центрифуги и кожуха, так как он не подвешен вместе с ними или по крайней мере не является частью того же самого механизма подвески.
В этих случаях благодаря данному изобретению также отсутствуют взаимные помехи между скребком, содержащим свой скребковый шток и свой скребковый лемех или соскабливающий нож, и барабаном центрифуги, содержащим кожух, основание и свою ступицу, с другой стороны.
Наряду с этим особое преимущество создается благодаря тому, что конструкция скребка согласно настоящему изобретению может выдерживать особо значительные нагрузки. Это является особым преимуществом, так как таким образом становится возможным вводить лезвие скребка в слой сахара в направлении, противоположном направлению вращения барабана, без наличия осложнений. Могут также достигаться значительные крутящие моменты.
Дополнительные предпочтительные признаки данного изобретения изложены в прилагаемой формуле изобретения и в нижеследующем описании чертежей.
Ниже в качестве примера более подробно описывается пример осуществления настоящего изобретения с помощью чертежей, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид в разрезе центрифуги периодического действия по одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет собой увеличенное изображение области ступицы центрифуги, изображенной на Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой изображение в перспективе ступицы, изображенной на Фиг. 2;
Фиг. 4 представляет собой изображение в перспективе ступицы, изображенной на Фиг. 3, вставленной в основание барабана центрифуги; и
Фиг. 5 представляет собой вид зоны основания без ступицы.
На схематичном изображении на Фиг. 1 можно видеть вертикальный центральный разрез центрифуги, такой как центрифуга для сахара, с барабаном 10 центрифуги. Барабан 10 центрифуги имеет приводной шпиндель 11, который также представляет собой вертикально расположенную ось барабана 10 центрифуги и обеспечивает привод вращения для всего барабана 10 центрифуги. Приводной шпиндель 11 на Фиг. 1 изображен только схематически. Направление вращения 12 дополнительно отмечено стрелкой.
Наряду с этим барабан 10 центрифуги содержит кожух 13, который приводится во вращательное движение с помощью привода вращения 11. Кожух 13 практически цилиндрический, и его внутренняя стенка покрыта рабочей сеткой, которая подробно не изображена.
Аффинационный утфель, который, в частности, содержит кристаллический сахар, содержащийся в маточном растворе, загружается в барабан 10 центрифуги. Этот аффинационный утфель выводят из барабана 10 центрифуги, приводимого во вращение с большой скоростью, вследствие чего кристаллический сахар не проходит через названную рабочую сетку, в то время как с другой стороны жидкость проходит сквозь данную рабочую сетку и выводится наружу по каналам, не изображенным на кожухе 13.
После дальнейших производственных этапов, таких как промывка ранее осажденных таким образом кристаллов, например, чистой жидкостью, кристаллический сахар остается сцепленным с внутренней поверхностью кожуха 13 в форме кристаллизованной массы 14 и формирует на ней некое подобие слоя сахара.
Барабан 10 центрифуги закрывается в донной части основанием 15. Это основание 15 размещено так, чтобы быть практически перпендикулярным к оси барабана 10 центрифуги. Однако основание 15 имеет отверстия 16, сквозь которые кристаллизованная масса может выйти из барабана 10 центрифуги под действием собственного веса. Эти отверстия 16 перекрываются во время процесса центрифугирования и открываются только после его окончания.
Предусмотрен скребок 20 для обеспечения отделения приставшей к внутренней стенке кожуха 13 кристаллизованной массы 14. Этот скребок 20 содержит шток 21 скребка, и на этом штоке 21 скребка расположен соскабливающий элемент 22, выполненный, например, в виде соскабливающего ножа 22 или скребкового лемеха. Соскабливающий нож 22 или скребковый лемех могут поворачиваться относительно штока скребка вокруг оси, образуемой штоком 21 скребка.
Соскабливающий нож 22 или скребковый лемех проходят параллельно оси барабана 10 центрифуги и, таким образом, вертикально. Они вытянуты по всей высоте или почти по всей высоте кожуха 13.
Это движение поворота заставляет соскабливающий нож 22 врезаться в кристаллизованную массу 14. Во время этого процесса соскабливания барабан 10 центрифуги вращается со скоростью вращения скребка. Эта скорость вращения скребка значительно ниже скорости вращения барабана 10 центрифуги во время процесса центрифугирования. Следовательно, покачивающее воздействие элемента 22 или соскабливающего ножа побуждает элемент 22 постепенно соскабливать слои кристаллизованной массы 14.
После этого процесса срезания слоев кристаллы сахара из кристаллизованной массы 14 падают внутрь барабана 11 центрифуги под действием силы тяжести в направлении основания 15 и оттуда проходят через отверстия 16, которые теперь больше не закрыты.
Соединение приводного шпинделя 11 с кожухом 13 осуществляется через ступицу 30. В связи с этим в изображенном варианте осуществления эта ступица 30 соединена с наружным участком основания 15, который, со своей стороны, соединен с кожухом 13 и связан с ним. Таким образом, в данном случае основание 15 служит для передачи вперед усилия привода, которое на него передается со ступицы 30. В изображенном варианте осуществления ступица 30 заключает в себе приводной шпиндель 11 и имеет несколько консолей 31.
Между консолями 31 имеются свободные пространства (не видны на Фиг. 1), через которые кристаллы сахара из кристаллизованной массы 14 также могут падать книзу, пройдя через отверстия 16 в основании 15.
В отличие от Европейского патента ЕР 0953380 В1, от BR-MU 8800278-U и от ЕР 1954397 В1, можно видеть, что консоли 31 ступицы 30 полностью проходят под основанием 15. Ступица 30 выступает вверх из основания 15 во внутреннюю часть барабана 10 центрифуги только в точке ее прикрепления к приводному шпинделю 11.
Верхние поверхности 32 консолей 31 выполнены таким образом, что они образуют зону углубления 33.
До настоящего времени на виде в разрезе с Фиг. 1 это сечение не показано технически точным образом, так как в случае предпочтительного варианта осуществления с использованием трех консолей 31 симметричное расположение двух консолей 31 не было бы видно на этом виде в разрезе. Иллюстрация этого приведена здесь с целью схематичного отображения сущности данного изобретения более выразительным по смыслу образом.
На Фиг. 2 можно видеть увеличенную иллюстрацию ступицы 30.
Легко можно увидеть, что зона углубления 33 на верхней поверхности 32 рычагов 31 ступицы 30 закруглена. Согласно предпочтительному варианту осуществления скос выполнен таким образом, что верхние поверхности 32 консолей 31 отходят книзу под углом в пределах от 1° до 10°, предпочтительно под углом от 2° до 4°, в направлении от кожуха 13 к центральному участку вокруг приводного шпинделя 11.
Этот угол не должен быть постоянным, что явно отражено на Фиг. 2.
Для целей лучшего понимания следует дополнительно упомянуть, что вариант осуществления согласно настоящему изобретению особенно подходит для подвесной маятниковой центрифуги периодического действия, как это показано целесообразным в данном случае для центрифуги для сахара. Это значит, что приводной шпиндель вместе с барабаном 10 центрифуги, содержащим основание 15, ступицу 30 и кожух 13, подвешен в виде маятника. Напротив, скребок 20, содержащий скребковый шток 21 и соскабливающий нож 22, не подвешен вместе с ним. Это означает, что возможно относительное перемещение между барабаном 10 центрифуги и скребком 20.
Однако это относительное перемещение полностью обеспечивается наличием зоны углубления 33 на верхней поверхности 32 консолей 31, в результате чего в данном случае самый нижний участок скребка 20 может перемещаться в диапазоне нескольких градусов в ходе относительного качающегося движения или маятникового движения барабана 10 центрифуги без скребка 20, который бы сталкивался или входил в зацепление с механическим элементом барабана 10 центрифуги.
Вид в перспективе ступицы 30, изображенной на Фигуре 2, приведен на Фигуре 3. Можно видеть, что по центру вокруг приводного шпинделя 11 (не показан) имеется внутренняя область ступицы 30, из которой наружу выходят три рычага 31, которые размещены под углом в 120° относительно друг друга.
Эти три консоли 31 (спицы) соединены снаружи кольцеобразным элементом ступицы 30 (ободом), на котором затем крепится основание 15 (не показано).
Здесь легко можно понять, что эта ступица 30 способна передавать вращательное движение приводного шпинделя 11 на кожух 13 барабана 10 центрифуги.
В связи с вышеизложенным ни одна часть консолей 31 ступицы 30 не выступает вверх выше основания 15 (не изображено, но легко представляется).
Теперь можно видеть взаимодействие ступицы 30 с основанием 15 на Фиг. 4. Основание 15 охватывает те области ниже кожуха 13, которые не заняты консолями 31.
Ниже этого также располагается донная крышка 40. Во время операции заполнения аффинационным утфелем и в процессе центрифугирования донная крышка 40 располагается таким образом, что основание 15 полностью закрыто.
Во время процесса отскабливания, осуществляемого скребком 20, в ходе которого кристаллизованная масса 14 падает вниз на основание 15, донная крышка 40 относительно перемещается таким образом, чтобы обеспечить закрывание отверстий 16, в результате чего кристаллизованная масса 14 может ускоренно проходить через отверстия 16 в основании 15.
Это ясно можно видеть на Фиг. 5, на которой для простоты ступица 30 и ее рычаги 31 не были изображены.
Перечень цифровых обозначений
10 барабан центрифуги
11 приводной шпиндель барабана 10 центрифуги
12 направление вращения барабана 10 центрифуги
13 кожух
14 кристаллизованная масса на внутренней поверхности кожуха 13
15 основание
16 отверстия в основании 15
20 скребок
21 скребковый шток скребков 20
22 соскабливающий элемент, в частности соскабливающий нож или скребковый лемех скребка 20
30 ступица
31 консоли ступицы 30
32 верхняя поверхность рычагов 31
33 участок в виде выемки на верхней поверхности 32
40 крышка днища