СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ОТ ОСАДКА ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ОЧИСТИТЕЛЯ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HYDRODYNAMIC CLEANING OF SEDIMENTS FROM CENTRIFUGAL FLUID CLEANER AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области разделения суспензий в поле действия центробежных сил и может быть использовано для очистки нефтепродуктов и технологических жидкостей от механических загрязнений.
Известен сепаратор по а.с. СССР №1011268 B04B 1/00, 15.04.83. Бюл. №14 - аналог способа и устройства заявляемого изобретения. Цилиндроконический барабан сепаратора содержит тарелкодержатель с пакетом тарелок, который смонтирован с возможностью вращения относительно барабана и снабжен лопатками, закрепленными на наружной поверхности пакета и расположенными в грязевом пространстве барабана. Сепаратор способен работать в трех режимах: при одинаковом направлении вращения барабана и тарелкодержателя частота их вращения может быть одинакова (первый режим), различна (второй режим) или же направления вращения барабана и тарелкодержателя противоположны (третий режим). Для обеспечения работы в указанных режимах барабан сепаратора и вал тарелкодержателя связаны со статорами двух различных электродвигателей.
Способ выгрузки осадка, образующегося при работе сепаратора в первом режиме, заключается в разрушении осадка лопатками при переключении сепаратора на другие режимы работы и выводе его из барабана через коническую часть, причем при работе во втором режиме осадок уносится тяжелой жидкой фракцией в процессе разделения исходной жидкости на фракции, а при работе в третьем режиме - моющей жидкостью при промывках барабана.
Недостатком указанного способа является ограничение его применения только для слабоуплотненных осадков, поскольку лопасти, погруженные в сильноуплотненный осадок, не позволят изменить частоту вращения или направление вращения тарелкодержателя для разрушения осадка, или потребуется значительное увеличение мощности электродвигателей сепаратора по сравнению с требующейся при работе сепаратора в первом режиме.
Кроме того, данный способ может быть применен только для частиц загрязнений (образующих осадок), плотность которых незначительно отличается от плотности тяжелой жидкой фракции, с которой они уносятся во втором режиме работы сепаратора, поскольку при значительной разности плотностей удаление частиц из барабана против действия центробежной силы в конической части потребует значительного увеличения расхода жидкости через сепаратор, что, в свою очередь, резко ухудшит качество разделения жидкости на фракции, т.е. выполнение основной функции сепаратора.
К недостаткам самого сепаратора следует отнести сложность его конструкции, содержащей два электропривода, работу которых необходимо согласовывать для разных режимов его функционирования.
Известен центробежный очиститель жидкостей с периодической выгрузкой осадка по патенту РФ №2093272 B04B, 1/04, 11/02, 20.10.97. Бюл. №29 - прототип способа и устройства заявляемого изобретения. Очиститель включает установленный на вертикальной оси и снабженный приводом ротор, колпак, закрывающий тонкослойную вставку, размещенную над конусообразной обечайкой с ребрами, размещенный под ротором и сообщающийся с ним сборник осадка и средство для создания вибрации ротора в период выгрузки осадка с использованием сжатого воздуха.
Способ выгрузки осадка рассматриваемого очистителя заключается в создании средством колебаний ротора вверх и вниз при подачи к очистителю сжатого воздуха после его остановки. При этом на осадок загрязнений в колпаке и тонкослойной вставке действуют инерционные и гидравлические силы, способствующие его сползанию в сборник осадка.
Недостатком указанного способа является то, что возникающие при выбрации гидравлические силы способны размыть только поверхность осадка, образовавшегося во вставке и на колпаке, т.е. эффективны только при небольшой толщине осадка. При значительной толщине осадка инерционные и гидравлические силы отрывают загрязнения от поверхностей осаждения в виде крупных конгломератов, которые при сползании по конусообразной обечайке застревают в суживающихся каналах между ребрами и закупоривают отверстие, через которое ротор сообщается со сборником осадка.
Недостатком самого очистителя является сложность тонкой настройки средства для создания вибрации в автоколебательный режим, что вызывает дополнительные трудности при эксплуатации, а также необходимость использования для выгрузки осадка, кроме электроэнергии, еще одного источника энергии (сжатого воздуха).
Технический результат: повышение эффективности при одновременном сокращении времени выгрузки осадка загрязнений с использованием минимального объема жидкости, упрощение конструкции центробежного очистителя с сохранением качества очистки.
Технический результат достигается тем, что в способе гидродинамической очистки центробежного очистителя от осадка загрязнений, содержащего соединенный с приводом ротор со смонтированным на нем колпаком, включающем перевод загрязнений во взвешенное состояние, согласно изобретению, при накоплении загрязнений на стенке колпака его смещают аксиально и стопорят относительно ротора, затем придают жидкости вращательное движение с помощью ротора и осуществляют смыв загрязнений и перевод их во взвешенное состояние, после чего выводят взвесь из очистителя.
Технический результат достигается тем. что центробежный очиститель жидкости для гидродинамической очистки от осадка загрязнений, включающий заключенные в защитном кожухе полую ось с подводящим и отводящим штуцерами и напорными диском, размещенную на сборнике осадка и сообщенную с ним, ротор, снабженный приводом, установленный на оси и содержащий тарелкодержатель с нижней и верхней крыльчатками, и пакет конических тарелок между ними, смонтированный на роторе колпак с пробкой, согласно изобретению содержит механизм аксиального перемещения и стопорения колпака относительно ротора, размещенный в верхней части защитного кожуха, при этом очиститель снабжен уплотнительным устройством, содержащим втулку, закрепленную на нижней крыльчатке, и уплотнительный элемент, вмонтированный в колпак.
Технический результат достигается также тем, что в механизме аксиального перемещения и стопорения колпака относительно ротора и пробке колпака образованы сопрягаемые выступы, в верхней крыльчатке, а также в верхней части колпака образованы кольцевые пазы, служащие для образования радиальных зазоров между колпаком и верхней и нижней крыльчатками при фиксации колпака в нижнем относительно ротора положении, при этом осевой зазор между колпаком и верхней крыльчаткой выполнен большим, чем осевой зазор между колпаком и напорным диском.
Технический результат достигается также и в том случае, когда механизм аксиального перемещения и стопорения колпака относительно ротора выполнен в виде винтовой пары.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен продольный разрез очистителя в режиме «очистка жидкости», а на фиг.2 - продольный разрез очистителя в режиме «выгрузка осадка» загрязнений.
Центробежный очиститель жидкости включает полую ось1, закрепленную во фланце 2, имеющем подводящий 3 и отводящий 4 жидкость штуцера и установленную на сборнике осадка 5 со сливным штуцером 6 через мембрану 7. В верхней части оси 1 неподвижно закреплен напорный диск 8. Подвод очищаемой жидкости осуществляется через вентили соответственно 9 и 10.
На полой оси 1 на подшипниках 11 и 12 установлен ротор, содержащий тарелкодержатель 13, нижнюю 14 и верхнюю 15 крыльчатки и пакет конических тарелок 16 между ними. Герметичность очистителя обеспечивает торцевое уплотнение 17. Вращение ротора осуществляется от привода через шкив 18, выполненный на нижней крыльчатке 14.
На роторе смонтирован колпак 19 с пробкой 20, на которой выполнен цилиндрический выступ 21. Колпак 19 центрируется относительно ротора на посадочных поверхностях 22 и 23. От осевого смещения вверх под действием давления жидкости при работе очистителя в режиме «очистка жидкости» колпак 19 фиксируется пружинным кольцом 24.
Герметичность очистителя между колпаком 19 и нижней крыльчаткой 14 ротора в режиме «очистка жидкости» обеспечивает резиновое кольцо 25, а в режиме «выгрузка осадка» - уплотнительное устройство, содержащее закрепленную на крыльчатке втулку 26 и вмонтированный в колпак уплотнительный элемент 27.
В верхней части колпака 19 и верхней крыльчатке 15 образованы цилиндрические пазы соответственно 28 и 29, а осевой зазор 30 между колпаком 19 и верхней крыльчаткой 15 выполнен большим, чем осевой зазор 31 между колпаком и напорным диском 8 (фиг.1).
Для безопасной работы очистителя на грязеотстойнике 5 закреплен защитный кожух 32, в верхней части которого размещен механизм аксиального перемещения и стопорения 33 колпака 19, например, в виде винтовой пары. На подвижном винте механизма 33 выполнен выступ 34, сопрягаемый с выступом 21 пробки 20.
Для прохода очищаемой жидкости к тарелкам 16 и сбора осадка выделенных загрязнений между колпаком 19 и пакетом тарелок образована полость 35.
В режиме «выгрузка осадка» при аксиальном смещении колпака в очистителе (фиг.2) между колпаком 19 и верхней 15 и нижней 14 крыльчатками образуются радиальные зазоры соответственно 36 и 37, которые позволяют исключить механический контакт между ротором и колпаком.
Очиститель работает следующим образом.
Для работы очистителя в режиме «очистка жидкости» (фиг.1) колпак 19 фиксируют в верхнем положении относительно ротора пружинным кольцом 24 и центрируют на посадочных поверхностях 22 и 23. Через открытый кран 9 и штуцер 3 очиститель заполняют подлежащей очистке жидкостью. Герметичность обеспечивают торцевое уплотнение 17 и резиновое кольцо 25.
При включении электродвигателя крутящий момент через клиноременную передачу и шкив 18 передается ротору и через него колпаку. При этом очищаемая жидкость через вентиль 9 и штуцер 3 поступает в ротор, где ребрами крыльчатки 14 раскручивается до угловой скорости ротора и с помощью напорного диска 8 протекает через цилиндрическую полость 35, пакет конических тарелок 16, верхнюю крыльчатку 15, полую ось 1, штуцер 4, открытый вентиль 10 и под давлением подается потребителю. Смазка подшипников 11 и 12 осуществляется очищенной жидкостью.
В межтарельчатых зазорах пакета конических тарелок 16 под действием центробежного поля жидкость очищается от механических загрязнений, которые оседают на внутреннюю поверхность колпака 19. При накоплении на колпаке 19 критического слоя осадка привод очистителя выключают и перекрывают краны 9 и 10.
Для осуществления способа очиститель переводится в режим «выгрузка осадка». Винтом механизма 33, размещенного на защитном кожухе 32, колпак 19 смещают аксиально оси 1 вниз, прижимают к напорному диску 8 и стопорят от проворота (фиг.2). При этом между колпаком 19, верхней 15 и нижней 14 крыльчатками образуются радиальные зазоры 36 и 37, исключающие механический контакт между ними. Поскольку осевой зазор между колпаком и верхней крыльчаткой выполнен большим, чем осевой зазор между колпаком и напорным диском, то колпак не соприкасается с верхней крыльчаткой.
Герметичность между колпаком 19 и нижней крыльчаткой 14 обеспечивает уплотнительное устройство, содержащее, например, втулку 26 и уплотнительный элемент 27.
При последующем включении привода очистителя крутящий момент через шкив 18 приводит во вращение ротор и находящуюся в нем жидкость. Кроме кругового вращения жидкости в полости 35 между пакетом конических тарелок 16 и слоем осадка возникают интенсивные вихри Тейлора. Скорость жидкости достигает нескольких десятков метров в секунду, что приводит к значительной гидродинамической силе трения на поверхности осадка, его смыву и переводу во взвешенное состояние. Причем взвешенные частицы загрязнения с верхних слоев осадка, вращаясь с жидкостью, усиливают процесс смыва с последующих, более уплотненных слоев осадка. Достаточно 20-30 секунд вращения ротора, чтобы весь осадок перевести во взвешенное в жидкости состояние.
После выключения привода очистителя весь взвешенный в жидкости осадок сливают из очистителя через вентиль 6 сборника осадка 5.
В дальнейшем перевод очистителя в режим «очистка жидкости» обеспечивают обратным вращением винта механизма 33. При этом выступ 34 винта механизма 33, воздействуя на выступ 21 пробки 20, возвращает колпак 19 в верхнее положение и фиксирует на посадочных поверхностях 22 и 23. Последующее открытие вентиля 9, заполнение очистителя жидкостью и включение привода обеспечивают повторение цикла очистки.
Сопоставительный анализ показывает, что по сравнению с аналогом и прототипом предлагаемый способ гидродинамической выгрузки может быть применен для сильноуплотненных и имеющих значительную толщину осадков, без ухудшения качества очистки жидкости во время выгрузки. При этом заявленный очиститель отличается простотой конструкции и удобством в эксплуатации.