ЦЕНТРИФУГА И УЗЕЛ ВЫПУСКНОГО ОТВЕРСТИЯ УКАЗАННОЙ ЦЕНТРИФУГИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ СНИЖЕНИЕ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ
CENTRIFUGE AND OUTLET HOLE ASSEMBLY OF SAID CENTRIFUGE PROVIDING LOWER POWER CONSUMPTION

Настоящее изобретение относится к вращающейся машине, содержащей барабан, установленный с возможностью вращения вокруг оси для создания цилиндрической ванны загружаемой пульпы, причем указанный барабан содержит выпускное отверстие тяжелой фазы и опорную плиту, предусмотренную на одном из продольных концов указанного барабана, причем в указанной опорной плите выполнено по меньшей мере одно выходное отверстие, при этом над указанным по меньшей мере одним выходным отверстием расположен узел выпускного отверстия жидкой фазы. Кроме того, настоящее изобретение относится к узлу выпускного отверстия жидкой фазы, выполненному с возможностью установки над выходным отверстием вращающейся машины.
Вращающаяся машина такого типа известна из документа US 7022061. Указанная известная машина содержит трубчатый выпускной узел с коленом, изогнутым в направлении, противоположном направлению вращения барабана. Аналогичная вращающаяся машина раскрыта в документе 2004/072668, причем указанная машина содержит корпус, оснащенный соплом в боковой стенке. Над корпусом может быть предусмотрен водослив. Выпуск жидкости осуществляется под углом к опорной плите. Однако в некоторых случаях сопло такой машины засоряется, вследствие чего происходит чрезмерное вытекание жидкости, что может привести к увеличению потребляемой мощности.
Другая вращающаяся машина, в частности центробежный сепаратор, раскрыта в документе WO 2008/138345. В данном техническом решении корпус также оснащен выпускным отверстием, расположенным под углом к опорной плите. Уровень жидкости определяется водосливом с кромкой перелива. Такой водослив функционирует аналогично водосливам, известным, например, из документа 4575370, с тем единственным отличием, что поток жидкости направлен так, что жидкость не имеет возможности прилипать к наружной стороне опорной плиты.
Сепаратор, раскрытый в вышеупомянутом документе WO 2008/138345, казалось, позволил решить проблему, присущую техническому решению, известному из документа US 4575370. Однако по сравнению с устройством из US 4575370 в указанном сепараторе имеет место неконтролируемый поток жидкости в радиальном направлении и малое ускорение жидкости на выходе.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить вращающуюся машину и узел выпускного отверстия жидкой фазы в такой вращающейся машине, которые устранят или ослабят вышеупомянутые проблемы и улучшат эффективность потребления мощности.
Предлагаемая вращающаяся машина содержит барабан, установленный с возможностью вращения вокруг оси для создания цилиндрической ванны загружаемой пульпы, причем указанный барабан содержит выпускное отверстие тяжелой фазы и опорную плиту, предусмотренную на одном из продольных концов указанного барабана, причем в указанной опорной плите выполнено по меньшей мере одно выходное отверстие, при этом над указанным по меньшей мере одним выходным отверстием расположен узел выпускного отверстия жидкой фазы.
Настоящее изобретение характеризуется тем, что указанный узел выпускного отверстия жидкой фазы содержит по меньшей мере один открытый прямой канал с продольной осью, причем продольная ось указанного канала проходит под острым углом к указанной опорной плите, при этом указанный канал вытянут в направлении указанной продольной оси. Благодаря тому что канал вытянут в указанном направлении, поток жидкости направляется каналом под острым углом к опорной плите в более или менее периферическом направлении, при этом реактивная сила может быть использована для вращения барабана, что значительно снижает потребление мощности.
Длина указанного канала составляет от 0,1 до 5, предпочтительно от 1 до 3 величины его ширины, благодаря чему обеспечивается более надежное ориентирование потока в желаемом направлении.
Предусмотрен дополнительный закрытый канал, расположенный радиально снаружи относительно указанного по меньшей мере одного канала, имеющего продольную ось, и проходящий параллельно указанной продольной оси указанного по меньшей мере одного канала. В результате появляется дополнительный источник экономии энергии.
Если длина указанного закрытого канала примерно равна длине указанного канала, то оба потока движутся примерно в одном направлении и, соответственно, не мешают друг другу.
В конце указанного закрытого канала расположено сопло, что также способствует более качественному ориентированию потока в желаемом направлении, при этом высокая скорость потока позволяет получить еще большую экономию энергии. В случае засорения сопла жидкость будет выгружаться через открытый канал с незначительным увеличением потребления мощности.
В усовершенствованном варианте осуществления настоящего изобретения указанное сопло является регулируемым и/или сменным, что позволяет регулировать расход жидкости в зависимости от требуемой производительности.
Кроме того, уровень жидкости в барабане можно легко изменить, предусмотрев в указанном узле выпускного отверстия жидкой фазы пазы или иные механические средства, которые обеспечивают регулирование указанного узла выпускного отверстия жидкой фазы в радиальном направлении.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить узел выпускного отверстия жидкой фазы, выполненный с возможностью установки над выходным отверстием вращающейся машины. Предлагаемый узел выпускного отверстия жидкой фазы содержит фланец, в котором предусмотрено входное отверстие. Настоящее изобретение отличается тем, что указанный узел выпускного отверстия жидкой фазы содержит открытый прямой канал с продольной осью, причем продольная ось указанного канала проходит под острым углом к указанному фланцу, при этом указанный канал вытянут вдоль указанной продольной оси. Благодаря тому что канал вытянут в указанном направлении, поток жидкости направляется каналом под острым углом к опорной плите в более или менее периферическом направлении, причем реактивная сила может быть использована для вращения барабана, что значительно снижает потребление мощности вращающейся машины, например центрифуги.
Длина указанного канала узла выпускного отверстия жидкой фазы предпочтительно равна или превышает его ширину, что позволяет более надежно ориентировать поток в желаемом направлении.
Указанный узел выпускного отверстия жидкой фазы имеет дополнительное трубчатое отверстие, расположенное под нижней частью указанного канала, имеющего продольную ось, и проходящий параллельно продольной оси указанного канала, в результате чего появляется второй источник экономии энергии.
Целесообразно, чтобы длина указанного трубчатого отверстия была примерно равна длине указанного канала, в результате оба потока движутся примерно в одном направлении и, соответственно, не мешают друг другу.
В усовершенствованном варианте осуществления настоящего изобретения в конце указанного трубчатого отверстия расположено сопло, при этом указанное сопло может быть регулируемым и/или сменным. Когда сопло расположено в конце указанного трубчатого отверстия, обеспечивается более качественное ориентирование потока в желаемом направлении, при этом высокая скорость потока позволяет получить еще большую экономию энергии. При этом благодаря регулируемому и/или сменному соплу расход жидкости легко можно регулировать в зависимости от требуемой производительности вращающейся машины, например центрифуги.
Предлагаемый узел выпускного отверстия жидкой фазы имеет пазы, обеспечивающие регулирование указанного узла выпускного отверстия жидкой фазы относительно указанного выходного отверстия указанной вращающейся машины, что позволяет легко менять уровень жидкости в барабане указанной вращающейся машины, например центрифуги.
Ниже представлено подробное описание настоящего изобретения на основании неограничивающих вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 схематично показана известная из уровня техники вращающаяся машина, например декантерная центрифуга.
На фиг. 2a показано сечение опорной плиты в конце вращающейся машины, оснащенной выпускными узлами жидкой фазы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2b на виде сверху показаны компоненты с фиг. 2a.
На фиг. 3 показан выпускной узел жидкой фазы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4a на виде сверху показаны выпускные узлы жидкой фазы согласно варианту осуществления настоящего изобретения с фиг. 3.
На фиг. 4b показано сечение по линии IV-IV с фиг. 4a.
На фиг. 5a показана опорная плита в конце вращающейся машины, оснащенной выпускными узлами жидкой фазы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5b на виде сверху показаны компоненты с фиг. 5a.
На фиг. 6 в аксонометрии показаны выпускные узлы жидкой фазы с фиг. 5.
На фиг. 7 на виде спереди показаны выпускные узлы жидкой фазы с фиг. 5.
На фиг. 8 показано сечение по линии с фиг. 7.
На фиг. 9 показан выпускной узел жидкой фазы согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 показана известная из уровня техники декантерная центрифуга 1, содержащая барабан и шнек 3, установленный на валу 4 так, что в процессе использования обеспечена возможность приведения их во вращение вокруг оси 5 вращения, причем указанная ось 4 вращения проходит в продольном направлении барабана 2. Кроме того, на одном из продольных концов барабан 2 содержит опорную плиту 6, имеющую внутреннюю сторону 7 и наружную сторону 8. В опорной плите 6 выполнено несколько выходных отверстий 9 для жидкой фазы. На конце барабана 2, противоположном тому, на котором установлена опорная плита 6, предусмотрены выпускные отверстия 10 для твердой фазы. Указанный шнек 3 имеет входные отверстия 11 для подачи, например, пульпы в центробежный сепаратор 1, причем пульпа содержит легкую, или жидкую, фазу 12 и тяжелую, или твердую, фазу 13. При вращении центробежного сепаратора 1 происходит разделение жидкой фазы 12 и твердой фазы 13. Жидкую фазу 12 выгружают через выходные отверстия 9 в опорной плите 6, а твердую фазу 13 посредством шнека 3 перемещают к выпускным отверстиям 10 твердой фазы, через которые обеспечивается выгрузка твердой фазы.
На фиг. 2a показано сечение опорной плиты 6 с установленным выпускным узлом 14 жидкой фазы, причем согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения указанный узел закреплен болтами 24. На чертеже также показано направление 15 вращения барабана 2. Можно видеть, что направление 16 потока жидкости по существу противоположно указанному направлению 15 вращения барабана. Однако имеется составляющая потока, проходящая в направлении оси 5 вращения, что приводит к улучшению течение жидкости, так как не происходит взаимодействия с потоками других выпускных узлов жидкой фазы. Это можно видеть на фиг. 2b.
На фиг. 3 показан выпускной узел 14 жидкой фазы, оснащенный открытым прямым каналом 17. На чертеже виден открытый прямой канал 17 и его продольная ось 18. Канал 17 закрыт только с трех сторон, то есть он открыт сверху. Таким образом, отсутствует риск засорения или какой-либо подобной закупорки канала 17. Кроме того, на чертеже можно видеть пазы 19, выполненные во фланце 20 и позволяющие регулировать выпускной узел 14 жидкой фазы в зависимости от конкретного уровня жидкости в барабане. Однако возможно применение и других механических средств крепления фланца 20 к опорной плите 6, которые позволят устанавливать узел на вращающихся машинах или центробежных сепараторах различных типов и размеров. Также на чертеже показан участок 21 постепенного сужения перед каналом 17. Такой участок постепенного сужения для жидкости, приближающейся к каналу, обеспечивает малую потерю давления жидкости. Канал 17 может также иметь U-образное, полукруглое или любое другое подходящее по форме поперечное сечение.
На фиг. 4a на виде сверху показан выпускной узел 14 жидкой фазы. На данном чертеже ясно можно видеть угол α между фланцем 20 и продольной осью 18 канала 17. Угол α может находиться в диапазоне от 1 до 35°, предпочтительно от 10 до 20°, наиболее предпочтительно составляет 15°. Фланец 20 может иметь прямоугольную (как показано на чертеже), круглую или иную форму. На фиг. 4b показано сечение по линии IV-IV с фиг. 4a. На фиг. 4b можно видеть подъем стенки 21 фланца 20 под углом β. Угол β может находиться в диапазоне от 1 до 80°, предпочтительно от 25 до 45°, наиболее предпочтительно составляет примерно 35°. Указанный подъем стенки 21 создает участок постепенного сужения при приближении жидкости к каналу. В результате потеря давления жидкости невелика. При таком снижении потери давления скорость жидкости в начале канала падает не слишком сильно. Это позволяет получить высокую скорость в конце канала и повысить эффективность потребляемой мощности.
На фиг. 5a показана опорная плита 6, подобная плите, представленной на фиг. 2a, но с выпускным узлом 22 жидкой фазы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. На данном чертеже также показаны направление 15 вращения, а также потоки 16 и 16′ жидкости, протекающие в направлении, противоположном направлению 15 вращения. Второй поток 16′ протекает через закрытый канал 23, расположенный с внешней стороны от канала 17 относительно оси 5. В данном случае имеется составляющая потока, проходящая в направлении оси 5 вращения, что можно видеть на виде сверху на фиг. 5b.
На фиг. 6 показан выпускной узел 22 жидкой фазы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Указанный выпускной узел 22 жидкой фазы состоит из фланца 20, который может иметь прямоугольную (как показано на чертеже), круглую или иную формы, причем в указанном фланце выполнены пазы 19, через которые проходят винты 24 и крепят фланец к опорной плите 6 барабана 2. Предусмотрен открытый прямой канал 17, направляющий поток под углом от опорной плиты 6. Под открытым каналом, который также соотносится с уровнем жидкости в барабане, расположен закрытый канал 23. Указанный закрытый канал 23 может быть отрегулирован или оснащен сменным соплом 26, имеющим отверстие другого диаметра, что позволяет настраивать его на различные объемы потока. При нормальной работе соотношение расходов фугата через канал 17 и через сопло 23 для вращающейся машины, например декантерной центрифуги, может составлять от 10 к 90 до 70 к 30, но оно может доходить до 100 к 0, в частности, если засорены все сопла. Предпочтительным является соотношение менее 50 к 50, поскольку такое соотношение позволяет лучше направлять поток и, вследствие большой скорости, достигать более высокой экономии энергии.
На фиг. 7 показан чертеж выпускного узла 22 жидкой фазы, во фланце 20 которого выполнены пазы 19. Можно видеть открытый прямой канал 17 с выходным отверстием, а также закрытый канал 23, который может иметь круглое, прямоугольное, многоугольное или иное поперечное сечение. Так как отверстие закрытого канала 23 (как и открытого прямого канала 17) является видимым, то очевидно, что оно расположено под углом к плоскости фланца 20.
На фиг. 8 показано сечение выпускного узла 22 жидкой фазы по линии VIII-VIII с фиг. 7. Диаметр 25 (показанного) трубчатого закрытого канала 23 соответствует ширине открытого прямого канала 17, а центральная ось закрытого канала 23 согласована по направлению с продольной осью 18 канала 17 и составляет с фланцем 20 угол α. Длина 24 закрытого канала 23 находится в диапазоне от 0,1 до 5, наиболее предпочтительно от 1 до 2 величин его диаметра или ширины.
На фиг. 9 показан другой вариант осуществления выпускного отверстия жидкой фазы, аналогичного тому, что представлен на фиг. 2a, с тем отличием, что канал 17 является изогнутым.
Из фиг. 5a, 5b, 6, 7, 8 и 9 можно видеть, что участок постепенного сужения для жидкости, приближающейся к каналу, может иметь различные формы. Основной эффект, обеспечиваемый указанным участком постепенного сужения, заключается в том, что потеря давления жидкости невелика.
В общем случае выпускное отверстие 14, 22 жидкой фазы состоит из двух частей. Одна часть содержит участок 21 постепенного сужения перед каналом (каналами) 17, 23. Другая часть содержит по меньшей мере открытый канал 17 или закрытый канал 23 с соплом или без сопла.
Хотя настоящее изобретение раскрыто на примере конкретных вариантов его осуществления, оно не ограничивается указанными вариантами, напротив, в объем формулы изобретения могут входить и другие варианты осуществления. Например, каналы могут иметь поперечное сечение любых форм.