БИКОНИЧЕСКАЯ ЦЕНТРИФУГА

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для разделения смесей под действием центробежных, сил и может быть использована в химической, машиностроительной и др. областях.
2
4
2
Известна конструкция центрифуги (RU 2283698, МПК B04B1/12 10.01.2006) для разделения жидкости от твердой фракции, содержащая цилиндрический, переходящий в конический ротор, шнек для выгрузки твердой фракции через отверстия, питающую трубку и систему вывода очищаемой жидкости. Разделение жидкости происходит в поле центробежных ускорений. Отброшенные на стенку ротора твердые частицы транспортируются шнеком к окнам выгрузки и удаляются из ротора. Расчет тонкости очистки жидкостей в центрифугах осуществляется на основе хорошо разработанной теории осаждения шарообразных частиц в жидкости, в частности, с применением формулы Стокса для центробежного поля: , где U - скорость движения частицы в жидкости, см/сек; А - разность массовых плотностей частицы и жидкости, г⋅сек/см; R - радиус вращения, см; ω - угловая скорость, рад/сек; μ - динамический коэффициент вязкости жидкости, г⋅сек/см; r - радиус осаждаемых частиц, см.
Для теоретических расчетов скорости уноса осажденных частиц потоком многие исследователи [1] используют формулу В.И. Соколова [2].
При конструкции ротора с конусом, цилиндрическим или сужающимся к низу, на твердые частицы действует компонента центробежной силы, не способствующая и даже препятствующая продвижению их к окнам выгрузки.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является центрифуга (RU 2200634, МПК B04B 1/10 B0/410 B11/02, 2001), содержащая ротор, состоящий из двух, обращенных одна к другой большими основаниями конусообразных тарелей, нижняя из которых установлена с возможностью осевого перемещения для выгрузки осадка. Внутри ротора размещен диск, разделяющий его внутреннее пространство на две части, на котором укреплены лопасти.
Основным недостатком данного устройства является то обстоятельство, что главная идея работы центрифуг заключается в использовании центробежных сил для перемещения сепарируемых частиц поперек потока суспензии. В данном устройстве этот принцип существенно нарушается. На самом деле, из-за большого угла конусности тарелок ротора, действие центробежных сил направлено не поперек, а почти вдоль потока. Далее, наличие диска, разделяющего ротор на две части, приводит к образованию узкой щели между ротором и диском. Как раз это место предназначено для сбора выделяемых частиц. Но из-за узости прохода в данном месте локальные осевые скорости достигают максимальных значений, что приводит к неизбежному захвату и выносу частиц из места их накопления в нижнюю часть ротора. Кроме того, наличие лопаток на том же диске приводит к дополнительной турбулизации потока и усугублению описанных отрицательных эффектов.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое предложение заключается в упрощении конструкции центрифуги и повышении эффективности использования центробежных сил.
Задача решается за счет того, что ротор выполнен в виде двух конусов, обращенных друг к другу широкими основаниями, причем угол их конусности на 10-15° превышает значение угла , где  - число Фруда, а ω и R - угловая скорость и радиус центрифуги. Это условие означает превышение компоненты центробежной силы, направленной в сторону щели и продвигающей сепарируемые частицы в этом направлении над аналогичной компонентой силы тяжести, препятствующей этому. Щель между конусами образована для приема выделяемой взвеси. Щель перекрывается торообразным каналом, который соединяет обе части корпуса и имеет отверстия для выпуска взвеси. Взвесь накапливается в бункере, из которого удаляется через отверстия.
Техническим результатом решения полезной модели является достижение эффективного повышения положительного вклада центробежных сил в процесс выделения примеси из жидкости при одновременном упрощении конструкции центрифуги.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - фиг. 3. Фиг. 1 - схема сил, действующих на тяжелую частицу: а) у боковой стенки центрифуги; б) компоненты центробежной силы; в) суммарная сила, действующая на частицу (случай сужающегося книзу конуса); г) случай расширяющегося книзу конуса. Фиг. 2 - вид со стороны продольного разреза по оси предлагаемой модели. Фиг. 3 - схема предложенной новой модели с фигурной осевой вставкой.
Биконическая центрифуга содержит корпус (являющийся ротором), состоящий из двух конически расширяющихся частей (1) и (7), имеющих общую ось и обращенных друг к другу симметрично, угол конусности которых на 10-15 град превышает значение , где  - число Фруда, а ω и R - угловая скорость и радиус центрифуги. На оси ротора установлен на подшипниках шкив (3). Между коническими корпусами выполнена щель (2) для приемки сгущенной фракции. Кроме того, оба корпуса соединены торообразным каналом (8) для приемки выделяемой фракции, откуда она выводится через отверстия (10) в бункер (9) и затем через отверстия (11).
К узкой части корпуса подведен питающий патрубок (4). В нижней части корпуса расположен патрубок (6), выполненный с возможностью отведения осветленной фракции (5).
Приосевая область с малыми значениями центробежных ускорений выполнена в виде симметричной чечевицеобразной фигурной вставки (сплошной или полой).
Центрифуга работает следующим образом. Ротор через шкив (3) приводят во вращение. Очищаемую жидкость подают через питающий патрубок (4) в верхнюю часть ротора (1), где развиваются центробежные силы. Тяжелые частицы отбрасываются к периферии и скользят по стенкам ротора (1) к щели (2) между верхней (1) и нижней (7) частям корпуса ротора для выхода из него, чему способствует компонента центробежной силы из-за расширяющейся к низу формы части (1) ротора. Частицы, проникнувшие в нижнюю часть (7) корпуса ротора, также отбрасываются к стенке и под действием компоненты центробежной силы перемещаются вверх и попадают в щель (2). Щель (2), перекрыта каналом (8), соединяющим обе части корпуса, который служит накопителем взвеси. Из накопителя ее выводят через отверстия (10). Осветленную жидкость выводят из центрифуги через патрубок (6), расположенный внутри конструкции с отверстиями (5). Взвесь принимают бункером (9), из которого выводят через отверстия (11).
Поскольку в приосевой области центрифуги центробежные ускорения малы, ее целесообразно исключать фигурной вставкой.