УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ИЗ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR SEPARATING LIQUID PHASE FROM MATERIALS

Изобретение относится к пищевой промышленности, например для обезвоживания сырья при производстве пектина, выделения жидкой фазы из сыпучих материалов, при сушке материалов, к сельскому хозяйству, в частности, к оборудованию для разделения отходов кормооткормочных комплексов на жидкие и твердые фазы, пригодные для транспортировки на поля в качестве удобрений в жидком или твердом состоянии.
Известен инерционный сгуститель (а.с. №1389815, кл. В01D 33/02, 1988 г.), включающий корпус с установленным в нем цилиндрическим фильтром, входной патрубок, винтовую вставку и патрубки для отвода фильтрата и сгущенной фракции.
Недостатками известной конструкции являются малая производительность и необходимость наклона всей конструкции для обеспечения транспортировки перемещения материалов от загрузки к выгрузке и ограниченные технологические возможности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка для отделения жидкой фазы из материалов (патент №2375099, кл. B01D 33/27, опубл. 10.12.2009 г., Бюл. №34), включающая наружный барабан, внутри которого закреплена винтовая вставка, фильтр, выполненный из скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых в поперечном направлении по винтовой линии на конической оправке трех и более перфорированных полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине, входной патрубок, патрубки для отвода фильтрата и сгущенной фракции.
Недостатками известной конструкции являются ограниченные технологические возможности и недостаточная производительность.
Техническим решением задачи является повышение производительности и расширение технологических возможностей устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для отделения жидкой фазы из материалов, включающем наружный барабан, внутри которого закреплена винтовая вставка, фильтр, входной патрубок, патрубки для отвода фильтрата и сгущенной фракции, фильтр выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой перфорированной поверхности с винтовыми канавками внутри фильтра в виде карманов криволинейной формы с центрами кривизны карманов криволинейной формы винтовой перфорированной поверхности, расположенными внутри поперечного сечения фильтра, изготовлен из трех и более одинаковых перфорированных полос, скрученных в продольном направлении относительно продольной оси и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на цилиндрической оправке перфорированных полос прямоугольной формы, с образованием по периметру фильтра трех и более внутренних криволинейных перфорированных поверхностей выпуклой формы с центрами кривизны внутри фильтра и образованием напусков внутри фильтра в виде винтовых лопастей по всей длине фильтра от входного до выходного отверстия, при этом по всей длине фильтра смонтирована пружина волнообразной формы с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции устройства для отделения жидкой фазы из материалов.
Новизна заключается в том, что фильтр выполнен по периметру в виде многозаходной перфорированной винтовой поверхности с винтовыми канавками внутри фильтра в виде карманов криволинейной формы с центрами кривизны карманов криволинейной формы винтовой перфорированной поверхности, расположенными внутри поперечного сечения фильтра, что повышает эффективность отделения жидкой фазы из материалов, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что фильтр изготовлен из трех и более одинаковых перфорированных полос прямоугольной формы, скрученных в продольном направлении относительно продольной оси и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на цилиндрической оправке с образованием по периметру фильтра трех и более внутренних криволинейных перфорированных поверхностей выпуклой формы с центрами кривизны внутри фильтра и образованием напусков внутри фильтра в виде винтовых лопастей по всей длине фильтра от входного до выходного отверстия, что повышает эффективность отделения жидкой фазы из материалов, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что за счет скручивания перфорированных полос прямоугольной формы в продольном направлении и изогнутых в поперечном направлении образованы внутри фильтра криволинейные перфорированные поверхности различной кривизны с напусками внутри фильтра в виде лопастей в каждом поперечном сечении по длине фильтра, что не только изменяет траекторию движения частиц материалов в каждой точке криволинейной поверхности фильтра, нарушает стационарность их движения, но и интенсифицирует процесс отделения жидкой фазы из материалов, расширяет технологические возможности.
Новизна обусловлена тем, фильтр по периметру снабжен тремя, четырьмя, пяти, шести и т.д. винтовыми линиям, шаг которых изменяется от загрузки к выгрузке и соответственно тремя, четырьмя, пятью, шестью и т.д. винтовыми канавками внутри фильтра с криволинейными перфорированными поверхностями различной кривизны с напусками внутри фильтра в виде лопастей, что увеличивает не только скорость перемещений частиц материала от входного до выходного отверстия, но и увеличивает закрутку их потоков, увеличивая частоту их взаимодействия друг с другом и со стенками фильтра, увеличивает энергоемкость соударений, производительность и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что благодаря внутренним перфорированным винтовым поверхностям двоякой кривизны с напусками внутри фильтра в виде лопастей, гидравлическое сопротивление движению жидкой фазы материалов снижается, что способствует увеличению скорости их движения, улучшает кавитационные характеристики, расширяет технологические возможности, повышает интенсивность отделения жидкой фазы из материалов, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что благодаря внутренним перфорированным винтовым поверхностям с напусками внутри фильтра в виде лопастей, векторы скорости движения частиц материалов от входного до выходного отверстия фильтра изменяются, что способствует интенсификации процесса отделения жидкой фазы из материалов, расширяет технологические возможности.
Новизна предложения заключается также в том, что внутри фильтра со сложной перфорированной внутренней поверхностью с напусками внутри фильтра в виде лопастей, в каждой точке возникают разнонаправленные составляющие движения, что интенсифицирует процесс отделения жидкой фазы из материалов, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что внутри по всей длине фильтра смонтирована пружина волнообразной формы с плоским сечением витков, которая не только обеспечивает движение частиц материала от загрузки к выгрузке, но и их поджатие внутри фильтра, что расширяет технологические возможности и интенсифицирует процесс отделения жидкой фазы из материалов.
Новизна заключается также в том, что смонтированная внутри фильтра пружина волнообразной формы снабжена устройством для изменения шага витков, что позволяет влиять на характер движения частиц материала внутри фильтра и обеспечивает регулирование скорости их перемещения от загрузки к выгрузке.
Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление устройства для отделения жидкой фазы из материалов с закрепленной внутри пружиной волнообразной формы с плоским сечением витков позволяет не только создать противопотоки движения частиц материала внутри фильтра, но и обеспечить продольное их перемещение от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении фильтра и обеспечить интенсивное их взаимодействие, что расширяет технологические возможности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображено устройство для отделения жидкой фазы из материалов, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; фиг.3 - фильтр, общий вид, смонтированный из пяти перфорированных прямоугольных полос; фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; фиг.5 - одна из перфорированных полос с напуском; на фиг.6 - вид перфорированной полосы с напуском после скручивания ее концов относительно продольной оси; на фиг.7 - вид перфорированной полосы с напуском после сгиба ее на цилиндрической оправке; на фиг.8 - разрез В-В на фиг.7.
Устройство для отделения жидкой фазы из материалов содержит станину 1, выполненную в виде сварной рамы. На станине закреплен привод, состоящий из электродвигателя 2, цепной передачи 3 и четырех роликовых опор 4, на которые установлены две круговые обечайки 5 и 6, в которых закреплены наружный барабан 7 с коаксиально смонтированным в нем фильтром 8. Наружный барабан 7 изготовлен в виде цилиндра, внутри которого закреплены винтовые направляющие 9 - (винтовые вставки), и снабжен по периметру отверстиями 10 для отвода жидкой фазы из наружного барабана 7 в патрубок для отвода фильтрата 11. Участок наружного барабана 7 с отверстиями 10 смонтирован в корпусе 12, который в своей нижней части снабжен окном 11 - (патрубок для отвода фильтрата). На станине 1 смонтировано загрузочное устройство в виде воронки 13 - (входной патрубок). Устройство для отделения жидкой фазы из материалов снабжено транспортером 14 для приема твердой фазы материала - (патрубок для отвода сгущенной фракции) и емкость 15 для приема жидкой фазы материалов.
Для обеспечения дополнительного продольного перемещения в противоположном направлении частиц материала внутри фильтра 8 смонтирована пружина 16 волнообразной формы с плоским сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков пружины 16 путем растяжения или сжатия (на чертежах не показано). Направление витков пружины 16 может совпадать с направлением вращения фильтра 8 либо может быть противоположным его вращению. Регулировка величины шага витков пружины 16 может производиться также в процессе работы устройства для отделения жидкой фазы из материалов. В зависимости от характеристик обрабатываемых материалов, требуемого времени обработки устанавливается такой шаг пружины, который отвечает оптимальным условиям отделения жидкой фазы из материалов. Например, если требуется малое время обработки, то уменьшается шаг пружины 10 и, таким образом, изменяется поток движения обрабатываемых материалов в обратном направлении, а значит, соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузки к выгрузке. При обработке, требующей длительное время пребывания обрабатываемого материала в фильтре 8, шаг витков пружины 16 увеличивают и, таким образом, изменяется поток движения обрабатываемых материалов в обратном направлении, а значит, соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузки к выгрузке. В нужном положении пружину 16 фиксируют известными приспособлениями (на чертеже не показаны). Регулировка величины шага пружины 16 может быть осуществлена также и в процессе обработки.
Фильтр 8 (фиг.3, фиг.4) выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой перфорированной поверхности с винтовыми линиями по периметру и винтовыми канавками внутри фильтра 8 в виде карманов криволинейной формы, например на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4 пятью - 17, 18, 19, 20, 21.
Многозаходный винтовой пустотелый перфорированный фильтр 8 (фиг.3, фиг.4), например, выполнен из трех и более, например на фиг.3 и фиг.4 из пяти полос прямоугольной формы 22, 23, 24, 25, 26 с образованием по периметру фильтра 8 внутренних криволинейных поверхностей выпуклой формы с центрами кривизны внутри фильтра 8 и образованием напусков 27, 28, 29, 30, 31 (фиг.4) в виде винтовых лопастей по всей длине фильтра 8 (на фиг.4 винтовые лопасти затемнены). Таким образом, образуются внутри фильтра 8 винтовые канавки в виде карманов криволинейной формы 17, 18, 19, 20, 21 с центрами кривизны, расположенными внутри поперечного сечения фильтра 8 (фиг.2, фиг.4).
1
1
Фильтр 8 выполнен из трех и более перфорированных полос прямоугольной формы, например на фиг.3, фиг.4 пяти перфорированных полос 22, 23, 24, 25, 26. Каждая из перфорированных полос прямоугольной формы выполнена с напуском 32 и с боковыми кромками 33 и 34 (на фиг.5 показана перфорированная полоса 22) Напуск 32 показан на фиг.5 отделенным, например от полосы 22, штриховой линией 35. Полоса 22 скручена по винтовой линии в продольном направлении (фиг.6) относительно продольной оси O-O и изогнута по винтовой линии в поперечном направлении на цилиндрической оправке 36 (фиг.7, фиг.8).
Полосы 22, 23, 24, 25, 26 с напусками 32 после сгиба снимают с оправки 36 и соединяют друг с другом боковой стороной 34 одной полосы со штриховой линией 35 другой полосы известными методами, например сваркой, с образованием по периметру пустотелого перфорированного фильтра 8 винтовых линий и винтовых перфорированных поверхностей в виде винтовых канавок 17, 18, 19, 20, 21 внутри фильтра 8 и винтовых линий по наружной поверхности фильтра 8 с постоянным шагом S. Часть одной из винтовых линий 37-38 показана на фиг.3 утолщенной линией.
Например, полоса 22 своей винтовой кромкой 34 (фиг.4) соединена с полосой 23 по штриховой линии 35 с выпуклой ее стороны, например сваркой, в свою очередь полоса 23 соединена своей винтовой кромкой 34 с полосой 24 по ее штриховой линии 35 и т.д., с образованием многозаходной винтовой перфорированной поверхности в виде пустотелого фильтра 8 с напусками 27, 28, 29, 30, 31 (фиг.4) в виде винтовых лопастей по всей длине фильтра 8 (на фиг.4 винтовые лопасти затемнены). Скручивание каждой перфорированной полосы обеспечивает дополнительное искривление внутренней перфорированной поверхности, фильтра 8, благодаря чему увеличивается закрутка потоков обрабатываемых материалов, увеличивается производительность отделения жидкой фазы из материалов, расширяются технологические возможности.
Устройство для отделения жидкой фазы из материалов работает следующим образом.
В фильтр 8 через устройство для загрузки 13 беспрерывно загружается материал. При вращении фильтра 8 частицы материалов захватываются карманами внутренней винтовой перфорированной поверхности и в направлении вращения поднимаются вверх и перемещаются в сторону выгрузки. По достижении определенной высоты под действием гравитационных сил и образовавшегося угла естественного откоса частицы материалов движутся навстречу друг к другу под определенными углами и к стенкам вращающегося фильтра 8 и перемещаются в сторону выгрузки. При этом за счет карманов криволинейной формы частицы материалов поднимаются значительно выше, чем в фильтрах известной конструкции. Так как поверхность фильтра 8 в виде винтовых криволинейной формы перфорированных карманов непрерывна, то и непрерывен процесс движения последующих порций материалов, которые поднимаются вверх и падают вниз, движутся под разными углами. Поскольку внутренняя поверхность фильтра 8 снабжена винтовыми линиями, то в каждой порции частицы материалов перемещаются по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс отделения жидкой фазы из материалов и расширяются технологические возможности. Поэтому в фильтре 8 значительно расширен диапазон изменений результирующих векторов перемещений частиц материалов и каждая частица движется по разным векторам направления, что обеспечивает большую вероятность отделения жидкой фазы из материалов, где они обладают определенным запасом кинетической энергии и движутся с большой кинетической энергией, что обеспечивается перфорированными карманами криволинейной формы по внутренней поверхности. В результате интенсифицируется процесс отделения жидкой фазы из материалов и расширяются технологические возможности. Этому способствует пружина 16 волнообразной формы с плоским сечением витков, смонтированная внутри фильтра 8, которая обеспечивает не только изменение направления движения частиц материалов, но и регулирование скорости их движения от загрузки к выгрузке, обеспечивает поджатие и расширение порций обрабатываемых материалов по мере перемещения материалов от загрузки к выгрузке.
Другими словами, при перемещении материалов внутри фильтра 8 жидкая фаза через его перфорированные отверстия выводится в полость наружного барабана 7, где винтовыми направляющими 9 транспортируется к отверстиям 10. Через отверстия 10 жидкая фаза выводится из полости наружного барабана 7 в полость корпуса 12 и через окно 11 поступает в емкость 15. Твердая фаза материалов выводится через выходное отверстие фильтра 8 на транспортер 14. Поскольку карманы внутренней перфорированной просеивающей поверхности фильтра 8 расположены под углом к оси вращения, то в каждой порции частицы материалов перемещаются по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс разрушения их на мелкие фракции и перетирания частиц материала друг с другом и с перфорированными стенками фильтра 8, повышается интенсивность выделения жидкой фазы из материалов и расширяются технологические возможности. Так как внутри фильтра 8 образованы винтовые перфорированные поверхности в виде перфорированных карманов криволинейной формы, то значительно расширен диапазон изменений результирующих векторов перемещений частиц материалов и каждая частица движется по разным векторам направления, что обеспечивает большую вероятность столкновений в начальный момент отрыва этих частиц от перфорированных стенок фильтра 8, где они обладают определенным запасом кинетической энергии и движутся с большой кинетической энергией, поэтому и обеспечивается интенсификация процесса отделения жидкой фазы из материалов. При этом обеспечивается не только интенсивное отделение жидкой фазы из материалов, но и обеспечивается самоочистка просеивающей поверхности фильтра.
Таким образом, частицы масс материалов при непрерывном вращении фильтра 8 совершают сложное движение, при котором и происходит процесс отделения жидкой фазы из материалов. Частицы масс материалов не только интенсивно взаимодействуют друг с другом, но и под воздействием направленных в одну сторону под углом к продольной оси фильтра 8 винтовых перфорированных поверхностей в виде карманов криволинейной формы по внутренней поверхности совершают сложное движение с большой амплитудой в плоскости, перпендикулярной проходному сечению фильтра 8. Наличие винтовых перфорированных поверхностей и винтовых линий по периметру фильтра 8 способствует не только усложнению траекторий их движения, но и перемещению по проходному сечению фильтра 8. При движении масс материала по проходному сечению фильтра 8 жидкая фаза через просеивающую поверхность фильтра 8 попадает в полость барабана 7 и посредством винтовых направляющих 9 - винтовых вставок, через отверстия 10 выгружается посредством патрубка для отвода фильтрата 11 в емкость 15 для приема жидкой фазы материалов, а сгущенная фракция выводится на транспортер 14 для приема твердой фазы материала - патрубок для отвода сгущенной фракции.
Технико-экономические преимущества возникают за счет расширения диапазона изменений результирующих векторов перемещений частиц материалов, повышения интенсивности их взаимодействия и переориентации, а также скорости их перемещений от загрузки к выгрузке, что увеличивает энергоемкость взаимодействия частиц материалов друг с другом и с перфорированными стенками фильтра 8, расширяет технологические возможности, повышает производительность отделения жидкой фазы из материалов.