ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА
CENTRIFUGAL SEPARATOR AND METHOD OF CENTRIFUGAL SEPARATOR OPERATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к способу эксплуатации центробежного сепаратора и к центробежному сепаратору.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Центробежный сепаратор содержит узел ротора и узел привода. Узел ротора содержит шпиндель и барабан сепаратора. Узел привода выполнен с возможностью вращения узла ротора вокруг оси вращения, являющейся вертикальной осью вращения. Внутри барабана сепаратора имеется сепарационное пространство, в котором расположен пакет сепарационных дисков в форме усеченного конуса. В сепарационное пространство и пакет дисков подается исходная смесь текучих сред и разделяется по меньшей мере на фазу легкой текучей среды и фазу тяжелой текучей среды во время вращения ротора. Вывод фаз легкой и тяжелой текучих сред из ротора может быть непрерывным.
В документе US 6011490 раскрыто устройство для измерения положения поверхности раздела между двумя текучими средами в роторе центрифуги во время вращения. Устройство содержит электрический или магнитный датчик, установленный внутри на стенке в роторе центрифуги, и средства для бесконтактной прерывистой передачи измерительных сигналов из датчика в стационарный измерительный блок снаружи ротора центрифуги. Датчик содержит активную электронную схему, выполненную с возможностью хранения измеренных значений, которые регистрируются во время по меньшей мере части оборота ротора, перед упомянутой передачей соответствующих измерительных сигналов в измерительный блок. Предусмотрена подача электропитания в электронную схему с помощью генераторного средства, содержащего неподвижный магнит около ротора и обмотку, установленную в роторе таким образом, что в обмотке индуцируется напряжение во время движения мимо магнитного средства во время части одного оборота ротора.
В документе US 7635328 раскрыта центрифуга, включающая в себя средство для измерения физического параметра, соответствующего положению поверхности раздела фаз внутри центрифуги. Управление центрифугой осуществляется в ответ на предполагаемое положение поверхности раздела фаз. Внутри ротора центрифуги расположен кондуктометрический датчик. Электронный интерфейс выполнен с возможностью прерывистого приема данных проводимости из кондуктометрического датчика, когда датчик вращается, проходя положение электронного интерфейса, находящегося вблизи ротора. Электронный интерфейс задействуют, чтобы индуцировать протекание тока в кондуктометрическом датчике и тем самым - в прерывистом режиме - подводить к датчику питание, достаточное для измерения и передачи значений проводимости.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в том, чтобы гарантировать стабильные рабочие условия для потребителя электрической энергии в узле ротора центробежного сепаратора, имеющего вертикальную ось вращения.
В соответствии с одним аспектом изобретения, эта задача решается посредством способа эксплуатации центробежного сепаратора. Центробежный сепаратор содержит узел ротора, узел привода и потребителя электрической энергии. Узел ротора имеет вертикальную ось вращения и содержит шпиндель и барабан сепаратора. Узел привода соединен со шпинделем или образует его часть. Центробежный сепаратор содержит генератор для генерирования электрического тока. Способ включает в себя этапы, на которых:
- вращают узел ротора вокруг оси вращения с помощью узла привода;
- непрерывно генерируют ток с помощью генератора в течение полного оборота узла ротора во время этапа, на котором вращают узел ротора; и
- подают электрический ток потребителю электрической энергии, расположенному в узле ротора, используя ток, генерируемый во время этапа, на котором непрерывно генерируют ток.
Поскольку способ включает в себя этапы, на которых непрерывно генерируют ток с помощью генератора в течение полного оборота узла ротора и подают электрический ток потребителю электрической энергии, расположенному в узле ротора, потребитель электрической энергии в узле ротора способен работать внутри узла ротора, когда узел ротора вращается. Таким образом, обеспечивают стабильные рабочие условия для потребителя электрической энергии. В результате этого и решается вышеупомянутая задача.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, задача решается посредством центробежного сепаратора, содержащего узел ротора и узел привода. Узел ротора содержит шпиндель, барабан сепаратора и потребителя электрической энергии. Узел привода соединен со шпинделем или образует его часть и выполнен с возможностью вращения узла ротора вокруг вертикальной оси вращения. Центробежный сепаратор содержит генератор для генерирования электрического тока. Генератор выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла ротора. Этот ток используют для подачи электрического тока потребителю электрической энергии, расположенному в узле ротора.
Поскольку генератор выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла ротора, а этот ток используют для подачи электрического тока потребителю электрической энергии, расположенному в узле ротора, потребитель электрической энергии в узле ротора способен работать внутри узла ротора, когда узел ротора вращается. Таким образом, обеспечивают стабильные рабочие условия для потребителя электрической энергии. В результате этого и решается вышеупомянутая задача.
Благодаря этапу, на котором непрерывно генерируют ток с помощью генератора в течение полного оборота узла ротора во время этапа, на котором вращают узел ротора, а генератор выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла ротора, соответственно, потребитель электрической энергии может работать непрерывно, когда узел ротора вращается, т.е., не только в прерывистом режиме, как в известных центробежных сепараторах. Таким образом, потребитель электрической энергии может содержать не только слаботочных потребителей, таких как датчики, но и - в качестве дополнения или альтернативы - сильноточных потребителей, таких как исполнительные механизмы.
Центробежный сепаратор может быть выполнен с возможностью разделения исходной смеси текучих сред по меньшей мере на фазу легкой текучей среды и фазу тяжелой текучей среды. Внутри барабана сепаратора имеется сепарационное пространство, в котором может быть расположен пакет сепарационных дисков в форме усеченного конуса. Потребитель электрической энергии может быть потребителем, который является сильноточным по сравнению с потребителями электрической энергии внутри узлов роторов известных центробежных сепараторов. Потребитель электрической энергии может содержать одного потребителя большой электрической энергии или несколько потребителей электрический энергии.
В соответствии с вариантами осуществления центробежный сепаратор может содержать исполнительный механизм, расположенный в узле ротора, причем исполнительный механизм образует по меньшей мере часть потребителя электрической энергии. Таким образом, исполнительный механизм можно питать электрической энергией от генератора. Поскольку генератор непрерывно генерирует ток, исполнительный механизм можно питать электрической энергией непрерывно. Таким образом, исполнительный механизм может работать непрерывно, когда узел ротора вращается. Соответственно, управлять аспектами, характеристиками, работоспособностью, и т.д. центробежного сепаратора и/или сепарацией, осуществляемой центробежным сепаратором, исполнительный механизм может изнутри узла ротора.
В соответствии с вариантами осуществления центробежный сепаратор может содержать датчик, расположенный в узле ротора, причем датчик образует по меньшей мере часть потребителя электрической энергии. Таким образом, датчик можно питать электрической энергией от генератора. Поскольку генератор непрерывно генерирует ток, датчик можно питать электрической энергией непрерывно. Таким образом, датчик может работать непрерывно, когда узел ротора вращается. Соответственно, измерять параметры, аспекты, характеристики, работоспособность, и т.д. центробежного сепаратора и/или сепарации, осуществляемой центробежным сепаратором, датчик может изнутри узла ротора.
В соответствии с вариантами осуществления центробежный сепаратор может содержать блок управления, расположенный в узле ротора, причем блок управления образует по меньшей мере часть потребителя электрической энергии. Таким образом, блок управления можно питать электрической энергией от генератора. Поскольку генератор непрерывно генерирует ток, блок управления можно питать электрической энергией непрерывно. Таким образом, блок управления может работать непрерывно, когда узел ротора вращается. Соответственно, управлять параметрами, аспектами, характеристиками, работоспособностью, и т.д., центробежного сепаратора и/или сепарации, осуществляемой центробежным сепаратором, и/или осуществлять их оперативный контроль блок управления может изнутри узла ротора. Блок управления может осуществлять связь с оборудованием снаружи узла ротора.
Признаки изобретения и связанные с ним преимущества, рассматриваемые в нижеследующем подробном описании, относятся ко всем аспектам изобретения.
Дополнительные признаки изобретения и связанные с ним преимущества станут очевидными при изучении прилагаемой формулы изобретения и нижеследующего подробного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Различные аспекты и/или варианты осуществления изобретения, включая его конкретные признаки и преимущества, станут легко понятными из возможных вариантов осуществления, рассматриваемых в нижеследующем подробном описании, и прилагаемых чертежей, при этом:
на фиг.1 схематически изображено поперечное сечение, проведенное через центробежный сепаратор, имеющий вертикальную ось вращения, в соответствии с вариантами осуществления;
на фиг.2a-2c изображены варианты осуществления генератора центробежного сепаратора;
на фиг.3 изображены варианты осуществления генератора центробежного сепаратора;
на фиг.4a схематически изображен вид сбоку узла ротора центробежного сепаратора в соответствии с вариантами осуществления;
на фиг.4b схематически изображен вид сверху узла ротора;
на фиг.5a схематически изображен узел привода центробежного сепаратора;
на фиг.5b схематически изображен вид сверху узла 5 привода;
на фиг.6a-6c схематически изображены поперечные сечения центробежных сепараторов, имеющих вертикальную ось вращения; и
на фиг.7 изображен способ эксплуатации центробежного сепаратора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Теперь будет приведено более полное описание аспектов и/или вариантов осуществления изобретения. Сходные позиции везде обозначают сходные элементы. Из соображений краткости и/или ясности изложения, хорошо известные функции или конструкции не обязательно будут описаны подробно.
На фиг.1 схематически изображено сечение, проведенное через центробежный сепаратор 1 в соответствии с вариантами осуществления. Центробежный сепаратор 1 содержит узел 2 ротора и узел 5 привода. Узел 2 ротора содержит барабан 11 сепаратора и шпиндель 4. Шпиндель 4 поддерживается в корпусе 3 центробежного сепаратора 1, например, посредством двух подшипников. Корпус 3 может содержать более одной отдельной части и поэтому может быть собран из нескольких частей. Узел 5 привода выполнен с возможностью вращения узла 2 ротора вокруг вертикальной оси (X) вращения.
В этих вариантах осуществления узел 5 привода образует часть шпинделя 4. То есть, непосредственный привод узла 2 ротора осуществляет узел 5 привода. Узел 5 привода содержит электрический двигатель, а ротор электрического двигателя образует часть шпинделя 4. Вместо этого, в альтернативных вариантах осуществления узел привода может быть соединен со шпинделем. Такие альтернативные варианты осуществления могут предусматривать электрический двигатель, соединенный со шпинделем, например, посредством зубчатых колес или ременного привода.
Внутри барабана 11 сепаратора образовано сепарационное пространство 6, в котором имеет место центробежная сепарация исходной смеси текучих сред. В сепарационном пространстве 6 расположен пакет сепарационных дисков 7 в форме усеченного конуса. Сепарационные диски 7 обеспечивают эффективную сепарацию исходной смеси текучих сред по меньшей мере на фазу легкой текучей среды и фазу тяжелой текучей среды. Пакет сепарационных дисков 7 в форме усеченного конуса посажен по центру и соосно с вертикальной осью (X) вращения.
Центробежный сепаратор 1 может быть выполнен с возможностью сепарации исходной смеси текучих сред по меньшей мере на фазу легкой текучей среды и фазу тяжелой текучей среды. Исходная смесь текучих сред может содержать, например, жидкость и газ или две жидкости. Исходная смесь текучих сред может содержать твердое вещество, сепарация которого в центробежном сепараторе 1 возможна в форме осадка из исходной смеси текучих сред.
В изображенных вариантах осуществления исходную смесь текучих сред, подлежащую сепарации, подают сверху центробежного сепаратора 1 через впускную трубу 8 по центру вниз в барабан 11 сепаратора. Барабан 11 сепаратора имеет выступающую из него выпускную трубу 9 фазы легкой текучей среды для менее плотного компонента, отделяемого от исходной смеси текучих сред, проходящую через корпус 3 вверху центробежного сепаратора 1. Барабан 11 сепаратора также имеет выступающую из него выпускную трубу 10 фазы тяжелой текучей среды для более плотного компонента, отделяемого от исходной смеси текучих сред, проходящую через корпус 3 вверху центробежного сепаратора 1. Сепаратор может содержать дополнительные выпускные трубы для дополнительных фаз, имеющих плотности, отличающиеся от плотностей фаз легкой и тяжелой текучих сред, отводимых по выпускным трубам 9, 10. Например, осадок можно испускать из барабана 11 сепаратора через сопла, расположенные на внешней периферии барабана 11 сепаратора.
Данное изобретение не ограничивается какими-либо типами исходных смесей текучих сред или отделяемых фаз текучих сред. Не ограничивается данное изобретение ни какой-либо конкретной компоновкой впускной трубы для исходной смеси текучих сред, ни какими-либо конкретными компоновкам выпускных труб для отделяемых фаз текучих сред.
Узел 2 ротора содержит потребителя 12 электрической энергии. Центробежный сепаратор 1 содержит генератор 14 для генерирования электрического тока. Генератор 14 выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла 2 ротора. Этот ток используют для подачи электрического тока потребителю 12 электрической энергии, расположенному в узле 2 ротора. Ток можно подавать от генератора 14 потребителю 12 электрической энергии по электрической цепи 13. Электрическая цепь 13 может содержать по меньшей мере, проводники, ведущие от генератора 14 к потребителю 12 электрической энергии.
Непрерывно генерируемый ток может быть непрерывным переменным током в течение полного оборота узла 2 ротора или непрерывно импульсным постоянным током в течение полного оборота узла 2 ротора. Непрерывный переменный ток или непрерывно импульсный постоянный ток можно выпрямлять в выпрямительном устройстве (не показано) перед использованием в качестве электрической энергии потребителем 12 электрической энергии. Поскольку генератор 14 выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла 2 ротора, потребитель 12 электрической энергии может использовать электрическую энергию, предоставляемую в форме тока из генератора 14, во время полного оборота узла 2 ротора.
На фиг.2a-2c изображены варианты осуществления генератора 14 центробежного сепаратора, например, такого как центробежный сепаратор 1 по фиг.1.
Генератор 14 выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла 2 ротора центробежного сепаратора. Этот ток используют для подачи электрического тока потребителю 12 электрической энергии, расположенному в узле 2 ротора, во время полного оборота узла 2 ротора. На фиг.2a-2c схематически показан участок шпинделя 4 узла 2 ротора. Узел 2 ротора дополнительно содержит барабан сепаратора (не показан).
Генератор 14 содержит обмотку 16, расположенную с возможностью вращения с узлом 2 ротора. Обмотка 16 имеет ось 18 обмотки, простирающуюся по существу перпендикулярно вертикальной оси (X) вращения узла 2 ротора. Таким образом, обмотка 16 и ось 18 обмотки могут вращаться через магнитное поле, проходящее поперек узла 2 ротора, чтобы генерировать непрерывный переменный ток в обмотке 16 генератора 14. В альтернативном случае, например, двух противоположно направленных магнитных полей, простирающихся перпендикулярно оси (X) вращения, обмотка 16 и ось 18 обмотки могут вращаться через эти магнитные поля, генерируя импульсный постоянный ток в обмотке 16 генератора 14.
Ось 18 обмотки проходит по центру обмотки 16. Иными словами, витки обмотки 16 простираются вокруг оси 18 обмотки.
Обмотка 16 содержит проводник, образующий ряд витков обмотки. Этот проводник электрически изолирован, так что отдельные витки обмотки изолированы друг от друга, т.е., витки обмотки не замкнуты накоротко. Обмотка 16 соединена с потребителем 12 электрической энергии, расположенным в узле 2 ротора. Точнее говоря, два конца обмотки 16 соединены с потребителем 12 электрической энергии, например, через выпрямительный мост 26 и конденсатор 28 для выпрямления переменного тока, или через сглаживающий конденсатор для сглаживания пульсирующего постоянного тока, чтобы обеспечить постоянный ток потребителю 12 электрической энергии.
Таким образом, центробежный сепаратор может содержать выпрямительное устройство 30, расположенное в узле 2 ротора и электрически соединенное с генератором 14. Выпрямительное устройство 30 может быть выполнено с возможностью выдачи непрерывного постоянного тока во время вращения узла 2 ротора. Выпрямительное устройство 30 может содержать выпрямительный мост 26 и конденсатор 28.
Соответственно, ток можно подавать с обмотки 16 генератора 14 потребителю 12 электрической энергии через электрическую цепь 13, которая может содержать, например, проводники и выпрямительное устройство 30. В вариантах осуществления, где генератор генерирует пульсирующий постоянный ток, электрическая цепь может содержать, например, проводники и сглаживающий конденсатор.
На фиг.2a-2c шпиндель 4, выпрямительный мост 26, конденсатор 28 и потребитель 12 электрической энергии показаны лишь схематически. На практике, шпиндель 4 может быть длиннее, чтобы служить опорой барабану сепаратора и для соединения с узлом привода центробежного сепаратора либо вхождения в его состав. Выпрямительный мост 26 и конденсатор и 28 могут быть расположены рядом со шпинделем 4 или на некотором расстоянии от него. Потребитель 12 электрической энергии может быть расположен в любом подходящем положении в узле 2 ротора, чтобы выполнять свою рабочую функцию в узле 2 ротора.
Обмотка 16 может содержать первый участок 20 обмотки и второй участок 20ʽ обмотки, причем первый и второй участки 20, 20ʽ обмотки расположены с противоположных сторон оси (X) вращения. Таким образом, обмотка 16 может быть выполнена простирающейся симметрично вокруг оси (X) вращения. Поэтому создаются условия для генерирования непрерывного переменного тока с помощью генератора 14. В альтернативном варианте создаются условия для генерирования непрерывно импульсного постоянного тока с помощью генератора 14.
Генератор 14 содержит магнитный элемент 22, расположенный неподвижно в центробежном сепараторе 1. Магнитный элемент 22 выполнен с возможностью создания магнитного поля, простирающегося поперек оси (X) вращения. Таким образом, в обмотке 16 можно генерировать непрерывный переменный ток, поскольку магнитное поле будет влиять на обмотку 16 с обеих сторон оси (X) вращения.
Обмотка 16 может быть намотана вокруг ферритового сердечника 21. Таким образом, магнитное поле, исходящее из магнитного элемента 22, может быть усилено в пределах обмотки 16. Соответственно, можно также усилить непрерывный переменный ток, генерируемый в обмотке 16. Ферритовый сердечник 21 может содержать ряд отдельных слоев 23 сердечника, уложенных стопой один поверх другого. Таким образом, магнитное поле, исходящее из магнитного элемента 22, будет подвергаться в ферритовом сердечнике 21 возмущениям, меньшим, чем если бы ферритовый сердечник был изготовлен из сплошного куска материала.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления магнитный элемент 22 может содержать первую магнитную деталь 24 и вторую магнитную деталь 24ʽ. Первая и вторая магнитные детали 24, 24ʽ могут быть расположены с противоположных сторон оси (X) вращения. Таким образом, магнитное поле может быть создано с обеих сторон оси (X) вращения, причем первая и вторая магнитные детали 24, 24ʽ имеют свои северный и южный магнитные полюса, выполненные создающими одно магнитное поле в промежутке между первой и второй магнитными деталями 24, 24ʽ.
В этих вариантах осуществления магнитный элемент 22 содержит по меньшей мере один электромагнит. Например, каждая из первой и второй магнитных деталей 24, 24ʽ может образовывать электромагнит. Как известно в области электромагнитов, каждый электромагнит может содержать ферритовый сердечник 25, 25ʽ с обмоткой 27, 27ʽ, намотанной вокруг ферритового сердечника. Когда по обмотке 27, 27ʽ электромагнита протекает ток, генерируется магнитное поле. Один из электромагнитов может иметь свой северный магнитный полюс обращенным к оси (X) вращения, а другой из электромагнитов имеет свой южный магнитный полюс обращенным к оси (X) вращения. Таким образом, магнитные поля электромагнитов усиливают друг друга.
Ферритовые сердечники 25, 25ʽ электромагнитов образуют между собой пространство, причем это пространство имеет, по существу, круглое поперечное сечение. Упомянутое по существу круглое поперечное сечение простирается перпендикулярно оси (X) вращения. Обмотка 16 генератора 14, расположенная на оси (X) вращения, вращается в пределах пространства, имеющего по существу круглое поперечное сечение. Таким образом, обмотка 16 может вращаться в пределах сильного магнитного поля.
Аналогично ферритовому сердечнику 21 обмотки 16, ферритовые сердечники 25, 25’ электромагнитов могут содержать ряд отдельных слоев сердечников, уложенных стопой один поверх другого (не показаны).
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления силой тока, действующего на упомянутый по меньшей мере, один электромагнит, можно управлять для изменения напряженности магнитного поля, создаваемого упомянутым по меньшей мере одним электромагнитом. Таким образом, силой непрерывного переменного тока, генерируемого генератором 14, можно управлять. Например, на низких скоростях вращения узла 2 ротора возможна выдача высокого тока в упомянутый по меньшей мере один электромагнит, чтобы компенсировать низкую скорость вращения и выдавать существенно сильный ток потребителю электрической энергии в узле 2 ротора. Возможен другой пример, в котором потребитель 12 электрической энергии в узле 2 ротора потребляет разные количества электрической энергии в разные моменты во время эксплуатации центробежного сепаратора. В таких случаях силу непрерывного переменного тока, генерируемого генератором 14, можно увеличивать за счет увеличения тока, подводимого к упомянутому по меньшей мере одному электромагниту, когда потребитель 12 электрической энергии потребляет большое количество электрической энергии, и силу непрерывного переменного тока, генерируемого генератором 14, можно уменьшать за счет уменьшения тока, подводимого к упомянутому по меньшей мере одному электромагниту, когда потребитель 12 электрической энергии потребляет малое количество электрической энергии. Также можно полностью выключать генератор 14 за счет выключения тока, подводимого к упомянутому по меньшей мере одному электромагниту, например, когда потребителю 12 электрической энергии в узле 2 ротора не требуется никакая электрическая энергия.
На фиг.3 изображены варианты осуществления генератора 14 центробежного сепаратора, например, такого как центробежный сепаратор 1 согласно фиг.1. Эти варианты осуществления во многом напоминают варианты осуществления согласно фиг.2a-2c. Поэтому обратимся к вышеизложенным рассуждениям, относящимся к вариантам осуществления согласно фиг.2a-2c, а в частности - к рассмотрению обмотки 16, оси 18 обмотки, первого и второго участков 20, 20ʽ обмотки, ферритового сердечника 21 обмотки 16 и выпрямительного устройства 30. Ниже будут рассмотрены основные различия между вариантами осуществления согласно фиг.3 и фиг.2a-2c.
И опять, генератор 14 выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла ротора центробежного сепаратора. Этот ток используют для выдачи электрического тока потребителю электрической энергии, расположенному в узле ротора, например, во время полного оборота узла 2 ротора. На фиг.3 схематически показан участок шпинделя 4 узла 2 ротора. Узел 2 ротора дополнительно содержит барабан сепаратора (не показан).
И опять, генератор 14 содержит магнитный элемент 22, выполненный неподвижным в центробежном сепараторе. Магнитный элемент 22 выполнен создающим магнитное поле, простирающееся поперек оси (X) вращения.
В этих вариантах осуществления магнитный элемент 22 содержит, по меньшей мере, один постоянный магнит. Таким образом, для генерирования магнитного поля электрическая энергия не требуется, как она требовалась в вариантах осуществления согласно фиг.2a-2c, содержащего, по меньшей мере, один электромагнит.
Магнитный элемент 22 может содержать первую магнитную деталь 24 и вторую магнитную деталь 24ʽ. Первая и вторая магнитные детали 24, 24ʽ могут быть расположены с противоположных сторон оси (X) вращения. Таким образом, магнитное поле может быть создано постоянными магнитами с обеих сторон оси (X) вращения.
Один из постоянных магнитов может иметь свой северный магнитный полюс обращенным к оси (X) вращения, а другой из постоянных магнитов имеет свой южный магнитный полюс обращенным к оси (X) вращения. Таким образом, магнитные поля первой и второй магнитных деталей 24, 24ʽ усиливают друг друга.
Первая и вторая магнитные детали 24, 24ʽ образуют между собой пространство, имеющее по существу круглое поперечное сечение. Упомянутое по существу круглое поперечное сечение простирается перпендикулярно оси (X) вращения. Обмотка 16 генератора 14 расположена на оси (X) вращения и вращается в пределах пространства, имеющего по существу круглое поперечное сечение. Таким образом, обмотка 16 может вращаться в пределах сильного магнитного поля, создаваемого первой и второй магнитными деталями 24, 24ʽ.
В вариантах осуществления согласно фиг.2a-2c и фиг.3 обмотка 16 расположена на шпинделе 4 с возможностью вращения со шпинделем 4, а магнитный элемент 22 расположен рядом со шпинделем 4.
Таким образом, генератор 14 расположен на шпинделе 4 узла 2 ротора.
Как показано на фиг.1, генератор 14 может быть расположен на шпинделе 4 с той же стороны оси барабана 11 сепаратора, что и узел 5 привода.
В альтернативных вариантах осуществления шпиндель 4 может проходить сквозь барабан 11 сепаратора. В таких вариантах осуществления генератор 14 может быть расположен на шпинделе 4 со стороны оси барабана 11 сепаратора, противоположной той, где узел 5 привода соединен со шпинделем 4 или образует его часть.
В соответствии с дополнительным вариантами осуществления генератор 14 может быть расположен на отдельной конструкции, предусмотренной на шпинделе 4 или на барабане сепаратора. Назначением этой отдельной конструкции может быть придание опоры генератору 14.
На фиг.4a схематически изображен вид сбоку узла 2 ротора центробежного сепаратора в соответствии с вариантами осуществления. На фиг.4b схематически изображен вид сверху узла 2 ротора. Центробежный сепаратор может быть центробежным сепаратором 1, рассмотренным выше в связи с фиг.1.
В этих вариантах осуществления генератор 14 выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла 2 ротора центробежного сепаратора, а генератор расположен в барабане 11 сепаратора. На фиг.4b барабан 11 сепаратора схематически обозначен пунктирной линией. И опять, этот ток используют для подачи электрического тока потребителю электрической энергии, расположенному в узле 2 ротора, например, во время полного оборота узла 2 ротора.
И опять, генератор 14 содержит обмотку 16 и магнитный элемент 22 в соответствии с любым из вариантов осуществления, описанных выше со ссылками на фиг.2a-2c и 3. Однако в этих вариантах осуществления обмотка 16 расположена на барабане 11 сепаратора с возможностью вращения вместе с барабаном 11 сепаратора, а магнитный элемент 22 расположен рядом с барабаном 11 сепаратора. Соответственно, за исключением ссылок на шпиндель и генератор, являющийся расположенным на шпинделе, вышеизложенные рассуждения, относящиеся к вариантам осуществления согласно фиг.2a-2c и 3, также относятся к этим вариантам осуществления, раскрытым на фиг.4a и 4b. На фиг.4b показан магнитный элемент 22, содержащий, по меньшей мере, один электромагнит. В альтернативном варианте можно использовать магнитный элемент 22, содержащий, по меньшей мере, один постоянный магнит.
На фиг.5a схематически изображено сечение, проведенное через узел 5 привода центробежного сепаратора 1 в соответствии с вариантами осуществления. На фиг.5b схематически изображен вид сверху узла 5 привода. Центробежный сепаратор 1 может быть центробежным сепаратором 1, рассмотренным выше в связи с фиг.1.
В этих вариантах осуществления генератор 14 выполнен с возможностью непрерывного генерирования тока в течение полного оборота узла 2 ротора центробежного сепаратора 1, причем генератор выполнен соединенным с узлом 5 привода центробежного сепаратора 1. И опять, этот ток используют для подачи электрического тока потребителю электрической энергии, расположенному в узле 2 ротора, например, во время полного оборота узла 2 ротора.
Узел 5 привода расположен в корпусе 3 центробежного сепаратора 1. Узел 5 привода выполнен с возможностью привода шпинделя 4 узла 2 ротора.
Генератор 14 содержит обмотку 16 и магнитный элемент 22. Узел 5 привода содержит электрический двигатель 30, содержащий ротор 32 и статор 34. Ротор 32 образует часть шпинделя 4, так что шпиндель 4 образует часть узла 5 привода. Обмотка 16 генератора 14 расположена на участке ротора 32 электрического двигателя 30. Магнитный элемент 22 генератора 14 образован по меньшей мере одной магнитной деталью статора 34 электрического двигателя 30.
Статор 34 электрического двигателя 30 содержит магнитные детали, образующие магнитные полюсы. Магнитные полюсы создают вращающееся магнитное поле, которое возбуждает ротор 32. Точнее говоря, запаздывание между вращающимся магнитным полем и ротором 32 возбуждает ротор 32. Вращающееся магнитное поле используют для генерирования непрерывного переменного тока в обмотке 16 генератора 14. Вместе с тем, поскольку магнитное поле вращается и поскольку обмотка 16 генератора 14 вращается вместе с ротором 32, между ротором 32 и вращающимся магнитным полем существует запаздывание, которые вызывает изменение магнитного поля в обмотке 16 и генерирование непрерывного переменного тока в обмотке 16. Поэтому - по сравнению с ранее рассмотренными генераторами, содержащими магнитные элементы, генерирующие статические магнитные поля по отношению к узлу 2 ротора, - переменный ток представляет собой низкочастотный переменный ток.
Ток непрерывно генерируется в разных вариантах осуществления генераторов 14, а их расположение в центробежных сепараторах 1 рассмотрено выше со ссылками на фиг.1, фиг.2a-2c, фиг.3, фиг.4a и 4b и фиг.5a и 5b. Ток непрерывно генерируется в течение полного оборота узла 2 ротора центробежного сепаратора 1, о котором конкретно идет речь. Соответственно, магнитное поле, исходящее из магнитного элемента 22, оказывается достаточно сильным, чтобы генерировать ток в обмотке 16.
Ток, непрерывно генерируемый в обмотке 16 генератора 14, может быть непрерывным переменным током. В альтернативных вариантах осуществления ток, непрерывно генерируемый в обмотке 16 генератора 14, может быть непрерывно импульсным постоянным током.
Здесь термин «непрерывный переменный ток» может относиться к переменному току, отклоняющемуся от 0 мА на протяжении по меньшей мере 70 % одного цикла переменного тока. Иными словами, сигнал, представляющий один цикл переменного тока, имеет значение больше 0 мА на протяжении по меньшей мере 70 % одного цикла. Таким образом, из выпрямительного устройства 30, соединенного с генератором 14, можно выдавать непрерывный постоянный ток с малым отклонением от опорного напряжения.
Здесь термин «непрерывно импульсный постоянный ток» может относиться к импульсному постоянному току, имеющему по меньшей мере два импульса на полный оборот узла 2 ротора и отклоняющемуся от 0 мА на протяжении по меньшей мере 70 % полного оборота узла 2 ротора. Таким образом, из регулятора напряжения, соединенного с генератором 14, можно выдавать непрерывный постоянный ток с малым отклонением от опорного напряжения.
Генератор 14 может выдавать ток, а магнитный элемент 22 выполнен с возможностью обеспечивать магнитное поле, в котором обмотка 16 заключена во время полного оборота обмотки 16. Иными словами, генератор 14 может выдавать ток, а обмотка 16 при этом располагается в магнитном поле или магнитных полях, создаваемом или создаваемых магнитными элементами 22 во время полного оборота обмотки 16. Это может быть доказано в генераторе 14, где обмотка 16 расположена в пределах ширины магнитного элемента 22 в направлении, перпендикулярном оси (X) вращения.
Соответственно, можно обеспечить стабильные рабочие условия для потребителя электрической энергии в узле 2 ротора центробежного сепаратора 1.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления генератор 14 во время вращения узла 2 ротора может обеспечивать мощность по меньшей мере 1,2 Вт, которую можно обеспечить при среднеквадратическом значении напряжения, например, 24 В и среднеквадратическом значении тока 50 мА. В таком варианте осуществления мощность может оказаться достаточной для подачи электрической энергии потребителю 12 электрической энергии, содержащему, например, датчик и/или блок управления.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления генератор 14 во время вращения узла 2 ротора может обеспечивать мощность по меньшей мере 6 Вт, которую можно обеспечить при среднеквадратическом значении напряжения, например, 24 В, и среднеквадратическом значении тока 250 мА. В таком варианте осуществления, мощность может оказаться достаточной для подачи электрической энергии потребителю 12 электрической энергии, содержащему, например, один или несколько из электродвигателя постоянного тока, исполнительного механизма, конденсатора для аккумулирования электрической энергии, датчика и/или блока управления.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления генератор 14 во время вращения узла 2 ротора может обеспечивать мощность в пределах диапазона 1-5 Вт, которую можно обеспечить при среднеквадратическом значении напряжения, например, 12 В или 24 В.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления генератор 14 во время вращения узла 2 ротора может обеспечивать мощность в пределах диапазона 4-10 Вт, который можно обеспечить при среднеквадратическом значении напряжения, например, 12 В или 24 В.
Генератор 14 выполнен с возможностью выдачи электрической энергии потребителю электрической энергии в узле 2 ротора центробежного сепаратора 1. Таким образом, помимо всего прочего, открываются такие возможности:
- измерение параметров центробежного сепаратора или процесса сепарации внутри узла ротора;
- передача данных из узла ротора в некоторую систему снаружи узла ротора;
- осуществление связи снаружи узла ротора, например, с системой управления внутри узла ротора  и т.д.
На фиг.6a схематически изображено сечение, проведенное через центробежный сепаратор 1 в соответствии с вариантами осуществления. Центробежный сепаратор 1 содержит узел 2 ротора, узел 5 привода и генератор 14 в соответствии с любым из ранее рассмотренных вариантов осуществления. И опять, потребитель 12 электрической энергии расположен в узле 2 ротора.
В этих вариантах осуществления центробежный сепаратор 1 содержит исполнительный механизм 40, расположенный в узле 2 ротора. Исполнительный механизм 40 образует по меньшей мере часть потребителя 12 электрической энергии. Исполнительный механизм 40 питается электрический энергией от генератора 14. Потребитель 12 электрической энергии может содержать дополнительные компоненты или устройства помимо исполнительного механизма 40.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления центробежный сепаратор 1 может содержать клапан 42, расположенный в узле 2 ротора. Исполнительный механизм 40 может быть выполнен с возможностью приведения в действие подвижного механизма клапана 42. Таким образом, клапан 42 может управляться исполнительным механизмом 40, т.е. электрическую энергию, обеспечиваемую генератором 14, можно использовать для управления лампой, расположенной в узле 2 ротора.
На фиг.6b схематически изображено сечение, проведенное через центробежный сепаратор 1 в соответствии с вариантами осуществления. Центробежный сепаратор 1 содержит узел 2 ротора, узел 5 привода, и генератор 14 в соответствии с любым из вариантов осуществления, рассмотренных ранее. И опять, потребитель 12 электрической энергии расположен в узле 2 ротора.
В этих вариантах осуществления, центробежный сепаратор 1 содержит датчик 44, расположенный в узле 2 ротора. Датчик 44 образует по меньшей мере часть потребителя 12 электрической энергии. То есть потребитель 12 электрической энергии может содержать дополнительным компоненты или устройства помимо датчика 44. Датчик 44 питается электрический энергией от генератора 14.
На фиг.6c схематически изображено сечение, проведенное через центробежный сепаратор 1 в соответствии с вариантами осуществления. Центробежный сепаратор 1 содержит узел 2 ротора, узел 5 привода, и генератор 14 в соответствии с любым из ранее рассмотренных вариантов осуществления. И опять, потребитель 12 электрической энергии расположен в узле 2 ротора.
В этих вариантах осуществления, центробежный сепаратор 1 может содержать блок 46 управления, расположенный в узле 2 ротора. Блок 46 управления образует по меньшей мере часть потребителя 12 электрической энергии. То есть, потребитель 12 электрической энергии может содержать дополнительные компоненты или устройства помимо блока 46 управления. Блок 46 управления питается электрической энергией от генератора 14.
Обращаясь к фиг.6a-6c, отмечаем, что потребитель 12 электрической энергии в узле 2 ротора центробежного сепаратора 1 может содержать один или несколько таких компонентов, как каждый из исполнительного механизма 40, клапана 42, датчика 44 и блока 46 управления, и/или различные комбинации одного или нескольких таких компонентов, как исполнительный механизм 40, клапан 42, датчик 44 и блок 46 управления.
В дополнение к этому, потребитель 12 электрической энергии может содержать блок 48 связи, пример которого приведен на фиг.6c. Блок 48 связи может содержать, например, устройство связи Bluetooth для беспроводной связи. Альтернативный блок 48 связи может осуществлять связь посредством обмотки 16 генератора 14. Посредством обмотки 16 можно передавать и/или принимать высокочастотный сигнал связи. Высокочастотный сигнал связи накладывается на непрерывный переменный ток, генерируемый в обмотке 16. Посредством блока 48 связи можно посылать, например, данные, команды управления, и т.д., в узел 2 ротора или из этого узла.
Разные компоненты потребителя 12 электрической энергии в узле 2 ротора могут быть соединены друг с другом для обмена данными, командами управления, и т.д., между собой. Чтобы снизить центробежные силы, воздействующие на компоненты потребителя 12 электрической энергии, можно расположить один или несколько компонентов вблизи оси вращения узла 2 ротора. Разные компоненты потребителя 12 электрической энергии питаются - прямо или косвенно - электрической энергией от генератора 14.
Несколько возможных потребителей 12 электрической энергии и их функционирование:
- датчик 44 может выдавать данные измерения в блок 46 управления для эксплуатации центробежного сепаратора;
- блок 46 управления может быть соединен с исполнительным механизмом 40 для выдачи сигнала управления в исполнительный механизм 40;
- блок 48 связи может обеспечивать посылку данных измерения из датчика 44 некоторому внешнему получателю данных;
- блок 48 связи может обеспечивать прием команд управления для центробежного сепаратора от некоторого внешнего отправителя и посылку команд управления в блок 46 управления.
На фиг.7 изображен способ 100 эксплуатации центробежного сепаратора. Центробежный сепаратор может быть центробежным сепаратором 1, рассмотренным в связи с фиг.1 и фиг.6a-6c. Центробежный сепаратор 1 содержит генератор 14 для генерирования электрического тока. Генератор может быть генератором 14, рассмотренным в связи с фиг.1-5b. Соответственно, центробежный сепаратор 1 содержит узел 2 ротора, узел 5 привода и потребителя 12 электрической энергии. Узел 2 ротора имеет вертикальную ось (X) вращения и содержит шпиндель 4 и барабан 11 сепаратора. Узел 5 привода соединен со шпинделем 4 или образует его часть.
Способ 100 включает в себя этапы, на которых:
- вращают 102 узел 2 ротора вокруг оси (X) вращения с помощью узла 5 привода;
- непрерывно генерируют 104 ток с помощью генератора 14 в течение полного оборота узла 2 ротора во время этапа, на котором вращают 102 узел 2 ротора; и
- подают 106 электрический ток потребителю электрической энергии, расположенному в узле ротора, используя ток, генерируемый во время этапа, на котором непрерывно генерируют 104 ток.
В соответствии с вариантами осуществления, при этом генератор 14 содержит магнитный элемент 22, выполненный неподвижным в центробежном сепараторе 1, причем магнитный элемент 22 расположен с возможностью создания магнитного поля, простирающегося поперек оси (X) вращения, при этом магнитный элемент 22 содержит по меньшей мере один электромагнит, а способ 100 может включать в себя этап, на котором:
- управляют 108 силой тока, подводимого к упомянутому по меньшей мере одному электромагниту, для изменения напряженности магнитного поля, создаваемого упомянутым по меньшей мере одним электромагнитом.
Таким образом, силой тока, генерируемого генератором 14, можно управлять, как говорилось выше.
Следует понять, что вышеизложенное носит характер иллюстрации различных возможных вариантов осуществления и что изобретение ограничивается лишь прилагаемой формулой изобретения. Специалист в данной области техники поймет, что в рамках объема притязаний изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения, возможные варианты осуществления можно модифицировать и что разные признаки возможных вариантов осуществления можно объединять, создавая варианты осуществления, отличающиеся от тех, которые здесь описаны.