УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЗВЕСЕЙ УНИВЕРСАЛЬНОЕ
UNIVERSAL DEVICE FOR ANALYSIS OF GRANULOMETRIC COMPOSITION OF SUSPENSIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к осадительным центрифугам и предназначено для исследовательской работы.
Уровень техники
Прототипом заявляемого устройства является центрифуга (российский патентный документ №2252824), включающая кожух с технологическими патрубками и установленный в нем на валу ротор, состоящий из коническо-цилиндрической обечайки и крышки. Обечайка расположена с возможностью осевого перемещения, а размещенный внутри ротора на валу диск с лопастями разделяет внутреннее пространство ротора на две части. Имеется узел трения. Ротор расположен с возможностью осевого перемещения и остановки при вращении вала, оснащен устройством торможения и соединен с валом посредством подшипника скольжения и узла трения для соединения вала с обечайкой. Рабочая поверхность узла трения изготовлена из материала с большим значением коэффициента трения скольжения, например волокнита.
Достоинством этого аппарата является то, что он имеет повышенную производительность.
Недостатком устройства является то, что его конструкция не позволяет собирать осадок в дифференцированном по размеру состоянии.
Аналогом предлагаемого устройства является центрифуга с регулируемым отбором продуктов разделения (Патент РФ №2322306). Изобретение относится к устройствам для разделения жидких и других смесей, при этом взвешенные частицы могут быть в любом агрегатном состоянии.
Задачей изобретения является разработка конструкции центрифуги непрерывного действия, позволяющей регулировать производительность аппарата, фракционный состав продуктов разделения, количество отбираемых продуктов разделения, а также позволяющей быстро и удобно разбирать рабочую часть центрифуги для проведения регулярных профилактических работ, что необходимо в случае использования центрифуги в пищевой промышленности.
Поставленная задача решается путем снабжения центрифуги приводом с плавной регулировкой частоты вращения, путем снабжения центрифуги клапанами отвода продуктов разделения, регулируемых по высоте отбора фракций и по их пропускной способности, путем снабжения центрифуги рубашками приема продуктов разделения с разъемами, оснащенными эксцентриковыми затворами.
Достоинством этого устройства является возможность получать фракции с различным гранулометрическим составом.
Недостатком этого устройства является то, что возможный осадок будет распределяться на большую площадь обечайки, а это затруднит его сбор для анализа. Диапазон размеров взвешенных частиц в каждой фракции довольно широк, это снижает точность анализа.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка устройства для гранулометрического исследования взвесей твердых частиц в жидкости. При этом необходимо предусмотреть возможность определения массы каждой фракции взвешенных частиц. Число фракций, на которое можно разделить взвесь, должно быть как можно большим. Диапазон размеров частиц в каждой фракции должен быть как можно уже, а гранулометрическое содержание взвеси максимально широкое, то есть аппарат должен осаждать как крупные, так и мельчайшие взвешенные частицы. Также необходимо определять точные размеры частиц и их форму. Конструкция аппарата должна позволять легко выгружать осадок с минимальными его потерями, не нарушая порядок осевших частиц. Таким образом, новый аппарат должен охватить широкий спектр исследовательских задач и стать универсальным.
В устройствах для исследования гранулометрического состава взвесей, известных ранее, основной причиной низкой эффективности является их узкое предназначение и неприспособленность конструкции к удобному и точному анализу осадка.
Предложено устройство, состоящее из осадителя 1 (чертеж, a), который вращается на планшайбе 2. Планшайба 2 опирается на подшипник 3 и вращается мотором 4. А также предложенное устройство состоит из: буфера подвода взвеси 5, опирающегося на неподвижную опору 6; неподвижного трубопровода 7; регулировочного крана 8; вращающегося трубопровода 9 с воронкой 10; а также из кольцевой рубашки для приема фугата 11, которая опирается на неподвижную опору 12. Рубашка 11 для приема фугата снабжена наклонным днищем выпуклой формы и штуцером 13 для отвода из нее фугата. Наклонное днище рубашки 11 позволяет практически полностью отводить фугат из рубашки, что положительно скажется на точности исследования. Осадитель 1, в свою очередь, состоит из успокоительной камеры 14, осадительной камеры 15, канала отвода фугата 16, перегородки 17 с основным отверстием 18 и дополнительным отверстием 19 между успокоительной и осадительной камерами, перегородки 20 с основным отверстием 21 и дополнительным отверстием 22 между осадительной камерой и каналом отвода фугата. А также осадительная камера 15 снабжена сменной плоской вертикальной осадительной пластиной 23, которая установлена на днище этой камеры.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Крутящий момент от мотора 4 передается планшайбе 2 и осадителю 1. Частоту вращения можно регулировать по необходимости.
В начале работы осадителю 1 дают раскрутиться до рабочей частоты вращения. Далее заполняют буфер подвода 5 взвесью 24 (чертеж, a) и открывают кран 8, регулируя им расход взвеси. Взвесь по неподвижному трубопроводу 7 подается во вращающийся трубопровод 9 через его воронку 10. По вращающемуся трубопроводу 9 взвесь подается в успокоительную камеру 14, где снижается турбулизация потока взвеси, приобретенная во вращающемся трубопроводе, а также в успокоительной камере рассеивается энергия удара струи о днище осадителя. Центробежной силой взвесь прижимается к вертикальному днищу осадителя 1. Под действием вновь поступающих из вращающегося трубопровода порций взвеси последняя перетекает в осадительную камеру через основное отверстие 18 в перегородке 17 и дополнительное отверстие 19 в той же перегородке. Поперечное сечение отверстия 19 в несколько раз меньше поперечного сечения отверстия 18, это необходимо для завершающего этапа центрифугирования и будет описано ниже.
Поперечное сечение осадительной камеры больше чем у остальных проходных сечений, через которые течет взвесь. Попав в осадительную камеру, поток движется ламинарно вверх, при этом более крупные частицы под действием центробежной силы оседают из движущегося слоя жидкости ближе к перегородке 17, а более мелкие частицы (под действием той же силы) - дальше от перегородки 17, распределяясь, таким образом, по размеру на осадительной пластине 23. Фугат 25, свободный от взвешенных частиц, перетекает через отверстия в перегородке 20 и каналом отвода фугата 16 направляется в рубашку 11 для отвода фугата. В рубашке 11 фугат накапливается, стекая с его стенок и наклонного днища, и отводится через штуцер 13, после чего он может быть проанализирован.
Когда центрифугирование заканчивается и взвесь перестает поступать из трубопровода 9, последние порции жидкости медленно покидают успокоительную камеру 14 через дополнительное отверстие 19. И так же последние порции жидкости покидают осадительную камеру 15 через дополнительное отверстие 22 в перегородке 20. Таким образом, на осадительной пластине 23 остается практически сухой осадок распределенных по размеру твердых частиц.
Регулируя диаметр дополнительных отверстий 19 и 22 (например, вворачивая в них жиклеры), а также регулируя расход взвеси краном 8 и частоту вращения осадителя 1, можно настроить устройство на работу со взвесями, имеющими широкий гранулометрический состав, разное массовое содержание взвешенной фазы. Это позволяет говорить о широкой универсальности предложенного устройства.
Далее останавливают вращение и осадительную пластину 23, вынимают вместе с осадком 26 (чертеж, б). В зависимости от условий эксперимента осадок можно сушить прямо на осадительной пластине или взвешивать влажным сразу после получения. Для взвешивания осадок делят на необходимое число «N» фракций (чертеж, б) и снимают с осадительной пластины лезвием или другим подобным инструментом. Далее частицы каждой фракции микроскопируют для определения их размеров и формы. Полученных данных достаточно для построения зависимости размеров частиц и массы фракции, содержащей эти частицы.
При реализации изобретения могут быть получены следующие результаты:
1. Предложенное устройство позволит исследовать гранулометрический состав широкого спектра взвесей различного происхождения и назначения.
2. Ширина диапазона размеров частиц может быть выбрана исследователем и может быть сколь угодно узкой, а значит, результаты исследования могут иметь высокую точность.
3. Предложенное устройство обеспечивает легкий прямой доступ к каждой фракции осевших частиц. Это позволит качественно и напрямую их взвесить и микроскопировать.
Краткое описание прилагаемых фигур
На чертеже изображен эскиз продольного разреза предложенного устройства для исследования гранулометрического состава взвеси.