Вибрационная центрифуга
VIBRATION CENTRIFUGE

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий на жидкую и твердую фазы при помощи центробежных сил, а именно к фильтрующим центрифугам с вибрационной выгрузкой осадка, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известна фильтрационная вертикальная вибрационная центрифуга, состоящая из корпуса, рабочего органа, внутри которого параллельно его образующей установлены магниты, приводов для вибрационного и вращательного движений рабочего органа [1].
Недостатком технического решения является низкая надежность вибрационного привода рабочего органа центрифуги из-за передачи значительных динамических усилий на подшипниковые узлы, наличие большого числа трущихся и изнашивающихся деталей.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является фильтрационная вертикальная вибрационная центрифуга, состоящая из корпуса, рабочего органа, внутри которого параллельно его образующей установлены магниты, привода вращательного движения рабочего органа от двигателя вращения и вибрационного привода рабочего органа в вертикальной плоскости от плоского линейного асинхронного электродвигателя, индукторы которого жестко закреплены на основании, а ротором является кольцо, подвижное и подпружиненное в вертикальной плоскости, выполненное из металла с высокой электропроводностью и жестко соединенное с рабочим органом [2].
Недостатком технического решения является наличие сложного и дорогого блока управления, который в процессе работы центрифуги периодически подключает и отключает индукторы линейного асинхронного электродвигателя от сети, что сопровождается большими пусковыми токами в обмотках индуктора, что в свою очередь снижает надежность вибрационного привода.
Во всех известных авторам конструкциях, вибрационное движение рабочего органа вдоль оси вращения, реализуемое от линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), обеспечивается периодическим подключением и отключением последнего посредством блока управления.
Целью изобретения является снижение себестоимости, материалоемкости и повышение надежности вибрационной центрифуги.
Это достигается тем, что на кольце выполнены симметричные сквозные отверстия, причем величина одного отверстия не меньше размера рабочей поверхности одного индуктора.
Предлагаемое техническое решение имеет существенное отличие от известных, заключающееся в том, что вибрационное движение рабочего органа от ЛАД реализуется без блока включения и отключения индукторов двигателя от сети питания в процессе работы. Это достигается за счет сквозных отверстий, выполненных симметрично на кольце, которое одновременно является ротором ЛАД. Индукторы ЛАД во время работы центрифуги подключены к сети постоянно. Кольцу через шлицевое соединение сообщается вращательное движение от двигателя вращения. В момент вращения, когда часть кольца без отверстий располагается напротив индукторов ЛАД, возникает электромагнитная сила, под действием которой кольцо приходит в поступательное движении, к примеру вниз в вертикальной плоскости. При этом упругие элементы, расположенные под кольцом сжимаются. По мере вращения кольца, наступает момент, при котором симметрично расположенные отверстия кольца находятся напротив индукторов ЛАД, при этом электромагнитное поле пропадает, и за счет энергии накопленной в упругих элементах, кольцо возвращается в исходное состояние, продолжая при этом совершать вращательное движение. Далее в момент, когда напротив индукторов будут проходить части кольца без отверстий, кольцо снова придет в поступательное движение и далее описанный процесс повторится.
Частота колебаний рабочего органа будет определяться количеством отверстий на кольце и его частотой вращения.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит осуществить вибрационное движение рабочего органа центрифуги от ЛАД без блока его периодического подключения и отключения от сети, что позволит снизить стоимость, материалоемкость и повысит надежность центрифуги.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой центрифуги. На фиг. 2 показано положение рабочего органа (его часть) в момент, когда напротив индукторов расположены части кольца без отверстий; на фиг. 3 положения рабочего органа (его часть) в момент, когда напротив индукторов расположены части кольца с отверстиями; на фиг. 4 - разрез А-А по фиг. 1.
Центрифуга имеет корпус 1, опирающийся на основание 2. Внутри корпуса находится рабочий орган 3, связанный через диск 4 с горизонтально расположенным шкивом 5. Шкив 5 при помощи клиновых ремней получает вращение от шкива 7, закрепленного на валу электродвигателя 8. При вращении шкива 5 рабочий орган центрифуги приводится во вращение вокруг своей вертикальной оси через шлицевое соединение 6.
Внутри корпуса размещен линейный электропривод вибрационного движения рабочего органа в вертикальной плоскости, представляющий собой плоский ЛАД, состоящий из нескольких индукторов 11, жестко закрепленных на основании, а ротором является кольцо 12, на котором выполнены симметричные сквозные отверстия 13. Кольцо 12 жестко закреплено на диске 4, подвижно и подпружинено в вертикальной плоскости с помощью роликов 9 и упругих элементов 10. Кольцо 12 выполнено из металла с высокой электропроводностью (например, из алюминия или меди) и может быть изготовлено из алюминиевого или медного трубного проката цилиндрической формы или алюминиевой или медной пластины, из которой формируется трубный цилиндр, на котором выполняют сквозные симметричные отверстия, причем величина одного отверстия должна быть не меньше размера рабочей поверхности одного индуктора [3].
Внутри корпуса центрифуги, параллельно образующей рабочего органа, установлены магниты 18, приемная воронка 14, отсекающий конус 15 и направляющий конус 16, образующие полости для сбора концентрата и жидкой фракции. В нижней части корпуса находится сборочная воронка 17 концентрата, из которой последний может подаваться на конвейер или в накопительный бункер.
При подаче напряжения на электродвигатель 8, рабочий орган 3 центрифуги и кольцо 12 будут совершать вращательное движение вокруг своей оси, передаваемое через шлицевое соединение 6 от шкива 5, при этом индукторы ЛАД постоянно подключены к сети. В момент вращения, когда часть кольца без отверстий находится напротив индукторов ЛАД, возникает электромагнитная сила, под действием которой кольцо 12 приходит в поступательное движение, например вниз. При движении кольца 12 упругие элементы 10 сжимаются (фиг. 2). По мере вращения кольца 12, наступает момент, при котором отверстия 13 в кольце располагаются симметрично относительно индукторов 11 ЛАД, при этом электромагнитная сила исчезает и под действием потенциальной энергии, накопленной в упругих элементах 10, кольцо 12 возвращается в исходное состояние (фиг. 3), продолжая совершать вращательное движение. Затем часть кольца без отверстий снова располагается напротив индукторов 11 и далее описанный процесс повторяется. При этом рабочий орган 3 совершает вибрационно-вращательное движение. Величина размера одного отверстия 13 на кольце 12 должна быть не меньше размера рабочей поверхности одного индуктора, что обеспечит возврат рабочего органа в исходное положение в момент, когда симметричные отверстия 13 расположены напротив индукторов 11 ЛАД, за счет упругих элементов 10.
В данной конструкции частота и амплитуда колебаний рабочего органа зависит от его частоты вращения, соответственно регулированием частоты вращения рабочего органа можно изменять параметры его колебаний. Частоту вращения рабочего органа можно изменять с помощью преобразователя частоты напряжения или тиристорных регуляторов напряжения [4].
Также частота и амплитуда колебаний рабочего органа зависит и от количества симметричных отверстий 13, выполненных на кольце 12. Чем больше таких отверстий, тем больше частота колебаний рабочего органа при одинаковой его частоте вращения.
При работе центрифуги обезвоживаемый материал в виде пульпы поступает в приемную воронку, и попадая на рабочий орган, равномерно растекается. Перемещаясь по кольцевому зазору, пульпа направляется в зону А (фиг. 1), в которой на нее начинает действовать электромагнитное поле. Частицы концентрата под влиянием магнитного поля опускаются на наружную поверхность рабочего органа, образуя удерживаемый магнитным полем осадок.
В дальнейшем осевшие на рабочий орган частицы концентрата перемещаются вниз по наружной поверхности рабочего органа и попадают в зону Б. В верхней начальной части зоны Б на частицы концентрата еще оказывает влияние электромагнитное поле (фиг. 1). По мере продвижения вниз по зоне Б влияние электромагнитного поля на частицы концентрата ослабевает.Под действием центробежного поля частицы концентрата отрываются от рабочего органа и поступают в кольцевую полость a, а под действием собственного веса падают в сборочную воронку и далее - на приемную ленту транспортера или в накопительный бункер.
Жидкая фаза пульпы, выйдя из зоны А, центробежными силами отбрасывается в радиальном направлении от ротора и поступает в кольцевую полость b, из которой удаляется наружу.
Источники информации
1. Патент СССР 312625, МКП B04b 3/06. Вертикальная вибрационная центрифуга для обезвоживания полезных ископаемых / Потураев В.Н. 1971, Бюллетень №26.
2. Патент 2624702, Российская Федерация, МПК B04b 3/06. Вибрационная центрифуга / Линенко А.В., Линенко Ю.А., Халилов Б.Р., Туктаров М.Ф.; заявитель и патентообладатель Башкирский гос-й аграрный ун-т, 09.03.2016 г.
3. Насар С.А., Болдеа И. Линейные тяговые электрические машины: Пер. с англ. / Под ред. д-ра техн. наук А.С. Курбасова. М.: Транспорт, 1981. 176 с.
4. Ильинский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 208 с.