ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к конструкциям центробежных экстракторов для проведения массообменного процесса в системе жидких растворов с осадками, в особенности к герметичным центробежным экстракторам со смазкой подшипников легкой фазой, очищенной от осадка в роторе экстрактора, для работы с химически агрессивными и радиоактивными растворами, содержащими токсичные и ядовитые вещества, в радиохимической, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для смазки вертикально расположенных опор, преимущественно в центробежных экстракторах (авторское свидетельство СССР №920311, МПК F16H 57/04, опубликован 15.04.1982, бюллетень №14), содержащее корпус центробежного экстрактора со ступицей, привод, вал, ротор и встроенную внутри ротора подшипниковую опору с вращающейся вместе с ротором ее наружной обечайкой, с закрепленными в ней конической перфорированной перегородкой с отверстиями, ребрами и крышкой. Небольшой объем жидкой смазки, залитый при сборке центробежного экстрактора в подшипниковую опору при вращении ротора, смазывает подшипники и не попадает в выходящие из ротора разделенные фазы. При остановке вращения ротора жидкая смазка сливается в нижнюю зону наружной обечайки подшипниковой опоры, на дне которой накапливаются продукты износа подшипников.
Недостаток центробежного экстрактора заключается в том, что подшипники и жидкая смазка в подшипниковой опоре контактируют с парами перерабатываемых растворов, что приводит к коррозии подшипников, в частности шариковых, изменяет химический состав и консистенцию жидкой смазки и ухудшает ее смазывающие свойства, уменьшая срок эксплуатации центробежного экстрактора и выпуск продукции. Продукты износа подшипников накапливаются в нижней части наружной обечайки подшипниковой опоры, что приводит к необходимости периодической остановки и разборки ротора и подшипниковой опоры для очистки ее от продуктов износа подшипников и замены жидкой смазки. Кроме того, жидкая смазка не циркулирует через подшипники при вращении ротора, что приводит к ее нагреванию и ухудшает ее смазывающие свойства.
Известен центробежный экстрактор (патент на полезную модель RU 173039 U1, МПК B01D 11/04, опубликовано 08.08.2017, бюллетень №22), содержащий корпус со смесительной камерой, камерами вывода фаз, опорным фланцем и крышкой корпуса, подшипниковую опору с подшипниками скольжения и посадочным фланцем, привод с валом, ротор с диском с переточными отверстиями, камерой разделения, транспортирующим устройством, трубками для вывода легкой фазы, гидрозатвором тяжелой фазы, крышкой ротора с переливным отверстием гидрозатвора, и магнитную муфту, ведущая полумуфта которой закреплена на валу привода, а ведомая полумуфта жестко соединена с ротором и расположена с зазором с ведущей полумуфтой, в котором размещена герметизирующая перегородка-экран, соединенная с корпусом. Центробежный экстрактор снабжен валом с ведомой полумуфтой, соединение перегородки-экрана с корпусом выполнено жестким закреплением ее выше и вне подшипников на посадочном фланце опоры, соединенным с опорным фланцем корпуса, перегородка-экран выполнена в форме стакана, в котором размещена ведомая полумуфта, а полость гидрозатвора сообщена с зазором между подшипниками. Центробежный экстрактор снабжен цилиндрической проставкой, закрепленной на посадочном фланце с размещенными в ней промежуточными подшипниковой опорой и валом про-ставки, ведущая полумуфта закреплена на валу проставки, сочленяющегося с валом привода дополнительной муфтой, а корпус в зоне крышки корпуса снабжен прижимом проставки для сжатия опорного и посадочного фланцев. Подшипники скольжения выполнены в форме двух радиальных цилиндрических втулок и торцевого кольцевого подпятника, на поверхности которых в зоне зазора между собой и контакта с крышкой выполнены сообщающиеся канавки для протока тяжелой фазы. Крышка ротора снабжена переливным отверстием крышки, размещенным выше отверстия гидрозатвора с образованием камеры подшипников. Соединенная с корпусом герметизирующая перегородка-экран превращает центробежный экстрактор в герметичный ниже уровня ее закрепления в корпусе.
Недостатком центробежного экстрактора является охлаждение-смазка подшипников полным потоком тяжелой фазы, что может привести к его поломке при прекращении ее подачи или при запуске центробежного экстрактора в рабочий режим из состояния остановки, в особенности в многоступенчатом каскаде однотипных центробежных экстракторов, соединенных последовательно по потоку тяжелой фазы. Сечение вращающихся канавок при протекании всего потока тяжелой фазы в зазоре подшипников и их гидравлическое сопротивление ограничивает ее расход, что уменьшает производительность центробежного экстрактора, а увеличение сечения этих канавок увеличивает износ подшипников и потребляемую мощность. Диаметр соприкасающихся цилиндрических поверхностей обеих втулок подшипников должен быть больше диаметра переливного отверстия крышки, что увеличивает габариты подшипников и скорость их истирания и уменьшает срок их эксплуатации.
Наиболее близким по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предложению заявителя является принятый за прототип центробежный экстрактор (патент РФ на полезную модель RU 179999 U1, МПК B01D 11/04, опубликован 30.05.2018, бюллетень №16), содержащий корпус со смесительной камерой, камерами вывода фаз, опорным фланцем и крышкой корпуса, привод с валом и муфтой привода, подшипниковую опору корпуса с посадочным фланцем, соединенным с опорным фланцем по без зазорному разъему, и подшипником скольжения, выполненным в форме двух цилиндрических втулок и двух кольцевых подпятников, снабженных канавками в зазорах между ними, вал опоры корпуса, закрепленный во внутренней втулке подшипника, ротор, закрепленный на валу опоры корпуса, с транспортирующим устройством, камерой разделения, устройством вывода легкой фазы, диском с переточными отверстиями, крышкой ротора с переливным отверстием, образующей с диском гидрозатвор, полость которого сообщена с зазорами между втулками и подпятником подшипника, активатор, закрепленный в опоре корпуса и размещенный в гидрозатворе, цилиндрическую проставку, закрепленную на посадочном фланце опоры корпуса, с установленным в зоне крышки корпуса прижимом для сжатия опорного и посадочного фланцев и размещенными в ней подшипниковой опорой и валом проставки, сочленяющимся с валом привода муфтой привода, магнитную муфту, ведущая полумуфта которой закреплена на валу проставки и расположена соосно и снаружи ведомой полумуфты, закрепленной на валу опоры корпуса, с кольцевым зазором, в котором размещена герметизирующая перегородка-экран, закрепленная в опоре корпуса и выполненная в форме стакана с размещенной в нем ведомой полумуфтой, в котором подшипник снабжен верхним кольцевым подпятником, внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра нижнего подпятника, оба подпятника и активатор закреплены в опоре корпуса с зазорами с ее валом, на внутренней поверхности опоры корпуса в зоне контакта с подшипником выполнены вертикальные канавки, сообщающиеся между собой и с зазорами в подшипнике, а активатор снабжен каналом, входное отверстие которого размещено в гидрозатворе, а выходное отверстие сообщается с канавками опоры корпуса.
Кроме того, опора корпуса снабжена вторым подшипником скольжения и дистанционирующей кольцевой втулкой между подшипниками, закрепленными в опоре корпуса с зазором с ее валом и контактирующими наружными поверхностями с канавками опоры корпуса. Соединенная с опорой корпуса герметизирующая перегородка-экран герметизирует объем центробежного экстрактора ниже уровня ее закрепления в опоре корпуса. В нижней части ротора на транспортирующем устройстве закреплена размещенная в смесительной камере мешалка, предназначенная для формирования эмульсии с увеличенной площадью межфазной массопередачи целевого компонента, распределяющегося между ее дисперсной и сплошной фазами. Вал опоры корпуса установлен в ней вертикально, что обеспечивает принудительную транспортировку и разделение эмульсии в роторе в направлении вверх и последующую самопроизвольную под действием силы тяжести транспортировку обеих разделенных в роторе фаз через выходные патрубки камер вывода фаз, за счет перепада высот между уровнями вывода фаз из ротора и поверхности эмульсии в смесительной камере. Такая компоновка обеспечивает возможность соединения на одном уровне неограниченного количества аналогичных герметичных центробежных экстракторов в многоступенчатый центробежный аппарат, например, последовательно для проведения противоточного многоступенчатого экстракционного процесса.
Недостатком центробежного экстрактора является осаждение осадка, содержащегося в потоке тяжелой фазы, циркулирующим в канале смазки подшипников с неподвижными стенками как в канале активатора, так и канавках на внутренней поверхности опоры при подъеме в них потока тяжелой фазы снизу-вверх. Это приводит к закупорке этого канала осадком, прекращению смазки и охлаждения подшипников и их разрушению. Кроме того, содержащийся в тяжелой фазе осадок, например, кристаллический с твердостью, большей, чем у материала подшипников, попадая в подшипники, истирает и разрушает их, что в итоге уменьшает срок эксплуатации центробежного экстрактора и выпуск продукции.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в предотвращении закупорки осадком канала смазки подшипников, истирания подшипников абразивным осадком и их разрушения, за счет циркуляции в этом канале потока легкой фазы, очищенной от осадка в камере разделения ротора, повышении надежности и срока эксплуатации центробежного экстрактора и увеличении выпуска продукции.
Технический результат достигается в заявленном герметичном центробежном экстракторе, содержащем корпус с опорным фланцем, смесительной камерой и камерами вывода тяжелой и легкой фаз, привод с валом привода и закрепленной на нем ведущей полумуфтой магнитной муфты, подшипниковую опору с вертикальными канавками на внутренней поверхности и посадочным фланцем, закрепленным герметичным разъемным соединением на опорном фланце, и размещенными в ней подшипниками скольжения, выполненными в форме цилиндрических втулок и торцевых кольцевых подпятников, снабженных канавками в зазорах между ними, и дистанционирующей кольцевой втулкой между ними, вал подшипниковой опоры, установленный вертикально в ее подшипниках, с закрепленными на нем ведомой полумуфтой магнитной муфты, расположенной соосно с кольцевым зазором с ведущей полумуфтой, диском с периферийными переточными отверстиями, ротором с мешалкой, размещенной в смесительной камере, транспортирующим устройством, камерой разделения, образованной диском с ротором, с сепарационной насадкой и устройством с переливным отверстием вывода легкой фазы, крышкой ротора с переливным кольцевым отверстием вывода тяжелой фазы, образующей с диском камеру гидрозатвора, активатор, закрепленный в подшипниковой опоре и снабженный внутрироторным участком, размещенным между крышкой ротора и диском, с каналом, входное отверстие которого размещено в периферийной зоне внутрироторного участка, а выходное отверстие сообщается с канавками подшипниковой опоры и подшипников, герметизирующую перегородку, закрепленную герметичным разъемным соединением в подшипниковой опоре и выполненную в форме стакана, размещенного в зазоре между полумуфтами, который снабжен кольцевой перегородкой с приосевым кольцевым отверстием, радиус которого меньше радиуса переливного отверстия устройства вывода легкой фазы, закрепленной герметичным разъемным соединением на диске с зазорами с крышкой ротора и диском, образуя в зазоре с диском камеру циркуляции легкой фазы, сообщающуюся с камерой разделения через выполненные в диске приосевые переточные отверстия, расположенные в зоне переливного отверстия устройства вывода легкой фазы, в которой размещен внутрироторный участок с каналом и входным отверстием активатора легкой фазы, и вторым активатором тяжелой фазы, выполненным без канала, закрепленным в подшипниковой опоре и снабженным внутрироторным участком, размещенным в камере гидрозатвора в зоне периферийных переточных отверстий диска. Предложенная конструкция герметичного центробежного экстрактора обеспечивает при вращении ротора постоянную принудительную циркуляцию в канале смазки подшипников через зазор и канавки в подшипниках и подшипниковой опоры небольшого количества легкой фазы, очищенной от осадка в камере разделения ротора. Это обеспечивает надежную смазку и охлаждение подшипников, предотвращает закупорку осадком канала смазки и их истирание абразивным осадком, что в итоге увеличивает надежность работы и срок эксплуатации герметичного центробежного экстрактора и выпуск продукции.
На представленной фиг. 1 схематично изображен предлагаемый герметичный центробежный экстрактор в разрезе, на фиг. 2 схематично изображен увеличенный вид подшипниковой опоры с верхней частью ротора фиг. 1, на фиг. 3 схематично изображено сечение А-А фиг. 1 без корпуса, на фиг.4 схематично изображено сечение Б-Б активатора легкой фазы фиг. 3, на фиг. 5 схематично изображен увеличенный вид другого варианта выполнения магнитной муфты фиг. 1 с устройством измерения угловой скорости ротора.
Заявленный герметичный центробежный экстрактор содержит корпус 1 со смесительной камерой 2 с входными патрубками 3 и 4, камерами вывода тяжелой 5 и легкой 6 фаз с выходными патрубками 7 и 8, опорным фланцем 9 и крышкой 10 корпуса 1, привод 11 с валом 12 привода 11, подшипниковую опору 13 с посадочным фланцем 14, закрепленным разъемным герметичным соединением на опорном фланце 9. В подшипниковой опоре 13 размещены подшипники скольжения нижний 15 и верхний 16, например одинаковые, выполненные из инертного к обеим фазам материала, например силицированного графита, в форме цилиндрических втулок вращающейся внутренней 17 и неподвижной внешней 18 и неподвижных кольцевых подпятников нижнего 19 и верхнего 20 с канавками в зазорах между ними, контактирующих наружными поверхностями с вертикальными канавками 21, например, в количестве 4 штук, на внутренней поверхности подшипниковой опоры 13 с входными 22 и выходными 23 отверстиями, сообщающимися с зазорами в обоих подшипниках (фиг. 1, 2). На верхних торцах втулок 17 выполнены радиальные канавки 24, например, в количестве 8 штук, на верхних торцах подпятников 19 выполнены радиальные канавки 25, например, в количестве 8 штук, на внутренних поверхностях втулок 18 выполнены продольные вдоль образующей канавки 26, например, в количестве 8 штук, а подпятники 20 выполнены без канавок (фиг. 2). На внутренних угловых кромках втулок 18 выполнены кольцевые фаски 27, например, углового профиля для уменьшения гидравлического сопротивления перетоков жидкости между соседними канавками. Между подшипниками 15 и 16 без зазоров с ними установлена дистанционирующая кольцевая втулка 28, которая вместе с неподвижными элементами обоих подшипников контактирует наружными поверхностями с вертикальными канавками 21. Входные отверстия 22 расположены в зоне нижнего подпятника 19 нижнего подшипника 15 и сообщаются с нижними радиальными канавками 29 подшипниковой опоры 13, а выходные отверстия 23 размещены в зоне верхнего подпятника 20 верхнего подшипника 16 и сообщаются с верхними радиальными канавками 30 подшипниковой опоры 13 (фиг. 2).
Герметизирующая перегородка выполнена в форме стакана 31, закрепленного без зазора на фланце 32, объединенных в единый сплошной элемент из одного диамагнитного или неметаллического материала, инертного к перерабатываемым растворам, например, углепластика, закрепленного разъемным герметичным соединением в подшипниковой опоре 13 (фиг. 1, 2). Стакан 31 размещен в кольцевом зазоре между соосными кольцевыми полумуфтами магнитной муфты, из которых ведущая полумуфта 33 установлена на валу 12 и размещена, например, снаружи стакана 31, а ведомая полумуфта 34 установлена на валу 35 подшипниковой опоры 13 и размещена внутри стакана 31.
1
1
На валу 35 жестко закреплены ротор 36, например конической формы, с транспортирующим устройством 37, например черпаковой формы, мешалкой 38, камерой разделения 39 с сепарационной насадкой, например, в форме четырех одинаковых радиальных пластин 40, устройством вывода легкой фазы, например в форме четырех одинаковых трубок 41, с переливными отверстиями 42 ее вывода, размещенными на радиусе R, например R=50 мм, диском 43 с периферийными переточными отверстиями 44, например в количестве 24 штук, крышкой 45 ротора 36 с кольцевым переливным отверстием 46 вывода тяжелой фазы, образующей с диском 43 камеру гидрозатвора 47, сообщающуюся с камерой 5. Пластины 40 разгораживают объем камеры разделения 39 по азимутальному углу на отдельные, например, четыре секторные секции, в каждой из которых размещена трубка 41.
2
2
1
3
1
3
Диск 43 выполнен в форме кольцевой обечайки 43 ступенчатого профиля, снабженной кольцевой перегородкой 48 с приосевым кольцевым отверстием 49 радиусом R, например R=40 мм, меньшим радиуса R, переливных отверстий 42, закрепленной герметичным разъемным соединением на обечайке 43 с зазором с крышкой 45, и образующей с обечайкой 43 камеру 50 циркуляции легкой фазы, сообщающуюся с камерой разделения 39 через выполненные в обечайке 43 приосевые переточные отверстия 51, например в количестве четырех штук, расположенные в зоне переливных отверстий 42 на радиусе R, например, равным или большим чем R, например R=55 мм, в которой размещен внутрироторный участок 52 с каналом 53 активатора 54 легкой фазы (фиг. 2, 3). Внутрироторный участок 52 выполнен в форме напорного трубчатого элемента 52, закрепленного жестко герметично без зазора на кольцевой втулке 55, размещенной в кольцевом отверстии 46 крышки 45 с зазором 59 с валом 35, с кольцевой полостью 56, сообщающейся с канавками 21 и каналом 53, входное отверстие 57 которого расположено в периферийной зоне камеры 50 в осевой плоскости вала 35 и ориентировано в направлении, противоположном направлению вращения ротора 36 по стрелке В (фиг. 3).
Напорный трубчатый элемент 52 выполнен в форме вальцованной, например, по цилиндрической поверхности трубки 52, частично сжатой после вальцовки по диаметру в направлении образующей этой поверхности с формированием в сечении перпендикулярной его оси плоскостью овалоподобного профиля, образованного двумя плоскопараллельными противоположными стенками, расположенными в плоскостях, перпендикулярных оси вала 35, и закругленными лобовой и кормовой кромками так, что длина L, например L=18 мм, между кромками больше ширины профиля Н, например Н=4 мм, в перпендикулярном направлении, например, более чем в 4 раза (фиг. 3, 4). Втулка 55 закреплена в подшипниковой опоре 13 разъемным, например, резьбовым соединением, направление резьбы которого соответствует ее закручиванию до упора резьбы при повороте в направлении вращения ротора 36, обеспечивая при этом сообщение полости 56 с радиальными канавками 29 и входными отверстиями 22 канавок 21. На валу 35 установлены фиксирующие кольцевые втулки 58 для фиксации закрепления вдоль вала 35 вращающихся внутренних втулок 17 обоих подшипников 15 и 16 и ведомой полумуфты 34, образующих кольцевые зазоры 59 с подпятниками 19 и 20 обоих подшипников 15 и 16, втулкой 28 и втулкой 55 (фиг. 2).
Герметичный центробежный экстрактор снабжен активатором 60 тяжелой фазы с внутрироторным участком 61, выполненным, например, в форме пластины 61 без канала, с заостренной лобовой кромкой, расположенной в камере гидрозатвора 47 в радиальном направлении в плоскости, перпендикулярной оси вала 35. Пластина 61 закреплена жестко на кольцевой втулке 62, размещенной в кольцевом отверстии 46 крышки 45 с зазором 59 с валом 35, а ее торец размещен в зоне периферийных переточных отверстий 44. Втулка 62 закреплена в подшипниковой опоре 13 разъемным, например, резьбовым соединением, направление резьбы которого соответствует ее закручиванию до упора резьбы при повороте в направлении вращения ротора 36. На обечайке 43, кольцевой перегородке 48 и крышке 45 по обе стороны по высоте от внутрироторных участков 52 и 61 обоих активаторов 54 и 60 с зазорами с ними жестко закреплены радиальные пластины 63, например, в количестве по 12 штук с каждой стороны (фиг. 2). Ротор 36 вместе с подшипниковой опорой 13, посадочным фланцем 14 и приводом И объединены разъемным закреплением в единый выемной узел, для упрощения и ускорения процедуры его извлечения из корпуса 1, в том числе дистанционного, например, для ремонта или замены.
В другом варианте магнитная муфта выполнена с взаимной переменой местами относительно оси вала 35 ведущей 33 полумуфты, установленной на валу 12 внутри герметизирующего стакана 31 и ведомой полумуфты 34, установленной на валу 35 снаружи него (фиг. 5). В обоих вариантах ведущая 33 полумуфта контактирует с окружающей корпус 1 средой, а ведомая полумуфта 34 находится в герметичном его объеме, и поэтому ее наружная поверхность покрыта сплошным защитным слоем, например, напыленным, инертного к растворам и диамагнитного материала, например, фторопласта (на фигурах не показан). В этом варианте для обеспечения бесконтактного измерения угловой скорости ведомой полумуфты 34 и ротора 36 в подшипниковой опоре 13 в зоне ведомой полумуфты 34 выполнено сквозное отверстие 64, закрытое снаружи подшипниковой опоры 13 герметизирующим фланцем 65, в зоне которого закреплен датчик 66 устройства бесконтактного измерения угловой скорости ведомой полумуфты 34 (фиг. 5). Фланец 65 выполнен из инертного к перерабатываемым растворам материала, например, углепластика, и в зависимости от типа устройства измерения, например, магнитного или фотоэлектрического выполнен из диамагнитного или неметаллического материала, например, углепластика, при измерении частоты переменного магнитного поля, индуцируемого постоянными магнитами вращающейся ведомой полумуфты 34, или из оптически прозрачного материала, например, стекла при непосредственном измерении угловой скорости этой полумуфты, например, лазерным тахометром. Все элементы и узлы герметичного центробежного экстрактора, контактирующие с обеими фазами и их парами, выполнены из инертного к ним материала, например, нержавеющей стали, или других, например, упомянутых в предыдущих абзацах инертных материалов, удовлетворяющих дополнительным требованиям.
Заявленный герметичный центробежный экстрактор работает следующим образом. После подключения привода 11 к электропитанию и начала вращения ротора 36 исходные растворы по входным патрубкам 3 и 4 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 38 с образованием эмульсии для осуществления массопередачи распределяющегося компонента, которая подается транспортирующим устройством 37 внутрь вращающегося ротора 36. В процессе транспортировки эмульсии снизу-вверх и ее расслаивания в каждой секции камеры разделения 39 между пластинами 40 она приобретает форму трех радиально соприкасающихся кольцевых слоев - двух очищенных друг от друга разделенных легкой и тяжелой фаз соответственно в приосевой и периферийной зонах камеры разделения 39 и эмульсионного слоя между ними. Тяжелая фаза из периферийной зоны камеры разделения 39 через переточные отверстия 44 поступает в камеру гидрозатвора 47, транспортируется над кольцевой перегородкой 48 в пространстве между радиальными пластинами 63 в приосевую зону к переливному отверстию 46, выводится из ротора 36 в периферийном направлении в камеру 5 и по выходному патрубку 7 выводится наружу герметичного центробежного экстрактора. Осадок при наличии его в растворах за счет центробежной силы осаждается на коническую поверхность ротора 36, транспортируется по ней через переточные отверстия 44 в камеру 47, взмучивается неподвижной пластиной 61 активатора 60 тяжелой фазы, выполняющей функцию скребка, и выводится далее с потоком тяжелой фазы через переливное отверстие 46 из ротора 36 и далее наружу герметичного центробежного экстрактора.
Легкая фаза, очищенная от осадка в приосевой верхней зоне камеры разделения 39, разделяется на основной и вспомогательный потоки. Основной поток с производительностью, равной производительности ее исходного потока, вводимого в смесительную камеру 2, через переливные отверстия 42 по трубкам 41 выводится из ротора 36 в камеру 6 и по выходному патрубку 8 наружу герметичного центробежного экстрактора. Вспомогательный поток легкой фазы, предназначенный для смазки и охлаждения подшипников, с производительностью значительно, например, в 10 раз, меньшей, производительности основного потока, перетекает через отверстия 51 в камеру 50, где, заполняя пространство между радиальными пластинами 63, вводится под избыточным над атмосферным давлением вращающегося слоя легкой фазы во входное отверстие 57 неподвижного активатора 54 (фиг. 1, 2, 3). Далее этот поток проходит в радиальном приосевом направлении по каналу 53, поднимается вверх в полости 56, проходит через радиальные канавки 29 в периферийном направлении, вводится через входные отверстия 22 в канавки 21, поднимается по ним вверх до выходных отверстий 23, проходит через радиальные канавки 30 в приосевом направлении и вводится в зазор 59 над верхним подпятником 20 верхнего подшипника 16. Отсюда этот поток в поле сил тяжести сливается в зазоре 59 вниз на вращающиеся радиальные канавки 24 втулки 17 верхнего подшипника 16, отбрасывается ими под действием центробежной силы в периферийном направлении к верхним фаскам 27, заполняет неподвижные канавки 26, нижние фаски 27 и неподвижные радиальные канавки 25 и через зазоры 59 с втулкой 28 сливается далее вниз на вращающиеся радиальные канавки 24 втулки 17 нижнего подшипника 15, где повторяет аналогичную траекторию. Далее этот поток в поле сил тяжести сливается вниз в зазоре 59 на вращающуюся обечайку 43, отбрасывается пластинами 63 в периферийном направлении, объединяется с вращающимся в камере 50 слоем легкой фазы и таким образом рециркулируют по замкнутому контуру смазки и охлаждения подшипников, постоянно обмениваясь равными количествами легкой фазы с основным ее потоком через отверстия 51, например, за счет диффузии или незначительных колебаний потока легкой фазы в транспортирующем устройстве 37.
3
1
При прекращении подачи легкой фазы или обеих фаз одновременно в смесительную камеру 2 без остановки вращения ротора 36 расход основного потока легкой фазы, выводимого из ротора 36 через переливные отверстия 42, уменьшается до нуля, а циркуляция вспомогательного потока легкой фазы в контуре смазки и охлаждения подшипников продолжается, так как R≥R и объем рециркулирующего потока остается постоянным. Это обеспечивает надежную смазку и охлаждение подшипников в таком режиме, предотвращая их поломку в том числе и во всех ступенях многоступенчатого герметичного центробежного экстрактора, с объединением соседних ступеней по противоточной схеме. При остановке технологического процесса, после прекращения подачи обеих фаз в смесительную камеру 2 и остановке вращения ротора 36 содержащиеся в нем и в контуре смазки и охлаждения подшипников растворы стекают вниз в смесительную камеру 2, увеличивая уровень растворов в ней свыше нижней кромки транспортирующего устройства 37. Поэтому, при последующем запуске вращения ротора 36 даже без подачи растворов в смесительную камеру 2, в том числе и в каскаде однотипных герметичных центробежных экстракторов, в роторе каждой ступени после заполнения камеры гидрозатвора 47 появляется слой легкой фазы, которая, затекая через переточные отверстия 51, заполняет камеру 50 и восстанавливает циркуляцию легкой фазы в контуре смазки и охлаждения подшипников, что предотвращает их поломку в пусковом режиме.
4
4
1
Из условия равенства статического давления, вращающегося в камере 50 слоя легкой фазы во входном отверстии 57 трубки 52, размещенном на радиусе R, например, R=65 мм, давлению столба легкой фазы высотой H между отверстием 57 и канавками 30 можно получить соотношение, гарантирующее ее подъем выше верхнего подпятника 20 верхнего подшипника 16 в контуре смазки и охлаждения подшипников (фиг. 1):
2
2
2
4
3
1
ρω(R-R)/2≥ρgH, или
1
4
4
3
4
2
2
H/R≤ωR[1-(R/R)]/(2g),
3
2
4
1
4
3
1
4
1
4
где ρ - плотность легкой фазы, кг/м; ω - угловая скорость вращения ротора 36, рад/с; g≈9.81 м/с - ускорение свободного падения; R - радиус размещения отверстия 57, м; H - высота между отверстием 57 и канавками 30, м. Для характерных в конструкциях аналогичных центробежных экстракторов величин, например, для R=65 мм, R=55 мм и ω=157 рад/с≈1500 об/мин получаем независимо от плотности легкой фазы H/R≤23,2, что существенно больше чем характерные в действительности H/R≤4 и гарантирует надежные смазку и охлаждение всех трущихся поверхностей обоих подшипников.
Постоянный напор вспомогательного потока легкой фазы в канале смазки подшипников 15 и 16 через зазоры и канавки в подшипниках и подшипниковой опоре 13 обеспечивается как в рабочем режиме герметичного центробежного экстрактора, так и при отсутствии подачи растворов в смесительную камеру 2, в частности, при запуске или остановке экстракционного процесса в многоступенчатом центробежном аппарате, что увеличивает надежность и срок эксплуатации герметичного центробежного экстрактора. Небольшой расход вспомогательного потока легкой фазы не ограничивает производительность герметичного центробежного экстрактора по основному ее потоку, что увеличивает выпуск продукции.
Выполнение внутрироторного участка активатора легкой фазы в форме напорного трубчатого элемента 52, размещение его входного отверстия 57 в периферийной зоне камеры 50 циркуляции легкой фазы в осевой плоскости вала 35, и ориентация его в направлении, противоположном направлению вращения ротора 36 по стрелке В (фиг. 3), обеспечивают принудительный подъем вспомогательного потока легкой фазы из камеры 50 ее циркуляции до верхнего подшипника 16 с максимальным давлением этого потока во входном отверстии 57 канала ее циркуляции, что увеличивает надежность и интенсивность смазки и охлаждения подшипников.
Выполнение напорного трубчатого элемента 52 в форме вальцованной трубы, частично сжатой после вальцовки по диаметру с формированием в сечении перпендикулярной его оси плоскостью овалоподобного профиля с закругленными лобовой и кормовой кромками (фиг. 4) так, что длина между кромками больше ширины профиля в перпендикулярном направлении более чем в 4 раза, уменьшает его гидравлическое сопротивление обтекающему вспомогательному потоку легкой фазы, что увеличивает среднюю по объему угловую скорость легкой фазы в камере 50 ее циркуляции и давление во входном отверстии 57 канала ее циркуляции, что увеличивает надежность и интенсивность смазки и охлаждения подшипников.
Выполнение внутрироторного участка активатора тяжелой фазы в форме пластины 61 с заостренной лобовой кромкой, расположенной в радиальном направлении в плоскости, перпендикулярной оси вала 35, торец которой размещен в зоне периферийных переточных отверстий 44 обечайки 43, уменьшает его гидравлическое сопротивление обтекающему потоку тяжелой фазы с осадком и увеличивает среднюю по объему угловую скорость тяжелой фазы в камере гидрозатвора 47, что способствует выводу осадка из ротора, а также увеличивает объем камеры разделения 39, производительность и выпуск продукции.
Жесткое закрепление радиальных пластин 63 на обечайке 43, кольцевой перегородке 48 и крышке 45 ротора 36 по обе стороны по высоте от внутрироторных участков обоих активаторов с зазорами с ними увеличивает среднюю по объему угловую скорость легкой и тяжелой фаз в камерах циркуляции 50 легкой фазы и гидрозатвора 47 с достижением указанных в предыдущих абзацах эффектов.
Разъемное закрепление кольцевых втулок 55 и 62 обоих активаторов в подшипниковой опоре 13 в форме резьбового соединения, направление резьбы которого соответствует ее закручиванию до упора резьбы при повороте в направлении вращения ротора 36, упрощает сборку и разборку конструкции и повышает надежность эксплуатации за счет предотвращения соприкосновения вращающихся и неподвижных элементов.
Выполнение в зоне взаимного контакта вращающихся и неподвижных элементов подшипников скольжения радиальных канавок на верхних торцах внутренних вращающихся цилиндрических втулок 17 и нижних неподвижных кольцевых подпятников 19, а также продольных канавок 26 вдоль образующей на внутренних цилиндрических поверхностях неподвижных цилиндрических втулок 18, создает дополнительный напор вспомогательному потоку легкой фазы в канале ее циркуляции и уменьшает его гидравлическое сопротивление, что увеличивает надежность и интенсивность смазки и охлаждения подшипников. Выполнение кольцевых фасок 27 на внутренних угловых кромках внутренних цилиндрических поверхностей неподвижных цилиндрических втулок 17 обеспечивает взаимное непрерывное сообщение между объемами всех канавок подшипников и уменьшает гидравлическое сопротивление вспомогательному потоку легкой фазы в канале ее циркуляции с достижением упомянутого в предыдущих абзацах эффекта, в том числе при возможном несовпадении по азимутальному углу канавок в неподвижных элементах подшипников. Выполнение верхних неподвижные кольцевых подпятников 20 без канавок упрощает конструкцию и увеличивает дополнительный напор вспомогательному потоку легкой фазы, обеспечиваемый радиальными канавками 24 втулок 17.
Сжатие в осевом направлении соприкасающихся торцевых граней всех неподвижных элементов обоих подшипников и дистанционирующей кольцевой втулки 28 друг с другом и с ответными поверхностями подшипниковой опоры 13 устраняет зазор между ними и предотвращает вредные протечки легкой фазы между смежными участками канала ее циркуляции, что повышает надежность эксплуатации подшипников.
Выполнение герметизирующего стакана 31 с фланцем 32 в форме единого сплошного элемента из одного диамагнитного или неметаллического материала, инертного к перерабатываемым растворам, например, углепластика, повышает надежность его герметизации и уменьшает его вредный нагрев за счет индуцируемых в стакане вихревых токов Фуко при передаче сквозь него переменного магнитного поля, с возможным короблением и касанием обеих вращающихся полумуфт.
Размещение ведомой полумуфты 34 снаружи герметизирующего стакана 31 (фиг. 5) обеспечивает возможность измерения ее угловой скорости, что обеспечивает постоянный контроль установленной угловой скорости вращения ротора 36, а также повышает надежность локализации возможной неисправности каждой ступени в многоступенчатом центробежном аппарате, связанной с отклонением угловой скорости вращения ротора 36 в ней от заданной величины.
Выполнение в подшипниковой опоре 13 в зоне ведомой полумуфты 34 сквозного отверстия 64, закрытого герметизирующим фланцем 65 (фиг. 5), выполненным из материала, инертного к перерабатываемым растворам и из диамагнитного или неметаллического материала, например, углепластика или из оптически прозрачного стекла, и снабжение герметичного центробежного экстрактора устройством с датчиком 66 бесконтактного измерения угловой скорости ведомой полумуфты 34, например, магнитным или фотоэлектрическим, закрепленным снаружи подшипниковой опоры 13 в зоне герметизирующего фланца 32, необходимо для сохранения герметичности корпуса 1 и подшипниковой опоры 13 и обеспечения постоянного контроля вращения ротора 36.
Таким образом, заявлено техническое решение, обеспечивающее достижение нового технического результата, заключающегося в повышении надежности и срока эксплуатации герметичного центробежного экстрактора, увеличении производительности и выпуска продукции, совокупность признаков которого неизвестна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполнимо и промышленно применимо, что соответствует критериям, характеризующим полезную модель.