ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему барабан, вращающийся во время работы в направлении вращения вокруг оси вращения, проходящей в продольном направлении барабана, причем радиальное направление проходит перпендикулярно продольному направлению, камеру разделения в барабане, основание, расположенное на заднем продольном конце барабана для ограничения камеры разделения, и содержащее первое выпускное отверстие, ограниченное в радиальном направлении на первом уровне сливной перегородкой, и причем основание ограничивает заднюю продольную зону центробежного сепаратора, выходную камеру, сообщающуюся с камерой разделения посредством первого выпускного отверстия и соединенную с выпускным отверстием выходной камеры, которое открыто на втором уровне, находящемся ниже первого уровня, наружное пространство барабана во второй продольной зоне перед задней продольной зоной.
Известный центробежный сепаратор показан на фиг.1, 2, 2а и 2b данного описания.
Как правило, в центробежном сепараторе загрузочный материал, содержащий две или более фаз, разделяется на отдельные фазы, например твердую или тяжелую фазу и жидкую фазу. Жидкая фаза может содержать тяжелую жидкую фазу и легкую жидкую фазу. Твердая фаза посредством шнекового конвейера может транспортироваться к выпускному отверстию на переднем конце сепаратора, в то время как жидкая фаза проходит к выпускному отверстию на заднем конце сепаратора.
В центробежном сепараторе загрузочный материал ускоряется до высоких скоростей, при этом материал, находящийся ближе всего к окружной периферии сепаратора, имеет самую высокую скорость и, следовательно, самую большую кинетическую энергию. Следовательно, выгрузка материала из барабана в месте, находящемся близко к окружной периферии, приводит к большой потере энергии. Для рекуперации данной энергии предусмотрены два средства: первое средство представляет собой выгрузку материала из барабана в месте, находящемся близко к оси вращения, и второе средство представляет собой выталкивание материала с относительной скоростью в направлении, противоположном по отношению к направлению вращения, следовательно, материал выпускается с относительно малой абсолютной скоростью.
В патенте Германии № 39 04 151 раскрыт центробежный сепаратор, в котором основание образовано двойной стенкой с кольцевой камерой между двумя стенками двойной стенки. Периферийная окружная стенка кольцевой камеры, расположенная между двумя стенками двойной стенки, выполнена с двумя выходными соплами. Концентрическое отверстие выполнено в стенке, ближайшей к камере разделения, в результате чего образуется первая сливная перегородка на первом уровне. Отверстия выполнены в другой стенке, при этом указанные отверстия частично закрыты регулируемыми сливными перегородочными элементами, ограничивающими сливные выпускные отверстия на втором уровне, находящемся выше первого уровня. Таким образом, сливные выпускные отверстия открываются в заднюю продольную зону, ограниченную основанием, в то время как выходные сопла открываются в другую продольную зону, находящуюся перед задней продольной зоной. Выходные сопла в периферийной окружной стенке выполнены с размерами, обеспечивающими возможность выпуска 80-90% объема жидкой фазы во время работы при полной нагрузке. На конце барабана, противоположном основанию, выпускное отверстие для твердой фазы выполнено на уровне, находящемся между первым и вторым уровнями. Таким образом, обеспечивают то, что во время запуска сепаратор может работать при частичной нагрузке и при уровне жидкости внутри барабана, поднимающемся до первого уровня, то есть ниже уровня выпускного отверстия для твердой фазы. Таким образом, отсутствует риск того, что жидкая фаза будет выходить через выпускное отверстие для твердой фазы во время запуска. Когда количество твердой фазы увеличится у выпускного отверстия для твердой фазы, тем самым отсекая жидкую фазу от выпускного отверстия для твердой фазы, скорость подачи может быть повышена до полной нагрузки, при этом уровень жидкости повышается до второго уровня. Данная возможность работы сепаратора при двух разных уровнях жидкости внутри барабана - это причина использования конструкции с двойной стенкой. Для рекуперации энергии выходные сопла направлены наклонно противоположно направлению вращения. В данном сепараторе по предшествующему уровню техники часть жидкой фазы выпускается сравнительно близко к оси вращения в задней зоне барабана.
В патенте Германии № 31 12 585 раскрыт центробежный сепаратор с горизонтальной осью вращения и выходом для жидкой фазы на одном конце. В одном варианте осуществления выход для жидкой фазы выполнен в виде двух последовательно расположенных кольцевых выходных или коллекторных камер, отделенных от камеры разделения в сепараторе и друг от друга идентичными кольцевыми дисками. Изогнутые выпускные трубы с выходными соплами присоединены к периферийным окружным стенкам коллекторных камер для выпуска жидкости в направлении, противоположном направлению вращения сепаратора. Благодаря тому, что кольцевые диски идентичны, жидкая фаза будет проходить на первом уровне, находящемся выше внутреннего кольцевого края первого кольцевого диска, в первую коллекторную камеру из камеры разделения для выпуска ее по изогнутой(ым) выпускной(ым) трубе(ам), соединенной(ым) с данной коллекторной камерой. Если первая коллекторная камера будет полностью заполнена вследствие избыточного потока жидкой фазы, избыточная часть жидкой фазы будет проходить через первую коллекторную камеру и во вторую коллекторную камеру. В этот момент жидкая фаза в камере разделения рядом с первым кольцевым диском поднимается до уровня выше первого уровня для обеспечения гидростатического напора, вызывающего перемещение жидкой фазы через первую коллекторную камеру.
Выпуск материала из барабана в месте, находящемся близко к оси вращения, по практическим соображениям возможен только в том случае, если материал выпускается в заднюю зону, которая представляет собой заднюю часть барабана и ограничена основанием барабана. В некоторых случаях невозможно осуществить выпуск жидкой фазы в данную заднюю зону.
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении рекуперации кинетической энергии из жидкой фазы, выпускаемой в зоне, находящейся перед задней зоной, ограниченной основанием барабана.
Данная цель достигается посредством центробежного сепаратора, указанного выше, который отличается тем, что выпускное отверстие выходной камеры снабжено выходным соплом с направлением выпуска, имеющим компонент, противоположный направлению вращения, и переливное впускное отверстие расположено в выходной камере на третьем уровне между первым и вторым уровнями, и сообщено с переливным выпускным отверстием, которое открыто в наружное пространство барабана во второй продольной зоне. Это обеспечивает то, что жидкость или жидкая фаза, выходящая из выпускного отверстия выходной камеры, будет выходить с относительной скоростью в направлении, противоположном направлению вращения. Вследствие ограниченной площади поперечного сечения проточного канала в сопле жидкость будет подниматься в выходной камере для создания повышенного давления перед соплом по ходу потока, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую скорость выходящей жидкости. Переливное впускное отверстие и выпускное отверстие, сообщающиеся с выходной камерой, гарантируют то, что жидкость в выходной камере не будет подниматься выше первого уровня. Подъем жидкости выше первого уровня повлек бы за собой повышение уровня жидкости в камере разделения, что повлияло бы на технологический процесс в камере разделения. Подобное влияние часто является нежелательным, поскольку оно может отрицательно сказаться на регулировании технологического процесса в камере разделения. В соответствии с изобретением сливная перегородка по существу будет ограничивать уровень жидкой фазы внутри камеры разделения.
Для гарантии того, что жидкость в выходной камере не будет подниматься выше первого уровня, зона перелива и, следовательно, третий уровень предпочтительно находится, по меньшей мере, на 5 мм ниже первого уровня, более предпочтительно - по меньшей мере, на 10 мм ниже первого уровня и наиболее предпочтительно - по меньшей мере, на 15 мм ниже первого уровня.
С другой стороны, для гарантии того, что жидкость будет подниматься в выходной камере, тем самым обеспечивая большую рекуперацию энергии, зона перелива и, следовательно, третий уровень предпочтительно находится самое большее на 50 мм ниже первого уровня, более предпочтительно - самое большее на 30 мм ниже первого уровня и наиболее предпочтительно - самое большее на 25 мм ниже первого уровня.
В предпочтительном варианте осуществления переливное впускное отверстие соединяет выходную камеру со второй выходной камерой, посредством которой переливное впускное отверстие сообщается с переливным выпускным отверстием, при этом указанное выпускное отверстие снабжено вторым выходным соплом, причем указанное второе выходное сопло имеет направление выпуска, имеющее составляющую, противоположную по отношению к направлению вращения. Этим обеспечивается то, что будет осуществляться рекуперация энергии также из жидкости, выходящей через зону перелива.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления вторая зона перелива имеется во второй выходной камере на четвертом уровне, находящемся ниже третьего уровня. Посредством обеспечения дополнительной зоны перелива, гарантирующей то, что комбинированная зона перелива будет иметь достаточную пропускную способность, обеспечивается ограниченная площадь поперечного сечения у второго выходного сопла, в результате чего жидкость может подниматься во второй выходной камере для создания повышенного давления перед вторым выходным соплом по ходу потока и, следовательно, для обеспечения большей рекуперации энергии. Это имеет особенно важное значение в том случае, когда сепаратор работает с загрузочным материалом, содержащим изменяющееся количество жидкой фазы, которая выпускается через первое выпускное отверстие.
Изобретение особенно подходит для центробежного сепаратора, в котором в основании имеется второй выпускной канал со вторым выпускным отверстием, соединяющий камеру разделения с наружным пространством барабана в задней продольной зоне на пятом уровне, отличным от первого уровня. Предпочтительно второй выпускной канал содержит вторую сливную перегородку, ограничивающую во время работы уровень второй жидкой фазы внутри камеры разделения. Наличие первого и второго выпускных отверстий на разных уровнях обеспечивает возможность разделения жидкости на две жидкие фазы разной плотности. Подобные разные жидкие фазы выпускаются удобным образом в разных продольных зонах, и, следовательно, будет невозможен выпуск жидкой фазы, выходящей по первому выпускному каналу, в заднюю зону в задней части барабана. Вместо этого жидкая фаза, выходящая по первому выпускному каналу, как указано ранее, будет выпускаться во вторую продольную зону, находящуюся перед задней продольной зоной.
В предпочтительном варианте осуществления, в котором барабан, включая его основание, имеет периферийную окружную стенку, выходное сопло и второе выходное сопло в случае его наличия предпочтительно расположены на наружной поверхности указанной периферийной окружной стенки.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, в котором основание образовано достаточно толстым стеновым элементом, выходная камера предпочтительно представляет собой углубление в указанном стеновом элементе. Кроме того, в данном варианте осуществления выходная камера может быть соединена с выпускным отверстием выходной камеры посредством отверстия в стеновом элементе. Второе отверстие в стеновом элементе может образовывать вторую выходную камеру.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, одно из первого и второго сопел расположено в сопловом элементе, расположенном на окружной периферии барабана.
В предпочтительном варианте осуществления первая и/или вторая сливная перегородка образована сменным и/или выполненным с возможностью смещения перегородочным элементом. Это обеспечивает возможность регулирования первого уровня в камере разделения и/или пятого уровня.
Изобретение ниже разъяснено с дополнительными подробностями в качестве примера со ссылкой на схематические чертежи, которые показывают пример варианта осуществления.
На чертежах показано следующее:
фиг.1 иллюстрирует центрифугу;
фиг.2 показывает основание барабана известной центрифуги;
фиг.2а показывает сечение по линии а-а на фиг.2;
фиг.2b показывает сечение по линии b-b на фиг.2;
фиг.3 показывает основание барабана центрифуги в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3а показывает сечение по линии а-а на фиг.3;
фиг.3b показывает сечение по линии b-b на фиг.3; и
фиг.4 показывает сопловой элемент.
Фиг.1 схематически показывает центробежный сепаратор или центрифугу 1, для которой настоящее изобретение может быть применено. Центрифуга 1 содержит барабан или ротор 3, который во время работы вращается вокруг продольной оси 5 вращения, проходящей в продольном направлении барабана. В барабане 3 предусмотрен шнековый конвейер 7, содержащий удлиненный корпус 9, несущий шнек 11 для транспортировки твердой фазы материала, отделенной в центрифуге, к выпускному каналу 13 для твердой фазы. Перегородка 15 разделяет внутреннее пространство барабана 3 на выходную секцию 17 для твердой фазы и камеру 19 разделения. Удлиненный корпус 9 содержит впускное отверстие 21 для материала, подлежащего разделению посредством центрифуги. Внутри камеры 19 разделения предусмотрены барьерные плиты 23, предназначенные для обеспечения возможности разделения жидкой фазы материала в камере 19 разделения на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу. Вследствие различий в плотности тяжелая жидкая фаза будет находиться ближе к периферийной окружной стенке 25 барабана, чем легкая жидкая фаза, и существует возможность извлечения легкой и тяжелой жидких фаз отдельно соответственно по выпускному каналу 27 для легкой фазы и выпускному каналу 29 для тяжелой фазы, находящихся на разных расстояниях в радиальном направлении от оси 5 вращения. Центрифуга 1, описанная выше, раскрыта с дополнительными подробностями в документе WO-А-2005/084814, включенном в данную заявку путем ссылки.
Фиг.1 не показывает основание барабана 3, ограничивающее камеру 19 разделения в продольном направлении со стороны, противоположной по отношению к перегородке 15. Основание 31 в соответствии с предшествующим уровнем техники схематически показано на фиг.2, 2а и 2b. Основание 31 содержит толстый стеновой элемент 33 с углублением, образующим выходную камеру 37 первого выпускного канала или выпускного канала 127 для легкой фазы, предназначенного для легкой жидкой фазы, и сквозное отверстие 35, образующее второй выпускной канал или выпускной канал 129 для тяжелой фазы, предназначенный для тяжелой жидкой фазы. Несмотря на то что только один выпускной канал для легкой фазы и один выпускной канал для тяжелой фазы показаны на фиг.2, следует понимать, что, по меньшей мере, два из каналов каждого из двух типов выполнены для обеспечения симметрии относительно оси 5 вращения.
Выпускной канал 129 для тяжелой фазы содержит выпускное отверстие 38 для тяжелой фазы в камере разделения и сливную перегородку 39, которая ограничивает выпускной канал для тяжелой фазы в радиальном направлении и определяет уровень тяжелой жидкой фазы внутри камеры 19 разделения. Барьерная плита 123 ограждает выпускное отверстие 38 для тяжелой фазы от легкой жидкой фазы. Жидкость, выпускаемая по выпускному каналу для тяжелой фазы, выпускается в пространство 40, наружное по отношению к барабану, в задней продольной зоне 41 за стеновым элементом 33 барабана 3. Задняя продольная зона 41 ограничена в продольном направлении задней стороной 42 стенового элемента.
В данном случае конец барабана 3, содержащий выпускной канал 13 для твердой фазы, был произвольно определен в качестве переднего конца, и конец барабана, содержащий выпускные каналы 127, 129 для жидкой фазы, соответственно был определен как задний конец.
Выпускной канал 127 для легкой фазы, помимо выходной камеры 37, содержит сливную перегородку 43, ограничивающую в радиальном направлении выпускное отверстие 45 для легкой фазы в камере 19 разделения. Камера 19 разделения сообщается с выходной камерой 37 через посредство выпускного отверстия 45 для легкой фазы, и сливная перегородка 43 определяет уровень легкой жидкой фазы в камере 19 разделения. Выходная камера 37 сообщается с пространством 40, наружным по отношению к барабану 3, посредством отверстия 47 в стеновом элементе 33. Отверстие образует продолжение выходной камеры и имеет выпускное отверстие 48 выходной камеры на периферийной окружной поверхности 49 стенового элемента 33. Периферийная окружная поверхность образует часть периферийной окружной стенки барабана. Отверстие 47 имеет диаметр, обеспечивающий пропускную способность, которая превышает все возникающие на практике предвидимые нагрузки, создаваемые легкой жидкой фазой, поскольку, если бы пропускная способность была слишком малой, существовал бы риск того, что легкая жидкая фаза поднималась бы в отверстии 47 и выходной камере 37 или полностью наполняла бы отверстие 47 и выходную камеру 37 выше уровня сливной перегородки 43. Это влекло бы за собой повышение уровня легкой жидкой фазы внутри камеры 19 разделения, что могло бы оказывать отрицательное влияние на технологический процесс в камере разделения.
Жидкость, выходящая через отверстие 47, поступает во вторую продольную зону 50, находящуюся перед задней продольной зоной 41, то есть другую продольную зону, отличную от той, в которую поступает жидкость, выходящая по выпускному каналу 129 для тяжелой фазы. Таким образом, существует возможность накопления жидких фаз по отдельности из пространства 40, наружного по отношению к барабану 3, посредством создания само по себе известным образом соответствующего кожуха для барабана (непоказанного).
Фиг.3, 3а и 3b показывают основание 131, выполненное в соответствии с настоящим изобретением. Поскольку основание 131 в значительной степени соответствует основанию 31, показанному на фиг.2, 2а и 2b и рассмотренному в связи с фиг.2, 2а и 2b, аналогичным элементам даны идентичные ссылочные позиции. Таким образом, помимо элементов, показанных на фиг.2, 2а и 2b, основание 131 предусмотрено с сопловым элементом 51 и вторым отверстием 53.
Второе отверстие 53 образует переливное впускное отверстие 55 в выходной камере 37 и соединяет данное переливное впускное отверстие с переливным выпускным отверстием 57 рядом с выпускным отверстием 148 для выходной камеры на периферийной окружной поверхности 49 стенового элемента 33.
Сопловой элемент 51 добавляет соответствующие изгибы/колена первому и второму отверстиям 47 и 53, и он выполнен со сменным выходным соплом 59, образующим выпускное отверстие 148 выходной камеры и прикрепленным к сопловому элементу посредством втулки 61 с наружной резьбой, и со сменным, выполненным с наружной резьбой, вторым соплом или переливным соплом 63, образующим переливное выпускное отверстие 57. Таким образом, жидкость, проходящая через первое отверстие 47, будет выпускаться через выходное сопло 59, и жидкость, проходящая через второе отверстие 53, будет выпускаться через переливное сопло 63. В закрепленном состоянии сопла направлены по касательной к основанию 31 противоположно направлению 65 вращения барабана, ср. фиг.3.
В данном случае направления «вверх» и «вниз» используются для обозначения радиальных направлений, перпендикулярных к продольному направлению, соответственно к и от оси 5 вращения. Термины «высокий» и «низкий» используются соответствующим образом.
Первая сливная перегородка 43 расположена на первом уровне 67. Периферийная окружная поверхность 49 основания 131 находится на нижнем втором уровне 69. Переливное впускное отверстие 55 расположено на третьем уровне 71 близко к первому уровню 67, но ниже первого уровня 67.
Центрифуга работает следующим образом.
Во время эксплуатации жидкая фаза, которая в данном варианте осуществления представляет собой легкую жидкую фазу, поднимается внутри камеры 19 разделения до первого уровня 67 и переливается через первую сливную перегородку 43. Жидкая фаза проходит через выходную камеру 37 вниз через отверстие 47 и наружу через выходное сопло 59. Выходное сопло 59 выполнено с такими размерами, чтобы при нормальной работе легкая фаза обеспечивала его полное заполнение и заполняющая жидкость создавала противодавление, обеспечивающее увеличенную скорость жидкости, выпускаемой через выходное сопло 59, в результате чего обеспечивается рекуперация энергии. Уровень заполняющей жидкой фазы будет зависеть от количества жидкой фазы в материале, загружаемом в центрифугу, и скорости подачи. Если количество жидкой фазы в загружаемом материале и/или скорость подачи большие, уровень заполняющей жидкой фазы в выходной камере 37 может достичь переливного впускного отверстия 55, в которое легкая фаза будет проходить, в результате чего избегают ситуации, при которой уровень заполняющей жидкости поднимается до или выше первого уровня 67.
Жидкость может заполнять второе отверстие 53 до определенной степени, тем самым обеспечивая соответствующую степень рекуперации энергии из жидкости, проходящей через переливное сопло 63, когда жидкость, проходящая через переливное сопло, направляется по касательной к периферийной окружной поверхности 49 основания 131 в направлении, противоположном по отношению к направлению 65 вращения, подобно жидкости, проходящей через выходное сопло 59.
Предполагается, что вторая зона перелива может быть создана посредством выполнения третьего отверстия помимо второго отверстия 53, при этом третье отверстие проходит от четвертого уровня, находящегося между первым уровнем 67 и третьим уровнем 71, до периферийной окружной поверхности 49 основания. Образование большего числа зон перелива, которые будут последовательно становиться «активными», обеспечивает максимальную рекуперацию энергии, когда центрифуга работает при изменяющемся потоке жидкой фазы, выпускаемой по рассматриваемому выпускному каналу.
Следует понимать, что несмотря на то, что в данном варианте осуществления легкая жидкая фаза выпускается по первому выпускному каналу 127, рассмотренному выше, во вторую продольную зону 50 и тяжелая жидкая фаза выпускается по второму выпускному каналу 129 в заднюю продольную зону 41, также возможна противоположная ситуация. Первый выпускной канал 127, образованный углублением 37 в стеновом элементе 33 и отверстиями 47, 53, имеющими выход на периферийной окружной поверхности 49 стенового элемента, расположен на первом уровне 67, определяемом сливной перегородкой 43, и второй выпускной канал 129, образованный сквозным отверстием 35 в стеновом элементе 33, расположен на пятом уровне 73, отличающемся от первого уровня и определяемом сливной перегородкой 39. В данном варианте осуществления два выпускных канала 127, 129 расположены так, что первый уровень 67 находится выше, чем пятый уровень 73. Данное обстоятельство обеспечивает выпуск легкой жидкой фазы по первому выпускному каналу 127 и выпуск тяжелой жидкой фазы по второму выпускному каналу 129.
Если места расположения первого и второго выпускных каналов друг относительно друга были бы изменены так, что первый уровень находился бы ниже пятого уровня, то легкая жидкая фаза выходила бы по второму выпускному каналу, а тяжелая жидкая фаза выходила бы по первому выпускному каналу.
Тем не менее, следует отметить, что барьерная плита 123, ограждающая выпускной канал для тяжелой фазы от легкой жидкой фазы, всегда должна быть расположена у выпускного канала, находящегося на более низком уровне.