ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к конструкциям центробежных экстракторов для проведения массообменного процесса в системе жидкость-жидкость, в особенности к герметичным экстракторам для работы с химически агрессивными растворами, содержащими радиоактивные, делящиеся и ядовитые вещества для применения преимущественно в радиохимической промышленности, в частности в процессах, допускающих только дистанционное обслуживание оборудования.
Известен центробежный экстрактор (см. книга: Кузнецов Г.И., Пушков А.А., Косогоров А.В. «Центробежные экстракторы ЦЭНТРЭК», РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000 г., с. 41, рис. 1.23, с. 42, рис. 1.24, с. 44, рис. 1.25), содержащий корпус с размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, на съемном фланце которого закреплены электропривод и подшипниковая опора, и установленный в опоре вал, на котором закреплен ротор. Экстрактор предназначен для использования в радиохимическом производстве, для чего привод закреплен на верхнем торце удлиненной опоры, вынесенной через защитную пробку в обслуживаемую зону, причем привод, опора и съемный фланец как одно целое могут быть дистанционно отсоединены от корпуса и извлечены для ремонта и замены. Для герметизации экстрактора используется размещенные между ротором и опорой гидродинамическое уплотнение, выполненное в форме погруженной в уплотнительную жидкость конической обечайки.
Недостатком экстрактора является ненадежность гидродинамического уплотнения, в частности за счет ее постоянного испарения, что приводит к потере герметичности и проникновению паров, перерабатываемых химически агрессивных и радиоактивных растворов в обслуживаемую зону, создавая опасность для обслуживающего персонала.
Известен центробежный экстрактор (см. книга: Кузнецов Г.И., Пушков А.А., Косогоров А.В. «Центробежные экстракторы ЦЭНТРЭК», РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000 г., с. 47, рис. 1.29.), содержащий корпус с опорным фланцем и размещенными в нем смесительной камерой с входными патрубками и камерами сбора разделенных фаз с выходными патрубками, на посадочном фланце подшипниковой опоры которого закреплены кожух электропривода со статором и электроразъемом, патрубок подшипниковой опоры и крышка корпуса, и установленный в опоре приводной вал, на котором закреплены ротор электропривода, конический ротор-сепаратор с транспортирующим устройством, разделительной камерой, трубками для вывода легкой фазы и гидрозатвором, в котором размещен закрепленный на фланце активатор. Герметизация экстрактора обеспечивается за счет прижима закрепленного на корпусе и размещенного в зоне верхней части кожуха электропривода, сжимающего опорный и посадочный фланцы.
Недостатком экстрактора является подверженность статора и ротора электропривода воздействию паров перерабатываемых химически агрессивных растворов, что приводит к их разрушению и уменьшает срок эксплуатации экстрактора. Кроме того, близкое расположение электропривода к смесительной камере и ротору при интенсивном радиоактивном излучении перерабатываемых растворов приводит к поломке электропривода.
Наиболее близким по совокупности технических признаков к предложенному является принятый за прототип центробежный экстрактор (см. патент на полезную модель RU 96498 U1, МПК В01D 11/04, опубликовано 10.08.2010 г.), содержащий привод, подшипниковую опору, корпус со смесительной камерой и камерами вывода фаз, ротор с камерой разделения, транспортирующим устройством, гидрозатвором и трубками для вывода легкой фазы, магнитную муфту, ведущая полумуфта которой закреплена на валу привода, ведомая полумуфта жестко соединена с ротором, и между полумуфтами размещена герметизирующая перегородка-экран, соединенная жестко с корпусом и связанная с ротором через соединенный с дном перегородки-экрана подшипник скольжения подшипниковой опоры, при этом полость гидрозатвора сообщена с зазором между герметизирующей перегородкой-экраном и ведомой полумуфтой. Кроме того, и второй подшипник скольжения подшипниковой опоры соединен с дном герметизирующей перегородки-экрана.
Недостатком экстрактора является размещение герметизирующей перегородки-экрана одновременно в зазоре между подвижной и неподвижной обоймами подшипника и в зазоре между полумуфтами. Поэтому, с одной стороны, она должна быть достаточно толстой, выполняя функцию прочного кожуха подшипниковой опоры, на котором подвешен вращающийся ротор, а с другой стороны, - достаточно тонкой, чтобы не ослаблять вращающий магнитный момент в зазоре между полумуфтами. Необходимость выполнения одновременно обеих упомянутых функций усложняет конструкцию и снижает надежность экстрактора. Кроме того, близкое расположение электропривода к смесительной камере и ротору, в частности закрепление ведущей полумуфты на валу привода, при интенсивном радиоактивном излучении перерабатываемых растворов приводит к поломке электропривода.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и увеличении срока эксплуатации экстрактора.
Технический результат достигается в заявленном центробежном экстракторе, содержащем корпус со смесительной камерой, камерами вывода фаз и опорным фланцем, 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 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, за счет того, что экстрактор снабжен валом, жестко соединяющим своими концами ротор с ведомой полумуфтой, размещенными по высоте по разные стороны от подшипников, соединение перегородки-экрана с корпусом выполнено жестким закреплением ее выше и вне подшипников на посадочном фланце опоры, соединенном с опорным фланцем корпуса по разъему шар-конус, перегородка-экран выполнена в форме стакана, в котором размещена ведомая полумуфта, а полость гидрозатвора сообщена с зазором между подшипниками. Кроме того, он снабжен цилиндрической проставкой, закрепленной на посадочном фланце с установленным на ее верхнем торце приводом и размещенными в ней промежуточными подшипниковой опорой и валом проставки, ведущая полумуфта закреплена на валу проставки, сочленяющемся с валом привода дополнительной муфтой, а корпус в зоне верхнего торца проставки снабжен прижимом проставки для сжатия опорного и посадочного фланцев.
Герметизирующая перегородка-экран выполняет функцию только герметизации экстрактора и изготавливается с минимальной толщиной, не препятствуя передаче крутящего момента магнитной муфты. Независимо от этого опора, в которой устанавливаются подшипники, изготавливается с достаточной жесткостью, что увеличивает надежность экстрактора.
На представленной фиг. 1 схематично изображен предлагаемый центробежный экстрактор в разрезе, на фиг. 2 схематично изображен в разрезе укрупненный вид магнитной муфты и подшипниковой опоры с верхней частью ротора.
2
Заявленный центробежный экстрактор (фиг. 1, фиг. 2) содержит корпус 1 с размещенными в его нижней части смесительной камерой 2 с входными патрубками 3 и камерами вывода разделенных тяжелой 4 и легкой 5 фаз с выходными патрубками 6, опорным фланцем 7. На опорном фланце 7 по самоцентрирующемуся разъему шар-конус установлен посадочный фланец 8 подшипниковой опоры 9 с подшипниками скольжения в форме цилиндрических втулок - внутренней неподвижной 10 и наружной вращающейся 11 с внутренним радиусом R и неподвижного торцевого подпятника 12, например, из силицированного графита. На наружной поверхности втулки 10 и подпятника 12 в зоне зазора с втулкой 11 выполнены сообщающиеся продольные канавки 13 вдоль образующей цилиндра и в радиальном направлении на торце для протока тяжелой фазы.
1
3
1
2
3
Наружная втулка 11 жестко закреплена в крышке 14 ротора 15 конусной формы с диском 16 с переточными отверстиями 17, камерой разделения 18, транспортирующим устройством 19, мешалкой 20, трубками 21 для вывода легкой фазы, гидрозатвором 22 тяжелой фазы, в котором размещен активатор 23, закрепленный на опоре 9, и валом 24 с жестко закрепленными на его концах диске 16 и ведомой полумуфты 25. В роторе 15, гидрозатворе 22 и крышке 14 закреплены радиальные пластины 26 и 27 для предотвращения уменьшения угловой скорости жидкости относительно ротора 15. При этом пластины 26 разгораживают объем камеры разделения 18 по азимутальному углу на отдельные секции, в каждой из которых размещена трубка 21. Радиальные стенки крышки 14 снабжены соосными оси ротора переливными отверстиями 28 гидрозатвора с радиусом R и 29 крышки с радиусом R, размещенным выше отверстия 28 с образованием камеры 30 подшипников, причем их радиусы удовлетворяют соотношению R<R≤R, гарантирующему транспортировку тяжелой фазы под давлением при вращении ротора 15.
На посадочном фланце 8 закреплена цилиндрическая проставка 31 с установленным на ее верхнем торце приводом 32, например, фланцевого электродвигателя, с валом 33 и размещенными в ней промежуточными подшипниковой опорой 34 и валом 35 проставки, на котором закреплена ведущая полумуфта 36, сочленяющимся с валом 33 привода дополнительной муфтой 37. В верхней части корпуса 1 установлен прижим 38, например, пружинный для сжатия опорного 7 и посадочного 8 фланцев. В кольцевом зазоре между полумуфтами 25 и 36 размещена герметичная перегородка-экран 39, закрепленная на посадочном фланце 8 и выполненная в форме стакана с размещенной в нем ведомой полумуфтой 25.
Верхняя часть корпуса 1 (фиг. 1) установлена в бетонном перекрытии 40 каньона с защитной пробкой 41, защищающих в процессе работы в радиохимическом производстве от опасного радиоактивного излучения растворов расположенную сверху них обслуживаемую зону с приводом 32 и прижимом 38. Ротор 15 вместе с подшипниковой опорой 9, посадочным фланцем 8, проставкой 31 и приводом 32 объединены закреплением в единый выемной узел, который может дистанционно извлекаться из корпуса 1 за проставку 31 для ремонта и замены. Прижим 38 сжимает опорный 7 и посадочный 8 фланцы для исключения протечки радиоактивных паров и растворов из нижней части корпуса 1 в обслуживаемую зону.
Заявленный центробежный экстрактор работает следующим образом. После подключения привода 32 к электропитанию и начала вращения ротора 15 исходные растворы по входным патрубкам 3 подают в смесительную камеру 2, где они перемешиваются мешалкой 20 для осуществления массопередачи распределяющегося компонента, и образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим устройством 19 внутрь вращающегося ротора 15. В процессе транспортировки эмульсии снизу вверх и ее расслаивания в каждой секции камеры разделения 18 между пластинами 26 она приобретает форму кольцевого эмульсионного слоя плотно упакованных капель дисперсной фазы различной формы и объема, разделенных тонким слоем сплошной фазы. С уменьшением толщины этого слоя за счет центробежной силы коалесценция капель ускоряется и образуется второй сплошной слой полностью скоалесцированных капель первоначально дисперсной фазы. Таким образом, в верхней части камеры разделения 18 в зоне диска 16 образуются три радиально соприкасающихся кольцевых слоя - двух очищенных друг от друга чистых разделенных фаз в приосевой и периферийной зонах камеры разделения 18 и эмульсионного слоя между ними.
Легкая фаза из приосевой зоны камеры разделения 18 через переливные кромки трубок 21 выводится через них из ротора 15 в камеру 5 вывода легкой фазы, и по выходным патрубкам 6 наружу экстрактора. Тяжелая фаза из периферийной зоны камеры разделения 18 через переточные отверстия 17 поступает в гидрозатвор 22, транспортируется к оси вращения к переливному отверстию 28 и выводится в направлении вверх и к периферии в камеру 30 подшипников. Транспортируясь далее под давлением вверх через канавки 13 и зазору между подшипниками, тяжелая фаза достигает переливного отверстия 29 и выводится в направлении вверх, к периферии и вниз в камеру 4 вывода тяжелой фазы и по выходным патрубкам 6 наружу экстрактора. Осадок за счет центробежной силы транспортируется по конической поверхности ротора 15 к переточным отверстиям 17, взмучивается неподвижным активатором 23, выполняющим функцию скребка, и выводится далее с потоком тяжелой фазы из ротора и наружу экстрактора.
Смазка и охлаждение подшипников скольжения осуществляется полным потоком тяжелой фазы, транспортирующейся под давлением через канавки 13 и зазору между втулками 10 и 11 и подпятника 12. Конусная форма ротора способствует принудительной транспортировке осадка по конусной поверхности к переточным отверстиям 17. Герметизация самоцентрирующегося разъема шар-конус, образованного опорным фланцем 7 и посадочным фланцем 8 подшипниковой опоры 9, обеспечивается прижимом 38 и высокой чистотой обработки их сопрягаемых поверхностей. Герметизирующая перегородка-экран 39, выполняя только функцию герметизации, выведена вне зазора между подшипниками и поэтому не контактирует с ними, что позволяет уменьшить ее толщину с одновременным увеличением прочности подшипниковой опоры 9, что упрощает конструкцию и увеличивает надежность экстрактора. Использование цилиндрической проставки 31, закрепленной на посадочном фланце 8 с установленным на ее верхнем торце приводом 32 и размещенными в ней промежуточными подшипниковой опорой 34 и валом 35 проставки, позволяет вынести привод 32 и прижим 38 через защитную пробку 41 в обслуживаемую зону, что снижает интенсивность радиоактивного излучения перерабатываемых растворов в зоне привода и увеличивает срок эксплуатации экстрактора.
Таким образом, заявлено техническое решение, 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.
Изготовлен опытный образец предложенного экстрактора и проведены его испытания, которые подтвердили не только его промышленную применимость, но и достижение нового технического результата, который заключается в упрощении и удешевлении конструкции и повышении ее надежности и срока эксплуатации.