ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕХНИЧЕСКИХ МАСЕЛ
CENTRIFUGE FOR CLEANING TECHNICAL OILS

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для разделения жидких неоднородных систем с помощью центробежных сил, и может быть использовано для очистки от механических загрязнений и воды, например, топлив, масел, гидравлических и моющих жидкостей при их регенерации на предприятиях, а также непосредственно на мобильных агрегатах.
Известна центрифуга /1/ с гидроприводом для очистки жидкости, например масла, в двигателе внутреннего сгорания, содержащая колонку ротора, установленную на неподвижной оси с отверстием для подвода жидкости в ротор и снабженную реактивными соплами, попарно расположенными на различном расстоянии от оси. Полость для центробежной очистки жидкости образована между колонкой и стаканом ротора и разделена на секции цилиндрической ставкой с перфорированной крышкой.
При работе этой центрифуги очищаемая жидкость сначала поступает в секцию очистки ротора между колонкой и вставкой, где, двигаясь снизу-вверх, очищается от наиболее крупных примесей. Затем через верхнюю перфорированную крышку поступает в секцию между вставкой и стаканом ротора, двигается вниз к соплам, очищаясь от мелких примесей.
К недостаткам этой центрифуги относятся сложность конструкции гидропривода, при использовании двух пар реактивных сопел, располагаемых на различных расстояниях до оси вращения, причем необоснованное увеличение количества сопел может привести к снижению кпд реактивного гидропривода, уменьшению частоты вращения ротора и в итоге к ухудшению сепарационной эффективности центрифуги. Кроме того, возникают значительные гидравлические потери потока очищаемой жидкости в полости ротора, как следствие, изменения направления ее движения на 180° при перетекании из одной секции очистки в другую.
1
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является центрифуга, описанная в авторском свидетельстве SU 1830748 /2/, содержащая корпус, установленный в нем в подшипниках при помощи верхнего и нижнего шипов ротор с реактивными соплами, включающий барабан, колонку с основанием, содержащую радиальные входные и выходные каналы и вертикальный канал с ответвлениями для подвода очищенной жидкости к реактивным соплам, причем вертикальный канал колонки выполнен по ее оси, а его ответвления расположены наклонно, внешние торцы радиальных входных и выходных каналов колонки размещены на одинаковом расстоянии от оси барабана, на основании колонки в зоне расположения выходного отверстия радиального входного канала установлен кольцевой дефлектор, причем отношение величины расстояния от оси барабана до выходного отверстия указанного канала к величине зазора между стенкой дефлектора и внешним торцом канала составляет r/δ=5-6.
y
Недостатком этой центрифуги является ее низкая сепарационная эффективность. Одной из основных сепарационных характеристик центрифуги является предельный диаметр частиц d, гарантированно улавливаемых в ней. Он определяется из выражения /3/.
,
где R и r - границы пути осаждения частиц в радиальном направлении;
τ - время осаждения.
Границы пути осаждения частиц в роторе зависят от его внутреннего устройства и организации ввода жидкости в ротор и вывода из него. В центрифуге, принятой за прототип, ввод-вывод жидкости в роторе осуществляется в радиальном направлении через два отверстия в колонке. В этом случае движение жидкости в роторе имеет выраженный струйный характер. Это затопленные турбулентные струи, расширяющиеся из-за подсоса окружающей жидкости /4/. В силу этого, в роторе наблюдается неравномерное распределение скоростей жидкости, наличие застойных и вихревых зон, что препятствует осаждению частиц и делает неопределенными границы пути осаждения частиц R и r. Используемый дефлектор на участке ввода жидкости в ротор служит лишь для поворота струй жидкости, но не обеспечивает равномерного распределения потока по его поперечному кольцевому сечению. К тому же, поток, направленный дефлектором в осевом направлении, согласно теории затопленных струй /4/, будет расширяться, и часть его устремится к центральной области ротора (к колонке). Частицы загрязнений, занесенные потоком в эту область, перемещаясь далее под действием центробежных сил к периферии, будут подхвачены центральной частью потока и затянуты в радиальные выходные каналы, т.е. в очищенный поток.
Целью изобретения является улучшение качества очистки жидкости путем оптимальной организации ее движения внутри ротора: равномерно распределенным по кольцевому сечению потоком, параллельно его оси, а также снижение гидравлического сопротивления центрифуги.
Поставленная цель достигается тем, что в известной центрифуге, содержащей корпус, установленный в нем в подшипниках ротор с реактивными соплами, включающий барабан, колонку с основанием, содержащую радиальные входные каналы и вертикальный канал, выполненный по ее оси, согласно изобретению в крышке барабана и основании колонки выполнены концентричные проточки одинакового радиуса R, в них установлены два распределительных диска с радиальными прорезями, образующие кольцевые полости вокруг колонки, с которыми сообщаются через радиальные каналы в верхней части колонки вертикальный входной канал и симметрично расположенные отверстия входа в форсунки реактивного гидропривода в нижней ее части. Причем проточки являются также дефлекторами для перевода движения жидкости при входе в ротор вверху из радиального направления в осевое и при выходе внизу из осевого в радиальное. Кроме того, на распределительных дисках закреплен цилиндрический стакан радиусом r, отделяющий внутреннюю непроточную полость ротора от его периферийной проточной части, для того, чтобы предотвратить отклонение струй потока внутрь цилиндрической области ротора, радиусом менее r.
в
в
Радиусы дефлекторов R находятся в соотношении с внутренним радиусом барабана R, как R/R=0,5…0,7, что соответствует грязевому объему 75…50% от всего внутреннего объема ротора.
Радиус цилиндрического стакана r обоснован условиями недопущения смыва осажденных на внутренней поверхности барабана ротора загрязнений потоком жидкости, что характеризуется выражением
2
2
Q/π(R-r)≤0,05…0,18,
3
где Q - расход жидкости через центрифугу, м/с;
0,05…0,18 - допустимая скорость потока, м/с.
Для равномерного распределения потока по его кольцевому сечению число радиальных прорезей в распределительных дисках должно быть не менее 12.
Для снижения гидравлических потерь в роторе кольцевые полости, образованные распределительными дисками вокруг колонки, должны быть перегорожены радиальными лопатками числом не менее 3-х.
На фиг. 1 представлен продольный разрез центрифуги, а на фиг. 2 и 3 - поперечные сечения колонки А-А и Б-Б.
Центрифуга содержит корпус 1 с крышкой 2, в которых на подшипниках качения установлен ротор, включающий в себя колонку 3 и барабан 4, скрепленные гайкой 5. На колонку 3 надеты два распределительных диска 6 и 7 равного наружного диаметра, имеющие на периферии одного из своих торцов радиальные прорези. Распределительные диски 6 и 7 этими торцами прилегают к плоскостям двух концентричных проточек одинакового наружного радиуса R, выполненных в крышке барабана 4 и в основании колонки 3, образуя систему радиальных каналов 16 и 17 и кольцевые полости 11 и 13 у стенок колонки 3. Обе проточки являются дефлекторами, обеспечивающими изменение направления движения потока жидкости из радиального в осевое (в верхней части ротора) и из осевого в радиальное (в нижней его части). На распределительные диски 6 и 7 снаружи надет цилиндрический стакан 8 с наружным радиусом r, отделяющий проточную периферийную часть ротора от его внутренней центральной и непроточной. В колонке 3 выполнен осевой канал 9, соединяющийся вверху с несколькими радиальными (или радиально-осевыми) каналами 10. Эти каналы 10 выходят в кольцевую полость 11, образованную распределительным диском 6 и крышкой барабана 4. В основание колонки 3 симметрично вкручены форсунки 12 реактивного гидропривода, вход в которые выполнен из кольцевой полости 13, образованной распределительным диском 7 и основанием колонки. Кольцевые полости 11 и 13 перегорожены несколькими лопатками 14 и 15 для снижения гидравлических потерь.
Центрифуга работает следующим образом. Очищаемая жидкость, например, масло, подается под давлением через штуцер 18 в осевой канал 9 колонки 3, из которого вверху по радиальным (или радиально-осевым) каналам 10 поступает в кольцевую полость 11, а из нее в систему радиальных каналов 16 верхнего распределительного диска 6. На выходе из этих каналов дефлектор концентричной проточки в крышке барабана изменяет направление потока с радиального на осевое, и далее жидкость движется вниз параллельно стенкам стакана 8. Под действием центробежных сил из потока масла выделяются и осаждаются на стенке барабана 4 механические примеси и вода, имеющие большую, чем масло, плотность. В нижней части ротора очищенное масло, повернув на 90° при помощи нижнего дефлектора проточки в основании колонки 3, устремляется в радиальные каналы 17 нижнего распределительного диска 7 и далее попадает в кольцевую полость 13, из которой через форсунки 12 выбрасывается в поддон 19 корпуса 1, создавая реактивный вращающий момент. Из поддона 19 через сливное отверстие 20 очищенная жидкость поступает в отдельную емкость.
Описанная конструкция позволяет обеспечить движение потока жидкости параллельно оси вращения ротора с равномерным распределением его по кольцевому сечению. Такая организация течения снижает гидравлические потери и повышает качество очистки.
Источники информации
1. Патент 347089 B04B 9/06, опубл. 10.08.1972, бюл. №24.
2. Патент SU 1830748 A1, 1989, B04B 1/00, 9/06.
3. Григорьев М.А. Очистка масла в двигателях внутреннего сгорания / М.А. Григорьев. - М.: Машиностроение, 1983. - 148 с.
4. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов / А.С. Гиневский. - М.: Машиностроение, 1969. - 400 с.