ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему бункер, при работе вращающийся вокруг оси вращения, проходящей в продольном направлении бункера, причем перпендикулярно к продольному направлению проходит радиальное направление, конвейер, размещенный коаксиально внутри упомянутого бункера и при работе вращающийся вокруг упомянутой оси вращения, причем упомянутый конвейер содержит ускорительную камеру, камеру сепарации, которая радиально снаружи ограничена упомянутым бункером и радиально внутри отграничена упомянутым конвейером, при этом упомянутая ускорительная камера имеет загрузочные отверстия для ввода загружаемого материала в сепарационную камеру, при этом загрузочный ускоритель размещен аксиально с упомянутым конвейером внутри упомянутой ускорительной камеры и при работе вращается вокруг упомянутой оси вращения относительно конвейера с меньшей скоростью, чем конвейер, и упомянутый загрузочный ускоритель имеет выпускное отверстие для выгрузки загружаемого материала через упомянутое выпускное отверстие в упомянутую ускорительную камеру конвейера.
Центробежный сепаратор такого типа известен. Так, в US 4334647 описана декантерная центрифуга, содержащая резервуар и конвейер с ускорительной камерой и загрузочным ускорителем в ускорительной камере, причем загрузочный ускоритель соединен с загрузочной трубой и имеет полукруглые ускорительные лопатки. Резервуар и загрузочная труба поворачиваются с заданными скоростями вращения с помощью приводного двигателя через соответствующие шкивы и ремни. При работе в резервуаре образуется масса загружаемого материала. Ускорительная камера проходит в эту массу и содержит некоторое число аксиальных отверстий, чтобы загружаемый материал перетекал из загрузочного ускорителя через ускорительную камеру и в резервуар, образуя струи. Существует риск того, что твердые вещества из загружаемого материала будут осаждаться уже в ускорительной камере, блокируя таким образом проход в резервуар.
Обычно выполнение соответствующих загрузочных входных отверстий для центробежных сепараторов является предметом большого числа патентов. В US 5345255 описана декантерная центрифуга, содержащая резервуар и конвейер с впускной камерой, имеющей открытую конструкцию в том, что ступица конвейера во впускной камере, или зоне загрузки, состоит только из продольных ребер, образующих между собой широкие отверстия для загружаемого материала, введенного во впускную камеру, чтобы протекать радиально в резервуар. За счет этого загружаемый материал или жидкость медленно ускоряется в зоне загрузки или впускной камере до скорости вращения конвейера. В соответствии с его описанием это медленное ускорение обусловлено отсутствием какой-либо ускоряющей поверхности в пределах зоны загрузки. Медленное ускорение заставляет объем загрузки в зоне загрузки увеличиваться, так что его центробежное давление вызывает перемещение наружу. За счет увеличенных площадей, через которые загружаемая жидкость может достичь уровня загружаемого материала или жидкости, называемого «массой» (не проходя через воронки и отверстия, которые создают концентрированные потоки или струи), устраняется турбулентность в бассейне в зоне загрузки.
В US 5401423 описан центробежный сепаратор с системой загрузочного ускорителя, включающий в себя диск ускорителя, за счет чего центробежный сепаратор содержит многие из признаков, упомянутых выше в начальном абзаце. Однако диск ускорителя прикреплен к ступице конвейера, чтобы поворачиваться вместе с ней с той же скоростью, что и конвейер.
Целью изобретения является создание центробежного сепаратора, как он описан во введении, в котором бы были устранены по меньшей мере некоторые из недостатков предшествующего уровня техники.
Согласно настоящему изобретению эта цель достигается с помощью центробежного сепаратора, который отличается тем, что упомянутые загрузочные отверстия простираются на первый аксиальный участок, при этом упомянутое выпускное отверстие для выгрузки простирается на второй аксиальный участок, причем первый и второй аксиальные участки перекрывают друг друга, так что загружаемый материал течет из выпускного отверстия для выгрузки через загрузочные отверстия в направлении, имеющем радиальную и окружную составляющие. Предпочтительно второй аксиальный участок проходит внутри первого аксиального участка. Такое выполнение прохода загружаемого материала в радиальном направлении от выпускного отверстия для выгрузки через загрузочные отверстия в сепарационную камеру обеспечивает свободный проход загружаемого материала.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения загрузочный ускоритель содержит входную трубу, причем упомянутое выпускное отверстие для выгрузки образовано разгрузочным отверстием в боковой стенке упомянутой впускной трубы, и оболочку, имеющую изогнутую часть стенки, проходящую от упомянутого разгрузочного отверстия таким образом, что упомянутая часть стенки проходит от упомянутой впускной трубы по касательной. За счет этого загружаемый материал выгружается в сторону из впускной трубы, чтобы быть ускоренным с помощью изогнутой стенки, например, без риска того, что нити или волокна в загружаемом материале застревали бы на выступающих краях.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения загрузочный ускоритель содержит два выпускных отверстия для выгрузки. Этот признак выполнен для симметрии вращения ускорителя, чтобы устранить дисбалансы.
Предпочтительно оболочка выпускного отверстия для выгрузки образована сменной оболочкой. Это позволяет сменить оболочку в случае износа от ускорения абразивного загружаемого материала.
Предпочтительно сменная оболочка содержит установочные элементы, выполненные с возможностью прикрепления упомянутой оболочки к упомянутой впускной трубе через упомянутые загрузочные отверстия. Это предусматривает легкую сборку впускной трубы с ускорителем и конвейером.
Предпочтительно оболочка на своем противоположном впускной трубе конце снабжена износной накладкой. Твердый материал в загружаемом материале, который в ходе работы может осаждаться в ускорительной камере между загрузочными отверстиями, будет ударяться оболочкой, чтобы отбить или отломать его и выйти через соседнее загрузочное отверстие. Путем выполнения износной накладки, предпочтительно сменной износной накладки, устраняют обдирание самой оболочки за счет удара любого осаждаемого материала.
.
.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения имеется первый привод для вращения конвейера, предпочтительно, через бункер, имеется второй привод для вращения загрузочного ускорителя, причем упомянутые первый и второй приводы управляются независимо, так что при работе угловую скорость упомянутого загрузочного ускорителя задают независимо от угловой скорости упомянутого конвейераПосредством этого получают возможность регулировать скорость вращения ускорителя, чтобы предусмотреть, что загружаемый материал будет ударять поверхность материала внутри сепарационной камеры с окружной скоростью, равной окружной скорости материала в сепарационной камере, вызывая, таким образом, только маленькую турбулентность
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения центробежный сепаратор содержит средство для мониторинга потребления энергии упомянутыми первым и вторым приводами, за счет чего определяется полное потребление энергии упомянутыми первым и вторым приводами. Когда загружаемый материал ударяет поверхность материала в сепарационной камере с оптимальной скоростью, создается минимальная турбулентность. Поскольку турбулентность влечет за собой потерю энергии, условие оптимальной скорости может быть записано как условие, требующее минимума полного потребления энергии первым и вторым приводами.
Предпочтительно загрузочные отверстия образованы отстоящими друг от друга ребрами, проходящими в направлении упомянутой оси вращения. Это предусмотрено для открытой конструкции с минимальным возмущением потока загружаемого материала из выпускного отверстия для выгрузки к поверхности материала в сепарационной камере.
Другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны из нижеследующего подробного описания, из приложенной формулы изобретения, а также из чертежей.
Обычно все термины, использованные в формуле изобретения, должны интерпретироваться согласно их обычному значению в технике, если иное явным образом не оговорено здесь. Все ссылки на «один/какой-то/определенный [элемент, устройство, компонент, средство, этап и т.д.]» должны быть проинтерпретированы ясно, ссылаясь по меньшей мере на один пример упомянутого элемента, устройства, компонента, средства, этапа и т.д., кроме случаев, когда ясно не оговорено иное. Этапы любого описанного здесь способа не должны быть осуществленными в точно описанном порядке, если это четко не оговорено.
Вышеупомянутое, а также дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны из последующего, носящего иллюстративный и неограничительный характер подробного описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на приложенные схематичные чертежи, на которых одни и те же ссылочные позиции будут использованы для аналогичных элементов и на которых
фиг.1 - вид декантерной центрифуги частично в разрезе;
фиг.2 - разрез части конвейера центрифуги;
фиг.3 - разрез ускорителя подачи;
фиг.4 - вид ускорителя подачи с разнесенными в пространстве деталями;
фиг.5 - схематичное поперечное сечение ускорителя подачи в ускорительной камере.
На фиг.1 представлен вид центробежного сепаратора или декантерной центрифуги 1, содержащей бункер 3 и винтовой конвейер 5, которые смонтированы так, что при работе они могут быть приведены во вращение вокруг оси 7 вращения, проходящей в продольном направлении 7а декантерной центрифуги. Кроме того, декантерная центрифуга 1 имеет радиальное направление 9, проходящее перпендикулярно продольному направлению.
Для простоты направления «вверх» и «вниз» использованы здесь как относящиеся к радиальному направлению к оси 7 вращения и от оси 7 вращения соответственно.
Бункер 3 содержит пластину 11 основания, выполненную на одном продольном конце бункера 3. Пластина 11 основания снабжена некоторым числом выпускных отверстий 13 для легкой фазы. Кроме того, бункер 3 имеет на конце, противоположном пластине 11 основания, выпускные отверстия 15 для тяжелой фазы, которые выполнены рядом с фланцем 17, закрывающим бункер 3 на конце, противоположном пластине 11 основания. Основной вал 19 прикреплен к пластине 11 основания, при этом второй вал 21 прикреплен к фланцу 17. Эти два вала 19, 21 установлены в подшипниках 23 для вращения бункера 3 вокруг оси 7 вращения.
Что само по себе известно, основной вал 19 является полым, при этом вал 25 конвейера проходит через него. Вал 25 конвейера удерживается относительно основного вала 19 с помощью подшипника, не показан, чтобы винтовой конвейер 5 вращался относительно бункера 3 вокруг оси 7 вращения. Основной вал 19 и вал 25 конвейера соединены друг с другом способом, известным самим по себе, через планетарный редуктор 27, при этом взаимное вращение двух валов 19 и 25 регулируется через распределительный вал 29 с помощью управляющего двигателя 31.
Винтовой конвейер 5 содержит ступицу 33 с цилиндрической частью 35 и в целом конической частью 37, причем обе части 35 и 37 соединены между собой с помощью широких отстоящих друг от друга ребер 39, проходящих в продольном направлении. Ступица 33 несет винт 41 винтового конвейера для транспортировки во время работы тяжелой фазы к выпускным отверстиям 15 для тяжелой фазы. Между цилиндрической частью 35 и конической частью 37 ступицы 33 выполнена впускная камера или ускорительная камера 43. Между ступицей 33 и бункером 3 выполнена сепарационная камера 45. Между ускорительной камерой 43 и сепарационной камерой 45 выполнены загрузочные отверстия 47 (см. фиг.2), которые образованы в направлении 46 по окружности отстоящими друг от друга ребрами 39 и в продольном направлении цилиндрической частью 35 и конической частью 37 ступицы 33. Таким образом, загрузочные отверстия 47 простираются на первый аксиальный участок 49 (фиг.2).
На фиг.2 видно, что второй вал 21 проходит в коническую часть 37 ступицы 33 конвейера, чтобы удерживать конвейер с возможностью вращения посредством подшипника 48. Шкив 50 смонтирован на втором валу 21. Загрузочная труба 51 проходит через второй вал 21 и коническую часть 37 и установлена с возможностью вращения в подшипнике 52. Шкив 53 смонтирован на загрузочной трубе 51. Монтажный диск 55 плотно установлен в цилиндрической части 35 ступицы 33 конвейера. Монтажный диск размещает с возможностью уплотнения и снятия подшипник 57, несущий загрузочный ускоритель 59, прикрепленный к загрузочной трубе 51. Двигатель 61 загрузочной трубы обеспечивает или приводит загрузочную трубу 51 во вращение посредством ремней 63 и шкива 53. Таким образом, загрузочная труба 51 может быть повернута вокруг продольной оси 7. Основной двигатель 65 предусмотрен для приведения во вращение второго вала 21 посредством ремней 67 и шкива 50. Таким образом, основной двигатель 65 посредством ремней 67, шкива 50, второго вала 21, фланца 17, бункера 3, пластины 11 основания, основного вала 19, планетарного редуктора 27 и вала 25 конвейера обеспечивает первый привод для конвейера, при этом двигатель 61 загрузочной трубы обеспечивает с помощью ремней 63, шкива 53 и загрузочной трубы 51 второй привод для загрузочного ускорителя 59.
Как видно на фиг.3 и 4, загрузочный ускоритель 59 содержит трубчатую часть 69, наваренную на загрузочную трубу 51, чтобы образовать в ней единое целое и составить впускную трубу, причем упомянутая трубчатая часть закрыта на конце, противоположном загрузочной трубе, и несет осевую цапфу 71, прикрепленную к подшипнику 57. Два разгрузочных отверстия 73 выполнены в боковой стенке трубчатой части 69, при этом два элемента 75 оболочки смонтированы на трубчатой части 69. Каждый элемент оболочки содержит часть 77 закругленной стенки, проходящую, когда элемент оболочки смонтирован, от одного конца, на котором она является касательной к внутренней стороне боковой стенки трубчатой части 69. Часть изогнутой стенки проходит от трубчатой части к разгрузочному отверстию 79, образованному элементом 75 оболочки. В разгрузочном отверстии 79 изогнутая стенка проходит в направлении 46 по окружности. Элементы оболочки дополнительно содержат части 81 боковой стенки, образующие расширение разгрузочных отверстий 79 в продольном направлении. Таким образом, разгрузочные отверстия 79 простираются на второй аксиальный участок 82, расположенный внутри первого аксиального участка 49 (см. фиг.2). Разгрузочные отверстия 73 и элементы 75 оболочки вместе составляют выпускные отверстия для выгрузки. Трубчатая часть содержит аксиальный фланец 83 для ограничения обратного потока способом, известным самим по себе.
Элементы оболочки смонтированы посредством винтов 85, вставленных через отверстия в одном из элементов оболочки и завинченных в резьбовые отверстия в другом элементе оболочки. Штифты 87, вставленные в отверстия в элементах 75 оболочки и трубчатую часть 69 соответственно, закрепляют элементы оболочки в правильном положении относительно трубчатой части. Таким образом, винты 85 и штифты 87 обеспечивают монтажные элементы для сменной оболочки, выполненной с помощью элементов 75 оболочки.
На наружном конце каждого элемента оболочки и напротив разгрузочного отверстия 79 смонтирована с возможностью смены посредством винта 91 износная накладка 89.
При работе жидкий материал, например шлам, содержащий легкую фазу и тяжелую фазу, подают в бункер 3, чтобы создать жидкое круглое тело с верхней поверхностью 93. Круглое тело, так называемая резервная масса, поворачивается в направлении 46 по окружности с высокой скоростью вместе с бункером 3 и винтовым конвейером 5, которые приблизительно, но не точно, вращаются с одной и той же скоростью, как это хорошо известно специалисту. В примере, показанном на фиг.5, масса по существу затопляет ребра 39. Однако ступица 33 в целом не должна быть затопленной. Таким образом, видно, что верхняя поверхность 93 массы находится на некотором расстоянии от цилиндрической части 35 ступицы 33, как показано на фиг.5.
Шлам подвергается сепарации в сепарационной камере 45, при этом легкая фаза и тяжелая фаза выходят из бункера 3 через выпускные отверстия 13 для легкой фазы и выпускные отверстия 15 для тяжелой фазы соответственно.
Одновременно шлам, называемый загружаемым материалом, загружают через загрузочную трубу 51. Из загрузочной трубы 51 загруженный материал входит в трубчатую часть 69 загрузочного ускорителя 59 и выходит из трубчатой части 69 через разгрузочные отверстия 73. Загрузочная труба 51 и загрузочный ускоритель 59 также вращаются в направлении 46 по окружности, но приблизительно с половиной угловой скорости винтового конвейера 5.
Выйдя через разгрузочные отверстия 73, загруженный материал входит в зацепление с частями 77 изогнутой стенки и посредством их ускоряется. Загруженный материал, таким образом, течет вдоль частей 77 изогнутой стенки, направляемый частями 81 боковых стенок, чтобы выйти в направлении по окружности через разгрузочные отверстия 79.
Следует отметить, что изогнутые стенки изогнуты целиком и содержат прямую часть, проксимальную к трубчатой части 69, и изогнутую часть, дистальную от трубчатой части 69.
Теоретически загруженный материал будет покидать разгрузочное отверстие 79 с двойной линейной скоростью части 77 изогнутой стенки на разгрузочном отверстии. За счет трения и т.д. скорость загруженного материала будет однако немного меньше. В идеальном случае загруженный материал будет выходить из разгрузочного отверстия прямо на верхнюю поверхность 93 с окружной скоростью, равной скорости верхней поверхности, для того чтобы избежать любой турбулентности, созданной ударом загруженного материала в массу. Однако поскольку существует некоторое расстояние между внутренней стороной части 77 изогнутой стенки в разгрузочном отверстии и верхней поверхностью 93, загруженный материал будет ударять верхнюю поверхность в месте удара 95 с направлением, имеющим радиальную составляющую и окружную составляющую. Поскольку радиальное расстояние от центра, то есть от оси 7 вращения, до верхней поверхности 93 несколько больше, чем радиальное расстояние от оси вращения до внутренней поверхности части 77 изогнутой стенки в разгрузочном отверстии 79, линейная скорость верхней поверхности 93 будет больше, чем линейная скорость загруженного материала, выходящего из разгрузочного отверстия, если скорость вращения загрузочного ускорителя составляла точно половину скорости вращения винтового конвейера 5. Поэтому скорость вращения ускорителя регулируют до несколько большей скорости.
Декантерная центрифуга содержит орган 97 управления, который соединен (не показано) и управляется тремя двигателями, то есть основным двигателем 65, двигателем 61 загрузочной трубы и управляющим двигателем 31. Орган 97 управления также отслеживает мощность, необходимую для запуска соответствующих двигателей.
Мониторинг всей мощности, необходимой для приведения в действие основного двигателя 65 и двигателя 61 загрузочной трубы, может быть использован для определения оптимальной скорости вращения ускорителя. Если ускоритель работает слишком медленно, загруженный материал будет ударять в массу на окружной скорости, меньшей, чем скорость верхней поверхности 93 и жидкости под ней, что означает, что загруженный материал должен быть ускорен жидкостью массы, при этом создается турбулентность. Эта турбулентность влечет за собой потерю энергии. Если ускоритель работает слишком быстро, то загруженный материал будет ударять в массу на окружной скорости, которая выше, чем скорость верхней поверхности 93 и жидкости под ней, что означает, что загруженный материал тормозится массой, при этом создается турбулентность. Эта турбулентность влечет за собой потерю энергии. Кроме того, потребление мощности двигателем загрузочной трубы является относительно высоким, при этом потребление энергии основным двигателем является относительно низким по сравнению с предшествующим примером. При оптимальной скорости вращения загрузочного ускорителя создается минимальная турбулентность, при этом общее потребление мощности является минимальным.
Как упоминалось, нежелательной ситуацией является та, при которой резервная масса затапливает ступицу 33. Если такая ситуация возникнет, верхняя поверхность 93 будет подниматься по сравнению с поверхностью, которая показана на фиг.5, и по меньшей мере износная накладка 89, прикрепленная к наружной стороне части 77 изогнутой стенки, будет погружаться в верхнюю поверхность 93. Поскольку масса, как и конвейер 5, вращается со скоростью, гораздо более высокой, чем скорость ускорителя, падение мощности, необходимое для двигателя 61 загрузочной трубы, будет обнаружено органом 97 управления, определяя посредством этого нежелательную ситуацию.
Поскольку скорость вращения винтового конвейера 5 значительно больше, чем скорость загрузочного ускорителя 59, ребра 39 будут непрерывно работать на скорости за наружными концами элементов 75 оболочки, и поскольку материал из загруженного материала может осаждаться на внутренних поверхностях ребер, существует риск соударения между таким осажденным материалом и элементами 75 оболочки. Такой удар может обдирать износную накладку 89, которая таким образом может быть изношена и по этой причине заменяется.
Благодаря конструкции загрузочной трубы и ускорителя эти части являются легко сменяемыми и/или устанавливаемыми. Таким образом, для монтажа загрузочной трубы 51 с трубчатой частью 69 подшипник 57 вставляют через второй вал, при этом подшипник 57 принимается монтажным диском 55. Впоследствии элементы 75 оболочки со штифтами 87 вставляют через загрузочные отверстия 47, которые должны быть закреплены посредством винтов 85, которые подобным образом вставляют через загрузочные отверстия 47.
Изобретение было описано выше главным образом со ссылкой на несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако, как легко понятно для специалиста, другие варианты осуществления настоящего изобретения, отличные от описанных выше вариантов, равным образом возможны в пределах объема изобретения, как он определен приложенной патентной формулой.