ШНЕКОВАЯ ЦЕНТРИФУГА СО СПЛОШНЫМ РОТОРОМ И ПЕРЕЛИВНЫМ ЗАТВОРОМ
AUGER CENTRIFUGE WITH SOLID ROTOR AND OVERFLOW GATE

Данное изобретение относится к шнековой центрифуге со сплошным ротором в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Шнековые центрифуги со сплошным ротором известны в самых разнообразных вариантах осуществления.
Так, в патентном документе DE 10203652 В4 раскрыта шнековая центрифуга со сплошным ротором и устройством для слива очищенной жидкости из барабана, имеющего крышку с выпускным отверстием, с которым сопряжено дроссельное устройство, в частности дроссельная заслонка, расстояние от которого до выпускного отверстия регулируется. Данное выпускное отверстие дополнительно содержит сопла для слива очищенной жидкости, которые для снижения потребления энергии ориентированы соответствующим образом, в частности тангенциально, в направлении вдоль окружности.
Сопла на шнековых центрифугах со сплошным ротором и их результирующее влияние на снижение потребления энергии в случае ориентации соответствующим образом под углом к оси барабана также известны из документа DE 3904151 А1.
Напротив, в публикации 11179236 A "Патентных рефератов Японии" раскрыто решение, заключающееся в том, что с выпускными отверстиями в крышке барабана, каждое из которых частично закрыто затворной пластиной, образующей переливной затвор, могут быть сопряжены направляющие пластины, которые создают воронку жидкости, сливаемой из барабана, при этом возникающий эффект отклонения используется для снижения потребления энергии. Направляющие пластины закреплены на наружной стороне переливного затвора, например на затворных пластинах. Данные направляющие пластины выполнены как плоские пластины, например, ориентированные параллельно оси вращения барабана, причем плоскость, в которой лежат плоские пластины, не пересекает ось барабана, а, например, образует с радиальной прямой, проходящей в каждом случае через ось вращения барабана и соответствующее выпускное отверстие, угол приблизительно 45°.
Кроме того, например, из документа US 2004/0072668 A1 или WO 2008/138345 A1 известно решение, заключающееся в том, что вместо переливного затвора на затворной пластине выпускного отверстия располагают кожух, причем в этом случае переливной затвор или сопло у выпускного отверстия выполняют в наклонной стороне данного кожуха. Однако подобные конструкции имеют недостаток, заключающийся в том, что на наружной стороне крышки барабана выполняют жидкостные камеры сравнительно сложной формы, вращающиеся в одном направлении и образующие часть вращающейся системы таким образом, что в данных жидкостных камерах продолжается процесс очистки или разделения. В результате данного процесса разделения в камерах могут образовываться нежелательные отложения, приводящие к проблемам очищения и дисбаланса.
По этой причине, в документах DE 102010032503 А1 и DE 102010061563 А1 отступают от последнего описанного способа.
В соответствии с документом DE 102010032503 А1 переливной затвор оставляют непосредственно на затворных пластинах на крышке барабана, а в направлении вдоль окружности отклоняется только жидкость, которая уже покинула вращающуюся систему через переливной затвор. После слива из барабана эффект очистки возникнуть уже не может, напротив, отклоняющим устройством вся сливаемая струя жидкости отклоняется в направлении вдоль окружности.
В соответствии с документом DE 102010061563 А1 предусмотрено, что затворная пластина содержит выемку в материале, образующую, по меньшей мере, часть сливного желоба или весь сливной желоб, причем сливной желоб выполнен таким образом, что данный сливной желоб соответствующим образом отклоняет сливаемый из барабана поток.
Таким образом, хорошо зарекомендовали себя оба вышерассмотренных варианта осуществления. Тем не менее, существует дополнительная потребность в оптимизации, в частности, в отношении эффективной регенерации энергии при одновременном обеспечении слабой склонности к загрязнению.
Задачей данного изобретения является решение вышеописанной проблемы.
В изобретении данная задача решается посредством содержания пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с данным пунктом формулы предусмотрено, что в местонахождении переливной кромки дно сливного желоба наклонено внутрь к оси вращения, к переливной кромке, на угол δ наклона относительно тангенциального направления.
В этом случае также основное преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что отложения продукта так легко, как в случае использования кожухов в соответствии с WO 2008/138345 A1, возникнуть не могут. Напротив, этого недостатка избегают благодаря раскрывающейся конструкции сливных желобов. В этом случае, конструктивный вариант осуществления является простым и прочным. Кроме того, сливаемый поток продукта отклоняется на радиальный диаметр таким образом, чтобы получить наибольшее снижение потребления энергии. В этом случае, для угла δ наклона предпочтительно применяют следующие соотношения: δ>0° и δ<25°, в частности δ≥10° и δ≤20°, так как, таким образом, может быть достигнут наиболее предпочтительный характер изменения истечения.
Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения подлежат выводу из зависимых пунктов формулы изобретения.
Далее изобретение описывается более подробно со ссылками на чертежи. На данных чертежах:
Фиг. 1а-с представляют собой различные виды сегмента схематично показанной крышки барабана шнековой центрифуги со сплошным ротором в соответствии с данным изобретением; и
Фиг. 2 представляет собой схематичный вид известной из уровня техники шнековой центрифуги со сплошным ротором.
Фиг. 2 служит для наглядного пояснения принципа конструкции шнековой центрифуги со сплошным ротором. Привод вместе с блоком управления, верхней частью центрифуги и прочими очевидными специалисту в данной области техники элементами на данной фигуре не показаны.
На фиг.  2 показана шнековая центрифуга 1 со сплошным ротором и вращающимся вокруг оси D вращения барабаном 3, в котором расположен аналогично вращающийся шнек 5. Радиальные направления, перпендикулярные оси D вращения, указаны как "R".
Как барабан 3, так и шнек 5 имеют, по существу, цилиндрическую секцию и секцию, в данном случае суживающуюся конусообразно.
Проходящая в осевом направлении центральная впускная труба 7 служит для подачи материала, предназначенного для центрифугирования, через распределитель 9 в центрифугирующую камеру 11, между шнеком 5 и барабаном 3.
Например, если в центрифугу подают суспензионный раствор жидкой глины, то на стенке барабана осаждаются более крупные твердые частицы. Ближе к внутренней части образуется жидкая фаза.
Шнек 5 предпочтительно вращается с незначительно меньшей или незначительно большей скоростью, чем барабан 3, и перемещает центрифугируемую твердую фазу по направлению к конической секции из барабана 3 к выпускному отверстию 13 твердой фазы. Жидкость, напротив, течет по направлению к большему диаметру барабана на заднем конце цилиндрической секции барабана 3 и отводится там через затвор, имеющий в крышке 17 барабана выпускные отверстия 15, причем каждое выпускное отверстие 15 сопряжено с затворной пластиной 19, которая в данном случае закреплена на наружной стороне крышки барабана с возможностью перемещения в радиальном направлении. Таким образом, внутренний радиальный край затворной пластины 19 определяет переливную кромку и, следовательно, само переливное устройство или переливной затвор 21. Жидкость вытекает из барабана у переливного затвора 21, вращающегося в окружном направлении U вместе с барабаном 1, поэтому жидкость, текущая через переливной затвор 21 в направлении X параллельно оси D вращения, в дополнение к осевой составляющей скорости вследствие слива из барабана, в частности, также имеет скорость в окружном направлении U (перпендикулярно плоскости изображения на фиг. 1, см. также фиг. 2), а также вызванную центробежной силой радиальную составляющую, направленную от центра вращения наружу.
В соответствии с данным изобретением, например, в случае шнековой центрифуги со сплошным ротором наподобие центрифуги, изображенной на фиг. 2, в крышке барабана могут быть предусмотрены сливные затворы 23 наподобие затворов, изображенных на фиг. 1, которые заменяют затворные пластины 19, в частности, чтобы достичь снижения потребления энергии.
Каждый сливной затвор 23, в свою очередь, имеет фланцевидную затворную пластину 25, расположенную на крышке барабана. В данном случае затворные пластины 25 снабжены отверстиями 27 для крепления на крышке 17 барабана, чтобы посредством болтов (не показанных здесь) привинтить соответствующую затворную пластину на крышке 17 барабана. Данное крепление является простым и предпочтительным. Тем не менее, возможны и другие способы крепления затворной пластины (затворных пластин) 25 на крышке барабана.
В соответствии с фиг. 1 затворная пластина 25 выполнена как кольцевой сегмент, что является предпочтительным (но не обязательным) - в частности, чтобы обеспечить свободный ход благодаря предотвращению зазоров и т.п., - если кольцевые сегменты в направлении вдоль окружности лежат непосредственно рядом друг с другом или очень близко друг от друга и, таким образом, образуют кольцо из затворных пластин 25. Тем не менее, затворная пластина (затворные пластины) 25 может (могут) также иметь и другую, например, прямоугольную или полукруговую форму.
На фиг. 1а-1с показан только один из сливных затворов 23.
Каждая затворная пластина 25 как основа сливного затвора - по отношению к оси D вращения - имеет дуговую секционную внутреннюю кромку 25а и наружную кромку 25b, а также две окружные кромки 25с и 25d, ориентированные в радиальном направлении к оси D вращения. Данный вариант осуществления также предпочтителен, так как в данном варианте может быть легко образовано охватывающее кольцо, но обязательным он не является.
Во внутренней кромке 25а - см., в частности, фиг. 1b - выполнена выемка 29, которая в смонтированном на крышке 17 барабана положении проходит от внутренней кромки 25а наружу и заканчивается в радиальном направлении непосредственно перед наружной кромкой 25b.
b
В соответствии с фиг. 1а и 1b выемка 29 имеет первую секцию 29а кромки, предпочтительно проходящую в радиальном направлении или под небольшим углом к радиусу (угол γ предпочтительно меньше 25°), и вторую секцию 29b кромки, которая направлена предпочтительно перпендикулярно или, по существу, перпендикулярно первой секции 29а кромки и которая проходит предпочтительно тангенциально или, по существу, тангенциально (угол по отношению к тангенциальному направлению составляет 0° или менее 20°) к воображаемой окружности, имеющей радиус r относительно оси D вращения.
По меньшей мере секция 29b кромки предпочтительно совмещена с соответствующим отверстием в самой крышке барабана, расположенным под затворной пластиной 25 (здесь это не показано, но см. фиг. 1). Секция 29b кромки, по существу, образует переливную кромку, через которую жидкость сливается из барабана в осевом направлении.
К стороне второй секции 29b кромки, которая обращена в противоположную от первой секции 29а кромки сторону, предпочтительно прилегает (третья) секция 29с кромки под прямым углом ко второй секции кромки, а к данной (третьей) секции 29с кромки предпочтительно прилегает четвертая секция 29d кромки, которая в данном случае имеет форму дуги и соединяет третью секцию кромки с дугообразной внутренней кромкой 25а затворной перегородки 25. Характер изменения истечения в этой выемке оказывается предпочтительным.
Кроме того, на наружной стороне затворной пластины 25, в смонтированном положении обращенной в противоположную от крышки барабана сторону, в выемке 29 образован сливной желоб, который раскрывается в направлении радиально внутрь (к оси вращения) и имеет дно и две боковые стенки, одна из которых образована из направляющей пластинчатой детали 31а, а другая - частью самой затворной пластины 25.
Данные направляющая пластинчатая деталь 31а и две образующие дно направляющие пластинчатые детали 31b, 31с вместе служат для того, чтобы во взаимодействии с затворной пластиной 25, по существу, против направления К вращения, в направлении К отклонять поток жидкости, сливаемой из барабана в осевом направлении через выемку 29, что вследствие дополнительного движущего эффекта в направлении вдоль окружности, получающегося в результате отклонения, приводит к благоприятному в отношении снижения потребления энергии режиму эксплуатации.
Направляющие пластинчатые детали 31а, 31b и/или 31с также могут быть выполнены как секции одной направляющей пластины более высокого порядка, соответствующим образом изогнутой или отлитой, или они могут быть соединены друг с другом, например, при помощи сварки.
Как пояснено выше, три направляющие пластинчатые детали 31а, 31b, 31с и сама затворная пластина 25 вместе образуют сливной желоб, раскрывающийся в направлении оси D вращения.
Первая направляющая пластинчатая деталь 31а предпочтительно расположена под прямым углом ко второй и третьей направляющей пластинчатой детали 31b, 31с. Она не только образует боковую стенку сливного желоба, но и обеспечивает само отклонение струи жидкости от осевого направления X в перпендикулярное ему направление К вдоль окружности.
Первая направляющая пластинчатая деталь 31а, в качестве боковой стенки сливного желоба своей обращенной к барабану стороной или поверхностью прилегает непосредственно к первой секции 29а кромки выемки 29.
В предпочтительном варианте осуществления данная первая направляющая пластинчатая деталь расположена не перпендикулярно затворной перегородке или находящейся под ней крышке барабана, а под острым углом, причем угол α между плоскостью затворной пластины 25 в качестве основной пластины и первой направляющей пластинчатой деталью 31а предпочтительно должен составлять 0° или больше 0°, но меньше 45°, предпочтительно не больше 15° (см. фиг. 1с). Опорная кромка для угла α перпендикулярна затворной пластине, ее измеряют на внутренней кромке направляющей пластинчатой детали и затворной пластины.
Благодаря этому более не достигают первого отклонения жидкости от осевого направления в направлении вдоль окружности. Кроме того, первая направляющая пластинчатая деталь 31а имеет радиус или изгиб 31а'' и затем проходит на секции 31а''' предпочтительно параллельно или предпочтительно под небольшим углом относительно затворной пластины. В этом случае, между плоскостью затворной пластины 25 и плоскостью, в которой расположена плоская секция 31''', или до которой доходит изгиб первой направляющей пластинчатой детали (31а), предпочтительно образован угол β, для которого применяют следующие соотношения: β>0° и β<30°, в частности β<20°.
Таким образом, направляющая пластинчатая деталь 31а также может иметь несколько секций или даже отдельных деталей или составляющих. Из фиг. 1с очевидно, что направляющая пластинчатая деталь в данном случае имеет ровную секцию 31а', радиус 31а''' и прилегающую к нему плоскую секцию 31а'''. Особенно существенным является радиус, так как отклонение вызывает главным образом он, так что первая направляющая пластинчатая деталь может быть даже сокращена до радиуса или изогнутой секции.
Как сказано выше, кроме того, первая направляющая пластинчатая деталь 31а в качестве боковой стенки сливного желоба также прилегает ко второй направляющей пластинчатой детали 31b и третьей направляющей пластинчатой детали 31с, которые образуют дно сливного желоба.
Вторая направляющая пластинчатая деталь 31b и третья направляющая пластинчатая деталь 31с предпочтительно расположены перпендикулярно или, по существу, перпендикулярно (угол составляет от 90 до 110°) плоскости крышки барабана или затворной пластины 25 (которая расположена перпендикулярно оси вращения), установлены на наружной стороне затворной пластины 25 (в смонтированном на барабане положении) и закреплены соединением материалов (например, закреплены посредством сварки).
В данном случае, вторая направляющая пластинчатая деталь 31b предпочтительно совмещена со второй секцией 29b кромки. Третья направляющая пластинчатая деталь 31с совмещена с третьей секцией 29 с кромки, но она имеет большую длину, чем упомянутая третья секция 29с кромки, и обеспечивает отклонение сливаемой струи жидкости от тангенциального направления, предпочтительно немного внутрь, к оси вращения. Соответствующий угол δ между тангенциальным направлением Τ и направлением А слива от дна сливного желоба - в данном случае, от третьей направляющей пластинчатой детали 31с - к оси вращения предпочтительно составляет более 0°, но менее 25°.
Направляющие пластинчатые детали могут представлять собой секции одной пластины или отдельные пластинчатые элементы. В свою очередь, они в каждом случае могут состоять из группы подсегментов или деталей или быть разделены на несколько подсегментов или деталей.
Ниже еще раз более подробно разъясняется принцип действия сливного желоба.
Сливаемая из барабана жидкость отклоняется первой направляющей пластинчатой деталью 31а в направлении вдоль окружности барабана и против направления К вращения упомянутого барабана. Предпочтительно даже происходит отклонение на угол γ, составляющий от 0 до 25°, наибольшее относительно радиального направления R, направленное немного к основной пластине или расположенной под ним крышке барабана, что ведет к несомненному дополнительному уменьшению склонности к закупорке.
Угол ε между переливной кромкой и радиусом R может составлять 0° или до ±10° предпочтительно ±5°.
При этом дно раскрывающегося во внутреннем направлении сливного желоба, в данном случае образованное из первой направляющей пластинчатой детали 31b и второй направляющей пластинчатой детали 31с, предотвращает разбрызгивание отклоненной жидкости наружу. Вместо этого дно обеспечивает прохождение струи жидкости в направлении вдоль окружности, до конца упомянутого дна сливного желоба, где струя жидкости выходит из сливного желоба на сливной/переливной кромке 31k в направлении А.
Струя жидкости, отклоненная в направлении вдоль окружности, направляется дном сливного желоба - в данном случае второй направляющей пластинчатой деталью 31b – сначала, по существу, тангенциально, а затем расположенной под тупым углом к ней третьей направляющей пластинчатой деталью 31с отклоняется от тангенциального направления Τ даже немного внутрь, к оси D вращения, и выходит от третьей направляющей пластинчатой детали 31с в направлении, определенном ориентацией направляющей пластинчатой детали 31с, в результате чего получают особенно большое снижение потребления энергии.
Предпочтительно на каждой затворной перегородке выполнен один сливной желоб и одна выемка 29. Несмотря на это на одной затворной перегородке может быть выполнено несколько сливных желобов и выемок 29.
Термин "направляющая пластинчатая деталь" 31 не следует понимать в слишком узком значении. Предпочтительно каждая направляющая пластинчатая деталь состоит из секции металлической пластины. Однако в контексте данной заявки также могут быть применены направляющие пластинчатые детали из неметаллических материалов, поскольку они подходят для осуществления необходимой функции отклонения и направления.
Также следует упомянуть, что наиболее предпочтительно, чтобы площадь выемки 29 до внутренней кромки 25а затворной пластины 25 была меньше, в частности, не менее чем на 25%, а предпочтительно на 30%, чем воображаемое поперечное сечение (воображаемая площадь поперечного сечения) сливного желоба в области сливной кромки (которое по, существу, можно рассчитать как произведение ширины дна и высоты сливного желоба), определенное высотой направляющей пластинчатой детали 31а в области переливной кромки 31k. При этом площадь или поперечное сечение выемки 29 предпочтительно должны быть не меньше, чем фиктивное воображаемое поперечное сечение сливного желоба у сливной кромки, так как, таким образом, вновь может быть достигнут наиболее предпочтительный характер изменения истечения.
Ссылочные обозначения
Шнековая центрифуга со сплошным ротором 1
Барабан 3
Шнек 5
Впускная труба 7
Распределитель 9
Центрифугирующая камера 11
Выпускное отверстие твердой фазы 13
Выпускные отверстия 15
Крышка барабана 17
Затворная пластина 19
Сливной затвор 21
Сливные затворы 23
Затворная пластина 25
Внутренняя кромка 25а
Наружная кромка 25b
Окружные кромки 25с, 25d
Отверстия 27
Выемка 29
Секции кромки 29а, 29b, 29с, 29d
Ось вращения D
Радиус rb
Направляющие элементы 31а, 31b, 31с
Кромка 31К
Направление вращения К
Осевое направление X
Угол α, β, γ, δ
Радиус rb
Радиальное направление R