ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору для центрифугирования компонентов, содержащихся в жидкой смеси и обладающих разной плотностью, в соответствии с предварительно описанной частью пункта 1 формулы изобретения.
Такой центробежный сепаратор раскрыт в SU-1194504, который раскрывает центробежный сепаратор с ротором центрифуги, загружаемый сверху через центральный канал. Ротор центрифуги приводится во вращение посредством электродвигателя. Электродвигатель содержит статор, который прочно прикреплен к неподвижному корпусу, и ротор, который прочно прикреплен к вращающемуся корпусу ротора центрифуги. Таким образом, электродвигатель расположен в осевом направлении на уровне ротора центрифуги.
В GB-A-2277700 раскрыт центробежный сепаратор, в котором ротор центрифуги прикреплен непосредственно к валу, который, в свою очередь, непосредственно соединен с электродвигателем, который соответственно расположен с наружной стороны ротора центрифуги. При таком расположении только один из двух концов ротора центрифуги может быть использован для подачи материала во внутреннее разделительное пространство и/или выпуска материала из внутреннего разделительного пространства ротора центрифуги. Известно устройство SE-B-348121, в котором ротор центрифуги установлен на так называемом полом валу для обеспечения подачи и выпуска через оба конца ротора центрифуги. При таком размещении ротора центрифуги приведение в действие может осуществляться при помощи электродвигателя, который расположен рядом с ротором центрифуги и валом. Передача энергии от приводного электродвигателя к валу осуществляется посредством, например, приводных ремней или винтовой передачи.
Существующие в настоящее время электродвигатели могут очень эффективно управляться и приводиться во вращение с очень высокими оборотами. Поэтому необходимо обеспечить приведение во вращение ротора центрифуги посредством прямого привода.
DE-A-10300976 раскрывает центрифугу, содержащую неподвижный вал, на котором установлен статор. На валу установлен ротор, содержащий рабочие лопатки ротора. Приводной электродвигатель соответственно расположен в центре центрифуги внутри ротора. В другом варианте осуществления он относится к центрифуге, содержащей ротор, загружаемый материалом через неподвижный центральный канал. Приведение в действие осуществляется посредством электромагнитных катушек, расположенных на неподвижном корпусе с наружной стороны ротора. Ротор содержит диск с чередующимися намагничиваемыми участками.
US-B-6709477 раскрывает центробежный сепаратор, содержащий полый вал. Центрифуга предназначена для привода турбины посредством впускной трубы и ротора турбины.
US2002/0016245 раскрывает центробежный сепаратор, содержащий полый вал, и впускное отверстие снизу, и выпускное отверстие сверху. Приведение в действие не описано более подробно.
GB-A-409196 раскрывает центробежный сепаратор, содержащий полый вал для подачи снизу. Вал установлен в двух подшипниках. Приведение в действие не описано более подробно.
WO 98/45050 раскрывает устройство для динамической сортировки угольного порошка. Устройство содержит вращающийся вал, который включает в себя ротор, состоящих из лопастей, проходящих в осевом направлении и радиальном направлении. Вал является полым и проходит через приводной электродвигатель, содержащий статор и ротор. Вал прочно прикреплен к ротору приводного электродвигателя.
USB-2001-0012814 раскрывает центробежный фильтр для фильтрации твердых частиц из жидкости. Один вариант осуществления относится к ротору в виде фильтра с вращающимся полым валом и корпусом. Фильтрующее средство расположено на валу или в радиальном направлении с наружной стороны вала. Данное фильтрующее средство не образует разделительные диски. Оно предназначено для фильтрации жидкости и улавливания твердых частиц. На роторе установлены магниты. Посредством магнитов ротора образуется электродвигатель, статор которого не описан. Фильтруемая жидкость может подаваться через впускной канал вверх, через неподвижный вал и во вращающийся полый вал ротора. Впускной канал для фильтруемой жидкости расположен на большом расстоянии от центральной оси.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем. Более конкретно, задача заключается в том, чтобы создать центробежный сепаратор, обеспечивающий высокую доступность внутреннего разделительного пространства и имеющий компактную конструкцию.
Данная задача решается посредством упомянутого выше центробежного сепаратора, который отличается тем, что приводной электродвигатель расположен в осевом направлении с наружной стороны ротора центрифуги в направлении центральной оси.
При таком расположении приводного электродвигателя в осевом направлении с наружной стороны ротора центрифуги обеспечивается эффективное приведение в действие с низкими потерями энергии, при этом центробежный сепаратор имеет компактную конструкцию. Полость в приводном электродвигателе может образовать один из упомянутых каналов и может быть использована для перемещения жидкости, например обрабатываемой смеси, обрабатываемого продукта, гидравлических жидкостей и др., в центральную часть центробежного сепаратора. Таким образом, для такого перемещения может требоваться относительно малая энергия. Упомянутая полость может образовать необходимое разделительное пространство центробежного сепаратора или канал для перемещения жидкостей.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения приводным двигателем является электродвигатель. Приводной двигатель легко может быть выполнен в виде такого электродвигателя для приведения во вращение ротора центрифуги. Однако необходимо отметить, что приводной двигатель может быть также выполнен в виде гидродвигателя или пневмодвигателя.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения упомянутые каналы проходят концентрично центральной оси. Предпочтительно, если упомянутые каналы могут проходить в противоположных направлениях от разделительного пространства. Таким образом, впускной канал и выпускной канал могут проходить в соответствующем направлении из разделительного пространства, т.е. подача и выпуск могут осуществляться с двух направлений, например сверху и снизу. Такая центральная подача и выпуск обеспечивают малое энергопотребление.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения ротор приводного двигателя окружает полость, которая образует, по меньшей мере, один упомянутый впускной канал или один упомянутый выпускной канал. Таким образом, можно использовать оба конца ротора центрифуги, обычно верхний и нижний концы, для подачи очищаемого продукта через центробежный сепаратор и выпуска очищенного продукта и разделенных компонентов. Таким образом, как впускной канал, так и выпускной канал могут быть расположены концентрично центральной оси и могут иметь малую радиальную протяженность. Это означает, что энергопотребление для обеспечения чистой жидкости является относительно малым. Таким образом, при помощи центробежного сепаратора настоящего изобретения обеспечивается не только прямой привод ротора центрифуги без каких-либо промежуточных передаточных средств, но и возможность подачи и выпуска продукта с двух сторон, например сверху и снизу.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения статор приводного двигателя окружает ротор. В этом случае предпочтительно, если элемент передачи крутящего момента состоит из вала, который содержит и соединен с ротором и который является полым и образует, по меньшей мере, один упомянутый впускной канал или один выпускной канал.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения ротор приводного двигателя окружает статор. В этом случае элемент передачи крутящего момента может образовать компонент, который прочно соединен с ротором центрифуги и который окружает и прочно соединен с ротором приводного двигателя, причем статор приводного двигателя расположен внутри ротора.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения приводной двигатель содержит первый осевой конец, который обращен к ротору центрифуги, и второй осевой конец, который обращен от ротора центрифуги.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения полость содержит первое отверстие во внутреннем разделительном пространстве ротора центрифуги и второе отверстие за пределами второго осевого конца приводного двигателя для образования упомянутого впускного канала или упомянутого выпускного канала. Таким образом, смесь, т.е. смесь компонентов, разделяемых посредством центрифугирования, может подаваться через впускной канал, проходящий через приводной двигатель, и/или чистый продукт может выпускаться через выпускной канал, проходящий через приводной двигатель.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения центробежный сепаратор содержит неподвижную трубу, расположенную внутри полости и проходящую между внутренним разделительным пространством ротора центрифуги и положением за пределами ротора центрифуги, для образования впускного или выпускного канала для материала.
Предпочтительно, если неподвижная труба может содержать отверстие, расположенное за пределами второго осевого конца приводного двигателя. Это означает, что неподвижная труба может проходить в полом валу через приводной двигатель. Таким образом, в неподвижной трубе образуется канал, обеспечивающий подачу и/или выпуск материала. Кроме того, данная конструкция позволяет размещать канал для подачи и/или выпуска материала между неподвижной трубой и внутренней стенкой полости.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения центробежный сепаратор содержит неподвижный каркас и, по меньшей мере, один подшипник, соединенный с каркасом, причем элемент передачи крутящего момента установлен с возможностью вращения в упомянутом, по меньшей мере, одном подшипнике. В этом случае статор приводного двигателя может быть соединен с каркасом.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения центробежный сепаратор содержит первый подшипник и второй подшипник, которые соединены с каркасом, причем элемент передачи крутящего момента установлен с возможностью вращения в обоих подшипниках. В этом случае первый подшипник может быть расположен между приводным двигателем и ротором центрифуги, и второй подшипник может быть расположен за пределами второго осевого конца приводного двигателя. Таким образом, обеспечивается устойчивая опора для вала и ротора центрифуги.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения каждый разделительный диск имеет коническую форму, причем разделительные диски уложены друг на друга стопкой.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения статор приводного двигателя содержит электрические обмотки, а ротор приводного двигателя содержит, по меньшей мере, один постоянный магнит. Таким образом, в роторе приводного двигателя обеспечивается относительно малое теплообразование, т.е. малое тепловое влияние на жидкость, перемещаемую через полость. Предпочтительно, если приводным двигателем является синхронный электродвигатель, особенно синхронный электродвигатель с постоянными магнитами.
Краткое описание чертежей
Ниже настоящее изобретение будет объяснено более подробно посредством описания предпочтительных вариантов осуществления, которые являются примерами осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 схематично изображает центробежный сепаратор в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 схематично изображает центробежный сепаратор в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 схематично изображает центробежный сепаратор в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 схематично изображает центробежный сепаратор в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже настоящее изобретение будет описано со ссылкой на различные варианты осуществления, которые раскрыты на фиг.1-4. Необходимо отметить, что во всех четырех вариантах осуществления элементы, выполняющие одинаковые или подобные функции, обозначены подобными ссылочными номерами.
Как можно видеть из фиг.1-4, центробежный сепаратор содержит неподвижный каркас 1. Каркас 1 содержит основание, предназначенное для размещения на подходящей подложке 2, такой как пол, и неподвижный корпус 3, который расположен на каркасе 1. Центробежный сепаратор содержит элемент 4 передачи крутящего момента, который установлен в каркасе 1 при помощи первого подшипника 5 и второго подшипника 6 и который проходит вдоль центральной оси х. В варианте осуществления, раскрытом в фиг.1-3, элемент 4 передачи крутящего момента выполнен в виде вала. Центробежный сепаратор содержит также ротор 9 центрифуги, который прочно установлен на вращающемся элементе 4. Ротор 9 центрифуги содержит, как по сути известно, корпус 10, который образует или содержит в себе внутреннее разделительное пространство 11, см. фиг.3. В вариантах осуществления, раскрытых на фиг.1-3, вал заходит во внутренне разделительное пространство 11, как можно видеть на фиг.3.
Центробежный сепаратор содержит также приводной электродвигатель 15, который приводит во вращение элемент 4 передачи крутящего момента и, следовательно, ротор 9 центрифуги таким образом, что ротор 9 центрифуги вращается вокруг центральной оси х. Как можно видеть из фиг.1-3, элемент 4 передачи крутящего момента проходит через приводной двигатель 15. Приводной двигатель 15 содержит ротор 16, который прочно соединен с элементом 4 передачи крутящего момента, и статор 17, который прочно соединен с основанием каркаса 1. Приводной двигатель 15 расположен между первым подшипником 5 и вторым подшипником 6. Таким образом, приводной двигатель 15 расположен за пределами ротора 9 центрифуги в направлении центральной оси х. В раскрытых вариантах осуществления приводной двигатель 15 расположен по вертикали ниже ротора 9 центрифуги. Таким образом, приводной двигатель 15 содержит первый верхний осевой конец, который обращен к ротору 9 центрифуги, и второй нижний осевой конец, который обращен от ротора 9 центрифуги.
Статор 17 приводного двигателя 15 содержит электрические обмотки 18, а ротор 16 приводного двигателя 15 является предварительно намагниченным и содержит, по меньшей мере, один или комплект постоянных магнитов 19. Предпочтительно, если приводной двигатель 15 содержит или состоит из синхронного электродвигателя, более конкретно синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, например так называемый HPM-двигатель (Hybride Permanent Magnet)(товарный знак).
Центробежный сепаратор содержит также комплект разделительных дисков 24, которые расположены во внутреннем разделительном пространстве 11 ротора центрифуги и вращаются при помощи ротора 9 центрифуги, как по сути известно. В раскрытых вариантах осуществления, см. фиг.3, разделительные диски 24 имеют коническую форму и уложены друг на друга стопкой. Могут быть также использованы другие типы разделительных дисков, например диски, которые проходят в радиальном направлении и которые проходят в осевом направлении.
В соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми на фиг.1-3, элемент 4 передачи крутящего момента, который образует вал, включает в себя полость 25, образующую впускной канал и/или выпускной канал, проходящую вдоль центральной оси х. В соответствии с первым вариантом осуществления, раскрытым в фиг.1, полость 25 элемента 4 передачи крутящего момента содержит первое отверстие во внутреннем разделительном пространстве 11 ротора 9 центрифуги и второе отверстие, расположенное за пределами второго конца приводного двигателя 15. В соответствии с первым вариантом осуществления полость 25 образует впускной канал 29 для материала, т.е. продукта или смеси, очищаемой посредством центрифугирования. Впуск данного материала показан двумя стрелками а, которые проходят через впускной канал 29 в разделительное пространство. В соответствии с первым вариантом осуществления выпуск очищенного продукта может осуществляться обычным способом через выпускной канал 30 в верхнем конце ротора 9 центрифуги, как показано стрелками b. Выпускной канал 30 может содержать очищающий элемент 31, который расположен в очистительной камере 32, как по сути известно. Необходимо отметить, что полость 25 элемента 4 передачи крутящего момента может быть также использована для выпуска очищенного продукта и что подача очищаемого продукта может также осуществляться сверху через загрузочную трубу, заходящую в разделительное пространство 11.
В соответствии со вторым вариантом осуществления, который раскрыт на фиг.2, центробежный сепаратор содержит также неподвижную трубу 36, которая расположена в полости 25 элемента 4 передачи крутящего момента. Неподвижная труба 36 проходит между положением за пределами ротора 9 центрифуги за пределами второго осевого конца приводного двигателя 15 и положением в разделительном пространстве 11. Неподвижная труба 36 образует дополнительный канал для подачи или выпуска материала. Во втором варианте осуществления неподвижная труба 36 используется в качестве впускного канала 29 для загрузки очищаемого продукта. В соответствии со вторым вариантом осуществления центробежный сепаратор обеспечивает центральный выпуск двух разных фаз, которые обладают разной плотностью, например масла и воды. Например, первый материал может подаваться через неподвижный выпускной канал 30 так же, как в первом варианте осуществления, при этом второй материал подается через полость 25 элемента 4 передачи крутящего момента, которая образует выпускной канал 34 в пространстве между неподвижной трубой 36 и внутренней стенкой полости 25 элемента 4 передачи крутящего момента, который показан стрелками с.
Третий вариант осуществления, который раскрыт в фиг.3, содержит элемент 4 передачи крутящего момента в виде вала, образующего впускной канал для загрузки очищаемого продукта. Очищенный продукт выпускается через неподвижный выпускной канал 30 через очистительную камеру 32 и очищающий элемент 31. Осадок и твердые частицы, которые обладают относительно высокой плотностью и собираются в радиальной наружной части разделительного пространства 11, могут выпускаться через периферийные отверстия 37, которые могут периодически открываться, как по сути известно, посредством вентильного устройства, показанного на схеме ссылочным номером 38.
В соответствии с четвертым вариантом осуществления, раскрытым на фиг.4, ротор 16 приводного двигателя 15 окружает статор 17. Элемент 4 передачи крутящего момента жестко соединен с ротором 9 центрифуги и может иметь цилиндрическую форму с внутренней стенкой. Неподвижный каркас 1 проходит вверх и в элемент 4 передачи крутящего момента. Ротор 16 жестко соединен с элементом 4 передачи крутящего момента, а статор 17 жестко соединен с каркасом 1 и расположен внутри ротора 16. Кроме того, в четвертом варианте осуществления приводной двигатель 15 и элемент 4 передачи крутящего момента содержат в себе полость 25, проходящую по существу коаксиально с центральной осью х. Полость 25 проходит через неподвижный каркас 1. Полость 25 может быть ограничена неподвижной трубой 40, которая выступает во внутреннее разделительное пространство 11 ротора 9 центрифуги.
Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления и может изменяться и модифицироваться без отхода от объема приведенной ниже формулы изобретения. В частности, необходимо отметить, что может быть выполнено множество различных примеров устройства для подачи и выпуска материала. Например, центробежный сепаратор может быть выполнен с полым валом через весь ротор центрифуги, при этом впускной и/или выпускной канал, кроме первого и второго отверстия, может также содержать третье отверстие во внутреннем разделительном пространстве ротора центрифуги и четвертое отверстие за пределами ротора центрифуги в осевой стороне, обращенной от приводного двигателя, для образования впускного или выпускного канала для материала. Таким образом, материал, т.е. продукт, очищаемый посредством центрифугирования, и/или очищенный продукт может также подаваться и выпускаться соответственно через канал через вторую осевую часть ротора центрифуги, в которой расположен приводной двигатель.
В раскрытых вариантах осуществления подшипники расположены на соответствующей осевой поверхности приводного двигателя. Однако необходимо отметить, что подшипники могут быть расположены на многих других участках. Например, оба подшипника могут быть расположены на одной и той же осевой поверхности приводного двигателя или ротора центрифуги. Подшипники могут быть также соответственно расположены как одно целое в приводном двигателе.
В раскрытых вариантах осуществления приводным двигателем является приводной электродвигатель. Как было отмечено выше, в качестве альтернативы приводной двигатель может быть выполнен как приводной гидродвигатель или приводной пневмодвигатель.