ШНЕКОВЫЙ ТРАНСПОРТЕР-ОБЕЗВОЖИВАТЕЛЬ ОСАДКА ИЗ ОТСТОЙНИКА ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к устройствам, используемым в отрасли очистки жидкостей от загрязнений механическими частицами, а также растворимых загрязнителей при использовании в процессе очистки адсорбентов, смешиваемых с жидкостью. Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым в практике способом выделения из жидкостей дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника.
Предлагаемая полезная модель используется для удаления осадка, выпадающего на дне отстойника и тем или иным способом сдвинутого в приямок - накопитель осадка, а также обезвоживания (сгущения) осадка путем удаление из него избытка жидкости в процессе транспортирования.
Известны случаи применения шнекового транспортера для выноса осадка из приямков очистителей жидкости (патент РФ №2156641). Шнековый транспортер содержит вал с винтовой лопастью (шнек), корпус в виде трубы, привод вращения шнека, устанавливаемый в верхней части транспортера, лоток для выгрузки и заборную часть, располагаемую в приямке, где осаждаются загрязнения. В данном патенте для расширения области забора осадка используют дополнительные осадительные поверхности в виде пластин со щелями, через которые проходят вращающиеся за пластинами скребки, концы которых двигаются в сторону заборной части шнекового транспортера.
Такое техническое решение может быть использовано при очистке подаваемого на осадительные пластины и шнековый транспортер потока воды, несущей загрязнения в виде растительных осадков или волокон, пленок и т.п. загрязнений технологического происхождения.
Удаление из приямка механических частиц адсорбента, песка и Подобных загрязнений по данному патенту не эффективно, что требует применения других вариантов исполнения заборной части шнекового транспортера.
Серийно выпускаемые шнековые транспортеры сыпучих материалов работают, обычно, при угле наклона 0-45° от вертикали. Известны вертикальные транспортеры (конвейеры) серии ВВК-ВК-Б, ADRF и другие, которые дополнительно оснащены горизонтальными шнековыми питателями, позволяющими принудительно подавать транспортируемый материал на основной шнек. Это вызвано тем, что вращающийся шнек в заборной части (вне трубы корпуса) имеет возможность отбрасывать от себя загрузку. Эффект принудительной подачи транспортируемого материала также достигается в том случае, когда имеется высокий и зауженный приемный бункер, из которого под напором веса столба находящегося в нем сыпучего материала удается ввести его в трубу корпуса шнека.
В патенте №2452677 заборное устройство шнекового транспортера, имеет корпус с расширяющейся начальной частью и размещенный в нем винт с валом в виде полой расширяющейся к начальной части трубы, снабженной окнами, выполненными по винтовой линии, и изогнутыми лопастями. Внутри полой расширяющейся начальной части вала по его оси расположена вставка в виде конуса, на котором также размещен шнек меньшего размера. Сыпучий материал поступает из бункера внутрь полой части, забирается лопастями конусной вставки и подается изнутри на лопасти расширяющейся части шнека.
Такая конструкция снижает эффект отбрасывания транспортируемого материала основными лопастями шнека, однако не обеспечивает в должной мере условия забора при вертикальном или круто расположенном шнековом транспортере. Это обусловлено тем, что расширяющая часть корпуса транспортера как экран, располагаемый близко к дну бункера, способствует сводообразованию сыпучего материала, что препятствует нормальной работе транспортера и достаточно полному опорожнению бункера.
В патенте SU №456404 предлагается заборное устройство шнекового транспортера в виде охватывающего корпус двух наклонных лопастей, жестко закрепленных на диске, посаженном на валу шнека, при вращении которого лопасти вдавливают сыпучий материал под лопатки, закрепленные на корпусе транспортера, и через предусмотренные прорези подают его на лопасть шнека.
К недостаткам данного устройства следует отнести наличие сплошного диска большого диаметра, исключающего возможность забора сыпучего материала с торца корпуса шнека, что создает «мертвую» зону в бункере. Винтовая поверхность относительно узких лопастей не создает прямого давления на сыпучий материал непосредственно в сторону вращающегося в корпусе шнека, что не обеспечивает его высокой наполняемости и производительности транспортера.
Известны способы и устройства для разделения в процессе транспортирования суспензии на две части - твердую и жидкую (например, патент РФ №2355578). Устройство содержит с раздельными приводами винтовой пресс с водопроницаемой стенкой цилиндра и шнековый транспортер, а между ними устройство уплотнения в виде изогнутой трубы, в которой образуется пробка транспортируемого материала. При этом задерживается поток суспензии и под возникающим давлением вытесняется жидкая фаза. Решение очевидной проблемы - забивание отверстий стенки цилиндра механическими частицами и возможность их очистки, в данном патенте не рассматривается.
Для разделения твердой и жидкой фаз осадка, удаляемого из отстойника жидкости, широко используют устройства, содержащие проницаемый для жидкой среды пакет пластин с центральным отверстием, через которое проходит шнек, и периферийными отверстиями, используемыми для скрепления пластин резьбовыми шпильками в единый блок щелевого фильтра. Для сжатия осадка, пропускаемого через щелевой фильтр, шаг шнека делают уменьшающимся в направлении от заборной части до отверстия выгрузки обезвоженного осадка, например в серийно выпускаемых установках КИТ ОШ 300/2 и др. [SMZ.su].
Чтобы уменьшить вероятность забивания фильтрующих щелей попадающими в них частицами, пакет пластин включает поочередно устанавливаемые неподвижные (скрепленные шпильками) и подвижные пластины, которые могут смещаться относительно неподвижных пластин в установленных пределах. Примеры таких устройств - обезвоживателей, описаны в патентах РФ №241056 (Япония), №2526638 (Япония).
Смещение подвижных пластин может происходить в том случае, когда их центральное отверстие меньше диаметра шнека и его вращающаяся лопасть сдвигает пластину в направлении точки их контакта. При такой схеме следует ожидать повышенного износа внутренней поверхности пластины и наружной поверхности шнека. Могут использоваться и другие более сложные схемы с использованием эксцентриковых приводов.
В обезвоживателе по патенту РФ №152716 предусмотрено вращение корпуса, образованного пакетом скрепленных тремя шпильками пластинчатых колец и установленных между ними подвижных колец с диаметром центрального отверстия меньше диаметра шнека, имеющего переменный шаг винтовой линии. Вращение пакета пластин как щелевого фильтра при горизонтальном расположении оси шнека и стекании выделяемой жидкости вниз позволяет увеличить общую рабочую площадь щелевого фильтра. Это является преимуществом такой конструкции, а недостатком является отсутствие дистанционных вставок между пластинами, что может приводить к сдвигу пластин до плотного примыкания друг к другу и образованию широких щелей, через которые могут проходить крупные частицы обрабатываемой суспензии. Кроме того, возможен износ колец и шнека по поверхности их контакта, вращение пакета пластин существенно усложняет конструкцию.
С учетом положительных качеств рассмотренных аналогов предлагается полезная модель, техническими задачами которой является совмещение функций транспортирования из отстойника жидкости осадка и разделения его жидкой и твердой фракций без существенного усложнения конструкции вертикального или круто установленного шнекового транспортера, за счет чего обеспечивается экономия производственных площадей.
Совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, позволяет достичь желаемого технического результата.
Полезная модель иллюстрируется рисунками:
фиг. 1. - общий вид шнекового транспортера-обезвоживателя и его выносной элемент, показывающий расположение отверстий для слива жидкости с лопасти шнека;
фиг. 2. - устройство щелевого фильтра;
фиг. 3. - конструкция заборной части шнекового транспортера. Шнековый транспортер-обезвоживатель 1 (фиг. 1) в рабочем состоянии находится в наклонном канале в торцовой стенки отстойника, а его заборная часть 2 расположена над дном приямка, в который сдвигается осадок с дна отстойника. Вверху на трубчатом корпусе транспортера находится привод 3 вращения шнека 4 и лоток 5 для выгрузки обезвоженного осадка.
Между заборной частью и мотор-редуктором, выше верхнего уровня жидкости в отстойнике, трубчатый корпус имеет участок разделения твердой и жидкой фракций осадка в виде щелевого фильтра, расположенного в корпусе 6, в нижней части которого имеется патрубок с краном 7 для слива протекающей от вращающегося шнека через щели жидкости. В верхней части корпуса имеется патрубок 8 для подачи в фильтр промывочной жидкости.
Щелевой фильтр (фиг. 2) состоит из скрепленного шпильками 9 пакета неподвижных металлических пластин 10 с центральным отверстием под диаметр шнека, и чередующимися с ними дистанционными втулками 11 и подвижными пластинами 12.
Толщина подвижных пластин меньше высоты дистанционных втулок на величину требуемого предельного размера пропускаемых щелевым фильтром механических частиц. Диаметр центрального отверстия подвижных пластин равен диаметру отверстий неподвижных пластин, скрепляемых четырьмя резьбовыми шпильками, а на периферийной поверхности подвижных пластин имеются четыре дугообразные проточки 13, выгнутые в направлении центра пластин по радиусу, большему радиуса дистанционных втулок на величину 2-3 мм. Оси дуг совпадают с осями шпилек, при этом примыкающие к дуге параллельные участки проточки имеют длину 6-9 мм.
Пакет пластин сверху и снизу ограничивается толстыми установочными пластинами 14, которые сжимаются гайками шпилек. Фильтр вставлен в корпус и надет на выступающую кромку трубчатого корпуса шнекового транспортера, а сверху таким же образом установлена верхняя часть трубчатого корпуса и прикреплена своим фланцем 15 к фланцу корпуса фильтра.
Шнек разбит на два участка, первый участок имеет длину от нижнего торца винтовой лопасти до выхода лопасти из щелевого фильтра. Начало винтовой лопасти второго участка шнека отстоит от верхнего торца лопасти первого участка на расстоянии 0,8-1,0 шага винтовой линии, и заканчивается около верхнего торца трубчатого корпуса шнека в зоне разгрузочного отверстия с лотком для выгрузки транспортируемого осадка из трубчатого корпуса шнека. При этом шаг винтовой линии первого участка относится к шагу второго участка, как 1:0,8.
Вал шнека выполнен из трубы 16, в стенке которой имеются отверстия 17 (фиг. 1) диаметром 3-5 мм, просверленные на линии сопряжения верхней плоскости винтовой лопасти с стенкой трубы под углом 30-45° к плоскости лопасти. Количество отверстий 4-6 на одном обороте винтовой лопасти, при этом первое отверстие отстоит от нижнего торца лопасти на расстоянии 3-4 шага винтовой линии, а последнее отверстие отстоит от участка начала щелевого фильтра на расстоянии 1-2 шага винтовой линии. Такие же отверстия выполнены в стенке трубы вала шнека на его втором участке.
Заборная часть шнекового транспортера оборудована устройством для подачи осадка на винтовую лопасть шнека, выполненным в виде двух спирально изогнутых лопастей 18 (фиг. 3), закрепленных своими нижними торцами через две пластины 19 и две пластины 20 к диску 21. Диск жестко соединен с цилиндрической втулкой 22, являющейся элементом подшипникового узла 23 и связанной с концом трубы 16 болтом 24. При этом начала развертывающихся по спирали лопастей находятся в одной диаметральной плоскости с разных сторон оси вращения шнека на небольшом расстоянии от четырех стоек 25, прикрепленных к трубчатому корпусу шнека и удерживающих диск 26 крепления подшипникового узла шнека, находящийся на расстоянии от торца трубчатого корпуса равном 1,2-1,3 его диаметра. Концы лопастей находятся с другой стороны в той же диаметральной плоскости на большем расстоянии от оси. При этом верхние торцы лопастей находятся на 5-10 мм выше нижнего торца трубчатого корпуса шнека.
Пластины 20, скрепляющие торцы начала и конца лопастей с диском снизу, имеют Г-образную форму, при этом выступающая часть пластин отогнута наружу под углом 30°, и также изогнуты прямоугольные пластины 27, скрепляющие торцы спиральных лопастей между собой сверху, тем самым образуя скребки, сдвигающие осадок с торцов внутрь заборной части шнекового транспортера при вращении шнека.
Нижняя часть цилиндрической втулки 22, выступающая за диск, к которому крепятся спиральные лопасти заборного устройства, имеет с двух сторон симметричные продольные проточки 28 с таким расчетом, чтобы ширина оставшихся двух выступов была равна внутреннему диаметру трубы вала шнека. Выступы имеют поперечные срезы 29 под углом 20-30° к диаметральной плоскости втулки противоположные по направлению друг к другу, к которым прикреплены лопасти крыльчатки 30 в виде пропеллера, направление которых при вращении шнека обеспечивает отталкивание окружающего заборную часть осадка вниз и отсос жидкости из трубы вала шнека.
Заборная часть огорожена защитной клетью, содержащей кольцо 31, связанное с трубой корпуса шнека четырьмя стойками 32 и поперечинами 33, приваренными к стенке трубчатого корпуса шнека и стойкам 25.
Шнековый транспортер-обезвоживатель используется следующим образом. После откачивания отстоявшейся воды из отстойника и сдвига осадка в приямок при открытом кране 7 включается привод 3. Вращающиеся лопасти 18 захватывают осадок и подают его на лопасть вращающегося шнека 4. Вращательное движение осадка притормаживается стойками 25, лопасть шнека подхватывает осадок и поднимает его в трубчатый корпус, в котором происходит раскручивание осадка, возникает центробежная сила, прижимающая осадок к стенке трубы. Вращательное движение осадка притормаживается и происходит дальнейший сдвиг осадка лопастью шнека вверх. Известно, что у вертикальных и круто установленных транспортеров скорость вращения шнека принимают равной 200-1000 об/мин, для жидких суспензий скорость может быть еще больше.
Осадок в виде суспензия из жидкости и более плотных механических частиц под действием центробежной силы расслаивается. Плотные механические частицы выпадают на стенку корпуса, а жидкость остается вокруг вала шнека. При этом жидкость может под действием силы тяжести стекать вниз по наклонной винтовой поверхности, а также перетекать с лопасти через отверстия 17 в стенке трубы 16 внутрь нее.
На начальном нижнем участке шнека сверление отверстий в стенке трубы не предусмотрено, поскольку выпадение из осадка механических частиц под действие центробежной силы не происходит моментально, т.е. требуется некоторое время для раскручивания осадка.
Крыльчатка в виде пропеллера 30 на нижнем торце вала вращающегося шнека исключает забивание трубы вала шнека осадком и облегчает слив жидкости, перетекающей через отверстия в трубу вала из транспортируемого шнеком осадка, обеспечивая его более полное обезвоживание.
Сдвиг пластин 12 щелевого фильтра происходит под действием центробежной силы, воздействующей на сгребаемые лопастью частицы в зоне примыкания периферийной части лопасти шнека к внутренней поверхности пластин. Каждая пластина оказывается статически неуравновешенной, поскольку масса нагребаемого валика из механических частиц в зоне примыкания лопасти к пластине всегда больше массы оседающих из суспензии в данный момент частиц на диаметрально противоположную поверхность пластины. Это приводит к «проваливанию» подвижной пластины по отношению к соседним неподвижным пластинам. Отсутствие непосредственного контакта шнека с подвижной пластиной исключает сопутствующий износ шнека и пластин при их взаимном трении.
При вращении шнека зона такого прилегания смещается по окружности и высоте щелевого фильтра, что приводит к волнообразным перемещениям подвижных пластин. Это исключает закупорку щелей между пластинами, проникающими в них механическими частицами. Протекающая от вращающегося шнека через щелевой фильтр жидкость через патрубок и открытый кран 7 направляется обратно в отстойник.
В разрыве между винтовой лопастью первого участка шнека и началом лопасти второго участка шнека по мере транспортирования осадка из него формируется пробка. Это приводит к повышению общего давления осадка в области щелевого фильтра, способствующего лучшему отжиму жидкости из транспортируемого осадка. На участке щелевого фильтра отверстия в трубе вала шнека не предусмотрены.
Сжатый осадок из пробки забирается винтовой лопастью второго участка шнека, имеющего шаг меньший шага первого участка и отверстия на трубе вала, такие же, как на первом участке шнека. Через эти отверстия отделяемая под действием центробежной силы от механически частиц жидкость также стекает по трубе вала шнека в отстойник. Прошедший через весь шнек и существенно обезвоженный осадок выгружается через лоток 5, например, на площадку или ленточный транспортер, с последующей доставкой к месту использования по назначению.
Промывку щелевого фильтра проводят с некоторой периодичностью при закрытом кране 7 и подаче промывочной жидкости в корпус фильтра через патрубок 8. При этом механические частицы вымываются из щелей между пластинами по всей поверхности щелевого фильтра внутрь него и сливаются в отстойник.
Таким образом, положительными качествами предлагаемой конструкции, решающими поставленные технические задачи, являются:
обезвоживание осадка происходит в процессе его транспортирования из отстойника за счет разделения суспензии под действием центробежных сил на механические частицы и жидкость, которая удаляется через трубу вала шнека, а также через щелевой фильтр;
в фильтрации осадка в равной мере участвует вся поверхность щелевого фильтра, а не только его нижняя часть, как это имеет место в большинстве горизонтальных или наклоненных под малым углом обезвоживателях;
простая конструкция и технология изготовления шнека с двумя участками винтовых лопастей с разным постоянным шагом по сравнению со шнеком с переменным шагом;
простое технологическое обеспечение за счет высоты дистанционных втулок любого требуемого размера щелей фильтра, обеспечение подвижности пластин щелевого фильтра без их контакта со шнеком, что способствует работе фильтра без его забивания и уменьшает износ шнека и пластин;
надежная промывка щелей фильтра по всей его рабочей поверхности статическим напором обратного потока промывочной жидкости;
шнековый транспортер-обезвоживатель за счет предложенной конструкции заборной части может эффективно работать при вертикальной установке или с небольшим отклонением от вертикали, что сокращает потребность в производственной площади.
Таким образом, предлагаемая полезная модель решает поставленные технические задачи.