КОЖУХ ЦЕНТРИФУГИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЖУХА
PERIODIC ACTION CENTRIFUGE CASING AND METHOD OF MAKING CASING

Данное изобретение относится к оборудованию для отделения твердых частиц от жидкости, в частности, к центрифугам периодического действия для отделения кристаллического сахара от суспензий кристаллического сахара.
Из Европейского патента ЕР 0804291 В1, соответствующего германскому патенту DE 69609594 Т2, известен центробежный сепаратор с радиальными отверстиями. Ротор центробежного сепаратора в данном случае выполнен с отверстиями в форме радиальных отверстий таким образом, чтобы снизить риск закупоривания или износа в указанных радиальных отверстиях и чтобы, благодаря специальной конфигурации поперечного сечения этих отверстий, обеспечить снижение уровня создаваемого шума и воздействовать на частоты шума, создаваемого в этих отверстиях. В результате в данном случае это отверстие имеет такую конфигурацию, чтобы его радиальное внутреннее поперечное сечение было прежде всего постоянным в направлении наружу или чтобы оно медленно увеличивалось, а затем прерывистым образом оно резко изменяется в наружном направлении в центре отверстия. Для этой цели обеспечивается либо такая форма, которая в самом начале является постоянной в направлении наружу и затем расширяется в форме воронки, или же еще обеспечивается переход от постоянной формы к сферической головке или к похожей форме. Эта идея может быть разумной для некоторых случаев применения, однако она не показала своей полезности до настоящего времени, например, в сахарной промышленности.
Центрифуги периодического действия также используются, в частности, для отделения кристаллического сахара из суспензий кристаллического сахара.
Исходный материал, например, аффинационный утфель с обогащенной суспензией кристаллического сахара подается сверху, а затем обрабатывается в барабане центрифуги таким образом, что продукт - в данном случае, например, кристаллизат - откладывается на внутренней поверхности кожуха барабана центрифуги. В этом случае жидкость отводится через рабочее сито, которое располагается на данном кожухе.
Этот кристаллизат или эти слои кристаллов затем должны быть выведены из барабана центрифуги таким образом, чтобы он был готов для последующего использования или для следующей порции.
Концепция этого типа, которую также можно назвать центрифугой периодического действия для центрифугирования наполнителей, также известна из германского патента DE 1916280 В. В кожухе этой центрифуги также предусмотрены отверстия, через которые при центрифугировании наружу отводится жидкость, отделенная от кристаллов сахара и выводимая из барабана центрифуги.
В отношении формы поперечного сечения этих отверстий в патенте DE 1916280 В по соображениям механики предложена эллиптическая форма, которая обеспечивает лучшую стабильность. Эти предположения подтвердились на практике. В результате снижаются напряжения в кожухе центрифуги в области этих отверстий, и поэтому улучшаются долговечность и стабильность всего барабана центрифуги.
В центрифугах для обработки сахара другого типа, например, в центрифугах непрерывного действия по Европейскому патенту ЕР 1693112 В1 известны эллипсообразные отверстия, называемые иначе отверстиями с поперечным сечением в форме эллипса.
Учитывая большое число используемых центрифуг периодического действия, в частности, в отрасли сахарной промышленности, существует значительный интерес и к дальнейшему совершенствованию кожухов центрифуг.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является центрифуга периодического действия, в которой оптимизирован кожух центрифуги.
Еще одной задачей изобретения является создание способа изготовления кожуха центрифуги этого типа.
2
1
2
1
Первая из названных задач решается с помощью данного изобретения в кожухе типовой центрифуги периодического действия благодаря тому, что поперечное сечение названных отверстий является непрерывным, начиная с внутренней стороны и до внешней стороны, что диаметр (а) поперечных сечений данных отверстий в направлении, параллельном оси барабана с внутренней стороны кожуха, равен или приблизительно равен диаметру (a) поперечных сечений отверстий, параллельных оси барабана, с наружной стороны этих отверстий, и что диаметр (I) поперечных сечений отверстий в периферийном направлении на внутренней стороне кожуха меньше диаметра (I) поперечных сечений отверстий в периферийном направлении с наружной стороны кожуха, в результате чего поперечное сечение этих отверстий расширяется наружу.
При использовании традиционного способа данная задача решается с помощью данного изобретения благодаря тому, что в кожухе, до или после гибки стального листа для придания кожуху круглой формы, выполняют отверстия в форме эллипса с помощью резки водяной струей.
Удивительным образом оказалось, что при такой конфигурации отверстий в центрифугах возможно значительное улучшение свойств, что вначале кажется незначительным на первый взгляд изменением.
Причина этого состоит в следующем:
z
Центробежная сила вызывает центробежное ускорение a данной жидкости в барабане. Так как эта жидкость, однако, удерживается стенкой, то эта жидкость в перпендикулярном направлении к стенке данного барабана имеет фактически нулевую скорость. Если какая-то жидкая частица попадет в данное отверстие, то она потеряет контакт с данной вращающейся базовой системой, и, следовательно, центробежное ускорение также становится равным нулю. Так как эта частица далее не ускоряется, то ей требуется относительно длительное время, чтобы выйти из данного барабана через это отверстие. Велика вероятность того, что она будет втянута внутрь с помощью отверстия с эллиптической стенкой в результате вращательного движения барабана и таким образом вновь восстановит контакт с данной вращающейся базовой системой. Она будет здесь прижата к задней области отверстия в направлении вращения. После этого вновь начинает действовать центробежное ускорение, и эта частица ускоряется в радиальном направлении.
В целях оказания содействия вышеописанным явлениям, обращенная наружу площадь отверстия должна быть поэтому больше. Вместе с этим, целесообразно иметь более значительную площадь, на которую жидкость может «опереться».
Внедрение расширяющихся наружу эллиптических отверстий этого типа является, во-первых, очень трудоемким. В данном случае следует принять во внимание, что расширение наружу эллиптически отверстий не должно иметь место в одинаковой степени в каждом направлении. Как со всей очевидностью проистекает из вышеизложенных соображений по поводу соотношений перемещения частиц сахара, вопрос в первую очередь заключается в стенках отверстий, которые должны вести себя по-разному в разных направлениях.
В данном случае фактически продемонстрировано, что поперечное сечение этих отверстий в каком-то измерении, параллельном оси барабана, не должно увеличиваться изнутри наружу, или по крайней мере увеличиваться в значительной степени. В этом направлении, параллельном оси барабана, фактически отсутствует движение в барабане центрифуги или только имеют место небольшие перемещения отклоняющихся частиц, и какое-либо расширение или сужение этого отверстия в данном направлении, следовательно, будет нелогичным, и, как это было продемонстрировано, и совсем нежелательным.
Указание на то, что диаметр поперечных сечений отверстий, параллельных оси барабана, на внутренней части кожуха, должен быть равен диаметру поперечных сечений отверстий, параллельных оси барабана, с наружной стороны отверстий, приведено для того, чтобы подразумевать, что эти два диаметра должны отличаться друг от друга менее, чем на 5%. Легкое отклонение, в частности, небольшое расширение поперечного сечения наружу все еще допустимо и в этом измерении, хотя оно также должно быть по возможности самым малым.
Вместо этого, расширение поперечных сечений изнутри наружу влечет за собой изменение размера в периферийном направлении барабана центрифуги, иными словами, одновременно в направлении движения вращающегося барабана.
Таким образом, стенка отверстия должна быть сконфигурирована иным образом в разных участках стенки.
Это возможно благодаря особо тщательной механической обработке металлического листа для изготовления кожуха центрифуги с помощью различных способов.
Однако, особо предпочтителен случай, когда эти отверстия выполняются в металлическом листе для изготовления кожуха с помощью резки водяной струей до выгибания этого листа металла по кругу с целью получения цилиндрического кожуха центрифуги.
В данном случае было выявлено, что при исключительно квалифицированном изготовлении кожухов центрифуги конструкция этого типа с расширением наружу с различной степенью, согласно вышеописанному, эллиптических отверстий может быть реализована с исключительной надежностью, точностью и, одновременно, экономичным образом.
Это осуществляется в особенно благоприятных условиях, когда эллипсовидная форма выполняется в листе металла, который все еще плоский, а затем этот лист металла выгибают по кругу для получения цилиндра барабана. Если это отверстие в форме эллипса выполнено фактически перпендикулярно в этом листе металла, то оно приобретет слегка коническую форму только в одном измерении в процессе такого выгибания. Целесообразен именно этот эффект, так как в результате этого отвод жидкости ускоряется. Этот эффект можно усилить благодаря тому, что данное отверстие уже выполнено до определенной степени «коническим» в плоском листе металла. Небольшие эффекты в диапазоне от 0,1° до 10°, предпочтительно от 0,2 до 3°, уже достаточны для достижения значительных эффектов.
Выполнение этих отверстий с помощью резки абразивной водяной струей в данном случае является целесообразным, так как наклон режущей поверхности по отношению к поверхности металлического листа можно легко подрегулировать, и одновременно с этим можно обеспечить исключение наклона во втором измерении, идущем перпендикулярно первому.
В целях усиления эффекта выброса с помощью более значительных поверхностей, согласно предпочтительному варианту осуществления, в центре эллипса также может быть выполнена перегородка, расположенная параллельно оси барабана, которая делит эллипс на две взаимно симметричные половинки.
Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что с помощью этой перегородки создается дополнительная область, которая дополнительно ускоряет жидкость, и поэтому жидкость выходит из барабана быстрее. Данная область с перегородкой также слегка загибается наружу, в данном случае в направлении вращения.
Варианты осуществления с эллипсами, в которых применяется более одной перегородки, также имеют преимущества, но увеличивают производственные издержки, поэтому технически разумным является число перегородок, не превышающее пяти.
Также можно получить дополнительный эффект благодаря конфигурации кожуха центрифуги согласно настоящему изобретению. Форма поперечного сечения отверстий в виде эллипса способствует центровке площади отверстия, благодаря чему в этом случае потребуется в общем меньше отверстий. По сравнению с каналом с круглым поперечным сечением, с теми же размерами в аксиальном параллельном направлении, эллипс фактически превышает эту площадь в несколько раз. При меньшем числе отверстий для производственного процесса требуется меньшее число отдельных рабочих этапов. Для продвижения вперед и для дальнейшей обработки текучих сред, проходящих через данные эллиптические отверстия, требуется учитывать соответственно меньше положений, при которых эти жидкости вытесняются с наружной стороны барабана центрифуги.
В дополнительных пунктах формулы изобретения приведены или более подробно описаны в описании фигур другие предпочтительные варианты осуществления.
Один вариант осуществления данного изобретения будет более подробно описан ниже с помощью чертежей, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе центрифуги периодического действия согласно одному варианту осуществления изобретения, с вертикальным разрезом через данную центрифугу параллельно оси барабана центрифуги;
Фиг. 2 представляет собой разрез центрифуги периодического действия на Фиг. 1, выполненный перпендикулярно оси барабана центрифуги;
Фиг. 3 представляет собой изображение металлического листа, предназначенного для изготовления кожуха центрифуги согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4 представляет собой изображение первого варианта осуществления конфигурации отверстия в кожухе центрифуги согласно настоящему изобретению;
Фиг. 5 представляет собой изображение второго варианта осуществления конфигурации отверстия в кожухе центрифуги согласно настоящему изобретению;
Фиг. 6 представляет собой изображение третьего варианта осуществления конфигурации отверстия в кожухе центрифуги согласно настоящему изобретению; и
Фиг. 7 представляет собой вид в плане варианта осуществления, сходного с Фиг. 4, с отображением трехмерного эффекта.
На схематическом виде Фиг. 1 в вертикальном центральном разрезе можно видеть центрифугу, например, центрифугу для сахарной промышленности, с барабаном 10 центрифуги. Барабан 10 центрифуги имеет приводной шпиндель 11, который также образует вертикально расположенную ось барабана 10 центрифуги и обеспечивает привод во вращение всего барабана 10 центрифуги. На Фиг.1 приводной шпиндель 11 изображен только схематично. Направление 12 вращения дополнительно обозначено стрелкой.
Барабан 10 центрифуги дополнительно имеет кожух 13, который выполнен с возможностью вращательного перемещения с помощью привода 11 во вращение. Кожух 13 имеет практически цилиндрическую форму и покрыт рабочей сеткой, не изображенной в деталях, на его внутренней стенке.
Аффинационный утфель, который в частности содержит кристаллический сахар, содержащийся в маточном растворе, подается в барабан 10 центрифуги. Этот аффинационный утфель центрифугируют и выводят из барабана 10 фентрифуги, приводимого во вращение с большой скоростью, при этом кристаллический сахар не проходит через названную рабочую сетку, в то время как с другой стороны жидкость выводится сквозь данную рабочую сетку и выводится наружу из каналов 50 в кожухе 13, не изображенных на данной фигуре.
После дальнейших производственных этапов, например, промывки кристаллов, осажденных таким образом, чистой жидкостью, при этом кристаллы сахара в форме кристаллизата 14 остаются связанными с внутренней поверхностью кожуха 13 и образуют там слой сахара.
Барабан 10 центрифуги заканчивается снизу основанием 15. Это основание 15 установлено практически перпендикулярно оси барабана 10 центрифуги. Однако, основание 15 имеет отверстия 16, через которые кристаллизат 14 может выводиться из барабана 10 центрифуги под воздействием сил тяжести. Эти отверстия 16 закрываются в процессе центрифугирования и открываются только после его окончания.
Для обеспечения возможности удаления кристаллизата, осажденного на внутренней стенке кожуха 13, предусмотрено устройство 20 для выгрузки. Это устройство для выгрузки 20 имеет очищающий стержень 21 и элемент 22, закрепленный на очищающем стержне 21, например, срезающий нож 22 или счищающий плужок. Этот срезающий нож 22 или счищающий плужок может поворачиваться относительно указанного очищающего стержня вокруг оси, образованной этим очищающим стержнем 21.
Срезающий нож 22 или счищающий плужок перемещается параллельно оси барабана 10 центрифуги и, таким образом, вертикально. Он проходит по всей высоте - или фактически по всей - кожуха 13.
Это качающееся движение позволяет срезающему ножу 22 проникать в кристаллизат 14 и затем срезать там слои кристаллизата 14.
После этого процесса срезания слоев кристаллы сахара из кристаллизата 14 падают внутрь барабана 10 центрифуги из-за их собственной силы тяжести в направлении основания 15 и через расположенные там отверстия 16, которые теперь больше не закрыты.
На Фиг. 2 можно видеть ту же самую ситуацию с тем же самым барабаном 10 центрифуги в разрезе, перпендикулярном к оси барабана и, следовательно, перпендикулярном к приводному шпинделю 11
Можно легко видеть, что устройство 20 для выгрузки с его очищающим стержнем 21 дополнено элементом 22 в форме срезающего ножа или счищающего плужка. В изображенном положении этот элемент 22 не входит в кристаллизат 14. Это положение с Фиг. 1 и Фиг. 2 таким образом обеспечивается в процессе центрифугирования.
Кожух 13 снабжают более значительным числом отверстий 50. Эти отверстия 50 в сравнительных размерах настолько малы, что они не просматриваются по отдельности на видах Фиг. 1 и 2.
Жидкость, которая вытекает из суспензии с кристаллическим сахаром во время процесса центрифугирования и выходит наружу за кристаллизат 14, может выходить наружу через эти отверстия 50 из барабана 10 центрифуги с кожухом 13. Сам кристаллизат 14 остается в суспензии на сетке (не показана), которая помещается на внутренней стороне кожуха 13.
На Фиг. 3 показан металлический лист для кожуха, который должен быть пригодным для изготовления кожуха 13 с Фиг. 1 и 2.
Можно видеть, что в кожухе 13 выполнено значительное количество эллиптических отверстий 50. Эти эллиптические отверстия 50 распределены на металлическом листе кожуха, предусмотренного для изготовления кожуха 13. Для этой цели можно предусмотреть множество возможностей.
Отверстия 50 в данном случае выполняются в названном металлическом листе для кожуха 13 с помощью резки водяной струей.
Первый вариант выполнения отверстия 50 можно видеть в разрезе на виде сверху и на виде в плане снизу на Фиг. 4. Этот металлический лист для кожуха 13 можно видеть в разрезе в верхней части, а область отверстия 50 можно видеть на виде в плане в нижней части на Фиг. 4.
Здесь можно видеть, что отверстие 50 имеет форму эллипса и выполняется в металлическом листе для кожуха с помощью абразивных методов перпендикулярно плоскости металлического листа.
Если металлический лист для кожуха теперь согнуть для придания цилиндрической формы с целью получения кожуха 13, то на Фиг. 4 легко можно представить себе, что, например, при изгибе кверху отверстие 50 будет сдавливаться на верхней стороне и деформироваться на нижней стороне. Этот процесс является однородным, поэтому только благодаря такому искривлению получают постоянную форму отверстия 50, которое открыто в нижней части на Фиг. 4. Другие относящиеся к этому дополнительные пояснения встретятся ниже со ссылкой на описание Фиг. 7.
Второй вариант выполнения отверстия 50 можно увидеть в верхней части разреза и в нижней части вида в плане с Фиг. 5. Здесь отверстие 50 состоит из двух отдельных участков 50а и 50b, которые вместе образуют эллиптическую форму с перегородкой 51, размещенной между ними.
В этом поперечном сечении, которое можно видеть в верхней части Фиг. 5, показано, что этот вариант осуществления также реализуются в металлическом листе для кожуха 13 путем резки струей воды в вертикальном направлении.
Когда этот лист металла изгибают для получения цилиндрического кожуха 13, в свою очередь получают такую форму этой эллиптической структуры, которая должна быть выполнена приблизительной конусообразной в одном измерении, аналогично изображенному на Фиг. 4. Целесообразно названную перегородку уже предварительно изготовить слегка наклонной (если смотреть на вид в плане), специально с постоянным скосом наружу в направлении вращения.
Третий вариант выполнения отверстия 50 можно видеть в разрезе в верхней части и на виде в плане в нижней части Фиг. 6. Это отверстие 50 вновь имеет форму эллипса и разделено двумя перегородками 51а и 51b, так, чтобы образовать три отверстия 50а, 50b и 50с.
На Фиг. 7 изображен вид в плане варианта выполнения отверстия 50, которое вначале сходно с видом на Фиг. 4.
Однако, на этом виде, упор сделан на другом аспекте. Данное отверстие 50 в общем имеет три размера. Первый размер идет по периферии цилиндрического барабана, и его можно видеть на Фиг. 7 в плане страницы слева направо.
Второй размер проходит по цилиндрическому барабану параллельно оси барабана, и его видно сверху вниз на плане страницы на Фиг. 7.
Третий размер проходит перпендикулярно кожуху 13 барабана 10 центрифуги и следовательно, он перпендикулярен к плоскости страницы на Фиг. 7.
Кожух 13 барабана центрифуги имеет конечные размеры. У него есть внутренняя сторона, которая обращена к оси барабана, и наружная сторона, которая обращена к окружающей среде.
1
2
1
2
Теперь отверстие 50 имеет поперечное сечение, которое в каждом случае выполнено эллиптически. Таким образом, эллиптическое поперечное сечение имеет в общем меньший диаметр, который вытянут, согласно изображенному варианту осуществления, параллельно оси барабана, иными словами сверху вниз на Фиг. 7. В этом случае диаметр эллиптического поперечного сечения с наружной стороны кожуха 13 обозначен a, а диаметр эллиптического поперечного сечения с внутренней стороны кожуха 13 обозначен a. Как можно видеть, оба диаметра а и а имеют одинаковый размер, а также перекрываются внахлестку.
1
2
1
2
Второй, больший диаметр в большинстве вариантов осуществления, а также в изображенном варианте осуществления проходит перпендикулярно первым диаметрам a и а в периферийном направлении к кожуху 13 и, следовательно, слева направо на Фиг. 7. Здесь радиус поперечного сечения эллиптического отверстия 50, находящегося на наружной стороне кожуха барабана, обозначается как I, а радиус эллиптического поперечного сечения, находящийся с внутренней стороны кожуха 13 в этом размере обозначен как I.
1
2
Можно видеть, что I больше I. Так как это отверстие постоянно связывает эллиптические поперечные сечения снаружи кожуха 13 и внутри кожуха 13 друг с другом, то из этого следует, что стенка отверстия на Фиг. 7 по боковым поверхностям, которые находятся сверху или снизу на этом виде, проходит перпендикулярно плоскости страницы, тогда как в областях, находящихся слева или справа от отверстия 50, она проходит наклонно к плоскости страницы.
Перечень цифровых обозначений
10 барабан центрифуги
11 приводной шпиндель барабана 10 центрифуги
12 направление вращения барабана 10 центрифуги
13 кожух
14 кристаллизат на внутренней поверхности кожуха 13
15 основание
16 отверстия
20 устройство для выгрузки
21 очищающий стержень устройства для выгрузки 20
22 элемент, в частности срезающий нож или счищающий плужок устройства для выгрузки 20
23 направление поворота элемента 22 устройства для выгрузки 20
24 поглотитель усилия и/или крутящего момента во время движения поворота элемента 20
50 отверстие
50а часть отверстия
50b часть отверстия
50с часть отверстия
51 перегородка
51а первая перегородка
51b вторая перегородка
1
a диаметр отверстия 50 в вертикальном направлении с наружной стороны кожуха 13
2
а диаметр отверстия 50 в вертикальном направлении с внутренней стороны кожуха 13
1
I диаметр отверстия 50 в горизонтальном направлении с наружной стороны кожуха 13
2
I диаметр отверстия 50 в горизонтальном направлении с внутренней стороны кожуха 13