ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЦЕНТРИФУГА С ВЫВОРАЧИВАЕМЫМ ФИЛЬТРОМ Российский патент 1996 года по МПК B04B3/02 

Изобретение относится к фильтрующей центрифуге с выворачиваемым фильтром, содержащей установленный с корпусе с возможностью вращения барабан, имеющий радиальные отверстия для прохода фильтрата, покрывающую радиальные отверстия выворачиваемую фильтровальную ткань, закрывающую одну торцевую сторону барабана крышку, предусмотренное в крышке отверстие для загрузки фильтруемой суспензии и проходящую через отверстие в крышке питающую трубу, причем барабан и крышка установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга посредством приводимого во вращение полого вала и перемещаемого в нем туда и обратно наподобие телескопа несущего вала в целях выворачивания фильтровальной ткани.

В известной фильтрующей центрифуге с выворачиваемым фильтром вышеуказанного типа (патент ФРГ N 2709894) жестко соединенный с крышкой барабана несущий вал перемещается в несущем этот барабан полом валу труда и обратно наподобие телескопа с помощью гидравлического привода, когда барабан при выворачивании фильтровальной ткани должно открывать или закрывать. Поскольку в гидравлических приводных системах в принципе нельзя исключить утечек как в области самого приводного цилиндра, так и в ведущих к нему трубопроводах и в установленных в них клапанах, могут возникать помехи, которые в особенности при фильтровании чувствительных продуктов, например фармацевтических средств, или же в протекающих в стерильных условиях процессах оказывается чрезвычайно серьезными.

Поэтому в основу изобретения положена задача усовершенствовать фильтрующую центрифугу с выворачиваемым фильтром вышеуказанного типа до такой степени, чтобы можно было отказаться от предусмотренного до тех пор для открывания и закрывания барабана гидравлического привода и тем самым исключить мешающие утечки гидравлической жидкости.

Эта задача решается согласно изобретению таким образом, что на несущем валу предусмотрены ходовой винт и взаимодействующая с ним гайка, причем либо ходовой винт, либо гайка приводится во вращение электродвигателем, так что в зависимости от числа оборотов ходового винта или гайки по отношению к числу оборотов полого вала несущий вал перемещается в полом валу туда и обратно наподобие телескопа.

Следующее описание предпочтительного варианта выполнения предложенной фильтрующей центрифуги при помощи приложенного чертежа служит для более подробного объяснения изобретения.

На фиг. 1 изображена в схематическом разрезе фильтрующая центрифуга с выворачиваемым фильтром в фазе центрифугирования, на фиг.2 изображена в схематическом разрезе фильтрующая центрифуга с выворачиваемым фильтром согласно фиг.1 в фазе сбрасывания твердого вещества, на фиг.3 изображен в схематическом виде механический привод для открывания и закрывания барабана фильтрующей центрифуги с выворачиваемым фильтром, в увеличенном масштабе; на фиг.4 изображен в схематическом виде модифицированный вариант выполнения механического привода согласно фиг.3.

Изображенная на фиг.1 фильтрующая центрифуга включает схематически показанный корпус 1, плотно охватывающий всю машину, в котором на неподвижной станине 2 установлен полый вал 3 с возможностью вращения в подшипниках 4 и 5. С выступающих из подшипника 5 концов полого вала 3 соединено с фиксацией от вращения приводное колесо 6, через которое полый вал 3 приводится в быстрое вращение от электродвигателя посредством клинового ремня.

Неразрезной полый вал 3 между подшипниками 4 и 5 снабжен шпоночной канавкой, проходящей в осевом направлении (на чертеже она показана прерывистой линией), в которой установлена шпонка 8 с возможностью перемещения в осевом направлении. Шпонка 8 жестко соединена с несущим валом 9, установленным с возможностью перемещения внутри полого вала 3. Таким образом, несущий вал 9 вращается вместе с полым валом 3 и, сверх того, перемещается в последнем в осевом направлении.

К выступающему из подшипника 4 концу полого вала 3 (на фиг.1 и 2 на левой стороне) прифланцовано с фиксацией от вращения закрытое дно горшкообразного барабана 11 центрифуги. На цилиндрической боковой стенке барабан 11 снабжен пропускными отверстиями 13, проходящими в радиальном направлении. На торцевой стороне, противоположной дну, барабан 11 открыт. На фланцевом буртике 13, охватывающем открытый торец барабана 11, герметично закреплен посредством стопорного кольца 14 один край фильтровальной ткани 15, имеющей в основном кругово-цилиндрическую форму. Соответствующим образом другой край фильтровальной ткани 15 плотно соединен с днищевой частью 16, жестко соединенной с передвижным несущим валом 9, свободно проходящим через дно барабана 11.

На днищевой части 16 жестко закреплена через распорные болты 17 с образованием промежуточного пространства крышка 18, которая на фиг.1 герметично закрывает камеру центрифугирования в барабане 11 за счет того, что она плотно прилегает к буртику 13 последнего, а на фиг.2 вместе с днищевой частью 16 свободно приподнята с барабана 11 за счет того, что несущий вал 9 выдвинут в осевом направлении из полого вала 3.

На передней стороне фильтрующей центрифуги (на фиг.1 и 2 на левой стороне) установлена питающая труба 19, служащая для введения в камеру центрифугирования в барабане 11 разделяемой на твердые и жидкие компоненты суспензии (фиг. 1). В показанном на фиг.2 рабочем положении питающая труба 19 вдвинута в канал 21 передвижного несущего вала 9.

Приводной механизм, обеспечивающий перемещение несущего вала 9 в полом валу 3 и тем самым открывание и закрывание барабана 11 и, следовательно, переход из одного режима работы в другой (фиг.1 и фиг.2) будет описан более подробно ниже.

В начале работы фильтрующая центрифуга занимает показанное на фиг.1 положение. Передвижной несущий вал 9 вдвинут в полый вал 3, вследствие чего соединенная с несущим валом 9 днищевая часть 16 находится вблизи дна барабана 11. При этом крышка 18 плотно прилегает к буртику барабана 11. При вращении барабана подается через питающую трубу 19 фильтруемая суспензия. Жидкие компоненты суспензии проходят в направлении стрелок 22 через отверстия 12 барабана и направляются отбойным щитком 23 в отводящий трубопровод 24. Твердые компоненты суспензии удерживаются фильтровальной тканью 15.

При дальнейшем вращении барабана 11 несущий вал 9 перемещается (согласно фиг. 2 влево), вследствие чего фильтровальная ткань 15 выворачивается наружу и прилипающие к ней частицы твердого вещества выбрасываются в направлении стрелок 25 наружу в корпус 1. Отсюда их можно легко отправлять. В показанном на фиг.2 положении питающая труба 19 вдвинута, проходя через соответствующие отверстия в крышке 18 и днищевой части 16, в канал 21 несущего вала 9.

После сбрасывания частиц твердого вещества под воздействием центробежной силы фильтрующая центрифуга доводится за счет перемещения несущего вала 9 в обратном направлении опять до положения, показанного на фиг.1, причем фильтровальная ткань 15 выворачивается в обратном направлении, а именно внутрь. Таким образом возможна работа центрифуги с непрерывным вращением барабана 11, причем в фазе центрифугирования согласно фиг.1 барабан 11 приводится электродвигателем 7 во вращение с числом оборотов, которое значительно выше, чем в фазе сбрасывания твердого вещества согласно фиг.2, в которой барабан 11 вращается более медленно.

Как вытекает из фиг.3 к подпираемому подшипником 5 концу полого вала 3 прифланцована жестко и с фиксацией от вращения отстоящая назад втулка 31, снабженная шпоночной канавкой 32, проходящей в осевом направлении. С задним концом несущего вала 9 жестко соединена гайка 33, снабженная шпонкой 30, выступающей в радиальном направлении, причем шпонка 30 входит в шпоночную канавку 32, так что она обеспечивает, с одной стороны, соединение гайки 33 с несущим валом с фиксацией от вращения и, с другой стороны, соединение втулки 31 с полым валом 3 с фиксацией от вращения, причем, однако, гайка 33 и тем самым несущий вал 9 могут перемещаться во втулке 31 в осевом направлении.

С внутренней резьбой гайки 33 взаимодействует соответствующая наружная резьба ходового винта 34, который соединен через обычное шпоночное соединение 35 с гильзой 36 с фиксацией от вращения, но с возможностью незначительного перемещения в осевом направлении. Гильза 36 в свою очередь посредством подшипников 37 и 38 установлена с возможностью вращения в концевой части 45, жестко прифланцованной к втулке 31. На заднем конце ходового винта 34, выступающем за границы гильзы 36, установлен диск 41, удерживаемый гайкой 39. Между задним торцом гильзы 36 и диском 41 расположена тарельчатая пружина 42 или подобная деталь, с помощью которой ходовой винт 34 поджат относительно гильзы 36 (на фиг.3 вправо), причем шпоночное соединение 35 ходового винта 34 и гильзы 36 допускает незначительное перемещение ходового винта 34 и гильзы 36 относительно друг друга в осевом направлении.

На гильзе 16 установлен с фиксацией от вращения ременный шкив 43, соединенный через клиновой ремень с электродвигателем 44 (фиг.1), приводящим во вращение гильзу 36 и тем самым ходовой винт 34, соединенный с последней через шпоночное соединение 35 с фиксацией от вращения.

Тарельчатая пружина 42, с помощью которой поджат ходовой винт 34 и тем самым через гайку 33 также и несущий вал 9 (на фиг.3 вправо), служит для удерживания в фазе центрифугирования (фиг.1) крышки 18 в плотном прилегании к буртику барабана 11 против воздействия создавшегося в полости барабана гидравлического давления. В более простых конструкциях предложенной фильтрующей центрифуги ходовой винт 34 можно было бы установить с возможностью вращения в подшипниках 37 и 38 также непосредственно, т.е. без промежуточного включения гильзы 36. В этом случае ременный шкив 43 был установлен непосредственно на ходовом винте 34 и предусмотренная для этого тарельчатая пружина 42 могла бы отсутствовать.

Как видно, втулка 31 с помощью прифланцованной к ней концевой части 45 установлена с возможностью вращения на собственной вращающейся опоре 46, которая в свою очередь опирается через стойку 47 на станину 2, так что приводные усилия от ременного шкива 43 и электродвигателя 44 могут быть восприняты вблизи опоры 46.

Если ходовой винт 34, установленный с возможностью вращения во втулке 31, приводится через ременный шкив 43 электродвигателя 44 во вращение в одном или другом направлении относительно полого вала 3 и соединенной с ним втулки 31, то за счет взаимодействия ходового винта 34 с гайкой 33 соединенный с гайкой 33 несущий вал 9 перемещается в одном или другом направлении, в результате чего соединенная с несущим валом 9 крышка 18 совершает движение либо в сторону открывания, либо в сторону закрывания барабана.

Однако в процессе работы фильтрующей центрифуги полый вал 3 с установленным на нем барабаном 11, жестко соединенная с полым валом 3 втулка 31, а также перемещаемый в полом валу 3 и соединенный с крышкой 18 несущий вал 9 вращаются непрерывно в определенном направлении. Таким образом, при открывании и закрывании барабана крышкой 18 важную роль играет относительная скорость упомянутых деталей, в особенности относительная скорость несущего вала 9 и ходового винта 34, а решающим является в особенности, приводится ли ходовой винт 34 во вращение с числом оборотов ниже или выше числа оборотов несущего вала 9. Если число оборотов несущего вала 9 равно числу оборотов ходового винта 34, то несущий вал 9 в полом валу 3 не перемещается в осевом направлении. Только тогда, когда число оборотов ходового винта 34 выше числа оборотов несущего вала 9, последний перемещается в полом валу 3 в направлении, в котором крышка 18 открывает барабан. Наоборот, если число оборотов ходового винта 34 ниже числа оборотов несущего вала 9 или же ходовой винт 34 вращается в направлении, противоположном направлению вращения несущего вала 9, то несущий вал 9 и тем самым крышка 18 перемещается в обратном направлении, в котором крышка 18 закрывает барабан. В предпочтительном варианте выполнения предложенной фильтрующей центрифуги несущий вал 9 и ходовой винт 34 вращаются всегда в одинаковом направлении.

Таким образом, необходимый до сих пор для открывания и закрывания барабана гидравлический привод заменен простым механическим приводом, который лишен всех недостатков гидравлического привода, обусловленных утечками. Однако, это не является единственным преимуществом вышеописанного механического винтового привода. По сравнению с гидравлическим приводом, при использовании которого несущий вал 9 перемещается через гидравлический цилиндр, прифланцованный к заднему концу полого вала 3, необходимые для открывания и закрывания барабана и для плотного прилегания крышки к барабану усилия не проходят через коренные подшипники 4 и 5, а воспринимаются самим винтовым приводом.

Поскольку в показанном варианте выполнения предложенной фильтрующей центрифуги несущий вал 9 и ходовой винт 34 вращаются одновременно и в одинаковом направлении, а осевое перемещение несущего вала 9 в полом валу 3 зависит только от разности чисел оборотов этих деталей 9 и 34 в положительном и отрицательном смысле, даже относительно высокое абсолютное число оборотов ходового винта 34 приводит только к относительно незначительному осевому перемещению несущего вала 9. Таким образом, ходовой винт 34 ведет себя как винт с очень малым шагом (с мелкой резьбой), значит, для его привода необходимо приложить только незначительные усилия, так что электродвигатель 44, приводящий ходовой винт 34 во вращение, может быть выполнен относительно маломощным, а именно и тогда, когда несущий вал 9 и ходовой винт 34 приводятся во вращение в противоположных направлениях.

В конце соответствующего хода в сторону "открывания" или в сторону "закрывания" барабана, а также при трудности хода разность чисел оборотов полого вала 3 и несущего вала с одной стороны, а ходового винта 34 с другой стороны изменяется, приближаясь к нулю, так что в конце концов происходит синхронное вращение этих деталей. При этом усилия автоматически возрастают и способствуют в особенности после достижения закрытого состояния барабана тому, что крышка 18 плотно прилегает к буртику барабана 11, даже в случае, если электродвигатель 44, приводящий во вращение ходовой винт 34, выполнен относительно маломощным.

Как только барабан 11 и вместе с ним также несущий вал 9 попытаются вращаться более быстро, чем ходовой винт 34, крышка 18 автоматически прижимается к барабану 11, даже в случае, если в камере центрифугирования действуют большие гидравлические силы. Таким образом, вышеописанный винтовой затвор действует как (снабженный мелкой резьбой) ходовой винт с самоторможением, который не требует дополнительной фиксации в радиальном направлении. В особенности по сравнению с гидравлическим затвором вышеописанный винтовой затвор не требует дополнительного предохранительного приспособления, например, центробежного регулятора или подобного устройства, которое позволяет барабану открываться только при вращении с числом оборотов ниже определенного значения, так как согласно изобретению крышка 18 за счет вышеописанного винтового привода всегда автоматически надежно прижимается к буртику барабана 11, пока ходовой винт 34 вращается более медленно, чем несущий вал 9 и соединенные с ним детали, или же вращается по отношению к ним в противоположном направлении.

На фиг. 3 показано так же, как на фиг.2, открытое состояние барабана, в котором несущий вал 9 полностью отодвинут от ходового винта 34 (на фиг.3 влево). Как видно, несущий вал 9 имеет перед местом своего соединения с гайкой 33 полость 48, в которую входит ходовой винт 34, когда при закрывании барабана несущий вал 9 перемещается в обратном направлении (на фиг.3 вправо); при этом гайка 33 перемещается соответственно во втулке 31, образующей заднее удлинение полого вала 3.

В непоказанном варианте выполнения предложенной фильтрующей центрифуги ходовой винт может быть выполнен в виде винта без самоторможения. В качестве такого винта можно использовать, например, обычный шариковый винт. В этом случае необходимое для надежного прижима крышки 18 к барабану 11 усилие доставляет непрерывно включенный электродвигатель 44, который приводит ходовой винт 34 во вращение с числом оборотов, которое ниже числа оборотов, с которым электродвигатель 7 приводит во вращение полый вал 3 и тем самым несущий вал 9. На электродвигатель 44 или на соответствующий участок ходового винта 34 также можно воздействовать отдельным подключаемым тормозом. В особенности тогда, когда электродвигатель 44 представляет собой электродвигатель с регулируемой скоростью вращения, он сам может служить тормозом.

Обыкновенно электродвигатель 44 начинает движение в сторону открывания барабана 11 только тогда, когда он приводит ходовой винт 34 во вращение с числом оборотов, которое выше числа оборотов, с которым вращаются барабан 11 и вместе с ним также несущий вал 9. Таким образом, если в фазе центрифугирования (фиг. 1) электродвигатель 44 приводится с постоянной скоростью, он способствует герметичному закрытию барабана, пока последний вращается со скоростью, которая выше скорости вращения ходового винта 34. Только тогда, когда при переходе на фазу сбрасывания твердого вещества (фиг.2) число оборотов барабана 11 понижается до значения ниже числа оборотов ходового винта 34, совершая движение в сторону открывания барабана.

Кроме того, электродвигатель 44, приводящий во вращение ходовой винт 34, после достижения закрытого или открытого состояния барабана можно вообще выключить. Тогда из-за самоторможения ходового винта 34 в гайке 33 ходовой винт 34 и вместе с ним также электродвигатель 44 увлекаются при холостом ходе полым валом 3, приводимым во вращение двигателем 7.

На фиг.4 показан модифицированный вариант изобретения. При этом элементы на фиг.4, аналогичные соответствующим элементам на фиг.1-3, обозначены одними и теми же цифрами. В то время как в варианте согласно фиг.3 ходовой винт 34 приводится во вращение электродвигателем 44 через ременный шкив 43 в целях применения несущего вала 9 в полом валу 3, в варианте согласно фиг.4 ходовой винт 34 соединен с несущим валом 9 с фиксацией от вращения, а выполненная в виде гайки гильза 36 снабжена внутренней резьбой, взаимодействующей с наружной резьбой ходового винта 34. Гильза 36 установлена в концевой части 45 с фиксацией от осевого перемещения и приводится во вращение электродвигателем 44 через ременный шкив 43, так что ходовой винт 34 и вместе с ним также несущий вал 9 перемещаются в осевом направлении туда и обратно, в результате чего крышка 18 открывает или закрывает камеру центрифугирования в барабане вышеописанным образом.

Как вытекает из фиг.4, ходовой винт 34 посредством шпоночного соединения 35 установлен с возможностью осевого перемещения в детали 33, которая в свою очередь жестко соединена с несущим валом 9. Таким образом, ходовой винт 34 соединен с несущим валом 9 с фиксацией от вращения, но с возможностью осевого перемещения по ограниченному отрезку пути относительно него. Внутри несущего вала 9 гайка 39 удерживает диск 41, на который опирается один конец тарельчатой пружины 42. Другой конец тарельчатой пружины 42 прилегает в полости 48 несущего вала 9 к внутреннему заплечику 49 или подобной детали, так что тарельчатая пружина 42 так же, как на фиг.3 стремится удерживать несущий вал 9 в поджатом состоянии, чтобы в фазе центрифугирования (фиг.1) крышка 18 плотно прилегала к буртику барабана 11.

По сравнению с вариантом согласно фиг.3, вариант согласно фиг.4 до некоторой степени представляет "кинематическое реверсирование". Что касается функции и преимуществ, то один вариант соответствует другому.

В другом варианте выполнения "винтового затвора" барабана 11 и крышки 18 согласно изобретению (на чертеже он не изображен) гильза 36, показанная на фиг. 4 в качестве приводимой во вращение гайки, могла бы установлена также между неподвижной станиной 2 (сравни фиг.1) и барабаном 11, если выдвигающийся в этом месте из полого вала 3 несущий вал 9 был бы снабжен соответствующей наружной резьбой, взаимодействующей с гильзой, действующей в качестве гайки. И в таком случае гильза приводилась бы во вращение соответственно установленным электродвигателем 44 через ременной шкив 43. ЫЫЫ2

Использование, изобретение относится к фильтрующей центрифуге с выворачиваемым фильтром. Сущность изобретения: фильтрующая центрифуга с выворачиваемым фильтром содержит установленный в корпусе с возможностью вращения барабан, имеющий радиальные отверстия для прохода фильтрата, покрывающую радиальные отверстия выворачиваемую фильтровальную ткань, закрывающую одну торцевую сторону барабана крышку, предусмотренное в крышке отверстие для загрузки фильтруемой суспензии и проходящую через отверстие в крышке питающую трубу, причем барабан и крышка установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга посредством приводимого во вращение полого вала и перемещаемого в нем труда и обратно наподобие телескопа несущего вала в целях выворачивания фильтровальной ткани. На несущем валу предусмотрены ходовой винт и взаимодействующая с ним гайка. Либо ходовой винт, либо гайка приводится во вращение электродвигателем, так что в зависимости от числа оборотов ходового винта или гайки по отношению к числу оборотов полого вала несущий вал перемещается в полом валу труда и обратно наподобие телескопа. 9 з.п. ф-лы., 4 ил.

1. Фильтрующая центрифуга с выворачиваемым фильтром, содержащая установленной в корпусе на полом приводном валу с возможностью вращения барабан, имеющий радиальные отверстия для прохода фильтрата, расположенную внутри барабана и покрывающую радиальнее отверстия выворачиваемую фильтровальную ткань, питающую трубу, крышку, закрывающую одну торцевую сторону барабана и имеющую отверстие для провода питающей трубы, несущий вал, связанный с крышкой, установленной внутри полого вала и оснащенной механизмом для его осевого перемещения внутри полого вала для выворачивания фильтровальной ткани и открывания крышки, отличающаяся тем, что механизм для осевого перемещения несущего вала включает смонтированные на нем ходовой винт и взаимодействующую с ним гайку, причем либо ходовой винт, либо гайка связаны с электродвигателем так, что перемещение несущего вала в ту или иную сторону происходит в зависимости от отношения числа оборотов ходового винта или гайки к числу оборотов полого вала. 2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что гайка неподвижно установлена на противоположном барабану конце несущего вала, а ходовой винт установлен с возможностью вращения во втулке, прифланцованной к концу полого вала, и связан с электродвигателем. 3. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что ходовой винт соединен с несущим валом с фиксацией от вращения, а гайка установлена с возможностью взаимодействия с наружной резьбой ходового винта, а также с возможностью вращения, но с фиксацией от осевого перемещения и связана с электродвигателем. 4. Центрифуга по п.2, отличающаяся тем, что несущий вал имеет полость между гайкой и барабаном для захода свободного конца ходового винта при перемещении несущего вала относительно полого приводного вала. 5. Центрифуга по п. 1, отличающаяся тем, что втулка, установленная на конце полого вала, имеет осевую шпоночную канавку для шпонки, жестко связанной с несущим валом. 6. Центрифуга по пп.2 и 5, отличающаяся тем, что шпонка установлена на гайке. 7. Центрифуга по п. 5, отличающаяся тем, что втулка, установленная на конце полого вала, опирается по меньшей мере на одну вращающуюся опору. 8. Центрифуга по пп.2 и 5, отличающаяся тем, что ходовой винт установлен с фиксацией от вращения, но с возможностью перемещения в гильзе, установленной с возможностью вращения во втулке, закрепленной на конце полого вала и связанной с электродвигателем. 9. Центрифуга по п.8, отличающаяся тем, что ходовой винт выступает за противоположный от несущего вала конец гильзы, при этом между задним концом гильзы и свободным концом ходового винта установлена тарельчатая пружина, служащая для поджатия ходового винта, а следовательно, и несущего вала относительно гильзы. 10. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что ходовой винт связан с электродвигателем посредством ременного шкива.