ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1999 года по МПК B04B1/04 

Изобретение относится к устройствам для разделения в центробежном поле неоднородной смеси на легкую и тяжелую жидкие фракции с их непрерывным выводом из устройства и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известен центробежный очиститель, конструктивная схема которого показана в книге В. И. Соколова "Центрифугирование". Москва, "Химия", 1976 г., стр. 246, рис. VI-3, б.

Очиститель включает полую ось, на которой установлен ротор с корпусом и тонкослойной вставкой, и каналы для вывода трех фаз.

Недостатком этой конструкции является зависимость надежной работы очистителя от постоянства плотностей легкой и тяжелой жидких фракций.

Ближайшим техническим решением к предложенному является установка передвижения сепараторная маслоочистительная ПСМ2-4 (см. Паспорт на установку стр. 5, рис. 2, вариант схемы Б и стр. 8, рис. 4).

Установка содержит полую ось, установленный на ней ротор, включающий корпус с крышкой и тонкослойную вставку, смонтированную на втулке, в которой выполнена продольная полость для сбора легкой жидкой фракции из ротора, соединенная каналом с магистралью ее вывода из очистителя. Для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора имеется канал, расположенный в верхней части его корпуса и сообщающийся с полостью отвода тяжелой жидкой фракции из очистителя, имеющей сливное отверстие. Очиститель имеет также магистраль подвода очищаемой жидкости. На сливном отверстии установлены сменные шайбы различного диаметра.

Подводимая через полую ось смесь поступает в тонкослойную коническую вставку. С целью исключения выхода смеси из очистителя создается водяной затвор путем подачи воды в магистраль подачи смеси в очиститель. В тонкослойной вставке смесь под действием центробежного поля разделяется на легкую жидкую фракцию, которая оттесняется к центру ротора в продольную полость сбора легкой фракции и отводится у оси через горловину и магистраль ее вывода из очистителя, и тяжелую жидкую фракцию, которая оттесняется к периферии ротора и через канал отвода тяжелой фракции заполняет полость отвода тяжелой жидкой фракции, откуда выводится через кольцевой канал, образованный сменной шайбой. Таким образом, внутри ротора образуются две разделенные центробежным полем фракции: тяжелая и легкая, граничащие между собой через цилиндрическую поверхность разделения, которая находится между внутренней поверхностью колпака и тонкостенной вставкой.

Недостатком известного очистителя является то, что в результате перемещения поверхности разделения относительно оси вращения при изменении плотностей разделяемых фракций, например, из-за изменения температуры смеси, процентного содержания одной фракции в другой, нарушается действие водяного затвора, и тогда в каналы выхода тяжелой фракции начнет проникать легкая фракция или наоборот. Кроме того, в связи с тем, что поверхность разделения в описанной конструкции находится внутри ротора, это отрицательно сказывается на эффективности очистки, вызывая смешение двух жидкостей потоком через очиститель. Длительный контакт на большой площади поверхности разделения приводит к изменению химических свойств разделяемых фракций.

Создание затвора тяжелой жидкой фракцией при каждом пуске ведет к дополнительной утечке очищаемой жидкости из очистителя и усложняет эксплуатацию установки.

Задача изобретения - повышение надежности и качества разделения жидкостей, а также повышение удобства эксплуатации очистителя.

Задача решается тем, что в центробежном очистителе, содержащем полую ось, установленный на ней ротор, включающий корпус с крышкой и тонкослойную вставку, смонтированную на втулке, в которой выполнена продольная полость для сбора легкой жидкой фракции из ротора, соединенная каналом с магистралью ее вывода из очистителя, канал для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора, расположенный в верхней части его корпуса и сообщающийся с полостью отвода тяжелой жидкой фракции из очистителя, имеющей сливное отверстие и магистраль подвода очищаемой жидкости.

Канал для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора включает две сообщающиеся ветви, причем точка сообщения ветвей находится на расстоянии от центра вращения ротора, не меньшем определяемого по формуле:

где l - длина первой ветви от внутренней поверхности корпуса до точки сообщения со второй ветвью;
R_t - максимальное расстояние поверхности сливного отверстия от оси вращения ротора;
r - минимальное расстояние поверхности сбор легкой жидкой фракции от оси вращения ротора;
R₁ - радиус внутренней поверхности корпуса;
ρ₁ - плотность тяжелой жидкой фракции;
ρ₂ - плотность легкой жидкой фракции,
а выход второй ветви снабжен обратным клапаном с заборным отверстием, причем расстояние от выходного торца обратного клапана до оси вращения ротора больше максимального расстояния сливного отверстия от оси вращения ротора, а часть объема полости сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее дном и плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от дна точку поверхности заборного отверстия, должна быть не мене части объема полости сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее боковой стенкой и цилиндрической поверхностью с осью вращения, совпадающей с осью вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от оси вращения ротора точку поверхности сливного отверстия.

На фиг. 1 изображен общий вид центробежного очистителя;
на фиг. 2 - схема равновесия легкой и тяжелой жидких фракций в рабочем режиме;
на фиг. 3 - положение легкой и тяжелой жидких фракций в нерабочем состоянии;
на фиг. 4 - вариант исполнения канала для отвода тяжелой жидкой фракции.

Центробежный очиститель жидкостей содержит полую ось 1, установленный на ней ротор 2, включающий корпус 3 с крышкой, тонкослойную вставку 4, смонтированную на втулке 5, в которой выполнена продольная полость 6 для сбора легкой жидкой фракции из ротора и соединенная каналом 7 с магистралью ее вывода из очистителя. Канал для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора включает расположенный в верхней части корпуса 3 канал 8, соединенную с ним первую ветвь 9, сообщающуюся в точке 10 с второй ветвью 11. На выходе второй ветви 11 установлены обратный клапан 12, расположенный в полости сбора тяжелой жидкой фракции 13. На фиг. 4 представлен второй вариант исполнения сообщающихся ветвей 9 и 11 в виде двух соосных трубок.

Полость 13 замкнута крышкой 14 со сливными отверстиями 15, расположенными на разном расстоянии от оси ротора 2.

Обратный клапан 12 служит для герметизации центробежного очистителя во время остановки и состоит из седла 16 с заборным отверстием 17, шарика 18, пружины 19. Для обеспечения условия расположения поверхности разделения легкой и тяжелой жидких фракций в первой ветви 9 отводного канала и вне внутренней цилиндрической полости 20 ветвь 9 и ветвь 11 конструктивно вынесены за пределы внутренней полости 20, а точка их сообщения наиболее удалена от оси вращения ротора. Минимальная длина "l" первой ветви 9 от внутренней поверхности корпуса до точки сообщения с второй ветвью 11 определяется по формуле:

где R_t - максимальное расстояния поверхности сливного отверстия от оси вращения ротора;
r - минимальное расстояние поверхности сбора легкой жидкой фракции от оси вращения ротора;
R₁ - радиус внутренней поверхности корпуса;
ρ₁ - плотность тяжелой жидкой фракции;
ρ₂ - плотность легкой жидкой фракции.

Расстояние от выходного торца обратного клапана 12 до оси вращения ротора больше максимального расстояния поверхности сливного отверстия от оси вращения ротора. Часть объема W₁ полости сбора тяжелой жидкой фракции 13, заключенного между ее дном и плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от дна точку поверхности заборного отверстия 17, должна быть не менее части объема W₂ полости сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее боковой стенкой и цилиндрической поверхностью с осью вращения, совпадающей с осью вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от оси вращения ротора точку поверхности сливного отверстия 15.

Подвод очищаемой смеси в ротор 2 осуществляется через канал 21, отвод очищенной жидкости - через канал 7, напорный диск 22, канал 23 в полой оси 1 и канал 24. Для сбора жидкой тяжелой фракции, выбрасываемой из сливных отверстий 15, очиститель снабжен ловушкой 25, а для вывода тяжелой жидкой и твердой фракций при остановке очистителя внутренняя полость ротора 2 снабжена выводным каналом 26.

Предложенный центробежный очиститель работает следующим образом.

Перед пуском очистителя создается водяной затвор путем залива воды в полость 13 выше верхней точки заборного отверстия 17.

В зависимости от вида очищаемой смеси (масло или дизтопливо) освобождается от винтов пара соответствующих отверстий 15. Ротор 2 заполняется очищаемой жидкостью. Включается привод очистителя. Под действием центробежных сил, преодолевая усилие пружины 19, шарик 18 открывает вентиль 11. Вода из состояния покоя под действием центробежных сил, перекрывая заборное отверстие 17 обратного клапана, меняет положение, подтопляя клапан с одновременным открытием отверстия 17 шариком 18. Столб воды высотой от сливного отверстия 15 до точки 10 сообщения ветвей уравновешивается столбом жидкой фракции высотой от радиуса втулки до точки 10 сообщения ветвей. Очищаемая смесь через канал 21 подается во внутреннюю полость 20 ротора 2, далее поступает в тонкослойную вставку 4, где под действием центробежного поля происходит тонкослойное разделение легкой и тяжелой жидких фракций с одновременным выделением твердых механических примесей. Легкая жидкая фракция оттесняется к центру ротора в полость 6 и через канал 7, напорный диск 22, канал 23 в полой оси 1 и канал 24 отводится из очистителя. Тяжелая жидкая фракция оттесняется к периферии ротора и через отверстие 8, находящееся у внутренней поверхности корпуса 3, выводится из цилиндрической полости 20 в первую ветвь 9 отводного канала. Условие равновесия рассчитано таким образом, что в цилиндрической полости 20 корпуса 3 не происходит накопления тяжелой фракции, так как радиус поверхности разделения тяжелой и легкой жидких фракций находится в пределах первой ветви 9 отводного канала. Далее тяжелая жидкая фракция проникает через поверхность разделения во вторую ветвь 11 и далее в полость 13, оттуда через отверстие 15 выбрасывается в ловушку 25.

После очистки смеси привод очистителя выключается. Шарик 18 под действием пружины 19 (по мере остановки ротора) закрывает отверстие 17, герметизируя внутреннюю полость ротора 2, отсекая запорную жидкость объемом W₂ в полости 13. Для заполнения ветви 11, полости клапана 12 и заборного отверстия 17 водой при последующем пуске, объем заборной жидкости W₂ конструктивно выбран больше объема W₁, что обеспечивает подтопление выходного отверстия 17 клапана 12 при стоянке и при выходе очистителя на рабочий режим.

При остановке ротора 2 отсеченная тяжелая жидкая фракция и часть твердой сползают по боковой поверхности корпуса 3 и выводятся по каналу 26 из очистителя.

Очиститель предназначен для разделения в центробежном поле неоднородных смесей на легкую и тяжелую жидкие фракции с их непрерывным выводом из устройства. Ротор 2 очистителя установлен на полой оси 1. Он включает корпус 3 и тонкослойную вставку 4, смонтированную на втулке. Втулка имеет полость 6 для сбора легкой жидкой фракции, сообщенную каналом 7 с магистралью ее вывода из очистителя. Для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора предназначен канал и сообщающиеся между собой ветви 9 и 11. Точка, в которой ветви 9 и 11 сообщаются, должна находиться на определенном расстоянии от оси вращения ротора, зависящем от плотности тяжелой и легкой жидких фракций, радиуса внутренней поверхности корпуса, минимального расстояния от оси вращения ротора до поверхности сбора легкой жидкой фракции и максимального расстояния поверхности сбора легкой жидкой фракции от оси вращения ротора. На выходе ветви 11 установлен обратный клапан 12. Расстояние от выходного торца обратного клапана 12 до оси вращения ротора больше максимального расстояния поверхности сливного отверстия 15 от оси вращения ротора. Часть обьема полости 13 сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее дном и плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от дна точку поверхности заборного отверстия 17, должна быть не менее части объема полости сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее боковой стенкой и цилиндрической поверхностью с осью вращения, совпадающей с осью вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от оси вращения ротора точку поверхности сливного отверстия 15. Такое выполнение очистителя повышает его надежность и качество разделения жидкостей. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Центробежный очиститель жидкостей, содержащий полую ось, установленный на ней ротор, включающий корпус с крышкой и тонкослойную вставку, смонтированную на втулке, в которой выполнена продольная полость для сбора легкой жидкой фракции из ротора, соединенная каналом с магистралью ее вывода из очистителя, канал для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора, расположенный в верхней части его корпуса и сообщающийся с полостью отвода тяжелой жидкой фракции из очистителя, имеющей сливное отверстие, и магистраль подвода очищаемой жидкости, отличающийся тем, что канал для отвода тяжелой жидкой фракции из ротора включает две сообщающиеся ветви, причем точка сообщения ветвей находится на расстоянии от центра вращения ротора, не меньшем определяемого по формуле

где l - длина первой ветви от внутренней поверхности корпуса до точки сообщения с второй ветвью;
R_т - максимальное расстояние поверхности сливного отверстия от оси вращения ротора;
r - минимальное расстояние поверхности сбора легкой жидкой фракции от оси вращения ротора;
R₁ - радиус внутренней поверхности корпуса;
ρ₁ _ плотность тяжелой жидкой фракции;
ρ₂ _ плотность легкой жидкой фракции. 2. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что на выходе второй ветви отвода тяжелой жидкой фракции установлен обратный клапан с заборным отверстием, причем расстояние от выходного торца обратного клапана до оси вращения ротора больше максимального расстояния поверхности сливного отверстия от оси вращения ротора, а часть объема полости сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее дном и плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от дна точку поверхности заборного отверстия, должна быть не менее части объема полости сбора тяжелой жидкой фракции, заключенного между ее боковой стенкой и цилиндрической поверхностью с осью вращения, совпадающей с осью вращения ротора и проходящей через максимально удаленную от оси вращения ротора точку поверхности сливного отверстия.