ЦЕНТРИФУГА Российский патент 2000 года по МПК B04B1/00 B04B9/14 

Изобретение относится к центрифугам различного назначения и может быть использовано в машиностроительной, химической, перерабатывающей и др. промышленности.

Известна центрифуга общего назначения, включающая корпус, размещенные в нем загрузочную камеру, ротор, кинематически связанный с двигателем и снабженный с двух сторон от камеры подшипниками вращения, и центрирующее средство компенсации дисбаланса, соединенное с датчиком прецессии ротора [В. М. Лукьяненко, А.В. Таранец. "Центрифуги". - М.: Химия, с. 264, рис. 6.10].

Недостатком известной центрифуги является то, что она снабжена датчиком процессии ротора, который сам имеет погрешности измерения, электрический сигнал от него поступает на средство компенсации дисбаланса, которое и должно ликвидировать процессию. Это, в свою очередь, приводит к чрезмерному усложнению всего устройства, а промежуточные электромеханические звенья снижают точность устранения дисбаланса, поскольку появляется накопленная ошибка.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является центрифуга, включающая корпус, размещенные в нем вал, установленный в подшипниках вращения и взаимодействующий с приводом, загрузочную камеру, укрепленную на валу, и систему балансировки [патент РФ N 2084263, кл. B 01 D 15/08, приор. 20.12.94].

Центрифуга является планетарной центрифугой и предназначена для противоточной хроматографии. Вал центрифуги выполнен полым. На валу установлен несущий диск. Загрузочные камеры хроматографического разделения укреплены на осях, установленных на несущем диске с возможностью вращения и соединенных с зубчатой передачей. Дополнительно центрифуга содержит разгрузочный демпфер.

Система балансировки выполнена в виде стойки, установленной внутри вала коаксиально на основании корпуса в сферической опоре, и шарнирного подвеса, установленного на верхнем конце стойке и жестко соединенного с валом, с внешней стороны вала коаксиально стойки установлен ротор двигателя, а статор закреплен при помощи упругого элемента на основании корпуса. Разгрузочный демпфер выполнен в виде кронштейна с профилированной канавкой, жестко связанного со стойкой с возможностью поворота вокруг нее, причем канавка взаимодействует через упругий фиксатор с основанием корпуса.

Вышеприведенная система позволяет центрифуге работать устойчиво за счет возможности самоустановки ее вращающихся частей (эффект волчка). Данный эффект достигается предоставлением необходимых степеней свободы "ротору" центрифуги (под ротором понимаются вращающиеся части, т.е. загрузочные камеры, зубчатые шестерни и ротор двигателя). В центрифуге используется одна опора с шарнирным подвесом, который располагается в центре вращающихся масс. В процессе разгона диска за счет воздействия центробежного момента происходит самоустановка загрузочных камер в горизонтальной плоскости. Сферическая опора позволяет стойке с установленным на ней шарнирным подвесом и загрузочным камерам совершать покачивания относительно вертикальной оси. Если камеры неточно сбалансированы или возникает динамический дисбаланс, и центр масс вращающихся частей сместиться от вертикальной оси, то в процессе разгона камер за счет возникающего центробежного момента произойдет поворот стойки в сферической опоре, и реальный центр масс займет свое нужное (реальное) геометрическое положение. В результате воздействия центробежного момента вся система будет самоустанавливаться.

Основным недостатком центрифуги является ограниченность сферы ее применения, а именно: только для противоточной хроматографии в лабораторных условиях. При применении для других целей в случае остановки ротора ее вал отклоняется от вертикали, и появляется "биение" (вибрация).

Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, являются
улучшение динамических характеристик и расширение диапазона возможного применения центрифуги за счет использования существенно более простого и надежного механизма балансировки;
устранение биений в широком диапазоне возможных послезагрузочных как статических, так и динамических дисбалансов, и упрощение эксплуатации центрифуги.

Поставленные задачи решаются тем, что в центрифуге, включающей корпус, размещенные в нем вал, установленный в подшипниках вращения и взаимодействующий с приводом, загрузочную камеру, укрепленную на валу, и систему балансировки, вал состоит из двух частей, расположенных по обе стороны загрузочной камеры, а концы его выполнены в виде части сфер и установлены в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала, система балансировки содержит два установленных на вышеназванных сторонах загрузочной камеры центрирующих механизма, каждый из них содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, ролики, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.

Для обеспечения смещения концов вала верхний конец вала снабжен центрирующим стаканом, один конец которого укреплен на подшипнике, а другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружиной, расположенной в стакане, и заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а нижний конец вала снабжен другим центрирующим стаканом, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной, расположенной в стакане, заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайбами, установленными коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратором, установленным коаксиально стакану между шайбами и выполненным в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.

Предпочтительно профилированную поверхность центрирующих колец выполнить конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической, или в виде других поверхностей вращения или их сочетаний.

На чертеже представлен общий вид центрифуги.

Центрифуга содержит корпус 1, размещенные в нем загрузочную камеру 2, вал, кинематически связанный с двигателем (на чертеже не показан) и выполненный с верхним 3 и нижним 4 концами, выполненными в виде части сферы и установленными в верхнем 5 и нижнем 6 подшипниках вращения, и систему балансировки.

Система балансировки содержит два установленных на верхней и нижней сторонах загрузочной камеры 2 центрирующих механизма. Каждый центрирующий механизм состоит из двух взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винтов 7, снабженных грузами (ползунами) 8. Ходовые винты 7 в свою очередь кинематически связаны роликами 9 и 10. На стенках корпуса 1 в верхней и нижней его частях коаксиально ротору укреплены центрирующие кольца 11 и 12, имеющие с внешней стороны на уровне роликов 9 и 10 профилированную, в данном случае коническую поверхность. При этом ролики 9 и 10 механизмов установлены с зазором (примерно 0,1-0,2 мм) относительно центрирующих колец 11 и 12.

Для обеспечения смещения верхнего конца вала последний снабжен центрирующим стаканом 13, имеющим на одном конце с внешней стороны на уровне стенки корпуса 1 кольцо в виде части сферы, и пружиной 14, установленной коаксиально в стакане 13. На втором конце стакана 13 закреплен подшипник 5. Конец 3 вала с кольцом контактирует с внутренней поверхностью подшипника 5.

Для обеспечения смещения нижнего конца вала последний снабжен центрирующим стаканом 15, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной 16, установленной коаксиально в стакане 15, шайбой 17, укрепленной на стенке корпуса 1 коаксиально стакану 15, шайбой 18, установленной коаксиально стакану 15 и укрепленной на корпусе подшипника 6, и сепаратором, установленным между шайбами 17 и 18 коаксиально стакану 15 и выполненным в виде кольца 19 с отверстиями, в которых расположены шарики 20. При этом внешними кольцами стакан 15 контактирует с нижней шайбой 17, с сепаратором и верхней шайбой 18. При этом нижний конец 4 вала через переходную деталь 21 опирается на подшипник 6.

Центрифуга работает следующим образом.

Камеру 2 загружают и включают двигатель. Камера 2 начинает вращаться. При неравномерной загрузке камеры 2 возникает дисбаланс, т.е. вал смещается относительно вертикальной оси. При перекашивании центрирующего стакана 15 шайба 18 смещается относительно шайбы 17 за счет перекатывания между ними шариков 20. При этом ролики 10 прижимаются к конической поверхности центрирующего кольца 12. За счет сил трения ролики 10 начинают вращаться, в свою очередь они приводят во вращение ходовые винты 7, которые, вращаясь, перемещают грузы (ползуны) 8 в сторону геометрической оси вращения вала центрифуги до совмещения его с осью вращения. После чего пружины 14 и 16 возвращают стаканы 13 и 15 в исходное положение, восстанавливая зазоры между роликами 9 и 10 и коническими поверхностями центрирующих колец 11 и 12. При этом прекращается вращение ходовых винтов 7, что способствует продолжению вращения ротора центрифуги без биения.

Таким образом, в предложенной центрифуге во время ее запуска автоматически балансируется вал, устраняется биение в местах его фиксирования на опорах, при этом происходит также совмещение главной физической оси вала с геометрической осью центрифуги. Указанная балансировка возможна при весьма больших дисбалансах центрифуги, что существенно упрощает эксплуатацию центрифуги и улучшает ее характеристики.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности. Центрифуга включает корпус, размещенные в нем вал, установленный в подшипниках вращения и взаимодействующий с приводом, загрузочную камеру, укрепленную на валу, и систему балансировки. Вал состоит из двух частей, расположенных по обе стороны загрузочной камеры, а концы его выполнены в виде части сферы и установлены в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала. Система балансировки содержит два установленных на вышеуказанных сторонах загрузочной камеры центрирующих механизма. Каждый из них содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, ролики, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность. При этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец. Изобретение позволяет улучшить динамические характеристики центрифуги и расширить диапазон ее применения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Центрифуга, включающая корпус, размещенные в нем вал, установленный в подшипниках вращения и взаимодействующий с приводом, загрузочную камеру, укрепленную на валу, и систему балансировки, отличающаяся тем, что вал состоит из двух частей, расположенных по обе стороны загрузочной камеры, а концы его выполнены в виде части сферы и установлены в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала, система балансировки содержит два установленных на вышеуказанных сторонах загрузочной камеры центрирующих механизма, каждый из них содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, ролики, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец. 2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что для обеспечения смещения концов вала верхний конец вала снабжен центрирующим стаканом, один конец которого укреплен на подшипнике, а другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружиной, расположенной в стакане, и заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а нижний конец вала снабжен другим центрирующим стаканом, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной, расположенной в стакане, заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайбами, установленными коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратором, установленным коаксиально стакану между шайбами и выполненным в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой. 3. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что профилированная поверхность центрирующих колец выполнена конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической, или в виде других поверхностей вращения или их сочетаний.