СЕПАРАТОР Российский патент 2004 года по МПК B04B11/02 F04D1/14 B23Q11/10 

Настоящее изобретение относится к сепаратору для очистки жидкости от взвешенных в ней твердых или жидких частиц, более легких и/или тяжелых, чем жидкость, причем сепаратор содержит центробежный ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, приводное устройство, предназначенное для вращения центробежного ротора вокруг оси вращения, и трубчатый входной элемент, подсоединенный к центробежному ротору и выполненный таким образом, чтобы опускаться вниз от центробежного ротора в объем жидкости, который всасывается по входному элементу в центробежный ротор.

Сепаратор такого типа известен, например, из патентов США №№1927822, 3424375 или европейского патента №0047677 А2. Сепаратор может быть установлен непосредственно на контейнер, содержащий очищаемую жидкость.

Часто бывает невозможно постоянно поддерживать на заданном уровне поверхность жидкости в контейнере, содержащем очищаемую жидкость. При применении сепаратора вышеупомянутого известного ранее рода трубчатый входной элемент в случае, подобном этому, будет более или менее погружен в жидкость. Поскольку входной элемент должен быть опущен ниже поверхности жидкости, когда эта поверхность находится на сравнительно низком уровне, то это означает, что слишком большая часть входного элемента будет погружена в жидкость, когда поверхность жидкости находится на сравнительно высоком уровне.

Одной из причин, по которой не следует допускать погружения вращающегося входного элемента в очищаемую жидкость глубже, чем это необходимо, является то, что при этом начинается вращение жидкости в контейнере. Это приводит к ослаблению всасывающего действия входного элемента и вызывает нежелательное расщепление частиц, которые позднее предстоит отделить от жидкости в центробежном сепараторе. Другая причина состоит в том, что без всякой необходимости требуется затрачивать большую энергию на привод центробежного ротора в действие.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы избежать возникновения рассмотренной выше проблемы, присущей известному сепаратору.

Указанная задача может быть достигнута согласно настоящему изобретению при помощи невращающейся стенки, которая выполняется таким образом, чтобы окружать собой в жидком теле, по меньшей мере, часть вращающегося входного элемента, с применением уплотнительного устройства, предназначенного для уплотнения зазора между невращающейся стенкой и вращающимся входным элементом.

С применением настоящего изобретения становится возможным сведение к минимуму размера поверхности вращающегося входного элемента, соприкасающейся с очищаемой жидкостью, независимо от уровня, на котором находится поверхность жидкости. Благодаря этому вращение жидкости, которая находится в контейнере и которая должна всасываться вверх по входному элементу, ограничивается минимумом. Кроме того, с применением настоящего изобретения прекращается поступление жидкости вверх с наружной стороны входного элемента, являющееся следствием вращения последнего.

Уплотнительное устройство может иметь любую соответствующую конструкцию. Например, кольцевое, так называемое, манжетное уплотнение, выполненное из резины или какого-нибудь иного эластичного материала, может опираться на невращающуюся стенку, располагаясь при этом вокруг входного элемента и обеспечивая уплотнение за счет прижатия к нему в радиальном направлении с внешней его стороны. В другом варианте аналогичное кольцевое манжетное уплотнение может быть установлено на вращающемся входном элементе таким образом, чтобы за счет центробежной силы оно стремилось прижаться в радиальном направлении наружу к расположенной вокруг него невращающейся стенке.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения уплотнительное устройство включает в себя кольцевой уплотнительный элемент, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении, и средство, предназначенное для создания в осевом направлении уплотняющего усилия между невращающейся стенкой или невращающимися элементами, соединенными с ней, и вращающимся входным элементом. Уплотнительный элемент может быть выполнен с возможностью вращения его вместе с входным элементом, но в предпочтительном варианте выполнения он является невращающимся и имеет возможность прижиматься в осевом направлении к уплотняемой им поверхности, которой предпочтительно является торцевая поверхность вращающегося входного элемента.

Для обеспечения наилучших возможных предварительных условий для нормального функционирования уплотнительного устройства в том случае, если центробежный ротор подвешивается на упругом подвесном устройстве, то тогда невращающаяся стенка также подвешивается на том же самом упругом подвесном устройстве. При этом удается избежать возникновения относительных маятниковых перемещений между вращающимся входным элементом и невращающейся стенкой во время работы центробежного ротора.

Сущность изобретения поясняется в нижеприведенном описании со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - сепаратор согласно изобретению и контейнер, содержащий жидкость, очищаемую при помощи сепаратора;

Фиг.2 - часть показанного на фиг.1 сепаратора, представленная в увеличенном масштабе;

Фиг.3-5 - соответственно сечения по А-А и В-В и вид С-С на фиг.2.

На фиг.1 показан контейнер 1, имеющий входное отверстие 2 для впуска очищаемой жидкости и выходное отверстие 3 для выпуска жидкости, очищенной от взвешенных в ней частиц. В контейнере 1 находится объем 4 жидкости, в поверхностном слое которого скопилось некоторое количество сравнительно легких частиц, а в нижнем слое - некоторое количество сравнительно тяжелых частиц.

Контейнер 1 имеет верхнюю стенку 5 с отверстием 6. На стенке 5 установлен сепаратор согласно изобретению, который простирается вниз внутрь контейнера. Сепаратор содержит центробежный ротор 7, входной элемент 8, соединенный с центробежным ротором, и электродвигатель 9, предназначенный для вращения центробежного ротора 7 и входного элемента 8 вокруг вертикальной оси вращения R.

Входной элемент 8, который выполнен трубчатым с небольшой конусностью, соединен с центробежным ротором посредством стопорного кольца 10 и опускается вниз в контейнере 1 с погружением в объем 4 жидкости. И центробежный ротор 7, и входной элемент 8 заключены в неподвижный кожух 11, который также опускается вниз в контейнере 1 с погружением в объем 4 жидкости, располагаясь при этом вокруг входного элемента 8.

Весь сепаратор, включая и кожух 11, упруго подвешивается посредством подвесного устройства 11а, расположенного с верхней стороны стенки 5 контейнера. Таким образом, если центробежный ротор 7 и его входной элемент 8 во время работы вибрируют или совершают небольшие маятниковые перемещения, то кожух 11 будет также совершать такие же перемещения.

Вблизи от входного элемента 8 кожух 11 образует цилиндрическую охватывающую стенку 12, которая переходит из свободной от жидкости части контейнера 1 вниз в объем 4 жидкости. В нижней части охватывающей стенки 12 установлено уплотнительное устройство 13, обеспечивающее уплотнение между неподвижной охватывающей стенкой 12 и вращающимся входным элементом 8.

Как это лучше показано на фиг.2, уплотнительное устройство 13 включает в себя гильзу, выполненную с возможностью перемещения в осевом направлении и образующую собой уплотнительный элемент 14. Своей верхней частью 14а уплотнительный элемент 14 упирается, обеспечивая при этом уплотнение, по своей окружности с внутренней стороны в охватывающую цилиндрическую стенку 12. При помощи спиральной пружины 15, которая опирается на кольцевой фланец 16, отходящий от охватывающей стенки 12, уплотнительный элемент 14 отжимается вверх в осевом направлении, как показано на фиг.2. Таким образом, нижняя часть 14b уплотнительного элемента 14 удерживается прижатой в осевом направлении к другому уплотнительному элементу 17, который надевается на нижний край вращающегося входного элемента 8. Таким образом, уплотнительные элементы 14 и 17 прижимаются друг к другу своими соответствующими уплотняющими поверхностями, расположенными непосредственно одна над другой в осевом направлении.

Нижняя часть 14b уплотнительного элемента 14 имеет центральное сквозное отверстие, поперек которого проходит ребро 18, предназначенное для того, чтобы воспрепятствовать вращению жидкости, находящейся в контейнере 1 ниже сепаратора. Выступ ребра 18 также показан на фиг.5.

На фиг.3 показано сечение входного элемента 8 по линии А-А на фиг.2. Как показано на этом чертеже, входной элемент имеет три внутренних ребра 19, которые проходят как в радиальном, так и в осевом направлениях по всему входному элементу 8 вплоть до центробежного ротора 7 (см. фиг.1). Ребра 19 предназначены для того, чтобы увлекать за собой жидкость при вращении входного элемента во время работы сепаратора.

На фиг.4 показано сечение кожуха 11 по линии В-В на фиг.2. С наружной своей стороны кожух имеет ребра 20, которые проходят как в радиальном, так и в осевом направлениях, и назначение которых состоит в том, чтобы противодействовать вращению жидкости в контейнере 1.

Как показано на фиг.1 и 2, кожухом 11 ограничено пространство 21, которое при помощи каналов 22 сообщается с полостью контейнера 1 под сепаратором.

Центробежный ротор 7 в приведенном здесь ниже описании подробно не рассматривается, потому что он может быть заменен любым пригодным для использования с этой целью центробежным ротором известного типа, имеющим другую конструкцию. Например, как описано в патентах ЕР 312233 B1, EP 312279 B1, WO 96/33021 и WO 96/33022.

В зоне соединения входного элемента 8 и центробежного ротора 7 выполнена в последнем входная камера 23. Через входной канал 24 входная камера 23 сообщается с сепарационной камерой 25. Центробежный ротор 7 имеет выходное отверстие 26 для выпуска отделившейся сравнительно легкой жидкости и выходное отверстие 27 для выпуска отделившейся сравнительно тяжелой жидкости.

Охватывающий кожух 11 имеет приемную камеру 28 и ведущее оттуда выходное отверстие 29 для выпуска отделившейся легкой жидкости, выходящей из центробежного ротора. Кроме того, кожух 11 имеет также приемную камеру 30 для отделившейся тяжелой жидкости, выходящей из центробежного ротора. Камера 30 сообщается с пространством 21 в кожухе 11.

Рассмотренный в приведенном здесь выше описании сепаратор работает следующим образом, обеспечивая очистку жидкости, содержащей как частицы жидкости, более легкие, чем сама обрабатываемая жидкость, так и твердые частицы, более тяжелые, чем эта жидкость.

При пуске электродвигателя 9, работающего на привод центробежного ротора 7 и входного элемента 8, соединенного с ним, во вращение вокруг вертикальной оси вращения R, входной элемент 8 будет работать как всасывающий элемент, обеспечивая всасывание жидкости из жидкого тела 4 в центробежный ротор. Внутри входного элемента 8 будет, как показано на фиг.1 и 2, образовываться, по существу, цилиндрическая поверхность жидкости, которая существует на всем протяжении от нижней части входного элемента до входной камеры 23 центробежного ротора. В жидком теле, образующемся при этом во входном элементе 8 и вовлекаемом во вращение при помощи ребер 19 (см. фиг.3), жидкость будет течь в осевом направлении вверх, как показано стрелками на фиг.1 и 2. По центру входного элемента 8 остается заполненное воздухом пространство, которое при желании может сообщаться с воздухом, находящимся вокруг входного элемента 8. Для этого входной элемент 8 может быть снабжен тонкой трубкой, проходящей от центра входного элемента в радиальном направлении снаружи с выходом на внешнюю сторону входного элемента. Трубка такого типа показана пунктирными линиями на фиг.1 в верхней части входного элемента 8.

Жидкость, поступающая во входную камеру 23 центробежного ротора 7 по входному элементу 8, поступает оттуда по входному каналу 24 в сепарационную камеру 25. В ней располагается комплект конических сепарационных дисков, между которыми остаются тонкие разделительные промежутки. В этих разделительных промежутках те разнородные частицы, которые взвешены в жидкости, разделяются между собой благодаря тому, что легкие жидкие частицы стремятся под воздействием центростремительной силы переместиться по направлению к оси вращения центробежного ротора, и после слипания их друг с другом с образованием сплошной фазы выводятся далее наружу через выходное отверстие 26, в то время как тяжелые твердые частицы стремятся переместиться в самую крайнюю в радиальном направлении часть сепарационной камеры 25, где они оседают на окружной стенке центробежного ротора. Очищенная жидкость сначала течет в направлении от оси вращения центробежного ротора через разделительные промежутки и, вытекая оттуда, поступает по одному или нескольким сборным каналам снова по направлению к оси вращения центробежного ротора и вытекает через выходное отверстие 27 для выпуска отделившейся сравнительно тяжелой жидкости.

Тогда как отделившаяся сравнительно легкая жидкость выводится через выходное отверстие 29 в кожухе 11 в соответствующий резервуар, очищенная жидкость отводится от выходного отверстия 27 обратно в объем 4 жидкости, находящейся в контейнере 1. Таким образом, очищенная жидкость отводится через приемную камеру 30 в пространство 21 внутри кожуха 11, а оттуда по каналу 22 выводится в объем 4 жидкости.

Если количество легкой жидкости, отделившейся от тяжелой жидкости, мало, то тогда в объем 4 жидкости будет возвращаться поток жидкости, имеющий, по существу, такую же величину, что и поток ее, всасываемый оттуда внутрь центробежного ротора 7. При этом возникнет определенная разность уровней между поверхностями жидкости в пространстве 21 и соответственно в окружающем его контейнере 1, как показано на фиг.1 и 2.

Неподвижная стенка 12, которая охватывает собой входной элемент 8 и служит опорой для части уплотнительного устройства 13, необязательно должна быть выполнена таким образом, чтобы ее нес на себе кожух 11. В другом варианте конструкции стенка 12 может быть выполнена таким образом, чтобы ее нес на себе контейнер 1. Однако показанная на чертеже компоновка обеспечивает соответствующее преимущество с точки зрения функционирования уплотнительного устройства 13. Таким образом, существует определенное преимущество в том, что оба взаимодействующих между собой уплотнительных элемента 14 и 17 несет на себе одно и тоже подвесное устройство. Поскольку подвесное устройство для вращающегося центробежного ротора 7 должно быть упругим, и вращающаяся часть уплотнительного устройства 13 таким образом становится упругоподвешенной, то и невращающаяся часть уплотнительного устройства должна тогда также быть выполнена упругоподвешенной.

Как указано выше, сепаратор согласно настоящему изобретению, может быть использован для очистки жидкости, независимо от того, предстоит ли очистить эту жидкость от частиц, более тяжелых, чем сама жидкость, или же от частиц, более легких, чем эта жидкость. Безусловно, конструкция центробежного ротора должна быть тогда приспособлена под тот или иной режим сепарации. Кроме того, можно также отделять от жидкости частицы - твердые либо жидкие, которые более ценны, чем сама эта жидкость, и тогда такую сепарационную операцию фактически нельзя будет назвать операцией очистки жидкости. Кроме того, для данного изобретения не является обязательным условием, чтобы жидкость, очищенная от соответствующих частиц, непременно возвращалась в контейнер 1.

Изобретение относится к сепаратору для очистки жидкости от взвешенных в ней твердых или жидких частиц. Сепаратор содержит центробежный ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, приводное устройство и трубчатый входной элемент, соединенный с центробежным ротором и выполненный таким образом, чтобы опускаться вниз от ротора в объем жидкости. При этом сепаратор имеет невращающуюся стенку, которая окружает собой в объеме жидкости, по меньшей мере, часть вращающегося входного элемента, а также уплотнительное устройство, предназначенное для уплотнения зазора между невращающейся стенкой и вращающимся входным элементом. В результате сводится к минимуму размер поверхности вращающегося входного элемента, соприкасающейся с очищаемой жидкостью, и прекращается поступление жидкости вверх с наружной стороны входного элемента. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Сепаратор, содержащий центробежный ротор (7), выполненный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси (7), приводное устройство (9), предназначенное для вращения центробежного ротора (7) вокруг оси вращения (R), и трубчатый входной элемент (8), подсоединенный к центробежному ротору (7) и выполненный таким образом, чтобы опускаться вниз от центробежного ротора в объем (4) жидкости, который всасывается по входному элементу (8) в центробежный ротор (7), отличающийся тем, что имеет невращающуюся стенку (12), которая выполнена таким образом, чтобы окружать собой в объеме (4) жидкости, по меньшей мере, часть вращающегося входного элемента (8), и уплотнительное устройство (13), предназначенное для уплотнения зазора между невращающейся стенкой (12) и вращающимся входным элементом (8).2. Сепаратор по п.1, в котором центробежный ротор (7) подвешен на упругом подвесном устройстве (11а), и невращающаяся стенка (12) также подвешена на том же самом подвесном устройстве (11а), для предотвращения возникновения относительных маятниковых перемещений между вращающимся входным элементом (8) и невращающейся стенкой (12) во время работы центробежного ротора (7).3. Сепаратор по п.1 или 2, в котором уплотнительное устройство (13) включает в себя кольцевой уплотнительный элемент (14), выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении, и средство (15), предназначенное для создания действующего в осевом направлении уплотняющего усилия между невращающейся стенкой (12) или невращающимися элементами, соединенными с ней, и вращающимся входным элементом (8).4. Сепаратор по п.3, в котором кольцевой уплотнительный элемент (14) выполнен невращающимся и с возможностью прижатия в осевом направлении к уплотняемой им поверхности на вращающемся входном элементе (8).5. Сепаратор по п.4, в котором торцевая поверхность вращающегося входного элемента (8) образует уплотняемую поверхность.