ШНЕКОВАЯ ЦЕНТРИФУГА Российский патент 2006 года по МПК B04B1/12 

Изобретение относится к оборудованию для разделения смесей на твердую фракцию, легкую и тяжелую жидкие фракции под действием центробежной силы и может быть использовано в машиностроительной, химической, нефтегазовой, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности для очистки производственных сточных вод, нефтепродуктов, смазывающе-охлаждающих и моющих технологических жидкостей.

Известна закрытая шнековая центрифуга для разделения на твердую фракцию, а также на легкую и тяжелую жидкие фракции, содержащая цилиндроконический ротор, шнек для выгрузки твердой фракции через отверстия в конической части ротора, питающую трубу и приспособления для выпуска жидких фракций через скребковую камеру и порог слива с регулируемыми пластинами (заявка ФРГ №3822983, кл. В 04 В 1/20, 7/12, 11/08, 1990).

Недостатком известной центрифуги является низкая эффективность разделения легкой и тяжелой жидких фракций смеси и очистка их от твердой фракции в полом роторе, необходимость внешних источников давления для подачи очищаемой смеси в центрифугу и перекачки разделенных жидких фракций, насыщение жидких фракций воздухом при переливе через пороги слива, ступенчатая регулировка которых производится сменными пластинами.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки и удобства эксплуатации.

Технический результат обеспечивается тем, что шнековая центрифуга для разделения смесей на твердую фракцию, легкую и тяжелую жидкие фракции, содержащая корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор с крышкой и окнами для вывода твердой фракции, шнек, питающую трубу и системы отвода тяжелой и легкой жидких фракций, снабжена центральной втулкой, на которой смонтирована аксиальная вставка, состоящая из равномерно установленных параллельно оси ротора и направленных в сторону вращения ротора опорных лопастей, на наружных образующих которых закреплен шнек, выполненный в виде спиральной ленты. Направляющие опорных лопастей могут быть выполнены по логарифмической спирали.

Для отвода легкой и тяжелой жидких фракций из ротора в центрифуге над вставкой расположены две смежные камеры с размещенными в них напорными дисками и полость для тяжелой жидкой фракции, причем верхняя камера закрыта опорной крышкой, в которой выполнены отверстия для сообщения с полостью слива тяжелой жидкой фракции и установлено устройство для регулировки порога слива, а на торце нижней камеры имеются отверстия для сообщения с центральной частью вставки.

Устройство для регулировки порога слива содержит упругое кольцо, расположенное на опорной крышке верхней камеры в зоне ее отверстий, и контактирующую с ним шайбу с равномерно расположенными на периферии отверстиями, через которые проходят прижимные болты, взаимодействующие с соответствующими резьбовыми отверстиями, выполненными в опорной крышке, причем в крышке цилиндроконического ротора имеется соосное с отверстиями в шайбе хотя бы одно резьбовое отверстие с пробкой, а в торце корпуса центрифуги - люк для доступа к пробке и прижимным болтам.

В конической части ротора смонтированы установленный на центральной втулке соединительный патрубок с входными отверстиями, несущий крыльчатку с радиальными ребрами и перфорированный в зоне расположения крыльчатки конус, на наружной поверхности которого закреплена спиральная лента, соединенная со шнеком вставки.

На фиг.1 изображена шнековая центрифуга, продольный разрез; на фиг.2 - фрагмент поперечного сечения центрифуги.

Шнековая центрифуга содержит корпус 1 с крышкой 2 и основанием 3, в котором посредством коренных подшипников 4 и 5 установлен цилиндроконический ротор 6 с окнами 7 для вывода твердой фракции, включающий шкив 8 и опорную крышку 9 с резьбовым отверстием 10, закрытым пробкой 11.

В цилиндроконическом роторе 6 на подшипниках 12 и 13 установлена внутренняя часть ротора, включающая центральную втулку 14, на которой смонтирована аксиальная вставка, выполненная в виде равномерно установленных параллельно оси ротора и направленных в сторону вращения опорных лопастей 15, жестко скрепленных с центральной втулкой 14, на наружных образующих 16 которых закреплен шнек 17 в виде спиральной ленты. Зазоры 18 между лопастями 15 служат для аксиального течения подлежащей разделению смеси. Направляющие опорных лопастей 15 выполнены по логарифмической спирали.

Над вставкой расположены две смежные камеры: для легкой жидкой фракции - 19 и для тяжелой жидкой фракции - 20. В камере 19 установлен напорный диск 21, а в камере 20 - напорный диск 22. Напорные диски 21 и 22 служат для вывода из центрифуги под давлением очищенных от твердой фракции соответственно легкой и тяжелой жидких фракций. Камеры 19 и 20 через торец 23 жестко закреплены на верхних торцах опорных лопастей 15 и торце центральной втулки 14. В нижнем торце 23 камеры 19 выполнены отверстия 24, сообщающие камеру 19 с центральной частью вставки. Для создания зоны осушки твердой фракции радиус расположения отверстий 24 больше внутреннего радиуса окон 7. На наружной цилиндрической поверхности камер 19 и 20 закреплена спиральная лента 25, сопряженная со шнеком 17. В опорной крышке 26 верхней камеры 20 выполнены отверстия 27 для сообщения с полостью 28 слива тяжелой жидкой фракции.

Для плавного регулирования порога слива тяжелой жидкой фракции из полости 28 в камеру 20 через отверстия 27 на опорной крышке 26 расположено устройство, которое состоит из упругого кольца 29, шайбы 30, контактирующей с ним, с выполненными равномерно по окружности на периферии отверстиями и прижимных болтов 31, взаимодействующих с соответствующими резьбовыми отверстиями в опорной крышке 26. В крышке цилиндроконического ротора 6 имеется резьбовое отверстие 10 с пробкой 11, а в крышке 2 корпуса 1 центрифуги - люк 32. Через люк 32 и резьбовое отверстие 10 обеспечивается при снятой пробке 11 доступ ключом к болтам 31.

На нижней части центральной втулки 14 установлен соединительный патрубок 33 с входными отверстиями 34, несущий крыльчатку с радиальными ребрами 35, и перфорированный конус 36 с равномерно распределенными отверстиями 37 и закрепленной по боковой поверхности лентой 38. Между соединительным патрубком 33, ребрами 35 и конусом 36 образованы полости 39 для предварительного разделения смеси, поступающей в ротор через питающую трубу 40.

Шнековая центрифуга работает следующим образом.

Ротор 6 через шкив 8 приводят во вращение. При этом внутренняя часть ротора (шнек, вставка, крыльчатка, камеры) вращается с несколько отличающейся угловой скоростью, что обеспечивается применением специального редуктора (на фиг.1 не показан). В ротор 6 по питающей трубе 40 подается подлежащая разделению смесь, которая через входные отверстия 34 поступает в полость 39. При раскручивании ребрами 35 до угловой скорости ротора под воздействием центробежного поля происходит предварительное разделение смеси на составляющие ее компоненты: легкую и тяжелую жидкие фракции и твердую фракцию. При этом крупные частицы твердой фракции через отверстия 37 в перфорированном конусе 36 осаждаются на внутреннюю поверхность ротора 6, за счет разности угловых скоростей ротора 6 и шнека 38 транспортируются к окнам 7 и выгружаются из ротора.

Из полостей 39 смесь поступает в зазоры между лопастями. При аксиальном течении смеси в зазорах между лопастями происходит ее окончательное разделение на составляющие компоненты. Под действием центробежного поля частицы твердой фракции оседают на вогнутых поверхностях опорных лопастей 15 и затем сбрасываются на внутреннюю поверхность цилиндроконического ротора, откуда шнеком 17 транспортируются к окнам 7 и выгружаются из ротора.

Частицы легкой жидкой фракции оседают на выпуклую поверхность лопастей, перетекают к центральным частям вставки и через отверстия 24 переливаются в камеру 19, откуда напорным диском 21 под давлением выводятся из центрифуги.

Для минимизации пути осаждения частиц твердой и легкой жидкой фракций во вставке направляющие лопасти 15 выполнены по логарифмической спирали, а вращение ротора направлено в сторону вогнутости лопастей.

Тяжелая жидкая фракция при течении через вставку очищается от частиц легкой жидкой фракции и частиц твердой фракции, поступает в полость 28, из которой через отверстия 27 переливается в камеру 20. Из камеры 20 тяжелая жидкая фракция напорным диском 22 под давлением выводится из центрифуги.

Для эффективного разделения легкой и тяжелой жидких фракций, в зависимости от величины их плотностей и объемной концентрации в смеси, выбирается оптимальный радиус линии раздела фракций во вставке и обеспечивается гидродинамическое равновесие жидких фракций. Это в предлагаемой конструкции достигается плавной регулировкой порога слива путем поджатия упругого кольца 29. Для этого после остановки ротора через люк 32 вынимается пробка 11 и ключом поджимаются или отпускаются болты 31, после чего вновь закрывается пробка 11.

Взаимосвязь в работе крыльчатки 35 и напорных дисков 21 и 22 создает внутри центральной втулки 14 давление ниже атмосферного и, как следствие, самовсасывание разделяемой смеси в центрифугу, что уменьшает дробление частиц жидких фракций и способствует повышению эффективности их разделения.

Предлагаемая конструкция центрифуги позволяет проводить операцию самовсасывания смеси, предварительное и окончательное разделение ее во вставке на легкую и тяжелую жидкие фракции и твердую фракцию и непрерывно под давлением отводить из центрифуги.

В зависимости от физико-химических характеристик компонентов разделяемой смеси, их объемной концентрации и требуемого качества разделения подбирается оптимальная производительность и режим работы центрифуги путем плавной регулировки радиуса порога слива.

Предложенное решение относится к устройствам, предназначенным для разделения смесей под действием центробежных сил, и может быть использовано в машиностроительной, химической, нефтегазовой, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. Устройство представляет собой шнековую центрифугу для разделения смеси на твердую фракцию, легкую и тяжелую жидкие фракции. Центрифуга содержит корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор с крышкой и окнами для вывода твердой фракции, шнек, питающую трубу и системы отвода тяжелой и легкой жидких фракций. Цилиндроконический ротор снабжен центральной втулкой, на которой смонтирована аксиальная вставка, состоящая из равномерно установленных параллельно оси ротора и направленных в сторону вращения ротора опорных лопастей. Кроме этого, на наружных образующих опорных лопастей закреплен шнек, выполненный в виде спиральной ленты. Данная конструкция устройства удобна в эксплуатации и повышает качество очистки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шнековая центрифуга для разделения смеси на твердую фракцию, легкую и тяжелую жидкие фракции, содержащая корпус, установленный в нем цилиндроконический ротор с крышкой и окнами для вывода твердой фракции, шнек, питающую трубу и систему отвода тяжелой и легкой жидких фракций, включающую размещенную в цилиндроконическом роторе камеру с напорным диском и устройство для регулировки порога слива, отличающаяся тем, что цилиндроконический ротор снабжен центральной втулкой, на которой смонтирована аксиальная вставка, состоящая из равномерно установленных параллельно оси ротора и направленных в сторону вращения ротора опорных лопастей, на наружных образующих которых закреплен шнек, выполненный в виде спиральной ленты.2. Шнековая центрифуга по п.1 отличающаяся тем, что направляющие опорных лопастей выполнены по логарифмической спирали.3. Шнековая центрифуга по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система отвода легкой и тяжелой жидких фракций включает расположенные в цилиндроконическом роторе над вставкой две смежные камеры с размещенными в них напорными дисками и полость для слива тяжелой жидкой фракции, причем верхняя камера закрыта опорной крышкой, в которой выполнены отверстия для сообщения с полостью слива тяжелой жидкой фракции и установлено устройство для регулировки порога слива, а на торце нижней камеры имеются отверстия для сообщения с центральной частью вставки.4. Шнековая центрифуга по п.3, отличающаяся тем, что устройство для регулирования порога слива тяжелой жидкой фракции содержит упругое кольцо, расположенное на опорной крышке верхней камеры в зоне ее отверстий, и контактирующую с ним шайбу с равномерно расположенными на периферии отверстиями, через которые проходят прижимные болты, взаимодействующие с соответствующими резьбовыми отверстиями, выполненными в опорной крышке, причем в крышке цилиндроконического ротора имеется соосное с отверстиями в шайбе хотя бы одно резьбовое отверстие с пробкой, а в торце корпуса центрифуги - люк для доступа к пробке и прижимным болтам.5. Центрифуга по п.1 или 4, отличающаяся тем, что в конической части ротора смонтированы установленный на центральной втулке соединительный патрубок с входными отверстиями, несущий крыльчатку с радиальными ребрами, и перфорированный в зоне расположения крыльчатки конус, на наружной поверхности которого закреплена спиральная лента, соединенная со шнеком вставки.