УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ ПО ПЛОТНОСТЯМ МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B04B1/08 

Изобретение относится к технике разделения жидкостей на фракции с различными плотностями под действием центробежной силы. Изобретение может быть использовано в пищевой, химической (в частности, при разделении спиртов на составляющие фракции), нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также для получения тяжелой воды, которая применяется в ядерной физике и энергетике в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя в ядерных реакторах и является исходным продуктом для получения дейтерия.

Известна установка для разделения жидкостей методом центрифугирования, содержащая корпус, установленный в опорах приводной вал и рабочий ротор, установленный в корпусе на приводном валу, а также средство для подачи исходной жидкости в ротор и средства для вывода полученных в результате разделения жидкости фракций из установки (см. патент US 5182031, 1993 г.). Конструкция известной установки позволяет разделять жидкость только на две фракции.

Известна установка для разделения жидкости на фракции с различными плотностями центробежного типа, содержащая ротор, имеющий расположенные в верхней части его корпуса каналы и неподвижные патрубки для отвода фракций, и установленную по оси ротора соосно указанным патрубкам питающую трубу для исходной жидкости. Исходная жидкость, подлежащая разделению, подается по питающей трубе в ротор и после разделения выводится из установки в виде двух фракций с различной плотностью (см. патент SU 1667628, 1991 г.).

Ближайшим аналогом к заявляемому изобретению является установка для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям, содержащая корпус, приводной вал и рабочий ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе на приводном валу и имеющий переднюю торцевую стенку, расположенную со стороны передней опоры, и заднюю торцевую стенку, расположенную со стороны задней опоры. Исходная жидкость подается в ротор по питающей трубе и разделяется под действием центробежных сил на легкую и тяжелую фракции, при этом легкая фракция через отверстие в роторе попадает в сборник, а тяжелая скапливается в периферийной части ротора и выводится через кольцевую щель в торцевой части ротора (см. патент RU 2039610, 1995 г.). В этой установке так же, как и в вышепоказанных конструкциях, разделение жидкости производится только на две фракции. Конструкция известной установки позволяет разделять жидкость только на две фракции, что не позволяет использовать ее в производствах, требующих более тонкое разделение за один проход жидкости. Каждая из полученных фракций может быть повторно направлена на разделение в известную установку. Однако в конечном итоге для разделения исходной жидкости на требуемое количество фракций, кратное двум, понадобится значительное время, которое необходимо для последующего разделения полученной на предыдущем этапе фракции на ее составляющие. Предложение по патенту RU 2039610 может быть принято в качестве аналога к способу изготовления установки для разделения жидкостей по плотностям методом центрифугирования, так как предусматривает предварительное формирование составных частей установки: корпуса с несущими стенками, вала, передней и задней опор для вала, цилиндрического ротора и передней и задней торцевых стенок ротора, и последующую сборку установки.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию такой установки, которая обеспечила бы разделение исходной жидкости методом центрифугирования на три фракции по плотностям за один проход через установку.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в повышении производительности установки, в обеспечении качественного и более тонкого разделения исходной жидкости на три фракции за один проход, в сокращении времени на разделение жидкости на большее количество фракций по сравнению с известными конструкциями. Установка позволяет также при разделении воды на три фракции по плотностям (тяжелую, среднюю и легкую) эффективно выделять тяжелую воду и бережно выводить ее из установки, исключая возможность смешивания с другими составляющими. Кроме того, получаемая в результате разделения легкая вода по своему составу приближается к воде высокогорных рек, ледниковой и снеговой талой воде. При употреблении легкой воды в качестве питьевой нормализуется обмен веществ, усиливаются защитные силы организма, происходит очищение организма от продуктов метаболизма, эндотоксинов и ядов, улучшается питание кожи, нормализуется жировой и углеводный обмен.

Для достижения указанного технического результата предлагается установка для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям на фракции, определяемые далее как тяжелая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наибольшим значением плотности, легкая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наименьшим значением плотности, и средняя фракция, плотность которой меньше плотности тяжелой фракции и больше плотности легкой фракции. Установка содержит корпус, приводной вал, установленный в передней и задней опорах, неподвижно закрепленных на корпусе, и ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе на приводном валу и имеющий переднюю торцевую стенку, расположенную со стороны передней опоры, и заднюю торцевую стенку, расположенную со стороны задней опоры. Передний и задний концевые участки вала имеют осевые каналы. Передняя и задняя опоры вала имеют отверстия соответственно для подачи и слива жидкости. Передняя торцевая стенка ротора имеет систему проходов для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость ротора, сообщающуюся с одной стороны с отверстием для подачи жидкости, выполненным в передней опоре вала, а с другой стороны - с выполненными в передней торцевой стенке выходными отверстиями, служащими для подачи исходной жидкости в ротор, а также имеет проходы для отвода из ротора легкой фракции, сообщающиеся с осевым каналом в переднем концевом участке вала. В задней торцевой стенке предусмотрена система проходов, включающая соответственно проходы для отвода из ротора тяжелой фракции и средней фракции. Проходы для отвода из ротора тяжелой фракции сообщаются с одной стороны с выполненными в задней торцевой стенке, в зоне скопления в результате разделения жидкости тяжелой фракции, отверстиями, служащими для выпуска тяжелой фракции из ротора, а с другой стороны - с осевым каналом в заднем концевом участке вала. Проходы для отвода из ротора средней фракции сообщаются с одной стороны с полостью ротора в зоне скопления, в результате разделения жидкости, средней фракции, а с другой стороны - с отверстием для слива жидкости, имеющимся в задней опоре вала.

В полости ротора установлены с возможностью вращения вместе с ротором радиальные лопасти.

Радиальные лопасти преимущественно закреплены в торцевых стенках ротора.

Радиальные лопасти преимущественно установлены под одинаковым углом по отношению друг к другу.

Выходные отверстия, выполненные в передней торцевой стенке и служащие для подачи исходной жидкости в ротор, расположены по одной окружности.

Выходные отверстия выполнены в виде щелей дугообразной формы.

Система проходов в передней торцевой стенке ротора для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость ротора включает выполненные в средней части торцевой стенки вокруг оси вала кольцевую полость и расположенные, как минимум, по одной окружности отверстия, сообщающиеся с отверстием для подачи жидкости, выполненным в передней опоре вала, и с кольцевой полостью, а также включает кольцевой карман, окружающий кольцевую полость и сообщающийся с одной стороны с выходными отверстиями, выполненными в передней торцевой стенке и служащими для подачи жидкости в ротор, а с другой стороны - с кольцевой полостью через каналы, при этом кольцевой карман разделен на секторы радиальными ребрами, служащими для нагнетания разделяемой жидкости в ротор через выходные отверстия в передней торцевой стенке.

Проходы в задней торцевой стенке ротора, предназначенные для отвода из ротора тяжелой фракции включают выполненные в этой торцевой стенке вокруг оси вала: кольцевой карман, сообщающийся с отверстиями в задней торцевой стенке, служащими для выпуска тяжелой фракции из ротора, кольцевую полость, сообщающуюся с осевым каналом заднего концевого участка вала, и расположенные, как минимум, по одной окружности отверстия, через которые сообщаются между собой кольцевой карман и кольцевая полость.

Проходы для отвода из ротора средней фракции включают выполненные в задней торцевой стенке вокруг оси вала: кольцевую щель, сообщающуюся с полостью ротора в зоне скопления, в результате разделения жидкости, средней фракции, кольцевой карман, сообщающийся с кольцевой щелью, кольцевую полость, сообщающуюся с этим кольцевым карманом через каналы, и расположенные, как минимум, по одной окружности отверстия, сообщающиеся с одной стороны с кольцевой полостью, а с другой - с отверстием для слива жидкости, выполненным в задней опоре вала.

Установка содержит две расположенные одна в другой и с зазором между ними трубы, установленные коаксиально валу в полости ротора вне зоны разделения жидкости и закрепленные в торцевых стенках ротора, при этом зазор между трубами со стороны задней торцевой стенки сообщен с полостью ротора в зоне скопления, в результате разделения жидкости, легкой фракции, а со стороны передней торцевой стенки - с проходами для отвода из ротора легкой фракции.

Проходы для отвода из ротора легкой фракции включают выполненные в передней торцевой стенке ротора и расположенные по окружности на пути выхода легкой фракции из зазора между трубами отверстия и кольцевую полость, сообщающуюся с одной стороны с этими отверстиями, а с другой - с осевым каналом переднего концевого участка вала.

Предлагается также способ изготовления установки для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям на фракции, определяемые далее как тяжелая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наибольшим значением плотности, легкая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наименьшим значением плотности, и средняя фракция, плотность которой меньше плотности тяжелой фракции и больше плотности легкой фракции. Способ заключается в том, что предварительно формируют составные части установки: корпус, приводной вал, переднюю и заднюю опоры для вала, ротор и переднюю и заднюю торцевые стенки ротора. Затем производят сборку установки, осуществляя крепление передней и задней опор для вала на соответствующих частях корпуса, установку вала в комплекте с ротором и торцевыми стенками в опорах посредством подшипников. При формировании вала в его переднем и заднем концевых участках выполняют осевые каналы, а в передней и задней опорах для вала выполняют отверстия для прохода жидкости. При формировании передней торцевой стенки ей придают форму диска с внутренней торцевой поверхностью, которая при установке передней стенки в роторе будет обращена к полости ротора, и наружной торцевой поверхностью, выполняют в диске отверстия, имеющие выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, формируют в диске систему проходов для исходной жидкости, подаваемой на разделение, сообщающуюся с отверстиями в этом диске и имеющую выход на наружную торцевую поверхность этого диска для сообщения с отверстием для прохода жидкости в передней опоре для вала, а также проходы для легкой фракции жидкости, выполняя их с одной стороны с обеспечением выхода на внутреннюю торцевую поверхность диска, а с другой - с обеспечением выхода на наружную торцевую поверхность диска для сообщения с осевым каналом в переднем концевом участке вала. При формировании задней торцевой стенки ей придают форму диска с внутренней торцевой поверхностью, которая при установке задней стенки в роторе будет обращена к полости ротора, и наружной торцевой поверхностью, выполняют в этом диске отверстия, имеющие выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, формируют в этом диске проходы для тяжелой фракции, сообщая их с одной стороны с отверстиями в диске, имеющими выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, и обеспечивая с другой стороны их выход на наружную торцевую поверхность диска для сообщения с осевым каналом в заднем концевом участке вала, а также формируют в этом диске проходы для средней фракции, выполняя их с одной стороны с обеспечением выхода на внутреннюю торцевую поверхность диска, а с другой стороны сообщают с отверстием для прохода жидкости в задней опоре для вала.

При формировании в передней торцевой стенке системы проходов для исходной жидкости выполняют в средней части диска первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку, заглушают выемки со стороны их открытых торцов, создавая таким образом соответственно кольцевую полость и кольцевой карман; как минимум по одной окружности, центр которой совпадает с центром диска, формируют отверстия с выходом их в кольцевую полость и с возможностью сообщения их с отверстием для прохода жидкости, выполненным в передней опоре для вала, при этом при выполнении отверстий в диске, имеющих выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, обеспечивают их выход в кольцевой карман, который сообщают с кольцевой полостью через каналы. В полости кольцевого кармана выполняют радиальные ребра, разделяющие кольцевой карман на секторы.

При формировании в передней торцевой стенке системы проходов для легкой жидкости выполняют в средней части диска кольцевую выемку и заглушают ее со стороны открытого торца, создавая таким образом кольцевую полость, выход из которой выполняют с возможностью сообщения этой полости с осевым каналом переднего концевого участка вала, выполняют в диске отверстия с расположением их по окружности, центр которой совпадает с центром диска, причем при выполнении отверстий обеспечивают их выход в кольцевую полость.

При формировании в задней торцевой стенке системы проходов для тяжелой фракции выполняют в диске первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку, заглушают выемки со стороны их открытых торцов, создавая таким образом соответственно кольцевую полость и кольцевой карман; как минимум по одной окружности, центр которой совпадает с центром диска, формируют отверстия с выходом их в кольцевую полость и в кольцевой карман, при этом при выполнении отверстий в диске, имеющих выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, обеспечивают их выход в кольцевой карман.

При формировании в задней торцевой стенке системы проходов для средней фракции выполняют в диске первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку, заглушают выемки со стороны их открытых торцов, создавая таким образом соответственно кольцевую полость и кольцевой карман; сообщают кольцевой карман с кольцевой полостью через каналы, выполняют в диске, как минимум, по одной окружности отверстия с обеспечением выхода их в кольцевую полость и с обеспечением возможности сообщения их с отверстием для прохода жидкости, выполненным в задней опоре вала, выполняют на внутренней торцевой поверхности диска кольцевую щель с выходом ее в кольцевой карман.

При сборке установки в роторе размещают радиально к ротору лопасти и закрепляют их в торцевых стенках ротора.

В установке дополнительно используют две трубы разного диаметра, которые при сборке установки размещают одна в другой с зазором между ними и коаксиально по отношению друг к другу и к приводному валу и закрепляют в торцевых стенках ротора.

Отвод тяжелой, средней и легкой фракций жидкости, полученных в результате разделения в роторе, через отверстия и проходы, предусмотренные в торцевых стенках ротора соответственно для каждой фракции, исключает возможность смешивания фракций между собой и обеспечивает бережный отбор каждой из фракций из соответствующей зоны ротора.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 изображена установка для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям на три фракции, вид сбоку;

на фиг.2 - вид установки в разрезе по А-А на фиг.1;

на фиг.3 - фрагмент G на фиг.2;

на фиг.4 - фрагмент Е на фиг.2;

на фиг.5 - фрагмент F на фиг 2;

на фиг.6 - вид передней торцевой стенки ротора со стороны ее наружной поверхности;

на фиг.7 - вид передней торцевой стенки ротора в разрезе по В-В на фиг.6;

на фиг.8 - вид передней торцевой стенки ротора со стороны ее внутренней поверхности;

на фиг.9 - вид передней торцевой стенки ротора в разрезе по J-J на фиг.8;

на фиг.10 - фрагмент С на фиг.9;

на фиг.11 - вид задней торцевой стенки ротора со стороны ее наружной поверхности;

на фиг.12 - вид задней торцевой стенки ротора в разрезе по Н-Н на фиг.11;

на фиг.13 - фрагмент К на фиг.12;

на фиг.14 - вид задней торцевой стенки ротора со стороны ее внутренней поверхности;

на фиг.15 - вид задней торцевой стенки ротора в разрезе по L - L на фиг.14;

на фиг 16 - установка, вид сбоку, с местом для установки двигателя.

Установка предназначена для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям на три фракции, определяемые далее как тяжелая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наибольшим значением плотности, легкая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наименьшим значением плотности, и средняя фракция, плотность которой меньше плотности тяжелой фракции и больше плотности легкой фракции.

Установка содержит корпус 1, приводной вал 2, установленный посредством подшипников качения 3 и 4 в передней 5 и задней 6 опорах, неподвижно закрепленных на корпусе 1.

Внутри корпуса 1 установлен цилиндрический ротор 7, приводимый во вращение от вала 2. Ось ротора 7 и вал 2 ориентированы горизонтально. Ротор 7 имеет переднюю торцевую стенку 8, расположенную со стороны передней опоры 5, и заднюю торцевую стенку 9, расположенную со стороны задней опоры 6.

Передний концевой участок 10 вала 2 имеет осевой канал 11 и задний концевой участок 12 вала имеет осевой канал 13.

В передней опоре 5 вала 2 выполнено отверстие 14, предназначенное для подачи исходной жидкости в установку. В задней опоре 6 вала 2 имеется отверстие 15, служащее для слива жидкости.

В передней торцевой стенке 8 ротора 7 предусмотрены система проходов для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость 16 ротора 7, а также проходы для отвода из ротора 7 легкой фракции.

В задней торцевой стенке 9 предусмотрена система проходов, включающая соответственно проходы для отвода из ротора 7 тяжелой фракции и средней фракции.

Система проходов в передней торцевой стенке 8 ротора 7 для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость ротора 7 включает выполненные в средней части торцевой стенки 8 вокруг оси вала 2 кольцевую полость 17, пространство 17а, множество отверстий 18, расположенных на одной окружности, и кольцевой карман 19. Кольцевой карман 19 расположен концентрично кольцевой полости 17 и находится ближе к периферийной части торцевой стенки 8, чем кольцевая полость 17.

Из кольцевого кармана 19 имеется выход в полость 16 ротора 7, через выходные отверстия 20, которые выполнены в периферийной части передней торцевой стенки 8. Кроме того, кольцевой карман 19 сообщается с кольцевой полостью 17 через каналы 21. Отверстия 18 с одной стороны сообщаются с кольцевой полостью 17, а с другой стороны имеют выход к отверстию 14, выполненному в передней опоре 5 вала 2. Кольцевой карман 19 разделен на секторы радиальными ребрами 22, которые служат для нагнетания разделяемой жидкости в ротор 7 через выходные отверстия 20.

Выходные отверстия 20, выполненные в периферийной части передней торцевой стенки 8, могут располагаться по одной окружности или по нескольким концентричным окружностям и могут иметь цилиндрическую форму, форму дугообразной щели или любую другую приемлемую форму.

Проходы в задней торцевой стенке 9 ротора 7, предназначенные для отвода из ротора тяжелой фракции, включают выполненные в этой торцевой стенке вокруг оси вала 2: кольцевой карман 23, кольцевую полость 24 и отверстия 25, расположенные, как минимум, на одной окружности.

В периферийной части задней торцевой стенки 9 на уровне зоны скопления в роторе тяжелой фракции выполнены отверстия 26, которые служат для выхода тяжелой фракции из ротора 7. Отверстия 26 могут располагаться по одной окружности или по нескольким концентричным окружностям и могут иметь цилиндрическую форму, форму дугообразной щели или любую другую приемлемую форму.

Отверстия 26 имеют выход в кольцевой карман 23, а кольцевая полость 24 сообщается через проход 24а с осевым каналом 13 заднего концевого участка 12 вала 2. Отверстия 25 с одной стороны имеют выход в кольцевой карман 23, а с другой - в кольцевую полость 24 и сообщают таким образом между собой кольцевой карман 23 и кольцевую полость 24.

Проходы для отвода из ротора 7 средней фракции включают выполненные в задней торцевой стенке 9 вокруг оси вала 2: кольцевую щель 27, кольцевой карман 28, кольцевую полость 29 и отверстия 30, расположенные, как минимум, по одной окружности.

Кольцевая щель 27 сообщается с полостью ротора в зоне скопления средней фракции и имеет выход в кольцевой карман 28. Кольцевая полость 29 сообщается с кольцевым карманом 28 через каналы 31. Отверстия 30 с одной стороны имеют выход в кольцевую полость 29, а с другой сообщены через пространство 30а с отверстием 15 для слива жидкости, выполненным в задней опоре 6 вала 2.

Проходы для отвода из ротора легкой фракции включают выполненные в передней торцевой стенке 8 ротора 7 и расположенные по окружности отверстия 32 и кольцевую полость 33. Кольцевая полость 33 с одной стороны сообщается с отверстиями 32, а с другой имеет выход через канал 33а к осевому каналу 11 переднего концевого участка 10 вала 2.

Внутри ротора 7 установлены две расположенные коаксиально валу 2 и одна в другой трубы 34 и 35, между которыми имеется зазор 36. Трубы 34 и 35 закреплены в торцевых стенках 8 и 9 ротора 7. Зазор 36 между трубами 34 и 35 со стороны задней торцевой стенки 9 сообщен с полостью ротора 7 в зоне скопления, в результате разделения жидкости, легкой фракции, а со стороны передней торцевой стенки 8 - с проходами для отвода из ротора легкой фракции.

В полости ротора 7 установлены с возможностью вращения вместе с ротором радиальные лопасти 37, которые закреплены в проемах, предусмотренных в торцевых стенках 8 и 9 ротора. Лопасти 37 могут быть установлены как под одинаковым углом по отношению друг к другу, так и под разными углами.

Для предотвращения истечения жидкости и фракций в процессе разделения в установке предусмотрены уплотнительные средства (сальниковые уплотнения).

Двигатель, приводящий во вращение вал 2, устанавливается по месту 43. Вал двигателя имеет осевой канал для вывода тяжелой фракции, поступающей из канала 13.

Торцевые стенки 8 и 9 соединены с валом 2 шлицевым соединением 44.

Изготовление предлагаемой установки осуществляется следующим образом.

Предварительно формируют составные части установки: корпус 1 с несущими стенками 38, приводной вал 2, переднюю 5 и заднюю 6 опоры для вала 2, цилиндрический ротор 7 и переднюю 8 и заднюю 9 торцевые стенки ротора 7.

При формировании вала в его переднем 10 и заднем 12 концевых участках выполняют осевые каналы 11 и 13. В передней 5 и задней 6 опорах для вала 2 выполняют отверстия 14 и 15 для прохода жидкости.

При формировании передней торцевой стенки 8 ей придают форму круглого диска с внутренней торцевой поверхностью 39, которая при установке передней стенки в роторе 7 будет обращена к полости 16 ротора 7, и наружной торцевой поверхностью 40.

В периферийной части диска выполняют отверстия 20, имеющие выход на внутреннюю торцевую поверхность 39 диска.

Формируют в диске систему проходов для исходной жидкости, подаваемой на разделение, сообщающуюся с отверстиями 20 и имеющую выход на наружную торцевую поверхность 40 диска для сообщения с отверстием 14 для прохода жидкости в передней опоре для вала 2.

Кроме того, в этом диске формируют проходы для легкой фракции жидкости, выполняя их с одной стороны с обеспечением выхода на внутреннюю торцевую поверхность 39 диска, а с другой - с обеспечением выхода на наружную торцевую поверхность 40 диска для сообщения с осевым каналом 11 в переднем концевом участке вала 2.

При формировании в передней торцевой стенке 8 системы проходов для исходной жидкости выполняют, например фрезерованием, в средней части диска первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку. Заглушают выемки со стороны их открытых торцов кусочком металла, привариваемого к диску. В результате образуются кольцевая полость 17 и кольцевой карман 19. Как минимум по одной окружности, центр которой совпадает с центром диска, формируют отверстия 18 с выходом их в кольцевую полость 17. При выполнении отверстий 20 в периферийной части диска обеспечивают их выход в кольцевой карман 19, который сообщают с кольцевой полостью 17 через каналы 21.

При формировании в передней торцевой стенке 8 системы проходов для легкой жидкости выполняют в средней части диска кольцевую выемку и заглушают ее со стороны открытого торца кусочком металла, привариваемого к диску. В результате создается кольцевая полость 33. Кроме того, в диске выполняют отверстия 32 с расположением их по окружности, центр которой совпадает с центром диска, обеспечивая при этом выход отверстий 32 в кольцевую полость 33.

При формировании задней торцевой стенки 9 ей придают форму круглого диска с внутренней торцевой поверхностью 41, которая при установке задней стенки 9 в роторе 7 будет обращена к полости 16 ротора, и наружной торцевой поверхностью 42.

В периферийной части диска выполняют отверстия 26, имеющие выход на внутреннюю торцевую поверхность 41 диска. В диске формируют проходы для тяжелой фракции, которые сообщают с одной стороны с отверстиями 26 в периферийной части диска. При этом с другой стороны обеспечивают выход проходов на наружную торцевую поверхность 42 диска для сообщения с осевым каналом 13 в заднем концевом участке 12 вала 2. В этом же диске формируют проходы для средней фракции, выполняя их с одной стороны с обеспечением выхода на внутреннюю торцевую поверхность 41 диска, а с другой стороны - с отверстием 15 для прохода жидкости в задней опоре 6 для вала 2.

При формировании в задней торцевой стенке 9 системы проходов для тяжелой фракции выполняют в диске первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку. Заглушают выемки со стороны их открытых торцов, создавая таким образом соответственно кольцевую полость 24 и кольцевой карман 23. Как минимум по одной окружности, центр которой совпадает с центром диска, формируют отверстия 25 с выходом их в кольцевую полость 24 и в кольцевой карман 23. Выполняя отверстия 20 в периферийной части диска, обеспечивают их выход в кольцевой карман 23.

При формировании в задней торцевой стенке 9 системы проходов для средней фракции выполняют в диске первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку. Заглушают выемки со стороны их открытых торцов и создают таким образом соответственно кольцевую полость 29 и кольцевой карман 28. Кольцевой карман 28 сообщают с кольцевой полостью 29 через каналы 31. В диске выполняют отверстия 30, расположенные по окружности, обеспечивая их выход в кольцевую полость 29. На внутренней торцевой поверхности 41 диска выполняют кольцевую щель 27 с выходом ее в кольцевой карман 28. Производят сборку установки.

Процесс разделения жидкости в предлагаемой установке показан на примере разделения воды на три фракции по плотности. Предварительно отфильтрованную при прохождении через фильтр механической очистки исходную воду подают в отверстие 14, выполненное в передней опоре 5 вала 2. Из отверстия 14 вода поступает в пространство 14а и затем в систему проходов, выполненных в передней торцевой стенке 8, и через выходные отверстия 20 подается в полость 16 ротора 7. Под воздействием центробежного поля вращающегося ротора 7 происходит разделение воды, и ее компоненты занимают в роторе следующие положения: тяжелая вода, имеющая плотность 1,104 г/см², накапливается у внутренней поверхности ротора 7; средняя вода, имеющая плотность 1 г/см², собирается в средней части рабочей полости ротора 7 и легкая вода, плотность которой ниже плотности средней воды, накапливается в нижней части рабочей полости ротора.

Тяжелая вода выводится из полости ротора через отверстия 26 и через систему проходов, выполненных в задней торцевой стенке 9 (кольцевой карман 23, отверстия 25 и кольцевая полость 24), поступает в осевой канал 13, выполненный в заднем концевом участке 12 вала, и направляется через канал 13 в сборник для тяжелой воды.

Средняя вода выводится из полости ротора через кольцевую щель 27 и далее через проходы (кольцевой карман 28, кольцевая полость 29 и отверстия 30) поступает в отверстие 15, выполненное в задней опоре 6, и сливается в сборник для средней воды.

Легкая вода по мере ее накопления в нижней части полости ротора 7 перемещается в сторону передней торцевой стенки 8 и выводится через выполненные в этой стенке отверстия 32, кольцевую полость 33 и канал 33а в осевой канал 11 переднего концевого участка 10 вала 2, откуда сливается в сборник легкой воды.

В случае установки в роторе двух труб 34 и 35 легкая вода по мере ее накопления в зоне, прилегающей к трубе 34, поступает в зазор 36 между трубами и перемещается внутри этого зазора в сторону передней торцевой стенки 8. Далее легкая вода выводится через выполненные в стенке 8 отверстия 32, кольцевую полость 33 и канал 33а в осевой канал 11 переднего концевого участка 10 вала 2, откуда сливается в сборник легкой воды.

Изобретение относится к технике разделения жидкостей на фракции с различными плотностями под действием центробежной силы и может быть использовано в пищевой, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также для получения тяжелой воды. Установка для разделения жидкостей содержит ротор, установленный в корпусе на проводном валу, размещенном в неподвижных опорах. Концевые участки вала имеют осевые каналы, а опоры вала имеют отверстия для подачи и слива жидкости. Передняя торцевая стенка ротора имеет систему проходов для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость ротора, а также проходы для отвода из ротора легкой фракции, которые сообщаются с осевым каналом в переднем концевом участке вала. В задней торцевой стенке предусмотрена система проходов, включающая соответственно проходы для отвода из ротора тяжелой фракции и средней фракции. Изобретение позволяет повысить производительность установки, обеспечить качественное и более тонкое разделение исходной жидкости на три фракции за один проход, сокращает время на разделение жидкости на большее количество фракций по сравнению с известными конструкциями. Установка позволяет также при разделении воды на три фракции по плотностям (тяжелую, среднюю и легкую) эффективно выделять тяжелую воду и бережно выводить ее из установки, исключая возможность смешивания с другими составляющими. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Установка для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям на три фракции, определяемые далее как тяжелая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наибольшим значением плотности, легкая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наименьшим значением плотности, и средняя фракция, плотность которой меньше плотности тяжелой фракции и больше плотности легкой фракции, содержащая корпус, приводной вал, установленный в передней и задней опорах, неподвижно закрепленных на корпусе, и ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе на приводном валу и имеющий переднюю торцевую стенку, расположенную со стороны передней опоры, и заднюю торцевую стенку, расположенную со стороны задней опоры, отличающаяся тем, что задний концевой участок вала имеет осевой канал, передняя и задняя опоры вала имеют отверстия соответственно для подачи и слива жидкости, передняя торцевая стенка ротора имеет систему проходов для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость ротора, сообщающуюся с одной стороны с отверстием для подачи жидкости, выполненным в передней опоре вала, а с другой стороны - с выполненными в передней торцевой стенке выходными отверстиями, служащими для подачи исходной жидкости в ротор, а также имеет проходы для отвода из ротора легкой фракции, в задней торцевой стенке предусмотрена система проходов, включающая соответственно проходы для отвода из ротора тяжелой фракции и средней фракции, при этом проходы для отвода из ротора тяжелой фракции сообщаются с одной стороны с выполненными в задней торцевой стенке, в зоне скопления в результате разделения жидкости тяжелой фракции, отверстиями, служащими для выпуска тяжелой фракции из ротора, а с другой стороны - с осевым каналом в заднем концевом участке вала, проходы для отвода из ротора средней фракции сообщаются с одной стороны с полостью ротора в зоне скопления в результате разделения жидкости средней фракции, а с другой стороны - с отверстием для слива жидкости, имеющимся в задней опоре вала.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что передний концевой участок вала имеет осевой канал, при этом проходы для отвода из ротора легкой фракции сообщаются с этим каналом.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в полости ротора установлены с возможностью вращения вместе с ротором радиальные лопасти.4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что радиальные лопасти закреплены в торцевых стенках ротора.5. Установка по п.3 или 4, отличающаяся тем, что радиальные лопасти установлены под одинаковым углом по отношению друг к другу.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходные отверстия, выполненные в передней торцевой стенке и служащие для подачи исходной жидкости в ротор, расположены по одной окружности.7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что выходные отверстия выполнены в виде щелей дугообразной формы.8. Установка по одному из пп.1, 6, 7, отличающаяся тем, что система проходов в передней торцевой стенке ротора для подачи разделяемой на фракции исходной жидкости в полость ротора включает выполненные в средней части торцевой стенки вокруг оси вала кольцевую полость и расположенные как минимум по одной окружности отверстия, сообщающиеся с отверстием для подачи жидкости, выполненным в передней опоре вала, и с кольцевой полостью, а также включает кольцевой карман, окружающий кольцевую полость и сообщающийся с одной стороны с выходными отверстиями, выполненными в передней торцевой стенке и служащими для подачи жидкости в ротор, а с другой стороны - с кольцевой полостью через каналы.9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что кольцевой карман разделен на секторы радиальными ребрами, служащими для нагнетания разделяемой жидкости в ротор через выходные отверстия в передней торцевой стенке.10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что проходы в задней торцевой стенке ротора, предназначенные для отвода из ротора тяжелой фракции, включают выполненные в этой торцевой стенке вокруг оси вала: кольцевой карман, сообщающийся с отверстиями в задней торцевой стенке, служащими для выпуска тяжелой фракции из ротора, кольцевую полость, сообщающуюся с осевым каналом заднего концевого участка вала, и расположенные как минимум по одной окружности отверстия, через которые сообщаются между собой кольцевой карман и кольцевая полость.11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что проходы для отвода из ротора средней фракции включают выполненные в задней торцевой стенке вокруг оси вала: кольцевую щель, сообщающуюся с полостью ротора в зоне скопления, в результате разделения жидкости, средней фракции, кольцевой карман, сообщающийся с кольцевой щелью, кольцевую полость, сообщающуюся с этим кольцевым карманом через каналы, и расположенные как минимум по одной окружности отверстия, сообщающиеся с одной стороны с кольцевой полостью, а с другой - с отверстием для слива жидкости, выполненным в задней опоре вала.12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит две расположенные одна в другой и с зазором между ними трубы, установленные коаксиально валу в полости ротора вне зоны разделения жидкости и закрепленные в торцевых стенках ротора, при этом зазор между трубами со стороны задней торцевой стенки сообщен с полостью ротора в зоне скопления, в результате разделения жидкости, легкой фракции, а со стороны передней торцевой стенки - с проходами для отвода из ротора легкой фракции.13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что проходы для отвода из ротора легкой фракции включают выполненные в передней торцевой стенке ротора и расположенные по окружности на пути выхода легкой фракции из зазора между трубами отверстия и кольцевую полость, сообщающуюся с одной стороны с этими отверстиями, а с другой - с осевым каналом переднего концевого участка вала.14. Способ изготовления установки для разделения жидкостей методом центрифугирования по плотностям на фракции, определяемые далее как тяжелая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наибольшим значением плотности, легкая фракция, соответствующая составляющей жидкости с наименьшим значением плотности, и средняя фракция, плотность которой меньше плотности тяжелой фракции и больше плотности легкой фракции, заключающийся в том, что предварительно формируют составные части установки: корпус, приводной вал, переднюю и заднюю опоры для вала, ротор и переднюю и заднюю торцевые стенки ротора, и производят сборку установки, осуществляя крепление передней и задней опор для вала на соответствующих частях корпуса, установку вала в комплекте с ротором и торцевыми стенками в опорах посредством подшипников, характеризующийся тем, что при формировании вала в его переднем и заднем концевых участках выполняют осевые каналы, в передней и задней опорах для вала выполняют отверстия для прохода жидкости, при формировании передней торцевой стенки ей придают форму диска с внутренней торцевой поверхностью, которая при установке передней стенки в роторе будет обращена к полости ротора, и наружной торцевой поверхностью, выполняют в диске отверстия, имеющие выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, формируют в диске систему проходов для исходной жидкости, подаваемой на разделение, сообщающуюся с отверстиями в этом диске и имеющую выход на наружную торцевую поверхность этого диска для сообщения с отверстием для прохода жидкости в передней опоре для вала, а также проходы для легкой фракции жидкости, выполняя их с одной стороны с обеспечением выхода на внутреннюю торцевую поверхность диска, а с другой - с обеспечением выхода на наружную торцевую поверхность диска для сообщения с осевым каналом в переднем концевом участке вала, при формировании задней торцевой стенки ей придают форму диска с внутренней торцевой поверхностью, которая при установке задней стенки в роторе будет обращена к полости ротора, и наружной торцевой поверхностью, выполняют в этом диске отверстия, имеющие выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, формируют в этом диске проходы для тяжелой фракции, сообщая их с одной стороны с отверстиями в диске, имеющими выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, и обеспечивая с другой стороны их выход на наружную торцевую поверхность диска для сообщения с осевым каналом в заднем концевом участке вала, а также формируют в этом диске проходы для средней фракции, выполняя их с одной стороны с обеспечением выхода на внутреннюю торцевую поверхность диска, а с другой стороны сообщают с отверстием для прохода жидкости в задней опоре для вала.15. Способ по п.14, характеризующийся тем, что при формировании в передней торцевой стенке системы проходов для исходной жидкости выполняют в средней части диска первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку, заглушают выемки со стороны их открытых торцев, создавая таким образом соответственно кольцевую полость и кольцевой карман, как минимум по одной окружности, центр которой совпадает с центром диска, формируют отверстия с выходом их в кольцевую полость и с возможностью сообщения их с отверстием для прохода жидкости, выполненным в передней опоре для вала, при этом при выполнении отверстий в диске, имеющих выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, обеспечивают их выход в кольцевой карман, который сообщают с кольцевой полостью через каналы.16. Способ по п.15, характеризующийся тем, что в полости кольцевого кармана выполняют радиальные ребра, разделяющие кольцевой карман на секторы.17. Способ по п.14, характеризующийся тем, что при формировании в передней торцевой стенке системы проходов для легкой жидкости выполняют в средней части диска кольцевую выемку и заглушают ее со стороны открытого торца, создавая таким образом кольцевую полость, выход из которой выполняют с возможностью сообщения этой полости с осевым каналом переднего концевого участка вала, выполняют в диске отверстия с расположением их по окружности, центр которой совпадает с центром диска, причем при выполнении отверстий обеспечивают их выход в кольцевую полость.18. Способ по п.14, характеризующийся тем, что при формировании в задней торцевой стенке системы проходов для тяжелой фракции выполняют в диске первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку, заглушают выемки со стороны их открытых торцов, создавая таким образом соответственно кольцевую полость и кольцевой карман, как минимум по одной окружности, центр которой совпадает с центром диска, формируют отверстия с выходом их в кольцевую полость и в кольцевой карман, при этом при выполнении отверстий в диске, имеющих выход на внутреннюю торцевую поверхность диска, обеспечивают их выход в кольцевой карман.19. Способ по п.14, характеризующийся тем, что при формировании в задней торцевой стенке системы проходов для средней фракции выполняют в диске первую кольцевую выемку и окружающую ее вторую кольцевую выемку, заглушают выемки со стороны их открытых торцов, создавая таким образом соответственно кольцевую полость и кольцевой карман, сообщают кольцевой карман с кольцевой полостью через каналы, выполняют в диске как минимум по одной окружности отверстия с обеспечением выхода их в кольцевую полость и с обеспечением возможности сообщения их с отверстием для прохода жидкости, выполненным в задней опоре вала, выполняют на внутренней торцевой поверхности диска кольцевую щель с выходом ее в кольцевой карман.20. Способ по п.14, характеризующийся тем, что при сборке установки в роторе размещают радиально к ротору лопасти и закрепляют их в торцевых стенках ротора.21. Способ по п.14, характеризующийся тем, что в установке дополнительно используют две трубы разного диаметра, которые при сборке установки размещают одна в другой с зазором между ними и коаксиально по отношению друг к другу и к приводному валу и закрепляют в торцевых стенках ротора.