ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 2009 года по МПК B04B1/20 

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных твердых материалов. Одним из наиболее динамично развивающихся типов разделительного оборудования являются непрерывно действующие центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Они нашли применение в химической, гидрометаллургической и горнодобывающей промышленности.

Известна высокопроизводительная осадительно-фильтрующая центрифуга американской фирмы «Decanter Machine Inc.», предназначенная для обезвоживания каменноугольной пыли после гидротранспортирования (см. Борц М.А., Бочков Ю.Н., Зарубин Л.С. «Шнековые осадительные центрифуги для угольной промышленности». Изд-во «Недра», М., 1970). Она содержит полый цилиндроконический ротор, внутри которого соосно размещен полый барабан с закрепленной на его наружной поверхности винтовой лентой или ленточной спиралью, соскребающей слой осадка с внутренней поверхности ротора. Ленточная спираль испытывает со стороны абразивного осадка противодействие в основном на наружную кромку и частично на атакующую поверхность, обращенную и сторону выгрузки. Поэтому для упрочнения поверхности шнека центрифуги ленточная спираль с торца и с атакующей стороны защищена керамическими пластинами трапециевидной формы, прикрепленными с помощью водостойкой клеевой композиции. Для разделения водных суспензий использование клеевых композиций вполне допустимо. Однако при работе с химически агрессивными суспензиями подобная защита неприемлема. При этом также значительно сокращается количество материалов, из которых возможно изготовление защитных пластин, поскольку в этом случае они должны быть не только износостойкими, но и коррозионно-устойчивыми в данной среде.

Известна осадительная центрифуга, шнек которой упрочнен по патенту Польши №132641, МПК В23К 31/04, публ. 30.04.86. Способ крепления вставок из карбидов металлов к стальным лопастям шнека заключается в том, что на лопастях, образующих винтовую поверхность шнека, выполняются радиальные щели, ширина которых равна ширине вставки, а глубина - меньше высоты вставки. Последняя устанавливается так, чтобы ее верхняя плоскость выступала над поверхностью лопастей, а боковые поверхности вставок располагались вдоль оси щелей. С помощью газовой горелки лопасти нагреваются до температуры около 475 К, а вставки - до 875 К, после чего заваривается шов и приваривается нижняя поверхность вставки к телу лопасти. Этот способ упрощает технологию крепления вставок и использование вставок небольших размеров при сохранении эксплуатационных свойств шнека.

Недостатком центрифуги является малый срок службы шнека, так как допускается ограниченное (два-три раза) количество замен вставок.

Известен способ крепления твердосплавных пластин к виткам шнеков осадительных центрифуг, основанный на том, что пластины предварительно припаиваются к державкам, а затем уже державки привариваются к шнеку. Существует также способ крепления пластин к державкам винтами. Оба способа описаны в заявке США №366102, приоритет 06.04.82, НКИ 494/53. Оба они неудобны: в первом случае пластину нельзя заменить без нагрева шнека и зачистки державки, во втором необходимо законтривать винты против самопроизвольного раскручивания из-за вибраций центрифуги.

Взамен этих способов предложен способ упрочнения поверхности шнека центрифуги по патенту США №4416656, МПК В04В 1/20, публ. 22.11.83, предлагающий крепить пластины к державкам на заклепках, которые легко высверлить или срезать при операции замены пластины.

Во время заводской сборки клепка производится до приварки державок к шнеку. Недостатки - трудоемкость операций по укреплению витков шнеков и ограниченный срок службы шнека, поскольку державки к его виткам привариваются, а при их срезании деформируются витки, в результате чего замену державок можно производить лишь два-три раза.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является центробежный аппарат по патенту США №3764062, МПК В04В 1/00, 1/20, 1973, содержащий цилиндроконический полый ротор, установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса - барабана и укрепленной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой. Это техническое решение принято за прототип.

Защитные пластины в устройстве - прототипе подвергают для повышения твердости закаливанию и крепят к ленточной спирали заклепками или посредством сварки. При укреплении спирали шнека термозакаленными пластинами или пластинами, изготовленными из карбидовольфрамовой композиции, существенно удлиняется срок службы шнека и центрифуги. Но устройство-прототип с защищенным от абразивного износа шнеком не обладает коррозионной стойкостью к агрессивным, в частности к азотно-солянокислым средам. Кроме того, медьсодержащие припои, которыми пластины из карбидовольфрамового сплава припаиваются к металлу шнека, еще менее стойки в коррозионном отношении, чем сами пластины. В соответствии с патентом США №3764062 возможно использование защитных пластин, изготовленных из того же материала, что и шнек. При этом срок защитного действия таких пластин невелик по причине их абразивного износа. Иными словами, решение-прототип обусловливает сокращение срока службы шнека и увеличение затрат на его ремонт, особенно в случае крепления пластин к ленточной спирали посредством сварки, поскольку такое крепление не может быть многократным, как, например, крепление заклепками.

Вышеперечисленных недостатков лишена заявляемая центрифуга, предназначенная для непрерывного разделения суспензий, содержащих частицы в основном из абразивных твердых материалов. Она, как и прототип, содержит цилиндроконический полый ротор и соосно установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса-барабана и размещенной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой. Заявляемая центрифуга отличается от прототипа тем, что защитные пластины выполнены в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, открытого в сторону стенки ротора.

В соответствии с п.2 формулы изобретения толщина защитных лент, составленных из секторов, и их крепление к спирали обеспечивают возможность их упругой деформации относительно спирали в поперечном к ее боковой поверхности направлении.

На прилагаемых к заявке чертежах представлен вариант выполнения заявляемого технического решения. На фиг.1 изображен общий вид заявляемой центрифуги, а на фиг.2 - вид А в увеличенном масштабе, где показано крепление упрочняющих лент из секторов к спирали шнека.

Центрифуга для разделения суспензий содержит цилиндроконический полый ротор 1 и установленный в нем шнек 2 для транспортирования осадка. Шнек 2 состоит из корпуса-барабана 3 и размещенной на его наружной поверхности ленточной спирали 4, по всей длине которой с обеих сторон прикреплены защитные ленты, составленные из секторов 5 и закрепленные, например, с помощью заклепок 6. Ленточная спираль 4 размещена на наружной поверхности барабана 3, установленного соосно с ротором 1 центрифуги. Защитные сектора 5 прикреплены к спирали 4 шнека 2 так, что наружные их части консольно выступают по направлению к ротору 1 за кромку спирали 4. В результате кромка спирали 4 и примыкающие к ней с обеих сторон защитные сектора 5 образуют в поперечном сечении желоб, открытый в сторону ротора 1. Желоб имеет длину, равную длине ленточной спирали 4 по кромке.

Торцы защитных секторов 5 установлены к внутренней поверхности ротора 1 с зазором, размер которого соизмерим с размерами абразивных частиц в исходной суспензии. Поскольку сектора 5 выполнены из металлического листа небольшой толщины и прикреплены к спирали 4 точечно, например с помощью заклепок 6, этим обеспечивается возможность их упругой деформации под воздействием небольших усилий со стороны осадка в поперечном сечении по отношению к боковым поверхностям ленточной спирали 4.

Центрифуга с заявленными конструктивными признаками работает следующим образом. После запуска, то есть после достижения подвижными узлами машины номинального числа оборотов, в нее для разделения на твердую и жидкую составляющие подают с заданным расходом исходную суспензию с твердыми частицами, обладающими абразивными свойствами. Под действием центробежных сил твердые частицы, как более плотные по сравнению с жидкостью, оседают на внутренней поверхности вращающегося ротора 1, в котором вращается коаксиально установленный в нем шнек 2. Ленточной спиралью 4 шнека 2 осевшие в роторе частицы твердой фазы поступательно перемещаются к выгрузному отверстию. При этом через зазоры между поверхностью ротора 1 и торцами защитных секторов 5 отдельные частицы твердой фазы попадают внутрь желоба, постепенно заполняя его, после чего торцом ленточной спирали становится поверхность, образованная внутри желоба твердыми частицами. Иными словами, с момента заполнения желоба твердой фазой при выгрузке происходит трение осадка по осадку, в результате чего защитные сектора 5 ленточной спирали 4 по торцам не изнашиваются.

При большом содержании твердой фазы в исходной суспензии на поверхности ротора 1 образуется слой осадка значительной толщины. При этом с осадком контактирует также атакующая поверхность защитной ленты, составленной из секторов 5. Но вследствие их небольшой толщины, консольности и способности деформироваться под действием перемещаемого осадка происходит очень незначительный износ атакующей поверхности секторов 5 из-за их податливости (аналогично тому, как не поддаются истиранию движущиеся в абразивной среде гуммированные детали).

Таким образом, применение тонких защитных секторов, изготовленных из стойких в коррозионном отношении в данной жидкой среде металлов, одновременно решает задачу защиты ленточной спирали от абразивного износа. Конечно, и эта защита не гарантирует безремонтную работу шнека в течение всего срока службы центрифуги. Однако замена защитных секторов на новые при креплении их с помощью заклепок или винтов не является столь серьезной по трудозатратам и стоимости по сравнению с известными решениями.

И, наконец, предложенное техническое решение допускает реверсивную работу шнека, то есть вращение его как по часовой стрелке, так и против, так как обе поверхности спирали шнека защищены идентично. Способ кратковременного реверсирования в непрерывно действующих машинах используют в случае забивания твердой фазой всего пространства между шнеком и ротором для разрыхления осадка и последующего его удаления из центрифуги.

Изобретение относится к центрифуге для разделения суспензий, содержащих частицы абразивных твердых материалов в химической, гидрометаллургической и горнодобывающей промышленности. Центрифуга содержит цилиндроконический полый ротор, установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса - барабана и размещенной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой. Защитные пластины выполнены в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, открытого в сторону стенки ротора. Технический результат устройства заключается в увеличении срока службы шнека, а также в уменьшении затрат на его ремонт. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центрифуга для разделения суспензий, содержащая цилиндроконический полый ротор, установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса-барабана и размещенной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой, отличающаяся тем, что защитные пластины выполнены в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, открытого в сторону стенки ротора.2. Центрифуга для разделения суспензий по п.1, отличающаяся тем, что толщина защитных секторов и их крепление к ленточной спирали выполнены с возможностью их упругой деформации относительно спирали в поперечном к ее боковой поверхности направлении.