СЕПАРАТОР С ПРЯМЫМ ПРИВОДОМ Российский патент 2011 года по МПК B04B9/02 

Настоящее изобретение относится к сепаратору, описанному в ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Из уровня техники известны подобные сепараторы, предусматривающие также их использование в промышленности, в частности, предусматривающие возможность работы в непрерывном режиме.

Известны конструкции сепараторов, в которых барабан, приводной вал и приводной электродвигатель жестко соединены в один конструктивный узел, который упруго опирается на станину. Примеры таких устройств известны из патентных документов FR 1287551, DAS 1057979 и DE 4314440 С1. Недостаток этих устройств состоит в том, что они сравнительно громоздки, а для приведения в движение устройств большой массы необходимо принимать меры по демпфированию вибраций.

В документе DE 2005001539 U1 представлен сепаратор с бесступенчатой передачей.

Из уровня техники также известны устройства, раскрытые в патентных документах СН 329841, СН 107681, US 2040351 и WO 99/42221 А1.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить другое решение и реализовать компактный, недорогой в производстве сепаратор, предусматривающий возможность отделения зоны двигателя от зоны подшипникового узла.

Указанная задача решается посредством изобретения, раскрытого в п.1 формулы.

В соответствии с изобретением статор жестко соединен со станиной; ротор электродвигателя, приводной вал, центрифугирующий барабан сепаратора и, предпочтительно, корпус образуют узел, упруго опирающийся на станину и вибрирующий при работе; причем весь подшипниковый узел для приводного вала установлен между двигателем и барабаном.

Так как статор опирается непосредственно на станину, а ротор расположен прямо на валу, можно реализовать весьма компактную в вертикальном направлении конструкцию, используя всего лишь нескольких конструктивных элементов.

Предлагаемое расположение подшипникового узла между двигателем и барабаном позволяет обеспечить короткую в аксиальном направлении конструкцию, в которой, подшипниковый узел и двигатель конструктивно отделены или могут быть отделены друг от друга так, что средства смазки подшипникового узла можно располагать отдельно от двигателя, в отличие от конструкций, в которых двигатель расположен между промежуточным подшипником и упорным подшипником. Тем не менее двигатель, в частности его статор, по-прежнему может опираться прямо на станину.

Сама по себе мера, заключающаяся в том, что статор опирается прямо на станину, а ротор расположен непосредственно на приводном валу, известна из документов DE 596402 A, DE 545120 А и GB 368247. Однако, так как здесь подшипники аксиально установлены в зоне двигателя или аксиально с обеих сторон двигателя, отделить зону двигателя от подшипников невозможно. Обеспечение данного преимущества возможно только с помощью предлагаемой конструкции.

Вибрирующий узел, в частности, рассчитан так, что аксиальный и радиальный центр вращения, в частности прецессионного движения, лежит в аксиальном или радиальном центре ротора или не так далеко от него, так что ротор уже не может свободно вращаться в корпусе. Таким образом предотвращают возможность контакта между ротором и барабаном.

Благодаря этой мере конструкция привода позволяет минимизировать относительное движение статора и ротора, обусловленное конструкцией согласно изобретению, поэтому появляется возможность поместить ротор в вибрирующей системе, а статор - в/на невибрирующей станине, что обеспечивает компактность и невысокую стоимость конструкции. Кроме того, масса вибрирующих элементов системы остается небольшой, так как в движении участвует только ротор двигателя.

Для согласования вибраций предпочтительно применяют «сверхкритический» расчет, так что вибрирующая система, состоящая из барабана, вала и ротора, рассчитана таким образом, что имеет низкую частоту собственных колебаний и установлена с помощью ультравтулок, причем частота собственных колебаний лежит ниже и сравнительно далеко от обычного диапазона рабочих частот вращения барабана. Преимущество заключается в том, что при работе эта система вращается сравнительно стабильно и лишь с незначительными отклонениями, так как резонансная частота проходится уже во время пуска при относительно низкой частоте вращения барабана.

Предпочтительно, ротор соединен непосредственно с приводным валом без возможности вращения относительно него или выполнен с валом как единое целое. Таким образом, можно отказаться от элементов, удлиняющих конструкцию. Кроме того, еще больше уменьшаются расходы на изготовление.

Предпочтительные варианты реализации изобретения отражены в зависимых пунктах формулы.

Ниже изобретение описано более подробно на основе одного из примеров его реализации, описание сопровождается чертежами. На чертежах:

На Фиг.1 в разрезе схематично показан сепаратор согласно первому варианту реализации изобретения;

на Фиг.2 в разрезе схематично показан сепаратор согласно второму варианту реализации изобретения;

на Фиг.3 в разрезе схематично показан участок сепаратора согласно третьему варианту реализации изобретения.

На Фиг.1 показан сепаратор 1 с центрифугирующим барабаном 2, имеющим вертикальную ось вращения D, причем барабан окружен кожухом 17. Барабан 2 насажен на приводной вал 3. Вал установлен в корпусе 6 с возможностью вращения посредством подшипникового узла, который в данном случае содержит промежуточный подшипник 4 (верхний подшипник) и упорный подшипник 5 (нижний подшипник). В данном случае промежуточный подшипник 4 содержит, например, два подшипника качения. В качестве промежуточного подшипника 4 вполне возможно применение и других конструкций (здесь они не показаны), например только с одним подшипником качения.

Зона привода показана в разрезе под крышкой 32 подшипникового узла. В зоне барабана и кожуха вал 3 не показан.

Линия подачи - в данном случае подводящая труба 18 выполнена с возможностью подачи жидкости в барабан. В барабан предпочтительно вставлен пакет тарелок (на чертеже не показан), причем барабан предпочтительно рассчитан на непрерывную работу.

Корпус 6 опирается на станину 8 посредством упругих элементов, предпочтительно с помощью ультравтулок 7. В данном случае по периферии между фланцем 9 корпуса 6 и верхней стенкой 10 станины 8 расположено несколько ультравтулок 7, причем продольные оси L ультравтулок 7 находятся под углом к валу. Угол α между валом 3 или осью вращения D и втулками 7 предпочтительно лежит в пределах от 30° до 60°.

В качестве привода используется привод с (электро) двигателем 11, который имеет корпус со статором 12 или обмоткой статора и ротор 13. Предпочтительно, двигатель 11 не имеет отдельной подшипниковой опоры, благодаря чему обеспечивается снижение стоимости конструкции. Подшипниковый узел расположен между двигателем 11 и барабаном 1. Следовательно, ротор 13 установлен несложным образом и предпочтительно в виде навесной обмотки на валу 3. Таким образом, как ни удивительно, можно отказаться от использования отдельных подшипников двигателя, которые обычно предусмотрены в двигателях для сепараторов для реализации жесткого позиционирования ротора 13 относительно статора 12 двигателя. Вал 3 соединен с ротором 13 напрямую, то есть, предпочтительно, без промежуточных элементов, например муфт.

Напротив, корпус двигателя установлен на станине 8, то есть опирается на нее, неподвижно и без подпружинивания.

Таким образом, центрифугирующий барабан 1 с валом 3, ротор 13 двигателя и корпус 6 образуют вибрирующий узел, упруго опирающийся на станину 8, тогда как статор 12 к этому узлу не относится, поэтому между ротором 13 и статором 12 происходит относительное движение.

Привод сепаратора выполнен таким образом, что центр М вращения вибрирующей системы (барабан 2 также при работе совершает прецессионное движение) совпадает с аксиальным и радиальным центром ротора 13. В идеальном случае центр М вращения и центр ротора точно совпадают, как показано на Фиг.1. Однако вполне допустимо, чтобы они незначительно отличались друг от друга при соблюдении условия, что ротор 13, вибрирующий вместе с валом 3, сможет свободно вращаться в статоре 12, не соприкасаясь с ним.

Положение центра М вращения вибрирующей системы или вибрирующего узла определяется ультравтулками 7 и их расположением. Перпендикуляры S к продольным осям L ультравтулок 7, проходящие через середину этих продольных осей, пересекаются точно в центре М вращения.

Благодаря этому привод сепаратора выполнен так, что относительное движение статора 12 и ротора 13, возникающее при работе устройства, снижается до минимума.

На нижнем конце приводного вала установлена крыльчатка 14, которая в данном случае всасывает воздух снизу через отверстие 15 в станине, подает его через двигатель и выпускает через еще одно отверстие 16 в станине 8.

Для создания достаточной разности давлений статор 12 уплотнен снизу по направлению к станине 8, а средства подачи воздуха или отверстие 15 расположены непосредственно под валом 3. Таким образом, при помощи крыльчатки 14 простым способом реализуется конструкция, действующая подобно насосу.

Крыльчатка также может приводиться во вращение посредством собственного (небольшого) привода, позволяя таким образом реализовать «внешний вентилятор», т.е. независимый вентилятор, не соединенный с приводным валом сепаратора. Преимущество такого исполнения состоит в том, что вентиляция не зависит от частоты вращения ротора, так что обеспечивается равномерное охлаждение.

Если использование воздушного потока нежелательно, можно применить систему охлаждения на основе воды, подобную обычной системе, используемой для водяного охлаждения двигателей. В этом случае конструкция станины может предусматривать наличие соответствующей герметизации.

На Фиг.2 показана конструкция, в которой в станине 8 предусмотрена перегородка 19, отделяющая аксиальную секцию с двигателем 11 от аксиальной секции, в которой расположен подшипниковый узел с промежуточным подшипником 4 и упорным подшипником 5. Перегородка 19 подведена вплотную к приводному валу, но не вращается вместе с ним. Оба отверстия в станине - как отверстие 15 для всасывания воздуха через двигатель 11, так и отверстие 16 для выпуска этого воздуха - размещены под перегородкой в нижней аксиальной секции станины. Станина 8 может быть выполнена полностью закрытой в нижней секции, за исключением участков расположения отверстий 15 и 16.

Средства смазки подшипников (не показаны), напротив, помещены в секции, расположенной выше перегородки.

На Фиг.3 показан еще один вариант реализации устройства, показанного на Фиг.1 и 2. Не показанные на Фиг.3 элементы устройства аналогичны соответствующим элементам сепараторов, показанных на Фиг.1, 2.

Подшипниковый узел для приводного вала 3, как показано на Фиг.1, полностью расположен выше двигателя 11.

В соответствии с Фиг.3 на валу 3 установлена чашеобразная гильза 21, соединенная с валом 3 без возможности вращения относительно вала. При этом гильза 21 имеет верхнюю, полую внутри трубчатую часть 22 и нижнюю дискообразную часть 23, соединенную с валом 3 и через которую проходит указанный вал в направлении вниз.

Корпус 6 подшипника имеет верхний фланец 24 и нижнюю трубчатую часть 25, которая проходит через верхнее отверстие в станине 8 и своим нижним концом входит в открытую сверху гильзу 21. Двигатель установлен под гильзой 21 (здесь это не показано).

При вращении вала масло для смазывания подшипников 4, 5 подшипникового узла собирается на внутренней боковой поверхности трубчатой части 22 гильзы 21.

На верхнем конце трубчатой части 22 образована выступающая внутрь кольцевая закраина 26. Благодаря этому между внутренней верхней закраиной 26, внутренним периферическим краем трубчатой части 22, нижней дискообразной частью 23 и приводным валом 3 образована кольцеобразная камера 28 для смазочной пленки.

В эту камеру 28 выступает трубчатый элемент или выступ 29, проходящий радиально от нижней трубчатой части корпуса 6 подшипникового узла наружу в камеру 28 для смазочной пленки.

Этот трубчатый элемент или выступ 29 переходит в отводящий канал 30 для смазки и действует подобно насосу или скребку для снятия смазочного средства, который не участвует во вращении и который сначала проходит радиально внутрь, а затем вверх в корпус подшипникового узла и выходит из него.

При помощи выступа 29 в виде собирающего диска и находящегося ниже по потоку отводящего канала 30 при вращении барабана или вала 3 можно, как и при использовании насоса, под давлением отводить смазочное средство из камеры 28 и направлять его обратно в подшипниковый узел, например, по трубопроводу 31, расположенному ниже по потоку относительно невращающегося корпуса подшипника. При этом не возникает никакого тумана или брызг. В трубопровод 31 могут быть включены устройства разных типов, например фильтр 20 и/или радиатор. Благодаря тому, что данное средство действует подобно насосу, можно отказаться от использования насоса в виде отдельного или внешнего устройства. Тем не менее опционально такой насос может быть предусмотрен, например, чтобы подавать масло для смазывания подшипников качения подшипникового узла (здесь это не показано).

При реализации варианта, показанного на Фиг.3, могут также отказаться от перегородки 19, так как камеру для смазки подшипников закрывает сама гильза 21.

Ссылочные обозначения

Сепаратор 1 Центрифугирующий барабан 2 Приводной вал 3 Промежуточный подшипник 4 Упорный подшипник 5 Корпус 6 Ультравтулки 7 Станина 8 Фланец 9 Стенка 10 Двигатель 11 Статор 12 Ротор 13 Крыльчатка 14 Отверстие в станине 15 Отверстие 16 Кожух 17 Линия подачи 18 Перегородка 19 Фильтр 20 Гильза 21 Трубчатая часть гильзы 22 Дискообразная часть гильзы 23 Фланец 24 Трубчатая часть корпуса 25 Закраина 26 Закраина 27 Камера для смазки 28 Выступ 29 Отводящий канал 30 Трубопровод 31 Продольные оси L Ось вращения D Центр вращения М Угол α

Изобретение относится к центрифугам и касается сепаратора с прямым приводом, содержит центрифугирующий барабан с вертикальной осью вращения и линию подачи материала, подлежащего центрифугированию, приводной вал центрифугирующего барабана, установленный с возможностью вращения в корпусе, который упруго опирается на станину; и приводную систему с электродвигателем, содержащим статор и ротор, установленный соосно с приводным валом. Статор неподвижно зафиксирован на станине. Ротор, приводной вал, центрифугирующий барабан и корпус образуют узел, вибрирующий во время работы и упруго опирающийся на станину. Установочные средства расположены между двигателем и барабаном. Изобретение обеспечивает создание компактного сепаратора с возможностью отделения зоны двигателя от зоны подшипникового узла. 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сепаратор (1), содержащий:
a) центрифугирующий барабан (2) с вертикальной осью вращения (D) и линией подачи материала, подлежащего центрифугированию;
b) приводной вал (3) центрифугирующего барабана с возможностью вращения, установленный в корпусе (6) посредством подшипникового узла и с упругой опорой на станину (8);
c) привод с электродвигателем (11), содержащим статор (12) и ротор (13), расположенный соосно с приводным валом (3);
отличающийся тем, что
d) статор (12) жестко соединен со станиной (8);
e) ротор (13), приводной вал (3), центрифугирующий барабан (2) и предпочтительно корпус (6) образуют узел, упруго опирающийся на станину (8) и вибрирующий при работе сепаратора;
f) причем подшипниковый узел расположен между двигателем (11) и барабаном (1).

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что привод сепаратора выполнен таким образом, что центр вращения (М) вибрирующего узла находится в аксиальном и радиальном центре (М) ротора.

3. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что ротор (13) соединен напрямую с приводным валом (3) без возможности вращения относительно него или выполнен с валом как единое целое.

4. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что центр вращения (М) и центр (М) ротора разнесены друг от друга настолько, что обеспечена возможность свободного вращения вибрирующего вместе с валом (3) ротора (13) в статоре (12), при котором ротор не соприкасается со статором.

5. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что упругая опора на станину (8) реализована посредством ультравтулок (7), продольная ось (L) которых направлена под углом к оси вращения (D) и/или валу (3).

6. Сепаратор по п.5, отличающийся тем, что ультравтулки (7) расположены под углом (α) от 30 до 60° к оси вращения.

7. Сепаратор по п.6, отличающийся тем, что перпендикуляры (S) к продольным осям (L) ультравтулок, проходящие через центры этих продольных осей, пересекаются в центре (М) ротора (13).

8. Сепаратор по п.7, отличающийся тем, что подшипниковый узел содержит промежуточный подшипник (4) и упорный подшипник (5).

9. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что на нижнем конце приводного вала расположена крыльчатка (14).

10. Сепаратор по п.9, отличающийся тем, что крыльчатка (14) выполнена таким образом, что предусматривает возможность всасывания воздуха из пространства, окружающего станину снизу через отверстие (15) в станине.

11. Сепаратор по п.10, отличающийся тем, что станина имеет дополнительное отверстие (16) для вытекающего воздуха.

12. Сепаратор по п.11, отличающийся тем, что статор (12) выполнен с возможностью уплотнения в нижней части относительно станины (8), а отверстие (15) расположено непосредственно под валом.

13. Сепаратор по п.12, отличающийся тем, что двигатель (11) не имеет собственной подшипниковой опоры.

14. Сепаратор по п.13, отличающийся тем, что ротор (13) установлен в виде навесной обмотки на приводном валу.

15. Сепаратор по п.14, отличающийся тем, что перегородка (19) в станине (8) отделяет аксиальную секцию с расположенным в ней двигателем (11) от аксиальной секции, в которой расположен подшипниковый узел.

16. Сепаратор по п.15, отличающийся тем, что оба отверстия: отверстие (15) для всасывания воздуха через двигатель (11) и отверстие (16) для отвода воздуха размещены под перегородкой (19) в нижней аксиальной секции станины (8).

17. Сепаратор по п.16, отличающийся тем, что в нижней секции, расположенной под перегородкой (19), станина (8) выполнена полностью закрытой за исключением участков расположения отверстий (15) и (16).

18. Сепаратор по п.17, отличающийся тем, что средства смазывания подшипников выполнены в зоне, расположенной выше перегородки (19).

19. Сепаратор по п.18, отличающийся тем, что на приводном валу (3) установлена чашеобразная гильза (21), соединенная с валом (3) без возможности вращения относительного него, причем вал (3) проходит вниз через указанную гильзу.

20. Сепаратор по п.19, отличающийся тем, что гильза (21) имеет верхнюю, полую внутри, трубчатую часть (22) и нижнюю дискообразную часть (23), соединенную с приводным валом, причем корпус (6) подшипникового узла имеет нижнюю трубчатую часть (25), которая входит в гильзу (21).

21. Сепаратор по п.20, отличающийся тем, что на верхнем конце трубчатой части (22) выполнена выступающая внутрь кольцевая закраина (26).

22. Сепаратор по п.21, отличающийся тем, что гильза (21) ограничивает камеру (28) для смазки.

23. Сепаратор по п.22, отличающийся тем, что в камере (28) для смазки имеется трубчатый элемент или выступ (29), проходящий радиально от нижней трубчатой части корпуса (6) подшипникового узла в направлении наружу в камеру (28), который переходит в отводящий канал (30) для смазочного средства и действует подобно насосу или скребку, не участвующему во вращении.