ШНЕКОВАЯ ЦЕНТРИФУГА СО СПЛОШНЫМ БАРАБАНОМ И ВЫПУСКНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ ДЛЯ ЧАСТИЧНОГО ОПОРОЖНЕНИЯ И УДАЛЕНИЯ ОСТАТКОВ ПРОДУКТА ИЗ БАРАБАНА Российский патент 2012 года по МПК B04B1/20 B04B11/02 

Данное изобретение относится к шнековой центрифуге со сплошным барабаном в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

Шнековые центрифуги со сплошным барабаном известны в различных конструктивных формах. Во время выбега барабана при оборотах ниже предельной частоты вращения кольцо жидкости в барабане разрушается, поэтому остаточная жидкость собирается в нижней части барабана. Известен способ, позволяющий осуществлять полное опорожнение оставшейся после этого жидкости или предотвратить опорожнение через сторону твердой фазы или сторону жидкой фазы, который заключается в том, что остаточную жидкость отводят через отдельные выпускные отверстия, в которые согласно соответствующему патентному документу DE 4130759 А1 вставлены, например, подпружиненные клапаны или задвижки.

Кроме того, из уровня техники известна публикация DE 3620912. В этом документе предложено осуществлять отвод жидкости только через отверстия в кожухе барабана, с которыми сопряжены конические регулировочные элементы, которые в каждом случае могут приводиться в действие посредством отдельных поршневых цилиндров или задвижек. Еще одна конструкция, соответствующая состоянию техники, раскрыта в документе DE 3911320 А1.

Описанные выше конструкции сравнительно дорогостоящи и склонны к отказам. Поэтому задачей данного изобретения является упрощение этих конструкций.

В изобретении эта задача решается благодаря объекту по пункту 1.

Согласно отличительным признакам пункта 1 формулы изобретения, по меньшей мере, с одним или несколькими дополнительными выпускными отверстиями в качестве запорного устройства сопряжено кольцо, установленное с возможностью перемещения в аксиальном направлении относительно оси барабана и во время эксплуатации вращающееся вместе с барабаном, с которым сопряжен приводной механизм, посредством которого это кольцо может быть перемещено в положение открывания выпускного отверстия(ий) и в положение полного закрывания выпускного отверстия(ий). Такая конструкция отличается простотой и высокой надежностью в эксплуатации, так как в ней не применяются подверженные сбоям клапанные устройства и отдельные задвижки.

Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет посредством лишь одного общего приводного механизма открывать и закрывать все выпускные или сливные отверстия. При применении «мойки оборудования в процессе» (МОП) предварительный останов барабана не требуется, так как программу МОП можно запустить сразу же после опорожнения при вращающемся барабане и даже без снижения частоты вращения.

При останове простым способом избегают нежелательного удаления остатков продукта, в частности в сторону твердой фазы. Напротив, в оборудовании, соответствующем уровню техники, при обрушении зеркала жидкости вследствие снижения частоты вращения при некоторых обстоятельствах происходит выплескивание жидкости через стоки барабана. Также можно избежать колебаний жидкости при остановке барабана.

Из уровня техники следует назвать также документ DE 10209025 А1, в котором на фиг.4 раскрыто кольцо, которое может перемещаться в аксиальном направлении вне отверстия барабана, но не может закрыть это отверстие, так как в этой области наружный диаметр кольца больше наружного диаметра барабана, так что между этими элементами - барабаном и кольцом - всегда остается зазор. Напротив, в изобретении кольцо закрывает выпускные отверстия полностью, так как внутренний диаметр кольца, предпочтительно замкнутого по периметру, и наружный диаметр барабана соответствующим образом согласованы друг с другом.

Предпочтительно приводной механизм выполнен в виде струйного, в частности гидравлического, приводного механизма. Такой приводной механизм имеет простую конструкцию и очень надежен в эксплуатации, к тому же он сравнительно просто реализуется на вращающемся барабане.

В наиболее просто реализуемом и экономичном варианте выпускные отверстия выполнены в виде отверстий в кожухе барабана, в частности просверленных или удлиненных отверстий. Последний вариант также позволяет особенно эффективно выгружать твердую фазу, так как удлиненные отверстия могут иметь сравнительно большое поперечное сечение. Удлиненные отверстия предпочтительно проходят вдоль периметра.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выпускные отверстия в аксиальном направлении помещены перед непрерывно действующим устройством выгрузки жидкой фазы, которая, в частности, осуществляется посредством дроссельного диска или дополнительных отверстий в крышке барабана.

При этом особенно предпочтительно, чтобы выпускные отверстия были выполнены в кожухе барабана так, что в радиальном направлении они расположены вне пакета разделительных и/или осветлительных тарелок, причем пакет осветлительных тарелок расположен по потоку перед устройством непрерывной выгрузки жидкой фазы. Пакеты тарелок в декантаторах известны, например, из документа DE 10065060 А1.

Дополнительные выпускные отверстия целесообразны как раз в этой области, так как их могут использовать не только для выпуска остаточной жидкости, но и для частичного опорожнения (например, частичного объема 10 л) в процессе производства или переработки с полной частотой вращения.

В качестве альтернативы можно реализовать размещение выпускных отверстий в крышке барабана.

Благодаря этому, в частности, во время эксплуатации при быстро вращающемся барабане могут осуществлять отвод текучей твердой фазы или продукта, накопившегося на внутреннем периметре кожуха в этой аксиальной области барабана.

Также известны, например из DE 3821486 А1 и DE 3829158 A1, саморазгружающиеся барабанные сепараторы другого типа, которые имеют кольцевые задвижки для закрывания отверстий для выгрузки твердой фазы. Напротив, в соответствующем изобретению сосуде предусмотрены дополнительные разгрузочные отверстия, которые не заменяют отверстия для непрерывной выгрузки твердой фазы на коническом конце барабана, а дополняют их, в частности, чтобы упростить удаление из барабана остатков продукта.

Дополнительные предпочтительные варианты приведены в остальных зависимых пунктах.

Далее изобретение более подробно раскрыто на основе одного из примеров реализации. На чертежах показано следующее.

Фиг.1. Разрез первой шнековой центрифуги со сплошным барабаном в первом рабочем положении.

Фиг.2. Разрез второй шнековой центрифуги со сплошным барабаном.

Фиг.3. Щнековая центрифуга по фиг.2 во втором рабочем положении.

Фиг.4. Разрез третьей шнековой центрифуги со сплошным барабаном в первом рабочем положении.

Фиг.5. Известная шнековая центрифуга со сплошным барабаном.

На фиг.5 изображена шнековая центрифуга со сплошным барабаном 1, вращающимся вокруг горизонтальной оси вращения и имеющим цилиндрический участок 2 и конический участок 3. В барабане 1 размещен вращающийся шнек 4, причем конструкция и режим эксплуатации таковы, что при работе барабан 1 и шнек 4 имеют разницу в частоте вращения, как правило, незначительную. Подшипник барабана обозначен позицией 26.

Шнековая центрифуга со сплошным барабаном предназначена для разделения по меньшей мере на одну твердую фазу и одну или несколько жидких фаз продукта, поданного в центробежную камеру 7 барабана 1 через подводящую трубу 5 и распределитель 6. Из-за разности в плотности твердая фаза собирается в барабане 1 на периферии, откуда она непрерывно выгружается шнеком из барабана 1 в направлении устройства 8 выгрузки твердой фазы на сужающемся конце барабана 1, а затем через устройство 8.

Напротив, по меньшей мере, одна жидкая фаза непрерывно отводится на противоположном конце барабана, по крайней мере, через одно устройство выгрузки жидкой фазы.

В соответствии с изобретением выгрузка жидкой фазы из барабана рассматриваемого типа, изображенного на фиг.5, может быть реализована различным способом. Конструкции, которые могут быть применены в сосуде, который в остальном может соответствовать фиг.5, показаны на фиг.1-4.

Так, крышка 14, закрывающая барабан 1 на цилиндрическом конце, как правило, имеет, по меньшей мере, одно проходное отверстие 9 в виде затвора, это отверстие образует устройство выгрузки жидкой фазы (схематично показано на фиг.2 и 3). Однако возможен и отвод другого вида, например, посредством дроссельного диска 22 (фиг.1). Если необходимо отводить несколько жидких фаз, то их отводят через устройства выпуска жидкой фазы на различных радиусах центробежной камеры 7. Выгрузка жидкой фазы происходит непрерывно.

По сравнению с известной конструкцией, показанной на фиг.5, изображенная на фиг.1 центрифуга в дополнение или в качестве модифицированного варианта имеет дополнительные выпускные отверстия 10, в данном случае предпочтительно распределенные по наружному периметру кожуха барабана, с которыми сопряжен затвор, позволяющий открывать и закрывать эти отверстия во время работы барабана 1. Предпочтительно по периметру распределено, по меньшей мере, три, в частности четыре или более, выпускных отверстий 10.

То, что выпускные отверстия 10 выполнены и распределены непосредственно в кожухе 15 барабана, дает то преимущество, что их можно выполнить просто как отверстия в этой детали, и нет необходимости проводить выпускные каналы через крышку 14 барабана.

Затвор для выпускных отверстий 10 в соответствии с фиг.1 выполнен в простом конструктивном исполнении в виде цилиндрического кольца 11, которое во время работы вращается вместе с барабаном 1 и расположено с возможностью аксиального перемещения на барабане 1 и/или крышке 14, и/или детали, соединенной с крышкой барабана.

Таким образом можно обеспечить прерывистость отвода жидкой фазы из барабана 1, то есть отвода, осуществляемого только в соответствующем рабочем режиме.

В аксиальном направлении выпускные отверстия 10 выполнены на небольшом расстоянии от концевого участка кожуха барабана, обращенного к крышке 14. На своем аксиальном конце кожух барабана перед крышкой 14 имеет бурт 15, выступающий в радиальном направлении и снабженный уступом 12. В соответствии с фиг.1-3 выпускные отверстия предпочтительно выполнены в этой области.

Кольцо 11 помещено здесь с возможностью перемещения на наружном периметре крышки 14.

Так как во время работы кольцо 11 вращается вместе с барабаном 1, необходимо, чтобы во время эксплуатации оно могло простым способом смещаться в аксиальном направлении. Предпочтительно это осуществляется посредством струйного, в частности гидравлического, устройства.

Для этого в соответствии с фиг.1 в крышке 14 предпочтительно выполнена показанная здесь в виде примера гидравлическая камера 13, в которую проходит внутренний радиальный, предпочтительно дискообразный выступ 16 кольца 11, так что с одной стороны выступа 16 (здесь слева от выступа) образуется камера 13а открывания, а с другой стороны выступа - камера 13b закрывания. В радиальном направлении камера открывания имеет большую протяженность, чем камера 13b закрывания.

Выступ 16 проходит в радиальном направлении снаружи внутрь гидравлической камеры 13. В направлении радиально внутрь камера 13а и камера 13b связаны друг с другом.

С камерой 13b соединена гидравлическая линия 17, которая проходит через крышку 14 и, смотря по обстоятельствам, примыкающие к крышке вращающиеся детали 23. Гидравлическая линия 17 соединена с кольцевой камерой 24, в районе которой на не вращающейся подводящей трубе 5 выполнен переход к подводящей линии 18.

В кольцевой камере 24 расположены ребра 28 для передачи движения текучей среде, в частности воде, переходящей из не вращающейся во время работы подводящей линии 18 во вращающуюся камеру 24.

Через сопловидное отверстие 25, которое идет из камеры 13а из барабана наружу, из камеры 13а отводится гидравлическая жидкость.

В одном рабочем положении кольцо 11 прилегает к уступу 12 и закрывает выпускные отверстия 10 (фиг.1, фиг.2). Напротив, в другом рабочем положении кольцо открывает отверстия (фиг.3), так что жидкость отводится из барабана через эти дополнительные выпускные отверстия 10.

Гидравлическая камера 13 функционирует следующим образом.

Если текучая среда (предпочтительно вода) течет через подводящую линию 18 и поступает в кольцевую камеру 24, то ребрами 28 она вовлекается в движение по образующей окружности и течет по гидравлической линии 17 наружу до гидравлической камеры 13, где она вследствие вращения барабана собирается в камере 13b, поэтому кольцо 11 из-за выступа отжимается влево, то есть в направлении закрывания.

Если в камеру 13 подводится дополнительная вода, то она, в конце концов, переходит в камеру 13а открывания. Если эта камера заполнена, то сила, действующая на выступ 16 вправо, то есть в направлении открывания, больше силы, действующей в направлении закрывания, поэтому кольцо 11 перемещается вправо в направлении открывания.

Если подача воды в открытом положении прекращается, то вода через отверстие 25 течет из камеры 13а открывания. Напротив, в камере 13b закрывания из-за вращения барабана остается вода, перемещающая кольцо в направлении закрывания.

Таким образом, при высокой эксплуатационной надежности простым способом можно достичь точного, быстрого и определенного управления, что по сравнению с уровнем техники дает большое преимущество. Кроме того, достигают еще одного преимущества, заключающегося в том, что при помощи лишь одной детали - кольца 11 - можно открывать или закрывать все выпускные отверстия 10.

В закрытом положении уплотнение 27 в канавке в уступе 12 надежно уплотняет зазор между кольцом 11 и барабаном.

В противоположной барабану области гидравлическая камера 13 закрыта закрепленным на крышке 14 кольцом 19, которое также позволяет устанавливать кольцо 11. Такое кольцо 19 имеется также на фиг.2 и 3. Представленная гидравлическая камера 13 имеет компактную и простую конструкцию. Поскольку эта камера позволяет реализовать необходимую функцию, альтернативно ее могут выполнить с использованием других конструктивных решений.

Так как кольцо 11, изображенное на фиг.1-3, должно обеспечивать полное закрывание выпускных отверстий 10, оно вращается вместе с барабаном 1. Кроме того, оно лежит снаружи непосредственно на барабане 1 и крышке 14. Поэтому на внешней окружности барабана и кольца 19 со стороны внутренней окружности кольца 11 имеются уплотнения 29, 30, так что текучая среда через зазор между кольцом и барабаном или, соответственно, между крышкой барабана и кольцом 19, в сущности, пройти не может.

Кроме того, имеется уплотнительное кольцо 31 между крышкой 14 и барабаном 1, а также уплотнительное кольцо 32 между кольцом 19 и крышкой 14 барабана. Вокруг гидравлической линии 17 между крышкой 14 и деталью 23 также помещено уплотнительное кольцо 33. Дополнительные уплотнения 35, 36 находятся внутри на дроссельном диске.

В соответствии с фиг.1 внутри крышка барабана выполнена конической. Как известно из публикации DE 10065060, в этой области опционально может находиться пакет разделительных и/или осветлительных тарелок (здесь тарелки не показаны).

В этом случае выпускные отверстия 10 предпочтительно выполнены в кожухе барабана 1 так, что в радиальном направлении они расположены вне пакета разделительных и/или осветлительных тарелок, включенного по потоку после шнека 4 и перед устройством 9 выгрузки жидкой фазы.

Таким образом, выпускные отверстия 10 можно использовать также для отвода продукта и/или твердой фазы, собравшейся на внутреннем периметре кожуха в этой аксиальной области барабана. При этом отверстия 10 в радиальном направлении могут располагаться также вне шнека 4 (не показано).

В этом отношении предпочтительным также является то, что внутри крышка барабана выполнена конической, так что существует хорошая возможность по контуру внешней окружности крышки расположить механизм или в данном случае гидравлику для перемещения кольца 11.

Также вполне возможно, что гидравлическая камера имеет камеру открывания, а для создания усилия закрывания, действующего на кольцо, предусмотрен один или несколько упругих элементов (не показано).

Еще один альтернативный вариант реализации показан на фиг.4. В конструктивном отношении этот вариант в значительной степени соответствует фиг.1. Однако в отличие от фиг.1 здесь предусмотрено, что выпускные отверстия 10 выполнены также в крышке 14 барабана.

В совокупности внешний контур барабана 1 с крышкой 14 из-за этого почти не меняется, так как сдвигается только участок прилегания или сопряжения между крышкой 14 и барабаном 1: в этом случае в аксиальном направлении барабан 1 заканчивается здесь уже перед отверстиями 10.

В аксиальном направлении выпускные отверстия 10 выполнены на том конце крышки 14, который обращен к барабану 1. Кроме того, на своем аксиальном конце крышка 14 перед барабаном 1 предпочтительно имеет бурт 37, который выступает в радиальном направлении, снабжен уступом 12 и снаружи выровнен относительно бурта 15 барабана 1. Здесь кольцо 11 помещено опять-таки с возможностью перемещения на наружном периметре крышки 14.

К уступу 12 кольцо 11 прилегает в закрытом положении. Этот вариант предполагает те же возможности, что и пример реализации согласно фиг.1. Здесь в процессе изготовления нет необходимости выполнять выпускные отверстия 10 по внешней окружности барабана 1.

Номера позиций

Барабан 1 Цилиндрический участок 2 Конический участок 3 Шнек 4 Подводящая труба 5 Распределитель 6 Центробежная камера 7 Устройство разгрузки твердой фазы 8 Проходное отверстие 9 Выпускные отверстия 10 Кольцо 11 Уступ 12 Гидравлическая камера 13 Камера открывания 13а Камера закрывания 13b Крышка барабана 14 Бурт 15 Радиальный выступ 16 Гидравлическая линия 17 Подводящая линия 18 Кольцо 19 Дроссельный диск 22 Вращающиеся детали 23 Кольцевая камера 24 Отверстие 25 Подшипник барабана 26 Уплотнение 27 Ребра 28 Уплотнения/уплотнительные кольца 29-33, 35-36 Бурт 37

Шнековая центрифуга содержит сплошной барабан, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси вращения, шнек, расположенный в барабане с возможностью вращения, устройство непрерывной выгрузки твердой фазы на одном конце барабана, устройство непрерывной выгрузки жидкой фазы на противоположном конце барабана и, по меньшей мере, одно или несколько дополнительных периодически действующих выпускных отверстий. По меньшей мере, с одним или несколькими дополнительными выпускными отверстиями в качестве затвора сопряжено имеющее возможность аксиального перемещения относительно оси барабана и во время работы вращающееся вместе с барабаном кольцо. С кольцом сопряжен приводной механизм, обеспечивающий его перемещение в положение открывания выпускного отверстия или отверстий и в положение закрывания этих отверстий. Кольцо установлено с возможностью перемещения на наружном периметре крышки барабана. Техническим результатом является упрощение конструкции шнековой центрифуги и обеспечение простоты и высокой надежности в ее эксплуатации, т.к. в данной конструкции не применяются подверженные сбоям клапанные устройства и отдельные задвижки, а также обеспечение посредством лишь одного общего приводного механизма открывания и закрывания всех выпускных или сливных отверстий. 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном (1), установленным с возможностью вращения, предпочтительно вокруг горизонтальной оси вращения, в котором с возможностью вращения расположен шнек (4), с устройством (8) непрерывной выгрузки твердой фазы на одном конце барабана (1), с устройством непрерывной выгрузки жидкой фазы на противоположном конце барабана (1) и, по меньшей мере, с одним или несколькими дополнительными периодически действующими выпускными отверстиями (10), снабженными затвором, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, с одним или несколькими дополнительными выпускными отверстиями (10) в качестве затвора сопряжено имеющее возможность аксиального перемещения относительно оси барабана и во время работы вращающееся вместе с барабаном (1) кольцо (11), с которым сопряжен приводной механизм, обеспечивающий перемещение кольца в положение открывания выпускного отверстия или отверстий (10) и в положение закрывания этих отверстий, причем кольцо (11) установлено с возможностью перемещения на наружном периметре крышки (14) барабана.

2. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по п.1, отличающаяся тем, что приводной механизм выполнен в виде струйного приводного механизма.

3. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по п.2, отличающаяся тем, что приводной механизм выполнен в виде гидравлического приводного механизма.

4. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (10) выполнены в виде отверстий в кожухе барабана (1), в частности, просверленных или удлиненных отверстий.

5. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (10) в аксиальном направлении расположены по потоку перед непрерывно действующим устройством выгрузки жидкой фазы.

6. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (10) выполнены в кожухе барабана (1) так, что в радиальном направлении они расположены вне пакета разделительных и/или осветлительных тарелок, причем пакет осветлительных тарелок расположен по потоку перед устройством (9) непрерывной выгрузки жидкой фазы.

7. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (10) в радиальном направлении расположены вне шнека (4).

8. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (10) выполнены на концевом участке кожуха барабана, обращенном к крышке (14) барабана.

9. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что кожух барабана на своем аксиальном конце перед крышкой (14) барабана имеет радиально выступающий бурт (15), снабженный уступом (12), причем в районе этого уступа (12) выполнены выпускные отверстия (10).

10. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что на крышке или в крышке (14) барабана выполнена гидравлическая камера (13).

11. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что крышка барабана внутри выполнена конической, а на наружном периметре крышки выполнена гидравлическая камера (13).

12. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что гидравлическая камера (13) имеет камеру (13а) открывания и камеру (13b) закрывания, связанные друг с другом.

13. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что гидравлическая камера (13) представляет собой камеру (13) открывания, а для создания усилия закрывания предусмотрен один или несколько упругих элементов.

14. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в гидравлическую камеру (13) проходит внутренний, предпочтительно дискообразный, радиальный выступ (16) кольца (11), причем в гидравлическую камеру (13) входит гидравлическая линия (17).

15. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что гидравлическая линия (17) проходит через крышку (14) барабана и примыкающие к ней детали, и на не вращающейся подводящей трубе (5) имеет связь с гидравлической линией (18).

16. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в своей противоположной барабану области гидравлическая камера (13) закрыта кольцом (19), закрепленным на крышке (14) барабана.

17. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что камера (13а) открывания имеет сопловидное отверстие (25), идущее из гидравлической камеры (13) из барабана наружу, чтобы отводить из гидравлической камеры гидравлическую жидкость.

18. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (10) выполнены в крышке (14) барабана.

19. Шнековая центрифуга со сплошным барабаном по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что крышка (14) барабана имеет радиально выступающий бурт (37), снабженный уступом (12).