ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2013 года по МПК B04B15/02 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему ротор, и к способу сепарации, реализуемому в указанном центробежном сепараторе.

Эксплуатация центробежного сепаратора связана с потреблением энергии, часть которой теряется в виде аэродинамических потерь при контакте между вращающимися компонентами, например, ротором и окружающим газом. Таким образом, данные потери могут вызвать излишне высокое потребление энергии центробежным сепаратором. Потери также способствуют нагреву вращающихся компонентов и соседних с ними деталей и материала, например, указанной текучей среды, подлежащей центробежной сепарации. Во многих случаях данный нагрев нежелателен, в особенности тогда когда сепарации подлежат текучие среды, которые чувствительны к тепловому воздействию. Дополнительная проблема, связанная с нагревом, заключается в том, что может возникнуть необходимость в отводе выделяющегося тепла, что во многих случаях обуславливает необходимость выполнения сепаратора с охлаждающим устройством, например подобный сепаратор может быть выполнен с корпусом с водяным охлаждением.

В патенте Дании 75995 С описано осветление пива в центробежном сепараторе, в котором сепарация происходит в барабане сепаратора, находящемся в разреженном пространстве. Цель состоит в уменьшении нагрева пива, проходящего через сепаратор, и тем самым улучшении осветления. Описанный центробежный сепаратор имеет ротор так называемого типа со сплошной стенкой, который не дает возможности осуществить выпуск любых компонентов, отделенных от пива, через выпускные отверстия на периферии ротора.

В патенте РФ 2240183 С2 описана центробежная машина для очистки жидкостей, которая содержит контейнер с водой в пространстве вокруг ротора, при этом обеспечивается испарение воды и образование водяного пара в пространстве вокруг ротора для уменьшения аэродинамических потерь во время вращения. Стенка выполнена с возможностью предотвращения перемещения отделенного материала наружу в пространство вокруг ротора.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является уменьшение вышеупомянутых недостатков. Дополнительные цели настоящего изобретения заключаются в создании центробежного сепаратора с малым энергопотреблением, уменьшении нагрева вращающихся компонентов центробежного сепаратора, уменьшении шума, создаваемого центробежным сепаратором, и создании выпускного центробежного сепаратора с улучшенной гигиеничной окружающей средой вокруг ротора.

Таким образом, настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему корпус, ограничивающий пространство, герметизированное относительно среды, окружающей корпус, и ротор, установленный в пространстве с возможностью вращения. Внутри ротора образовано пространство для сепарации, которое герметизировано или изолировано от пространства вокруг ротора и в котором во время работы осуществляется центробежная сепарация, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности и, по меньшей мере, одного компонента более низкой плотности от текучей среды. Текучая среда может представлять собой текучую среду на основе жидкости и компоненты могут быть в жидком виде и/или в виде твердых частиц. По меньшей мере, один впускной элемент проходит в ротор для ввода текучей среды, подлежащей сепарации, в пространство для сепарации и, по меньшей мере, один первый выпускной элемент проходит из ротора для выпуска, по меньшей мере, одного компонента, отделенного от текучей среды во время работы. Пространство вокруг ротора, в котором ротор установлен с возможностью вращения, дополнительно соединено с откачивающим устройством. В альтернативном варианте сепаратор может быть дополнительно выполнен с соединениями для соединения откачивающего устройства с указанным пространством. Откачивающее устройство приспособлено для удаления газа из данного пространства во время работы, в результате чего обеспечивается поддержание отрицательного давления в указанном пространстве. Откачивающее устройство может иметь форму насоса, источника вакуума или источника отрицательного давления. Ротор дополнительно содержит, по меньшей мере, один второй выпускной элемент, называемый элементом для выпуска осадка, предназначенный для выпуска, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды во время работы, при этом указанный компонент в дальнейшем называют фазой осадка. Фаза осадка может содержать частицы осадка и/или, по меньшей мере, один текучий компонент с более высокой плотностью или тяжелую фазу. Частицы могут быть в твердом и/или жидком виде. Указанный второй выпускной элемент проходит от той части пространства для сепарации, которая может представлять собой наружную в радиальном направлении часть пространства для сепарации, до пространства вокруг ротора и может проходить до наружной периферии ротора. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает уменьшение потерь на трение во время работы центробежного сепаратора. Нагрев вращающихся компонентов в пространстве вокруг ротора уменьшается, что создает возможность сепарации текучих сред, которые чувствительны к тепловому воздействию. Теплопередача в пространстве вокруг ротора также уменьшается, в результате чего дополнительно уменьшается потребность в охлаждении наружных компонентов центробежного сепаратора, например, его корпуса. Дополнительными следствиями являются сравнительно холодная окружающая среда в пространстве снаружи ротора, обеспечивающая снижение риска прилипания выпускаемой фазы осадка к поверхностям в данном пространстве, и спокойная среда с уменьшенными вихревыми течениями или вихревым потоком, несущим аэрозоли в данном пространстве. В результате получают улучшенную гигиеничную окружающую среду в пространстве вокруг ротора с меньшим риском отложений, покрытий или образования накипи, тем самым облегчается поддержание чистого пространства. Кроме того, фаза осадка после выпуска посредством указанного элемента для выпуска осадка будет содержать меньшее количество газа, чем после аналогичного выпуска посредством элемента для выпуска газа при атмосферном давлении. В том случае когда имеет место последующая обработка/транспортировка фазы осадка при атмосферном давлении, это означает то, что будет необходимо подвергнуть обработке/транспортировке меньший объем осадка. Дополнительным следствием наличия отрицательного давления в данном пространстве является то, что уменьшаются создание шума и распространение шума от вращающихся компонентов, в результате чего поддерживается сниженный уровень шума и менее неприятная характеристика шума, создаваемого центробежным сепаратором. В частности, уменьшается острота проблем, связанных с шумом, создаваемым в элементах для выпуска осадка во время вращения ротора, что позволяет иметь более простую конфигурацию элементов для выпуска осадка.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения пространство для сепарации содержит пакет сепарационных дисков с формой усеченного конуса, обеспечивающий эффективную сепарацию компонентов текучей среды во время работы.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один второй выпускной элемент или элемент для выпуска осадка выполнен с возможностью периодического выпуска фазы осадка во время работы. По меньшей мере, один второй выпускной элемент может включать в себя множество выпускных отверстий, распределенных вокруг окружной периферии ротора. В качестве альтернативы элемент для выпуска осадка может быть выполнен с возможностью непрерывного выпуска фазы осадка во время работы.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения центробежный сепаратор содержит устройство, предназначенное для подачи среды в указанное пространство, при этом указанная среда вводится в теплопередающий контакт с ротором для регулирования температуры ротора. Таким образом, существует возможность ограничения нагрева ротора и, кроме того, регулирования и контроля температуры компонентов, подвергаемых разделению центрифугированием. Устройство, предназначенное для подачи среды в указанное пространство, может содержать резервуар или впускную линию для данного средства.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанная среда является жидкостью, которая при указанном теплопередающем контакте подвергается, по меньшей мере, частичному испарению и образует газообразную среду в пространстве вокруг ротора, при этом указанная газообразная среда «увлекает» за собой теплоту парообразования/испарения, которая потребляется во время испарения. Поскольку откачивающее устройство выполнено с возможностью удаления газа из данного пространства, часть данной теплоты парообразования/испарения отводится из данного пространства. То обстоятельство, что в данном пространстве поддерживается отрицательное давление, способствует испарению жидкости, и в результате этого обеспечивается эффективная передача тепла от ротора даже при умеренных температурах. Среда может содержать воду или спирт, например этанол. Поскольку окружающая среда в пространстве вокруг ротора сохраняется влажной, уменьшается риск отложений и образования покрытия на поверхностях, соседних с данным пространством, в результате чего поддерживается улучшенная гигиеничная окружающая среда. Указанная среда также может быть газообразной средой, которая нагревается за счет контакта с ротором и аналогичным образом отводит тепло от ротора посредством откачивающего устройства.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанная газообразная среда имеет плотность, более низкую, чем плотность воздуха, и/или вязкость, более низкую, чем вязкость воздуха при аналогичных физических условиях. Если газ, остающийся в пространстве вокруг ротора в разреженном состоянии или состоянии после откачки, имеет плотность, более низкую, чем плотность воздуха, и/или вязкость, более низкую, чем вязкость воздуха, при тех же давлении и температуре, могут быть достигнуты дополнительно уменьшенное аэродинамическое сопротивление вращению ротора и, следовательно, уменьшенное энергопотребление и уменьшенные эффекты нагрева, обусловленного трением. Среда может содержат воду, или газообразная среда может содержать водяной пар, который в его газообразном виде имеет более низкую плотность по сравнению с воздухом и, следовательно, создает меньшее аэродинамическое сопротивление. Газообразная среда может дополнительно содержать, по меньшей мере, один компонент из группы, включающей газообразный азот, моноксид углерода и гелий.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанная среда распыляется по направлению к ротору, предпочтительно по направлению к его наружной поверхности. Результатом этого является теплопередающий контакт между средой и ротором. В качестве альтернативы указанная среда подвергается тонкому диспергированию или распылению в пространстве вокруг ротора и вводится в теплопередающий контакт с ротором за счет течений и турбулентности в пространстве вокруг ротора.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения поток среды нагнетается в пространство вокруг ротора за счет перепада давлений между контейнером для среды и данным пространством, при этом регулирование указанного потока осуществляется посредством клапана. Клапан может быть выполнен с возможностью регулирования потока средства в данное пространство во время работы в зависимости от некоторого рабочего состояния центробежного сепаратора, например температуры некоторой части ротора или температуры текучей среды, подлежащей разделению центрифугированием. Перепад давлений может определяться разностью давлений между пространством вокруг ротора и средой, окружающей центробежный сепаратор, в результате чего обеспечивается простой и экономичный способ поддержания и регулирования потока.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения центробежный сепаратор выполнен с холодной поверхностью в указанном пространстве для конденсации указанной газообразной средой до конденсата. Холодная поверхность предпочтительно может находиться при температуре, более низкой по сравнению с температурой некоторой части ротора, и может быть предусмотрена с охлаждающими контурами для охлаждения или отвода тепла. Отрицательное давление в пространстве вокруг ротора обеспечивает создание условий для хорошей теплопередачи между ротором и холодной поверхностью.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения конденсат вводится в контакт с ротором, например с его наружной поверхностью, в результате чего поддерживается циркуляция указанного средства в данном пространстве и одновременно передача тепла от ротора к холодной поверхности. Холодная поверхность может быть расположена так, что конденсат будет вводиться в контакт с ротором под действием гравитации или центробежной силы.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения откачивающее устройство содержит любое устройство из группы, включающей насос с гидравлическим поршнем, пластинчатый насос, эжекторный насос, мембранный насос, поршневой насос, спиральный насос, винтовой насос или их комбинации. Кроме того, откачивающее устройство может представлять собой источник вакуума или источник отрицательного давления. Насос с гидравлическим поршнем, предварительно заполненный водой, пригоден для откачивания газа, смешанного с водой. В качестве альтернативы пластинчатый насос может быть использован для достижения давлений, более низких, чем преобладающее давление пара для воды. Эжекторный насос создает дополнительную возможность использования существующих потоков жидкости в системе, например потока указанной текучей среды, подлежащей разделению центрифугированием, во впускном элементе или выпускном элементе в качестве способа создания указанного отрицательного давления.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения откачивающее устройство может быть выполнено с возможностью удаления как газообразного так и жидкого материала из пространства вокруг ротора, при этом указанный жидкий материал может содержать среду, подаваемую в данное пространство, фазу осадка, выпущенную в данное пространство из пространства для сепарации, конденсат, очищающие средства или их комбинации. Кроме того, откачивающее устройство может быть выполнено с возможностью непрерывного или периодического удаления среды, например газа и/или жидкости, из пространства вокруг ротора. В качестве альтернативы откачивающее устройство может быть выполнено с возможностью приведения его в действие посредством некоторой части центробежного сепаратора, которая вращается во время работы, например шпинделя, выполненного с возможностью обеспечения опоры для ротора.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения откачивающее устройство выполнено с возможностью удаления газа из пространства вокруг ротора, в результате чего в данном пространстве поддерживается отрицательное давление, то есть давление, более низкое по сравнению с атмосферным давлением, такое как давление 1-50 кПа, предпочтительно 2-10 кПа. Кроме того, откачивающее устройство может быть выполнено с возможностью регулирования давления в данном пространстве во время работы в зависимости от некоторого рабочего состояния центробежного сепаратора. Регулирование давления в данном пространстве во время работы может осуществляться в зависимости от температуры в данном пространстве, например температуры части ротора, при этом в данном случае давление может регулироваться по отношению к давлению пара, образованного указанной средой, в пространстве вокруг ротора при указанной температуре. Давление в данном пространстве может поддерживаться на уровне или немного выше указанного давления пара, так что газ, остающийся в данном пространстве, будет в виде насыщенного или почти насыщенного пара, например водяного пара. Кроме того, регулирование давления в данном пространстве может осуществляться во время работы в зависимости от вибраций или резонансов в центробежном сепараторе, предпочтительно резонансов в данном пространстве, в роторе или в частях, соседних с ним. Таким образом, могут быть предотвращены беспокоящий шум и звуки. В качестве другой альтернативы регулирование давления в данном пространстве во время работы может осуществляться в зависимости от потока газа в данном пространстве, при этом в данном случае может осуществляться регулирование турбулентности потока газа для обеспечения желательного завихряющегося или вихревого потока газа в данном пространстве. Таким образом, улучшенная гигиеничная окружающая среда может сохраняться в данном пространстве во время работы. Давление в данном пространстве и турбулентность потока газа также могут регулироваться во время процедуры очистки, когда очищающая среда, например жидкость или газ, вводится в данное пространство для обеспечения эффективной очистки данного пространства. Во время подобной процедуры очистки очищающая среда может подаваться в данное пространство из второго выпускного элемента или элемента для выпуска осадка.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения корпус содержит теплоизоляционный и/или звукоизоляционный материал. При уменьшенных потерях в системе, связанных с тепловыделением, возникает возможность использования теплоизоляционного материала для экранирования корпуса, ротора и таким образом текучей среды от воздействия наружной температуры. Корпус также может быть изолирован для минимизации шума от центробежного сепаратора. Альтернативой является использование изоляционного материала, который имеет как теплоизоляционные, так и звукоизоляционные свойства.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанное пространство вокруг ротора герметизировано или изолировано относительно пространств, образованных в роторе, которые содержат, по меньшей мере, один компонент во время работы, помимо пространства для сепарации. Таким образом, пространство вокруг ротора может быть дополнительно герметизировано или изолировано от впускной камеры в роторе или выпускной камеры в роторе, или как от впускной камеры, так и от выпускной камеры. Впускная камера представляет собой камеру, образованную в роторе, в которую проходит впускной элемент. Выпускная камера представляет собой камеру, образованную в роторе, от которой проходит первый выпускной элемент. Указанная герметизирующая среда может представлять собой механическое уплотнение, газовый затвор, гидравлический затвор/жидкостное уплотнение, лабиринтное уплотнение или их комбинации. Указанная изоляция может быть дополнительно обеспечена посредством, по меньшей мере, одного проходного отверстия, которое заполняется жидкостью и/или осадком во время работы и которое может проходить от пространства вокруг ротора до указанных герметизированных или изолированных пространств и/или камер. Подобное проходное отверстие может представлять собой впускной элемент, первый и/или второй выпускной элемент, впускную и/или выпускную камеру и отверстие, проходящее в пространство для сепарации, или их комбинации. Давление и/или газообразное содержимое в пространстве вокруг ротора могут относительно не действовать на текучую среду в указанных герметизированных или изолированных пространствах, образованных в роторе.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанное пространство герметизировано относительно приводного устройства, которое выполнено с возможностью сообщения вращающего момента ротору. Приводное устройство может быть выполнено с возможностью передачи вращающего момента ротору посредством шпинделя, выполненного с возможностью обеспечения опоры для ротора. Пространство вокруг ротора может быть герметизировано с обеспечением воздухонепроницаемости вокруг шпинделя между ротором и приводным устройством.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения разгрузочное устройство выполнено с возможностью удаления фазы осадка из пространства вокруг ротора во время работы. Разгрузочное устройство также может быть выполнено с возможностью удаления жидкого средства, которое было подано в данное пространство для регулирования температуры ротора, и других жидкостей, которые имеются в данном пространстве. Разгрузочное устройство может выполнять функцию обратного клапана так, что перед ним по ходу потока будет поддерживаться отрицательное давление, и так, что будет предотвращаться поток через разгрузочное устройство в пространство вокруг ротора. Кроме того, разгрузочное устройство может быть выполнено с возможностью удаления газа из пространства вокруг ротора так, что отрицательное давление будет поддерживаться в данном пространстве.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения центробежный сепаратор содержит резервуар между пространством вокруг ротора и разгрузочным устройством для сбора фазы осадка и других жидкостей, которые имеются в данном пространстве. Резервуар может иметь форму циклона и может быть выполнен с возможностью сбора и замедления фазы осадка.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу сепарации, реализуемому в вышеописанном центробежном сепараторе, содержащему следующие этапы:

удаление газа из пространства вокруг ротора, в результате чего в указанном пространстве поддерживается отрицательное давление; и

выпуск, по меньшей мере, одного компонента, отделенного от текучей среды при сепарации, из части пространства для сепарации в пространство вокруг ротора посредством второго выпускного элемента.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения способ содержит этап подачи среды в указанное пространство, при этом указанная среда вводится в теплопередающий контакт с ротором для регулирования температуры ротора.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанная среда является жидкостью и при указанном теплопередающем контакте с ротором обеспечивается, по меньшей мере, частичное испарение указанной среды и образование газообразной среды в данном пространстве, и, по меньшей мере, часть газообразной среды удаляется из данного пространства.

Кроме того, настоящее изобретение относится к применению центробежного сепаратора, подобного вышеописанному, для разделения, по меньшей мере, двух компонентов текучей среды, при этом текучая среда или, по меньшей мере, один из компонентов текучей среды чувствителен к тепловому воздействию. Кроме того, настоящее изобретение относится к применению вышеописанного центробежного сепаратора для центробежной сепарации, по меньшей мере, двух компонентов текучей среды, на результаты которой влияет тепловое воздействие во время указанной сепарации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные преимущества и цели настоящего изобретения вместе с предпочтительным вариантами осуществления описаны ниже более подробно со ссылкой на приложенные схематические чертежи, на которых показано следующее:

фиг.1 показывает центробежный сепаратор в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 показывает центробежный сепаратор в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фиг.3 показывает части центробежного сепаратора в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;

фиг.4 показывает части центробежного сепаратора в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многие аналогичные компоненты, которые показаны на различных чертежах, имеют одинаковые ссылочные позиции. Вариант центробежного сепаратора в соответствии с изобретением показан на фиг.1. Центробежный сепаратор 1 содержит ротор 2, выполненный с возможностью вращения вокруг оси вращения посредством шпинделя 3. Шпиндель опирается на раму 4 центробежного сепаратора посредством нижнего подшипника 5 и верхнего подшипника 6. Внутри ротора 2 образовано пространство 7 для сепарации, в которой во время работы осуществляется центробежная сепарация, по меньшей мере, двух компонентов текучей среды. В пространстве 7 для сепарации расположен пакет сепарационных дисков 8 с формой усеченного конуса для обеспечения эффективной сепарации текучей среды. Впускной элемент 9, предназначенный для ввода текучей среды, подлежащей сепарации, проходит в ротор, обеспечивая подачу текучей среды в пространство 7 для сепарации. Впускной элемент 9 проходит через шпиндель 3, который имеет форму полого трубчатого элемента. Первый выпускной элемент 10, предназначенный для выпуска, по меньшей мере, одного из компонентов текучей среды, проходит от пространства 7 для сепарации. На наружной периферии ротора выполнено множество вторых выпускных элементов 11 в виде периодически открываемых отверстий для выпуска осадка, предназначенных для выпуска осадка и/или компонента более высокой плотности, имеющегося в текучей среде, или тяжелой фазы из радиально наружной части пространства для сепарации в пространство вокруг ротора.

Центробежный сепаратор 1 дополнительно содержит приводной двигатель 12, соединенный со шпинделем посредством передаточного средства в виде червячной передачи, которая содержит червячное колесо 13 и элемент 14, соединенный со шпинделем, для приема вращающего момента. В альтернативном варианте передаточное средство может иметь форму карданного вала, приводных ремней или тому подобного, и в альтернативном варианте приводной двигатель может быть соединен непосредственно со шпинделем, как показано на фиг.2.

Кроме того, на фиг.1 показан корпус 15, который окружает ротор 2 и герметизирован вокруг шпинделя 3 посредством уплотнения 16 верхнего подшипника и у выпускного элемента 10 посредством уплотнения 17 выпускного элемента. Таким образом корпус 15 ограничивает пространство 18, в котором размещен ротор и которое герметизировано с обеспечением воздухонепроницаемости относительно среды, окружающей корпус. Уплотнение 17 выпускного элемента также изолирует пространство 18 относительно пространств в роторе, в которых содержится, по меньшей мере, один компонент текучей среды, подлежащей сепарации, во время работы, например, относительно пространства 7 для сепарации.

Центробежный сепаратор дополнительно снабжен с откачивающим устройством 19, предназначенным для удаления газа из пространства 18 вокруг ротора, при этом указанное откачивающее устройство имеет вид заполненного водой насоса с гидравлическим поршнем или пластинчатого насоса. Сепаратор дополнительно оснащен устройством 20 для подачи жидкости в указанное пространство, при этом устройство 20 выполнено в виде резервуара или впускной линии для подачи жидкости под давлением, более высоким, чем рабочее давление в пространстве 18. Подающее устройство 20 снабжено клапаном 21 для регулирования потока жидкости к соплу 22, сообщающемуся с пространством 18.

Кроме того, центробежный сепаратор содержит резервуар 23 в виде циклона, соединенного с пространством 18 и выполненного с возможностью улавливания осадка и жидкости из элемента 11 для выпуска осадка. Резервуар дополнительно соединен с разгрузочным устройством 24 в виде насоса для перекачивания осадка, предназначенного для выпуска осадка и жидкости, имеющихся в резервуаре. Насос для перекачивания осадка предусмотрен с функцией обратного клапана, которая обеспечивает предотвращение потока в резервуар 23 через насос для перекачивания осадка.

Во время работы сепаратора по фиг.1 вращающий момент, передаваемый от приводного двигателя 12 на шпиндель 3 посредством червячной передачи 13 и 14, обеспечивает вращение ротора 2. Газ откачивается из пространства 18 вокруг ротора посредством вакуумного насоса 19, в результате чего в данном пространстве поддерживается давление 1-50 кПа, предпочтительно 2-10 кПа. Текучая среда, находящая при температуре Т₀, вводится посредством впускного элемента 9 в пространство 7 для сепарации и между коническими сепарационными дисками 8, установленными в пространстве 7 для сепарации. Более тяжелые компоненты в текучей среде, например частицы осадка и/или тяжелая фаза, перемещаются в радиальном направлении наружу между сепарационными дисками и скапливаются в выпускных элементах 11 для выпуска фазы осадка. Периодический выпуск осадка из пространства для сепарации осуществляется за счет открытия элементов выпускных 11 для выпуска осадка, после чего осадок и некоторое количество текучей среды выпускается из пространства для сепарации под действием центробежной силы. Выпуск осадка также может происходить непрерывно, при этом в данном случае выпускные элементы 11 имеют форму открытых сопел, и определенный поток осадка и/или тяжелой фазы выпускается непрерывно под действием центробежной силы. Осадок, который выпускается из пространства для сепарации через выпускные элементы, перемещается из окружающего пространства 18 в улавливающий резервуар 23, соединенный с ним, в котором осадок скапливается и из которого он откачивается посредством насоса 24 для перекачки осадка.

Компоненты текучей среды, имеющие более низкую плотность, например легкая фаза или чистая текучая среда без более тяжелых компонентов, перемещаются в радиальном направлении внутрь между сепарационными дисками и выпускаются по выпускному элементу 10. Эффекты, обусловленные трением и вызываемые вращением ротора в газе, остающемся в пространстве 18, потоком текучей среды через пространство для сепарации и потерями в подшипниках, вызывают нагрев сепарированной текучей среды у выпускного элемента до температуры, немного превышающей Т₀. Для воздействия на температуру выходящей сепарированной текучей среды воду распыляют с обеспечением ее ввода в теплопередающий контакт с ротором 2, например, по направлению к его наружной поверхности. Тепло отводится от ротора за счет воды, испаряющейся при контакте с ротором, в результате чего потребляется теплота парообразования. Испарению воды дополнительно способствует отрицательное давление, поддерживаемое в данном пространстве.

Водяной пар отводится из пространства 18 вокруг ротора посредством откачивающего устройства 19, в результате чего поддерживается указанное отрицательное давление. Испарение воды с последующим удалением водяного пара из данного пространства приводит к отводу тепла от ротора 2 и из пространства 18 к перекачивающему устройству 19.

На фиг.2 показан другой вариант центробежного сепаратора 1 в соответствии с изобретением, который отличается от вышеприведенного примера следующим образом. Впускной элемент 9 проходит к ротору 2 через полый трубчатый шпиндель 3 для подачи текучей среды в пространство 7 для сепарации. Ротор имеет проходящий от него выпускной элемент 25 для выпуска компонента более низкой плотности или легкой фазы, отделенного/отделенной от текучей среды, и выпускной элемент 26 для выпуска компонента более высокой плотности или тяжелой фазы, отделенного/отделенной от текучей среды. Выпускные элементы 25 и 26 проходят через корпус 15, и пространство 18 герметизировано посредством уплотнения 17. Ротор снабжен с элементом 11 для выпуска осадка на наружной периферии, предназначенным для выпуска фазы осадка в данное пространство. Центробежный сепаратор снабжен приводным двигателем 12, содержащим неподвижный элемент 27 и выполненный с возможностью вращения элемент 28, при этом выполненный с возможностью вращения элемент 28 окружает шпиндель 3 и соединен со шпинделем 3 таким образом, что во время работы он передает вращающий момент на шпиндель и, следовательно, на ротор 2. Приводной двигатель представляет собой электродвигатель, предпочтительно типа гибридного электродвигателя с постоянными магнитами. Центробежный сепаратор дополнительно снабжен откачивающим устройством 19, предназначенным для удаления газа из пространства 18 вокруг ротора, и устройством 20, предназначенным для подачи жидкости в пространство 18. Данное подающее устройство выполнено с клапаном 21, предназначенным для регулирования потока жидкости к соплу 22, сообщающемуся с указанным пространством 18. Центробежный сепаратор дополнительно снабжен разгрузочным устройством 24 в виде насоса для удаления осадка и другой жидкости из пространства 18 вокруг ротора. Насос 24 соединен с нижней частью пространства 18 без какого-либо промежуточного улавливающего резервуара, за исключением трубных соединений между насосом 24 и данным пространством.

На фиг.3 показан дополнительный вариант частей центробежного сепаратора в соответствии с изобретением, который отличается от вышеприведенных вариантов следующим образом. Ротор 2 опирается на шпиндель 3, который является сплошным. Впускной элемент 9 в виде трубы проходит в ротор сверху для подачи текучей среды в пространство 7 для сепарации. Ротор имеет проходящий от него выпускной элемент 10, предназначенный для выпуска, по меньшей мере, одного из компонентов текучей среды, при этом указанный выпускной элемент окружает впускную трубу 9. Впускной элемент 9 и выпускной элемент 10 проходят через корпус 15, и пространство 18 вокруг ротора герметизировано посредством уплотнения 30 вокруг них. Ротор выполнен с выпускными элементами 11 для выпуска осадка на наружной периферии, предназначенными для выпуска фазы осадка в данное пространство. Центробежный сепаратор снабжен устройством 20, предназначенным для подачи охлаждающего средства к уплотнению 30 для охлаждения последнего, при этом указанное охлаждающее средство впоследствии вводится в пространство 18 и в контакт с ротором. Поток охлаждающего средства регулируется клапаном 21. Центробежный сепаратор дополнительно снабжен насосом 29 для удаления газа и жидкости из данного пространства, при этом насос обеспечивает поддержание отрицательного давления в пространстве 18 и выпуск осадка и другой жидкости из пространства 18.

На фиг.4 показан дополнительный вариант частей центробежного сепаратора в соответствии с изобретением, который отличается от вышеприведенных примеров следующим образом. Центробежный сепаратор снабжен откачивающим устройством 19, предназначенным для удаления газа из пространства 18, которое окружено корпусом 15 и в котором содержится ротор 2. Сепаратор дополнительно снабжен устройством 20, предназначенным для подачи жидкости в пространство 18, и разгрузочным устройством в виде насоса 24, предназначенным для удаления осадка и другой жидкости из пространства 18 вокруг ротора. Зона корпуса в пространстве 18 над ротором 2 предусмотрена с охлаждением, в результате чего образуется холодная поверхность 31. Зона снабжена одной или несколькими наклонными поверхностями, так что пар, который конденсируется на холодной поверхности, скапливается и капает или стекает вниз на ротор под действием силы тяжести. Во время работы сепаратора некоторое количество охлаждающего средства вводится в данное пространство и в контакт с ротором, который в данном примере представляет собой самую горячую поверхность в данном пространстве, в результате чего, по меньшей мере, часть охлаждающего средства испаряется. Пар конденсируется на холодной поверхности 31 и скапливается перед стеканием вниз на ротор, на котором снова происходит испарение. Результатом является эффективная теплопередача между ротором и холодной поверхностью. Корпус 15 дополнительно предусмотрен с наружным кожухом/обшивкой 32 из теплоизоляционного и звукоизоляционного материала, в результате чего обеспечивается среда в пространстве 18 с дополнительной термостабильностью и хорошая акустическая характеристика сепаратора.

Изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему корпус, который ограничивает и изолирует пространство, в котором расположен ротор. Внутри ротора образовано пространство для сепарации, которое герметизировано или изолировано от данного пространства, и в указанном пространстве для сепарации во время работы сепаратора осуществляется центробежная сепарация компонента более высокой плотности и компонента более низкой плотности от текучей среды. Впускной элемент проходит в ротор для ввода текучей среды в пространство для сепарации, и первый выпускной элемент проходит из ротора для выпуска компонента, отделенного от текучей среды. Пространство вокруг ротора соединено с откачивающим устройством для удаления газа, в результате чего обеспечивается поддержание отрицательного давления в указанном пространстве. Ротор содержит, по меньшей мере, один второй выпускной элемент, проходящий от пространства для сепарации до пространства вокруг ротора для выпуска, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды. Техническим результатом изобретения является создание центробежного сепаратора с малым энергопотреблением, обеспечение уменьшения нагрева вращающихся компонентов сепаратора, уменьшения шума, создаваемого сепаратором. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Центробежный сепаратор, содержащий корпус, ограничивающий пространство, герметизированное относительно среды, окружающей корпус, ротор, установленный в указанном пространстве с возможностью вращения и имеющий внутреннее пространство для сепарации, герметизированное или изолированное от указанного пространства и предназначенное для центробежной сепарации, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности и, по меньшей мере, одного компонента более низкой плотности от текучей среды посредством центрифугирования при работе сепаратора, по меньшей мере, один впускной элемент ротора, проходящий в ротор для ввода текучей среды в пространство для сепарации, по меньшей мере, один первый выпускной элемент ротора, проходящий из ротора для выпуска, по меньшей мере, одного компонента, отделенного от текучей среды при сепарации, по меньшей мере, один второй выпускной элемент ротора, проходящий от части пространства для сепарации до пространства, ограниченного корпусом, для выпуска, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды при работе сепаратора, откачивающее устройство, соединенное с пространством, ограниченным корпусом, и предназначенное для удаления из него газа при работе сепаратора и поддержания в нем отрицательного давления, и разгрузочное устройство в виде насоса, соединенное с пространством, ограниченным корпусом, и предназначенное для удаления из него, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды при работе сепаратора.

2. Центробежный сепаратор по п.1, в котором второй выпускной элемент приспособлен для периодического выпуска, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды во время работы сепаратора.

3. Центробежный сепаратор по п.1, в котором второй выпускной элемент приспособлен для непрерывного выпуска, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды при сепарации.

4. Центробежный сепаратор по п.1, дополнительно содержащий устройство для подачи в пространство, ограниченное корпусом, среды, вводимой в теплопередающий контакт с ротором для регулирования температуры ротора.

5. Центробежный сепаратор по п.4, в котором среда представляет собой жидкость, которая при теплопередающем контакте, по меньшей мере, частично испаряется и образует газообразную среду в пространстве, ограниченном корпусом.

6. Центробежный сепаратор по п.4, в котором среда представляет собой газообразную среду.

7. Центробежный сепаратор по п.5 или 6, в котором газообразная среда имеет плотность, меньшую по сравнению с плотностью воздуха, и/или вязкость, меньшую по сравнению с вязкостью воздуха.

8. Центробежный сепаратор по любому из пп.4-6, в котором среда распыляется по направлению к ротору.

9. Центробежный сепаратор по любому из пп.4-6, в котором среда подвергается тонкому диспергированию в пространстве, ограниченном корпусом.

10. Центробежный сепаратор по любому из пп.4-6, в котором поток среды нагнетается в пространство, ограниченное корпусом, за счет перепада давлений между контейнером для среды и указанным пространством и регулируется клапаном.

11. Центробежный сепаратор по п.5 или 6, дополнительно содержащий холодную поверхность в пространстве, ограниченном корпусом, для конденсации газообразной среды до конденсата.

12. Центробежный сепаратор по п.11, в котором конденсат введен в теплопередающий контакт с ротором для регулирования температуры ротора.

13. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-6, в котором корпус содержит теплоизоляционный и/или звукоизоляционный материал.

14. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-6, в котором пространство, ограниченное корпусом, герметизировано или изолировано от впускной камеры в роторе, или выпускной камеры в роторе, или от впускной камеры и выпускной камеры в роторе.

15. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-6, в котором пространство, ограниченное корпусом, герметизировано относительно приводного устройства, предназначенного для сообщения вращающего момента ротору.

16. Центробежный сепаратор по п.1, дополнительно содержащий резервуар, расположенный между пространством, ограниченным корпусом, и разгрузочным устройством и предназначенный для сбора, по меньшей мере, одного компонента, отделенного от текучей среды.

17. Способ сепарации с использованием центробежного сепаратора по любому из пп.1-16, содержащий следующие этапы:
удаление газа из пространства, ограниченного корпусом сепаратора, вокруг ротора с поддержанием в указанном пространстве отрицательного давления;
выпуск посредством разгрузочного устройства в виде насоса, по меньшей мере, одного компонента более высокой плотности, отделенного от текучей среды при работе сепаратора, из части внутреннего пространства ротора для сепарации в пространство, ограниченное корпусом, посредством второго выпускного элемента.

18. Способ по п.17, который дополнительно содержит этап подачи в пространство, ограниченное корпусом, среды, которая вводится в теплопередающий контакт с ротором для регулирования температуры ротора.

19. Способ по п.18, в котором среда является жидкостью, и при теплопередающем контакте с ротором обеспечивается, по меньшей мере, частичное испарение жидкости и образование газообразной среды в пространстве, ограниченном корпусом, и, по меньшей мере, часть газообразной среды удаляется из указанного пространства.