ЦЕНТРИФУГА С СЕТЧАТОЙ КОРЗИНОЙ Российский патент 2013 года по МПК B04B1/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к фильтрующим центрифугам с сетчатой корзиной для разделения суспензий на их твердые и жидкие составляющие.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фильтрующие центрифуги включают в себя корзину, которая вращается, работая от привода, вокруг горизонтальной или вертикальной оси и содержит винтовой, или червячного типа, конвейер для разделения суспензии, подаваемой в корзину с первого торцевого края, на ее твердые и жидкие(-ую) составляющие. Конвейер вращается с разной скоростью внутри корзины с целью переместить более тяжелые твердые частицы к выпускным отверстиям на втором торцевом крае корзины. Отделенная жидкость, прежде всего, стекает в противоположном направлении и выпускается из отверстий на первом торцевом крае корзины. Фильтрующая центрифуга может быть двух основных типов, с корзиной, имеющей сплошные стенки, или с сетчатой корзиной. В последнем случае, перед выпуском твердые частицы перемещаются конвейером по дополнительному перфорированному участку сита корзины.

Действие существующих фильтрующих центрифуг обоих типов, с корзиной, имеющей сплошные стенки, и с сетчатой корзиной, состоит в том, чтобы при подаче суспензии, содержащей твердые частицы, либо отделять твердые частицы от жидкости, либо сортировать твердые частицы, то есть разделять их таким образом, чтобы частицы крупнее определенного размера выходили как твердые частицы, а имеющие меньший размер частицы выходили вместе с жидкостью.

Ограничением в конструкции и работе больших фильтрующих центрифуг является крутящий момент, который требуется для приведения в действие конвейера. Ряд факторов способствуют требуемому моменту, при эффекте трения твердых частиц, перемещаемых по участку сита, который является главным компонентом требуемого момента. Один подход к снижению требуемого момента, описываемый в документе GB 2064997 А, заключался в предоставлении участка сита корзины, имеющего форму расходящегося усеченного конуса, рассматриваемого в направлениях к выпускным отверстиям для твердых частиц, или разгрузочному концу. Такая конструкция снижает требуемый момент конвейера, поскольку центробежные силы, действующие на твердые частицы, содействуют проходу твердых частиц вдоль расходящегося участка сита. Снижение требуемого момента конвейера дает возможность уменьшить размер и стоимость привода конвейера, включая, например, коробку скоростей, и/или снизить общее потребление энергии центрифуги. Использование расходящегося участка сита также обеспечивает более высокое значение G-фактора (фактора магнитного расщепления) и улучшает обезвоживание. Повышение интенсивности подачи также увеличивает высоту кека фильтрационного осадка, которая имеет неблагоприятное влияние на влажность продукта. Расходящееся сито заставляет высоту кека фильтрационного осадка становиться ниже, что в результате улучшает обезвоживание.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному варианту осуществления, центрифуга содержит конвейер, включающий в себя ступицу, способную вращаться вокруг оси и, по меньшей мере, одну спиральную лопасть, отходящую радиально от ступицы и в аксиальном направлении ступицы. Корзина расположена вокруг конвейера и вращается вокруг оси. Корзина содержит цилиндрический участок, проходящий от входного края конвейера, и конически расходящийся участок сита, идущий к выходному краю конвейера, что снижает коэффициент трения твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, перемещаться контролируемым образом по направлению к конически расходящемуся участку сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от конически расходящегося участка сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги. Корзина также может содержать сужающийся участок между цилиндрическим участком и конически расходящимся участком.

Согласно другому варианту осуществления, по меньшей мере, одна спиральная лопасть не располагается вдоль конически расходящегося участка сита.

Согласно еще одному варианту осуществления, способ отделения твердой составляющей от жидкой составляющей суспензии включает в себя подачу суспензии из ступицы конвейера к цилиндрическому участку корзины, расположенному вокруг ступицы конвейера; перемещение твердых частиц вдоль цилиндрического участка в первом направлении, а большей части жидкости во втором направлении, противоположно первому направлению, с использованием, по меньшей мере, одной спиральной лопасти, отходящей от ступицы конвейера; и скольжение твердых частиц из цилиндрического участка вдоль конически расходящегося участка сита корзины, что снижает коэффициент трения твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, скользить контролируемым образом по направлению к конически расходящемуся участку сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от конически расходящегося участка сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги.

Согласно еще одному, дополнительному варианту осуществления, по меньшей мере, одна спиральная лопасть не располагается вдоль конически расходящегося участка сита.

Другие аспекты, характеристики и преимущества станут очевидны из нижеследующего подробного описания во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами, которые являются частью данного описания и которые иллюстрируют, как пример, сущность данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи способствуют пониманию многочисленных вариантов осуществления. На данных чертежах:

Фиг.1 схематически иллюстрирует центрифугу с сетчатой корзиной, согласно известному уровню техники; и

Фиг.2 схематически иллюстрирует центрифугу с сетчатой корзиной, согласно варианту осуществления данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРИРУЕМЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В отношении Фиг.1, центрифуга 2, согласно известному уровню техники, содержит корзину 4, имеющую цилиндрический участок 6, первый участок 8, имеющий форму усеченного конуса, который сужается по направлению к продольной оси 34 центрифуги 2, и второй участок 10, имеющий форму усеченного конуса, который расходится от продольной оси 34. Второй участок 10 в форме усеченного конуса представляет собой сито.

Центрифуга 2 далее содержит конвейер 12, который включает в себя ступицу 14 конвейера. Конвейер 12 далее содержит спиральные лопасти 16, отходящие радиально от ступицы 14 конвейера. Как показано на Фиг.1, спиральные лопасти 16 конвейера проходят вдоль всей длины, или почти всей длины, ступицы 14 конвейера. Следует учесть, что спиральные лопасти 16 могут состоять из одной, непрерывной спиральной лопасти либо множества лопастей, расположенных вокруг ступицы 14 конвейера.

Корзину 4 с обоих концов поддерживают опоры 18. Хотя на чертеже не показано, следует учесть, что конвейер 12 также поддерживается с обоих концов опорами или втулками. Узел 38 привода конвейера предусмотрен со стороны разгрузочного конца 32, или противоположного края центрифуги 2, для вращения корзины 4 и конвейера 12. Узел 38 привода конвейера сконструирован так, чтобы приводить в движение корзину 4 и конвейер 12 при разных скоростях относительно друг друга.

Внутри ступицы 14 конвейера предусмотрена подводящая труба 20, которая доставляет суспензию 36 внутрь ступицы 14 конвейера. Ступица 14 конвейера содержит загрузочные отверстия 22, через которые суспензия 36 подается в корзину 4. Корзина 4 имеет выпускное отверстие 24 для жидкости, через которое удаляется жидкая составляющая суспензии, тем самым, поддерживая уровень 26 жидкости в корзине 4.

Лопасти 16 конвейера 12 перемещают твердую составляющую суспензии 36 вдоль центрифуги 2 от загрузочных отверстий 22 к разгрузочному концу 32 корзины 4. Вращение конвейера 12 также заставляет лопасти 16 проталкивать жидкую составляющую суспензии 36 по направлению к выпускному отверстию 24.

Первый, сужающийся участок 8, имеющий форму усеченного конуса, корзины 4 обеспечивает загрузочный стеллаж наклонного типа, на который твердые частицы извлекаются конвейером 12 из жидкой массы, содержащейся в корзине 4. Первый, сужающийся участок 8, имеющий форму усеченного конуса, таким образом, обеспечивает зону осушения для твердых частиц, извлекаемых из жидкой массы. Затем конвейер 12 перемещает твердые частицы ко второму, расходящемуся участку 10, имеющему форму усеченного конуса, корзины 4, для дальнейшего удаления воды, как изображено посредством стрелки номер 28, из сита, образующего второй, расходящийся участок 10 в форме усеченного конуса. Лопасти 16 конвейера 12 затем доставляют твердую составляющую к выходному отверстию 30 для твердых частиц второго, расходящегося участка 10 сита, имеющего форму усеченного конуса, со стороны разгрузочного конца 32 корзины 4.

Как показано на Фиг.1, лопасти 16 конвейера проходят вдоль почти всей аксиальной длины ступицы 14 конвейера 12. Расположение лопастей 16 конвейера вдоль всей длины ступицы 14 конвейера требует возможности узла 38 привода вырабатывать высокий крутящий момент. Данный требуемый высокий крутящий момент приводит в результате к увеличенным размерам и стоимости коробки скоростей, соотнесенной с узлом 38 привода. Расположение лопастей 16 конвейера вдоль почти всей длины ступицы 14 конвейера также увеличивает вес конвейера, что приводит к повышенному износу опор 18 и поверхности конвейера.

В отношении Фиг.2, центрифуга 2, согласно примерному варианту осуществления данного изобретения, содержит корзину 4, имеющую цилиндрический участок 6, первый, сужающийся участок 8, имеющий форму усеченного конуса, и второй, расходящийся участок 10, имеющий форму усеченного конуса, который представляет собой сито. Центрифуга 2 также содержит конвейер 12, который включает в себя ступицу 14 конвейера, вмещающую подводящую трубу 20 для подачи суспензии 36 внутрь ступицы 14 конвейера. Ступица 14 конвейера также содержит загрузочные отверстия 22, через которые суспензия 36 подается в цилиндрический участок 6 корзины 4. Следует учесть, что суспензия может подаваться к месту соединения цилиндрического участка 6 и первого, сужающегося участка 8, имеющего форму усеченного конуса, либо суспензия может подаваться на первый, сужающийся участок 8 в форме усеченного конуса.

Корзина 4 имеет выпускное отверстие 24 для жидкости, которое поддерживает уровень 26 жидкой суспензии в цилиндрическом участке 6 корзины 4. Цилиндрический участок 6 и первый, сужающийся участок 8 в форме усеченного конуса могут быть неперфорированными, то есть иметь сплошные стенки. Однако следует учесть, что между первым, сужающимся участком 8, имеющим форму усеченного конуса, и вторым, расходящимся участком 10, имеющим форму усеченного конуса, также может быть предусмотрен короткий цилиндрический участок сита.

Как показано на Фиг.2, ступица 14 конвейера содержит спиральные лопасти 16, расположенные вдоль длины ступицы 14 конвейера. Следует учесть, что спиральные лопасти 16 могут состоять из одной, непрерывной спиральной лопасти, расположенной вокруг ступицы 14 конвейера, либо множества лопастей.

Участок 10 сита содержит расходящийся угол 40 относительно продольной оси 34 центрифуги, который снижает коэффициент трения μ твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, скользить контролируемым образом по направлению к участку 10 сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от участка 10 сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги 2. Расходящийся угол 40 должен быть выбран так, чтобы твердые частицы за счет трения могли продвигаться по участку 10 сита за такое количество времени, которое дает возможность отделить дополнительную жидкость 28 от твердой составляющей. Если расходящийся угол 40 слишком велик, твердые частицы будут проходить по участку 10 сита чересчур быстро и дополнительная жидкость 28 не отделится в достаточной мере от твердых частиц. Величина расходящегося угла 40 зависит от многочисленных факторов, в том числе, от состава суспензии 36 и формы участка 10 сита, включая, например, ячейки участка 10 сита, то есть размер отверстий в участке 10 сита. Расходящийся угол 40 может иметь величину, например, в 5-40°.

В отличие от известного уровня техники, показанного на Фиг.1, конвейер 12 варианта осуществления, представленного на Фиг.2, может не содержать спиральных лопастей 16 конвейера во втором, расходящемся участке 10 сита, имеющем форму усеченного конуса, центрифуги 2. Исключение спиральных лопастей 16 из конвейера 12 в области участка сита снижает требуемый момент узла 38 привода центрифуги 2 и увеличивает время обезвоживания сита. Исключение спиральных лопастей 16 в области расходящегося участка 10 сита также уменьшает вес конвейера 12, что снижает нагрузку на опоры 18. Центрифуга 2, согласно варианту осуществления, представленному на Фиг.2, также обеспечивает улучшенное удаление дополнительной жидкости 28 из конически расходящегося участка 10 сита, снижает коэффициент трения μ твердых частиц вдоль конически расходящегося участка 10 сита и обеспечивает меньшую толщину кека твердых частиц. Расходящийся угол 40 также увеличивает значение G-фактора (фактора магнитного расщепления) на кек продукта.

Центрифуга, согласно варианту осуществления, представленному на Фиг.2, обеспечивает повышенную надежность и меньшие эксплуатационные расходы по сравнению с центрифугой известного уровня техники, например, такой, как показана на Фиг.1. Центрифуга, согласно варианту осуществления, представленному на Фиг.2, обеспечивает улучшенные показатели производственного процесса по сравнению с центрифугой известного уровня техники, что касается влажности конечного продукта, а также значительно повышает производительность центрифуги, что делает аппарат более экономически эффективным с точки зрения потребления энергии, капитальных затрат по мощности и эксплуатационных расходов по мощности.

Хотя расходящийся угол 40, отмеченный на Фиг.2, показан как непрерывный угол, следует учесть, что расходящийся угол 40 может быть либо непрерывным, либо прерываемым углом, либо сочетанием углов и плоских участков.

Хотя данное изобретение описывалось в связи с вариантами осуществления, которые в настоящий момент считаются наиболее практичными и предпочтительными, следует понимать, что данное изобретение не должно ограничиваться раскрываемыми вариантами осуществления.

Группа изобретений относится к фильтрующим центрифугам с сетчатой корзиной и способу разделения суспензий на твердые и жидкие составляющие в таких центрифугах. Центрифуга содержит конвейер, включающий в себя ступицу, вращающуюся вокруг оси, и, по меньшей мере, одну спиральную лопасть, проходящую радиально от ступицы и в аксиальном направлении ступицы, и корзину, проходящую вокруг конвейера и вращающуюся вокруг оси. Корзина содержит цилиндрический участок, проходящий от входного конца конвейера, и конически расходящийся участок сита, идущий к выходному концу конвейера. Конически расходящийся участок сита располагается под углом к оси ступицы, что снижает коэффициент трения твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, перемещаться контролируемым образом по направлению к конически расходящемуся участку сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от конически расходящегося участка сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги. При этом, по меньшей мере, одна спиральная лопасть не проходит вдоль конически расходящегося участка сита. Согласно способу отделения твердой составляющей от жидкой составляющей суспензии подают суспензию внутрь корзины, расположенной вокруг ступицы конвейера. После подачи суспензии перемещают твердые частицы вдоль цилиндрического участка корзины в первом направлении, а большей части жидкости во втором направлении, противоположном первому направлению, с использованием, по меньшей мере, одной спиральной лопасти, отходящей от ступицы конвейера. После этого перемещают твердые частицы из цилиндрического участка вдоль конически расходящегося участка сита корзины, причем конически расходящийся участок сита снижает коэффициент трения твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, перемещаться контролируемым образом по направлению к конически расходящемуся участку сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от конически расходящегося участка сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги. Техническим результатом является повышение производительности и надежности центрифуги. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центрифуга, содержащая:
конвейер, включающий в себя ступицу, вращающуюся вокруг оси, и, по меньшей мере, одну спиральную лопасть, проходящую радиально от ступицы и в аксиальном направлении ступицы; и
корзину, проходящую вокруг конвейера и вращающуюся вокруг оси, причем корзина содержит цилиндрический участок, проходящий от входного конца конвейера, и конически расходящийся участок сита, идущий к выходному концу конвейера, причем конически расходящийся участок сита располагается под углом к оси ступицы, что снижает коэффициент трения твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, перемещаться контролируемым образом по направлению к конически расходящемуся участку сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от конически расходящегося участка сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги, а, по меньшей мере, одна спиральная лопасть не проходит вдоль конически расходящегося участка сита.

2. Центрифуга по п.1, дополнительно содержащая цилиндрический участок сита между конически сужающимся участком и конически расходящимся участком сита.

3. Центрифуга по п.1 или 2, дополнительно содержащая подводящую трубу, выполненную с возможностью подачи суспензии к входному краю ступицы конвейера.

4. Центрифуга по п.1, дополнительно содержащая узел привода, выполненный с возможностью приводить в движение ступицу конвейера и корзину с возможностью вращения вокруг оси относительно друг друга.

5. Центрифуга по п.1, дополнительно содержащая опоры, выполненные с возможностью поддерживать ступицу конвейера и корзину на входном и выходном концах.

6. Центрифуга по п.1, в которой расходящийся участок сита отклоняется от оси под углом около 5-40°.

7. Центрифуга по п.1, в которой, по меньшей мере, одна спиральная лопасть представляет собой множество спиральных лопастей.

8. Центрифуга по п.1, в которой корзина дополнительно содержит конически сужающийся участок между цилиндрическим участком и конически расходящимся участком.

9. Способ отделения твердой составляющей от жидкой составляющей суспензии, согласно которому:
подают суспензию внутрь корзины, расположенной вокруг ступицы конвейера;
перемещают твердые частицы вдоль цилиндрического участка корзины в первом направлении, а большей части жидкости - во втором направлении, противоположном первому направлению, с использованием, по меньшей мере, одной спиральной лопасти, отходящей от ступицы конвейера; и
перемещают твердые частицы из цилиндрического участка вдоль конически расходящегося участка сита корзины, причем конически расходящийся участок сита снижает коэффициент трения твердых частиц до значения, позволяющего кеку, образованному твердыми частицами, перемещаться контролируемым образом по направлению к конически расходящемуся участку сита с минимальным встречным давлением, но не дающего твердому кеку оторваться от конически расходящегося участка сита и неуправляемо выскользнуть из центрифуги.

10. Способ по п.9, дополнительно включающий в себя перемещение твердых частиц через конически сужающийся участок корзины после цилиндрического участка и перед конически расходящимся участком сита.

11. Способ по п.9 или 10, дополнительно включающий в себя перемещение твердых частиц через цилиндрический участок сита корзины после конически сужающегося участка и перед конически расходящимся участком сита.

12. Способ по п.9, в котором при подаче суспензии подают суспензию из ступицы конвейера к цилиндрическому участку корзины.

13. Способ по п.9, в котором при подаче суспензии подают суспензию на место соединения цилиндрического участка и конически сужающегося участка.

14. Способ по п.9, в котором при подаче суспензии подают суспензию на конически сужающийся участок.

15. Способ по п.9, в котором конически расходящийся участок сита отклоняется от оси ступицы конвейера под углом около 5-40°.