ДЕКАНТЕРНАЯ ЦЕНТРИФУГА Российский патент 2019 года по МПК B04B1/20 

Настоящее изобретение относится к декантерной центрифуге, содержащей вращающийся барабан, снабженный по меньшей мере одним отверстием для выгрузки твердой фазы и по меньшей мере одним отверстием для выгрузки очищенной жидкости, и шнековый транспортер, расположенный коаксиально внутри указанного вращающегося барабана так, что он заключен в указанном вращающемся барабане, вращаемый в том же направлении с отличной скоростью вращения, причем суспензия, подаваемая для разделения, загружается в кольцевидное пространство, образованное между указанным вращающимся барабаном и указанным шнековым транспортером, через центральную питающую трубу, прикрепленную к концу шнекового транспортера и поддерживаемую по меньшей мере одной опорой, при этом суспензия может быть разделена центробежной силой на твердую фазу и жидкую фазу так, что указанная твердая фаза выгружается через указанное отверстие для выгрузки твердой фазы, а указанная жидкая фаза выгружается через устройство для выгрузки указанной очищенной жидкости, при этом канал для жидкой фазы проходит внутри вала, выводя жидкую фазу за опорами, причем предусмотрен клапан для жидкой фазы за опорой со стороны, противоположной барабану и шнеку, при этом клапан для выгрузки жидкой фазы выполнен с возможностью его регулирования в процессе работы декантерной центрифуги посредством ручного маховика через передачу или посредством двигателя.

Декантерная центрифуга, известная из уровня техники, раскрыта в документе ЕР 0 447 742 А2; в ней отверстие для выгрузки твердой фазы расположено внутри концевой опоры питающей трубы. Это отверстие для выгрузки жидкой фазы для очищенной жидкости расположено со стороны концевой пластины, соединенной с валом привода барабана, и снабжено затвором, высота которого может регулироваться с помощью панели управления затвором. Приводной вал должен иметь определенный диаметр, обычно этот диаметр приблизительно соответствует валу шнека, поэтому отверстие для выхода жидкости может располагаться лишь на большом удалении от оси. Это приводит к большому энергопотреблению. В документе JP 2002 336735 также раскрыта декантерная центрифуга с вращающимся барабаном и вращающимся шнеком, причем канал жидкой фазы идет внутри вала и имеется клапан выгрузки.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы снизить потери энергии, связанные с ускорением жидкой и твердой фаз, путем уменьшения радиуса выгрузки до абсолютного минимума.

Это достигается за счет уплотнения на конце питающей трубы, причем уплотнение на конце питающей трубы выполнено в виде двойного осевого уплотнения. Таким образом, можно установить его так, чтобы одно уплотнение работало между вращающейся питающей трубой и неподвижной трубой, подающей суспензию, а другое работало между выходным валом двигателя и неподвижной частью декантерной центрифуги. Это значит, что можно использовать давление подающего насоса для поддержки транспортировки кека в той части барабана, где происходит транспортировка твердой фазы, благодаря чему отпадает необходимость в управлении переменной скоростью транспортера и соответствующем оборудовании. Питающая труба имеет малый диаметр по сравнению с обычным приводным валом, и очищенная жидкость выгружается через канал, окружающий питающую трубу, поэтому энергопотребление очень мало.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения отличается тем, что отверстие для выгрузки жидкой фазы для очищенной жидкости расположено между опорой и уплотнением.

Еще один предпочтительный вариант осуществления отличается тем, что клапан жидкой фазы можно регулировать двигателем. Этот клапан создает повышенное давление выгрузки жидкой фазы, тем самым регулируемым образом направляя давление насоса на поддержку транспортировки кека в той части барабана, где происходит транспортировка твердой фазы.

Следующий предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения отличается наличием канала для смазочной воды между указанными двумя уплотнениями и опорой на конце вращающегося шнека, причем канал расположен концентрично между валом вращающегося барабана и валом вращающегося шнека.

Следующий предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения отличается тем, что канал для жидкой фазы проходит внутри вала вращающегося барабана. Таким образом, этот канал встроен в основную часть центрифуги и не является отдельной частью.

Ниже настоящее изобретение раскрывается со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых ясно видны предпочтительные варианты его осуществления.

На фиг. 1 показана декантерная центрифуга согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 показан подающий конец декантерной центрифуги с клапаном для жидкой фазы;

на фиг. 3 показан альтернативный вариант конструкции для разделения трехфазных смесей.

На фиг. 1 показана декантерная центрифуга согласно настоящему изобретению, имеющая раскрытую ниже конструкцию. Вращающийся барабан 1 представляет собой комбинацию конической и цилиндрической секций. Головка 3 барабана закреплена со стороны большего радиуса вращающегося барабана 1 для его закрытия. Из головки 3 барабана выходит полый вал 8, сообщающийся с полостью вращающегося барабана 1. С противоположной стороны, где вращающийся барабан 1 имеет меньший радиус, от заднего конца барабана 1 отходит полый вал 9, сообщающийся с полостью вращающегося барабана 1. Полый вал 8 головки 3 барабана и полый вал 9 барабана 1 вращаются в опорах 18 и 19, соответственно.

Таким образом, вращающийся барабан 1 может поддерживаться в горизонтальном положении и вращаться с большой частотой под действием крутящего момента, передаваемого от вращающегося привода (не показан).

В полой части вращающегося барабана 1 расположен шнековый транспортер 2. Вал 29 этого шнекового транспортера 2 вращается в опорах 16 и 17 соосно горизонтальной оси вращения барабана 1. Соосно оси вращающегося барабана 1 вращается полая трубка 12 шнекового транспортера 2. Лопасть 13 шнека образует винтовую поверхность вдоль всей длины полой трубки 12, почти касаясь внутренней поверхности барабана 1. В полом валу 9 заднего конца барабана расположен вал 20 переменного сечения. Один его конец соединен с концевой частью полой трубки 12 шнекового транспортера 2, а другой конец - с приводом 22 транспортера. Таким образом, барабан 1 вместе со шнековым транспортером 2 может вращаться с высокой скоростью. Вращающийся барабан 1 и шнековый транспортер 2 вращаются в одну сторону, но скорости их вращений несколько различаются. Это может быть обеспечено либо редуктором, либо другими типами привода транспортера.

Отверстие 11 выгрузки твердой фазы выполнено со стороны меньшего радиуса вращающегося барабана 1, и через это отверстие 11 могут быть выгружены соскребаемые вместе частицы твердой фазы.

Часть, через которую выгружается очищенная жидкость, будет подробнее раскрыта со ссылкой на фиг. 2, так как эта часть является отличительной для настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана концевая часть декантерной центрифуги со стороны головки 3 барабана. Головка 3 барабана прикреплена к вращающемуся барабану 1. Скорость вращения может составлять, например, около 4000 об/мин. Внутри барабана расположен вращающийся шнековый транспортер 2 с полой трубкой 12 и закрепленной на ней лопастью 13. Шнековый транспортер 2 вращается в ту же сторону, что и барабан 1. В случае, когда шнек вращается быстрее, его скорость вращения может составлять около 4012 об/мин, несколько отличаясь от частоты вращения вращающегося барабана 1. Шнековый транспортер 2 вращается соосно горизонтальной оси вращения барабана 1 благодаря наличию опоры 16. Головку 3 барабана продолжает полый вал 8, опирающийся на несущую опору 18. Питающая труба 10 проходит внутри полого вала 8 вращающегося барабана 1 от полой трубки 12 шнекового транспортера 2 и вращается вместе со шнековым транспортером. При загрузке предназначенной для разделения суспензии через питающую трубу 10, в то время как вращающийся барабан 1 и шнековый транспортер 2 вращаются с высокими скоростями вращения, каждый со своей, загружаемая суспензия подается на наружную сторону полой трубки 12 через загрузочные отверстия 24, как известно из уровня техники. Таким образом, загруженная суспензия непрерывно отбрасывается к внутренней периферической поверхности вращающегося барабана 1 центробежной силой, вызванной вращением барабана 1. Поэтому на внутренней периферической поверхности вращающегося барабана 1 образуется кольцевидная ванна. Твердые частицы, имеющие более высокую плотность, чем жидкость подаваемой суспензии, отделяются от очищенной жидкости и оседают на дне указанной ванны под действием созданных указанной частотой вращения высоких инерционных сил.

Эти частицы соскребаются к коническому концу барабана 1 с фиг. 1 лопастью 13 шнека и выгружаются через отверстие 11 выгрузки твердой фазы.

С другой стороны очищенная жидкость, собирающаяся на наружной поверхности полой трубки 12, течет к каналу 15 и попадает в канал 4 для жидкой фазы, выполненный внутри вала 8. Этот канал 4 для жидкой фазы проходит сквозь головку 3 барабана и несущую опору 18 и приводит к выходу 5 для жидкой фазы. Но, в отличие от вращающегося вместе с барабаном 1 канала 4 для жидкой фазы, выход 5 для жидкой фазы неподвижен. Количество жидкой фазы (очищенной жидкости) можно регулировать клапаном 14 выгрузки жидкой фазы. Степень открытия клапана 14 выгрузки жидкой фазы можно изменять посредством ручного маховика 23 через передачу или, альтернативно, посредством двигателя. Изменяя степень открытия клапана 14 выгрузки жидкой фазы, можно использовать давление подающего насоса (не показан) для поддержки транспортировки кека в той части барабана 1, где происходит транспортировка твердой фазы, благодаря чему отпадает необходимость в управлении переменной скоростью транспортера и соответствующем оборудовании.

При вращении барабана 1 жидкость и твердая фаза, подаваемые в полость барабана, образуют кольцевидный объем, и твердые частицы, имеющие более высокую плотность, чем жидкость, отделяются и накапливаются внутри барабана 1, образуя ванну. Если подается только жидкость, то уровень жидкости внутри барабана будет постоянным и будет определяться тем отверстием 11 выгрузки, которое расположено на наибольшем радиусе от оси вращения. Расположенный на транспортере отбойный диск 21 образует барьер между сепараторной частью полости барабана и частью транспортировки твердой фазы, оставляя лишь малый зазор между стенкой барабана и периферией отбойника. Когда транспортер начинает подавать отделенную твердую фазу к отверстию выгрузки твердой фазы, этот зазор заполняется твердой фазой высокой вязкости, с образованием пори этом пробки, вызывающей подъем уровня жидкости в сепараторной части барабана, и этот уровень приближается к оси вращения, пока не достигнет радиуса выгрузки жидкости (который меньше радиуса выгрузки твердой фазы). Давление в указанном зазоре в грубом приближении пропорционально высоте уровня жидкости, поэтому давление с сепараторной стороны отбойника превысит давление с транспортировочной стороны, и этот перепад давлений, таким образом, поможет транспортировке твердой фазы сквозь зазор и «нарастанию» до уровня выгрузки твердой фазы. Поскольку канал между подающим насосом и полостью барабана закупорен, давление подающего насоса будет прибавляться к давлению в полости, если уровень внутри полости подходит к оси вращения ближе радиуса выгрузки жидкой фазы. Став частично закрытым, клапан 14 выгрузки жидкой фазы увеличивает перепад давления на отверстии выгрузки жидкой фазы и тем самым повышает уровень выгрузки жидкости до тех пор, пока он не достигнет оси, и полость барабана не заполнится. Когда полость барабана заполнится, давление подающего насоса будет непосредственно прибавляться к давлению в зазоре отбойника, созданному центробежной силой, и, таким образом, потоком твердой фазы сквозь зазор можно управлять, регулируя проходное отверстие клапана жидкой фазы.

Так как транспортировкой твердой фазы можно управлять клапаном 14 выгрузки жидкой фазы, как раскрыто выше, зависимость влагосодержания твердой фазы от скорости транспортера снижается, и можно отказаться от системы управления скоростью транспортера, ограничившись фиксированной скоростью, определяемой коэффициентом переноса транспортера.

На подающем конце вращающаяся питающая труба 10 уплотнена осевым уплотнением 6, а вращающийся барабан 1 уплотнен осевым уплотнением 7. Между осевым уплотнением 6 и осевым уплотнением 7 имеется пространство 24, в которое под давлением подается охлаждающая или смазочная вода. Эта вода течет по каналу 25 смазочной воды к опоре 16. Здесь может также быть использована в качестве смазочной воды часть очищенной жидкости, так что свежей воды не требуется.

На фиг. 3 показан вариант осуществления настоящего изобретения, который полезен при наличии трех фаз. В этом варианте центрифуга работает аналогично варианту фиг. 1 и 2, так что твердая фаза выгружается со стороны (здесь не показана) меньшего радиуса вращающегося барабана 1, а жидкая фаза может быть разделена на легкую и тяжелую фракции. Легкая фракция повторяет уже раскрытый выше путь по каналу 4 жидкой фазы в выход 5 жидкой фазы, но предусмотрен дополнительный затвор 26 в виде конусного кольца, который отделяет легкую фракцию от тяжелой. Тяжелая фракция затем проходит сквозь отверстие 27, закрытое кольцевым затвором 28, который регулирует высоту отверстия и тем самым дает возможность регулировать свойства фракций. Прочие части имеют те же номера позиций, что и соответственные части на остальных фигурах чертежей.

Хотя раскрыты и показаны на фигурах чертежей предпочтительные варианты осуществления изобретения, понятно, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами его осуществления.

Изобретение относится к декантерной центрифуге, содержащей вращающийся барабан (1), снабженный по меньшей мере одним отверстием (11) для выгрузки твердой фазы и по меньшей мере одним отверстием (15) для выгрузки очищенной жидкости, и шнековый транспортер (2), коаксиально расположенный внутри указанного вращающегося барабана и вращающийся в том же направлении с отличной скоростью вращения. Суспензия, подаваемая для разделения, загружается в кольцевидное пространство, образованное между указанным вращающимся барабаном (1) и указанным шнековым транспортером (2), через центральную питающую трубу (10), прикрепленную к концу шнекового транспортера (2) и поддерживаемую по меньшей мере одной опорой (16, 17). Суспензия может быть разделена центробежной силой на твердую фазу и жидкую фазу так, чтобы указанная твердая фаза выгружалась через указанное отверстие (11) для выгрузки твердой фазы, а указанная жидкая фаза выгружалась через устройство (5) для выгрузки указанной очищенной жидкости, причем канал (4) для жидкой фазы проходит внутри вала, выводя жидкую фазу за опоры (16, 18), при этом предусмотрен клапан (14) для выгрузки жидкой фазы за опорой со стороны, противоположной барабану (1) и шнеку (2). Клапан (14) для выгрузки жидкой фазы выполнен с возможностью его регулирования в процессе работы декантерной центрифуги посредством ручного маховика через передачу или посредством двигателя. На конце питающей трубы (10) имеется уплотнение (6, 7), выполненное в виде двойного осевого уплотнения. Изобретение позволяет поднять давление в системе и использовать давление подающего насоса для поддержки транспортировки кека в той части барабана, где происходит транспортировка твердой фазы, благодаря чему отпадает необходимость в управлении переменной скоростью транспортера и соответствующем оборудовании. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Декантерная центрифуга, содержащая вращающийся барабан (1), имеющий вал (8, 9) и снабженный по меньшей мере одним отверстием (11) для выгрузки твердой фазы и по меньшей мере одним отверстием для выгрузки очищенной жидкости, и шнековый транспортер (2), расположенный коаксиально внутри указанного вращающегося барабана (1) и выполненный с возможностью вращения в том же направлении с отличной частотой вращения, причем обеспечена загрузка суспензии, подаваемой для разделения, в кольцевидное пространство, образованное между указанным вращающимся барабаном (1) и указанным шнековым транспортером (2), через центральную питающую трубу (10), прикрепленную к концу шнекового транспортера (2) и поддерживаемую по меньшей мере одной опорой (16, 17), при этом обеспечена возможность разделения суспензии центробежной силой на твердую фазу и жидкую фазу так, чтобы указанная твердая фаза выгружалась через указанное отверстие (11) для выгрузки твердой фазы, а указанная жидкая фаза выгружалась через указанное устройство (5) для выгрузки указанной очищенной жидкости, при этом канал для жидкой фазы проходит внутри вала (8), выводя жидкую фазу за опоры (18), причем предусмотрен клапан (14) для выгрузки жидкой фазы за опорами (18) со стороны, противоположной барабану (1) и шнеку (2), причем клапан (14) для выгрузки жидкой фазы выполнен с возможностью его регулирования в процессе работы декантерной центрифуги посредством ручного маховика через передачу или посредством двигателя, отличающаяся тем, что на конце питающей трубы (10) имеется уплотнение (6, 7), причем указанное уплотнение (6, 7) на конце питающей трубы (10) выполнено в виде двойного осевого уплотнения так, что вращающаяся питающая труба уплотнена осевым уплотнением (6), а вращающийся барабан уплотнен осевым уплотнением (7).

2. Декантерная центрифуга по п. 1, в которой разгрузочное устройство (5) для выгрузки жидкой фазы для очищенной жидкости расположено между опорой (18) и уплотнением (6).

3. Декантерная центрифуга по п. 1, в которой предусмотрен канал (25) для смазочной воды между указанными двумя уплотнениями (6, 7) и опорой (18) на конце вращающегося шнека (2), причем канал расположен концентрично между валом (8) вращающегося барабана и валом вращающегося шнека (2).