Центробежный сепаратор Советский патент 1983 года по МПК B04C11/00 

2.сепаратор поп.1, от ли ча ющий с я тем,что высота вихревой камерысостарляет 10-30%от еедиаметра. 3- Сепаратор по п., о т л и ч а tout и и с я тем,что вихревая камера 3 перпендикулярно к расположена оси вращения ротора, а ее впускное отверстие направлено радиально наружу от оси вращения ротора.

Изобретение относится к центробежному сепаратору, предназначенно:му для разделения поступающей смеси компонентов, в частности к центробежному сепаратору для разделения смесей жидкости и твердого вещества по меньшей мере на одну жидкую фрак цию и одну фракцию с высоким содержанием твердых веществ, т.е. твердофазную фракцию. Известны сепараторы, содержащие ротор с вертикальной осью вращения, обычно снабженный рядом конических разделительных тарелок, или ротор с горизонтальной осью вращения, обычно снабженный ш 4еком винтового транспортера, размещенным в роторе и вращающимся со скоростью, отличающейся от скорости ротора, что делает возможной транспортировку тв дофазной фракции t собирающейся на самой удаленной от центра части ротора) в направлении оси вращения к отверстию для выпуска твердой фаз Известны и другие конструкции сепараторов. Возникают проблемы, связанные с оптимальным выделением твердофазной фракции из смеси жидкости и твердого вещества, с конструкционной и эксплуатационно-экономической точек зрения. Эта операция осуществляется оо многих отраслях промышленности Выбор типа центробежного сепаратора определяется рядом различных факторов, особенно важными являются величина содержания твердого вещест ва в жидкости, распределение размер частиц твердого вещества и другие е свойства, такие как различные плот ности жидкости и твердого вещества и различные абразивные свойства. Для смесей из жидкости и твердого вещества,в которых содержание твердого вещества сравнительно небо шое, часто используют центробежный с

2 паратор с вертикальной осью вращения и с ротором, снабженным расположенными по окружности отверстиями, которые могут периодически открываться. Такой центробежный сепаратор собирает твердофазную фракцию .(называемую шламом в наиболее радиально удаленной от центра части сепаратора, и эта твердофазна я {| акция периодически разгружается через расположенные по окружности отверстия. Такой центробежный сепаратор имеет довольно сложную и дорогостоящую конструкцию. Если содержание твердого вещества в жидкости достаточно высоко, может быть использован центробежный сепаратор с ротором, снабженным рядом расположенных по окружности постоянно открытых сопел. Эти сопла, диаметр отверстия которых обычно составляет 1 мм, используются. Например, для дрожжевой суспензии Недостатком центро ежных сепараторов этого.типа является то, что площадь отверстия сопел должна быть ограниченной, чтобы расход твердофазной фракции, например дрожжевого концентрата, не был слишком большим, принимая во внимание высокое давление , обычно преобладающее в соплах (порядка 150-200 бар) из-за большой центробежной силы, которая необходима для эффективного отделения дрожжей от жидкости. Это означает, что существует опасность их засорения. Поэтому возникает необходимость в определенном регулировании расхода поступающей из центробежного сепаратора через выпускное отверстие твердофазной фракции, скапливающейся i на наиболее удаленной радиаяьно от центра части ротора. Одна из этих проблем решена в центробежном сепараторе, снабженном каналами, соединяющими наиболее удаленную в радиальном направлении от центра часть ротора с приемной камерой, расположенной в нижней, внутренней части ротора и снабженной вьтускным устройством, причем отверстия, каналов в приемной камере снабжены клапаном для открытия и закрытия этих каналов С2. При работе твердофазная фракция (шлам) течет по каналам вниз в прием ную камеру, откуда она разгружается через выпускное устройство. Такой центробежный сепаратор может быть снабжен регулирующим средством, которое выравнивает изменения величины содержания твердого вещества в посту пающей смеси таким образом, что содержание твердого вещества в выпуска емой твердофазной фракции остается сравнительно неизменным. Такое регу лирующее средство может содержать датчик, предназначенный воспринимать такое свойство, как вязкость выпускаемого твердофазного потока, и воздействовать на названный клапан через регулятор с тем, чтобы, открывая и закрывая отверстия каналов, поддерживать содержание твердого вещества в твердофазном потоке сравнительно постоянным. Применение такого регулирующего средства часто дает довольно хорошие результаты, но оно дорогостоящее и склонно к повреждениям. Проблема другого рода заключается а том, что роторы некоторых цент робежных сепараторов изготовляются такого радиуса и приводятся во вращение с такой скоростью, что периодический поток через сопла по окружности ротора приобретает такую высокую скорость, что твердое вещество действует в высшей степени абразивно, приводя к поврежден или даже выходу из строя запорных средств на выходных отверстиях. Это вызывает необходимость в определенных устройствах для ограничения ск рости, которые не уменьшали бы чрез мерно проходное сечение. Даже в случаях, когда центробежный сепаратор указанного типа испол зуется для разделения смеси из жидк Компонентов и предназначается для обогащения компонентами двух выходя жидких фракций, существует потребность в регулировании потока по мен шей мере одной жидкой фракции с тем, чтобы достичь требуемой степени обогащения данным компонентом. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является центробежный сепаратор, содержащий ротор, разделительную камеру с патрубками выпуска разделенных фракций, приемную камеру, расположенную в нижней части ротора и снабженную регулирующим средством для твердой фракции . Недостаток известного сепаратора - низкая эффективность разделения потоков с изменяющейся вязкостью. Цель изобретения - повышение эффективности разделения потоков с изменяющейся вязкостью. Поставленная цель достигается тем, что в сепараторе, содержащем ротор, разделительную камеру с патрубками выпуска разделенных фракций, приемную камеру, расположенную в нижней части ротора и снабженную регулирующим средством для твердой фракции, это средство выполнено в виде вихревой камеры с тангенциальным впускным отверстием и центральным выпускным отверстием в верхней части, при этом впускное отверстие вихревой камеры соединено с разделительной камерой. Целесообразно, чтобы высота вихреВОЙ камеры составляла 10-3.0 от ее диаметра. Предпочтительно вихревую камеру, располагать перпендикулярно к оси вращения ротора, а ее впускное отверстие направлять радиально наружу от оси вращения ротора. Размещением вихревого гидравлического управляющего устройства (вихревой камеры) на выпускных отверстиях ротора обеспечивается возможность ограничения потока устройствами ограниченных размеров без уменьшения проходного сечения, что создавало бы опасность засорения. Вихревые гидравлические управляющие устройства обеспечивают возможность достаточно простого автоматического регулирования поступающего потока с изменяющейся вязкостью. В тех центробежных сепараторах, которые снабжены расположенными по окружности соплами в роторе, вихревое гидравлическое управляющее устройство предусмотрено в виде сопла в выпускном канале, предпочтительно таким образом, чтобы основное направление 4 если смотреть от спиральной дорожки через- Камеру вращения было радиальным. В обычных роторах центробежных сепараторов, снабженных постоянно открытыми расположенными по окружности отверстиями,последние Направлены противоположно направлению вращения ротора. Причина этого состоит в том, что желательно использовать энергию движения, т.е. реактивную энергию, которая в ином случае была бы потеряна при выпуске твердофазной фракции. При 1спользовании вихревых гидравлических управляющих устройств скорость потока на выпуске относительно низка, и поэтому нет необходимости и даже воз можности использования реактивной энергии. Расположенные по окружности выпускные отверстия ротора могут икшть осевое направление, но это не создает никакой особой проблемы для разме щения вихревых устррйств на пути движения потока. В центробежных сепараторах,содержащих каналы, соед|7няю(цие наиболее удаленную часть ротора с приемной камерой внизу внутренней части ротора предусмотрено в каждом таком кана ле Bi xpeBoe гидравлическое управляющее устройство, предпочтительно во внутренней части, обращенное : оси вращения ротора, т.е. к отверстию. Когда камера вращения выполнена с двумя плоскими торцами, наиболе подходящим является вариант, в котором высота камеры вращения меньше ее диаметра. Особенно хорошие резуль таты получают а том случае,i рели высота составляет 10-30 от названного диаметра На фиг.1 представлен предлагаемый сепаратор, снабженный расположенными по окружности, радиальными, постоянн Открытыми выпускными отверстиями с упомянутым вихревым управляющим гидравлическим устройством, показан ным в одном из выпускных отверстий, о&ций вид; на фиг.2 - центробежный ротор с осевыми, периодически закрывающимися , расположенными по окружности выпускными отверстиями с упомянутым вихревым гидравлическим управляющим устройством, показанным в одном из выпускных отверстий. 10 . 3 продольное сечению; на фиг.З - центробежнь ротор, снабженный выпускным каналом, направленным внутрь, во внутреннем отверстии которого показано вихревое гидравлическое управляющее устройство, продольное сечение; на фигЛ - центр.о(5ежный ротор с горизонтальной осью и внутренним шнеком винтового транспортера, причем в радиальных выпускных отверстиях на окружности ротора показаны вихревые гидравлические управляющие устройства, продольное сечение; на фиг.5 - вихревой диод, вид в пер/спективе; на фиг.6 - радиальное выпускное отверстие центробежного ротора, показанного на фиг.1, в увеличенном масштабе, разрез;на фиг.7 разрез А-А на фиг.6; на фиг.8 - в ариант размещения вихревого гидравлического управляющего устройства с конической частью в радиальном выпускном отверстии; на фиг.9 график зависимости расхода KOHi eHTpaта от содержания сухого твердого ве-S щества при испытаниях предлагаемого центробежного сепаратора , на фиг. 10 график зависимости расхода твердофазной фракции от содержания сухого твердого ве|ц,естваконцентрата. Сепараторы iфиг.1-3) имеют центробежные роторы, которые установлены с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 1 и могут иметь традиционную форму. Как показано, в каждом случае центральная неподвижная входная трубка 2 проходит в осевом направлении вниз к обычному коническому распределителю 3 ротора, и рабочая смесь из трубки 2 протекает вокруг наружной кромки распределителя 3 в разделительную камеру 4,содержащую комплект разнесенных конических дисков 5, как и в о&йчных сепараторах. Отделенная более легкая фракция рабочей смеси перемещается в радиальном направлении внутрь из полости между дисками 5 и перетекает наверх в слив У амеру 6 ротора, из которой эта фракция выводится с помощью неподвижного выпускного устройства 7, и одновременно отделенная тяжелая перемещается к наружной периферической части 8 разделительной камеры. В каждом из роторов (фиг. 1-3) вихревое гидрав.(ическое управляющее устройство (вихревая камера располагается в выпускной части траектории перемещения отделенной тяжелой фракции. На фиг.5 показан вихревой диод, содержащий впускной канал 10, камеру 1t вращения и выпускной канал 12, соо ающийся с центральным вы пускным отверстием 13, выполненным в торце 1 камеры 11 вращения. Вто рой торец 15 -в данном случае не имеет центрального выпускного отверстия. Вихревой диод 9 (фиг.6 и 7 размещается на выпускном сопле 16. Каме ра вращения ориентирована относитель но выпускного отверстия так,им образо чтобы выпускаемый поток имел радиаль ное направление. Ось симметрии камер вращения параллельна оси вращения центробежного ротора. На фиг.8 показан вариант размещения и конструкции вихревого диода, расположенного в выпускном отверстии радиальное направление. В этом случа ось симметрии камеры 1 вращения име ет в стенке ротора радиальное направ ление, а центральное выпускное отвер стие 18 направлено радиально наружу. Часть камеры вращения с выпускным отверстием также частично выполнйн в виде конуса, благодаря чему опасность засорения поступающим через входное отверстие 19 твердым веществом сводится к минимуму. Центробежный ротор фиг.2) имеет по периферии выпускные отверстия 20 параллельнце оси ротора. Каждое из выпускных отверстий 20 периодически закрывается обычным устройством 21. В этом случае вихревой диод удобно располагать, чтобы ось симметрии камеры вращения была перпендикулярна к оси вращения ротора. Скорост выпускаемого потока должна быть ограничена без уменьшения площади сечения,и, таким образом, проблема абразивного воздействия твердых частиц на запорное средство решена благодаря высокой скорости выпуска егюго потока (которая, в свою очередь, зависит от высокого давления, преобладающего в центробежнбм сепараторе такого типа на входной площади выпускных отверстий). Центробежный ротор 22 (фиг.) вра щается относительно горизонтальной оси и имеет шнек 23. Ротор снабжен расположенными по окружности радиальными выпускными отверстиями 2 с гидравлическим управляющим устройством 9, расположенным на оси симметрии камеры вращения параллельно оси вращения ротора. Нормально центробежные сепараторы с горизонтальной осью и шнеком-транспортером в роторе выполняются с ротором, который состоит из круговой цилиндрической части и из части в виде усеченного конуса. Причина этого состоит в том, что желательно транспортировать отделенную твердофазную фракцию (т.е. шлам) в направлении радиально внутрь для того, чтобы можно было выпускать ее из центробежного сепаратора без контакта с жидкой фазой. Теоретически возможен ротор, состоящий только из цилиндра, снабженного расположенными по окружности выпускными, отверстиями с довольно ограниченным проходным сечением, но он практически не смо жет работать вследствие засорения. Увеличение проходного сечения в обычных выпускных отверстиях с тем, чтобы устранить этот недостаток, создает слишком большой расход, вследствие чего содержание сухого твердого вещества в выпускаемой фракции слишком низко. Применение вихревых гидравлических управляющих устройств делает возможной такую конструкцию благо- . даря сочетанию большого сечения и небольшого расхода. В центробежном сепараторе (фиг.З . ротор, снабженный каналами 25, идущими внутрь от наиболее удаленной части 8 ротора.до приемной камеры 26 вниз по ротору, снабжен вихрев м диодом 9 на внутреннем отверстии каждого из каналов 25. Одна твердофазная фракция выводится из приемной камеры 26 через отводящую трубку 27. Ось симметрии каждой камеры вращения удобно расположить параллельно оси вращения ротора. Эта конструкция позволяет ограничивать расход через каналы 25 без всякой опасности засорения. При одном из практических эксплуатационных испытаний центробежный сепаратор был снабжен расположенными по окружности радиальными выпускными отверстиями, как показанные на фиг.1.6 и 7, с вихревыми диодами. Их размеры были следующими: входная площадь - квадрат 1,0 х 1,0 мм, высота камеры вращения 1,0 мм диаметр 7,0 мм, диаметр центрального выпускного отверстия 1,0 мм. Радиус ротора составлял 278 мм. Число выпускных отверстий 12. Частота вращения составляла «700 оборотов в минуту. При этом испытании была подвергнута центрифугированию дрожжевая суспензия с различным содержанием сухих твердых веществ. Ra фиг..9 можно видеть, какие расходы ( кг/ч твер- дофазной фракции дрожжевого концентрата были получены при различных содержаниях твердых веществ в этом дрожжевом концентрате. На фиг.10 эти результаты были пересчитаны на G кг/ч сухого вещества проходящего через расположенные по окружности выпускные отверстия, при различных содержаниях твердых веществ в выводимом потоке. „ Как видно из представленных кривых расход увеличивается при прохождении через выпускные отверстия,снабженные вихревыми Диодами, при увеличений содержания твердых веществ и, следова-тельно, при увеличении вязкости. Это значит, что при изменении содержания твердых веществ в поступающей смеси происходит определенное автоматическо регулирование расхода через выпускные отверстия, т.е. низкое содержание сухих твердых веществ дает небольшой расход, а высокое содержание сухих твердых веществ - большой. Такое регулирование стабилизирует разделение с тем, чтобы можно было сохранять со- гдержание сухих твердых веществ на от1носительно высоком уровне также и тогда, когда содержание сухого твердого вещества в поступающей смеси изменяется. Согласно изобретению в центробежных сепараторах описанного типа можно получить следующие преимущества. В роторах, снабженных постоянно открытыми выпускными отверстиями для выпуска из роторов твердофазной фракции, может быть разделена поступающая смесь с намного более низким содержанием сухих твердых веществ, чем это было возможно раньше, без уменьшения проходного сечения выпускных отверстий, что привело бы к опасности их засорения. По грубому подсчету проходное сечение может быть увеличено в два раза путем установки вихревого гидравлического управляющего устройства, по сравнению с известными выпускными устройствами, без увеличения расхода, что повышает надежность за счет уменьшения вероятности засорения . Автоматическое регулирование содержаний сухих твердых веществ в выпускаемом потоке твердофазной фрак ции может быть получено в относительно широких пределах изменения содержания сухих твердых веществ в поступающей смеси. Возможно также более высокое содержание твердых веществ в выпускаемом потоке вследствие благоприятного соотношения между проходным сёчением и расходом.

№

/1-/

Чиг.9

V.r//

2S

20

1Г