Центрифуга для очистки жидкости Советский патент 1992 года по МПК B04B1/00 

Изобретение относится к очистке жидкостей в центробежном поле и может быть использовано для очистки масла в двигателях внутреннего сгорания или рабочих жидкостей в гидросистемах машин, в централизованных системах смазки обкаточных цехов, в регенерационных установках, а также для очистки газов.

Известны центрифуги для очистки масла, содержащие корпус, размещенный внутри него ротор, каналы для подвода и отвода масла и гидропривод ротора, содержащий рабочие лопатки и сопла для направленного подвода на рабочие лопатки неочищенной жидкости. Сопла неподвижного направляющего аппарата выполнены тангенциально.

Масло по рабочим лопаткам ротора движется от центра к периферии, т.е. гидропривод работает по принципу центробежной турбины. В такой конструкции ограничены возможности увеличения выходного диаметра направляющего аппарата, а следовательно, и плеча силы давления струи на лопатку. Поэтому для получения достаточно большого крутящего момента приходится разгонять поток в соплах до больших скоростей, что приводит к большому гидравлическому сопротивлению, снижению скоростного режима и сепарирующей эффективности центрифуги.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является центрифуга для очистки жидкости, включающая ротор, установленный в корпусе на полуосях с осевыми каналами для подвода масла в ротор и отвода очищенного масла, камеру, расположенную

2

СО ON

fc

под основанием корпуса, рабочие лопатки, размещенные в камере, м направляющий аппарат, сопла которогр выполнены в стенке камеры по наружному диаметру рабочих лопаток. Гидропривод этой центрифуги работает по принципу центростремительной радиально-осевой турбины, в которой поток подводится к лопаткам со скоростью истечения из направляющего аппарата. Такое исполнение гидропривода позволяет увеличить средний диаметр рабочих лопаток до необходимых размеров без ограничения и получить большой вращающий момент, что дает возможность осуществить привод роторов увеличенных объемов.

Недостатком данной центрифуги является то, что с увеличением радиуса рабочих лопаток увеличивается также их окружная скорость, поэтому для достижения высокой эффективности очистки повышением скоростного режима ротора поток жидкости необходимо разгонять в направляющем аппарате до больших скоростей, увеличивая при этом расход жидкости или уменьшая сечение сопл, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления. В отдельных случаях уменьшение сечение сопл ограничивается технологическими возможностями, а увеличение расхода жидкости может привести к смыву отложений в роторе и уносу частиц твердой фазы. Эти факторы ограничивают быстроходность объемных роторов и эффективность очистки.

Цель изобретения - повышение степени очистки жидкости путем увеличения частоты вращения ротора.

Поставленная цель достигается тем, что в центрифуге для очистки жидкости, содержащей вертикальный цилиндрический корпус с основанием и крышкой, размещенный внутри него и установленный на полых полуосях ротор с колонкой, имеющей каналы для подвода и отвода жидкости, гидропривод, содержащий лопастную турбину, укрепленную внутри нижней полуоси, и по меньшей мере один патрубок для подвода исходной жидкости, в основании корпуса соосно ротору выполнена цилиндрическая ускорительная камера для создания вихревого движения поступающей жидкости, при этом патрубки для подвода исходной жидкости прикреплены тангенциально относительно внутренней цилиндрической поверхности камеры, причем нижняя часть лопастной турбины размещена внутри этой непосредственно над ее днищем.

В сравнении с известной в предлагаемой центрифуге поток до воздействия на

лопастную турбину разгоняется до больших скоростей не только в каналах тангенциальных патрубков, но и в свободном пространстве цилиндрической ускорительной

камеры, ограниченном на периферии ее внутренней цилиндрической поверхностью, а в центральной части - лопастной турбиной, где при радиальном стоке закрученного потока образуется вихревое движение

жидкости, в котором при сохранении постоянного значения момента на произвольном радиусе поля вихря происходит увеличение скорости вращения по закону, близкому к закону свободного вихря.

Такое распределение скорости справедливо до границы ядра вихря, внутри которого скорости распределены по линейному закону, т.е. так же, как в случае вращения твердого тела. Радиальная граница поля вихря и ядра вихря определяется взаимодействием вихря с приосевыми элементами.

Наличие ускорительной камеры исключает необходимость разгона потока до больших скоростей в каналах тангенциальных патрубков и позволяет выбрать оптимальным их проходное сечение в соответствии с расходом жидкости.

На фиг. 1 представлена центрифуга дляочистки жидкости, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Центрифуга состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с основанием 2 и крышкой 3, размещенного внутри него и

установленного на полых полуосях 4 и 5 ротора 6 с колонкой 7, имеющей каналы для подвода и отвода жидкости. Гидропривод центрифуги содержит лопастную турбину 8, укрепленную внутри нижней полуоси 4

и размещенную непосредственно над днищем 9 ускорительной камеры 10, выполненной в основании корпуса 2, и тангенциальные патрубки 11 для подвода исходной жидкости.

Центрифуга работает следующим образом.

При втекании жидкости через каналы тангенциальных патрубков 11 в ускорительной камере 10 образуется вихревое движение исходной, жидкости, интенсивность которого возрастает при радиальном стоке и угловая скорость вдоль радиусе изменяется по закону:

55

ш -+-С2

г2 г

(1)

где А

ms

2.

ms - массовый секундный расход жидкости;

г - коэффициент динамической вязкости жидкости;

h - высота цилиндрической ускоритель- ной камеры;

Ci, €2 - постоянные, которые определяются из условий вихревого движения на границах ускорительной камеры.

Закрученный таким образом в ускори- тельной камере поток попадает на лопастную турбину, приводя ее вместе с ротором в движение, проходит по осевому каналу нижней полуоси 4 в полость ротора и через осевой канал полуоси 5 очищенная жид- кость отводится к потребителю.

По градиенту изменения угловой скорости жидкости в ускорительной камере опре- деляется момент Мс. передаваемый потоком лопастной турбине:

Мс т$ (

А-2

Ъ Щ,

RЈ),(2)

где VL - скорость потока в каналах танген- циальных патрубков;

R-JV - радиус цилиндрической ускорительной камеры;

(Dp - угловая скорость ротора;

Rp - наружный радиус лопастной турби- ны.

Из формулы (2) следует, что увеличить момент на лопастной турбине можно не только увеличением радиуса цилиндрической ускорительной камеры , но и умень- шением в допустимых пределах наружного радиуса лопастной турбины Rp.T.e. увеличением радиального размера ускорительной камеры, не изменяя при этом значения остальных параметров гидропривода.

Указанные свойства вихревого движения жидкости позволяют осуществить необходимую частот, вращения ротора независимым подбором параметров цилиндрической ускорительной камеры, сечения каналов тангенциальных патрубков и размеров лопастной турбины.

Один из примеров конкретного выполнения гидропривода центрифуги реализуется при следующих параметрах:

RЈ 0,05 м; Rp 0,01 м; h 0.01 м;

-17,5-103 - ; кг/мин 0.333 кг/с, м

}ф 12,98 м/с (при двух тангенциальных патрубках с каналами диаметром по 4,36 мм).

При угловой скорости ротора о)р 1047 1 /с лопастной турбине передается момент ,18Н-М.

Формула изобретения Центрифуга для очистки жидкости, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с основанием и крышкой, размещенный внутри него и установленный на полых полуосях ротор с колонкой, имеющей каналы для подвода и отвода жидкости, гидропривод, содержащий лопастную турбину, укрепленную внутри нижней полуоси, и по меньшей мере один патрубок для подвода исходной жидкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени очистки путем увеличения частоты вращения ротора, в основании корпуса соосно ротору выполнена цилиндрическая ускорительная камера для создания вихревого движения поступающей жидкости, при этом патрубок для подвода исходной жидкости прикреплен тангенциально относительно внутренней цилиндрической поверхности камеры, причем нижняя часть лопастной турбины размещена внутри этой камеры непосредственно над ее днищем.

S$ffiSStSSSSSfiSSySf$SSSf S$&

W it

Wm

v

Использование: очистка масла в двигателях внутреннего сгорания или рабочих жидкостей в гидросистемах машин. Сущность изобретения: центрифуга содержит вертикальный цилиндрический корпус с основанием и крышкой. Внутри корпуса размещен и установлен на полых полуосях ротор с колонкой, имеющей каналы для подвода и отвода жидкости. Гидропривод содержит лопастную турбину, укрепленную внутри нижней полуоси, и по крайней мере один патрубок для подвода исходной жидкости. В основании корпуса соосно ротору выполнена цилиндрическая камера для создания вихревого движения поступающей жидкости. Патрубок для подвода исходной жидкости прикреплен тангенциально относительно внутренней поверхности камеры. Нижняя часть лопастной турбины размещена внутри камеры непосредственно над ее днищем. 2 ил,

Редактор М.Петрова

Шиг.2

Составитель В.Ходаков Техред М.Моргентал

Корректор О.Кундрик