ЦЕНТРОФУГА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГЛЯ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1936 года по МПК B04B3/00 

От смоченного водой угля можно отделить только так называемую внешнюю влагу, которая тонкой пленкой покрывает поверхность зерен и заполняет пространство (капилляры) между ними.

Уголь, как таковой, обычно смачивается водой значительно меньше, чем сопровождающие его пустые породы. Поэтому уголь, с точки зрения обезвоживания, можно отнести к так называемому ряду гидрофобных веществ, а пустые породы - к гидрофильным. Чтобы механически обезводить твердый продукт, т.е. отделить от него "внешнюю" влагу, нужно к смоченной его поверхности (пленке) приложить усилие, равное или несколько сил сцепления между смоченным (уголь) и смачивающим (вода) телами. Поскольку наблюдается смачивание водой угля и пустых пород, его сопровождающих, можно полагать, что величина сил сцепления между молекулами угля и воды больше молекулярных сил сцепления самой воды. Поэтому (теоретически) для нарушения водяной пленки (обезвоживания) можно приложить силы, меньшие, чем действующие молекулярные между углем и водой.

Так как отделяемая вода должна пройти слой угля, к усилиям на разрыв присоединяются еще усилия на преодоление сдвига. Однако, поскольку сопротивление воды сдвигающим усилиям меньше временного сопротивления воды разрыву (K_в=3,7 кг/м²), первые будут преодолеваться вторыми, так как они действуют в одну сторону. Таким образом, внутри ротора центрофуги давление, создаваемое центробежной силой, должно быть с одной стороны не менее K=3,7 кг/м² и с другой не более допускаемых напряжений на сжатие для угля и пустых пород, его сопровождающих; иначе обезвоживание угля не даст требуемого эффекта. Количество времени, необходимого для обезвоживания при естественном или механическом обезвоживании угля зависит как от метода и конструкции обезвоживающего устройства, так и от самого угля. Так, например, чем выше степень измельчения материала и чем больше в нем раскисающих примесей, тем больше времени уголь должен находиться под действием разрывающих водяную пленку усилий. Для шламмовых центрофуг время пребывания разовой порции угля в барабане, вращающемся с окружной скоростью b=30-50 м/сек достигает обыкновенно 3-10 мин. Для мелочи при тех же окружных скоростях время пребывания угля в центрофугах равно 0,15-0,5 мин.

При постоянном содержании первоначальной влажности в поступающем угле для уменьшения времени, потребного для его обезвоживания, необходимо увеличить только силу (центробежную), разрывающую пленку.

Чтобы вообще уменьшить содержание влаги в угле, нужно увеличить центробежную силу или время пребывания угля в центрофуге. Первое делается за счет увеличения числа оборотов или увеличения диаметра ротора, второе - за счет удлинения барабана или установки специальных замедляющих устройств на внутренней его поверхности.

Для обезвоживания угля предлагалась уже ценгрофуга непрерывного действия с подачей материала внутрь вращающегося на вертикальном валу ротора, имеющего вид усеченного конуса, снабженного сеткой, причем при роторе этой центрофуги предусмотрены приспособления в виде уголков для разрыхления слоя угля и для задержки на сите подстилающего слоя материала. В данной центрофуге загрузка материала осуществляется через неподвижные воронки на вращающиеся диски, связанные с вертикальным валом центрофуги, причем предусматривается отдельная загрузка двумя непрерывными, опережающими друг друга потоками, а именно: через внешнюю кольцевую воронку на верхний диск мелочи и через внутреннюю (по отношению к валу центрофуги) воронку на нижний диск - шламмов. С дисков материал центробежной силой отбрасывается на внутреннюю перфорированную поверхность ротора, образованную сеткой с отверстиями. Последняя, для предохранения ее от забивания материалом, перекрыта колосниками трапецоидального сечения. Обезвоженный уголь продвигается вниз по ротору благодаря наличию вертикальной составляющей от центробежной силы и силы тяжести, попадает в нижний центральный сборник и из него на ленту. Вода, прошедшая через сетку, поступает в отдельный сборник и отводится трубами. В результате подобной последовательной загрузки (сначала мелочи и затем шламмов) непосредственно на сетку поступает только мелочь, а шламм попадает уже на этот частично обезвоженный мелкий зернистый материал; вода от шламмов проходит сначала через слои мелочи и затем через сетку.

Таким устройством центрофуги имеется в виду достигнуть следующих преимуществ:

а) благодаря поступлению угля непосредственно на разбрасывающий диск, расположенный над ротором, уголь захватывается только силой трения между поступающей массой угля и постелью, образованной углем, удерживаемым между нарифлениями разбрасывающего диска, отчего последний мало изнашивается, а захватываемый им уголь почти не измельчается, что важно в отношении обезвоживания. В предлагаемой центрофуге, благодаря избежанию измельчения угля число оборотов повышено до максимума, обусловленного только пределами прочности металла, из которого должен изготовляться ротор центрофуги;

2) вследствие подачи подлежащего обезвоживанию материала двумя непрерывными опережающими друг друга потоками стенки ротора центрофуги являются только опорной поверхностью для движущегося по ним материала, нижний или подстилающий слой которого является непрерывно возобновляющейся фильтрующей поверхностью для самого себя и для "накладывающегося" на него другого слоя. Таким путем имеется в виду дать возможность почти полностью избежать зависимости эффективности работы центрофуги от крупности поступающего материала и производить помощью настоящей центрофуги обезвоживание мелкого угля, шламмов и смеси последних в любой пропорции. Таким образом, при применении предлагаемой центрофуги не только исключается необходимость в дорогостоящих и громоздких обезвоживающих бункерах, но также и в вакуум- и прессфильтрах, широко применяющихся в угольной и рудной промышленности.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически общий вид центрофуги (в разрезе); фиг. 2 - разрез по I-I фиг. 1; фиг. 3 - вид на сита по стрелке К на фиг. 1 и фиг. 4 - поперечный разрез сита.

Предлагаемая центрофуга непрерывного действия, предназначенная для обезвоживания угля, антрацита, сланца, руды и других материалов, состоит из приводного устройства, вращающегося вокруг вертикальной оси ротора, сборника для воды и сборника для обезвоженного продукта.

Приводное устройство представляет собой треног 8, укрепленный на крышке корпуса 15, на котором устанавливается вертикальный мотор 9, соединенный нежесткой муфтой с вертикальным валом ротора центрофуги. Мотор выбирается асинхронный, трехфазный с двухскоростной обмоткой. Для снижения числа оборотов на 20-30% ниже основных в цепь мотора включается специальный реостат. При этом ротор мотора рассчитывается на дополнительную тепловую нагрузку. В виду возможности засорения центрофуги углем (несвоевременная отгрузка, образование отложений) метод запуска мотора должен обеспечивать высокий пусковой момент, который при изменяющихся числах оборотов должен оставаться постоянным. Переключение обмоток статора со звезды на треугольник или применение пускового трансформатора в данном случае недопустимо: первое - в виду значительной мощности мотора, второе - в виду низкого пускового момента, величина которого падает пропорционально квадрату снижения напряжения в статоре. Таким образом, необходимо принять такой запуск, при котором возможно постепенное увеличение пускового момента до максимума, причем в начале вообще должен получаться высокий пусковой момент, обеспечивающий при незначительном повышении силы тока в роторе возможность постепенного разгона полностью нагруженной центрофуги.

Ротор представляет собой два маховика 2, 3, насаженных на вертикальный вал 1 и соединенных между собой ребрами 4. Таким образом, с точки зрения геометрической формы ротор имеет вид усеченной пирамиды.

К ребрам ротора прикреплена сетка из сит трапецообразной формы, образующая перфорированную поверхность 23 ротора, служащую ложем для материала, подлежащего обезвоживанию. В виду того, что верхняя часть сит обычно изнашивается через 3-4 месяца, а нижняя через 8-9 месяцев и поскольку обыкновенные сита сильно забиваются мелким углем и илом, применены специальные сита, представляющие собой стальные рамки трапецообразной формы с отверстиями примерно в 10 мм, на которые сверху накладываются колосники (прутья) трапецоидального сечения. Сита и прутья изготовляются из специальной прочной и нержавеющей стали (хромистая, углеродистая или специально термической обработки).

Для улучшения центрофугирования и уменьшения потерь твердой субстанции с отходящей водой размер щелей между прутьями делается около 0,1-0,5 мм.

При условии обезвоживания в центрофуге только мелкого угля без шламма, вместо вышеуказанных сит устанавливают обыкновенные трапецообразные сита.

Ротор может быть выполнен также и в виде усеченного конуса, однако, более предпочтительнее пирамидальная форма (фиг. 1), так как ремонт, замена и изготовление сит значительно упрощаются.

Кроме того, с точки зрения технологической, она имеет значительные преимущества перед первой, ибо при движении слоя обезвоживаемого продукта по внутренней поверхности ротора, сверху вниз, в месте соединения листов (под углом 135°) слой изламывается наружу, отчего внешняя его поверхность несколько разрыхляется и отделение влаги облегчается.

Для возможности загрузки мелочью и шламмом ротор снабжен двумя дисками 17, 20 и воронками 16, 16′.

Диск 20 для разбрасывания мелочи на сита прикрепляется непосредственно к спицам. Воронка 16 для загрузки шламма представляет собой отдельную неподвижную деталь, которая прикрепляется к корпусу центрофуги. Диск 17, для разбрасывания шламмов на поверхность обезвоженной мелочи расположен под воронкой 16 для шламма и может быть посредством винтовой резьбы установлен на валу на необходимой высоте.

Сборник для воды или корпус центрофуги состоит из верхней крышки 15 со смотровым отверстием, цилиндрической части 14 и опорной нижней плиты или рамы 7 с отводными трубами 13. Для прочности и безопасности корпус центрофуги изготовляется из чугуна.

Сборник 11 для обезвоженного материала изготовляется из листового железа толщиной около 5 мм, причем угол наклона (образующей) делается не менее 60°. Сборник прикреплен к нижней части кожуха и опирается на опорную раму. Под сборником располагается транспортное устройство (резиновый или металлический транспортер).

Верхний 5 и нижний 6 подшипники выбираются по установленным стандартам. В виду возможных вибраций вала от действия неуравновешенных вращающихся масс ротора конструкция подшипников выбирается самоустанавливающейся. Весь вес вращающегося ротора передается только на верхний подшипник. Нижний подшипник вертикальной нагрузки не несет и служит только для поглощения радиальных усилий.

Центрофуга действует следующим образом. Механическое отделение так называемой "внешней" или "поверхностной" влаги от загружаемого в ротор центрофуги "влажного" продукта производится под действием центробежной силы, развиваемой во время вращения ротора. Материал, подлежащий обезвоживанию, загружается в центрофугу через две воронки 16, 16′ и разбрасывается двумя дисками 17, 20 радиально. Через внешнюю воронку загружается мелочь, а через внутреннюю - шламмы.

В случае обезвоживания мелкого угля или только шламма во внутреннюю и во внешнюю воронки может одновременно подаваться только один мелкий угол или только шламм. При условии одновременного обезвоживания в центрофуге мелкого угля и шламма загрузка последних производится таким образом, что на установившийся слой мелочи, расположенной на стенках ротора, накладывается тонкий слой шламма, т.е. загрузка материала в центрофугу во всех случаях производится двумя непрерывными потоками, причем внешний поток (подстилающийся) должен всегда несколько опережать внутренний поток (накладывающийся).

Таким образом, сита ротора в предлагаемой центрофуге служат только как ложе или опора, а подстилающийся слой является фильтрующей средой для самого себя и для накладывающегося слоя. Благодаря составляющей центробежной силе и силе тяжести, слой материала непрерывно движется вниз по внутренней поверхности ротора и одновременно обезвоживается. В виду того, что ротор центрофуги представляет собой усеченную (восьмигранную) пирамиду, движущийся слой угля в местах пересечения боковых граней изламывается наружу, внешняя часть слоя разрыхляется, и отделение влаги увеличивается. Кроме того, поскольку угол, образованный вертикальной осью вала и боковой поверхностью ротора, имеет величину переменную (примерно 50-52°), отдельные полосы движущегося слоя угля двигаются с различными скоростями и разрыхляют таким образом всю массу угля, что в степени способствует отделению влаги из угля.

При условии установки замедляющих "концентрических" колец на внутренней поверхности ротора вся толщина движущегося слоя угля как бы разделяется на два слоя (по высоте), один из которых (нижний), будучи удерживаем кольцами у поверхности сит, движется значительное медленнее второго, который по нему движется.

Таким образом, слой нижний служит не только для задержания движения всего слоя и увеличения времени его пребывания в роторе, но для предупреждения износа сит, а также для более интенсивного разрыхления всей движущейся массы угля. Увеличивая или уменьшая высоту полок колец, можно, таким образом регулировать угол наклона боковых граней ротора.

Обезвоженный продукт из центрофуги разгружается через диаметр ротора в конический сборник 11, откуда транспортирующим устройством подается в необходимом направлении.

Регулирование степени обезвоживания в центрофуге может быть произведено при помощи: а) соответствующей замены сит, б) изменения числа оборотов ротора, в) замедляющих "колец" из углового железа, которые устанавливаются на внутренней поверхности ротора и г) подвода перегретого пара, воздуха или топочных газов.

Применение последнего метода возможно, по мнению автора, даже в том случае, если для этого необходимо будет соорудить специальную топку, в которой можно сжигать получающиеся на любой обогатительной фабрике низкосортные полупродукты, высокозольную пыль и низкозольную породу.

1. Центрофуга непрерывного действия для обезвоживания угля и других материалов с применением вращающегося на вертикальном валу ротора, имеющего вид усеченного конуса или пирамиды, снабженного на боковой поверхности ситом, с подачей материала через вращающийся диск и разгрузкой его после обезвоживания силой собственного веса вниз по уклону ротора, отличающаяся тем, что при совместном обезвоживании мелкого угля и шламма применена раздельная подача их через две питающие воронки 16 16′, расположенные одна внутри другой, и два вращающихся диска 17 и 20, с целью опережения образования на перфорированной поверхности 23 ротора слоя более зернистого угля, на котором отлагается слой мелочи и шламмов.

2. При устройстве по п. 1 применение перфорированной поверхности 23 ротора, образованной сеткой с отверстиями, перекрытой колосниками трапецоидального сечения с целью предохранения сетки от забивания материалом.