RU2148438C1

RU2148438C1 - Centrifuge

Info

Publication number: RU2148438C1
Application number: RU99118448/13A
Authority: RU
Inventors: А.В. Корчагин; В.И. Сербин
Original assignee: Корчагин Александр Васильевич; Сербин Владимир Иванович
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2000-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering, chemical, reprocessing and other branches of industries. SUBSTANCE: centrifuge has body accommodating shaft mounted in rotary bearings and interacting with drive, loading chamber secured on shaft, and balancing system. Shaft consists of two parts positioned on both sides of loading chamber. Shaft ends are made as a part of sphere and mounted in rotary bearings for shifting relative to shaft axis. Balancing system includes two centering mechanisms installed on the sides of loading chamber. Each of mechanisms has two mutually perpendicular lead screws with weights mounted on them for movement along screws. It also includes rollers coupled kinematically with ends of screws and centering ring secured on body coaxially with shaft and having profiled surface from external side on level of rollers. They are spaced from centering rings. EFFECT: enlarged range of centrifuge application. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к центрифугам различного назначения и может быть использовано в машиностроительной, химической, перерабатывающей и др. промышленности. The invention relates to centrifuges for various purposes and can be used in engineering, chemical, processing and other industries.

Известна центрифуга общего назначения, включающая корпус, размещенные в нем загрузочную камеру, ротор, кинематически связанный с двигателем и снабженный с двух сторон от камеры подшипниками вращения, и центрирующее средство компенсации дисбаланса, соединенное с датчиком прецессии ротора [В. М. Лукьяненко, А.В. Таранец. "Центрифуги". - М.: Химия, с. 264, рис. 6.10]. A general-purpose centrifuge is known, including a housing, a loading chamber placed therein, a rotor kinematically connected to the engine and provided with rotation bearings on both sides of the chamber, and a centering imbalance compensation means connected to the rotor precession sensor [B. M. Lukyanenko, A.V. Ram. "Centrifuges". - M.: Chemistry, p. 264, fig. 6.10].

Недостатком известной центрифуги является то, что она снабжена датчиком процессии ротора, который сам имеет погрешности измерения, электрический сигнал от него поступает на средство компенсации дисбаланса, которое и должно ликвидировать процессию. Это, в свою очередь, приводит к чрезмерному усложнению всего устройства, а промежуточные электромеханические звенья снижают точность устранения дисбаланса, поскольку появляется накопленная ошибка. A disadvantage of the known centrifuge is that it is equipped with a rotor procession sensor, which itself has measurement errors, the electric signal from it is fed to the imbalance compensation means, which should eliminate the procession. This, in turn, leads to an excessive complication of the entire device, and intermediate electromechanical links reduce the accuracy of eliminating the imbalance, since an accumulated error appears.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является центрифуга, включающая корпус, размещенные в нем вал, установленный в подшипниках вращения и взаимодействующий с приводом, загрузочную камеру, укрепленную на валу, и систему балансировки [патент РФ N 2084263, кл. B 01 D 15/08, приор. 20.12.94]. The closest technical solution to the proposed one is a centrifuge, including a housing, a shaft placed in it, mounted in rotation bearings and interacting with the drive, a loading chamber mounted on the shaft, and a balancing system [RF patent N 2084263, cl. B 01 D 15/08, prior. 12/20/94].

Центрифуга является планетарной центрифугой и предназначена для противоточной хроматографии. Вал центрифуги выполнен полым. На валу установлен несущий диск. Загрузочные камеры хроматографического разделения укреплены на осях, установленных на несущем диске с возможностью вращения и соединенных с зубчатой передачей. Дополнительно центрифуга содержит разгрузочный демпфер. The centrifuge is a planetary centrifuge and is designed for countercurrent chromatography. The centrifuge shaft is hollow. A carrier disk is mounted on the shaft. Chromatographic separation chambers are mounted on axes mounted on a rotary disk and connected to a gear. Additionally, the centrifuge contains a discharge damper.

Система балансировки выполнена в виде стойки, установленной внутри вала коаксиально на основании корпуса в сферической опоре, и шарнирного подвеса, установленного на верхнем конце стойке и жестко соединенного с валом, с внешней стороны вала коаксиально стойки установлен ротор двигателя, а статор закреплен при помощи упругого элемента на основании корпуса. Разгрузочный демпфер выполнен в виде кронштейна с профилированной канавкой, жестко связанного со стойкой с возможностью поворота вокруг нее, причем канавка взаимодействует через упругий фиксатор с основанием корпуса. The balancing system is made in the form of a stand mounted coaxially inside the shaft on the base of the housing in a spherical support, and a hinge mounted on the upper end of the stand and rigidly connected to the shaft, the motor rotor is installed on the outer side of the coaxial shaft of the rack, and the stator is fixed with an elastic element on the basis of the body. The unloading damper is made in the form of a bracket with a profiled groove rigidly connected to the stand with the possibility of rotation around it, and the groove interacts through an elastic retainer with the base of the housing.

Вышеприведенная система позволяет центрифуге работать устойчиво за счет возможности самоустановки ее вращающихся частей (эффект волчка). Данный эффект достигается предоставлением необходимых степеней свободы "ротору" центрифуги (под ротором понимаются вращающиеся части, т.е. загрузочные камеры, зубчатые шестерни и ротор двигателя). В центрифуге используется одна опора с шарнирным подвесом, который располагается в центре вращающихся масс. В процессе разгона диска за счет воздействия центробежного момента происходит самоустановка загрузочных камер в горизонтальной плоскости. Сферическая опора позволяет стойке с установленным на ней шарнирным подвесом и загрузочным камерам совершать покачивания относительно вертикальной оси. Если камеры неточно сбалансированы или возникает динамический дисбаланс, и центр масс вращающихся частей сместиться от вертикальной оси, то в процессе разгона камер за счет возникающего центробежного момента произойдет поворот стойки в сферической опоре, и реальный центр масс займет свое нужное (реальное) геометрическое положение. В результате воздействия центробежного момента вся система будет самоустанавливаться. The above system allows the centrifuge to operate stably due to the possibility of self-installation of its rotating parts (top effect). This effect is achieved by providing the necessary degrees of freedom to the “rotor” of the centrifuge (the rotor is understood as rotating parts, ie loading chambers, gear gears and motor rotor). The centrifuge uses one support with a hinged suspension, which is located in the center of the rotating masses. In the process of acceleration of the disk due to the influence of centrifugal moment, the loading chambers self-install in the horizontal plane. The spherical support allows the rack with swivel mounted on it and the loading chambers to sway relative to the vertical axis. If the chambers are inaccurately balanced or a dynamic imbalance occurs, and the center of mass of the rotating parts is shifted from the vertical axis, then during the acceleration of the chambers due to the resulting centrifugal moment, the rack will rotate in a spherical support, and the real center of mass will occupy its desired (real) geometric position. As a result of the centrifugal moment, the entire system will self-install.

Основным недостатком центрифуги является ограниченность сферы ее применения, а именно: только для противоточной хроматографии в лабораторных условиях. При применении для других целей в случае остановки ротора ее вал отклоняется от вертикали, и появляется "биение" (вибрация). The main disadvantage of the centrifuge is the limited scope of its application, namely: only for countercurrent chromatography in laboratory conditions. When used for other purposes, if the rotor stops, its shaft deviates from the vertical, and a "runout" (vibration) appears.

Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, являются
улучшение динамических характеристик и расширение диапазона возможного применения центрифуги за счет использования существенно более простого и надежного механизма балансировки;
устранение биений в широком диапазоне возможных послезагрузочных как статических, так и динамических дисбалансов, и упрощение эксплуатации центрифуги.The objectives to be solved in the present invention are
improving dynamic characteristics and expanding the range of possible centrifuge applications through the use of a significantly simpler and more reliable balancing mechanism;
elimination of beats in a wide range of possible post-loading both static and dynamic imbalances, and simplification of centrifuge operation.

Поставленные задачи решаются тем, что в центрифуге, включающей корпус, размещенные в нем вал, установленный в подшипниках вращения и взаимодействующий с приводом, загрузочную камеру, укрепленную на валу, и систему балансировки, вал состоит из двух частей, расположенных по обе стороны загрузочной камеры, а концы его выполнены в виде части сфер и установлены в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала, система балансировки содержит два установленных на вышеназванных сторонах загрузочной камеры центрирующих механизма, каждый из них содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, ролики, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец. The tasks are solved in that in a centrifuge that includes a housing, a shaft placed in it, mounted in rotation bearings and interacting with the drive, a loading chamber mounted on the shaft, and a balancing system, the shaft consists of two parts located on both sides of the loading chamber, and its ends are made as part of the spheres and are mounted in rotation bearings with the possibility of displacement relative to the axis of the shaft, the balancing system contains two centering mechanisms mounted on the above sides of the loading chamber cma, each of them contains two lead screws mutually perpendicular to each other with weights mounted on them with the possibility of movement along the screws, rollers kinematically connected with the ends of the screws, and a centering ring mounted coaxially to the shaft on the housing and having on the outside at the level of the rollers a profiled surface, while the rollers are installed with a gap relative to the centering rings.

Для обеспечения смещения концов вала верхний конец вала снабжен центрирующим стаканом, один конец которого укреплен на подшипнике, а другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружиной, расположенной в стакане, и заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а нижний конец вала снабжен другим центрирующим стаканом, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной, расположенной в стакане, заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайбами, установленными коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратором, установленным коаксиально стакану между шайбами и выполненным в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой. To ensure the displacement of the shaft ends, the upper end of the shaft is equipped with a centering cup, one end of which is mounted on the bearing, and the other end is mounted on the housing wall and has an outer ring at the level of the housing wall in the form of a sphere part, a spring located in the housing, and a plug, mounted on the housing coaxially to the glass from its outer side, and the lower end of the shaft is equipped with another centering glass having three rings on the outside in the form of a torus part, a spring located in the glass, a plug fixed to the body truncated coaxially to the glass from its outer side, upper and lower washers mounted coaxially to the glass between the bearing and the housing wall, and a separator mounted coaxially to the glass between the washers and made in the form of a ring with holes in which the balls are located, while the centering glass contacts its rings respectively with the upper washer, cage and lower washer.

Предпочтительно профилированную поверхность центрирующих колец выполнить конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической, или в виде других поверхностей вращения или их сочетаний. Preferably, the profiled surface of the centering rings is conical, or toroidal, or spherical, or parabolic, or hyperbolic, or in the form of other surfaces of revolution or combinations thereof.

На чертеже представлен общий вид центрифуги. The drawing shows a General view of a centrifuge.

Центрифуга содержит корпус 1, размещенные в нем загрузочную камеру 2, вал, кинематически связанный с двигателем (на чертеже не показан) и выполненный с верхним 3 и нижним 4 концами, выполненными в виде части сферы и установленными в верхнем 5 и нижнем 6 подшипниках вращения, и систему балансировки. The centrifuge contains a housing 1, a loading chamber 2 located therein, a shaft kinematically connected to the engine (not shown in the drawing) and made with the upper 3 and lower 4 ends, made as part of a sphere and installed in the upper 5 and lower 6 rotation bearings, and a balancing system.

Система балансировки содержит два установленных на верхней и нижней сторонах загрузочной камеры 2 центрирующих механизма. Каждый центрирующий механизм состоит из двух взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винтов 7, снабженных грузами (ползунами) 8. Ходовые винты 7 в свою очередь кинематически связаны роликами 9 и 10. На стенках корпуса 1 в верхней и нижней его частях коаксиально ротору укреплены центрирующие кольца 11 и 12, имеющие с внешней стороны на уровне роликов 9 и 10 профилированную, в данном случае коническую поверхность. При этом ролики 9 и 10 механизмов установлены с зазором (примерно 0,1-0,2 мм) относительно центрирующих колец 11 и 12. The balancing system contains two centering mechanisms mounted on the upper and lower sides of the loading chamber 2. Each centering mechanism consists of two lead screws 7 mutually perpendicular to each other, equipped with loads (sliders) 8. The lead screws 7, in turn, are kinematically connected by rollers 9 and 10. On the walls of the housing 1 in the upper and lower parts of the centering rings 11 are fixed coaxially to the rotor and 12, having on the outside at the level of the rollers 9 and 10 a profiled, in this case, conical surface. In this case, the rollers 9 and 10 of the mechanisms are installed with a gap (approximately 0.1-0.2 mm) relative to the centering rings 11 and 12.

Для обеспечения смещения верхнего конца вала последний снабжен центрирующим стаканом 13, имеющим на одном конце с внешней стороны на уровне стенки корпуса 1 кольцо в виде части сферы, и пружиной 14, установленной коаксиально в стакане 13. На втором конце стакана 13 закреплен подшипник 5. Конец 3 вала с кольцом контактирует с внутренней поверхностью подшипника 5. To ensure displacement of the upper end of the shaft, the latter is equipped with a centering cup 13, having a ring as a part of a sphere at one end on the outer side of the wall of the housing 1, and a spring 14 mounted coaxially in the cup 13. A bearing 5 is fixed at the second end of the cup 13. End 3 shaft with a ring in contact with the inner surface of the bearing 5.

Для обеспечения смещения нижнего конца вала последний снабжен центрирующим стаканом 15, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной 16, установленной коаксиально в стакане 15, шайбой 17, укрепленной на стенке корпуса 1 коаксиально стакану 15, шайбой 18, установленной коаксиально стакану 15 и укрепленной на корпусе подшипника 6, и сепаратором, установленным между шайбами 17 и 18 коаксиально стакану 15 и выполненным в виде кольца 19 с отверстиями, в которых расположены шарики 20. При этом внешними кольцами стакан 15 контактирует с нижней шайбой 17, с сепаратором и верхней шайбой 18. При этом нижний конец 4 вала через переходную деталь 21 опирается на подшипник 6. To ensure displacement of the lower end of the shaft, the latter is equipped with a centering cup 15, having three rings on the outside as a part of the torus, a spring 16 mounted coaxially in the cup 15, a washer 17 mounted on the wall of the housing 1 coaxially to the cup 15, and a washer 18 mounted coaxially to the cup 15 and mounted on the bearing housing 6, and a separator installed between the washers 17 and 18 coaxially to the glass 15 and made in the form of a ring 19 with holes in which the balls 20 are located. In this case, the outer rings 15 make contact with the lower second washer 17, with a separator and an upper washer 18. The lower end of the shaft 4 through the transition piece 21 is supported by a bearing 6.

Центрифуга работает следующим образом. The centrifuge operates as follows.

Камеру 2 загружают и включают двигатель. Камера 2 начинает вращаться. При неравномерной загрузке камеры 2 возникает дисбаланс, т.е. вал смещается относительно вертикальной оси. При перекашивании центрирующего стакана 15 шайба 18 смещается относительно шайбы 17 за счет перекатывания между ними шариков 20. При этом ролики 10 прижимаются к конической поверхности центрирующего кольца 12. За счет сил трения ролики 10 начинают вращаться, в свою очередь они приводят во вращение ходовые винты 7, которые, вращаясь, перемещают грузы (ползуны) 8 в сторону геометрической оси вращения вала центрифуги до совмещения его с осью вращения. После чего пружины 14 и 16 возвращают стаканы 13 и 15 в исходное положение, восстанавливая зазоры между роликами 9 и 10 и коническими поверхностями центрирующих колец 11 и 12. При этом прекращается вращение ходовых винтов 7, что способствует продолжению вращения ротора центрифуги без биения. Camera 2 load and turn on the engine. Camera 2 starts to rotate. With uneven loading of camera 2, an imbalance occurs, i.e. the shaft is offset relative to the vertical axis. When the centering cup 15 is distorted, the washer 18 is shifted relative to the washer 17 due to rolling of the balls 20 between them. In this case, the rollers 10 are pressed against the conical surface of the centering ring 12. Due to the friction forces, the rollers 10 begin to rotate, which in turn rotate the spindle screws 7 which, rotating, move the loads (sliders) 8 in the direction of the geometric axis of rotation of the centrifuge shaft to combine it with the axis of rotation. Then the springs 14 and 16 return the cups 13 and 15 to their original position, restoring the gaps between the rollers 9 and 10 and the conical surfaces of the centering rings 11 and 12. This stops the rotation of the spindle screws 7, which contributes to the continuation of the rotation of the centrifuge rotor without beating.

Таким образом, в предложенной центрифуге во время ее запуска автоматически балансируется вал, устраняется биение в местах его фиксирования на опорах, при этом происходит также совмещение главной физической оси вала с геометрической осью центрифуги. Указанная балансировка возможна при весьма больших дисбалансах центрифуги, что существенно упрощает эксплуатацию центрифуги и улучшает ее характеристики. Thus, in the proposed centrifuge, the shaft is automatically balanced during its launch, the run-out is eliminated in the places of its fixation on the supports, and the main physical axis of the shaft also coincides with the geometric axis of the centrifuge. The specified balancing is possible with very large imbalances of the centrifuge, which greatly simplifies the operation of the centrifuge and improves its characteristics.

Claims

1. A centrifuge, comprising a housing, a shaft located therein, mounted in rotation bearings and interacting with the drive, a loading chamber mounted on the shaft, and a balancing system, characterized in that the shaft consists of two parts located on both sides of the loading chamber, and its ends are made as part of a sphere and are mounted in rotation bearings with the possibility of displacement relative to the shaft axis, the balancing system contains two centering mechanisms mounted on the above sides of the loading chamber, each of they contain two lead screws mutually perpendicular to each other with loads mounted on them with the possibility of movement along the screws, rollers kinematically connected with the ends of the screws, and a centering ring mounted coaxially to the shaft on the housing and having a profiled surface on the outside at the level of the rollers, with this rollers are installed with a gap relative to the centering rings.

2. The centrifuge according to claim 1, characterized in that to ensure the displacement of the shaft ends, the upper end of the shaft is provided with a centering cup, one end of which is mounted on the bearing, and the other end is mounted in the housing wall and has an outer ring at the level of the housing wall in the form part of the sphere, by a spring located in the glass, and a plug fixed to the housing coaxially to the glass from its outer side, and the lower end of the shaft is provided with another centering glass having three rings on the outside in the form of a torus part, by a spring located in a glass, with a plug fixed on the housing coaxially to the glass from its outer side, upper and lower washers installed coaxially to the glass between the bearing and the housing wall, and a separator installed coaxially to the glass between the washers and made in the form of a ring with holes in which the balls are located, while the centering cup with its rings in contact with the upper washer, separator and lower washer, respectively.

3. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the profiled surface of the centering rings is made conical, or toroidal, or spherical, or parabolic, or hyperbolic, or in the form of other surfaces of revolution or combinations thereof.