RU135936U1

RU135936U1 - DEVICE FOR REMOVING SOLID SEDIMENTS AND SUSPENSIONS FROM LIQUID MEDIA

Info

Publication number: RU135936U1
Application number: RU2013122144/05U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Киряков; Сергей Анатольевич Родионов; Аркадий Ефимович Фотеев
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-12-27

Abstract

1. Устройство для извлечения твердых осадков и взвесей из жидких сред, содержащее привод, подшипниковый узел, опорную плиту, закрепленный на валу ротор в форме полого цилиндра с сужением в виде усеченного конуса с центральным отверстием в нижней части и окнами в верхнем торце, выполненными на расстоянии от оси вращения большем, чем радиус нижнего центрального отверстия, и установленный снаружи ротора коаксиально с ним неподвижный цилиндр, закрепленный на опорной плите, на боковой поверхности которого выполнены отверстия, отличающееся тем, что на наружной боковой поверхности ротора выполнена винтовая спираль, направление навивки которой совпадает с направлением вращения ротора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижнем центральном отверстии неподвижного цилиндра установлено, по крайней мере, одно радиальное ребро.1. A device for extracting solid sediments and suspensions from liquid media, comprising a drive, a bearing assembly, a support plate, a rotor in the form of a hollow cylinder fixed to a shaft with a narrowing in the form of a truncated cone with a central hole in the lower part and windows in the upper end made on the distance from the axis of rotation is greater than the radius of the lower central hole, and the fixed cylinder mounted on the outside of the rotor coaxially with it is mounted on a base plate, on the side surface of which holes are made, characterized in that on the outer side surface of the rotor a helical spiral is made, the direction of winding of which coincides with the direction of rotation of the rotor. 2. The device according to claim 1, characterized in that at least one radial rib is installed in the lower central hole of the stationary cylinder.

Description

Полезная модель относится к устройствам для очистки различных жидкостей (например, расплавов солей, водных растворов, масел) от твердых осадков и взвесей и может быть использовано, в частности, в атомной энергетике при переработке ядерного топлива пирохимическим осадительным способом в расплавленных солях.The utility model relates to devices for the purification of various liquids (for example, molten salts, aqueous solutions, oils) from solid sediments and suspensions, and can be used, in particular, in nuclear energy during the processing of nuclear fuel by the pyrochemical precipitation method in molten salts.

Наиболее эффективно очистка жидкостей, содержащих грубодисперсные осадки и тонкие взвеси, осуществляется с помощью осадительных центрифуг.The most efficient cleaning of liquids containing coarse precipitation and fine suspensions is carried out using precipitation centrifuges.

Известна центрифуга, которая содержит привод, подшипниковый узел, опорную плиту, реактор, шнековый насос, погружаемый в объем суспензии в реакторе, и ротор, закрепленный на валу и расположенный вне реактора, и соединенный с насосом посредством трубопровода с многоходовым краном (Киряков С.И., Шевелин Б.П., Абдульманова В.А. и др. Создание специальных центрифуг и сепараторов. // Труды Свердловского научно-исследовательского института химического машиностроения. - Москва, 1993, - с.52-54). При работе центрифуги суспензия из реактора шнековым насосом по трубопроводу прокачивается через внутреннюю полость вращающегося ротора, где частицы твердой фазы осаждаются, а осветленная жидкость возвращается снова в реактор. По окончании осветления жидкости она выводится шнековым насосом из реактора через многоходовой кран, а осадок из ротора сбрасывается путем быстрого торможения ротора снова в реактор и разувоживается небольшим количеством жидкости. Образовавшаяся пульпа шнековым насосом перегружается через многоходовой кран в другую центрифугу, в которой производятся отжим и термическая сушка осадка с последующей выгрузкой из центрифуги путем среза его ножом.A centrifuge is known, which contains a drive, a bearing assembly, a support plate, a reactor, a screw pump immersed in a slurry volume in a reactor, and a rotor mounted on a shaft and located outside the reactor and connected to the pump via a pipeline with a multi-way valve (Kiryakov S.I. ., Shevelin BP, Abdulmanova V.A. et al. Creation of special centrifuges and separators. // Proceedings of the Sverdlovsk Research Institute of Chemical Engineering. - Moscow, 1993, - p.52-54). During centrifuge operation, the suspension from the reactor by a screw pump is pumped through the pipeline through the internal cavity of the rotating rotor, where solid particles are precipitated and the clarified liquid is returned to the reactor. At the end of the clarification of the liquid, it is discharged by a screw pump from the reactor through a multi-way valve, and the sediment from the rotor is discharged by quickly braking the rotor again into the reactor and is dehydrated with a small amount of liquid. The resulting pulp is pumped by a screw pump through a multi-way valve to another centrifuge, in which the sediment is pressed and thermally dried, followed by unloading from the centrifuge by cutting it with a knife.

Недостатками известной центрифуги являются сложность ее конструкции, длительность процесса очистки жидкостей с применением этого оборудования и отсутствие возможности производить очистку жидкостей, не допускающих транспортировку их по трубопроводам (например, расплавов солей), без установки дополнительных устройств.The disadvantages of the known centrifuge are the complexity of its design, the duration of the liquid purification process using this equipment and the inability to purify liquids that prevent them from being transported through pipelines (for example, molten salts) without installing additional devices.

Указанные недостатки обусловлены необходимостью проведения длительных операций, таких как отвод жидкости из реактора, перегрузка продукта в другую центрифугу для освобождения от захваченной жидкости, что снижает производительность и создает значительные сложности в условиях дистанционного управления процессом.These shortcomings are caused by the need for lengthy operations, such as the removal of liquid from the reactor, transferring the product to another centrifuge to free it from the trapped liquid, which reduces productivity and creates significant difficulties in the conditions of remote process control.

Сложность конструкции оборудования обусловлена наличием большого количества исполнительных органов, таких как шнековый насос, ротор, расположенный вне реактора, передающие суспензию трубопроводы с многоходовым краном. Дополнительные сложности возникают при извлечении осадков и взвесей из расплавленных солей в условиях дистанционного обслуживания, например при переработке облученного ядерного топлива пирохимическим осадительным методом в защитных камерах. В этом случае требуются дополнительные устройства для обеспечения нагрева ротора, расположенного вне реактора, и передающих расплав трубопроводов до температуры плавления солей (до 1000°C) для исключения замораживания солевого расплава.The complexity of the equipment design is due to the presence of a large number of executive bodies, such as a screw pump, a rotor located outside the reactor, and pipelines with a multi-way valve that transfer the suspension. Additional difficulties arise when extracting sediments and suspensions from molten salts under remote maintenance conditions, for example, when reprocessing irradiated nuclear fuel by the pyrochemical precipitation method in protective chambers. In this case, additional devices are required to ensure heating of the rotor located outside the reactor and pipelines transferring the melt to the salt melting temperature (up to 1000 ° C) to prevent freezing of the salt melt.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для извлечения твердых осадков и взвесей, состоящее из привода, подшипникового узла, опорной плиты, вала, ротора, закрепленного консольно на валу, и неподвижного цилиндра, закрепленного на опорной плите (патент РФ №2236307 МПК B04B 1/00, 11/04, 15/12, G21C 19/42, 2004 г.) Это устройство принято за прототип.Closest to the proposed technical essence is a device for the extraction of solid sediments and suspensions, consisting of a drive, bearing assembly, base plate, shaft, rotor mounted cantilever on the shaft, and a fixed cylinder mounted on the base plate (RF patent No. 2236307 IPC B04B 1/00, 11/04, 15/12, G21C 19/42, 2004) This device is taken as a prototype.

Ротор прототипа имеет форму цилиндра с заглушенным верхним торцом и сужением в нижней части в виде усеченного конуса с центральным отверстием. В стенке ротора выполнены отверстия, расположенные в верхней цилиндрической части или на верхнем торце на расстоянии от оси вращения большем, чем радиус центрального отверстия.The rotor of the prototype has the shape of a cylinder with a damped upper end and a narrowing in the lower part in the form of a truncated cone with a Central hole. Holes are made in the rotor wall located in the upper cylindrical part or on the upper end at a distance from the axis of rotation greater than the radius of the central hole.

Неподвижный цилиндр установлен коаксиально с ротором, образуя с ним зазор. Нижняя часть цилиндра выполнена в виде усеченного конуса, на боковой цилиндрической поверхности цилиндра выполнены отверстия для перетока жидкости.The fixed cylinder is mounted coaxially with the rotor, forming a gap with it. The lower part of the cylinder is made in the form of a truncated cone, holes for fluid flow are made on the lateral cylindrical surface of the cylinder.

При работе ротор и нижний конец неподвижного цилиндра погружают через отверстие в крышке реактора в жидкость, содержащую осадки и взвеси. Устройство фиксируют на крышке реактора с помощью опорной плиты. При этом располагают ротор в непосредственной близости от осадков на расстоянии не более 10-15 мм. При вращении ротора жидкость, находящаяся внутри него, под действием центробежных сил непрерывно выбрасывается через окна ротора в зазор между стенками ротора и неподвижного цилиндра. Внутри ротора образуется разрежение, благодаря которому в ротор через нижнее отверстие также непрерывно всасывается жидкость из нижней части реактора, захватывая с собой донные осадки и взвеси. Таким образом осуществляется непрерывная циркуляция жидкости через полость ротора в направлении снизу вверх. Под действием центробежных сил внутри ротора осуществляется расслоение твердой и жидкой фаз и осаждение твердой фазы на стенках ротора. Осветленная жидкость, выбрасываемая из ротора, разделяется далее на два потока, один из которых устремляется вниз по зазору между стенками ротора и неподвижного цилиндра, а второй проходит через окна неподвижного цилиндра и также устремляется вниз через полость реактора. Оба нисходящих потока жидкости объединяются в нижней части реактора, взмучивают донный осадок, и вновь всасываются в ротор. При этом исключается появление застойных зон в реакторе и обеспечивается циркуляция всего объема жидкости через ротор.During operation, the rotor and the lower end of the stationary cylinder are immersed through a hole in the reactor lid in a liquid containing precipitates and suspensions. The device is fixed on the reactor cover using a base plate. At the same time, the rotor is located in the immediate vicinity of precipitation at a distance of not more than 10-15 mm. When the rotor rotates, the fluid inside it, under the action of centrifugal forces, is continuously ejected through the rotor windows into the gap between the walls of the rotor and the stationary cylinder. A vacuum is formed inside the rotor, due to which liquid from the lower part of the reactor is also continuously sucked into the rotor through the lower hole, taking with it bottom sediments and suspensions. Thus, a continuous circulation of fluid through the cavity of the rotor in the direction from bottom to top. Under the action of centrifugal forces inside the rotor, the solid and liquid phases are separated and the solid phase is deposited on the walls of the rotor. The clarified liquid ejected from the rotor is further divided into two streams, one of which rushes down the gap between the walls of the rotor and the stationary cylinder, and the second passes through the windows of the stationary cylinder and also rushes down through the reactor cavity. Both downward liquid flows are combined in the lower part of the reactor, stir up the bottom sediment, and are again sucked into the rotor. This eliminates the appearance of stagnant zones in the reactor and ensures the circulation of the entire volume of liquid through the rotor.

Недостатком рассматриваемого устройства-прототипа является то, что поток жидкости через полость ротора, где происходит разделение жидкой и твердой фаз, и суммарный поток жидкости вне ротора, протекающий по зазору между стенками ротора и неподвижного цилиндра и через полость реактора, обеспечивающий перемешивание жидкости со взмучиванием осадка, одинаковы по величине. При этом для каждого конкретного случая, определяемого свойствами жидкости и конструктивными параметрами устройства, осуществление процесса разделения фаз возможно только до определенного значения величины потока жидкости через ротор, а осуществление эффективного перемешивания, при котором происходит взмучивание осадка, наоборот, начинается только при какой-то минимально необходимой для этого интенсивности потока жидкости. То есть для одного процесса, разделения твердой и жидкой фаз, существует ограничение величины циркуляционного потока жидкости по максимуму, а для другого процесса, перемешивания со взмучиванием осадка - по минимуму.The disadvantage of the prototype device under consideration is that the fluid flow through the rotor cavity, where liquid and solid phases are separated, and the total fluid flow outside the rotor, flowing through the gap between the walls of the rotor and the stationary cylinder and through the reactor cavity, providing fluid mixing with sediment agitation are the same in size. Moreover, for each specific case, determined by the properties of the liquid and the structural parameters of the device, the implementation of the phase separation process is possible only up to a certain value of the fluid flow through the rotor, and the implementation of effective mixing, in which the sediment is stirred up, on the contrary, begins only at some minimum necessary for this intensity of fluid flow. That is, for one process, the separation of solid and liquid phases, there is a limit to the maximum circulating fluid flow, and for another process, mixing with stirring sediment - to a minimum.

На практике не всегда удается соотнести конструктивные параметры ротора и реактора таким образом, чтобы перекрывались области осуществления обоих процессов (разделения фаз и взмучивания осадка) по величине циркуляционного потока. Относительно интенсивный поток может хорошо взмучивать осадок, но взвешенные вещества при этом не будут успевать оседать в роторе или будет происходить их вторичный унос с внутренней стенки ротора, а при относительно небольшом потоке, наоборот, будет происходить качественное осветление жидкости в роторе от взвешенных частиц, но при этом интенсивность потока будет недостаточна для взмучивания осадка.In practice, it is not always possible to correlate the design parameters of the rotor and the reactor in such a way that the areas of both processes (phase separation and sediment agitation) overlap in terms of the circulation flow. A relatively intense flow can well sediment the sediment, but suspended solids will not have time to settle in the rotor or they will be secondary carried away from the inner wall of the rotor, and with a relatively small flow, on the contrary, high-quality clarification of the liquid in the rotor from suspended particles will occur, but however, the flow rate will be insufficient to agitate the sediment.

Например, такой случай возможен, когда очистку жидкости от взвесей и донных осадков необходимо осуществлять в реакторе достаточно большого диаметра с необходимостью применения по каким-либо ограничениям относительно небольшого ротора, не способного обеспечить интенсивность циркуляционного потока, достаточную для взмучивания донного осадка. Так, создаваемое нами устройство для извлечения диоксидов тяжелых металлов из расплава солей должно создавать для взмучивания донного осадка с учетом конструктивных параметров реактора и свойств расплава циркуляционный поток величиной около 5000 л/ч. Для эффективной же центробежной очистки расплава от взвесей расчетная величина потока через ротор, параметры которого были выбраны с учетом конструктивных и технологических ограничений, составляет всего 64 л/ч.For example, such a case is possible when it is necessary to purify the liquid from suspensions and bottom sediments in a reactor of a sufficiently large diameter with the need to use, by any restrictions, a relatively small rotor that is not able to provide the circulation flow intensity sufficient to agitate the bottom sediment. Thus, the device we are creating for the extraction of heavy metal dioxides from a molten salt should create a circulating flow of about 5000 l / h in order to agitate the bottom sediment, taking into account the design parameters of the reactor and the properties of the melt. For effective centrifugal cleaning of the melt from suspensions, the calculated flow through the rotor, the parameters of which were chosen taking into account the structural and technological limitations, is only 64 l / h.

Этого противоречия лишена заявляемая полезная модель.The claimed utility model is deprived of this contradiction.

Заявляемое устройство для извлечения твердых осадков и взвесей из жидких сред, как и прототип, содержит привод, подшипниковый узел, опорную плиту, закрепленный на валу ротор в форме полого цилиндра с сужением в виде усеченного конуса с центральным отверстием в нижней части и окнами в верхнем торце, выполненными на расстоянии от оси вращения большем, чем радиус нижнего центрального отверстия, и. установленный снаружи ротора коаксиально с ним неподвижный цилиндр, закрепленный на опорной плите, на боковой поверхности которого выполнены отверстия.The inventive device for extracting solid sediments and suspensions from liquid media, as well as the prototype, contains a drive, a bearing assembly, a support plate mounted on the shaft of the rotor in the form of a hollow cylinder with a narrowing in the form of a truncated cone with a central hole in the lower part and windows in the upper end made at a distance from the axis of rotation greater than the radius of the lower central hole, and. a fixed cylinder mounted on the outside of the rotor coaxially with it, mounted on a base plate, on the side surface of which holes are made.

Отличается заявляемое устройство от прототипа тем, что на наружной боковой поверхности ротора выполнена винтовая спираль, направление навивки которой совпадает с направлением вращения ротора. За счет этого создается дополнительный циркуляционный поток жидкости снаружи ротора, способствующий взмучиванию донного осадка и не снижающий эффективность центробежной очистки жидкости от взвесей в роторе, а также относительно небольшой по величине поток через полость ротора, оптимальный для осаждения на стенку ротора взвешенных в жидкости частиц. Кроме того, для улучшения всасывания жидкости ротором и спиралью в нижнем центральном отверстии неподвижного цилиндра возможна установка одного или нескольких радиальных ребер.The claimed device differs from the prototype in that a helical spiral is made on the outer lateral surface of the rotor, the winding direction of which coincides with the direction of rotation of the rotor. Due to this, an additional circulating fluid flow is created outside the rotor, which contributes to the agitation of the bottom sediment and does not reduce the effectiveness of centrifugal cleaning of the liquid from suspensions in the rotor, as well as a relatively small flow through the rotor cavity, which is optimal for particles suspended in the liquid to be deposited on the rotor wall. In addition, to improve the absorption of fluid by the rotor and spiral in the lower central hole of the stationary cylinder, one or more radial ribs can be installed.

На прилагаемом к заявке чертеже схематично изображено заявляемое устройство для извлечения твердых осадков и взвесей из жидких сред, а также показаны реактор с крышкой и направление потоков жидкости во время работы.The drawing attached to the application schematically shows the inventive device for extracting solid sediments and suspensions from liquid media, and also shows the reactor with a lid and the direction of fluid flow during operation.

Устройство состоит из привода 1, подшипникового узла 2, опорной плиты 3, вала 4, ротора 5, закрепленного консольно на валу 4, и неподвижного цилиндра 6, закрепленного на опорной плите 3.The device consists of a drive 1, a bearing assembly 2, a base plate 3, a shaft 4, a rotor 5, mounted cantilever on the shaft 4, and a fixed cylinder 6, mounted on the base plate 3.

Ротор 5 имеет форму цилиндра с заглушенным верхним торцом и сужением в нижней части в виде усеченного конуса 7 с центральным отверстием 8. На верхнем торце ротора 5 выполнены окна 9, расположенные на расстоянии от оси вращения большем, чем радиус центрального отверстия 8. Па наружной боковой поверхности ротора 5 выполнена винтовая спираль 10, направление навивки которой совпадает с направлением вращения ротора 5.The rotor 5 has the shape of a cylinder with a muffled upper end and a narrowing in the lower part in the form of a truncated cone 7 with a central hole 8. At the upper end of the rotor 5 there are windows 9 located at a distance from the axis of rotation greater than the radius of the central hole 8. Pa of the outer lateral the surface of the rotor 5 is made of a spiral spiral 10, the winding direction of which coincides with the direction of rotation of the rotor 5.

Неподвижный цилиндр установлен коаксиалыю с ротором 5, образуя с ним зазор 11. На боковой цилиндрической поверхности цилиндра 6 выполнены отверстия 12 для перетока жидкости. В нижнем центральном отверстии неподвижного цилиндра 6 возможна установка одного или нескольких радиальных ребер 13.The fixed cylinder is mounted coaxial with the rotor 5, forming a gap with it 11. On the lateral cylindrical surface of the cylinder 6 holes 12 are made for the flow of fluid. In the lower central hole of the stationary cylinder 6, one or more radial ribs 13 can be installed.

При работе ротор 5 и нижний конец неподвижного цилиндра 6 погружают через отверстие в крышке реактора в жидкость, содержащую осадки и взвеси. Устройство фиксируют на крышке реактора с помощью опорной плиты 3. При этом располагают ротор 5 в непосредственной близости от осадков на расстоянии не более 10-15 мм.During operation, the rotor 5 and the lower end of the stationary cylinder 6 are immersed through a hole in the reactor lid in a liquid containing precipitates and suspensions. The device is fixed on the reactor cover using a base plate 3. At the same time, the rotor 5 is located in the immediate vicinity of the precipitation at a distance of not more than 10-15 mm.

Работа устройства по заявляемому техническому решению в части процессов, происходящих внутри ротора 5, аналогична работе устройства-прототипа.The operation of the device according to the claimed technical solution in terms of the processes occurring inside the rotor 5 is similar to the operation of the prototype device.

При вращении ротора 5 жидкость, находящаяся внутри него, под действием центробежных сил непрерывно выбрасывается через окна 9 ротора 5 в зазор 11 между стенками ротора 5 и неподвижного цилиндра 6. Внутри ротора 5 образуется разрежение, благодаря которому в ротор 5 через нижнее отверстие 8 также непрерывно всасывается жидкость из нижней части реактора, захватывая с собой донные осадки и взвеси. Таким образом осуществляется непрерывная циркуляция жидкости через полость ротора 5 в направлении снизу вверх. Под действием центробежных сил внутри ротора 5 осуществляется расслоение твердой и жидкой фаз и осаждение твердой фазы на стенках ротора 5.When the rotor 5 rotates, the liquid inside it, under the action of centrifugal forces, is continuously ejected through the windows 9 of the rotor 5 into the gap 11 between the walls of the rotor 5 and the stationary cylinder 6. Inside the rotor 5, a vacuum is formed, due to which the rotor 5 through the lower hole 8 is also continuously liquid is sucked from the bottom of the reactor, taking with it bottom sediments and suspensions. Thus, a continuous circulation of fluid through the cavity of the rotor 5 in the direction from bottom to top. Under the action of centrifugal forces inside the rotor 5, the solid and liquid phases are separated and the solid phase is deposited on the walls of the rotor 5.

Одновременно жидкость из нижней части реактора всасывается винтовой спиралью 10, поднимается по зазору 11 до отверстий 12 и объединяется здесь с потоком жидкости, циркулирующим через ротор 5. Объединенный поток переливается через отверстия 12 в объем реактора, опускается вниз, взмучивая со дна осадок, затем одна часть объединенного потока вновь поступает через отверстие 8 в ротор 5, другая - в зазор 11. Соотношение этих частей объединенного потока определяется параметрами устройства - геометрическими размерами и частотой вращения ротора.At the same time, the liquid from the lower part of the reactor is sucked in by a helical spiral 10, rises along the gap 11 to the openings 12 and combines here with the liquid flow circulating through the rotor 5. The combined stream is poured through the openings 12 into the reactor volume, drops down, stirring sediment from the bottom, then one part of the combined stream again enters through the hole 8 into the rotor 5, the other into the gap 11. The ratio of these parts of the combined stream is determined by the device parameters — geometric dimensions and rotor speed.

Итак, техническим преимуществом заявляемой полезной модели является то, что одновременно обеспечивается и интенсивный поток в полости реактора, необходимый для взмучивания осадка со дна реактора, и относительно небольшой по величине поток через полость ротора 5, оптимальный для осаждения на стенку ротора 5 взвешенных в жидкости частиц.So, the technical advantage of the claimed utility model is that at the same time the intensive flow in the reactor cavity is provided, which is necessary for stirring up the sediment from the bottom of the reactor, and the relatively small flow through the cavity of the rotor 5 is optimal for particles suspended in the liquid to be deposited on the wall of the rotor 5 .

Claims

1. A device for extracting solid sediments and suspensions from liquid media, comprising a drive, a bearing assembly, a support plate, a rotor in the form of a hollow cylinder fixed to a shaft with a narrowing in the form of a truncated cone with a central hole in the lower part and windows in the upper end made on the distance from the axis of rotation is greater than the radius of the lower central hole, and the fixed cylinder mounted on the outside of the rotor coaxially with it is mounted on a base plate, on the side surface of which holes are made, characterized in so that on the outer side surface of the rotor a helical spiral is made, the direction of winding of which coincides with the direction of rotation of the rotor.

2. The device according to claim 1, characterized in that at least one radial rib is installed in the lower central hole of the stationary cylinder.