RU200361U1

RU200361U1 - FILTER CENTRIFUGE

Info

Publication number: RU200361U1
Application number: RU2020117106U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Минь Кыонг Доан; Алексей Владимирович Петрухин; Сергей Алексеевич Фоменков; Дмитрий Михайлович Коробкин; Маткарим Саидович Садиков
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2020-10-21

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей в центробежном поле и может найти применение в химической, микробиологической, фармакологической, металлургической, строительной, энергетической, машиностроительной, атомной и других отраслях промышленности.Техническим результатом предлагаемой конструкции фильтрующей центрифуги является увеличение производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, установленный внутри него ротор, и размещенное внутри ротора кольцо, имеющее равномерно перфорированную боковую поверхность, причем между корпусом и кольцом установлены цилиндрические пружины, равномерно распределенные по окружности кольца, верхний торец пружин жестко закреплен на корпусе, а нижний торец пружин соединен с кольцом, при этом упругость каждой пружины определяется по формуле,где a - упругость пружины, Н/м;ω - скорость вращения ротора, 1/с;m - общая масса кольца, кг;n - число пружин.The proposed technical solution relates to devices for the purification of high-viscosity, structured and non-Newtonian liquids in a centrifugal field and can be used in chemical, microbiological, pharmacological, metallurgical, construction, energy, engineering, nuclear and other industries. The technical result of the proposed design of the filtering centrifuge is an increase The provided technical result is achieved by the fact that the filtering centrifuge containing a housing, a rotor installed inside it, and a ring placed inside the rotor, having a uniformly perforated side surface, and between the housing and the ring there are cylindrical springs evenly distributed around the circumference of the ring, the upper end of the springs rigidly fixed to the body, and the lower end of the springs is connected to the ring, while the elasticity of each spring is determined by the formula, where a is the elasticity of the spring, N / m; ω is the rotor speed, 1 / s ; m - total mass of the ring, kg; n - number of springs.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей в центробежном поле и может найти применение в химической, микробиологической, фармакологической, металлургической, строительной, энергетической, машиностроительной, атомной и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных шламовых вод промпредприятий и коммунальных служб.The proposed technical solution refers to devices for the purification of high-viscosity, structured and non-Newtonian fluids in a centrifugal field and can be used in chemical, microbiological, pharmacological, metallurgical, construction, energy, machine-building, nuclear and other industries, as well as in the treatment of waste sludge water from industrial enterprises. and utilities.

В известных конструкциях фильтрующих центрифуг, состоящих из перфорированного ротора с закрепленным на его боковой поверхности фильтровальным материалом, предусматривается непрерывное срезание осадка с помощью ножа, скребка, диска, шнека, поршня и т.п. с последующей транспортировкой осадка механическими средствами или сжатым воздухом [Соколов В.И. Центрифугирование. - М.: Химия, 1976, с. 312-350].In the known designs of filter centrifuges, consisting of a perforated rotor with a filter material fixed on its lateral surface, continuous cutting of the sediment is provided with a knife, scraper, disk, screw, piston, etc. followed by transportation of the sediment by mechanical means or compressed air [Sokolov V.I. Centrifugation. - M .: Chemistry, 1976, p. 312-350].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление, так как при механическом срезании осадка в поры фильтровального материала втираются частицы тонкодисперсной фазы, уплотненной центробежной силой, что приводит к необходимости остановки центрифуги на регенерацию фильтровального материала и снижению скорости фильтрования, и в целом к снижению производительности центрифуги.The reasons that impede the achievement of the specified technical result include high hydraulic resistance, since during mechanical shearing of the sediment, particles of a finely dispersed phase compacted by centrifugal force are rubbed into the pores of the filter material, which leads to the need to stop the centrifuge to regenerate the filter material and reduce the filtration rate, and generally to a decrease in centrifuge performance.

Известна фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, расположенный в нем перфорированный ротор, привод вращения ротора, патрубки подачи суспензии и слива жидкой фазы и средство для регенерации, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, связанном с отдельным приводом, при этом средство для регенерации выполнено в виде валика, имеющего форму овала, а его вал установлен параллельно боковой поверхности ротора, и сама фильтрующая центрифуга и приводы закреплены на платформе, закрепленной на цилиндрических пружинах [П. м № 172712, В04В 3/06, 2017].Known filtering centrifuge containing a housing, a perforated rotor located in it, a rotor rotation drive, pipes for supplying a suspension and draining a liquid phase and a means for regeneration, located in the gap between the housing and the lateral surface of the rotor and fixed on a shaft associated with a separate drive, while the means for regeneration is made in the form of an oval-shaped roller, and its shaft is installed parallel to the side surface of the rotor, and the filtering centrifuge itself and drives are fixed on a platform fixed on cylindrical springs [P. m No. 172712, В04В 3/06, 2017].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большая масса платформы, закрепленной на цилиндрических пружинах, что, соответственно, увеличивает необходимую упругость пружин, уменьшая амплитуду колебания и скорость регенерации, что в целом снижает производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include a large mass of the platform fixed on cylindrical springs, which, accordingly, increases the required elasticity of the springs, reducing the amplitude of oscillation and the rate of regeneration, which generally reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятым за прототип является фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, установленный внутри него ротор, и размещенное внутри ротора кольцо, при этом кольцо жестко закреплено на верхней части корпуса и имеет равномерно перфорированную боковую поверхность, при этом отношение радиуса кольца к радиусу ротора постоянно по высоте и составляет:The closest technical solution in terms of a set of features to the claimed object and taken as a prototype is a filter centrifuge containing a housing, a rotor installed inside it, and a ring placed inside the rotor, while the ring is rigidly fixed on the upper part of the housing and has a uniformly perforated side surface, while the ratio of the radius of the ring to the radius of the rotor is constant in height and is:

где r и R - соответственно радиусы кольца и ротора, м. [Патент № 88292, B04B3/00, 2009]. where r and R are the radii of the ring and the rotor, respectively, m. [Patent No. 88292, B04B3 / 00, 2009].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая скорость фильтрования, из-за недостаточной регенерирующей способности средства разрушается структура высоковязких структурированных жидкостей и уменьшается эффективная вязкость неньютоновских жидкостей, что в целом не обеспечивает высокой производительности.The reasons that impede the achievement of the specified technical result include a low filtration rate, due to insufficient regenerating ability of the agent, the structure of highly viscous structured fluids is destroyed and the effective viscosity of non-Newtonian fluids decreases, which generally does not provide high productivity.

Техническим результатом предлагаемой конструкции фильтрующей центрифуги является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of the filtering centrifuge is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, установленный внутри него ротор и размещенное внутри ротора кольцо, имеющее равномерно перфорированную боковую поверхность, отношение радиуса кольца к радиусу ротора постоянно по высоте и составляет:The technical result achieved is achieved by the fact that the filtering centrifuge containing a housing, a rotor installed inside it and a ring located inside the rotor, having a uniformly perforated side surface, the ratio of the ring radius to the rotor radius is constant in height and is:

, (1)

где r и R – соответственно радиусы кольца и ротора, м; причем между корпусом и кольцом установлены цилиндрические пружины, равномерно распределенные по окружности кольца, верхний торец пружин жестко закреплен на корпусе, а нижний торец пружин соединен с кольцом, при этом упругость каждой пружины определяется по формуле:where r and R are the radii of the ring and the rotor, respectively, m; moreover, cylindrical springs are installed between the body and the ring, evenly distributed around the circumference of the ring, the upper end of the springs is rigidly fixed to the body, and the lower end of the springs is connected to the ring, while the elasticity of each spring is determined by the formula:

, (2)

где a - упругость пружины, Н/м;where a is the elasticity of the spring, N / m;

ω - скорость вращения ротора, 1/с;ω - rotor speed, 1 / s;

m - общая масса кольца, кг;m is the total mass of the ring, kg;

n - число пружин.n is the number of springs.

Установка между корпусом и кольцом цилиндрических пружин, равномерно распределенных по окружности кольца, причем верхний торец пружин жестко закреплен на корпусе, а нижний торец пружин соединен с кольцом, обеспечивает непрерывные колебания кольца и находящейся в роторе фильтруемой жидкости, и в случае высоковязкой, структурированной, неньютоновской жидкости ее структура от вибрации разрушается, эффективная вязкость снижается, что приводит к увеличению скорости фильтрования. Кроме того, непрерывная вибрация кольца обеспечивает очистку пор от уловленных частиц, что также способствует увеличению скорости фильтрования, а значит, увеличивается и производительность.Installation between the body and the ring of cylindrical springs, evenly distributed around the circumference of the ring, and the upper end of the springs is rigidly fixed to the body, and the lower end of the springs is connected to the ring, provides continuous vibrations of the ring and the filtered liquid in the rotor, and in the case of a high-viscosity, structured, non-Newtonian liquid, its structure is destroyed by vibration, the effective viscosity decreases, which leads to an increase in the filtration rate. In addition, the continuous vibration of the ring ensures that the pores are cleared of trapped particles, which also contributes to an increase in the filtration rate, which means increased productivity.

Упругость цилиндрической пружины, определяемая по выражению (2), позволяет обеспечить собственную частоту колебаний кольца с массой m, равную частоте вращения ротора с жидкостью, находящейся в зоне, образующейся между боковой поверхностью перфорированного ротора и поверхностью кольца. Это способствует резонансному колебанию кольца с высокой амплитудой, что приводит к тиксотропному разрушению структуры и снижению вязкости фильтруемой жидкости, а также к снижению концентрационной поляризации на поверхности мембраны, а значит, увеличивается скорость фильтрования, повышая тем самым производительность.The elasticity of the coil spring, determined by expression (2), makes it possible to ensure the natural vibration frequency of the ring with mass m, equal to the rotor speed with the liquid in the zone formed between the side surface of the perforated rotor and the ring surface. This contributes to the resonant vibration of the ring with a high amplitude, which leads to thixotropic destruction of the structure and a decrease in the viscosity of the filtered liquid, as well as to a decrease in concentration polarization on the membrane surface, which means that the filtration rate increases, thereby increasing productivity.

На чертеже изображена схема предлагаемой конструкции фильтрующей центрифуги.The drawing shows a diagram of the proposed design of the filter centrifuge.

Фильтрующая центрифуга состоит из неподвижного корпуса 1, внутри которого на валу 2 установлен перфорированный ротор 3. Внутри ротора 3 установлена труба 4 для подачи фильтруемой жидкости. Внутри ротора 3, осесимметрично с ним установлено кольцо 5, имеющее равномерно перфорированную боковую поверхность. При этом отношение радиуса кольца r к радиусу ротора R постоянно и соответствует соотношению (1). Между корпусом 1 и кольцом 5 установлены цилиндрические пружины 6, равномерно распределенные по окружности кольца 5, верхний торец пружин 6 жестко закреплен на корпусе 1, а нижний торец пружин 6 соединен с кольцом 5. Упругость цилиндрических пружин 6 соответствует выражению (2). В верхней части ротора 3 и кольца 5 с внутренней стороны герметично установлены кольцевые отражатели 7 и 8, чтобы предотвращать перелив неотфильтрованной жидкости из ротора 3 и кольца 5. Для слива фильтрата из корпуса 1 в его днище установлен патрубок 9.The filtering centrifuge consists of a fixed body 1, inside of which a perforated rotor 3 is installed on the shaft 2. Inside the rotor 3 there is a pipe 4 for supplying the filtered liquid. Inside the rotor 3, axially symmetrically with it, there is a ring 5 having a uniformly perforated side surface. In this case, the ratio of the radius of the ring r to the radius of the rotor R is constant and corresponds to the relation (1). Coil springs 6 are installed between the housing 1 and the ring 5, evenly distributed around the circumference of the ring 5, the upper end of the springs 6 is rigidly fixed to the housing 1, and the lower end of the springs 6 is connected to the ring 5. The elasticity of the cylindrical springs 6 corresponds to expression (2). In the upper part of the rotor 3 and the ring 5, annular reflectors 7 and 8 are hermetically installed on the inside to prevent the overflow of unfiltered liquid from the rotor 3 and ring 5. To drain the filtrate from the housing 1, a branch pipe 9 is installed in its bottom.

Фильтрующая центрифуга работает следующим образом.The filter centrifuge works as follows.

При вращении вала 2 с угловой скоростью ω вместе с ним вращается ротор 3. По трубе 4 подают очищаемую жидкость, которая под действием центробежной силы равномерно распределяется внутри ротора 3 по его боковой перфорированной поверхности.When the shaft 2 rotates with an angular velocity ω, the rotor 3 rotates with it. The liquid to be cleaned is supplied through the pipe 4, which, under the action of centrifugal force, is evenly distributed inside the rotor 3 along its lateral perforated surface.

Под действием центробежного давления жидкая фаза фильтруется через перфорированную поверхность ротора 3, а частицы осадка накапливаются на его внутренней поверхности, при этом мелкие частицы вдавливаются в поры перфорации и заклинивают их. Однако под действием колебания кольца 5 от цилиндрических пружин 6 создается вибрация, которая выбивает мелкие частицы, застрявшие в порах перфорированной поверхности ротора 2, одновременно разрушая слой осадка. Часть жидкости, проходя через отверстия перфорированной стенки неподвижного кольца 5 в отсутствии центробежной силы на нем, опускается под действием силы тяжести вниз. Слив фильтрата происходит по патрубку 9.Under the action of centrifugal pressure, the liquid phase is filtered through the perforated surface of the rotor 3, and sediment particles accumulate on its inner surface, while small particles are pressed into the pores of the perforation and jam them. However, under the influence of the vibration of the ring 5 from the coil springs 6, vibration is created, which knocks out small particles stuck in the pores of the perforated surface of the rotor 2, while simultaneously destroying the sediment layer. Part of the liquid, passing through the holes of the perforated wall of the stationary ring 5 in the absence of centrifugal force on it, goes down under the action of gravity. The filtrate is drained through branch pipe 9.

Так как упругость пружин 6 для обеспечения резонансного режима определяется выражением (2), то число гидроударов жидкости, находящейся в зоне, образующейся между боковой поверхностью перфорированного ротора 3 и поверхностью кольца 5, совпадает с собственной частотой колебания кольца 5. Поэтому амплитуда колебаний кольца 5 при таком совпадении частот в режиме резонанса резко возрастает, разрушая структуру структурированных жидкостей, поступающих по трубе 4, или уменьшает эффективную вязкость неньютоновских жидкостей, что приводит к возрастанию скорости фильтрования таких высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей. Кроме того, высокая амплитуда колебаний поверхности перфорированного ротора 3 способствует удалению частиц, заклинивших поры фильтровальной поверхности перфорированного ротора 3.Since the elasticity of the springs 6 to ensure the resonance mode is determined by expression (2), the number of hydraulic shocks of the liquid located in the zone formed between the lateral surface of the perforated rotor 3 and the surface of the ring 5 coincides with the natural vibration frequency of the ring 5. Therefore, the vibration amplitude of the ring 5 at Such coincidence of frequencies in the resonance mode sharply increases, destroying the structure of structured fluids flowing through pipe 4, or decreases the effective viscosity of non-Newtonian fluids, which leads to an increase in the filtration rate of such highly viscous, structured and non-Newtonian fluids. In addition, the high vibration amplitude of the surface of the perforated rotor 3 helps to remove particles that have jammed the pores of the filtering surface of the perforated rotor 3.

Пример расчета.Calculation example.

Скорость вращения ротора 3 составляет ω = 100 рад/с.The speed of rotation of the rotor 3 is ω = 100 rad / s.

Число пружин n = 4.Number of springs n = 4.

Кольцо 5 изготовлено из металла плотности

= 8000 кг/м³, имеет геометрические размеры: внутренний радиус R_в = 0,2 м; внешний радиус R_н = 0,25 м; высота H = 0,5 м; толщина δ = 1 мм.5 ring is made of density metal

= 8000 kg / m ³ , has geometric dimensions: inner radius R _in = 0.2 m; outer radius R _n = 0.25 m; height H = 0.5 m; thickness δ = 1 mm.

Масса кольца 5 определяется по формуле:The mass of ring 5 is determined by the formula:

Упругость цилиндрической пружины 6 согласно выражению (2) равна:The elasticity of the coil spring 6 according to expression (2) is equal to:

Таким образом, установка между корпусом 1 и кольцом 5 цилиндрических пружин 6, равномерно распределенных по окружности кольца 5, причем верхний торец пружин 6 жестко закреплен на корпусе 1, а нижний торец пружин 6 соединен с кольцом 5, при этом упругость каждой пружины для обеспечения резонансного режима соответствует выражению (2), позволяет за счет увеличения амплитуды колебаний поверхности перфорированного ротора 3 разрушать структуру структурированных жидкостей, поступающих по трубе 4 или уменьшать эффективную вязкость неньютоновских жидкостей и снижать концентрационную поляризацию, что приводит к возрастанию скорости фильтрования, и в целом к увеличению производительности фильтрующей центрифуги.Thus, the installation between the housing 1 and the ring 5 of cylindrical springs 6, evenly distributed around the circumference of the ring 5, and the upper end of the springs 6 is rigidly fixed to the housing 1, and the lower end of the springs 6 is connected to the ring 5, while the elasticity of each spring to provide a resonant mode corresponds to expression (2), allows, by increasing the amplitude of oscillations of the surface of the perforated rotor 3, to destroy the structure of structured liquids entering through pipe 4 or to reduce the effective viscosity of non-Newtonian liquids and reduce concentration polarization, which leads to an increase in the filtration rate, and in general to an increase in productivity filter centrifuge.

Claims

A filtering centrifuge containing a housing, a rotor installed inside it, and a ring located inside the rotor, having a uniformly perforated side surface, the ratio of the ring radius to the rotor radius is constant in height and is

,

where r and R are the radii of the ring and the rotor, respectively, m;

characterized in that cylindrical springs are installed between the body and the ring, evenly distributed around the circumference of the ring, the upper end of the springs is rigidly fixed to the body, and the lower end of the springs is connected to the ring, while the elasticity of each spring is determined by the formula

,

where a is the elasticity of the spring, N / m;

ω - rotor speed, 1 / s;

m is the total mass of the ring, kg;

n is the number of springs.