RU2057598C1

RU2057598C1 - Centrifuge for suspension separation

Info

Publication number: RU2057598C1
Application number: RU94018881A
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Скачков
Original assignee: Виктор Сергеевич Скачков
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: separation of liquid homogeneous systems. SUBSTANCE: centrifuge for suspension separation has: body with reception chamber for recirculated heavy fraction and collectors of thickened heavy fraction and light weight fraction; mounted on vertical shaft cone-shaped rotor provided with lid, that forms with butt of rotor at least one hole for light weight fraction removal, and with ring-type canal for bringing recirculate into zone of heavy fraction gathering, with recirculate transportation mean and initial suspension delivery mean. Centrifuge has rigidly connected with body and located stationary in rotor heavy fraction gathering zone scrubbing member for mixing and shifting the fraction to hole for removal. Rod for vibration loosening of heavy fraction is located radially under scrubbing member with clearance. EFFECT: increased productivity. 2 dwg

Description

Изобретение относится к центрифугам для разделения жидких неоднородных систем, в особенности к центрифугам для разделения суспензии с непрерывным выводом осадка из ротора через периферийное отверстие, и может быть использовано в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. The invention relates to centrifuges for separating liquid heterogeneous systems, in particular to centrifuges for separating a suspension with continuous withdrawal of sediment from the rotor through a peripheral hole, and can be used in the chemical, pharmaceutical and food industries.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является центрифуга для разделения суспензии, содержащая корпус, имеющий приемную камеру для рециркулируемой тяжелой фракции, и сборники сгущенной тяжелой фракции и легкой фракции, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор, снабженный крышкой, образующей с торцом ротора по меньшей мере одно отверстие для вывода тяжелой фракции из зоны ее накопления, средством для отвода легкой фракции, кольцевым каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующим средством рециркулята и средством подвода исходной суспензии. Исходную суспензию и рециркулят вводят в нижнюю зону ротора, а легкая и сгущенная тяжелая фракции выводятся из верхней его зоны в сборник и приемную камеру соответственно, откуда они самотеком сливаются вниз. Поток сгущенной тяжелой фракции выводится из зоны ее накопления через отверстие ротора приемную камеру, из которой одна часть потока выводится в сборник и далее наружу центрифуги, а другая рециркулирует обратно в ротор. The closest technical solution to the proposed one is a centrifuge for separating a suspension, comprising a housing having a receiving chamber for a recirculated heavy fraction, and condensed heavy fraction and light fraction collectors, a conical rotor mounted on a vertical shaft, provided with a lid forming at least one rotor end hole for withdrawing the heavy fraction from the zone of its accumulation, means for removing the light fraction, an annular channel for supplying recirculate to the zone of accumulation of the heavy fraction, trans porting means to recirculate and means for supplying the initial suspension. The initial suspension and recycle are introduced into the lower zone of the rotor, and the light and thickened heavy fractions are removed from its upper zone to the collector and the receiving chamber, respectively, from where they gravity merge down. The stream of thickened heavy fraction is removed from the zone of its accumulation through the rotor opening of the receiving chamber, from which one part of the stream is discharged to the collector and then to the outside of the centrifuge, and the other is recycled back to the rotor.

Недостатком центрифуги является наличие в зоне накопления тяжелой фракции удаленных от отверстия ее вывода застойных зон накопления осадка и возможность закупорки этого отверстия осадком, что снижает эффективность сепарации и производительность центрифуги. The disadvantage of the centrifuge is the presence in the accumulation zone of the heavy fraction of stagnant sediment accumulation zones remote from the outlet of its outlet and the possibility of clogging this hole with sediment, which reduces the separation efficiency and centrifuge performance.

Технический результат изобретения заключается в увеличении производительности центрифуги. The technical result of the invention is to increase the performance of the centrifuge.

Он достигается в центрифуге для разделения суспензии, содержащей корпус, имеющий приемную камеру для рециркулируемой тяжелой фракции и сборники сгущенной тяжелой фракции и легкой фракции, установленный на вертикальном валу конусообразный ротор, снабженный крышкой, образующей с торцом ротора по меньшей мере одно отверстие для вывода тяжелой фракции из зоны ее накопления, средством для отвода легкой фракции, кольцевым каналом для подвода рециркулята в зону накопления тяжелой фракции, транспортирующим средством рециркулята и средством подвода исходной суспензии, и снабженной жестко связанным и корпусом и расположенным неподвижно в роторе в зоне накопления тяжелой фракции скребковым элементом для перемешивания и сдвига ее к отверстию для вывода, выполненным в виде секторной пластины, и стержнем для вибрационного разрыхления тяжелой фракции, расположенным радиально с зазором под скребковым элементом, при этом один конец стержня упруго прикреплен к валу ротора, а другой расположен свободно с зазором в отверстии для вывода тяжелой фракции. It is achieved in a centrifuge for separating a suspension containing a housing having a receiving chamber for the recirculated heavy fraction and condensed heavy fraction and light fraction collectors, a conical rotor mounted on a vertical shaft, provided with a lid forming at least one hole for withdrawing the heavy fraction with the rotor end from the zone of its accumulation, by means for withdrawing the light fraction, an annular channel for supplying recirculate to the zone of accumulation of the heavy fraction, transporting means of recirculate and means the feed of the initial suspension, and equipped with a rigidly connected housing and located motionless in the rotor in the zone of accumulation of the heavy fraction with a scraper element for mixing and shifting it to the outlet for opening, made in the form of a sector plate, and a rod for vibrational loosening of the heavy fraction located radially with a gap under the scraper element, while one end of the rod is elastically attached to the rotor shaft, and the other is located freely with a gap in the hole for outputting the heavy fraction.

На фиг. 1 изображен общий вид центрифуги для разделения суспензии; на фиг.2 сечение А-А фиг.1. In FIG. 1 shows a general view of a centrifuge for separating a suspension; figure 2 section aa figure 1.

Центрифуга для разделения суспензии включает корпус 1, имеющий приемную камеру 2 для рециркулируемой тяжелой фракции и сборники 3 сгущенной тяжелой фракции и 4 легкой фракции, установленный на вертикальном валу 5 конусообразный ротор 6, снабженный крышкой 7, образующей с торцом ротора 6 по меньшей мере одно отверстие 8 для вывода тяжелой фракции из зоны 9 ее накопления, средством 10 и 11 для отвода легкой фракции, кольцевым каналом 12 для подвода рециркулята в зону 9, транспортирующим средством 13 рециркулята и средством 14 подвода исходной суспензии, и снабжена жестко связанным с корпусом 1 и расположенным неподвижно в роторе 6 в зоне 9 скребковым элементом 15, выполненным в виде секторной пластины, и стержнем 16, расположенным радиально с зазором под скребковым элементом 15, причем один конец стержня 16 упруго прикреплен к валу 5 ротора 6, а другой расположен свободно с зазором в отверстии 8 для вывода тяжелой фракции. Упругое закрепление стержня 16 выполнено с помощью цилиндрической пружины 17, один из концов которой закреплен на стержне 16, а другой конец закреплен на направляющем пальце 18, жестко связанным с валом 5 и расположенным соосно с отверстием 8. Стенка приемной камеры 2 состоит из двух конусообразных обечаек верхней 19 и нижней 20, расположенных меньшими основаниями вниз одна 20 под другой 19 с образованием между ними кольцевой щели 21, причем диаметр меньшего основания 22 верхней обечайки 19 превышает диаметр большего основания 23 нижней обечайки 20. Нижняя обечайка 20 образует камеру 24 сбора рециркулята, а сборник 3 представляет собой кольцевой карман, расположенный снаружи приемной камеры 2 и сообщенный с ее внутренней полостью через указанную кольцевую щель 21. Меньшее основание 22 верхней обечайки 19 расположено выше большего основания 23 нижней обечайки 20. Транспортирующее средство 13 расположено в камере 24 и имеет центральное отверстие 25, в котором с зазором размещено средство 14 в виде патрубка с выходным отверстием 26, расположенным внутри ротора 6, и средство 10 для отвода легкой фракции в виде напорного диска, закрепленного на патрубке 27, который снабжен вентилем 28. Ротор 6 с помощью лопастей крестовины 29 и разделительного диска 30 с сегментными переточными отверстиями 31 жестко закреплен на валу 5, который установлен в подшипниковой опоре 32 и сочленяется через муфту 33 с приводом 34. Ротор 6 установлен с кольцевым зазором 35 с разделительным диском 30, а кольцевой канал 12 образован конусообразной обечайкой 36, расположенной с зазором и снаружи ротора 6, и закрепленной на разделительном диске 30. Крышка 7 образует с разделительным диском 30 кольцевой зазор 37 с зоной 9 в периферийной его части, в которых расположены скребковый элемент 15 и стержень 16 с пружиной 17, и снабжена отверстием 8 для вывода тяжелой фракции и средством 11 для отвода легкой фракции в виде расположенного по центру переливного отверстия. Скребковый элемент 15 закреплен на корпусе 1 с помощью промежуточного звена 38, расположенного в зазоре между валом 5 и средством 11. Сборник 3 снабжен наклонным дном 39 с отверстием 40 в нижней его части, а сборник 4 снабжен патрубком 41. Транспортирующее средство 13 расположено ниже большего основания 23 и имеет диаметр, меньший диаметра переливного отверстия средства 11. The centrifuge for separating the suspension includes a housing 1 having a receiving chamber 2 for the recycled heavy fraction and collectors 3 of the thickened heavy fraction and 4 of the light fraction mounted on a vertical shaft 5 with a conical rotor 6 provided with a cover 7 forming at least one hole with the end face of the rotor 6 8 for withdrawing the heavy fraction from zone 9 of its accumulation, means 10 and 11 for removing the light fraction, an annular channel 12 for supplying recirculate to zone 9, conveying means 13 of recirculate and means 14 for supplying the initial suspension and, and is equipped with a scraper element 15 fixed in the rotor 6 in the zone 9 in the rotor 6 and made in the form of a sector plate 15 and a rod 16 located radially with a gap under the scraper element 15, one end of the rod 16 being elastically attached to the shaft 5 of the rotor 6, and the other is located freely with a gap in the hole 8 to output the heavy fraction. The elastic fastening of the rod 16 is made using a cylindrical spring 17, one of the ends of which is fixed to the rod 16, and the other end is fixed to the guide pin 18, rigidly connected with the shaft 5 and located coaxially with the hole 8. The wall of the receiving chamber 2 consists of two conical shells the upper 19 and lower 20, located with smaller bases down one 20 below the other 19 with the formation of an annular gap 21 between them, and the diameter of the smaller base 22 of the upper shell 19 exceeds the diameter of the larger base 23 of the lower shell 20. the shell 20 forms a recirculation chamber 24, and the collector 3 is an annular pocket located outside the receiving chamber 2 and communicated with its internal cavity through the specified annular slot 21. The smaller base 22 of the upper shell 19 is located above the larger base 23 of the lower shell 20. Transport the tool 13 is located in the chamber 24 and has a Central hole 25, in which with a gap there is a means 14 in the form of a pipe with an outlet 26 located inside the rotor 6, and a means 10 for draining the light fraction in in the form of a pressure disk mounted on the nozzle 27, which is equipped with a valve 28. The rotor 6 is rigidly mounted on the shaft 5, which is installed in the bearing support 32 and is articulated through the coupling 33 with the actuator 34 with the help of the blades of the spider 29 and the separation disk 30 with segmented overflow holes 31 The rotor 6 is installed with an annular gap 35 with a separating disk 30, and the annular channel 12 is formed by a conical shell 36 located with a gap and outside the rotor 6, and mounted on the separating disk 30. The cover 7 forms with a separating dis th 30 with an annular gap 37 in the peripheral zone 9 of its parts, which are located scraper element 15 and rod 16 with a spring 17 and provided with an opening 8 for heavy fraction, and output means 11 for discharging the light fraction in the form of a centrally located overflow. The scraper element 15 is mounted on the housing 1 by means of an intermediate link 38 located in the gap between the shaft 5 and the means 11. The collector 3 is equipped with an inclined bottom 39 with an opening 40 in its lower part, and the collector 4 is equipped with a nozzle 41. The transport means 13 is located below the larger base 23 and has a diameter smaller than the diameter of the overflow hole means 11.

Центрифуга для разделения суспензии работает следующим образом. Исходную суспензию по патрубку 14 через отверстие 26 подают в ротор 6, где между лопастями крестовины 29 под действием центробежной силы она транспортируется к периферии и через зазор 35 и отверстия 31 и 8 выводится из ротора 6 в приемную камеру 2, откуда сливается самотеком вниз по верхней конусообразной обечайке 19 к ее меньшему основанию 22. При заданном расходе исходной суспензии ее поток, отрываясь от меньшего основания 22, перетекает в виде конусообразной свободной струи в воздухе над кольцевой щелью 21 на нижнюю конусообразную обечайку 20 ниже ее большего основания 23 и далее в камеру 24. Здесь суспензия захватывается транспортирующим средством 13, направляется в кольцевой канал 12 и по нему к кольцевому зазору 35, где объединяется с потоком исходной суспензии и таким образом рециркулирует со все возрастающим расходом. В результате этого давление в кольцевом зазоре 35 и отверстиях 31 и 8 возрастает, а радиус свободной поверхности суспензии в роторе 6 между лопастями крестовины 29 и в кольцевых зазорах 12 и 37 уменьшается в направлении оси вращения до радиуса напорного диска средства 10 и переливного отверстия средства 11 соответственно. После этого легкая фракция выводится из ротора 6 двумя потоками: один по патрубку 27 и через вентиль 28, а другой через сборник 4 и по патрубку 41 наружу центрифуги. A centrifuge for separating a suspension works as follows. The initial suspension through the nozzle 14 through the hole 26 is fed into the rotor 6, where between the blades of the spider 29 under the action of centrifugal force it is transported to the periphery and through the gap 35 and the holes 31 and 8 is discharged from the rotor 6 into the receiving chamber 2, from where it drains down by gravity down the upper conical shell 19 to its smaller base 22. At a given flow rate of the initial suspension, its flow, breaking away from the smaller base 22, flows in the form of a conical free stream in the air above the annular gap 21 to the lower conical shell 20 below e larger base 23 and into the chamber 24. Here the slurry is captured by the conveying means 13 is directed into the annular channel 12 and through it to the annular gap 35, where it is combined with the original slurry stream and thus recycled with increasing flow rate. As a result, the pressure in the annular gap 35 and the holes 31 and 8 increases, and the radius of the free surface of the suspension in the rotor 6 between the blades of the spider 29 and in the annular gaps 12 and 37 decreases in the direction of the axis of rotation to the radius of the pressure disk of the means 10 and the overflow hole of the means 11 respectively. After that, the light fraction is removed from the rotor 6 in two streams: one through the nozzle 27 and through the valve 28, and the other through the collector 4 and the nozzle 41 to the outside of the centrifuge.

Содержащиеся в суспензии частицы твердой фазы под действием центробежной силы осаждаются на внутренней поверхности ротора 6 и в виде слоя осадка транспортируются к периферии к зазору 35, пройдя через который, попадают в рециркулирующий поток тяжелой фракции, транспортируясь далее вместе с ним. При этом в кольцевом канале 12 на внутренней поверхности конусообразной обечайки 36 накапливается некоторая масса осадка, постоянно увеличивающаяся и сдвигающаяся под действием центробежной силы к отверстиям 31 и 8, в то время как в отдаленной от отверстия 8 по окружности части зоны 9 осадок не накапливается, так как он постоянно перемешивается и сдвигается в окружном направлении к этому отверстию с помощью неподвижного скребкового элемента 15. Это приводит к увеличению концентрации твердой фазы в рециркулирующем потоке сгущенной тяжелой фракции, а также ее вязкости и гидравлического сопротивления отверстия 8 окружного зазора между отверстием 8 и pазмещенным в нем стержнем 16, в результате чего этот поток уменьшается и становится меньше потока исходной суспензии. При этом, траектория свободной струи рециркулирующего потока после отрыва от меньшего основания 22 снижается в кольцевую щель 21 и попадает в сборник 3, в результате чего поток сгущенной тяжелой фракции по наклонному дну 39 транспортируется самотеком вниз и через отверстие 40 выводится наружу центрифуги, а рециркуляция тяжелой фракции прекращается. После вывода в этом режиме всей массы осадка, накопленной в кольцевом зазоре 12, гидравлическое сопротивление отверстия 8 уменьшается, поток выводимой из него тяжелой фракции увеличивается, траектория его струи после отрыва от меньшего основания 22 повышается над кольцевой щелью 21 и начинается вновь рециркуляция тяжелой фракции, а отвод сгущенной тяжелой фракции прекращается. В процессе рециркуляции или отвода из центрифуги тяжелой фракции исходная суспензия с заданным расходом продолжает разделяться в роторе 6, что обеспечивает непрерывный отвод легкой фракции с помощью средств 10 и 11. Таким образом, независимо от производительности исходной суспензии и концентрации твердой фазы в ней, содержание твердой фазы в выводимом из центрифуги потоке сгущенной тяжелой фракции всегда больше определенной величины. The particles of the solid phase contained in the suspension under the action of centrifugal force are deposited on the inner surface of the rotor 6 and, in the form of a sediment layer, are transported to the periphery to the gap 35, passing through which they fall into the recycle stream of the heavy fraction, transported along with it. Moreover, in the annular channel 12 on the inner surface of the conical shell 36, a certain mass of sediment accumulates, constantly increasing and shifting under the action of centrifugal force to the holes 31 and 8, while the sediment does not accumulate in the part of zone 9 remote from the hole 8 around the circumference how it is constantly mixed and shifted in the circumferential direction to this hole with the help of a stationary scraper element 15. This leads to an increase in the concentration of the solid phase in the recycle stream of the thickened heavy fr stock, as well as its viscosity and hydraulic resistance of the hole 8 of the circumferential gap between the hole 8 and the rod 16 located therein, as a result of which this flow decreases and becomes smaller than the flow of the initial suspension. At the same time, the trajectory of the free stream of the recycle stream after separation from the smaller base 22 decreases into the annular gap 21 and enters the collector 3, as a result of which the thickened heavy fraction stream is transported gravitationally downward through the inclined bottom 39 and the centrifuge is brought out through the hole 40, and heavy recirculation fractions ceased. After the withdrawal of the entire mass of sediment accumulated in the annular gap 12 in this mode, the hydraulic resistance of the hole 8 decreases, the flow of the heavy fraction removed from it increases, the trajectory of its stream after separation from the smaller base 22 rises above the annular gap 21, and the heavy fraction recycles again and the removal of the thickened heavy fraction ceases. In the process of recirculation or removal from the centrifuge of the heavy fraction, the initial suspension at a predetermined flow rate continues to separate in the rotor 6, which ensures continuous removal of the light fraction using means 10 and 11. Thus, regardless of the performance of the initial suspension and the concentration of the solid phase in it, the solid content phase in the stream of condensed heavy fraction removed from the centrifuge is always greater than a certain value.

Перемешивание и сдвиг тяжелой фракции в зоне 9 скребковым элементом 15 позволяет уменьшить количество отверстий 8 до одного, при одновременном увеличении его диаметра, что повышает надежность вывода осадка. Однако при высокой концентрации твердой фазы в сгущенной тяжелой фракции, в особенности когда она приобретает свойство "предела текучести", возмущающего воздействия скребкового элемента 15 может оказаться недостаточно для прочистки отверстия 8 от пробки осадка. При выполнении скребкового элемента 15 в виде секторной пластины на его лобовой набегающей по потоку и кормовой задней по потоку кромках-гранях возникают соответственно избыточное и пониженное давления жидкости, которые через зазор попеременно передаются на вращающиеся вместе с ротором 6 и связанные друг с другом стержень 16 и пружину 17, что приводит к вынужденной периодической вибрации стержня 16. Размещение в отверстии 8 постоянно вибрирующего свободного конца стержня 16 способствует разрыхлению и разрушению пробки осадка по всей ее толщине на протяжении всей длины этого отверстия, что предотвращает его забивку и, следовательно, увеличивает производительность центрифуги. При этом очевидно, что амплитуда колебаний стержня 16 в отверстии 8 не превышает разности их диаметров, а частота этих колебаний не меньше частоты вращения ротора 6. Mixing and shifting the heavy fraction in zone 9 with a scraper element 15 allows to reduce the number of holes 8 to one, while increasing its diameter, which increases the reliability of the output of sediment. However, with a high concentration of the solid phase in the thickened heavy fraction, especially when it acquires the property of "yield strength", the disturbing effect of the scraper element 15 may not be enough to clean the hole 8 from the sediment plug. When the scraper element 15 is made in the form of a sector plate, excess and reduced liquid pressures arise on its frontal running edge and rear rear downstream edges, respectively, which are alternately transmitted through the gap to the shaft 16 rotating with the rotor 6 and connected to each other, and a spring 17, which leads to a forced periodic vibration of the rod 16. The placement in the hole 8 of the constantly vibrating free end of the rod 16 contributes to loosening and destruction of the sediment tube throughout its thickness over the entire length of this hole, which prevents it from clogging and, therefore, increases the performance of the centrifuge. It is obvious that the amplitude of the oscillations of the rod 16 in the hole 8 does not exceed the difference in their diameters, and the frequency of these oscillations is not less than the rotational speed of the rotor 6.

Таким образом, предложенная центрифуга для разделения суспензии по сравнению с прототипом позволяет увеличить надежность вывода сгущенной тяжелой фракции осадка из ротора через его периферийное отверстие и производительность центрифуги. Thus, the proposed centrifuge for separating the suspension compared to the prototype allows to increase the reliability of the output of the thickened heavy fraction of sediment from the rotor through its peripheral hole and the performance of the centrifuge.

Claims

CENTRIFUGE FOR SUSPENSION SEPARATION, comprising a housing having a receiving chamber for a recirculated heavy fraction and condensed heavy fraction and light fraction collectors, a conical rotor mounted on a vertical shaft, provided with a cover forming at least one hole with the end of the rotor for withdrawing the heavy fraction from its zone accumulation, a means for removing the light fraction, an annular channel for supplying recirculate to the zone of accumulation of the heavy fraction, a transporting means of recirculate and means for supplying the original suspension, characterized in that it is equipped with a scraper element rigidly connected to the housing and located motionless in the rotor in the zone of accumulation of the heavy fraction for mixing and shifting it to the outlet for opening, made in the form of a sector plate, and a rod for vibrational loosening of the heavy fraction, located radially with a gap under the scraper element, while one end of the rod is elastically attached to the rotor shaft, and the other is located freely with a gap in the hole for outputting the heavy fraction.