SU1590140A1 - Фильтрующа центрифуга - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению, а именно к центрифугированию, и может быть использовано в химической, угольной и других отрасл х промышленности. Целью изобретени   вл етс  упрощение конструкции центрифуги и снижение ее энергоемкости. Фильтрующа  центрифуга содержит виброизолированный корпус 1 и ротор 2, укрепленный на валу 4. На корпусе 1 смонтирована посредством стакана 7 цапфа 6, св занна  с приводом. Вал 4 закреплен в цапфе 6 с помощью упругого элемента 5 из анизотропного материала. Угловые жесткости Ж 1 и Ж 2 упругого элемента 5 относительно его горизонтальных осей симметрии удовлетвор ют соотношению Ж 1-Ж 2/Ж 1+Ж 2=0,2√1+0,128 .10 -3.Ж 1+Ж 2/I, где I - момент инерции ротора относительно горизонтальной оси, проход щий через центр масс упругого элемента 5. 2 ил.

Description

ром расположен ротор 2, установленньп . возбуждаютс  и поддерживаютс  они не

с помощью подшипников 3 на валу 4, Вал 4 посредством анизотропного упругого элемента 5 закреплен в цапфе 6, Угловые жесткости Ж, Ж упругого элемента 5 относительно осей симметрии сечени  ОХ и OZ, проход щих через центр масс О упругого элемента 5, различны . Оси симметрии сечени  ОХ и OZ  вл ютс  также симметрии упругого элемента 5, Различие угловых жесткостей может обеспечиватьс  различным образом, например наличием отверстий , расположенных симметрично относительно точки О (фиг. 2), Угло20

25

каким-либо внещним воздействием, а периодическим изменением одного из параметров системы: массы, момента инерции .или коэффициента жесткости упругих элементов, Даже в системах с одной степенью свободы возможно возбуждение различных параметрически резонансов. Наиболее широка  область возбуждени  соответствует главному параметрическому резонансу. Услови  его возбуждени  дл  механической сис темы, описываемой уравнением

г

Ыо (1-t-2ju cos2u;g t)q (2)

вые жесткости Ж. отношению

-- El - Жа

,, Ж jудовлетвор ют Ж + Лх ;

0,2

/

1+0,128 -10-3 к

Ж , + Ж 2

(1)

где I - момент инерции ротора относительно горизонт.альной оси, проход щей через центр масс упругого элейента,40

Упругий элемент 5, вьшолненньп из анизотропного материала, размещен в цапфе 6 S котора  установлена на корпусе 1 посредством стакана 7 и с помощью шкива 8 соединена с двигателем 5 9, Ротор 2 посредством шкив.а 10 соединен с двигателем 11„ Фильтрующа  центрифуга снабженца загрузочным патрубком 12, сборником 13 фуг.ата и сборником 14 осадка.5Q

По сним механизм возбуждени  угловых колебаний ротора„

В предлагаемой фильтрующей центрифуге движение ротора осуществл етс 

где q - обобщенна  координата системы; f - коэффициент трени ; (jjg- собственна  частота системы; . и - коэффициент параметрического возбуждени ;

2w - частота параметрического возбуждени .

При этом колебани  системы происход т с частотой, равной половине частоты параметрического возбу  ени ,

В предлагаемой центрифуге таким переменным параметром, обеспечивающим возбуждение параметрических колебаний ротора,  вл етс  углова  жесткость упругого элемента 5, Действительно, вследстЁие различных угловых жесткостей Ж, , Ж анизотропного упругого элемента 5 при вращении цапфы 6 измен етс  и углова  жесткость упругого элемента 5 относительно некоторой фиксине принудительным образом, а основано рованной горизонтальной оси, проход на  влении параметрического резонанса , сущность которого состоит в следующем . Существует достаточно широкий класс механических систем, движение

щей через его центр масс. Причем за один о&орот цапфы 6 изменение угловой жесткости происходит дважды. Изменение угловой жесткости и создает прин0

5

каким-либо внещним воздействием, а периодическим изменением одного из параметров системы: массы, момента инерции .или коэффициента жесткости упругих элементов, Даже в системах с одной степенью свободы возможно возбуждение различных параметрических резонансов. Наиболее широка  область возбуждени  соответствует главному параметрическому резонансу. Услови  его возбуждени  дл  механической системы , описываемой уравнением

г

0

О,

Ыо (1-t-2ju cos2u;g t)q (2)

ш,

(3)

5

0

5 Q

имеют следующий ид

)

где q - обобщенна  координата системы; f - коэффициент трени ; (jjg- собственна  частота системы; . и - коэффициент параметрического возбуждени ;

2w - частота параметрического возбуждени .

При этом колебани  системы происход т с частотой, равной половине частоты параметрического возбу  ени ,

В предлагаемой центрифуге таким переменным параметром, обеспечивающим возбуждение параметрических колебаний ротора,  вл етс  углова  жесткость упругого элемента 5, Действительно, вследстЁие различных угловых жесткостей Ж, , Ж анизотропного упругого элемента 5 при вращении цапфы 6 измен етс  и углова  жесткость упругого элемента 5 относительно некоторой фиксированной горизонтальной оси, проход щей через его центр масс. Причем за один о&орот цапфы 6 изменение угловой жесткости происходит дважды. Изменение угловой жесткости и создает прин

ципиальную основу дл  возбуждени  угловых параметрических колебаний ротора .

В промьшшенных центрифугах масса корпуса обычно значительно (в 9-tO раз) превьппает массу ротора. Предполага  вьшолнимость этих соотношений и в данном случае, при анализе динамики ротора 2 пренебрегают перемещени ми корпуса 1 и считают его неподвижным . Далее допустимо пренебречь также и перемещени ми центра масс анизотропного упругого элемента 5 и рассматривать ротор 2 как тело с одной неподвижной точкой. Пусть неподвижна  система координат-с началом в точке О - центре масс упругого элемента 5, OXYZ - подвижна , жестко св занна  с ротором 2. Положение ротора 2 в неподвижной системе определ ют с помощью углов Эйлера: прецессии (fJ , нутации 9 и собственного вращени  (f. Пусть ротор 2 вращаетс  вокруг собст

С

венной оси с угловой скоростью ои т.е, (f Ct),t, цапфа 6 - с угловой скоростью ш .

Оценку жесткостных свойств анизотропного , упругого элемента 5 получают , рассмотрев потенциальную энергию его элементарного сло  при малых наклонах ротора и последзгющем интегрировании полученного выражени  по высоте упругого элемента. В результате этого получают следующее выражение дл  потенциальной энергии П упругой деформации анизотропного упругого элмента 5:

40

П -е (1+2.cos2if,),

где Ж, (Ж,+Жр/2 - среднее значение

угловой жесткости;

,5(Ж, -Жр/(Ж+Ж,)- параметр, характеризующий анизотроJПИЮ жесткости; д

,- величин а процессии ротора 2 относительно цапфы 6, Учитыва  вращение цапфы 6, получают

. e(1+2f/ .cos2(wt -у).

Предположим далее, что силы сопротивлени , действующие в центрифуге, приведены к скорости деформации анизотропного упругого элемента 5 и известным образом составим вьфажени  дл  кинематической энергии Т и дисси- пативной функции D, После этого, наход  соответствующие производные

10

jj 20

функций П, Т, D и подставл   получанные вьфажени  в уравнении Лагранжа II-го рода, получают уравн ени  движени  ротора 2а

Дл  определени  условий возбуждени  параметрических колебаний достаточно рассмотреть линейные части полученных уравнений. Они имеют вид

i О .

Il9 +М Жсрр+Ж(1+2|и cos2(wt-v)6. О,(4)

где I - момент инерции ротора 2 относительно горизонтальной оси, проход щей через центр масс О анизотропного упругого элемента 5;

- коэффициент поглощени  энергии в упругом элементе, равный Н 8 , Проведем анализ уравнений (4), В схеме фильтрующей центрифуги отсутствуют силы, обспечивающие и поддерживающие процессию ротора 2, еле- ; довательно, в стационарном режиме V , const. Второе кз уравнений, пос;- 20 ле некоторых преобразований, можно представить в виде

de

25

35

40

;

д

и т

50

55

/6

,+ 2

...

dl} где 2

t-v,/iu

(Н2(хсо82и Г), (5) РЖср г™ /, , ./, . - -Гц

Таким образом, в первом приближении движение ротора 2 описываетс  одним уравнением второго пор дка, вид которого совпадает с (2),

В устройствах резонансного типа, каким  вл етс  и предлагаема  центрифуга , необходимо предусматривать запас устойчивости рабочих режимов к изменению параметров: массы загрузки, жесткости упругих элементов, частоты возбуждени  и т,д, В общем случае эта .задача может быть сведена к обеспечению запаса устойчивости к изменению частоты возбуждени , величина которого , равна  5%, обычно используетс  в расчетах резонансных машин, В этом случае относительна  ширина зоны возбуждени  d(jj/uJ параметрического резонанса должна составл ть не более 10%, Тогда выбира  в качестве рабо- . чей частоты частоту, соответствующую середине зоны неустойчивости, т.е, полага  сх) Юц, из (3) после преобразований получают следующие соотношени ,

,,-Ж,/ 411Ло7ои-(2 К«ыЪ 5

Тогда, положив дл  оггоеделенности, что Ж -у Ж, aw wf (, из последних соотношений получают;

Ж, IUJ 1+0,2 Ун (0,0160) (6) 10 1W(1-0,2 fn-(0,016u)) j (7)

0,2 UO, 128 .10-3 .illEl (1)

Ж Ж

1

По сним принцип работы фильтрующей центрифуги.

Пусть момент инерции ротора 21 330 кгм, углова  скорость вращени  цапфы 6 и колебаний ротора 2 и 74 с Подставив эти значени  в соотношени  (6) и (7), определ ют угловые жесткости анизотропного упругого элемента 5: Ж , 2,4-10 нм; 1 1,2,10 нм.

При включении двигателей вращающий момент от двигател  11 через шкив 10 передаетс  ротору 2 и в установившемс  режиме сообщает ему вращение в подшипниках 3 вокруг собственной оси с угловой скоростью We. Вращающий мо- мент от двигател  9 через шкив 8 передаетс  цапфе 6, расположенной в стакане 7, котора  совместно с анизотроп- ным упругим элементом 5 и з 1креш: енным в нем валом 4 начинает вращгьтьс  с возрастающей угловой скоростью. В щ)оцессе разгона двигател  9 наклон рбто- . ра 2 и деформации анизотропного joipy- гого элемента 5 практически отсутствуют , в результате чего двигатель 9 преодолевает минимальные пусковые нагрузки , обусловленные лишь сило1-1 т жести ротора 2, Как только углова  скорость вращени  двигател  9 и, следоват 2ль- но, цапфы 6 совместно с анизотропным упругим элементом 5 достигает но1чи- нальной величины, вертикаль:иое положение ротора 2.становитс  неустойчивым и вследствие случайных возмущени1Й, обусловленных погрешност ми в изготовлении центрифуги или неравномерности загрузки, возбуждаютс  параметрические колебани , в результате чего рото 2 совершает угловые колебани  с частотой о. Исходный материал через загрузоч- ный патрубок 12 поступает в ротор 2 и распредел етс  по его рабочей по- janxHocTH, Жидка  фаза под действием

0

5

0

5 5 50 55

нормальных составл ющих действующих сил отдел етс  через щели боковой поверхности ротора 2 в сборник-13, а тверда  фаза под действием составл ющих , параллельных образующей ротора 2, перемещаетс  к его верхнему основанию и выгружаетс  в сборник 14. Через соответствующие отверсти  в корпусе 1 жидка  фаза и осадок вьюод тс  из сборников 13 и 14..

Отсутствие стойки, эксцентрика, жестко закрепленного на конце вала, и; упругого элемента, св занного с ротором посредством подшипников, упрощает конструкцию центрифуги и технологию ее изготовлени . Отсутствиеi эксцентрика , упругого элемента и амортизаторов , расположенных между шкивом и ротором , устран ет наклон ротора в начальный момент времени, позвол ет снизить моменты, преп тствующие вращению двигател  в момент пуска, и уменьшить установочную мощность двигател , В результате этого снижаетс  расход электроэнергии-и энергоемкость центрифуги в целом. Наличие цапфы, анизотропного упругого элемента и закрепленного в нем вала обеспечивает возбуждение угловых движений ротора при рабочей скорости вращени  двигател .

Предлагаема  фильтрующа  центрифуга обладает дополнительным достоинством , обусловленным характером движени  ротора. В отличие от известной, в предлагаемой фильтрующей центрифуге ротор 2, враща сь вокруг собственной оси, совершает плоские угловые колебани , что позвол ет установить параметры его движени  таким образом, что выгрузка осадка осуществл етс  лшиь в моменты крайних положений ротора 2. Тем самым увеличиваетс  врем  пребьшани  материалов в поле центробежных сил и повьш1аетс  степень обез- .воживани  осадка.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фильтрующа  центрифуга, содержаща  виброизолированный корпус, ротор, вал, упругий элемент и привод, о i личающа с  тем, что, с целью упрощени  конструкции и сниже- ни  энергоемкости, она снабжена цапфой , смонтированной на корпусе и св занной с приводом, упругий элемент выполнен анизотропным, ротор укреплен

   на валу, а последний закреплен в цапфе посредством упругого элемента, причем угловые жесткости Ж, Ж. упругого элемента относительно его горизонталь- ных осей симметрии удовлетвор ют со-- отношению

   0 .2|

   i+o,i28-io-3. ,

   момент инерции рото ра относительно горизонтальной оси, проход щей через центр масс упругого элемента.

   /4-XI