Центробежный сепаратор

(19) (11) ъ(51) В 04 ОМИТЕТ СС ТЕНИЙ И ОТНРЫТАРСТВЕННЫ ЛАМ ИЗОБ РЕТЕНИЯ ПИСАНИ К ПАТЕНТ ус (Швеция) 20-30 фирм(72) Оскар Гуннар Ховст(54).(57) 1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР, содержащий ротор, разделительную камеру с патрубками выпуска разделенных фракций, приемную камеру, расположенную в нижней части ротора и снабженную регулирующим средством для твердой фракции, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности разделе;1 ил потоков с изменяющейся вязкостью, регулирующее средство выпол" нено в виде вихревой камеры с тангенциальныи впускным отверстием и центральным выпускным отверстием в верхней части, при этом впускное отверстие вихревой камеры соединено с разделительной камерой.1024003 ТООг,Д ВНИИПИ Заказ 4244/52 Тираж 579 ПодписноеЮФили ал ППП "Патент"; г. Ужгород, ул. Проектная,1021002.0 епаратор поп.1, от ли ча ющ ийс я тем,что высотавихревой камерысоставляет 10-30 Фот еедиаметра.3. Сепаратор по и о т л и ч а ющ и й с я тем,что вихревая камера расположена перпендикулярно коси вращения ротора, а ее впускное отверстие направлено радиально наружу от оси вращения ротора.30 Изобретение относится к центробежному сепаратору, предназначенно:му для разделения поступающей смесикомпонентов, в частности к центробежному сепаратору для разделениясмесей жидкости и твердого веществапо меньшей мере на одну жидкую Фракцию и одну фракцию с высоким содержанием твердых веществ, т.е.твердофазную фракцию. 0Известны сепараторы, содержащиеротор с вертикальной осью вращения,обычно снабженный рядом коническихразделительных тарелок, или роторс горизонтальной осью вращения,обычно снабженный вацеком винтовоготранспортера, размещенным в ротореи вращающимся со скоростью, отличающейся от скорости ротора, чтоделает возможной транспортировку твер.щдофазной фракции 1, собирающейся насамой удаленной от центра части ротора) в направлении оси вращенияк отверстию для выпуска твердой фазы.Известны и другие конструкции 25сепараторов.Возникают проблемы, связанные соптимальным выделением твердофаэнойфракции из смеси жидкости и Твердого вещества, с конструкционной и:эксплуатационно-экономической точекзрения. Эта операция осуществляетсяоо многих отраслях промышленности.Выбор типа центробежного сепаратора определяется рядом различныхфакторов, особенно важными являютсявеличина содержания твердого вещества в жидкости, распределение размерачастиц твердого вещества и другие егосвойства, такие как различные плотности жидкости и твердого веществаи различные абразивные свойства,Для смесей из жидкости и твердого вещества,в которых содержаниетвердого вещества сравнительно неболь.шое,часто используют центробежный сепаратор с вертикальной осью вращенияи с ротором, снабженным расположенными по окружности отверстиями,которые могут периодически открываться, Такой центробежный сепаратор собирает твердофазную фракцию1 называемую шламом) в наиболее радиально удаленной от центра частисепаратора, и эта твердофазнаяфракция периодически разгружаетсячерез расположенные по окружностиотверстия.Такой центробежный сепаратор имеетдовольно сложную и дорогостоящуюконструкцию,6 сли содержание твердого веществав жидкости достаточно высоко, можетбыть использован центробежный сепаратор с ротором, снабженным рядомрасположенйых по окружности постоянно открытых сопел. Эти сопла, диаметротверстия которых обычно составляет1 мм, используются, например, длядрожжевой суспенэии 1.13Недостатком центробежных сепарато"ров этого, типа является то, чтоплощадь отверстия сопел должна бытьограниченной, чтобы расход твердофазной фракции, например дрожжевогоконцентрата, не был слишком большим,принимая во внимание высокое давление, обычно преобладающее в соплах1,порядка 150-200 бар) из-эа большойцентробежной силы, которая необходимадля эффективного отделения дрожжейот жидкости. Это означает, что существует опасность их засорения.Поэтому возникает необходимость вопределенном регулировании расходапоступающей из центробежного сепаратора через выпускное отверстие твердофазной фракции, скапливающейсяна наиболее удаленной радиально отцентра части ротора.Одна из этих проблем решена вцентробежном сепараторе, снабженномканалами, соединяющими наиболееудаленную в радиальном направленииот центра часть ротора с приемнойкамерой, расположенной в нижней,внутренней части ротора и снабженнойвыпускным устройством, причем отверстия каналов в приемной камере снабжены клапаном для открытия и закрытия этих каналов 21.При работе твердофазная фракция(щлам) течет по каналам вниз в приемную камеру, откуда она разгружаетсячерез выпускное устройство. Такойцентробежный сепаратор может бытьснабжен регулирующим средством, которое выравнивает изменения величинысодержания твердого вещества в поступающей смеси таким образом, что содержание твердого вещества в выпускаемой твердофазной фракции остаетсясравнительно неизменным. Такое регулирующее средство может содержатьдатчик, предназначенный воспринимать такое свойство, как вязкостьвыпускаемого твердофазного потока,и воздействовать на названный клапан через регулятор с тем, чтобы,открывая и закрывая отверстия каналов, поддерживать содержание твердого вещества в твердофазном потоке ЗОсравнительно постоянным,Применение такого регулирующего средства часто дает довольно хорошие результаты, но оно дорогостоя 35 щее и склонно к повреждениям.Проблема другого рода заключается в том, что роторы некоторых центробежных сепараторов изготовляются такого радиуса и приводятся во вращение с такой скоростью, что периодический поток через сопла по окружности ротора приобретает такую высокую скорость, что твердое вещество действует в высшей степени абраэивно, приводя к повреждению или даже выходу из строя запорных средств на выходных отверстиях, Это вызывает необходимость в определенных устройствах для ограничения скорости, которые не уменьшали бы чрез 50 мерно проходное сечение.Даже в случаях, когда центробежный сепаратор указанного типа используется для разделения смеси из жидких компонентов и предназначвется для обогащения компонентами двух выходящих жидких фракций, существует потребность в регулировании потока по мень шей мере одной жидкой фракции с тем,чтобы достичь требуемой степени обогащения данным компонентом.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является центробеж-.ный сепаратор, содержащий ротор,разделительную камеру с патрубкамивыпуска разделенных фракций, приемнуюкамеру, расположенную в нижней частиротора и снабженную регулирующимсредством для твердой фракции 1 3 1Недостаток известного сепаратора - низкая эффективность разделения потоков с изменяющейся вязкостью.Цель изобретения - повышение эффективности разделения потоков сизменяющейся вязкостью,Поставленная цель достигается тем,что в сепараторе, содержащем ротор,разделительную камеру с патрубкамивыпуска разделенных фракций, приемнуюкамеру, расположенную в нижней частиротора и снабженную регулирующимсредством для твердой фракции, этосредство выполнено в виде вихревойкамеры с тангенциальным впускнымотверстием и центральным выпускнымотверстием в верхней части, приэтом впускное отверстие вихревойкамеры соединено с разделительнойкамерой.Целесообразно, чтобы высота вихревой камеры составляла 10-30/ от еесдиаметра,Предпочтительно вихревую камерурасполагать перпендикулярно к осивращения ротора, а ее впускное отверстие направлять радиально наружуот оси вращения ротора.Размещением вихревого гидравлического управляющего устройства (вихревой камеры на выпускных отверстиях ротора обеспечивается воэможностьограничения потока устройствами ограниченных размеров без уменьшенияпроходного сечения, что создавалобы опасность засорения. Вихревые гидравлические управляющие устройства обеспечивают возможность достаточно простого автоматического регулирования поступающего потока с изменяющейся вязкостью.8 тех центробежных сепараторах, которые снабжены расположенными по окружности соплами в роторе, вихревое гидравлическое управляющее устройство предусмотрено в виде сопла03 а 10240в выпускном канале, предпочтительнотаким образом, чтобы основное направление 1 если смотреть от спиральной дорожки через. камеру вращения)было радиальным, В обычных роторах 5центробежных сепараторов, снабженныхпостоянно открытыми расположеннымипо окружности отверстиями,последниенаправлены противоположно направлению вращения ротора. Причина этого 10состоит в том, что желательно ис"пользовать энергию движения, т.е,реактивную энергию, которая в иномслучае была бы потеряна при выпускетвердофазной Фракции. При использовании вихревых гидравлических управляющих устройств скорость потокана выпуске относительно низка, и поэтому нет необходимости и даже воз"можности использования оеактивной 20энергии.Расположенные по окружности вы"пускные отверстия ротора могут иметьосевое направление, но это не создает никакой особой проблемы для размещения вихревых устройств на путидвижения потока.В центрооИжных сепараторах,содер-жащих каналы, соедйняющие наиболееудаленную часть ротора с приемнойкамерой внизу внутренней части рото",ра предусмотрено в каждом таком канале вихревое гидравлическое управляющее устройство, предпочтительно вовнутренней части, обращенное к оси 5вращения ротора, т.е. к отверстию.Когда камера вращения выполнена с двумя плоскими торцами, наиболееподходящим является вариант, в ко", тором высота камеры вращения меньшеее диаметра. Особенно хорошие результаты получают в том случае если вы-.сота составляет 10"30 Гот названногодиаметра,На фиг.1 представлен предлагаемыим Цсепаратор, снабженный расположеннымипо окружности, радиальными, постояннооткрытыми выпускными отверстиямис упомянутым вихревым управляющимгидравлическим устройством, показанным в одном из выпускных отверстий,общий вид; на Фиг.2 - центробежныйротор с осевыми, периодически закрывающимися, расположенными по окружности выпускными отверстиями с упомянутым вихревым гидравлическимуправляющим устройством, показаннымв одном из выпускных отверстий,продольное сечению; на фиг.3 - центробежный ротор, снабженный выпускнымканалом, направленным внутрь, вовнутреннем отверстии которого показано вихревое гидравлическоеуправляющее устройство, продольное сечение; на Фиг.М - центробежныйротор с горизонтальной осью и внутренним шнеком винтового транспортера,причем в радиальных выпускных отверстиях на окружности ротора показанывихревые гидравлические управляющиеустройства, продольное сечение; наФиг,5 - вихревой диод, вид в перспективе; на фиг.6 - радиальное выпускное отверстие центробежного ротора, показанного на фиг.1, в увеличенном масштабе, разрез;на фиг.7 разрез А-А на фиг.6; на фиг.8 - вариант размещения вихревого гидравли.ческого управляющего устройства сконической частью в радиальномвыпускном отверстии; на Фиг9 - граФик зависимости расхода концентрата от содержания сухого твердого ве 1щества при. испытаниях предлагаемогоцентробежного сепаратора, на фиг.10 график зависимости расхода твердофазной Фракции от содержания сухоготвердого веществаконцентрата,Сепараторы 1 фиг.1-3) имеют центробежные роторы, которые установленыс возможностью вращения вокругвертикальной оси 1 и могуг иметьтрадиционную Форму, Как показано,в каждом случае центральная неподвижная входная трубка 2 проходит в осевом направлении внизк обычному коническому распределителю 3 ротора, и рабочая смесьиз трубки 2 протекает вокруг наружнойкромки распределителя 3. в разделительную камеру 4, содержащую комплектразнесенных конических дисков 5, каки в обычных сепараторах. Отделеннаяболее легкая фракция рабочей смесиперемещается в радиальном направлении внутрь из полости между дисками 5 и перетекает наверх в сливную камеру 6 ротора, из которой этафракция выводится с помощью неподвижного выпускного устройства 7, иодновременно отделенная тяжелая фракция перемещается к наружной периферической части 8 разделительной камеры,В каждом из роторов ( фиг. 1-3 )вихревое гидрав)ическое управляю-,щее устройство (вихревая камера 9); располагается в выпускной части траектории перемещения отделенной тяжелой фракции.На фиг,5 показан вихревой диод, содержащий впускной канал 10, камеру 11 вращения и выпускной канал 12, сообщающийся с центральным выпускным отверстием 13, выполненным в торце 14 камеры 11 вращения. Второй торец 15,в данном случае не имеет центрального выпускного отверстияВихревой диод 9 1 фиг.6 и 7) размещается на выпускном сопле 16. Камера вращения ориентирована относительно выпускного отверстия таким образом чтобы выпускаемый поток имел радиальное направление, Ось симметрии камеры вращения параллельна оси вращения центробежного ротора.На фиг.8 показан вариант размеще" сия и конструкции вихревого диодаЬФ расположенного в выпускном отверстии, радиальное направление. В этом случае ось симметрии камеры 17 вращения имеет в стенке ротора радиальное направ-. ление, а центральное выпускное отверстие 18 направлено радиально наружу. Часть камеры вращения с выпускным отверстием также частично выполнена в виде конуса, благодаря чему опасность засорения поступающим через входное отверстие 19 твердым вещест" вом. сводится к минимуму.Центробежный ротор фиг.2 ) имеет по периферии выпускные отверстия 20, параллельные оси ротора. Каждое иэвыпускных отверстий 20 периодически закрывается обычным устройством 21. В этом случае вихревой диод удобно располагать, чтобы ось симметриикамеры вращения была перпендикулярна к оси вращения ротора, Скорость выпускаемого потока должна быть ограничена без уменьшения площади сечения,и, таким образом, проблема абразивного воздействия твердых частиц на запорное средство решена благодаря высокой скорости выпускаемого потока(которая, в свою очередь, зависит от высокого давления, преобладающего в центробежном сепараторе такого типа на входной площади выпускных отверстий ).Центробежный ротор 22 (фиг.4) вращается относительно горизонтальной оси и имеет. шнек 23, Ротор снабжен расположенными по окружности радиаль"ными выпускными отверстиями 24 сгидравлическим управляющим устройст-.вом 9, расположенным на оси симмет 5рии камеры вращения параллельно осивращения ротора. Нормально центро"бежные сепараторы с горизонтальнойосью и шнеком-транспортером в ротореВЫПОЛНЯЮТСЯ С РОТОРОМ КОТОРЫЙ СОСТОит из круговой цилиндрической частии иэ части в виде усеченного конуса.Причина этого состоит в том, что желательно транспортировать отделеннуютвердофазную фракцию 1 т.е. шлам) внаправлении радиально внутрь длятого, чтобы мохно было выпускать ееиз центробежного сепаратора без контакта с жидкой фазой, Теоретически.20возможен ротор, состоящий только иэцилиндра, снабженного. расположенными,по Окружностивыпускными,отверстиямис довольно ограниченным проходнымсечением, но он практически не смо 425жет работать вследствие засорения.Увеличение проходного сечения в обычных выпускных отверстиях с тем, цтобыустранить этот недостаток, создаетслишком большой расход, вследствиечего содержание сухого твердого ве 30щества в выпускаемои фракции слишкоммнизкоПрименение вихревых гидравлических управляющих устройств делает возможной такую конструкцию благодаря сочетанию большого проходного35 сечения и небольшого расхода,В центробежном сепараторе ( фиг 3)ротор, снабженный каналами 25, идущи-ми внутрь от наиболее ударенной части 8 ротора до приемной камеры 2 Ь вниз40 по ротору, снабжен вихревым диодом9 на внутреннем отверстии каждого иэканалов 25. Одна твердофазная фракциявыводится из приемной камеры 26 черезотводящую трубку 27. Ось симметрии45 каждой камеры вращения удобно расположить параллельно оси вращения ротора. Эта конструкция позволяетограничивать расход через каналы 25без всякой опасности засорения.50При одном из практических эксплу"атационных испытаний центробежныйсепаратор был снабжен расположеннымипо окружности радиальными выпускными55отверстиями, как показанные наФиг.1,6 и 7, с вихревыми диодами.Их размеры были следующими: входнаяплощадь - квадрат 1,0 х 1,0 мм,высота. камеры вращения 1,0 ммдиаметр 7,0 мм, диаметр центрального выпускного отверстия 1,0 мм. Радиус ротора составлял 278 мм. Число выпускных отверстий 12. Частота вращения составляла 1700 оборотов в мину 5 ту. При этом испытании была подверг" нута центрифугированию дрожжевая суспензия с различным содержанием сухих твердых веществ. На фиг. 9 можно видеть, какие расходы б кг/ч твер" дофазной фракции дрожжевого концентрата были получены при различных содержаниях твердых веществ в этом дрожжевом концентрате. На фиг,10 эти15 результаты были пересчитаны на 6 кг/ч сухого вещества проходящего через расположенные по окружности выпускные отверстия, при разлицных содержаниях твердых веществ в выводимом потоке.20Как видно из представленных кривых расход увеличивается при прохождении через выпускные отверстия, снабженные вихревыми диодами, при увеличении содержания твердых веществ и, следова-,25 тельно, при увеличении вязкости. Это значит, что при изменении содержания твердых веществ в поступающей смеси происходит определенное автоматическое регулирование расхода через выпускные отверстия, т.е, низкое содержание 30 сухих твердых веществ дает небольшой расход, а высокое содержание сухих твердых веществ - большой. Такое регулирование стабилизирует разделение с тем, цтобы можно было сохранять со .держание сухих твердых веществ на от" носительно высоком уровне также и тогда, когда содержание сухого твердого вещества в поступающей смесиизменяется,Согласно изобретению в центробежныхсепараторах описанного типа можнополуцить следующие преимущества.В роторах, снабженных постояннооткрытыми выпускными отверстиями,для выпуска из роторов твердофазной фракции, может быть разделенапоступающая смесь с намного болеенизким содержанием сухих твердых веществ,чем это было возможно раньше,без уменьшения проходного сечения,выпускных отверстий, цто привело бык опасности их засорения,По грубому подсчету проходное сечение может быть увеличено в два раза путем установки вихревого гидравлического управляющего устройства, по сравнению с известными выпускными устройствами, без увеличения расхода, что повышает надежность за счет уменьшения вероятности засорения.Автоматическое регулирование содержаний сухих твердых веществ в выпускаемом потоке твердофазной фрак.- ции может быть получено в относительно широких пределах изменения содержания сухих твердых веществ в поступающей смеси.Возможно также более высокое содержание твердых веществ в выпускаемом потоке вследствие благоприятного соотношения между проходным сечением и расходом,