Фильтрующая центрифуга

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК. 1)5 В 04 САНИЕ И А ВТОРСКОМУ фуги и сн Фильтрующая роизолирован укрепленный смонтирована цапйа 6, свя ический инстизакреплен в го элемента риала. Углов гого элемент зонталь ных оT /Ж яю 0,2 1+О, 1 - момент но горизонт рез центр м 2. ил,СУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТО изОБРетениям и ОТМРытиямИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕНИДЕТЕПЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРВ 571307, кл. В 04 В 3/06, 1975,(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к центрифугйрованию, и может быть использовано в химической, угольной и других отрасляхпромьппленности. Целью изобретенияявляется упрощение конструкции центение ее энергоемкости ентрифуга содержит вибый корпус 1 и ротор 2, а валу 4. На корпусе 1 посредством стакана 7 анная с приводом. Вал 4 апфе 6 с помощью упругоиэ анизотропного матее жесткости Ж, и Ж упру 5 относительйо ее горией симметрии удовлетво 28 10 Ж, + Ж/1 гденерции ротора относител альной оси, проходящей чсс упругого элемента 5Изобретение относится к машиностроению, а именно к центрифугированию, и может быть использовано в химической, угольной и других отраслях промьппленности.Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение энергоемкости центрифуги,На Фиг. 1 изображена предложенная центрифуга, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1.Фильтрующая центрифуга содержит .виброизолированный корпус 1, в котором расположен ротор 2, установленньп 15 с помощью подшипников 3 на валу 4, Вал 4 посредством анизотропного упругого элемента 5 закреплен в цапфе 6, Угловые жесткости Ж 1, Ж упругого элемента 5 относительно осей симметрии сечения ОХ и ОЕ, проходящих через центр масс О упругого элемента 5, различны. Оси симметрии сечения ОХ и ОЕ являются также осями симметрии упругого элемента 5, Различие угловых жесткостей может обеспечиваться различным образом, например наличием отверстий, расположенных симметрично относительно точки 0 (Фиг, 2). Угловые жесткости Ж 1, Жудовлетворяют соотношению Ж 1- Жа 0 Же+ Жз ж,+ж,(1)Ф 35 где 1 - момент инерции ротора относительно горизонтальной оси, проходящей через центр масс упругого элейента. 4 О Упругий элемент 5, выполненньп из анизотропного материала, размещен в цапфе 6, которая установлена на корпусе 1 посредством стакана 7 и с помощью шкива 8 соединена с двигателем 45 9 Ротор 2 посредством шкива 10 соединен с двигателем 11, Фильтрующая центрифуга снабжена загрузочным патрубком 12, сборником 13 фугата и сборником 14 осадка.50Поясним механизм возбуждения угловых колебаний ротОра.В предлагаемой фильтрующей центриФуге,цвижение ротора осуществляется не принудительным образом, а основано на явлении параметрического резонанса, сущность которого состоит в следующем, Существует достаточно широкийкласс механических систем, движение)- у) 1+ -( - ) (3) .Г 2 Е 2 28ы, -Ь-а Р а), - обобщенная координата системы; - коэффициент трения;- собственная частота системы;коэффициент параметрического возбуждения;частота параметрического возимеют де ц сбужд е ния .ри этом колебания системы происхос частотой, равной половине частоараметрического возбуждения,В предлагаемой центрифуге таким переменным параметром, обеспечивающим возбуждение параметрических колебаний ротора, является угловая жесткость упругого элемента 5, Действительно, вследствие различных угловых жесткостей Ж )К) анизотропного упругого элемента 5 при вращении цапфы 6 изме тся и угловая жесткость упругого э мента 5 относительно некоторой фиксированной горизонтальной оси, проходящей через его центр масс, Причем за один оборот цапфы 6 изменение угловой жесткости происходит дважды, Изменение угловой жесткости и создает принПдятты и няе лекоторых описывается дифференциальнымиуравнениями с периодическими коэффициентами. В таких системах при определенных соотношениях между угловойчастотой изменения параметра и однойиз собственных частот системы положение покоя по соответствующей координате становится неустойчивым и при малейших возмущениях, неизбежных в реальных механических системах, происходит возбуждение колебаний, называемых параметрическими. Особенностьэтих колебаний состоит в том, чтовозбуждаются и поддерживаются опи некаким-либо внешним воздействием, апериодическим изменением одного изпараметров системы: массы, моментаинерции,или коэффициента жесткостиупругих элементов, Даже в системахс одной степенью свободы возможновозбуждение различных параметрическихрезонансов. Наиболее широкая областьвозбуждения соответствует главномупараметрическому резонансу, Условияего возбуждения для механической системы, описываемой уравнением5 159014 ципиальную основу для возбуждения угловых параметрических колебаний ротора.В промышленных центрифугах масса корпуса Обычно значительно (в 9-105 раз) превьппает массу ротора. Предполагая выполнимость этих соотношений и в данном случае, при анализе динамики ротора 2 пренебрегают перемещениями корпуса 1 и считают его неподвижным. Далее допустимо пренебречь также и перемещениями центра масс ани" зотропного упругого элемента 5 и рассматривать ротор 2 как тело с одной неподвижной точкой. Пусть О 1, 1- неподвижная система координат с началом в точке 0 - центре масс упругого элемента 5, ОХ 72 - подвижная, жестко связанная с ротором 2. Положение ротора 20 2 в неподвижной системе определяют с помощью углов Эйлера: прецессии нутации 9 и собственного вращения Ц. Пусть ротор 2 вращается вокруг собственной оси с угловой скоростью и 25С т.е. (= ы с цапфа 6 - с угловой скоростью и.Оценку жесткостных свойств анизотропного. упругого элемента 5 получают, рассмотрев потенциальную энергию его элементарного слоя при малых наклонах ротора и последующем интегрировании полученного. выражения по вы" соте упругого элемента. В результате этого получают следующее выражение для потенциальной энергии П упругой деформации анизотропного упругого элемента 5: 40 В устройствах резонансного типа, каким является и предлагаемая центрифуга, необходимо предусматривать запас устойчивости рабочих режимов к изменению параметров: массы загрузки, жесткости упругих элементов, частоты возбуждения и т.д, В общем случае эта задача может бытьсведена к обеспечению запаса устойчивости к изменению частоты возбуждения, величина которого, равная 5 Е обычно используется в расчетах резонансных машин, В этом случае относительная ширина зоны возбуждения Ы / Ы параметрического резонанса должна составлять не более 10 Х. Тогда выбирая в качестве рабочей частоты частоту, соответствующУю середине зоны неустойчивости, т.е, полагая ы = Ф из (3) после преобП = Жс, б (1+2соз 2 Уетн)где Ж =(Ж,+Ж )/2 - среднее значениеугловой жесткости;0 5 (Ж, -Ж ) /(Ж,+Ж ) - параметр, характеризующий аниэотропию жесткости у 45- величина процессииротора 2 относи-.тельно цапфы б.Учитывая вращение цапфы 6, получаютП=Ж. 6 (1+2 р соз 2(ы С - у),Ч50Предположим далее, что силы сопротивления, действующие в центрифуге,приведены к скорости деформации анизотропного упругого элемента 5 и известным образом составим выражениядля кинематической энергии Т и диссипативной функции Р. После этого, находя соответствующие производные 0 6функций П, Т, Р и подставляя полученные выражения в уравнении Лагранжа 11-го рода,.получают уравнения движения ротора 2.Для определения условий возбуждения параметрических колебаний достаточно рассмотреть линейные части cолученных уравнений. Они имеют вид-о1 9 + Р Ж, Р+Ж (1+2 р с о з 2 (ы С- ) 9. =О, (4) где 1 - момент инерции ротора 2 относительно горизонтальной оси,проходящей через центр масс0 анизотропного упругого элемента 5;- коэффициент поглощения энергии в упругом элементе, равный 1= 8 10 фс.Проведем анализ уравнений (4),В схеме фильтрующей центрифуги отсутствуют силы, обспечивающие и поддерживающие процессию ротора 2, сле 1 довательно, в стационарном режиме = у - сопзй, Второе иэ уравнений, пос-. ле некоторых преобразований, можно представить в видей1 0- -+ 2 Е - + Ф (1+2 рсоз 2 иь) 0 =0 (5) где 2 В = -о =Ж /1,-),/ш .Таким образом, в первом приближении движение ротора 2 описывается одним уравнением второго порядка, вид которого совпадает с (2).нормальных составляющих действующихсил отделяется через щели боковой поверхности ротора 2 в сборник 13, атвердая фаза под действием составляю- щих, параллельных образующей ротора2, перемещается к его верхнему основанию и выгружается в сборник 14. Через соответствующие отверстия в корпусе 1 жидкая фаза и осадок выводятсяиз сборников 13 и 14Отсутствие стойки, эксцентрика,жестко закрепленного на конце вала,и.упругого элемента, связанного с ротором посредством подшипников, упрощаетконструкцию центрифуги и технологиюее изготовления. Отсутствие эксцентрика, упругого элемента и амортизаторов, расположенных между шкивом и ротором, устраняет наклон ротора в начальный момент времени, позволяетснизить моменты, препятствующие вращению двигателя в момент пуска, иуменьшить установочную мощность двигателя. В результате этого снижаетсярасход электроэнергии и энергоемкостьцентрифуги в целом, Наличие цапфы,анизотропного упругого элемента и за.крепленного в нем вала обеспечиваетвозбуждение угловых движений роторапри рабочей скорости вращения двигателя.Предлагаемая фильтрующая центрифуга обладает дополнительным достоинством, обусловленным характером движечния ротора. В отличие от известнои,в предлагаемой Фильтрующей центрифуге ротор 2, вращаясь вокруг собственной оси, совершает плоские угловыеколебания, что позволяет установитьпараметры его движения таким образом,что выгрузка осадка осуществляетсялишь в моменты крайних положений ротора 2. Тем самым увеличивается время 5пребывания материалов в поле центробежных сил и повышается степень обез.воживания осадка. Г+(0,016 и (7 Ж 1-Ж аЖ +Ж,2 Поясним принцип работы фильтрующей центрифуги.Пусть момент инерции ротора 2 1 =330 кгм, угловая скорость вращения цапфы б и колебаний ротора 2 ы = 74 с Подставив эти значения в соотношения20 (6) и (7), определяют угловые жесткости анизотропного упругого элемента 5: Ж, = 2,4 10нм; Ж = 1,2,10нм.При включении двигателей вращающий 25 момент от двигателя 11 через шкив 10 передается ротору 2 и в установившемся режиме сообщает ему вращение в подшипниках 3 вокруг собственнсй оси с угловой скоростью Ю , Вращающий мо" мент от двигателя 9 через шкив 8 передается цапфе 6, расположенной в стакане 7, которая совместно с анизотропным упругим элементом 5 и закрепленным в нем валом 4 начинает вращаться с возрастающей угловой скоростью. В процессе разгона двигателя 9 наклон рдто. ра 2 и деформации анизотропного упругого элемента 5 практически отсутствуют, в результате чего двигатель 9 преодолевает минимальные пусковые нагрузки, обусловленные лишь силой тяжести ротора 2, Как только угловая скорость вращения двигателя 9 и, следовательно, цапфы 6 совместно с анизотропным упругим элементом 5 достигает номи нальной величины, вертикальное положение ротора 2.становится неустойчивым и вследствие случайных возмущений, обусловленных погрешностями в изготовлении центрифуги или неравномерности 5 загрузки, возбуждаются параметрические колебания, в результате чего ротор 2 совершает угловые колебания с частотой со.Исходный Материал узоч ный паурубок 1 ор 2 и распределяет по 15 обре ул а ния щая 5 через загр 2 поступает в рот ся по его рабочей кая Фаза под дейс ием сти. разований получают следующие соотношения Ж ж 2 тж,/ж ж / 4 та 10,01+(2 РЫ )2Тогда, положив для определенности,что Ж) Ж, а м ь. ф (Ж,+Ж ) /21,из последних соотношений получают: фильтрующая центрифуга, содержавиброизолированный корпус, ротовал, упругий элемент и привод, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью упрощения конструкции и снижения энергоемкости, она снабжена цапфой, смонтированной на корпусе и свзанной с приводом, упругий элементвыполнен анизотропным, ротор укрепл(орректор ксимишинец Заказ 2 ВНИИПИ Подписноеям и открытиянаб., д. 4/5 Тираж 462 дарственного комитета по и 113035, Москва, Жри ГЕНТ СССР бретен аушска изводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,101 9 15901 йа валу, а последний закреплен в цап-фе посредством упругого элемента, причем угловые жесткости Ж , Ж упругогофэлемента относительно его горизонтальных осей симметрии удовлетворяют со отношению момент инерции ротора относительно горизонтальной оси,проходящей через центр массупругого элемента.