Планетарная центрифуга для противоточной хроматографии

 

Использование: в аналитической химии для полупрепаративного и аналитического разделения близких по свойствам органических, биоорганических и неорганических соединений. Сущность изобретения: планетарная центрифуга для противоточной хроматографии, включает корпус с основанием и несущий диск с центральным отверстием. На диске посредством оси установлен с возможностью вращения узел хроматографического разделения. Он содержит барабан с намотанными на него трубками, размещенный на диске на стержне противовес и подводящие магистрали, соединенные с трубками барабанов. Центрифуга снабжена полой осью, установленной в основании корпуса коаксиально в центральном отверстии несущего диска, полым цилиндром, укрепленным в центральном отверстии несущего диска и установленным на полой оси с возможностью вращения и полым валом, установленным коаксиально с внешней стороны оси узла разделения. Ось узла разделения укреплена на несущем диске жестко. Барабан узла разделения закреплен на полом валу с внешней его стороны. Центрифуга снабжена гибким полым валом, один конец которого соединен с полой осью, а другой полым валом. Подводящие магистрали проложены через полую ось и полый гибкий вал, а несущий диск взаимодействует с двигателем. Результат изобретения: снижение вибраций и уровня акустического шума. 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для высокоскоростной противоточной хроматографии и может быть использовано в аналитической химии для полупрепаративного и аналитического разделения близких по свойствам органических, биоорганических и неорганических соединений.

Известна планетарная центрифуга для противоточной хроматографии, включающая корпус, размещенные в нем полый вал, взаимодействующий с двигателем, несущий диск, установленный на валу, узел хроматографического разделения, укрепленный на осях, установленных на несущем диске с возможностью вращения и соединенных с зубчатой передачей [1]. Узел хроматографического разделения содержит два барабана с намотанными на них трубками, укрепленные на осях и расположенные симметрично относительно вала, и магистрали для подачи и отвода растворов, соединенные с трубками.

Известная центрифуга обладает следующими недостатками: повышенные вибрация и уровень акустического поля, отрицательно влияющие на эффективность и качество экстракции и разделения проб; высокий уровень акустического шума, вредно влияющий на обслуживающий персонал; ограниченные функциональные возможности из-за использования всего двух барабанов; сложность эксплуатации центрифуги из-за необходимости разборки центрифуги для замены барабана; быстрый износ подводящих магистралей из-за их повышенного трения друг о друга и о кромки отверстий в валу и оси центрифуги под напором воздушного потока.

Известна планетарная центрифуга для противоточной хроматографии, включающая корпус, размещенные в нем полый вал, взаимодействующий с двигателем, несущий диск, установленный на валу, узел хроматографического разделения, укрепленный на осях, установленных на несущем диске с возможностью вращения и соединенных с зубчатой передачей [2]. Центрифуга также снабжена системой балансировки, поворотной подставкой и разгрузочным демпфером, при этом система балансировки выполнена в виде стойки, установленной внутри вала коаксиально на основании корпуса в сферической опоре, и шарнирного подвеса, установленного на верхнем конце стойки и жестко соединенного с валом, с внешней стороны вала коаксиально стойке установлен ротор двигателя, а статор закреплен при помощи упругого элемента на основании корпуса, зубчатая передача взаимодействует с основанием корпуса, корпус укреплен на подставке, разгрузочный демпфер выполнен в виде кронштейна с профилированной канавкой, жестко связанного со стойкой с возможностью поворота вокруг нее, причем канавка взаимодействует через упругий фиксатор с основанием корпуса, а узел хроматографического разделения содержит n-барабанов, укрепленных на осях коаксиально друг к другу, n трубок, намотанных на барабаны, и 2/n магистралей подачи и отвода растворов, соединенных с трубками как последовательно, так и параллельно, при этом n - четное число Известная центрифуга обладает следующими недостатками: повышенные вибрация и уровень акустического поля, отрицательно влияющие на эффективность и качество экстракции и разделения проб; высокий уровень акустического шума, вредно влияющий на обслуживающий персонал; сложность конструкции центрифуги;
быстрый износ подводящих магистралей из-за их повышенного трения друг о друга и о кромки отверстий в валу и оси центрифуги под напором воздушного потока.

Наиболее близким к предложенному техническим решением является планетарная центрифуга, включающая корпус с основанием, два несущих диска с центральными отверстиями, установленный посредством оси на дисках с возможностью вращения узел хроматографического разделения, содержащий барабан с намотанными на него трубками, размещенный на дисках на стержне противовес и подводящие магистрали, соединенные с трубками барабанов [3].

Несущие диски жестко связаны с полым валом, установленным подвижно в основании корпуса. Полый вал посредством зубчатой ременной передачи взаимодействует с двигателем. В верхней части корпуса, соосно с полым валом неподвижно закреплена полая трубка с зубчатой шестерней, взаимодействующая с зубчатой шестерней, установленной на оси узла хроматографического разделения. Подводящие магистрали проложены внутри полой трубки и полого вала. Через боковое отверстие в полом валу подводящие магистрали выходят во внутренний объем корпуса и далее, через отверстия в оси узла хроматографического разделения, подводятся к трубкам барабана.

Конструкция планетарной центрифуги позволяет расположить барабан под углом к оси вращения и иметь различные варианты намотки трубки на барабан.

Известная планетарная центрифуга для противоточной хроматографии имеет следующие недостатки:
повышенная вибрация в процессе разгона и остановки центрифуги, а также акустические поля, создаваемые зубчатыми передачами, которые снижают эффективность и качество экстракции и разделения проб. Кроме зубчатых передач, повышенной вибрации в процессе разгона и остановки центрифуги также способствует подвижное крепление оси в несущих дисках и подвижное крепление полого вала;
высокий уровень акустического шума, создаваемого зубчатыми передачами при работе центрифуги. Этот шум вредно влияет на обслуживающий персонал и является одним из основных факторов, сдерживающих распространение метода противоточной хроматографии;
повышенный износ подводящих магистралей, снижающий эксплуатационные характеристики центрифуги. Повышенный износ происходит из-за повышенного трения подводящих магистралей друг о друга и кромки отверстий под напором воздушного потока;
ограниченные функциональные возможности из-за использования всего одного барабана;
сложность эксплуатации центрифуги из-за необходимости ее разборки для замены барабана.

Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, являются:
- снижение вибраций в процессе разгона и остановки центрифуги за счет новой конструкции, обеспечивающей планетарное вращение барабана без использования зубчатых передач, а также жесткого неподвижного крепления оси в основании корпуса и оси на несущем диске;
- снижение уровня акустического шума, создаваемого центрифугой в процессе работы за счет новой конструкции, обеспечивающей планетарное вращение барабана без использования зубчатых передач;
- повышение эффективности и качества процессов экстракции и разделения проб за счет снижения акустических полей и вибрации, отрицательно влияющих на эти процессы;
- уменьшение износа подводящих магистралей за счет их подвода через полый гибкий вал;
- расширение функциональных возможностей за счет возможности установки нескольких барабанов, установленных коаксиально друг к другу или один над другим;
- упрощение эксплуатации центрифуги за счет возможности смены барабанов без разборки центрифуги, а также уменьшение износа подводящих магистралей.

Поставленные задачи решаются тем, что планетарная центрифуга для противоточной хроматографии, включающая корпус с основанием, несущий диск с центральным отверстием, установленный посредством оси на диске с возможностью вращения узел хроматографического разделения, содержащий барабан с намотанными на него трубками, размещенный на диске на стержне противовес и подводящие магистрали, соединенные с трубками барабанов, снабжена полой осью, установленной в основании корпуса коаксиально в центральном отверстии несущего диска, полым валом, установленном коаксиально с внешней стороны оси узла разделения, укрепленной жестко на несущем диске, при этом барабан узла разделения закреплен на полом вале с внешней его стороны, и гибким полым валом, один конец которого соединен с полой осью, а другой соединен полым валом, при этом подводящие магистрали проложены через полую ось и полый гибкий вал, а несущий диск взаимодействует с двигателем.

Целесообразно центрифугу снабдить полым цилиндром, укрепленным в центральном отверстии несущего диска и установленным на полой оси с возможностью вращения.

Целесообразно гибкий полый вал выполнить в виде металлической пружины или резиновой трубы.

Кроме того, в несущем диске предпочтительно выполнить радиальный паз для установки стержня противовеса с возможностью перемещения вдоль паза.

В одном из вариантов изобретения центрифуга может содержать n противовесов, установленных на стержне.

Также центрифуга может содержать m барабанов узла разделения, укрепленных на полом вале коаксиально друг другу или p барабанов, укрепленных аксиально один над другим.

Предпочтительно подводящие магистрали зафиксировать на основании корпуса.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид планетарной центрифуги в разрезе.

На фиг. 2 схематично представлен вариант установки на полый вал трех барабанов (m=3) коаксиально друг дугу.

На фиг. 3 схематично представлен вариант установки на полый вал трех барабанов (p=3) аксиально один над другим.

Предложенная конструкция планетарной центрифуги для противоточной хроматографии отличается от известных ранее рядом существенных особенностей, суть которых можно пояснить следующим образом.

При выполнении планетарной центрифуги вышеуказанным образом полая ось неподвижно закреплена в основании корпуса, а полый вал закреплен с возможностью вращения. Гибкий полый вал одним концом закреплен на неподвижной полой оси, а другим концом на полом валу, установленном на несущем диске с возможностью вращения вокруг собственной оси. При вращении несущего диска за счет закрепления одного конца гибкого полого вала на неподвижной полой оси возникает вращающий момент, который приводит во вращение полый вал, закрепленный в хроматографическом узле разделения и скрепленный с ним барабан (или группу барабанов) со скоростью и в направлении вращения несущего диска. Таким образом, предлагаемая конструкция центрифуги обеспечивает планетарный принцип движения барабанов, необходимый для реализации процесса противоточной хроматографии, без использования зубчатых передач, являющихся основным источником акустического шума и вредных акустических полей в известных планетарных центрифугах. Отсутствие зубчатых передач и неподвижное крепление полой оси в основании центрифуги и неподвижное крепление осей, на которых установлены барабаны, на несущем диске уменьшает вибрацию при разгоне и остановке центрифуги.

В качестве гибкого полого вала может быть использована пружина или резиновая трубка, параметры которых для данной конструкции центрифуги удовлетворяют определению вала как детали, передающей крутящий момент, то есть удовлетворяют соотношению MB > k Mk, где - MB крутящий момент, обеспечиваемый гибким полым валом; Mk - крутящий момент на ведомом конце гибкого полого вала (в месте его соединения с полым валом); k - коэффициент (2 - 10).

Длина гибкого полого вала может быть определена из соотношения L=1,1-1,8R, где L - длина гибкого полого вала; R - радиус вращения полого вала вокруг полой оси.

Подводящие магистрали в предлагаемой конструкции центрифуги проложены внутри гибкого полого вала и оси и не подвергаются действию воздушного потока, создаваемого при вращении центрифуги. Кроме того, они зафиксированы на основании корпуса, например хомутами. Это существенно снижает износ подводящих магистралей.

В несущем диске выполнен радиальный паз, в котором установлен стержень противовеса с возможностью перемещения вдоль паза. При этом центрифуга содержит n противовесов, установленных на стержне. Грубая балансировка осуществляется установкой на стержень определенного количества противовесов, а затем осуществляется точная балансировка путем перемещения стержня вдоль паза. Предложенная конструкция системы балансировки обеспечивает снижение вибраций в процессе разгона и остановки центрифуги.

Для расширения функциональных возможностей центрифуга содержит m барабанов узла разделения, укрепленных на полом вале коаксиально друг другу или p барабанов, укрепленных аксиально один над другим.

На каждый из барабанов можно осуществить навивку трубок под разными углами и различными способами, а также производить подвод рабочей жидкости как по отдельности к каждому барабану, так и одновременно ко всем. Подвод рабочей жидкости к барабанам осуществляется без демонтажа центрифуги, а лишь путем соединения трубок с магистралями тем или иным образом. Смена барабанов также осуществляется без демонтажа центрифуги, так как для этого достаточно отсоединить трубки от подводящих магистралей и отсоединить гибкий вал от полого вала.

Планетарная центрифуга для противоточной хроматографии выполнена следующим образом.

Центрифуга состоит из основания 1 с корпусом 2. В основании 1 неподвижно закреплена полая ось 3, на которой с помощью подшипников 4 и полого цилиндра 5 подвижно установлен несущий диск 6. На диске 6 закреплена ось 7, на которую с помощью подшипников 8 и полого вала 9 подвижно установлен узел хроматографического разделения. Он содержит барабан 10, на который намотаны по спирали фторопластовые трубки 11. Количество барабанов 10 (m или p) выбирают в зависимости от эксперимента и размещают на вале коаксиально друг к другу (фиг. 2) или аксиально один над другим (фиг. 3).

Узел хроматографического разделения также содержит держатель 12, в котором установлены соединительные втулки 13. К соединительным втулкам 13 подведены концы фторопластовых трубок 11, намотанных на барабан 10. Количество втулок 13, установленных в держателе 12 соответствует удвоенному количеству барабанов 10, установленных на вале 9.

Центрифуга снабжена полым гибким валом 14, концы которого закреплены на полом вале 9 и оси 3.

Внутри полого гибкого вала 14 и оси 3 проложены подводящие магистрали 15, соединенные через втулки 13 с концами трубок 11.

Привод центрифуги осуществляется электродвигателем 16, на валe которого закреплена фрикционная муфта 17, имеющая плотный контакт с боковой поверхностью несущего диска 6.

В несущем диске 6 выполнен радиальный паз 18, в котором установлен стержень 19, крепящийся винтом 20 к несущему диску 6. На стержне 19 посредством резьбы установлены противовесы 21 (в данном случае один). Для балансировки центрифуги вес противовеса 21 и место крепления стержня 19 в пазе 18 определяется из условия равенства моментов, создаваемых узлом хроматографического разделения на оси 6 и противовесом на стержне 19 относительно оси 3.

Подводящие магистрали 15 зафиксированы планкой 22, прижимающей их к основанию 1.

Планетарная центрифуга для противоточной хроматографии работает следующим образом.

По магистралям 15 заполняют неподвижной фазой трубки 11. Затем включают электродвигатель 16. Через фрикционную муфту 17 вращение передается несущему диску 6. Вращение несущего диска 6 за счет закрепления одного конца гибкого полого вала 14 на неподвижной полой оси 3, возникает вращающий момент, который приводит во вращение полый вал 12 и скрепленный с ним барабан 10 относительно оси 7. Таким образом, барабан 10 вращается относительно оси 3 и оси 7. При этом вращение барабана 10, осуществляемое валом 14, совпадает по направлению с вращением диска 6.

Затем в магистрали 15 подают подвижную фазу. После установления гидродинамического равновесия в потоке подвижной фазы вводят пробу. Объем вводимой пробы зависит от содержания в ней определяемых элементов и нижней границы определяемых содержаний используемой системы детектирования. Далее пропускают подвижную фазу, выделяют определяемые элементы и регенерируют трубки 11 путем пропускания промывочной смеси.

При этом при работе центрифуги из-за отсутствия зубчатых передач уровень шума, создаваемого центрифугой, незначителен и составляет 52-53 дБ, что удовлетворяет санитарным требованиям к лабораторному оборудованию (допустимый уровень шума до 55 дБ и существенно ниже шума, создаваемого аналогами и прототипом (63-65 дБ).

В процессе разгона и остановки центрифуги заметных вибраций, вредно влияющих на процессы разделения, не наблюдается, что обеспечивается отсутствием зубчатых передач и жестким креплением оси 3 в основании 1 и оси 7 на несущем диске 6.

Кроме того, при работе центрифуги подводящие магистрали не испытывают воздействия воздушного потока, так как они проложены внутри полого гибкого вала 14. Это обеспечивает существенное (в несколько раз) увеличение долговечности подводящих магистралей. Увеличению долговечности подводящих магистралей также способствует их фиксация на основании 1 центрифуги.

Таким образом, предложенная планетарная центрифуга для противоточной хроматографии по сравнению с прототипом позволяет существенно снизить уровень акустического шума и вибрации, создаваемых при работе центрифуги, повысить за счет этого эффективность и качество экстракции и разделения проб, расширить функциональные возможности путем подключения одновременно нескольких барабанов, которые могут быть установлены коаксиально друг другу или один над другим. Работа центрифуги с несколькими барабанами позволяет проводить одновременно несколько независимых процессов, имеющих как одинаковые, так и разные параметры разделения.

Кроме того, предложенная центрифуга обладает по сравнению с прототипом более высокими эксплуатационными качествами за счет снижения уровня шума и вибрации, увеличения долговечности подводящих магистралей, а также за счет возможности смены барабанов без демонтажа центрифуги.

Источники информации
1. Патент США N 4615805, кл. B 01 D 15/08, 1986.

2. Патент России N 2084263, кл. B 01 D 15/08, 1997;
3. Патент США N 4753734, кл. B 01 D 15/08, 1988.


Формула изобретения

1. Планетарная центрифуга для противоточной хроматографии, включающая корпус с основанием, несущий диск с центральным отверстием, установленный посредством оси на диске с возможностью вращения узел хроматографического разделения, содержащий барабан с намотанными на него трубками, размещенный на диске на стержне противовес и подводящие магистрали, соединенные с трубками барабанов, отличающаяся тем, что центрифуга снабжена полой осью, установленной в основании корпуса коаксиально в центральном отверстии несущего диска, полым валом, установленным коаксиально с внешней стороны оси узла разделения, укрепленной жестко на несущем диске, при этом барабан узла разделения закреплен на полом валу, и гибким полым валом, один конец которого соединен с полой осью, а другой - с полым валом, при этом подводящие магистрали проложены через полую ось и полый гибкий вал, а несущий диск взаимодействует с двигателем.

2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена полым цилиндром, укрепленным в центральном отверстии несущего диска и установленным на полой оси с возможностью вращения.

3. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что гибкий полый вал выполнен в виде металлической пружины или резиновой трубы.

4. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что в несущем диске выполнен радиальный паз, в котором установлен стержень противовеса с возможностью перемещения вдоль паза.

5. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что она содержит n противовесов, установленных на стержне.

6. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что она содержит m барабанов узла разделения, укрепленных на полом валу коаксиально друг другу.

7. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что она содержит p барабанов узла разделения, укрепленных на полом валу аксиально один над другим.

8. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что подводящие магистрали зафиксированы на основании корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шнековых центрифугах для устранения автоколебаний шнека и повышения производительности, а также в других отраслях промышленности и транспортной технике для уравнения вибраций

Изобретение относится к гидроприводам для шнековых центрифуг и может быть использовано в химической , угольной, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для разделения смесей газов, в частности смесей изотопов газов

Изобретение относится к газовым ультрацентрифугам и касается верхней магнитной опоры высокооборотного ротора, посредством которой ротор удерживается в вертикальном положении и осуществляется осевая нагрузка нижнего подшипника

Изобретение относится к области очистки жидкостей в центробежных силовых полях и может быть использовано для очистки масел в двигателях и станочном оборудовании, а также для частичной регенерации отработавших масел

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании центрифуг, имеющих значительный дисбаланс роторной системы

Изобретение относится к оборудованию для разделения по плотности крупнозернистых суспензий и может быть использовано для обогащения золотосодержащих песков при разработке россыпных месторождений золота

Изобретение относится к верхним опорам высокооборотных роторов с вертикальной осью вращения, посредством которых роторы удерживаются в вертикальном положении, например, роторов газовых ультрацентрифуг

Изобретение относится к машиностроению, в частности к самобалансирующимся центрифугам

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании самобалансирующихся центрифуг на гидроопоре

Изобретение относится к центрифугам и может быть использовано в химической, медицинской и других отраслях промышленности для разделения газообразных, жидких и твердых смесей

Изобретение относится к оборудованию для высокоскоростной противоточной хроматографии и может быть использовано в аналитической химии для полупрепаративного и аналитического разделения близких по свойствам органических, биоорганических и неорганических соединений

Наверх