Декантирующая центрифуга
Предложенное решение относится к центробежным устройствам. Устройство включает шнековый транспортер, имеющий тело, которое имеет шнек, содержащий одну или более пластины транспортера и имеющий номинальную скорость перемещения, изменяющуюся по продольной оси. В шнековом транспортере выполнен ввод для материала, подлежащего разделению. Шнековый транспортер снабжен отражательной перегородкой, делящей разделительную камеру по существу на цилиндрическую разделительную часть и, по меньшей мере, частично коническую выпускную часть. Непосредственно выше по потоку от отражательной перегородки выполнена переходная часть между разделительной частью и выпускной частью. Кроме этого, шнековый транспортер имеет большую номинальную скорость перемещения в переходной части, чем в разделительной части непосредственно перед переходной частью, где изменение номинальной скорости перемещения устанавливается посредством изменения шага шнека. Данная конструкция устройства позволяет увеличить экономию процесса и дренирование. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к декантирующей центрифуге для разделения поставляемого материала на легкую фазу и тяжелую фазу, содержащей удлиненный резервуар, приспособленный для вращения вокруг своей продольной оси, резервуар имеет разделительную камеру, шнековый транспортер, размещенный в разделительной камере и расположенный коаксиально с резервуаром, причем шнековый транспортер содержит тело, которое имеет шнек, содержащий одну или более пластин транспортера и имеющий номинальную скорость перемещения, изменяющуюся по продольной оси, ввод по меньшей мере с одним впускным отверстием в шнековом транспортере для подачи материала в разделительную камеру и по меньшей мере одно выпускное отверстие для тяжелой фазы в резервуаре на одном конце шнекового транспортера, при этом шнековый транспортер выполнен с возможностью вращения относительно резервуара для перемещения тяжелой фазы по направлению к выпускным отверстиям для тяжелой фазы, снабжен отражательной перегородкой, расположенной между впускными отверстиями и выпускными отверстиями, причем отражательная перегородка делит разделительную камеру по существу на цилиндрическую разделительную часть и по меньшей мере частично коническую выпускную часть, при этом выпускные отверстия для тяжелой фазы расположены в выпускной части, впускные отверстия расположены с противоположной стороны от отражательной перегородки относительно выпускных отверстий.
Декантирующая центрифуга такого типа известна из публикации WO-A-97/22411, в которой описана декантирующая центрифуга, имеющая отражательную перегородку, изготовленную в форме ребра, проходящего от стороны выше по потоку витка шнека как часть витка, имеющего больший шаг, чем шнек, к стороне ниже по потоку витка шнека на расстояние по оси от его начальной точки.
В патенте US-A-3934792 описана декантирующая центрифуга, имеющая отражательную перегородку, проходящую в направлении по оси от стороны витка шнека, находящейся выше по потоку, до стороны смежного витка шнека, находящейся ниже по потоку. Подобная отражательная перегородка описана в патенте US-A-5653673.
В патентах US-A-3885734, US-A-4245777 и US-A-4381849 описаны отражательные перегородки, проходящие по касательной вокруг шнекового транспортера.
Пластина или пластины шнекового транспортера определяет/определяют проход между смежными витками, по которому во время работы декантирующей центрифуги проходит материал. Отражательная перегородка в общем представляет собой элемент, перегораживающий часть поперечного сечения прохода на расстоянии от внутренней стенки резервуара. Если выполнена только одна пластина транспортера, она образует единственный проход, проходящий вокруг тела шнекового транспортера, и отражательная перегородка будет содержать единственный элемент. Если выполнено несколько пластин транспортера, между ними будет образовано аналогичное количество проходов, и поэтому отражательная перегородка будет содержать элемент в каждом проходе.
В декантирующей центрифуге разделение тяжелой фазы и легкой фазы происходит в разделительной части, при этом легкая фаза может быть водой, а тяжелая фаза может быть осадком, который требуется сливать. Слитый осадок перемещается шнеком через резервуар к отражательной перегородке, под отражательной перегородкой, то есть между отражательной перегородкой и внутренней стенкой резервуара, и к выпускным отверстиям, где достаточно обезвоженный осадок покидает центрифугу, причем отражательная перегородка предотвращает прохождение воды или легкой фазы к выпускным отверстиям для тяжелой фазы.
Разделительная часть и часть шнека, находящегося в ней, сконструированы для получения самой большой возможной эффективности дренирования. Однако может происходить накопление тяжелой фазы непосредственно перед отражательной перегородкой, частично из-за дросселирования площади сечения потока тяжелой фазы, вызываемого отражательной перегородкой, частично из-за уменьшенной площади в конической выпускной части, которая оказывает действие в обратном направлении таким образом, что процесс разделения в разделительной части не достигает намеченного прохождения, что, кроме того, влечет незначительную экономию процесса и слабое дренирование.
Задачей изобретения является снижение этой проблемы.
Эта задача согласно изобретению достигается тем, что непосредственно выше по потоку от отражательной перегородки относительно направления перемещения между разделительной частью и выпускной частью выполнена переходная часть, при этом шнековый транспортер имеет более высокую номинальную скорость перемещения в переходной части, чем в разделительной части непосредственно перед переходной частью, причем изменение номинальной скорости перемещения шнека от номинальной скорости перемещения в разделительной части непосредственно перед переходной частью к более высокой номинальной скорости перемещения в переходной части устанавливается посредством изменения шага шнека.
Под номинальной скоростью перемещения для шнека следует понимать скорость, с которой данный участок шнека может перемещать тяжелую фазу без помех со стороны окружающих частей шнека, таких, например, как накопление ниже по потоку тяжелой фазы. Номинальная скорость перемещения зависит от нелинейного пути по шагу шнека и является самой высокой под углом наклона, составляющим приблизительно 45° относительно направления по касательной.
Конструируя шнек в соответствии с изобретением, можно добиться, чтобы накопление тяжелой фазы в выпускной части не происходило до такой же степени, как иначе имело бы место. Запуск увеличения скорости перемещения происходит прежде, чем отражательная перегородка обеспечит до минимума снижение риска вытягивания частиц тяжелой фазы, которая на этой стадии имеет вид слипшейся лепешки, что связано с риском прохождения легкой фазы к выпускной части, которого следует избегать, поскольку это эквивалентно повторному увлажнению тяжелой фазы, которая только что была осушена.
Изменение шага шнека может быть скачкообразным, что может быть удобным с конструктивной точки зрения, но в качестве альтернативы, изменение шага шнека может быть постепенным.
В предпочтительном варианте осуществления угол наклона шнека в разделительной части значительно меньше 45° относительно направления по касательной, а изменение шага шнека от разделительной части к переходной части является увеличением. Это увеличение составляет предпочтительно 40-80%.
В другом варианте осуществления угол наклона шнека в разделительной части значительно больше 45° относительно направления по касательной, а изменение шага шнека является уменьшением от разделительной части к переходной части.
Чтобы получить полный эффект от изобретения, тяжелая фаза, которая перемещается к отражательной перегородке, должна перемещаться с увеличенной скоростью по всему периферийному протяжению отражательной перегородки. Поэтому шнек имеет большую номинальную скорость перемещения по меньшей мере на 1/3 x 1/n витка перед отражательной перегородкой, предпочтительно приблизительно на 2/3 x 1/n витка, где n - количество пластин транспортера, соответствующих длине по оси 1/3, и предпочтительно 2/3, соответственно, шага в переходном участке, если имеется только одна пластина транспортера, или расстоянию по оси между двумя смежными витками, если присутствуют несколько пластин транспортера.
В варианте осуществления, в котором отражательная перегородка имеет протяженность по оси, граница между выпускной частью и переходной частью находится в центральной точке протяженности по оси отражательной перегородки.
Ввод предпочтительно расположен выше по потоку от переходной части непосредственно в разделительной части. Таким образом, исключен риск турбулентности из-за изменения скорости, нарушающей входной поток.
Шаг шнека может увеличиваться в разделительной части в направлении от переходной части. При таком способе, который известен сам по себе, компенсируется снижение концентрации тяжелой фазы в направлении от ввода и выпускной части.
Теперь изобретение будет подробно объяснено посредством некоторых вариантов осуществления и со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг.1 схематически изображен продольный разрез известной декантирующей центрифуги, имеющей резервуар с шнековым транспортером с кольцеобразным диском отражательной перегородки; и
на фиг.2 изображен шнековый транспортер в первом варианте осуществления изобретения;
на фиг.3 изображен шнековый транспортер в соответствии со вторым вариантом осуществления; и
на фиг.4 изображен шнековый транспортер в соответствии с третьим вариантом осуществления.
Декантирующая центрифуга 1 на фиг.1 имеет полый резервуар 2 с разделительной камерой, содержащей шнековый транспортер 3, имеющий тело 4 со шнеком с пластиной 7 транспортера, которая навита в виде множества витков. Тело 4 по существу является цилиндрическим, а на одном конце имеет коническую часть 5. В шнековом транспортере 3 выполнены впускные отверстия 6 для материала, подлежащего разделению, а в резервуаре 2 выполнены выпускные отверстия 14 для отделенной тяжелой фазы. Как показано на фиг.1, легкая фаза 12 расположена ближе всего к телу шнекового транспортера 4, тогда как тяжелая фаза 13 расположена с внутренней стороны резервуара 2. Легкая фаза уносится через выпускной край 10 в резервуаре. Тяжелая фаза перемещается вращением шнека по направлению к выпускным отверстиям 14 в резервуаре у его конической части. На фиг.1 показана отражательная перегородка 8, содержащая кольцеобразной диск, который является перпендикулярным продольной оси или направлению по оси шнекового транспортера.
На фиг.2 показан шнековый транспортер 3, который, как и шнековый транспортер на фиг.1, снабжен отражательной перегородкой 8 в форме кольцеобразного диска и впускным отверстием 6. На фиг. 2 пунктирными линиями показана огибающая поверхность для витков шнека пластины 7 транспортера. Огибающая поверхность содержит цилиндрическую часть 15 и коническую часть 16. Огибающая поверхность подходящим образом соответствует форме резервуара, в который установлен шнековый транспортер.
Отражательная перегородка 8 установлена около перехода между конической частью 16 и цилиндрической частью 15, и она по существу разделяет центрифугу или разделительную камеру на цилиндрическую разделительную часть 17 и коническую выпускную часть 18. В варианте осуществления выпускная часть 18 содержит, однако, небольшой участок цилиндрической части 15.
Шаг витков шнека изменяется вдоль шнекового транспортера 3 в его направлении 20 по оси. Таким образом, в точке или в местоположении 21 по оси имеется резкий скачок шага приблизительно на 58%. В местоположении 21 отмечается из-за изменения, образованного скачком, линия раздела между разделительной частью 17 и переходной частью 19 между разделительной частью 17 и выпускной частью 18.
Шаг в варианте осуществления является постоянным от местоположения 21 до выпускных отверстий для тяжелой фазы.
Шаг витков шнека в разделительной части 17 в этом варианте уменьшается в направлении 20 по оси так, что шаг является самым маленьким непосредственно перед переходной частью 19. Ввод 6 расположен в разделительной части 17 непосредственно перед переходной частью 19.
На фиг.3 показан другой вариант осуществления, имеющий отражательную перегородку 8, проходящую в направлении по оси. Пластина 7 шнекового транспортера 3 имеет в местоположении 21 скачок шага, который, следовательно, больше в переходной части 19, чем в разделительной части 17. В разделительной части 17 шаг является постоянным. Из-за протяженности по оси отражательной перегородки 8 линия раздела между переходной частью 19 и выпускной частью 18, как рассматривается, лежит в центральной точке 23 по оси отражательной перегородки. Поскольку местоположение 21 находится несколько ниже по потоку от начальной точки 24 отражательной перегородки, местоположение 21 будет лежать чуть больше, чем в половине шага перед центральной точкой 23 отражательной перегородки. Шаг пластины 7 транспортера, в известных до сих пор шнековых транспортерах, равен размеру прохода 25 по направлению оси, формируемого между смежными витками пластины 7 транспортера, а угол наклона пластины 7 транспортера в разделительной части 17 по существу меньше 45° относительно направления по касательной.
На фиг.4 изображен вариант осуществления, в котором шнек шнекового транспортера 3 содержит три пластины 7' транспортера, имеющие в разделительной части 17 угол наклона по существу больше 45° относительно направления по касательной. В местоположении 21' по направлению оси, где изменяется шаг, угол наклона изменяется по направлению на 45°, после чего номинальная скорость перемещения увеличивается.
В местоположении 21' элемент 8' отражательной перегородки проходит от каждой пластины 7' транспортера, причем этот элемент отражательной перегородки проходит как часть витка, имеющего больший шаг, чем пластины 7' транспортера в переходной части 19 и выпускной части 18, но с тем же направлением вращения, так что элементы отражательной перегородки 8' проходят от расположенной ниже по потоку боковой поверхности 26 пластины 7' транспортера к расположенной выше по потоку боковой поверхности 27 смежной пластины 7' транспортера. В показанном на фиг.4 варианте осуществления элементы 8' отражательной перегородки имеют такой же шаг, как пластины 7' транспортера в разделительной части, но это не является обязательным.
Элементы отражательной перегородки 8' проходят от местоположения 21' и имеют шаг меньше 90° (направление по оси), а линия раздела между переходной частью 19 и выпускной частью 18 лежит в центральной точке 23 по оси элементов отражательной перегородки, скачок относительно номинальной скорости перемещения происходит больше чем на 1/6 (1/2 x 1/3 (3 - количество пластин транспортера)) пластины транспортера выше по потоку от переходной части, соответствующего больше, чем половине протяженности по оси прохода 25 между двумя смежными пластинами 7' транспортера в переходной части.
Центрифуга с шнековым транспортером согласно изобретению работает следующим образом.
Подлежащий разделению материал, например водный осадок, подается в разделительную камеру через ввод 6. Осадок проходит по проходу 25, образованному пластиной 7 транспортера витка шнека, или по проходам 25, образованным пластинами 7' транспортера, по направлению влево на чертежах. Продвигаясь, тяжелая фаза осаждается, то есть образуется осадок, как показано на фиг.1.
Шнековый транспортер 3 благодаря своему вращению относительно резервуара 2 сгребает осажденный осадок вправо на чертежах (направление вниз по потоку). Осадок сжимается в разделительной части 15 до местоположения 21 по направлению оси. Здесь осадок формирует слипшуюся, достаточно обезвоженную лепешку.
От местоположения 21 осадок ускоряется из-за изменения шага пластины 7 или пластин 7' транспортера. Местоположение 21 в варианте осуществления на фиг.2 расположено приблизительно за 2/3 витка перед точкой 21 пересечения витка 7 шнека с отражательной перегородкой 8, соответствующей расстоянию по оси между местоположением 21 и точкой 22 на 2/3 шага витка шнека или размеру прохода по направлению оси в этой точке. В вариантах осуществления на фиг.3 и 4 местоположение 21 расположено немного больше, чем на 1/2 размера по оси прохода 25 выше по потоку от центральной точки 23 на оси отражательной перегородки 8 или элементов 8' отражательной перегородки. Таким образом, точка изменения скорости перемещения расположена достаточно далеко от отражательной перегородки 8, 8', чтобы перемещать осадок по периферии всей отражательной перегородки с повышенной скоростью.
Пространство между периферией отражательной перегородки 8 и внутренней стенкой резервуара 2 меньше, чем толщина осадка в точке 21. Повышенная скорость в переходном участке 19 компенсирует до некоторой степени эту разницу. Однако эта компенсация несколько ниже 100%, поскольку 100% компенсация или больше может повлечь за собой риск, когда лепешка из осадка может быть растянута на кусочки, что может привести к прорыву легкой фазы под отражательной перегородкой 8 и за нее.
Увеличенная скорость также компенсирует уменьшенную площадь поперечного сечения конической части резервуара 2 в выпускной части 18.
Хотя здесь были описаны различные варианты осуществления шнековых транспортеров 3 в соответствии с изобретением, в которых варианты осуществления имеют различные комбинации количеств пластин транспортера и углов наклона и типов отражательной перегородки, должно быть понятно, что в пределах объема изобретения отдельные углы наклона пластины транспортера и тип отражательной перегородки могут быть объединены любым способом.
1. Декантирующая центрифуга для разделения подаваемого материала на легкую фазу и тяжелую фазу (13), содержащая удлиненный резервуар (2), приспособленный для вращения вокруг своей продольной оси, причем резервуар имеет разделительную камеру, шнековый транспортер (3), размещенный в разделительной камере и являющийся коаксиальным с резервуаром, при этом шнековый транспортер содержит тело (4), которое имеет шнек, содержащий одну или более пластины (7, 7') транспортера и имеет номинальную скорость перемещения, изменяющуюся по продольной оси (20), ввод по меньшей мере с одним впускным отверстием (6) в шнековом транспортере для подачи материала в разделительную камеру и по меньшей мере одно выпускное отверстие (14) для тяжелой фазы в резервуаре на одном конце шнекового транспортера, в которой шнековый транспортер выполнен с возможностью вращения относительно резервуара (2) для перемещения тяжелой фазы по направлению к выпускным отверстиям (14) для тяжелой фазы и снабжен отражательной перегородкой, установленной между впускными отверстиями (6) и выпускными отверстиями (14), причем отражательная перегородка делит разделительную камеру, по существу, на цилиндрическую разделительную часть (17) и по меньшей мере частично коническую выпускную часть (18), при этом выпускные отверстия (14) для тяжелой фазы расположены в выпускном участке (18), а впускные отверстия (6) расположены с противоположной стороны от отражательной перегородки (8) относительно выпускных отверстий, отличающаяся тем, что непосредственно выше по потоку от отражательной перегородки (8, 8') относительно направления перемещения между разделительной частью (17) и выпускной частью (18) выполнена переходная часть (19), при этом шнековый транспортер (3) имеет большую номинальную скорость перемещения в переходной части (19), чем в разделительной части (17) непосредственно перед переходной частью (19), причем изменение номинальной скорости перемещения шнека от номинальной скорости перемещения в разделительной части непосредственно перед переходной частью к более высокой номинальной скорости перемещения в переходной части устанавливается посредством изменения (21) шага шнека.
2. Декантирующая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что изменение (21) шага шнека является скачкообразным.
3. Декантирующая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что изменение шага шнека является постепенным.
4. Декантирующая центрифуга по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что угол наклона шнека в разделительной части (17) значительно меньше 45° относительно направления по касательной, а изменение (21) шага шнека является увеличением.
5. Декантирующая центрифуга по п.4, отличающаяся тем, что увеличение составляет 40-80%.
6. Декантирующая центрифуга по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что угол наклона шнека в разделительной части (17) значительно больше 45° относительно направления по касательной, а изменение (21) шага шнека является уменьшением.
7. Декантирующая центрифуга по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что шнек имеет большую номинальную скорость перемещения по меньшей мере на 1/3×1/n витка перед отражательной перегородкой (8), предпочтительно приблизительно на 2/3×1/n витка, где n - количество пластин транспортера (7, 7').
8. Декантирующая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что ввод (6) расположен выше по потоку от переходной части (19) в разделительной части (17).
9. Декантирующая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что отражательная перегородка (8) имеет аксиальное удлинение, причем граница между выпускной частью и переходной частью расположена в центральной точке (23) удлинения по оси отражательной перегородки.
10. Декантирующая центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что шаг шнека в разделительной части (17) увеличивается в направлении от переходной части (19).
