Вибрационная центрифуга
Изобретение относится к вибрационной центрифуге. Вибрационная центрифуга содержит сепарационное сито, соединенное с приводным валом, по меньшей мере один вибратор, способный создавать вибрацию в сепарационном сите, один или более ограничительных элементов, способных, в основном, ограничивать вибрацию, создаваемую вибратором, до единственной степени свободы в направлении, параллельном оси приводного вала, и по меньшей мере один смещающий элемент, находящийся в зацеплении с вибратором для настройки частоты вибрации. Техническим результатом является повышение эффективности демпфирования вибрационной центрифуги. 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вибрационной центрифуге. В частности, настоящее изобретение относится, без ограничений, к вибрационной центрифуге, содержащей вибратор, такой как несбалансированный двигатель, передающий осевую вибрацию корзине через систему пружин.
Уровень техники
Ссылки на уровень техники не следует интерпретировать как признание того факта, что этот уровень техники является общеизвестным в Австралии или где-либо еще.
Центробежные сепараторы (центрифуги) часто используются для выделения твердой и жидкой фаз из шлама, например для выделения твердых угольных частиц из угольной суспензии, содержащей воду. Вибрационные центрифуги обычно содержат вращающуюся корзину с осевой вибрацией, в которую поступает шлам, при этом жидкости выталкиваются наружу сквозь корзину, а твердые частицы увлекаются вниз по скошенным сторонам корзины в направлении выпускного отверстия.
Для повышения коэффициента полезного действия вибрационных центрифуг их обычно настраивают на работу при конкретных частотах. Однако такая настройка вибрационной центрифуги может быть сложной и дорогостоящей. Это обусловлено по меньшей мере тем обстоятельством, что настройка вибрационных центрифуг обычно требует соблюдения очень высоких допусков для определенных деталей, например пружин. Детали с такими высокими допусками не только значительно увеличивают стоимость изготовления, но и подвержены повреждениям, а приобретение их может быть сопряжено с трудностями. Кроме того, вращение и вибрация корзины требуют значительного количества энергии, которая зачастую расходуется непроизводительно при ее передаче и из-за неэффективного демпфирования.
Цель изобретения
Целью настоящего изобретения является создание вибрационной центрифуги, которая была бы лишена одного или более недостатков, описанных выше, либо по меньшей мере представляла собой полезную альтернативу.
Прочие первоочередные цели настоящего изобретения будут ясны из приведенного ниже описания.
Краткое описание сущности изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается вибрационная центрифуга, содержащая:
сепарационное сито, соединенное с приводным валом;
по меньшей мере один вибратор, создающий вибрацию в сепарационном сите;
один или более ограничительных элементов, которые, по существу, ограничивают вибрацию, созданную вибратором, до единственной степени свободы в направлении, параллельном оси приводного вала; и
по меньшей мере один смещающий элемент, находящийся в зацеплении с вибратором для настройки частоты вибрации.
Кроме того, в предпочтительном варианте вибрационная центрифуга содержит кожух сепарационного узла. Кожух сепарационного узла в предпочтительном варианте вмещает по меньшей мере одно сепарационное сито. В предпочтительном варианте осуществления предусмотрен подпружиненный узел, включающий корпус подшипникового узла, приводной вал и сепарационное сито. Между кожухом сепарационного узла и корпусом подшипникового узла может быть предусмотрен резиновый уплотнительный элемент. Приводной вал в предпочтительном варианте проходит от сепарационного сита внутри кожуха сепарационного узла через корпус подшипникового узла к приводному узлу. Приводной узел в предпочтительном варианте представляет собой приводной узел с зацеплением на приводном шкиве.
Кроме того, в предпочтительном варианте вибрационная центрифуга содержит основание. В предпочтительном варианте на этом основании установлены кожух сепарационного узла и приводные двигатели. В предпочтительном варианте основание содержит участки, контактирующие с полом и включающие изолирующие пружины. В предпочтительном варианте участки, контактирующие с полом, представляют собой ножки, а изолирующие пружины в предпочтительном варианте содержат эластомерный материал.
В предпочтительном варианте вибратор представляет собой вибродвигатель. В альтернативном варианте вибратор может представлять собой специальный вибрационный узел или вибратор с встроенным механизмом, в предпочтительном варианте создающим только осевую вибрацию. Специальный вибрационный узел может иметь два момента вращения, компенсирующие друг друга с образованием одного осевого усилия.
В предпочтительном варианте вибратор установлен на раме, смонтированной на основании. В предпочтительном варианте предусмотрены два вибратора, содержащие два несбалансированных двигателя с вращением в противоположных направлениях для получения линейного приводного усилия. В предпочтительном варианте первый несбалансированный двигатель расположен на первой боковой стороне корпуса подшипникового узла, а второй несбалансированный двигатель расположен на второй боковой стороне корпуса подшипникового узла.
В предпочтительном варианте смещающий элемент представляет собой пружину сжатия. В предпочтительном варианте по обеим сторонам корпуса подшипникового узла, а именно между этим корпусом и основанием, предусмотрены две или более пружины сжатия, в предпочтительном варианте выполненные с возможностью смещения вдоль оси, параллельной оси приводного вала. В предпочтительном варианте пружина сжатия содержит эластомерный материал.
Один или более ограничительных элементов в предпочтительном варианте содержат пластинчатые пружины. В предпочтительном варианте эти пластинчатые пружины изгибаются только в направлении оси, параллельной оси приводного вала. В предпочтительном варианте предусмотрены две пластинчатые пружины, по одной с каждой боковой стороны корпуса подшипникового узла, выровненные относительно оси, параллельной оси приводного вала. Первый конец каждой пластинчатой пружины в предпочтительном варианте крепится к корпусу подшипникового узла, а второй конец каждой пластинчатой пружины в предпочтительном варианте крепится к основанию.
Сепарационное сито в предпочтительном варианте представляет собой корзину. В более предпочтительном варианте корзина имеет форму усеченного конуса и вращается осесимметрично в процессе работы. В предпочтительном варианте предусмотрен впускной канал для подачи сепарируемого материала, такого как шлам, внутрь корзины. В предпочтительном варианте этот впускной канал представляет собой желоб.
По меньшей мере один смещающий элемент и/или регулировочный груз можно использовать для настройки частоты вибрации центрифуги. В предпочтительном варианте частота вибрации центрифуги изначально заложена в ее конструкции. Регулировочный груз можно использовать для перенастройки, в случае необходимости, частоты вибрации центрифуги.
Регулировочный груз в предпочтительном варианте представляет собой твердое тело, установленное на одном из участков вибрационной центрифуги. В предпочтительном варианте регулировочный груз устанавливается на корпус подшипникового узла. Регулировочный груз может крепиться к корпусу подшипникового узла болтами. В предпочтительном варианте регулировочный груз расположен по центру относительно оси приводного вала. Регулировочный груз может содержать ряд наборных элементов, выбираемых для получения требуемой общей массы этого груза.
В предпочтительном варианте вибрационная центрифуга выполнена в виде системы динамического демпфирования с двумя степенями свободы. В более предпочтительном варианте вибрационная центрифуга выполнена в виде системы с настраиваемым динамическим демпфером и регулировочным грузом, выбираемым в качестве по меньшей мере вспомогательного средства для настройки этого динамического демпфера.
Прочие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны из приведенного ниже подробного описания.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения более полно описаны ниже только в качестве примеров со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано:
фиг. 1 - перспективное изображение вибрационной центрифуги согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
фиг. 2 - вид сбоку в поперечном разрезе вибрационной центрифуги, показанной на фиг. 1,
фиг. 3 - перспективное изображение вибрационной центрифуги с показанным приводным двигателем.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1, 2 и 3 показана вибрационная центрифуга 10, содержащая сепарационный узел 12, приводной узел 14 и подпружиненный узел 15. Сепарационный узел 12 содержит кожух 20, неподвижно установленный на основании 16 с помощью элементов жесткости 18. Кожух 20 сепарационного узла имеет впускной канал в виде желоба 22, по которому сепарируемый материал, такой как шлам, поступает внутрь этого кожуха 20 как будет описано ниже. Основание 16 содержит конструктивные элементы, контактирующие с полом и выполненные в виде ножек 24, соединенных с основанием 16 посредством изолирующих пружин 26.
Приводной узел 14 содержит вибраторы в виде несбалансированных двигателей 44, установленных на опорной раме 45, неподвижно соединенной с основанием 16. Несбалансированные двигатели выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях в процессе эксплуатации.
Подпружиненный узел 15 содержит ряд конструктивных компонентов, которые в процессе эксплуатации совершают совместное движение. Эти компоненты включают корпус 40 подшипникового узла, приводной вал 46, приводной шкив 48, корзину 28 и другие компоненты, такие как подшипники и их крышки. Приводной вал 46 находится в зацеплении с корпусом 40 подшипникового узла через подшипники. Приводной вал 46 содержит ведущую часть в виде приводного шкива 48 на одном из своих концов. По обеим сторонам корпуса 40 подшипникового узла установлены ограничительные элементы в виде пластинчатых пружин 50 (наиболее ясно показанных на фиг. 2) таким образом, что они обеспечивают движение подпружиненного узла 15 вдоль оси, параллельной оси приводного вала 46, но ограничивают движение вдоль других осей. Фактически, пластинчатые пружины 50 ограничивают движение подпружиненного узла 15 относительно основания 16 одной степенью свободы, вследствие чего энергия вибрации передается от несбалансированных двигателей 44 вдоль единственной оси, а именно оси, параллельной оси приводного вала 46.
К верхней части корпуса 40 подшипникового узла прикреплен болтами регулировочный груз 52. Ясно, что регулировочный груз 52 может иметь массу, соответствующую конкретной заданной величине, и/или в этом регулировочном грузе 52 может вообще не возникнуть необходимости. В предпочтительном варианте осуществления вибрационная центрифуга 10 изначально является уже настроенной без каких-либо регулировочных грузов 52. Регулировочный груз 52 может быть добавлен позднее, если возникнет необходимость перенастройки частоты вибрации.
Между кожухом 20 сепарационного узла и корпусом 40 подшипникового узла предусмотрен резиновый уплотнительный элемент 42, предотвращающий выход наружу из вибрационной центрифуги 10 какого-либо материала, сепарируемого внутри кожуха 20.
На фиг. 2, где представлены внутренние конструктивные компоненты, в частности, расположенные в кожухе 20, показано, что сепарационный узел 12 включает сепарационное сито в виде корзины 28. Корзина 28 находится в зацеплении с приводным валом 46 и вращается вместе с последним. Желоб 22 имеет впускной конец 22' и выпускной конец 22". Сепарируемый материал, поступающий из какого-либо источника (не показан), переносится по этому желобу внутрь корзины 28. Кожух 20 сепарационного узла имеет первое выпускное отверстие 30, обеспечивающее удаление из центрифуги 10 отделенного ею материала, а именно материала, прошедшего сквозь отверстия в корзине 28. Второе выпускное отверстие 32 обеспечивает удаление из центрифуги 10 материала, не прошедшего сквозь отверстия в корзине 28.
По обеим сторонам корпуса 40 подшипникового узла, а именно между этим корпусом и опорной рамой 45, предусмотрены два или более смещающих элемента в виде пружин сжатия 54. Пружины сжатия 54 выполнены с возможностью сжатия вдоль оси, параллельной оси приводного вала 46. В предпочтительном варианте пружины сжатия 54 представляют собой эластомерные элементы, выбранные для задания частоты вибрации динамического демпфера.
Массы, связанные с пружинами сжатия 54 и изолирующими пружинами 26, образуют систему динамического демпфирования с двумя степенями свободы. В частности, масса подпружиненного узла 15, включая массу регулировочного груза 52, фактически представляет собой массу демпфера, а масса компонентов, неподвижно соединенных с основанием 16, включая кожух 20 сепарационного узла - вторичную массу системы динамического демпфирования. Можно заменять/изменять пружины и массы (в первую очередь, массу подпружиненного узла 15, включая изменяемую массу регулировочного груза 52) с целью требуемого изменения характеристик динамического демпфера, в предпочтительном варианте - для сохранения настройки системы динамического демпфирования.
В процессе эксплуатации приводной шкив 48 приводится в движение внешним источником энергии в виде приводного двигателя 60, установленного на основании 16 (см. фиг. 3). Приводной двигатель 60 содержит ведущее колесо 62, которое находится в зацеплении с ремнем 64. Ремень 64 находится также в зацеплении с приводным шкивом 48, так что при вращении ведущего колеса 62 происходит вращение и приводного шкива 48, что, в свою очередь, вызывает вращение вала 46 и, следовательно, корзины 28.
Несбалансированные двигатели 44 вращаются, создавая динамическое усилие, воздействующее на вторичную массу и вызывающее реакцию подпружиненного узла 15 в форме вибрации. Поскольку пластинчатые пружины 50 ограничивают движение корпуса 40 подшипникового узла относительно основания одной степенью свободы, подпружиненный узел 15 совершает колебания вперед-назад (вибрирует) вдоль оси приводного вала. Настройка системы заложена в ее конструкции, но ее можно изменить, выполнив перенастройку путем добавления или регулирования регулировочного груза 52 таким образом, чтобы корзине 28 передавалась от несбалансированных двигателей 44 максимальная энергия вибрации.
Сепарируемый материал, такой как шлам, представляющий собой смесь твердой и жидкой фаз, подается на впускной конец 22' желоба 22, откуда переносится к выпускному концу 22" внутри корзины 28. После этого сепарируемый материал сталкивается с боковыми стенками корзины 28, имеющими отверстия, и приводится во вращение, вследствие чего на него воздействует центробежная сила. Жидкая фаза шлама проходит сквозь корзину, тогда как твердая фаза не может сделать это.
Жидкости, которые обычно являются нежелательными, сливаются через первое выпускное отверстие 30 для дальнейшей обработки и/или утилизации. Твердые частицы, которые не могут пройти сквозь корзину 28, под действием центробежной силы располагаются на наклонных стенках этой корзины. Осевая вибрация, создаваемая приводным узлом 14, содействует перемещению твердых частиц вдоль корзины 28 и предотвращает или минимизирует скапливание твердого материала на внутренней поверхности этой корзины. Материал, достигший самой удаленной кромки 28′, содержит, главным образом, твердую фазу, тогда как жидкая фаза к этому моменту бывает уже удалена. Затем твердые вещества могут быть переданы для дальнейшей обработки и т.д. через второе выпускное отверстие 32.
Преимуществом вибрационной центрифуги 10, предлагаемой в настоящем изобретении, является то, что она создает достаточную вибрацию в корзине 28, используя менее мощные вибродвигатели 44 и меньше энергии, чем в обычной вибрационной центрифуге, благодаря усовершенствованной передаче энергии вибрации. Кроме того, любую вибрационную центрифугу 10 можно легко перенастроить на другую рабочую частоту, изменив массу регулировочного груза 44. Это позволяет снизить допуски для используемых конструктивных деталей, в частности для пружин, что выражается в снижении затрат на изготовление и техническое обслуживание.
В настоящем описании определения "первый" и "второй", "левый" и "правый", "верхний" и "нижний" и т.д. используются исключительно для того, чтобы отличить один элемент или одно действие от другого элемента или действия, и не предписывают и не подразумевают никакой фактической взаимосвязи или приоритетности. Там, где это сообразуется с контекстом, ссылки на какие-либо конструктивные элементы, компоненты или рабочие операции и т.п. следует интерпретировать не как ограниченные только единичными примерами таких конструктивных элементов, компонентов или рабочих операций, а как относящиеся к одному(ой) или более таких конструктивных элементов, компонентов, рабочих операций и т.п.
Приведенное выше описание различных вариантов осуществления настоящего изобретения представлено в целях ознакомления с ним специалистов в данной области. Оно не носит исчерпывающего характера и не подразумевает ограничения настоящего изобретения единственным описанным примером осуществления. Как упоминалось выше, для специалистов в данной области будут очевидны многочисленные альтернативные варианты и модификации настоящего изобретения. В соответствии с этим, хотя некоторым из альтернативных вариантов было уделено отдельное внимание, специалисты в данной области смогут представить или сравнительно легко разработать другие варианты осуществления. Подразумевается, что настоящее изобретение охватывает все альтернативы, модификации и изменения, представленные в настоящем описании, и другие варианты осуществления в пределах его сущности и объема.
В настоящем описании термины "содержит", "содержащий", "включает", "включающий" и аналогичные им следует понимать как носящие неисключительный характер, то есть способ, система или устройство, содержащие/включающие элементы из какого-либо перечня, могут включать не только эти, но и другие элементы, не приведенные в этом перечне.
1. Вибрационная центрифуга, содержащая:
сепарационное сито, соединенное с приводным валом,
по меньшей мере один вибратор, способный создавать вибрацию в сепарационном сите,
один или более ограничительных элементов, способных, в основном, ограничивать вибрацию, создаваемую вибратором, до единственной степени свободы в направлении, параллельном оси приводного вала, и
по меньшей мере один смещающий элемент, находящийся в зацеплении с вибратором для настройки частоты вибрации.
2. Вибрационная центрифуга по п. 1, содержащая основание, имеющее участки, контактирующие с полом и включающие изолирующие пружины, причем на этом основании установлены сепарационное сито, по меньшей мере один вибратор, один или более ограничительных элементов и по меньшей мере один смещающий элемент.
3. Вибрационная центрифуга по п. 2, в которой изолирующие пружины содержат эластомерный материал.
4. Вибрационная центрифуга по п. 1, в которой вибратор содержит вибродвигатель.
5. Вибрационная центрифуга по п. 4, в которой имеется два вибродвигателя, содержащих два несбалансированных двигателя с вращением в противоположных направлениях.
6. Вибрационная центрифуга по одному из предыдущих пунктов, в которой смещающий элемент содержит пружину сжатия.
7. Вибрационная центрифуга по п. 6, в которой пружина сжатия смещается вдоль оси, параллельной оси приводного вала.
8. Вибрационная центрифуга по п. 6, в которой пружина сжатия содержит эластомерный материал.
9. Вибрационная центрифуга по п. 7, в которой пружина сжатия содержит эластомерный материал.
10. Вибрационная центрифуга по одному из пп. 1-5 или 7-9, в которой ограничительный элемент представляет собой пластинчатую пружину.
11. Вибрационная центрифуга по п. 10, в которой пластинчатая пружина может изгибаться только в направлении оси, параллельной оси приводного вала.
12. Вибрационная центрифуга по одному из пп. 1-5, 7-9 или 11, содержащая регулировочный груз.
13. Вибрационная центрифуга по п. 12, в которой регулировочный груз расположен по центру относительно оси приводного вала.
14. Вибрационная центрифуга по одному из пп. 1-5, 7-9, 11 или 13, в которой сепарационное сито представляет собой корзину в форме усеченного конуса, вращающуюся осесимметрично вокруг приводного вала.
15. Вибрационная центрифуга по одному из пп. 1-5, 7-9, 11 или 13, выполненная в виде системы динамического демпфирования с двумя степенями свободы.
16. Вибрационная центрифуга по п. 15, в которой масса системы динамического демпфирования включает корпус подшипникового узла, приводной вал и сепарационное сито.
17. Вибрационная центрифуга по п. 15, выполненная в виде настраиваемого динамического демпфера.
18. Вибрационная центрифуга по п. 16, выполненная в виде настраиваемого динамического демпфера.
19. Вибрационная центрифуга по одному из пп. 1-5, 7-9, 11, 13 или 16-18, содержащая кожух сепарационного узла, вмещающий сепарационное сито.
20. Вибрационная центрифуга по п. 19, содержащая резиновый уплотнительный элемент между кожухом сепарационного узла и корпусом подшипникового узла.
