Центрифуга с вихревым приводом и регулируемым потоком очищаемой жидкости
Владельцы патента RU 2758406:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) (RU)
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для разделения жидких неоднородных систем с помощью центробежных сил. Центрифуга состоит из корпуса и ротора, включающего колонку и барабан. В основании корпуса установлена вихревая камера направляющего аппарата турбины гидропривода с тангенциальными каналами. В ее центральной непроточной зоне размещен нижний шип колонки. К днищу колонки фланцем крепится коническое рабочее колесо радиально-осевой центробежной турбины с радиальными каналами. На периферии рабочего колеса, при выходе из его каналов образована кольцевая полость. Она соединяется с сепарирующей полостью ротора рядом отверстий в днище колонки, а также с центральным каналом в нижнем шипе колонки секторальными полостями, выполненными на торце рабочего колеса. Благодаря этому жидкость на выходе из турбинной ступени разделяется на два потока. Один поток очищается в роторе и выводится из центрифуги через ее верхнюю опору. Его расход регулируется дросселем. Другой поток сливается обратно в бак через центральный канал в нижнем шипе колонки и нижнюю опору. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сепарации за счет обеспечения возможности регулирования расхода очищаемой жидкости при неизменном режиме работы вихревого гидропривода. 3 ил.
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для разделения жидких неоднородных систем с помощью центробежных сил, и может быть использовано для очистки от механических загрязнений и воды масел, топлив, гидравлических и моющих жидкостей при их регенерации, а также непосредственно при эксплуатации машин.
Известна полнопоточная центрифуга с вихревым приводом [Патент на изобретение RU 2725791 C1, В04В 1/02, В04В 3/00, В04В 9/06. Полнопоточная центрифуга с вихревым приводом / Снежко А.В., Снежко В.А. - заявка: 2019135898; 07.11.2019; опубл. 06.07.2020. Бюл. № 19] для очистки жидкостей, содержащая корпус с основанием и крышкой, размещенный внутри него на подшипниках ротор, включающий барабан, колонку с каналами для подвода и отвода очищаемой жидкости, гидропривод турбинного типа, состоящий из направляющего аппарата, установленного в основании корпуса под ротором и рабочего колеса, прикрепленного к колонке ротора. Гидропривод представляет собой центробежную радиально-осевую турбину. Ее направляющий аппарат в виде вихревой камеры, имеет один или несколько тангенциальных входных каналов и формирует вращающийся и конически расходящийся поток на выходе из центрального отверстия. Рабочее колесо турбины имеет лопатки и каналы проточной зоны, расположенные под тем же углом конусности. Через них поток вводится во внутреннюю область ротора через систему отверстий в колонке. Вывод очищенной жидкости из ротора осуществляется через нижний шип колонки, размещенный в центральной нерабочей зоне вихревой камеры.
К недостаткам этой центрифуги можно отнести то, что весь поток жидкости, используемый в гидроприводе, подлежит очистке. Как показали расчеты и проведенные эксперименты, для эффективной работы вихревого гидропривода, обеспечения им высокой частоты вращения ротора требуется достаточно большой расход жидкости.
При этом время пребывания загрязненного потока в центробежном поле ротора снижается, что отрицательно сказывается на сепарационной эффективности центрифуги. Кроме того, осевая скорость очищаемого потока в сепарирующей полости ротора может быть весьма значительной, что может привести к смыву осажденных загрязнений с внутренних стенок ротора.
Поэтому цель изобретения состоит в повышении эффективности сепарации путем регулирования расхода очищаемой жидкости через зону сепарации ротора при неизменном и необходимом для получения высокой скорости вращения расходе через вихревой гидропривод.
Эта цель достигается тем, что поток жидкости, используемый в гидроприводе, на выходе из турбинной ступени разделяется. При этом часть жидкости направляется на очистку в сепарирующую полость ротора, и ее расход может регулироваться. Другая часть сливается из центрифуги обратно в заборную емкость.
В этой связи предлагается центрифуга с вихревым гидроприводом, представляющим собой радиально-осевую центробежную турбину с направляющим аппаратом в виде вихревой камеры и рабочим колесом с лопатками и каналами, расположенными под углом конусности потока, истекающего из направляющего аппарата. На выходе из каналов рабочего колеса турбины жидкость разделяется на два потока. Один поток направляется на очистку в полость ротора через отверстия в его днище и затем выводится через верхнюю опору с возможностью регулирования расхода дросселированием. Другой поток через дополнительные каналы в рабочем колесе и нижний шип ротора, размещенный в непроточной полости вихревой камеры сливается без очистки обратно в заборную емкость.
На фиг. 1 представлена схема центрифуги, на фиг. 2 - разрез вихревой камеры, на фиг. 3 - разрез рабочего колеса турбины и два его вида.
Центрифуга состоит из корпуса 1, его основания 2, крышки 3 с верхней опорой 4, установленного в них в подшипниках 5 ротора, включающего колонку 6 и барабан 7, скрепленных гайкой 8. В основании 2 корпуса 1 размещена вихревая камера 9 направляющего аппарата турбины гидропривода с несколькими тангенциальными входными каналами. Через ее центральную нерабочую зону проходит нижний шип колонки ротора, опирающийся на подшипник 5. В нижней части колонки 6 установлено коническое рабочее колесо турбины 10 с радиальными каналами прямоугольного сечения. Колесо зафиксировано на валу колонки коническим фланцем 11, который вместе с каналами образует проточную зону центробежной радиально-осевой турбины. На периферии рабочего колеса турбины 10, при выходе из его каналов между днищем колонки 6 и фланцем 11 образована периферийная кольцевая полость 12. Она соединяется с сепарирующей полостью ротора рядом отверстий 13, расположенных соответственно напротив выхода из каждого канала турбины. Кроме того, на торце рабочего колеса выполнены секторальные каналы 14, разделенные радиальными ребрами 15 (фиг. 1, 3). Благодаря им обеспечивается соединение периферийной кольцевой полости 12 на выходе из турбины с приосевой кольцевой камерой между рабочим колесом турбины 10 и колонкой 6 и далее с центральным выводным каналом в нижнем шипе колонки, расположенном в непроточной зоне вихревой камеры 9.
Жидкость из сепарирующей полости ротора выводится через систему радиальных каналов, образованных крышкой барабана 7 и колонкой 6, центральное сверление в верхнем шипе колонки и верхнюю опору 4 ротора. В магистрали на выходе из верхней опоры установлен вентиль 16 для регулирования расхода очищаемой жидкости.
Кроме того, в основании 2 корпуса центрифуги выполнен дренажный канал 17 для отвода утечек жидкости через цилиндрические уплотнения вихревой камеры 9 с коническим фланцем 11 рабочего колеса турбины 10, а также верхнего шипа колонки 6 с верхней опорой 4.
Центрифуга работает следующим образом. Очищаемая жидкость из заборной емкости насосом под давлением подается на периферию вихревой камеры 9 (фиг. 1, 2). Пройдя тангенциальные каналы вихревой камеры 9, поток закручивается и растекается коническим слоем из ее верхнего центрального отверстия, попадая в радиальные каналы рабочего колеса турбины 10. При этом закрученный поток взаимодействует с лопатками колеса турбины 10 и приводит ротор во вращение. На выходе из каналов турбинной ступени в периферийной кольцевой полости 12 поток разделяется на две части.
Одна часть жидкости через отверстия 13 в днище колонки поступает в сепарирующую полость ротора и устремляется вверх вдоль оси его вращения. В верхней части ротора очищенная в центробежном поле жидкость через радиальные каналы между колонкой 6 и крышкой барабана 7 собирается в центральное сверление верхнего шипа, откуда через верхнюю опору 4 ротора выводится наружу.
Другая часть жидкости из периферийной кольцевой полости 12 через секторальные каналы 14 (фиг. 1, 3) между рабочим колесом турбины 10 и днищем колонки 6 поступает в приосевую кольцевую камеру рабочего колеса турбины 10. Далее через радиальные сверления попадает в центральный канал нижнего шипа колонки 6 и выводится через отверстие в основании 2 корпуса центрифуги обратно в заборную емкость.
Баланс между расходами двух потоков жидкости на выходе из турбинной ступени гидропривода: очищаемой и возвращаемой обратно в заборный бак регулируется вентилем 16. Это позволяет изменять продолжительность очистки и ее эффективность в зависимости от физических свойств жидких неоднородных систем, состава и степени их загрязнения. При этом общий расход жидкости реализуемой в вихревом гидроприводе остается неизменным и необходимым для заданной скорости вращения ротора.
Полнопоточная центрифуга с вихревым приводом и регулируемым потоком очищаемой жидкости, содержащая корпус с основанием и крышкой, размещенный внутри него на подшипниках ротор, включающий барабан, колонку с каналами для подвода и отвода очищаемой жидкости, гидропривод турбинного типа, состоящий из направляющего аппарата, установленного в основании корпуса под ротором и рабочего колеса, прикрепленного к колонке ротора, причем гидропривод представляет собой центробежную радиально-осевую турбину; ее направляющий аппарат в виде вихревой камеры имеет один или несколько тангенциальных входных каналов и формирует вращающийся и конически расходящийся поток на выходе из центрального отверстия, рабочее колесо турбины имеет лопатки и каналы проточной зоны, расположенные под тем же углом конусности, отличающаяся тем, что на выходе из каналов рабочего колеса турбины жидкость разделяется на два потока - один поток направляется на очистку в полость сепарации ротора через отверстия в его днище и затем выводится через верхнюю опору с возможностью регулирования расхода дросселированием, другой поток через дополнительные каналы в турбинном колесе и нижний шип ротора, размещенный в непроточной полости вихревой камеры, сливается без очистки обратно в заборную емкость.
