Конструкции центрифуг

Маятниковая центрифуги представляют собой аппараты пери­одического действия с вертикальным подвесным самоустанавли­вающимся ротором. Особенностью их конструк-ции является нижнее, расположение привода и наличие трехколонной шаровой подвески, которая обеспечивает самоустановление отклоняющихся от вертикальной оси масс. Благодаря этому данные центрифуги малочувствительны к неравномерному распреде-лению материала в роторе. К достоинствам этих центрифуг следует отнести также про-стоту конструкции, компактность, малую массу и низкую стои­мость. Применяют их для разделения суспензий со средне- и вы­сокодисперсной твердой фазой, широким интер-валом концентраций и склонных к неравномерному распределению дисперсной фазы при загрузке. Наиболее эффективно использование этих машин в малотоннажных производ-ствах для получения осадков с мини­мальной влажностью.

В зависимости от технологического назначения центрифуги этого типа выполняют фильтрующими и отстойными. Фильтрую­щие центрифуги изготавливают с ручной вы-грузкой через борт­ - МБ и через дно - ФМД, а также с механизированной (ножевой) вы-грузкой через дно - ФМН (рис. 9.). Ротор 3 прикрепляют к верхнему концу верти-кального вала, который вращается в под­шипниках качения, расположенных в корпусе 1 привода. Привод центрифуги осуществляют от электродвигателя или гидропривода через клиноременную передачу.

Фильтрующие центрифуги имеют перфорированный ротор, вы­ложенный изнутри дренажной и фильтровальной сетками или тканью (вместо фильтровальной сетки).

Суспензии средних концентраций подают в ротор обычно через отверстие в крышке кожуха на ходу машины. Суспензии высокой концентрации с абразивной твердой фазой загружают в непо­движный ротор до пуска центрифуги. Фильтрат и промывную воду отводят из кожуха через сливной штуцер 2. Остановку ротора производят тормозом после остановки двигателя.

В настоящее время созданы маятниковые центрифуги с меха­низированной (нижней и верхней) выгрузкой осадка.

Центрифуга типа ФМН (см. рис. 9.) имеет механизм среза осадка 4 с возвратно-поступательным движением ножа (скреб­ка 5). Скребок, находящийся в верхнем положении, при срезе осадка сначала поворачивается и врезается в осадок на всю его глубину, затем движется вниз до днища ротора. Срезаемый оса­док выгружается через днище ротора. При таком способе вы­грузки предотвращается затирание (закупоривание пор) осадка, остающегося на ситах по окончании его выгрузки, и нож испы­тывает меньшие усилия. Использование механизма среза с ши­роким поворотным ножом упрощает конструкцию центрифуги, поскольку нож совершает только одно движение: поворот вокруг оси, при котором осадок срезается по всей высоте ротора. Зати­рание осадка в этом случае можно уменьшить за счет срезания его при малых оборотах ротора.

Применение гидроприводов позволяет выполнять основные технологические операции (загрузку, отжим, промывку, выгрузку) при различных оптимальных частотах вращения ротора. Проведение разгрузки при малых частотах вращения ротора особенно важно, когда недопустимо разрушение кристаллов осадка.

Выгрузку достаточно рассыпчатых, не склонных к налипанию на поверхность труб осадков с влажностью не более 10 % можно произвести механико-пневматическим способом с одновременной их подсушкой (рис. 10.).

Основной элемент выгрузного устройства - раструб 1 отводя­щей осадок трубы 2 - вместе со скребком поворачивается вокруг вертикальной оси. Скребок врезается в осадок и отбрасывает его в раструб, где он подхватывается горячим воздухом и уносится в циклон 3. Воздух в ротор засасывается вентилятором 4 через калорифер 5.

Для выгрузки пастообразных осадков может быть использо­вано шнековое устройство, показанное на рис. 11. Шнековый выгружатель снабжен скребком, имеющим такую форму, благо­даря которой срезанный осадок отбрасывается в приемное устройство шнека. Вращательное движение наклонному шнеку передается от вертикального через коническую шестеренчатую пару.

Осадительные центрифуги типа ОМ отличаются от центрифуг типа ФМ только тем, что имеют сплошной ротор и устройство для отсасывания осветленной жидкости. В роторе центрифуг типа ОМ (рис. 12) на внутренней стороне обечайки вдоль образующей привариваются ребра 5, препятствующие проскальзыванию сус­пензии. Механизм отсоса 7 позволяет отводить жидкость с раз­личного расстояния от стенки ротора. С помощью гидромуфты 11осуществляется плавный пуск ротора, что предохраняет электро­двигатель от перегрузок.

Подвесные центрифуги. Особенностью их конструкции является наличие шарнирной подвески вертикального вала с ротором на нижнем конце, обеспечивающей самоцентрирование вращающейся массы. Благодаря этому подвесные центрифуги малочувствительны к неравномерной загрузке ротора. Их широко применяют для обра­ботки многих продуктов: сульфата аммония, хлорида натрия, бор­ной кислоты, гидр оксида бария и т. д.

Для примера рассмотрим центрифугу ФПН 1001У-l (рис. 13). Основными узлами ее являются ротор 13, привод 10,кожух с крышкой 12, тормоз 8 и металлоконструкция 1. Электродвига­тель б соединен с валом 11 центрифуги с помощью эластичной резиновой муфты 7. Вал в приводе закреплен на шарнирной опоре (поверхность корпуса подшип- ников 4 в месте соприкосновения с корпусом привода 5 имеет шаровую форму). Между корпусом привода и корпусом подшипников установлен резиновый аморти­затор 9, благо-

даря упругой деформации которого вращающийся вал может отклоняться от вертикаль-ного положения и тем самым обеспечивать самоуравновешивание вращающейся массы. Ротор центрифуги - цилиндрический с перфорированной обечайкой, вну­три выложен дренажным и фильтровальным ситами.

Загрузку центрифуги производят при пониженных оборотах ротора с помощью специального лотка 2, закрепленного на кожухе и входящего внутрь ротора. Выгрузку осуществляют при малых оборотах с помощью механизма среза осадка 3, устройство и прин­цип действия которого такой же, как и в центрифугах типа ФМН. Жидкость отводится через расположенный внизу кожуха штуцер.

Управление центрифугой полуавтоматическое, осуществляемое от станции управления через кнопочный пост.

Центрифуги ФПД по конструкции аналогичны центрифугам ФПН. Отличие состоит лишь в том, что в центрифугах ФПД нет механизма среза осадка, и имеется запорный конус, который за­крывает выгрузное отверстие ротора и тем самым предотвращает попа-дание неотфильтрованного продукта в бункер. Кроме того, запорный конус обеспечивает равномерное распределение суспен­зии по стенке ротора. Он свободно скользит по валу, и при вы­грузке осадка его поднимают вверх и закрепляют на специальном крючке.

Центрифуги типа ФПС предназначены для фильтрования сус­пензии, дающих средне- и крупнозернистые осадки хорошей сыпучести. Нижняя часть обечайки ротора этих центрифуг выполнена в виде конуса. Выгрузное отверстие ротора закрывается меха-ни­чески поднимаемым конусом. При остановке центрифуги осадок под действием силы тяжести сползает вниз по наклонной стенке обечайки. Таким образом предотвращается измельчение кристалл­ов при выгрузке из ротора. Дополнительно центрифуги могут быть снабжены трубой с форсунками (для подачи промывной воды) и датчиком уровня загрузки.

Центрифуги типа ОПН имеют сплошной цилиндрический ро­тор. Суспензия на его днище подается на полном ходу центрифуги, под действием центробежной силы она течет вверх вдоль стенок ротора, постепенно заполняя его. Излишек осветленной жидкости переливается через борт ротора в кожух или отсасывается по отводной трубке. Благодаря этому в роторе постоянно поддержив­ается определенный уровень жидкости. В бункер осадка жидкость не стекает, поскольку диаметр отверстия, образуемого кольцевым бортом, больше диаметра отверстия в днище.

Горизонтальные центрифуги с ножевой выгрузкой осадка так же, как и подвес-ные и маятниковые, являются аппаратами перио­дического действия. Фильтрующие центрифуги ФГН применяют для разделения суспензий с размерами частиц более 30 мкм, когда допускается их дробление. Основное преимущество этих центри­фуг заключается в возможности проведения всех стадий процесса в автоматическом режиме при постоянной частоте вращения ро­тора, недостаток - в измельчении кристаллов при срезе осадка и трудности регенерации фильтрующей перегородки при обработке суспензии с нерастворимой твердой фазой.

В центрифугах типа ФГН (рис. 16) суспензия через загру­зочный клапан 7 и питатель 10подается в ротор 5, заключенный в кожухе 4 центрифуги. Дозировка суспензии осуществляется ре­гулятором 5, позволяющим производить загрузку до получения слоя осадка заданной толщины. После загрузки ротора произво­дят отжим (просушку) твердой фазы, а затем промывку продукта водой, поступающей через промывной клапан 9. По окончании промывки повторяют операцию просушки.

Далее следует операция разгрузки. Маслонасосная станция 14 подает масло через блок электрогидравлических золотников 11 под поршень гидравлического цилиндра 3 механизма среза. Шток поршня постепенно поднимает раму ножа 2. Осадок срезается ножом, ссыпается в желоб 1 и выводится из центрифуги. Остаточ­ный слой осадка удаляют путем промывки (регенерации) фильт­рующей основы водой, которая подается через клапан 8 регенерации.

Фильтрат, промывная вода и жидкость регенерации по оче­реди отводятся из центрифуги через разделительный клапан 17.

 

Длительность всех операций контролирует реле времени, установленное на станции автоматического управления 12. Программа продолжительности и очередности операций

задается на пульте управления 13. Масло в гидросистему автоматики и в систему смазки подшипников подается маслонасосной станцией. Распреде­ление подачи масла к гидро-цилиндрам загрузочного, промывного, разделительного клапанов, клапана регенерации, регулятора за­грузки и механизма срезания осуществляет блок электрогидравлических золотников 11..

С целью уменьшения вибрационного воздействия на фунда­мент центрифугу уста-навливают на виброизолирующее устройство 15. Отводящие жидкость трубопроводы подсоединяются к центри­фуге через гибкие связи (сильфоны) 16. Для облегчения вы-грузки осадка желоб 1 снабжен вибратором 18.

Для срезания осадка в горизонтальных центрифугах приме­няют три типа механизма выгрузки: с возвратно-поступательным и поворотным движением скребка, с широким ра-диально переме­щающимся ножом, с широким поворотным ножом. Наибольшее распро-странение получил механизм среза с широким поворотным ножом благодаря простоте своей конструкции.

Выгрузка осадка механизмом срезания с возвратно-поступа­тельным и поворотным движением скребка осуществляется так же, как и в маятниковой центрифуге.

Центрифуги типа ОГН имеют сплошной ротор. В зависимости от способа отвода осветленной жидкости из ротора различают центрифуги с переливом фугата через борт и без перелива. В пер­вом случае осветленная жидкость переливается через борт и уда­ляется из кожуха центрифуги через штуцер, расположенный в нижней части кopпyca. При запол-нении ротора осадком загрузка центрифуги прекращается, производится отсос оставше-гося над осадком слоя жидкости и выгрузка осадка с помощью механизма среза. Во втором случае загрузка центрифуги прекращается после заполнения ротора суспензией, уровень которой контролируется сигнализатором уровня. Осветленная жидкость отводится из ро­тора с помощью трубы отсоса.

Центрифуги типа ФГН и ОГН выполняют: а) с расположением ротора между опо-рами; б) со сдвоенным ротором, расположенным между опорами; в) с консольным рас-положением ротора (рис. 15). Последние изготавливают с диаметром ротора до 1700 мм.

Горизонтальные центрифуги с пульсирующей выгрузкой осадка предназначены для разделения концентрированных суспензий с частицами размером более 0,1 мм. Оптимальное значение мас­совой доли твердой фазы в суспензии составляет 40-50 %. Цент­рифуги этого типа можно использовать для фильтрования таких продуктов, как сульфаты аммония и натрия, хлорид натрия, кар­бонат калия.

Достоинствами пульсирующих центрифуг являются непрерыв­ность процесса и высокая производительность при низком удель­ном расходе энергии, относительно малое. дробление кристаллов, хорошая степень обезвоживания осадка; недостатками - повышен­ный унос твердой фазы с фильтратом, низкая стойкость сит при обработке абразивных материалов.

Пульсирующие центрифуги могут быть одно-, двух- и много­каскадными. Общим

конструктивным признаком однокаскадных центрифуг является наличие внутри ротора толкателя, совершаю­щего возвратно-поступательное движение и продвигающего осадок вдоль сит к выгрузному краю ротора. У двухкаскадных центрифуг возвратно-посту-пательное движение совершает внутренняя обечайка ротора (первый каскад)..

Конструкция двухкаскадной пульсирующей центрифуги пока­зана на рис. 16. Центрифуга собрана на станине 9, отлитой из чугуна. На одном конце вала 7 закреплено днище с наружной обечайкой ротора 2, на втором установлен стакан гидроци­линдра 11, который одновременно является приводным шкивом. На одном конце штока 6, входящего внутрь ротора, смонтирован диск толкателя 14 с внутренней обечайкой ротора, на другом­поршень 10 гидроцилиндра. Внутренняя обечайка 3 образует пер­вый, а наружная 2 - второй каскад ротора. Кожух центрифуги 1 закреплен на фланце станины. Передняя часть кожуха является приемником 19 сухого осадка. Внутри кожух разделен вертикаль­ными перегородками, препятствующими смешению фильтрата с промывными водами. В нижней его части имеется штуцер, служа­щий для раздельного отвода промывных вод и фильтрата. В верх­ней части кожуха закреплена труба 18 подачи в ротор суспензии и труба 17 промывки осадка.

Масло в гидроцилиндр центрифуги подается от маслонасосной станции по трубопроводу через торцовую муфту 12, а сбрасывается из него во внутреннюю полость станины, в которой смонтирован змеевик для охлаждающей воды, через канал 8, просверленный по оси штока. Для предотвращения попадания масла в ротор шток имеет специальное уплотнение 5.

Наиболее важным узлом центрифуги является ротор. К восьми стоякам днища ротора 13, проходящим через овальные отверстия диска толкателя, с помощью болтов крепятся защитный конус 15 с опорным кольцом, к которому присоединяется конус 16. Обе­чайки перфорируются крупными овальными отверстиями. Внутрь их вставляются щелевидные колосниковые сита, которые с торца закрепляются прижимными кольцами.

Суспензия, подаваемая в центрифугу, под действием центро­бежной силы равномерно стекает по внутренней поверхности при­емного конуса 16 на поверхность сит каскада. При движении внут­ренней обечайки влево осадок на ситах второго каскада прижимым кольцом сдвигается и частично сбрасывается в приемник сухого осадка. При движении внутренней обечайки вправо осадок, находящийся на ситах первого каскада, наталкивается на опорное кольцо конуса 15 и сдвигается на сита второго каскада. Шток толкателя делает в минуту 25-45 двойных ходов.

 

В кольцевой желоб 4, приваренный к днищу ротора, по тру­бопроводу подается вода. Под действием центробежной силы через отверстия в днище и его стояках вода поступает в тыльную по­лость ротора, промывая ее и предотвращая зарастание опорного кольца, диска толкателя и стояков кристаллами.

Отечественная промышленность выпускает двух-, четырех- и шестикаскадные центрифуги. При одинаковом факторе разделе­ния ( = , где - угловая ско-рость ротора, рад/с; r - радиус ротора; r - радиус ротора; g - стандартное ускорение свободного падения) двухкаскадные центрифуги имеют большую производитель­ность (на 10-20 %), чем однокаскадные. Последние в настоящее время не изготавливают. В производстве неорганических веществ в основном применяют двухкаскадные центрифуги - как более надежные и простые по конструкции. Для крупнотоннажных со­левых про-изводств создана сдвоенная двухкаскадная пульсирую­щая центрифуга 2/2 ФГП 1201К-1. Производительность ее со­ставляет при разделении суспензии хлорида калия 30-40 т/ч (в зависимости от размера кристаллов и конечной влажности продукта).

Осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка являются аппаратами непрерывного действий (рис.17). Их общий конструктивный при-знак – горизонтальное положение неперфорированного цилиндроконического или кони-че­ского ротора 9 с соосно расположенным внутри него шнеком 8. Ротор и шнек вра-щаются в одном направлении, но с разными скоростями. Благодаря этому образующийся осадок перемещается шнеком вдоль ротора. Последний расположен на двух опорах 6, 11 и приводится во вращение от ротора центрифуги через планетарный редуктор 12. Ротор закрыт кожухом 3, имеющем штуцеры 10и 7 для отвода соответственно осадка и фугата.

Суспензия по питающей трубе подается во внутреннюю полость шнека, откуда через окна обечайки поступает в ротор. Под дей­ствием центробежной силы частицы твердой фазы (осадок) осе­дают на стенках ротора. Осадок транспортируется шнеком к вы­грузным окнам 2, а осветленная жидкость течет в противополож­ном направлении к сливным окнам 5. В зависимости от сочетания направлений движения в роторе осадка и жидкости различают центрифуги противоточные (см. рис. 17) и прямо­точные.

Технологический режим в центрифугах типа ОГШ можно регу­лировать, изменяя скорость подачи суспензии, частоту вращения ротора и диаметр сливного порога. Последний можно изменять с помощью сменных заслонок, а частоту вращения ротора ­путем смены приводных шкивов.

Центрифуги типа ОГШ применяют для разделения суспензии с объемной долей твердой фазы от 1 до 40 % и размером частиц более 5 мкм. Разность плотностей твердой и жидкой фаз должна быть более 200 кг/м^З. Центрифуги этого типа можно использовать также для классификации суспензий по крупности твердых частиц. В зависимости от технологического назначения их условно подраз­деляют на 3 группы: 1) осветляющие и классифицирующие; обезвоживающие; 3) универсальные.

О с в е т л я ю щ и е и к л а с с и ф и ц и р у ю щ и е центрифуги имеют одинаковое конструктивное исполнение и отличаются только назначением. Они характеризуются высокими значениями фактора разделения (>2400), отношения длины ротора к диаметру (> 2,2), производительности по суспензии. О б е з в о ж и в а ю ­щ и е центрифуги используют для разделения высококонцен­трированных грубых суспензий. Фактор разделения этих цен­трифуг до 3140, отношение длины ротора к диаметру менее 1,8.

Достоинствами центрифуг типа ОГШ являются: высокая про­изводительность при малых габаритах, непрерывность процесса, возможность использования их для обработки тонких суспензий различной концентрации. Недостатки: невозможность промывки осадка в машине, сравнительно быстрый износ шнека и ротора, невысокая степень обезвоживания осадка (влажность его прибли­зительно такая же, как после фильтрования на барабанных ва­куум-фильтрах). Техническая характеристика некоторых центри­фуг приведена в табл. 3.