Способы выгрузки осадка из роторов центрифуг

Выгрузка под действием силы тяжести. Выгрузка под действием силы тяжести является одним из наиболее старых способов и реализуется в центрифугах типа ФПС. Эти центрифуги применяются в химической промышленности (хотя наиболее распространены в сахарной). Основное достоинство выгрузки – отсутствие измельченного осадка. Центрифуги этого типа имеют цилиндроконический ротор, что облегчает перекрытие выпускного отверстия подъемным конусом.

Рисунок 3.3 – Схема гравитационной выгрузки осадка

Движение частицы массой m вдоль образующей конуса (рис. 3.3) будет иметь место, если сила, действующая вдоль образующей будет больше силы трения

, (3.5)

Из этого выражения получаем формулу для расчета необходимого угла между осью и образующей конуса

, (3.6)

где f – угол трения осадка о стенку ротора.

Чем выше число оборотов в период разгрузки, тем меньше значение должен иметь угол b, что конструктивно неудобно. При w = 0 tg b имеет максимальное значение, равное 1/ f. В центрифугах ФПС выгрузка осуществляется при полной остановке ротора, угол b равен 67°. Выгрузка осадка занимает 25 секунд при общей продолжительности 228 секунд.

Шнековая выгрузка осадка. Центрифуги со шнековой выгрузкой осадка имеют в роторе шнек, число оборотов которого на 0,65 ¸ 2 % отличается от числа оборотов ротора, что и обеспечивает сравнительно медленное движение осадка.

Шнековая выгрузка применяется как в осадительных, так и в фильтрующих центрифугах. Наличие шнека затрудняет промывку осадка в последних.

Недостатки шнековой выгрузки: а) осадок заметно измельчается; б) шнек довольно быстро изнашивается; в) наблюдается значительная, периодически усиливающаяся вибрация (когда складывается динамическая неуравновешенность шнека и ротора – при их определенном взаимном расположении).

Рисунок 3.4 – Шнековая выгрузка

1 – редуктор; 2 – ротор; 3 – шнек; 4 – барабан; 5 – ввод суспензии в ротор;
6 – выход осадка

Витки шнека могут выполняться сплошными или ленточными, укрепленными на стойках.

Шнековая выгрузка является одним из наиболее надежных, универсальных и широко применяемых способов.

Поршневая выгрузка осадка. В наиболее простом варианте поршневая выгрузка осадка выглядит следующим образом. Фильтрующий цилиндрический ротор 1 приводится во вращение с помощью полого вала 2. Суспензия подается внутрь ротора из питающей трубы 3. Образующийся на фильтрующей поверхности осадок выталкивается с помощью толкателя 4, который приводится в возвратно – поступательное движение штоком 5, связанным с гидроприводом. Распределительный конус 6, связанный жестко с толкателем, служит для равномерного распределения суспензии до периметру ротора. Длина хода толкателя невелика: 0,1 длины ротора, поэтому при прямом ходе толкатель сбрасывает примерно 0,1 имеющегося в роторе осадка (наиболее отжатого, а при обратном ходе освобождающийся участок сита заполняется суспензией из распределительного конуса 6. Кольцо 7 служит для разравнивания осадка, диаметр этого кольца определяет толщину осадка (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Поршневая выгрузка осадка

1 – фильтрующий ротор; 2 – полый вал; 3 – питающая труба; 4 – толкатель;
5 – шток; 6 – распределительный конус; 7 – кольцо

При проектировании центрифуг с поршневой пульсирующей выгрузкой учитывают следующее обстоятельство. Давление толкателя на осадок должно обеспечивать продвижение осадка вдоль образующей ротора с преодолением силы трения осадка о ротор. В то же время из механики грунтов известно, если давление на боковые грани сыпучего тела превосходит некоторое значение s₁, то происходит разрушение равновесия между частицами, частицы смещаются друг относительно друга с выпиранием массы вверх (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Соотношение сил при поршневой выгрузке осадка

Отсутствие такого выпирания определяется равенством

, (3.7)

где s₂ – напряжение, действующее перпендикулярно к направлению бокового давления; a – угол внутреннего трения данного сыпучего материала.

Необходимое усилие толкателя для преодоления силы трения осадка о ротор равно

, (3.8)

где z – рабочая длина ротора; f – коэффициент трения осадка о ротор; r и R – внутренний и наружный радиусы цилиндрического слоя осадка. Отсюда получаем

, (3.9)

Подстановка s₁ в неравенство (3.7) и представление разности квадратов в виде

, (3.10)

дает

, (3.11)

где h _ос – толщина осадка.

При использовании формулы (3.10) рекомендуют в числитель правой части вводить опытный поправочный коэффициент, равный 0,6 ¸ 0,7, который увеличивает точность формулы и отражает влияние неучтенных факторов (изменение угла внутреннего трения при уплотнении осадка под действием центробежной силы). С учетом этого имеем

, (3.12)

Таким образом, отсутствие вспучивания обеспечивается при достаточно большой толщине осадка и не очень большой длине барабана.

Современная тенденция развития центрифуг с пульсирующим поршнем – создание многокаскадных центрифуг (рис. 3.7).

Перемещение осадка осуществляется в первом каскаде – толкателем, во втором каскаде – закраинами ротора 2 и третьем каскаде – закраинами ротора 3.

Рисунок 3.7 – Трехкаскадная фильтрующая центрифуга с поршневой выгрузкой осадка

1 – толкатель; 2,3 – пульсирующие роторы; 4 – непульсирующий ротор; 5 – распределительный конус; I, II, III – каскады

Ножевой съем осадка. Ножевой съем осадка применяется в осади – тельных (ОГН) и фильтрующих (ФГН) автоматических центрифугах и некоторых других конструкциях. Особенностью машин ОГН, ФГН является периодичность выполнения операций, заданных программой автоматического управления, при непрерывном вращении ротора.

Широкое применение обусловлено их универсальностью, они могут использоваться в широком интервале дисперсности концентраций твердой фазы. При этом ФГН используется при дисперсности твердой фазы 30 ¸ 150 мкм, ОГН – при размере зерен 5 ¸ 40 мкм.

Применение фильтрующего ротора предпочтительно, так как осадок получается более сухой, имеется возможность его промывки, поэтому тип ФГН более распространен.

Из ротора осадительных центрифуг осветленная жидкость (фугат) удаляется путем перелива через борт или через специальную отстойную трубу. Применяется механизм среза нескольких типов: а) широким ножом, перемещающимся радиально; б) широким ножом (тоже на всю длину ротора), перемещающимся путем поворота на определенный угол, в) узким ножом, имеющим возвратно – поступательное движение вдоль ротора и, кроме того, совершающим вращательное движение.

Механизм ножевого среза, показанный на рисунке 3.8 состоит из рамы ножа 1, на которой закреплено режущее лезвие 2, двух направляющих колонок 3 (вдоль которых движется рама), штока 4 и гидропривода 5, прикрепленного к крышке кожуха центрифуг 6. Нож расположен в роторе 7. Ход ножа ограничен двумя электрическими концевыми выключателями, установленными на крышке кожуха. Срезанный ножом осадок попадает в разгрузочный бункер, расположенный в роторе, откуда он и выводится. Все винтовые крепления механизма среза должны быть хорошо затянуты и застопорены, особенно крепление лезвия.

Рисунок 3.8 – Ножевой съем осадка

1 – рама; 2 – режущее лезвие; 3 – две направляющие колонны; 4 – шток;
5 – гидропривод; 6 – кожух центрифуги; 7 – ротор

Недостатком ножевого съема является наличие не снимаемого с фильтрующей перегородки слоя осадка (между ней и ножом должен быть зазор во избежание механического повреждения сетки). Этот уплотненный слой повышает сопротивление фильтрации, поэтому предусматривается периодическое удаление уплотненного слоя (растворением).

Инерционная выгрузка осадка. При данном способе разгрузки осадка ротор имеет коническую форму, и разгрузка происходит под действием центробежной силы путем сползания осадка при вращении ротора к широкому основанию конуса. Условия движения материала характеризуются превышением движущей силы (составляющая центробежной силы, направленная вдоль образующей конуса) над силой трения. Рассмотрим схему движения материала при инерционной выгрузке в вертикальном коническом роторе, ориентированным широким основанием вверх.

Рисунок 3.9 – Инерционная выгрузка осадка

Условия движения материала определяются неравенством

, (3.13)

Откуда

, (3.14)

Анализ неравенства (3.9) показывает, что при достаточно больших числах оборотов, когда , необходимый угол b определяется значением коэффициента трения осадка о стенку ротора.

Недостаток: из–за колебания коэффициента f у различных продуктов угол b берется с запасом, что сокращает время пребывания материала в роторе. Более надежной оказывается принудительная транспортировка осадка в роторе за счет разных механизмов – шнека, поршня и т.д.

Вибрационная выгрузка осадка. Вибрационная выгрузка осадка имеет ряд преимуществ: при регламентированном времени пребывания осадка в роторе обеспечивается отсутствие измельчения осадка, снижается износ сит, улучшается фильтрация из–за разрыхления осадка при вибротранспортировке. Основными недостатками являются сложность конструкции (рис. 3.10), пониженная надежность вследствие тяжелых условий работы амортизаторов.

Рассмотрим условия движения материала в роторе центрифуги. На частицу материала массой m действуют силы: G_m – cила тяжести; G _ц – центробежная сила; G _и – сила инерции (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 – Условия движения осадка при вибрационной выгрузке

Предположим, что в рассматриваемый момент ротор поступательно движется вниз. При обратном направлении движения ротор будет поднимать частицы, преодолевая силу инерции, без относительного скольжения частицы по поверхности ротора.

Разложим упомянутые силы на составляющие, направленные вдоль оси конуса (обозначим их буквой Т) и направленные нормально к образующей конуса (обозначим их буквой N).

Условие движения частицы к широкому концу ротора

, (3.15)

Причем

(3.16)

После подстановки получим

, (3.17)

Для выгрузки осадка только под действием центробежной силы (без вибраций) при условии движения осадка вверх получим

, (3.18)

Следовательно

, (3.19)

Это означает, что использование осевых вибраций ротора позволяет уменьшить угол наклона стенок конического ротора к вертикальной оси и соответственно уменьшить диаметр ротора в широкой части при сохранении неизменным диаметра ротора в его узкой части. Кроме того, длина ротора может быть значительно уменьшена по сравнению с машинами с ц/б выгрузкой садка, т.е. вибрация способствует разрыхлению осадка, что ускоряет фильтрацию, поэтому, вибрационные центрифуги имеют сравнительно небольшие габариты.

Обычный угол наклона образующей конуса к вертикали у вибрационных центрифуг составляет 10°.

Таблица 3.1 – Сравнение виброинерционной центрифуги

Тип центрифуги	Производительность по углю, т/ч	Вес центрифуги, кг	Мощность, кВт	Занимаемая площадь, м^2	Высота, м
Инерционная					3,64
Вибрационная				5,8	1,43

Дата добавления: 2015-10-13