Маятниковые центрифуги.

Маятниковые центрифуги получили свое название из-за колебательного движения масс системы во время их работы. Это движение напоминает колебания физического маятника. Типичная конструктивная особенность этих центрифуг — три подпружиненные колонки, на которых упруго подвешены основные узлы машины. Маятниковые центрифуги универсальны: их можно применять для обработки самых разнообразных продуктов с широким диапазоном свойств.

Базовая конструкция центрифуги позволяет использовать роторы из углеродистых и коррозионностойких сталей, углеродистых сталей с гуммированием, применять съемные кассетные роторы. Центрифуги можно выполнять герметизированными, а также использовать для обработки продуктов, создающих значительную неравномерность распределения нагрузок. Маятниковые центрифуги могут быть с верхней и нижней выгрузкой осадка (ГОСТ 8340—78). Обозначение маятниковых центрифуг отстойных ОМБ, ОМД и фильтрующих ФМБ, ФМД (соответственно с верхней ручной выгрузкой осадка через борт и с нижней выгрузкой через днище). Основные характеристики маятниковых центрифуг приведены в справочной литературе.

Рис.160. Маятниковая центрифуга ФМБ с ручной выгрузкой осадка:

1-ротор; 2-опорный вал; 3-крышка неподвижного кожуха; 4-блокировочный механизм; 5-опорные колонки; 6-приводной электродвигатель; 7-ведущий шкив; 8-опорная фундаментная плита; 9- ведомый шкив; 10-корпус подшипников; 11- станина.

Маятниковая центрифуга ФМБ с ручной верхней выгрузкой осадка (рис. 160) состоит из ротора 1, закрепленного на валу 2, крышки 3 кожуха, блокировочного механизма 4, трех литых опорных подпружиненных колонок 5, расположенных в горизонтальной плоскости под углом 120° одна относительно другой. Вращение ротора обеспечивает электродвигатель 6 через шкивы 7 и 9. Вал 2 крепится в подшип­никах, установленных в корпусе 10 подшипников станины 11. Все узлы центрифуги крепятся на опорной фундаментной плите 8.

С точки зрения вертикальной устойчивости вибрирующей системы маятниковой центрифуги (при возникновении вертикальных воздействий, обусловленных неравномерной загрузкой в ротор и другими трудноучитываемыми факторами) необходимым становится расчет амотризирующих пружин опорных тяг. Рассмотрим расчетную схему сил, действующих на амортизирующие прижины (см. рис. 160а). При этом необходимо учитывать, что соответствующий расчет силовых факторов носит приближенный характер вследствие загрубленности расчетной схемы и некоторой неопределенности исходных условий.

Рис 160а. Схема сил, действующих на пружины амортизаторов.

Силы, действующие на вибрирующую систему центрифуги (опорная плита, ротор, вал с опорами, двигатель, трансмиссия) следующие:

- центробежная сила, действующая на массу загружаемой среды; е- эксцентриситет загруженной массы по отношению к главной оси центрифуги zz;

Р - вес загрузки;

- общий вес подвешенной на опорных тягах системы (кожух, несущая плита, ротор с валом и его опорами, элементами трансмиссии, тормоз и т.п.)

- вес электродвигателя с кронштейном для его крепления, с ведущим шкивом;

Q - минимальная сила предварительного сжатия пружины опорной тяги, лежащей на оси ƒƒ.

Перечисленные силы стремятся повернуть опорную плиту с размещенными на ней вышеперечисленными деталями и сборочными единицами вокруг прямой линии, проходящие через нижние опорные поверхности опорных тяг подвески через точки А и В (ось nn).

Центробежная сила S, равномерно вращающаяся с рабочей угловой скоростью в плоскости, перпендикулярной главной оси машины zz, и изменяющаяся в соответствии с законом sinα, достигает максимума каждый раз, когда линия действия силы S проходит через ось ƒƒ. В этом положении сила S создает опрокидывающийся момент, действующий относительно оси nn. Он будет максимальным, напрвленным по часовой стрелке в плоскости чертежа (см. рис 160а). Вследствие этого край опорной плиты, опирающийся на опорную тягу С, будет стремиться приподняться, сжав пружину с усилием Q.

В условиях равновесия должно соблюдаться равенство опрокидывающих моментов относительно оси nn от всех вышеперечисленных сил. Тогда уравнение равенства опрокидывающих моментов относительно оси запишется в следующей форме (с учетом правила знаков):

Sh

откуда Q = .

Следует отметить, что при центробежном разделении суспензий и аналогичных сред чаще всего имеет место равномерное распределение осадка по внутренней поверхности ротора центрифуги, при этом эксцентриситет е стремится к нулю. Но в случае центробежной обработки штучных материалов, текстильных изделий и других аналогичных материалов целесообразно принимать на основании опытных данных е=0,04

Рассматривая характер изменения силы Q в процессе одного оборота следует отметить, что сжатие пружины начнется с определенного угла α, соответствующего значению силы относительно оси ƒƒ. Начиная с этого угла α сила Q начнет возрастать от значения Q=0 до максимального значения Q, определяемого вышеприведенной формулой, после чего начнет снижаться до значения Q=0 при положении силы S= , симметричному положению силы S= в промежутке между двумя «нулевыми» положениями пружин в зоне .

Следует отметить ряд преимуществ маятниковых центрифуг по сравнению с другими центрифугами периодического действия, в частности, по сравнению с вертикальными центрифугами с жескими опорами вала.

Это следующие преимущества:

• установка вибрирующей системы маятниковой центрифуги- ротора и консольного вала на несущей плите, подвешенной на подпружиненных тягях, существенно уменьшает жесткость такой системы, что снижает низшую критическую угловую скорость и позволяет эксплуатировать центрифугу в закритической зоне в условиях самоцентрирования;

• компактность маятниковой центрифуги, обусловленная частичным размещением консольной части вала в неиспользуемом внутреннем объеме ротора. Это уменьшает высоту машины, что крайне важно при разгрузке осадка через верхнюю крышку (борт);

• центр масс ротора, вала, опор, несущей плиты и электродвигателя привода находятся значительно ниже точек подвеса этой системы в опорных колонках, что делает вибрирующую систему устойчивой;

• пружины, аксиально установленные на тягах подвески, амортизируют возможные вертикальные толчки и вредные вибрации, переносимые на фундаменты или другие несущие поверхности здания.

По принципу действия маятниковые и вертикальные центрифуги аналогичны. При механизированной выгрузке осадок срезается ножом и через окна в днище ротора попадает в приемник осадка. В химической промышленности маятниковые центрифуги с верх­ней ручной выгрузкой осадка имеют ротор диаметром 400—1250 мм, а центрифуги с нижней выгрузкой — ротор диаметром 800—1600 мм; последние более перспективны, так как их проще автоматизировать.

Для среза и выгрузки осадка используют различные (рис. 160б) механизмы с поворотным ножом, при вращении которого относительно верти­кальной оси происходит срез осадка. Привод ножа может быть ручным, электромеханическим или гидравлическим.

Рис.160б. Механизмы среза осадка трёхколонных центрифуг с механической выгрузкой осадка через отверстие в днище ротора:

а-с широким радиально перемещающимся резцом: 1-резец; 2-траверса; 3-направляющая;4-электродвигатель; 5 и 7-муфты; 6-редуктор; 8-передача винт гайка; б-с широким поворотным резцом: 1-резец; 2-штанга; 3-отражатель; 4-подшипник; 5-корпус; 6-маховичок; 7-винтовая пара; в - с винтовым резцом: 1-резец; 2-штанга; 3-подшипник; 4-корпус; 5-шестерня; 6-рейка; 7- силовой гидроцилиндр; г-с винтовым узким резцом: 1-резец; 2-штанга; 3-подшипник; 4-корпус; 5 и 6-маховички; 7-рычаг; 8-зубчатое колесо; 9-винтовая пара;

Особенностью маятниковых центрифуг с нижней выгрузкой осадка является выполнение основных технологических операций (загрузки, центрифугирования, отжима, промывки, среза и выгрузки осадка) при различных, оптимальных для каждого типа суспензий значения частоты вращения ротора.

Рис. 161. Механическая маятниковая центрифуга ФМД с ножевым срезом осадка с помощью широкого поворотного ножа и нижней выгрузкой осадка:

1-фундаментная рама с опорными колодками; 2-ротор; 3-кожух; 4- механизм выгрузки осадка; 5-щелевой питатель;

6-электродвигатель главного привода ротора; 7-понижаюший червячный редуктор дополнительного электропривода ротора при срезе осадка; 8-электропривод ротора при срезе осадка; 9-опорная колонка; 10-шино – пневматический тормоз барабана; 11-бункер для сбора осадка .

На рис 161 показана конструктивная схема центрифуги ФМД с ножевым срезом и нижней выгрузкой осадка. Конструкция состоит из фундаментной рамы 1 с тремя подпружиненными колонками 9, перфорированного ротора 2, кожуха 3, механизма выгрузки осадка 4 с широким во всю высоту ротора поворотным ножом со сменным лезвием. Срез осадка проводится при пониженном числе оборотов – 70 обор/мин. Управление ножом в режиме среза осадка ручное с помощью маховика. Исходная суспензия подаётся в ротор через щелевой питатель с эластичными стенками 5. загрузка контролируется контактным указателем уровня флажкового типа. Электродвигатель главного привода центрифуги 6, двухскоростной, обеспечивает вращение ротора в режиме заполнения исходной суспензии при частоте вращения ротора 550 об/мин, а в режиме фильтрования, отжима и промывки осадка  при частоте вращения 1650 об/мин. Вращение ротора при пониженных оборотах в режиме среза осадка осуществляется с помощью дополнительного электродвигателя 8, передающего вращение на ведущий шкив с помощью обгонной муфты и понижающего червячного редуктора 7. торможение ротора осуществляется шино - пневматическим тормозом 10, приводимым в действие от источника сжатого воздуха давлением 0,4 – 0,6 МПа. Разгрузка полученного осадка осуществляется в бункер 11.

Известны попытки использовать для выгрузки осадка пневмомеханические устройства: во внутреннюю полость ротора вводят поворотный нож с полой опорой, которая соединена трубопроводом с вакуумной пневмосистемой. При срезании осадок засасывается в пневмосистему и попадает в циклон, где оседает на стенках. Очищенный от частиц осадка воздух или газ вновь подается вентилятором в ротор центрифуги, где поддерживается избыточное давление.

В заключение этого подраздела перечислим ряд последовательных операций, составляющих цикл фильтрующих ветрикальных и маятниковых центрифуг (с перфорированным ротором) периодического действия с ручной выгрузкой осадка. Для вышеперечисленных типов центрифуг в общем случае цикл слагается из следующих операций:

1. раскрутка незаполненного ротора до скорости, при которой производится загрузка в ротор исходной суспензии;

2. наполнение ротора исходной суспензий;

3. раскрутка заполненного ротора до рабочей скорости центрифугирования;

4. центрифугирование и промежуточный отжим осадка при рабочей скорости центрифугирования;

5. промывка осадка при рабочей скорости;

6. отжим осадка после промывки и (при необходимости) подсушка при рабочей скорости центрифугирования;

7. торможение ротора до скорости вращения, при которой происходит выгрузка осадка или до его полной остановки;

8. выгрузка осадка .

Для отдельных типов рассмотренных центрифуг возможны отличия в операциях цикла от приведенного выше, определяемых целью производства.

Следует отметить, что операции пуска и торможения в таких центрифугах являются непроизводительными (вспомогательными), уменьшающими коэффициент использования центрифуги, по этой причине при проектировании центрифуг рассматриваемого типа применяют электродвигатели повышенной мощности, малоинерционные пусковые устройства и элементы привода.

Для уменьшения времени торможения применяют эффективные тормозные системы с ручным и автоматическим управлением: ленточные тормоза, шинно-пневматические тормоза, а также используют так называемое рекуперативное торможение ротором основного электродвигателя посредством соответствующего переключения фаз питающей электросети.