Классификация жидкостных центробежных сепараторов по технологическому назначению.

По технологическому назначению жидкостные центробежные сепараторы делятся на пять типов:

• сепараторы - разделители – для разделения двух взаимно нерастворимых жидкостей с одновременным выделением твердого компонента (если он присутствует);

• сепараторы - очистители – для выделения твердого компонента из жидкости;

• сепараторы - очистители- разделители – для работы в качестве очистителей и разделителей (в зависимости от сборки ротора);

• сепараторы – сгустители – для повышения концентрации твердого компонента с одновременным разделением продукта (если это эмульсия);

• сепараторы – классификаторы – для классификации твердого компонента суспензий по размерам или плотности частиц.

Условные обозначения жидкостных центробежных сепараторов.

Условные обозначения жидкостных центробежных сепараторов – формируются в соответствии с отраслевым стандартом ОСТ 26-01-1325 – 75.

Первая буква обозначает технологическое назначение сепаратора:

Р – разделители; О – очистители; У - очистители –разделители; С – сгустители; К – классификаторы.

Вторая буква обозначает способ вывода жидких фаз из ротора:

О – свободный слив; Д – напорное устройство; К – комбинированный.

Третья буква обозначает способ выгрузки осадка из ротора:

Р – ручной; С – сопловой; В – принудительным открытием поршня;

Л – подвижным днищем; К – клапанный; Н – наружным поршнем.

Две цифры после букв – наружный диаметр ротора (см); следующая цифра – исполнение сепаратора по степени изоляции обрабатываемого продукта и взрывозащищенность машины: 1 – негерметизированное;

2 - негерметизированное со взрывозащищенным электрооборудованием;

3 – герметизированное взрывозащищенное; 4 – герметизированное для работы под давлением; 5 – с обогревом или охлаждением негерметизированное; 6 - с обогревом или охлаждением негерметизированное со взрывозащищенным электрооборудованием;

7 – капсулированное; 8 – с герметизированным ротором; 9 – специальное.

Следующая буква за цифрой обозначает материал основных деталей ротора, соприкасающихся с обрабатываемым продуктом: У – углеродистая сталь; Л – легированная сталь;К – коррозионностойкая сталь; Т – титан и его сплавы; М – цветные металлы и их сплавы; П – пластмассовые покрытия;

Г – гуммированные покрытия; Э – эмалевые покрытия.

Последняя цифра – порядковый номер модели: 01 (1) – первая модель;

02 (2) – вторая модель; 03 (3) – третья модель и т.д. (цифра в скобках – старое обозначение сепаратора по отраслевой нормали ОН 26-01-67 – 67).

Конструктивные схемы жидкостных центробежных сепараторов различных типов и их приводов.

Рис. 181. Кинематическая схема жидкостного сепаратора:

1. р отор; 2- вал; 3- упругая опора; 4- винт винтовой передачи;

5- нижняя опора; 6- шестерня винтовой передачи; 7- счетчик оборотов;

8- горизонтальный вал; 9- подшипники вала; 10- фрикционная центробежная муфта; 11- электродвигатель.

Классическая кинематическая схема вертикальной компоновки жидкостного сепаратора приведена на рис. 181.В своей основе она сохранила черты первого молочного сепаратора, изобретённого и построенного во второй половине 19-го века шведским инженером-изобретателем Карлом Густавом Патриком де Лавалем. Чаще всего ротор сепаратора устанавливается на верхнем консольном конце двухопорного вала (веретена) и получает вращение через повышающую винтовую передачу. Смазка передачи осуществляется за счет разбрызгивания жидкого масла (масляного тумана). Ближайшая к ротору опора (горловая опора) обычно выполняется в виде упругой опоры, что приводит к снижению жесткости этой опоры, понижению собственной (резонансной) частоты вращения ротора и позволяет достичь режима самоцентрирования в закритической области его частот вращения. Ведомая (малая) шестерня винтовой передачи в ряде конструкций сепараторов может нарезаться непосредственно на веретене. Необходимо отметить, что специфической особенностью винтовой пары является не линия контакта (как в цилиндрической, косозубой, червячной и др. видах зубчатых передач), а точка. Благодаря этому свойству достигается постоянство зацепления в винтовой передаче при отклонении веретена от геометрической оси при возникновении вибропрогибов консольного вала. Другими словами центр зацепления у винтовой передачи является «плавающим».

Недостатком винтовой передачи следует считать ограниченную величину передаваемого крутящего момента, обусловленную малым допустимым контактным давлением, возникающим в точке зацепления винтовой пары.

Для облегчения работы винтовой пары и электродвигателя в момент пуска сепаратора с данной схемой привода применяется устройство в виде фрикционной центробежной муфты 10 (рис. 181), устанавливаемой на ведущем валу электродвигателя привода и облегчающей набор оборотов ротором сепаратора. Привод сепаратора с горизонтальным электродвигателем и повышающей винтовой передачей имеет сравнительно низкий КПД (0,7-0,8); обычно такой привод применяют для сепараторов с диаметром ротора до 630 мм. При больших диаметрах используют привод с вертикальным электродвигателем и клиноременной передачей. При высоких скоростях происходит интенсивное изнашивание клиновых ремней, поэтому в настоящее время чаще используют поликлиновые ременные передачи.

На рис. 182 приведены различные конструктивные варианты кинематических схем компоновки современных жидкостных сепараторов, их приводов и опор. Эти схемы в значительной степени определяют работоспособность, надежность и долговечность сепараторов. Принцип работы приведённых кинематических схем приводится в подрисуночных надписях.

Р ис.182. Конструктивные схемы приводов современных жидкостных сепараторов (во всех схемах используются упругие горловые опоры воспринимающие радиальные динамические

нагрузки):

а) осевые динамические усилия от винтовой передачи и инерционные силы от ротора и разделяемой жидкости воспринимаются дополнительно упругой осевой пружиной у нижней опоры;

б) то же с упругой осевой опорой, совмещенной с упругой горловой опорой;

в) винтовая передача смонтирована не на веретене, а на полом валу (на схеме не показан), установленном в независимых опорах на станине сепаратора и передающем вращение на веретено с помощью шарнирной кулачковой муфты в подшипнике. Полюс зацепления винтовой передачи в этом приводе является фиксированным;

г) в приводе используется гибкая (клиноременная или плоскоременная) передача с установкой на веретене массивного ведомого шкива;

д) привод сепаратора повышенной мощности (выше 30 квт) с использованием быстроходных шестеренчатых цилиндрических передач;

е) привод сепаратора с использованием быстроходной конической передачи и с применением шарнирной муфты для передачи крутящего момента на веретено;

ж) безверетенный привод с установкой электродвигателя на амортизаторах непосредственно на станине и креплением ротора сепаратора консольно на ведущем валу электродвигателя.

При осветлении суспензий жидкостные сепараторы работают либо периодически с ручной выгрузкой осадка, либо непрерывно с механизированной выгрузкой осадка. Сепараторы с коническими тарелками при разделении суспензий могут работать непрерывно. При разделении эмульсий в сепараторах с коническими тарелками режим работы как правило непрерывный, за исключением случаев, когда в эмульсиях содержатся частицы твердой фазы (трехфазные центрифуги).

Для оценки разделяющей способности жидкостных сепараторов с пакетом конических тарелок пользуются параметром «индекс производительности»∑, аналогичным используемому при оценке разделяющей способности осадительных центрифуг. Для рассматриваемого типа сепараторов индекс производительности ∑ определяется формулой:

∑= z t (м²),

где:

- количество тарелок в пакете;

- угловая скорость вращения ротора, рад/с;

- угол наклона образующей тарелки к горизонтали, град;

R_max – наружный радиус тарелки, м;

R_min – внутренний радиус тарелки, м.

Выражение ∑ получено теоретически и предусматривает ряд упрощающих допущений (поток жидкости по всей длине зазора между тарелками – ламинарный; влияние кориолисова ускорения и воздействие соседних частиц на движение частицы ничтожно и др.).

В сепараторах с коническими тарелками обрабатываемая жидкость подается по питающей трубе на донную часть ротора и заполняет его объем. Жидкость может поступать через отверстия на срединную часть тарелок (центральная подача, используемая при обработке эмульсий в сепараторах – разделителях) или в пространство между наружными краями тарелок и стенками ротора (периферийная подача применяется при обработке суспензий в сепараторах – очистителях) см. рис.182.1.

Рис. 182.1. Схемы работы жидкостных сепараторов с пакетами конических тарелок:

а – сепаратора-разделителя;

б – сепаратора-очистителя.

Тарелки разделяют жидкость на ряд потоков толщиной 0,3—1,5 мм, движущихся под углом 35—55° между тарелками в направлении к оси вращения ротора. Обработка жидкости происходит во всем объеме межтарелочного пространства; фугат (или легкая фаза эмульсии) направляется к каналам тарелкодержателя, а осевшие тяжелые частицы твердой фазы (или тяжелой фазы эмульсии) смещаются к периферии ротора и группируются в шламовом пространстве, где окончательно разделяются фазы. Применение тонкослойного осаждения привело к созданию высокопроизводительных сепараторов, используемых в самых разнообразных отраслях промышленности.

Сепараторы с ручной выгрузкой используют в химической промышленности только в особых случаях, так как непосредственный контакт обслуживающего персонала с обрабатываемым материалом нежелателен; предпочтительно применение сепараторов с автоматическим режимом работы.

Рабочий цикл сепараторов с периодическим режимом работы включает операции пуска, осаждения твердых частиц, торможения и выгрузки осадка; поэтому производительность этих сепараторов рассчитывают через время цикла.

Мощность привода работающего сепаратора определяют по общей методике. Однако, учитывая большую угловую скорость ротора сепаратора и его значительные размеры, мощность N_в кВт на трение ротора о воздух лучше определять по формуле:

где β = 1,85 — коэффициент сопротивления; ω — угловая скорость ротора; F_i — площадь участков наружной поверхности ротора с близкими геометрическими размерами; n — число участков с близкими размерами; R_cp— средний радиус участка наружной поверхности; ρ_в =1,3 кг/м³—плотность воздуха. Мощность N определяют и через сумму произведений

F_iR_cp , которые подставляют в приведенное выражение.

В справочной литературе приведены технические характеристики сепараторов. Выгрузка осадка в тарельчатых сепараторах может быть ручной, сопловой, с подвижным днищем, с промежуточным отсекающим устройством и др.

Сепараторы с механической выгрузкой осадка применяют для обработки низкоконцетрированных суспензий (концентрация не более 5 %) с тонкоизмельченной твердой фазой или эмульсий при разности плотностей фаз больше 3 %; осадок может иметь конечную влажность 80—85 %. Сепараторы используют для очистки сточных вод, различных эмульсий, электролитов, гидроокисей металлов, лекарственных растений, минеральных масел, нефтепродуктов и т.п. Изготовляют сепараторы с обычным электрооборудованием и с электрооборудованием во взрывозащищенном исполнении.