Патент на изобретение №2179894

(54) ВЫПУСКНОЕ УСТРОЙСТВО И ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР, СНАБЖЕННЫЙ ВЫПУСКНЫМ УСТРОЙСТВОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к оборудованию для разделения многокомпонентной жидкости под действием центробежной силы. Выпускное устройство содержит выпускной элемент (29), расположенный в камере (16) ротора (1) центробежного сепаратора, установленного с возможностью вращения вокруг оси (12). Выпускной элемент размещен с возможностью в процессе работы центробежного ротора поворота вокруг оси (26) таким образом, чтобы в различных положениях при повороте он находился в части камеры (16), свободной от жидкости и входа в слой жидкости через свободную поверхность. Выпускной элемент имеет выпускной канал с входным отверстием (30). Участок свободной поверхности слоя жидкости, в который входит выпускной элемент (29), расположен ниже по течению жидкости относительно точки пересечения продолжения прямой линии, проходящей от оси (12) вращения центробежного ротора через ось (26) поворота со свободной поверхностью слоя жидкости. Выпускное устройство содержит исполнительное средство (31), служащее для сообщения движения выпускному элементу (29) под действием регулирующей силы, образующейся при его повороте вокруг оси (26) в направлении от оси (12) вращения таким образом, чтобы выпускной элемент с входным отверстием (30) удерживался по меньшей мере частично в слое жидкости при изменении положения свободной поверхности жидкости. Изобретение обеспечивает снижение энергозатрат, а также возможность регулирования радиального положения поверхности жидкости. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к выпускному устройству для центробежного ротора, который может вращаться вокруг оси вращения и имеет камеру, в которой при вращении центробежного ротора находящаяся в камере жидкость приобретает форму, имеющую свободную поверхность, обращенную к/и окружающую ось вращения. Выпускное устройство содержит выпускной элемент, который образует выпускной канал с входным отверстием и который приспособлен в процессе работы центробежного ротора поворачиваться вокруг оси поворота, по существу, параллельной оси вращения и отстоящей от нее на некоторое расстояние так, что выпускной элемент может перемещаться в направлении к или от оси вращения центробежного ротора. При этом выпускной элемент выполнен с возможностью в различных положениях при повороте вокруг оси поворота простираться от свободной от жидкости части камеры и входить в слой жидкости через свободную от жидкости поверхность, и имеется исполнительное средство, предназначенное для приведения в действие выпускного элемента посредством регулируемой силы, стремящейся повернуть выпускной элемент вокруг оси поворота в направлении от оси вращения центробежного ротора, так что выпускной элемент, который испытывает воздействие сил со стороны слоя жидкости, а сам слой жидкости вращается вместе с центробежным ротором, удерживается вместе с впускным отверстием, расположенным по меньшей мере частично в жидком слое на различных радиальных уровнях свободной поверхности жидкости.

Выпускное устройство этого типа имеет то преимущество, что имеющий возможность перемещаться в радиальном направлении выпускной элемент может сопровождать радиальные движения свободной поверхности жидкости в центробежном роторе автоматически. По желанию эту особенность можно использовать для считывания и фиксирования радиального положения поверхности жидкости или же использовать только для минимизации расхода энергии, обусловленного выпускным элементом за счет его контакта с вращающимся слоем жидкости. Благодаря этому глубину погружения выпускного элемента можно поддерживать неизменной независимо от радиального положения поверхности жидкости.

Другим преимуществом использования выпускного элемента с возможностью радиального перемещения является то, что в случае необходимости выпускной элемент можно использовать для желаемого регулирования радиального положения поверхности жидкости.

Известные выпускные устройства этого типа описаны, например, в патентах Германии 656125 и 3940053 A1 и выполнены так, что они не могут максимально использовать преимущества радиально перемещаемого выпускного элемента. Оба из двух упомянутых известных выпускных элементов имеют форму, обуславливающую относительно большой расход энергии даже и в том случае, когда выпускные элементы имеют относительно небольшую глубину погружения во вращающийся слой жидкости. Более того, эти выпускные элементы так расположены, что оказываются неустойчивыми и ненадежными при использовании в качестве средств фиксирования уровня, особенно в случае резких нарушений в момент вращения слоя жидкости, например, при сильном качании или маятниковом движении центробежного ротора. Следствием упомянутых движений является достаточно быстрое появление изменений, возникающих в результате вращения слоя жидкости на самом выпускном элементе, а если иметь в виду конструкцию уже известных выпускных элементов, то это приводит к значительно большему погружению выпускного элемента в слой жидкости, чем это является желательным. Это может вызвать большие радиальные колебания выпускного элемента, которые не соответствуют радиальным движениям поверхности слоя жидкости и которые поэтому не отражают достоверной информации о фактическом радиальном положении поверхности слоя жидкости.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создать выпускное устройство, которое было бы свободно от всех отмеченных выше недостатков уже известных выпускных устройств, а также создать центробежный сепаратор с использованием такого выпускного устройства.

Эта задача решается тем, что в выпускном устройстве для центробежного ротора, вращающегося вокруг оси и имеющего камеру, в которой при вращении ротора образуется кольцевой слой жидкости со свободной поверхностью, обращенной к оси вращения и расположенной вокруг нее, содержащем выпускной элемент, который имеет выпускной канал с входным отверстием, и установлен с возможностью в процессе работы центробежного ротора поворота вокруг оси, по существу параллельной оси вращения и расположенной от нее на заданном расстоянии для перемещения выпускного элемента в направлении к оси вращения центробежного ротора и от нее, таким образом, чтобы в различных положениях при повороте вокруг оси он находился в части камеры, свободной от жидкости, и входа в слой жидкости через свободную поверхность, и исполнительное средство, служащее для сообщения движения выпускному элементу под действием регулирующей силы, образующейся при его повороте вокруг оси в направлении от оси вращения таким образом, чтобы выпускной элемент, преодолевая силы, воздействующие на него при помощи слоя жидкости, вращающегося вместе с центробежным ротором, удерживался вместе с входным отверстием по меньшей мере частично в слое жидкости при изменении положения свободной поверхности жидкости, согласно изобретению участок свободной поверхности слоя жидкости, в который входит выпускной элемент, расположен ниже по течению жидкости относительно точки (Р) пересечения продолжения прямой линии, проходящей от оси вращения центробежного ротора через ось поворота, со свободной поверхностью.

Желательно, чтобы входное отверстие в процессе работы центробежного сепаратора было расположено так, чтобы радиус, проведенный через ось вращения ротора и входное отверстие, образовывал угол между 80^o и 100^o, преимущественно примерно 90^o, с прямой линией, проходящей через ось вращения и ось поворота.

Целесообразно, чтобы выпускной канал имел такую длину, чтобы жидкость, поступающая во впускное отверстие во время работы центробежного ротора, была вынуждена изменять направление потока в выпускном канале таким образом, чтобы реакционная сила, возникающая при повороте выпускного элемента вокруг оси в направлении к оси вращения центробежного ротора, воздействовала на выпускной элемент.

В предпочтительном варианте выполнения выпускной элемент имеет наружную стенку, предназначенную для контакта с указанным слоем жидкости, при этом по меньшей мере часть этой наружной стенки наклонена относительно направления вращения слоя жидкости таким образом, чтобы выпускной элемент на наклонном участке своей наружной стенки испытывал воздействие подъемной силы, образуемой вращающимся слоем жидкости и направленной противоположно регулируемой силе.

При этом желательно, чтобы наружная стенка выпускного элемента образовывала угол менее 10^o со свободной поверхностью жидкости в камере на площади наружной стенки, контактирующей со слоем вращающейся жидкости в камере.

Возможно, чтобы исполнительное средство содержало пружину, приводящую в действие выпускной элемент при помощи регулируемой силы.

Желательно также, чтобы выпускной элемент был установлен на выпускной трубе, при этом по меньшей мере какая-то часть последней была бы расположена коаксиально оси поворота и параллельно оси вращения, а выпускной канал выпускного элемента сообщался с полостью трубы.

Предпочтительно при этом, чтобы выпускной элемент составлял часть выпускной трубы.

Поставленная задача решается и тем, что в центробежном сепараторе, содержащем центробежный ротор, установленный с возможностью вращения вокруг оси и имеющий камеру, в которой при вращении ротора образуется кольцевой слой жидкости со свободной поверхностью, обращенной к оси вращения и расположенной вокруг нее, и снабженный выпускным устройством для отвода жидкости из камеры, согласно изобретению выпускное устройство выполнено согласно тому, как это изложено выше.

В выпускном устройстве, согласно изобретению, радиально подвижный выпускной элемент можно автоматически заставить точно следовать радиальным движениям свободной поверхности вращающегося слоя жидкости, и в то же время удерживать его с высокой степенью точности погруженным на минимальную глубину в слой жидкости, причем независимо от того, протекает жидкость через выпускное устройство или нет.

Согласно наиболее простому варианту изобретения выпускной элемент не вращается вокруг оси вращения ротора. Однако нет никаких препятствий для того, чтобы использовать изобретение в связи с выпускными элементами, которые могут вращаться вокруг оси вращения ротора со скоростью, которая будет отличаться от скорости вращения самого ротора.

В пределах объема изобретения выпускному элементу можно придать форму очищающего элемента, например элемента, который может трансформировать вращательное движение жидкости в камере в энергию давления в момент, когда жидкость выгружается из камеры. Однако это совсем не обязательно. С другой стороны, выгрузка жидкости из камеры через выпускной элемент может осуществляться только в присутствии давления, которое преобладает в жидкости камеры и которое было образовано в результате вращения жидкости.

Ниже изобретение будет описано детально со ссылками на сопровождающие описание чертежи, которые иллюстрируют один из вариантов изобретения.

Фиг. 1 схематически изображает часть центробежного ротора в продольном разрезе с выпускным устройством, согласно изобретению;
фиг. 2 изображает выпускную часть показанного на фиг.1 центробежного ротора и выпускное устройство, согласно изобретению;
фиг.3 изображает часть выпускного устройства, согласно изобретению.

На фиг. 1 схематически изображена часть симметричного вращаемого центробежного ротора в продольном разрезе. Центробежный ротор имеет корпус 1 ротора, который удерживает внутри себя тарелкодержатель 2 и камеру 3 разделения.

Тарелкодержатель 2 имеет плоскую кольцеобразную часть 4, верхнюю конусообразную часть 5 и нижнюю конусообразную часть 6. Камера 3 разделения имеет цилиндрические перегородки 7, две плоские кольцеобразные перегородки 8 и 9 и конусообразную перегородку 10. Между конусообразной перегородкой 10 и нижней конусообразной частью 6 тарелкодержателя расположен пакет сепарационных тарелок 11 в форме усеченного конуса, с помощью которых образующие интервал элементы (не показаны) удерживаются на определенном аксиальном расстоянии друг от друга.

Корпус 1 ротора, тарелкодержатель 2, камера 3 разделения и сепарационные тарелки 11 могут вращаться вместе вокруг центральной оси 12 вращения.

По центру ротора и с помощью тарелкодержателя 2 образована впускная камера 13. Вокруг тарелкодержателя между ним и корпусом 1 ротора образована сепарационная камера 14. Радиально внутри цилиндрической перегородки 7 аксиально между кольцеобразными перегородками 8 и 9 образована нижняя выпускная камера 15. Над кольцеобразной перегородкой 8, между ней и корпусом 1 ротора, образована верхняя выпускная камера 16.

Впускная камера 13 сообщается с сепарационной камерой 14 через несколько расположенных радиально или иным способом простирающихся каналов 17. Сепарационная камера 14 сообщается с нижней выпускной камерой 15 через выпускное отверстие 18 перелива, ограниченное внутренней кромкой кольцеобразной перегородки 9, и с верхней выпускной камерой 16 – через несколько каналов 19.

Стационарная впускная труба 20 входит в корпус 1 ротора сверху и открыта на своем нижнем конце в сторону впускной камеры 13. Верхняя часть впускной трубы 20 концентрично окружена выпускной трубой 21. Две трубы 20 и 21 образуют между собой кольцеобразный выпускной канал 22. На своем нижнем конце выпускной канал 22 сообщается с внутренней частью очищающего элемента 23, который расположен в нижней выпускной камере 15.

Еще одна выпускная труба 24 поддерживается с помощью опоры 25 выпускной трубой 21 таким образом, чтобы она могла поворачиваться вокруг оси 26 поворота, ориентированной параллельно и расположенной на определенном расстоянии от оси 12 вращения ротора. Выпускная труба 24 соединена с выпускным трубопроводом 27, в котором расположен запорный клапан 28.

Форма выпускной трубы 24 лучше всего видна на фиг.2. На этом чертеже видно, что нижняя часть выпускной трубы 24, которая расположена в выпускной камере 16, образует дугообразный выпускной элемент 29, который охватывает часть выпускной трубы 21 и имеет входное отверстие 30 на боковой стороне, обращенной в противоположную сторону от оси вращения ротора.

Часть выпускной трубы 24, ориентированная параллельно оси 12 вращения ротора, поддерживает пружину 31. Пружина 31 выполнена из упругой нити, которая несколькими витками охватывает выпускную трубу 24 и одним своим концом 32 жестко закреплена на выпускной трубе 24, а другим концом 33 упруго прилегает к выпускной трубе 21. Пружина 31 таким путем приспособлена для приведения в действие выпускной трубы 24 с помощью управляемой силы в направлении против часовой стрелки оси поворота 26, если смотреть сверху и с ссылкой на фиг. 1. Следовательно, пружина 31 будет отжимать выпускной элемент 29 от оси 12 вращения ротора в выпускной камере 16.

Стопор (не показан) предназначен для ограничения поворота выпускной трубы 24 против часовой стрелки, чтобы тем самым исключить вхождение в контакт выпускного элемента 29 с корпусом 1 ротора в выпускной камере 16. В случае необходимости можно использовать средство для ограничения поворота выпускной трубы 24 в направлении против часовой стрелки в любом желаемом положении выпускного элемента 29, однако затем выпускной элемент 29 должен иметь возможность перемещаться от каждой такой позиции ближе к оси 12 вращения ротора, преодолевая при этом сопротивление пружины 31.

На фиг.3 выпускной элемент 29 изображен в разрезе в плоскости, пересекающей ось 12 вращения ротора. Выпускной элемент 29 имеет канал 34, простирающийся от входного отверстия 30 до внутренней части выпускной трубы 24.

На фиг. 3 изображено также положение свободной поверхности 35 слоя жидкости, образованного в выпускной камере 16. Слой жидкости в выпускной камере 16, который ограничен свободной поверхностью 35 жидкости, будет вращаться в процессе работы центробежного ротора вокруг оси 12 вращения в направлении, обозначенном на этом чертеже стрелкой 36.

Выпускной элемент 29, который может поворачиваться вокруг оси 26 поворота, имеет внутреннюю стенку 37, которая обращена в сторону оси 12 вращения ротора, и внешнюю стенку 38, обращенную в сторону от упомянутой оси вращения. Входное отверстие 30 выпускного элемента расположено на внешней стенке 38.

Из фиг. 3 можно также видеть, что выпускной элемент 29 имеет на своей внешней стенке 38 выступ 39, входящий в слой вращающейся жидкости. Часть внешней стенки 38, на которой образовано входное отверстие 30, расположена радиально с внешней стороны поверхности 35 жидкости. Это обычно имеет место в области, расположенной ниже точки Р (см. фиг.3) на поверхности 35 жидкости, при этом точка Р расположена на продолжении прямой линии, проходящей через ось 12 вращения и ось 26 поворота выпускного элемента. Выше по течению жидкости входного отверстия 30 часть внешней стенки 38 выпускного элемента будет находиться в контакте со слоем вращающейся жидкости, тогда как остальная часть внешней стенки 38 располагается в свободной от жидкости части выпускной камеры 16. На фиг.3 можно видеть, что внешняя стенка 38 на участке ее контакта со слоем вращающейся жидкости имеет радиус кривизны, который лишь незначительно отличается от радиуса кривизны свободной поверхности 35 жидкости. Это означает, что упомянутая часть внешней стенки 38, находящаяся в контакте со слоем жидкости, образует угол с поверхностью 35 жидкости в контактной области, который будет очень небольшим, предпочтительно менее 10^o. Благодаря этому в зоне контакта внешней стенки 38 с вращающимся слоем жидкости будут возникать очень небольшие силы трения. Впускной элемент 29 будет плавать на свободной поверхности 35 жидкости после срабатывания пружины 31 относительно вращающегося тела жидкости.

Выступ 39, который частично определяет контур входного отверстия 30, обеспечивает возможность использования выпускного элемента 29 в качестве очищающего элемента, т. е. жидкость, протекающая через отверстие 30, может транспортироваться по каналу 34 и далее по выпускной трубе 24 частично с помощью движущейся энергии, накопленной жидкостью благодаря ее вращению в выпускной камере 16.

Однако следует иметь в виду, что настоящее изобретение не зависит от выпускного элемента 29, функционирующего в качестве очистительного элемента. Даже без выступа 39 выпускной элемент будет способен выгружать жидкость из выпускной камеры 16 через входное отверстие на внешней стенке 38 выпускного элемента. В данном случае это будет происходить только за счет давления жидкости, преобладающего в слое жидкости, вращающейся в выпускной камере 16 на глубине, где будет располагаться входное отверстие 30 как следствие воздействия пружины 31 по отношению к выпускному элементу 29 (проталкивая его вперед) и частично в слой жидкости.

Ниже более детально будет описано, как выпускное устройство, согласно изобретению, можно использовать в конструкции центробежного ротора, показанного на фиг.1 типа.

Предположим, что показанный на фиг.1 центробежный ротор должен будет использоваться для разделения двух жидкостей, имеющих различные плотности и образующих суспензию. Далее допустим также, что в этой суспензии очень небольшое количество относительно тяжелой жидкости, например воды, суспендировано в большом количестве относительно легкой жидкости, например масла.

Является предпочтительным еще до момента начала сепарации заполнить центробежный ротор (после достижения им заданной скорости вращения) заданным количеством предварительно сепарированной относительно тяжелой жидкости. По мере того как тяжелая жидкость вводится в ротор, она вытекает в радиальном направлении через внешнюю часть сепарационной камеры 14 на внешнюю кромку конусообразной перегородки 10.

После этого начинается подача суспензии через впускную трубу 20. Суспензия проходит от впускной трубы 20 через впускную камеру 13 и по каналам 17 попадает в сепарационную камеру 14, в которой она под действием центробежной силы разделяется на легкую жидкость и тяжелую жидкость. По существу цилиндрическая поверхность L раздела (см. фиг.1) образуется в сепарационной камере 14 между разделенными легкой и тяжелой жидкостями. Если отделенная тяжелая жидкость собирается в радиально самой крайней части сепарационной камеры вместе с каким-то количеством ранее присутствующей здесь жидкости, то отделенная легкая жидкость вытесняется радиально внутрь в сепарационной камере 14.

В итоге отделенная легкая жидкость в радиальном направлении достигает выпускного отверстия 18 и переливается в выпускную камеру 15. В итоге отделенная тяжелая жидкость достигает по каналам 19 выпускной камеры 16, где она образует свободную цилиндрическую поверхность, перемещающуюся радиально внутрь.

Выпускной элемент 29, расположенный в выпускной камере 16, удерживается с помощью пружины 31 в своей крайней в радиальном направлении позиции и его дальнейшее движение наружу исключается уже упоминавшимся стопорным элементом, взаимодействующим с выпускной трубой 24. На этой стадии операции сепарации находящийся в выпускном трубопроводе 27 клапан 28 закрывается.

После достижения поверхностью жидкости в выпускном канале 16 выпускного элемента 29 и продолжения своего перемещения в радиальном направлении внутрь, поскольку в этот момент клапан 28 закрыт, выпускной элемент 29 будет начинать плавать или “испытывать воздействие прибоя” на поверхности жидкости и, следовательно, будет поворачиваться по часовой стрелке вокруг оси 26 поворота во время непрерывного движения поверхности жидкости радиально внутрь. Следовательно, выпускной элемент 29 будет подвергаться воздействию подъемной силы со стороны жидкости, вращающейся в выпускной камере 16, где жидкость ударяется о наклонную внешнюю стенку 38 выпускного элемента 29. Этой подъемной силе противодействует регулируемая сила пружины 31, так что в течение всего времени выпускной элемент 29 удерживается в желаемом контакте со слоем вращающейся жидкости.

На фиг.1 посредством небольших треугольников показана граница свободной поверхности жидкости, образованная в различных камерах центробежного ротора в процессе выполнения операции сепарации. На этом чертеже можно видеть, что поверхность отделенной тяжелой жидкости в выпускном канале 16 расположена на несколько более удаленном расстоянии от оси 12 вращения ротора, чем поверхность отделенной легкой жидкости в сепарационном канале 14.

Положение поверхности жидкости в сепарационном канале 14 фиксировано и заранее определено положением выпускного перетока отверстия 18. Очищающий элемент 23 имеет размеры, обеспечивающие быструю выгрузку из выпускной камеры 15 всей отсепарированной жидкости, которая попадает в эту камеру из сепарационной камеры 14. Однако, как уже упоминали выше, поверхность жидкости в выпускной камере 16 все еще может свободно перемещаться радиально внутрь.

Поскольку отсепарированная тяжелая жидкость не может покидать центробежный ротор через выпускную трубу 24, то количество такой сепарированной жидкости будет увеличиваться в камере сепарации 14. Следствием этого будет то, что ранее упомянутая поверхность раздела L между отсепарированной легкой жидкостью и отсепарированной тяжелой жидкостью будет смещаться радиально внутрь в сепарационную камеру 14. Одновременно и по этой же причине свободная поверхность жидкости в выпускной камере 16 будет смещаться еще дальше радиально и внутрь.

Если поверхность L раздела уже достигает определенного уровня в сепарационной камере 14, будет ухудшаться эффект сепарации в сепарационной камере и порции тяжелой жидкости будут сопровождать легкую жидкость из ротора через выпускную камеру 15 и выпускной канал 22. Этот момент можно зафиксировать, например, с помощью прибора для измерения диэлектрической постоянной, расположенного в потоке жидкости в выпускном канале 22.

После обнаружения тяжелой жидкости в выпускном канале 22 от блока управления центробежного сепаратора (не показан) автоматически поступает сигнал в к клапану 28 на открывание и удерживание в открытом положении в течение заданного периода времени. Сразу же после открытия клапана 28 выпускной элемент 29 начинает проводить отсепарированную тяжелую жидкость из выпускной камеры 16 через канал 34 и дальше через выпускную трубу 24 в выпускной трубопровод 27 и в приемник для этой жидкости.

Переток тяжелой жидкости из выпускной камеры 16 заставляет новую порцию жидкости течь в камеру сепарационной камеры 14 через каналы 19, после чего поверхность L раздела перемещается радиально наружу.

По истечении указанного периода времени, а следовательно, и после закрытия клапана 28 поверхность L раздела вновь устанавливается в непосредственной близости, но все еще находится в радиальном направлении в пределах внешней кромки конусообразной перегородки 10. Операция сепарирования продолжается в течение всего уже описанного цикла, но теперь поверхность L раздела вновь начинает медленно перемещаться радиально внутрь до тех пор, пока клапан 28 не будет закрыт повторно.

Во время описанного процесса выпускной элемент 29 после того, как он войдет в контакт с поверхностью жидкости в выпускной камере 16, сперва перемещается радиально внутрь до момента открытия клапана 28, а затем перемещается радиально наружу, тогда как отсепарированная тяжелая жидкость выпускается из упомянутой камеры. Движение выпускного элемента 29 радиально наружу заканчивается сразу же после закрытия клапана 28, т.е. упоминавшийся ранее стопорный элемент бездействует, после чего выпускной элемент продолжает плавать или “испытывать воздействие прибоя” на свободной поверхности жидкости в выпускной камере 16. Следовательно, в течение всего цикла и независимо от положения в выпускной камере 16 уже образованной поверхности жидкости выпускной элемент 29 уже имеет по существу равную по размеру часть своей поверхности, находящуюся в контакте со слоем жидкости, который вращается в выпускной камере 16. Другими словами, решена проблема, связанная с радиальными перемещениями поверхности жидкости в выпускной камере, в которой устанавливается радиально неподвижный выпускной элемент.

В этой связи следует упомянуть о том, что настоящее изобретение дает положительное решение проблемы в связи с операцией сепарации, которая описана в патенте США 4525155 и в процессе которой, как уже было упомянуто выше, отсепарированная тяжелая жидкость должна будет выгружаться из выпускной камеры периодически. Следует также напомнить, что эта проблема ранее положительно решалась иным путем, который детально описан в патенте США 4622029 и который предусматривает циркуляционную перекачку жидкости в области выпускного канала 16. Циркуляционная перекачка такого типа связана с определенными недостатками, которые исчезают сами собой в случае использования настоящего изобретения.

Описанная выше операция сепарации является лишь одной из многих, в процессе осуществления которой можно использовать преимущества выпускного устройства, согласно настоящему изобретению. Ниже кратко опишем это преимущество.

Центробежный ротор типа, схематически показанного на фиг.1, обычно имеет одно дополнительное выпускное устройство. Это выпускное устройство расположено на самой внешней в радиальном направлении части ротора и предназначено для прерывистой разгрузки из сепарационной камеры тяжелых твердых частиц, выделенных здесь. Ротор, имеющий выпускное отверстие этого типа, описан в одном из патентов США 4525155 и 4622029.

В обычном центробежном роторе упомянутого типа отсепарированная тяжелая жидкость выводится из ротора непрерывно, так же как и легкая отсепарированная жидкость, т. е. непрерывисто, как это было указано в связи с фиг.1. Если обе отсепарированные жидкости выводятся из ротора непрерывно, то в этом случае радиально неподвижные выпускные элементы не создают проблем одинаковой значимости в процессе выполнения операции сепарации, как в случае, когда одна из жидкостей выгружается прерывистым образом, так как радиальные движения поверхностей жидкости в выпускных камерах ротора являются относительно небольшими.

И тем не менее каждый раз, когда необходимо открыть периферийное выпускное устройство центробежного ротора для сепарированных тяжелых частиц, приходится сталкиваться с проблемой. Чтобы избежать ситуации, когда слишком большое количество отсепарированной легкой жидкости теряется через периферийное выпускное отверстие при каждом его открывании, рекомендуется наполнять сепарационную камеру полностью или частично отсепарированной тяжелой жидкостью до момента открытия периферийного выпускного устройства. Это выполняется таким образом, чтобы выпускное устройство для отсепарированной тяжелой жидкости обязательно закрывалось, после чего отсепарированная легкая жидкость смещается радиально внутрь и выводится через обычное центральное выпускное отверстие для легкой жидкости посредством прерывания обычной подачи суспензии в ротор и ее замены подачей только прежде отсепарированной тяжелой жидкостью.

В процессе такого смещения отсепарированной легкой жидкости происходит перемещение не только поверхности раздела между легкой жидкостью и тяжелой жидкостью в сепарационной камере радиально внутрь. Происходит смещение радиально внутрь также и поверхности отсепарированной тяжелой жидкости в выпускной камере для тяжелой жидкости.

За счет использования выпускного устройства, согласно настоящему изобретению, вместо обычного радиально неподвижного выпускного устройства в выпускной камере для отсепарированной тяжелой жидкости появляется возможность избежать того, чтобы перемещение поверхности жидкости в выпускной камере совсем не обязательно обуславливало большой расход энергии при вращении центробежного ротора и не обязательно вызывало образование высокого давления жидкости в выпускном трубопроводе для сепарированной тяжелой жидкости.

На фиг.3 кроме сплошной кольцевой линии с позицией 35 показаны две пунктирные кольцевой линии, которые концентричны ей. Пунктирные линии лишь показывают возможные альтернативные позиции для поверхности жидкости в выпускной камере 16.

Если выпускное устройство, согласно изобретению, используется в центробежном роторе, например, типа, изображенного на фиг.1, тогда его функцией является обеспечение непрерывного выпуска сепарированной жидкости из выпускного элемента, при этом выпускная труба 24 с помощью пружины 31 будет удерживаться напротив стопорного элемента, чтобы выпускной элемент 29 в момент выпуска жидкости из ротора находился все время на постоянном расстоянии от оси вращения ротора. Это предполагает, что в данном случае нет никакого препятствия для выпуска всей отсепарированной жидкости, входящей в выпускную камеру из сепарационной камеры. Следовательно, в данном случае положение выпускного элемента определяет положение свободной поверхности жидкости в выпускной камере. Выпускное устройство может быть снабжено оборудованием для удерживания выпускного элемента 29 с помощью пружины 31 в любом желаемом положении, посредством чего поверхность жидкости в выпускной камере можно будет удерживать на любом желаемом уровне независимо от размера потока жидкости в выпускную камеру. Выпускное устройство этого типа можно использовать, в случае необходимости, для изменения положения в процессе функционирования ротора для поверхности жидкости в выпускной камере и положения поверхности раздела L (см. фиг.1) в сепарационной камере ротора.

Настоящее изобретение описано выше только в комбинации с центробежным ротором, имеющим два центральных выпускных устройства для отсепарированных жидкостей. Однако выпускное устройство, согласно изобретению, можно использовать в качестве одиночного выпускного устройства в центробежном роторе, имеющем только одно центральное выпускное устройство для отсепарированной жидкости. Вполне понятно, что можно будет также использовать два выпускных устройства, согласно настоящему изобретению, в одном и том же центробежном роторе для выгрузки различных отсепарированных жидкостей.

Формула изобретения

1. Выпускное устройство для центробежного ротора (1), вращающегося вокруг оси (12) и имеющего камеру (16), в которой при вращении ротора образуется кольцевой слой жидкости со свободной поверхностью (35), обращенной к оси вращения и расположенной вокруг нее, содержащее выпускной элемент (29), который имеет выпускной канал (34) с входным отверстием (30), и установлен с возможностью в процессе работы центробежного ротора поворота вокруг оси (26), по существу параллельной оси (12) вращения и расположенной от нее на заданном расстоянии для перемещения выпускного элемента (29) в направлении к оси (12) вращения центробежного ротора и от нее, таким образом, чтобы в различных положениях при повороте вокруг оси (26) он находился в части камеры (16), свободной от жидкости, и входа в слой жидкости через свободную поверхность (35), и исполнительное средство (31), служащее для сообщения движения выпускному элементу (29) под действием регулирующей силы, образующейся при его повороте, вокруг оси (26) в направлении от оси (12) вращения таким образом, чтобы выпускной элемент, преодолевая силы, воздействующие на него при помощи слоя жидкости, вращающегося вместе с центробежным ротором, удерживался вместе с входным отверстием (30), по меньшей мере, частично в слое жидкости при изменении положения свободной поверхности жидкости, отличающееся тем, что участок свободной поверхности (35) слоя жидкости, в который входит выпускной элемент (29), расположен ниже по течению жидкости относительно точки (Р) пересечения продолжения прямой линии, проходящей от оси (12) вращения центробежного ротора через ось (26) поворота, со свободной поверхностью (35).

2. Выпускное устройство по п. 1, отличающееся тем, что входное отверстие (30) в процессе работы центробежного сепаратора расположено так, чтобы радиус, проведенный через ось (12) вращения ротора и входное отверстие (30), образовывал угол между 80 и 100^o, преимущественно примерно 90^o, с прямой линией, проходящей через ось (12) вращения и ось (26) поворота.

3. Выпускное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что выпускной канал (34) имеет такую длину, чтобы жидкость, поступающая во впускное отверстие (30) во время работы центробежного ротора была вынуждена изменять направление потока в выпускном канале (34) таким образом, чтобы реакционная сила, возникающая при повороте выпускного элемента (29) вокруг оси (26) в направлении к оси (12) вращения центробежного ротора, воздействовала на выпускной элемент (29).

4. Выпускное устройство по любому одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что выпускной элемент (29) имеет наружную стенку (38), предназначенную для контакта с указанным слоем жидкости, при этом по меньшей мере часть этой наружной стенки (38) наклонена относительно направления вращения слоя жидкости таким образом, чтобы выпускной элемент (29) на наклонном участке своей наружной стенки испытывал воздействие подъемной силы, образуемой вращающимся слоем жидкости и направленной противоположно регулируемой силе.

5. Выпускное устройство по п. 4, отличающееся тем, что наружная стенка (38) выпускного элемента (29) образует угол менее 10^o со свободной поверхностью (35) жидкости в камере (16) на площади наружной стенки (38), контактирующей со слоем вращающейся жидкости в камере.

6. Выпускное устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что исполнительное средство (31) содержит пружину, приводящую в действие выпускной элемент (29) при помощи регулируемой силы.

7. Выпускное устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что выпускной элемент (29) установлен на выпускной трубе (24), при этом, по меньшей мере, какая-то часть последней расположена коаксиально оси (26) поворота и параллельно оси (12) вращения, а выпускной канал (34) выпускного элемента сообщается с полостью трубы (24).

8. Выпускное устройство по п. 7, отличающееся тем, что выпускной элемент (29) составляет часть выпускной трубы (24).

9. Центробежный сепаратор, содержащий центробежный ротор (I), установленный с возможностью вращения вокруг оси (12) и имеющий камеру (16), в которой при вращении ротора образуется кольцевой слой жидкости со свободной поверхностью (35), обращенной к оси вращения и расположенной вокруг нее, и снабженный выпускным устройством для отвода жидкости из камеры (16), отличающийся тем, что выпускное устройство выполнено согласно любому из пп. 1-8.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.01.2003

Извещение опубликовано: 10.01.2005 БИ: 01/2005