Разработка мероприятий по защите от поломок центрифуги

Одним из распространенных промышленных способов разделения неоднородных жидких систем является центрифугирование, осуществляемое в специальных машинах - центрифугах.

В центрифугах происходят процессы отстаивания и фильтрации в поле центробежных сил, поэтому центрифуги — это более эффективные машины для разделения неоднородных жидких систем, чем рассмотренные отстойники и фильтры.

Первая центрифуга была сконструирована в 1877 г. В Германии Лефельдом. Принцип работы центрифуги заключается в том, что центробежная сила, возникающая при вращении ротора, смещает находящиеся в растворе частицы в направлении от оси вращения при условии , что плотность частиц превышает плотность раствора.

Фильтрующие центрифуги по способу выгрузки осадка подраз­деляют на инерционные, шнековые, вибрационные и вибрационно-пульсирующие. По расположению вала ротора центрифуги выпол­няют горизонтальными и вертикальными.

На углеобогатительных фабриках фильтрующие центрифуги применяют для удаления влаги из следующих продуктов: кон­центрата, промпродукта, шлама и флотоконцентрата. При центри­фугировании важную роль играет коэффициент трения f_тp. Уста­новлено, что коэффициент трения осадка с поверхностью ротора в фильтрующих центрифугах зависит от типа и характеристик об­рабатываемого угля, материала и чистоты обработки фильтрую­щей поверхности ротора, гранулометрического состава осадка, влажности и положения щели фильтрующего ротора по отноше­нию к направлению движения осадка. Коэффициент трения f_TP воздушно-сухого угля класса 0—13 мм с поверхностью ротора в зависимости от марки и гранулометрического состава угля колеб­лется от 0,19 до 0,55.

Центрифуги с инерционной выгрузкой осадка. Центрифуга ФВИ-100 состоит из корпуса 1, конического ротора 2, тороидальной вставки 3, питающего устройства 4, при­емников 5 и 6 соответственно для фугата и осадка. Вращение от электродвигателя 7 с помощью клиноременной передачи переда­ется на шкив 8, жестко связанный с ротором. Ротор, установлен­ный на упругих опорах 9, вращается вокруг неподвижного вала 10. По питающему устройству, футерованному плитами из каменного литья, обезвоживаемый материал поступает на днище ротора. Днище ротора для предохранения от износа прикрыто бронедиском, соединенным с тороидальной вставкой. Под действием центробежных сил, развиваемых во вращающемся роторе, суспензия отбрасывается к внутренним стенкам ротора. Осадок перемеща­ется по конической поверхности ротора к верхней его кромке и разгружается через нее. Жидкая фаза проходит через слой обра­зовавшегося осадка и стенки ротора, собирается в приемнике фугата и отводится из центрифуги.

В модернизированной центрифуге ФВИ-100 упрощена замена приводных ремней и тороидальной вставки.

Эксплуатация центрифуг ФВИ-100 показала, что они просты в обслуживании и обеспечивают достаточно высокие технологиче­ские показатели обезвоживания. Влажность обезвоженного про­дукта до 8 %.

Гипромашуглеобогащением и ИОТТ разработана и проходит промышленные испытания центрифуга с качающимся ротором. Центрифуга (рис. 45) состоит из электродвигателей 1 и 8, привод­ных шкивов 2 и 9, полого вала 3 и вала 10, наклонной головки 4, ротора 5, питающего устройства 6 и корпуса 7. Полый вал жестко связан с наклонной головкой, в которой укреплены подшипники с вращающимся ротором.

Вращение ротору передается через шкив и внутренний вал. В том же направлении передается вращение полому валу и на­клонной головке. Угол α между осью ротора и центральной осью центрифуги не превышает 5°. Угол наклона образующей ротора β не превышает угла трения обезвоживаемого осадка о ротор.

Исходное питание через загрузочное устройство поступает на днище вращающегося и качающегося ротора. Под действием центробежных сил материал отбрасывается к перфорированным стенкам ротора и обезвоживается. Осадок перемещается по внут­ренней поверхности ротора к его верхней кромке и разгружается в том месте ротора, в котором максимален угол наклона образую­щей конуса к центральной оси центрифуги, т. е. при γ₁ = α + β. В диаметрально противоположной части ротора осадок не пере­мещается, так как угол наклона образующей γ₂ меньше угла тре­ния. Зоны выгрузки и обезвоживания чередуются с частотой, рав­ной частоте угловых колебаний ротора.

Шнековые центрифуги применяют для обезвоживания труднотранспортируемых материалов с высоким содержанием в суспензии тонких частиц.

Исходное питание подают на верхнюю крышку вращающегося шнека 2 (рис. 46, а). Под действием центробежных сил обезво­живаемый материал отбрасывается и прижимается к внутренней поверхности перфорированного ротора 1. Жидкость фильтруется через слой осадка, проходит сквозь отверстия ротора и отводится в сборник фугата. Осадок движется по внутренней поверхности ротора благодаря разности угловых скоростей вращения ротора и шнека, а также частично в результате действия тангенциальной составляющей центробежной силы.

Центрифуга НВШ-1000 — непрерывно действующая, верти­кальная шнековая с диаметром 1000 мм (рис. 46, б) — состоит из корпуса 1, перфорированного ротора 2, шнека 3, распределитель­ной крышки 4, приводного шкива 5, электродвигателя 6, маслона-соса 7, дифференциального редуктора 8, гильзы 9, центрального 10 и промежуточного 11 валов. Вращение от электродвигателя клиновыми ремнями передается приводному шкиву, жестко свя­занному со шнеком и центральным валом. На центральном валу укреплена ведущая шестерня, передающая вращение передаточ­ным шестерням промежуточного вала, которые приводят во вра­щение гильзу, связанную с ротором центрифуги. Таким образом, вращение от электродвигателя сначала передается шнеку, а от него через дифференциальный редуктор ротору центрифуги.

Питание подают во вращающийся ротор в горловину шнека. Твердые частицы задерживаются ситом, образуя на нем слой осадка, который непрерывно транспортируется шнеком к нижнему концу ротора. Так как диаметр ротора постоянно увеличивается, осадок растрескивается, что способствует более эффективному его обезвоживанию. У нижнего края ротора осадок центробежными силами сбрасывается в приемное устройство. Фугат, пройдя через сито ротора, концентрируется в сборнике фугата и отводится из центрифуги. Вследствие значительного уноса твердых частиц с фугатом, последний обычно возвращается в технологический про­цесс.

Одна из целей разделения суспензий в шнековых центрифу­гах— получение осадка с минимальной влажностью. Влажность зависит в основном от гранулометрического состава твердой фа­зы. Кроме того, влажность осадка повышается при увеличении производительности центрифуги по питанию выше оптимальной. Поэтому в каждом конкретном случае опытным путем определя­ют оптимальную подачу питания.

К преимуществам шнековых центрифуг можно отнести: возможность обезвоживать уголь со значительным содержанием клас­са —0,5 мм и получать осадок с минимальной влажностью.

Главные недостатки шнековых центрифуг — значительное пере­измельчение осадка (до 10%) и повышенное (до 260 кг/м³) со­держание твердого в фугате. Срок службы ротора шнековых цен­трифуг в 2 раза меньше, чем вибрационных. Их материало- и энер­гоемкость в 2 раза выше, чем у фильтрующих центрифуг других типов. Производительность шнековых центрифуг не превышает 100 т/ч. Влажность осадка при указанной производительности ко­леблется от 6,5 до 8,5%. В ПНР выпускают центрифугу «Наэль-3», конструкция которой аналогична конструкции центрифуги НВШ-1000.

Вибрационные центрифуги с вертикальным ро­тором — самый распространенный тип фильтрующих центрифуг. Основные преимущества вибрационных центрифуг — возможность регулирования времени пребывания осадка в роторе с помощью изменения режима вибрации; меньшая по сравнению со шнековыми центрифугами степень переизмельчения угля (примерно в 2 ра­за), небольшой удельный расход потребляемой электроэнергии и высокая производительность (до 400 т/ч).

Центрифуга НВВ-1000 (непрерывно действующая, вертикаль­ная, вибрационная, максимальный диаметр ротора 1000 мм) была первой выпускаемой в РФ вибрационной центрифугой. Принци­пиальная схема центрифуги показана на рис. 47, а. Фильтрующий ротор 2 центрифуги укреплен вертикально. Угол конусности рото­ра 10°. Днище ротора сплошное и имеет в центральной части вы­ступ. Вращение от электродвигателя передается на приводной шкив 1 ротора. Между приводным шкивом и днищем ротора уста­новлены резинометаллические виброизоляторы. Вместе с враще­нием ротору сообщаются вибрации в вертикальном направлении от отдельного электродвигателя через эксцентриковый вал 4и шток 5, связанный с ротором.

Питание по загрузочному устройству 3подается на днище ро­тора, где центробежными силами отбрасывается к внутренней стенке ротора. Под действием центробежных сил жидкая фаза проходит через слой образующегося осадка, отверстия ротора, концентрируется в приемнике фугата и отводится из центрифуги.. Осадок под действием вибраций ротора перемещается по его внут­ренней поверхности к верхней кромке ротора, через которую и разгружается в камеру осадка. Влажность осадка зависит от со­держания в нем класса —0,5 мм и находится в пределах 9,5— 13,5 %.

К недостаткам центрифуги НВВ-1000 относят: отсутствие раз­брасывающего устройства, обеспечивающего равномерное распре­деление угля по всей внутренней поверхности ротора, сложности в эксплуатации и ремонте (для замены приводных ремней необхо­димо частично разбирать центрифугу), отсутствие жесткой фикса­ции ротора в радиальном направлении, поэтому частота его вра­щения не превышает 420 мин^-1.

С учетом указанных недостатков были разработаны центрифу­ги типа ЦВП (центрифуга вибрационная, прямоточная) с диамет­рами ротора 1120 и 1500 мм. Основные конструктивные особенно­сти таких центрифуг — установка фильтрующего ротора широким основанием вниз, обеспечивающая прямоточность движения обез­воживаемого осадка по ротору и применение разбрасывающей крышки, позволяющей лучше использовать фильтрующую поверх­ность ротора.

Технологические испытания центрифуг показали, что при оди­наковой частоте вращения ротора влажность осадка центрифуги ЦВП-1120 на 1,7 % ниже, чем влажность осадка центрифуги НВВ-1000.

Центрифуга ЦВП-1500 (рис. 47, б) состоит из конического фильтрующего ротора 5 с поверхностью фильтрования 3 м² и уг­лом наклона образующей 13°. Ротор крепится к разбрасывающей крышке 6. Ротор вращается от электродвигателя 10 через привод­ной шкив, корпус 9 вибровозбудителя и разбрасывающую крышку. Вибрационные колебания сообщаются ротору от электродвигате­ля) через эксцентриковый вал 13, шток 11, сферический под­шипник 7, шатунный виброизолятор 8 и разбрасывающую крышку.

Исходное питание по питающей трубе поступает на разбрасы­вающую крышку и под действием центробежных сил отбрасыва­ется к внутренним стенкам ротора. Обезвоживающий осадок пе­ремещается к нижней кромке ротора и под действием вибрации через отверстия рамы 12 попадает в бункер или на конвейер, уста­новленные под центрифугой. Корпус центрифуги 3 является сбор­ником фугата, который отводится из центрифуги по сливной трубе 2. Внутренняя поверхность корпуса футерована, резиновыми лис­тами 4, предохраняющими ее от абразивного износа. Центрифуга снабжена резиновыми виброизоляторами.

Благодаря установке ротора меньшим основанием вверх и при­менению разбрасывающего устройства в центрифуге обеспечено равномерное распределение угля по фильтрующей поверхности ротора и упрощение ее замены. Кроме того, исключено забивание ро­тора исходным продуктом при случайных остановках центрифуги под нагрузкой.

В результате сравнительных испытаний установлено, что на центрифуге ЦВП-1500 влажность осадка обезвоживаемого угля получается на 1,5—2 % меньше, чем влажность осадка центрифу­ги НВВ-1000.

Внедрение высокопроизводительных центрифуг ЦВП-1500 по­зволит упростить компоновку оборудования в обезвоживающих отделениях обогатительных фабрик.

Вибрационные центрифуги с горизонтальным расположением ротора. В центрифуге ВГ-1320 (рис. 48, а) питание по желобу 1 поступает внутрь вращающегося конуса 2, а затем на внутреннюю поверхность перфорированного ротора 3. Под действием центробежных сил жидкая фаза проходит через слой образующегося осадка, отверстия ротора и сбрасывается в приемную камеру фугата 4. Осадок за счет горизонтальных виб­раций ротора перемещается к его кромке, через которую выгру­жается в приемную камеру 12, из которой поступает в бункер или на ленточный конвейер. Корпус центрифуги 5 укреплен на стани­не 10 и снабжен съемной крышкой 13, обеспечивающей свободный доступ к фильтрующему ротору. В крышке предусмотрен люк 14 для периодического осмотра внутренней поверхности фильтрую­щего ротора. Вращение валу ротора передается от электродвига­теля 6 через приводной шкив и клиновые ремни. Вибрации ротору сообщаются от электродвигателя 8 через эксцентриковый вал 7, шток 9, сферический подшипник и опорный конус. Вибровозбуди­тель снабжен резинометаллическими виброизоляторами с втулкой 11. Втулка имеет фланец, к которому крепят опорный конус. Фильтрующий ротор закрепляют на опорном конусе.

К преимуществам центрифуги относятся: простая компоновка основных узлов, значительно упрощающая эксплуатацию; равно­мерное распределение исходного угля по внутренней поверхности ротора специальным раскручивающим конусом; легкий доступ к узлу вибропривода и опорным подшипникам ротора в процессе осмотра и ремонта, а также исключение заиливания ротора при случайных остановках.

Промышленные испытания центрифуги при обезвоживании угольного концентрата крупностью 0,5—13 мм показали, что при производительности центрифуги 250 т/ч средняя влажность осад­ка 7,5 %, а унос твердого с фугатом 1,5 %. При увеличении влаж­ности питания с 20 до 30%) влажность осадка возрастает в сред­нем на 0,5%, а унос твердого с фугатом — с 1,5 до 3%.

В целях упрощения водно-шламовых схем углеобогатительных фабрик и создания однопоточных схем обезвоживания продуктов обогащения разработана вибрационная центрифуга ВГ-2К (вибра­ционная, горизонтальная, двухкаскадная). Применение центрифу­ги позволяет исключить из технологических схем операции пред­варительного обезвоживания на грохотах и элеваторах и при мак­симальной производительности по суспензии (500 м³/ч) получать осадок с 10—10,5 % влаги.

Ротор (рис. 48, б) центрифуги ВГ-2К состоит из двух секций 2 и 3, укрепленных на одном валу. Ротор заключен в корпус 4 с камерами 5, 7 к 6 соответственно для фугата, фильтрата и осадка.

Исходное питание подают по питающему устройству 1, выпол­ненному в виде криволинейного сита, на котором осуществляется предварительный сброс значительной части жидкой фазы. Сгу­щенная суспензия дугового сита попадает в первую ступень рото­ра, где происходит ее обезвоживание под действием центробежных сил. Осадок первой секции под действием вибрации перемещается и поступает на вторую секцию ротора для окончательного обез­воживания. Через кромку ротора второй секции осадок попадает в приемную камеру. Фугат первой секции ротора отводится из центрифуги совместно с подрешетным продуктом дугового сита, а фугат второй секции улавливается в специальной камере и от­водится из центрифуги.

Конструктивная схема центрифуги ВГ-2К-1320 выполнена ана­логично схеме центрифуги ВГ-1320, что позволило унифицировать ряд важнейших узлов центрифуг серии ВГ.

Питающее устройство центрифуги выполняется в виде цилиндроконического сита с фильтрующей площадью около 2 м² и двух параллельно работающих дуговых сит с такой же площадью филь­трования. Ротор двухсекционный.

В центрифуге применен резинометаллический виброизолятор, что позволило увеличить массу вращающихся частей. Время пребывания материала в роторе цен­трифуги в 2 раза больше, чем в центрифуге ВГ-2К.

В результате испытаний цент­рифуг ВГ-2К и ВГ-2К-1320 уста­новлено, что применение дугово­го сита и цилиндроконического грохота обеспечивает интенсив­ный отвод 55—67 % всей посту­пающей в центрифуги воды. Со­держание частиц крупностью бо­лее 0,5 мм в фугате центрифуг не превышает 1—2 %, поэтому отпа­дает необходимость в дополни­тельной классификации фугата.

Вибрационно - пульсирующая центрифуга ВГС-2 (вибрацион­ная, горизонтальная, тип 2) (рис. 49) имеет ротор, состоящий из цилиндрического 5 и двух конических 4 сит диаметром 1120 мм. Кривошипно-шатунный механизм 11 посредством вала 10 сообща­ет осевые колебания головке вибровозбудителя 2, жестко связан­ной с ситодержателем 7 и ротором. Ротор вращается от электро­двигателя 12 с помощью приводных шкивов и клиноременной пе­редачи. В средней части ротора предусмотрен поршень 6, который синхронно вращается с ротором, но в осевом направлении он не­подвижен.

Исходная суспензия по питающей трубе 3 поступает в разбра­сывающее устройство распределяющее поток суспензии по обе стороны поршня. За счет осевых колебаний ротора образующийся осадок перемещается поршнем к коническим ситам. Основная часть жидкости удаляется в цилиндрической части ротора, а в его конических ситах происходит окончательное обезвоживание. Оса­док с ротора попадает в камеры 9, 13 и отводится из центрифуги, а фугат удаляется из камеры 8. Влажность осадка зависит от со­держания в питании центрифуги мелких классов и находится в пределах 7,7—8,8%. При промышленных испытаниях центрифуг с удлиненными коническими ситами удалось получить осадок влажностью 7,8%.

Список литературы

1. Гольдберг О.П. и др. Проектирование электрических машин . – М. : высшая школа , 1984г. – 608с.

2. Полещук А.П. Центрифуги. Каталог-справочник. – М. : Машиностроение, - 1983. – 320с.

3. Машнев М.М., Красковский Е.Я., Лебедев П.А. Теория механизмов машин и детали машин : Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение , Ленинградск. отд-ние , 1980. – 512с.