Барабан відцентрового саморозвантажного сепаратора з автобалансиром

Реферат: UA 75601 U UA 75601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до обладнання для розділення на фракції рідких сумішей і очищення їх від твердих забруднюючих частинок в полі дії відцентрових сил і може бути використана в відцентрових саморозвантажних сепараторах різного призначення (паливних, масляних, молочних, харчового очищення тощо), робочий процес яких проводиться при частотах обертання ротора, що перевищують критичну (резонансну) частоту обертання. Відомі відцентрові саморозвантажні сепаратори з періодичним відцентровим вивантаженням осаду [1, 2]. Барабан саморозвантажного сепаратора типової конструкції складається з закріпленої на валу основи, конічної кришки, кільцевої гайки, яка їх скріплює, і комплексу деталей, призначених для підведення рідини, що очищається, її відцентрового поділу на фракції, відведення рідких фракцій з барабана і періодичного відцентрового вивантаження осаду (шламу). Недоліком таких сепараторів є те, що на робочому режимі має місце суттєва вібрація механізму внаслідок підвищеної неврівноваженості ротора. Причиною збільшення дисбалансу ротора в процесі роботи сепаратора є накопичення і нерівномірне відкладення твердих і аморфних компонентів рідкого середовища, що очищається, на внутрішній периферійній поверхні барабана. Крім того, збільшення дисбалансу спричиняється профілактичними або ремонтними роботами, пов'язаними з розбиранням і зборкою барабана сепаратора для очищення або заміни його елементів. Підвищена вібрація сепаратора спричиняє додаткові динамічні навантаження на підшипники ротора і може порушити підведення і відведення рідин. Відомі автобалансуючі пристрої пасивного типу (автобалансири), які здатні автоматично врівноважувати ротор безпосередньо при його обертанні [З, с.23-43]. Автобалансир встановлюється на роторі і складається з корпусу з кільцевою порожниною і поміщеними в неї компенсуючими вантажами у вигляді металевих кульок, роликів і т.п. Кільцева порожнина виконується коаксіально осі ротора. Компенсуючі вантажі в кількості не менше двох штук мають свободу руху по окружності з центром на осі ротора в точці кріплення автобалансира. При обертанні неврівноваженого ротора з частотою, що перевищує критичну частоту, тангенціальні складові відцентрових сил переміщують компенсуючі вантажі по кільцевій порожнині автобалансира в сторону, протилежну дисбалансу ротора. В результаті цього компенсуючі вантажі займають таке стійке положення, при якому сумарний дисбаланс ротора і автобалансира дорівнює нулю, що призводить до істотного зниження вібрації. Недоліком таких автобалансуючих пристроїв є те, що при докритичних частотах обертання вони не тільки не знижують, а навпаки, збільшують дисбаланс ротора. Внаслідок цього вібрація механізму при розгоні і проходженні резонансу зростає. Відомий автобалансуючий пристрій, що містить тороїдальний корпус, усередині якого розміщені балансувальні кулі та механізм їх фіксації при докритичних частотах обертання [4]. При первинному розгоні ротора до закритичних частот обертання кулі займають автобалансуючі положення. При гальмуванні ротора механізм автобалансира фіксує кулі в цих положеннях. Тому наступні розгони ротора будуть супроводжуватися зниженою вібрацією. Механізм фіксації куль такого автобалансира складається з фрикційного і двох конічних притискних кілець. Притискні кільця зустрічно підпружинені в осьовому напрямку і встановлені так, що їх конічні поверхні звернені один до одного. Фрикційне кільце жорстко пов'язано з внутрішньою стінкою корпусу і виконано з кільцевою радіусною канавкою на його зовнішній поверхні, призначеної для фіксації балансувальних куль, радіус якої відповідає радіусу балансувальних куль. Балансувальні кулі розташовані між конічними поверхнями притискних кілець і фрикційним кільцем. При докритичних частотах обертання ротора підпружинені притискні кільця своїми конічними поверхнями притискають кулі до канавки фрикційного кільця, запобігаючи їх переміщенню відносно ротора. При закритичних частотах обертання ротора відцентрові сили, прикладені до куль, долають опір пружин і розсовують притискні кільця. Це призводить до радіального зміщення куль і втрати контакту з фрикційним кільцем. Після цього пристрій працює в режимі автобалансира. Недоліки такого автобалансуючого пристрою: - складність конструкції, необхідність додаткових, спеціально виготовлених деталей; - необхідність дуже точного виготовлення і монтажу притискних кілець, оскільки їх конічні поверхні виконують роль бігової доріжки автобалансира, яка повинна мати достатньо мале радіальне биття для ефективної роботи автобалансира; - небезпека виникнення паразитних осьових коливань пружних притискних кілець і періодичної втрати нерухомості куль при докритичних частотах обертання; - небезпека перекосу і заклинювання притискних кілець через нерівномірне розташування куль в тороїдальній камері автобалансира. 1 UA 75601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомий самобалансуючий барабан відцентрового сепаратора [5]. Барабан сепаратора містить корпус, змонтований на консолі верхньої частини вертикального вала, що обертається, який встановлений в нерухомій станині сепаратора на двох підшипникових опорах. Верхня опора вала податлива, нижня опора жорстка. Корпус барабана включає в себе основу, кришку, велику кільцеву гайку, яка з'єднує їх, а також гайку, встановлену на горловині корпусу. Барабан містить балансуючий пристрій для автоматичної компенсації дисбалансу барабана при його обертанні в діапазоні закритичних швидкостей, виконане у вигляді концентрично розташованої відносно осі обертання барабана замкнутої кільцевої камери, що має внутрішню кільцеву порожнину прямокутного поперечного перерізу, в якій розміщений комплект сталевих кульок. За сукупністю ознак даний пристрій є найближчим аналогом до корисної моделі, що заявляється. Недоліком найближчого аналога є те, що при обертанні ротора з докритичними частотами обертання автобалансуючий пристрій збільшує його дисбаланс. Внаслідок цього при розгоні і проходженні резонансу механізм сепаратора зазнає підвищені навантаження, що призводить до зниження ресурсу. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає в зниженні вібрації відцентрового саморозвантажного сепаратора не тільки на робочому режимі, а й у періоди розгону та гальмування механізму. Поставлена задача вирішується тим, що барабан відцентрового саморозвантажного сепаратора оснащений автобалансиром, який, на відміну від найближчого аналога, має механізм фіксації компенсуючих вантажів на неробочих режимах сепаратора. Суть запропонованої корисної моделі полягає в наступному. На фіг. 1 показаний барабан саморозвантажного сепаратора, який складається з основи 1 і кришки 2, скріплених кільцевою гайкою 3, пакета конічних тарілок 4, кільцевого рухомого поршня 5. Основа 1 закріплена на вертикальному валу 6. Для саморозвантаження барабана сепаратора передбачені радіальні канали 7, виконані в основі 1, і система каналів для підведення керуючої води в буферну камеру 8 під днищем рухомого поршня 5 і її відведення з цієї камери. Барабан містить автобалансуючий пристрій, що складається з кільцевої канавки 9, виконаної на внутрішній поверхні основи 1 барабана коаксіально осі ротора, і набору компенсуючих вантажів 10 у вигляді тіл кочення (переважно кулі) у кількості не менше двох штук, вільнорозташованих в кільцевій канавці. Компенсуючі вантажі розміщені в кільцевій порожнині з можливістю вільного переміщення по зовнішній стінці кільцевої канавки 9. Згідно з корисною моделлю автобалансир оснащений механізмом фіксації компенсуючих вантажів на неробочих режимах. Для цього використовується вже наявний в саморозвантажному барабані рухливий поршень 5. Глибина канавки 9 менше вертикального розміру компенсуючих вантажів 10 настільки, щоб рухливий поршень 5, перебуваючи в нижньому положенні, притискав компенсуючі вантажі 10 до основи 1 барабана, фіксуючи положення вантажів відносно ротора на неробочих режимах розгону та гальмування сепаратора. Переваги корисної моделі: - знижена вібрація і знижені зусилля у вузлах і сполученнях сепаратора на неробочих перехідних режимах розгону та гальмування механізму; - для реалізації корисної моделі не потрібно додаткових деталей крім компенсуючих вантажів і, можливо, фіксуючої кільцевої прокладки, що забезпечує малі витрати на модернізацію існуючих сепараторів; - площина автобалансира знаходиться досить близько до центру мас ротора, що мінімізує додаткові моменти неврівноважених сил, що діють на ротор при його русі. На фіг. 1 показаний барабан відцентрового саморозвантажного сепаратора з автобалансиром в робочому положенні. На фіг. 2 показаний барабан відцентрового саморозвантажного сепаратора з автобалансиром в положенні, при якому компенсуючі вантажі зафіксовані. На фіг. 3 показаний вузол автобалансуючого пристрою з додатковою фіксуючою кільцевою прокладкою в робочому положенні (а) і в зафіксованому положенні (б). Барабан саморозвантажного сепаратора працює таким чином. При розгоні сепаратора в буферній камері 8 відсутня керуюча вода, і рухливий поршень 5 під дією сили тяжіння знаходиться в нижньому положенні (див. фіг.2). При цьому рухливий поршень 5 контактує з компенсуючими вантажами 10 автобалансира і фіксує їх у нерухомих відносно ротора положеннях. Після розгону сепаратор переводиться в робочий режим розділення рідини. Для цього в буферну камеру 8 подається керуюча вода. Під дією відцентрових сил у буферній камері створюється досить високий тиск, в результаті чого рухливий поршень 5 піднімається у 2 UA 75601 U 5 10 15 20 25 30 верхнє положення, закриває розвантажувальні канали 7 і звільняє компенсуючі вантажі 10 автобалансира. Оскільки робоча частота обертання ротора сепаратора перевищує критичну частоту, то під дією тангенціальних складових відцентрових сил компенсуючі вантажі 10 переміщаються по кільцевій канавці 9 в сторону, протилежну дисбалансу ротора. У результаті цього компенсуючі вантажі 10 займають таке стійке положення, при якому сумарний дисбаланс ротора і автобалансира близький до нуля, що призводить до істотного зниження вібрації на робочому режимі сепаратора. У міру накопичення шламу в барабані сепаратора періодично проводиться його короткочасне розвантаження. Для цього припиняється подача керуючої води в буферну камеру 8, в результаті чого тиск у ній падає і поршень 5 опускається вниз, відкриваючи розвантажувальні канали 7 і фіксуючи автобалансир. Після видалення шламу барабан сепаратора переводиться в робочий режим і автобалансир знову звільняється. Після виведення сепаратора з робочого режиму рухливий поршень 5 фіксує компенсуючі вантажі 10 в автобалансуючих положеннях, при яких сумарний дисбаланс ротора близький до нуля. Таким чином, всі наступні розгони і гальмування механізму сепаратора будуть супроводжуватися зниженим рівнем вібрації. Для підвищення надійності фіксації вантажів на нижній поверхні рухомого поршня 5 напроти канавки з компенсуючими вантажами додатково може бути встановлена кільцева прокладка 11 відповідних розмірів (див. фіг.З). Прокладка виконується з досить м'якого матеріалу, що деформується, з великим коефіцієнтом тертя, наприклад, з технічної гуми. Джерела інформації: 1. Харин В.М. Судовые сепараторы топлива и масла / В.М. Харин, Н.Н. Кобяков, Э.В. Корнилов. - Одесса: Латстар, 2001. - 104 с. 7 2. Пат. №2171701 РФ, МПК B01D17/038. Саморазгружающийся сепаратор для жидкости / В.А. Старокожев, А.В. Старокожев, А.В. Старокожев (РФ).-№99106671/12; Заявл. 12.03.1999; Опубл. 10.08.2001. 3. Філімоніхін Г. Б. Зрівноваження і виброзахист роторів автобалансирами з твердими коригувальними вантажами / Г. Б. ФілІмоніхін. - Кіровоград: КНТУ, 2004. - 352 с 6 4. Пат. №2044292 РФ, МПК G01М1/38. Автоматическое балансировочное устройство / СП. Копысов (РФ). - №4946931/28; Заявл. 20.06.1991; Опубл. 20.09.1995. 5. Пат. №88995 РФ, МПК В04В 9/14 (2006.01). Самобалансирующийся барабан центробежного сепаратора / В.М. Трофимов (РФ). -№2009121472/22; Заявл. 27.05.2009; Опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Барабан відцентрового саморозвантажного сепаратора з автобалансиром, що містить закріплену на вертикальному валу основу з радіальними розвантажувальними каналами, кришку, пакет конічних тарілок, систему каналів для підведення оброблюваної рідини і відведення її рідких фракцій з барабана, внутрішній кільцевий рухливий поршень для здійснення саморозвантаження барабана від шламу, систему каналів для підведення керуючої води в буферну камеру під днищем рухомого поршня і її відведення з камери каналів і автобалансир, який відрізняється тим, що автобалансир складається з кільцевої канавки, виконаної на внутрішній поверхні основи барабана коаксіально осі ротора і набору компенсуючих вантажів у вигляді тіл кочення, вільнорозташованих у кільцевій канавці, причому глибина канавки менше вертикального розміру компенсуючих вантажів настільки, щоб рухливий поршень, перебуваючи в нижньому положенні, притискав компенсуючі вантажі до основи барабана, фіксуючи положення вантажів відносно ротора на неробочих режимах розгону та гальмування сепаратора. 2. Барабан відцентрового саморозвантажного сепаратора з автобалансиром за п. 1, який відрізняється тим, що на нижній поверхні рухомого поршня напроти канавки з компенсуючими вантажами встановлена кільцева прокладка з м'якого матеріалу, що деформується, з великим коефіцієнтом поверхневого тертя. 3 UA 75601 U 4 UA 75601 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5