Вібраційна центрифуга

Реферат: У заявці описана вібраційна центрифуга, що містить сепараційне сито, що обертається й вібрує для сепарації якого-небудь матеріалу, зазвичай шламу (наприклад, вугільної суспензії). Вібрація сепараційного сита створюється вібратором, таким як незбалансований двигун. Передбачено обмежувальні елементи (один або більше), у переважному варіанті - пластинчасті пружини, які обмежують вібрацію, створену вібратором, до єдиного ступеня свободи в напрямку, паралельному осі привідного вала. Вібраційна центрифуга містить елемент, що зміщує, у вигляді пружини стиснення, призначений для настроювання частоти вібрації. В альтернативному варіанті для налаштування частоти вібрації може бути також використаний регулювальний вантаж. UA 108568 C2 (12) UA 108568 C2 UA 108568 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки, до якої відноситься винахід Даний винахід відноситься до вібраційної центрифуги. Зокрема, даний винахід відноситься, без обмежень, до вібраційної центрифуги, що містить вібратор, а саме незбалансований двигун, що передає осьову вібрацію кошику через систему пружин. Рівень техніки Посилання на рівень техніки не слід інтерпретувати як визнання того факту, що цей рівень техніки є загальновідомим в Австралії або де-небудь ще. Відцентрові сепаратори (центрифуги) часто використаються для виділення твердої й рідкої фаз зі шламу, наприклад для виділення твердих вугільних часток з вугільної суспензії, що містить воду. Вібраційні центрифуги звичайно містять обертовий кошик з осьовою вібрацією, у який надходить шлам, при цьому рідини виштовхуються назовні крізь кошик, а тверді частки виводяться вниз через скошені сторони кошика в напрямку випускного отвору. Для підвищення коефіцієнта корисної дії вібраційних центрифуг їх зазвичай налаштовують на роботу при конкретних частотах. Однак таке налаштування вібраційної центрифуги може бути складним і коштовним. Це зумовлено щонайменше тією обставиною, що налаштування вібраційних центрифуг зазвичай вимагає дотримання дуже високих допусків для певних деталей, наприклад пружин. Деталі з такими високими допусками не тільки значно збільшують вартість виготовлення, але й схильні до пошкоджень, а придбати їх може бути досить складно. Крім того, обертання й вібрація кошика вимагають значної кількості енергії, яка при її передачі часто витрачається непродуктивно через її неефективне демпфірування. Мета винаходу Метою даного винаходу є створення вібраційної центрифуги, що була б позбавлена одного або більше недоліків, зазначених вище, або щонайменше була б корисною альтернативою. Інші першочергові цілі даного винаходу будуть зрозумілі з наведеного нижче опису. Короткий опис сутності винаходу Відповідно до першого аспекту даного винаходу, пропонується вібраційна центрифуга, що містить: сепараційне сито, сполучене із приводним валом; щонайменше один вібратор, що створює вібрацію в сепараційному ситі; один або більше обмежувальні елементи, які по суті обмежують вібрацію, створену вібратором, до єдиного ступеня свободи в напрямку, паралельному осі приводного вала; і щонайменше один елемент, що зміщує; він знаходиться в зчепленні з вібратором для налаштування частоти вібрації. Крім того, у переважному варіанті вібраційна центрифуга містить кожух сепараційного вузла. Кожух сепараційного вузла в переважному варіанті вміщає щонайменше одне сепараційне сито. У переважному варіанті застосування передбаченим є підпружинний вузол, що включає корпус підшипникового вузла, приводний вал і сепараційне сито. Між кожухом сепараційного вузла й корпусом підшипникового вузла може бути передбачений гумовий ущільнювальний елемент. Приводний вал у переважному варіанті проходить від сепараційного сита усередині кожуха сепараційного вузла через корпус підшипникового вузла до приводного вузла. Приводний вузол у переважному варіанті є приводним вузлом із зчепленням на приводному шківі. Крім того, у переважному варіанті вібраційна центрифуга містить основу. У переважному варіанті на цій основі встановлені кожух сепараційного вузла й приводні двигуни. У переважному варіанті основа містить зони, що контактують із підлогою й включають ізолюючі пружини. У переважному варіанті зони, що контактують із підлогою, являють собою ніжки, а ізолюючі пружини в переважному варіанті містять еластомерний матеріал. У переважному варіанті вібратор являє собою вібродвигун. В альтернативному варіанті вібратор може являти собою спеціальний вібраційний вузол або вібратор з вбудованим механізмом, у переважному варіанті він створює тільки осьову вібрацію. Спеціальний вібраційний вузол може мати два моменти обертання, що компенсують один одного з утворенням одного осьового зусилля. У переважному варіанті вібратор є встановленим на рамі, що є вмонтованою на основі. У переважному варіанті передбачені два вібратори, що містять два незбалансованих двигуни, що обертаються у протилежних напрямках для одержання лінійного приводного зусилля. У переважному варіанті перший незбалансований двигун розташований на першій бічній стороні корпуса підшипникового вузла, а другий незбалансований двигун розташований на другій бічній стороні корпуса підшипникового вузла. У переважному варіанті елемент, що зміщує, являє собою пружину стиснення. У переважному варіанті по обидва боки корпуса підшипникового вузла, а саме між цим корпусом і основою, передбачені дві або більше пружини стиснення, у переважному варіанті розроблені з 1 UA 108568 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 можливістю зсуву уздовж осі, паралельної осі приводного вала. У переважному варіанті пружина стиснення містить еластомірний матеріал. Один або більше обмежувальні елементи у переважному варіанті містять пластинчасті пружини. У переважному варіанті ці пластинчасті пружини вигинаються тільки в напрямку осі, паралельної осі приводного вала. У переважному варіанті передбачені дві пластинчасті пружини, по одній з кожної бічної сторони корпуса підшипникового вузла, що вирівнюються щодо осі, паралельної осі приводного вала. Перший кінець кожної пластинчастої пружини в переважному варіанті кріпиться до корпуса підшипникового вузла, а другий кінець кожної пластинчастої пружини в переважному варіанті кріпиться до основи. Сепараційне сито в переважному варіанті являє собою кошик. У більш переважному варіанті кошик має форму усіченого конуса й обертається вісесиметрично в процесі роботи. У переважному варіанті передбачений впускний канал для подачі матеріалу, що сепарується, такого як шлам, усередину кошика. У переважному варіанті цей впускний канал являє собою жолоб. Щонайменше один елемент, що зміщує, і/або регулювальний вантаж можна використовувати для налаштування частоти вібрації центрифуги. У переважному варіанті частота вібрації центрифуги спочатку закладена в її конструкції. Регулювальний вантаж можна використовувати для переналаштування, якщо буде потреба, частоти вібрації центрифуги. Регулювальний вантаж у переважному варіанті являє собою тверде тіло, встановлене на одній з ділянок вібраційної центрифуги. У переважному варіанті регулювальний вантаж встановлюється на корпус підшипникового вузла. Регулювальний вантаж може кріпитися до корпуса підшипникового вузла болтами. У переважному варіанті регулювальний вантаж розташований у центрі щодо осі приводного вала. Регулювальний вантаж може містити ряд складальних елементів, обраних для одержання необхідної загальної маси цього вантажу. У переважному варіанті вібраційна центрифуга виконана у вигляді системи динамічного демпфірування із двома ступенями свободи. У більш переважному варіанті вібраційна центрифуга виконана у вигляді системи з динамічним демпфером, що налаштовується, і регулювальним вантажем, обираним у якості щонайменше допоміжного засобу для налаштування цього динамічного демпфера. Інші відмітні ознаки й переваги даного винаходу будуть зрозумілі з наведеного нижче докладного опису. Короткий опис креслень Переважні варіанти здійснення даного винаходу більш повно описані нижче тільки як приклади з посиланнями на вкладені креслення, на яких показано: фіг. 1 - перспективне зображення вібраційної центрифуги відповідно до одного з варіантів здійснення даного винаходу, фіг. 2 - вигляд збоку в поперечному розрізі вібраційної центрифуги, показаної на фіг. 1, фіг. 3 - перспективне зображення вібраційної центрифуги з показаним приводним двигуном. Докладний опис варіантів застосування винаходу На фіг. 1, 2 і 3 показана вібраційна центрифуга 10, що містить сепараційний вузол 12, приводний вузол 14 і підпружиненний вузол 15. Сепараційний вузол 12 містить кожух 20, нерухомо встановлений на основі 16 за допомогою елементів жорсткості 18. Кожух 20 сепараційного вузла має впускний канал у вигляді жолоба 22, по якому матеріал, що сепарується, такий як шлам, надходить усередину цього кожуха 20 як саме - буде описано нижче. Основа 16 містить конструктивні елементи, що контактують із підлогою й виконані у вигляді ніжок 24, сполучених з основою 16 за допомогою ізолюючих пружин 26. Приводний вузол 14 містить вібратори у вигляді незбалансованих двигунів 44, установлених на опорній рамі 45, що нерухомо сполучених з основою 16. Незбалансовані двигуни виконані з можливістю обертання в протилежних напрямках у процесі експлуатації. Підпружинений вузол 15 містить ряд конструктивних компонентів, які в процесі експлуатації створюють спільний рух. Ці компоненти включають корпус 40 підшипникового вузла, приводний вал 46, приводний шків 48, кошик 28 і інші компоненти, такі як підшипники і їхні кришки. Приводний вал 46 є зчепленим з корпусом 40 підшипникового вузла через підшипники. Приводний вал 46 має провідну частину у вигляді приводного шківа 48 на одному зі своїх кінців. По обидва боки корпуса 40 підшипникового вузла встановлені обмежувальні елементи у вигляді пластинчастих пружин 50 (найбільш зрозуміло показаних на фіг. 2) таким чином вони забезпечують рух підпружиненого вузла 15 уздовж осі, паралельної осі приводного вала 46, але обмежують рух уздовж інших осей. Фактично, пластинчасті пружини 50 обмежують рух підпружиненого вузла 15 щодо основи 16 одним ступенем свободи, внаслідок чого енергія 2 UA 108568 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вібрації передається від незбалансованих двигунів 44 уздовж єдиної осі, а саме осі, паралельної осі приводного вала 46. До верхньої частини корпуса 40 підшипникового вузла прикріплений болтами регулювальний вантаж 52. Ясно, що регулювальний вантаж 52 може мати масу, що відповідає конкретній заданій величині, і/або в цьому регулювальному вантажі 52 може взагалі не виникнути необхідності. У переважному варіанті здійснення вібраційна центрифуга 10 спочатку є вже настроєною без яких-небудь регулювальних вантажів 52. Регулювальний вантаж 52 може бути доданий пізніше, якщо виникне необхідність переналаштовування частоти вібрації. Між кожухом 20 сепараційного вузла й корпусом 40 підшипникового вузла передбачений гумовий ущільнювальний елемент 42, що запобігає виходу назовні з вібраційної центрифуги 10 якого-небудь матеріалу, що сепарується усередині кожуха 20. На фіг. 2, де представлені внутрішні конструктивні компоненти, зокрема ті, що розташовані в кожусі 20, показано, що сепараційний вузол 12 включає сепараційне сито у вигляді кошика 28. Кошик 28 перебуває в зчепленні із приводним валом 46 і обертається разом з останнім. Жолоб 22 має впускний кінець 22' і випускний кінець 22". Матеріал, що сепарується, який надходить із якого-небудь джерела (не показаний), переноситься по цьому жолобу всередину кошика 28. Кожух 20 сепараційного вузла має перший випускний отвір 30, що забезпечує видалення із центрифуги 10 відділеного нею матеріалу, а саме матеріалу, що пройшов крізь отвори в кошику 28. Другий випускний отвір 32 забезпечує видалення із центрифуги 10 матеріалу, що не пройшов крізь отвори в кошику 28. По обидва боки від корпуса 40 підшипникового вузла, а саме між цим корпусом і опорною рамою 45, передбачені два або більше, елемента що зміщують у вигляді пружин, стиснення 54. Пружини стиснення 54 виконані з можливістю стиснення уздовж осі, паралельної осі приводного вала 46. У переважному варіанті пружини стиснення 54 являють собою еластомерні елементи, обрані для задання частоти вібрації динамічного демпфера. Маси, що пов'язані із пружинами стиснення 54 і ізолюючими пружинами 26, утворюють систему динамічного демпфірування із двома ступенями свободи. Зокрема, маса підпружиненого вузла 15, включаючи масу регулювального вантажу 52, фактично являє собою масу демпфера, а маса компонентів, нерухомо сполучених з основою 16, включаючи кожух 20 сепараційного вузла - вторинну масу системи динамічного демпфірування. Можна міняти/змінювати пружини й маси (у першу чергу, масу підпружиненого вузла 15, включаючи змінну масу регулюючого вантажу 52) з метою необхідної зміни характеристик динамічного демпфера, у переважному варіанті - для збереження налаштування системи динамічного демпфірування. У процесі експлуатації приводний шків 48 приводиться в рух зовнішнім джерелом енергії у вигляді приводного двигуна 60, встановленого на основі 16 (див. фіг. 3). Приводний двигун 60 має ведуче колесо 62, що перебуває в зчепленні з ременем 64. Ремінь 64 перебуває також у зчепленні із приводним шківом 48, так що при обертанні ведучого колеса 62 відбувається обертання й приводного шківа 48, що, у свою чергу, викликає обертання вала 46 і, отже, кошика 28. Незбалансовані двигуни 44 обертаються, створюючи динамічне зусилля, що впливає на вторинну масу й викликає реакцію підпружиненого вузла 15 у формі вібрації. Оскільки пластинчасті пружини 50 обмежують рух корпуса 40 підшипникового вузла щодо основи одним ступенем свободи, підпружинений вузол 15 створює коливання назад (вібрує) уздовж осі приводного вала. Налаштування системи закладене в її конструкції, але її можна змінити, виконавши пере налаштування шляхом додавання або регулювання регулювального вантажу 52 таким чином, щоб кошику 28 передавалася від незбалансованих двигунів 44 максимальна енергія вібрації. Матеріал, що сепарується, такий як шлам, що представляє собою суміш твердої й рідкої фаз, подається на впускний кінець 22' жолоба 22, звідки переноситься до випускного кінця 22" усередині кошика 28. Після цього матеріал, що сепарується зштовхується з бічними стінками кошика 28, що мають отвори, і починає обертатися внаслідок чого на нього впливає відцентрова сила. Рідка фаза шламу проходить крізь кошик, тоді як тверда фаза не може зробити це. Рідини, які звичайно є небажаними, зливаються через перший випускний отвір 30 для подальшої обробки й/або утилізації. Тверді частки, які не можуть пройти крізь кошик 28, під дією відцентрової сили розташовуються на похилих стінках цього кошика. Осьова вібрація, що створюється приводним вузлом 14, сприяє переміщенню твердих часток уздовж кошика 28 і запобігає або мінімізує скупчування твердого матеріалу на внутрішній поверхні цього кошика. Матеріал, що досяг самої віддаленої кромки 28', містить, головним чином, тверду фазу, тоді як 3 UA 108568 C2 5 10 15 20 25 30 рідка фаза до цього моменту буває вже вилучена. Потім тверді речовини можуть бути передані для подальшої обробки й т.д. через другий випускний отвір 32. Перевагою вібраційної центрифуги 10, запропонованої в даному винаході, є те, що вона створює достатню вібрацію в кошику 28, використовуючи менш потужні вібродвигуни 44 і менше енергії, ніж у звичайній вібраційній центрифузі, завдяки вдосконаленій передачі енергії вібрації. Крім того, будь-яку вібраційну центрифугу 10 можна легко переналаштувати на іншу робочу частоту, змінивши масу регулювального вантажу 44. Це дозволяє знизити допуски для використовуваних конструктивних деталей, зокрема для пружин, що виражається в зниженні витрат на виготовлення й технічне обслуговування. У даному описі визначення "перший" і "другий", "лівий" і "правий", "верхній" і "нижній" і т.д. використаються винятково для того, щоб відрізнити один елемент або одну дію від інших елементів або дій, і не пропонуються і не маються на увазі ніякі фактичні взаємозв'язки або пріоритетності. Там, де це узгоджується з контекстом, посилання на будь-які конструктивні елементи, компоненти або робочі операції й т.п. варто інтерпретувати не як обмежені тільки одиничними прикладами таких конструктивних елементів, компонентів або робочих операцій, а як стосовні до одного(-ї) або більше таких конструктивних елементів, компонентів, робочих операцій і т.п. Наведений вище опис різних варіантів здійснення даного винаходу представлено з метою ознайомлення з ним фахівців у даній області. Воно не носить вичерпного характеру й не має на увазі обмеження даного винаходу єдиним описаним прикладом застосування. Як згадувалося вище, для фахівців у даній області будуть очевидні численні альтернативні варіанти й модифікації даного винаходу. Відповідно до цього, хоча деяким з альтернативних варіантів була приділена окрема увага, фахівці в даній області зможуть легко представити або порівняно або розробити інші варіанти застосування. Мається на увазі, що цей винахід охоплює всі альтернативи, модифікації й зміни, представлені в даному описі, і інші варіанти застосування в межах його сутності й обсягу. У даному описі терміни "містить", "утримуючий", "включає", "що включає" і аналогічні їм варто розуміти як такі, що носять невинятковий характер, тобто спосіб, система або пристрій, що містять/включають в себе елементи, з якого-небудь переліку, і можуть включати не тільки ці, але й інші елементи, не наведені в цьому переліку. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 60 1. Вібраційна центрифуга, що містить: сепараційне сито, сполучене із привідним валом; щонайменше один вібратор, здатний створювати вібрацію в сепараційному ситі; один або більше обмежувальних елементів, здатних в основному обмежувати вібрацію, що створюється вібратором, до єдиного ступеня свободи у напрямку, паралельному осі привідного вала; і щонайменше один елемент, що зміщує, перебуває в зчепленні з вібратором для налаштування частоти вібрації. 2. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково містить основу, ділянки, що контактують із підлогою й включають ізолюючі пружини, причому на цій основі встановлені сепараційне сито, щонайменше один вібратор, один або більше обмежувальних елементів і щонайменше один елемент, що зміщує. 3. Вібраційна центрифуга за п. 2, яка відрізняється тим, що ізолюючі пружини містять еластомерний матеріал. 4. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що вібратор містить вібродвигун. 5. Вібраційна центрифуга за п. 4, у якій є два вібродвигуни, що містять два незбалансованих двигуни з обертанням у протилежних напрямках. 6. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що елемент, що зміщує, містить пружину стиснення. 7. Вібраційна центрифуга за п. 6, яка відрізняється тим, що пружина стиснення зміщується уздовж осі, паралельній осі привідного вала. 8. Вібраційна центрифуга за п. 6 або п. 7, яка відрізняється тим, що пружина стиснення містить еластомерний матеріал. 9. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що обмежувальний елемент являє собою пластинчасту пружину. 10. Вібраційна центрифуга за п. 9, яка відрізняється тим, що пластинчаста пружина може вигинатися тільки в напрямку осі, паралельної осі привідного вала. 4 UA 108568 C2 5 10 15 11. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково містить регулювальний вантаж. 12. Вібраційна центрифуга за п. 11, яка відрізняється тим, що регулювальний вантаж розташований у центрі відносно осі привідного вала. 13. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що сепараційне сито являє собою кошик у формі зрізаного конуса, що обертається вісесиметрично навколо привідного вала. 14. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що виконана у вигляді системи динамічного демпфірування із двома ступенями свободи. 15. Вібраційна центрифуга за п. 14, яка відрізняється тим, що маса системи динамічного демпфірування включає корпус підшипникового вузла, привідний вал і сепараційне сито. 16. Вібраційна центрифуга за п. 14 або п. 15, яка відрізняється тим, що виконана у вигляді динамічного демпфера, що налаштовує. 17. Вібраційна центрифуга за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково містить кожух сепараційного вузла, що вміщає сепараційне сито. 18. Вібраційна центрифуга за п. 17, яка відрізняється тим, що додатково містить гумовий ущільнювальний елемент між кожухом сепараційного вузла й корпусом підшипникового вузла. 5 UA 108568 C2 6 UA 108568 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7