EA017263B1 - Центробежный очиститель жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к разделению суспензий в поле центробежных сил очистителями с периодической выгрузкой осадка и может быть использовано при очистке жидкостей от механических загрязнений. Технический эффект изобретения - повышение эффективности контроля за надежностью работы очистителя и качеством очистки жидкости. Центробежный очиститель жидкости содержит ротор (1), установленный в подшипниках (2) и (3) на неподвижной полой вертикальной оси (4), имеющей фланец (5) с штуцерами (6) и (7), к которым подключены гибкие магистрали для подвода и отвода жидкости. В верхней части оси (4) установлен напорный диск (8), а в нижней части, на фланце (5) - торцевое уплотнение (9). Фланец (5) через упругую резиновую мембрану (10) прикреплен с помощью кольца (11) к нижней части корпуса (12), представляющей собой герметичную емкость. На фланце (5) закреплен датчик вибрации (13), связанный электрически с микроконтроллером (14), который, в свою очередь, электрически связан с электродвигателем (15), приводящим во вращение ротор (1) посредством ременной передачи (16). Ротор (1) включает в себя тонкослойную вставку (17), колпак (18), коническую обечайку (19) со шкивом (20) и крыльчаткой (21), связанную через ременную передачу (16) с электродвигателем (15).

Description

Изобретение относится к разделению суспензий в поле центробежных сил очистителями с периодической выгрузкой осадка и может быть использовано при очистке жидкостей от механических загрязнений.

Одним из факторов, влияющих на эффективность работы центробежного очистителя, является накопление в роторе очистителя осадка выделяемых из жидкости загрязнений. При достижении осадком некоторого критического количества резко снижается качество очистки жидкостей вследствие уменьшения живого сечения ротора и уноса уже осевших частиц потоком жидкости. Дальнейшее накопление осадка приводит к заиливанию зазоров тонкослойных вставок ротора, усложнению разборки и очистки ротора очистителей с ручной выгрузкой осадка или отказам систем очистителя с автоматизированной выгрузкой. Поэтому при эксплуатации важное значение имеет информация как о текущем количестве осадка в роторе для оценки допустимого времени работы очистителя, так и о достижении критического количества осадка с целью остановки очистителя или подачи сигнала автоматизированной системе для его выгрузки.

Известен центробежный очиститель жидкости по свидетельству на полезную модель № 14857, кл. В04В 15/00 от 30.08.1999, опубл. 10.09.2000, бюл. № 25, содержащий неподвижную вертикальную ось, напорный диск, магистраль подвода очищаемой жидкости и магистраль отвода очищенной жидкости, сообщенную с датчиком давления, установленный на оси ротор, включающий герметичный колпак, крыльчатку, соединенную с приводом, и тарельчатую вставку, в нижней части которой установлена тарелка-сигнализатор с кольцевым зазором между внутренней поверхностью колпака и наружным диаметром тарелки-сигнализатора. При накоплении на внутренней поверхности колпака критического количества осадка происходит перекрытие указанного кольцевого зазора, вследствие чего падает давление жидкости в магистрали отвода очищенной жидкости, и датчик давления отключает привод центробежного очистителя. Недостатки известного очистителя следующие.

1. Данный тип сигнализатора не позволяет оценивать в процессе работы очистителя текущее, менее критического, количество осадка.

2. В процессе перекрытия кольцевого зазора возможно неравномерное вымывание по его окружности частиц загрязнений, имеющих малый размер и плотность, с образованием отдельных каналов для прохода жидкости, причем интенсивность вымывания повышается с увеличением вязкости очищаемой жидкости и производительности очистителя. В этом случае, несмотря на достижение осадком критического количества и его дальнейший рост, полного перекрытия зазора не происходит, жидкость продолжает поступать во вставку по образованным отдельным каналам и датчик давления в магистрали отвода не срабатывает до полного заиливания межтарельчатых зазоров вставки.

3. Тарелка-сигнализатор может быть применена только в очистителях, ротор которых содержит тонкослойную тарельчатую вставку, и не может быть использована в очистителях с роторами вставок других типов (например, трубчатых или спиральных), в которых жидкость в процессе очистки проходит по всему перпендикулярному оси живому сечению ротора.

Известен центробежный очиститель по а.с. СССР № 1554982, кл. В04В 13/00 от 18.05.87 г., опубл. 07.04.90, Бюл. № 13, содержащий закрепленную в корпусе вертикальную полую ось и установленный на оси ротор с гидроприводом. Очиститель снабжен устройством определения толщины (или, при известной плотности, количества) осадка в роторе, содержащим пустотелый, заполненный очищаемой жидкостью, цилиндрический патрон, ось которого ориентирована перпендикулярно оси ротора, и закрепленного на внутренней вертикальной стенке ротора, а также закрепленные на корпусе датчик вибрации (амплитуды) и датчик определения угловой скорости ротора, связанные соответственно с виброметром и частотомером.

При работе очистителя на вертикальной стенке ротора нарастает слой осадка, кроме области, занятой патроном, что вызывает дисбаланс ротора и вибрацию корпуса, уровень которой возрастает по мере накопления осадка в роторе и непрерывно фиксируется виброметром. По эмпирической формуле, связывающей значения амплитуды вибрации корпуса при отсутствии и наличии в роторе осадка, а также угловой скорости ротора, используя экспериментальный коэффициент пропорциональности для каждого конкретного образца очистителя, определяется толщина осадка в роторе для каждого фиксированного момента времени работы очистителя. Очевидно, что для очистителей с постоянной частотой вращения ротора датчика определения угловой скорости и частотомера не требуется.

Рассмотренный очиститель имеет следующие недостатки.

1. Использование приборов визуального контроля (виброметра и частотомера) требует непрерывного внимания обслуживающего персонала для определения момента достижения осадком критической толщины.

2. Применение пустотелого герметичного патрона, крепящегося к вертикальной стенке ротора, увеличивает сложность изготовления очистителя и не позволяет использовать устройство определения толщины осадка в очистителях, ротор которых снабжен тонкослойными вставками (тарельчатыми, спиральными и др.).

3. Поскольку на практике толщина осадка загрязнений на вертикальной стенке не всегда одинакова по высоте ротора (при остановках ротора осадок реальных загрязнений может сползать вниз и при по

- 1 017263 вторных пусках очистителя его толщина в нижней части ротора может быть в несколько раз больше толщины в верхней части), погрешность предлагаемого устройства определения толщины осадка будет зависеть от высоты крепления патрона над днищем ротора и может достигать значительной величины.

4. Крепление датчика вибрации на корпусе очистителя вносит помехи в его показания вследствие вибрации самого корпуса, что не позволяет использовать датчик для регистрации изменений вибрации ротора при накоплении в нем осадка. Введение в конструкцию ротора дополнительного элемента (патрона), искусственно увеличивающего дисбаланс ротора, может привести к увеличению шума и вибрации при работе очистителя или потребовать дополнительных мер по их устранению.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка очистки жидкости по патенту РФ на полезную модель № 68924, кл. В04В 1/04, опубл. 10.12.2007 (принята за прототип), включающая центробежный очиститель жидкости, снабженный приводом и датчиком вибрации, жестко связанным с основанием центрифуги очистителя, пороговое устройство, всасывающую и нагнетающую магистрали, соединенные со входом и выходом очистителя соответственно, и микроконтроллер, соединенный с приводом и пороговым устройством.

При работе указанной установки на внутренней поверхности колпака центрифуги происходит накапливание осадка, выделяемого из очищаемой жидкости, что приводит к дисбалансу ротора центрифуги и повышению вибрации очистителя, которая фиксируется датчиком вибрации. Сигнал от датчика поступает к пороговому устройству. После достижения сигналом уровня, задаваемого пороговым устройством и соответствующего предельно допустимому количеству осадка, сигнал от порогового устройства поступает на микроконтроллер, который дает команду на отключение привода, что исключает процесс ухудшения качества очистки и возможность поломки центрифуги от нарастающей вибрации центрифуги.

Рассмотренная установка имеет следующие недостатки.

1. Пороговое устройство препятствует поступлению сигналов от датчика вибрации к микроконтроллеру, уровень которых меньше заданного, что исключает возможность получения информации о динамике возрастания их уровня по мере накопления осадка в роторе центрифуги. Между тем, такая информация могла бы помочь в планировании проведения регламентных работ по очистке ротора, а резкое возрастание уровня (но не достигающее критического) могло бы свидетельствовать об опасном ослаблении крепления узлов и деталей установки.

2. При использовании датчика с пороговым устройством, настроенным на осадок загрязнений с большой плотностью, микроконтроллер не будет отключать очиститель при заполнении шламовой полости осадком загрязнений с меньшей плотностью (поскольку дисбаланс ротора будет меньше) и, следовательно, будет происходить ухудшение качества очистки. При отсутствии информации о динамике возрастания уровня вибрации по мере накопления осадка, новое пороговое значение можно установить только приближенно. При этом не будет исключено ухудшение качества очистки и при новом установленном пороговом значении, что потребует дальнейших попыток нахождения оптимального порогового значения. Очевидно, что в процессе поиска оптимального порогового значения очиститель будет работать с ухудшенным качеством очистки.

3. При запуске установки, в связи с прохождением очистителем резонансных частот до полного набора оборотов ротором центрифуги, уровень вибрации кратковременно может превысить значение, соответствующее заданному уровню порогового устройства, но не достигать значений, опасных для надежности конструкции установки (например, когда предельно-допустимое количество осадка в роторе определяется не критической величиной вибрации, а допустимым заполнением шламового пространства ротора, при котором уровень вибрации гораздо ниже). В этом случае было бы целесообразно задавать два предельно-допустимых уровня вибрации: первый, действующий только на период запуска очистителя, и второй - для дальнейшей работы установки в период очистки жидкости.

Однако при наличии порогового устройства, имеющего только один задаваемый уровень сигналов от датчика вибрации, микроконтроллер будет отключать привод центрифуги сразу после включения установки, что фактически сделает невозможным её эксплуатацию.

Указанные недостатки устранены в предлагаемом изобретении.

Технический эффект - повышение эффективности контроля за надежностью работы очистителя и качеством очистки жидкости.

Указанный технический эффект достигается тем, что в центробежном очистителе жидкости, содержащем ротор для очищаемой жидкости, установленный на вертикальной полой оси, закрепленной на корпусе очистителя и служащей для отвода из ротора очищенной жидкости, привод вращения ротора, датчик вибрации, жестко соединенный с основанием указанной оси, и микроконтроллер, который связан с приводом вращения ротора, согласно изобретению микроконтроллер непосредственно соединен с датчиком вибрации и выполнен с возможностью индикации текущей информации об уровне вибрации ротора по сигналам датчика при штатном режиме работы очистителя и подачи команды на отключение привода ротора при превышении уровнем вибрации одного из пороговых значений.

На фиг. 1 представлен разрез главного вида центробежного очистителя, на фиг. 2 представлен разрез А-А.

Центробежный очиститель жидкости содержит ротор 1, установленный в подшипниках 2 и 3 на не

- 2 017263 подвижной полой вертикальной оси 4, имеющей фланец 5 с штуцерами 6 и 7, к которым подключены гибкие магистрали для подвода и отвода жидкости. В верхней части оси 4 установлен напорный диск 8, а в нижней части, на фланце 5 - торцевое уплотнение 9. Фланец 5 через упругую резиновую мембрану 10 прикреплен с помощью кольца 11 к нижней части корпуса 12, представляющей собой герметичную емкость. На фланце 5 закреплен датчик вибрации (амплитуды или виброускорения, являющихся взаимосвязанными параметрами вибрации) 13, связанный электрически с микроконтроллером 14, который, в свою очередь, электрически связан с электродвигателем 15, приводящим во вращение ротор 1 посредством ременной передачи 16. Связанные электрически микроконтроллер 14, датчик вибрации 13 и электродвигатель 15 составляют устройство для определения количества осадка в роторе, а электродвигатель 15 и ременная передача 16 составляют привод вращения ротора (отдельной позиции устройство и привод в описании и на чертеже не имеют). Ротор 1 включает в себя тонкослойную вставку 17, колпак 18, коническую обечайку 19 со шкивом 20 и крыльчаткой 21, связанную через ременную передачу 16 с электродвигателем 15.

Центробежный очиститель работает следующим образом.

При включении привода начинает вращаться ротор 1. Очищаемая жидкость через штуцер 6 поступает в ротор, раскручивается крыльчаткой 21, проходит через тонкослойную вставку 17 и с помощью напорного диска 8 через полую ось 4 и штуцер 7 выводится из очистителя (путь жидкости указан стрелками). Под действием центробежного поля частицы загрязнений оседают в тонкослойной вставке 17 и сбрасываются на внутреннюю поверхность колпака 18, образуя осадок (на чертеже показан штриховкой точками). Вращающаяся и неподвижная части очистителя герметизируются торцевым уплотнением 9. При остановке ротора малоадгезионный осадок сползает вниз по конической обечайке 19 и через отверстия во фланце 5 и корпусе 12 попадает в герметичную емкость, откуда периодически удаляется, увеличивая тем самым интервал работы очистителя без разборки ротора (путь сползающего осадка указан волнистыми стрелками). Осадок с большой адгезией не сползает и удаляется после остановки ротора путем съема колпака и очистки его внутренней поверхности.

В процессе очистки жидкости накопление осадка на внутренней поверхности колпака 9 приводит к увеличению вибрации ротора 1 и, как следствие, увеличению вибрации оси 4 и её фланца 5 с датчиком вибрации 13. Сигнал от датчика 13 поступает в микроконтроллер 14, табло которого в каждый момент времени показывает количество осадка, соответствующее величине вибрации ротора при заданной плотности осадка (определяется при конкретных условиях работы очистителя).

В памяти микроконтроллера 14 заложена предельная величина количества осадка (одно из пороговых значений), соответствующая критическому количеству осадка в роторе при работе очистителя в режиме очистки. Микроконтроллер 14 осуществляет индикацию текущей информации об уровне вибрации ротора по сигналам датчика 13, а при достижении заданного порогового значения, как за счет накопления осадка в роторе, так и вследствие других причин, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации очистителя (в случаях ослабления крепления узлов и деталей, неправильной сборки центрифуги и проч.), от микроконтроллера поступает команда на выключение электродвигателя 15.

Информация о текущих значениях вибрации позволяет определять степень заполнения центрифуги очистителя осадком, допустимое время непрерывной работы и планировать проведение регламентных мероприятий по удалению осадка, а также заблаговременно обнаружить нарушение жесткости конструкции, что повышает эффективность контроля за надежностью работы очистителя в штатном режиме.

Кроме того, информация о текущих значениях вибрации позволяет также точно определить уровень, при котором начинается ухудшение качества очистки при накоплении в роторе осадка с меньшей, чем ранее, плотностью, и сразу установить новое требуемое пороговое значение, что повышает эффективность контроля за качеством очистки жидкости.

Для периода запуска очистителя в памяти микроконтроллера может быть заложено другое пороговое значение уровня вибрации, превышающее пороговое значение режима очистки. Это позволяет осуществить запуск очистителя при повышенных, но допустимых с точки зрения устойчивости конструкции очистителя, резонансных частотах и отключить привод при достижении опасного уровня вибрации.

Предлагаемое устройство может быть использовано как в очистителях, ротор которых снабжен тонкослойными вставками (тарельчатыми, спиральными и др.), так и в очистителях без тонкослойных вставок. Кроме того, данное устройство не имеет погрешности показаний, связанных с изменением формы осадка при работе очистителя.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Центробежный очиститель жидкости, содержащий ротор для очищаемой жидкости, установленный на вертикальной полой оси, закрепленной на корпусе очистителя и служащей для отвода из ротора очищенной жидкости, привод вращения ротора, датчик вибрации, жестко соединенный с основанием указанной оси, и микроконтроллер, который связан с приводом вращения ротора и непосредственно с датчиком вибрации и выполнен с возможностью индикации текущей информации об уровне вибрации ротора по сигналам датчика при штатном режиме работы очистителя и подачи команды на отключение привода ротора при превышении уровнем вибрации одного из пороговых значений.