Фильтрующие центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка типа фвш и фгш.
Непрерывно действующие центрифуги со шнековой выгрузкой осадка делятся на фильтрующие вертикальные (ФВШ), горизонтальные (ФГШ) и осадительные (ОГШ); центрифуги ФГШ и ОГШ стандартизованы (ГОСТ 8459—78). Фильтрующие центрифуги имеют консольное расположение вала; у осадительных центрифуг, как правило, ротор находится между опорами. Характеристики этих центрифуг даны в справочной литературе.
Центрифуги ФВШ и ФГШ применяют для обработки суспензий с кристаллической твердой фазой концентрацией более 20 % при размерах частиц более 100 мкм (сульфаты натрия, аммония, железа, цинка, глауберова соль, нитроцеллюлоза, поташ, волокнистые материалы и др.). Наибольший эффект достигается при концентрации твердой фазы более 40 %.
Фильтрующие центрифуги могут работать с высокими скоростями (фактор разделения до 3500, диаметр ротора 160—630 мм, производительность 0,2—20 т/ч) и с низкими скоростями (фактор разделения 150—800, диаметр ротора 700—1200 мм, производительность 35—75 т/ч). В химической промышленности в основном используют высокоскоростные центрифуги; они отличаются высокой степенью обезвоживания, низкой металло - и энергоемкостью.
Для выгрузки осадка используют расположенные соосно внутри ротора четырех-, шести - и восьмизаходные шнеки, вращающиеся с иной, чем у ротора, скоростью, что позволяет регулировать время обработки материала. Скорости вращения ротора и шнека в таких центрифугах отличаются на 2-3%.
Центрифуги ФВШ могут иметь привод с вертикальным фланцевым электродвигателем, вращение от которого передается на планетарный
редуктор через клиноременную передачу. При горизонтальном расположении электродвигателя для передачи вращения используют дополнительные конические шестерни. Ротор центрифуг ФВШ и ФГШ представляет собой усеченный конус, боковая поверхность которого имеет щелевидные отверстия для прохода фильтрата. Внутренняя поверхность ротора покрыта металлическими листами с круглыми или щелевидными отверстиями соответственно диаметром или шириной 0,3—0,5 мм; для крупнотоннажных центрифуг фильтрующую перегородку изготовляют из колосников специального профиля.
Рис.169. Конструктивная схема вертикальной центрифуги типа ФВШ:
1-предохранительное устройство; 2- дифференциальный планетарный редуктор; 3-камера для сбора фильтрата; 4- транспортирующий шнек; 5-питающая труба; 6-ротор; 7-сито; 8-кожух-станина; 9-камера для сбора осадка; 10-электродвигатель.
Центрифуга ФВШ (рис. 169) имеет вертикальный электродвигатель 10 и клиноременную передачу, вращение через которую передается на дифференциальный планетарный редуктор 2, размещённый под ротором 6 соосно с ним. Далее вращение передается от планетарного редуктора на соосные валы ротора 6 и шнека 4 с разностью частот их вращения в 2-3%. За счёт этой разницы частот вращения ротора 6 и шнека 4 осуществляется перемещение и выгрузка осадка шнеком из ротора. Суспензия подается по питающей трубе 5 в узкое основание ротора, обрабатывается, фильтрат собирается в приемнике 3. Осадок перемещается к широкому краю ротора, промывается, сушится посредством отжима и поступает в камеру 9 для осадка, расположенную в кожухе - станине 8.
С нижним концом входного валика дифференциального планетарного редуктора соединён механизм 1 защиты этого редуктора от перегрузок . Он
состоит из корпуса, укрепляемого в нише кожуха – станины 8 на фланцевом разъёме; рычага, укреплённого на соединительном валике, снабжённого резиновым роликом и реагирующего на перемещение входного валика редуктора при перегрузке (например, заклинивание шнека в слое осадка). На другом конце соединительного валика с помощью державки укреплён противовес, который при срабатывании механизма защиты редуктора перебрасывается звеньями механизма на 120 градусов. Достигнув крайнего положения, противовес нажимает на шток концевого электровыключателя, через систему автоматики отключает электродвигатель привода центрифуги и включает соответствующую сигнализацию.
Центрифуги ФГШ в химической промышленности вытесняют центрифуги ФВШ, так как обладают рядом преимуществ: высокой эксплуатационной надежностью, лучшей доступностью к ротору и шнеку, расположением опор и редуктора вне зоны обработки материала, возможностью герметизации рабочих узлов. Конструкция центрифуги ФГШ и ее основные узлы приведены на рис. 170.
Рис.170. Центрифуга ФГШ (отдельно показано устройство регулировки зазора между шнеком и ротором):
дифференциальный планетарный редуктор; 2-приводной шкив; 3-станина; 4 и 7-задний и передний коренные подшипники; 5-приводной вал шнека; 6-главный вал; 8-ступица; 9-отражательное кольцо; 10-ротор; 11-кожух; 12-приварное кольцо; 13-штуцер; 14-сопло; 15-смотровой фонарь; 16- приёмник сухого осадка; 17-крышка; 18-смотровое окно;19-передняя опора приводного шнека; 20-трубы подачи промывной жидкости; 21-шнек; 22-лоток; 23-ось кронштейна; 24-сливная труба; 25-крышка передней опоры; 26-швеллерная рама; 27-упругий элемент опоры; 28-подшипник скольжения; 29-защитное устройство редуктора; 30-гайка; 31-дистанционная шайба.
Центрифуга ФГШ имеет горизонтальное расположение ротора 10. Агрегат центрифуги монтируется на чугунной станине 3 с горизонтальным разъёмом по оси машины. На станине 3 устанавливаются передний 7 и задний 4 коренные подшипники полого главного вала 6 центрифуги. Со стороны ротора вал переходит в ступицу 8 с фланцем, к которому на болтах крепится ротор 10. На торцевой поверхности фланца проточены кольцевые канавки, которые совместно с коаксиальными выступами неподвижной крышки 25 передней опоры образуют заднее лабиринтное уплотнение, защищающее передний подшипник 7 от агрессивного и абразивного воздействия обрабатываемой суспензии.
Внутри главного вала размещён приводной вал шнека 5, имеющий своей передней опорой 19 радиальный и радиально-упорный подшипники качения, надёжно зафиксированные круглой гайкой. Задняя опора главного вала опирается на бронзовый подшипник скольжения 28, смазываемый централизованно через систему сверлений. Со стороны ротора вал шнека уплотнён тремя манжетами. Для соединения приводного вала шнека 5 (рис 170) со шлицевой втулкой выходного вала дифференциального планетарного редуктора 1 (рис 171) последний снабжён ответным шлицевым окончанием.
Коренные подшипники 4 и 7 размещаются в круглых стальных корпусах, закрытых боковыми крышками с лабиринтными уплотнениями подшипников. Смазка подшипников качения– консистентная.
Осевая фиксация корпусов коренных подшипников в станине осуществляется с помощью штифтов, закреплённых в станине и входящих своими выступами в пазы корпусов. При этом левый корпус (со стороны редуктора 1) жёстко фиксируется в станине кольцевым выступом, входящим в ответный кольцевой паз станины. Правая опора коренного подшипника 7- плавающая в осевом направлении, что позволяет избежать значительных осевых термических напряжений в коренных подшипниках. В конструкции центрифуги предусмотрен контроль температуры коренных подшипников с помощью термометров или термопар.
Шнек центрифуги имеет шесть заходов и фиксируется на валу 5 с помощью шпонки. При регулировании зазора между ротором и шнеком последний смещается по цилиндрическому ступенчатому концу вала с помощью гайки 30 и сменных дистанционных шайб 31.
На крышке смонтировано смотровое окно-люк 18, через которое можно также производить промывку машин. Смотровое окно снабжено ручным «дворником».
Центрифуга снабжена элементами виброизоляции от несущих конструкций здания, которые включают в себя швеллерную раму 26 с установленными на ее верхнем уровне упругими резиновыми полыми цилиндрами 27. Рама крепится к фундаменту прочными фундаментными болтами.
Остальные элементы центрифуги в функциональном отношении аналогичны элементам центрифуг ФВШ. Аналогичен в основном и принцип действия этих центрифуг.
На рис. 171 приведена конструкция горизонтального планетарного редуктора, служащего для передачи вращения от главного вала 6 центрифуги (см. рис. 170) к приводному валу 5 шнека с замедлением частоты вращения приводного вала на 44 об/мин. На рис. 171 приведена также кинематическая схема этого редуктора.
Рис.171. Планетарный редуктор центрифуги ФГШ (отдельно показана принципиальная кинематическая схема):
1-рычаг; 2 и 13-уплотняющие манжеты; 3-солнечная шестерня первой ступени; 4-оси сателлитов; 5 и 9-сателлиты; 6 и 11-резиновые кольца; 7 и 10-венцы зубчатые; 8-солнечная шестерня второй ступени; 12-шайба дистанционная; 14-выходной вал; 15 и 16-крышки; 17-водило; 18-корпус; 19-пробка; 20-водило первой ступени; 21-крышка передняя; 22-крышка торцевая.
Редуктор крепится на фланце к шкиву главного вала центрифуги. Замедление числа оборотов приводного вала шнека происходит за счет работы двух ступеней зубчатых передач, включающих солнечные шестерни 3 и 8, три сателлитные шестерни 5, взаимодействующие с запрессованным в корпус зубчатым венцом (первая ступень передач), три сателлитные шестерни 9 с зубчатым венцом 10 (вторая ступень передач).
Во время работы центрифуги конец входного вала удерживается от вращения рычагом 1, который входит в систему автоматической защиты редуктора от перегрузок. Шлицевой конец выходного вала 14 соединяется шлицевой втулкой с ответным концом приводного вала шнека.
Необходимо отметить, что планетарный редуктор сходной конструкции, но в вертикальном исполнении, применяется на рассмотренной выше непрерывно-действующей центрифуге ФВШ (см.рис.169).
В зарубежных конструкциях центрифуг ФГШ часто используются редукторы с циклоидальным зацеплением шестерен, которые более компактны, имеют более высокий КПД и проще в эксплуатации. Однако они дороже планетарных редукторов, требуют значительно большей точности и применения специального оборудования при изготовлении.
В центрифугах ФГШ улучшение промывки и сушки осадка обеспечивается уменьшением скорости продвижения осадка в роторе. Для этого витки шнека на участке сушки уменьшены по высоте или вообще отсутствуют, поэтому толщина слоя осадка несколько увеличивается и делается более равномерной, а скорость его перемещения уменьшается. Увеличение толщины слоя осадка в зоне его промывки увеличивает его гидравлическое сопротивление и обеспечивает более равномерное распределение в нем промывной жидкости. Кроме этого равномерная толщина слоя осадка по поверхности ротора и равномерное его влагонасыщение способствуют более виброустойчивой работе центрифуги. Угол наклона образующей ротора к его оси составляет 20°. Осадок перемещается в роторе под действием центробежной силы, а шнек удерживает осадок, регулируя скорость его продвижения: в этом случае при высокой производительности минимален расход энергии на перемещение осадка, однако возрастает унос твердой фазы. Роторы можно выполнять также с углом наклона образующей к оси ротора 10° или цилиндрическими (при обработке суспензии с мелкодисперсной твердой фазой); в обоих случаях осадок транспортируется шнеком. Изготовляют конические шнеки и с переменным углом подъема витков, которыми осадок транспортируется с постоянной скоростью. Центрифуги многоцелевого назначения можно изготовлять с набором сменных роторов и шнеков. Фильтрующие металлические листовые сита с живым сечением 4—30 % выполняют методами просечки, фрезерования или гальваническим способом. Листовые сита имеют толщину 0.3 ÷ 0.5 мм, срок их службы определяется механической прочностью и коррозионной стойкостью. В условиях химпроизводств более надежным зарекомендовали себя просечные сита.
Производительность Qoc, кг/ч, центрифуг ФВШ и ФГШ (по осадку) определяется соотношением:
где tш - шаг шнека, м; ос — плотность осадка, кг/м³; ωш и ωр — угловая скорость шнека и ротора, рад/с; rср — средний радиус шнека, м; β = 15 ... 30° — угол подъема спирали шнека; Ө — угол, зависящий от α и β и свойств обрабатываемого осадка; α — угол наклона образующей конуса к его оси; z — число заходов спирали шнека; δ = (1 ... 3)·10-3 м — толщина лопасти шнека; b = (2 ... 5)·10-3 м — длина основания нормального сечения валика осадка у витка шнека;
,
где φ1 — угол трения осадка о шнек; φ2— угол внутреннего трения осадка.