устройство для исследования гранулометрического состава взвесей универсальное

Формула изобретения

Устройство для исследования гранулометрического состава взвесей твердых частиц в жидкости осаждением за счет центробежной силы, состоящее из вращающейся осадительной части, отличающееся тем, что включает осадитель, который состоит из успокоительной камеры, осадительной камеры, канала отвода фугата, причем камеры осадителя разделены перегородками с отверстиями для движения жидкости, при этом осаждение происходит из движущегося слоя жидкости, а осушение осадка происходит через дополнительные отверстия в перегородках между камерами, осадительная камера выполнена вращающейся на планшайбе, а на ее днище установлена плоская сменная осадительная пластина, при этом более крупные частицы оседают ближе к перегородке между успокоительной и осадительной камерами, а более мелкие частицы - дальше от указанной перегородки по ходу движения потока на плоской сменной осадительной пластине, вращающийся трубопровод, обеспечивающий подачу взвеси в осадитель, и неподвижную часть приема фугата, выполненную в виде рубашки для приема фугата, выпуклое днище которой имеет наклон.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к осадительным центрифугам и предназначено для исследовательской работы.

Уровень техники

Прототипом заявляемого устройства является центрифуга (российский патентный документ № 2252824), включающая кожух с технологическими патрубками и установленный в нем на валу ротор, состоящий из коническо-цилиндрической обечайки и крышки. Обечайка расположена с возможностью осевого перемещения, а размещенный внутри ротора на валу диск с лопастями разделяет внутреннее пространство ротора на две части. Имеется узел трения. Ротор расположен с возможностью осевого перемещения и остановки при вращении вала, оснащен устройством торможения и соединен с валом посредством подшипника скольжения и узла трения для соединения вала с обечайкой. Рабочая поверхность узла трения изготовлена из материала с большим значением коэффициента трения скольжения, например волокнита.

Достоинством этого аппарата является то, что он имеет повышенную производительность.

Недостатком устройства является то, что его конструкция не позволяет собирать осадок в дифференцированном по размеру состоянии.

Аналогом предлагаемого устройства является центрифуга с регулируемым отбором продуктов разделения (Патент РФ № 2322306). Изобретение относится к устройствам для разделения жидких и других смесей, при этом взвешенные частицы могут быть в любом агрегатном состоянии.

Задачей изобретения является разработка конструкции центрифуги непрерывного действия, позволяющей регулировать производительность аппарата, фракционный состав продуктов разделения, количество отбираемых продуктов разделения, а также позволяющей быстро и удобно разбирать рабочую часть центрифуги для проведения регулярных профилактических работ, что необходимо в случае использования центрифуги в пищевой промышленности.

Поставленная задача решается путем снабжения центрифуги приводом с плавной регулировкой частоты вращения, путем снабжения центрифуги клапанами отвода продуктов разделения, регулируемых по высоте отбора фракций и по их пропускной способности, путем снабжения центрифуги рубашками приема продуктов разделения с разъемами, оснащенными эксцентриковыми затворами.

Достоинством этого устройства является возможность получать фракции с различным гранулометрическим составом.

Недостатком этого устройства является то, что возможный осадок будет распределяться на большую площадь обечайки, а это затруднит его сбор для анализа. Диапазон размеров взвешенных частиц в каждой фракции довольно широк, это снижает точность анализа.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка устройства для гранулометрического исследования взвесей твердых частиц в жидкости. При этом необходимо предусмотреть возможность определения массы каждой фракции взвешенных частиц. Число фракций, на которое можно разделить взвесь, должно быть как можно большим. Диапазон размеров частиц в каждой фракции должен быть как можно уже, а гранулометрическое содержание взвеси максимально широкое, то есть аппарат должен осаждать как крупные, так и мельчайшие взвешенные частицы. Также необходимо определять точные размеры частиц и их форму. Конструкция аппарата должна позволять легко выгружать осадок с минимальными его потерями, не нарушая порядок осевших частиц. Таким образом, новый аппарат должен охватить широкий спектр исследовательских задач и стать универсальным.

В устройствах для исследования гранулометрического состава взвесей, известных ранее, основной причиной низкой эффективности является их узкое предназначение и неприспособленность конструкции к удобному и точному анализу осадка.

Предложено устройство, состоящее из осадителя 1 (чертеж, a), который вращается на планшайбе 2. Планшайба 2 опирается на подшипник 3 и вращается мотором 4. А также предложенное устройство состоит из: буфера подвода взвеси 5, опирающегося на неподвижную опору 6; неподвижного трубопровода 7; регулировочного крана 8; вращающегося трубопровода 9 с воронкой 10; а также из кольцевой рубашки для приема фугата 11, которая опирается на неподвижную опору 12. Рубашка 11 для приема фугата снабжена наклонным днищем выпуклой формы и штуцером 13 для отвода из нее фугата. Наклонное днище рубашки 11 позволяет практически полностью отводить фугат из рубашки, что положительно скажется на точности исследования. Осадитель 1, в свою очередь, состоит из успокоительной камеры 14, осадительной камеры 15, канала отвода фугата 16, перегородки 17 с основным отверстием 18 и дополнительным отверстием 19 между успокоительной и осадительной камерами, перегородки 20 с основным отверстием 21 и дополнительным отверстием 22 между осадительной камерой и каналом отвода фугата. А также осадительная камера 15 снабжена сменной плоской вертикальной осадительной пластиной 23, которая установлена на днище этой камеры.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Крутящий момент от мотора 4 передается планшайбе 2 и осадителю 1. Частоту вращения можно регулировать по необходимости.

В начале работы осадителю 1 дают раскрутиться до рабочей частоты вращения. Далее заполняют буфер подвода 5 взвесью 24 (чертеж, a) и открывают кран 8, регулируя им расход взвеси. Взвесь по неподвижному трубопроводу 7 подается во вращающийся трубопровод 9 через его воронку 10. По вращающемуся трубопроводу 9 взвесь подается в успокоительную камеру 14, где снижается турбулизация потока взвеси, приобретенная во вращающемся трубопроводе, а также в успокоительной камере рассеивается энергия удара струи о днище осадителя. Центробежной силой взвесь прижимается к вертикальному днищу осадителя 1. Под действием вновь поступающих из вращающегося трубопровода порций взвеси последняя перетекает в осадительную камеру через основное отверстие 18 в перегородке 17 и дополнительное отверстие 19 в той же перегородке. Поперечное сечение отверстия 19 в несколько раз меньше поперечного сечения отверстия 18, это необходимо для завершающего этапа центрифугирования и будет описано ниже.

Поперечное сечение осадительной камеры больше чем у остальных проходных сечений, через которые течет взвесь. Попав в осадительную камеру, поток движется ламинарно вверх, при этом более крупные частицы под действием центробежной силы оседают из движущегося слоя жидкости ближе к перегородке 17, а более мелкие частицы (под действием той же силы) - дальше от перегородки 17, распределяясь, таким образом, по размеру на осадительной пластине 23. Фугат 25, свободный от взвешенных частиц, перетекает через отверстия в перегородке 20 и каналом отвода фугата 16 направляется в рубашку 11 для отвода фугата. В рубашке 11 фугат накапливается, стекая с его стенок и наклонного днища, и отводится через штуцер 13, после чего он может быть проанализирован.

Когда центрифугирование заканчивается и взвесь перестает поступать из трубопровода 9, последние порции жидкости медленно покидают успокоительную камеру 14 через дополнительное отверстие 19. И так же последние порции жидкости покидают осадительную камеру 15 через дополнительное отверстие 22 в перегородке 20. Таким образом, на осадительной пластине 23 остается практически сухой осадок распределенных по размеру твердых частиц.

Регулируя диаметр дополнительных отверстий 19 и 22 (например, вворачивая в них жиклеры), а также регулируя расход взвеси краном 8 и частоту вращения осадителя 1, можно настроить устройство на работу со взвесями, имеющими широкий гранулометрический состав, разное массовое содержание взвешенной фазы. Это позволяет говорить о широкой универсальности предложенного устройства.

Далее останавливают вращение и осадительную пластину 23, вынимают вместе с осадком 26 (чертеж, б). В зависимости от условий эксперимента осадок можно сушить прямо на осадительной пластине или взвешивать влажным сразу после получения. Для взвешивания осадок делят на необходимое число «N» фракций (чертеж, б) и снимают с осадительной пластины лезвием или другим подобным инструментом. Далее частицы каждой фракции микроскопируют для определения их размеров и формы. Полученных данных достаточно для построения зависимости размеров частиц и массы фракции, содержащей эти частицы.

При реализации изобретения могут быть получены следующие результаты:

1. Предложенное устройство позволит исследовать гранулометрический состав широкого спектра взвесей различного происхождения и назначения.

2. Ширина диапазона размеров частиц может быть выбрана исследователем и может быть сколь угодно узкой, а значит, результаты исследования могут иметь высокую точность.

3. Предложенное устройство обеспечивает легкий прямой доступ к каждой фракции осевших частиц. Это позволит качественно и напрямую их взвесить и микроскопировать.

Краткое описание прилагаемых фигур

На чертеже изображен эскиз продольного разреза предложенного устройства для исследования гранулометрического состава взвеси.