Техника будущего: новые технические решения технологических задач

Центрифуга (Пат. РФ 2148438) может быть использована в машиностроительной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности.

Центрифуга (рис. 12.39) содержит корпус 1, размещенные в нем загрузочную камеру 2, вал, кинематически связанный с двигателем (не показан) и выполненный с верхним 3 и нижним 4 концами, выполненными в виде части сферы и установленными в верхнем 5 и нижнем 6 подшипниках вращения, и систему балансировки. Система балансировки содержит два установленных на верхней и нижней сторонах загрузочной камеры 2 центрирующих механизма. Каждый центрирующий механизм состоит из двух взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винтов 7, снабженных грузами (ползунами) 8. Ходовые винты 7, в свою очередь, кинематически связаны роликами 9 и 10. На стенках корпуса 1 в верхней и нижней его частях коаксиально ротору укреплены центрирующие кольца 11 и 12, имеющие с внешней стороны на уровне роликов 9 и 10 профилированную, в данном случае коническую поверхность. При этом ролики 9 и 10 механизмов установлены с зазором (0,1…0,2 мм) относительно центрирующих колец 11 и 12.

Для обеспечения смещения верхнего конца вала последний снабжен центрирующим стаканом 13, имеющим на одном конце с внешней стороны на уровне стенки корпуса 1 кольцо в виде части сферы, и пружиной 14, установленной коаксиально в стакане 13. На втором конце стакана 13 закреплен подшипник 5. Конец 3 вала с кольцом контактирует с внутренней поверхностью подшипника 5.

Для обеспечения смещения нижнего конца вала последний снабжен центрирующим стаканом 15, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной 16, установленной коаксиально в стакане 15, шайбой 17, укрепленной на стенке корпуса 1 коаксиально стакану 15, шайбой 18, установленной коаксиально стакану 15 и укрепленной на корпусе подшипника 6, и сепаратором, установленным между шайбами 17 и 18 коаксиально стакану 15 и выполненным в виде кольца 19 с отверстиями, в которых расположены шарики 20. При этом внешними кольцами стакан 15 контактирует с нижней шайбой 17, с сепаратором и верхней шайбой 18. При этом нижний конец 4 вала через переходную деталь 21 опирается на подшипник 6.

Камеру 2 загружают и включают двигатель. Камера 2 начинает вращаться. При неравномерной загрузке камеры 2 возникает дисбаланс, т. е. вал смещается относительно вертикальной оси. При перекашивании центрирующего стакана 15 шайба 18 смещается относительно шайбы 17 за счет перекатывания между ними шариков 20. При этом ролики 10 прижимаются к конической поверхности центрирующего кольца 12. За счет сил трения ролики 10 начинают вращаться, в свою очередь они приводят во вращение ходовые винты 7, которые, вращаясь, перемещают грузы (ползуны) 8 в сторону геометрической оси вращения вала центрифуги до совмещения его с осью вращения. После чего пружины 14 и 16 возвращают стаканы 13 и 15 в исходное положение, восстанавливая зазоры между роликами 9 и 10 и коническими поверхностями центрирующих колец 11 и 12. При этом прекращается вращение ходовых винтов 7, что способствует продолжению вращения ротора центрифуги без биения.

Таким образом, в предложенной центрифуге во время ее запуска автоматически балансируется вал, устраняется биение в местах его фиксирования на опорах, при этом происходит также совмещение главной физической оси вала с геометрической осью центрифуги. Указанная балансировка возможна при весьма больших дисбалансах центрифуги, что существенно упрощает эксплуатацию центрифуги и улучшает ее характеристики.

Центрифуга отличается тем, что вал состоит из двух частей, расположенных по обе стороны загрузочной камеры, а концы его выполнены в виде части сферы и установлены в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала, система балансировки содержит два установленных на вышеуказанных сторонах загрузочной камеры центрирующих механизма, каждый из них содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, ролики, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец; отличается тем, что для обеспечения смещения концов вала верхний конец вала снабжен центрирующим стаканом, один конец которого укреплен на подшипнике, а другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружиной, расположенной в стакане, и заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а нижний конец вала снабжен другим центрирующим стаканом, имеющим с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружиной, расположенной в стакане, заглушкой, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайбами, установленными коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратором, установленным коаксиально стакану между шайбами и выполненным в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой; отличается тем, что профилированная поверхность центрирующих колец выполнена конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической, или в виде других поверхностей вращения или их сочетаний.

Устройство для фильтрации (Пат. РФ 2076900) используется в пивоваренной отрасли пищевой промышленности для фильтрации пивного сусла.

Устройство для фильтрации (рис. 12.40) содержит цилиндрический корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3, в нижней части которого установлена фильтрационная сетка 4, рыхлитель, выполненный в виде вала 5 с закрепленной на нем траверсой 6 и установленных на ней рыхлительных ножей 7 с лопатками 8, механизм вертикального перемещения рыхлителя в виде рычага 9, ось 10 которого укреплена в корпусе 1. Ведомое плечо рычага 9 выполнено с пазом на конце и соединено посредством пальца 11, установленного на втулке 12, через подшипник 13 с валом рыхлителя 5. Ось 10 рычага 9 укреплена в корпусе 1 на кронштейне 14.

Кроме того, устройство содержит механизм вращения в виде полого вала 15, установленного в корпусе 1, механически связанного с валом 16 редуктора  17 посредством шпонки 18 и имеющего продольный паз 19 для хода штифта 20, жестко связанного с валом 5 рыхлителя, при этом длина продольного паза не превышает расстояние между лопатками 8. Кроме того, механизм вращения рыхлителя содержит подшипник 21, посредством которого полый вал 15 соединен с валом 16 редуктора. Механизм вращения имеет привод в виде электродвигателя 22, а привод механизма вертикального перемещения выполнен в виде рукоятки 23 с гайкой на винте 24, соединенным осью 25 с ведущим плечом рычага 9. Каждый нож 7 соединен с траверсой 6 через соответствующую втулку 26 траверсы 6, в которой расположен подвижный палец 27, соединенный с рукояткой ножа 7 через ось 28. Траверса 6 имеет ограничители 29 по числу ножей 7, на рукоятке каждого из которых укреплены ограничительные штифты 30, 31. Лопатки 8 установлены на ножах 7 в шахматном порядке и имеют наклон относительно горизонтали 3…10°.

После заполнения резервуара устройства пивным суслом через входной патрубок 2 включают электродвигатель 22 и через редуктор 17 начинает работать механизм вращения рыхлителя. Вал 16 редуктора 17 передает вращение через шпонку 18 полому валу 15, имеющему продольный паз 19 для хода штифта 20, запрессованного в вал 5. При этом вал 5 приводит во вращение траверсу 6 с рыхлительными ножами 7 и лопатками 8 для рыхления затора.

Ножи 7, шарнирно закрепленные на траверсе 6, имеют возможность через ось 27 самоустанавливаться, что позволяет без особых усилий осуществлять вращение. Вертикальное перемещение вала 5 осуществляется при вращении рукоятки 23, осуществляющей через винт 24 с осью 25 воздействия на ведомое плечо рычага 9.

Привод механизма вертикального перемещения рыхлителя может быть выполнен по-иному (в том числе электрическим), а наличие рычага позволяет брать его менее мощным, чем в прототипе.

Выбор хода вертикального перемещения, непревышающего величину расстояния между лопатками, позволяет уменьшить длину и соответственно габариты механизма вертикального перемещения, сохранив при этом функцию по рассечению всей высоты затора. Отфильтрованное сусло через фильтрационную сетку 4 поступает в выходной патрубок 3.

Устройство для фильтрации преимущественно пивного сусла отличается тем, что механизм вертикального перемещения рыхлителя выполнен в виде рычага, ось которого укреплена в корпусе, при этом ведомое плечо рычага механически связано с валом рыхлителя, ведущее плечо рычага – с приводом механизма вертикального перемещения, а вертикальный ход вала рыхлителя ограничен расстоянием, не превышающим расстояние между лопатками; отличается тем, что ведомое плечо рычага выполнено с пазом на конце и соединено посредством пальца, установленного на втулке, через подшипник с валом рыхлителя; отличается тем, что ось рычага укреплена в корпусе посредством кронштейна; отличается тем, что механизм вращения содержит полый вал, установленный в корпусе, механически связанный с валом редуктора, на валу рыхлителя жестко установлен штифт, в полом валу механизма вращения выполнен продольный паз для хода штифта, длина которого не превышает расстояние между лопатками; отличается тем, что каждый нож соединен с траверсой через соответствующую втулку траверсы, в которой установлен подвижный палец, соединенный с рукояткой ножа через ось, при этом траверса имеет ограничители по числу ножей, на рукоятке каждого из которых укреплены ограничительные штифты.

Аппарат для разделения растворов (Пат. РФ 1793951) используется для разделения растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации.

Аппарат для разделения растворов (рис. 12.41) состоит из цилиндрического корпуса 1, фильтрующего элемента 2, выполненного в виде двух перфорированных спиралей 3 и 4, образующих замкнутую полость. На поверхность спиралей нанесены полупроницаемые мембраны 5 и 6 с дренажным слоем. Замкнутая полость соединена с патрубком удаления фильтрата 7. При работе аппарата исходный раствор подается через патрубок 9. После прохождения через фильтрующие элементы он разделяется на две части: первая – фильтрат выгружаются через приемный лоток 10, а концентрат – через патрубок 8.

Аппарат для разделения растворов отличается тем, что с целью уменьшения гидравлического сопротивления аппарата и концентрационной поляризации, фильтрующий элемент установлен с возможностью вращения навстречу подачи исходного раствора и выполнен в виде двух ленточных спиралей, образующих замкнутую полость, соединенную с патрубком вывода фильтрата, охватывающим патрубок вывода концентрата, расположенный по оси аппарата, при этом патрубок ввода исходного раствора размещен тангенциально к цилиндрическому корпусу аппарата.

Шнековый пресс (Пат. РФ 2173636) может использоваться на сахарных заводах для отжима жидкости из свекловичного жома (рис. 12.42).

Шнековый пресс для отжима жидкости из растительных материалов, преимущественно свекловичного жома, содержит корпус 1 с загрузочным бункером 2. В корпусе размещена перфорированная матрица 3, причем внутренняя поверхность матрицы имеет конусообразное сечение. Внутри перфорированной матрицы 3 установлен полый перфорированный шнековый вал 4, причем увеличение диаметра шнекового вала 4 направлено в сторону уменьшения внутреннего диаметра перфорированной матрицы 3. Камера прессования 5 состоит из ограниченного пространства между лопастями конусного шнекового вала 4 и перфорированной матрицы 3. Конусный запорный элемент 6 выполнен в виде конусного кольца и предназначен для обеспечения подпора прессуемого свекловичного жома и регулировки степени отжима. Степень отжима зависит от размера отверстий 7 (рис. 12.42), предусмотренных для выхода отжатого свекловичного жома. Для обеспечения необходимого размера выходных отверстий 7 предусмотрены регулировочные болты 8 с возможностью установки прокладок 9 на необходимый размер выходного отверстия. В корпусе предусмотрено отверстие 10 для слива отжатой жидкости. Для создания определенного направления отжатой массы к выходному торцу корпуса закреплен направляющий козырек 11.

Отжим жидкости из свекловичного жома осуществляется следующим образом. Шнековый вал 4 захватывает и увлекает свекловичный жом, который поступает через загрузочный бункер 2 в камеру прессования 5. Камера прессования 5 состоит из ограниченного пространства между лопастями конусного шнекового вала 4 и перфорированной матрицы 3.

Необходимо заметить, что конструкция перфорированной матрицы 3 и конусного шнекового вала 4 позволяет создать равномерное напряжение сжатия свекловичного жома во всех плоскостях (см. стрелки). Конусный запорный элемент 6 в виде конусного кольца обеспечивает подпор прессуемого свекловичного жома и регулирует степень отжима. Степень отжима зависит от размера отверстий 7, предусмотренных для выхода отжатого свекловичного жома. Размер выходных отверстий 7 изменяют с помощью регулировочных болтов 8 путем установки прокладок 9 на необходимый размер выходного отверстия. Избыточная жидкость сливается через отверстия в перфорированной матрице 3 и в полом перфорированном конусном шнековом валу 4. В корпусе предусмотрено отверстие 10 для слива отжатой жидкости. Отверстия 7 для выхода отжатого свекловичного жома выполнены с увеличивающейся площадью сечения в направлении выхода свекловичного жома. Для создания определенного направления отжатой массы к выходному торцу корпуса закреплен направляющий козырек 11.

Шнековый пресс для отжима жидкости преимущественно из растительных материалов отличается тем, что для стока отжатой жидкости конусный шнековый вал выполнен полым и перфорированным; отличается тем, что увеличение диаметра перфорированного шнекового вала направлено в сторону уменьшения внутреннего диаметра перфорированной матрицы, причем внутренняя поверхность матрицы имеет конусообразное сечение; отличается тем, что отверстия для выхода отжатого свекловичного жома выполнены с увеличивающейся площадью сечения в направлении выхода свекловичного жома; отличается тем, что для создания определенного направления отжатой массы к торцу корпуса закреплен направляющий козырек, который выполнен в виде усеченного цилиндра.

Масловыжимной пресс (Пат. РФ 5127320) может использоваться для отжима масла. Общий вид масловыжимного пресса показан на рис. 12.43.

Масловыжимной пресс состоит из цилиндра 1 с отверстиями для выхода масла 2, секции с отверстием для выхода жмыха 3, шнека 4, с винтовыми нарезками 5 и 6, дроссельного элемента 7, находящегося между зонами транспортирования 8 и сжатия 9 и выполненного в виде ряда колец с увеличивающимися в направлении выходного отверстия наружными диаметрами и прямоугольными пазами 10, выполненными вдоль всего дроссельного элемента, а также пазами 11, изготовленными на максимальном диаметре дроссельного элемента под углом 45° к горизонтали.

Исходное маслосодержащее сырье подается в зону транспортирования через загрузочный бункер (не показан), в результате передачи крутящего момента шнеку 4, имеющему большой шаг нарезки 5, маслосодержащее сырье перемещается между зеерным цилиндром 1 и телом шнека 4. По достижении участка с дроссельным элементом 7 маслосодержащее сырье эффективно прессуется и отжимается жидкая фаза, которая стекает через отверстия 2. Для исключения сильного напрессовывания в зоне дроссельного элемента 7 предусмотрены пазы 10 и 11, через которые уходит часть отжатого жмыха. После прохождения сырья через дроссельный элемент 7 большая часть жидкой фазы отделена, и жмых спокойно выпрессовывается шнеком 4 с мелким шагом нарезки 6 через фланец с отверстием для выхода жмыха 3.

Таким образом, максимально увеличивается отжим масла, а получаемый жмых с пониженной остаточной масличностью используется в качестве как добавок к продуктам питания, так и продуктов питания или в качестве кормосмеси для питания скота, птицы, рыбы и домашних животных.

Масловыжимной пресс отличается тем, что вдоль дроссельного элемента в кольцах выполнены прямоугольные пазы, а на кольце с максимальным диаметром выполнены пазы под углом 45° к горизонтали, при этом шнек с винтовой нарезкой в зоне транспортирования и в зоне сжатия имеет разный шаг нарезки.