Выше были рассмотрены конструкции отдельных типов центрифуг. Теперь остановимся на основных узлах центрифуг, к которым относятся: подвесные головки, роторы, подкладочные и фильтрующие сита.
Подвесные головки
или, как их еще называют, верхние опоры роторов центрифуг, предназначены для смягчения динамической неуравновешенности ротора центрифуг, уменьшения его маятниковых колебаний и удобного монтажа подшипников опоры. По конструкции они различаются между собой расположением и регулированием затяжки резинового амортизатора, способом смазки подшипников и конструкцией их корпусов. Подвесная головка (рис. 14.10) применяется в центрифуге ФПН-1251Л, вал ротора которой не имеет нижней опоры.
Рис. 14.10. Конструкция подвесных головок центрифуги АПН-1251Л-2:
1, 2 – шлицевые полумуфты; 3 – эластичная прокладка; 4 – тормозной шкив; 5 – регулировочный винт; 6 – тормозные ленты; 7 – неподвижная опора; 8 – штифт; 9 – амортизатор; 10 – поджимной корпус; 11 – манометр; 12 – канал; 13 – черпающая трубка; 14 – пробка; 15 – вал; 16 – кожух; 17 – гайка; 18 – фартук; 19 – картер; 20 – подшипник; 21 – зажимная гайка; 22, 23 – масленки; 24 – подвесная головка с шаровой опорой.
Она состоит из корпуса с шаровой опорой, в которой при помощи распорных втулок устанавливают подшипники. В верхней части корпуса подшипники фиксируют ступицей тормозного шкива 4, а в нижней – верхним концом втулки, упирающейся в верхнюю часть ступицы масляного картера 19. Последний закреплен на валу специальной гайкой 17.
Подвесную головку шаровой опоры устанавливают на шаровую поверхность неподвижной несущей опоры 7. Чтобы корпус подвесной головки не проворачивался по отношению к несущей опоре, установлен штифт 8, который своей головкой входит в прорезь шаровой опоры подвесной головки. Сферические поверхности опор смазываются консистентной смазкой при помощи колпачковой масленки 23.
Смазку необходимо подавать экономично, избыток ее недопустим, так как она стекает на резиновый амортизатор и ускоряет его износ. Для ограничения маятниковых колебаний вала 15 установлен амортизатор 9, который поджимается конусом 10 при помощи специальной гайки 21. Амортизатор зажимается таким образом, чтобы вал легко пружинил, но не имел люфта. При слабой затяжке отклонение вала от вертикали может достичь недопустимых значений и привести к ударам ротора о кожух, а также к деформации вала электродвигателя. При чрезмерно сильной затяжке амортизатора возникают большие нагрузки, передающиеся на опорные стойки центрифуг и фундамент здания.
Подшипники подвесной головки смазываются автоматически, при этом используется давление, создаваемое центробежными силами. Масло заливается в картер 19 через масленку 22. Количество масла при заливке его в картер определяется высотой выступа пробки 14. Когда масло начинает течь через отверстие выступа пробки, нижний винт пробки ставят на место. При вращении картера вместе с валом масло под давлением центробежных сил прижимается к стенке картера и по неподвижной загнутой черпающей трубке 13 и каналу 12 подводится к верхнему подшипнику подвесной головки. С верхнего подшипника масло поступает на нижние подшипники и затем по кольцевому пространству, образованному ступицей картера и фартуком 18, снова стекает в картер. Давление масла в системе смазки контролирует манометр 11.
Центробежные силы в масляном картере также используются для отделения от масла тяжелых частиц, прижимающихся к внутренней стенке картера. Таким образом, в систему смазки поступает очищенное масло. Масло из картера необходимо периодически спускать и очищать. Нижняя часть подвесной головки заключена в кожух 16.
В верхней части вала прикреплен тормозной шкив 4 с тормозными лентами 6. Электродвигатель соединен с валом ротора при помощи двух полумуфт 1 и 2 и эластичной прокладки 3.
Подвесную головку центрифуги фирмы «Буккау-Вольф» (ФРГ) (рис. 14.11) крепят на валу центрифуги при помощи зажимных фрикционных колец 4 и конуса 16.. головка соединена с валом электродвигателя кулачковыми полумуфтами 1 и 3, между которыми установлены резиновые амортизаторы 2. Головка смазывается централизованно с помощью насосной установки.
Рис. 14.11. Конструкция подвесных головок центрифуги фирмы «Буккау-Вольф»:
1, 3 – полумуфты; 2, 7 – амортизаторы; 4, 13 – зажимные фрикционные кольца; 5 – шаровая опора; 6 – несущая конструкция; 8 – кольцевое пространство; 9 – каналы; 10 – фартук; 11 – отверстие; 12 – вал; 14 – картер; 15 – шкив; 16 – подвижный конус
Масло поступает на верхний подшипник головки, стекает по кольцевому пространству 8, смазывает нижний подшипник и через каналы 9 и кольцевое пространство, образованное фартуком 10, направляется в картер 14. Отсюда через отверстие 11 масло поступает в кольцевой неподвижный сборник и далее насосом направляется в маслосистему. Тормозной шкив 15 прикреплен к валу при помощи зажимных фрикционных колец 13.
Особенностью конструкции подвесной головки центрифуги фирмы «Зангерхаузен» (рис. 14.12) является то, что расстояние между верхними и нижними подшипниками небольшое, так как для ограничения колебаний вала при загрузке утфеля в ротор и выгрузке готового сахара из него применено центрирующее устройство. Смазка подшипников головки и шаровых опорных поверхностей осуществляется консистентной смазкой через масленки 4 и 10. Для предотвращения протекания масла в нижней части головки предусмотрено надежное самоподжимающееся уплотнение 7. Головка присоединена к валу электродвигателя посредством полужестких полумуфт с резиновыми кольцами. Пальцы полумуфт присоединяются к резиновому кольцу поочередно – вначале к нему присоединяется палец верхней полумуфты, затем – палец нижней полумуфты и т.д.
Рис. 14.12. Конструкция подвесной головки центрифуги фирмы «Зангерхаузен»:
1 – амортизаторы; 2 – штифт; 3 – опора; 4, 10 – масленки; 5 – корпус головки; 6 – подшипники; 7 – уплотнение; 8 – кольцо; 9 – шариковый затвор
Сравнивая конструкции рассмотренных подвесных головок, можно сделать вывод, что головки центрифуг, в которых вал ротора имеет нижнюю опору в период загрузки и выгрузки продукта, значительно проще в конструктивном отношении, дешевле в изготовлении и обслуживании кроме того, эксплуатационная надежность центрифуг с нижней опорой значительно выше по сравнению с центрифугами без нее.
Роторы центрифуг
представляют собой сложные узлы, состоящие из цилиндрических и цилиндроконических обечаек, к которым прикреплены верхние ограничивающие кольца и нижние крестовины. Окружная скорость вращения ротора достигает 90 м/с и вызывает большие напряжения в его стенках, поэтому роторы должны быть достаточно прочными и химически устойчивыми.
Обычно ротор состоит из перфорированной обечайки, сварного или литого днища с конической втулкой для крепления к валу, центрифуги и бортового кольца. Обечайки роторов центрифуг изготовляют из листового проката углеродистых сталей с низким содержанием углерода, а также из нержавеющих сталей.
Днища роторов обычно выполняют сваркой из двух частей – литой или кованой ступицы и собственно днища, изготовленного из листа. Часто днище выполняют в виде цельной отливки или поковки. Днища имеют отбортованный край для соединения с обечайкой. Бортовые кольца изготовляют из листового проката с отогнутым краем для присоединения к обечайке. Днища и бортовые кольца соединены с обечайкой при помощи электросварки.
Форма ротора зависит от назначения и типа центрифуги. В сахарной промышленности для подвесных центрифуг циклического действия применяют роторы: цилиндрической и цилиндроконической форм.
Сварной цилиндрический ротор автоматической центрифуги ФПН-1251Л-2 (рис. 14.13.а) состоит из цилиндрической обечайки 2, к которой присоединены бортовое кольцо 1 и днище 3 с ребрами 5 и ступицей 4. На рис. 14.13. б показан сварной ротор саморазгружающейся центрифуги типа ПС-1200.
Рис. 14.13. Роторы автоматических центрифуг циклического действия:
а – цилиндрической автоматической центрифуги ФПН-1251Л-2: 1 – бортовое кольцо; 2 – обечайка; 3 – днище; 4 – ступица; 5 – ребро; 6 – шов сварной; б – цилиндроконический сварной ротор центрифуги ПС-1200: 1 – бортовое кольцо; 2 – цилиндрическая часть обечайки; 3 – коническая часть; 4 – кольцо; 5 – ребро; 6 - ступица
Кроме сварных роторов применяют и цельноштампованные.
Для обеспечения взаимозаменяемости фильтрующих сит роторы отдельных типов центрифуг должны быть изготовлены с высокой точностью по высоте и диаметру. Ротор центрифуги должен иметь строго цилиндрическую форму, а верхние и нижние плоскости, проходящие через торцы ротора, должны быть перпендикулярны его оси. Отклонения по высоте ротора должны находиться в пределах от нуля до минус 0, мм, а по диаметру - до минус 2,0 мм.
Строгая цилиндричность ротора позволяет обеспечить взаимозаменяемость сит, которые выполняют в виде правильного прямоугольника. При невыполнении изложенных выше требований внутренняя развертка ротора имеет криволинейный контур, что усложняет установку сит. Для облегчения установки подкладочных и фильтрующих сит бортовое кольцо изготовляют в виде усеченного конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 15…20°.
В обечайке ротора просверливают отверстия для отвода фугата, которые должны иметь достаточно большой диаметр и заданное суммарное сечение. Отверстия малого диаметра могут забиваться кристаллами сахара, а большие и редко расположенные приводят к забиванию сахаром пространства между ситом и внутренней поверхностью обечайки ротора. Диаметр отверстия обычно принимают равным 5…8мм, а суммарную площадь живого сечения – 5…6% площади обечайки ротора.
Для лучшего удаления патоки фирма БМА предложила сверлить отверстия в горизонтальной плоскости под углом к оси ротора и в направлении, обратном его вращению. Однако сложность изготовления таких отверстий вряд ли компенсируется ожидаемым эффектом от лучшего удаления фугата.
Наиболее рациональный порядок расположения отверстий в роторе – шахматный, при котором обеспечивается минимальное ослабление сечения стенки ротора в продольном направлении и наибольшее живое сечение всех отверстий. Разметку отверстий, их сверление и окончательную обработку ротора производят после приварки обечайки к бортовым кольцам. Отверстия сверлят из многошпиндельных станках в направлении, перпендикулярном образующей ротора. Не допускается сверлить отверстия на сварном шве, так как это ослабляет прочность ротора.
Высоту ротора подвесных центрифуг принимают в пределах 0,4…0,6 его диаметра. Ширина бортового кольца ротора составляет 0,15…0,17 диаметра ротора. Во избежание попадания утфеля и готового продукта в пространство между ротором и кожухом центрифуги диаметр отверстия в крышке кожуха ротора должен быть на 30…50 мм меньше диаметра отверстия в бортовом кольце.
Изготовление штампованных отверстий допускается только в роторах, выполненных из высококачественных материалов. В стальных барабанах штампование отверстий вызывает появление на их краях волосообразных микротрещин, крайне опасных для прочности ротора.
Отверстия в роторе располагаются по эквидистантным окружностям так, что отверстия одного ряда сдвинуты на половину шага относительно отверстий двух соединенных рядов.
Подкладочные и фильтрующие сита.
В отечественных центрифугах устанавливают плетеные проволочные подкладочные сита (рис. 14.14. а). их изготовляют из оцинкованной или луженой стальной проволоки диаметром – 1,0…1,5 мм с шагом 5,0…10 мм. Для улучшения дренажной способности сих их обычно устанавливают в два ряда и прикрепляют к обечайке ротора проволокой, пропускаемой через ее отверстия. Плетеные сита должны быть изготовлены из проволоки одинакового диаметра по основе и утку. Фирма БМА выпускает штампованные сита (рис. 14.14. б), которые устанавливают в саморазгружающихся центрифугах. Такие сита имеют большую площадь живого сечения и обладают высокой прочностью, но сложны в изготовлении. Однако они обеспечивают равномерный контакт с фильтрующим ситом, что предохраняет последние от образования складок.
Рис. 14.14. Конструкции сит:
а – дренажное плетеное сито; б – дренажное штампованное сито
конструкция фильтрующих сит разнообразны (рис. 14.15). Сита с прямоугольными отверстиями изготовляют в России штамповкой, а в Германии фирма «Гейн Леманн и К°» - фотохимическим способом (рис. 14.15.а). Боковая поверхность этих сит имеет параболическую форму, что способствует их саморегенериванию в процессе работы. Такие сита отличаются большим живым сечением отверстий (до 20%) и хорошей фильтрующей способностью.
Рис. 14.15. Конструкция фильтрующих сит:
а – сито с прямоугольными отверстиями, изготовленное способами штамповки и фотохимическим; б – штампованное сито с круглыми и коническими отверстиями
Для обеспечения прочности на разрыв сита устанавливают в роторе таким образом, чтобы большая сторона отверстий располагалась перпендикулярно оси ротора. Размер прямоугольных отверстий сит бывает различными: ширина колеблется в пределах 0,075…0,25мм, длина от 1,7 до 4,0мм.
На рис. 14.15 б представлены штампованные сита с цилиндрическими и коническими отверстиями. Сита с коническими отверстиями труднее изготовлять, но они меньше забиваются мелкими кристаллами сахара в процессе эксплуатации. Угол образующей конических отверстий принимают таким, чтобы тангенс его был больше угла трения кристаллов о поверхность отверстий. Живое сечение сит составляет около 10% их полной поверхности.
Материалом для штампованных сит служат листы из сплава меди и латуни толщиной 0,7мм. Сита, изготовляемые фотохимическим способом, выполняют из нержавеющей стали, покрытой никелем или хромом. В некоторых случаях их изготовляют из никеля. Толщину сит принимают в пределах 0,3…0,8мм.
После изготовления сит с краев отверстий необходимо удалить заусенцы таким образом, чтобы первоначальный размер отверстий или щелей не изменялся, и края их не были скруглены. Поверхность сит, обращенная к механическому разгрузчику сахара, должна быть гладкой. В противном случае отверстия будут деформироваться кромкой ножа. Периодически после удаления сахара из ротора необходимо проверять всю поверхность фильтрующих сит. Фильтрующие сита должны плотно прилегать к дренажным ситам по всему внутреннему периметру ротора.