2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое центрифуга двигателя

Центрифуга

Центрифу́га — устройство, (машина или прибор), служащее для разделения сыпучих тел или жидкостей различного удельного веса и отделения жидкостей от твёрдых тел путем использования центробежной силы. При вращении в центрифуге частицы с наибольшим удельным весом располагаются на периферии, а частицы с меньшим удельным весом — ближе к оси вращения.

Центрифуги применяются в лабораторной практике, в сельском хозяйстве для очистки зерна, выдавливания мёда из сот, выделения жира из молока [1] (см. сепаратор), в промышленности для обогащения руд, в крахмало-паточном производстве, в текстильном производстве, в прачечных для отжима воды из белья и т. п. Высокоскоростные газовые центрифуги применяются для разделения изотопов, в первую очередь изотопов урана в газообразном соединении (гексафториде урана UF6).

Содержание

Эффект самобалансировки

Эффект самобалансировки можно наблюдать у центрифуг, предназначенных для отжимания белья. При наборе оборотов центрифугу сначала начинает трясти, потом проходит пик тряски, тряска уменьшается, и центрифуга выходит на рабочие обороты.

В случае, если бельё расположено слишком неравномерно, эффект самобалансировки может не наступить. В этом случае выход на рабочие обороты становится невозможным — центрифуга идёт в «разнос» (начинает задевать барабаном за корпус, издавая стуки).

Эффект самобалансировки основан на том, что тело, не имеющее жёстко заданной оси вращения, вращается относительно своего центра масс (к примеру, если раскрутить лежащую на столе шариковую ручку, или мобильный телефон).

Технически это реализуется эластичным подвесом барабана центрифуги (часто вместе с приводным электродвигателем) к основному корпусу устройства. Эластичный подвес (как правило, резиновые демпферы) даёт возможность барабану центрифуги смещаться в радиальном направлении (в любую сторону) до нескольких сантиметров. Наклон и осевые смещения при этом фиксируются относительно жёстко.

При вращении барабан стремится вращаться относительно своего центра масс, смещая ось привода на некоторый радиус (равный расстоянию от оси до центра масс). Если это расстояние укладывается в ход эластичного подвеса, барабан центрифуги вращается относительно своего центра масс, а ось привода (и подвес) движется по окружности, которую при этом описывает центр барабана. (Ввиду малого диаметра окружности и большой частоты вращения зрительно это движение воспринимается как вибрация). При изменении положения центра масс (неравномерный отжим воды) барабан начинает вращаться относительно этого нового центра, а ось привода и подвес — «сопровождать» изменённые круговые движения центра барабана.

Самобалансировку, как правило, применяют в центрифугах с вертикальным барабаном (проще устройство подвеса и возможно предварительное равномерное расположение материала), однако этот эффект (в некоторой степени) также применяется в стиральных машинах-автоматах — в них эластично подвешивается не барабан и его привод, а весь бак, что возможно благодаря меньшему числу оборотов барабана. При отжиме бак вместе с осью барабана совершает круговые движения (видимые как вибрирование), а эластичная подвеска отделяет (и допускает) эти перемещения от основного корпуса.

Также в центрифугах (в частности, на некоторых стиральных машинах-автоматах) иногда применяется автоматическая балансировка (в процессе работы) — смещение предварительно закреплённых противовесов (под управлением электроники), для приведения центра масс барабана на геометрическую ось вращения.

Центрифуги для лабораторных целей

Центрифуги для лабораторных целей классифицируются по скорости вращения ротора или по суммарному объёму загруженных образцов.

  • Микроцентрифуги (обработка пробирок типа eppendorf, 1,5-2,0 мл каждая),
  • общелаборатоные центрифуги (суммарный объём образца около 0,5 л),
  • специализированные центрифуги повышенного объема (обычно до 6 л). Примером специализированных центрифуг служат центрифуги для обработки крови. Устройство такой центрифуги узко специализировано под одну задачу — вращение полиэтиленовых контейнеров с кровью. У такой центрифуги мотор повышенной мощности, однако скорость вращения ротора значительно ниже чем у аналогичной по энергопотреблению центрифуги.

Следует иметь в виду, что объём образца для центрифуги рассчитывается при допущении что его плотность равна 1 г/см², если плотность образца выше 1,2 г/см² требуется уменьшить объём обрабатываемого материала, иначе центрифуга может сломаться.

  • Микроцентрифуги (обработка пробирок eppendorf, обычно не требует высоких скоростей) — скорость до 13 400 об/мин,
  • общелаборатоные центрифуги — обладают значительной универсальностью могут работать и с пробирками типа eppendorf и другими емкостями скорость вращения ротора от 200 об/мин до 15 000 об/мин,
  • центрифуги с высокой производительностью они же скоростные — решают все возможные лабораторные задачи (кроме ультрацентрифугирования); скорость вращения ротора от 1000 об/мин до 30 000 об/мин. Производство таких центрифуг освоили только две фирмы: Beckman Coulter и Hitachi
  • Последняя скоростная категория — ультрацентрифуги скорость вращения ротора от 2000 об/мин до 150 000 об/мин. Такие центрифуги производят тоже только Beckman Coulter и Hitachi.

По типу питания (касается Beckman Coulter):

  • Однофазные
  • Двухфазные (кабель питания содержит проводники: L1, L2, L3, N, PE, однако линия L2 отрезана, по этому центрифуги двухфазные, а не трёх фазные).

Если вы способны установить вашу центрифугу на стол, то такая центрифуга будет настольной, если центрифуга большая, имеет ножки (ролики) такая центрифуга скорее всего напольная. Напольные центрифуги требуют особого внимания при установке в связи с их значительным энергопотреблением до 30А при 220В. Подключать их можно к системе питания TT или TN-C-S. Подключение к сиcтеме TN-C потенциально опасно поражением электрическим током. Неверное подключение проводников L и N в системе TN-C неминуемо приведёт к короткому замыканию на корпус и выходу из строя центрифуги.

Наиболее известные марки производителей центрифуг: Beckman Coulter, Hitachi, Eppendorf, Sigma, OrtoAlresa, Centurion Scientific.

Специальное центробежное оборудование

Задачи по очистке жидких сред от твердой фазы возникают во всех сферах жизнедеятельности человека: в быту, в коммунальном и сельском хозяйстве, в промышленном производстве. Наиболее эффективно они решаются с применением центробежного оборудования, для которого характерны большая движущаяся сила процесса, компактность, относительно невысокие материальные и энергетические затраты на его создание, эксплуатацию и автоматизацию технологических процессов. С помощью центрифугирования достигается качественное и в то же время быстрое разделение самых разнообразных жидких неоднородных систем, таких как каменноугольная пульпа, буровые растворы, суспензии оксидов, гидроксидов и солей металлов, смазочные масла, пищевые суспензии, производственные и бытовые стоки.

Процессы центрифугирования, объединяемые лишь силовым полем, в котором они протекают, многообразны и подчиняются разным закономерностям. При этом к аппаратурному оформлению центрифугирования в различных отраслях экономики предъявляются самые разнообразные требования. Невозможно создание универсальных центробежных машин, удовлетворяющих всему комплексу этих требований и учитывающих различия в свойствах суспензий и эмульсий. Поэтому перед разработчиками центробежного разделительного оборудования встают задачи создания машин специальных конструкций. На решение таких задач в атомной отрасли направлены работы, проводимые в течение нескольких десятилетий в СвердНИИхиммаше. В результате в институте создано и постоянно развиваются несколько видов специального центробежного разделительного оборудования и направлений его исследования.

Начало развития центрифугостроения в институте относится к 1958-1959 гг., когда для проведения исследований была разработана и изготовлена опытная установка аффинажа плутония с применением вертикальной осадительной центрифуги периодического действия. Испытания этой установки показали высокую эффективность процессов центробежного разделения ряда радиохимических суспензий, в том числе и труднофильтруемых.

Большой объем опытно-конструкторских работ, проведенных в последующие годы в СвердНИИхиммаше, по аппаратурному оформлению этих процессов применительно к химико-металлургическому производству плутония позволил создать несколько поколений агрегатированных центрифуг периодического действия типа ЦРПТ и ЦСО. Конструкция этих машин позволяет провести в автоматизированном режиме в одном аппарате несколько технологических операций при соблюдении герметичности и ядерной безопасности, обеспечивает возможность качественной дезактивации оборудования и его ремонтопригодность в условиях химико-металлургических производств.

Читать еще:  Чем мыть двигатель дома

Наиболее совершенные модификации центрифуг типа ЦРПТ и ЦСО исключают непосредственный контакт технического персонала с поверхностью деталей и узлов на всех фазах эксплуатации оборудования: в рабочем режиме, при дезактивации, ремонте, пусконаладке после ремонта.

Центрифуга ЦРПТ предназначена для проведения процессов массообмена в жидких средах (химического осаждения, растворения, экстракции) и последующего центробежного осветления жидкостей. Первый из этих процессов осуществляется в режиме перемешивания в реакторе, снабженном рубашкой, второй – в роторе с пакетом сепарирующих тарелок. Центрифуга ЦСО– осадительная машина с устройством сушки осадка и ножевым съемом его со стенок ротора. В результате совместного применения центрифуг ЦРПТ и ЦСО осуществляется несколько технологических операций с получением жидкости высокой степени осветления и сухого осадка.

С развитием атомной энергетики на рубеже 60-70 годы прошлого века встала задача создания высокоэффективного оборудования для производства и регенерации ядерного топлива. В области разделения суспензий и пульп она была решена с внедрением в производство центрифуг со шнековой выгрузкой осадка Н-220 и Н-300.

Шнековые центрифуги, обладающие целым рядом достоинств, являются наиболее динамично развивающимся типом разделительного оборудования. Они нашли свое применение во многих отраслях экономики. Однако опыта применения их до 1970-х годов в атомной промышленности не было. Для адаптации конструкции центрифуг к условиям производства и регенерации ядерного топлива потребовалось решение нескольких сложных технических задач: компоновка узлов центрифуги в ядерно-безопасной геометрии, создание надежных уплотнений быстровращающихся валов большого диаметра, совмещение в одной машине принципов обезвоживающей и осветляющей центрифуг, повышение динамической устойчивости конструкции.

Конструкция первых шнековых центрифуг разработки СвердНИИхиммаша была настолько удачной, что позволила создать на ее основе целое семейство вертикальных и горизонтальных машин типа Н-220, Н-300, Н-350, НГ-350, НГ-400, НГ-500, НГ-630. В настоящее время эти центрифуги эксплуатируются как на предприятиях атомного комплекса, так и в других отраслях народного хозяйства на операциях очистки буровых и травильных растворов, гальваностоков, разделения спиртовой барды, суспензий бериллия, гидроксида циркония, азотнокислого алюминия и т. д.

Создание специальных шнековых центрифуг является основным направлением центрифугостроения, получившим развитие в институте. О высоком его уровне говорит факт продажи швейцарской фирме «Хематек» лицензии на производство центрифуг для разделения суспензии пенициллина, многочисленные патенты и авторские свидетельства на изобретения.

Среди многочисленных модификаций центрифуг со шнековой выгрузкой осадка конструкции СвердНИИхиммаша особо следует выделить разработки последних лет.

Для нефтегазодобывающего комплекса спроектирована и изготовлена центрифуга НГ-350Е для очистки бурового раствора, которая по своим механическим и технологическим показателям не уступают лучшим мировым образцам.

Центрифуга отличается рядом новых технических решений. Наиболее удачным из них является конструкция наиболее нагруженной подшипниковой опоры ротора, которая снабжена пружинным демпфером для поглощения энергии вибраций. Применение демпфера позволяет на порядок увеличить ресурс работы подшипников и существенно снизить динамические нагрузки на несущие конструкции. Последнее обстоятельство особенно важно, так как в составе буровой установки центрифуга монтируется не на фундаменте, а на баках для бурового раствора.

Другая интересная разработка последних лет – опытно-промышленная горизонтальная осадительно-фильтрующая шнековая центрифуга НГ-320Ф.

Отличительной особенностью этой центрифуги является наличие фильтрующей секции, установленной в зоне обезвоживания осадка. Это позволяет совместить в одной машине преимущества осадительной и фильтрующей центрифуг – обрабатывать суспензии с высокодисперсной твердой фазой при высокой степени очистки фугата и получать при этом осадок с низкой влажностью. Процесс очистки жидкой фазы в этой центрифуге протекает по закономерностям осадительного центрифугирования, а обезвоживание осадка подчиняется в основном законам центробежной фильтрации.

Первой отечественной разработкой центробежного оборудования для АЭС является центрифуга Н-350И для обезвоживания жидких радиоактивных отходов. Она разработана и изготовлена в рамках программы ТАСИС по контракту с французской фирмой SGN и поставлена на площадку Ленинградской АЭС.

До настоящего времени при утилизации жидких радиоактивных отходов обезвоживание их перед цементированием осуществляется отстаиванием. При этом общепризнано, что центрифугирование имеет по сравнению с отстаиванием очевидные преимущества: компактность оборудования, высокая эффективность процесса, возможность полной автоматизации и т. д.

Совмещение в одной машине принципов действия шнековых центрифуг и сопловых сепараторов позволило создать оригинальный тип центробежных машин – сепараторы типа «НВ» с гидродинамической выгрузкой осадка. В отличие от центрифуг они могут эффективно обрабатывать суспензии с гидроокисной твердой фазой. При этом обеспечивается высокая степень сгущения осадка и предотвращается забивка сопел.

На базе сепараторов «НВ» впервые создана безреагентная установка для сгущения активного ила при обработке сточных вод, состоящая из фильтра грубой очистки и трех сепараторов НВ-600. Установка обеспечивает почти десятикратное сгущение ила при невысоком содержании твердой фазы в фугате.

Комплексный подход к решению задач аппаратурного оформления различных производств позволил создать сотрудникам института ряд технологических установок на основе центрифуг.

Первой из них по времени своего создания является система центрифуг ЦРПТ и ЦСО.

Перспективной для использования в различных отраслях промышленности представляется установка «Рецепт», первоначально созданная для завода по регенерации ядерного топлива. Она предназначена для непрерывного осаждения из растворов солей металлов, обезвоживания, сушки и прокалки их с превращением в гидроксиды. В состав установки входит вертикальная осадительная шнековая центрифуга.

Для осаждения и обезвоживания аммиачных солей урана при производстве и регенерации твэлов создана непрерывнодействующая установка, состоящая из каскада реакторов с механическим перемешиванием и центрифуги со шнековой выгрузкой осадка.

Кроме перечисленного оборудования внедрен в производство или находится в разработке еще целый ряд комплексных технологических установок с использованием центрифуг: установка для обезмасливания прокатной окалины, циркуляционная установка бурового раствора, установка регенерации моторных масел и др.

Многолетняя практика создания и внедрения в производство специальных центрифуг и сепараторов позволила выработать ряд принципов, используемых при их конструировании.

1) Центрифуги и сепараторы в течение всего срока эксплуатации должны обеспечивать стабильность технологических показателей, высокую механическую работоспособность, динамическую устойчивость и надежность.

2) Конструкция центробежного оборудования должна предусматривать возможность автоматизации технологических процессов, управления машинами дистанционно.

3) Оборудование должно быть ремонтопригодным в условиях химико-металлургических производств. При ремонте должен быть предусмотрен поузловой метод замены вышедших из строя узлов и деталей.

4) Подшипниковые узлы и технологические полости центрифуг и сепараторов должны быть герметизированы, последние, как правило, двойными торцовыми уплотнениями.

5) Конструкционные материалы должны выбираться с учетом коррозионного и эрозионного воздействия перерабатываемых сред.

6) Качество обработки поверхностей деталей машин должна предусматривать возможность очистки их от загрязнений и дезактивации.

Базой для создания эффективно работающего специального центробежного оборудования является большой комплекс научно-исследовательских работ, проводимых в СвердНИИхиммаше в течение нескольких десятилетий по изучению гидродинамики внутрироторных потоков.

Многие закономерности гидродинамики внутрироторных потоков были выявлены в ходе проведенных научно-исследовательских работ впервые в мировой практике.

На увеличение надежности и ресурса работы центробежного оборудования направлены исследования СвердНИИхиммаша, посвященные вопросам динамики и прочности вращающихся систем центрифуг и сепараторов.

Многообразие конструктивных особенностей различных типов центрифуг, разнохарактерность действующих нагрузок, специфические условия работы отдельных узлов и деталей, а также другие факторы делают необходимым расширение исследований как по отдельным задачам, так и по совокупности проблем, возникающих при создании центробежных машин.

Читать еще:  Двигатель f14d4 плохо набирает обороты

Перспектива новых разработок центробежного оборудования в СвердНИИхиммаше связана прежде всего с целевыми программами, намеченными в Росатоме. Центрифугирование является универсальным процессом, востребованным практически на всех производствах, использующих в технологических процессах жидкие среды. Поэтому несомненно, что со строительством новых и модернизацией действующих производств ядерной энергетики потребуется создание новых центробежных машин для разделения жидких неоднородных систем.

Первоочередной задачей в этом плане является создание центрифуги для осветления растворов отработанного ядерного топлива. Очистка этих растворов от взвесей является сложной технической задачей, что обусловлено небольшой разницей плотностей жидкой и твердой фаз, склонностью к вспениванию раствора, наличием в нем плавающей фракции. В России до сих пор при переработки ядерного топлива использовалось только фильтрование, которое наряду с достоинствами имеет и ряд существенных недостатков. Попытки создать для этих целей центрифугу предпринимались неоднократно, но каждый раз заканчивались неудачно, прежде всего, из-за недостатка финансирования. При этом определенные подходы к созданию центрифуги выработались. Учитывая имеющийся опыт разработчиков центрифуги, значительные средства, отпускаемые на ее создание, участие в проекте нескольких научно-технических организаций, можно надеяться, что задача создания эффективного центробежного оборудования для осветления растворов отработанного ядерного топлива будет в ближайшие годы решена.

Покорение ускорения Испытательные центрифуги

Александр Кисин, заместитель руководителя отдела испытательного оборудования aikisin@dipaul.ru

Все, что взлетает или приземляется, испытывает воздействие линейного ускорения. В условиях производственного предприятия такое ускорение проще всего имитируется с помощью центрифуги.

Центробежная сила, возникающая при равномерном вращении тела вокруг какой-либо оси, — одна из тайн мироздания, которую пока так и не смогли толком объяснить. В самом деле, Луна вращается вокруг Земли в пустоте. Казалось бы, на наш спутник действует только сила притяжения Земли, и потому Луна должна упасть на поверхность нашей планеты. А она не падает, поскольку каким-то образом при вращении возникает компенсирующая центробежная сила, и летит себе Луна, покоряя пространство и время. Впрочем, давайте в отличие от Луны спустимся на землю и рассмотрим актуальную задачу о выборе центрифуги для испытаний.

Центрифуги производят в больших количествах и разных видов: маленькие лабораторные используются в микробиологии для фильтрования; технологические — для разделения фракций в химическом производстве; прецизионные — для калибровки датчиков; центрифуги огромных размеров предназначены для медицинских и космических исследований; испытательные — для проверки работоспособности изделий в условиях воздействия высоких ускорений. О последних и пойдет речь в статье. От прецизионных собратьев их отличают, прежде всего, сравнительно низкие требования к погрешности поддержания угловой скорости (±0,5–2%) и невысокая цена.

Рис. 1. Типичные конструкции испытательной центрифуги

Требования к испытательной центрифуге

Испытания на воздействие линейным ускорением регламентируются рядом документов. Так, в ГОСТ Р 51805-2001 «Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие линейного ускорения» приводятся требования к диапазонам ускорений при испытаниях изделий некоторых видов (табл.).

Таблица. Требования к диапазонам ускорений при испытаниях изделий некоторых видов

В другом документе, ГОСТ 30630.1.4-2002 «Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие линейного ускорения» описывается метод испытаний (метод 107). Суть его в следующем.

Изделие располагают на столе центрифуги таким образом, чтобы отклонение значений ускорения в любой точке изделия (включая гибкие выводы) относительно его центра масс или геометрического центра вращения не превышало +10% от значения ускорения в контрольной точке. Контрольную точку, относительно которой рассчитывают радиус оси вращения изделия, выбирают в центре стола центрифуги. Испытания проводят путем воздействия на изделие линейного ускорения, чье значение должно соответствовать требованиям ТУ. Продолжительность испытания составляет 3 мин в каждом направлении (в двух противоположных положениях). В процессе испытания ведется контроль параметров изделия.

Таким образом, очевидны основные параметры испытательной центрифуги:

  • максимальное линейное ускорение;
  • максимальный радиус размещения образца;
  • допустимое отклонение линейного ускорения от заданного значения. При линейных размерах изделия меньше 10 см оно не должно превышать 10%. В других случаях ускорение должно находиться в пределах –10…+30% от заданного значения;
  • длительность испытаний. При испытаниях для изделия наиболее критично воздействие во время нарастания ускорения, поэтому сама длительность воздействия с заданным линейным ускорением может быть небольшой;
  • длительность разгона (нарастания) — τн и торможения (спада) — τс;
  • число контактных колец и их параметры для осуществления контроля состояния изделия в процессе испытания.

Казалось бы, если задано линейное ускорение, на котором следует проводить испытания, его допустимая погрешность, известны габариты и масса образца, требования к его подключению (число контактов, их допустимый ток и напряжение), остается только выбрать оборудование, приобрести его, установить и начать испытания. Но все не так просто, поскольку купленное оборудование может сделать «сюрприз», не обеспечив нужных параметров в созданных условиях эксплуатации.

Рис. 2. Испытательная центрифуга в процессе производства

Рассмотрим причины «капризного» поведения центрифуг.

Дисбаланс ротора

Если не рассматривать случаи явного брака, когда у изделия нарушена балансировка незагруженного ротора, то заурядная несимметричность загрузки центрифуги вызывает появление соответствующей центробежной силы, приводящей к деформации вала, что в свою очередь становится причиной его периодических биений. В том случае, когда частота биений совпадает с собственной частотой колебания вала, возникает резонанс. Соответствующее частоте резонанса число оборотов вала называется критическим. Центрифугам присуще наличие эксцентриситета масс загруженного ротора относительно оси вращения, так как добиться идеальной симметрии загрузки невозможно. Для обеспечения правильной работы центрифуги необходимо, чтобы рабочая скорость была достаточно далека от критических скоростей, вычисленных для положительной и отрицательной прецессий. Эта скорость должна находиться либо вне интервала вычисленных критических скоростей, либо внутри него.

Эксцентриситет — это внецентренное нагружение, когда нагружающая сила приложена не в геометрическом центре ротора, а с некоторым смещением от него.

Прецессия — это перемещение, или вибрация, оси ротора в плоскости его вращения.

Аэродинамическое сопротивление конструкции

На величину аэродинамического сопротивления влияет форма ротора и испытуемых изделий (с приспособлениями для их размещения), пространство помещения для центрифуги, а также структура потока обтекающего конструкцию воздуха (ламинарный или турбулентный).

Для анализа аэродинамического сопротивления целесообразно выделить следующие основные варианты конструкции ротора и образцов.

  1. Вся несущая конструкция ротора, а также приспособления для установки изделий и сами изделия остаются открытыми. Результат — плохая обтекаемость, проявляющаяся в общих и местных срывах потоков, сходах вихрей, пульсациях поверхностных давлений воздуха и т. п. Все внешние поверхности находятся под воздействием аэродинамических сил, что помимо потерь энергии приводит к повышенным шумам. Переменные аэродинамические и акустические воздействия могут вызывать нарушения работы испытуемых объектов, если в них размещается действующая во время испытаний чувствительная аппаратура.
  2. Несущая конструкция имеет обтекаемую форму. Это возможно, когда тонкостенная оболочка ротора одновременно является и несущей конструкцией, и оболочкой, формирующей внешнюю гладкую выпуклую поверхность ротора как поверхность вращения. Значительные преимущества подобной конструкции достигаются, когда объект испытаний также размещается внутри подобной оболочки.
  3. Необтекаемая несущая конструкция ротора, приспособление для установки объекта и сам объект испытаний накрыты общим кожухом. Кожух крепится к основной несущей конструкции, имеет обтекаемую форму и полностью накрывает всю конструкцию. Возможен вариант, когда кожух закрывает только периферийную часть ротора, дающую наибольший вклад в аэродинамическое сопротивление. Как вариант, возможно использование отдельных обтекателей для частей необтекаемой несущей конструкции. Например, для испытаний крупногабаритных объектов можно закрывать обтекателем только объект с крепежным приспособлением — важной составляющей аэродинамического сопротивления.
Читать еще:  Что подразумевается под капитальным ремонтом двигателя

Таким образом, если основной вклад в аэродинамическое сопротивление вносит установочное приспособление, то для уменьшения его лобового сопротивления желательно применить обтекатель. Его использование может в 3–5 раз уменьшить действие аэродинамических сил. Это особенно эффективно, если именно лобовое сопротивление объекта испытаний вносит основной вклад в затраты мощности. Однако применение обтекателей связано с определенными трудностями. На обтекатель действуют большие центробежные силы, соответственно, его конструкция должна быть достаточно прочной и жесткой. Это же касается средств крепления обтекателей. Кроме того, конструкция обтекателя должна быть быстроразъемной, вследствие чего не может быть выполнена в виде жесткой замкнутой (или почти замкнутой) оболочки. Важно также, что статическое и динамическое уравновешивание роторов должно осуществляться вместе с обтекателями.

Пространство для размещения центрифуги

Организация такого помещения требует тщательной подготовки. Как правило, в целях безопасности мощные центрифуги размещают в бункере (приямке), полностью погружая их ниже уровня пола помещения. Основание центрифуги крепится к полу приямка анкерными болтами. Поверхность пола должна быть очень ровной (уклон — не более 2:1000). Существенное влияние на работу центрифуги оказывают аэродинамические потери, связанные с ограниченностью пространства приямка. Может случиться так, что не удастся достичь нормативного ускорения, указанного в документации на центрифугу, из-за нехватки мощности для компенсации этих потерь. Например, даже для наилучшей формы ротора — в виде гладкого диска — без учета дополнительных потерь от приспособлений с образцами и других факторов мощность двигателя, расходуемая на аэродинамические потери, составляет десятки киловатт. Аэродинамическая мощность потерь особенно велика в высокоскоростных центрифугах с большим плечом ротора. К этому добавляется значительный негативный эффект в виде сильного нагрева вращающихся частей центрифуги.

Традиционны следующие варианты размещения центрифуг:

  1. Центрифуга устанавливается не в отдельном помещении, а на огражденной площадке. Ротор центрифуги не имеет собственного жесткого ограждения, пульт управления и регистрирующая аппаратура находятся за ограждением. Такой вариант допустим только для тихоходных центрифуг с максимальной окружной скоростью до 5 м/с.
  2. Ротор центрифуги не имеет собственного жесткого ограждения и находится в отдельном помещении здания. Стены помещения имеют защиту от срыва объекта испытаний.
  3. Ротор центрифуги закрыт специальным аэродинамическим кожухом или центрифуга находится в специальном приямке.

Рис. 3. Размещение центрифуги в приямке

Структура воздушного потока

Течение воздуха чаще всего бывает турбулентным, отличается завихрениями и срывами пограничного слоя, что вызывает значительные пульсации давления и переменные составляющие сил сопротивления.

Наиболее сложным является случай, когда ротор центрифуги представляет собой балку переменного сечения, помещенную в кожух (камеру) или приямок. Конструкция балки может быть двустороннесимметричной или несимметричной, что обусловливает существенные различия обтекания. Для снижения турбулентности потока обтекания ротора центрифуги, вращающегося на большом удалении от стенок камеры, возможны различные конструкторские решения. Одно из них, сравнительно просто реализуемое, состоит в установке поперечных перегородок по дугам окружностей, препятствующих радиальному перетеканию воздуха.

Выводы

Выбор центрифуги следует делать, руководствуясь не только параметрами испытаний, но и анализом конструкции объекта испытаний, оценкой необходимости применения обтекателей и специальных технических решений, снижающих аэродинамическое сопротивление, а также продуманным выбором помещения для размещения оборудования. При выборе конкретной модели желателен запас по мощности, если нет полной уверенности в правильности результатов проведенного анализа. Очень важно максимально сбалансировать ротор и по возможности проверить расчетом скорость вращения, чтобы избежать резонанса.

Материал подготовлен на основе статьи «Аэродинамические потери в испытательных центрифугах» (авторы М. Полищук, А. Попов, И. Челпанов, Е. Чернова), опубликованной в журнале «Современное машиностроение. Наука и образование»

Системы центрифугирования для разделения нефти, воды и твердых включений для низкого давления

Изготовление, сборка, тестирование и испытание систем центрифугирования для разделения нефти
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию системы центрифугирования для разделения нефти, воды и твердых включений для низкого давления.

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию системы центрифугирования для разделения нефти, воды и твердых включений для низкого давления.

Основные узлы

  • центрифуга
  • циркуляционный насос
  • нагнетательный насос для воды
  • клапаны и приборы
  • водяной бак
  • рама
  • электрический щит
  • панель обслуживания
  • пульт управления в исполнении без взрывозащиты (установка в безопасной зоне)

Дополнительное оборудование

  • комплект запчастей
  • подъемное оборудование
  • питающие насосы
  • система предварительного нагрева

Непрерывное разделение сырой нефти, промысловой воды, дренажной воды и т. д.

Области применения

На нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих заводах

Особенности системы

  • Простое и компактное исполнение с автоматическим режимом работы
  • Поставка в качестве компактной, предварительно смонтированной и испытанной системы
  • может приметься для установки во взрывоопасных зонах 1 или 2
  • малый эксплуатационный вес
  • узел управления, включая, стартер двигателя и программируемую систему управления
  • исполнение согласно нефтяных стандартов

Система основана на модулярной концепции и может быть предложена в качестве отдельной системы, включающей одну сопловую центрифугу. Эта концепция была развита для того, чтобы удовлетворить требования Заказчика относительно компактных размеров, высокой производительности и удобного техобслуживания. Эта система может быть использована как на суше, так и на морской платформе. Все компоненты смонтированы на несущей раме.

Отделение воды от сырой нефти

Платформа и опорные конструкции выполнены для одноточечного подъема и транспортировки. Сам модуль имеет 4 крановые проушины для облегчения подъема. В модуле имеется сборный лоток из нелегированной стали с дренажным подсоединением. Система комплектуется перед поставкой и испытывается на нашем испытательном стенде и тем самым минимизируются работы по монтажу и вводу в эксплуатацию на месте установки. В зависимости от требуемого объема сепарации и мощности и также для резервной функции многие такие системы могут эксплуатироваться в параллельном режиме.

Номинальная мощность до 250 м3/час

Эффективная мощность зависит от среды и степени разделения

Легкая фаза макс. 4.0 barg 7 58 psig

Тяжелая фаза макс. 4.0 barg 7 58 psig

Подключение к сети 400/690 В, 50/60 Гц

Напряжение управления 24 В

Давление на входе 3,0-5,0 barg/43-72 psig

Приборный воздух

Давление на входе 6,0-12,0 barg/87-174 psig

Инертный газ — Азот

Давление на входе 3,0-12,0 barg/43-174 psig

Материальное исполнение

Трубопроводы для среды, воды, воздухопроводы — нержавеющая сталь Несущая рама — нержавеющая сталь

Центрифуга/Система RAL 6026 (oпало-зеленный)

Пульт управления

Габариты: (прибл.) мм / дюймы

Длина: 5365 / 211,2

Ширина: 3460 / 136,2

Общая высота: 4797 / 188,8

Сухой вес (прибл.) кг/lbs: 15 000/33 000

Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) всегда готов предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым системам центрифугирования для разделения нефти, воды и твердых включений для низкого давления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector