ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ με θέμα:

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (Τ.Ε.Ι.) ΚΑΒΑΛΑΣ Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ με θέμα: ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΟΙ ΔΙΑΧΩΡΙΣΤΗΡΕΣ ΥΓΡΩΝ ΔΑΝΗΛΑΤΟΥ ΑΝΝΑ Α.Ε.Μ: 5052 Επιβλέπων Καθηγητής: ΠΑΝΑΓΙΩΤΙΔΗΣ ΘΕΟΛΟΓΟΣ Καβάλα 2015

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ.. σελ.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ.. σελ. 3 SYNOPSIS... σελ. 4 1. Εισαγωγή. σελ. 5 1.1. Ιστορική αναδρομή. σελ. 5 1.2. Εφαρμογές σήμερα. σελ. 7 1.2.1. Βιομηχανία σελ. 7 1.2.2. Ναυτιλία... σελ. 9 2. Αρχή διαχωρισμού.. σελ. 12 2.1. Αρχή λειτουργίας... σελ. 24 2.1.1. Παράλληλη λειτουργία Λειτουργία σε σειρά σελ. 26 2.2. Περιγραφή μηχανήματος..... σελ. 29 2.2.1. Εισαγωγή ρευστού.... σελ. 29 2.2.2. Ανατομία μηχανήματος αναλυτικά... σελ. 31 2.2.3. Δίσκος βαρύτητας....... σελ. 39 2.2.4. Λάδι λιπάνσεως. σελ. 40 2.2.5. Οριζόντιος άξονας ή ιμάντας σελ. 40 2.2.6. Ηλεκτροκινητήρας Εκκινητής ηλεκτροκινητήρα - ΑΛΚΑΠ... σελ. 42 2.2.6.1. Ηλεκτροκινητήρας... σελ. 42 2.2.6.2. Εκκινητής ηλεκτροκινητήρα (μίζα)...... σελ. 47 2.2.6.3. Σύστημα ΑΛΚΑΠ (alcap)..... σελ. 48 3. Οικολογικές εφαρμογές... σελ. 59 Βιβλιογραφία... σελ. 63 2

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα πτυχιακή εργασία έχει ως αντικείμενο την κατανόηση της χρησιμότητας της φυγοκεντρικής δυνάμεως στις τεχνολογικές εφαρμογές. Βασικό αντικείμενο μελέτης είναι τα μηχανήματα καθαρισμού διαφόρων ρευστών με τη χρήση της ανωτέρου δυνάμεως. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι η γνωριμία με τέτοιου είδους εγκαταστάσεις καθώς και μια βαθύτερη ματιά στην αναλυτική λειτουργία αυτών. Η πτυχιακή εργασία αναπτύσσεται στα ακόλουθα κεφάλαια. Στο κεφάλαιο 1, γίνεται μια ιστορική αναδρομή μέσου της αναφοράς του ονόματος του Karl Gustaf Patrik de Laval εφευρέτη των μηχανών και τον εγκαταστάσεων. Ακόμη γίνεται μια πρώτη εισαγωγή του αναγνώστη στις σημερινές εφαρμογές και την αναγκαιότητα ύπαρξης τους. Στο κεφάλαιο 2, γίνεται μια πλήρη ανάλυση στην αρχή διαχωρισμού καθώς και στην αρχή λειτουργίας. Εν συνεχεία αναλυτικά μελετούνται οι εγκαταστάσεις, η ανατομία των μηχανημάτων, οι βασικές λειτουργίες καθαρισμού καθώς και η λειτουργία κίνησης. Τέλος σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα νέου τύπου μηχανήματα ΑΛΚΑΠ, στα οποία οι αρχές αυτοματισμού έχουν τον πρωταρχικό ρόλο. Στο κεφάλαιο 3 κλείνοντας, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στις οικολογικές εφαρμογές του σήμερα όπως και στην αναγκαιότητα ύπαρξης αυτών σύμφωνα με τις ανάγκες της παγκόσμιας αγοράς. 3

SYNOPSIS The below thesis has as its object the understanding of the utility of centrifugal force on technological applications. Basic study s object is the purifiers concerning various liquids with the use of the above mentioned force. The aim of this thesis is the familiarization of such facilities/operation and closer look to the elaborating function of them. The thesis depicts and is developed in the following chapters. Chapter 1. There is a historical reference through mentioning the name of Karl Gustaf Patrik De Laval., the inventor of this type of engine and its installations/applications involved. Additionally, there is a further introduction to the reader of the current applications and the necessity of their existence. Chapter 2. There is a full analysis on the principle of separation as well as operation. Furthermore, the relevant installation is elaborated, following the engine anatomy, basic purification function and last but not least the motion function. Finally, in this chapter a reference is made to the new type engines ALCAP, whose principle of automation plays a prevalent role. Chapter 3. As a conclusion, specific emphasis is given to the present ecological applications as well as to the necessity of these according to the supply and demand of the global market. 4

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι φυγόκεντροι διαχωριστήρες είναι μηχανήματα τα οποία με τη βοήθεια της φυγόκεντρης δυνάμεως και εκμεταλλευόμενα τη διαφορά του ειδικού βάρους του φυγοκεντριζόμενου υγρού, επιτυγχάνουμε την κάθαρση αυτού από το νερό και τις ξένες - στερεές ύλες και ιζήματα που περιέχονται. 1.1. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ O σουηδικής καταγωγής Karl Gustaf Patrik de Laval μηχανικός και εφευρέτης έκανε σημαντικές συνεισφορές στο σχεδιασμό των ατμοστροβίλων και γαλακτοκομικών μηχανημάτων. Γεννημένος στις 9 Μαΐου του 1845 στο Οrsa της σουηδικής πόλης Dalarna, ο De Laval σπούδασε μηχανολογία στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Στοκχόλμης, ενώ το 1872 ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα. Το 1887 κατασκεύασε το πρώτο μικρό ατμοστρόβιλο θέλοντας να αποδείξει πως θα μπορούσαν να γίνουν κατασκευές τέτοιου επιπέδου και σε μεγαλύτερη κλίμακα. Χρησιμοποιώντας υψηλή πίεση ατμού έδινε κίνηση σε ένα στρόβιλο (εκμεταλλευόμενος την πίεση και τη διαφορά θερμοκρασίας), ο οποίος έδραζε πάνω σε κομβία που λιπαίνονταν με λάδι. Μέρος του ατμού διέφευγε προς τα κομβία με αποτέλεσμα να τα μολύνει και πρακτικά να γίνετε ασύμφορη η λειτουργία του ατμοστρόβιλου, μιας και η αλλαγή των λιπαντικών ήταν συχνή και η ποσότητα μεγάλη. Για να τελειοποιήσει την εμπορικότητα των στροβίλων ατμού απαιτούνταν η ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού διαχωριστή ελαίου / ύδατος. Αφού δοκίμασαν διάφορες μεθόδους, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένας φυγοκεντρικός διαχωριστής ήταν η πιο προσιτή και αποτελεσματική μέθοδος. Ανέπτυξε διάφορους τύπους, και η επιτυχία τους καθιέρωσε το φυγοκεντρικό διαχωριστή ως μια χρήσιμη συσκευή σε μία ποικιλία εφαρμογών. Η πρώτη παρουσίαση διαχωριστής έγινε το 1879 σε έκθεση της Στοκχόλμης. Αυτός ο διαχωριστής έχει χωρητικότητα 130 λίτρα ανά ώρα. Τo 1883 ο Gustaf de Laval και ο συνεργάτης του Oskar Lamm ιδρύουν την εταιρεία De Laval Cream Separator Co στις ΗΠΑ, όπου είναι η αρχή μιας συνεχώς αυξανόμενης διεθνούς φήμης εταιρεία. Η εταιρεία τα πρώτα χρόνια καθιερώθηκε στις μονάδες παραγωγής γάλακτος. Οι κατασκευαστικές αλλαγές των διαχωριστών με τη πάροδο των χρόνων ήταν πολλές, η σημαντικότερη όμως ήταν η εισαγωγή της τεχνολογίας στοίβας δίσκων το 1890 από τον Γερμανό εφευρέτη Clemens von Bechtolsheim. Τα επόμενα χρόνια θα βρουν την εταιρεία να αλλάζει όνομα σε Alfa Laval, να σχηματίζει θυγατρικές σε Δανία, Νότια Αφρική, Φιλανδία, Αυστραλία, Νέα Ζηλανδία, Πολωνία, Ιρλανδία και να προσαρμόζει τη λειτουργία των φυγοκεντρικών 5

διαχωριστήρων για το καθαρισμό ελαιολάδου, γάλακτος και επεξεργασία πετρελαίου για πλοία. Το σχεδιασμό, ανάπτυξη και παραγωγή φυγοκεντρικών διαχωριστήρων ακολούθησαν και άλλες εταιρείες όπως η Mitsubishi και η Westphalia. 6

1.2. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΗΜΕΡΑ 1.2.1. ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΓΑΛΑ Στις βιομηχανίες γαλακτοκομικών προϊόντων ο διαχωρισμός μεταξύ γάλακτος και λίπους είναι μια από τις πιο κοινές εφαρμογές. Αυτός ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται με τη χρήση φυγοκεντρικών διαχωριστήρων. Ο κύριος σκοπός καθαρισμού του γάλακτος είναι η αφαίρεση των υπολειμμάτων πήγματος και η απομάκρυνση του λίπους, έτσι ώστε το ποσοστό λίπους στο επεξεργασμένο τυρόγαλα να είναι μικρότερο από 0,05%. Ο φυγοκεντρικός διαχωριστής γάλακτος μπορεί να επεξεργαστεί κρύο ή ζεστό γάλα ανάλογα με τις απαιτήσεις, ωστόσο σε υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνεται η αποδοτικότητα καθαρισμού. o ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΟΥ ΓΑΛΑΚΤΟΣ Το σφαιρικό λίπος γάλακτος γενικά διαχωρίζεται από το αποβουτυρωμένο γάλα μεταξύ 45 C και 60 C. o ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΡΥΟΥ ΓΑΛΑΚΤΟΣ Ο διαχωρισμός του λίπους από το κρύο γάλα γίνεται μεταξύ 3 C-10 C και χρησιμοποιείται συνήθως για παραγωγικές διαδικασίες όπως τη διαδικασία τυροκόμησης όταν χρησιμοποιείται αποστεριωμένο γάλα, διαδικασία προ-τυποποίησης στο τμήμα παραλαβής, παραγωγή υψηλής ποιότητας κρέμας. 7

ΕΛΑΙΟΛΑΔΟ Η διαδικασία διαχώρισης του λαδιού που προερχότανε από τα παλιά πιεστήρια γινότανε στο λιμπί όπου το λάδι όντας ελαφρότερο απ το νερό (ειδικό βάρος 900 γρ/λίτρο) ανέβαινε στην επιφάνεια, απ όπου μαζευότανε με ειδικά δοχεία και έπαιρνε το δρόμο της πρώτης αποθήκευσης στο λιοτρίβι κι από κει ή στο σπίτι του παραγωγού ή στις αποθήκες εμπορίας ή ακόμη στις αποθήκες των εγκαταστάσεων εμφιάλωσης. Σε μια δεύτερη φάση ο διαχωρισμός του λαδιού άρχισε να γίνεται με την μέθοδο της φυγοκέντρισης. Πρόσφατα οι διαχωριστήρες της νέας γενιάς απλοποίησαν την λειτουργία σε μια φυγοκεντρική μηχανή η οποία διαχωρίζει το λάδι και αποβάλλει τον ελαιοπυρήνα στον οποίο ενσωματώνονται τα απόνερα και οι φυτικοί χυμοί. Οι μηχανές αυτές εκμεταλλεύονται την διαφορά του ειδικού βάρους των βασικών συστατικών του φυτικού χυμού (στερεά, νερό, λάδι). Ο φυτικός χυμός εισέρχεται συνεχώς, χωρίς διακοπή, στην μηχανή. Οι εσωτερικοί δίσκοι, οι οποίοι περιστρέφονται γύρω από κατακόρυφο άξονα με μια ταχύτητα περιστροφής (6.000 7.000 rpm), ξεχωρίζουν το λάδι από τον υπόλοιπο φυτικό χυμό και χωρίς διακοπή εκρέουν από την μηχανή με διαφορετικές κατευθύνσεις. Το ρευστό αυτό προϊόν επεξεργάζεται σε ειδικευμένες βιομηχανικές μονάδες. Η νέα αυτή τεχνολογία έχει το μεγάλο πλεονέκτημα ότι δεν παράγονται πια λιοζούμια (κατσίγαρος) που μόλυναν βαριά το περιβάλλον γύρω από τα ελαιοτριβεία. Πρόκειται επομένως για μια τεχνολογία υψηλού οικολογικού επιπέδου. 8

1.2.2. ΝΑΥΤΙΛΙΑ ΛΑΔΙ ΛΙΠΑΝΣΕΩΣ ΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ Τα συστήματα φυγοκεντρικών καθαριστών στη κατηγορία αυτή έχουν σχεδιαστεί για τον καθαρισμό των λιπαντικών της μηχανής και των καυσίμων ελαίων των θαλάσσιων εφαρμογών και μπορούν να διαχωριστούν σύμφωνα με τους ακόλουθους τύπους: απόσταγμα ντίζελ πλοίων ενδιάμεσο πετρέλαιο βαρύ μαζούτ με μέγιστο ιξώδες 600 cst λάδι λίπανσης 9

το σύστημα περιλαμβάνει: ένα διαχωριστή βοηθητικό εξοπλισμό που περιλαμβάνει τη μονάδα ελέγχου προαιρετικό εξοπλισμό, όπως η αντλία τροφοδοσίας λαδιού, σύστημα θέρμανσης πετρελαίου, διάταξη απομάκρυνση της λάσπης, κ.λπ. το σύστημα ΑΛΚΑΠ. Το σύστημα διαχωρισμού μπορεί να λειτουργεί ως ενιαίο, παράλληλο ή σειριακό συστήματα. Το ακαθάριστο έλαιο εισέρχεται στο μηχάνημα μέσω μιας αντλίας με σταθερή ροή όπως βλέπουμε αναλυτικά στο σχέδιο παρακάτω. Ανάλογα με το ιξώδες του ελαίου χρειάζεται και διαφορετική θερμοκρασία αυτού (ανάλογα με τον κατασκευαστή) πριν την είσοδο στο διαχωριστή. Εν συνεχεία η τρίστομη βαλβίδα οδηγεί το έλαιο στο διαχωριστή. Το έλαιο μπορεί να οδηγηθεί πάλι πίσω στη δεξαμενή χωρίς να περάσει τη διαδικασία διαχωρισμού εάν η θερμοκρασία του είναι διαφορετική του προκαθορισμένου ορίου. Το καθαρό έλαιο περνάει από τη ρυθμιστική ανεπίστροφη βαλβίδα με τελικό προορισμό τη δεξαμενή παραλαβής. 10

Μια αντίστοιχη τρίστομη βαλβίδα υπάρχει και μετά το τέλος του διαχωρισμού, όπου ελέγχει εάν το έλαιο καθαρίστηκε, διαφορετικά το στέλνει πίσω στη δεξαμενή. Οι έλεγχοι αυτοί (έλεγχο θερμοκρασία, έλεγχος ποιότητας καθαρού ελαίου) μπορούν να γίνουν και να ρυθμιστούν χειροκίνητα, συνήθως όμως στις μέρες μας γίνονται αυτόματα από ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου όπως το ΑΛΚΑΠ (όπως θα αναφερθεί αναλυτικά παρακάτω) με τη βοήθεια αισθητήρων και ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων (solenoid valves). 11

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο 2. ΑΡΧΗ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ Ο σκοπός του διαχωρισμού μπορεί να είναι: Για να ελευθερώσουμε ένα ρευστό από στερεά σωματίδια. Για να διαχωρίσουμε δύο αμοιβαίος αδιάλυτα υγρά με διαφορετικές πυκνότητες, ενώ απομακρύνουμε τυχόν στερεά σωματίδια συγχρόνως. Για να διαχωρίσουμε και συγκεντρώσουμε στερεά σωματίδια από ένα ρευστό. ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΌΣ ΑΠΟ ΒΑΡΥΤΗΤΑ Ένα ρευστό μείγμα μέσα σε ένα στατικό μπολ θα καθαριστεί αργά μιας και τα βαριά σωματίδια του μείγματος θα βυθιστούν στο πάτο του μπολ λόγο της βαρύτητας. Το ελαφρύτερο ρευστό υψώνετε ενώ το βαρύτερο και τα στερεά σώματα βυθίζονται. Ένας συνεχής καθαρισμός και η καθίζηση μπορούν να επιτευχθούν σε μια δεξαμενή καθίζησης η οποία θα διαθέτει εξόδους τοποθετημένες σύμφωνα με τη διαφορά της πυκνότητας των ρευστών. Τα βαρύτερα σωματίδια του ρευστού μείγματος θα κατακαθίσουν και θα σχηματίσουν ένα στρώμα ιζήματος στον πυθμένα της δεξαμενής. 12

ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ Κατά τη φυγοκεντρική κατακάθιση (centrifugal sedimentation ή settling) η κινητήρια δύναμη του διαχωρισμού δεν είναι η βαρύτητα (όπως στην προηγούμενη περίπτωση της καθίζησης), αλλά η φυγόκεντρος δύναμη, που είναι κατά πολύ ισχυρότερη από αυτή. Οι φυγοκεντρικοί διαχωριστές (ή ταξινομητές) παρουσιάζουν ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με τους διαχωριστές στερεών που λειτουργούν απλά με την επίδραση της βαρύτητας, όπως π.χ. είναι αποτελεσματικότεροι για το διαχωρισμό των λεπτομερών σωματιδίων από τα υγρά (ή των μικρών σταγόνων από τα αέρια) και έχουν πολύ μικρότερο μέγεθος για καθορισμένη (αντίστοιχη) δυναμικότητα, σε σχέση με τις συσκευές απλής κατακάθισης, επομένως προτιμώνται σε αρκετές περιπτώσεις στερεού-υγρού διαχωρισμού της βιομηχανικής παραγωγικής διαδικασίας. Τα σωματίδια που κινούνται διά μέσου του υγρού στο φυγοκεντρικό πεδίο, υφίστανται την επίδραση συνεχώς αυξανόμενης δύναμης F, καθώς απομακρύνονται από τον άξονα περιστροφής, που περιγράφεται από τη σχέση: (2.1) όπου m είναι η μάζα του σωματιδίου (kg), u = ω r είναι η περιστροφική ταχύτητα (m/s), ω = 2πn είναι η γωνιακή ταχύτητα (σε μονάδες: s -1 ), r είναι η ακτίνα περιστροφής (m), και (n) είναι ο αριθμός των στροφών ανά λεπτό (rpm). Το αποτέλεσμα της εφαρμογής της φυγοκέντρισης είναι η αύξηση της ταχύτητας του διαχωρισμού, σε σύγκριση με την εφαρμογή της απλής κατακάθισης, όπου το πεδίο βαρύτητας είναι ομοιογενές (G = mg). Στους φυγοκεντρικούς διαχωριστές (ή ταξινομητές) τα σωματίδια κινούνται υπό την επίδραση της σχετικής δύναμης διαχωρισμού ακτινωτά προς τα έξω, δηλ. κατά τη διεύθυνση της απομάκρυνσης από τον άξονα περιστροφής, ενώ στο πεδίο της βαρύτητας κάθετα προς τα κάτω. Σε μία φυγόκεντρη συσκευή κατακάθισης ένα σωματίδιο με ορισμένο σχήμα θα απομακρυνθεί από το υγρό, εφόσον του παρασχεθεί ο κατάλληλος χρόνος (παραμονής) στο φυγοκεντρικό πεδίο, ώστε να μπορέσει να φθάσει στο τοίχωμα του δοχείου της μηχανής. Εάν υποτεθεί, ότι το σωματίδιο κινείται συνεχώς ακτινικά με την τελική του ταχύτητα, μπορεί να υπολογιστεί η διάμετρος του μικρότερου σωματιδίου, που είναι δυνατό να απομακρυνθεί με την εφαρμογή της φυγοκέντρισης. Σαν σημείο διαχωρισμού μπορεί να οριστεί η («κρίσιμη») διάμετρος των σωματιδίων D pc (ή διάμετρος διαχωρισμού), η οποία θα επιτρέπει στα στερεά να φθάσουν στο μέσον της απόστασης μεταξύ r και R, όπου r είναι η ακτίνα μεταξύ του άξονα περιστροφής και της επιφάνειας του υγρού, ενώ R είναι η αντίστοιχη ακτίνα με το τοίχωμα του δοχείου (Σχήμα 2.8). Τότε, η ογκομετρική παροχή Q c που αντιστοιχεί στη διάμετρο διαχωρισμού, θα δίνεται από την παρακάτω σχέση: 13

(2.2) όπου (l) είναι το ύψος του δοχείου, (η) το ιξώδες του προς διαχωρισμό συστήματος, ρ s και ρ f οι πυκνότητες του στερεού και του υγρού αντίστοιχα. Στην παροχή αυτή τα περισσότερα σωματίδια που η διάμετρός τους είναι μεγαλύτερη από την D pc, θα απομακρυνθούν από το υγρό εξαιτίας της φυγόκεντρης δύναμης (φθάνοντας στο τοίχωμα της συσκευής), ενώ τα περισσότερα σωματίδια που έχουν μικρότερη διάμετρο από την D pc, θα παραμείνουν στο υγρό (και θα παρασυρθούν προς την έξοδο). Η τελική (οριακή) ταχύτητα κατακάθισης (ή διαχωρισμού) u t για ένα σφαιρικό σωματίδιο, που βρίσκεται μέσα σε φυγοκεντρικό διαχωριστή, μπορεί να υπολογιστεί από τη σχετική εξίσωση που περιγράφει την ταχύτητα κατακάθισης στο πεδίο της βαρύτητας, εάν αντικατασταθεί η επιτάχυνση της βαρύτητας (g) από τη φυγοκεντρική επιτάχυνση (= ω2 r), οπότε προκύπτει: (2.3) Ένα πολύ μικρό σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε συνθήκες νηματώδους ροής, ακόμη και μέσα σ ένα φυγοκεντρικό διαχωριστή. Στην περίπτωση αυτή η οριακή ταχύτητα καταβύθισης, που είναι δεδομένη για ορισμένη ακτίνα r, μπορεί να υπολογιστεί από την παρακάτω τροποποιημένη εξίσωση, η οποία είναι ανάλογη της εξίσωσης Stokes: (2.4) O συντελεστής διαχωρισμού f (separation coefficient) είναι ο βασικότερος παράγοντας, που καθορίζει τις συνθήκες κατακάθισης των σωματιδίων υπό την επίδραση των φυγοκεντρικών δυνάμεων και βρίσκεται από τη σύγκριση της φυγοκεντρικής δύναμης με τη δύναμη της βαρύτητας, ή των αντίστοιχων οριακών ταχυτήτων u c και u St : (2.5) O συντελεστής f, που είναι ο λόγος της φυγοκεντρικής επιτάχυνσης προς την επιτάχυνση της βαρύτητας, ουσιαστικά παριστάνει το φυγοκεντρικό κριτήριο του Froude (F rc ). Η διαχωριστική ικανότητα μιας φυγοκέντρου κατακάθισης χαρακτηρίζεται από το δείκτη παροχής Σ, ο οποίος ορίζεται από τη σχέση: (2.6.) 14

και χρησιμοποιείται κυρίως για την κλιμάκωση μεγέθους (scale-up) των φυγοκεντρικών μηχανημάτων, όπου (2.7) είναι ο όγκος του συγκρατούμενου υγρού (m 3 ), l είναι το μήκος του δοχείου φυγοκέντρισης, R η ακτίνα του δοχείου φυγοκέντρισης (m), s το πάχος του υγρού στρώματος (m) και r η εσωτερική ακτίνα του υγρού (m). Τότε προκύπτει για την ογκομετρική παροχή q c της διαμέτρου διαχωρισμού, ότι: Όπου: q c = 2 Σ u g (2.8) (2.9) είναι η τελική ταχύτητα κατακάθισης των σωματιδίων κάτω από συνθήκες κατακάθισης με τη βαρύτητα. Επίσης, εάν είναι γνωστή η ταχύτητα κατακάθισης των σωματιδίων με την επίδραση της βαρύτητας u t, είναι δυνατό να υπολογιστεί στη συνέχεια η φυγοκεντρική παροχή της φυγοκέντρου Q t (m 3 /s) από τη γενική σχέση: Q t = u t Σ (2.10) Εάν υποτεθεί ότι η ροή είναι εμβολική, τότε ο απαιτούμενος χρόνος t για την απομάκρυνση σωματιδίων με διάμετρο διαχωρισμού D pc, μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: t = V/Q t. Ο δείκτης παροχής Σ από φυσική άποψη παριστάνει την επιφάνεια μιας δεξαμενής κατακάθισης με βαρύτητας, που μπορεί να δέχεται παροχή ισοδύναμη ως προς την επεξεργαζόμενη με τη φυγόκεντρο (για δεδομένο αιώρημα) και μπορεί να βρεθεί από τη σχετική βιβλιογραφία. Για παράδειγμα αναφέρεται, ότι μία φυγόκεντρη με δίσκους με διάμετρο 0,5 m είναι ισοδύναμη με μία δεξαμενή κατακάθισης με βαρύτητα με εμβαδό 105 m 2. Στην πράξη όμως, η δυναμικότητα μιας φυγόκεντρης είναι συνήθως μικρότερη από αυτή που υποδεικνύει η τιμή Σ, εξαιτίας των πολύπλοκων σχεδίων ροής (fluid patterns) μέσα σ αυτήν και της (μερικής) επαναιώρησης των σωματιδίων στις φυγόκεντρες με εσωτερικό μεταφορέα. 15

Συσκευές φυγόκεντρης κατακάθισης (ή καθίζησης ή διαχωρισμού) Φυγοκέντριση είναι η διαδικασία διαχωρισμού ετερογενών συστημάτων, π.χ. στερεού/υγρού (αιωρημάτων), ή υγρού/υγρού (γαλακτωμάτων), με τη βοήθεια (εφαρμογή) ενός πεδίου φυγοκεντρικών δυνάμεων. Τα μηχανήματα μέσα στα οποία λαμβάνει χώρα, ονομάζονται φυγόκεντροι (centrifuges) και αποτελούνται συνήθως από ένα περιστρεφόμενο κυλινδρικό ρότορα (άξονα), που είναι τοποθετημένος σ ένα ομοαξονικό κυλινδρικό πλαίσιο και μπορεί να έχει διάτρητα ή μη τοιχώματα. Οι φυγόκεντρες δημιουργήθηκαν με σκοπό να επιτευχθεί υψηλότερη ταχύτητα διαχωρισμού των ετερογενών συστημάτων, σε σύγκριση με αυτή που επιτυγχάνεται στις εγκαταστάσεις κατακάθισης (ή διήθησης), που λειτουργούν απλά με την επίδραση της βαρύτητας. Στις φυγόκεντρες κατακάθισης (με μη-διάτρητα τοιχώματα) η λειτουργία τους είναι απλή, καθώς ο διαχωρισμός που λαμβάνει χώρα είναι παρόμοιος με την (απλή) κατακάθιση, με τη διαφορά ότι η κινητήρια δύναμη στην περίπτωση αυτή δεν θα είναι η βαρύτητα, αλλά η φυγοκεντρική δύναμη. Η βαρύτερη φάση (π.χ. τα στερεά) προσκολλάται στα περιστρεφόμενα τοιχώματα του ρότορα σχηματίζοντας ένα στρώμα (λάσπης), ενώ η ελαφρότερη φάση (π.χ. νερό) μετακινείται κοντά στον άξονά του και απομακρύνεται με την υπερχείλιση. Στις φυγόκεντρες διήθησης (που έχουν διάτρητα τοιχώματα), ο διαχωρισμός (φυγοκεντρική διήθηση) ακολουθεί τις ίδιες βασικές αρχές με τη διήθηση, με τη διαφορά όμως ότι στην περίπτωση αυτή η κινητήρια δύναμη (διαφορά πίεσης), αντικαθίσταται από τη φυγοκεντρική δύναμη. Ανάλογα με τη τιμή του συντελεστή f, οι φυγόκεντρες κατακάθισης (και διήθησης) διακρίνονται σε απλές (f<3.500) και σε υπερφυγόκεντρες (f>3.500). Οι τελευταίες χρησιμοποιούνται μόνο για το διαχωρισμό υπέρλεπτων ή κολλοειδών αιωρημάτων (διασπορών) με τη φυγοκεντρική κατακάθιση, καθώς και για το διαχωρισμό των γαλακτωμάτων (π.χ. ελαίων-νερού), οπότε στην τελευταία περίπτωση καλούνται διαχωριστήρες υγρών. Οι κυριότεροι τύποι φυγοκέντρων κατακάθισης συνεχούς λειτουργίας που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, διαφέρουν ως προς το σχήμα (κυλινδρικό, κωνικό) και την τοποθέτηση του ρότορα (οριζόντια, κατακόρυφη), καθώς επίσης και στον τρόπο απομάκρυνσης των στερεών. Η κυλινδρική διάταξη (tubular) παράγει γενικά αρκετά διαυγές υγρό, αλλά το στρώμα των στερεών 16

που διαχωρίζεται, περιέχει αρκετά μεγάλη ποσότητα νερού. Το αντίθετο συμβαίνει με τις κωνικές διατάξεις. Οι κυριότεροι τύποι των φυγοκεντρικών διαχωριστών, που χρησιμοποιούνται κυρίως για το διαχωρισμό δύο μη-αναμίξιμων υγρών, είναι οι αυλοειδείς φυγοκεντρικές συσκευές και οι φυγοκεντρικές συσκευές με δίσκους. Η αυλοειδής (ή αυλοφόρος) φυγόκεντρος υγρού-υγρού φαίνεται στο σχήμα 2.9. Το δοχείο είναι ψηλό και στενό, διαμέτρου 100-150 mm και περιστρέφεται μέσα σε ένα σταθερό περίβλημα με περίπου 1500 rpm. Η τροφοδοσία εισέρχεται μέσα από ένα σταθερό ακροφύσιο, που βρίσκεται στον πυθμένα του δοχείου και διαχωρίζεται εξαιτίας της φυγοκέντρισης σε δύο ομόκεντρα στρώματα υγρού μέσα στο δοχείο (ανάλογα με την πυκνότητά τους), τα οποία απομακρύνονται από κατάλληλες (διαφορετικές) εξόδους με τη βοήθεια βαλβίδων και φραγμάτων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα χρήσης των μηχανημάτων αυτών μπορεί να θεωρηθεί η εφαρμογή τους στα ελαιοτριβεία δύο φάσεων για το διαχωρισμό του λαδιού από το νερό. 17

Η φυγόκεντρος με δίσκους (disc centrifuge) χρησιμοποιείται κυρίως για τον αποτελεσματικό διαχωρισμό γαλακτωμάτων σε δύο φάσεις (π.χ. στη βιομηχανία γάλακτος), δηλ. στο βαρύτερο (νερό) και στο ελαφρύτερο (κρέμα, λιπαρά) υγρό, καθώς επίσης γενικότερα σε βιοτεχνολογικές εφαρμογές, π.χ. διαχωρισμός των κυττάρων του ζυμομύκητα από το θρεπτικό διάλυμα (broth) παραγωγής του όπως και σε ναυτιλιακές εφαρμογές (διαχωρισμό πετρελαίου κινήσεως). Η συσκευή αυτή αποτελείται από ένα δοχείο σχετικά μικρού πλάτους, με επίπεδο πυθμένα και κωνική κορυφή, διαμέτρου 200-500 mm, που περιστρέφεται γύρω από ένα κατακόρυφο άξονα (Σχήμα 2.10 Φυγόκεντρη με δίσκους). Μέσα στο δοχείο υπάρχουν δίσκοι τοποθετημένοι ο ένας κοντά στον άλλο, οι οποίοι στην πραγματικότητα είναι κώνοι μεταλλικού ελάσματος που βρίσκονται ο ένας πάνω στον άλλο. Οι δίσκοι αυτοί περιλαμβάνουν κατάλληλες διόδους επικοινωνίας, μέσω των οποίων διέρχεται το υγρό και περιστρέφονται μαζί με το δοχείο. Η τροφοδοσία εισέρχεται από πάνω προς τον πυθμένα της συσκευής και ρέει μέσα από τις διόδους προς τα επάνω και γύρω από τους δίσκους. Το βαρύτερο υγρό μετακινείται προς τα έξω και προς τα κάτω, ενώ το ελαφρύτερο υγρό προς το κέντρο του δοχείου και προς τα πάνω, οπότε σχηματίζονται δύο στρώματα υγρού, που εκρέουν προς χωριστά στόμια εξόδου. 18

Στις φυγόκεντρες με δίσκους η διεπιφάνεια μεταξύ των δύο υγρών υφίσταται σημαντική διατμητική τάση, επειδή η μία φάση ρέει προς τη μία κατεύθυνση και η άλλη προς την αντίθετη. Η διάτμηση αυτή βοηθά σημαντικά στην καταστροφή των γαλακτωμάτων. Στην περίπτωση αυτή, όπως και με τις δεξαμενές κατακάθισης τύπου lamella, με την παρουσία των δίσκων επιτυγχάνεται σημαντική αύξηση της διεπιφάνειας φυγοκέντρισης (ή κατακάθισης αντίστοιχα). Αν το υγρό τροφοδοσίας περιέχει επίσης μικρές συγκεντρώσεις στερεών, τότε αυτά θα συσσωρεύονται στο εσωτερικό του δοχείου, οπότε θα πρέπει να απομακρύνονται περιοδικά. Αυτό μπορεί να γίνει με τη διακοπή της λειτουργίας του μηχανήματος, ανοίγοντας το δοχείο και απομακρύνοντας τα στερεά. Όταν όμως το υγρό τροφοδοσίας περιέχει στερεά σε μεγαλύτερο ποσοστό, τότε θα πρέπει να υπάρχουν κατάλληλες διατάξεις για την αυτόματη απομάκρυνσή τους, καθώς οι ποσότητες των συσσωρευμένων στερεών θα είναι σημαντικές στην περίπτωση αυτή. Για το λόγο αυτό στην περιφέρεια του δοχείου (στη μέγιστη διάμετρό του) υπάρχει μία ομάδα από μικρές τρύπες ή ακροφύσια εκκένωσης, διαμέτρου 3 mm περίπου, οπότε τα στερεά που εκτοξεύονται προς την περιφέρεια του δοχείου, εξέρχονται συνεχώς (ή περιοδικώς, ελεγχόμενα από κατάλληλες βαλβίδες) από τα ακροφύσια, μαζί όμως με αρκετή ποσότητα του καθαρισμένου υγρού, το οποίο θα πρέπει να ανακυκλώνεται στη συσκευή, ώστε να αυξάνεται η συγκέντρωση των στερεών (Σχήμα 2.11). Οι αυλοειδείς φυγόκεντρες και οι φυγόκεντρες με δίσκους χρησιμοποιούνται κυρίως για την απομάκρυνση μικρών συγκεντρώσεων στερεών από λιπαντικά λάδια, υγρά διεργασιών, μελάνες, ή από ποτά, τα οποία θα πρέπει να είναι τελείως καθαρά (για την κατανάλωσή τους). Απομακρύνουν επίσης ζελατινώδη ή λασπώδη στερεά, που μπορούν να δημιουργήσουν απόφραξη σ ένα φίλτρο, δηλ. χρησιμοποιούνται σαν μέθοδος προκατεργασίας της διήθησης. Στις φυγόκεντρες συσκευές με ακροφύσια εκκένωσης τα στερεά εγκαταλείπουν το δοχείο κάτω από την επιφάνεια του υγρού και συνεπώς μεταφέρουν (απομακρύνουν) ταυτόχρονα αρκετά σημαντικές ποσότητες υγρού. 19

Επομένως, για το διαχωρισμό του ιζήματος τροφοδοσίας σε ένα κλάσμα διαυγούς υγρού και σε ένα βαρύ, σχετικά ξηρό ίζημα, τα καθιζάνοντα στερεά θα πρέπει να μετακινηθούν μηχανικά από το υγρό και να έχουν τη δυνατότητα να αποστραγγιστούν, ενώ βρίσκονται ακόμη υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης. Ένα παράδειγμα διαχωριστή του τύπου αυτού αποτελεί η φυγόκεντρος με ελικοειδή μεταφορέα, στον οποίο συμβαίνει ένας συνδυασμός των πλεονεκτημάτων των δύο προηγουμένων τύπων φυγοκέντρων. Η συσκευή αυτή αποτελείται από ένα κυλινδρικό δοχείο με κωνικό άκρο, που περιστρέφεται γύρω από ένα οριζόντιο άξονα (Σχήμα 2.12). Η τροφοδοσία γίνεται μέσω κεντρικού (αξονικού) σωλήνα και τα στερεά συγκεντρώνονται λόγω της φυγοκέντρισης στην εσωτερική επιφάνεια του δοχείου. Ένας ελικοειδής μεταφορέας, ο οποίος περιστρέφεται με μικρότερη ταχύτητα και με αντίθετη φορά από το δοχείο, μετακινεί τα στερεά προς την άκρη του δοχείου σε κατάλληλα ανοίγματα εξόδου, ενώ η απομάκρυνση του (καθαρισμένου) υγρού, που ρέει σε μια σπειροειδή διαδρομή ενάντια στην κίνηση του μεταφορέα, γίνεται από διαφορετικά ανοίγματα, αντίθετα τοποθετημένα. Η πρακτική λειτουργία των συσκευών αυτών απαιτεί τα στερεά να είναι βαρύτερα από το υγρό και να μην αιωρούνται ξανά υπό την επίδραση του μεταφορέα. Συνήθως όμως, το υγρό που εκρέει από τις συσκευές αυτές δεν είναι τελείως απαλλαγμένο από τα στερεά και επομένως, μπορεί να χρειαστεί περαιτέρω καθαρισμός του. Οι φυγοκεντρικές συσκευές με ελικοειδή μεταφορέα κατασκευάζονται με δοχεία διαμέτρου 100-1400 mm και μπορούν να διαχωρίσουν μεγάλες ποσότητες υλικών (1-50 tn/h στερεών, ανάλογα με το μέγεθός τους). Βρίσκουν σημαντικές εφαρμογές στο διαχωρισμό λεπτόκοκκων στερεών από τα υγρά, στην αφυδάτωση λασπών (αύξηση της συγκέντρωσης των στερεών από 1-2% αρχικά, σε 20% περίπου τελικά), συνήθως με την ταυτόχρονη προσθήκη καταλλήλων (θετικά φορτισμένων) πολυηλεκτρολυτών, οπότε υφίστανται προκαταρκτική κροκίδωση, ενώ χρησιμοποιούνται επίσης και σαν ταξινομητές στερεών. Ο χρόνος παραμονής των στερεών μέσα στη φυγόκεντρη ισούται με το πηλίκο του όγκου του υγρού στο δοχείο (V) προς την ογκομετρική παροχή Q (t=v/q). Στην πράξη όμως βρέθηκε, ότι ο χρόνος παραμονής στις φυγόκεντρες με μεταφορέα είναι πολύ μικρότερος, με αποτέλεσμα τον ελλιπή διαχωρισμό των στερεών. Για το λόγο αυτό τοποθετούνται ορισμένα πτερύγια στον αξονικό μεταφορέα, που βελτιώνουν την απόδοση του διαχωρισμού, καθώς με την αξονική ροή που 20

επιτυγχάνεται, το οριακό στρώμα βρίσκεται σε συνθήκες στρωτής ροής και η κατακάθιση είναι μηπαρεμποδιζόμενη. Όταν οι φυγόκεντρες συσκευές λειτουργούν σαν ταξινομητές, τότε τα στερεά σωματίδια του αιωρήματος τροφοδοσίας μπορούν να διαχωριστούν ανάλογα με το σχήμα, το μέγεθος ή το ειδικό βάρος τους, όπως και στους υδραυλικούς ταξινομητές που λειτουργούν με βαρύτητα. Επειδή όμως η φυγόκεντρη δύναμη είναι πολλαπλάσια της δύναμης της βαρύτητας (τουλάχιστον 600 φορές), θα είναι (θεωρητικά) δυνατός ο διαχωρισμός των σωματιδίων με διάμετρο ακόμη και 1 μm, καθώς ικανοποιητικοί ρυθμοί κατακάθισης μπορούν να ληφθούν στην περίπτωση αυτή με πολύ μικρότερης διαμέτρου σωματίδια, σε σχέση με ένα απλό ταξινομητή βαρύτητας. Επίσης, είναι δυνατό στην περίπτωση της φυγοκέντρισης να υπερνικηθούν οι μικρές (ανεπιθύμητες) επιδράσεις της κίνησης Brown και των ρευμάτων ελεύθερης μεταφοράς, με αποτέλεσμα την καλύτερη ταξινόμηση των λεπτομερών στερεών. Για τα χονδρόκοκκα σωματίδια όμως, το καθεστώς καθίζησης μπορεί να αλλάξει, οπότε τα σωματίδια που κατακάθονταν σύμφωνα με το νόμο του Stokes υπό την επίδραση της βαρύτητας, σε μία φυγόκεντρη συσκευή κατακάθονται σύμφωνα με το νόμο του Newton. Με τον ίδιο τρόπο μίγματα ισοκατακαθιζόντων σωματιδίων σε μία συσκευή βαρύτητας μπορούν να διαχωριστούν (μερικώς) με την επίδραση της φυγοκέντρισης. Αντιθέτως, χαλαροί θρόμβοι ή ασθενή συσσωματώματα, που προέρχονται π.χ. από προκαταρκτική κροκίδωση, τα οποία συνήθως κατακαθίζουν εύκολα σε μία δεξαμενή βαρύτητας, συχνά σπάζουν υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης, οπότε στην περίπτωση αυτή θα κατακαθίζουν αργά ή καθόλου, παρά την αυξημένη φυγοκεντρική δύναμη. Επομένως, δεν ενδείκνυται η εφαρμογή των φυγοκεντρικών διαχωριστών στην τελευταία περίπτωση. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΟΥ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΣΕ ΕΝΑ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΟ ΔΙΑΧΩΡΙΣΤΗ 1. Θερμοκρασία διαχωρισμού 2. Ιξώδες 3. Διαφορά πυκνότητας 4. Αναλογίες φάσεων Η αυξημένη ποσότητα νερού στο ρευστό επηρεάζει το διαχωριστικό αποτέλεσμα μέσω της χωρητικότητας μεταφοράς της στοίβας δίσκων. Η αυξημένη περιεκτικότητα νερού στο ρευστό μπορεί να αντισταθμιστεί από τη μείωση της απόδοσης προκειμένου να αποκατασταθεί με ένα αποδοτικό διαχωριστικό αποτέλεσμα. 5. Μέγεθος και σχήμα σωματιδίων Ένα στρογγυλό και λείο σωματίδιο (Α) είναι πιο εύκολο να διαχωριστεί απ ότι ένα ακανόνιστου σχήματος (Β). Μεγαλύτερα σωματίδια (1) είναι πιο εύκολα στο διαχωρισμό απ ότι τα μικρότερου μεγέθους (2). 21

6. Η ζητούμενη ποσότητα παραγωγής καθαρού ρευστού (διακίνηση) Η διακίνηση ορίζει το χρόνο που επιτρέπεται για το διαχωρισμό του νερού και των ιζημάτων από το ρευστό. Ένα καλύτερο αποτέλεσμα διαχωρισμού μπορεί συχνά να επιτευχθεί με τη μείωση της απόδοσης, δηλαδή με την αύξηση της διευθέτησης του χρόνου. 7. Περιεκτικότητα λάσπης Χώρος λάσπης Το ίζημα συγκεντρώνετε κατά μήκος των τοιχωμάτων του μπολ. Αν η λάσπη γεμίσει το χώρο και φτάσει έως και το εξωτερικό των δίσκων η ροή στο μπολ επηρεάζεται και το διαχωριστικό αποτέλεσμα μειώνεται. Για την αποφυγή αυτού του φαινομένου, πρέπει ο χρόνος τροφοδοσίας του ιζήματος να μειωθεί. 8. Στοίβα δίσκων Μια ακαθάριστη, παραμελημένη, στοίβα δίσκων που αποτελείται από παραμορφωμένους δίσκους ή δίσκους επικαλυμμένους με βρώμα βλάπτουν το διαχωριστικό αποτέλεσμα. 9. Δίσκος βαρύτητας Τέλος, ακόμη ένας παράγοντας όπου επηρεάζει την απόδοση διαχωρισμού είναι η σωστή επιλογή δίσκου βαρύτητας, όσο πιο μεγάλη είναι η πυκνότητα του ρευστού τόσο μικρότερή και η διάμετρος d του δίσκου. 22

2.1. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Ένας φυγοκεντρικός διαχωριστής μπορεί να λειτουργήσει είτε ως καθαριστής (purifier) είτε ως διυλιστήρας (clarifier). Όταν λειτουργεί ως καθαριστής ο φυγοκεντρικός διαχωριστής εκκενώνει το διαχωρισμένο νερό συνεχώς. Όταν το ρευστό, παραδείγματος χάρη λάδι, περιέχει μόνο μικρές ποσότητες νερού ο διαχωριστής λειτουργεί ως μια εγκατάσταση διαύγασης (clarifier). Ο διαχωριστής πρέπει να εγκατασταθεί μαζί με ανάλογες ηλεκτρονικές συσκευές από όπου θα ελέγχεται η λειτουργία του. ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ (purification) Σε αυτό το μπολ έχουμε δυο εξόδους ρευστού. Το ρευστό ρέει μέσα από το κέντρο και έξω κάτω του διανομέα. Ρέει και διαιρείται μεταξύ των διακένων των δίσκων του μπολ, όπου οι φάσεις του ρευστού διαχωρίζονται μεταξύ τους από την ενέργεια της φυγόκεντρου δύναμης. Η βαριά φάση του ρευστού των ιζημάτων του κινείτε κατά μήκος της κάτω πλευράς των δίσκων προς τη περιφέρεια του μπολ, όπου τα ιζήματα συσσωρεύονται. Εν συνεχεία κινείται κατά μήκος της άνω πλευράς του άνω δίσκου προς το λαιμό του μπολ και φεύγει από αυτό μέσω του δίσκου βαρύτητας (σκούρα χρώματα στη παρακάτω εικόνα). Η κίνηση της ελαφριάς φάσης γίνετε κατά μήκος της άνω πλευράς του δίσκου προς το κέντρο του μπολ και φεύγει από το μπολ μέσω της οπής στην κορυφή του λαιμού των δίσκων (ανοιχτά χρώματα στην εικόνα). 23

24

ΔΙΑΥΓΑΣΗ (clarification) Το μπολ αυτό έχει μία έξοδο ρευστού. Το ρευστό προς διαχωρισμό ρέει διαμέσου του κέντρου του διανομέα. Ρέει και διαιρείται μεταξύ των διακένων των δίσκων του μπολ, όπου τα ιζήματα διαχωρίζονται από το υγρό με τη δράση της φυγόκεντρου δύναμης. Τα ιζήματα κινούνται κατά μήκος της κάτω πλευράς των δίσκων προς τη περιφέρεια του μπολ όπου και συσσωρεύονται. 25

2.1.1. ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΕ ΣΕΙΡΑ Υπό τις παρούσες συνθήκες, αν ο ρυθμός τροφοδοσίας είναι μέσα στην πραγματική ικανότητα του φυγοκεντρικού διαχωριστή είναι πλήρως ικανό σε μία μονάδα διαδικασίας καθαρισμού ενός σταδίου. Εν τούτοις, όταν απαιτείται να αυξηθεί το αποτέλεσμα καθαρισμού (όπως στην περίπτωση του χαμηλού βαθμού πετρελαίου), μία εφεδρική μονάδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Διαθέσιμο ως τέτοιο τρόπο λειτουργίας είναι η παράλληλη λειτουργία και σε σειρά λειτουργία. Σε σχέση με την απόδοση διαχωρισμού, η παράλληλη λειτουργία είναι καλύτερη, αλλά υπάρχουν περιπτώσεις όπου η λειτουργία εν σειρά είναι προτιμότερη. Παράλληλη λειτουργία Η παράλληλη λειτουργία αναφέρεται στην κατάσταση λειτουργίας στην οποία δύο ή περισσότερες μονάδες φυγοκεντρικών διαχωριστών είναι διατεταγμένα και λειτουργούν εν παραλλήλω στην περίπτωση αυτή ο ρυθμός τροφοδοσίας για κάθε μηχανή θα είναι στραγγαλισμένος. Στην περίπτωση παράλληλης λειτουργίας με 2 μονάδες διαχωριστών, ο ρυθμού τροφοδοσίας σε κάθε μηχανή θα είναι 1/2 της απαιτούμενης ποσότητας, αντιστοίχως. Ένα παράδειγμα των σωληνώσεων σε παράλληλη λειτουργία δείχνεται στο σχήμα 2.16. 26

Λειτουργία εν σειρά Η λειτουργία σε σειρά αναφέρεται στο τρόπο λειτουργίας στην οποία δύο ή περισσότερες μονάδες φυγοκεντρικών διαχωριστών διατάσσονται σε σειρά και λειτουργούν στην περίπτωση αυτή ο ρυθμός τροφοδοσίας θα είναι όπως σε περίπτωση μιας μονάδας λειτουργίας καθαρισμού σε ένα στάδιο και το δεύτερο στάδιο. Στην περίπτωση μιας λειτουργίας σειράς με 2 μονάδες φυγοκεντρικών διαχωριστών, η μεικτή ασφάλεια για το δεύτερο στάδιο φυγοκεντρικού διαχωριστή πρέπει να αφαιρεθεί. Ένα παράδειγμα των σωληνώσεων σε λειτουργία σειρά δίδεται στο σχήμα 2.17. 27

2.2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΟΣ 2.2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΡΕΥΣΤΟΥ Ο διαχωρισμός λαμβάνει χώρα στο μπολ του διαχωριστή στο οποίο το μη διαχωρισμένο ρευστό τροφοδοτείται μέσω του σωλήνα εισόδου (201). Το ρευστό οδηγείται από τον διανομέα (Τ) προς τη περιφέρεια του μπολ. Όταν το βρώμικο ρευστό φτάσει στις υποδοχές του διανομέα, θα ανέβει μέσω των καναλιών που σχηματίζονται από τη στοίβα δίσκων (G), όπου διανέμεται ομοιόμορφα εντός αυτής. Το έλαιο διαχωρίζεται συνεχώς από το νερό και τη λάσπη, καθώς ρέει προς το κέντρο του μπολ. Όταν το καθαρό πια ρευστό αφήσει τη στοίβα δίσκων ανεβαίνει προς τα πάνω. Από εκεί αντλείται από την αντλία εκκενώσεως του μπολ (F) και αφήνει το μπολ μέσω της εξόδου (220). Η διαχωρισμένη λάσπη και το νερό κινούνται προς τη περιφέρεια του μπολ. Το διαχωρισμένο νερό ανεβαίνει κατά μήκος του εξωτερικού της στοίβας δίσκων, περνά από τα ανώτερα κανάλια του δίσκου πάνω από την άκρη του δίσκου βαρύτητας (Κ) και αφήνει το μπολ μέσω της κοινής εξόδου λάσπης νερού (221) του διαχωριστή. Τα βαρύτερα ξένα σώματα συλλέγονται στο χώρο λάσπης (H) εκτός της στοίβας δίσκων και απορρίπτονται κατά διαστήματα μέσα από τα λιμάνια της λάσπης (L). 28

29

2.2.2. ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΟΣ ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ Ο φυγοκεντρικός διαχωριστής περιλαμβάνει ένα πλαίσιο αποτελούμενο από το κάτω μέρος, το ενδιάμεσο τμήμα και το επάνω μέρος του πλαισίου. Το μπολ του διαχωριστή (C) κινείται μέσω ενός ηλεκτροκινητήρα (Α), μέσω ενός μηχανισμού μετάδοσης ισχύος με επίπεδη ζώνη (D) και τον άξονα του μπολ (Β). Ο κινητήρας είναι εξοπλισμένος με τριβέα σύζευξης για την πρόληψη της υπερφόρτωσης. Το μπολ περιέχει δίσκους καθαρισμού και λειτουργεί υδραυλικά κατά την απολάσπιση. Ο άξονας του μπολ (Β) διαθέτει ένα στροφείο το οποίο αντλεί νερό από μια ενσωματωμένη δεξαμενή στο λειτουργικό σύστημα για την απαλλαγή του μπολ από τη λάσπη. Οι κύριες εισόδους και εξόδους φαίνονται με τους αριθμοί σύνδεση στην παρακάτω εικόνα. Η διαδικασία διαχωρισμού λαμβάνει χώρα στο περιστρεφόμενο μπολ. Μη διαχωρισμένο ρευστό τροφοδοτείται στη λεκάνη μέσω της εισόδου (201). Το ρευστό καθαρίζεται στο μπολ και εγκαταλείπει το διαχωριστή διαμέσου της εξόδου (220). Τα βαρύτερα από το ρευστό ξένα σώματα συλλέγονται στο χώρο της λάσπης στην περιφέρεια του μπολ και απομακρύνονται αυτόματα σε τακτά χρονικά διαστήματα. 30

31

Δομή του συστήματος οδήγησης. Ένας συμπλέκτης τριβής είναι εγκατεστημένος μεταξύ του ηλεκτροκινητήρα και του οριζόντιου άξονα για τη σύνδεση τους. Ο οριζόντιος άξονας στηρίζεται σε δύο σημεία με ρουλεμάν, από τη πλευρά της αντλίας και από τη πλευρά του ηλεκτροκινητήρα. Ένα σπιράλ γρανάζι είναι εγκατεστημένο σχεδόν στη μέση του οριζόντιου άξονα. Προκειμένου να αποτραπεί η διαρροή ελαίου από το κιβώτιο ταχυτήτων, υπάρχουν στεγανοποιητικά λαδιού (τσιμούχες) στα ρουλεμάν της αντλίας και του ηλεκτροκινητήρα. Στο τέλος του οριζόντιου άξονα βρίσκεται ένα αυλάκι, έτσι ώστε να μπορούν να εισέλθουν οι ασφάλειες. Δομή τμημάτων κάθετου άξονα. Τα τμήματα χωρίζονται στο άνω και κάτω τμήμα εδράνων. Κάθε μέρος έχει συγκεκριμένη δομή, αντίστοιχα. Το άνω τμήμα αποτελείται από ρουλεμάν, έδρανο εσωτερικής υποδοχής, ελατήρια και ελατήρια συγκρατήσεως. Επιπροσθέτως ένα άνω κέλυφος του εδράνου στο οποίο θα εγκατασταθούν όλα τα παραπάνω. Ένα σύνολο ελατηρίων είναι τοποθετημένα στο άνω μέρος του άξονα, προκειμένου να προστατευθεί κατά την εκκίνηση. Η εσωτερική υποδοχή του άξονα έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε να μπορεί να κινείται μόνο πάνω και κάτω κατά μήκος του δέκτη, για τη σωστή προσαρμογή στο σωστό ύψος του μπολ. Επιπλέον το άνω κάλυμμα και η συσκευασία τύπου U έχουν μια λειτουργία για τη πρόληψη όχι μόνο της διαρροής ελαίου από το κιβώτιο ταχυτήτων, αλλά και το νερό που λειτουργεί για το άνοιγμα και κλείσιμο του μπολ. Το κάτω τμήμα της ατράκτου είναι εξοπλισμένο με ακτινικά ρουλεμάν και γωνιακά ρουλεμάν. Τα γωνιακά ρουλεμάν δέχονται όλο το φορτίο ώθησης από το βάρος του μπολ και άλλων. Το χαμηλότερο έδρανο είναι εξοπλισμένο με ελατήριο και στηρίζεται από ατσάλινες σφαίρες για να επιτρέψει ένα παιχνίδι σε μικρό βαθμό. Τέλος, ένας δίσκος ελατηρίου είναι τοποθετημένος για τη ρύθμιση του ύψους του κάθετου άξονα. 32

33

Συμπλέκτης τριβής. Το μπολ έχει μεγάλο ποσό αδράνειας, λόγο του βάρους του. Η μέθοδος της εκκίνησης με την απευθείας σύνδεση του ηλεκτροκινητήρα προς τον οριζόντιο άξονα, η χωρητικότητα του ηλεκτροκινητήρα και η ισχύς της ατράκτου θα πρέπει να σχεδιαστούν υπερβολικά υψηλές. Ως εκ τούτου, η μέθοδος της βαθμιαίας επιτάχυνσης του μπολ έχει εφαρμοστεί. Μετά την εκκίνηση του ηλεκτροκινητήρα επιταχύνεται βαθμιαία η περιστροφή του αμέσως, αλλά εμφανίζεται ολίσθηση μεταξύ των επιφανειών τριβής και της τροχαλίας τριβής στην αρχή. Καθώς τα υλικά επένδυσης τριβής πιέζουν έναντι της τροχαλίας τριβής, κινητήρια δύναμη μεταδίδεται και μέσα σε λίγα λεπτά ο κατακόρυφος άξονας επιτυγχάνει την ονομαστική περιστροφή του. Φρένο. Όπως προαναφέραμε το μπολ έχει μεγάλη αδράνεια, έτσι δεν μπορεί να σταματήσει τη περιστροφή του αμέσως. Για ορισμένα μοντέλα φυγοκεντρικών διαχωριστών χρειάζονται σχεδόν τριάντα λεπτά για να σταματήσει το μπολ στην περίπτωση που δεν εφαρμοστεί το φρένο. Το επιθυμητό είναι να σταματήσει χωρίς τη χρήση φρένων, αλλά όταν η έγκαιρη διακοπή είναι επιθυμητή για κάποιο λόγο συντήρησης ή ελέγχου, μπορεί να εφαρμοστεί το φρένο. Η πέδη έχει τέτοιο μηχανισμό όπου οι τριβής του φρένου πιέζουν τη τροχαλία τριβής από το ελατήριο. Δομή του μπολ. Το μπολ αποτελείται από το κυρίως σώμα, το κάλυμμα του και το παξιμάδι, όλα μαζί σχηματίζουν ένα δοχείο. Στο εσωτερικό του μπολ, ο θάλαμος διαχωρισμού αποτελείται από δίσκους, των άνω δίσκο και τον διανομέα ο οποίος οδηγεί το βρώμικο ρευστό από την είσοδο του μπολ στο θάλαμο διαχωρισμού. Ακόμη, υπάρχει το επιστόμιο του κυλίνδρου το οποίο γλιστρά από πάνω προς τα κάτω, ώστε να εκκενώσει τα στερεά απόβλητα του διαχωρισμού που συσσωρεύονται στα τοιχώματα κατά τη λειτουργία. 34

Μηχανισμός απολάσπισης. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας ο κατώτερος θάλαμος νερού υπό πίεση, όπου βρίσκεται στο κάτω μέρος του μπολ, γεμίζει με νερό. Η βαλβίδα του κυλίνδρου ωθείται προς τα επάνω λόγο της πίεσης του νερού που δημιουργείται από τη φυγόκεντρο δύναμη. Οι θύρες εκκένωσης λάσπης είναι κλειστές. Όταν το νερό παρέχεται εντός του άνω θαλάμου νερού, δεδομένου ότι έχει μεγαλύτερη πίεση η περιοχή, η δύναμη θα είναι μεγαλύτερη απ ότι στο κάτω θάλαμο νερού. Επομένως, η βαλβίδα του κυλίνδρου θα ωθηθεί προς τα κάτω, οι θύρες εκκένωσης της λάσπης θα ανοίξουν και τα συσσωρευμένα στερεά του μπολ θα πεταχτούν από αυτό λόγο της ισχυρής φυγόκεντρης δύναμης. 35

Όσον αφορά το χρονικό διάστημα για την εκκένωση της λάσπης, η πιο έγκαιρη του χρονικού διαστήματος, τόσο πιο αποτελεσματική λειτουργία μπορεί να αποδώσει. Ωστόσο, είναι δύσκολο να καθορισθεί το κατάλληλο χρονικό διάστημα επειδή επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως το μοντέλο του φυγοκεντρικού διαχωριστή, τη φύση του ρευστού που πρόκειται να καθαριστεί. Όταν το χρονικό διάστημα είναι πολύ μεγάλο, η απαλλαγή της λάσπης γίνεται δυσκολότερα και όταν είναι πολύ μικρό το χρονικό διάστημα, η απόδοση γίνεται χειρότερη. Η λειτουργία του εξοπλισμού παροχής νερού Όπως εξηγήσαμε και στη προηγούμενη παράγραφο οι θύρες εκκένωσης θα ανοίξουν ή κλείσουν από το προμηθεύον νερό του άνω και κάτω θαλάμου, ενώ των θαλάμων η προμήθεια νερού πραγματοποιείται με τη λειτουργία του εξοπλισμού παροχής νερού που είναι ενσωματωμένος στο κάτω μέρος του μπολ. Σε περίπτωση υψηλής ή χαμηλής πίεσης νερού η στάθμη του νερού στο θάλαμο θα κινηθεί ακτινικά. Κατά τη λειτουργία, η στάθμη του νερού στο θάλαμο θα διευθετηθεί σε μια ορισμένη θέση, λόγο των ακόλουθων αιτιών. Στο σχήμα 2.22. η πίεση Ρ (πίεση νερού) του μπολ στην κορυφή του δίσκου λειτουργίας νερού (σημείο a ) φαίνετε στην ακόλουθη εξίσωση: (1) r i : ακτίνα του δίσκου λειτουργίας νερού r f : ακτίνα έως τη στάθμη νερού ω : γωνιακή ταχύτητα g : επιτάχυνση βαρύτητας γ : ειδικό βάρος νερού Ενώ η πίεση Ρ στην κορυφή του δίσκου λειτουργίας νερού από τη χαμηλή πίεση νερού δεξαμενής φαίνεται στην ακόλουθη εξίσωση : Η : Μανομετρικό ύψος στήλης νερού Δεδομένου ότι κάθε τιμή γ και g είναι σταθερές, και ότι ω και r i είναι καθορισμένες σύμφωνα με το μοντέλο του φυγοκεντρικού διαχωριστή, η τιμή r f θα ποικίλει μέχρι η πίεση Ρ να γίνει ίση με εκείνη του νερού λειτουργίας Ρ και το επίπεδο νερού σταθερό σε μια ορισμένη θέση. Έτσι το νερό ούτε θα ρεύσει στο δίσκο λειτουργίας από το θάλαμο, ούτε θα εκρεύσει προς το θάλαμο. Στην ανωτέρω κατάσταση, δεδομένου ότι η μύτη του στατικού δίσκου λειτουργίας νερού είναι βουτηγμένος σε νερό που περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα, φυσική τριβή θα αναπτυχθεί μεταξύ δίσκου και νερού. Στην περίπτωση αυτή με την επίδραση της τριβής, το νερό τίθεται σε διαταραχή και έχει ως αποτέλεσμα την άσκοπη κατανάλωση. Κατανάλωση επίσης θα υπάρξει λόγο φθαρμένων λάστιχων στεγανοποίησης του κάτω θαλάμου νερού. Προκειμένου όμως να διατηρηθεί η πίεση Ρ ίση με την Ρ, θα πρέπει να παρέχεται επιπλέον νερό αυτόματα, έτσι δεν θα βρεθεί ποτέ (2) 36

άδειος ο κάτω θάλαμος νερού. Κατά τη στιγμή της εκκένωσης της λάσπης, η πίεση του νερού λειτουργίας είναι υψηλή όπως αναφέραμε και παραπάνω, η στάθμη του νερού θα κινηθεί προς το εσωτερικό έως η πίεση Ρ ισορροπήσει με εκείνη του νερού υψηλής πίεσης (η στάθμη θα κινηθεί από r f έως r i ). Όταν η στάθμη του νερού φτάνει την θέση των οπών που οδηγούν στον άνω θάλαμο νερού πίεσης, το νερό θα εισέλθει σε αυτούς. Κατά συνέπεια η βαλβίδα κυλίνδρου θα πιέζεται προς τα κάτω προκαλώντας τη διαδικασία απολάσπισης. Για την επανάληψη του καθαρισμού μετά την απολάσπιση, όταν η παροχή νερού υψηλής πιέσεως σταματήσει, τον νερό στον άνω θάλαμο θα πρέπει να αποφορτίζεται σταδιακά έξω από το μπολ, μέσω του ακροφυσίου. Η στάθμη νερού τότε θα επιστρέψει στο σημείο r f και η τιμή της πίεσης του άνω θαλάμου θα μειωθεί στο μηδέν. Τέλος, η βαλβίδα κυλίνδρου θα πάει προς τα κάτω λόγο της χαμηλής πίεσης του νερού, οι θύρες εκκένωσης θα κλείσουν και κατά συνέπεια η τροφοδοσία ακαθάριστου ρευστού θα επαναληφθεί. Θερμοκρασία κατεργασίας Η ποσότητα κατεργασίας διέπεται από το ιξώδες του ρευστού, έτσι ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη αποτελεσματικότητα του φυγοκεντρικού διαχωριστή, το ιξώδες πρέπει να μειώνεται με θέρμανση του ρευστού. Κατά τον προσδιορισμό του βέλτιστου ιξώδους, εάν ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα τρία σημεία, 37

Οικονομία Η αλλοίωση του ρευστού εξαιτίας της θέρμανσης Επιπτώσεις στον καθαριστής λόγω της θέρμανσης περίπου το 24 cst θα είναι σωστό. Όσον αφορά τις σχέσεις μεταξύ της θερμοκρασίας και του ιξώδους για κάθε είδος λαδιού, μπορούμε να ρίξουμε μια ματιά στο παρακάτω στην Διάγραμμα 2. Παράδειγμα: Έστω πετρέλαιο 45 cst (50 C) καθαρίζεται, φέρουμε παράλληλη γραμμή (διακεκομμένη γραμμή) από το σημείο 45 cst (σημείο Α) στην κάθετη γραμμή των 50 ο C. Στη συνέχεια, σχεδιάσετε μια κάθετη γραμμή προς τα κάτω από την τομή (σημείο Β) της παράλληλης γραμμής και της οριζόντιας γραμμής της 24 cst και διαβάστε τη θερμοκρασία, τότε θα πρέπει να ληφθεί η τιμή 67 ο C. Κατά συνέπεια, η κατάλληλη θερμοκρασία θεραπεία για αυτό το βαρύ πετρέλαιο θα είναι 67 ο C. 38

2.2.3. ΔΙΣΚΟΣ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ Η διαδικασία επιλογής κατάλληλου δίσκου βαρύτητας είναι πολύ σημαντική για τη σωστή λειτουργία του φυγοκεντρικού διαχωριστή και απαιτείται μεγάλη προσοχή. Η επιλογή του δίσκου βαρύτητας θα αποφασιστεί με βάση τα ειδικά βάρη του ρευστού προς καθαρισμό και του νερού λειτουργίας σε σχέση με τη θερμοκρασία, οι σχέσεις σε αυτές φαίνονται στο σχήμα 2.23, οι οποίες πρέπει να τηρούνται κατά την επιλογή του δίσκου βαρύτητας. Παράδειγμα επιλογής από το διάγραμμα: Έστω λάδι με ειδική βαρύτητα 0.915 στους 15 ο C υποβάλλεται σε επεξεργασία στους 75 C, βρείτε το σημείο P όπου είναι σημείο τομής. Σχεδιάστε μια οριζόντια γραμμή από το σημείο Ρ, το οποίο θα χτυπήσει πρώτα την ζώνη 58. Αυτή η 58 είναι η εσωτερική διαμέτρου ενός δίσκου βαρύτητας που πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Δεδομένου ότι η εσωτερική διάμετρος του δίσκου βαρύτητας που ελήφθη προηγουμένως είναι εκείνη που λαμβάνεται με βάση τον ρυθμό ροής του μηδέν, η πραγματική διασύνδεση διαχωρισμός θα είναι λίγο θεσμοθετημένη προς τα έξω σε σχέση με τη θέση της διεπαφής διαχωρισμού που λαμβάνεται με βάση το ρυθμό ροής μηδέν. Συνεπώς, κατά την έναρξη της λειτουργίας, είτε είναι 39

ενσωματωμένος ο δίσκος βαρύτητας στο κατάλληλο μέγεθος είτε όχι πρέπει να παρακολουθείτε προσεκτικά η κατάσταση διαχωρισμού. 2.2.4. ΛΑΔΙ ΛΙΠΑΝΣΕΩΣ Το σύστημα λίπανσης των εδράνων και γραναζιών των κάθετων και οριζόντιων αξόνων είναι λουτρό λαδιού και λίπανση μέσω έγχυσης με σπειροειδή γρανάζι. Δεδομένου ότι η συντήρηση και ο έλεγχος του λαδιού λίπανσης έχουν άμεση επίδραση στην αντοχή του κάθε μέρους του συστήματος οδήγησης, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στο χειρισμό του. Επιπλέον, η λίπανση πρέπει να γίνεται με την αφαίρεση του καλύμματος των γραναζιών ή το πώμα κάλυψης των γραναζιών. Το λιπαντικό έλαιο που έχει κατάλληλο ιξώδες πρέπει να επιλέγεται ανάλογα με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Το είδος του λιπαντικού ελαίου που θα χρησιμοποιηθεί πρέπει να είναι λάδι μηχανής, καλής ποιότητας που έχει εξαιρετική σταθερότητα κατά την οξείδωση. Η στάθμη του λαδιού πρέπει να είναι εντός του επιπέδου που οριοθετείται από τα δύο κόκκινες γραμμές του γυάλινού δείκτη λαδιού συγκράτησης. 2.2.5. ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΣ ΑΞΟΝΑΣ Ή ΙΜΑΝΤΑΣ Ο κάθετος άξονας του μπόλ παίρνει κίνηση και οδηγείται από έναν ιμάντα ή οριζόντιο άξονα. Στο σχήμα 2.23 φαίνεται η μετάδοση κίνησης με ιμάντα, χρησιμοποιήθηκε στους παλαιότερους τύπους φυγοκεντρικών διαχωριστών. Η κατάλληλη διάμετρος του ιμάντα ήταν βασική προϋπόθεση για ολόκληρη τη λειτουργία του μηχανήματος. Τo σωστό τέντωμα του ιμάντα ρυθμιζόταν με τη βοήθεια ενός ελατηρίου, όπως φαίνεται και στη παρακάτω εικόνα. Ο οριζόντιος άξονας είναι η νεότερη μέθοδος εφαρμογής. Τα κύρια μέρη του συστήματος μετάδοσης ισχύος μεταξύ του κινητήρα και το μπολ απεικονίζονται στο σχήμα 2.24. Ο σύνδεσμος 40

συμπτύξεως του ηλεκτροκινητήρα με τον οριζόντιο άξονα εξασφαλίζει μια ήπια εκκίνηση ενώ ταυτόχρονα εμποδίζει την υπερφόρτωση του κοχλία και του ηλεκτροκινητήρα. Ο κοχλίας έχει αναλογία η οποία αυξάνει την ταχύτητα του μπολ περισσότερες φορές σε σύγκριση με την ταχύτητα του κινητήρα. Για τη μείωση της φθοράς των ρουλεμάν και τη παρεμπόδιση μεταφοράς δονήσεων στο πλαίσιο του μπολ, το άνω έδρανο του κάθετου άξονα είναι τοποθετημένο σε ένα περίβλημα ελατηρίου. Ο τροχός ατέρμονα κοχλία (γρανάζι μετάδοσης κίνησης) λειτουργεί σε ένα λουτρό ελαίου λίπανσης. Τα έδρανα στον κάθετο άξονα και τον οριζόντιο άξονα λιπαίνονται με τον παφλασμό ελαίου που παράγεται από το περιστρεφόμενο γρανάζι μετάδοσης κίνησης. 41

2.2.6. ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΑΣ - ΕΚΚΙΝΗΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΑ - ΑΛΚΑΠ 2.2.6.1. ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Ο Ηλεκτρικός κινητήρας ή ηλεκτροκινητήρας, (motor, κοινώς μοτέρ), είναι διάταξη που χρησιμοποιείται για την μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια, που τυγχάνει εξαιρετικής εκμετάλλευσης από τις βιομηχανίες. Η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρικού κινητήρα είναι η δύναμη Laplace. Όταν ένας αγωγός από τον οποίο διαρρέει ηλεκτρικό ρεύμα βρεθεί μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο ασκείται πάνω του δύναμη ίση με: Όπου: I = Ένταση Ρεύματος λ = Μήκος Αγωγού Β = Ένταση Μαγνητικού πεδίου φ = η γωνία που σχηματίζει ο αγωγός με τη διεύθυνση των δυναμικών γραμμών ( Β ) Σε έναν ηλεκτρικό κινητήρα συνεχούς ρεύματος συνυπάρχουν τα φαινόμενα του κινητήρα και της γεννήτριας αφού ουσιαστικά είναι η ίδια μηχανή αλλά με διαφορετική ροή ενέργειας (Μηχανική ενέργεια -> Ηλεκτρική ενέργεια). Συγκεκριμένα η μόνη διαφορά είναι ότι οι ψήκτρες εις μεν την ηλεκτρογεννήτρια αποτελούν τους ρευματοδότες, ενώ στον ηλεκτροκινητήρα τους ρευματολήπτες. Έτσι καθώς ένας κινητήρας αυξάνει τις στροφές λειτουργίας του, δημιουργείται στον αγωγό μία ηλεκτρεγερτική δύναμη η οποία αντιτίθεται στην ηλεκτρεγερτική δύναμη που τροφοδοτεί τον αγωγό. Δηλαδή ο κινητήρας λειτουργεί και σαν γεννήτρια που τροφοδοτεί αντίθετα τον αγωγό, μειώνοντας το ρεύμα που τον διαρρέει. Η τάση που παράγεται από το φαινόμενο αυτό ισούται με: u = Ταχύτητα αγωγού Β = Ένταση Μαγνητικού Πεδίου λ = Μήκος Αγωγού 42

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες αποτελούνται από: Τον Δρομέα Ο Δρομέας αποτελείται από τον ηλεκτροφόρο αγωγό ο οποίος είναι τοποθετημένος σε πυκνές περιελίξεις (σπείρες) ώστε να περιέχει όσο μεγαλύτερο μήκος αγωγού γίνεται για δεδομένο όγκο. Τον Στάτη Ο Στάτης αποτελείται από μόνιμους ή τεχνητούς μαγνήτες οι οποίοι δημιουργούν το μαγνητικό πεδίο. Τις Ψήκτρες Οι Ψήκτρες έρχονται σε επαφή με τον δρομέα τροφοδοτώντας τον με ρεύμα. Οι ηλεκτροκινητήρες διακρίνονται σε "συνεχούς ρεύματος" (DC motors) και σε "εναλλασσόμενου ρεύματος" (AC motors). Οι ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος διακρίνονται επιμέρους στους "ασύγχρονους" ή "επαγωγικούς κινητήρες" και στους "σύγχρονους κινητήρες". Σύγχρονοι κινητήρες είναι οι κινητήρες στους οποίους η μέση ταχύτητα περιστροφής είναι ευθέως ανάλογη της συχνότητας της εφαρμοζόμενης εναλλασσόμενης τάσης. Τα απαραίτητα στοιχεία για κάθε ηλεκτροκινητήρα τα οποία και προσδιορίζουν αυτόν εμπορικά είναι: i. Η απαιτούμενη τάση για την τροφοδοσία του σε βολτ (V). ii. Το είδος της απαιτούμενης τάσης, συνεχές ή εναλλασσόμενο ρεύμα (DC ή AC) και στη 2η περίπτωση, μονοφασικό (1PH) ή τριφασικό (3PH). (ΡΗ = φάση, εκ του phase). iii. Η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος, εφόσον πρόκειται για ηλεκτροκινητήρα AC και προφανώς σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο κ/δ (c/s) ή Χερτζ (Hertz). Πολλές φορές χρησιμοποιείται το σύμβολο ~ αντί του κ/δ. iv. Η ισχύς του κινητήρα σε Βατ ή ίππους (W ή HP) v. Η ένταση του ρεύματος σε αμπέρ που διαρρέει τον κινητήρα, και vi. Η αποκτώμενη ταχύτητα περιστροφής του άξονα του κινητήρα σε στροφές ανά λεπτό (rpm ή RPM). Όλα τα παραπάνω στοιχεία φέρονται χαραγμένα, από τους κατασκευαστές, σε ειδική ενσωματωμένη στον ηλεκτροκινητήρα πινακίδα, καθώς και ο αριθμός της έγκρισης του Υπουργείου Βιομηχανίας για εμπορική διάθεση ή άλλα σύμβολα πιστοποίησης ασφαλούς λειτουργίας. Η χρήση των ηλεκτροκινητήρων σήμερα είναι ευρύτατα διαδεδομένη από τα μαγνητόφωνα και τα ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς, τρόλεϊ, ηλεκτρικοί σιδηρόδρομοι κ.λπ. μέχρι τα υποβρύχια. Οι δε χρησιμοποιούμενοι στις βιομηχανίες είναι εκατοντάδων ίππων. 43