Центрифуга

Центрифуга — 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 уранаUF₆).

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.