CN1289202C - 具有刮削器或活塞的用于卸出固体的离心机 - Google Patents

Abstract

一种离心分离器，用于通过一种轴向运动的刮削器或者一种活塞/挤出机构排出固体。所述轴向运动刮削器(80)用于硬质-压实的或者易碎的固体，并包括一个整体的料液加速器和进料孔。所述活塞/挤出机构用于粘滞的固体，并包括一个活塞(12)，该活塞延伸到一分离器转筒(10)内并具有空(45)以允许横过活塞形成流体连通。在分离完成后，一个离心滤液阀(34)关闭转筒的一端，活塞被一个致动器驱动而在转筒内轴向一端。一个转筒悬挂机构采用了一种球形安装结构(96)和一个短心轴(98)。一个轴承(100)和转筒的心轴(102)被安装在轴承箱内。该悬挂机构由被固定到分离器上的一个环和保持件保持，并与轴承箱的球形部形成压力接触。

Description

具有刮削器或活塞的用于卸出固体的离心机

相关申请的交叉参考

根据U.S.C.§119(e)的规定，本申请要求2002年4月12日申请的美国临时专利申请60/372,153的优先权，其公开的内容在此作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及一种离心机，尤其是一种能够自动卸出在分离期间所积聚的固体的离心机。

背景技术

有很多类型的离心分离器是公知的，它们用于根据比重将非均匀混合物分离成各种组分。一种非均匀混合物，可以是指进给材料或者料液，被注入分离器的转筒。转筒高速旋转并对混合物颗粒施压，具有较高的比重，以通过沉积作用从液体中分离出来。从而，密实的固体饼紧紧地压在转筒的表面上，而澄清的液体、或者“离心滤液”从固体饼径向地向内形成。转筒可以飞快地旋转足以产生比重力大20,000倍的作用力以将固体从离心滤液中分离出来。

固体沿着转筒的壁聚集，而离心滤液被排出。一旦确定固体已经积聚到所需的量，分离器就被设置在一个排放模式下。在这样一种排放模式下，一个沿转筒长度方向延伸的刮刀被放置在分离器壁上处于刮削位置，转筒以低的刮削速度旋转。然后，径向运动的刮削器将固体从转筒侧面上刮掉，它们落向一个固体收集出口。然而，这种径向运动刮削器不能有效地去除湿的或者粘的固体，因为它们可能具有一种类似于花生酱的粘稠度。在此情形下，在到达收集出口之前，粘稠固体粘附在刮刀上或者从壁上落下然后又重新附着到刮刀上。结果，固体回收效率降低，剩余固体不为人所希望地弄脏了分离器。

在离心分离器的设计方面另外一个重要的考虑是，使在高转速下振动和其它对操作的不利影响最小化。分离器转筒和它的支架结构形成一个具有固有共振频率或“极限速率”的机械装置，在操作期间最好是应避免的。再一个考虑就是，转筒具有轴向位移的潜在趋势，比如在转筒内液体轴向波动的不平衡或者运动情况下，这将导致非稳定运转。

发明内容

本发明提供一种离心分离器，它包括能够克服现有离心分离器的缺点的特征，尤其是与固体回收和机械不稳定性相关的缺点。。

一方面，本发明的离心分离器提供了通过具有可互换部件的一个轴向运动的刮削器或者一个活塞/挤出机构实现固体自动卸出的功能，具有变速操作方式以获得更大的通用性。该轴向运动刮削器被用于硬质-压实的或者易碎的固体，并包括一个整体的料液加速器和进料孔。该刮刀在高离心力作用下向外弯曲以致将刮削器闭锁在转筒的适当位置。这为刮削器轴的下端提供了刚性的或固定的端部条件，以允许轴具有高的极限速率。该刮削器给固体要粘附所提供的表面很少，并能够被与相对较长的分离器转筒协同使用。

所述活塞/挤出机构被用于能被挤出的粘滞的、粘性的固体。在转筒顶部的一个离心滤液阀用于在进料工作状态期间使离心滤液(被分离的液体)排出，然后在固体卸出工作状态下关闭转筒的顶部。该机构还包括一个活塞，在进料工作状态期间，该活塞座落在转筒的底部。该活塞具有一个整体的进料加速器和进料孔，料液可通过该孔。这些孔还为处于挤出期间的固体提供了排出路径，其中挤出发生在固体卸出工作状态下。该活塞/挤出机构能被用于粘性固体，而现有的离心机不能有效地排出，并提供了几乎完全的固体移除效果，比如当固体包含有有价值的材料时，这是我们所希望的。

另一方面，所公开的离心分离器包括一个分离器转筒悬挂机构，其采用一根短的、刚性的心轴和一个被球状安装的轴承箱。从概念上讲，此结构类似于一根具有一个被简单支承的上端部的垂直的旋转横梁。与现有的离心机相比，此结构具有一个很高的极限速率。有可能达到一个高于最高运转速度的极限速率，从而在操作期间不会遇到极限速率。所述被球状安装的轴承箱抑制了分离器转筒的轴向运动，并且与现有安装结构相比，提供了在更高速度下的稳定操作。

再一方面，所公开的离心分离器在箱体底部设置了一个半球形的固体卸料阀。该卸料阀组合有各个通道，分别用于料液和用于被从转筒中排出的残留液体。该阀在一个关闭位置与一个开启位置之间旋转，在关闭位置时，除了用于料液和残留液体进出的孔之外，箱体的底部被关闭，而在开启位置时，正被从分离器转筒上卸除的固体能够落到箱体的底部。对于卸料阀而言，此结构比现有技术的结构更加紧凑，并能够被应用在需要合乎卫生标准和/或清洁的场合。

根据下面对本发明的详细描述，本发明的其它方面、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

通过结合附图对本发明进行的以下详细描述，将能更加全面地理解本发明，这些附图中：

图1是本发明具有第一种结构的自动管式转筒离心机的截面图；

图2是图1的自动管式转筒离心机中分离器转筒的下部的细节截面图；

图3是图1的自动管式转筒离心机在进料工作状态下的截面图；

图4是图1的自动管式转筒离心机在残留液体排放工作状态下的截面图；

图5是图1的自动管式转筒离心机在固体卸料工作状态下的截面图；

图6是从图5的左侧看时图5的自动管式转筒离心机下部的细节截面图；

图7是图5的自动管式转筒离心机的上转筒的细节截面图；

图8是本发明具有第二种结构的自动管式转筒离心机的截面图；

图9是图8的自动管式转筒离心机中刮削器的顶部透视图；

图10是图9的刮削器的底部透视图；

图11是图9的刮削器的侧视截面图；

图12是图8的自动管式转筒离心机在进料工作状态下的截面图；

图13是图12的自动管式转筒离心机的下部的细节截面图；

图14是图8的自动管式转筒离心机在排液工作状态下的截面图；

图15是图8的自动管式转筒离心机在固体卸料工作状态下的截面图；

图16是图1和图8的自动管式转筒离心机的一种转筒悬挂结构的细节截面图；

图17是能够用于图1和图8的自动管式转筒离心机的一种可选的转筒悬挂结构的细节截面图。

具体实施方式

图1示出一种自动管式转筒离心机分离器的垂直截面图，其中间部分被移除，以致还能显示出一个水平截面。该离心机分离器包括一个圆柱形分离器转筒10，它被安装于一个分离器外壳13的中部11。该分离器转筒10最好是一个圆柱形转筒，其具有一个相对小的直径D和长度L，比值L/D约为5/1或者更大。在分离器转筒10内部安装有一个活塞机构，它由被连接到一根活塞轴14上的一个活塞头12组成。

一台变速驱动电机16被连接到一个球形安装的轴承和心轴机构18的一个驱动皮带轮上。该连接是由位于分离器外壳13上端的一个轴环形延长部21上的传动带20构成的。驱动电机16被可控制地操作以使分离器转筒10以分离料液所需的速度旋转。一个活塞轴离合器22被安装在一个活塞致动器的十字结联轴节24上，该致动器包括两个活塞致动器柱塞26，它们安装在各自的活塞致动器气缸28内。每个活塞致动器柱塞26通过十字结联轴节24和活塞轴离合器22被可操作地连接到活塞轴14上，用于响应于从活塞致动器入口引入的压缩空气或液压流体使分离器转筒10内的活塞机构升高和降低。在卸料工作状态下，活塞轴离合器22啮合，用于保持活塞轴14，同时活塞致动器被升高，因而活塞头12的边缘将固体从分离器转筒10的壁上刮掉。在其它工作状态下，活塞轴离合器22脱离啮合，从而活塞机构仅仅是分离器转筒10旋转并不进行轴向移动。在这些工作状态下，一个锁环31防止活塞机构从分离器转筒10的底孔中掉下来。

在图1中还示出有一个离心滤液箱30、离心滤液排出口32、离心滤液阀34和离心滤液阀致动器36，所有这些零件被用来在工作期间将离心滤液或者澄清液体从离心分离器中移除，这将在下面进行详细描述。一个固体阀38被安装在分离器外壳13的下端区域39内，位于一个向内突出的凸缘41的下方。该固体阀38设有一个料液通道40和一个与之连通的料液入口42，以及一个残留液体排出通道44和一个与之连通的残留液体排出口46。在凸缘41的底面上设有一个固体阀密封件48。下面将对固体阀38的其它结构和功能进行详细描述。

图2详细示出了活塞头12的区域。活塞头12的中间区域43具有一个倒圆锥形的横截面，在其圆周周围设有孔45。在进料工作状态下，如下所述，来自料液通道40的料液进入中间区域43下面的空腔，用标记47标识，并通过孔45直接流向分离器转筒10的内表面。在此状态下由于活塞头12的旋转，孔45使料液加速并将它分布在分离器转筒10的底部周围。

下面将参照图3对离心机分离器工作的进料状态进行描述。活塞轴离合器22脱离啮合，从而活塞轴14在驱动电机16的作用下带动分离器转筒自由地高速旋转。固体阀38处于关闭位置，此时它的外部上表面搁靠在固体阀密封件48上。通过一个充气通道53，由一个固体阀致动器50使得固体阀密封件48可以以气压或液压方式膨胀。在此进料状态下，密封件48被保持在一种被膨胀状态。

料液通过料液入口42被导入。料液从料液入口42流入料液通道40，到达料液通道40的端部后继续以液流形式流向活塞头12的底部。如上所述，活塞头12的结构能够在转筒10旋转时使料液加速并直接导向转筒10的内壁。由于离心力，液体流到分离器转筒10的内表面上形成一个池面(pool surface)52。如图示，离心滤液阀34开启，从而，当澄清液体(离心滤液)达到分离器转筒10顶部时，任何溢流液都轻轻流过一个溢流堰54。然后离心滤液流入离心滤液箱30，并流出离心滤液排出口32，如图中58所示。当液体流经分离器转筒10时，通过将高的离心力作用在液体上，夹带的固体颗粒被澄清。由于离心力的作用，固体被强制沉积在分离器转筒10的内壁上并聚集成被压缩的固体饼56。

当分离器转筒10已经被确定固体物质足够充满时，比如通过检测离心滤液的浑浊度，离心分离器被设置在转筒排出状态，如图4所示。料液被阻断，驱动电机16电制动分离器转筒10直至完全停止。分离器转筒10中的残留液体通过活塞头12上的孔向下排放到固体阀38的锥形上表面上，它将残留液体引流到液体排出通道44。然后残留液体通过液体排出口46流出，如图中标记60所示。根据应用情况，分离器转筒10可以被再次旋转以进一步将液体从固体中分离。

当分离器转筒10已经完全地排尽残留液体时，离心分离器进入一个“活塞”状态，即积聚的固体被强制卸出分离器转筒10。该活塞状态被示于图5和6。固体阀密封件48被放气，固体阀38的上部偏移部61被旋转而偏离由凸缘41的内边缘限定的孔。活塞轴离合器22与活塞轴14啮合，且离心滤液阀34在离心滤液阀致动器36的作用下被关闭。接着，在包含柱塞26和气缸28的活塞致动器的作用下，十字结联轴节24缓缓升高，活塞轴14和活塞头12随之升高。当活塞头12被向上拉时，积聚的固体被从分离器转筒10的内表面刮离并最终填满活塞头12上方的压缩空间62。进一步提升活塞头12将导致在被封闭的固体上施压，迫使它们从活塞头12上的孔中被向下挤出。被挤出的固体向下落穿过分离器转筒10的敞开底部并通过开启的固体阀38，如图中64所示。继续该挤出动作直到活塞头12已经被升高至它的最大高度，在此点上，基本上所有积聚的固体已经被移除。在这点上，包含活塞头12、离心滤液阀34和固体阀38的机构被返回到如图1所示的各自位置上，以便进行接下来的进料/排出/活塞循环。在这点上，还可以执行一个清洗操作，以便为下一个操作循环作准备。

图7更加详细地示出了在活塞工作状态期间离心滤液阀34的结构。离心滤液阀34通常由复位弹簧66和68保持开启状态。在压缩空气或者液压流体70的作用下，离心滤液阀致动器36被升高，使离心滤液阀34恢复到关闭位置。当活塞头12在活塞致动器的作用下升高时，软的固体通过活塞头的孔70被挤出，如标记64所示。如图所示，在该活塞模式下，包含活塞轴密封件72、活塞头密封件74和离心滤液阀密封件76的几个密封件为转筒10的上部提供了无渗透的密封，从而，固体仅被强制通过活塞孔。

图8示出了在许多方面都类似于图1-7所示离心分离器的一种离心分离器。主要区别是使用了一个刮削器，以代替活塞，该刮削器包括一根刮削器轴78和一个刮削器头80。而且，图8所示的离心分离器不包括图1-7所示离心分离器具有的离心滤液阀34和相关的装置。图8的离心分离器在转筒10的内表面上采用了一种螺旋刮削动作，而不是挤出动作，并且总体上能够采用比较密实和刚硬的积聚固体。

图9-11示出刮削器头80的不同视图。从一个中心体84上延伸出四个刮削器臂82，该中心体84包括多个径向指向的进料加速器孔90。优选实施例可以采用更少的或者更多的刮削器臂82。每一个刮削器臂82具有一个前部表面86，表面86具有一个边缘部88，边缘部88与分离器转筒10的内表面紧密接触。前部表面86可以与臂82的支架成一体或者可以是被附加到臂82上的一个分离的硬质材料的部分，比如通过焊接或者钎焊。图9-11还示出裙部89，其在臂82的下方向下延伸。下面将对裙部89的功能进行描述。

图12示出图8的离心分离器在进料工作模式下的状态，其基本上与图1-7所示离心分离器的进料工作模式相同。图13详细示出了在进料工作模式下刮削器头80的结构。刮削器头80位于转筒10的下端，并与转筒10一起高速旋转。刮削器头80的裙部89延伸到转筒10的下部孔中，并且在高速旋转期间，实际上稍微向外弯曲地适应于离心力以便对转筒10的下缘91施加负荷。通过此动作，就可以减少刮削器机构的不需要的振动。

在进料工作模式期间，通过刮削器头80与分离器转筒10一起旋转，料液流55被径向加速。特别是，料液流55击打刮削器头80的本体部84的下侧93(见图10和11)并通过孔90被向外导向分离器转筒10的内表面。当离心滤液流到分离器转筒10的内表面上并最终流出离心滤液排出口32时，固体56就积聚在分离器转筒10的内表面附近，如上所述，参见图3。

图14示出了图8的离心分离器的排液工作模式。同样，其操作类似于图1-7所示离心分离器的排液工作模式。

图15示出了图8的离心分离器的刮削工作模式。固体阀密封件48被放气，固体阀38被旋转离开分离器转筒10的底部，如图6所示。当刮削器致动器被提升时，刮削器离合器22被啮合以防止刮削器轴78旋转并提升刮削器轴78。当刮削器头80被缓慢提升时，电机16驱动转筒10低速旋转。这就导致被压实的固体将沿着转筒10内表面上的一个螺旋路径被刮掉。该动作持续直到刮削器头80到达转筒10的顶部，在该点上，它被缓慢地降低，当它降低时将刮掉任何残留固体。当此刮削循环完成时，固体阀38再次关闭，固体阀密封件48被重新膨胀，以便开始下一个进料/排放/刮削循环。

优选地，清洗和/或漂洗液体可以通过相同的流体进液通道被引入，驱动电机16的运行使得清洗和/或漂洗液体完全分布。如上所述，可以进入一个刮削工作模式，以进一步清洗分离器转筒10的内部。

图16示出了图1和图8的离心分离器的心轴和轴承机构18的结构。轴承箱具有一个球形部96和一个短圆柱形心轴部98。在心轴部98内安装有一个轴承100和分离器转筒10的一个延长的心轴或轴套102。一个与传动带20啮合的驱动皮带轮104被附加到轴套102上。球形部96搁靠在座106的配合面上。利用一个间隙调整螺母108来保持所述座106，并在座106与轴承箱之间提供所需量的间隙。一个减震橡胶支承环107被固定到球形部96的顶部。该支承环107和一个摆动-减震橡胶环110被一个环形压紧调整螺母112保持。一个轴承箱防旋转销114防止轴承箱旋转。该销114延伸穿过外壳13上的一个扩大孔115。

如图所示，轴承箱的球形部96形成了一设置在座106的内凹表面内的基本完全球形，其提供了向内作用的保持力。该结构为所述旋转的心轴102和管式分离器转筒10提供了一种“简单支承”。在高速运行期间，该简单支承允许心轴102在绕分离器的中心垂直轴高速旋转时有一个限量的向外转动，而不允许任何不希望的心轴102的轴向或者径向移动。这有助于减小与旋转装置地固有频率相关的振动，并提供更平稳的操作状态和更长的使用寿命。应当注意到，防旋转销114能够在孔115中移动，因而不会与所述转动动作发生干涉。

图17示出了用于安装轴承和心轴机构18’的一种可选方案。该轴承箱具有一个圆柱形的上部96’，其具有切口用于接收两个橡胶隔离环116。该机构被一个环形压紧调整螺母112’保持在正确的位置。在优选实施例中，螺母112或112’可以被其它结构替换，包括一种螺栓环或盘。

应当清楚，对于本领域的技术人员来说，可以对所公开的方法和装置进行修改和变型而不脱离本发明所披露的独创性的原理，因而本发明不应当被视为仅局限于由权利要求书所限定的保护范围和精神。

Claims (9)

1.一种离心分离器，包括：

圆柱形转筒，能够以高速旋转而将料液分离成离心滤液和固体，固体积聚在转筒的内表面；以及

活塞机构，包括活塞头和活塞致动器，该活塞头被设置在转筒内并与其内表面形成密封配合的关系，并具有一个或多个孔用于在活塞头的轴向相对侧之间提供液体流通，该活塞致动器能可操作地使活塞头轴向地向转筒的一个闭合的第一端部移动，从而将积聚的固体通过活塞头上的孔挤出。

2.按照权利要求1所述的离心分离器，其特征在于：还包括一个设置在转筒第一端部的离心滤液阀，该离心滤液阀能可操作地在一个开启位置排出离心滤液并且在一个关闭位置关闭转筒的第一端部，该离心滤液阀在挤出积聚的固体期间处于所述关闭位置。

3.按照权利要求2所述的离心分离器，其特征在于：所述活塞机构还包括一根连接到活塞头上的活塞轴，该活塞轴延伸穿过所述离心滤液阀上的一个密封中心孔以将活塞头连接到活塞致动器上。

4.按照权利要求3所述的离心分离器，其特征在于：所述活塞致动器包括：

一对液压缸，其位于转筒的相对两侧，每一液压缸具有一个从其中延伸的相应柱塞；

十字结联轴节，其在所述液压缸的柱塞的各自端部之间延伸，该十字结联轴节包括一个可操作的离合器，(i)在一个脱离啮合位置，被从活塞轴上脱离，以致允许活塞头与转筒一起绕一根在基本固定的轴向位置上的旋转轴旋转，以及(ii)在一个啮合位置，与活塞轴啮合，以致能使致动器控制活塞头的轴向运动。

5.按照权利要求3所述的离心分离器，其特征在于：所述转筒包括一个具有一个中心通道的轴套，活塞轴从该中心通道中穿过，所述转筒、离心滤液阀和活塞机构被安装在一个分离器外壳内，并且还包括：

轴承箱，其具有一个球形部和一个从该球形部延伸的短圆柱形部，球形部被刚性地保持在分离器外壳一端的一个球形安装区内，而且圆柱形部沿着旋转轴延伸到分离器外壳中；

轴承，其被设置在轴承箱的圆柱形部内，该轴承啮合转筒的轴套，以致使转筒保持轴向同时允许转筒绕该旋转轴旋转。

6.按照权利要求2所述的离心分离器，其特征在于：还包括：

一个或多个弹簧，其可操作地使离心滤液阀偏置在所述开启位置；

离心滤液阀致动器，其可操作地使离心滤液阀克服弹簧的偏压而移至所述关闭位置。

7.按照权利要求1所述的离心分离器，其特征在于：所述活塞头包括一个呈倒圆锥形的中间区域，活塞头的所述孔围绕该中间区域的圆锥形外壁设置。

8.按照权利要求1所述的离心分离器，其特征在于：还包括一个设置在转筒第二端的料液通道，当一种流体被导向活塞头的孔时，该料液通道可操作地将料液注入转筒。

9.按照权利要求1所述的离心分离器，其特征在于：还包括：

圆柱形外壳，其具有一个中间区域、一个端部区域和一个围绕该中间与端部区域之间的一个孔的内表面，中间区域内安装有所述转筒，所述孔可操作地将积聚的固体从转筒中卸出；以及

固体阀，其被安装在外壳的端部区域，该固体阀可绕外壳的直径轴在一个开启位置与一个关闭位置之间旋转，该固体阀具有一个可操作的偏移部，(i)当固体阀处于关闭位置时，与外壳的内表面密封地接触，以防止积聚的固体通过所述孔卸出，(ii)当固体阀处于开启位置时，则位于所述端部区域的一侧以允许积聚的固体通过所述孔卸出。

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