JP2012024742A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心分離する際に分離胴内にスラッジがほとんど蓄積せず連続運転可能な遠心分離機を提供すること。
【解決手段】回転可能に設けられ上下両端部に開口を有し、略筒状の胴部とこの胴部の下部に連続形成された逆円錐形状部を有する分離胴７と、分離胴７を回転させる回転駆動手段Ｍと、分離胴７の上端部の開口を通って延設され、被処理流体を分離胴７の内壁面に向けて吐出させる流入手段６と、を備え、回転駆動手段Ｍによる分離胴７の遠心回転により、内壁面に向けて吐出された被処理流体が分離液とスラッジＳとに分離されるとともに、該分離液が分離胴７の内壁面に沿って上昇して前記上端部の開口から排出され、分離された該スラッジＳは下降して分離胴７の下端部の開口から排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、泥水等の被処理流体を遠心分離する遠心分離機に関する。

従来、遠心分離により被処理水を遠心分離する遠心分離機が知られている。

特許文献１の遠心分離機は、回転可能に設けられ筒状で両端が開口した径方向断面がコ字状の分離胴と、泥水にあたる被処理水を分離胴内に流入させる供給ノズルを有している。そして、回転している分離胴の内壁面に被処理水を流入させると、遠心分離により分離胴の内側から外側に向かって液体、固体の順となるように遠心分離される。

ここで、外側の固体量が増していくと、内側の液面がさらに内側へ移動していき、分離された液体が上端開口から溢れ出るようになっている。また、分離胴の内壁面に蓄積した固体のスラッジが所定量以上となった場合に、分離胴と同軸で回転可能および該軸方向に移動可能に設けられた１対の掻取羽を分離胴内に移動および回転させ、分離胴の内壁面に被着したスラッジを掻き落として分離胴の下端開口から排出する。

例えば、土木の分野では、ドリリングバケットを回転させて地盤を掘削する場合などに、ベントナイト等を混合した安定液を掘削孔に充填して、孔壁の保護を行うとともに、掘削で発生した小石や砂等のスラッジが安定液に混じって生成された泥水を、ポンプ等により掘削孔から吸い上げ回収し、これを遠心分離機にて安定液とスラッジとに遠心分離して、再び安定液として再利用している。

特開平８−１１７６４０号公報

しかしながら、特許文献１のものは、分離沈降したスラッジの連続排出を図ったものではなく、遠心分離により分離胴の内壁面に蓄積したスラッジを掻取羽で除去するために時々運転を中断しなければならない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、遠心分離する際に分離胴内にスラッジがほとんど蓄積せず連続して稼動可能な遠心分離機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明の遠心分離機は、スラッジを含む被処理流体を遠心分離する遠心分離機において、回転可能に設けられ上下両端部に開口を有し、略筒状の胴部とこの胴部の下部に連続形成された逆円錐形状部を有する分離胴と、該分離胴を回転させる回転駆動手段と、前記分離胴の上端部の開口を通って延設され、前記被処理流体を前記分離胴の内壁面に向けて吐出させる流入手段と、を備え、前記回転駆動手段による前記分離胴の遠心回転により、前記内壁面に向けて吐出された被処理流体が分離液とスラッジとに分離されるとともに、該分離液が前記分離胴の内壁面に沿って上昇して前記上端部の開口から排出され、分離された該スラッジは下降して前記分離胴の下端部の開口から排出されることを特徴とする。

ここでスラッジとは、被処理流体中に含まれる分離対象をさし、主に泥水中の小石、砂を示すが、粘土や、水洗液中の固形汚物等も含まれる。また、逆円錐形状部は、滑面部を有している構成とすることができる。

また、前記流入手段は、前記分離胴の遠心回転の回転方向に順ずる方向に前記被処理流体を吐出させる構成とすることができる。

さらに、前記滑面部は、前記分離胴の内周壁の少なくとも一部を四フッ化エチレンによって形成することができる。

また、前記被処理流体はベントナイトを含み、前記分離により該ベントナイトが前記分離液に含有された状態で回収されるものであってもよい。

さらに、前記分離胴が脱着交換可能に設けられた構成とすることができる。

また、前記回転駆動手段は、前記分離胴の回転数を調節可能な制御手段を有する構成であってもよい。

このように構成された本発明の遠心分離機によれば、遠心分離されたスラッジが下降して前記分離胴の下端部の開口から連続的に排出されるので、別途スラッジの除去を行う必要がないことから、連続的な分離処理が可能となる。

また、逆円錐形状部に滑面部を設けることで、さらにスラッジを下端部の開口に向けて下降させ易くすることができる。

また、前記分離胴の遠心回転の回転方向に順ずる方向に前記被処理流体を流入させることによって、分離に寄与する遠心力が増して効率よく遠心分離を行うことができる。

さらに、前記滑面部を、前記分離胴の内周壁の少なくとも一部を四フッ化エチレンによって形成するので、耐久性が高く傷つきにくい滑面にすることができる。

また、前記被処理流体はベントナイトを含み、前記分離により該ベントナイトが前記分離液に含有された状態で回収されれば、回収された分離液を掘削時の掘削孔の内壁を保護する安定液として使用することができるので、掘削孔から回収した泥水を連続的に再生して掘削用の安定液として再び掘削孔へ循環させることができるので、１つの遠心分離機でも連続掘削に対応できる。

さらに、前記分離胴を脱着交換可能にすることで、被処理流体又はスラッジに適した角度の逆円錐形状部を有する分離胴に容易に交換することができる。

また、前記回転駆動手段が、前記分離胴の回転数を調節可能な制御手段を有していれば、被処理流体の分離に最適な分離回転数に調整することができる。

本発明の実施の形態の遠心分離機の断面図で遠心分離機の構造と遠心分離時の分離液およびスラッジの動きを示す。 図１のＫ−Ｋ線の矢視方向に見た遠心分離機の部分断面図で遠心分離時の分離胴の回転による流体の動きを示す。 遠心分離時の作用を説明した図である。

図１に本発明に係る遠心分離機１の断面図を示す。

遠心分離機１は、図１に示すように、回転可能に設けられ両端部に開口を有した遠心分離をするための筒状の分離胴７と、この分離胴７を回転させる回転駆動手段としてのモータＭと、スラッジＳを含む被処理流体としての泥水を分離胴７内に流入させるための流入手段としての流入ノズル６等とを有している。
＜筐体＞
筐体４は、分離胴７とモータＭを接続させるためのもので、分離胴設置用の貫通穴４ａ，４ｂと、モータ設置用の穴４ｃと、この貫通穴４ａに設けられた分離胴回転支持用の外輪のベアリング軸受部５Aと、筐体４の上面４ｄの前記貫通穴４ａの外郭から起立させる円筒ケース部２と、この円筒ケース部２の上端開口を閉塞させる上部カバー３とを有している。筐体４の貫通穴４ａ，４ｂには、それぞれ分離胴７を回転支持させるための外輪のベアリング軸受部５Ａ，５Ｂが設けられている。
＜円筒ケース部＞
円筒ケース部２は大径筒部２Ａと小径筒部２Ｂとを有し、両者間にある段差面２Ｃには上方に突出した盲フランジ部２ｂが形成されている。また、この段差面２Ｃには分離液排出口２aが形成されており排水ホース１５が取り付けられている。この分離液排出口２aは、例えば掘削孔に分離液を供給するタンク等（不図示）に接続されている。

上部カバー３の中央部にはノズル挿入孔３aが形成されていて、後述する分離胴７の分離面９に泥水を供給するための流入ノズル６の一部が挿入固定されている。流入ノズル６の先端部６ａは、後述する分離胴７内部の滑面部９の上方に配置され、分離胴７の回転方向Aに順ずる方向に屈曲形成されている（図２参照）。

流入ノズル６の先端部６ａは、後述するジャケット部８の内壁面に向けて泥水を吐出するようなっている。この流入ノズル６の他方の端部は、掘削孔から泥水を吸い上げるポンプ等（不図示）に接続されている。
＜分離胴＞
分離胴７は、遠心回転時にスラッジＳを含む泥水を清澄液（分離液）とスラッジＳとに分離する役割を果たす。この分離胴７は、両端が開口し略筒状の胴部と逆截頭円錐形状の底部を有するジャケット部８と、ジャケット部８の底部内壁面に同軸に配置されたロート状の滑面部９と、ジャケット部８の底部から下方に延設された中空のドライブシャフト部１０とを有している。

ここで、ジャケット部８の截頭円錐形状の底部と、滑面部９とによって逆円錐形状部が形成される。また、ドライブシャフト部１０の内部と、ジャケット部８内部とは、滑面部９の下端開口を介して連通している。

ロート状の滑面部９の内周面９ａは、泥水から分離されたスラッジＳが付着しにくい滑面となっている。この滑面部９は、滑面を形成できる素材で分離に悪影響を与えない素材で形成され、例えばフッ素樹脂製（四フッ化エチレン等）である。

この滑面部９は、ジャケット部８に一体に固定され、ジャケット部８とともに一体に回転するように構成されている。また、滑面部９の下端部は、ジャケット部８からドライブシャフト部１０の内部に突出している。

ジャケット部８の外周面には、円筒ケース部２の盲フランジ部２ｂの外形より一回り大きい内形のフランジ部８ｂが形成され、非接触状態で盲フランジ部２ｂを上方から覆っている。

これにより、フランジ部８ｂが邪魔板となって、遠心分離時にジャケット部８の上端を越流した分離液が、ジャケット部８と円筒ケース部２の小径筒部２Ｂとの隙間に漏れないようになっている（図１、２参照）。また、このフランジ部８ｂは、盲フランジ部２ｂから離間しているため、分離胴７の回転に支障が出ないようになっている。

一方、ドライブシャフト部１０の外周壁には、軸方向の内輪のベアリング軸受部１０ａ，１０ｂと径方向の内輪のベアリング軸受部１０ｃが所定の間隔をあけて設けられている。

ベアリングとしての筐体４とドライブシャフト部１０の各ベアリング軸受部１０ａ〜１０ｃ、５Ａ，５Ｂ及び両者間の転動体１４により、分離胴７が筐体４に回転可能に支持されている。

また、上記ベアリング軸受部１０ｂ，１０ｃ間には、回転駆動用のプーリ１０ｄがドライブシャフト部１０に一体に形成されており、このプーリ１０ｄと、筐体４に装着されたモータＭの回転部ＭPとは無端ベルト１２，１２で連結されている。これにより、モータＭから回転動力が伝達されて分離胴７が回転するようになっている。

なお、このモータＭは、不図示の制御手段を有し、モータ回転数を制御することが可能で、泥水の分離に適した回転数に設定することができる。例えばモータ回転数はベントナイトとスラッジＳを含む泥水を、ベントナイトを含む分離液とスラッジＳとに分離可能な回転数に設定される。

図３に示すように分離胴７の角部KDの角度ｂは鈍角に形成され、滑面部９の傾斜角度aおよびモータＭの回転数は、小石や砂に係る重力の分力（滑り落ちる力）が砂や小石の遠心力により生じる分力（駆け上がる力）より上回る回転数や傾斜角度ａ（水平面に対する角度）となっている。
＜スラッジ排出管＞
図１に示すようにスラッジ排出管１１は、遠心分離時に滑面部９の下端開口から出てきたスラッジＳを受けて遠心分離機１外に排出するためのもので、中空のドライブシャフト部１０内に配置される。

このスラッジ排出管１１は、筐体４のベアリング軸受部５Ｂに対して取り外し可能に螺子固定された固定部１１ａと、固定部１１ａに連続してドライブシャフト部１０内に延びた排出管部１１ｂと、排出管部１１ｂの上端に連続形成されたロート状のスラッジ受部１１ｃとを有している。

このロート状のスラッジ受部１１ｃは、同様にロート状である滑面部９の下端部のやや下方に離間して配置され、分離胴８から遠心回転の動力伝達を受けないようになっている。また、やや下方に滑面部９の下端部を覆うようにスラッジ受部１１ｃが配置されていることで、滑面部９の下端開口からのスラッジＳが滑面部９とスラッジ排出管１１との隙間に入り込みにくいようになっている。

また、スラッジ排出管１１の他の部分も分離胴７から離間しているため、分離胴７から遠心回転の動力伝達を受けないようになっている。

以下、遠心分離機１の動作について説明する。

図１及び２に示すように、モータＭを駆動して分離胴７を回転させた状態（図２の白抜矢印Ａ参照）で、流入ノズル６から泥水を分離胴７内の内周面へ向けて吐出させる（図２の黒の細矢印Ｃ参照）と、流入した泥水が内周面上を渦流となって移動する（図２の黒の太矢印Ｂ参照）。

この際に、遠心回転により泥水が清澄液（分離液）を多く含む泥水とスラッジＳを多く含む泥水とに分離されていく。前者は、さらなる渦流回転で分離が進むにつれてスラッジＳを殆ど含まない清澄液（分離液）の上昇渦流となって、ジャケット部８の上端開口を越流する。越流した清澄液（分離液）は、分離液排出口２ａから排水ホース１５に流入して排出され回収されていく。泥水がベントナイトを含む場合には、ベントナイトは清澄液に含まれて分離液として一緒に排水ホース１５に排出される。

その一方で、スラッジＳを多く含む後者は、さらなる渦流回転で分離が進むにつれてスラッジＳをより多く含む濁液の下降渦流となって滑面部９へと下降していき、滑面部９でスラッジＳとの分離が促進され（図１参照）、分離されたスラッジＳは滑面部９の下端開口を介してスラッジ排出管１１から遠心分離機１の外部へ排出されていく。

図３に、分離胴７の角部KDを拡大した図を示し、遠心分離時の作用を示す。

滑面部９がロート状であること、換言すれば角部KDの角度が鈍角であることは、分離液が分離胴７の上端部の開口を越流することと、スラッジSが下降することとに影響を与える。すなわち、スラッジSは遠心力で内壁に押し付けられ下降渦流の一部となるが、下降渦流の底にはスラッジSの層（以下、スラッジ層SLとする。）が形成され高さを増していく。

ここで、角部KDが直角であるとスラッジ層SLは厚さが際限なく増して除去しなければならなくなるが、スラッジ層SLの底部となる角部KDの角度ｂが鈍角であることでスラッジ層SLは一定以上の高さが形成されずに崩されて、その際にスラッジSが滑面部９上を下降移動開始するきっかけとなる。また、この部分が滑面であることでより容易にスラッジ層SLが崩壊しやすいものとなる。

さらに、この角部KDのスラッジ層SLが流入してきた新しい別のスラッジSと常に入れ替わりながら一定量存在していることで、遠心分離中に分離液の下降移動の堰となって、液が上端開口をより越流することのプラス要因となる。遠心力は分離胴７の内側ほど小さいので、滑面部９上のスラッジSは直ぐに排出されてしまい滑面部９上にはほとんどスラッジSは蓄積しない。

以下、遠心分離機１の作用と効果について説明する。

流入ノズル６の先端部６ａが屈曲形成されて分離胴７の回転方向に順ずる方向に泥水が流入するように構成されているため、強力な渦流が発生し分離に寄与する遠心力が増して効率よく泥水を分離できる。

また、分離胴７の滑面部９によりスラッジＳの分離が促進される。すなわち、滑面部９とすることで、水平面に対する滑面部９の傾斜角度aは、滑面でない場合と比較して、より鋭角にして分離距離を長くすることが可能で、この場合には延びた分離距離分だけ分離能が高まる。つまり、その分、砂や小石についた水を奪い取って回収できる。

また、掘削現場に遠心分離機１を適用する場合、分離対象の泥水が、掘削孔内から回収したベントナイトを含む安定液由来の泥水であれば、安定液分離用にモータＭの回転数等を設定することにより、ベントナイトを含んだ掘削用の安定液（分離液）として分離回収されることから、掘削孔に再投入して現場でそのまま用いることができる。

一方、スラッジＳは、スラッジ排出管１１から連続的に排出されるため、従来のように遠心分離によって分離胴７の内壁面等に蓄積したスラッジＳのケーキ（塊）を除去する作業をしなくともよい。

そのため、掘削現場においては、遠心分離機１の連続運転が可能となり、安定液の循環サイクル（掘削孔（泥水）→吸上ポンプ（泥水）→遠心分離機（清澄水＋ベントナイト，スラッジＳ）→供給ポンプ（清澄水＋ベントナイト）→掘削孔（泥水））を形成して１つの遠心分離機１で連続的な掘削に対応することが可能となる。これにより、設備投資費用、工事費用等が軽減される。

以上、実施の形態に即して本発明に係る遠心分離機１について説明してきたが、本発明は上記のものに限定されない。

例えば分離胴７を着脱交換可能に設けることにより、分離胴７のジャケット部８の底部となる逆円錐形状の傾斜角度が異なる他の分離胴７と交換することにより、モータＭの回転数の調節だけでは分離できない様々な種類の被処理流体の遠心分離をおこなうことができる。

また、滑面部９の滑面を金属の鏡面仕上げにより達成してもよい。

さらに、分離胴７のジャケット部８は、両端が開口し略筒状の胴部と逆円錐形状の底部を有しているため、少なくとも分離胴７の内壁面に被着しにくい砂や小石等の分離対象を含む泥水であれば連続的な排出が可能である。これに対して、例えば粘土のような被着しやすい分離対象を含む被処理流体の場合には、内壁に被着して連続的な排出しにくくなる場合がある。

その場合には、例えば分離胴７の内壁面全体、つまりジャケット部８の内壁面全体を滑面として、遠心分離により下端部の開口から粘土を分離可能とし、連続的に排出させるようにしてもよい。

別の例として、例えば１段目に小石、砂を除去し、２段目に土成分を除去するように、１つの分離胴７で分離対象の成分を除去できず他の処理が必要となる場合は、異なる分離胴７を直列させて２段処理してもよい。

さらに、別の例として、遠心分離時のスラッジＳの連続排出ができれば滑面部９を設けなくともよい。この場合、滑面部９の場合と同様に分離胴７の逆円錐形状の底部の傾斜角度ａおよび既に述べたモータＭの回転数は、小石や砂に係る重力の分力（滑り落ちる力）が砂や小石の遠心力により生じる分力（駆け上がる力）より上回る回転数および傾斜角度ａ（水平面に対する角度）とに設定される。

１ 遠心分離機
２ 円筒ケース部
２ａ 分離液排出口
２ｂ 盲フランジ部
２Ａ 大径筒部
２Ｂ 小径筒部
３ 上部カバー
３ａ ノズル挿入孔
４ 筐体
５Ａ，５Ｂ ベアリング軸受部（外輪）
６ 流入ノズル（流入手段）
６ａ 先端部
７ 分離胴
８ ジャケット部
８ｂ フランジ部
９ 滑面部
９ａ 滑面（分離面）
１０ ドライブシャフト部
１０ａ〜１０ｃ ベアリング軸受部（内輪）
１０ｄ プーリ
１１ スラッジ排出管
１１ａ 固定部
１１ｂ 排出管部
１１ｃ スラッジ受部
Ｍ モータ（回転駆動手段）
１２ 無端ベルト（回転駆動手段）
Ｓ スラッジ

Claims (7)

1. スラッジを含む被処理流体を遠心分離する遠心分離機において、
   回転可能に設けられ上下両端部に開口を有し、略筒状の胴部とこの胴部の下部に連続形成された逆円錐形状部を有する分離胴と、
   該分離胴を回転させる回転駆動手段と、
   前記分離胴の上端部の開口を通って延設され、前記被処理流体を前記分離胴の内壁面に向けて吐出させる流入手段と、を備え、
   前記回転駆動手段による前記分離胴の遠心回転により、前記内壁面に向けて吐出された被処理流体が分離液とスラッジとに分離されるとともに、該分離液が前記分離胴の内壁面に沿って上昇して前記上端部の開口から排出され、分離された該スラッジは下降して前記分離胴の下端部の開口から排出されることを特徴とする遠心分離機。
2. 前記逆円錐形状部は、滑面部を有していることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
3. 前記流入手段は、前記分離胴の遠心回転の回転方向に順ずる方向に前記被処理流体を吐出させることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離機。
4. 前記滑面部は、前記分離胴の内周壁の少なくとも一部を四フッ化エチレンによって形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心分離機。
5. 前記被処理流体はベントナイトを含み、前記分離により該ベントナイトが前記分離液に含有された状態で回収されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の遠心分離機。
6. 前記分離胴が脱着交換可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
7. 前記回転駆動手段は、前記分離胴の回転数を調節可能な制御手段を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の遠心分離機。

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