JP4624568B2 - 遠心分離機の遠心ロータ用の駆動ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景および従来技術
本発明は、遠心ロータを支持するように配置され、少なくとも１つの支持部材に回転可能に支持された駆動シャフトと、駆動シャフトおよび第１の支持部材が位置する上側空間と液体オイルを貯蔵する下側空間とを形成するケーシングとを含み、オイルミストを形成するために空気とオイルの流れを生じさせ、かつ支持部材を冷却し潤滑するためにこのオイルミストが支持部材を通って流れるようにするように構成された第１の手段を有する、遠心分離機の遠心ロータ用の駆動ユニットに関する。
【０００２】
遠心分離機用のこのような公知の駆動ユニットの支持部材の冷却は、オイルミストが形成されるように、駆動ユニット内の下側空間内の油溜めからオイルの液滴が供給される内部循環空気流に依存することが多い。オイルミストを含む空気流は、ファンまたは任意の類似の部材によって当該の支持部材を通って循環し、支持部材を潤滑するのと同時に支持部材に生じた熱を吸収する。オイルミストを含む空気流は、支持部材の後に、駆動ユニットのケーシングによって形成された内部空間内をさらに循環し、オイル液滴および空気によって吸収された熱は、駆動ユニットの他の部分に放出される。そのため、オイル液滴の一部は、オイルが、オイルが収集される油溜めまで流れ落ちるときに流れる部分の表面上に付着する。しかしながら、現在利用可能な遠心分離機では、空気流から分離壁への熱放出はそれほど効率的ではない。
【０００３】
米国特許第４５４１７３６号は、遠心分離機の遠心ロータ用の駆動ユニットを開示している。この公知の装置は、オイル液滴を、ロータスピンドルを支持する支持部材を介して、流れのない大気中に供給するように構成されている。
【０００４】
発明の概要
本発明の目的は、上述の問題を解消し、遠心分離機内の支持部材の冷却効率を高めることである。
【０００５】
この目的は、オイルミストの大部分を、支持部材の出口から、ケーシングの外側の周囲空間と熱伝導するように接触して延びている少なくとも１つの通路を通って下側空間まで移送させることを可能にすることによってオイルミストを冷却するように構成された第２の手段を有することを特徴とする、冒頭で定義された駆動ユニットによって達成される。このような構成によって、支持部材を通って流れたオイルミストから効率的な熱放出が行われ、すなわち、オイルの冷却が、公知の遠心分離機の対応する冷却と比べて向上する。オイルミストはこのように比較的低い温度になるので、支持部材を通る比較的少ない流量によって支持部材を効率的に冷却することができる。
【０００６】
本発明の一実施態様によれば、上記の通路は上側空間の上部から上側空間の下部まで延びている。この通路は、上側の自由空間、すなわち液体オイルの上にある空間の大部分に沿って延びているので、オイルミストを確実に効率的に冷却することが可能である。そのため、この通路はケーシングの実質的に垂直な方向の長さの大部分に沿って延びていることが有利である。
【０００７】
本発明の他の実施態様によれば、この通路は、ケーシングの外側の周囲空間と熱伝導するように接触した壁部材によって少なくとも一部が形成されている。このような壁部材はケーシングの壁によって形成することができ、すなわち、この通路は、ケーシングの内側を直接延びているか、あるいはケーシングの壁の中の流路を通って延びている。しかしながら、この通路は本発明によって多数の種々の方法で形成することができる。たとえば、壁部材はたとえばケーシングの実質的に外側に延びているパイプ導管で形成することができ、この場合、オイルは上側空間の上部にあるケーシング内の通路を通ってパイプ導管内に導入され、上側空間の下部、すなわち下側空間内のオイルのすぐ上にあるケーシングを通る通路を通してパイプ導管から外に排出される。
【０００８】
本発明の他の実施態様によれば、第２の手段は、支持部材から外側にケーシングの内壁の方へ延びている第１の遮蔽部材を備えている。このように、オイルは支持部材から外側に比較的低温のケーシングの方へ押しやられる。さらに、第２の手段は、上記の通路を形成するために駆動シャフトとケーシングの内壁との間に延びている第２の遮蔽部材を有していることが有利である。このような遮蔽部材によって、比較的低温のケーシングと遮蔽部材との間の通路が簡単にかつ適切に得られる。そのため、第２の遮蔽部材は、第１の遮蔽部材の半径方向外側の縁部から実質的に軸方向下向きに延びていてもよい。さらに、第２の遮蔽部材は、第２の遮蔽部材の下縁部と下側空間内の液体オイルとの間に隙間が形成される距離だけ下向きに延びていてもよい。このようにして、オイルの効率的な冷却が確実に行われ、さらに、オイルの大部分が下側空間内の液体オイル中に収集される。第２の遮蔽部材は、駆動シャフトの周囲の少なくとも大部分にわたって延びていることが有利である。このようにして、周囲空間の近くのケーシングの壁のほぼ全体をオイルの冷却面として利用することができる。
【０００９】
本発明の他の実施態様によれば、駆動ユニットは、たとえばオイルからの熱伝導を高めるために上記の通路に設けられた突出フランジなどの形態の表面積増大部材、および／または、たとえば周囲空間への熱放出を高めるために周囲空間の近くのケーシングの外側に設けられた突出フランジなどの形態の表面積増大部材を有している。
【００１０】
本発明の他の実施態様によれば、第１の手段は、空気およびオイルの流れの１つを、支持部材および上記の通路を通して送り込むように構成されたファン部材を有している。それにより、支持部材からの熱は空気およびオイルを介して周囲空間に伝導される。ファン部材は、駆動シャフト上に固定されて設けられていることが有利である。
【００１１】
発明の様々な実施形態の詳細な説明
次に、実施形態について説明し、添付の図面を参照することによって、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
図１は、部分的に示された遠心ロータ２用の駆動ユニットを示している。駆動ユニット１と遠心ロータ２は共に、遠心分離機の大部分の構成部材を形成している。
【００１３】
駆動ユニット１は、遠心ロータ２を支持し、回転軸ｚの周りで回転することができ、第１の上側支持部材４および第２の下側支持部材５（図２参照）によって支えられた駆動シャフト３を含んでいる。さらに、駆動ユニット１は、内部空間を画定するケーシング６を含んでいる。内部空間は、駆動シャフト３、第１の支持部材４、および第２の部材５が位置している上側空間７と、油溜めとして構成されある量の液体オイルを貯蔵するように配置された下側空間８とで構成されている。駆動ユニット１は、ベルトプーリ９に連結された駆動モータ（不図示）も含んでいる。駆動モータおよびベルトプーリ９は、ケーシング６の外側に設けられており、ケーシング６内の通路１２を通って延びている駆動ベルト１１の形態の伝達部材によって、駆動シャフト３上に固定されて設けられたベルトプーリ１０に連結されている。駆動ベルト１１は、２つの歯車を介して駆動モータおよび駆動シャフト３と動力を伝えるように係合する駆動ロッドに置き換えてもよいことに留意されたい。
【００１４】
上側支持部材４、いわゆるネックベアリングは、支持ハウジング１３によって支持されている。支持ハウジング１３は、上側支持部材４から外側に、好ましくは実質的に半径方向外側に、ケーシング６の内壁の方へ延びている少なくとも１つの保護部分を含んでいる第１の遮蔽部材１４に連結されている。支持ハウジング１３および遮蔽部材１４は、図示されている例では、それ自体は公知の減衰要素（不図示）を収容するようになっている空間１５を形成するように構成されている。上側支持部材４は、支持ハウジング１３、減衰要素、および第１の遮蔽部材１４を介してケーシング６に連結されている。
【００１５】
第２の遮蔽部材１６が、駆動シャフト３とケーシング６の内壁との間に環状通路１７が形成されるように、駆動シャフト３とケーシング６の内壁との間を第１の遮蔽部材１４の半径方向外側縁部から実質的に軸方向下向きに延びている。第２の遮蔽部材１６は、図示されている例では、駆動シャフト３の周りに、かつ第２の遮蔽部材１６の下縁部と下側空間８内のオイルとの間に比較的小さい隙間が形成される距離だけ下向きに延びている。
【００１６】
図示されている例では、駆動シャフト３（図２参照）は、上側空間７の全体を通って下向きに下側空間８内のオイルの中まで延びている。さらに、駆動シャフト３は、下側空間８内の少なくとも１つのオリフィスと、上側空間７内の、ベルトプーリ１０よりも上で上側支持部材４よりも下にある空間内の複数のオリフィス１９とを有する内部流路１８を有している。駆動シャフト３は、オイルが、遠心分離機の動作時に内部流路１８を通って移送され、上側のオリフィス１９のオイルの少なくとも出口で小さいオイル液滴を形成するように構成されている。
【００１７】
さらに、駆動ユニット１は、駆動シャフト３上の、図示されている例では上側支持部材４よりも上に固定されて配置されたファンホイール２０を備えている。ファンホイール２０は、上側支持部材４を冷却し潤滑する、上側支持部材４を通って流れるオイルミストを形成する空気とオイル液滴の流れを生じさせるように構成されている。さらに、ファンホイール２０は、支持部材４の出口からの上記の流れを、半径方向外側にケーシング６の内壁の方に、かつ軸方向下向きに、ケーシング６の内壁と第２の遮蔽部材１６との間の通路１７を通って、下側空間８内のオイルのちょうど上、すなわち、第２の遮蔽部材１６と下側空間８内のオイルとの間の隙間まで押しやるように配置されている。それによって、上記の流れ中に存在するオイルの一部が、下側空間８内のオイルに回収され、別の一部が、以下に詳しく説明するように下側支持部材５をも冷却し潤滑するように、上記の空気流れとともに上向きに下側支持部材５へさらに移送される。オイルミストは、下側支持部材５の出口から、ベルトプーリ１０を通って延びているいくつかの流路２１を通って、上側支持部材４の入口までさらに移送される。したがって、オイル液滴を含む空気流は、オイルミストとして、ケーシング６によって形成されている内部空間７，８内の経路であって、２つの支持部材４，５と、オイルミストがその熱を放出しケーシング６の内壁と接触することによって冷却される通路１７とを通って延びている経路内を循環する。オイルミストの冷却を高めるために、ケーシング６の外壁上にフランジ２２またはこれに類似する任意の表面積増大部材を設けてもよい。図１では、一例としてそのような１つのフランジ２２のみが示されている。このような複数のフランジ（不図示）またはこれに類似する任意の複数の表面積増大部材を、ケーシング６の内壁および／または第２の遮蔽部材１６の上に設けることも可能である。
【００１８】
通路１７を多数の異なる方法で実現できることに留意されたい。たとえば、その通路は、ケーシング６の上部および下部の開口によってケーシング６の外側に実質的に垂直に延びているパイプ導管で形成することができる。外側に位置するこのようなパイプ導管は、周囲空間の空気によって効率的に冷却することができる。この通路は、ケーシング６の壁の中をケーシング６の上部から下部まで実質的に垂直に延びる流路によって形成することもできる。これらの実施形態では、第２の軸方向の遮蔽部材１６を省略することができる。通路６は、ケーシング６の内壁の内側を実質的に垂直に延びるいくつかの別個の流路として構成することもできる。このような実施形態では、第２の遮蔽部材１６は、複数の遮蔽部材、たとえばこのような別個の各流路ごとの別個の遮蔽部材によって形成することができる。
【００１９】
さらに、駆動ユニット１は、そのようなケーシング６内に設けられ、駆動ベルト１１がケーシング６の内部空間７，８から隔てられるように、駆動ベルト１１の、ケーシング６の内部に延びている部分を収納するように配置された隔離部材２３を備えている。隔離部材２３は、上述の通路１２およびそれに直径方向に向かい合う通路２４の周りに延びているそれぞれの連結部によって、直径方向両側でケーシング６の内壁に連結されている。したがって、隔離部材２３は、回転軸ｚに対して実質的に直径方向にケーシング６の内部空間７，８を通って延びており、この空間７，８から隔てられている流路２５を形成している。さらに、隔離部材２３は、細長い箱のような形状を有しており、すなわち、図２に示されている断面図で見るとほぼ長方形であり、互いに実質的に平行な上側区画壁および下側区画壁と、２つの実質的に平行な横側区画壁とを有している。隔離部材２３は長方形とは別の断面形状を有していてもよいことに留意すべきであり、隔離部材２３はたとえば長円形であってもよい。
【００２０】
さらに、隔離部材２３は、上側区画壁を通って延びている上側開口２６と、下側区画壁を通って延びている下側開口２７とを有している。駆動シャフト３は、これらの開口２６，２７を通って隔離部材２３を貫通して延びており、上側開口２６はまた、ベルトプーリ１０の上部を収容するように配置されている。図２に示されているように、ギャップシール２８、たとえばラビリンスシールが、ベルトプーリ１０と隔離部材２３の上側区画壁との間に設けられている。隔離部材２３の下側区画壁は、下側開口２７を形成する円筒状部分２９を有している。円筒状部分２９は、図２を見るとわかるように、下側支持部材５を支えている。さらに、円筒状部分２９はベルトプーリ１０の円筒状凹部３０内に延びている。円筒状部分２９の外面と円筒状凹部３０の内面との間にギャップシール３１が設けられている。さらに、図２を見るとわかるように、駆動ベルト１１は下側支持部材５のほぼ半径方向外側でベルトプーリ１０に当接している。
【００２１】
したがって、オイルミストを含んで循環する空気流は、下側開口２７から隔離部材２３を通過し、下側支持部材５を通り、ベルトプーリ１０の上部の流路２１を通って外に出る。しかしながら、シール部２８および３１により、オイルミストを含む空気流が、隔離部材２３によって形成されている流路２５内に流入することはない。しかし、駆動ユニット１の周囲の空気からの空気流は、通路１２および２４ならびに流路２５を通過することができる。このようにして、オイルをさらに冷却することができ、同時に、下側支持部材５をより冷却することができる。
【００２２】
そのため、図示された駆動ベルト１１は、ポンプ部材として働き、このような空気流を流路２５を通して押しやる働きをする。それにより、駆動ベルト１１の、流路２５内を内向きに走行する部分は空気流を流路２５内に導入し、駆動ベルトの、流路２５内を外向きに走行する部分は空気流を流路２５から排出する。流路２５を通る空気の流れをよりよくするために、流路２５が２つの部分流路に分割されるように、壁部材３２が流路２５内のほぼ中央に設けられている。壁部材３２は、実質的に回転軸ｚに対して軸方向かつ半径方向の平面内を、ベルトプーリ１０に近接した領域から通路１２に近接した領域まで延びている。したがって、駆動ベルト１１は、一方の部分流路内を内向きに走行し、他方の部分流路内を外向きに走行する。
【００２３】
流路２５は、ケーシング６によって形成されている内部空間７，８を横切って延びることは必ずしも必要でなく、すなわち、必要なのは通路１２および２４の一方だけであることに留意されたい。流路２５を通る空気流れを増大させるように構成されたファン部材により隔離部材２３によって冷却効果を高めることも可能である。さらに、隔離部材２３も、流路２５および／またはケーシング６によって形成されている内部空間７，８内に延びる複数のフランジまたはこれに類似する複数の表面積増大部材を備えていてもよい。
【００２４】
本発明は、開示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内で変形し修正することができる。本発明の範囲内で、開示されたファンホイール２０の代わりに、加圧によってオイルを移送することが可能である。その場合、オイルは支持部材５および４を通って押しやられ、その後、駆動ユニット１内の表面に沿って流れ、下側空間８に戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 遠心分離機の遠心ロータ用の駆動ユニットの、部分的に断面を示す概略斜視図である。
【図２】 図１の駆動ユニットの下側部分の断面図である。

Claims (12)

1. 遠心ロータ（２）を支持するように配置され、実質的に垂直な軸（ｚ）の周りを回転可能に少なくとも１つの支持部材（４）に支持された駆動シャフト（３）と、前記駆動シャフト（３）および前記支持部材（４）が位置する上側空間（７）とオイルを貯留する下側空間（８）とを形成するケーシング（６）と、空気および前記オイルの流れを生じさせるように配置されてオイルミストを形成するとともに、前記支持部材（４）を通る前記オイルミストの流れを引き起こすように配置されて前記支持部材（４）を冷却し潤滑する第１の手段（１８，１９，２０）とを有する、遠心分離機の遠心ロータ（２）用の駆動ユニット（１）において、
   前記オイルミストを冷却するように配置された第２の手段であって、前記オイルミストの大部分を、前記支持部材（４）の出口から、前記ケーシング（６）の外側の周囲空間と熱伝導するように接触して延びている少なくとも１つの通路（１７）を通過させて前記下側空間（８）まで移送する第２の手段（１４，１６，１７）を有し、
   前記第２の手段が、前記ケーシング（６）の内側に向かって前記支持部材（４）から外側に延びる第１の遮蔽部材（１４）と、前記駆動シャフト（３）と前記ケーシング（６）の内側との間に延び、前記通路（１７）を形成する第２の遮蔽部材（１６）と、を有することを特徴とする、遠心分離機の遠心ロータ用の駆動ユニット。
2. 前記通路（１７）は、前記上側空間（７）の上部から前記上側空間（７）の下部まで延びていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動ユニット。
3. 前記通路（１７）は、前記ケーシング（６）の実質的に垂直な方向の長さの大部分に沿って延びていることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動ユニット。
4. 前記通路（１７）は、前記ケーシング（６）の外側の周囲空間と熱伝導するように接触した壁部材によって少なくとも一部が形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
5. 前記壁部材は前記ケーシング（６）によって形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の駆動ユニット。
6. 前記第２の遮蔽部材（１６）は、前記第１の遮蔽部材（１４）の半径方向外側の縁部から実質的に軸方向下向きに延びていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
7. 前記第２の遮蔽部材（１６）は、前記第２の遮蔽部材（１６）の下縁部と前記下側空間（８）内の前記オイルとの間に隙間が形成される距離だけ下向きに延びていることを特徴とする、請求項６に記載の駆動ユニット。
8. 前記第２の遮蔽部材（１６）は、前記駆動シャフト（３）の周囲の少なくとも大部分にわたって延びていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
9. 前記オイルからの熱伝導を高めるために前記通路（７）に設けられた表面積増大部材を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
10. 前記周囲空間の近くの前記ケーシング（６）の外側に設けられた表面積増大部材（２２）を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
11. 前記第１の手段は、前記支持部材（４，５）および前記通路（１７）を通る空気とオイルの前記流れを生じさせるように構成されたファン部材（２０）を有していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
12. 前記ファン部材（２０）は、前記駆動シャフト（３）上に固定されて設けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の駆動ユニット。

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