CN100389884C - 利用离心力分离杂质的旋风式分离器 - Google Patents

Abstract

旋风分离器(2)，包括引入含有杂质液体的中空柱形主体(20)；设置在主体(20)上端的清洁室(30)；连接清洁室(30)与主体(20)内部的连通管(31)；设在清洁室(30)中的多孔分离管(33)。液体在主体(20)中打转时产生涡流，形成柱形空气层(44)和清洁液体层(45)，其都与涡流中心线对准。液体层(45)沿空气层(44)圆周表面上升。空气层(44)和液体层(45)通过连通管(33)引入分离管(33)。清洁室(44)底部设有第一贮存区(36)，用于储存通过分离管(33)的液体；第二贮存区(37)，用于储存第一贮存区(36)流出的液体；冷却剂出口(41)，用于排出清洁液体。冷却剂出口(41)设在第二贮存区(37)中的液面水平以下。

Description

利用离心力分离杂质的旋风式分离器

技术领域

本发明涉及一种旋风式分离器，其利用离心力而从液体冷却剂(如，用于机床中的切削液和磨削液)中分离固体杂质。更具体地，本发明涉及一种结构，其防止液体冷却剂在将杂质从其中除去后起泡。

背景技术

在切削金属工件的过程中，主要由水构成的水溶性液体冷却剂用于延长刀具的寿命，提高切削的精度和快速地除去碎屑。这种水溶性液体冷却剂可重复使用。因此，应该从液体冷却剂快速地除去固体杂质，如，碎屑和金属颗粒。

迄今知道的用于除去这样的杂质的方式是旋风式分离器。旋风式分离器包括主体、进口单元、清洁室(clean room)和连通管。主体在其下端具有排出口(discharge port)。进口单元将含有固体杂质的不洁液体冷却剂引入主体中。清洁室设置在主体的上端。连通管将已在主体中清洁的液体冷却剂引入到清洁室中。

该主体为圆锥形的中空体，并且其直径向着排出口逐渐减小。进口单元设置在主体的上端并且将不洁液体冷却剂注入主体中。不洁液体冷却剂以涡流(eddy stream)的形式沿着主体的内表面流下。因此，在主体中产生的冷却剂涡流提供了离心力。离心力将杂质从液体冷却剂中分离。已分离的杂质沿着主体的内表面落下，并且通过排出口从主体排出。

沿着主体的内表面流下的冷却剂的涡流，从靠近排出口处开始向上流。即，在主体的中心线上形成了向上的涡流，它从排出口向清洁室移动。该向上涡流包括柱形空气层和清洁冷却剂层。柱形空气层通过连通管，到达清洁室。清洁冷却剂层沿着柱形空气层的外圆周表面上升。

将在主体中清洁的液体冷却剂和向上涡流一起引入清洁室，然后进入冷却剂箱。

在常规的旋风式分离器中，柱形空气层和围绕该空气层的冷却剂层沿着主体的中心线向上移动，且不相互混合。其穿过连通管，到达清洁室。

在常规的旋风式分离器中，位于连通管下游端的出口(outlet port)直接开在清洁室上。不可避免地，空气层和冷却剂层相互混合。即，空气混合入液体冷却剂。

所以，液体冷却剂在清洁室中猛烈地冒泡，形成大量的泡沫。在液体冷却剂流入冷却剂箱时，泡沫进入冷却剂箱。冷却剂箱不可避免地充满了泡沫，其可能溢出冷却剂箱。

为了防止溢出，向已清洁的液体冷却剂加入消泡剂，或者在主体外设置用于消泡的装置。

但是，众所周知，消泡剂是降低液体冷却剂的冷却效率的因素。反复使用含有消泡剂的液体冷却剂会导致不良切削结果或者会缩短刀具寿命。

如果使用消除冷却剂中的泡沫的装置，那么将液体冷却剂再使用的系统是需要高昂运转费用和巨大安装空间的大型系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于从液体中分离杂质的旋风式分离器，其中可以不使用消泡剂或者用于消泡的装置，就可防止已清洁的液体起泡。

为了实现这个目的，根据本发明的实施例，用于从液体分离固体杂质的旋风式分离器包括：中空的圆柱形主体，其在下端具有排出口；进口，其将含有固体杂质的液体引入主体，且使液体在主体中打转；清洁室，其设置在主体的上端；和连通管，其将清洁室与主体的内部连通。

在该旋风式分离器中，包含在液体中的杂质利用液体在主体中打转产生的离心力而分离，因此使得这样分离的杂质沿着主体的内表面落下并通过排出口而排出。生成与涡流的中心线对准的柱形空气层，其中该涡流由于液体的打转而产生，并且该空气层通过连通管而从排出口流到清洁室。还形成了清洁液体层，其没有杂质并且沿着柱形空气层的圆周表面而上升。在将清洁液体沿着空气层的圆周表面导入清洁室后，将其从清洁室排出。

根据本发明的在旋风式分离器中，多孔分离管设置在清洁室中并且与连通管相连接。此外，第一贮存区设置在清洁室的底部，其中该第一贮存区围绕分离管并且设置为临时储存流出分离管的液体，第二贮存区设置为临时储存从第一贮存区流出的液体，还有液体出口，其开口在第二贮存区中储存的液体液面水平以下。

由于这种结构，在主体中清洁的液体从连通管流入分离管。清洁液体沿着柱形空气层的圆周表面而上升。当液体到达分离管时，其流入第一贮存区并且储存在第一贮存区中。换言之，形成了围绕分离管的注有液体的第一贮存区。因此，仅可析出流入分离管的液体。

清洁液体从第一贮存区流入第二贮存区，并且临时储存在其中。液体从第二贮存区排出，最后通过液体出口从清洁室排出。冷却剂出口位于储存在第二贮存区中的液体液面水平以下。因此，在清洁室中，液体决不会与空气混合。可靠地防止了液体起泡。

附图说明

图1是示出了结合本发明第一实施例的将杂质从液体冷却剂中除去从而可再使用该冷却剂的循环系统的侧视图；

图2是根据本发明的第一实施例的旋风式分离器的剖视图；

图3是沿着图2所示的线F3-F3截取的剖视图；

图4是在本发明的第一实施例的主体中产生的涡流的剖视图；和

图5是根据本发明的第二实施例的旋风式分离器的剖视图。

具体实施方式

参考图1到4，对本发明的第一实施例进行说明。

图1概述了循环系统的整体结构，在其中将杂质从液体中除去所以可再使用。该液体的一个例子是水溶性液体冷却剂，其将供应给机床1，如抛光机。从机床1排出的液体冷却剂含有杂质，如，碎屑和金属颗粒。

液体冷却剂的杂质可能为磁性颗粒，如铁粉。在这种情况下，首先将液体冷却剂引入磁选机2中。磁选机2从液体冷却剂中除去磁性颗粒。

在流经磁选机2后，液体冷却剂流入冷却剂箱3的第一储存室3a。通过第一泵4将液体冷却剂从第一储存室3a抽出，并通过入口管5供给旋风式分离器6，从而分离杂质。旋风式分离器6通过离心力分离磁选机2不能除去的微小颗粒杂质。分离器6设置在冷却剂箱3上。旋风式分离器6分离的杂质作为碎渣排入到收集罐7。

因此，在旋风式分离器6中清洁的液体冷却剂通过出口管8送回到冷却剂箱3的第二储存室3b。清洁的液体冷却剂通过第二泵9从第二储存室3b抽出，并通过输送管10再次供应到机床1。

液体冷却剂可能包含非磁性杂质，如铝或者铜。在这种情况下，液体冷却剂从机床1中直接导入冷却液箱3的污物室(未示出)。然后，从污物室向旋风式分离器6供应液体冷却剂。

以下将对用于循环系统的旋风式分离器6进行详细说明。如图2所示，旋风式分离器6包括中空主体20。主体20具有柱形部21和锥形部22。柱形部21是主体20的上部。锥形部22与柱形部21共轴。锥形部22的直径向着主体20的下端逐渐减小。因此，主体20的内部是涡流形成室(eddy-generating chamber)23，其向着下端逐渐变窄。锥形部22在其下端具有排出口24。排出口24开在涡流形成室23上，并且位于收集罐7的正上方。

柱形部21具有进口25，其与入口管5相连接。进口25开口在涡流形成室23的上端部，并且在与柱形部21正切的方向突起。从入口管5引入进口25的液体冷却剂在与柱形部21正切的方向喷入涡流形成室23。

清洁箱(clean case)26固定在主体20的上端。清洁箱26具有箱体27、底板28和顶板29。箱体27是中空圆柱体。底板28封闭箱体27的下端。顶板29封闭箱体27的上端且可以被移开。箱体27、底板28和顶板29形成了清洁室30，其中引入清洁的液体冷却剂。底板28设置在柱形部21和箱体27之间，并且作为涡流形成室23和清洁室30之间的隔板。

连通管31固定在底板28的中心部分并且向下延伸。连通管31与主体20的中心线01对准并且穿过底板28。连通管31将涡流形成室23的顶部与清洁室30连接起来。

如图2和3所示，清洁室30容纳有多孔分离管(porous separatingpipe)33。分离管33延伸在连通管31上端和顶板29之间，并且与主体20的中心线01对准。分离管33为通过加工(如，具有许多微小通孔33a的冲孔金属构件)形成的中空圆柱体。通孔33a可以让清洁的液体冷却剂通过。其直径例如为1.0mm。

形状类似中空圆柱体的分隔壁35竖立在作为清洁室30底部的底板28的上表面上。分隔壁35与分离管33共轴，并且围绕分离管33。在分隔壁35和分离管33之间，设置有第一贮存区36，用来临时存储通过分离管33的通孔33a的清洁液体冷却剂。第一贮存区36的位置设置在清洁室30的底部。因此，分离管33的下半部分浸在液体冷却剂中。

分隔壁35与箱体27的内表面共同形成了第二贮存区37。该第二贮存区37设置为临时存储从分隔壁35溢流出的清洁冷却剂。第二贮存区37与第一贮存区36共轴并且围绕第一贮存区36。

清洁室30具有空气积聚区38。该空气积聚区38位于第一和第二贮存区36和37上。在第一贮存区36中的冷却剂在其液面水平L1处暴露在空气积聚区38中。在第二贮存区37中的冷却剂在其液面水平L2处也暴露在空气积聚区38中。

分离管33的上半部分位于空气积聚区38中且具有出口39。当分离管33被阻塞时，流入分离管33的液体冷却剂通过出口39而排出。出口39具有比通孔33a大很多的开口。

如图2所示，箱体27具有冷却剂出口41。冷却剂出口41开在第二贮存区37上，并且其位置设置在第二贮存区37中的液体冷却剂的液面水平L2以下。

出口管8与冷却剂出口41相连接。出口管8从冷却剂出口41向冷却剂箱3的第二储存室3b延伸。因此，液体冷却剂通过出口管8从第二贮存区37流入冷却剂箱3的第二储存室3b。

节流部42形成在出口管8的上端。节流部42控制从第二贮存区37流向冷却剂箱3的液体冷却剂的流量。换言之，节流部42调节从冷却剂出口41流出的液体冷却剂的流量，从而将第二贮存区37中的液体冷却剂的液面水平L2保持在预定位置。结果，液体冷却剂的液面水平L2保持在冷却剂出口41上方。

在这种结构的旋风式分离器6中，将含有磁选机2不能除去的微小颗粒杂质的液体冷却剂通过进口25引入涡流形成室23。液体冷却剂以与柱形部21正切的方向喷入涡流形成室23。因此液体冷却剂如图2中的粗螺旋所示，沿着柱形部21和锥形部22的内表面打转而流下。

所以，在涡流形成室23中生成围绕中心线01的涡流M。涡流M生成离心力，其从液体冷却剂中分离微小颗粒的杂质，如碎屑。因此，这样分离的杂质积聚在锥形部22的内表面，最后沿着锥形部22的内表面打转而落下。最终，杂质作为碎渣与少量的液体冷却剂一起排出了排出口24，并且收集到收集罐7中。

同时，沿着锥形部22的内表面流下的涡流M在排出口24附近受到向上力而转向上。即，如细螺旋所示，生成向上涡流m。向上涡流m从排出口绕着涡流形成室23的中心线01打转地流向清洁室30。

图4是示意性地示出了向上涡流m的剖视图。从图4可以看出，向上涡流m包括空气层44和冷却剂层45。空气层44形成了具有真空空心(vacuum hollow)46的圆柱。空气层44从排出孔24延伸并通过连通管31，到达分离管33。冷却剂层45由清洁的液体冷却剂构成，即，其中除去了杂质的冷却剂。冷却剂层45围绕空气层44并且形成向上涡流m的外围部。冷却剂层45沿着空气层44的外圆周表面从排出口24向分离管33上升。

当向上涡流m流入分离管33时，冷却剂层45(即，清洁的液体冷却剂)通过分离管33的通孔33a并流入第一贮存区36。该液体冷却剂临时储存在第一贮存区36中。因此，分离管33的下半部分浸在存储在第一贮存区36中的液体冷却剂中。所以仅有液体冷却剂可从流入分离管33的向上涡流m中析出。

因此，在涡流m到达设置在清洁室30中的空气积聚区38以前，分离管33可将向上涡流m分为空气和冷却剂。这防止了冷却剂在清洁室30中起泡。

如图2中的箭头所示，储存在第一贮存区36中的液体冷却剂溢流出分隔壁35，流入第二贮存区37。因此，液体冷却剂临时储存在第二贮存区37中，并且最后经过出口管8从液体冷却剂出口41流入冷却剂箱3的第二储存室3b。

具有节流部42的出口管8控制从冷却剂出口41流出的液体冷却剂的流量。因此，第二贮存区37中的液体冷却剂的液面水平L2总保持在冷却剂出口41以上。

因此，冷却剂出口41不会在设置在清洁室30中的空气积聚区38上开口。此外，因为空气积聚区38是封闭和密封的空间，所以空气不会通过冷却剂出口41从空气积聚区38渗漏。空气决不会通过排出口24吸入主体20中，并且空气层44将保持与涡流形成室23的中心线01对准。

在本发明的第一实施例中，当液体冷却剂在主体20中清洁后回流入冷却剂箱3时，空气不会混入液体冷却剂中。冷却剂决不会起泡。不需要向液体冷却剂中加入消泡剂。也不需要使用对液体冷却剂进行消泡的装置。

在上述结构的旋风式分离器6中，可假设分离管33的通孔33a具有较大的直径，从而以高效率从分离管33吸出液体冷却剂。但是，如果通孔33a的直径过大，空气层44会分散开，因而空气会流入通孔33a。因此，在通孔33a处空气会混入液体冷却剂，从而起泡。

发明者进行的实验显示，当孔33a的直径超过3.0mm时，流入通孔33a的空气产生气泡。考虑到这一点，通孔33a的优选直径范围是从0.5mm到2.5mm，更优选为直径1.0mm。已经证实，如果分离管33的长度和直径有所改变，都几乎不会影响通孔33a的直径。

在本发明的第一实施例中，出口管8具有节流部42，其保持液体冷却剂的液面水平L2总是在第二贮存区37的预定位置。因此，与将阀门设置在出口管8上控制液体冷却剂的流量的情况相比，所需要的部件的数量更少且将液体冷却剂供应回到冷却剂箱3的路径更简单。这简化了系统的结构并且减少了其制造成本。

本发明不限于上述第一实施例。图5示出了本发明的第二实施例。

第二实施例与第一实施例不同在于其用于将液体冷却剂的液面水平L2保持在第二贮存区37中预定位置的结构不同。在任何其它结构方面，第二实施例与第一实施例相似。因此，与第一实施例中相同的部件以相同的附图标记表示，而不再对其进行说明。

如图5所示，与冷却剂出口41相连接的出口管8具有均匀的直径。流量控制阀51设置在出口管8上。流量控制阀51的位置设置在出口管8的上游端，并且与冷却剂出口41相邻。流量控制阀51调节从冷却剂出口41流出的液体冷却剂的流量。该流量控制阀51包括阀室53、阀体54和手轮(handle)55。阀室53具有与出口管8相连接的通道52，其中液体冷却剂从冷却剂出口41流出而通过该通道52。阀体54固定在阀室53中，打开或者关闭通道52。当工作时，手轮55移动阀体54，其调节通道52的开口。因此，当手轮55工作时，将通道52的开口设置为所需值，从而改变了从冷却剂出口41流出的液体冷却剂的流量。

在本发明的第二实施例中，流量控制阀51可根据需要而调节从冷却剂出口41流出的液体冷却剂的流量。所以储存在第二贮存区37中的液体冷却剂的液面水平L2可以精确地位于所需位置，即冷却剂出口41上方。在冷却剂出口41中，没有空气会混合入液体冷却剂中。这可靠地防止了液体冷却剂起泡。

在将本发明应用于实践中，分离管不限于通过加工冲孔金属构件而形成。分离管也可以由金属网而形成。

工业应用性

根据本发明，没有空气混合入已清洁的液体。因此，液体完全不会起泡。不需要使用任何消泡剂。也不需要使用对液体冷却剂进行消泡的装置。

Claims (5)

1.一种用于从液体中分离固体杂质的旋风式分离器，其包括：

中空圆柱形主体，其在下端具有排出口；

进口，其将液体引入所述主体，并使液体在所述主体中打转，所述液体含有固体杂质；

清洁室，其设置在所述主体的上端；和

连通管，其将所述清洁室与所述主体的内部连接起来，

其中，当液体在所述主体中打转时，所述液体中所含有的杂质通过离心力被分离，这样分离的杂质沿着所述主体的内表面落下，并通过所述排出口排出；生成柱形空气层，其与由于所述液体打转而生成的涡流的中心线对准，并且通过所述连通管从所述排出口流向所述清洁室；形成清洁的液体层，其没有杂质并沿着所述柱形空气层的圆周表面上升，并且所述清洁液体在沿着所述空气层的圆周表面导入所述清洁室后从所述清洁室被排出，

其特征在于，在所述清洁室中设置有多孔分离管，且该多孔分离管与所述连通管相连接；并且提供有：设置在所述清洁室底部的第一贮存区，该第一贮存区围绕所述分离管且设置为临时储存流出分离管的液体；第二贮存区，其被设置为临时储存从所述第一贮存区流出的液体；以及液体出口，其开口在所述第二贮存区中储存的液体的液面水平以下。

2.如权利要求1所述的用于从液体中分离固体杂质的旋风式分离器，其特征在于，所述液体出口与排出管相连接，并且所述排出管具有节流部，其将储存在所述第二贮存区的所述液体的液面水平保持在预定位置。

3.如权利要求1所述的用于从液体中分离固体杂质的旋风式分离器，其特征在于，所述液体出口与排出管相连接，并且在所述排出管上设置有流量控制阀，所述流量控制阀调节从所述液体出口流出的液体的流量，从而将储存在所述第二贮存区中的所述液体的液面水平设置在预定位置。

4.如权利要求1到3中任一项所述的用于从液体中分离固体杂质的旋风式分离器，其特征在手，所述清洁室通过分隔壁与所述主体的内部隔离，所述分隔壁构成所述第一和第二贮存区的底部，所述第一和第二贮存区通过从所述分隔壁向上延伸的中空柱形壁而分隔，并且液体从所述中空柱形壁溢流出来，从所述第一贮存区流入所述第二贮存区。

5.如权利要求1到3中任一项所述的用于从液体中分离固体杂质的旋风式分离器，其特征在于，所述清洁室具有设置在所述第一和第二贮存区上方的顶板，空气积聚区设置在所述顶板和储存在所述第一和第二贮存区中的液体的液面水平之间，并且所述分离管在所述连通管和所述顶板之间延伸，并具有在所述空气积聚区上开口的出口。

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