CN101511489B - 带有一个具有水平旋转轴线的转子的离心机 - Google Patents

Abstract

螺旋离心机，包括一个具有滚筒(2)的转子，该滚筒具有水平的旋转轴线(D)，该螺旋离心机具有：具有水平旋转轴线(D)的所述滚筒(2)；一个相对于可旋转的滚筒能带有转速差地旋转的、在滚筒内设置的螺旋件(3)；在滚筒(2)的两个轴向端上的、用以支承滚筒(2)的轴承装置(10、11)；弹簧元件(17、18)，用于在机架(16)或基础上弹性支承滚筒(2)；在滚筒的两个轴向端上分别设置至少两个支承滚筒(2)的弹簧元件(10、11)；其中，弹簧元件(17、18)垂直或基本上垂直地定向；弹簧元件为了滚筒在机架或基础上的弹性支承而在非径向方向起压力元件的作用；转子或滚筒的长度与转子或滚筒的直径之比大于2。

Description

带有一个具有水平旋转轴线的转子的离心机

技术领域

本发明涉及一种螺旋离心机。

背景技术

由EP 0 107 470 B1和US 4 504 262已知弹性支承倾析机(沉降型螺旋离心机)的滚筒。对此弹簧构成为螺旋弹簧，其径向于旋转轴线定向。通过各螺栓(其通过各螺旋弹簧)分别实现在滚筒轴承的轴承箱与支承环之间的弹性支承，支承环同心于轴承箱设置并且固定在机架上或与其连接。这样应有可能将工作转速调节在系统的主谐振频率以上。在结构上在轴承箱与围绕它的支承环之间应该仅有较小的间隙。

WO 94/07605披露一种类似于上述文件的结构，但其中只用弹簧支承滚筒的一个轴向端。

DE 43 15 694 A1披露一种长形的离心机，其具有一用于减小机体噪声传播的装置。

DE 26 06 589 A1、DE 31 34 633 A1和DE 66 09 011已披露各个轴承，其适用于短构造的滚筒并且不是支承地而是悬伸地设计的。

关于技术背景还可列举DE 26 32 586 A1、US 2094058、US 4640770和DE 711095C。

发明内容

面对现有技术本发明的目的是，为一同类的离心机提供滚筒或包括滚筒的整个转子的改进的弹性支承。特别是应适用于长形的结构，其中转子长度与转子直径之间的比例大于2。

本发明实现一种螺旋离心机，包括一个具有滚筒的转子，该滚筒具有水平的旋转轴线，该螺旋离心机具有：具有水平旋转轴线的所述滚筒；相对于可旋转的滚筒能带有转速差地旋转的、在滚筒内设置的螺旋件；在滚筒的两个轴向端上的、用以支承滚筒的轴承装置；弹簧元件，用于在机架或基础上弹性支承滚筒；在滚筒的两个轴向端上分别设置至少两个支承滚筒的弹簧元件；各弹簧元件垂直或基本上垂直地定向，亦即与垂直线成0°至30°的角度地定向；弹簧元件为了滚筒在机架或基础上的弹性支承而在非径向方向起压力元件的作用；转子或滚筒的长度与转子或滚筒的直径之比大于2。

优选用组合的弹簧/阻尼元件实现支承或用弹簧元件和与弹簧元件分开的阻尼元件实现支承。

通过本发明的主题，弹性支承滚筒或包括滚筒的整个转子，而在弹性支承的区域内没有在能相互相对运动的元件之间的狭小的间隙，其使系统较难于控制。

由此不同于现有技术，现在无问题地有可能以一工作转速操作滚筒，该工作转速明显位于系统的主谐振频率(转子特性形式)以上。

这样提供一种具有水平旋转轴线的离心机，其具有转子的优化的弹性支承，从而在工作中产生优化的性能。

本发明特别适用于长形的结构，其中转子或滚筒的长度与转子或滚筒的直径之间的比例尤其大于2、优选大于2.5、特别是大于3。

根据长度在很长的转子中在确定的频率时构成转子的弯曲特性形式或弯曲线。这些频率通常稍微位于通用的工作转速以上。

将转子固有频率(其可以限制可能的工作转速)通过支架质量或基础质量的脱接移向较高的频率。借此有可能显著提高工作转速。

由于弹簧元件除弹簧特性之外尤其也具有值得一提的阻尼的特性或由于除支承的弹簧元件外还设有阻尼元件，允许关于能振动的转子系统的有针对性的阻尼，这提供若干其他的优点。

这样将在螺旋离心机起动和停机的过程中在通过例如转子系统的临界转速(谐振转速或谐振频率)时相对于机架或基础的偏移限制到很小的数值。借此避免运动的元件对固定的元件的碰撞。

通过本发明的设计变成可能的是，关于第一转子固有频率超临界地以很高的转速操作螺旋离心机，从而工作转速可以位于转子或转子部件(滚筒和螺旋件)的第一谐振频率以上。

还由于只走过小的位移，相对于至今对于一超临界的工作建议的解法可以没有或甚至以微小的阻尼减小滚筒与捕集器之间的间隙。

由于减小了间隙，也简化其密封。

弹簧和阻尼元件优选具有依赖于频率的不恒定的特性，从而偏移位移、亦即转子在谐振频率时相对于基础或机架偏移的位移的最小化是可能的。

由于滚筒填充液体，当其在工作中旋转时，螺旋离心机的液体也可以激发振动，在起动和停机过程中部分填充时尤其如此。

通过弹性和阻尼的组合还可以达到，不从外面激励不允许地激发转子振动。

从外面激励通常只以一较小的振幅出现。

但它们可以偶然正好激发系统的谐振。在过弱阻尼的系统中转子则进入不符合要求的振动中。

通过弹簧元件直接在滚筒轴承上选择的定位还能够实现一沿垂直的和水平的方向的各向同性的阻尼，通过阻尼器的适合的匹配也可按要求的方式影响它(各向异性)。有利的是各向同性的阻尼。

阻尼是依赖于转速和位移的并且设计成使在当通过转子固有频率的低转速时已存在高的阻尼，而在谐振频率以上的工作转速时存在较小的阻尼。因此在通过固有频率时有效地限制振动。

在谐振中阻尼应该处在至少3％，在阻尼在10％与30％之间时达到特别好的结果。所谓阻尼应该被理解为振动能量转变为另一能量形式例如热。能量转变导致，减小在谐振频率的范围内的振幅。按百分比计算的阻尼数据在理论的阻尼量D的意义上理解为：

D＝d/ω，

其中d＝k/(2m)

(包络e函数的阻尼常数)

${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{(c/m)}$

ω₀＝无阻尼的系统的固有频率

c＝弹性常数。

在工作转速时相反微小的阻尼导致小的动态的轴承力，这使高的轴承寿命是可能的。对此有利的是，将系统调谐成使在一转速时达到谐振频率，该转速小于工作转速的70％，优选小于一半的工作转速。

总之，按照本发明可实现一特别为沉降型的螺旋离心机，借其可以开动一特别高的工作转速。

作为特别的优点还应提到，虽然是高的工作转速，按照本发明仍构成一较低声工作的螺旋离心机，因为降低了机体噪声的产生或者它是特别低的，因为由旋转的系统没有发生向壳体或支架的直接的无阻尼的机架噪声传播。

当螺旋离心机按照本发明设计时，螺旋离心机的壳体也构成特别紧凑的。

有利的是，弹簧元件具有螺旋弹簧，并且所述螺旋弹簧的纵轴线垂直或基本上垂直地定向，亦即与垂直线成0°至30°的角度地定向。

有利的是，各螺旋弹簧与垂直线成0°至15°的角度定向。

有利的是，弹簧元件在至少两个相互垂直的方向具有高的弹簧刚度。

有利的是，将结构设计成使得每一螺旋弹簧在垂直方向受压和在水平方向受剪切。

有利的是，弹簧元件在安装的状态下在其纵轴线垂直定向时具有水平的弹簧刚度，该水平的弹簧刚度为垂直的弹簧刚度的30％至100％。

有利的是，弹簧元件在其纵轴线垂直定向时具有水平的弹簧刚度，该水平的弹簧刚度为垂直的弹簧刚度的50％至100％。

有利的是，在弹簧元件的旁边设置与弹簧元件在空间上分开设置的阻尼元件，用以支承滚筒。

有利的是，将分开的阻尼元件或组合的弹簧和阻尼元件的阻尼根据转速设计成使在通过转子特性形式的低转速时已存在高的阻尼，而在谐振频率以上的工作转速时存在较低的阻尼。

有利的是，在滚筒的每一端上设置两个弹簧元件，它们在侧面在滚筒的旁边设置。

有利的是，在滚筒的每一端上将两个弹簧元件在侧面在滚筒的旁边设置在轴承装置的轴承箱的悬臂与机架之间。

有利的是，两个悬臂从轴承箱的外圆周向相反的彼此远离的方向伸出。

有利的是，两个悬臂水平定向或倾斜于水平线定向。

有利的是，两个悬臂设置在滚筒的旋转轴线的上方。

有利的是，轴承装置分别具有两个轴承，其中弹簧元件设置在一个垂直于旋转轴线的平面内，该平面位于两个轴承之间。

有利的是，弹簧元件沿其轴向方向的中心在侧面在轴承的旁边位于一个等于轴承中心的高度的高度上。

有利的是，所述轴承之一是深沟球轴承而另一轴承是一圆柱滚子轴承，和/或在轴承装置的每一轴承箱内设置两个轴承。

有利的是，轴承的间距尺寸这样确定，即该间距至少相当于一半的轴承内径。

有利的是，螺旋离心机这样设计，即在谐振中阻尼为至少3％、优选在谐振中阻尼处在10％与30％之间。

附图说明

以下参照附图借助各实施例更详细描述本发明。其中：

图1显示一示意示出的沉降型螺旋离心机的侧视图；

图2显示图1中的螺旋离心机的一轴承装置的区域的相对于图1旋转90°的视图；以及

图3显示一沉降型螺旋离心机的一轴承装置的区域的另一实施形式的类似于图2的视图。

具体实施方式

图1示出一沉降型螺旋离心机，包括一外壳1，该外壳包围一可旋转的具有水平旋转轴线D的滚筒。

在滚筒2中设置一可用一不同于滚筒2的转速旋转的螺旋件3。

在这里示例性一驱动装置用作驱动，其包括一具有传动级4、5的传动装置，其中经由带传动6、7由一第一马达8和一第二马达9驱动传动级4。

滚筒2或整个的转子作为沉降型螺旋离心机的整个旋转的区域(其至少具有主轴19、滚筒2和螺旋件3)借助于轴承装置10、11可旋转地支承，其设置在滚筒2的两个轴向端部上。

示例性并且有利的是，在这里两个轴承装置中的一个轴承装置10在两个传动级4、5之间轴向在滚筒2的一轴向端之外，而另一轴承装置11轴向在滚筒2的另一轴向端之外绕主轴(部分)19设置。

轴承装置10、11优选分别包括两个滚动轴承或滑动轴承12、13，它们带有轴承箱14、15，轴承箱借助于弹簧元件17、18支承在一机架16上。

特别有利的是，一个轴承12构成为深沟球轴承而另一轴承13构成为圆柱滚子轴承，从而利用圆柱滚子轴承达到一径向的支承和利用深沟球轴承达到一轴向的和一径向的支承。

但由于微小的轴向力也有可能，不用深沟球轴承而使用另一圆柱滚子轴承作为固定轴承，其配备相应的凸边。

转子在其两轴向端分别借助于两个弹簧元件17、18弹性地支承在机架16上或一基础上。同时各弹簧元件为了滚筒2在机架16或基础上的弹性支承而在非径向方向上起压力元件的作用。

两弹簧元件17、18在这里在优选的实施形式中关于旋转轴线D轴向设置在轴承装置10、11的区域内，优选将它们沿轴向甚至设置在每一轴承装置10、11的两个轴承12、13之间的一个平面内。

对此弹簧元件17、18按照图2的实施形式构成为组合的弹簧和阻尼元件，其关于水平旋转轴线D(在图1的坐标系中沿X方向)垂直或基本上垂直地(沿Z方向)定向。

这如下达到，即如由图2显而易见的，将弹簧和阻尼元件设置在轴承箱14、15上的悬臂20、21与机架16之间。两悬臂20、21优选从轴承箱的外圆周向相反的彼此远离的方向伸出。同时按图2实现一垂直于旋转轴线的水平的定向和按图3实现一稍微倾斜于水平线(Y)的设置。悬臂20、21优选设置在滚筒的水平定向的旋转轴线上方。弹簧和阻尼元件17、18优选侧面在滚筒的旁边设置成使其上端位于滚筒2的旋转轴线D的上方而其下端位于滚筒2的旋转轴线的下方(图2)。优选弹簧的中心沿其轴向方向侧面在轴承的旁边位于一高度上，该高度相应于轴承中心的高度。

弹簧元件17、18在垂直或基本上垂直的定向的这样的布置因此有可能，弹簧元件17、18在多个方向-图2中在垂直的和水平的方向-具有一刚度。

补充地使用优选组合的弹簧和阻尼元件17、18。

这样的组合的弹簧和阻尼元件本身是已知的。

其可以在结构上例如这样来实现，即作为弹簧元件17、18采用相应设计的螺旋弹簧，它们分别设置在一填充粘性液体或粘性物质的、优选封闭的容器中。

通过弹簧元件17、18在轴承箱侧面的定位能够在垂直的和水平的方向实现转子的几乎各向同性的弹性支承。

此外通过弹簧元件的垂直的和水平的弹性刚性的匹配可以以符合要求的方式影响两弹性刚性的比例。

在图1的结构中这例如通过螺旋弹簧的长度与直径之间的比例的匹配来实现。

每一螺旋弹簧在垂直方向受压。水平的转子运动相反导致弹簧中的剪切。有利的是一实施形式，其中水平的刚度为垂直的刚度的约30～100％。

通过刚度在所有的方向(也在轴向方向)的利用有可能采用组合的弹簧阻尼元件并且相应地特别是平行或几乎平行地设立这些元件。

对此在垂直方向按图2的方式的平行定位变成优选的。

但也有可能将弹簧元件17、18分别稍微倾斜于垂直线Z定向(与垂直线Z成角度α)。

图3示出一这样的实施形式，包括两个向上相互倾斜的弹簧，但它们并不径向定位。也可设想，成角度α分别相背定向(未示出)。

优选在构成为螺旋弹簧的弹簧元件17、18的纵轴线之间在这里相对于垂直线Z的角度α分别在0°与最大30°之间、特别优选在0°与15°之间。

垂直的定向提供的优点是，具有粘性物质的容器不必特别地密封，这如图3中所示在选择不垂直的定向时可能是必需的。

由于通过各弹簧元件可摆动运动地支承各轴承座，滚筒轴承在轴承座与滚筒之间也必须能够承受倾覆力矩。

这通过两轴承12、13以一定的间距在轴承座中的设置达到。轴承12、13的间距尺寸优选这样确定，即其至少相当于一半的轴承内径。

在一定位的轴承装置的情况下这适用于支承底座。

本发明适用于在固定轴承-浮动轴承结构中、在定位的轴承装置、浮动的轴承装置、双列轴承装置、不同型式的滚动轴承和滑动轴承中实现。

特别有利的是固定轴承-浮动轴承结构。

固定轴承-浮动轴承结构允许较简单的安装且不需要定位的调整。

优选经由传动带直接在弹性支承的滚筒2上实现滚筒2的驱动。通过弹簧元件17、18的刚度的适合的匹配达到，通过带传动引起的轴力的可能的变化(例如通过在旋转区域内离心力引起的偏压力的减小)没有导致不允许的工作状态。

马达8、9也可与机架脱接。也可设想，特别在轴台型式中，将各马达与机架脱接。特别有利的是，采用多个马达8、9，它们设置在一共同的板上。

全部部件在一共同的壳体内或其上的安装允许构成为完成安装的总成，其由工厂完整地经检验提供。

然后顾客后面的安装限于敷设电缆和连接管道。

按图3弹簧元件17、18(示意示出的)在当地/结构上与各阻尼元件23分开设置。弹簧元件17、18在这里可以再次是螺旋弹簧，反之可以将液压阻尼器或气动阻尼器(必要时可控的型式)用于阻尼。

附图标记清单

1      外壳

2      滚筒

D      旋转轴线

3      螺旋件

4、5   传动级

6、7   带传动

8、9   马达

10、11 轴承装置

12、13 滚动轴承或滑动轴承

14、15 轴承箱

16     机架

17、18 弹簧元件

19     主轴

20、21 悬臂

23     阻尼元件

Z      垂直线

X      轴向线

Y      水平线

Claims (27)

1.螺旋离心机，包括一个具有滚筒(2)的转子，该滚筒具有水平的旋转轴线，该螺旋离心机具有：

a.具有水平旋转轴线(D)的所述滚筒(2)；

b.相对于可旋转的滚筒能带有转速差地旋转的、在滚筒内设置的螺旋件(3)；

c.在滚筒(2)的两个轴向端上的、用以支承滚筒(2)的轴承装置(10、11)；

d.弹簧元件(17、18)，用于在机架(16)或基础上弹性支承滚筒(2)；

e.在滚筒的两个轴向端上分别设置至少两个支承滚筒(2)的弹簧元件(17、18)；

其特征在于：

f.弹簧元件(17、18)垂直或基本上垂直地定向，亦即与垂直线(Z)成0°至30°的角度地定向；

g.弹簧元件(17、18)为了滚筒(2)在机架(16)或基础上的弹性支承而在非径向方向起压力元件的作用；

h.转子或滚筒的长度与转子或滚筒的直径之比大于2。

2.按照权利要求1所述的螺旋离心机，其特征在于，转子或滚筒的长度与转子或滚筒的直径之比大于2.5。

3.按照权利要求2所述的螺旋离心机，其特征在于，转子或滚筒的长度与转子或滚筒的直径之比大于3。

4.按照权利要求1至3之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件(17、18)构成为组合的弹簧和阻尼元件。

5.按照权利要求1至3之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，经由弹簧元件和与弹簧元件分开的阻尼元件实现支承。

6.按照权利要求4所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件(17、18)具有螺旋弹簧，并且所述螺旋弹簧的纵轴线垂直或基本上垂直地定向，亦即与垂直线(Z)成0°至30°的角度地定向。

7.按照权利要求5所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件(17、18)具有螺旋弹簧，并且所述螺旋弹簧的纵轴线垂直或基本上垂直地定向，亦即与垂直线(Z)成0°至30°的角度地定向。

8.按照权利要求6或7所述的螺旋离心机，其特征在于，各螺旋弹簧与垂直线成0°至15°的角度地定向。

9.按照权利要求1至3、6、7之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件(17、18)在至少两个相互垂直的方向具有高的弹簧刚度。

10.按照权利要求6或7所述的螺旋离心机，其特征在于，将结构设计成使得每一螺旋弹簧在垂直方向受压和在水平方向受剪切。

11.按照权利要求1至3、6、7之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件(17、18)在安装的状态下在其纵轴线垂直定向时具有水平的弹簧刚度，该水平的弹簧刚度为垂直的弹簧刚度的30％至100％。

12.按照权利要求11所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件(17、18)在其纵轴线垂直定向时具有水平的弹簧刚度，该水平的弹簧刚度为垂直的弹簧刚度的50％至100％。

13.按照权利要求5所述的螺旋离心机，其特征在于，在弹簧元件(17′、18′)的旁边设置与弹簧元件在空间上分开设置的阻尼元件(22)，用以支承滚筒。

14.按照权利要求4所述的螺旋离心机，其特征在于，将组合的弹簧和阻尼元件的阻尼根据转速设计成使在通过转子特性形式的低转速时已存在高的阻尼，而在谐振频率以上的工作转速时存在较低的阻尼。

15.按照权利要求5所述的螺旋离心机，其特征在于，将分开的阻尼元件的阻尼根据转速设计成使在通过转子特性形式的低转速时已存在高的阻尼，而在谐振频率以上的工作转速时存在较低的阻尼。

16.按照权利要求1至3、6、7、12至15之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，在滚筒的每一端上设置两个弹簧元件(17、18)，它们在侧面在滚筒(2)的旁边设置。

17.按照权利要求16所述的螺旋离心机，其特征在于，在滚筒(2)的每一端上将两个弹簧元件在侧面在滚筒的旁边设置在轴承装置的轴承箱(14、15)的悬臂(20、21)与机架(16)之间。

18.按照权利要求17所述的螺旋离心机，其特征在于，两个悬臂(20、21)从轴承箱(14、15)的外圆周向相反的彼此远离的方向伸出。

19.按照权利要求17或18所述的螺旋离心机，其特征在于，两个悬臂(20、21)水平定向。

20.按照权利要求17或18所述的螺旋离心机，其特征在于，两个悬臂(20、21)倾斜于水平线定向。

21.按照权利要求17或18所述的螺旋离心机，其特征在于，两个悬臂(20、21)设置在滚筒的旋转轴线的上方。

22.按照权利要求1至3、6、7、12至15、17、18之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，每个轴承装置(10、11)分别具有两个轴承(12、13)，其中弹簧元件(17、18)设置在一个垂直于旋转轴线的平面内，该平面位于两个轴承(12、13)之间。

23.按照权利要求1至3、6、7、12至15、17、18之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，弹簧元件沿其轴向方向的中心在侧面在轴承的旁边位于一个等于轴承中心的高度的高度上。

24.按照权利要求22所述的螺旋离心机，其特征在于，所述轴承(12、13)之一是深沟球轴承而另一轴承是一圆柱滚子轴承，和/或在轴承装置的每一轴承箱(14、15)内设置两个轴承。

25.按照权利要求22所述的螺旋离心机，其特征在于，轴承(12、13)的间距尺寸这样确定，即该间距至少相当于一半的轴承内径。

26.按照权利要求1至3、6、7、12至15、17、18、24、25之一项所述的螺旋离心机，其特征在于，螺旋离心机这样设计，即在谐振中阻尼为至少3％。

27.按照权利要求26所述的螺旋离心机，其特征在于，螺旋离心机这样设计，即在谐振中阻尼处在10％与30％之间。

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