CN101670212A - 用于从离心分离机中的气体分离纤维的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于从气流分离微粒的分离器，所述分离器包括：壳体，所述壳体包括形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径的第一圆柱状室，和第二圆柱状室，其中，所述第一圆柱状室与所述第二圆柱状室相邻，并且所述室由隔壁分隔；在所述第一圆柱状室中的转子组件；所述第一圆柱状室具有在所述转子组件和所述第一圆柱状室之间径向延伸的外部径向区域；到所述第一圆柱状室的流体入口端口和到所述第一圆柱状室的纤维出口端口，其中，所述入口端口和出口端口每一个与所述第一室的外部区域对准，并且其中，所述第二圆柱状室处于较低的压力下，以使来自气流的气体通过所述气体通道抽出。

Description

用于从离心分离机中的气体分离纤维的方法和设备

本申请要求于2008年2月27日递交的美国临时专利申请60/031,848的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及气流中携带的固体微粒的分离，更具体地，涉及流体中携带的木纤维的分离，以将至少一部分蒸汽从剩余的纤维和蒸汽流分离。

背景技术

在造纸中，木屑往往经受化学作用或经受机械和化学作用的结合，从而变为细纤维。通常，这些纤维通过管道在5,000至30,000英尺每分的速度下以蒸汽的方式被传送到其他加工工作台。

当蒸汽流中携带的纤维到达加工工作台时，通常，蒸汽和纤维的携带物经过旋风分离器使纤维从流体分离。可选地，美国专利4,253,857(’857专利)中描述了用于将木纤维从蒸汽分离的纤维-蒸汽分离离心机。如’857专利中所描述的，纤维进入壳体包括转子的离心机的壳体中。所述转子具有叶片端部，该叶片端部直接接合流经所述壳体的纤维和蒸汽。由转子施加到纤维的离心力易于将纤维移动到所述壳体的外周，并且进入所述壳体的纤维排放端口。与纤维经过所述壳体的路径相比较，流经所述壳体的蒸汽通过由在与所述壳体相邻的分离室中旋转的风扇产生的吸力向下抽向转子中心。

’857专利中公开类型的纤维-蒸汽分离器由于转子叶片端部摩擦壳体及纤维在转子边缘和壳体之间的小间隙中的堆积，因而出现问题。因此对于用于将纤维从纤维和蒸汽流中的蒸汽分离的改进的方法和设备存在长期的需要。

发明内容

已经开发了一种用于将微粒从气流中分离的分离器(例如将木屑纤维从蒸汽流中分离)，所述分离器包括：壳体，包括第一室，形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径；在所述第一室中的转子组件；所述室包括外部径向区域，具有由所述转子组件的外部半径形成的内部径向侧和由所述室的内表面形成的外部径向侧；到所述第一室的流体入口端口和到所述第一室的纤维出口端口，其中，所述入口端口和出口端口每一个与所述第一室的外部径向区域对准；和第二室，由气体通道结合到所述第一室，其中，所述第二室处于比所述第一室低的压力下，以使来自气流的气体通过所述气体通道抽吸，其中，到所述第一室中的气体通道的孔在所述外部径向区域的径向向里处。

已经开发了一种用于将微粒从气流分离的分离器，包括：壳体，包括形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径的第一圆柱状室，和第二圆柱状室，其中，所述第一圆柱状室与所述第二圆柱状室相邻，并且所述室由隔壁分隔；在所述第一圆柱状室中的转子组件；所述第一圆柱状室具有外部径向区域，其中，所述区域在所述转子组件和所述第一圆柱状室的内表面之间径向延伸；到所述第一圆柱状室的流体入口端口和到所述第一圆柱状室的纤维出口端口，其中，所述入口端口和出口端口每一个与所述第一室的外部区域对准，并且其中，所述第二圆柱状室处于比所述第一圆柱状室低的压力下，以使来自气流的气体通过所述气体通道抽吸，其中，到所述第一圆柱状室中的气体通道的孔在所述外部径向区域的径向向里处。

已经开发了一种用于将微粒从气流分离的方法，其中所述分离器包括壳体，所述壳体包括形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径的第一圆柱状室，和第二室，其中，所述第一圆柱状室与所述第二室相邻，所述方法包括：将气流引入所述第一圆柱状室的外部径向区域；在所述第一圆柱状室中使用所述第一圆柱状室中的转子组件产生旋转气流，其中，所述转子组件具有所述第一圆柱状室外部径向区域的径向向里的外部径向边缘；将所述旋转流用来移动气流经过所述外部径向区域，并且将离心力施加到到所述外部径向区域外部径向外周的气流中的微粒；从经过所述第一圆柱状室的周壁中的纤维出口端口的气流排出纤维；将从来自所述外部径向区域的气流的气体吸入所述第一圆柱状室中的孔，其中，所述孔在所述外部径向区域的径向向里处。

附图说明

图1是显示了纤维-蒸汽离心机侧视图的剖视示意图；

图2是显示了纤维-蒸汽离心机立体图和局部剖视图的示意图；

图3是显示了纤维-蒸汽离心机的另一个视图的剖视示意图；

图4是用于纤维-蒸汽离心机的转子组件、风扇和轴的立体视图。

具体实施方式

图1是纤维-蒸汽离心机10的剖视侧视图，离心机10具有通常圆柱状的并且包括第一圆柱状室14和第二圆柱状室16的主壳体12。圆形侧壁18分隔所述第一圆柱状室和第二圆柱状室。轴组件20延伸穿过所述主壳体的中心，并且安装在壳体中的轴承22上。

小转子组件24通过例如焊接的方式固定到所述轴上。所述小转子组件具有通常从所述轴径向向外延伸出并且部分延伸到所述第一圆柱状室14内的转子叶片26。叶片26的宽度基本上延伸所述第一室14的整个宽度(w)。当叶片在第一室中旋转时，叶片的侧边缘与第一室的侧壁30紧密贴近。优选叶片26的侧边缘与第一圆柱状室14的侧壁30之间基本上没有间隙。叶片侧边缘和所述室侧壁之间的紧密接近阻止纤维在侧壁和叶片边缘上的大量聚集。

叶片26的端部28部分延伸到第一圆柱状室14内，并且优选地不径向延伸经过到所述壳体12的入口端口34的径向向里边缘32。叶片不延伸到第一室14的外部径向区域36内，其中，径向区域36具有环形形状，所述环形形状具有从叶片端部28延伸到第一室的圆柱状周边的侧壁38的厚度(R)。通过示例，外部径向区域36的厚度(沿径向方向)可以大约等于转子叶片26的高度(h)。但是，外部径向区域的厚度可以根据离心机10的设计比叶片的高度窄或宽。

外部径向区域36为第一圆柱状室14中基本上开放的环形体积，其在转子叶片径向向外处。流经所述径向区域36的纤维不直接由转子叶片撞击，因而没有被叶片损坏或撕裂。入口端口34直接通到外部径向区域36，以使纤维和其他微粒可进入所述区域而没有撞在转子叶片上。而且，尽管非有意地，穿过入口端口34插入的螺旋输送机或其他机构的端部可延伸到所述径向区域36，而不造成对转子叶片或所述机构的损坏。

在第一圆柱状室14中的转子叶片26的旋转在外部径向区域36中产生纤维和蒸汽的旋转流。由叶片产生的蒸汽和纤维的旋转流延伸遍布所述室14，包括在环形外部径向区域36中。第一圆柱状室14中的旋转流在入口端口34处产生部分吸力，其将纤维和蒸汽抽入外部径向区域36内。进入入口端口34的纤维和蒸汽的速度可提供用于纤维和蒸汽沿旋转方向移动经过第一圆柱状室14的附加推动力。

第一圆柱状室14中的纤维和蒸汽旋转流将离心力施加到所述流中的纤维，所述流倾向于将纤维推入外部环形径向区域36内并且远离转子叶片26。所述流中的蒸汽，其具有比纤维小的质量，倾向于在所述圆柱状室14中被纤维径向向内移位。另外，所述蒸汽，或其至少一部分，由吸力抽到第一和第二圆柱状室14，16之间的隔壁18中的孔40。孔40用作使蒸汽从第一圆柱状室流到第二圆柱状室的气体通道。孔40优选与轴20同轴，并且基本上围绕所述轴延伸。所述孔可以是隔壁中孔的阵列，连续环状孔或仅部分围绕所述轴延伸的孔。孔40允许蒸汽从第一圆柱状室14排出，并且流入第二圆柱状室16中。

由于第一室14中旋转流的离心力将纤维推到外部环形区域36，所述外部环形区域36超过环形孔40的外径边缘42，因此纤维不流经所述环形孔。由于环形孔40不延伸到转子叶片的端部28或进入其中纤维聚集的外部径向区域36中，因此没有或几乎没有流经孔40的纤维。通过将蒸汽引导通过孔40将蒸汽从纤维流分离。

用于将蒸汽经过孔40抽出的吸气压力由在第二圆柱状室16中旋转的风扇44产生。风扇的叶片46将第二圆柱状室中的蒸汽和空气推到沿第二圆柱状室16的切线延伸的气体出口48。第二圆柱状室中的压力由通过风扇推出所述室的蒸汽和空气流降低。第二圆柱状室中压力的降低产生吸力，其通过孔40抽吸空气，并且抽出第一圆柱状室。风扇叶片46可基本上延伸第二圆柱状室的整个宽度和径向高度。

风扇44与轴组件20同轴，并且通过例如焊接固定到轴组件20。风扇、转子组件和轴优选以相同的旋转速度旋转。优选所述轴的旋转速度在1800转每分(RPM)至1100RPM之间，例如1500RPM。这些速度相对慢，并且倾向于使转子组件和风扇在其各自的第一圆柱状室和第二圆柱状室中产生旋转气流。第一圆柱状室中的旋转流处于足够将纤维推到第一圆柱状室的内周壁38的环流速度(annular velocity)。

图2是纤维-蒸汽离心机10的示意图，以剖视图显示了壳体12。轴通过皮带传动52结合到电机50。转子组件、风扇和轴的旋转速度由皮带传动和所述电机确定。

纤维出口管道54从第一圆柱状室14的底部垂直向下延伸。纤维和一部分没有抽到第二室的蒸汽从纤维出口管道排出。优选地，纤维出口管道54从第一圆柱状室沿第一室14的切线延伸。而且，出口管道54优选从入口端口34围绕第一圆柱状室14的周界以约90度偏离。纤维和蒸汽流通过入口端口34进入第一圆柱状室14，移动经过第一圆柱状室的90度，并且纤维离开所述室到纤维出口管道54。

图3是部分以剖视图显示的纤维-蒸汽离心机10的侧视图。纤维经过离心机的流动路径56由经过用于纤维和蒸汽流的入口管道58的箭头显示。当流体经过入口端口34时，流体通过来自所述流体入口速度的动量和所述室中由旋转的转子组件24及其相应的转子叶片26产生的旋转流推动经过第一圆柱状室14。

由于所述室的通常圆形周界(参见内壁38)，流体在第一圆柱状室14中转向。流体从流体经过入口端口34的例如水平的方向转向到流体在出口端口60处并且进入出口管道54的例如垂直的方向。流体在第一圆柱状室中的转向量，例如90度，应足够使流体中的纤维朝向第一圆柱状室的内周壁38推动，使蒸汽抽入孔40，并且由此与纤维分离。

优选地，用于纤维流的出口端口60为内周壁38中的槽孔。出口60的孔的尺寸可选择来使沿周壁38移动的纤维流出室14而没有从所述室排出过量的气体。如图3中所示，出口60为具有比等同于图1中所示的入口孔34的面积和形状相对较小面积的出口。纤维出口60直接通到纤维出口管道54。该管道54的横截面积可显著大于纤维出口60的面积，如从第一圆柱状室14周界处的内壁38的部分62明显可见的。

图4是转子组件24的立体视图，显示了转子叶片26、风扇44和风扇叶片以及轴组件20。转子组件24和风扇44肩并肩同轴安装在轴组件20上，例如通过焊接。转子叶片和风扇叶片阵列的每一个可包括环形支架64。环形支架提供结构刚度和对叶片的支撑，并且辅助保持适当的径向排列。

纤维蒸汽离心分离器10不限于将纤维从蒸汽分离。本文公开的所述分离器为对分离携带在气流中，更具体地气态蒸汽中的微粒有用的分离器的示例性实施例。所述分离器具有几个优点，包括将微粒从蒸汽分离而不直接接触微粒的能力。所述分离器可用于将可能通过与转子叶片或其他机械运动部件接触而受损坏的微粒分离。

虽然本发明已经关于目前被认为是最实用和优选的实施例进行了描述，但是应可理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改进和等同布置。

Claims (18)

1、一种用于从气流分离微粒的分离器，所述分离器包括：

壳体，包括形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径的第一室；

位于所述第一室中的转子组件；

所述第一室包括外部区域，所述外部区域具有与所述转子组件的外径相邻的内圆周侧和由所述第一室的内部表面形成的外周侧；

到所述第一室的流体入口端口和从所述第一室出来的纤维出口端口，其中，所述入口端口和出口端口每一个与所述第一室的外部区域对准，和

由气体通道结合到所述第一室的第二室，其中，到所述第一室中的气体通道的孔在所述外部径向区域的径向向里处。

2、根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述转子组件包括转子叶片，并且所述转子叶片的端部与所述外部区域的内周侧相邻。

3、根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述外部径向区域形成基本上没有运动的机械部件的、位于所述流体入口端口和所述纤维出口端口之间的流动通道。

4、根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述第一室为圆柱状室，并且所述第二室为圆柱状室，其中，所述第一室与所述第二室相邻，并且所述室由隔壁分隔。

5、根据权利要求4所述的分离器，其特征在于，所述气体通道为所述隔壁中的孔。

6、一种用于从气流中分离微粒的分离器，所述分离器包括：

壳体，包括形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径的第一室，和第二室，其中，所述第一室与所述第二室相邻，并且所述室由隔壁分隔；

位于所述第一室中的转子组件；

所述第一室具有外部径向区域，其中，所述区域在所述转子组件和所述第一室的内表面之间径向延伸；

到所述第一室的流体入口端口和从所述第一室出来的纤维出口端口，其中，所述入口端口和出口端口每一个均与所述第一室的外部区域对准，并且

其中，到所述第一圆柱状室中的气体通道的孔在所述外部径向区域的径向向里处。

7、根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述分离器还包括与所述第一圆柱状室中的压力相比较可减小所述第二室中压力的所述第二室中的风扇，其中，所述风扇包括径向向外延伸超过所述转子组件的转子叶片的风扇叶片。

8、根据权利要求7所述的分离器，其特征在于，所述分离器还包括所述壳体中的轴，其中，所述转子组件和风扇同轴安装在所述轴上。

9、根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述转子组件包括延伸不超过所述第一室的径向尺寸的一半的转子叶片。

10、根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述转子组件包括转子叶片，并且所述转子叶片的端部延伸到所述外部区域的内部径向侧。

11、根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述外部区域形成基本上没有运动的机械部件的、位于所述流体入口端口和所述纤维出口端口之间的流体通道。

12、根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述流体入口端口和所述纤维出口端口切向于所述第一室的内表面。

13、根据权利要求12所述的分离器，其特征在于，所述流体入口端口以至少九十度从所述纤维出口端口关于所述第一圆柱状室偏离。

14、一种使用分离器将微粒从气流分离的方法，所述分离器包括形成用于气流经过所述分离器的弯曲流动路径的第一室，和第二室，其中，所述第一室与所述第二室相邻，所述方法包括：

将气流引入所述第一室的外部区域；

在所述第一室中使用所述第一室中的转子组件产生旋转气流，其中，所述转子组件具有所述第一室外部区域径向向里的外部径向边缘；

将所述旋转流用来移动气流经过所述外部区域，并且用于将离心力施加到到所述外部区域外部径向周界的气流中的微粒；

将来自所述气流的纤维通过所述第一室的周壁中的纤维出口端口排出；

将从来自所述外部区域的气流的气体吸入所述第一室中的孔，其中，所述孔在所述外部区域的径向向里处。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述孔通到处于比所述第一室压力低的第二室，并且气体的吸力由所述第一室和所述第二室之间的压力差产生。

16、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述微粒流经所述外部区域而不与所述分离器的运动的机械部件碰撞。

17、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将气流引入到所述外部径向区域包括气流沿通常切向于所述外部区域的路径的移动。

18、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，气流包括蒸汽和微粒，所述微粒包括木纤维。

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