CN102164680B - 离心分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离心分离器，其具有固定部件、非旋转部件和旋转部件，非旋转部件弹性地连接到固定部件，旋转部件绕旋转轴线(x)旋转且包括离心机转子(6)和旋转轴承接纳元件(9)。离心机转子(6)包括具有多个分离盘(14)的盘封装(13)。旋转部件以刚性方式由轴颈支承于非旋转部件中，使得旋转部件和非旋转部件能够相对于固定部件共同枢转。驱动布置驱动该旋转部件以绕旋转轴线(x)在一定转数范围内旋转。入口通道(16)延伸到内部分离空间(8)以供给待分离的介质。出口通道(17)从内部分离空间(8)延伸出来以排放分离的产物。轴承接纳元件(9)是管状的。入口通道和出口通道中的至少一个延伸穿过轴承接纳元件。

Description

离心分离器
技术领域
本发明涉及离心分离器，参看SE-C-507107。
背景技术
SE-C-507107公开了一种离心分离器，其包括固定部件，非旋转部件以及旋转部件，固定部件形成基座，非旋转部件包括支架且通过弹性连接件而弹性地连接到固定部件，旋转部件构造成绕旋转轴线旋转且包括离心机转子。离心机转子包括转子壳体和旋转轴承接纳元件，转子壳体形成内部分离空间，旋转轴承接纳元件呈心轴形式。离心机转子包括盘封装，其具有多个分离盘。旋转部件以刚性方式由轴颈(journalled)支承于非旋转部件中，使得旋转部件和非旋转部件能够通过弹性连接件而相对于固定部件共同枢转。驱动布置驱动该旋转部件以绕该旋转轴线在一定转数范围内旋转，转数范围从零到每分钟最大转数且包括至少一个操作转数。入口通道(未公开)延伸到内部分离空间以供给待分离的介质。固定地附连到固定部件的出口通道从内部分离空间延伸出来以排放所分离的产物。
WO2007/125066公开了另一种类似分离器，其中驱动马达的定子固定地连接到固定部件。
在历史上，离心分离器通常设计为具有相对较长且较薄的心轴，该心轴允许离心机转子侧向枢转或振荡。所有离心分离器具有多个临界转数，在这些临界转数，发生离心机转子的这种枢转或侧向偏转。需要以相对较高转数来驱动离心分离器以实现高效分离。这些所需转数通常至少高于第一临界转数。因此当开始分离过程时，必须经过第一临界转数。在高于第一临界转数的转数范围内实现稳定操作。
常规类型的离心分离器还具有关于离心机转子和设于其中的盘封装可制成多高的限制。此限制至少部分地取决于离心机转子的惯性矩的关系，即在离心机转子的极惯性矩与离心机转子的直径(diametrical)惯性矩之间的关系。如果此惯性矩关系太小，则难以实现稳定操作。将需要尽管惯性矩关系形成限制但是能够使离心机转子更高，这是因为可提供更多的分离盘且可增加分离容量。
发明内容
本发明的目的是为了克服上文所提到的问题。特别地，针对一种离心分离器，其可制造成具有相对较高的离心机转子且可以以稳定方式操作。而且，针对一种构造，其可以以容易的方式修改和适应具有不同高度的离心机转子。
这个目的由最初限定的离心分离器实现，其特征在于，轴承接纳元件是管状的且入口通道和出口通道中的至少一个延伸穿过轴承接纳元件。这种管状轴承接纳元件可具有高刚度，同时可实现从分离空间的一端接近。相对刚性的轴承接纳元件与非旋转部件组合，由于弹性连接件允许非旋转部件随离心机转子和轴承接纳元件枢转且形成相对较大的共同枢转质量，故允许在相对较高的离心机转子和相对较高盘封装的情况下的稳定操作，且特别地转子动态稳定操作。
根据本发明的一实施例，入口通道以刚性方式连接到非旋转部件且由非旋转部件包括(comprised)。有利地，入口通道可延伸穿过管状轴承接纳元件。入口通道因此形成共同枢转质量的一部分。
根据本发明的另一实施例，出口通道以刚性方式连接到非旋转部件且由非旋转部件包括。有利地，出口通道可延伸穿过管状轴承接纳元件。同样，出口通道因此形成共同枢转质量的一部分。由于入口通道和出口通道延伸穿过轴承接纳元件的现实，故到离心机转子和内部分离空间的所有连接件可在相同方向上延伸。因此，仅需要穿过转子壳体的一个开口，这意味着构造可以以容易的方式适应具有不同高度的盘封装。由于入口通道和出口通道包括或形成非旋转部件的部分，其具体地设于轴承接纳元件中且本身为刚性的或者基本上刚性的，故可避免在转子壳体(一方面)与入口通道和出口通道(另一方面)之间的相对枢转移动。
根据本发明的又一实施例，轴承接纳元件是刚性的且构造成维持在整个转数范围内平行于旋转轴线的恒定直延伸。
根据本发明的再一实施例，盘封装具有外径D且轴承接纳元件具有内径d，且其中d/D大于或等于0.2。
根据本发明的再一方面，盘封装具有外径D且和高度H，且其中H/D大于或等于0.8。
根据本发明的另一实施例，旋转部件包括两个临界转数，其都从相对于固定部件在径向上的所述可枢转性得出，且其中操作转数高于两个临界转数。存在用于实现转数范围内仅两个临界转数的不同条件。这些条件包括下列条件中的至少某些，主要为旋转部件以刚性方式由轴颈支承于非旋转部件中，旋转部件不能相对于非旋转部件轴向移动，旋转部件和非旋转部件不能相对于固定部件轴向振荡，以及旋转部件和非旋转部件不能相对于固定部件绕旋转轴线转动(扭转振荡)。当旋转部件经过这两个临界转数且到达操作转数时，即为了进行高效分离而使离心分离器操作的所需转数，实现转子动态稳定操作。
根据本发明的另一实施例，非旋转部件具有相对于横向轴线的惯性矩JI，横向轴线垂直于旋转轴线延伸且穿过旋转部件和非旋转部件的共同重心，其中旋转部件具有相对于横向轴线的直径惯性矩JR和相对旋转轴线的极惯性矩JP，且其中1.1*JP小于JR+JI。
根据本发明的另一实施例，非旋转部件具有质量mI且旋转部件具有质量mR，其中mI/mR大于或等于0.1。
根据本发明的另一实施例，驱动布置包括电马达。有利地，电马达可包括转子和定子，定子由非旋转部件包括。而且，转子可由旋转部件包括且设于旋转部件上。也能使驱动布置还包括动力传输元件，其中动力传输元件与由旋转部件包括且设于旋转部件上的驱动轮接合，且布置成将驱动力从电马达传输到驱动轮。
根据本发明的再一实施例，离心分离器包括保护盖，其由固定部件包括且封闭离心机转子。
根据本发明的另一实施例，非旋转部件包括承载元件，其中离心分离器包括轴承布置，其由旋转部件和非旋转部件包括，且设于轴承接纳元件与承载元件之间并连接至轴承接纳元件和承载元件，且其中承载元件、轴承布置和轴承接纳元件形成刚性单元。有利地，定子可设于承载元件上且以刚性方式连接于承载元件上。
附图说明
现通过各种实施例的描述且参看附图来更确切地解释本发明。
图1公开了根据本发明的离心分离器的第一实施例的截面图。
图2公开了根据本发明的离心分离器的第二实施例的截面图。
具体实施方式
图1公开了一种离心分离器，其包括下列部件或由下列部件组成：固定部件、非旋转部件和旋转部件。
固定部件形成基座4，其位于地面上，例如地板上。非旋转部件通过弹性连接件5弹性地连接到固定部件，即连接到基座4。弹性连接件5可包括具有弹性和阻尼性质的多个弹性元件或者任何形式的主动阻尼元件。弹性元件安置为围绕旋转轴线x且在所公开的实施例中安置成环形构造。旋转部件构造成绕旋转轴线x旋转且包括离心机转子6。弹性连接件5，即弹性元件或任何其它主动阻尼元件，构造成使得旋转部件和非旋转部件可相对于固定部件枢转或振荡，从而防止旋转部件和非旋转部件轴向振荡或者绕该旋转轴线x转动，即防止扭转振荡。
旋转部件以刚性方式由轴颈支承于非旋转部件中，使得旋转部件和非旋转部件能够通过弹性连接件5而相对于固定部件共同枢转。
离心机转子6包括转子壳体7，其限定内部分离空间8。离心机转子6还包括旋转轴承接纳元件9。轴承接纳元件9形成或对应于离心分离器的心轴。因此轴承接纳元件9沿着旋转轴线x或者平行于旋转轴线x延伸。而且，轴承接纳元件9是管状的且形成沿着旋转轴线x或平行于旋转轴线x延伸的通路。轴承接纳元件9连接到上部向外突出或者径向突出的部件9′，转子壳体7连接到该部件9′。在所公开的实施例中，轴承接纳元件9和向外突出部件9′设计为整体。而且，向外突出部件9′和离心机转子6的转子壳体7设计为彼此固定地连接的两个单独部件。
非旋转部件包括承载元件10。如在图1中可看出，弹性连接件5，即弹性元件，设于承载元件10与基座4之间。而且，包括一个、两个或若干个轴承11、11′的轴承布置设于旋转部件与非旋转部件之间且由旋转部件和非旋转部件包括。在所公开的实施例中，轴承布置包括第一轴承11和第二轴承11′，其设于轴承接纳元件9与承载元件10之间并连接至轴承接纳元件9和承载元件10。承载元件10、轴承布置11、11′和轴承接纳元件9形成刚性单元，其中允许轴承接纳元件9相对于承载元件10旋转。
离心分离器还包括保护盖12，其由固定部件包括且封闭或包围离心机转子6。保护盖12在所公开的实施例中附连到基座4。
离心机转子6包括盘封装13，其包括多个分离盘14、分配器15和分配器支承件15′。分离盘14可为圆锥形(如在所公开的实施例中)或者具有用于实际应用的任何其它合适形状。盘封装13搁置于轴承接纳元件9的突出部件9′上。盘封装13及其分离盘14压缩在突出部件9′与转子壳体7之间。
盘封装13具有外径D和高度H，外径D对应于每个分离盘14关于旋转轴线x在径向上的外径，高度H平行于旋转轴线x从盘封装13中最下部分离盘14的外边缘延伸到最上部分离盘14的外边缘。盘封装13可具有相对于其直径相对较大的高度，这意味着H/D可大于或等于0.8，优选地大于或等于1，更优选地大于或等于1.5。因此，盘封装13也可与常规离心分离器相比具有较大高度。轴承接纳元件9具有平行于旋转轴线x延伸的通路的内径d。内径d相对较大，特别是相对于盘封装13的外径D，即d/D大于或等于0.2。
而且，离心分离器包括入口通道16和至少一个出口通道17，入口通道16延伸到内部分离空间8内用于供给待分离的介质，出口通道17从内部分离空间8延伸出来用于排放分离的产物。能使离心分离器具备若干出口通道用于以本身已知的方式来排放不同的分离产物。离心分离器也可以本身已知地包括开口或喷嘴，用于排放泥渣。入口通道16和出口通道17固定地连接到承载部件10。在所公开的实施例中，入口通道16和出口通道17作为单独的通道容纳于共同管18中，共同管18延伸穿过轴承接纳元件9，即在上述通路中，与旋转轴线x平行，且经由保持元件19而固定地连接到承载部件10。
而且，离心分离器包括驱动布置用于驱动该旋转部件以绕旋转轴线x在一定转数范围旋转，该转数范围从零到每分钟最高转数，例如，10000转/分钟，优选地12000转/分钟。旋转部件以至少一操作转数操作，该操作转数在所述转数范围内。在第一实施例中，驱动布置包括电马达20，其具有转子21和定子22，转子21由旋转部件包括且设于旋转部件上，定子22由非旋转部件包括。在所公开的实施例中，定子22设于转子21内和承载元件10上。转子21设于旋转支承构件23上，旋转支承构件23是旋转对称的且固定地连接到轴承接纳元件9或构造成与轴承接纳元件9且更精确地与突出部件9′成一体，突出部件9′形成轴承接纳元件9的一部分或者连接到轴承接纳元件9。
入口通道和出口通道17在该转数范围内本身为刚性的或者基本上刚性的。而且，入口通道16和出口通道17以刚性方式或基本上刚性方式连接到非旋转部件，使得入口通道16和出口通道17由非旋转部件包括。在所公开的实施例中此刚性的或基本上刚性的连接由共同管18和保持元件19获得。此刚性的或基本上刚性的连接有助于入口通道16和出口通道17形成共同枢转质量的一部分，即它们可与旋转部件和非旋转部件一起相对于固定部件而枢转。
轴承接纳元件9是管状的且包围或封闭入口通道16和出口通道17，因此入口通道16和出口通道17沿着旋转轴线x延伸穿过轴承接纳元件9。入口通道16和出口通道17因此由非旋转部件包括。至少一个密封件25，例如迷宫密封件，设于轴承接纳元件9与入口通道16和出口通道17之间。在所公开的实施例中，密封件25设于轴承接纳元件9与管18之间，管18封闭入口通道16和出口通道17。由于轴承接纳元件9是管状的现实，此元件9可为刚性的且构造成维持恒定直延伸，其在整个转数范围内平行于旋转轴线x。
入口通道16包括第一开口26和第二开口27，第一开口26位于内部分离空间8和轴承接纳元件9的外部，第二开口27位于内部分离空间8中。出口通道17包括第一开口28和第二开口29，第一开口28位于内部分离空间8中，第二开口29位于内部分离空间8和轴承接纳元件9的外部。出口通道17的第一开口28可设计为本身已知的切除构件用于从出口通道17排放分离的产物。
旋转部件具有质量mR且非旋转部件具有质量mI。旋转部件和非旋转部件具有共同重心31。旋转部件和非旋转部件的质量关系mI/mR大于或等于0.1。至少部分地取决于非旋转部件相对于旋转部件具有相对较大质量的现实和非旋转部件被提供为与旋转部件一起相对于固定部件而枢转的现实，在整个转数范围内实现稳定操作。应当指出的是，彼此相对的质量和共同重心的定位对于实现转子动态稳定操作也是重要的。这在下文所限定的不同惯性矩的条件中反映出来。而且，旋转部件可包括平衡圈33，其设于旋转部件上且与旋转轴线x同心。这种平衡圈33是本身已知的且进一步有助于离心分离器的稳定操作。
非旋转部件还具有相对于横向轴线t的惯性矩JI，横向轴线t垂直于旋转轴线x延伸且穿过旋转部件和非旋转部件的共同重心31。旋转部件具有相对于横向轴线t的直径惯性矩JR和相对于旋转轴线x的极惯性矩JP。直径惯性矩JR与惯性矩JI的和大于极惯性矩JP且更精确地按照关系1.1*Jp小于JR+JI。
旋转部件包括至少两个临界转数。这两个临界转数从上文所提到的离心机转子相对于固定部件的可枢转性或偏转得出。操作转数高于这两个临界转数。当离心机转子以此操作转数操作时，实现转子动态稳定操作。应当指出的是，可存在若干临界转数。对于根据本发明限定的结构，其中旋转部件以刚性方式由轴颈支承于非旋转部件中且不可相对于非旋转部件轴向移动，且其中旋转部件与非旋转部件作为单元或共同枢转质量不可轴向振荡或绕该旋转轴线x转动，如上文所述，然而，从旋转部件的轴向移动得出的临界转数可被排除或基本上被排除。
图2公开了第二实施例，其与第一实施例的不同在于驱动布置包括电马达20，其不与离心机转子同心而是相对于轴承接纳元件9侧向地设置。驱动布置还包括动力传输元件40，其在第二实施例中包括驱动带。动力传输元件也可以以其它方式实现，例如通过齿轮箱。动力传输元件40与驱动轮41和驱动轮42接合，驱动轮41由旋转部件包括且设于旋转部件上，更精确地设于轴承接纳元件9上，驱动轮42设于电马达20的驱动轴43上。动力传输构件40布置成从电马达20和驱动轮42向驱动轮41和旋转部件传输驱动力。如在图2中可看出，电马达20设于承载元件10上且因此形成非旋转部件的一部分和共同枢转质量的一部分。应当指出的是，驱动布置可包括两个、三个或若干个马达20，其经由相应的动力传输构件40而作用于驱动轮41上。
应当指出的是，驱动布置可以以两个实施例所公开的方式之外的其它方式设计。例如，旋转部件可由电马达驱动，其中驱动力经由万向联轴器传输。在这种驱动布置中，电马达的旋转轴线可能与旋转轴线x同心。而且，能移动第一实施例中的转子21和定子22到另一位置。例如，这些元件可设于轴承11和11′下方。作为电马达的替代，可利用液压和/或气动驱动。
本发明并不限于所公开的实施例，而是可在所附权利要求的范围内做出修改和变化。

Claims (14)

1.一种离心分离器，包括：
固定部件，其形成构造成位于地面上的基座(4)；
非旋转部件，其包括承载元件(10)并且通过弹性连接件(5)弹性地连接到所述固定部件；
旋转部件，其构造成绕旋转轴线(x)旋转且包括离心机转子(6)和旋转的轴承接纳元件(9)，所述离心机转子(6)包括形成内部分离空间(8)的转子壳体(7)，其中，所述离心机转子(6)包括具有多个分离盘(14)的盘封装(13)，并且其中，所述旋转部件以刚性方式由轴颈支承于所述非旋转部件中，使得所述旋转部件和所述非旋转部件能够通过所述弹性连接件(5)而相对于所述固定部件共同地枢转；
驱动布置，其用于驱动所述旋转部件绕所述旋转轴线(x)在一定转数范围内旋转，所述转数范围从零到每分钟最高转数且至少包括操作转数；
入口通道(16)，其延伸到所述内部分离空间(8)内用于供给待分离的介质；
至少一个出口通道(17)，其从所述内部分离空间(8)延伸出来用于排放分离的产物，
其特征在于，所述轴承接纳元件(9)是管状的，并且所述入口通道(16)和所述出口通道(17)中的至少一个延伸穿过所述轴承接纳元件(9)；并且
所述入口通道(16)和所述出口通道(17)作为单独的通道容纳于共同管(18)中，并且经由保持元件(19)而固定地连接到所述非旋转部件的所述承载元件(10)，所述共同管(18)平行于所述旋转轴线(x)而延伸穿过所述轴承接纳元件(9)；
所述驱动布置包括电马达(20)，并且所述电马达(20)包括转子(21)和定子(22)，所述定子(22)由所述非旋转部件包括。
2.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述入口通道(16)以刚性方式连接到所述非旋转部件且由所述非旋转部件包括。
3.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述出口通道(17)以刚性方式连接到所述非旋转部件且由所述非旋转部件包括。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述轴承接纳元件(9)是刚性的且构造成维持在整个转数范围内平行于所述旋转轴线(x)的恒定直延伸。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述盘封装(13)具有外径D，所述轴承接纳元件(9)具有内径d，并且其中D/d大于或等于0.2。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述盘封装(13)具有外径D和高度H，并且其中H/D大于或等于0.8。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述旋转部件包括两个临界转数，其均从相对于所述固定部件在径向上的所述可枢转性得出，并且其中所述操作转数高于所述两个临界转数。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述非旋转部件具有相对于横向轴线(t)的惯性矩JI，所述横向轴线(t)垂直于所述旋转轴线(x)延伸且穿过所述旋转部件和所述非旋转部件的共同重心(31)，其中，所述旋转部件具有相对于所述横向轴线(t)的直径惯性矩JR和相对于所述旋转轴线(x)的极惯性矩JP，并且其中1.1*JP小于JR+JI。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述非旋转部件具有质量mI，所述旋转部件具有质量mR，其中mI/mR大于或等于0.1。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述转子(21)由所述旋转部件包括且设于所述旋转部件上。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述驱动布置包括动力传输元件(40)，并且其中，所述动力传输元件(40)与由所述旋转部件包括且设于所述旋转部件上的驱动轮(41)接合，并且布置成将驱动力从所述电马达传输到所述驱动轮(41)。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括保护盖(12)，其由所述固定部件包括且封闭所述离心机转子(6)。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括轴承布置(11，11')，其由所述旋转部件和所述非旋转部件包括且设于所述轴承接纳元件(9)与所述承载元件(10)之间且连接至所述轴承接纳元件(9)和所述承载元件(10)，并且其中所述承载元件(10)、所述轴承布置(11，11')和所述轴承接纳元件(9)形成刚性单元。
14.根据权利要求13所述的离心分离器，其特征在于，所述定子(22)设于所述承载元件(10)上。
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