CN103796760A

CN103796760A - 离心分离装置

Info

Publication number: CN103796760A
Application number: CN201280044725.XA
Authority: CN
Inventors: 英奇·克拉斯; 彼得·弗兰岑
Original assignee: 3Nine AB
Current assignee: Grimaldi Development Co ltd
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN103796760B; EP2755768A1; SE535770C2; EP2755768B1; US20140237963A1; WO2013037576A1; SE1150826A1

Abstract

本发明提供一种通过离心分离来清除气流中所含有的颗粒的转子的悬挂装置。该转子（14）在其中一个端部处通过轴承套筒（40）以悬臂的形式可转动地支承在固定壳体中，该轴承套筒（40）通过弹性部件（46）与壳体（12）弹性连接，该弹性部件（46）构造为在操作期间抵消转子的驱动轴（25）的支承端上的剪切和倾斜运动，使得转子的自由端相对于壳体（12）的上通道（32）的具有基本上固定的位置，该转子顶部延伸穿过该壳体（12）的上通道（32）。

Description

离心分离装置

技术领域

本发明涉及一种通过离心分离来清除气流中的固体和/或液体颗粒的装置，其包括可转动的转子，其位于环绕式固定壳体中，并且具有内表面朝向该转子的中心轴的多个相邻的表面部件，在该气流径向通过表面部件之间时，可利用离心力将该气流中的颗粒捕集到该内表面上；该转子的表面部件在转子的中央部分中限定出至少一个轴向流动竖井，该竖井与表面部件之间的流动通道连通，并且与转子中的用于使气流经过壳体的第一壁的开口相连通；该壳体限定出用于在转子中分离出的颗粒的收集腔，并且具有用于使气流经过壳体的相应壁的开口和用于排出壳体中收集的颗粒的出口；该转子具有延伸穿过上述壳体的第一壁中的第一通道的第一端部，和延伸穿过与该第一壁相对的第二壁中的第二通道的驱动轴，以及带有位于壳体外侧的滑轮并且以悬臂形式被可转动地支承的第二端部。

背景技术

在这种皮带传动式离心分离器中，转子以悬臂的形式在其一端上得到支承，并且转子受到一垂直于转动轴的分力的作用，该分力由作用在位于转子的悬挂机构下方的滑轮上的径向力产生，通过剪切作用导致延伸穿过固定壳体中的通道的转动轴的另一自由端在该力的方向上移动。而且，转子的该自由端产生倾斜运动，使得转子的轴不再是直立的。为了避免旋动器的自由端与固定壳体之间的碰撞，不期望转子的顶部出现这种剪切和倾斜运动，因为这种运动会导致壳体上部中的通道变宽。这将使转子和壳体之间的间隙变得不合需要地大，由此导致从壳体中的入口到出口的气流的泄漏加剧。

发明内容

本发明的主要目的是在操作过程中将转子与壳体之间的通道间隙最小化，从而使得泄漏尽可能变小。这需要当向位于转子的轴承支承端处的驱动滑轮施加径向力时，转子的自由端不会进行任何横向移动。

为此目的，根据本发明，上述介绍所阐述的装置的特征在于，驱动轴被支承在环绕式、不转动的轴承套筒中，所述轴承套筒通过至少一个弹性部件与固定壳体弹性连接，所述弹性部件配置为在操作期间通过如下方式抵消所述驱动轴的支承端的剪切和倾斜运动：位于第一通道中的所述转子的第一端部相对于所述第一通道具有基本上固定的位置。由此，所述转子与所述壳体之间的泄漏间隙得以最小化。

优选地，所述弹性部件配置为环状、圆筒形弹簧元件，其同时形成为所述轴承套筒与所述固定壳体的第二壁之间的密封件。这将使得用于固定所述转子的自由端位置并用于密封其他通道所需的构件数量最少。

为了实现期望的所述转子的悬挂的特征，以针对所述部件的刚度的如下条件对所述圆筒形部件进行配置：

k_α/k_st=H_rH_t，

其中，k_α为倾斜刚度，k_st为剪切刚度，H_r为径向力F作用于所述滑轮上的作用点与所述圆筒形弹性部件固定于所述轴承套筒上的固定点之间的轴向距离，以及H_t为所述圆筒形弹性部件于所述轴承套筒上的固定点与所述第一通道处的所述转子的端部之间的轴向距离，并且，根据如下条件设置所述弹性部件的尺寸：

4H_rH_t=3β(r_y ²+r_i ²)，

其中，β为所述圆筒形弹性部件的几何常数，r_y为所述圆筒形弹性部件的外半径，以及r_i为所述圆筒形弹性部件的内半径。

优选地，所述圆筒形部件具有环状橡胶元件的形态。

根据本发明装置的一个备选实施例，诸如橡胶体或螺旋弹簧的多个独立的弹性部件沿所述轴承套筒的圆周均匀地分布。在这种情况下，存在将所述轴承套筒与所述壳体之间的空间封闭的独立的环状密封件。

所述轴承套筒延伸穿过所述壳体的第二壁中的所述第二通道，而所述弹性部件将所述壳体连接到所述轴承套筒的径向凸缘。所述径向凸缘位于所述轴承套筒向内凸出的端部，或者位于所述壳体外侧的所述轴承套筒的端部。

可选地，所述弹性元件可以将所述轴承套筒的轴向筒状部分连接到所述壳体的轴向筒状部分。

本发明的装置配置为既能在顺流流动模式又能在逆流流动模式下操作，其中各个模式的入口和出口相反。

下面将参考附图对本发明进行更详细的描述。

附图说明

图1示意性示出了处在静止状态下的根据本发明的转子的皮带驱动式离心分离器的第一实施例，该离心分离器具有悬臂式的弹性悬挂机构；

图2放大地示出了在操作过程中转子及其悬挂机构相对于离心器壳体的位置；

图3示出了本发明的具有六个独立的弹性悬挂部件的装置的另一实施例；

图4是通过图3中的六个弹性部件的截面图；

图5示出了类似于图1但具有相反的气体流向（顺流分离）的装置；和

图6和图7示意性示出了弹性部件的两个可选位置。

具体实施方式

在图1中，本发明的用于清除气流中的固体和/或液体颗粒的皮带传动式离心分离器大体上以标记10表示。

分离器10包括固定的壳体12和可转动地支承在壳体中的转子14。转子14以其自身已知的方式由一叠以较小的相互轴向距离布置的许多个锥形表面部件16形成，从而为待清洁的气体形成了窄的流动通道。该表面部件16分别通过上、下端板18和20保持在一起，并且限定出中央流动竖井22，其在所示示例中是穿过转子的用于通过逆流分离法来进行清洁的气流的出口竖井。壳体12具有用于待清洁的气体的入口23和用于所分离出的颗粒的出口24。转子14具有延伸穿过壳体12的下壁28中的通道26的驱动轴25，并且在其下端部带有滑轮30。转子14的上端部以尽可能最小的间隙36延伸穿过上壁34中的通道32，从而尽量减少从收集腔38向外界的泄漏。转子14仅在其两端中的下端部处可转动地轴颈式连接在壳体中（即悬臂式悬挂）。这里，转子14的驱动轴25通过两个轴承42被轴颈式地保持在环绕式、不转动的轴承套筒40中。在图1的实施例中，轴承套筒40延伸穿过下壁28中的通道26，并且在径向延伸的凸缘44上通过例如由适当的橡胶混合物制成的环状弹性部件46与固定壳体12的下壁28的内侧弹性地连接

在该装置的操作过程中，即在转子12的旋转期间，传动带48在滑轮30和转子的轴25上施加拉力F。由于这个原因，转子的轴25通常通过剪切及倾斜的方式使转子的下端部移位至图1中的右侧而趋于倾斜，然而，转子的上端部在一定程度上被直线地向右移位，这意味着在转子的顶部与壳体12的上壁34中的通道32之间的间隙36必须足够大，以便避免快速转动的转子14与固定壳体12的碰撞。通过加宽间隙36来避免这种碰撞会在另一方面导致气体从壳体12的收集腔38中的不期望有的泄漏。因此，根据本发明，建议将轴承套筒40和壳体12之间的弹性部件46布置成使得如图2示意性且以一定程度夸大地示出的那样，位于转子通道32处的转子14的上端部相对于通道32基本上位于固定的位置，即，使得位于转子通道32处的转子14的上端部在操作期间不会横向位移。

如图1所示，弹性部件46适当地配置为环状圆筒形的弹簧元件，这可以同时在轴承套筒40与固定壳体12的下壁28之间形成密封件，从而防止收集腔38中的未清洁气体经由壳体壁28的下通道26排出。

为了实现在操作期间使转子的顶部不横向移动的所需目标，建议所述弹性部件46的刚度符合以下条件：

k_α/k_st=H_rH_t，

其中，k_α为倾斜刚度，k_st为剪切刚度，H_r为径向力F作用于滑轮30上的作用点与圆筒形弹性部件46固定于轴承套筒40上的固定点之间的轴向距离，以及H_t为圆筒形弹性部件46于轴承套筒40上的固定点与通道之间的轴向距离，并且，根据如下条件设定弹性部件46的尺寸：

4H_rH_t=3β(r_y ²+r_i ²)，

其中，β为圆筒形弹性部件46的几何常数，r_y为圆筒形弹性部件46的外半径，以及r_i为圆筒形弹性部件46的内半径。

取代弹性部件具有圆筒形、环状的形态，在图3所示的本发明装置的一个备选实施例中，多个独立的弹簧元件50可以均匀地呈圆周式地间隔布置在轴承套筒40和壳体的下壁28之间。这在图4的平面图中得以更清楚地示出。在这种情况下，需要独立的密封环52以防止向外界泄漏。本实施例应满足如下条件：

2H_rH_t/r²=k_k/k_s，

其中，H_r为径向力F作用于滑轮30上的作用点与独立的弹簧元件50固定于轴承套筒40上的固定点之间的轴向距离，H_t为弹性部件50于轴承套筒40上的固定点与通道之间的轴向距离，r是各个弹性部件所在的半径，k_k是各个弹性部件50在压缩状态下的弹簧常数，以及k_s为各个弹性部件50在剪切状态下的弹簧常数。

独立的弹簧元件50适当地由橡胶构成，但也可以由螺旋弹簧（未示出）构成。

在图1的实施例中，连接于弹性部件46的轴承套筒40的径向凸缘44位于壳体12的内侧，然而可选地，凸缘44可如图6所示那样位于壳体12的外侧。还可以想到，例如图7中示意性示出的那样，轴承套筒40’延伸穿过壳体12的下通道，在这种情况下，弹性部件46’将轴承套筒40’的轴向筒状部分连接到壳体12的轴向筒状部分54。

图5示出类似于图1的装置，但在这里，气流是反向的，即气体入口和出口颠倒，其中该分离器在顺流模式下操作。

Claims

1.一种通过离心分离来清除气流中的固体和/或液体颗粒的装置，包括可转动的转子（14），其位于环绕式固定壳体（12）中，并且具有内表面朝向所述转子的中心轴的多个相邻的表面部件（16），其中在所述气流径向通过所述表面部件（16）之间时利用离心力将所述气流中的表面颗粒捕集到所述表面上，所述转子（14）的表面部件（16）在转子（14）的中央部分中限定出至少一个轴向流动竖井（22），所述轴向流动竖井（22）与所述表面部件（16）之间的流动通道连通，并且与所述转子中的用于使气流经过所述壳体（12）的第一壁（34）的开口相连通，所述壳体（12）限定出用于在转子中所分离的颗粒的收集腔（38），并且具有用于使气流经过所述壳体的相应的壁的开口（23）和用于排出在壳体中收集的颗粒的出口（24），所述转子（14）具有延伸穿过所述第一壁（34）中的第一通道（32）的第一端部，和延伸穿过与所述壳体（12）的第一壁（34）相对的第二壁（28）中的第二通道（26）的驱动轴（25），以及带有位于所述壳体（12）外侧的滑轮（30）并且以悬臂形式被可转动地支承的第二端部，

其特征在于，所述驱动轴（25）支承在环绕式、不转动的轴承套筒（40）中，所述轴承套筒通过至少一个弹性部件（46；46’；50）与固定壳体（12）弹性连接，所述弹性部件构造成在操作期间通过如下方式抵消所述驱动轴（25）的支承端的剪切和倾斜运动：位于所述第一通道（32）中的所述转子（14）的第一端部具有相对于所述第一通道（32）基本上固定的位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性部件（46；46’）构造成环状、圆筒形弹簧元件，其同时形成为所述轴承套筒（40）与所述固定壳体（12）的第二壁（28）之间的密封件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，以针对所述部件的刚度的如下条件对所述圆筒形部件（46；46’）进行配置：

k_α/k_st=H_rH_t，

其中，k_α为倾斜刚度，k_st为剪切刚度，H_r为径向力F作用于所述滑轮（30）上的作用点与所述圆筒形弹簧元件（46；46’）固定于所述轴承套筒（40）上的固定点之间的轴向距离，以及H_t为所述圆筒形弹簧元件（46；46’）于所述轴承套筒（40）上的固定点与所述第一通道（32）处的所述转子（14）的端部之间的轴向距离，并且，根据如下条件设置所述弹性部件（46；46’）的尺寸：

4H_rH_t=3β(r_y ²+r_i ²)，

其中，β为所述圆筒形弹簧元件的几何常数，r_y为所述圆筒形弹簧元件（46；46’）的外半径，以及r_i为所述圆筒形弹簧元件的内半径。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述圆筒形弹簧元件（46；46’）具有环状橡胶元件的形态。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个独立的弹性部件（50）围绕所述轴承套筒（40）周向地分布。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述独立的弹性部件（50）满足如下条件：2H_rH_t/r²=k_k/k_s，其中H_r为所述径向力F作用于所述滑轮（30）上的作用点与所述独立的弹性部件（50）固定于所述轴承套筒（40）上的固定点之间的轴向距离，H_t为所述弹性部件（50）于所述轴承套筒（40）上的固定点与所述第一通道（32）处的所述转子（42）的端部之间的轴向距离，r为各个弹性部件（50）所位于的半径，k_k为各个弹性部件（50）在压缩状态下的弹簧常数，以及k_s为各个弹性部件（50）在剪切状态下的弹簧常数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述弹性部件（50）由橡胶体构成。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述弹性部件（50）由螺旋弹簧构成。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个环状密封件（52）将所述轴承套筒（40）与所述壳体之间的间隙封闭。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述轴承套筒（40）延伸穿过所述壳体（12）的第二壁（28）中的所述第二通道（26），其中所述弹性部件（46；46’）将所述壳体（12）连接到所述轴承套筒（40）的径向凸缘（44）。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述径向凸缘（44）位于所述轴承套筒（40）的延伸到所述壳体（12）内的端部处。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述径向凸缘（44）位于所述轴承套筒（40）的布置在所述壳体（12）外部的端部处。

13.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述轴承套筒（40’）延伸穿过所述壳体（12）的第二壁（28）中的所述第二通道（26），其中所述弹性部件（46’）将所述轴承套筒（40’）的轴向筒状部分连接到所述壳体（12）的轴向筒状部分（54）。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子（14）的开口形成用于所述装置中所清洁气流的出口，而所述壳体中的开口（23）作为待清洁气流进入所述壳体的入口。

15.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子（14）的开口形成用于待清洁气流的入口，而所述壳体中的开口（23）作为所述装置中所清洁气流的出口。