CN105916590B - 自清洁离心分离器 - Google Patents

Abstract

离心分离器包括基底(10)、基本上竖直的心轴(14)、旋转容器(13)、和壳体(15)，基本上竖直的心轴(14)从基底(10)竖立，旋转容器(13)安装在心轴(14)上，壳体(15)围住旋转容器(13)且连接于基底(10)。液体供应管道(29)将待过滤的液体供应至旋转容器(13)。旋转容器(13)具有开口顶部且包括延伸至其较高边缘处的坝(30)的过滤材料。壳体(15)包括通路(46)，通路(46)在坝(30)附近且与其连通，以便在使用中，由容器(13)的旋转生成的离心力导致不行进穿过过滤材料的废弃材料在容器(13)的内表面上方朝上前进，且被排走到坝(30)的上方，之后从壳体排放。待过滤的液体可被经由心轴(14)中的轴向开孔(20)供应至旋转容器(13)的底部，或者其可被供应至旋转容器(13)的开口顶部。分离器可为通过从轴向开孔(20)经由喷嘴(22)排放液体而自供能的。

Description

自清洁离心分离器

技术领域

本发明涉及离心分离器，其在本领域中还称为“离心过滤器”，其设计为以便其将以实现自清洁效果的方式操作。

背景技术

离心分离器已知用于分离具有不同密度的液体，或用于从液体分离颗粒物质。此种离心分离器的操作原理是，壳体包括转子，该转子被支撑在其中，以围绕基本上竖直的轴线以高速自旋。待被从中移除污染物的液体在升高的压力下沿旋转轴线供应至转子。在此液体行进穿过转子时，密度更大的污染物材料或粒子从其离心地分离且被保留在转子中，通常作为粘附至转子内部表面的饼状物(cake)，该饼状物每隔一段时间被清洁或替换。

自供能离心分离器已被在车辆的润滑系统以及其他工业分离过程中使用很久，在这些自供能离心分离器中，待被从中移除污染物的液体还提供用于转子的驱动。GB2160796和GB 2296942公开了包括基底、基本上竖直的心轴、转子的类型的自供能离心分离器，该基本上竖直的心轴从基底竖立，该转子安装在心轴上，以用于通过对来自转子喷嘴的液体喷射的反作用而围绕其旋转，该基底具有用于所述液体进口通道，且该心轴具有：轴向开孔和来自其的出口，以将液体从所述进口通道供应至转子；和覆盖件，其安装在基底上且围住转子。在此类型的分离器中，液体在压力下从壳体的基底供应，且该液体朝上穿过轴向开孔流至在开孔顶部附近的出口，开孔通常是盲开孔。可释放帽通常安装在心轴的顶部处，以固连覆盖件。

在其更早的GB2478578 A中，申请人公开了一种离心分离器，其不管是自供能类型的还是当与被过滤的液体独立地被供能时，都特别设计成使磨损性污染物粒子能够从液体分离和移除。此种磨损性污染物粒子需要从各种工业过程中(包括来自珩磨油、研磨机冷却剂、电极放电加工流体、或来自熔炉的油淬火流体，和水净化过程中)的液体移除。在更具体的示例中，离心分离器可用于从在工业切割过程中使用的冷却液体移除颗粒物质。在切割过程中生成的废弃材料与冷却液体混合，且如果重复利用该液体，则该废弃材料必须被移除。移除积聚的废弃材料失败将降低冷却液体的效力，且可导致切割过程构件的过热。

为了阻止磨损性粒子接触转子轴承且导致轴承的快速磨损(有时在少如30秒操作之后)，且为了从自身不是润滑剂的液体分离污染物粒子，转子和心轴连接以便一致地旋转且在固定于基底的轴承壳体中提供用于心轴相对于基底旋转的轴承，以便轴承与转子室隔离，液体行进穿过该转子室且污染物粒子保留在其内表面上。在GB 2478578 A中还公开了与旋转轴承分离且在心轴与基底之间的轴向密封布置。

前述离心分离器中的所有都设计成用于连续的操作，即，待被从中移除污染物粒子的液体的连续通流。在车辆润滑系统中的自驱动离心分离器的情形中，通常在一年一次的或半年一次的维修期间手动地清扫在转子的内部表面上形成的污染物粒子的饼状物。在一些环境中，单次使用的、可移除且可丢弃的转子衬套已被提出且用于该目的，以节省劳动时间和此清洁操作的普遍混乱。

在车辆或其他工业发动机中的一些情况中，可需要每个月或一个月两次或更多次地清扫离心分离器的转子，以用于维持有效的无故障操作。然而，在使用离心分离器的其他情况(诸如用于在金属切割操作中从冷却液体分离磨损性粒子)中，污染物的软泥状沉淀物可在转子中快速地积累，以至于需要或期望每天清扫或甚至一天若干次清扫。这不仅是耗时的，而且拆除和重新组装操作的速度和效率还取决于操作人员的技能。因为转子的平衡必须在各次重新组装时精确地重新建立时，所以这既不可以有效率且有效地完成、又不可以在可预测的时间规模中完成。

本发明的目标是在发生污染物碎屑的快速或大量堆积的情况中至少降低连续地操作的离心过滤器的转子的内部的清扫频率。另一目标是将清扫在连续处理活动的液体线路中操作的离心分离器的转子的需求降低至最小。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种离心分离器，该离心分离器包括基底、基本上竖直的心轴、旋转容器、壳体、和液体供应管道，该基本上竖直的心轴从基底竖立，该旋转容器安装在心轴上，该壳体围住旋转容器且连接于基底，该液体供应管道用于对旋转容器供应待过滤的液体，其特征在于，该旋转容器具有开口顶部且包括延伸至其较高边缘处的坝的过滤材料，且该壳体包括通路，该通路在坝附近且与其连通，以允许排放废弃材料，该废弃材料在待过滤的液体供应至进口通道和旋转容器的旋转期间不行进穿过过滤材料。

通过提供开口顶部的旋转容器，通常保留在此种容器的内表面上的颗粒材料被自动地推进至顶部且然后被导向到邻接的坝的上方，因此从容器排走，而清洁的液体排泄穿过，因为容器壁包括过滤材料。

在本发明的优选实施例中，心轴具有轴向开孔和从其到旋转容器的底部中的出口。待过滤的液体从在基底中提供的液体供应管道供应至心轴的开孔，且随后穿过出口且供应到旋转容器中。

优选地，旋转容器具有朝外成锥形直至较高边缘的倒置的截头圆锥形形式。换言之，其构造成类似漏斗，但在此情形中，在优选实施例中，液体在底部处进入。然而，在本发明的范围内的其他实施例中，旋转容器可具有不同的构造，诸如桶形或碗形，可能具有朝较高边缘在直径方面的阶段式或起伏的增大。过滤材料合适地由金属或塑料且由网或穿孔片材料制成。此外，在其他实施例中，液体可从上方、从漏斗的顶部、或在Mead场所处进入(尽管后者由于更复杂的设计而是不太可能的)。

在根据本发明的离心分离器的优选实施例中，一种隔板工具提供在旋转容器中，以沿旋转容器的过滤材料的内表面朝上导向且分配从心轴开孔的出口引出的液体。这改善了操作效率。这种隔板工具可包括板，该板配置成使其基本上平面的表面面对来自心轴的开孔的该液体出口或各液体出口。

在本发明的优选实施例中，坝是环形的。此外在优选实施例中，壳体优选地设计为以便其中的通路完全地围绕壳体的较高区域延伸，以便从围绕坝的任何场所接收材料，无论其是否具有环形的形式。通常，通路将相对于心轴的轴线在坝的径向外侧延伸。然而，其可定位成至少部分地在坝的下方延伸。

通路适合地包括至少一个朝下倾斜的表面，该朝下倾斜的表面用作用于排放废弃材料的斜槽(chute)。在优选实施例中，提供用于此种排放斜槽的部分螺旋形路径。在再一优选实施例中，提供两个对称地布置的部分螺旋形斜槽。

本发明包含借助于流动穿过其的液体而自供能，以便使颗粒污染材料从其移除的离心分离器，且还包含具有用于旋转容器的旋转的外部动力供应的离心分离器。此区别已在上面的前述通道中提到。在本发明的自供能的实施例中，旋转容器可设有驱动部件，该驱动部件具有喷嘴，从心轴的轴向开孔对该喷嘴供应待过滤的液体，以便通过对来自所述喷嘴的液体喷射的反作用而导致旋转容器旋转。此种布置对自供能的离心分离器而言是常规的。通常存在一对或更多对对称地布置的喷嘴，以便均匀地平衡转子的运动。

然而，与驱动喷嘴的此种常规布置不同，在本发明的可适用于自驱动类型的离心分离器的优选实施例的改进中，已发现有利的是，旋转容器设有仅具有单个喷嘴的驱动部件，从心轴的轴向开孔对该单个喷嘴供应待过滤的液体。虽然这趋向于引起容器旋转中的一些不平衡，但所得的振动辅助在旋转容器的内表面上方朝上推进所保留的污染物材料，以用于排放至容器的较高边缘处的坝。

本发明的第二方面涉及从液体分离固体污染物的方法，其包括：提供离心分离器，该离心分离器具有基底、基本上竖直的心轴、旋转容器、壳体，该基本上竖直的心轴从基底竖立，该旋转容器安装在心轴上且具有开口顶部且该旋转容器包括延伸至其较高边缘处的坝的过滤材料，壳体围住旋转容器且连接于基底且该壳体包括在坝附近且与其连通的通路；通过液体供应管道对该旋转容器供应待过滤的液体；和使旋转容器旋转，以便由于离心力，不行进穿过过滤材料的废弃材料从旋转容器在坝上方排放至壳体中的邻接通路。

附图说明

参考附图，将作为示例来进一步描述本发明，在该附图中：

图1是根据本发明的自供能离心分离器的优选实践实施例的纵截面；

图2是与图1相同的实施例的从上方且部分截面的透视图；且

图3是相对于图2中的视图近似成直角的相同实施例的透视图。

具体实施方式

图1至3示出包括基底10的自供能离心分离器的优选实践实施例，刚性地固定的轴承壳体11将两个滚动元件轴承12放置在基底10上。轴承12支撑、放置开口端部的倒置截头圆锥形旋转容器13且允许其围绕竖直心轴14的轴线旋转，旋转容器13安装在心轴14上。旋转容器13从其较低端部朝外成锥形直至其开口的较高端部处的环形坝30。旋转容器13由处于网形式的过滤材料或穿孔的片材料形成。在示范实施例中，已发现具有尺寸在5和50微米之间的孔口的网是合适的。然而，孔口的精确大小将取决于离心机的应用，且可与对示范实施例规定的大小范围不同。

轴向开孔20穿过心轴14的长度延伸至漏斗形容器13的底部，在开孔20的较高端部处具有出口34。轴向开孔20与相对于开孔20成直角地形成的穿通开孔21连结。驱动部件40在覆在穿通开孔21上的位置处安装到心轴14上，驱动部件40定形为稍微类似倒置的盘或碗。此驱动部件40刚性地附接于心轴14和容器13，以便这些构件一致地旋转。横向穿通开孔21与驱动部件40中的环形沟槽43连通，且驱动部件40中的单个径向通道41从该沟槽43通向单个出口喷嘴22。

处于基本上平面的板的形式的隔板19在旋转容器13内侧提供在出口34附近。此板19通过四个螺钉31而固定在合适的位置中。

转子壳体15安装在旋转容器13上方，且借助于夹具17而固连至基底10。壳体15包括基本上环形的搁板16，搁板16在坝30的附近且在从坝30径向外侧的狭窄间隔处。如将在下面描述的，壳体15还包括外套管部分18，外套管部分18与搁板16和连接于壳体15主直立壁的朝下倾斜的壁38一起限定通路46，以用于排放被保留在旋转容器13中的材料。因此，通路16相对于心轴14的轴线在径向外侧延伸。朝下倾斜的壁38具有部分螺旋形形状，且沿朝下的方向从转子壳体15的在坝30附近的较高端部通向在壳体外部的较低水平处的排放斜槽35。尽管在附图中不明显，但壳体设计优选地包括从通路46的较高端部开始的两个对称地布置的朝下倾斜的壁38。多个周向地间隔的翼片(fin)42被提供为从壳体15的顶壁45且在其下方延伸，且作为用于加强壳体15的措施而连接于搁板16。

密封套管25装配到轴承壳体11的较低区段中，且能够沿竖直方向自由地滑动。通过螺钉26来阻止密封套管25的旋转，螺钉26延伸穿过轴承壳体11，且接合到密封套管25中的竖直槽道23中。螺钉26到密封套管25中的接合还用于阻止密封套管25沿竖直方向离开轴承壳体11。在此方面，通过流体压力力且附加地通过压缩弹簧24来沿朝上方向推密封套管25，压缩弹簧24位于密封套管25的底部中，且在其与轴承壳体11之间起作用。

在心轴14与轴承壳体11之间提供轴向密封布置。此密封布置包括管状较低密封构件27和管状较高密封构件28，管状较低密封构件27同轴地装配到密封套管25中，管状较高密封构件28同轴地装配到心轴14的较低端部中。这些密封构件27、28之间的界面在轴承壳体11中的两个轴承12的水平的下方。借助于弹簧24作用在密封套管25上的力被传送至较低密封构件27的较高面，该较高面靠在较高密封构件28的较低面上。在离心机的操作中，较高密封构件28当然是旋转的，因为其被固定到旋转心轴14的较低端部中，而较低密封构件27保持静止，因为其被抵抗旋转地固定在套管25中，如已经解释的那样，套管25也安装成在轴承壳体11中不可旋转的。

液体供应管道29延伸穿过基底10，以使液体能够经由弹簧24和密封套管25的轴向通道从进口供应至较低密封构件27的开孔。用于液体的通路经由旋转的较高密封构件28的轴向开孔和心轴14的轴向开孔20延伸至心轴14的横向开孔21。从此处，液体的一部分将行进至喷嘴22且进入转子壳体15的封闭空间(enclosure)，且液体的一部分将穿过心轴14顶部处的出口34离开且进入旋转容器13。

弹簧24的力阻止来自供应管道29的供应液体中的大部分从较低密封构件27与旋转的较高密封构件28之间的界面逸出。可从较低密封构件27与旋转的较高密封构件28之间的界面逸出的该液体可经由轴承壳体11中的钻孔36排泄至基底10。而且，安装密封布置27、28的构件(诸如例示的示例中的心轴14的较低端部和密封套管25，或其他实施例中的任何其他居间安装件)构造成向下朝轴承壳体11中的排泄开口(钻孔36)引导从界面泄漏的液体，液体从该排泄开口处行进到离心机的基底10中。

较低密封构件27和旋转的较高密封构件28需要由适当地耐用的材料制成，以充分地抵抗来自包含在供应的液体内的颗粒物质的磨损。具体而言，密封件界面必须为充分耐磨的，以维持密封构件的维修或更换之间的长操作周期，且其必须提供低的摩擦，以使转子上的驱动损耗最小化。已发现陶瓷材料适合用于柱状的密封构件27、28，但也可证实其他材料或材料组合是合适的。

如已经略述的，在使用中，经由喷嘴22喷射一定比例的待从其分离颗粒材料的污染液体，其中经由心轴14较高端部处的出口34喷射污染液体的剩余部分。液体的压力及其经由喷嘴22的切向喷射引起驱动部件40的旋转，这又驱动转子容器13。污染液体的经由心轴14较高端部处的出口34喷射的部分引出到旋转容器13中，且由隔板19导向且扰动，以沿容器13的过滤材料的内表面朝上前进。液体自身穿过过滤材料排泄，从而在过滤材料的内表面上沉积颗粒污染物物质。在示范实施例中，已发现每分钟40和75升之间的液体流动速率提供在旋转容器13和喷嘴22之间分配的液体的充分供应。然而，所采用的流动速率高度地取决于分离器的应用和精确的大小，所以在其他实践实施例中，流动速率可在对于示范实施例而言适当的每分钟40至75升之外。

保留在旋转容器13内侧的颗粒物质仍然是湿的且是软泥状的，且由于容器的旋转和由容器13的形状和隔板的提供辅助的所生成的离心力，其被朝上运送到过滤材料的内表面上方。当其到达坝30时，其被从旋转容器13排放到壳体的搁板16上，且从该处沿通路46向下排放且排放到处置斜槽35上。通过离心机的由如下旋转不平衡引起的振动来辅助集中、分离的污染物材料的该运送，该旋转不平衡是由液体的经由单个喷嘴22的切向喷射导致的。

已穿过过滤材料排泄的液体(清洁液体)进入转子壳体15的封闭空间，且与经由喷嘴22喷射的污染液体混合。所得的液体混合物从基底10排泄至集存槽(未示出)，且可再循环至导管29的进口。此构造允许离心机随时间变化且利用液体穿过旋转容器13的多次通过来稳定地降低污染物水平。与典型的离心分离器相比，污染物材料的连续排放允许离心机的在用于维护的操作中的更少中断的情况下的延长的操作。

本发明不限于前述实施例的细节，且设计细节中的许多变化在所附权利要求的范围内是可能的。例如，相对于提供单个喷嘴，在备选实施例中可能以以下方式提供多个喷嘴：该方式仍将引起容器旋转中的不平衡且实现有利的振动。而且，在其他实施例中，离心分离器可以不是自供能的，且作为代替，可借助于电动马达等来实现旋转容器的旋转。从优选实施例的另一可能的变型是被供应到旋转容器的待过滤的液体不被穿过基底和轴向心轴内的开孔供应。在备选布置中，液体可被直接地供应到旋转容器的开口顶部中。还可能省略弹簧，该弹簧沿朝上方向在轴承壳体的较低区段中推密封套管。作为代替，可依赖流动穿过套管的液体的流体力，以足以实现相同的目标。

Claims (20)

1.一种离心分离器，其包括基底、基本上竖直的心轴、旋转容器、壳体、和液体供应管道，所述基本上竖直的心轴从所述基底竖立，所述旋转容器安装在所述心轴上，所述壳体围住所述旋转容器且连接于所述基底，所述液体供应管道用于对所述旋转容器供应待过滤的液体，其特征在于，所述旋转容器具有开口顶部且包括延伸至在其较高边缘处的坝的过滤材料，且所述壳体包括通路，所述通路在所述坝附近且与其连通以允许排放废弃材料，所述废弃材料在待过滤的液体被供应至所述旋转容器和所述旋转容器的旋转期间不行进穿过所述过滤材料，

其中，所述旋转容器设有驱动部件，所述驱动部件具有喷嘴，从所述心轴的轴向开孔对所述喷嘴供应待过滤的液体，以便通过对来自所述喷嘴的液体喷射的反作用来导致所述旋转容器旋转，

其中，所述心轴具有从其至所述旋转容器的底部的至少一个出口，所述轴向开孔与相对于所述轴向开孔成直角地形成的穿通开孔连结，且所述驱动部件在覆在所述穿通开孔上的位置处安装到所述心轴上。

2.根据权利要求1所述的离心分离器，其中，所述液体供应管道将待过滤的液体经由所述轴向开孔供应至所述旋转容器。

3.根据权利要求2所述的离心分离器，其中，所述液体供应管道是作为穿过所述基底的通道提供的，所述通道与所述心轴的轴向开孔连通。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述旋转容器具有向外成锥形直至所述较高边缘的倒置截头圆锥形形式。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述过滤材料是网或穿孔片材料。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，来自所述心轴的所述至少一个出口包括在所述轴向开孔的较高端部处的出口，以将待过滤的液体供应至所述旋转容器的较低端部。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，在所述旋转容器中提供隔板，以沿所述旋转容器的过滤材料的内表面朝上导向且分配从心轴开孔的出口引出的液体。

8.根据权利要求7所述的离心分离器，其中，所述隔板包括板，所述板配置成使其基本上平面的表面面对来自所述心轴的开孔的液体出口。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述壳体的通路围绕所述壳体的较高区域延伸。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述通路相对于所述心轴的轴线在所述坝的径向外侧延伸。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述通路包括至少一个朝下倾斜的表面，所述朝下倾斜的表面用作用于排放废弃材料的斜槽。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述驱动部件具有单个喷嘴。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的离心分离器，其中，所述心轴连接于所述旋转容器，以便相对于所述基底与所述旋转容器一致地旋转，且用于所述心轴的相对于所述基底的旋转的轴承提供在固定地安装于所述基底的轴承壳体中。

14.根据权利要求13所述的离心分离器，其中，在所述轴承壳体内侧的轴承下方的场所处与所述轴承分开地提供用于在所述心轴与所述基底之间的密封布置。

15.根据权利要求14所述的离心分离器，其中，所述密封布置是轴向密封布置。

16.根据权利要求15所述的离心分离器，其中，所述密封布置是弹簧加载的轴向密封布置。

17.根据权利要求16所述的离心分离器，其中，所述轴向密封布置包括较高和较低柱状密封构件，它们中的至少一个被弹簧加载成与另一构件端部对端部地密封接触。

18.一种从液体分离固体污染物的方法，其包括：

提供离心分离器，所述离心分离器具有基底、基本上竖直的心轴、旋转容器、和壳体，所述基本上竖直的心轴从所述基底竖立，所述旋转容器安装在所述心轴上且具有开口顶部且所述旋转容器包括延伸至其较高边缘处的坝的过滤材料，所述壳体围住所述旋转容器且连接于所述基底且所述壳体包括在所述坝附近且与其连通的通路；

通过液体供应管道来对所述旋转容器供应待过滤的液体；和

使所述旋转容器旋转，以便由于离心力，将不行进穿过所述过滤材料的废弃材料在所述坝的上方从所述旋转容器排放到所述壳体中的邻接通路，

其中，所述心轴具有轴向开孔和从其至所述旋转容器的底部的至少一个出口，所述轴向开孔与相对于所述轴向开孔成直角地形成的穿通开孔连结，且所述旋转容器设有驱动部件，所述驱动部件在覆在所述穿通开孔上的位置处安装到所述心轴上。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，将待过滤的液体从所述液体供应管道经由所述轴向开孔和出口供应至所述旋转容器。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述液体供应管道将待过滤的液体通过所述开口顶部供应至所述旋转容器。