CN109985733B - 一种管式离心机 - Google Patents

Abstract

一种管式离心机，驱动装置装配在机架顶部，转鼓为顶部封闭底部开口的空心圆柱体，转鼓竖直转动装配在机架上，并由驱动装置驱动转动，出料装置设置于转鼓内部，包括进料管，进料管的上端延伸至接近转鼓顶部，集料装置设置于转鼓下方，包括清液收集腔，清液收集腔与转鼓之间留有间隙，清液收集腔与转鼓之间的间隙通过密封结构与外界封闭，转鼓与机架之间设置有转动平衡装置，本发明的转鼓上端封闭，于顶部进料，料液自上而下经过转鼓实现固液分离，清液则经转鼓底部排出，本发明可实现物料与外界的隔离，并满足惰性气体保护、内部清洁及蒸汽灭菌等特殊要求；在进料管上安置沉淀重悬装置或清洗清除装置，进而实现管式离心机对沉淀的自排放功能。

Description

一种管式离心机

技术领域

本发明属于管式离心机结构技术领域，具体涉及一种管式离心机。

背景技术

管式离心机是目前用离心法进行分离的常用设备，离心力迫使转鼓内液体呈环形并紧贴于转鼓壁，并在转鼓轴心区域形成圆柱形气道空腔，物料由底部进液口射入，经转鼓内底端分散器作用，沿径向进入气液交界面，在加速旋转的过程中，固形物穿过气液交界面进入环形液体深处，并最终形成沉淀附着于转鼓壁，清液则沿气液交界面自下而上从转鼓顶部出口排出。

该离心方式简单可靠，因其具有较大的分离效率，并且可以实现连续进料分离，故在食品及生物制药等领域具有广泛的应用，特别是对于一些液固相比重差异小，固体颗粒径细、含量低等高价值生物制品的提取、浓缩、澄清有着不可替代的作用。

但该设备目前存在的主要问题为：

1.转鼓内所积累的沉淀不易清洗或收集，沉淀常规的收集方法为，在沉淀积满后，停机并人工将转鼓取出，于开放的环境下手工收集，这大大增加了物料被环境污染的风险，不利于清洁生产。

2.为满足转鼓的高速旋转，转鼓的进料端与出料口均不能与外部机构，包括进料管与清液收集腔之间实现有效的密封。但在转鼓高速旋转时，因中空气道旋转产生离心力，使中心产生负压，故环境中大量空气会从进料端吸入，于出料口排出。故在离心过程中，若要实现洁净及厌氧等特殊要求，则必须使得其所在的外环境，亦是满足此类要求的。同时整套系统若实现在线清洗及蒸汽消毒，则必须通过辅助装置，手工封闭这两个位置，避免与外环境的联通。

3.在转鼓启动及高速旋转过程中，为抑制转鼓的径向偏摆振动，需在转鼓底部进料端处，安装可随动于转鼓摆动的滑动轴承组，其上面的润滑脂可因剧烈的机械摩擦而散发于环境，但进料端处恰为转鼓的负压区，故其散发的油脂必然被吸入转鼓内并污染料液。故这一结构性缺陷导致其难以适应对洁净度要求极高的产品(如注射剂)的生产。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明致力于提供一种可满足于卫生级使用要求、在工作过程中可使物料全程不暴露于外部环境、可实现绝氧(惰性气体保护)等特殊要求、并且能够实现自动排出沉淀、自动实现化学清洗(CIP)及蒸汽灭菌(SIP)的新型管式离心机，用以满足生物制药等领域，高洁净、易污染、易失活等高附加值产品的特殊生产需求。

技术方案如下：

一种管式离心机，包括机架、驱动装置、转鼓、出料装置、集料装置、密封结构，所述驱动装置装配在机架顶部，转鼓为顶部封闭底部开口的空心圆柱体，转鼓竖直转动装配在机架上，并由驱动装置驱动转动，出料装置设置于转鼓内部，包括进料管，进料管的下端为进料端，进料管的上端延伸至接近转鼓顶部，集料装置设置于转鼓下方，包括清液收集腔，清液收集腔与转鼓之间留有间隙，清液收集腔与转鼓之间的间隙通过密封结构与外界封闭，转鼓与机架之间设置有转动平衡装置。

所述清液收集腔设置有排液管和进气管，排液管位于清液收集腔底部，清液收集腔通过进气管与洁净空气源或惰性气体源相连通。

所述密封结构为设置于转鼓和清液收集腔之间的橡胶气囊。

所述密封结构包括气缸和密封圈，气缸的缸体与机架固定连接，气缸的活塞杆与清液收集腔固定连接，清液收集腔和转鼓之间设置有密封圈，密封圈装配在清液收集腔的顶部。

所述转动平衡装置包括支架、接触结构和阻尼结构，所述接触结构包括内环和外环，接触结构的内环与转鼓外壁固定连接，接触结构的外环与阻尼结构固定连接，所述阻尼结构包括保护套和嵌套在保护套中的弹性吸能结构，保护套通过支架与机架固定装配。

接触结构具体为滚轮、滑动轴承、滚动轴承或磁浮轴承，弹性吸能结构具体为液压缓冲器、弹簧组、弹性橡胶、蠕变性材料中的一种或多种的组合。

所述进料管外部装配有沉淀重悬装置，进料管的下端贯穿清液收集腔延伸至清液收集腔下方，且进料管与动力机构连接，由动力机构驱动进料管转动或滑动，进料管与清液收集腔之间通过端面密封或密封圈实现密封。

所述沉淀重悬装置具体为折叠式搅拌桨，折叠式搅拌桨固定装配在进料管外壁上。

所述沉淀重悬装置具体为折叠式刮刀，折叠式刮刀的外侧设置有螺旋形导向结构。

转鼓顶部通过挠性轴与驱动装置连接，转鼓内壁顶部装配有分液器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

传统的管式离心机采用底部进料，料液随转鼓转动，自下而上经过转鼓实现固液分离，清液经转鼓顶部排出的方式，本发明不同于传统的管式离心机，本发明的转鼓上端封闭，只于底部保留一个开口，料液从开口经一根进料管深入转鼓顶部，于顶部进料，料液自上而下经过转鼓实现固液分离，清液则经转鼓底部排出。因去掉了传统管式离心机顶部的排料口，料液及清液只从转鼓底部一个开口进出，故可以只通过开口与外界进行隔离处理，进而实现物料与外界的隔离，并满足惰性气体保护、内部清洁及蒸汽灭菌等特殊要求；因转鼓内亦伸进一根进料管于顶部，故可在进料管上安置沉淀重悬装置或清洗清除装置，进而实现管式离心机对沉淀的自排放功能。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是本发明转鼓与清液收集腔间的密封结构示意图；

图3是本发明对难溶性物料重悬的工作原理图；

图4是本发明对易溶性物料重悬的工作原理图；

图5是本发明机械接触式沉淀重悬机构动力传递系统示意图；

图6是本发明转动平衡装置的结构示意图。

其中：机架1；驱动装置2；转鼓3；进料管4；进料端5；清液收集腔6；排液管7；进气管8；橡胶气囊9；支架10；内环11；外环12；保护套13；弹性吸能结构14；折叠式搅拌桨15；折叠式刮刀16；分液器17；端面密封18，螺旋形导向结构19。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1至图6所示，本发明提供了一种管式离心机，包括机架1、驱动装置2、转鼓3、出料装置、集料装置、密封结构，所述驱动装置2装配在机架1顶部，转鼓3为顶部封闭底部开口的空心圆柱体，从而在源头上避免外界气体吸入，转鼓3竖直转动装配在机架1上，并由驱动装置2驱动转动，出料装置设置于转鼓3内部，包括进料管4，进料管4的下端为进料端5，进料管4的上端自下而上通过转鼓3底部的开口伸入，并延伸至接近转鼓3顶部，集料装置设置于转鼓3下方，包括清液收集腔6，清液收集腔6与转鼓3之间留有间隙，在转鼓3高速旋转时，清液收集腔6与转鼓3相互不接触，清液收集腔6用于回收离心过程中产生的清液，在转鼓3停止旋转后，清液收集腔6与转鼓3结合，二者之间的间隙通过密封结构与外界封闭实现转鼓3内部的完全封闭，进而通过沉淀重悬装置实现对转鼓3的沉淀重悬，化学清洗(CIP)及蒸汽清洁(SIP)等，满足食品及医药领域的要求。转鼓3与机架1之间设置有转动平衡装置。

所述清液收集腔6设置有排液管7和进气管8，排液管7位于清液收集腔6底部，清液收集腔6通过进气管8与洁净空气源或惰性气体源相连通。

所述密封结构为设置于转鼓3和清液收集腔6之间的橡胶气囊9。

或者，所述密封结构包括气缸和密封圈，气缸的缸体与机架1固定连接，气缸的活塞杆与清液收集腔6固定连接，清液收集腔6和转鼓3之间设置有密封圈，密封圈装配在清液收集腔6的顶部。

所述转动平衡装置包括支架10、接触结构和阻尼结构，所述接触结构具体为滚轮、滑动轴承、滚动轴承或磁浮轴承，接触结构的内环11与转鼓3外壁固定连接，接触结构的外环12与阻尼结构固定连接，内环11与外环12之间留有一定间隙，并填充有润滑脂，所述阻尼结构包括保护套13和嵌套在保护套13中的弹性吸能结构14，弹性吸能结构14具体为液压缓冲器、弹簧组、弹性橡胶、蠕变性材料中的一种或多种的组合，保护套13通过支架10与机架1固定装配。

所述进料管4外部装配有沉淀重悬装置，进料管4的下端贯穿清液收集腔6延伸至清液收集腔6下方，且进料管4与动力机构连接，由动力机构驱动进料管4转动或滑动，进料管4与清液收集腔6之间通过端面密封18或密封圈实现密封。

所述沉淀重悬装置具体为折叠式搅拌桨15，折叠式搅拌桨15固定装配在进料管4外壁上。

或者，所述沉淀重悬装置具体为折叠式刮刀16，折叠式刮刀16的外侧设置有螺旋形导向结构19。

转鼓3内壁顶部装配有分液器17。

转鼓3顶部通过挠性轴悬吊于机架1，挠性轴的另一端与驱动装置2动力连接。

本发明的工作原理如下：

在转鼓3高速旋转时，料液受离心力作用紧贴于转鼓3壁，并于转鼓3内部形成中空的圆柱形气腔，故本发明将一根进料管4从转鼓3底部开口处，直接伸入圆柱形气腔至转鼓3内顶部，将料液直接喷射于转鼓3顶部的气液界面，在转鼓3顶部分液器17的作用下，料液进入气液界面并随转鼓3高速旋转，进而在离心力的作用下，固相物穿过气液界面进入环形液体区域，并最终于转鼓3筒壁形成沉淀；而失去固相物的清液则沿气液交界面自上而下运动，并最终从转鼓3底部开口处离开转鼓3。

为此，本发明于转鼓3底部开口处，安装一个清液收集腔6，用以收集离心过程中产生的清液，为保证转鼓3实现高速旋转，在离心过程中，清液收集腔6与转鼓3不发生接触，并保证足够的转鼓3摆动间隙。为保证料液不暴露于外部环境或满足惰性气体对料液保护的要求，清液收集腔6除拥有排液管7外，亦拥有一个进气管8，可通入洁净空气或惰性气体，保证外部气体不进入内部。

当转鼓3停止转动后，清液收集腔6与转鼓3间，将实现无间隙配合，其配合方式包括并不限于压紧、涨紧及缩紧，涨紧的配合结构具体为在转鼓3和清液收集腔6之间的设置橡胶气囊9，通过向橡胶气囊9内充气实现转鼓3和清液收集腔6之间的密封；压紧的配合结构具体包括气缸和密封圈，气缸的缸体与机架1固定连接，气缸的活塞杆与清液收集腔6固定连接，清液收集腔6和转鼓3之间设置有密封圈，密封圈装配在清液收集腔6的顶部，通过气缸带动清液收集腔6向上运动，从而使装配与清液收集腔6顶部的密封圈与转鼓3底部贴合，实现密封；也可以采用清液收集腔6和转鼓3二者嵌套的结构，通过缩紧或涨开清液收集腔6套或转鼓3的侧壁，以实现二者之间的密封。通过以上三种方式的任意一种最终实现转鼓3及清液收集腔6内部与外界环境的硬隔绝，用以满足沉淀重悬排出、化学清洗(CIP)及高压蒸汽灭菌(SIP)等要求。

为了实现沉淀重悬排出，本发明于进料管4上设置了沉淀重悬装置，沉淀重悬装置包括并不限于折叠式搅拌桨15、折叠式刮刀16等。沉淀重悬装置可随进料管4进行径向圆周运动并通过螺旋形导向结构19导向进行轴向直线运动，在转鼓3与清液收集腔6与外界实现硬隔绝后，用以重悬附着于转鼓3壁上的沉淀，或参与之后的内部的清洁。

对于难溶性沉淀，如图3所示，可优选利用折叠式刮刀16伸展后，在进料管4外侧螺旋形导向结构19的作用下，通过径向及轴向移动，与沉淀硬接触，将其分散于溶液中最终使其重悬。

对于易溶性沉淀，如图4所示，可优选利用折叠式搅拌桨15搅拌的方式，直接通过径向转动，实现沉淀重悬于溶液中。

沉淀重悬装置的动力实现，即进料管4的转动，可通过以下两种方式完成：

第一种为机械接触式沉淀重悬机构，通过进料管4转动或直线运动完成，优选的如图5所示，进料管4与清液收集腔6之间存在机械密封，其密封方式可通过端面密封18或密封圈等实现。优选的，可利用卫生级端面密封装置将外部转动传递于转鼓3内。

第二种为电磁非接触式沉淀重悬机构，进料管4与清液收集腔6间为静密封，利用磁场或电磁场可透过非磁性材料(不锈钢)的特性，实现沉淀重悬装置的动力传递。优选的，在清液收集腔6中放置霍尔传感器及稀土永磁体作为转子，与清液收集腔6外电磁场构成“直流无刷电机”带动沉淀重悬装置转动。或直接利用磁力联轴器原理，通过清液收集腔6外永磁体带动其内部永磁体转动，实现沉淀重悬装置的转动。

为避免传统管式离心机存在的底部轴承组油脂污染料液问题，本发明首先通过补气的方式保持转鼓3内正压，避免油雾进入，另一方面将限制转鼓3摆动的装置(转动平衡装置)远离转鼓3底部开口，置于转鼓3壁上。

为此本发明亦提供转动平衡装置，转动平衡装置的接触结构内外环12之间保留一定间隙，并可脂润滑。在转鼓3启动及低转速下，通过阻尼结构吸收转鼓3径向摆动惯量，降低并限制其摆动幅度，在进入高转速后，转鼓3通过陀螺效应将实现自对中，并与接触结构外环12脱离接触。

采用本发明进行惰性气体保护的卫生级物料离心分离的工作过程如下：

清场后，橡胶气囊9封闭转鼓3与清液收集腔6间隙，进料管4通入蒸汽，排液管7排凝水及内部空气，温度至121℃，保压20分钟。灭菌完成后，进料端5补入洁净氮气，保持正压排凝水，降至室温后，橡胶气囊9解除转鼓3与清液收集腔6间的密封，进气口持续补充氮气，转鼓3转动并至额定转速，进料管4进料，至离心完成。

待转鼓3停转后，橡胶气囊9重新封闭转鼓3，至清液全部流净后，从底部排液口补入重悬液，进料管4排气，若以沉淀收集为目标，则补充下步工序中所使用的重悬液于转鼓3，并进一步在转鼓3中通过折叠式搅拌桨15或折叠式刮刀16等装置将沉淀重悬，此时进料端5补入氮气，压缩重悬液从清液排液口流至下道工序。

排料后，排液口补入清水，进料端5排气，开启折叠式搅拌桨15或折叠式刮刀16搅拌，在搅拌过程中进气口持续补充清水并于进料端5排出，至合适时间后排液口排出全部液体。此时进气口及进料端5充入碱液或酸液，从排液口流出进行酸洗或碱洗循环，至规定时间后纯水清洗，至流出液电导率与纯水一致清洗结束。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种管式离心机，其特征在于，包括机架、驱动装置、转鼓、出料装置、集料装置、密封结构，所述驱动装置装配在机架顶部，转鼓为顶部封闭底部开口的空心圆柱体，转鼓竖直转动装配在机架上，转鼓顶部通过挠性轴与驱动装置连接，并由驱动装置驱动转动，出料装置设置于转鼓内部，包括进料管，进料管的下端为进料端，进料管的上端延伸至接近转鼓顶部，所述进料管外部装配有沉淀重悬装置，所述沉淀重悬装置具体为折叠式刮刀，折叠式刮刀的外侧设置有螺旋形导向结构，沉淀重悬装置随进料管进行径向圆周运动并通过螺旋形导向结构导向进行轴向直线运动，在转鼓和清液收集腔与外界实现硬隔绝后，用以重悬附着于转鼓壁上的沉淀，或参与之后的内部的清洁；集料装置设置于转鼓下方，包括清液收集腔，清液收集腔与转鼓之间留有间隙，清液收集腔与转鼓之间的间隙通过密封结构与外界封闭，所述密封结构为设置于转鼓和清液收集腔之间的橡胶气囊或密封结构包括气缸和密封圈，气缸的缸体与机架固定连接，气缸的活塞杆与清液收集腔固定连接，清液收集腔和转鼓之间设置有密封圈，密封圈装配在清液收集腔的顶部；转鼓与机架之间设置有转动平衡装置。

2.根据权利要求1所述的一种管式离心机，其特征在于，所述清液收集腔设置有排液管和进气管，排液管位于清液收集腔底部，清液收集腔通过进气管与洁净空气源或惰性气体源相连通。

3.根据权利要求1所述的一种管式离心机，其特征在于，所述转动平衡装置包括支架、接触结构和阻尼结构，所述接触结构包括内环和外环，接触结构的内环与转鼓外壁固定连接，接触结构的外环与阻尼结构固定连接，所述阻尼结构包括保护套和嵌套在保护套中的弹性吸能结构，保护套通过支架与机架固定装配。

4.根据权利要求3所述的一种管式离心机，其特征在于，接触结构具体为滚轮、滑动轴承、滚动轴承或磁浮轴承，弹性吸能结构具体为液压缓冲器、弹簧组、弹性橡胶中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求3所述的一种管式离心机，其特征在于，所述弹性吸能结构为蠕变性材料。

6.根据权利要求1所述的一种管式离心机，其特征在于，进料管的下端贯穿清液收集腔延伸至清液收集腔下方，且进料管与动力机构连接，由动力机构驱动进料管转动或滑动，进料管与清液收集腔之间通过端面密封或密封圈实现密封。

7.根据权利要求1所述的一种管式离心机，其特征在于，转鼓内壁顶部装配有分液器。