CN1113701C - 用以分离液体表面层的方法与装置 - Google Patents

Abstract

在从少量的较轻液体中去净化较重的液体时，将这些液体首先引入容器(1)中以允许轻的液体集拢到重液体的表面上。然后让容器(1)中的组成了两种液体混合物的液体团(4)的表面层溢流出溢流出口件(14)而进到收集室(15)内。此液体混合物从收集室(15)再注入离心分离器内，而已净化的较重的液体则由此返回到容器(1)内。根据本发明，此液体混合物是由与离心分离器的离心头(10)相连接而因此随之转动的泵唧件(17)从收集室(15)泵送到此离心分离器内的。由此可以用简单而廉价的装置实现所述的净化作业。

Description

用以分离液体表面层的方法与装置

本发明涉及从液体团除去于其上形成表面层的液体混合物且将此液体混合物分成一种较轻液体和一种较重液体的方法与装置。

在设有用以切削金属件的机床的车间中，例如就需要上述这种方法与装置来净化机床冷却用的液体。这类冷却剂通常是水基的，使用中会为其他杂质连同少量的油在内变质，这少量的油例如是用于运转机床的液压油与润滑油，它们如果不从冷却剂中分离，会造成不愉快的异味并使得冷却剂经一段时间后不能使用。已知可用离心分离器从冷却器中除去油类，实际操作过程如下：使冷却剂与有害油形式的液体混合物从含有这种待净化的冷却剂的液体表面层溢流出溢流出口件而进到收集室内，再对此离心分离器用某种泵装置从此收集室内抽吸出液体混合物。

即使是在其他方面，也需要有方法与装置使较重的液体与少量较轻的液体分离。例如用于净化目的的液体总是不得有轻量的飘浮污染物以便能再次利用这种液体。

本发明的目的在于能以简便和不昂贵的方法用简单与廉价的装置，从少量较轻的油中清除较重的液体。这种装置应该紧凑并易于安装以连接含有待净化液体的容器。此外，这种装置还应该是可以自动操作的，且不需要使离心分离器的操作与需要用来将液体抽运到离心分离器的泵唧装置的操作进行复杂的协调，就能获得所需的净化效果。

为了实现上述目的，本发明提出了从液体团中除去于其上形成表面层的液体混合物并将此液体混合物分成一种较轻的液体和一种较重的液体的方法，而此液体混合物如已知的情形首先从此液体团溢流过溢流出口件而进到收集室内，然后由此泵送入离心分离器中。本发明的方法特征在于，所述液体混合物是由与离心头(转子)相连并随其转动且向下伸入到收集室中液体混合物内的泵唧件，从收集室向上吸入构成离心分离器一部分的转动中的上述离心头内。所述溢流出口件最好可相对于所述泵唧件沿垂直方向运动，而使得从液体团之流到收集室的液体混合物在每单位时间内的数量能对应于此泵唧件和/或相应的离心头的流量。

为了实现上述垂直运动溢流出口件的所需功能，可以应用已知的技术。例如此溢流出口件依据US-A-3633749可以保持飘浮于所述液体团上，或依据US-A-5693218可以保持飘浮于所述收集室中存在的液体混合物上。此外，对于从液体表面层上流到收集室的液体混合物量的自动控制还可能涉及到不同的工艺。溢流出口件的基本作用是使进入收集室的新的液体混合物的流量适配于由泵唧装置从收集室向上注入到离心体内的流量。

要是液体团表面层的液面改变，则最好使溢流出口件能自动使自身适配这种情形。这在收集室是由具有某些沿垂直方向不可移动的部件的收集容器所限定时，则需要此收集容器的至少一部分壁部是可以与溢流出口件一起作垂直移动的。

在本发明的最佳实施例中，收集容器的这种壁部包括有皱皮膜(波纹管)，或者也可在溢流出口件与收集容器的垂直方向不可动部件之间采用不同种类的密封装置。

为了净化业已依上述方式从液体团表面层输送到收集室以便再输送到离心分离器的液体混合物，本发明建议：所述离心分离器要包括一离心头，此离心头与可从上方延伸并向下方伸入收集容器中存在的液体混合物内的泵唧装置连接；而此离心分离器还应包括一驱动装置，它可以用来驱动此离心头以及与之连接的泵唧装置；同时此泵唧装置则能用来将液体混合物注入到离心头内。

上述泵唧装置可以有许多不同的设计方式。它最好要包括一与离心头直接相连的泵唧件，使得一般的驱动装置适用于通过同一个传动装置来转动此离心头与泵唧件两者。但根据本发明并非必须如此。或者也可使驱动装置独立地与泵唧件相连，这时可在驱动装置与该离心头和该泵唧件两者中之一的中间采用某种齿轮装置。最重要的是，泵唧件的转速增加意味着流体对离心头的流量增加，而离心头转速增加的结果相应的提高了离心头的分离本领。

在本发明的最佳实施例中，泵唧装置包括一管形泵唧件，它绕基本垂直的转动轴线转动并具有将液体混合物从收集容器导引到离心头的中央泵唧通道。离心头与泵唧件两者最好都能绕基本垂直的转动轴线转动，而在最佳实施例中，此泵唧件如上所述是与离心头直接连接以随它一起转动的。这种泵唧装置对于泵唧的液体是很平缓地起作用的，这就是说它所具有的泵送能力不会使它受到极大的剪切力的影响。这类剪切力在上述连接中是有害的，因为它们会使要在离心分离器中相互分离的两种液体非所希望地形成乳浊液。

本发明的方法与装置可以用于连续地净化液体，而净化好的液体则直接到返回到所述液体团中。净化了的液体最好返回到此液体团的预定表面层下的一个液面上，以便在液体团中所发生的预分离尽可能不受扰动。在本发明的这种装置中，上述返回作业是借助一固定的机壳实现，此机壳围绕离心转子并具有从下方伸入此液体团到所述液面的返回部件。

如已说明的，可旋转的向下伸入待净化的液体中的泵唧件最好是管件。为使泵唧件被濡湿的表面最小化和/或为了避免液体向上泵送到泵唧件之外，根据本发明的又一种发展形式，此泵唧件的外周围绕有可从上与下方伸入液体混合物不可旋转的壁部，它在所述装置作业期间存在于集合容器之内，而在此不旋转的壁部与可旋转的泵件之间有用于使它们密封的密封装置。密封装置可取任何适当的设计形式。例如，环形的橡胶或其他弹性材料的所谓唇式密封垫可以由不旋转的壁部支承而环绕此泵唧件并沿径向密封其外侧。另外可由此旋转的泵唧件支承一类似的环形唇式密封垫，使得它能借助离心力沿径向朝外压贴到外围的不旋转壁部上。

在本发明的最佳实施例中，上述密封装置包括一环形的可沿轴向移动的密封件和适合在不转动的壁部或与之连接的不转动部件同转动的泵唧件间施加轴向力的装置。此密封件可同泵唧件一剂转动，但它最好是不转动的而能沿轴向压贴到一密封面且最好是可转动的泵唧件的端面上。

上述这种环绕泵唧件的不旋转壁部保护了在泵唧件旋转之际不会与其无意地接触。

要是离心头是从挠性悬挂装置上悬挂下，则所述不转动壁部最好也从此同一悬挂装置上垂下，以免在离心头工作中于密封装置的转动和不转动密封面之间有相对摆动运动。

下面参照附图说明本发明，附图中：

图1示明本发明的处理装置，它安装在含有待于此分离装置中处理的液体的容器之上；

图2所示的分离装置与图1所示的相同，但其某些部分是以剖面图示明；

图3是以放大的尺寸示明了图2中分离装置的部分；

图4与5分别表明的是沿图3中A-A线与B-B线的剖面图。

图1与2示明含有流体的容器1，此种液体拟用作切削金属件的机床中的冷却剂。这种液体可以是水基的，并会在使用中为少量的油污损。用过的冷却剂拟通过入口2进入容器1内，而净化过的冷却剂则将通过出口3离开此容器以再用于金属件的冷却。此冷却剂存在于容器1中形成了液体团(Liquid body)4，而污损的油则以薄表面层形式收集于此液体团4的顶面。

容器1具有的水平上部限制壁5中开有孔口6，能让本发明的分离装置从上方与下方经此孔口进入容器中。此分离装置构成了安装于容器1之上的自支持装置，它包括从容器的上部限制壁5通过挠性悬挂装置8悬挂的机壳7。附图中只示明了悬挂装置8的三个相同部分中的一个。悬挂装置8还包括固定于机壳7上部的马达9以及从此马达悬挂下并为机壳7环绕的离心头10(图2)。马达9可用来驱动离心头10绕垂直转动轴线R转动。

此分离装置还包括收集容器11，此收集容器11为机壳7支承于容器1内成为为液体团4包围的形式。收集容器11包括底板12、取皱皮膜13形式同时有圆形横剖面且于下部固定到底板12上的围壁、固定到皱皮膜13上部的环形浮圈14。浮圈14适于浮在液体团4之上而形成一溢流出口件，而液体团4的表面上可以经过它而溢流入收集容器11中。浮圈14的上侧有若干径向凹座或槽，通过它们液体可流入收集容器面均匀分布浮圈周围。这些槽给浮圈14以稳定性，使其围绕自身的整个周边沿垂直方向移动相同的程度。

图2表明此收集容器11限定出一用于使液体混合物溢过溢流出口件(浮圈)14进入其中的收集室15。这种液体混合物主要包括较重的冷却剂和较轻的少量的油。图2中还示明此收集容器的底板12是通过套筒16由机壳7支承。

离心头10的下部载有管状的略呈锥形的向下伸入收集室15内的泵唧件17。泵唧件17由锁环18紧固到离心头10上并为大致圆筒形的不转动壁19所环绕，壁19由机壳7支承从液体团4上方的区域向下伸入收集室15。壁19的下部载有密封装置20适合密封泵唧件17的最下部，以使存在于收集室15中的液体混合物不会与泵唧件17的外侧接触。下面参考图3详述密封装置20。

离心头10可以用传统的那种故不必于此细述。有关适用的一种离心头的较详细的说明可以参看例如EP312233B1、EP312279B1、WO96/33021与WO96/33022。

离心头10有一入口室21通过通道22与分离室23通连。离心头10还有在油的情形下用于已分离的较轻液体的第一出口24和在水基冷却剂的情形下用于已分离的较重液体的第二出口25。机壳7具有：第一出口26，用来接收离心头的通过其出口24离开的已分离的油，第二出口27，用来接收离心头的通过其出口25离开的已分离的冷却剂。

已分离的油通过出口26导引到某个适当的接收器中，而已分离的冷却剂则通过机壳7中的各空隙返回到液体团4。为此，机壳7形成为使得所分离的冷却剂导引到环绕泵唧件17的固定壁19的外侧上，向下通过前述套筒16。如图2所示，在机壳7内限定出一回流室28，回流的冷却剂于其中形成液体团4，液体团4的自由液体表面在分离装置作业期间将多少要高于此液体团的液面。

图3以比图2较大的比例示明了收集容器11和密封装置20。如图所示，此密封装置包括可沿轴向移动的密封件29。为配合上述情形，用形成上部的套筒去密封固定的圆筒形壁19的内侧面用环形的下部去密封旋转的泵唧件17。用设定于翼片31上的螺簧30将密封件29相对于图3推压向上以密封泵唧件17。为此，此泵唧件在其最下部也带有一可随其转动的密封件32。密封件29与32通过轴向相对的密封面相互贴紧。

上述翼片31与底板12连接，除用来支承弹簧30外，还用来在泵唧件17的下部区域中反抗收集容器15中液体的转动。如图所示，至少有一个翼片31一直延伸到密封件32区域中泵唧件的入口。

图4所示为沿图3中A-A线通过泵唧件17的剖面。由图可见，泵唧件17有三个在内部的沿轴向与径向延伸用以在此泵唧件转动时挟带液体的翼片33。

图5所示为沿图3中B-B线通过机壳7的剖面。由图可见，即使是机壳7的外侧也有三个沿径向与轴向延伸的翼片34。翼片34与翼片31同样具有抵抗收集室15中液体转动的功能。

本发明的分离装置按下述方式工作。

浮圈14形成为只要是收集容器中不存在液体就能浮于液体团4之上，但是只是达到一个使得液体团4的表面层能流过浮圈14而达到收集容器11中的高度。当收集容器11的液面趋近浮圈14时，此浮圈也为收集容器11中的液体驱动。然后浮圈14上升到一可截止液体进一步流入收集容器11内的高度。这种情形发生在收集容器11的液面已然达到与周围容器1液面同等高度之前。

当起动马达9，用以驱动离心头10和与之相连的泵唧件17绕转动轴线R转动时，液体便通过泵唧件17从收集容器11向上泵送并注入离心头10。收集容器11中的液体表面于是下沉而浮圈14也随之略有下沉，同时新的液体便从液体团4的表面层流入收集容器11。要是从液体团4的表面层泵送出均匀流，则从图2与3可以看到其中的液体表面将会调节到某个高度，而通过浮圈14将溢流入与经由泵唧件17流出相同的液体量。

在泵唧件17中会形成基本是圆柱形的液体表面，它从泵唧件17的下部一直延伸到离心头10的入口室21。在泵唧件17中如此形成而又在其转动中为翼片33所挟带的液体团中(参考图4)，液体如图2与3中箭头所示沿轴向上流。泵唧件17的中央留有为空气充填的空隙，它在必要时可与泵唧件17周围的空气通连。为此，泵唧件17可带有一小管，它从泵唧件17的中央沿径向外延到此泵唧件之外。这种小管在图2中由虚线示明于泵唧件17的上部。

通过泵唧件17进入离心头10的入口室21的液体由此经入口通道22进入分离室23。室23中设有一组锥形分离碟，在它们之间形成了窄的分离空隙。在这些分离空隙中，悬浮于冷却剂中的小滴油为离心力强制分离而移向离心头10的转动轴线并经出口24送出。清除了油的冷却剂首先沿一个离开离心头10的转动轴线的方向流出所述分离空隙，然后通过一或多个收集通道反流向此转动轴线到离心头的用于净化的冷却剂的出口25。

在分离出的油经机壳7的出口26导引到一特定的接收器的同时，净化的冷却剂则被导引通过出口27返回到容器1的液体团4中。这样，此冷却剂便从出口27导引到回流室28并由此通过管道16而进入液体团4。

由于从冷却剂分离出的油量极其之少，回流到液体团4的液体流量便基本上与溢流出浮圈14进入收集容器11的量相同。在回流室28的液面与环绕容器1中的液面在高度上有一定的差别，分别如图2和图3所示。

此外，如图2与3所示，在浮圈14的区域中，于紧邻皱皮膜13的内外侧还分别形成了两个特殊的液体表面。这些液体表面的形成是由于在收集容器11的内外侧于浮圈的下侧上已裹入了空气。应该指出，在所裹入的空气中产生的超压有助于提高浮圈的漂浮能力。

正如可以认识到的，浮圈14的位置能与容器1中存在的液体量相适应，而底板12则保持于不变的高度下。此外也知，要是离心头的分离能力通过提高其转速而增加，则泵唧件17的泵送能力会自动地提高。当泵送能力有了这样地提高后，从液体团4流入收集容器11中的液体量便自动地增加。

收集容器11并不一定要为围绕离心头10与泵唧件17的机壳7所载承，或者，它可以由容器1支承例如竖立于其底部上。此外，环绕泵唧件17同时支承部分密封装置20的固定壁19也不一定要为机壳7支承。固定壁19甚至可更换为由容器1支承。但图中所示的布置形式出于几个有利的理由。例如，为了实现密封装置20的功能，最好是使相配合的密封件29与32两者由同一的一个悬挂装置支承。由于可旋转的离心头10的悬挂装置应为挠性的。这样，密封装置的不转动部分就应被挠性地悬挂。此外，由于环绕泵唧件17的不转动壁19最好是挠性悬挂的，收集容器11也最好是从同一悬挂装置挠性地悬挂下。由此，可以利用固定壁19或与之相连的其他部件来导引浮圈14的垂直运动。在所示的结构中，翼片34(参看图5)是用于这种导引目的的。

Claims (19)

1.用来从液体团(4)除去于其上形成表面层的液体混合物且将此液体混合物分成一种较轻液体和一种较重液体的方法，首先使此液体混合物从液体团(4)流过溢流出口件(14)之上进入收集室(15)，然后由此泵送入离心分离器内，其特征在于，此液体混合物是由泵唧件(17)从收集室(15)向上泵送入包括在上述离心分离器中转动的离心头(10)内，此泵唧件(17)与离心头(10)连接并随之转动且向下伸入收集室(15)中的液体混合物内。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述液流出口件(14)保持飘浮于所述液体团(4)和/或收集室(15)中存在的液体混合物之上。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述液流出口件(14)保持成可相对于所述泵唧件(17)作垂直运动，同时借助通过泵唧件(17)将液体混合物泵送入离心头(10)相同的流动促致此液体混合物从液体团(4)流入收集室(15)。

4.按照权利要求1～3中任一项所述的方法，其中所述液流混合物导引到环绕泵唧件(17)整个周边的收集室(15)内。

5.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中所述液体混合物是从收集室(15)通过转动的泵唧件(17)向上泵送入离心头(10)的，而仍在收集室(15)中的液体混合物则通过密封装置(20)保持不与至少是部分泵唧件(17)的外侧接触。

6.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中于离心头(10)中分离出的较重的液体在低于液体团(4)上前述表面层的高度下返回此液体团(4)。

7.按照权利要求6所述的方法，其中所述分离出的重液体经由通过收集室(15)的通道(28，16)导引回到液体团(4)。

8.用于从液体团(4)除去于其上形成表面层的液体混合物且将此液体混合物分成一种较轻液体和一种较重液体的装置，此装置包括：

适用为来自所述液体团(4)的表面层的液体混合物溢流出的可沿垂直方向运动的溢流出口件(14)；

适用于接收从溢流出口件(14)溢流出的液体混合物的收集容器(11)；以及

适用于接收来自收集容器(11)的液体混合物且将其分离成所述较轻液体与较重液体的离心分离器，其特征在于：

上述离心分离器包括离心头(10)，它与可从上方延伸并向下方伸入所述收集容器(11)中存在的液体混合物内的泵唧装置连接；

此离心分离器还包括可用来驱动离心头(10)以及与之相连的泵唧装置的驱动装置；而

所述泵唧装置适用来泵送液体混合物并将其注入离心头(10)。

9.按照权利要求8所述的装置，其中所述泵唧装置包括与离心头(10)连接的泵唧件(17)，此泵唧件可随此离心头绕二者共用的转动轴线R转动。

10.按照权利要求9所述的装置，其中所述泵唧件(17)是管件，同时具有用以从收集容器(11)将液体混合物泵送入离心头(10)的中央泵唧通道。

11.按照权利要求9或10所述的装置，其中所述离心头(10)与泵唧件(17)都可绕基本垂直的转动轴线R转动。

12.按照权利要求9～11中任一项所述的装置，其中所述泵唧件(17)为不转动的壁(19)环绕，壁(19)可从上方延伸并向下方伸入收集容器(11)中存在的液体混合物内，同时有密封装置(20)用作不转动壁(19)与可转动的泵唧件(17)间的密封，用以防止液体混合物因泵唧件(17)的转动而向上运动到泵唧件(17)的外侧。

13.按照权利要求12所述的装置，其中所述离心头(10)是从挠性的悬挂装置(8)上悬挂下而不转动壁(19)是从此同一挠性的悬挂装置上悬挂下，以防止在离心头(10)运转期间于不转动壁(19)和可转动泵唧件(17)之间有相对摆动运动。

14.按照权利要求12或13所述的装置，其中所述密封装置(20)包括环形的可沿轴向移动的密封件(29)以及适用于在不转动壁(19)与可转动泵唧件(17)之间实施轴向密封力的装置(30)。

15.按照权利要求14所述的装置，其中所述环形密封件(29)是不可转动的而适用于沿轴向压抵到可转动泵唧件(17)之上。

16.按照权利要求15所述的装置，其中所述泵唧件(17)是管件，而所述不转动密封件(29)适用于沿轴向压抵到可转动泵唧件(17)的端面上。

17.按照权利要求12～16中任一项所述的装置，其中所述收集容器(11)是从不转动壁(19)之上悬挂下。

18.按照权利要求17所述的装置，其中所述离心头(10)是由机壳(7)包围，机壳(7)限定出一些空隙(27)用于接收已分离的较重的油并将其经由穿过收集容器(11)的通道(28，16)导引到前述液体团(4)。

19.按照权利要求8～18中任一项所述的装置，其中在收集容器(11)中设有部件例如翼片(31)用以抵抗此容器中的液体旋转。