CN1123394C - 一种沉降式离心机 - Google Patents

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Abstract

一种沉降式离心机，其有一转子(1)、一螺旋输送器(2)和驱动装置，该转子仅在其一端被悬置起来，转子的转动轴线(R)垂直延伸。转子(1)具有进口(22)、出口(12；67)，以及出口(13)。转子(1)以及螺旋输送器(2)由输送器轴(5，8)驱动。转子轴(5)和输送器轴(8)通过一齿轮装置(3)连接在一起，该齿轮装置包括三个相互配合的齿轮部件(33、35、37)，其中，第一齿轮部件(33)与转子轴(5)相连，而第二齿轮部件(35)与输送器轴相连，三个齿轮部件适于绕转子中心轴线的延长线彼此相对转动，而进口通道延伸通过该齿轮装置的中心。本发明可以简单的方法使沉降式离心机适应不同的分离负荷，因为淤渣出口(13)的位置可以自由地选择。

Description

一种沉降式离心机
技术领域
本发明涉及一种用于从液体混合物中分离出固体的离心分离机，混合物中有这类颗粒悬浮在液体中，液体的密度小于颗粒的密度。本发明特别涉及一种所谓沉降式离心机，该沉降式离心机包括一个可以绕一根中心轴线以第一速度转动的转子、一个布置在该转子中并且可以绕所述中心轴线以不同于所述第一速度的第二速度转动的螺旋输送器和一适用于使该转子以所述第一速度转动且使该螺旋输送器以所述第二速度转动的驱动装置。
背景技术
这种沉降式离心机被用于很多不同的应用场合，特别用在待处理的混合物中的固体含量相对较大的场合。沉降式离心机还被用于待分离的颗粒的尺寸变化大和/或混合物中的颗粒的含量变化大的应用场合。另外，在待处理的液体体积相对较大的场合也通常采用沉降式离心机，这就意味着沉降式离心机一般要相对地大，这样，尽管所提供的混合物在单位时间内的流量大，也可以给出一个令人满意的结果。
无论在单位时间内提供的混合物量有多少，理想的是对于每台离心分离机，无论其为何类型，都会提供令人满意的分离结果，而无论提供的液体混合物中的固体含量相对较大还是较小。这样，理想的是，其尺寸适应于一定待处理液体通过流量这样的离心分离机也可用于不同的连接，即可用于固体含量相对较大的连接也可用于固体含量相对较小的连接。如果对一种或另一种连接要对离心分离机进行修改，以便得到一个令人满意的分离效果，其结构应该使这种修改能以便宜和简单的方式进行。
这是已知技术沉降式离心机的一个问题，即它们具有的结构不能以简单和便宜的方式进行修改，这样，它们就不是有效的，即不是对于不同的连接都能给出令人满意的分离结果。
在此问题上的结论是，在待处理的混合物具有相对较小的单位时间内的流量，同时有相对小但却不是无足轻重的固体含量时，是采用其它类型的离心分离机而不是沉降式离心机。那么，这某些情况下，可以采用所谓的喷嘴分离器，但是如果混合物中颗粒含量或颗粒尺寸变化大，喷嘴分离器就不合适。对于这种分离条件，需要采用离心分离机，这种离心分离机适应于间歇地排出分离的颗粒。然而，这又产生了其它的问题，因为这种类型的离心分离机在操作过程中只有很有限的能力来排出分离的固体。这样或者需要在离心分离机的操作过程中以很高的频率进行排淤渣操作，从而难以取得进行有效的分离，或者需要减少在单位时间内提供给离心分离机的混合物的数量，这样就使得离心分离机的分离能力变得特别小。在这两种情况下，通常需要加大离心分离机的尺寸以便得到一个可接受的分离效率，即一个令人满意的分离结果，或得到一个可接受的分离能力。
在其它的连接中，当待处理的液体单位时间的流量较大和固体含量相对较小时采用沉降式离心机，因为从成本的角度来看，采用各种不同的离心分离机都是不可能的。然而，在这种情况下需要加大沉降式离心机的尺寸，这样它们能够给出理想的分离结果。因此，不可能以最佳的方式设计一个沉降式离心机来处理固体含量相对较小的混合物。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种沉降式离心机的设计或结构，这是相对较简单和较便宜的那种沉降式离心机，它适应于在待处理的混合物中固体含量大的连接以及固体含量小的连接的操作，这样可以达到理想的分离结果。
本发明的另一个目的是此处的设计将使得以低成本生产沉降式离心机成为可能。
根据本发明，以上所确定的目的可以通过提供最初确定类型的离心分离机的设计而达到。本发明提供一种用于从液体混合物中分离出固体的离心分离机，在该混合物中以颗粒形式的固体悬浮在液体中，液体的密度小于颗粒的密度，该离心分离机包括：一个可以绕一根中心轴线以第一速度转动的转子；一个布置在转子中并且可以绕中心轴线以不同于第一速度的第二速度转动的螺旋输送器；和一个适用于使转子以第一速度转动并使螺旋输送器以第二速度转动的驱动装置；转子通过一个转子轴可转动地仅支承在其一端，转子轴布置成使得转子中心轴线基本垂直地延伸；转子有一个用于混合物的进口，其形式为至少一个进口通道，该进口通道延伸入转子的一端，一个用于分离后的液体的出口，其形式为至少一个出口通道，该出口通道延伸出转子的一端，以及一个用于分离后的固体的淤渣出口，该淤渣出口位于转子的相对的另一端；转子包括圆锥部分，该淤渣出口位于圆锥部分的顶点处；螺旋输送器形成为用于将转子的圆锥部分向淤渣出口输送分离后的固体；螺旋输送器接合成用于与一个输送器轴一起转动，轴输送器轴向上延伸通过转子轴，并且与驱动装置连接在一起；其特征是，转子轴和输送器轴通过一个齿轮装置连接在一起，齿轮装置包括三个相互配合的齿轮部件，其中，第一齿轮部件与转子轴相连，而第二齿轮部件与输送器轴相连，三个齿轮部件适于绕转子中心轴线的延长线彼此相对转动，而进口通道延伸通过齿轮装置的中心。
由于根据本发明的上述离心分离机，淤渣出口可以位于距转子中心轴线任何理想距离的位置以及与该中心轴线重合。
本发明的第一个优点在于：可以根据单位时间内通过淤渣出口排出的固体数量来决定沉降式离心机的尺寸。这意味着根据本发明的、用于处理单位时间内一定流量的待处理混合物的沉降式离心机，可以具有理想的分离能力，而不需要加大其尺寸，无论混合物的固体含量是多少。
本发明的第二个优点在于转子的淤渣出口可以通过简单的装置移向或移开转子中心轴线，以便使沉降式离心机适应不同的需要或在某一具体分离条件下根据检测确定淤渣出口的最恰当位置。
本发明的第三优点在于适应于相对较小的沉降式离心机，即用于处理单位时间内的流量相对较小的液体混合物的沉降式离心机。在这种小的沉降式离心机中，淤渣出口可能在圆锥转子部分的顶点处形成一个很小的开口，即在转子中心轴线的其最内部分处，从而使转子的环绕壁有可能存在的最小直径。因此，本发明可以用于传统的沉降式离心机没有应用过的流量范围。
可以很便宜地生产根据本发明设计的小型沉降式离心机，因为它的很多零件都可以用如塑料或轻金属来制造。其结论是有时采用几个根据本发明的相对较小具有理想分离效果的沉降式离心机而不是采一个或少数几个大型的传统沉降式离心机更为适当，这些大型的传统沉降式离心机尽管尺寸大但仍然不能给出理想的分离结果，或者因为将其尺寸加大在生产起来特别昂贵。
最好，转子的所述圆锥部分为空心的截头圆锥形状，其窄端形成一个朝着轴向的中心开口，转子的淤渣出口就由该开口形成。要改变淤渣出口的径向位置，或者可以将空的空心截头圆锥整个地换掉，或可以将一个件加到空心圆锥的窄端或从该窄端处去掉。如果需要，要让淤渣出口相对远离转子中心轴线，只要将螺旋输送器做成使其通过中心开口延伸出去。另外，即使螺旋输送器的端部也可以由不同长度的螺旋件更换。
由于转子仅在其上端被可转动地支承，即转子的支承装置在转子的下端的区域内不会在某一个平面上有轴承，如果需要，该转子可以设有一个不同的圆锥部分和一个与该圆锥部分相适应的不同的螺旋输送器，该圆锥部分比原来的圆锥部分更长或更短。例如，如果在某个管路中，当通过螺旋输送器在转子的圆锥部分中将淤渣输送至淤渣出口时，将要分离出来的淤渣的稠度需要转子相对于转子的转动轴线更多或更少地倾斜，这时，这样做是理想的。
如前所述，根据本发明的设计是这种类型的设计，即转子的淤渣出口可以很靠近转子的转动轴线。这意味着在操作过程中形成在转子中的液体自由表面可以保持相对地靠近转子的转动轴线，而这又反过来使得插入一个改善分离效果的分离盘成为可能，例如，可以将圆锥分离盘配置在转子中，这些分离盘有较小的径向尺寸。
本发明提供了将淤渣出口配置得离转动轴线很近的可能性，这种可能性还可以以这样的方式加以利用，即沿着转子的圆锥部分的无水部分，为分离出来的淤渣提供一个超长的输送路线。在某些分离条件下，为了使淤渣尽可能地干，这种做法可能是需要的。
在本发明的一个优选实施例中，转子轴和输送器轴通过一个齿轮装置连接在一起，该齿轮装置包括三个相互配合的齿轮部件，其中第一齿轮部件与转子轴相连，第二齿轮部件与输送器轴相连，三个齿轮部件可以绕着转子中心轴线的延长线相互相对转动，而所述进口通道从该齿轮装置的中心通过。
齿轮装置可以是一种行星齿轮装置，但最好是由所谓的HarmonicDrive齿轮装置(HD齿轮装置)组成，该装置包括一个刚性圆柱齿轮部件、一个柔性齿轮部件以及一个波动发生器，刚性圆柱齿轮部件绕其中心轴线转动，在该齿轮上围绕着该中心轴线分布有第一数量的牙或齿，柔性齿轮部件绕着相同的中心轴线延伸并且具有不同数量的牙或齿，这些牙或齿围绕着该中心轴线分布并且逐渐地与圆柱齿轮的牙或齿啮合或脱离啮合，而波动发生器使柔性齿轮逐渐发生变形，从而实现齿轮部件之间的所述齿啮合。由于采用HD齿轮装置，尽管前述的进口通道从其中穿过，也能得到一个非常紧凑的齿轮装置。一种HD齿轮装置先前以被建议用于一种沉降式离心机中(见US-A-3,419,211和US-A-3,482,770)。然而，在那种管路中，沉降式离心机中没有待处理的混合物的进口通道从HD齿轮装置的中心穿过。
如果螺旋输送器和转子在淤渣出口处都不设任何特殊的轴承装置，根据本发明的设计的优点可以被利用到最大的程度。可以通过输送器轴将螺旋输送器轴颈支承于转子轴中两个轴向隔开的位置上，而输送器轴通过转子轴。还可以让螺旋输送器的螺旋叶片紧靠在转子的内侧，例如紧靠在转子的圆锥部分。如果螺旋输送器和/或转子是由塑料制成的，这种靠紧也许可以起到对螺旋输送器的轴颈支承的作用，至少随着转子和螺旋输送器开始转动时情况是这种样。在正常操作过程中，当螺旋输送器相对于转子输送淤渣而使螺旋输送器受到轴向负载时，可以允许在转子和螺旋输送器之间产生一定的径向小的自由游动。
还可以采用从US-A-4,828,541中所见的方法，根据该方法，相对于转子仅在其一端设置螺旋输送器的轴颈支承，而其余部分以这样的方式形成，使其在操作过程中可以浮动于转子中的液体中。如先前所述，如果螺旋输送器是由塑料制成的，那么其结果是在很多条件下，在操作过程中螺旋输送器浮动于转子中的液体中。
先前已有建议将沉降式离心机垂直配置，如US-A-2,862,658和US-A-5,364,335都作了这样的建议。然而，在这些专利中公开的每一个沉降式离心机都不具有不同设计特点的整体组合，而这些整体组合构成了本发明。这样，在根据US-A-2,862,658的沉降式离心机中，在圆锥转子部分上的转子淤渣出口开口被两个静止的管子所占据；一个是转子中待处理混合物的进口管，而另一个是分离出的液体部分的出口管。这两根管子可以做成转子和螺旋输送器的形式使得淤渣出口非常靠近转子的中心轴就没有可能性了。同样，在根据US-A-5,364,335的沉降式离心机中，不可能将淤渣出口定位于非常靠近转子中心轴之处，因为在这种条件下，转子和螺旋输送器是通过一个处于转子的圆锥部分的顶点处的齿轮箱而相互连接的。因此，这些已知的具有垂直转轴的沉降式离心机，没有一个具有满足前述本发明主要目的的设计。
在本发明的范围内，还可以利用由US-A-3,795,361和US-A-3,94,792所描述的方法。根据该方法，螺旋输送器设有一个法兰或一个分隔板，该法兰或分隔板将转子的内部分成两个腔室；一个分离腔室与液体出口最接近，而一个出淤渣腔室与淤渣出口最接近。所述分隔板与转子的周壁最接近，与转子的周壁之间留有一个窄缝，该窄缝将分离腔室与出淤渣腔室连接起来。通过适当地分别设置螺旋输送器和转子之间的相对转动速度，在离心分离机的操作过程中，分离出来的淤渣可以通过该窄缝来输送，其输送速度使得该窄缝被淤渣长期封闭。因此，淤渣防止了未分离的液体自由地从分离腔室流到出淤渣腔室。
如果需要，分离腔室中的自由液体表面在径向上可以处于一个非常靠近淤渣出口的地方，甚至在径向上可以处于淤渣出口以内的地方。因此分离腔室中径向最外部分的分离后的淤渣受到分离腔室中液体更大的液压，这种液体压力可以压缩淤渣。同时，从分离腔室中的液体可以获得液压力，这种液压力有助于形成通过前述的窄缝从分离腔室到出淤渣腔室的排淤渣通道。
在沉降式离心机的操作过程中，依赖于进入出淤渣腔室的淤渣的稠度，该淤渣腔室中将含有大量或少量的淤渣。如果淤渣相对较干，螺旋输送器可以将其逐渐向前推动并通过淤渣出口将其排出。如果淤渣相对较湿或比所含液体比固体更多，整个出淤渣腔室可能会充满淤渣。如果是这样，螺旋输送器可以输送最靠近转子周壁的淤渣的相对固态的部分，而淤渣的液体或半液体部分将通过淤渣出口排出。
事实上的结论是采用上述种类的分隔板可以获得进一步的优点，即分离腔室内的自由液体表面可以保持在淤渣出口的轻向内侧。也就是说，这就可能将分离盘，例如一组圆锥分离盘，配置到离心转子很靠中心之处。从而这种分离盘可以做得相对较小从而生产起来不贵。这种分离盘可以安装成或与转子一起转动或与螺旋输送器一起转动。
分离盘，例如圆锥分离盘，当待处理的混合物含有少量的并且难于分离的颗粒时是特别理想的。在处理这种混合物时，通常很难获得具有大量干物质含量的分离后的淤渣。上述类型的隔离板以及一套分离盘的使用，如使用圆锥分离盘，可能会得到一个组合的效果，以便在这种分离条件下达到理想的分离结果。
所述类型的分隔板可以以不同的方式形成和配置。例如，它可以成为一个平面环形盘，该环形盘与螺旋输送器连接并与其同轴配置。它可以放置在转子的圆锥部分，或者，如果转子还有圆筒部分，最好是放置在圆锥部分与圆筒部分的连接区域。
另外，该分隔板可以基本上沿一个轴向平面延伸，螺旋输送器的转动轴线也在该平面中延伸，该分隔板跨越螺旋输送器的一个螺旋叶片的两个相邻部分之间的间隙。在这种情况下，螺旋叶片的一部分本身形成了分隔板的一部分，该分隔板将转子的分离腔室与出淤渣腔室分开。
附图说明
下面将参考附图对本发明进行更详细的描述，其中：
图1显示了根据本发明的第一实施例的离心分离机，它包括一个转子、一个在转子中的螺旋输送器和用来驱动转子和螺旋输送器转动的驱动装置的一部分；
图2显示放大的图1所示的离心分离机的转子和螺旋输送器；
图3显示放大的图1所示的驱动装置的部分；
图4显示了根据本发明的第二实施例所设计的离心分离机，该视图与图1类似；和
图5显示放大的图4中所示的离心分离机的转子和螺旋输送器；
图6显示了根据图5的离心分离机的变型。
具体实施方式
图1-3显示了本发明的第一实施例。离心分离机包括一个转子1、一个螺旋输送器2，和一个驱动装置，该转子以一定的速度绕一根垂直转动轴线R转动，该螺旋输送器配置在转子1中并且绕相同的转动轴线R转动，然而其转动速度不同于转子1的转动速度，该驱动装置使转子1和螺旋输送器2各自以其速度转动。该驱动装置包括一个或多个马达(没有显示)和一个齿轮装置3，该齿轮装置连接着马达或将马达与转子1和螺旋输送器2连接起来。
转子1有一个部分为圆柱形的转子上部分4和圆锥形的转子下部分6，该转子上部分4部分包括一个空心转子轴5或与该空心转子轴5相连。转子部分4和6通过螺栓7可拆开地相互连接在一起。当然也可采用其它的连接方式。
依上所述，还有一个空心轴8通过转子轴5的内部伸入转子1中。轴8在转子中支承一个环形本体9，该本体封闭一个空间10。空间10最好完全封闭并且由一种密度相对低的材料、例如多孔塑料或类似的材料来填充，以便当本体9的周壁上有一个开孔时，该空间不会被液体所充满。本体9在其外侧有轴向延伸的花键，该花键与面对着转动轴线R的螺旋输送器2的表面上相应的花键相啮合。这样，空心轴8通过本体9驱动地与螺旋输送器2相连接，以下将称该空心轴8为输送器轴。
在图中输送器轴8和本体9成为一个整体，当然这一点不是必须的。最好本体9由一些塑料材料制成，而且螺旋输送器2也由塑料制成。在将螺旋输送器2与本体9安装到一起时，前者相对于后者轴向向上移动，直到在螺旋输送器的上端的快速锁定装置(没有显示)自动地将螺旋输送器相对于本体9固定为止。这种快速锁定装置不是必须的，但它可以方便转子的安装。
转子1由一个可更换的塑料衬垫11垫在其内部，该塑料衬垫11可以成为一个整体或由不同的部分组成，例如由用于转子上部4的一个圆筒形的部分和一个用于转子下部分6的下部组成。衬垫11的内侧有内部隔开的肋或槽，这些肋或槽绕着转动轴线R分布，并且既在轴向上延伸，也以某些要求的螺距相对于转动轴线R螺旋地延伸。由于衬垫11是可更换的，所以用于各相关的分离条件的转子可以设有一个衬垫，其中所述肋和槽都形成最佳形状，即分别有一个所需要的宽度、高度和深度。
转子1在其上端有一个或多个液体的出口12，并且在其下端有一个朝着轴向的中心淤渣出口13。在液体出口12处靠下一点的地方，转子1有一个径向向内的环形法兰14，这样就形成一个溢流出口，使转子中的液体流向并且流出出口12。法兰14适合于在转子1内的径向位置15处保持一个自由液体表面。
在转子中流向出口12的液体必须流过由在径向上处于本体9之外的螺旋输送器2的螺旋叶片之间形成的螺旋路径。然而，如果需要，所述螺旋叶片上可以设有通孔以便于液体的轴向流动。在其轴向向上的表面，本体9有径向延伸的翼，在这些翼之间液体在流向出口12的途中可以流向转动轴线R。
转子1的上端由一个装置16所包围，以便捕获通过出口12离开转子的液体，而转子的下端由装置17所包围，以便捕获通过出口13离开的淤渣。
正如图1所见，螺旋输送器包括一个中心芯18、一个套筒形部分19、多个翼20和螺旋器叶片21，该芯轴向通过整个转子下部分6，并且有些伸出到淤渣出口13之外；该套筒形部分围绕着并且可拆开地连接着环形本体9，多个翼绕转动轴线R分布并且将芯18连接到套筒形部分19上，螺旋叶片沿着转子的整个内部从其上端到其下端螺旋地延伸，并且依次连接套筒形部分19、翼20和芯18。
螺旋输送器可以采用一块塑料材料、也可能是纤维增强的这种材料来制造。芯18可以是空的，如果需要，该空腔一就象本体9中的空间10那样一也可以由一些密度相对小的材料如多孔塑料材料或类似的材料来充满。
在转子中有一个待处理混合物液体的进口管道22延伸通过输送器轴8。该进口管道22在输送器轴8中处于环形本体9再稍为靠上一点的地方形成开口。在该进口管道22之下，输送器轴8和环形本体9形成了一个通道23，该通道23构成了延伸通过出口管道22的进口通道的延续部分。通道23通过翼20之间的通道24与环形本体9下面的转子1的内部连通。
转子1通过转子轴5分别由两个轴向分开的轴承25和26所支承。这些轴承又由套筒27所支承，套筒27与板28固定地连在一起。板28通过弹性元件29由框架30支承。转子轴5支承皮带轮31，驱动皮带32围绕着该皮带轮。
图3详细显示了该齿轮装置3以及它如何与转子1及螺旋输送器2相配合的情况。齿轮装置3由一个在US3,419,211中所示的那种所谓Harmonic Drive齿轮装置(HD齿轮装置)和一个刚性圆柱第一齿轮33所构成，该齿轮与皮带轮31固定地相连，因而还固定地与转子轴5相连。圆柱齿轮33有内牙或齿，这些牙或齿都形成于环34的内侧，而该环构成了齿轮零件33的一部分。一第二齿轮零件35被设置在第一齿轮33的径向内侧，并且包括一个薄的柔性套筒。齿轮零件35通过一个支承零件36被输送器轴8支承，并且在柔性套筒的外侧有牙或齿，这些牙或齿与环绕的第一齿轮零件33的环34上的所述内侧牙或齿相对。在无负载的状态下，带齿的柔性套筒是圆柱形的，并且它的节圆直径小于带齿环34的节圆直径。这样，柔性套筒所具有的齿的数量小于环34的齿的数量。该齿轮装置还包括以所谓的波动发生器37的形式出现的第三齿轮零件，该零件围绕着转动轴线R并且支承一个皮带轮38。皮带39围绕着皮带轮38。波动发生器37以及皮带轮39由支承零件36的中心部分相隔一定游隙地包围，这样，它们可以相对转动。
波动发生器37有椭圆形状的环绕部分，该部分设有两个径向上各在转动轴线R的一侧设置的端部或隆起40，所述隆起的尺寸这样设置，使软套筒35，也就是说，使所述第二齿轮零件发生局部变形，这样套筒35的外齿保持与外围刚性的第一齿轮零件33即环34的内齿进行局部啮合。齿轮33和35的其它部分在径向上在其相应的齿所在的区域相互分开，从而不比隆起区域40处更多地相互啮合。
在图3中，在波发生器37的各隆起40与柔性套筒35之间显示了球41。这些球41是包括在球轴承中的数个球中的两个，这些球轴承围绕着波动发生器，从而也是椭圆形的。当相对于柔性套筒35转动波动发生器37时，或相对于波动发生器37转动柔性套筒35时，隆起40将通过球轴承中的球，连续地压迫套筒35的外齿与刚性圆柱齿轮零件33的内齿相啮合，由于事实上柔性套筒35上的外齿数量小于环绕的刚性环34上的内齿数量，套筒35-当波发生器37相对于环34以一定的方向绕转动轴线R转动时-将相对于环34在相反的方向上绕转动轴线R转动。换句话说，如果转子2通过驱动皮带轮32的带动而绕转动轴线R转动，螺旋输送器2通过环34与套筒35之间的齿轮啮合而被该转动所带动的话，一个相对运动即在转子1与螺旋输送器2之间的转速差就可以实现，其是通过皮带39来使波动发生37绕转动轴线R转动，其转动的速度不同于波动发生器被转子带动的速度。
从图3中可见，波动发生器37通过轴承42轴颈支承在第一齿轮零件33中，并且通过轴承43轴颈支承在第二齿轮零件35的支承零件36中。另一个轴承44被安排在刚提及的支承零件36与第一齿轮零件33之间。最后，从图1中可见，另一个轴承45被安排在输送器轴8与围绕的转子轴5之间。轴承44和45(见图1)构成了两个轴承，通过该两个轴承使螺旋输送器2轴颈支承于转子1中。
齿轮装置3由一个顶盖46所包围，该顶盖有皮带32和39的开口。在顶盖46的上部，由分隔板47所确定的腔室48设有一个通过顶盖46的排液孔49。通过锁定环50，进口管道22被固定在顶盖46上。进口管道22就像输送器轴8那样延伸，中心穿过所有的三个齿轮零件33、35和37。
图1到3的离心分离机以下述的方式进行作业。
通过皮带32和39，使皮带轮31和38以相同的转动方向但以不同的角速度绕转动轴线R转动。因此，转子1和螺旋输送器2以有所不同的速度保持转动。
一种液体与悬浮于其中的具有比该液体更大密度的颗粒所组成的混合物，由进口管道22从上部提供给转子。该混合物流过通道23和通道24而进入转子，在转子中被带着转动。过了一段时间之后，在转子的位置15处形成了一个自由液体表面，其位置由处于转子的上端的溢流出口14来确定。当液体沿环形本体9螺旋地流动并且流出液体出口12时，分离的固体沉淀在转子的周壁的内侧。通过螺旋输送器，这种颗粒被以淤渣的形式沿着该周壁向下输送并且被排出转子淤渣出口13。
在淤渣出口13以上的一个距离内，固体将离开存在于转子中的液体，在干的转子的周壁部分被进一步向着淤渣出口13输送。沿着该路径固体将在不与转子中的液体接触的条件下被输送，该路径可以通过变换圆锥形的转子下部分6来选择。同样的螺旋输送器可以用于多种不同的转子部分6。除了变换整个转子下部分6之外，还可以在转子部分6的顶点处采用一个具有所需尺寸的不同的圆锥(同样见图4和5)。图4和5显示了一个本发明的第二实施例，该实施例不同于第一实施例之处仅在于一些转子1的零件。在两个实施例中共同的零件已经给了相同的参考标记。在两个实施例中齿轮装置3类似。
在根据图4和图5的实施例中，转子1包括一叠截头圆锥的分离盘51。这些分离盘共轴地安装在转子圆柱形上部4的中心之处。圆锥分离盘的底朝上，它们保持轴向上处于圆锥上支承板52和一个空心支承本体53之间。一个在支承本体53中的空间54可以充满小密度的材料，就像图1中的实施例中的本体9所对应的空间10那样。支承本体53通过一个圆锥形的分隔板55被一个中心套筒56所支承，该分隔板延伸通过并且可拆开地与围绕套筒57相连，该套筒与圆锥形上支承板52形成一个整体。
通过螺钉58将支承板52与圆锥板59连接，而该圆锥板是由空心轴8来支承的。因此，轴8还支承着分离盘51和支承本体53。除此之外，轴8还支承着螺旋输送器2，该螺旋输送器可拆开地与支承本体53以及支承板52相连。在任何情况下，轴8都与螺旋输送器2连接，其连接方式使得在它们之间可以进行转动的传递。
在螺旋输送器2的上部，靠近转子周壁的附近，带有围绕成叠的分离盘51分布的开口60，这样转子的上部的液体可以在分离盘之间向内朝着转动轴线R流动。分离盘51限定了在相邻分离盘之间具有小的径向距离的分离空间。
在成叠的分离盘51和圆锥分隔板55之间，形成了一个中央空间61，该中央空间通过支承板52上的通孔62与出口腔室63连通，该出口腔室形成于支承板52和圆锥板59之间。
在出口腔室63中配置有一个静止的渐缩圆盘64形式的出口零件，该零件部分地由进口管道22支承、部分地由另一个围绕进口管道22的管道65支承。渐缩圆盘64形成了几个出口通道66，该通道通向中央环状通道67，而该中央环状通道-处于顶盖46之上-与一个出口管68连通(见图4)。
进口管道22向下延伸，通过出口腔室63，并且在圆锥分隔板55中通向进口通道23。
在本发明的该实施例中，在操作中形成于转子中的自由液体表面的位置15是由圆锥支承板52上的孔62的外边缘的径向位置所确定的。这些边缘将为从中央空间61流到出口腔室63的液体形成一个溢流出口。其先决条件是出口零件或渐缩圆盘64有足够的能力排出所有流入出口腔室63的液体。出口腔室63中的液体表面可能将被保持在孔62径向外侧的位置上。
然而，如果需要，通过出口68溢流出的液体可以被或多或少地节流，这意味着可以使出口腔室63中的自由液体表面保持在一个更加靠近转动轴线R的位置上。该位置甚至可以位于孔62的外边缘的径向内侧处，如果是这样，这意味着在转子的下部的自由液体表面甚至可以位于所示的位置15的径向内侧。当需要时，在离心分离机的操作过程中，可以响应一些检测的参数，例如通过淤渣出口13离开转子的淤渣的干燥程度，来改变对出口68的节流。这样，如果需要的话，分离操作是连续可控的。
为了防止液体流进围绕着输送器轴8的空心转子轴5中，在转子1与转子轴5相连接的区域布置一个密封件69。
如果在想要使转子中的自由液体表面能够保持非常靠近转动轴线R，可以在转子的下部6设有一个圆锥件70。该件可以通过简单的螺纹连接施加在转子部分6的顶端。可以使件70具有不同的尺寸，这样使沉降式离心机适应不同的需要。这样，有效的淤渣出口可以配置在距转动轴线R任何所需距离的位置上或完全与转动轴线R重合，而使通过淤渣出口13溢流出的淤渣不会被一些转动或静止的零件所阻碍。
图4和5所示沉降式离心机与图1-3所示沉降式离心机以基本相同的方式进行作业。然而，附加的一组圆锥分离盘51，可以比没有这种分离盘时更有效地从所提供的混合物中分离出固体。圆锥分离盘不是必须的。也可以采用其它有助于分离的措施来与这种圆锥盘一起使用或者代替这种圆锥盘。在DE48615中显示了一些其它的帮助分离的装置的例子。如果需要，甚至也可以采用传统的过滤器。
特别是当需要辅助的帮助分离的装置，如这种或另一种分离盘时，最好是可以基本保持转子直至转动轴线R都基本上充满液体。通过应用一种圆锥件70可以达到这一点，该圆锥件有一个很小的顶端开口，只可能让在转子中分离出的固体通过该顶端开口。于是空气本身不可能通过该淤渣出口13进入转子。因此，针对相应的分离负荷，整个沉降式离心机可以做得尽可能地小巧和便宜。
形成根据本发明的沉降式离心机的方式，使得该沉降式离心机能够非常简便地拆卸和再装配。这样，基本上转子1和螺旋输送器的所有零件都是可以够得着的，并且都能够在不移动转子和螺旋输送器的悬置装置的条件下进行拆卸。然而，如果需要，转子和螺旋输送器的有些零件可以形成成为几个可拆分地相互连接的零件，虽然在图中因为简化的原因它们成为了一个整体。
如前所述，在内部覆盖着转子部分4和6的衬垫11是可以更换的。如果需要，这种圆锥衬垫可以以这样的方式形成，即它们配装在转子部分6中，而不依赖于淤渣出口13的大小，也就是不依赖于是否配置了圆锥件70并且不依赖于这种圆锥件的大小。在这种条件下，这些衬垫最好形成一个完整的也就是没有任何顶端开口的圆锥，此后再形成一个具有所需尺寸的顶端开口。另外，如图中所示，每个圆锥件70都可以设有合适的衬垫。
在某些采用沉降式离心机的分离条件下，一部分要从转子中排出的分离后的淤渣所具有的稠度，使得仅由螺旋输送器来输送它是困难的。在这样的条件下，根据本发明设计的沉降式离心机可以在完全充满液体的状况下作业，这样就给所述的那部分淤渣以足够的液力辅助，以便于将其输送至以及排出淤渣出口。因此，可能需要以不同于附图中所见的方式来设计密封件69。例如，可以采用具有平密封表面的传统所谓的机械密封。
以上所述的本发明的两个实施例所考虑的是一种用来将一种液体混合物仅分离为两种成份的沉降式离心机，其中一种是液体成份、一种是淤渣成份。当然，也可以在一种用于将一种液体混合物分离成三种(或更多种)成份，例如一种淤渣成份和两种液体成份如油和水这样的沉淀分取器中应用本发明。那么，两种液体成份的出口将设置于转子的上端，而只有淤渣成份的出口将设置于下端。两个液体出口或成为与图1的打开的溢流出口，或成为与图4一致的渐缩零件形式的关闭的出口。也可以将一种液体成份的出口设计成一个溢流出口，而将另一种液体成份的出口设计成一个渐缩零件。
如果至少一种液体的出口形成了一个渐缩零件，如根据参考图4和5的实施例已进行的描述那样，可以在沉降式离心机的操作过程中对分离操作进行控制。因而，通过对至少一种液体成份的溢流进行适当节流，可以设置在转子中的两种液体成份之间的分界层的径向位置。
图6显示了对根据图5的离心转子的两种其它细微变型，一种显示在转动轴线R的左边而一种显示在转动轴线R的右边。
根据一种细微变型，螺旋输送器的芯18支承着一个环形平板盘71(在图6中只显示了该盘的一半)，该盘基本上垂直于转动轴线R并朝着环绕的圆锥转子部分6。盘71在最靠近转子部分6的地方留下一个环形窄缝72，该环形窄缝整个围绕着转动轴线R。
盘71形成了一个分隔板，该分隔板将转子的内部分成一个在盘71上面的分离腔室73和一个在盘71下面的淤渣出口腔室74。该两个腔室73和74通过窄缝72相互连通。
根据另一个细微变型，螺旋输送器的芯18支承着盘75，该盘在同一个螺旋地围绕芯18的螺旋叶片的两个对置部分76和77之间并连接该两个对置部分。即使盘75在最靠近转子部分6的地方留下一个窄缝78，窄缝78与窄缝72具有相同的功能。这样，盘75也形成一个分隔板，该分隔板将转子的内部分成所述分离腔室73和所述淤渣出口腔室74，这些腔室通过窄缝78相互连通。
通过采用分隔板71或75，就可以在分离腔73内、在转子部分6的边缘位置的径向内侧的位置79处，保持自由液体表面，而转子部分6形成了淤渣出口13。最后提到的位置在图6中以标记80表示。因此，从图6中可见，这就可以让这一组分离盘51的直径比图中所示的更小。如前所述，通过对从静止渐缩零件64中的通道66离开的分离液体的出口进行节流，可以很容易地实现在分离腔室73中液面径向向内的移动。
图6显示了聚积在转子的周壁上的淤渣是如何由螺旋输送器输送通过分离腔室73、通过窄缝72(或78)并通过淤渣出口腔室的。重要的是淤渣的输送不会太快，这样窄缝72保持完全被淤渣填满，因为中只有这样才能避免液体自由地从分离腔室73通过窄缝72流到淤渣出口腔室74中。
在分离腔室73中已被分离的淤渣受到来自分离腔室中液体的液压，从而使淤渣得以被压缩。在分离腔室中液体的位置越高，即比位置79更靠近转动轴线R，淤渣就受到越多的压缩，因此，当淤渣到达窄缝72时就越干。如果想要使淤渣在离开转子时有一定的干燥度，这可以通过移动分离腔室中的液体表面的径向位置79例如，通过调整或控制通过静止出口零件64的溢流，来进行调整或控制。

Claims (24)

1.一种用于从液体混合物中分离出固体的离心分离机，在该混合物中以颗粒形式的固体悬浮在液体中，液体的密度小于颗粒的密度，该离心分离机包括：
一个可以绕一根中心轴线(R)以第一速度转动的转子(1)；
一个布置在所述转子(1)中并且可以绕所述中心轴线(R)以不同于所述第一速度的第二速度转动的螺旋输送器(2)；和
一个适用于使所述转子(1)以所述第一速度转动并使所述螺旋输送器(2)以所述第二速度转动的驱动装置；
所述转子(1)通过一个转子轴(5)可转动地仅支承在其一端，所述转子轴布置成使得所述转子中心轴线基本垂直地延伸；
所述转子(1)有一个用于所述混合物的进口，其形式为至少一个进口通道(22-24)，所述进口通道延伸入所述转子的所述一端，一个用于分离后的液体的出口，其形式为至少一个出口通道(12；66-68)，所述出口通道延伸出所述转子的所述一端，以及一个用于分离后的固体的淤渣出口(13)，所述淤渣出口位于所述转子的相对的另一端；
所述转子包括圆锥部分(6)，所述淤渣出口(13)位于所述圆锥部分的顶点处；
所述螺旋输送器(2)形成为用于将所述转子的所述圆锥部分(6)向所述淤渣出口(13)输送所述分离后的固体；
所述螺旋输送器(2)接合成用于与一个输送器轴(8)一起转动，所述轴输送器轴向上延伸通过所述转子轴(5)，并且与所述驱动装置连接在一起；其特征在于，
所述转子轴(5)和所述输送器轴(8)通过一个齿轮装置(3)连接在一起，所述齿轮装置包括三个相互配合的齿轮部件(33、35、37)，其中，第一齿轮部件(33)与所述转子轴(5)相连，而第二齿轮部件(35)与所述输送器轴(8)相连，三个所述齿轮部件(33、35、27)适于绕所述转子中心轴线(R)的延长线彼此相对转动，而所述进口通道(22-24)延伸通过所述齿轮装置(3)的中心。
2.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述齿轮装置(3)由所谓的Harmonic Drive齿轮装置(HD齿轮装置)组成，所述齿轮装置包括一个刚性圆柱齿轮部件(33)、一个柔性齿轮部件(37)以及一个波动发生器(40)，所述刚性圆柱齿轮部件可围绕所述中心轴线(R)转动，且其有围绕所述中心轴线分布的第一数量的牙或齿，所述柔性齿轮部件围绕着相同的所述中心轴线(R)延伸并且具有不同的围绕所述中心轴线分布的第二数量的牙或齿，所述牙或齿适于逐个地与所述圆柱齿轮部件(33)的所述牙或齿啮合或脱离啮合，而所述波动发生器(40)适于使柔性齿轮部件(35)逐渐地发生变形，从而实现齿轮部件(33、35)之间的所述齿啮合。
3.根据权利要求2所述的离心分离机，其特征在于，所述波动发生器(40)可围绕所述圆柱齿轮部件(33)的所述中心轴线(R)转动。
4.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述转子的所述圆锥部分(6)是截头圆锥形的，且在其窄端形成一个轴向中心开口，所述转子的所述淤渣出口(13)由所述中心开口形成。
5.根据权利要求4所述的离心分离机，其特征在于，所述中心开口不含静止部件。
6.根据权利要求4所述的离心分离机，其特征在于，所述螺旋输送器(2)在所述转子内部从所述一端延伸到靠近所述中心开口的区域。
7.根据权利要求4所述的离心分离机，其特征在于，所述螺旋输送器(2)在所述转子内部从所述转子的所述一端延伸直到或延伸出所述中心开口。
8.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，用于所述分离的液体的所述出口通道(67)延伸通过所述转子轴(5)。
9.根据权利要求8所述的离心分离机，其特征在于，所述出口通道(67)由一个静止的出口管道(65)形成，所述管道在所述转子(1)中支承出口部件(64)。
10.根据权利要求9所述的离心分离机，其特征在于，所述出口管道(65)轴向延伸通过所述输送器轴(8)。
11.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述进口通道由一个进口管道(22)形成，所述进口管道轴向延伸通过所述输送器轴(8)。
12.根据权利要求11所述的离心分离机，其特征在于，一个在所述转子(1)中支持一个出口部件(64)的静止的出口管道(65)轴向延伸通过所述输送器轴(8)，所述进口管道(22)轴向延伸通过所述静止的出口管道(65)
13.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述输送器轴(8)与一个支承本体(9)连接，所述输送器轴布置在所述转子(1)中并且与之共轴，而所述螺旋输送器(2)可拆开地由所述支承本体(9)支承，所述螺旋输送器(2)可轴向上位移与所述支承本体(9)接合或与之脱离接合。
14.根据权利要求13所述的离心分离机，其特征在于，所述螺旋输送器(2)围绕一个空间延伸，并且有一个轴向开口，这样，当所述螺旋输送器(2)在轴向上与所述支承本体(9)接合时，所述支承本体(9)可插入其中。
15.根据权利要求13所述的离心分离机，其特征在于，所述螺旋输送器(2)和所述支承本体(9)通过轴向延伸的花键相互接合。
16.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，几个分离盘(51)安装成用于在所述转子内与所述螺旋输送器(2)一起转动，所述分离盘在其本身之间形成分离空间，所述空间在相邻的分离盘之间有小的径向距离。
17.根据权利要求16所述的离心分离机，其特征在于，所述分离盘(51)为圆锥形，相互叠置在一起并且与所述转子(1)共轴放置。
18.根据权利要求17所述的离心分离机，其特征在于，每个所述圆锥形分离盘(51)形成一个底端，所述底端转向所述转子(1)的所述一端。
19.根据权利要求4所述的离心分离机，其特征在于，所述转子的所述圆锥部分(6)在其最窄的一端支承着一个圆锥件(70)，所述圆锥件可拆开地与圆锥部分(6)连接并且具有一个中心顶点开口，所述开口小于所述圆锥部分的所述中心顶点开口。
20.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述转子(1)以一种方式被悬置起来，使得所述转子轴(5)位于所述转子的上端，并且所述淤渣出口(13)位于所述转子的下端。
21.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述螺旋输送器(2)支承一个分隔板，所述分隔板将所述转子的内部分成一个分离腔室(73)和一个淤渣出口腔室(74)，并且在所述转子的周壁处留下窄缝(72；78)，两个所述腔室(73、74)通过所述窄缝相互连通。
22.根据权利要求21所述的离心分离机，其特征在于，一组圆锥形分离盘(51)与所述螺旋输送器(2)共轴地布置在所述分离腔室(73)中。
23.根据权利要求22所述的离心分离机，其特征在于，所述圆锥形分离盘(51)安装成与所述螺旋输送器(2)一起转动。
24.根据权利要求10所述的离心分离机，其特征在于，一个出口腔室(63)形成在所述转子内，所述出口腔室的直径大于所述出口管道(65)的直径，所述出口腔室由所述出口管道(65)径向向外延伸进入所述出口腔室(63)。
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