CN1155854A - 一种离心式转子及用于这种转子的滑阀 - Google Patents

Abstract

在离心式分离器的转子内具有环状滑阀(6)，用于打开和关闭分离室(9)的周边出口(12，13)。滑阀(6)的径向内部边缘与转子体(1，2)连接且相对于转子体(1，2)被轴向固定，但该滑阀(6)的径向外部边缘部分(11)可相对于转子体(1，2)沿轴向移动。由于滑阀的相当大的径向延伸部分是挠性的，所以上述情况是可能的。

Description

一种离心式转子及用于这种转子的滑阀

一种离心式分离器，它包括一个可绕中心线转动的转子体，该分离器通常至少具有一个环状滑阀，该滑阀被设置成与转子体同轴且在转子转动的过程中可相对于该转子沿轴向移动。这种滑阀是比较厚的且刚性比较好，以便于在其受到大的径向和轴向力的作用时可不产生变形，通常该滑阀适应于在转子体内打开和关闭某些通道，例如分离室的出口通道或一种所谓的操作液体的流道。通常该滑阀以液压或气动方式沿轴向移动，但可以受到一种或另一种机械弹簧的交替地或附加地影响。

滑阀在其轴向移动过程中的径向导向通常是以这样一种方式进行的，即滑阀的径向内部边缘部分围绕转子体的中心圆柱部分有一个很小的缝隙并由该转子体的中心圆柱部分导向。为了避免在转子转动的过程中滑阀破坏转子的平衡，力求使该滑阀与转子体的所述部分之间的缝隙尽可能小。

这方面的问题在于，滑阀在转子内的轴向移动过程中有时会受到力的作用，该力趋向于使滑阀相对于转子体的中心线发生倾斜。这导致滑阀与转子体的所述中心部分贴合，因而产生了摩擦力。这些摩擦力可以变得非常大，以致于对滑阀和/或转子体造成损害。

在美国专利A-4,505,698中提出这个问题的不同的解决方法，采用一个环状滑阀以适应于打开和关闭离心式转子的分离室的周边出口。

根据美国专利A-4,505,698中的第一种设计提议(图1和图2)，环状滑阀应该以一个单独件的形式成形并且具有中央部分和圆周部分。中央部分应该是以可轴向延伸的套筒的形式，该套筒的一端相对于离心式转子被轴向和径向地固定；它的另一端支撑该滑阀的所述圆周部分。滑阀圆周部分的独立的径向导向或由套筒形成的中央部分的所述另一端并不是必需的，因为由套筒形成的中央部分应该具有足够的刚性来承受径向力，该径向力在离心式转子的操作中会影响滑阀的圆周部分。

根据美国专利A-4,505,698中的第二种设计提议(图3和图4)，环状滑阀应该适应于由一独立部件定心，该独立部件同时构成一个弹簧以用于滑阀的轴向致动。

根据美国专利A-4,505,698中的第三种设计提议(图5)，环状滑阀应该由它的径向内部边缘部分通过一环状橡胶套筒与转子体连接，该套筒的轴向弹簧常数较小而径向弹簧常数较大。因此，据称可以提供给滑阀所需的轴向可动性及很受限制的径向可动性。

所述第一种设计提议被认为是很难实现的，因为在操作中由于破坏了转子平衡而产生了径向力，如果不提供给滑阀的圆周部分一个并非所需的径向移动的可能性，就很难实现为了使滑阀的圆周部分能沿轴向移动而对由套筒形成的滑阀中央部分进行的削弱(weakening)。通常这些不平衡力是非常大的。与离心式转子的失衡相关的同样问题在所述第三种设计提议中看到，第三种设计提议与所述第二种设计提议一样采用一独立部件以用于滑阀的定心。

本发明的目的是为离心式分离器的转子提供一种滑阀，该滑阀制造费用低廉且与上面提到的第一种设计提议(美国专利A-4,505,698图1)中的滑阀相似，也是以一个单独件的形式成形，并且具有中央部分和可相对于该中央部分轴向移动的圆周部分，但该滑阀是以这样一种方式成形，即它在离心式转子操作期间能抵抗企图相对于中央部分沿径向移动圆周部分的相当大的力。

本发明的这个目的可以通过采用一个滑阀而实现，该滑阀包括中央部分和围绕着中央部分的圆周部分，该圆周部分以一个单独件的形式且采用与中央部分相同的材料成形。该滑阀被安装在离心式分离器的转子内并可随之转动，且该滑阀的所述圆周部分绕与转子的旋转轴线重合的中心线延伸。由于该滑阀在与所述中心线同轴的环状区域内产生弹性变形，该滑阀的所述圆周部分的至少一个环状部分可以相对于所述中央部分的至少一部分沿轴向从第一位置移动到第二位置。该滑阀的特征在于，所述环状区域具有径向延伸部分，使得由于该滑阀的所述弹性变形，从滑阀截取的轴向截面图可见，在滑阀的距所述中心线不同距离的部分之间将会出现角度变化。

从滑阀截取的所述轴向截面图中示出，以这种方式形成的滑阀可以做得比较薄且沿着它的径向延伸部分的一个相当大的部分具有较好的挠性。这意味着沿轴向方向看，滑阀在转子内需要尽可能小的空间，并且该滑阀的重量比较轻。根据本发明形成的滑阀在其同轴部分之间可以毫无困难地实现所需要的轴向可动性，而在这些部分之间并没有由于不平衡力的作用而产生的径向移动的危险，当在离心式转子中使用滑阀时，这些不平衡力会影响该滑阀。

本发明的滑阀可以以整个圆盘的形式或者是环形的形式成形，即滑阀的径向内部边缘部分围绕着一个中心孔。

本发明还涉及一个离心式转子，它包括一个转子体，该转子体绕其中心线转动，上述那种滑阀与该转子体安装在一起而转动，该滑阀的圆周部分绕所述中心线延伸。

在这种离心式转子中，如果滑阀是环状的，那么它能与转子体的中心部分以不同方式联接。滑阀的径向内部边缘部分可以相对于转子体仅沿轴向固定，但它也可以与转子体的中心线形成不同的角度，或者该同一边缘部分可以沿其径向延伸部分被牢固地夹紧在转子体中，使得它不会相对于该中心线发生倾斜。滑阀与转子体的连接方式的不同选择方案为滑阀在上述环状区域中的变形提供了不同的先决条件。

下面将参照附图描述本发明，其中图1示出根据本发明的离心式转子的一半的轴向截面示意图；图2示出根据本发明的滑阀的轴向截面图，是图1的离心式转子的一部分，示出其无载状态(图2a)和受载状态(图2b)；图3示出根据本发明的以一种替换方式形成的处于无载状态(图3a)和受载状态(图3b)的滑阀。

图1示出具有转子体的离心式转子，该转子体带有下部1和上部2。下部转子体部分1被牢固地连接在中心驱动轴3上，上部转子体部分2借助于锁环4被可放松地连接在下部转子体部分1上。采用驱动装置(未示出)使驱动轴3和转子体1、2绕中心线5转动。

在转子体中，环状滑阀6在它的径向内部边缘与下部转子体部分1连接在一起。滑阀6与转子体部分1之间的连接方式可以是任何一种合适的方式。在这种情况下，采用的紧固装置包括平板式的圆环盘7和环8，该圆环盘7被牢固地连接在转子体部分1的中心部分上，而该环8的横截面不是圆形的。所述环8被固定在位于圆环盘7和滑阀6的最内端边缘部分之间的轴向空间内，并且将所述边缘部分压紧在转子体部分1内侧的台肩上。

滑阀6在转子体内形成分隔物，即一侧为分离室9而另一侧为所谓的封闭室10。

滑阀6的径向外部边缘部分11在它本身与上部转子体部分2之间限定了一个窄缝12，该缝隙12绕转子的中心线5延伸整个一周。在缝隙12的径向外部并与该缝隙对置处，转子体部分1具有几个围绕中心线5分布的贯穿通道或孔口13。

滑阀6的所述边缘部分11通过一个环状密封垫14密封地贴合在下部转子体部分1的径向外圆筒部分15的内侧。当需要时，在转子工作期间边缘部分11将相对于转子体部分1和2沿轴向移动但密封在转子体部分1上，使得可以间歇式地打开位于所述分离室9和所述孔口13之间的以所述缝隙12形式的通道。

下部转子体部分1还包括若干贯穿通道16，这些贯穿通道16从封闭室10的径向内部沿轴向延伸至转子体部分1的外部。通道16通入一环槽17，该环槽沿径向向内开口且由转子体部分1的一部分形成。

此外，下部转子体部分1具有若干贯穿通道19，这些贯穿通道19围绕中心线5分布且从封闭室10的径向外部沿轴向延伸至转子体部分1外部的开孔。在各个通道开孔的区域内设置了一个阀组件20，以便于间歇式地轴向移向或离开转子体部分1外部的密封贴合面，而使得封闭室10能够间歇式地通过通道19与转子的周围连通。对于本领域的技术人员，该阀组件20和操作该阀组件所需的装置是众所周知的，并因此未示出或更详细地描述这些细节。它们的形状对于本发明是不重要的。

图1还示出一个固定的入口管21，用于提供将在转子内受离心分离的液体混合物。入口管21在中心收集室22内开口，该中心收集室22由锥形部分23围绕且通过分布在中心线5周围的通道24而与分离室9连通。将收集室22与分离室9分离开的锥形分隔物23以未示出的一种方式与下部转子体部分1连接。在分离室9中，锥形分隔物23的下部环状部分25支撑截锥形分离盘26的叠层。

在离心式转子操作期间，在收集室22、分离室9和环状凹槽17中形成的自由液面由虚线和三角形在图1中示出。

上部转子体部分2的径向最内端部分以溢流出口27的形式形成分离室9的出口。

根据图1的离心式转子将以下述方式进行操作。

在转子体1、2被带动绕中心线5旋转且阀组件20沿轴向移动到关闭通道19的位置之后，所谓的操作用水被引入凹槽17。操作用水以一定量被供给使凹槽17和封闭10被充满。

因此封闭室10内的液体压力将升高并由此该液体压力将作用在滑6的下侧，由于该液体压力，滑阀的径向外部边缘部分11沿轴向移动至贴合在上部转子体部分2上，使缝隙12消失。可以选定滑阀6中央部分的尺寸，使得在滑阀的这个部分产生弹性变形。这将在下面参照图2和图3进一步说明。

当滑阀6以上述方式被带动而贴合在上部转子体部分2时，待离心分离的液体混合物经入口管21、收集室22和流道24被引入分离室9。在分离室内，液体混合物中的较重组分与其较轻组分分离。被分离出的较重组分例如固体颗粒被收集在分离室的径向最外端部分，而被分离出的较轻组分即脱去颗粒的液体经溢流出口27离开分离室。

充满分离室9的液体混合物将在滑阀6的上侧施加液体压力，这个压力企图在滑阀边缘部分11和上部转子体部分2之间重新产生缝隙12。然而，只要封闭室10一直被注满操作用水，这种情况就不可能出现。这取决于一个条件，即承受液体压力的滑阀6的下侧表面面积大于其上侧表面面积。因而，从图1可见，滑阀6面向封闭室10的表面沿径向延伸至超过滑阀6的面向分离室9的表面。(假定分离室9内的液体混合物与封闭室10内的操作用水之间的密度差别不太大，而且液体混合物和操作用液体的自由液面分别位于基本上相同的径向水平面上。)

经过一段时间的离心分离之后，当液体混合物中一定量的被分离出的较重组分被收集在分离室9中时，该一定量较重组分中的至少一部分必须被除去。这可以以某种方式实现，即已被供给到封闭室10的操作用水的较多或较少部分从该封闭室10被排出。因此，在很短的时间内阀组件20被带动打开通道19的开孔，由此预定量的操作用水被排出，而且剩余操作用水的自由液面在凹槽17内沿径向向外移动且还经通道16在封闭室10内沿径向向外移动。

在封闭室10内的自由液面的一定位置处，由封闭室10内的剩余操作用水产生的作用在滑阀6的下侧的压力被减小使得滑阀6的径向外部边缘部分11沿轴向移动离开上部转子体部分2。正如已经提到的，由于滑阀6的中央部分产生了弹性变形，所以这是可以发生的。然后形成了缝隙12，由此液体混合物中被分离出的较重组分离开分离室9。

此时，收集室22和分离室9内的自由液面迅速地沿径向向外移动，这会导致作用在滑阀6上侧的液体压力减小。在该液面移动了一定量之后，作用在滑阀6上侧的液体压力被减小，使得该压力小于作用在滑阀6下侧的液体压力，该滑阀6下侧的液体压力是由通道19关闭之后封闭室10内存在的一定量的操作用水产生的。

这时滑阀的边缘部分11又被移动而贴合在上部转子体部分2上，使得经缝隙12和孔口13的流出停止。

在此期间，操作用水还被供给到凹槽17且由此进入封闭室10，使得当液体混合物被供给到分离室9中时，滑阀的边缘部分11能被可靠地维持在它的闭合位置。

取决于被允许流过通道19的不同的操作用水量，分离室中所含物的大部分或者甚至全部所含物可以经缝隙12和孔口13排出。

为了简化滑阀可变形性的后续描述，图2和图3中的滑阀被分成中央部分6a和圆周部分6b。该中央部分6a包括滑阀的径向内部边缘部分6c和滑阀的中间部分6d。该圆周部分6b包括先前提到的滑阀的径向外部边缘部分11。此外，滑阀6的环状区域用6e指明，在该区域中滑阀是可变形的。还可看出，区域6e分别覆盖了整个中间部分6d、边缘部分6c的一部分以及圆周部分6b的一部分。

图2a示出处于无载状态的滑阀6，在图1中也同样示出。图2b示出相应于参照图1所描述的处于受载状态的滑阀，此时滑阀的径向外部边缘部分11沿轴向贴合在上部转子体部分2上。

当图1中的滑阀6受到充满封闭室10的操作液体施加在其下侧的压力作用时，该滑阀产生变形使得径向内部边缘部分6c和中间部分6d之间产生一个角度α(图2b)。在滑阀的无载状态下，这个角度不存在或者为零。在区域6e中产生的另一个角度变化涉及圆周部分6b与中间部分6d之间形成的角度。可以看出，当滑阀6以上述方式受载时，这个角度较大。

这里描述的滑阀6的变形实际上是非常小的并且在图2b中被放大以便于清晰地示出。因为如果除去负载，滑阀6会自动回复到它的初始形式(参照图2a)，因而所述变形是弹性变形。

在图1示出的这种离心式转子的实际操作中，滑阀6的变形完全由不同时间在分离室9和封闭室10中产生的液压压力控制。因此，至少随着分离室9中的所含物经缝隙12被部分排出，由于滑阀产生变形而与下部转子体部分1接触，所以参照图1滑阀6的边缘部分11在其向下运动时将不会达到极限位置。但是，支撑部件应被设置在适当的位置以便于达到这种接触，使得滑阀不会发生故障；或者当分离室9中的所含物经缝隙12被全部排出时，区域6e中的塑性变形并因此变成永久变形。

图1示出的根据本发明的离心式分离器的实施例中，滑阀6被这样安装，使得当滑阀6处于无载状态时可以得到缝隙12。然而，滑阀6也可以以另一种方式被安装在离心式转子内，使得它的边缘部分11在较大或较小力的作用下贴合在上部转子体部分2上而并不受到液压力的影响。如果需要，滑阀可以被这样安装使得它以一定的预应力贴合在转子体部分2上。该预应力可以通过贴合在转子体部分2上的处于弹性变形状态的滑阀或者借助于作用在该滑阀上的单独的弹簧部件来实现。因而，对来源于封闭室10内操作液体的压力的需要减小了，该压力是用来将分离室9的周边出口保持关闭的，同时滑阀6和封闭室10可能处于这样一种情况，即设置了区域径向水平面外侧的减小的径向延伸部分，其中滑阀边缘部分11将贴合到上部转子体部分2上。由此，转子体1、2的直径可以被稍稍减小。

已假定图2a和图2b中示出的滑阀6沿内部边缘部分6c的整个径向延伸部分与转子体牢固地连接在一起。因此，滑阀在这个边缘部分6c内是不可能产生变形的。

图3a和图3b示出的滑阀6确实被认为是相对于转子体被轴向固定在内部边缘部分6c的区域内，但在这种情况下该固定使得边缘部分6c能稍稍弯曲并且由此边缘部分6c的径向最内部可以相对于转子体产生一定的轴向移动。

这种情况使得滑阀6以一种不同的方式在环状区域6e中变形，该方式不同于将滑阀固定在转子体上所采用的参照图2a和图2b所假定的那种方式。从图3b可以看出，首先在滑阀的中间部分6d中距中心线5不同距离的不同部分之间产生了角度的变化。

在图2和图3所示的两种情况下，滑阀的圆周部分6b被选定尺寸，使得当径向外部边缘部分11相对于径向内部边缘部分6c沿轴向移动时，该圆周部分6b不会发生变形。因此，借助于密封垫14实现密封不会遇到困难。(图1)

此外，尽管滑阀的不同同心部分可以彼此相对地沿轴向移动，但是滑阀6的区域6e沿径向方向是非常坚固的。这取决于一个事实，即在滑阀中由它的尺寸产生的实际变形区域具有比较大的径向延伸部分且被局限在滑阀的基本上沿径向延伸的部分。

根据本发明的滑阀是采用一种同一材料例如合适质量的钢的单独件的形式。在这方面，一种同一材料意味着甚至是一种包含某种增强体的材料，例如玻璃或碳纤维增强塑料。即使该增强体不是均匀地分布在整个滑阀中，以这种方式构成的滑阀也被认为是本发明所包括的。

由于本发明的特点是在滑阀的距滑阀和离心式转子的轴线不同距离的部分之间产生角度变化，因此它并不意味必须是滑阀的相邻部分。所以在根据图3的实施例中，通过滑阀的轴向截面图示出，滑阀适用于沿它的比较大的径向延伸部分而逐渐弯曲。在这种情况下，滑阀相邻部分之间的角度变化实际为零，而滑阀的相互之间距一定径向距离的部分将产生相互之间的更加明显的角度变化。

应当注意，与这方面有关的是根据本发明的滑阀的变形通常很小。因此，与环状滑阀相关的形成的缝隙12的宽度被限制在仅仅为1毫米，滑阀的内部边缘部分和外部边缘部分的直径分别为100毫米和600毫米。然而，如果需要，该缝隙的尺寸可以大于或小于1毫米而与滑阀的尺寸无关。

上面描述了与滑阀有关的本发明，该滑阀用于打开和关闭离心式转子内的分离室的周边出口。在离心式转子内，滑阀也有其它用途，例如打开和关闭操作用水的通道。这种滑阀并不包括在图1所示的离心式转子内，该图1的离心式转子是很简单的一种且也是概略地示出。但是，这些滑阀在其它种类的离心式分离器中是很普遍的，并且本发明甚至也可以使用这些滑阀。

Claims (9)

1.一种滑阀，它包括中央部分(6a)和围绕着中央部分的圆周部分(6b)，该圆周部分以一个单独件的形式且采用与中央部分相同的材料成形，该滑阀被安装在离心式分离器的转子内并可随之转动，且该滑阀的所述圆周部分(6b)绕与转子的旋转轴线重合的中心线(5)延伸，由于该滑阀在与所述中心线(5)同轴的环状区域(6e)内产生弹性变形，该滑阀的所述圆周部分(6b)的至少一个环状部分(11)可以相对于所述中央部分(6a)的至少一部分(6c)沿轴向从第一位置移动到第二位置，其特征在于，所述环状区域(6e)具有径向延伸部分，使得由于滑阀的所述弹性变形，从滑阀截取的轴向截面图可见，在滑阀的距所述中心线(5)不同距离的部分(6c，6d)之间将会出现角度变化(α)。

2.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于，从所述轴向载面图可见，所述环状区域(6e)具有相当大的径向延伸部分且该滑阀适应于沿所述径向延伸部分逐渐弯曲。

3.按照权利要求1或2所述的滑阀，其特征在于，该滑阀是环状的。

4.一种离心式转子，它包括一个转子体(1，2)和一个滑阀(6)，该转子体绕其中心线(5)转动，该滑阀(6)被设置与转子体(1，2)一起转动且该滑阀包括中央部分(6a)，所述中心线(5)穿过该中央部分的中心延伸，该滑阀还包括围绕着所述中央部分的圆周部分(6b)，该圆周部分以一个单独件的形式且采用与中央部分相同的材料成形，在转子转动的过程中，由于该滑阀在与所述中心线(5)同轴的环状区域(6e)内产生弹性变形，所述圆周部分(6b)的至少一个环状部分(11)可以相对于所述中央部分(6a)的至少一部分(6c)沿轴向从第一位置移动到第二位置，其特征在于，所述环状区域(6e)具有径向延伸部分，使得由于滑阀的所述弹性变形，从滑阀的轴向截面图可见，在滑阀的距所述中心线(5)不同距离的部分(6c，6d)之间出现角度变化。

5.按照权利要求4所述的离心式转子，其特征在于，从所述轴向截面图可见，所述环状区域(6e)具有相当大的径向延伸部分，且该滑阀适合于沿所述径向延伸部分逐渐弯曲。

6.按照权利要求4或5所述的离心式转子，其特征在于，该滑阀是环状的。

7.按照权利要求4至6中任一项所述的离心式转子，其特征在于，滑阀的中央部分(6a)相对于转子体(1，2)被轴向固定，而滑阀的径向外部边缘部分(11)可相对于转子体(1，2)沿轴向移动。

8.按照权利要求7所述的离心式转子，其特征在于，该滑阀适合于将它的径向外部边缘部分(11)与转子体配合，用于间歇式地打开分离室(9)的一个或多个周边出口孔(12，13)。

9.按照权利要求8所述的离心式转子，其特征在于，滑阀在转子体内构成分离室(9)与操作液体室(10)之间的分隔物，该操作液体室(10)具有操作液体的入口(16～18)和出口(19，20)。

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