JP2010240508A - Cyclone device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、金属の切り屑や研削用の砥粒などを多く含有しているクーラント液などを濾過するサイクロン装置に関する。 The present invention relates to a cyclone device for filtering a coolant liquid containing a large amount of metal chips, abrasive grains for grinding, and the like.
金属工作機械の加工部分の潤滑や冷却に使用されたクーラント液は、金属の切屑や砥粒などを多く含有しているため、サイクロン装置などで含有物質を濾過して再使用するようにしている。 The coolant used for lubrication and cooling of machined parts of metal machine tools contains a lot of metal chips and abrasive grains, so the contained substances are filtered and reused with a cyclone device. .
上記サイクロン装置は、図2のように、サイクロン分離器1の内部が、下部窄まりでその下端が小径の下部ノズル孔2となる円錐形渦流室3に形成され、円錐形渦流室3内上部の円筒状部4に接線方向からクーラント液を供給する導入管5と、下部ノズル孔2と連通する排出口6と、前記サイクロン分離器1内部の最上部で円錐形渦流室3の軸中央に配置され、円錐形渦流室3内で濾過されたクリーン液体を、外部に取出す導出管7とを設けた構造になっている。
As shown in FIG. 2, the cyclone separator 1 is formed in a
このようなサイクロン分離器1は、導入管5から円錐形渦流室3内の上部円筒状部4に、接線方向から流速のあるクーラント液を供給すると、渦流室3,4の作用によって旋回しながら渦流となって下向きに流れ、クーラント液に含まれた異物は遠心力で渦流室3,4の内壁に沿って沈降し、ダーティ液として下部ノズル孔2から排出口6を介して外部に取出されると共に、異物が分離されたクリーン液は、上昇渦流により上部の導出管7から外部に取出されて再使用される。
Such a cyclone separator 1 is swirled by the action of the
ところで、上記したサイクロン分離器1においては、多量の異物が混入した液を供給すると、渦流室3,4の作用により多量の異物が分離され、サイクロン分離器1の内部円錐渦流室3内壁に沿って沈降して行き、下部窄まりで異物が詰ってしまう場合がある。
By the way, in the cyclone separator 1 described above, when a liquid in which a large amount of foreign matter is mixed is supplied, a large amount of foreign matter is separated by the action of the
上記のように、下部窄まりで異物が詰ってしまった場合は、例えば排出口6より逆洗水を逆流させて逆洗し、下部窄まりで詰った異物を除去するようにしたものがある。
(例えば、特許文献1参照。)
As described above, when the foreign matter is clogged due to the lower stenosis, there is, for example, a backwash with backwash water through the discharge port 6 to remove the foreign matter clogged with the lower stagnation. .
(For example, refer to Patent Document 1.)
しかしながら、上記従来の逆洗方法では、下部窄まりで異物が詰まることが前提の不具合回避方法であり、一時的に濾過前の液がそのままクリーン液として導出管7より取出されてしまう場合があり、また、システム的にも複雑になってしまう。
さらに、詰った異物は、サイクロン分離器1内部の円錐形下部窄まりの形で楔状に詰り、逆洗だけでは詰り不具合を回避できない場合がある。
However, the conventional backwashing method described above is a problem avoidance method that is based on the premise that the foreign matter is clogged due to the narrowing of the lower portion, and the liquid before filtration may be temporarily taken out from the outlet pipe 7 as a clean liquid as it is. Also, the system becomes complicated.
Further, the clogged foreign matter is clogged in the shape of a conical lower part inside the cyclone separator 1, and there are cases where clogging defects cannot be avoided by backwashing alone.
本発明は、上記従来の異物が詰ってから異物を除去するのではなく、根本的に異物を詰り難くすることを目的とする。
また、万一、異物が詰った場合においても容易に異物を取り除くことができる構造ととなる。
An object of the present invention is not to remove the foreign matter after the conventional foreign matter is clogged but to make it difficult to clog the foreign matter fundamentally.
Moreover, even if a foreign object is clogged, it becomes a structure which can remove a foreign material easily.
上記のように、分離された異物が、下部窄まりで詰ってしまった場合、濾過機能が無くなって供給される濾過前の液がそのままクリーン液として導出管7より取出されてしまう。 As described above, when the separated foreign matter is clogged due to the narrowing of the lower portion, the filtration function is lost and the supplied liquid before filtration is taken out from the outlet pipe 7 as a clean liquid as it is.
上記のように、濾過されずそのまま異物が混入した液が、クリーン液として導出管7より取出されてしまうと、クリーン液の供給先である金属加工機械の加工部分の潤滑低下や、加工物の精度低下などの不具合が生じる場合がある。 As described above, if the liquid that is not filtered and mixed with foreign matters is taken out from the outlet pipe 7 as a clean liquid, the lubrication of the processed part of the metal processing machine, which is the supply destination of the clean liquid, is reduced. There may be problems such as reduced accuracy.
上記のように、サイクロン分離器1内部に分離された異物などが詰ってしまい濾過機能が無くなった場合、サイクロン分離器1内部の異物を除去するためにはクーラント液を供給するポンプなどを停止させ、また、金属加工機械なども停止する必要があり、サイクロン分離器1を分解しなければならず、手間とコストがかかる問題がある。 As described above, when the foreign matter separated in the cyclone separator 1 is clogged and the filtering function is lost, the pump for supplying the coolant is stopped to remove the foreign matter inside the cyclone separator 1. Also, it is necessary to stop the metal processing machine and the like, and the cyclone separator 1 has to be disassembled, resulting in a problem of labor and cost.
また、サイクロン分離器にクーラント液を供給するポンプ自体が異物により内部で詰り、サイクロン分離器に液を供給できない場合もある。 In some cases, the pump itself for supplying the coolant liquid to the cyclone separator is clogged inside by foreign matter and the liquid cannot be supplied to the cyclone separator.
そこで、この発明の課題は、上記のような多量の異物が混入している液をサイクロン分離器に供給しても、サイクロン分離器内部の渦流室に異物が詰り難くなるようにしても液量の変化が無く、濾過精度低下が少く、また、万一、異物が詰った場合においても容易に異物を取り除くことができる構造のサイクロン分離器を提供し、そのサイクロン分離器に液を供給するポンプにおいても異物が詰り難いポンプが設けられていることを特徴とするサイクロン装置を提供する。 Accordingly, an object of the present invention is to supply a liquid containing a large amount of foreign matter as described above to the cyclone separator or to prevent the foreign matter from clogging in the vortex chamber inside the cyclone separator. Provides a cyclone separator with a structure that can easily remove foreign matter even if it is clogged, and that supplies liquid to the cyclone separator. Is provided with a pump that is less likely to be clogged with foreign matter.
上記のような課題を解決するため、この発明は、サイクロン分離器内部の円錐形渦流室下部窄まり下端の下部ノズル孔を大きな径とし、大きな径の下部ノズル孔とほぼ同径の円筒状の旋回流減衰槽部を設け、その下端に旋回流減衰槽部径より小さい径の排出口を設けたものである。
また、異物が万一詰っても旋回流減衰槽部や、排出口部を取り外し可能な構造とすることで、詰った異物を容易に除去できる構造としたものである。
In order to solve the above-described problems, the present invention has a cylindrical nozzle having a large diameter at the lower nozzle hole at the lower end of the conical vortex chamber inside the cyclone separator and having the same diameter as the lower nozzle hole having a large diameter. A swirl flow attenuation tank part is provided, and a discharge port having a diameter smaller than the diameter of the swirl flow attenuation tank part is provided at the lower end thereof.
In addition, even if the foreign matter is clogged, the structure in which the swirling flow attenuation tank portion and the discharge port portion can be removed is configured so that the clogged foreign matter can be easily removed.
この発明によれば、サイクロン分離器内部の渦流室に異物が詰るのは、円錐形渦流室の下部窄まりでその下端が小径の下部ノズル孔となっているからで、下部ノズル孔を大きな径とすることで、まず異物通過を良くさせ、円錐形渦流室の下部窄まりでの詰りを防ぎ、大きな径の下部ノズル孔とほぼ同径の円筒状の旋回流を減衰させる旋回流減衰槽部を設けることにより異物自体の旋回も減衰するので、サイクロン分離器内圧での旋回による異物滞留時間が短くなり異物が能率よく排出される。 According to the present invention, the vortex chamber inside the cyclone separator is clogged with foreign matter because the lower end of the conical vortex chamber is narrowed and the lower end is a small lower nozzle hole. The swirl flow attenuation tank that first improves the passage of foreign matter, prevents clogging at the lower constriction of the conical vortex chamber, and attenuates the cylindrical swirl flow having the same diameter as the large lower nozzle hole. Since the turning of the foreign matter itself is also attenuated by providing, the foreign matter staying time due to the turning at the internal pressure of the cyclone separator is shortened and the foreign matter is efficiently discharged.
しかし、大きな径の旋回流減衰槽部と同等径のまま排出すると、サイクロン分離器内部渦流室で反転する上昇渦流が発生せず、上部の導出管から液は出なくなり導入管より供給された濾過前のクーラント液がそのまま排出口から出てしまうことになる。
一般的な液体サイクロン分離器においては、下部ノズル孔径が大きくなり過ぎると濾過前のクーラント液がそのまま排出口から出てしまう。
そこで大きな径とした下部ノズル孔とほぼ同径の円筒状の旋回流減衰槽部下端に小さい径の排出口を設けることにより反転する上昇渦流が発生し、液量変化をなくすことができる。
However, if the same diameter as that of the large-diameter swirl flow damping tank is discharged, a rising vortex that reverses in the vortex chamber inside the cyclone separator will not be generated, and no liquid will be discharged from the upper outlet pipe and the filtration supplied from the inlet pipe The previous coolant liquid will come out of the outlet as it is.
In a general liquid cyclone separator, if the diameter of the lower nozzle hole becomes too large, the coolant liquid before filtration comes out from the discharge port as it is.
Therefore, by providing a discharge port having a small diameter at the lower end of the cylindrical swirling flow attenuation tank portion having the same diameter as that of the lower nozzle hole having a large diameter, an ascending vortex flow is generated and the change in the liquid amount can be eliminated.
また、万一異物が詰っても、従来の液体サイクロン分離器は、円錐形渦流室の下部窄まりでその下端が小径の下部ノズル孔となっていることで、詰った異物の形状が楔状となり、排出口から棒などで突き上げても異物除去は出来ない場合があり、サイクロン分離器を分解しないと異物除去できない場合がある。
本発明のサイクロン分離器は、旋回流減衰槽部と排出口部を取り外し可能な構造とすること及び、円錐形渦流室の下部窄まりが浅く、詰った異物の楔形状も浅いことにより、旋回流減衰槽部もしくは、排出口部を取り外し、棒で突き上げるだけで、容易に異物を取り除くことができる。
Even if foreign matter is clogged, the conventional hydrocyclone separator has a constricted lower part of the conical vortex chamber and a lower nozzle hole at the lower end. In some cases, foreign matter cannot be removed even if it is pushed up from the discharge port with a stick or the like.
The cyclone separator according to the present invention has a structure in which the swirl flow damping tank and the discharge port can be removed, and the conical vortex chamber has a shallow bottom constriction and a clogged foreign object has a shallow wedge shape. Foreign matter can be easily removed by simply removing the flow damping tank or discharge port and pushing it up with a stick.
以下、図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係わるサイクロン分離器1であるが、この発明のサイクロン分離器1は円錐形渦流室3の下部窄まりでその下端が小径の下部ノズル孔2径を渦流室上部円筒状部4径の3割〜5割程度の径(好ましくは4割程度の径)にし、その下に前記下部ノズル孔2と同等径で、長さが円錐部下部ノズル孔2径の1倍〜5倍(好ましくは2倍)程度の旋回流を減衰させるための円筒状旋回流減衰部8を設け、その下端に小さい径の排出口6を設ける。
Hereinafter, description will be given based on the drawings.
FIG. 1 shows a cyclone separator 1 according to the present invention. The cyclone separator 1 according to the present invention has a constricted lower part of a
なお、万一、異物が詰った場合でも図2従来のサイクロン分離器1の場合、円錐形渦流室3の下部窄まりでその下端が小径の下部ノズル孔径2であるので、詰った異物自体の形状も下部で窄まった楔形状となり、排出口6より逆洗や棒状の物で突き上げても排出口6より異物が排出されず取り除くことが難しかったが、本発明のサイクロン分離器1は、旋回流減衰槽部8と排出口6を取り外し可能な構造とすること及び、円錐形渦流室3の下部窄まりが浅く、詰った異物の楔形状も浅いことより、旋回流減衰槽部8もしくは排出口部6を取り外して棒で突き上げるだけで容易に異物を取り除くことができる。
In the case of the clogged foreign matter, FIG. 2 in the case of the conventional cyclone separator 1, the lower end of the
上記図1サイクロン分離器1で処理する異物を含有する流体として、クーラント液を例示したが、その他の異物を含有する液体の濾過にも使用することができる。 Although the coolant liquid is exemplified as the fluid containing the foreign matter to be processed by the cyclone separator 1 in FIG. 1, it can also be used for the filtration of the liquid containing other foreign matters.
また、上記図1サイクロン分離器1に液を供給するポンプ9も、異物の詰り難い異物通過径の大きいボルテックス構造のポンプ9で液を圧送することにより、濾過装置
としての図3サイクロン装置全体が異物の詰り難い装置となる。
Also, the pump 9 for supplying liquid to the cyclone separator 1 shown in FIG. 1 is pumped by the vortex pump 9 having a large foreign substance passage diameter which is difficult to clog foreign substances, so that the entire cyclone apparatus shown in FIG. The device is less likely to clog foreign matter.
図3は、サイクロン装置の一実施例の形態であるが、金属工作機械の加工部分の潤滑や冷却に使用された後の金属の切り屑や研削用砥粒などが多く含有しているクーラント液はダーティ液として工作機械からクーラントタンク11の間切りされたダーティ液槽に流れ込む。このダーティ液を濾過して再利用するために、上記サイクロン分離器1にポンプ9で液を圧送するが、金属の切り屑などの異物が多く含有している場合でも異物が詰り難いボルテックス構造のポンプ9で圧送する。
サイクロン分離器1で濾過されたクリーン液はクーラントタンク11の間切りされた
クリーン液槽へ流し、一般的な異物通過径の小さいクーラントポンプ10により金属工作機械へ再利用される。
FIG. 3 shows an embodiment of a cyclone apparatus, which is a coolant liquid containing a large amount of metal chips and abrasive grains after being used for lubrication and cooling of a machined portion of a metal machine tool. Flows as a dirty liquid from the machine tool into a dirty liquid tank cut between the coolant tanks 11. In order to filter and reuse this dirty liquid, the liquid is pumped to the cyclone separator 1 with a pump 9, but even if it contains a large amount of foreign matter such as metal chips, it has a vortex structure that does not easily clog the foreign matter. Pumped with a pump 9.
The clean liquid filtered by the cyclone separator 1 flows into a clean liquid tank cut between the coolant tanks 11 and is reused for a metal machine tool by a general coolant pump 10 having a small foreign substance passage diameter.
研削工程で排出される鉄の削り屑と砥粒が混じった異物であるスラッジ20kgを200Lのクーラント液に投入し、図2従来のサイクロン分離器1にポンプで圧送供給したところ、サイクロン円錐形渦流室3内部の下部窄まりで異物が詰り、本来濾過されたクリーン液を外部に取出す導出管7より、供給されたままの濾過されていないクーラント液がクリーン液として排出された。
When 20 kg of sludge, which is a foreign matter mixed with iron shavings and abrasives discharged in the grinding process, is put into 200 L of coolant liquid and pumped to the conventional cyclone separator 1 as shown in FIG. The foreign matter is clogged by the lower stenosis inside the
異物の詰りを除去するために、排出口6より棒で突き上げたが異物である繊維状の鉄の切り屑と砥粒が固まって詰っており、排出口6より排出することはできなかった。 In order to remove the clogging of the foreign matter, it was pushed up from the discharge port 6 with a stick, but the fibrous iron chips and abrasive grains as the foreign matter were solidified and clogged and could not be discharged from the discharge port 6.
そこで、上記図2従来サイクロン分離器1を分解したところ、小径の下部ノズル孔2を頂点として円錐形渦流室3内部いっぱいに異物が詰り、その異物を円錐形渦流室3内より取り外すと円錐形の言わば、楔状に固く詰っていた。
Therefore, when the conventional cyclone separator 1 shown in FIG. 2 is disassembled, foreign matter is clogged up inside the
詰りに至った異物の挙動としては、ボルテックス構造のポンプ9で一度に多量の異物が混じったクーラント液をサイクロン分離器1の導入管5より圧力0.2MPaで流入させることで比重ないし粒子径の大きい異物は強い遠心力を受けて上部の円筒状部4渦流室、円錐形渦流室3の周縁側に多く集まり、旋回しながら下部ノズル孔2に向かって下っていくが、旋回することで渦流室内の滞留時間が長くなるので次々に多量の異物が流入してくると小さい径の下部ノズル孔2部で最も異物密度が高くなり効率良く排出されずに下部ノズル孔2部付近を起点に異物が渦流室内に詰ってしまう。
As for the behavior of the foreign matter that has led to clogging, the specific gravity or particle diameter of the coolant is mixed with a large amount of foreign matter at a time through the introduction pipe 5 of the cyclone separator 1 at a pressure of 0.2 MPa with the vortex pump 9. Large foreign matter receives a strong centrifugal force and gathers in a large amount on the peripheral side of the upper cylindrical portion 4
次に、アルミの切削後の切り屑3kgを200Lのクーラント液に投入し、図2従来のサイクロン分離器1にポンプで圧送供給したところ、前記同様にサイクロン円錐形渦流室3内部に異物が詰ってしまった。
Next, 3 kg of chips after cutting aluminum were put into 200 L of coolant liquid and pumped and supplied to the conventional cyclone separator 1 in FIG. 2. As described above, foreign matter was clogged inside the cyclone
次に、図1本発明のサイクロン分離器1においても同様に、上記と同条件の異物混入液を圧送供給したところ詰りなく、排出口6より分離された異物が排出され、濾過されたクリーン液が外部に取出す導出管7より排出された。 Next, in the cyclone separator 1 of the present invention as shown in FIG. 1, similarly, a foreign liquid mixed under the same conditions as above is pumped and supplied, and the foreign substance separated from the outlet 6 is discharged and filtered. Was discharged from the outlet pipe 7 taken out to the outside.
上記図1本発明のサイクロン分離器1において詰りなく、異物が排出されたのは下部ノズル孔2径が図2従来サイクロン分離器1より大きい径であり、下部ノズル孔2での異物密度が従来サイクロン分離器1より低い状態で且つ、下部ノズル孔2の下に設けた旋回流減衰槽部8で多量に異物が混じったクーラント液の旋回流を減衰させることで、異物自体も旋回によるサイクロン分離器1内部での滞留時間が短くなり、効率良く排出口6より排出されて行くことによる。 In FIG. 1, the cyclone separator 1 of the present invention is not clogged and the foreign matter is discharged because the diameter of the lower nozzle hole 2 is larger than that of the conventional cyclone separator 1 in FIG. 2, and the foreign matter density in the lower nozzle hole 2 is conventional. Attenuating the swirling flow of the coolant that is mixed with a large amount of foreign matter in the swirling flow attenuating tank 8 provided below the lower nozzle hole 2 in a state lower than the cyclone separator 1, the foreign matter itself is also separated by a cyclone by swirling This is because the residence time inside the vessel 1 is shortened and efficiently discharged from the discharge port 6.
異物の詰り難いサイクロン分離器1の一例として、構造的にサイクロン上部円筒状部4径がφ100mmで円錐部下部ノズル孔2の径がφ40mmとした。その下に内径φ40mmで、長さが80mmの旋回流減衰槽8を取り付け、その下に内径φ15mmの排出口6を設け上記のように濾過させた。
この寸法比は、多少寸法外でも同様の効果はある。
As an example of the cyclone separator 1 that is not easily clogged with foreign matter, the cyclone upper cylindrical portion 4 has a diameter of φ100 mm and the diameter of the conical lower nozzle hole 2 is φ40 mm. A swirling flow attenuating tank 8 having an inner diameter of 40 mm and a length of 80 mm was attached below it, and a discharge port 6 having an inner diameter of 15 mm was provided below and filtered as described above.
This dimensional ratio has the same effect even if it is slightly out of size.
また、サイクロン分離器1に液を供給するためのポンプ9は、羽根車とケーシングの隙間が広い、異物の詰り難い構造であるボルテックス構造のポンプ9にて液を供給した。 The pump 9 for supplying liquid to the cyclone separator 1 was supplied with a vortex structure pump 9 having a wide gap between the impeller and the casing and being difficult to clog foreign matter.
このような多量に異物が混入した液を、サイクロン分離器1に供給するポンプ9が従来の一般的なクーラントポンプであるクローズ羽根のポンプや、異物通過径の小さなセミオープン羽根のクーラントポンプなどを使用すると、ポンプの内部で異物が詰る場合があり、サイクロン分離器1に液を供給することができなくなる。 A pump 9 for supplying such a mixture of foreign matter to the cyclone separator 1 is a conventional general-purpose coolant pump such as a closed blade pump or a semi-open blade coolant pump having a small foreign material passage diameter. If used, foreign matter may be clogged inside the pump, and the liquid cannot be supplied to the cyclone separator 1.
なお、本発明サイクロン分離器1の円錐形渦流室3の下部窄まりでその下端が小径の下部ノズル孔2径を従来のサイクロン分離器1より大きくしても濾過精度変化がないことの確認のため、前記詰り状態を確認したサイクロン分離器1で実験を行なった。
<実験条件>
サイクロン装置・・・図1本発明サイクロン装置及び、図2従来サイクロン装置
異物・・・・・・・・炭化珪素微粉(比重約3.2)
液・・・・・・・・・水
原液供給圧力・・・・0.2MPa
上記条件にて供給液を濾過し、サイクロン分離器1のクリーン液を導出管より採取して異物の除去率を測定する。
上記のような結果となり、一般的な液体サイクロン装置の濾過が望まれる異物粒子径である10μm以上の異物除去率において差がないことがわかる。
It should be noted that even if the lower nozzle hole 2 having a lower diameter at the lower end of the
<Experimental conditions>
Cyclone device ... Fig. 1 Cyclone device of the present invention and Fig. 2 Conventional cyclone device Foreign material ... Silicon carbide fine powder (specific gravity about 3.2)
Liquid .... Water Stock solution supply pressure ... 0.2 MPa
The supply liquid is filtered under the above conditions, the clean liquid of the cyclone separator 1 is collected from the outlet tube, and the foreign matter removal rate is measured.
The above results are obtained, and it can be seen that there is no difference in the foreign matter removal rate of 10 μm or more, which is a foreign particle size desired to be filtered by a general hydrocyclone apparatus.
また、本発明サイクロン分離器1の下部ノズル孔2とほぼ同径の円筒状の旋回流減衰槽部8下端に径を大きくする前の小径の下部ノズル孔と同等径を有している排出口6を設けることにより、濾過後の液であるクリーン液量に変化がないことの確認のため、上記実験と同じ条件にてクリーン液量の測定を行なった結果を下記に示す。
例えば工作機械から排出される金属の切り屑や研削用の砥粒などの異物を多く含有しているクーラント液の濾過用として、従来のサイクロン分離器を使用し、一度に上記異物が多量に含んだクーラント液を供給すると、サイクロン円錐形渦流室内部で詰ってしまうが、本発明サイクロンは、異物が詰り難い構造であるので上記の様な異物が多量に含んだクーラント液の濾過用サイクロン装置として利用可能である。 For example, a conventional cyclone separator is used for filtering coolant liquids that contain a large amount of foreign matter such as metal chips and grinding particles discharged from machine tools. However, if the coolant is supplied, the inside of the cyclone conical vortex chamber will be clogged. Is available.
1 サイクロン分離器
2 下部ノズル孔
3 円錐形渦流室
4 円筒状部
5 導入管
6 排出口
7 導出管
8 旋回流減衰部
9 ボルテックス構造のクーラントポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cyclone separator 2
Claims (4)
The cyclone apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the pump for supplying liquid to the cyclone separator is provided with a vortex structure pump.
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