JP2015516296A

JP2015516296A - 遠心分離機用ディスクパッケージ

Info

Publication number: JP2015516296A
Application number: JP2015512014A
Authority: JP
Inventors: ペーター・ハグクヴィスト
Original assignee: アルファ−ラヴァル・コーポレート・アーベー
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: CN110496711B; BR112014028313A2; CN110496711A; WO2013171160A1; JP6062539B2; JP6367301B2; KR20150008181A; KR101690854B1; EP2664385A1; CN104284732B; JP2017047424A; EP2664385B1; US20150126353A1; NZ701918A; CN104284732A; EP3178565B1; EP3178565A1; KR20170000392A; KR101798352B1; US9849467B2

Abstract

本発明は、遠心分離機用のディスクパッケージ及び分離ディスクの第一組と分離ディスクの第二組とからなるディスクパッケージを備える遠心分離機に関する。第一組及び第二組の各分離ディスクは、半径方向に対して傾斜した分離表面を備えている。第一組及び第二組の分離ディスクは、隣接する２枚の分離ディスクの各間に通路を形成するよう互いに距離をあけて、回転軸の周囲の同軸上に配置されている。第一組の分離ディスクは、外側直径Ａまたはそれ以下の大きさの直径を有し、第二組の分離ディスクは、外側直径Ｂまたはそれ以上の大きさの直径を有し、直径Ｂは直径Ａよりも大きい。第一組の少なくとも２枚の分離ディスクが、第二組の２枚の分離ディスクの各間に配置されている。

Description

本発明は、複数の分離ディスクを備える遠心分離機用のディスクパッケージに関し、各ディスクパッケージは、半径方向に対して傾斜した分離表面を備え、該分離ディスクは、２枚の隣接する分離ディスクの各間に通路を形成するように互いに距離をあけて、回転軸の周囲の同軸上に配置されている。本発明はまた、そのようなディスクパッケージを備える、遠心分離機に関する。

遠心分離機は、その開発の初期から、ディスクパッケージ内の各分離ディスクに、ディスクの機械的安定性を向上させるために、ディスクの円錐台形の半径方向外側に延びる鍔が備えられることが知られていた（例えば、特許文献１を参照のこと）。

ただ一つの分離ディスクが、その他の分離ディスクよりも、半径方向外側に延びた鍔を有するディスク積層もまた、既に知られている（例えば、特許文献２を参照のこと）。これは、該ディスク積層を、軽い相の洗浄を最適化するための第一の部分と（純化モードの操作）、重い相の洗浄を最適化する第二の部分（濃縮モードの操作）とに、分割するために使用される。

スウェーデン国特許第２２９８１号明細書スウェーデン国特許第２２７１０７号明細書

本発明の目的は、上記の遠心分離機の分離効率を向上させることにある。特に、本発明の目的は、ディスクパッケージの分離ディスクの合間の分離通路の中に、分離された粒子が再循環していく可能性を最小限に抑えることにある。上記引用した文献は、いずれもこの問題に対する十分な解決手段を提供していない。

それゆえ、本発明は、分離ディスクの第一組と分離ディスクの第二組とを備える、遠心分離機用のディスクパッケージに関する。第一組及び第二組の各分離ディスクは、半径方向に対して傾斜した分離表面を有する分離部分を備えている。該分離表面は、分離ディスクの円錐台形部分であってよい。該分離表面の傾斜角度は、半径方向に対して、３０〜５０度の範囲内であってよく、好ましくは約４０度である。

第一組及び第二組の分離ディスクは、隣接する２枚の分離ディスクの各間に通路を形成するよう互いに距離をあけて、回転軸の周囲の同軸上に配置されている。該分離ディスクは、好ましくは、ディスクパッケージの分離ディスクの、傾斜した分離部分の基部が、同じ方向を向くように配置されている。ディスクパッケージの分離ディスクは、分離されるべき流体が、二つの組のいずれかの隣接する２枚の分離ディスクの各間の通路の中を、半径方向内側に向かって流れるように配置されてもよい。

第一組の分離ディスクは、外側直径Ａまたはそれ以下の大きさの直径を有し、第二組の分離ディスクは、外側直径Ｂまたはそれ以上の大きさの直径を有し、直径Ｂは直径Ａよりも大きい。第一組の少なくとも２枚の分離ディスクが、第二組の２枚の分離ディスクの各間に配置されている。

上記の効果として、ディスクパッケージのすぐ外側の領域における分離空間内で、流れが形成される可能性が最小限に抑えられる。軸方向成分流を有するこのような流れは、成分の液体混合物から既に分離された粒子を取り込んでしまうという、好ましくない効果を有する可能性がある。このようにして、ディスクパッケージの分離通路の中へ、分離された粒子が再循環する可能性は最小限に抑えられ、遠心分離機の分離効率は向上する。このディスクパッケージはまた、製造及び組立が容易である。

第一組の分離ディスクの外側直径は、外側直径Ａまたはこれより小さい外側直径である限り、その大きさは変化してよい。もしくは、第一組の分離ディスクは、外側直径Ａを有している。同様に、第二組の分離ディスクの外側直径は、外側直径Ｂまたはこれより大きい外側直径である限り、その大きさは変化してよい。もしくは、第二組の全ての分離ディスクは、外側直径Ｂを有してよい。

直径Ｂは、直径Ａよりも３〜１５％大きくてよく、好ましくは５〜１２％大きく、あるいは直径Ｂは、直径Ａよりも１４〜５０ｍｍ大きくてよく、好ましくは２０〜３０ｍｍ大きい。このため、分離された粒子がディスクパッケージの分離通路の中へ再循環してしまう可能性を最小限に抑える一方で、ディスクパッケージの半径方向外側の分離のための自由空間を確保している。

第一組及び第二組の分離ディスクは、内側半径の同じ位置から延伸してよい。傾斜した分離部分の半径方向の延伸と傾斜は、二つの組の分離ディスクにわたって、またディスクパッケージ全体にわたって、同じであってよい。

第二組の分離ディスクは、直径Ａの半径方向外側に形成された鍔部分を有してよく、この鍔部分は、分離部分の傾斜とは異なる、半径方向への傾斜と有している。該鍔部分の半径方向の延伸は、直径Ａの１．５〜７．５％であってよく、好ましくは２．５〜６％であり、あるいは、この鍔部分の半径方向の延伸は、７〜２５ｍｍであってよく、好ましくは１０〜１５ｍｍである。傾斜した分離表面の半径方向の延伸は、第一組と第二組の分離ディスクとで、同じであってよい。

鍔部分の半径方向への角度は４５度以下であってよく、好ましくは３０度以下、より好ましくは１５度以下、最も好ましくは０度である。この角度が零度に近いか、または零度である場合、すなわち、鍔部分が回転軸に対して垂直な平面にある場合、該鍔部分は、第一組の分離ディスクの半径方向外側の流動域を画定するように作用し、分離表面としては作用しない。このようにして、第二組の各分離ディスクの傾斜した分離表面は、直径Ａまで延びてよい。鍔部分の角度は、ディスクパッケージの第二組の分離ディスク全体にわたって同じであってよく、または変化してもよい。

鍔部分はリング形状であってよく、鍔部分の表面は平面かつ分離表面を包囲する連続シート材として形成されてもよく、これにより鍔部分は、基本的に孔または突出がないものとなる。よって、鍔部分によって引き起こされる乱流の量が最小限に抑えられる。

第二組の２枚毎の分離ディスクの各間には、２〜１０枚、好ましくは３〜５枚の第一組の分離ディスクが配置されてよい。この構造により、分離ディスクの半径方向外側の流動域内で、特に有利な流れが形成される。第二組の分離ディスクの総数は、ディスクパッケージ全体の分離ディスクの総数に対して、３０％以下であってよく、好ましくは２５％以下であり、かつ、５％以上であってよく、好ましくは１０％以上である。より好ましくは、第二組の分離ディスクの総数は、ディスクパッケージの分離ディスクの総数に対して、１２〜２０％の範囲内である。

分離ディスクの分離表面の基部の方向（すなわち、分離ディスクの分離表面の軸方向分流方向）のパッケージの端部にある、ディスクパッケージの下側部分には、第一組の分離ディスクのみが備えられてよい。ディスクパッケージの該下側部分は、ディスクパッケージの少なくとも２０％であってよく、好ましくは少なくとも２５％、より好ましくは少なくとも３０％である。よって、８２枚のディスクを有する一個のディスクパッケージにおいては、この下側部分には１８〜２６枚のディスクが含まれてよい。同様に、分離ディスクの分離表面の上端部の方向（すなわち、分離ディスクの分離表面の軸方向合流方向）のパッケージの端部にある、ディスクパッケージの上側部分には、第一組の分離ディスクのみが備えられてよい。ディスクパッケージの該上側部分は、ディスクパッケージの少なくとも１５％であってよく、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも２５％である。よって、８２枚のディスクを有する一個のディスクパッケージにおいては、この上側部分には１２〜２１枚のディスクが含まれてよい。このようにして、ディスクパッケージの分離通路の中に、分離された粒子が再循環してしまう可能性が最小限に抑えられる一方で、ディスクパッケージの軸方向両端の部分では所望の流れが維持される。

第一組の各分離ディスクの傾斜した分離表面は、分離ディスクの外側直径まで延びてよい。そのため、第一組の分離ディスクは基本的に鍔部分を備えずともよく、分離表面を最大限に大きくすることができる。

各分離ディスクには、ディスク積層の全体を通って分離される流体の流れが分配されるように配置された、切欠き部が備えられてよい。第一組の分離ディスクは、分離ディスクの外側半径に向かって開口した切欠き部である、スリットの形状をした切欠き部が備えられてよい。これにより、切欠き部の領域において詰まりが生じる可能性を最小限に抑えるという効果がもたらされる。第二組の分離ディスクは、分離ディスクの外側半径に向かって閉じた孔の形状をした切欠き部が備えられてよい。これにより、遠心力に耐えうるための、より大きな直径の分離ディスクの機械的特性を改良するという効果がもたらされる。第一組の分離ディスク上のスリット形状をした切欠き部と、第二組の分離ディスク上の孔の形状をした切欠き部との組合せによって、第二組の分離ディスク上の切欠き部の領域において、詰りが生じる可能性をさらに最小限に抑えるものである。

本発明はさらに、液体混合物の成分を分離するための遠心分離機に関し、該遠心分離機は、上記に記載したディスクパッケージを配置した分離空間を取り囲むロータを備えている。該ロータは、泥相の断続的な排出のための、分離空間の半径方向外側部分から排出口を備えてよい。

前記ロータの内部壁には、円錐形状であってよい壁部分が備えられてよく、第二組の分離ディスクは、各ディスクの外側鍔とロータ壁部分の間に少なくとも１ｍｍの、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの通路ができるように、ディスク積層の中に配置されてよい。

ディスクパッケージの中の第一組に備えられる種類の分離ディスクの実施例の図である。ディスクパッケージの中の第二組に備えられる種類の分離ディスクの実施例の図である。第一組と第二組の分離ディスクを備えるディスクパッケージを有する遠心分離機の一部分の断面図である。

図１には、ディスクパッケージの中の第一組に備えられる種類の分離ディスク１が示されており、分離ディスク１は、内側分離表面及び外側分離表面を備える円錐台形の分離部分２を有している。該分離部分は、複数の間隔部材を、細長いコーク３の形状により備え、コーク３は、分離ディスクの積層によって形成されたパッケージの中の、隣接する２枚の分離ディスクの各間に、通路を形成するための距離を生じさせるものである。コークは、ディスクの円錐台形分離部分の外側表面へと固定され、ディスクの外周に沿って分布している。分離ディスクの外側直径Ａは１６５ｍｍであり、その傾斜した分離表面は、この外側直径全体にまで延びている。よって、分離ディスクの半径方向外側部分４は、傾斜した分離表面の部分となる。該ディスクは、分離ディスクの半径方向外側部分４に、スリット５の形状をした複数の切欠き部を備え、該スリットは分離ディスクの外側半径に向かって開口している。スリット５の数は、コークの数に対応しており、該スリットは、コークの合間をディスクの円周に沿って分布している。

図２には、ディスクパッケージの中の第二組に備えられる種類の分離ディスク６が示されており、分離ディスク６は、内側分離表面及び外側分離表面を備える円錐台形の分離部分２’を有している。該分離部分は、複数の間隔部材を、細長いコーク３’の形状により備え、コーク３’は分離ディスクの積層によって形成されたパッケージの中の、隣接する２枚の分離ディスクの各間に、通路を形成するための距離を生じさせるものである。コークは、ディスクの円錐台形分離部分の外側表面へと固定され、ディスクの外周に沿って分布している。分離表面は、直径Ａまで延び、該ディスクの分離表面の半径方向外側には、平坦な鍔７（すなわち、半径方向に対して零度の角度を有する）が設けられ、これは分離ディスクの外側直径Ｂまで延びている。直径Ｂは１８５ｍｍであり、鍔の半径方向延伸はＬ＝（Ｂ−Ａ）／２、すなわち１０ｍｍである。このように直径Ｂは直径Ａよりも１２％大きい。該ディスクは、分離部分の半径方向外側部分に、孔８の形状をした複数の切欠き部を備え、該切欠き部は、鍔によって、分離ディスクの外側半径に向かって閉じている。孔８の数は、コークの数に対応しており、該孔は、第一組の中の分離ディスク１のスリットに対応する位置で、該ディスクの円周に沿って分布している。

図３は、液体混合物の成分の分離のための遠心分離機９の部分を示しており、該分離機は、スピンドル１１（部分的に図示）によって支持されたロータ１０を有しており、該スピンドルは構造中、回転軸（Ｘ）の周りに回転可能に配置されている。該ロータは、その内部に分離室１２を形成し、該分離室内ではディスクパッケージ１３が配置されている。該ロータはさらに、分配器１５の中に形成された流入室１４を備えており、該分配器の中には、分離されるべき成分の液体混合物が供給されるための固定流入管１６が延びている。該流入室は、ロータ内に形成された通路１７を介して該分離室と連通している。ディスクパッケージの半径方向内側部分は、該混合物のより軽い液体成分のための排出口１８と連通している。排出口１８は、ディスクパッケージ１３の軸方向上端部に設けられた上端ディスク１９によって区切られている。上端ディスク１９とロータ１０の上部壁部とは、該混合物のより濃い液体成分のための通路を画定しており、該通路は、液体混合物のより重たい成分のために、分離空間１２の半径方向外側部分から、排出口２０へと延びている。該ロータにはさらに、泥相を形成する、より濃い粒子を含む液体混合物の泥成分の断続的排出のための排出口２１が、分離空間１２の半径方向外側外縁に備えられている。排出口２１の開口操作は、本技術分野で知られているように、操作水によって駆動される操作スライド２２によって制御されている。

ディスクパッケージ１３は、分離ディスクの第一組と第二組とを備え、第一組は、図１に示す種類の分離ディスク１からなり、第二組は、図２に示す種類の、鍔７を備える分離ディスク６からなる。該分離ディスクは、隣接する２枚の分離ディスクの各間に通路を形成するよう、コーク３、３’によって互いに距離をあけて、回転軸（Ｘ）の周囲の同軸上に配置されている。第二組の分離ディスク２枚の各間には、第一組の３枚の分離ディスクが配置されている。この通路は、分離ディスクの半径方向外側部分から、分離ディスクの半径方向内側部分に延びている。図中、各分離ディスク間の距離は、実際よりも拡大して描かれており、ディスクパッケージは、２８枚のディスクを有するよう概略的に図示されている。典型的なディスクパッケージは、８２〜１２０枚のディスクからなり、コークによって生じる、分離ディスクの間の典型的な距離は、０．４〜０．７５ｍｍである。よって、ディスクパッケージの第二組の分離ディスクの間の典型的な距離Ｈは、１．６〜４．５ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍである。

第一組の分離ディスク１上のスリットの形状をした切欠き部分、及び第二組の分離ディスク６上の孔の形状をした切欠き部分は、液体混合物のための分配経路２３を形成するため、ディスクパッケージの中で同一線上に配置されている。

ディスクパッケージの下側部分、すなわち、分離ディスクの分離表面の基部の方向のパッケージの端部にあって、Ｄと示されている部分には、第一組の分離ディスクのみが備えられている。該部分はディスクパッケージの高さの２５％であって（図示された２８枚の分離ディスク中の７枚）、典型的なディスクパッケージにあっては、該部分は８２枚の分離ディスク中、２１〜２６枚となる。第二組の最初の（下部）分離ディスクの鍔の半径方向外側端部とロータの内部壁との間の間隔Ｃは、少なくとも１．５ｍｍであって、排出口２１に向かって、泥液のための経路となる。同様に、ディスクパッケージの上側部分、すなわち分離ディスクの分離表面の上端部の方向のパッケージの端部にあって、Ｅと示されている部分には、第一組の分離ディスクのみが備えられている。第二組の最後の（最上部の）分離ディスクの鍔の半径方向外側端部と、ロータの内側壁との間の間隔Ｆは少なくとも１．５ｍｍである。

ディスクパッケージの実施例には、底部から上端部までに、第一組の分離ディスク２１枚からなる下側部分と、これに続く、第一組の分離ディスク３枚をそれぞれ合間に有した第二組の分離ディスク１２枚（すなわち、合計１１×４＋１＝４５枚の分離ディスク）と、上端部の第一組の分離ディスク１６枚からなる上側部分とを含む。よって、このような、図示されたディスクパッケージの分離ディスクの総数に対する、第二組の分離ディスクの総数は、１２枚／８２枚であって、２０％以下１０％以上である。

１第一組の分離ディスク
２、２’ 分離部分
３、３’ コーク
４半径方向外側部分
５スリット
６第二組の分離ディスク
７鍔
８孔
９遠心分離機
１０ロータ
１１スピンドル
１２分離室、分離空間
１３ディスクパッケージ
１４流入室
１５分配器
１６固定流入管
１７通路
１８排出口
１９上端ディスク
２０排出口
２１排出口
２２操作スライド
２３分配経路
Ａ直径
Ｂ直径
Ｌ鍔の半径方向延伸
Ｘ回転軸
Ｈ距離
Ｄディスクパッケージの下側部分
Ｅディスクパッケージの上側部分
Ｃ間隔
Ｆ間隔

Claims

分離ディスク（１）の第一組と分離ディスク（６）の第二組とを備える遠心分離機のためのディスクパッケージ（１３）であって、
第一組と第二組の各分離ディスクには、半径方向に対して傾斜した表面を有する分離部分（２、２’）が備えられ、
第一組と第二組の該分離ディスクは、２枚の隣接する分離ディスクの各間に経路を形成するよう互いに距離をあけて、回転軸（Ｘ）の周囲に同軸上に配置され、
第一組の該分離ディスクは、外側直径Ａまたはこれより小さい直径を有し、
第二組の該分離ディスクは、外側直径Ｂまたはこれより大きい直径を有し、
該直径Ｂは、該直径Ａよりも大きく、及び
第一組の該分離ディスクの少なくとも２枚が、第二組の２枚の該分離ディスクの各間に配置されている、
ディスクパッケージ。
前記直径Ｂが、前記直径Ａよりも３〜１５％、好ましくは５〜１２％大きく、または、前記直径Ｂが、前記直径Ａよりも１４〜５０ｍｍ、好ましくは２０〜３０ｍｍ大きい、請求項１に記載のディスクパッケージ。
前記第二組の各分離ディスクは、前記直径Ａの半径方向外側に形成された鍔部分（７）を有し、該鍔部分は、分離表面の傾斜とは異なる、半径方向への傾斜を有している、請求項１または２に記載のディスクパッケージ。
前記鍔部分の半径方向への角度が、４５度以下、好ましくは３０度以下、より好ましくは１５度以下、最も好ましくは０度である、請求項３に記載のディスクパッケージ。
前記第一組の３〜５枚の分離ディスクが、前記第二組の２枚の分離ディスクの各間に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のディスクパッケージ。
前記分離ディスクの分離表面の基部の方向の前記ディスクパッケージの端部に位置する、前記ディスクパッケージの下側部分（Ｄ）に、前記第一組の分離ディスクのみが備えられる、請求項１から５のいずれか一項に記載のディスクパッケージ。
前記ディスクパッケージの前記下側部分（Ｄ）は、該ディスクパッケージの少なくとも２０％、好ましくは少なくとも２５％、より好ましくは少なくとも３０％である、請求項６に記載のディスクパッケージ。
前記分離ディスクの分離表面の上端部の方向の前記ディスクパッケージの端部に位置する、前記ディスクパッケージの上側部分（Ｅ）は、第一組の分離ディスクのみを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のディスクパッケージ。
前記ディスクパッケージの前記上側部分（Ｅ）は、該ディスクパッケージの少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも２５％である、請求項８に記載のディスクパッケージ。
前記ディスクパッケージの第二組の分離ディスクの数が、該ディスクパッケージの分離ディスクの総数の３０％以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載のディスクパッケージ。
前記第一組の各分離ディスクの傾斜した分離表面が、該分離ディスクの前記外側直径（Ａ）まで延びている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のディスクパッケージ。
各分離ディスクには、ディスク積層の全体を通って分離される流体の流れが分配されるよう配置された、切欠き部（５、８）が備えられる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスクパッケージ。
前記第一組の分離ディスクには、スリット（５）の形状をした切欠き部が備えられている、請求項１２に記載のディスクパッケージ。
前記第二組の分離ディスクには、孔（８）の形状をした切欠き部が備えられている、請求項１２または１３に記載のディスクパッケージ。
請求項１から１４のいずれか一項に記載のディスクパッケージが配置された、分離空間（１２）を取り囲むロータ（１０）を備える遠心分離機。