JP2020509933A - 遠心分離機用のシール組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、第1の封止リング(5)を備える回転可能な封止部材(4)と、第2の封止リング(7)を備える固定封止部材(6)と、第1および第2の封止リングを互いと係合させるための手段(8)と、を備える、第1の領域(2)と第2の領域(3)との間にシールを提供するためのシール組立体(1)を提供する。第1および第2の封止リングは、第1および第2の封止リング(5、7)の間の係合が行われたときに半径方向平面(p)に配置された少なくとも1つのチャンバ(11)を有する2重接触シールが形成されるように、構成されている。シール組立体は、前記チャンバ(11)への少なくとも1つの流体接続部(15)を更に備える。本発明は更に、かかるシール組立体を備える遠心分離機を提供する。

Description

本発明は遠心分離の分野に関し、より具体的には遠心分離機用の密封シールに関する。

液体混合物または気体混合物から液体および/または固体を分離するために、遠心分離機が一般に使用される。動作中、回転する椀状体(bowl)内に分離しようとする流体混合物が導入され、遠心力に起因して、重い粒子または水などのより密度の高い液体は回転する椀状体の周縁に蓄積し、一方でより密度の低い液体は中心にある回転軸のより近くに蓄積する。このことにより、例えば、周縁部におよび回転軸の近くにそれぞれ配置された異なる出口によって、分離した断片を回収することが可能になる。

高速遠心分離機は通常、分離機の回転可能な部分に対して封止された、固定された入口パイプおよび出口パイプを有する。このシールは、機械的な密封シールなどの密封シールであってもよく、これは遠心分離機で分離される物質が雰囲気に曝露または接触してはいけないときに使用される。この場合、密封シールは、雰囲気中の何らかの物質、例えば酸素、または粒子が、給送された液体または分離された相に混入するリスクを軽減する。

例が特許文献１に示されており、そこには入口および出口の両方に機械的シールを有する遠心分離機が示されている。

しかしながら、2相密封出口シール、すなわち2つの分離された液相を放出する分離機の出口で使用されるシールは通常は、組み立てるべき部品の多い複雑な構造である。このため、分離機の組み立ては勿論のこと、保守および分解もまた困難になっている。かかる密封出口は多くの場合、分離される主要な液相に重点を置いて設計される。したがって、2つの液相(および場合によっては固相)が分離され主要な相が分離された低密度の液相である、いわゆる清浄器型の遠心分離機では、出口は通常は、この軽い液相の取り扱いに重点を置くように設計される。対照的に、2つの液相(および場合によっては固相)が分離され主要な相は分離された高密度の液相である、いわゆる濃縮器型の遠心分離機では、出口は通常は、この重い液相の取り扱いに重点を置くように設計される。結果として、このことによりこれらの出口は見た目が異なるものとなり、少なくとも2つの異なる変形形態が必要となる可能性があるが、このことは、遠心分離機が清浄器および濃縮器の両方の用途で使用される場合に、欠点となる。

したがって、当技術分野では、大量の軽い液相および大量の重い液相の両方を取り扱うことのできる遠心分離機用の密封シールが必要とされている。

米国特許第4,759,744号明細書 国際公開第2013/034495号パンフレット

本発明の主たる目的は、改善されたシール組立体を提供することである。

更なる目的は、出口または入口の密封シールを促進する、遠心分離機用のシール組立体を提供することである。

本発明の第1の態様として、
- 第1の封止リングを備え、回転軸(X)を中心に回転する回転部材へと装着されるように構成された、回転可能な封止部材と、
- 第1の封止リングと回転軸(X)を中心に軸方向において位置合わせされている第2の封止リングを備える、固定封止部材と、
- 第1の封止リングおよび第2の封止リングを互いと係合させこのことにより、第1の封止リングと第2の封止リングの間に少なくとも1つの封止界面を形成するための手段であって、少なくとも1つの形成された封止界面は回転軸(X)に関して半径方向平面(p)と実質的に平行に延在する、手段と、
を備える、第1の領域と第2の領域との間にシールを提供するためのシール組立体であって、更に、
- 第1の領域は、封止リングの半径方向内側に位置しかつ封止リングを通って軸方向に延在し、第2の領域は封止リングの半径方向外側に配置されており、
- 第1および第2の封止リングは、第1および第2の封止リングの間の係合が行われたときに半径方向平面に配置された少なくとも1つのチャンバを有する2重接触シールが形成されるように構成されており、シール組立体はチャンバへの少なくとも1つの流体接続部を更に備える、シール組立体、が提供される。

シール組立体はこの場合、密封シールを形成し得る機械的シールである。シール組立体は、固定部分と回転可能な部分との間にシールを形成するためのものである。

回転可能な封止部材は、他の回転可能な部分、例えばシャフトまたは同様のものへと、すなわち回転部材へと装着されるように構成されてもよい。回転可能な部分の第1の封止リングは、回転軸に対して垂直な平面内に配置される。

固定封止部材は回転可能な封止部材と軸方向において位置合わせされており、この結果、第1および第2の封止リングは軸方向において位置合わせされている。したがって、第2の封止リングは第1の封止リングと同じ平面内に配置されてもよく、固定封止部材は、更なる固定部分に装着されるか、または取り付けられるように構成されてもよい。

第1の封止リングは摩耗リングであってもよく、第2の封止リングはシールリングであってもよい。この場合、回転するように構成された第1の封止リングは、第2の封止リングよりも硬い材料のものであり得る。

更に、第1および第2のシールリングを互いと係合させるための手段が存在する。しかしながら、このことは、回転可能な封止部材の回転中の封止界面に液体シールフィルムを形成してもよいことを、依然として意味している。封止リングを互いと係合させるための手段は、回転可能な封止部材が動作していないときに封止リングを互いと係合させるためのものであり得る。したがって、固定部分と回転する部分との間の界面に、例えば摩耗リングとシールリングとの間に、液体シールフィルムを形成してもよい。かかるマイクロ薄膜は、第1または第2の領域内の流体によって形成されてもよい。

第1および第2のシールリングを係合させるための手段は、少なくとも1つのばねなどの、第1のおよび/または第2のシールリングを互いと軸方向に係合させる弾性手段を備えてもよい。弾性手段はこの場合、第1または第2のシールリングの軸方向上方に配置され得る。例として、弾性手段は、固定封止部材の、第2の封止リングを軸方向に押す部分であってもよい。この場合、弾性手段は、回転可能な封止部材が動作していないときに、第2の封止リングを第1の封止リングと係合させるおよび/または係合するように付勢するためのものであり得る。

少なくとも1つの流体接続部は、中に封止リングを互いに対して付勢するばねが位置している容積内を通るなど、弾性手段を通るようにも構成され得る。

少なくとも1つの形成された封止界面は、回転軸に関して実質的に半径方向の平面(p)内に延在する。半径方向平面(p)はこの場合、回転軸(x)に対して垂直である。ただし、封止界面は、半径方向平面に対して数度傾斜していてもよく、すなわち封止界面は、半径方向平面と厳密に平行である必要はない。

更に、形成された封止界面に起因して、封止リングを通って軸方向に延在するものとして画定される第1の領域と、第2の領域と、の間にシールが形成される。第1の領域はこの場合、これらのリングの中央を通って延在してもよく、この場合、回転軸(x)を中心に封止リングと同心に延在し得る。第1の領域はこの場合また、回転可能な封止部材および固定封止部材を通っても延在し得る。

第2の領域は、第1および第2の封止リングの半径方向外側にあるものとして定義される。形成された封止界面はこの場合、リングの半径方向外側の領域から、リング内の領域を封止する。

封止リングは更に、第1のおよび/または第2の封止リング内にチャンバが形成され、この結果2重接触シールが形成されるように、設計されている。2重接触シールはこの場合、第1および第2の封止リングの間の2つの分離された封止界面によって形成されるシールであり、チャンバは半径方向において、2つの分離された封止界面の間に位置している。

第1および第2の封止リングの間の2重接触シールはこの場合、少なくとも1つの軸方向平面内に見られるようなものであってもよい。チャンバへの流体接続部も存在するが、このことは、流体がチャンバに供給され得るか、またはチャンバへと抜き出され得ることを意味している。

本発明の第1の態様は、例えば、封止界面が回転軸に対して垂直な平面内に形成され、このことによりシールの軸方向における組み付けおよび分解が容易になることに起因して、シール組立体の組み付けが容易になる、との洞察に基づいている。

更に、形成されたチャンバに起因して、ただ2つの封止リングを有する2重接触シールが形成される。

このことは、シール組立体がまたコンパクトな部品数の少ないものでもあることを意味する。したがって、例えば遠心分離機上へと装着される場合、シール組立体は装備または分解が容易であり得、このことにより、例えば遠心分離機の遠心分離機ロータの整備中の使用が容易になる。

チャンバへの流体接続部は、このシールの使用中、例えば第1の領域または第2の領域内の流体よりも圧力の高い流体をチャンバに供給できる、という点で有利である。この場合、このことにより更に、第1の領域から第2の領域への、またはこの逆の、流体の漏れが防止される。

流体接続によりまた、2重接触シールにおける漏れの検出が容易にもなる。チャンバはこの場合、漏れチャンバとして機能することができ、2重接触シールのある部分を通ってチャンバ内へと漏れた任意の流体を、流体接続部を介してシール組立体の外側から検出することができる。この場合、封止界面を通る第1または第2の領域からの漏れは、他方の領域に達する前にチャンバに達する。この場合、チャンバにより、第1の領域から第2の領域への、またはこの逆の、流体の直接の漏れが防止され得る。

流体接続部はまた、チャンバに冷却流体を供給するためにも使用され得る。冷却流体は水などの液体であってもよく、または気体であってもよい。

本発明の第1の態様の実施形態では、少なくとも1つの流体接続部は、第2の封止リング内に形成されている。

この場合、少なくとも1つの流体接続部は、固定封止リング内に形成され得る。流体接続部は、流体供給用のものおよび流体抜き出し用のものである、チャンバへの少なくとも2つの接続部を備えてもよい。流体接続部は、第2の封止リングに形成されたチャネルであってもよく、これにより封止リングの外側からチャンバにアクセスできるようになっている。この場合、第2の封止リングに、チャンバへの出入り両方の接続部が、この封止リングの外側まで形成され得る。流体接続部はまた、更に遠くまで、すなわち固定封止部材の外側まで、且つまた、例えば回転可能な封止部材が動作していないときに、チャンバに供給されるおよび/またはチャンバから抜き出される流体が、第1および第2の封止リングを互いと係合させるための手段を通るように、例えばその内部に弾性手段が配置されている容積内を通るように、延在してもよい。

本発明の第1の態様の実施形態では、第1および第2の封止リングの少なくとも一方は、第1および第2の封止リングの間の係合が行われたときに半径方向平面に配置された少なくとも1つのチャンバを有する2重接触シールが形成されるように、少なくとも1つの凹部を有する。

少なくとも1つの凹部または窪みは、この場合封止リングの一方または両方の、他方の封止リングと係合される表面に配置され得る。

このことは、凹部が封止界面に配置されて2重接触シールを形成し、チャンバが第1のおよび/または第2の封止リング内に位置することを意味する。この場合、チャンバを画定している壁は全て、第1のおよび/または第2の封止リングの一部であり得る。

例として、少なくとも1つの凹部は第1の封止リングに、例えば第1の封止リングのみに配置されてもよく、この結果、チャンバは第1の封止リング内に形成される。

更なる例として、少なくとも1つの凹部は第2の封止リングに、例えば第2の封止リングのみに配置されてもよく、この結果、チャンバは第2の封止リング内に形成される。

更に、少なくとも1つの凹部は、第1および第2の封止リングの両方に配置されてもよく、この結果、チャンバは両方の封止リング内に形成される。

凹部は、封止リングの軸方向高さの約半分である、または封止リングの軸方向高さの半分未満の、軸方向高さを有してもよい。

例として、少なくとも1つの凹部は、封止リングと同心である。この場合、凹部は、回転軸の周囲に均等に分布させてもよい。

少なくとも1つの凹部は、環状のチャンバが形成されるように構成されてもよい。この場合、凹部は、封止リングの表面における第1のおよび/または第2の封止リングの表面に、環状の溝として環状に構成されてもよい。

しかしながら、少なくとも1つの凹部は、完全に環状でなくてもよい。代わりに、半径方向に距離を置いて分布させたいくつかの凹部により、封止界面に2つ以上のチャンバが形成されてもよい。

本発明の第1の態様の実施形態では、回転可能な封止部材は、回転可能な封止部材が回転したときに第2の領域内に存在する流体を加速させるための、第2の領域内に配置されたベーンを備える。

回転可能な封止部材は、少なくとも4つのベーン、例えば少なくとも8つのベーンを備えてもよい。この場合、回転可能な封止部材が回転すると、これらのベーンは第2の領域内の流体の輸送を助ける。このことは、封止構成が遠心分離機の入口または出口に配置されている場合に有用であり得る。ベーンは例えば、封止界面の軸方向下方に配置され得る。

本発明の第2の態様として、流体混合物の少なくとも2つの密度の異なる成分を分離するための遠心分離機であって、
固定フレームと、
回転軸(X)を中心に回転するようにフレームによって支持されている、スピンドルおよび遠心分離機ロータを備える回転可能な部分であって、遠心分離機ロータは、スピンドルと一緒に回転するようにスピンドルの第1の端部に装備されかつ分離空間を囲い込むロータケーシングを備える、回転可能な部分と、
処理流体(process fluid)または寄与流体(service fluid)を分離機に供給または分離機から放出するための流体接続部であって、分離される流体混合物を分離空間に供給するための入口、および分離された液相を分離空間から放出するための少なくとも1つの液体出口を備える、流体接続部と、を備え、
遠心分離機は、入口におよび/または少なくとも1つの液体出口に回転軸(x)と同心に配置された、第1の態様に係るシール組立体を備え、シール組立体の回転可能な封止部材は遠心分離機の回転可能な部分に取り付けられており、固定封止部材は固定フレームに取り付けられており、このことにより回転可能な部分と固定フレームとの間の接続部を形成しており、
シール組立体の第1の領域は分離機の流体接続部と流体連通しており、第2の領域は、分離機の別の流体接続部、または分離機のどの処理もしくは寄与流体とも流体連通していない容積、のいずれかと流体連通しており、このことにより、第1の領域および第2の領域の間のシールが形成される、遠心分離機、が提供される。

遠心分離機は、気体混合物または液体混合物などの、流体混合物を分離するためのものである。遠心分離機の固定フレームは回転しない部分であり、回転可能な部分は少なくとも1つの軸受デバイスによって、例えばスピンドルを支持する少なくとも1つのボールベアリングによって、フレームにより支持されてもよい。

遠心分離機ロータはスピンドルの第1の端部に当接し、結果的にスピンドルとともに回転するように装備される。動作中、スピンドルはこの場合、回転するシャフトを形成する。スピンドルの第1の端部は、スピンドルの上端であり得る。スピンドルはこの場合、回転軸(X)を中心に回転可能である。スピンドルは、3000rpm超の、例えば3600rpm超のスピードで回転するように構成されてもよい。スピンドルは、入口および/または少なくとも1つの出口がスピンドルの中を延在するような、中空のスピンドルであってもよい。

スピンドルは更に、少なくとも5mm、例えば少なくとも10mmの直径を有してもよい。例えば、スピンドルの外径は、5〜300mmの間、例えば10〜200mmの間であってもよい。

遠心分離機は当然ながら、回転可能な部分を回転させ、このことにより中空のスピンドルおよびこのスピンドルに装備される遠心分離機ロータを回転させるための、駆動部材も備えている。中空のスピンドルを回転させるためのかかる駆動部材は、ロータとステータとを有する電気モータを備えてもよい。ロータはスピンドル上に設けられても、またはスピンドルに固定されてもよい。別法として、駆動部材は、スピンドルの隣に設けることができ、ベルトまたはギア伝達部などの適切な伝達部によって、回転可能な部分を回転させる。

遠心分離機ロータのロータケーシングは、その内部で流体混合物の分離が行われる分離空間を囲い込むか、またはそれ自体の中に形成する。分離空間は、回転軸を中心にして中央に配置された、分離ディスクの積層体を含んでもよい。かかる分離ディスクは、分離空間内に表面拡大インサートを形成する。分離ディスクは切頭円錐の形態を有してもよく、すなわちこの積層体は、円錐台形の分離ディスクの積層体であってもよい。これらのディスクはまた、回転軸を中心にして配置された軸方向のディスクでもあり得る。

分離機の流体接続部はこの場合、分離空間に対する入口および出口を形成する、処理流体接続部を備えてもよい。処理流体はこの場合、分離される流体混合物または分離された相、すなわち分離機の分離空間と接触する流体である。入口は中空のスピンドルの中を回転軸に沿って延在し得る。分離された流体用の少なくとも1つの液体出口は、第1の出口と、第1の液体出口と比較して回転軸からより大きい半径のところに配置された第2の出口と、を備えてもよい。これにより、第1および第2の液体出口をそれぞれ介して、密度の異なる液体を分離し放出することができる。処理流体接続部は更に、分離空間の周縁部にある相を放出するための、すなわち重い相を形成する混合された固体粒子および液体粒子を放出するための、スラッジ出口を備えてもよい。この場合、遠心分離機ロータは、スラッジ相を放出するための周縁ポートを備えてもよい。動作中、スラッジは、かかる周縁ポートの内側または直接内側にある、分離空間の外側周縁部に収集される。これらのポートは、分離空間から周囲の空間へのスラッジ相の放出を可能にするために、ミリ秒のオーダーの短い時間の間に間欠的に開かれるように構成され得る。このことは、当技術分野で知られているように、液圧により動作可能な摺動する椀状体底部を、これが周縁ポートを覆う位置からこれが周縁ポートを覆わない位置へと軸方向に移動させ、元に戻すことによって、実現される。

流体接続部はまた、寄与流体接続部を備える。寄与流体は、分離機の動作中に使用されるが分離空間と接触しない流体である。寄与流体は、上記のように液圧により動作可能な摺動する椀上体底部を備える間欠式放出系の、開放流体および/または閉鎖流体を含み得る。寄与流体はまた、例えば分離機のいずれかの軸受用の、冷却流体を含み得る。

更に、遠心分離機は、上で検討した本発明の第1の態様に係る少なくとも1つのシール組立体を備える。シール組立体はこの場合、密封シール、すなわち回転しない部材と回転可能な部分との間に気密シールを生じさせると想定されるシールを形成し得る。

シール組立体は入口に、液体出口に、または両方に配置されている。シール組立体はこの場合、遠心分離機ロータの軸方向上方に、遠心分離機ロータの軸方向下方に、または両方に配置され得る。回転可能な封止部材はこの場合、回転可能な部分に取り付けられ、一方固定部分は、ある固定部分、例えばフレームに取り付けられ得る。「フレームに取り付けられる」は、フレームに接続される、すなわち固定部分を他の固定部分に取り付けることができ、この部分が次いでフレームに取り付けられること、を含み得る。

遠心分離機は完全密封分離機であり得る。例として、スピンドルの入口チャネルおよび遠心分離機ロータの分離空間は、圧力を伝える様式で接続され得る。更に、液体出口および遠心分離機ロータの分離空間が、圧力を伝える様式で接続され得る。

シール組立体は更に、第1の領域が第1の流体接続部、例えば第1の液体出口または入口と流体連通するように構成される。第2の領域は別の流体接続部、例えば第2の液体出口と流体連通しているか、または代替として、第2の領域は、どの流体接続部とも流体連通していない。

本発明の第2の態様の実施形態では、シール組立体の第1および第2の領域は、処理流体供給用または処理流体放出用の異なる接続部と各々流体連通しており、このことにより、接続部同士の間にシールが形成される。

例として、シール組立体は、第1の領域が第1の液体出口と流体連通し、第2の領域が第2の液体出口に接続されるように、液体出口に接続されてもよい。

このことは、これにより遠心分離機が、2つの液相(および場合によっては固相)が分離され主要な相が分離された低密度の液相である清浄器モードと、2つの液相(および場合によっては固相)が分離され主要な相が分離された高密度の液相である濃縮器モードと、の両方で動作することが可能になるため、有利である。この場合、シール組立体は、出口シールを用途に応じて変更する必要がないという点で、分離機の融通性を高める。この場合、シール組立体のどちらの「領域」も、分離された液相の大部分に対処することができる。

この場合、第1の領域は、軽い液相を放出するための第1の液体出口と流体連通することができ、一方、第2の領域は、重い液相、すなわち軽い液相よりも高い密度を有する相を放出するための、第2の液体出口と流体連通し得る。言い換えれば、シール組立体は、密封出口、例えば遠心分離機ロータの軸方向上方に配置された出口を形成するように、構成されてもよい。

更なる例として、シール組立体は、第1の領域が液体入口と流体連通し、第2の領域が液体出口に接続されるように、液体入口に接続されてもよい。

この場合、シール組立体は、第1の領域が中空のスピンドル内に配置された入口と流体連通するように構成されてもよく、分離機は、シール組立体の第2の領域と流体連通しているスピンドル内の更なるチャネルを介して液相を放出するように構成されてもよい。更なるチャネルはこの場合、スピンドル内の入口チャネルと比較して半径方向に更に距離を置いて配置された、環状のチャネルであり得る。

本発明の第2の態様の実施形態では、遠心分離機は更に、第2の領域を回転可能な部分の外側から封止する、第2の密封シールを備えている。

第2の密封シールはまた機械的シールであってもよく、すなわち、第2の領域を周囲環境から、例えば水密シールなどの液体シールを使用せずに機械的な部品によって、封止してもよい。機械的シールは通常、水密シールと比較してより高い程度まで酸素運搬を防止する。

第2の密封シールは、フレームなどの回転しない部材へと装着されるように構成された固定部分と、遠心分離機ロータの回転可能な部分上に配置された回転可能な部分と、を備えてもよい。

遠心分離機は、出口において第1の態様に係るシール組立体を備えてもよく、第2の密封シールもまた出口に配置されてよい。第2の密封シールは、第1の態様のシール組立体の半径方向外側に、例えば本発明の第1の態様のシール組立体の軸方向下方に、配置されてもよい。

本発明の第2の態様の実施形態では、第2の領域は分離機の外側と流体連通しており、このことにより第1の領域と分離機の外側との間のシールが形成される。

この場合、第1の領域は液体出口に接続されてもよく、第2の領域は分離機の外側に接続されてもよい。このことは、単一の液相のみが分離機から放出される場合に有利であり得る。外側はこの場合、ロータの外側であり得る。ロータの外側はこの場合、第1の領域の半径方向外側にある第2の領域の、半径方向外側である。ただし、第1の領域は代替として、第2の領域が分離機の外側に接続されているときに、入口に接続されてもよい。

本発明の第2の態様の実施形態では、分離空間は頂部ディスクの下に配置された分離ディスクの積層体を含み、シール組立体の回転可能な封止部材は、頂部ディスクの最上部に取り付けられている。

分離ディスクは、下側の分配器と頂部ディスクとの間に配置され得る。頂部ディスクは、分離ディスクと比べてより大きい半径および/またはより大きい厚さを有し得る。頂部ディスクは、軸方向上向きに延在する半径方向内側部分と、分離ディスクと実質的に同じ角度で延在する円錐形部分と、を有し得る。この場合、シール組立体の回転可能な封止部材は、この軸方向に延在する内側部分に取り付けることができる。回転可能な封止部材はこの場合、遠心分離機の出口給送管に接続され得る。

シール組立体の回転可能な封止部材は、頂部ディスクの最上部に、ねじ山によって取り付けることができる。このことにより、例えば整備中に分離空間へのアクセスが必要であるときの、シールの組み付けおよび分解が容易になる。

シール組立体の回転可能な封止部材は、単一のユニットであってもよい。この場合、シール組立体の回転可能な封止部材は、頂部ディスクの最上部に、単一のユニットとして取り付けることができる。

本発明の第2の態様の実施形態では、シール組立体の流体接続部は容器または封止リングの外側の容積に接続されており、チャンバ内への何らかの流体の漏れを容器内で検出できるようになっている。

このことはしたがって、シールにおける漏れが容易に検出されるという点で有利である。容器または容積は、例えば、分離機の外側の、管または閉じた接続容器内の容積であり得る。

本発明の第2の態様の実施形態では、第1および第2の領域はペアリングディスク(paring disc)を有さない。

ペアリングディスクとは、分離された液相の放出を助けるために出口内に装備される固定羽根車を指す。これにより液体の回転エネルギーが圧力に変換され得る。

本発明者らはシール組立体により低圧での滴下が可能になることを見出しており、このことは、分離された液相を放出するためのペアリングディスクが不要となり得ることを意味している。

ただし、複数の実施形態において、第1または第2の領域内にペアリングディスクが配置されている。

シール組立体の実施形態の概略図である。 シール組立体の実施形態の概略図である。 シール組立体の実施形態の概略図である。 シール組立体の実施形態の概略図である。 遠心分離機の実施形態の概略図である。 図2の遠心分離機の出口の拡大図である。 シール組立体が遠心分離機の入口に配置されている実施形態の概略図である。

本開示に係るシール組立体および遠心分離機について、添付の図面を参照して、実施形態の以下の説明によって更に説明する。

図1aは、シール組立体1の実施形態の概略断面図を示す。シール組立体1は、回転可能な封止部材4と、第1の領域2と第2の領域3との間のシールを形成する固定封止部材6と、を備える。回転可能な封止部材は、摩耗リングである第1の封止リング5を備え、これはシールリングである第2の封止リング7に対して封止界面9を形成する。第2のシールリング7は、付勢されたばね8の作用に起因して第1のシールリング5と係合し、ばね8はこの場合、第2の封止リング7を軸方向に第1のシールリング5へと押し付ける。

回転可能な封止部材4は、例えば遠心分離機の、回転部材へと装着されるように構成されている。このことは、回転可能な封止部材4の軸方向下側部分に配置された、ねじ山12によって実現され得る。固定封止部材6はこの場合代わりに、例えば遠心分離機の固定部材に取り付けられるように構成されてもよく、この場合、シール組立体1は、遠心分離機の回転部材と固定部材との間のシールを形成する。回転可能な封止部材4はこの場合、動作中に回転するように構成されており、一方、固定封止部材6は、動作中に静止しているように構成されている。

回転可能な封止部材4、および第1の封止リング5は、回転軸(X)を中心にして配置されており、このことは、回転可能な封止部材が(X)を中心に回転するように構成されていることを意味する。固定封止部材6、ならびに第2の封止リング7もまた、回転軸(X)を中心にして配置されている。封止リング同士の間の封止界面9はこのことにより、回転軸(X)に対して実質的に垂直に延在する半径方向平面(p)内に形成される。シール組立体1は更に、第1の領域2と第2の領域3との間のシールを形成する。第1の領域は、軸方向に封止リング5および7を通って延在するように、すなわち半径方向内側の位置に配置されており、一方、第2の領域3は、封止リング5および7の半径方向外側に配置されている。ただし、第2の領域3は封止リング5および7の周縁部全体に沿って周方向に延在する必要はなく、封止リング5および7の外周の一部分に沿って延在してもよい。

更に、封止リング5および7は、封止リング同士の間の係合が行われたときに2重接触シールが形成されるように構成されている。2重接触シールは、封止界面9の半径方向内側部分10aと、封止界面9の半径方向外側部分10bと、によって形成されている。半径方向内側部分10aと半径方向外側部分10bとの間に、チャンバ11が配置されている。図1aの実施形態では、チャンバ11は、第2の封止リング7の環状凹部によって形成されている。ただし、凹部は封止リングの外周全体に沿って延在する必要はなく、封止リングの外周の一部分に沿って延在してもよい。更に、第2の封止リング7を通って延在する、形成されたチャンバ11への流体接続部15が存在する。流体接続部15はこの場合、チャンバの封止リング内に少なくとも1つのチャネルを備え得る。流体接続部は、チャンバ11への単一のチャネルまたは2つ以上のチャネルを有し得る。動作中、流体接続部を使用して、例えば第1の領域2内の流体の圧力よりも高い圧力の流体を供給することができ、このことにより、第1の領域2内の流体が半径方向外向きに第2の領域3へと漏れるリスクを軽減できる。このように、流体接続部15はこの場合、チャンバ11に流体を供給するためのチャネルと、チャンバ11から流体を抜き出すための更なるチャネルと、を備え得る。

チャンバ11はまた、漏れチャンバとしても働き得るが、このことは、例えば第1の領域2内の流体がシールを通って半径方向外向きに漏れる場合に、この漏れを流体接続部15を使用してチャンバ11内に収集し、検出できることを意味する。流体接続部15はその場合単一のチャネルを備え、チャンバ11内の何らかの漏れをチャンバ11から抜き出し検出できるようになっている。

図1bのシール組立体1は図1aの実施形態のシール組立体と類似しているが、流体接続部15はばね8を取り囲むチャンバ14内に延在する。この場合、チャンバ11に供給されるか、またはチャンバ11から抜き出される何らかの流体が、ばね8に接触するように供給されるか、または抜き出される。更に、図1bの実施形態におけるシール組立体は、回転可能な封止部材4上に、羽根部13を備える。これらの羽根部13はこの場合、回転可能な封止部材4の回転中に回転し、第2の領域3内に存在する流体の加速を助けることができる。

図1cに示すシール組立体1もまた、図1aの実施形態に関連して記載したシール組立体と類似しているが、チャンバ11が、回転可能な封止部材4の第1の封止リング5の凹部だけによって形成されている点が異なっている。

図1dに示すシール組立体1もまた、図1aの実施形態に関連して記載したシール組立体と類似しているが、この実施形態では、チャンバ11は第1の封止リング5および第2の封止リング7の両方の凹部によって形成されている。凹部はこの場合、封止リング同士の間の係合が行われたときに、軸方向および半径方向に位置合わせされ得る。

図2は、上側フレーム部分18と下側フレーム部分19とを備えたフレーム17を有する、遠心分離機16を示す。遠心分離機ロータ20と中空のスピンドル21とを備える回転可能な部分は、フレーム内で回転軸(x)を中心に回転するように構成されている。スピンドル21は、下側フレーム部分内で、上側軸受22および下側軸受23によって支持される。上側軸受は、ばねデバイス24によってフレームに弾性的に接続されている。下側フレーム部分に接続されたモータステータ26と、スピンドルに接続されたモータロータ27と、を備える電気モータ25は、スピンドルおよびしたがって分離機ロータを駆動するように構成されている。遠心分離機ロータ20は、それ自体の中に分離空間29を形成している、ロータケーシング28を備える。分離空間内の中央には、1組の円錐台形の分離ディスク30が、回転軸に沿って同心に配置されている。分離ディスクは、分離空間の半径方向外側部分であるスラッジ空間31から、分離空間の半径方向内側部分32まで延在する。

分離ディスク30は分配器33と上側の頂部ディスク34との間に配置される。頂部ディスク34は、分離された液体を分離機から出るように案内するのを助けるものであり、分離ディスク30と比較して、より大きい半径および厚さを有し得る。明確にする理由で、図2には数枚の分離ディスク30しか示していない。この場合、積層体は、50枚超の分離ディスク、例えば100枚超の分離ディスク、例えば150枚超の分離ディスクを備えてもよいことが、理解されるべきである。

分離ディスクは、分離ディスクが遠心分離機内に装着されているときに液体を軸方向に流すためのチャネル(図示略)を形成する、 貫通穴を備えてもよい。

分離機16は、中空のスピンドル21の中央ダクトとして形成された入口チャネル35を備える、密封入口を更に備えている。スピンドルはこの場合、中空の、管状の部材の形態をとる。

入口は、入口チャネルから分離空間まで延在する、ロータに形成されたチャネル36を更に備える。入口は、シール37によって、入口チャネルの回転する部分と固定パイプの形態の固定部分38との間の界面において、分離機の周囲環境から密封封止される。底部から液状物質を導入することにより、分離機内で処理されることになる液状物質の緩やかな加速がもたらされる。

図1に示す分離機の頂部には、分離空間の半径方向内側部分32から延在してこれと連通し、且つこれを固定出口チャネル40に接続する、第1の液体出口39が配置されている。更に、分離機は、分離空間の半径方向外側部分と連通してこれを固定出口チャネル42に接続する、第2の液体出口41を有する。この場合、第1の液体出口39は軽い液相を放出するためのものであり、一方、第2の液体出口41は重い液相、すなわち軽い液相よりも高い密度を有する相を、放出するためのものである。

第1および第2の液体出口は、本発明に係るシール組立体1を使用して密封封止されるもので、図3に詳細に更に示されている。

入口チャネルおよび2つの液体出口はこの場合、分離機の分離空間への処理流体接続部を形成する。

ロータ20はその外側周縁部に、スラッジ空間31からロータの外側の空間まで延在する複数のポートの形態の、1組のスラッジ出口43を備えている。スラッジ出口の開放は、ロータ内で第2の出口が閉じられている第1の位置と第2の出口が開いている第2の位置との間で軸方向に変位可能に構成された、作用スライド44によって制御される。作用スライドの変位は、当技術分野で知られているように、作用スライドの下方に位置決めされたチャンバ内で作用する水の量を制御することによって行われる。

遠心分離機16の動作中、モータ25は、スピンドル21にロータ20を回転させるための駆動運動量を与える。複数の成分の液体混合物である流体生成物が、固定パイプ38およびスピンドル21を通る入口チャネル35を通して分離機に供給され、チャネル36を介して更に分離空間29内へと至る。

分離機16の密封型の入口では、液体混合物の加速は小さい半径で開始され、液体がチャネル36を介して分離空間29に入る間に次第に大きくなる。ただし、液体はまた、ロータがその動作スピードで既に稼働しているときに導入されてもよい。液状物質はこの場合、ロータ20内に連続的に導入されてもよい。

分離空間29内では、流体生成物は遠心力を受け、生成物のより低い密度を有する第1の液相、および生成物のより高い密度を有する第2の液相、ならびに高密度の固体粒子を含むスラッジ相が、流体生成物から分離される。分離は、円錐台形でありしたがって面積拡大インサートとして機能する、分離ディスク30によって促進される。生成物の第1の液相は、分離ディスク同士の間を第1の液体出口39に向かって半径方向内向きに輸送され、一方、第2の相は、半径方向外向きに分離ディスク同士の間を輸送され、頂部ディスク34を越えて第2の液体出口41へと押しやられるか、または案内される。分離される流体混合物中に存在する何らかの固体が、スラッジ空間31内に収集される。分離処理が続いている間、スラッジ空間内のスラッジの量は増え、この場合、スラッジ空間内に蓄積されたスラッジと分離空間29内の流体生成物との間の界面45は、半径方向内向きに変位される。このスラッジ相を放出するために、スラッジ出口43は、当技術分野で知られているように、作用スライド44の軸方向の移動に起因して、間欠的に開放され得る。しかしながら、スラッジの放出は連続的に行われてもよく、この場合、スラッジ出口43は開放ノズルの形態をとり、スラッジの特定の流れおよび/または重い相が、遠心力によって連続的に放出される。

特定の用途では、分離機16は、単一の液体出口、例えば液体出口39のみとスラッジ出口43しか含まないか、または2つの液体出口39および41のみを含み、スラッジ出口43を有さない。これは用途によって、すなわち処理されることになる液状物質によって決まる。

図2の実施形態では、分離される混合物はスピンドル21の入口チャネル35を介して導入される。ただし、中空のスピンドル21はまた、例えば軽い液相および/または重い液相を抜き出すためにも使用できる。複数の実施形態において、中空のスピンドル21は、少なくとも1つの追加のダクトを備える。このようにして、分離される液体混合物が入口チャネル35を介してロータ20に導入されるとともに、同時に、かかる追加のダクトを通して、軽い液相および/または重い液相を抜き出すことができる。

図3は、図2の遠心分離機16の最上部における出口の拡大図、および、シール組立体1が出口にどのように配置されているか、を示す。図3に見られるように、回転可能な封止部材4は、例えば図1a〜図1dに見られるようなねじ山12によって、頂部ディスク34の軸方向最上部34aに取り付けられている。このことにより、シール組立体は、分離機に対する組み付けおよび分解が容易である。固定封止部材6は、更なる固定部材47およびねじ46を介して、フレームの上側部分18に取り付けられている。図1に関連して検討したように、回転可能な封止部材4の封止リング5および固定封止部材6の封止リング7は、回転軸(X)に対して垂直な封止界面を形成し、このときチャンバ11はこの界面に配置されており、且つ流体接続部15を介してアクセス可能である。更に、第1の領域2はこの場合、第1の液体出口39と流体連通しており、このことは、分離されたより密度の低い液相が封止リングを通して放出されることを意味している。更に、第2の領域3は、第2の液体出口41と流体連通しており、このことは、分離されたより密度の高い液相が封止リングの半径方向外側に、および固定パイプ42を介して外部に、放出されることを意味している。シール組立体1はこの場合、分離された液相同士の間のシールだけでなく、回転するロータと固定出口パイプとの間の接続部も形成する。固定封止リング7の周囲に配置されたOリング48により、分離された液相同士の間のシールの維持が更に容易になる。第2の液体出口41とロータの外側との間のシールを提供するための、第2の液体出口41に配置された第2の密封シール49もまた存在する。この第2の密封シール49は、シール組立体1の軸方向下方に配置されており、ロータに接続されている回転可能な封止リング50と、フレームの上側部分18に接続された固定封止リング51と、を備える。

図3に見られるように、出口39または40のいずれにも、放出された液相を加速するためのペアリングディスクは存在しない。シール組立体はこの場合、低圧での滴下を実現するので、かかるペアリングディスクは余分であってもよい。ただし、遠心分離機は、一方または両方の出口チャネル内の分離された液体の流れを加速するためのペアリングディスクを備えてもよいことも、理解されるべきである。

シール組立体1はまた、遠心分離機への入口に配置されてもよい。図4は、遠心分離機の底部に配置された密封シール37の実施形態を示す。この分離機は図2および図3に関連して検討した分離機とほぼ同一であるが、例外として、分離された液相が、分離される液体がロータに供給されるのと同じ端部において、この場合は分離機の底部において、放出される。図4はこの場合、入口およびそのような出口に配置された密封シール37の拡大図である。図4に見られるように、シール組立体1は、回転可能な封止部材4および回転可能な封止リング5が回転可能なスピンドルに接続され、これを通して入口チャネル35が延在するように、構成されている。この場合、入口チャネル35は、半径方向内側ダクトを形成しており、かつスピンドル21内で環状の外側ダクト52によって取り囲まれており、外側ダクト52を通して分離された液相が放出される。ダクト52を介して放出された分離された液相は、例えば特許文献２に記載されているように、軽い液相または重い液相のいずれかであり得る。回転可能な封止部材4は、スピンドル21内の壁53、すなわち入口チャネル35と環状の外側ダクト52との間の壁に接続されており、一方、固定封止部材6、およびしたがって固定封止リング7は、分離される流体を供給する固定入口パイプ38に接続されている。この場合、第1の領域2は入口チャネル35と流体連通しており、第2の領域3は出口チャネル52と流体連通している。シール組立体1の他の部分は、既出の図および実施形態と関連して検討したように機能する。図4に見られるように、出口チャネル52を周囲環境に対して封止する第2の密封シール49も存在する。この第2の密封シール49は、スピンドル21に接続された回転可能な封止リング50と、固定封止リング51と、を備える。ただし、図4に示す入口の構成の代替として、同じく特許文献２で検討されているように、環状の外側チャネル52を、分離される流体混合物を供給するための入口チャネルとして利用することができ、一方で、半径方向内側ダクト35を、出口チャネルとして使用することができる。

本発明は開示された実施形態に限定されず、以下に記載する特許請求の範囲の範囲内で変更および修正することができる。本発明は図において開示された回転軸(X)の配向に限定されない。「遠心分離機」という用語には、実質的に水平に配向された回転軸を有する遠心分離機も含まれる。

1 シール組立体
2 第１の領域
3 第２の領域
4 回転可能な封止部材
5 封止リング、シールリング
6 固定封止部材
7 封止リング、シールリング
8 ばね
9 封止界面
10a 半径方向内側部分
10b 半径方向外側部分
11 チャンバ
12 ねじ山
13 羽根部、ベーン
14 チャンバ
15 流体接続部
16 遠心分離機
17 固定フレーム
18 上側フレーム部分、フレームの上側部分
19 下側フレーム部分
20 遠心分離機ロータ
21 スピンドル
22 上側軸受
23 下側軸受
24 ばねデバイス
25 電気モータ
26 モータステータ
27 モータロータ
28 ロータケーシング
29 分離空間
30 分離ディスク
31 スラッジ空間
32 半径方向内側部分
33 分配器
34 頂部ディスク
34a 軸方向最上部
35 入口チャネル、半径方向内側ダクト、液体入口
36 チャネル
37 シール、密封シール
38 固定入口パイプ、固定部分
39 第１の液体出口
40 固定出口チャネル
41 第２の液体出口
42 固定出口チャネル、固定パイプ
43 スラッジ出口
44 作用スライド
45 界面
46 ねじ
47 更なる固定部材
48 Ｏリング
49 第２の密封シール
50 回転可能な封止リング
51 固定封止リング
52 外側ダクト、出口チャネル、外側チャネル
53 壁

Claims (15)

1. 第1の封止リング(5)を備え、回転軸(X)を中心に回転する回転部材へと装着されるように構成された、回転可能な封止部材(4)と、
   前記回転軸(X)を中心に、前記第1の封止リング(5)と軸方向において位置合わせされている第2の封止リング(7)を備える、固定封止部材(6)と、
   前記第1の封止リング(5)および前記第2の封止リング(7)を互いと係合させ、このことにより前記第1の封止リング(5)と前記第2の封止リング(7)との間に少なくとも1つの封止界面(9)を形成するための手段(8)であって、前記少なくとも1つの形成された封止界面(9)は前記回転軸(X)に関して半径方向平面(p)と略平行に延在する、手段(8)と、
   を備える、第1の領域(2)と第2の領域(3)との間にシールを提供するためのシール組立体(1)であって、更に、
   前記第1の領域(2)は前記封止リングの半径方向内側に位置し、且つ前記封止リングを通じて軸方向に延在し、前記第2の領域(3)は前記封止リングの半径方向外側に配置されており、
   前記第1および第2の封止リングは、前記第1および第2の封止リングの間の係合が行われたときに、前記半径方向平面(p)に配置された少なくとも1つのチャンバ(11)を有する2重接触シールが形成されるように構成されており、前記シール組立体(1)は前記チャンバへの少なくとも1つの流体接続部(15)を更に備える、シール組立体(1)。
2. 前記少なくとも1つの流体接続部(15)は、前記第2の封止リング(7)内に形成されている、請求項1に記載のシール組立体(1)。
3. 前記第1および第2の封止リングの少なくとも一方は、少なくとも1つの凹部を有し、これにより前記第1および第2の封止リングの間の係合が行われたときに、前記半径方向平面(p)に配置された少なくとも1つのチャンバ(11)を有する前記2重接触シールが形成される、請求項1または2に記載のシール組立体(1)。
4. 前記少なくとも1つの凹部は前記封止リングと同心である、請求項3に記載のシール組立体(1)。
5. 少なくとも1つの凹部が、前記第2の封止リング(7)内に配置されている、請求項3または4に記載のシール組立体(1)。
6. 前記回転可能な封止部材(4)は、前記回転可能な封止部材(4)が回転したときに、前記第2の領域(3)内に存在する流体を加速させるための、前記第2の領域(3)内に配置されたベーン(13)を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のシール組立体(1)。
7. 流体混合物の少なくとも2つの密度の異なる成分を分離するための遠心分離機(16)であって、
   固定フレーム(17)と、
   回転軸(X)を中心に回転するように前記フレーム(17)によって支持された、スピンドル(21)および遠心分離機ロータ(20)を備える回転可能な部分であって、前記遠心分離機ロータ(20)は、スピンドル(21)と一緒に回転するように前記スピンドル(21)の第1の端部に装着され且つ分離空間(29)を囲い込んだロータケーシング(28)を備える、回転可能な部分と、
   処理流体または寄与流体を前記分離機に供給または前記分離機から放出するための流体接続部であって、前記分離される流体混合物を前記分離空間(29)に供給するための入口(35)、および分離された液相を前記分離空間(29)から放出するための少なくとも1つの液体出口(39、41)を備える、流体接続部と、を備え、
   前記遠心分離機(16)は、前記入口におよび/または前記少なくとも1つの液体出口に前記回転軸(X)と同心に配置された、請求項1から6のいずれか一項に記載のシール組立体(1)を備え、前記シール組立体(1)の前記回転可能な封止部材(4)は、前記遠心分離機の前記回転可能な部分に取り付けられており、前記固定封止部材(6)は前記固定フレーム(17)に取り付けられており、このことにより前記回転可能な部分と前記固定フレーム(17)との間の接続部を形成しており、
   前記シール組立体(1)の前記第1の領域(2)は、前記分離機(16)の流体接続部と流体連通しており、前記第2の領域(3)は、前記分離機(16)の別の流体接続部、または前記分離機のどの処理流体もしくは寄与流体とも流体連通していない容積、のいずれかと流体連通しており、このことにより、前記第1の領域(2)と前記第2の領域(3)との間のシールが形成される、遠心分離機(16)。
8. 前記シール組立体(1)の前記第1の領域(2)および前記第2の領域(3)は、処理流体供給用または処理流体放出用の異なる接続部と各々流体連通しており、このことにより、接続部同士の間にシールが形成される、請求項7に記載の遠心分離機(16)。
9. 前記シール組立体(1)は、前記液体出口に接続されており、これにより前記第1の領域(2)が第1の液体出口(39)と流体連通し、前記第2の領域(3)が第2の液体出口(41)に接続されている、請求項8に記載の遠心分離機(16)。
10. 前記シール組立体(1)は、前記液体入口(35)に接続されており、これにより前記第1の領域(2)が前記液体入口(35)と流体連通し、前記第2の領域(3)が液体出口に接続されている、請求項8に記載の遠心分離機(16)。
11. 前記第2の領域(3)を前記回転可能な部分の外側から封止する第2の密封シール(49)を更に備える、請求項8から10のいずれか一項に記載の遠心分離機(16)。
12. 前記第2の領域(3)は、前記分離機(16)の外側と流体連通しており、このことにより、前記第1の領域(2)と前記分離機の外側との間にシールが形成される、請求項7に記載の遠心分離機(16)。
13. 前記分離空間(29)は、頂部ディスク(34)の下に配置された分離ディスク(30)の積層体を含み、前記シール組立体(1)の前記回転可能な封止部材(4)は、前記頂部ディスク(34)の最上部に取り付けられている、請求項7から11のいずれか一項に記載の遠心分離機(16)。
14. 前記シール組立体(1)の前記流体接続部は、容器または前記封止リングの外側の容積に接続されており、これにより前記チャンバ(11)内への何らかの流体の漏れは、前記容器内において検出され得る、請求項7から13のいずれか一項に記載の遠心分離機(16)。
15. 前記第1の領域(2)および前記第2の領域(3)はペアリングディスクを有さない、請求項7から14のいずれか一項に記載の遠心分離機(16)。

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