JP3888973B2 - 遠心分離機と遠心分離用ロータ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景と従来技術
本発明は、請求項１の前提部分に記載の遠心分離機に関する。本発明は、また、請求項１３の前提部分に記載の遠心分離用ロータに関する。この遠心分離機は、回転軸を中心として回転方向に回転可能なロータと、この回転可能なロータのための外部空間を形成するケーシングとを有している。ロータは、ロータの外周部を形成して内部空間を囲むロータ壁と、ロータ壁を貫通して延び、生成物を内部空間に送られるようにする少なくとも入口と、ロータ壁を貫通して延び、分離された生成物を内部空間から外部空間に断続的に排出できるように構成された複数の出口とを有している。これらの出口は、ロータの外周部を囲むように分散して位置している。
【０００２】
このような遠心分離機の作動中には音が発生する。より正確には、ロータがいわゆるうなり音、すなわちロータの空洞に生じる音を発生させることがある。このうなり音の音レベルはときどき許容できないほど高く、遠心分離機の他の音源、例えば上記の外部空間内やロータ内での乱れた圧力変動、および動力伝達装置やモータからの構造上の音レベルを超えることがある。
【０００３】
うなり音は、気体のかたまりを囲んでいる複数の空洞が上記の外部空間内でそれら空洞の外側にある気体に対して速度を有しているために、上記の出口によって形成された、ロータ壁内の複数の空洞内に生じる。うなり音は、通常は空気であるこの気体が外部空間に向かって空洞の開口部を通り、空洞内にある気体を振動させるときに、その気体によって引き起こされる。うなり音のこの性質は、一般にロータの回転速度が増すにつれて増大する。
【０００４】
うなり音の存在と空洞の幾何形状との間にはある関係があり、より詳細には、うなり音の周波数は空洞の形状と寸法によって決まる。したがって、この幾何形状を変えることによってうなり音を抑えることができる。このように幾何形状を変える可能性は、隣接する空洞間に存在し、ロータの上部をその下部に連結する材料の一部分に設定された強度要件によって制限される。
【０００５】
スウェーデン審査済登録特許第４６３９０３号は、そのような遠心分離機を開示している。この遠心分離機は、ロータ壁を貫通して延び、分離された生成物をロータの内部空間からロータの外側の外部空間へ排出するための複数の出口を有している。それらの出口は、ロータまわりに等間隔で分散して位置している。音波が出口内に生成されないように、細長いリブ状の突出部が両出口の間に設けられている。
【０００６】
スウェーデン登録特許第５０５３８５号は、ロータの外周部を囲むように等間隔に分散して位置する複数の出口を有するロータを備えた、同様の遠心分離機を開示している。この文献では、発生音のレベルを下げるために上記の出口の幾何形状を変えることが提案されている。より正確には、断面積がロータ壁の外側から外側と内側との間の位置まで減少していく出口が開示されている。
発明の概要
本発明の目的は、遠心分離機の作動中の音レベルを下げること、特に、遠心分離用ロータからのうなり音を小さくすることにある。
【０００７】
この目的は、出口が奇数個であることを特徴とする、冒頭に定義された遠心分離機によって達成される。
【０００８】
出願人は、異なる複数の出口に発生した、うなり音が同調する固有モードの間の音結合がロータの周方向に存在することを明らかにした。この結合は、ロータに奇数個の複数の出口を設けることによって防止される。音の固有振動が出口とすべての第２の出口内の位相がずれた節との間に節を有するような、隣接する出口に対する結合を有している、固有モードのエネルギーは弱められ、その結果、音の発生も抑えられる。奇数の出口の適切な個数は素数、または少なくとも５個または多くとも１７個の出口、好ましくは少なくとも７個で多くとも１５個の出口、より好ましくは少なくとも９個で多くとも１３個の出口であってもよい。特に、ロータは１１個の出口を有していてもよい。
【０００９】
本発明の実施態様によれば、ロータは、上記複数の出口の内側に設けられ、上記の排出が妨げられる閉位置と、この排出が可能となる開位置とにそれぞれ位置するように構成されたバルブ部材を有している。これに関し、バルブ部材は、閉位置のときに、間隙状の空間がロータ壁とバルブ部材との間で上記の出口の高さに形成されるように、ロータ壁のまわりに延びていてもよい。
【００１０】
本発明の他の実施態様によれば、分離機はロータを、少なくとも３０００ｒｐｍ（回転／分）、好ましくは少なくとも４０００ｒｐｍ、より好ましくは少なくとも５０００ｒｐｍの回転速度で回転させるように構成されている。
【００１１】
本発明のさらに他の実施態様によれば、各出口はロータ壁を貫通する空洞を形成し、各空洞は回転軸に対して外向きに延び、回転方向に対して後ろ向きに延びている主方向を有する。空洞のそのような形状は、分離された生成物を効率的に、断続的に排出するのに有利である。この断続的な排出は、比較的短時間の間行われる。ロータに対し相対的に静止したままの気体が、そのような排出が行われない、遠心分離機の作動時間の大部分の間空洞内に存在している。そのような各空洞は、互いに、および半径方向の平面に対しほぼ平行である、上記の回転軸に対し上方の境界壁および下方の境界壁を有している。上記の出口はフライス加工によって形成されることが有利である。
【００１２】
本発明のさらに他の実施態様によれば、上記複数の出口はロータの外周部のまわりに等間隔に分散して位置している。また、そのような出口は、上記の回転軸に対して軸方向にほぼ同じ位置でロータの外周部のまわりに分散して位置していてもよく、また、ほぼ同一のものであってもよい。
【００１３】
この目的はまた、上記の出口が奇数個であることを特徴とする冒頭に定義された遠心分離機によって達成される。
【００１４】
次に、本発明を、例として開示するさまざまな実施形態の記述によって、および添付の図面を参照しながらより詳しく説明する。
発明の種々の実施形態の詳細な説明
図１は、ほぼ垂直のスピンドル２によって支持され、以下ロータ１と呼ぶ、遠心分離用ロータ１を含む遠心分離機を開示している。スピンドル２はロータ１とともに、回転軸ｘを中心として回転方向ｄ（図３参照）に回転可能である。また、遠心分離機は、ロータ１のための、気体を封じ込める外部空間４を形成しているケーシング３によって例示され、このケーシング３を含んでいる、しっかりと固定されたフレームを有している。
【００１５】
スピンドル２は、開示されていない上側の軸受および下側の軸受によって、上記のフレームに支持されている。また、スピンドル２は、例えば、少なくとも３４００ｒｐｍ（回転／分）、または少なくとも３８００ｒｐｍ、または少なくとも４４００ｒｐｍ、または少なくとも４４００ｒｐｍ、または少なくとも４８００ｒｐｍといった３０００〜５０００ｒｐｍの範囲の高い回転速度でロータ１を回転させるように構成された、開示されていない駆動部材に連結されている。
【００１６】
ロータ１は、ロータ１の外周部を形成し、ロータ１の内部空間６を囲むロータ壁５を有している。内部空間６には、図２に示されている公知の部品が存在している。また、ロータ１は、ロータ壁５を貫通して内部空間６の中心位置までほぼ垂直に延び、生成物を内部空間６に送り込めるようにする入口管を含む入口７を有している。ロータ１はまた、ロータ壁５を貫通し、分離された生成物を内部空間６から外部空間４に断続的に排出できるように構成された複数の出口８を有している。
【００１７】
ロータ１は、出口８の内側の内部空間６に設けられたほぼ円形でボウル状のバルブ部材９を有している。断続的な排出は、とることができる２つの位置、すなわち分離された生成物の排出が妨げられる閉位置と、通常、バルブ部材９が閉じている時間と比べてごく短時間の間、そうした排出が可能となる開位置との一方をとるように構成されたバルブ部材９によって実現される。バルブ部材９は、閉位置のときに、ロータ壁５とバルブ部材９との間で出口８の高さに間隙状の空間１０が形成されるように、ロータ壁５の内面のまわりに延びている。
【００１８】
各出口８は、ロータ壁５を貫通するように延びる空洞１１を形成している。そのような各空洞１１の主方向は、回転軸ｘに対して外向きで、回転方向ｄに対して後ろ向きに延びている。そのような各空洞１１は、回転軸ｘに対して、上方のほぼ平面の第１の境界壁１１’と、下方のほぼ平面の第２の境界壁１１’’とを有し、第１の境界壁１１’と第２の境界壁１１’’とは湾曲した側壁によって互いに接続されている。両境界壁１１’と１１’’とは、互いに、かつ半径方向の平面に対してほぼ平行である。出口８はフライス加工によって形成されている。
【００１９】
出口８はロータ１の外周部のまわりに等間隔に分散して位置している。すなわち、隣接する出口８どうしの間の距離はロータ１の外周にわたって一定である。また、出口８は、同じ高さ、すなわち回転軸ｘに対し軸方向の同じ位置で、ロータの外周部を囲むように分散して位置している。また、出口８はすべてほぼ同一である。
【００２０】
これによって、出口８の空洞１１は、作動中、およびバルブ部材材９が閉位置にあるときに、ロータ１に対しほぼ静止した状態にある気体、好ましくは空気、を封じ込める。この気体のかたまりは、外部空間４内でロータ壁５の外側のすぐ近くに形成され、空洞１１内のこの気体のかたまりに対して高速である剪断層によって振動させられることがある。種々の空洞１１の幾何形状が同じであるので、発生する固有モードはほぼ等しく、隣接する空間、特に間隙状の空間１０を介して種々の空洞１１内の節点に音響的に伝播する。
【００２１】
図３から分かるように、ロータ１は、奇数個の出口８および空洞１１を有している。開示された実施形態では、ロータ１にはそのような出口８が１１個設けられている。本発明によれば、ロータはまた、３、５、７、９、１３、１５、１７、１９またはそれより多くの奇数個の出口８を有していてもよい。出口８の個数が奇数個であることによって、発生した固有モードの音のそのような伝播は妨げられる。
【００２２】
出願人は、奇数個の出口８、より正確には１１個の出口を有する遠心分離用ロータ（図４参照）と、１２個の出口を有する従来の遠心分離用ロータ（図５参照）との比較試験を回転速度４２６５ｒｐｍで行った。図４および５から分かるように、音のレベルは、周波数範囲０〜３ｋＨｚ内のほぼすべての周波数において、１１個の出口を備えた遠心分離用ロータの方が低い。
【００２３】
本発明は開示された実施形態に限定されるものでなく、冒頭の請求の範囲内で変更および修正されてもよい。特に、本発明は出口８の開示された形状に限定されるものではなく、これら出口８は種々の異なった方法で形成されてもよいことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による遠心分離機の一部を部分的に断面で示す概略側面図である。
【図２】 図１の遠心分離機のロータを通る軸方向断面図である。
【図３】 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った半径方向断面図である。
【図４】 １１個の出口を備えた遠心分離用ロータの音レベルを示す図である。
【図５】 １２個の出口を備えた公知の遠心分離用ロータの音レベルを示す図である。

Claims (13)

1. 回転軸（ｘ）を中心として回転方向（ｄ）に回転可能な遠心分離用ロータ（１）と、前記回転可能なロータのための外部空間（４）を形成するケーシング（３）とを有し、前記ロータ（１）は、前記ロータの外周部を形成し、内部空間（６）を囲むロータ壁（５）と、前記ロータ壁（５）を貫通して延び、生成物を前記内部空間に送られるようにする少なくとも入口（７）と、前記ロータ壁（５）を貫通して延び、分離された生成物を前記内部空間（６）から前記外部空間（４）へ断続的に排出できるように構成された複数の出口（８）とを有し、前記複数の出口（８）が前記ロータ（１）の外周部を囲むように分散して位置している遠心分離機において、前記出口（８）は奇数個であることを特徴とする遠心分離機。
2. 前記ロータ（１）は、前記複数の出口の内側に設けられ、前記排出が妨げられる閉位置と、前記排出が可能となる開位置とに位置するように構成されているバルブ部材（９）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機。
3. 前記バルブ部材（９）は、前記閉位置のときに、間隙状の空間（１０）が前記ロータ壁（５）と前記バルブ部材（９）との間で前記出口（８）の高さに形成されるように、前記ロータ壁（５）の周りに延びていることを特徴とする、請求項２に記載の遠心分離機。
4. 前記遠心分離用ロータ（１）を少なくとも３０００ｒｐｍの回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心分離機。
5. 前記遠心分離用ロータ（１）を少なくとも４０００ｒｐｍの回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心分離機。
6. 前記遠心分離用ロータ（１）を少なくとも５０００ｒｐｍの回転速度で回転させるように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
7. 各出口（８）は、前記ロータ壁（５）を貫通する空洞を形成し、各空洞（１１）は、前記回転軸（ｘ）に対して外向きで、前記回転方向（ｄ）に対して後ろ向きに延びている主方向を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心分離機。
8. 各空洞（１１）は、互いに、かつ、半径方向の平面に対しほぼ平行である第１の境界壁（１１’）および第２の境界壁（１１’’）を、前記回転軸（ｘ）に対して有することを特徴とする、請求項７に記載の遠心分離機。
9. 前記出口（８）は、フライス加工によって形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の遠心分離機。
10. 複数の前記出口（８）は、前記ロータ（１）の外周部を囲むように等間隔に分散して位置していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の遠心分離機。
11. 複数の前記出口（８）は、前記回転軸（ｘ）に対し軸方向にほぼ同じ位置で、前記ロータ（１）の外周部を囲むように分散して位置していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の遠心分離機。
12. 複数の前記出口（８）の形状が、ほぼ同一であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の遠心分離機。
13. 回転軸（ｘ）を中心として回転方向（ｄ）に回転可能に構成され、ロータ（１）の外周部を形成して内部空間（６）を囲むロータ壁（５）と、前記ロータ壁（５）を貫通して延び、生成物を前記内部空間に送られるようにする少なくとも入口（７）と、前記ロータ壁（５）を貫通して延び、分離された生成物を前記内部空間（６）から前記ロータ（１）の外部空間（４）に断続的に排出できるように構成された複数の出口（８）とを有し、前記出口（８）が前記ロータ（１）の外周部を囲むように分散して位置している遠心分離機の遠心分離用ロータにおいて、前記出口（８）は奇数個であることを特徴とする遠心分離用ロータ。

Images