JP4231551B2 - 遠心分離器用ローター - Google Patents

Description

本発明は遠心分離器用ローターに関する。
このローターは、作動中には遠心分離器内の空間において、ローターの外周面が遠心分離器空間内の気体と接触しながら回転軸の周りを回転する様に配置されている。ローター自体の内部には、少なくとも一つの分離室と少なくとも一つの通路とが形成され、この通路は中心軸とともに分離室からローター外側に向かって半径方向外側に延び、分離室をローター外側の空間に連絡させる。分離室および通路は、ローター内で分離された成分が作動中通常は間欠的にこの分離室および通路中に吹き飛ばされるように配置されている。
分離室と通路が詰まったり、分離室および通路中に吹き飛ばされる分離成分が腐食によってローター本体に耐え難い損傷を生じさせることのないように、公知の遠心分離器の多くのローターの分離室および通路は、ローター本体の内外とも高価な円盤フライス加工を施して得られる複雑な形状を有する。
さらにこの種のローターは、多くの場合、許容できないレベルの音を作動中に発する。これは特に比較的高速回転のローターに生ずる。多くの場合、発生する音は主に前記したような種類の分離室および通路の内部で生じる。この音は、遠心分離器の空間内の気体（通常は空気である）がローターの作動中に通路の空間に向かって開口部を通り過ぎる時に生じる。発生音と圧力波の周波数は、分離室と通路の幾何学的形状と寸法により制御される。
遠心分離器のこの種の通路のより簡単な構造が、ドイツ特許DE 1 298 449に見られる。これに開示されたローターにおいては、円筒孔形状の多数の通路が、回転軸の周りに配置され半径方向を向いており、ローター内に形成され回転軸を囲む分離室をローター外側の空間と連絡させている。この様に分離室と通路を設計することにより、製造費を大幅に減少させることができる。
しかしながら、この種の円筒状孔内の気体は、オルガンのパイプ内の気体と同様に、孔の開口部を通り過ぎる時に非常に容易に振動を生じ易く、それによりある周波数の音を発生し易い。
本発明の目的は、分離した成分が通路を詰まらせたり損傷を生じるおそれなく流れ、そして作動中に分離室および通路内にあるガスが振動を生じず音を発生しない、分離室と少なくとも一つの通路を有する遠心分離器用の、はじめに記述した種類のローターを低い製造コストで完成させることにある。
この目的は、本発明によればローターが作動中に外周面が遠心分離機内の空間内の気体と接触しながら遠心分離器内の空間内の回転軸を中心として回転可能に設けられ、前記ローター自体の内部には、少なくとも一つの室と少なくとも一つの通路とが形成されており、該通路は、中心軸とともに前記室から前記ローターの外側に向って半径方向外側に延び、前記室を前記ローターの外側の空間に接続させており、前記室および前記通路は、前記ローター内で分離された成分が作動中に前記室および前記通路を通って流れるように構成されている遠心分離器用ローターにおいて、前記通路は、前記ローターの外側から半径方向内側に延び、かつ前記通路の中心軸に対して垂直な横断面を有している半径方向外側部を含んでおり、該横断面は、前記中心軸を通る前記回転軸に対して垂直な平面内に、前記ローターの外側から半径方向内側の横断面までの距離だけ連続的に減少する広がり範囲を有しており、該半径方向内側の横断面は、この平面内に一定の広がり範囲を有し、かつ前記中心軸に沿って前記ローターの外側から前記半径方向内側の横断面の前記広がり範囲の少なくとも１／３の距離の位置に設けられており、前記平面内の、前記ローターの外側における前記通路の前記横断面の前記広がり範囲は、前記平面内の、前記半径方向内側の横断面の前記広がり範囲の４／３から９／３の間であることによって達成される。
本発明の所定の実施態様においては、前記通路の半径方向外側部は円形の横断面を有している。
前記通路の半径方向外側部は、前記中心軸が通る中心点を有する球形を成していてもよく、あるいは、前記通路の半径方向外側部は、前記中心軸と一致する対称軸を中心とする円錐形を成していてもよい。
本発明の変形実施態様においては、前記通路の半径方向外側部は、楕円の長軸が実質的に円周方向を向いている楕円形の横断面を有している。
本発明の他の実施態様においては、前記平面内の前記通路は、前記中心軸に対して垂直な広がり範囲を有しており、該広がり範囲は、前記中心軸の両側で、前記ローターの外側から前記通路のこの部分に沿って半径方向内側に向かって連続的に減少している。
本発明の更に他の実施態様においては、前記通路はまた、前記通路の半径方向外側部の半径方向内側に位置している、半径方向内側の円筒状部を有している。
本発明の適宜な実施態様においては、前記通路は真直であり、かつ完全に半径方向を向いているが、代案として、前記通路は真直であり、かつ半径方向外側から見ると回転方向の後方を向いていてもよい。
以下、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明のローターを備えた遠心分離器、一部軸方向断面で示す概略図、
図２は本発明の一実施例のローターの一部の半径方向断面図、
図３は本発明の他の実施例のローターの一部の半径方向断面図、
図４は本発明のさらに他の実施例のローターの一部の半径方向断面図、
図５は本発明の変形実施例のローターの細部を外側から半径方向に見た図、
図６は公知の種類のローターの通路に作動中に発生する音の音響レベルの周波数スペクトル線図、
図７はローターの他の通路に作動中に発生する音の音響レベルの周波数スペクトル線図、
図８は本発明のローターの通路に作動中に発生する音の音響レベルの周波数スペクトル線図である。
図１に示す遠心分離器は、ローター１とこれを支持し駆動する駆動軸２とを有する。ローター１は固定ケース３により取り囲まれており、固定ケース３は空間４を形成する。この空間内で、ローター１は、作動中に空間４内の空気または他の気体と接触しながら外周面に沿って回転する。ローター１の内部には分離室５が形成され、複数の分離円盤６が重なって配置されている。これらの分離円盤６の間では、作動中に主たる遠心分離が行われる。液体混合物が加えられた成分から分離された特定の軽量の成分は半径方向内側に流れる。一方、液体状またはスラッジ状の特定の重量の分離成分は半径方向外側に流れ、分離室５の半径方向最外周部に堆積する。
必要な場合または一定時間間隔で、分離室５内の内容物の全てまたは一部が、通路７を通って排出される。この通路７は、ローターカバー１０と軸方向可動弁スライド１１との間で、回転軸を囲む環状間隙９を開放することにより、中心軸とともにローター１の壁８を貫通して半径方向に延びる。間隙９と通路７との間には、ローター壁８、ローターカバー１０及び弁スライド１１により区画される分離室１２が設けられている。
通路７は半径方向外側部１３を有し、外側部１３はローター１の外側から半径方向内側に延びている。この外側部１３は通路中心軸と垂直に横断面を有し、この横断面は、中心軸を貫通する回転軸に垂直な平面内に広がり範囲を有しており、この広がり範囲は、ローター１外側から半径方向内側横断面までの間隔だけ連続的に減少する。この半径方向内側横断面は前記平面内においてある広がり範囲を有し、ローター１の外側から半径方向を向いた中心軸に沿って離れて位置する。この離れる距離は、前記平面内の半径方向内側横断面の広がり範囲の少なくとも１／３の距離である。ローターの外側における通路７の横断面の前記平面内の広がり範囲は、半径方向内側部横断面の広がり範囲の５／３倍である。
本発明に係るローター１の図１に示す例において、通路は半径方向内側部１４を含む。半径方向内側部１４は、前記半径方向内側横断面で半径方向外側部１３に接続している。半径方向内側部１４は、半径方向外側部１３との接続部から分離室１２まで半径方向内側に延びる。これにより分離室１２は通路７を経てローター１外側の空間４に連通する。この例においては、半径方向内側部１４は円筒状であり、半径方向外側部１３は先端が半径方向内側を向いた円錐台形である。通路７の中心軸は真直でローター内で完全に半径方向に延びている。
図２は、図１に示す通路７を、中心軸を通る半径方向断面で更に詳細に示している。
図３は、通路１５の設計方法の他の例について、中心軸を通る半径方向断面図で示している。この例においても、通路は真直で全体としてローターの半径方向に延びている。この通路１５は球形の半径方向外側部１６と円筒形の半径方向内側部１７とを有する。
図４に中心軸を通る半径方向断面図が示された通路１８の例では、中心軸は真直だが半径方向外側向き且つ矢印Ａで示す回転方向の逆方向を向いている。図１、２に示す通路７と同じく、この通路１８は半径方向外側円錐台部１９と半径方向内側円筒部２０とを有する。
図５は変形された通路２１の外側から半径方向に見た図である。通路２１は、楕円主軸が円周方向を向いた楕円断面を有する半径方向外側部２２を持つよう設計されている。
本発明の技術的効果を示すために、図６〜８は、この種の通路の三つの異なる設計の音響レベルの実測周波数スペクトル線図を示す。
図６には、前記のように本発明のローター内の通路に設けられている半径方向外側部を持たない種類の円筒状通路の音響レベルの周波数スペクトルが示されている。
図７には、本発明のローター内通路と同様に半径方向外側部を有する円筒状通路の音響レベルの周波数スペクトルが示されている。半径方向外側部はローター外側から半径方向内側に延び、通路中心軸に垂直な横断面を有し、この横断面は中心軸を貫通する回転軸に垂直な平面内で広がり範囲を有している。この広がり範囲は、ローター外側部から半径方向内側横断面までの距離に応じて連続的に減少している。半径方向内側横断面はこの平面内にある広がり範囲を有しているが、ローターの外側から中心軸に沿う距離、即ち、前記平面内の半径方向内側横断面の広がり範囲の１／３より短い距離の位置にある。
これら二つの線図から、発生音がベースとなる背景ノイズレベルを有しそれに多くの音が引き起こされ重畳されていることが明らかである。また図７の線図から、たとえ一つまたは複数の通路がこの種の短い半径方向外側部を備えていても、この種の音が引き起こされ背景ノイズに加えられることもまた明らかである。
図８の線図は、本発明のローター内の通路の半径方向内側横断面が、ローター外側から離れて、即ち中心軸を貫通する回転軸に垂直な平面内の半径方向内側横断面の広がり範囲の少なくとも１／３の距離に位置する様に設計されていれば、音の励起は大幅に減少されその結果背景ノイズのみが残ることを示している。

Claims (9)

1. ローター（１）が作動中に外周面が遠心分離機内の空間（４）内の気体と接触しながら遠心分離器内の空間（４）内の回転軸を中心として回転可能に設けられ、前記ローター自体の内部には、少なくとも一つの室（１２）と少なくとも一つの通路（７、１５、１８、２１）とが形成されており、該通路は、中心軸とともに前記室（１２）から前記ローターの外側に向って半径方向外側に延び、前記室（１２）を前記ローターの外側の空間（４）に接続させており、前記室（１２）および前記通路（７、１５、１８、２１）は、前記ローター内で分離された成分が作動中に前記室（１２）および前記通路（７、１５、１８、２１）を通って流れるように構成されている遠心分離器用ローターにおいて、
   前記通路（７、１５、１８、２１）は、前記ローターの外側から半径方向内側に延び、かつ前記通路（７、１５、１８、２１）の中心軸に対して垂直な横断面を有している半径方向外側部（１３、１６、１９、２２）を含んでおり、該横断面は、前記中心軸を通る前記回転軸に対して垂直な平面内に、前記ローター（１）の外側から半径方向内側の横断面までの距離だけ連続的に減少する広がり範囲を有しており、該半径方向内側の横断面は、この平面内に一定の広がり範囲を有し、かつ前記中心軸に沿って前記ローターの外側から前記半径方向内側の横断面の前記広がり範囲の少なくとも１／３の距離の位置に設けられており、前記平面内の、前記ローターの外側における前記通路（７、１５、１８、２１）の前記横断面の前記広がり範囲は、前記平面内の、前記半径方向内側の横断面の前記広がり範囲の４／３から９／３の間であることを特徴とする遠心分離器用ローター。
2. 前記通路（７、１５、１８）の前記外側部（１３、１６、１９）は円形の横断面を有している、請求項１に記載のローター。
3. 前記通路（１５）の前記外側部（１６）は、前記中心軸が通る中心点を有する球形を成している、請求項２に記載のローター。
4. 前記通路（７、１８）の前記外側部（１３、１９）は、前記中心軸と一致する対称軸を中心とする円錐形を成している、請求項２に記載のローター。
5. 前記通路（２１）の前記半径方向外側部（２２）は、楕円の長軸が実質的に円周方向を向いている楕円形の横断面を有している、請求項１または２に記載のローター。
6. 前記平面内の前記通路（７、１５、１８、２１）は、前記中心軸に対して垂直な広がり範囲を有しており、該広がり範囲は、前記中心軸の両側で、前記ローターの外側から前記通路（７、１５、１８、２１）のこの部分に沿って半径方向内側に向かって連続的に減少している、請求項１から５のいずれか１項に記載のローター。
7. 前記通路（７、１５、１８、２１）はまた、前記通路（７、１５、１８、２１）の半径方向外側部（１３、１６、１９）の半径方向内側に位置している、半径方向内側の円筒状部（１４、１７、２０）を有している、請求項１から６のいずれか１項に記載のローター。
8. 前記通路（７、１５、２１）は真直であり、かつ完全に半径方向を向いている、請求項１から６のいずれか１項に記載のローター。
9. 前記通路（１８）は真直であり、かつ半径方向外側から見ると回転方向の後方を向いている、請求項１から７のいずれか１項に記載のローター。

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