KR0136381B1 - 원심 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심부 및 주연부를 구비하는 분리실을 형성하는 로우터와, 중심실 및 상기 중심실을 분리실의 주연부와 연결시키는 통로를 로우터내에 형성하는 수단으로 구성되며, 중심실에 인접한 통로의 제1 부분은 로우터축과 대체로 평행하게 연장되며, 통로의 제2 부분은 로우터축과 각을 이루고 상기 제1 통로 부분으로부터 분리실의 주연부까지 연장된, 고체들을 현탁액으로부터 분리시키는 원심 분리기에 관한 것이다.

상기 형식의 원심 분리기는 예컨데, 미합중국 특허 제3,752,389호 및 미합중국 특허 제4,525,155호에 기재되어 있다.

상기 형식의 원심 분리기의 작동과 관련된 하나의 문제점은 처리된 현탁액내의 고체 입자들이 액체에 의해 상기 통로 내로 포획 (entrained)되어 로우터축과 평행하게 연장되는 통로의 상기 제1 부분의 외측벽상에 반경방향으로 침착되고 있다는 점이다. 특정 경우들에 있어서는, 입자들의 상기와 같은 침착은 전체적으로, 또는 약간, 통로를 통한 액체 유동을 차단하게 되어 원심 분리기에 요구되는 기능에 해로운 것으로 판명되었다.

상기 특허 명세서들에서 볼 수 있듯이, 상기 형식의 원심 분리기 내의 문제의 통로는 상이한 기능들을 가질 수 있다. 미합중국 특허 제A 4,525,155호에 따른 원심 분리기에서는, 통로는 로우터 내에서 분리되고 상기 로우터로부터 방출되게 되는 비교적 무거운 액체에 의해 간헐적으로 유동하도록 되어 있다. 미합중국 특허 제3,752,389호에 따른 원심 분리기에서, 대응 통로는 로우터로부터 방출되게 되는 분리된 무거운 액체를 간헐적으로 유동시키게 되고, 방출을 위해 액체를 소량으로 유동시키게 된다. 상기 양 경우들에 있어서, 입자들은 액체에 의해 격벽로부터 통로 내로 포획되고 통로의 상기 제1 부분의 반경방향으로 외측벽 상에 침착된다. 상기 외측 벽은 로우터 축에 대해 약간의 경사만을 갖거나 경사를 전혀 갖지 않으므로, 자체상의 입자 침착물들은 원심력의 결과 때문에 따라 외측벽을 따라 이동할 수 없게 된다. 따라서, 상기 침착물들은 통로에 잔존하게 되고 통로를 방해하게 된다.

상기 통로의 상이한 기능은 액체를 정지 부재로부터 분리실의 반경방향 최외측 부분까지 간헐적으로 전달시킬 수 있다. 상기와 같은 액체는 변위 액체로 칭해질 수 있으며 분리실의 주연부 출구들의 잠시 동안의 개방 전에 즉시 특정량으로 분리실로 공급된다. 상기 경우들에 있어서도 방해(clogging) 문제점들이 발생하게 되는데, 이는 분리실의 주연부 출구들이 개방된 후에 마다 입자들이 액체에 의해 분리실로부터 상기 통로 내로 포획되기 때문이다. 다음에, 상기 입자들은 통로의 제1 부분 내의 상기 외측 벽 상에 침착하게 되며, 통로에 액체가 없을때에도 상기 입자들은 잔존하게 된다. 다음에, 새로운 입자들이 액체에 의해 분리실로부터 통로 내로 포획되게 된다.

본 발명의 목적은 앞에서 언급한 종류의 원심 분리기 내의 통로의 상기 제1 부분 내에 입자들이 집결되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 목적은 예컨데, 미합중국 특허 제4,525,155호에 나타난 형식과 같은 펌핑 장치로 구성되는 원심 분리기에 의해 이루어지는데, 상기 펌핑 장치는 로우터의 작동중에 액체를 중심실로부터 펌프시켜 앞에서 언급한 통로 및 중심실 내로 액체를 유동시키고, 상기 장치는 중심실로부터 상기 통로 내의 특정 지역까지 액체를 펌프시키도록 배열되어 있으므로 펌프된 액체는 상기 통로의 제1 부분, 중심실 및 펌핑 장치로 구성되는 유동 회로로 나타나게 된다.

적합하게, 펌핑 장치는 액체를 중심실로부터 통로 지역으로 펌프시키도록 배열되어 있는데, 상기 지역에서는 상기 통로 부분들이 서로 연통된다. 그러나, 중심실로부터 상기 통로의 상기 제2 부분 내의 어느 지역으로의 액체의 펌핑은 고체들을 분리실로부터 통로 내로 통과시킴이 없이 통로의 상기 제1 부분을 통한 액체의 순환 유동을 발생시키게 된다.

상기 발명에 의해 강력한 액체 유동이 통로의 상기 제1 부분 내에 일정하게 유지되므로 액체내에 존재하는 입자들은 액체로부터 분리되는 것이 방지되고 상기 통로 부분의 외측 벽상에 침착된다. 액체에 의해 상기 통로 부분 내로 포획된 입자들은 액체 외측에서도 액체를 수반되게 된다.

이는 미합중국 특허 제3,752,389호에 따른 경우를 의미하는데, 상기 특허에서, 소량의 액체 유동이 분리실의 반경방향 외측 부분으로부터 및 상기 통로를 통해 로우터로부터 연속적으로 유지되므로, 액체의 강력한 유동이 적어도 상기 제1 통로 부분 내에 형성되는데, 반경방향 외측 벽은 로우터 축과 평행하게 연장된다.

통로가 중심실로부터 분리실까지의 액체 유동만을 위한 통로인 경우, 상기 발명은 분리실로부터 통로 내로의 액체 수반이 방지될 수 없는 입자들은 액체가 분리 고체들을 위한 자체의 주연부 출구의 개구부와 연결되어 있는 분리실로 복귀 유동할 때까지 액체 내에 현탁된 상태로 유지될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 적합한 실시예에 따르면, 로우터가 격벽을 갖는데, 상기 격벽은 통로의 제1 부분이 적어도 2개의 평행 유동 통로로 분할되도록 형성 및 배열되어 있으므로 유동로들중 하나만이 중심실에 연결되고 펌핑 장치는 중심실로부터 다른 유동로로 액체를 펌프시키도록 배열되어, 액체는 상기 다른 유동로를 따라서 중심실로 부터 떨어지는 방향으로 및 상기 하나의 유동로를 따라 중심실을 향하는 방향으로 유동하게 된다. 이에 따라, 펌핑 장치에는 펌핑 장치의 입구 및 출구가 서로에 대해 매우 근접하게 축방향으로 위치될 수 있도록 짧은 축방향 연장부가 제공될 수 있다.

상기 격벽 부재는, 본 발명의 범위 내에서, 상기 제1 통로 부분을 로우터 축으로부터 동일한 거리로 위치되어 있고 그 주위에 균일하게 분포되어 있는 몇개의 유동로들로 분할시킨다. 예컨데, 유동로들중 매 두번째 유동로는 액체에 의해 일방향으로 유동되도록 중심실에 연결될 수 있는 반면에, 유동로들의 나머지는 액체에 의해 반대 방향으로 유동되도록 펌핑 장치로부터의 액체를 수납하도록 배열되어 있다.

그러나, 적합하게, 격벽 부재는 제1 통로 부분을 반경방향 내측 및 반경방향 외측 유동로로 분할시키는데, 상기 유동로들은 로우터 축을 주위로 환형으로 연장된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

제1도는 공지된 원심 분리기의 축방향 단면도를 도시한다.

제2도는 본 발명에 따라 수정된 제1도의 원심 분리기 일부분의 축방향 단면도를 도시한다.

제1도의 공지된 원심 분리기는 체결링(3)에 의해 서로 보유되는 2개의 부재(1) 및 (2)로 구성되는 로우터로 구성된다. 로우터는 구동축(4)에 의해 지지된다.

로우터 내에서 슬라이드(5)는 환형 가스킷(6)에 대해 밀봉부로 부터 및 밀봉부로 축방향으로 이동될 수 있다. 슬라이드(5)와 상부 로우터 부재(1) 사이에 분리실(7)이 형성되어 있고 슬라이드(5)와 하부 로우터 부재(2) 사이에 격실(8)이 형성되어 있고 소위 작동액을 보유하도록 되어 있다.

장치(9)는 작동 유체를 로우터 부분(2)내에 형성된 공간(10)으로 공급하도록 배열되어 있고, 상기 공간으로부터 통로(11)은 상기 격실(8)로 인도된다. 교축통로(12)는 로우터 부재(2)를 통해 격실(8)의 반경방향 최외측 부분으로부터 로우터의 외측까지 인도된다.

분리실(7) 내에는 일셋트의 원추형 분리 디스크(13)이 배열되어 있다. 상기 디스크들은 소위 디스트리뷰터(14) 상에 착좌되는데, 상기 디스트리뷰터는 로우터의 하부에서 원추형 디스크(15)와 함께 분리실(7)에 대한 입구(16)을 형성한다.

디스트리뷰터(14)의 상부 부분은 로우터 내의 중심 공간을 둘러싸는데, 상기 공간 내로 정지 파이프(17)이 로우터 내에서 분리되게 되는 성분들의 혼합물을 공급하도록 연장된다.

분리실 내의 디스크 셋트의 상부에는 (도면에는 몇개의 디스크(13)들만이 도시됨), 디스크(13)들보다 두껍고 분리실 내에서 상기 디스크들보다 약간 더 반경방향 외측으로 연장되는 원추형 상부 디스크(18)이 놓여 있다.

디스크(18)은 상부 로우터(1)과 함께 통로를 형성하는데, 상기 통로는 2개의 통로 부분(19a) 및 (19b)들로 구성되고 분리 디스크의 외측 연부와 동일한 반경방향 수준의 관통 구멍(20)을 갖는다. 통로 부분(19a)는 로우터축과 평행하게 연장되는 반면에, 통로 부분(19b)는 로우터 축과 특정 각도를 형성한다.

로우터의 상부 부분에서, 상부 디스크(18)은 자체 사이에 격실(23)을 형성하는 반경방향 내측으로 향한 환형 플랜지(21) 및 (22) 들을 갖는다. 상부 플랜지(22)는 플랜지(21)보다 반경방향 내측으로 더 연장된다. 최상부 플랜지(22) 상부에서 상부 로우터 부재(1)은 최하부 플랜지(21)보다 약간 더 반경방향 내측으로 연장되는 내측으로 향한 환형 플랜지(24)를 갖는다. 플랜지(24)와 (22) 사이에 통로 (19a,19b)를 통해 분리실(7)과 연통하는 공간(25)가 존재한다.

로우터 부분(1)의 최상부 부분과 이에 의해 지지된 플랜지(24) 사이에 플랜지(24) 내의 보정 개구부(27)를 통해 상기 공간(25)와 연통하는 격실(26)이 형성되어 있다.

앞에서 언급한 입구 파이프(17)은 입구 파이프를 동축으로 둘러싸는 파이프(28)을 지지하고 자체의 하단부는 소위 페어링 (paring) 디스크(29)를 지지한다. 페어링 디스크(29)는 앞에서 언급한 격실(23)내에 배열되어 있다.

파이프(28)은 자체의 하단부가 페어링 디스크(31)을 지지하는 둘러싸는 파이프(30)을 지지한다. 페어링 디스크(31)은 상기 격실(26) 내에 배열되어 있고 페어링 디스크 주위로 분포된 몇개의 통로 (32)들을 갖는데, 상기 디스크를 통해 환형 통로(33)은 출구 도관 (34)와 연통한다. 출구 도관(34)내에 폐쇄 밸브(35)가 배열되어 있다.

자체의 통로(32)들 중 하나 또는 몇개 내에서 페어링 디스크(31)은 보정 개구부(36)을 갖는데, 상기 개구부는 격실(26)과 밸브(35) 사이로 연장되는 연결부로부터 보정 출구를 형성한다.

상기 페어링 디스크(29)는 페어링 통로(37)를 가지며, 상기 통로를 통해 환형 통로(38)은 도관(39)와 연통된다. 도관(39) 내에는 종래 형식의 감지 장치(40)이 배열되어, 도관(39)를 통해 유동하는 특정 액체가 다른 액체 부분들을 함유하는 경우를 감지한다.

제어 장치(41)은 연결부(42) 및 (43)들을 통해 감지 장치(40)및 밸브(35)에 각각 연결되어 있다.

전술한 원심 분리기는 예컨데, 중유와 같은 오일을 물 및 고체 입자들로부터 세척하는데에 사용될 수 있다.

약 100℃로 가열된 상기 성분들의 혼합물은 도관(17)을 통해 원심 로우터로 공급되며, 상기 도관으로 부터 통로(16)을 통해 분리실(7)내로 유동하게 된다.

상기 단계에서, 슬라이드(5)와 로우터 부재(2) 사이의 격실(8)은 작동수로 충전되므로 슬라이드(5)는 가스킷(6)에 대해 가압된 상태로 유지된다. 소량의 작동수가 구멍(12)를 통해 격실(8)을 일정하게 떠나게 되며, 상응하는 양의 새로운 작동수가 장치(9)를 통해 연속적으로 공급된다. 분리실(7) 내에서, 분리된 오일은 로우터 중심을 향해 이동하고, 격실(23) 내로 유동하며, 상기 격실로부터 페이링 디스크(29)에 의해 통로(37) 및 (38)들을 통해 출구 도관(39)로 펌프된다. 반경방향 내측으로 향한 환형 플랜지(21)은 분리된 오일에 대해 분리실로부터의 범람류 출구를 형성하므로, 분리실 내의 액체 수준은 플랜지(21)의 내측 연부의 위치에 의해 결정된다.

분리된 오일은 로우터 중심을 향해서 및 상부 디스크(18)과 로우터 부재(1)사이의 통로(19a,19b) 내에서 유동하게 된다. 오일은 통로 부분(19a)로부터 자유 액체 표면이 분리실(7)과 동일한 수준으로 형성된 중심 공간(25)내로 진압한다.

특정량의 오일이 플랜지(24)내의 보정 개구부(27)을 통해 격실(26) 내로 유동한다. 상기 격실로부터 오일은 페어링 디스크(31)에 의해 통로(32) 및 (33)을 통해 도관(34)내로 밸브(35)로 펌프된다. 따라서, 시작 위치에서 밸브(35)는 폐쇄되고, 통로(32,33) 및 도관(34)가 충전된 후에 도관(34)를 통한 오일의 유동은 더 이상 일어나지 않게 된다. 그러나, 페어링 디스크(31)은 격실(26)으로부터 오일을 계속 펌프해내고, 상기 오일은 보정 출구(36)을 통해 페어링 디스크 통로(32)들중 하나의 내부에서 특정 거리로 이탈한다. 출구(36)을 통해 유출되는 오일은 공간(25)로 진입하게 되는데, 상기 공간에서는 오일은 액체 수준에 영향을 미칠 수 없게 되며 상기 공간으로부터 오일은 개구부(27)을 통해 격실(26)내로 다시 유동할 수 있다.

격실(26)으로부터의 일정한 오일 펌핑에 의해, 그 내부의 자유 액체 표면은 공간(25)내의 자유 액체 표면의 반경방향 외측 수준으로 유지될 수 있고 도관(34)내의 밸브(35)는 폐쇄되어 있다.

작동이 진행된 후에, 많은 양의 분리된 물은 분리실의 반경방향 외축 부분내에 집결되어 있을 때, 오일과 물 사이의 경계층은 분리실 내의 수준 A로 위치되고, 물의 부분들은 도관(39)를 통해 떠나는 분리된 오일에 의해 포획되기 시작한다. 이는 제어 장치(41)로 신호를 발신하는 장치(40)에 의해 감지된다. 제어 장치(41)은 밸브(35)를 개방시키고 미리 결정된 시간 동안 개방된 상태로 유지된다. 상기 시간 동안, 많은 양과 분리된 물이 통로(19a,19b)를 통해, 플랜지(24)내의 유동 결정 개구부(27)을 통해 분리실(7)을 떠나므로, 분리실 내의 오일과 물 사이의 경계층은 수준 B로 이동한다.

밸브(35)가 폐쇄된 후에, 상기 단계에서 격실(26) 공간(27) 및 통로 (19a,19b)내에 존재하는 물은 분리실로 복귀 유동하게 되고, 다음에, 오일은 상부 디스크(18) 내의 구멍(20)을 통해 유동하고 상기 공간들을 도면에 도시한 수준으로 재충전시킨다.

전술한 방법으로, 분리된 물은 분리실(7)로부터 간헐적으로 인도될 수 있다. 분리실 내에서 분리된 고체 입자들은 일반적으로 좀처럼 방출되지 않게 된다. 이는 공급 장치(9)를 통해 작동수의 공급을 가끔 중단시킴으로써 이루어질 수 있다. 다음에, 제어 장치(41)은 예컨데, 매 4번째 신호마다 상기 공급 장치로 신호가 발신되도록 프로그램되어, 분리실 내의 오일과 물 사이의 경계층이 수준 A로 도달하는 것을 지시하며, 밸브(35)는 폐쇄된 상태로 유지되고, 장치(9)로의 작동액의 공급은 가끔 중단되게 된다. 이와 같은 방법으로, 슬라이드(5)는 자체와 가스킷(6) 사이에 개방 슬롯을 떠나 축방향 아래로 이동된다. 다음에, 분리된 고체들 및 요구되는 양의 물은 상기 슬롯을 통해서 및 로우터 부재(2)내의 슬롯의 반경방향 외축에 위치된 포오트들을 통해 분리실(7)을 떠난다.

제2도는 환형 격벽 부재(44)가 제공된 제1도에 따른 원심 분리기의 일부분을 도시한다. 격벽 부재(44)의 원통형 부분은 통로 부분(19a)(제1도)를 반경방향 내측 유동로(45)(제2도)및 반경방향 외측 유동로(46)(제2도)로 분할시키며, 격벽 부재(44)의 평면 부분은 공간(25)(제1도)를 내측 유동로(45)와 연통하는 하부실(25a)(제2도)와 상기 외측 유동로(46)과 연통하는 상부실(25b)(제2도)로 분할한다.

격벽 부재(44)는 플랜지(24)의 반경방향 내측으로 축방향으로 연장되는 짧은 실린더 형태의 반경방향 내측 부분을 갖는다. 격벽 부내의 상기 부분은 페어링 디스크(31) 내의 각각의 개구부(36)에 대한 거리보다 큰 거리로 로우터 축으로부터 격벽되어 위치되어 있다. 이에 따라, 개구부(36)을 통한 페어링 디스크(31)로 부터의 액체 유동은 하부실(25a)로 공급된다.

제2도에 따른 원심 분리기의 작동중에, 액체는 개구부(36)을 통해 격실(26)으로부터 하부실(25a)까지 페어링 디스크(31)에 의해 항상 펌프되게 된다. 따라서, 액체는 유동로(45)를 통해 격벽 부재(44)의 최하단부로 계속 유동하여 유동로(46) 및 보정 개구부(27)을 통해 반대방향으로 격실(26)으로 복귀 유동한다. 상기 형식의 액체 유동은 도관(34)(제1도)내의 밸브(35)가 폐쇄되어 있을 때에도 유지되게 되어, 분리실(7)로부터의 통로 부분(19b)를 통해 통로 부분(19a)(제1도)까지 액체에 의해 포획된 고체들이 분리되고 통로(19a) 내에 분리 및 침착되는 것을 방지한다. 그 대신에 상기 형식의 수반 입자들은 유동 회로 (26,32,36,25a45,46 및 27)내의 페어링 디스크(31)에 의해 순환되는 액체 내에 현탁된 상태로 잔존하게 되고, 유동 회로를 떠날 때는 곧바로 또는 늦게 액체를 수반하게 된다. 이는 밸브(35)가 개방되어 있을때는 도관(34)를 통해서 발생하고, 슬라이드(5)가 분리실(7)로 부터 분리된 슬러지(sludge)의 방출을 위해 축방향으로 이동 할 때는 통로 부분(19b)를 통해 발생하게 된다.

밸브(35)가 폐쇄되어 있는 동안 순환 액체에 의해 포획되어 있는 입자들의 부분은 격벽 부재(44)의 최하단부에서 분리되고 원심력에 의해 통로 부분(19b)를 통해 분리실(7)로 회수되는 것이 가능하다.

본 발명을 원심 분리기와 관련하여 설명하였는데, 페어링 디스크(31)은 분리된 비교적 무거운 액체를 로우터로부터 펌프해내도록 배열되어 있다. 본 발명은 또한 원심 분리기와 관련하여 사용될 수 있는데, 상기 원심 분리기의 로우터는 2개의 출구, 즉 비교적 가벼운 분리 액체를 위한 중심 출구 및 분리된 고체들 및 비교적 무거운 분리 액체를 위한 주연부 출구만을 갖는다.

Description

원심 분리기

내용 없음

Claims (6)

1. 중심부 및 주연부를 구비하는 분리실(7)을 형성하는 로우터와, 중심실(26) 및 상기 분리실(7)의 주연부와 상기 중심실(26)을 연결한 통로(19a,19b)를 로우터내에 형성한 수단과 , 로우터의 작동 중에 중심실(26)로부터 액체를 펌프시킴으로써 통로를 통하여 중심실 안으로 액체 흐름을 수행하도록 정렬된 펌핑 장치(31)을 구비하고, 중심실(26)에 근접한 통로의 로우터 축에 평행으로 연장하고, 상기 통로의 제2 부분(19b)는 제1 통로 부분(19a)으로 부터 분리실(7)의 주연부로 연장하고 로우터 축과 각도를 두고 형성한, 현탁액으로 부터 고체를 분리하기 위한 원심 분리기에 있어서, 상기 펌핑 장치(31)이, 펌프될 액체의 순환 유동이 통로의 제1 부분(19a), 중심실(26) 및 펌핑 장치(31)을 포함하는 유동 회로애에서 설정되도록, 상기 중심실(26)로부터 상기 통로의 특정 지역으로 액체를 펌프시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
2. 제 1항에 있어서, 펌핑 장치(31)이 중심실(26)로부터 상기 통로 부분(19a,19b)가 서로 연통하는 상기 통로의 특정 지역으로 액체를 펌프시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
3. 제 1항에 있어서, 로우터는 통로의 제1 부분이 최소 2개의 평행 유동로(45,56)으로 분리되도록 통로의 제1부분(19a)내에 배열되고 형성된 격벽 부재(44)를 구비하며, 상기 유동로 중의 하나(46)만이 중심실(26)에 연결되며, 펌핑 장치(31)은 중심실(26)로부터 다른 유동로(46)로 액체를 펌프하도록 배열되어, 액체가 중심실(26)로부터 다른 유동로(46)를 따르는 방향과, 중심실 쪽으로 상기 하나의 유동로(45)를 따르는 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
4. 제 3항에 있어서, 격벽 부재(44)가 제1 통로 부분(19a)를 반경방향 내측 유동로(45)와 반경방향 외측 유동로(46)으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
5. 제 4항에 있어서, 격벽 부재(44)가 환형인 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
6. 제 3항에 있어서, 로우터 내의 다른 격벽(24)가 제1실 부분(19a)내의 상기 하나의 유동로(46)로부터 중심실(26)을 분리하지만 최소 한개의 눈금새긴 관통 구멍(27)을 구비하며, 격벽 부재(44) 및 다른 격벽(24)은 제1실 부분(19a)내의 한개의 유동로(46)과 연통한 반경방향 안쪽으로의 개방 공간(25b)을 로우터내에 형성하고, 격벽 부재(44)는 로우터의 작동 중에 자유 액체 표면이 개방 공간(25b) 및 다른 유동로(45)에서 존재하게 되는 수준 내측의 수준까지 로우터내의 방사상 안쪽으로 연장하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.

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