KR101588157B1

KR101588157B1 - 원심 분리기

Info

Publication number: KR101588157B1
Application number: KR1020147026394A
Authority: KR
Inventors: 토마스 올데백; 롤프 리더스트랄레; 로버트 가이딩; 퍼 폰저
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2016-01-25
Also published as: KR20120062919A; BR112012010091A2; CA2778781A1; US20120267303A1; CN102612411A; RU2500481C1; JP2014193465A; JP5602867B2; SE0950805A1; EP2493624A1; JP2013509291A; EP2493624B1; CN102612411B; KR20140119833A; US9943861B2; JP6391984B2; SE534386C2; BR112012010091B1; CA2778781C; BR112012010091B8

Abstract

본 발명은 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 원심 분리기에 관한 것이며, 상기 원심 분리기는 액체 혼합물을 위한 유입구(13, 15)를 가진 분리 챔버(16)를 갖고 회전축(R)을 중심으로 회전가능한 로터 본체(1), 액체 혼합물로부터의 분리된 액체를 위한 적어도 하나의 액체 유출구(25, 26, 31, 32), 분리된 고체 입자를 위한 슬러지 유출구(34), 분리 챔버(16) 내의 고체 입자를 슬러지 유출구(34)를 향해 그리고 슬러지 유출구 밖으로 수송하기 위해서 회전 본체(1)의 회전 속도와는 상이한 속도로 회전축(R)을 중심으로 로터 본체(1) 내에서 회전하도록 구성되는 스크루 컨베이어(2), 로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2)를 각각의 속도로 회전시키도록 구성된 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c), 및 분리 단계에서는 제1 속도로, 입자 배출 단계에서는 제1 속도보다 느린 제2 속도로 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(44)을 포함한다.

Description

원심 분리기{A CENTRIFUGAL SEPARATOR}

본 발명은 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 원심 분리기에 관한 것이며, 원심 분리기는 액체 혼합물을 위한 유입구를 가지는 분리 챔버를 갖고 회전축을 중심으로 회전가능한 로터 본체와, 액체 혼합물로부터의 분리된 액체를 위한 적어도 하나의 액체 유출구, 분리된 고체 입자(슬러지로도 알려짐)를 위한 슬러지 유출구, 분리 챔버 내의 분리된 고체 입자를 슬러지 유출구를 향해 그리고 슬러지 유출구 밖으로 수송하기 위해 회전축을 중심으로 로터 본체의 내에서 회전하도록 배열된 스크루 컨베이어, 로터 본체와 스크루 컨베이어를 각각의 속도로 회전하도록 구성되는 구동 배열장치를 포함한다. 본 발명은 또한 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.

WO 2008/140378은 오염 입자로부터 유체를 정화하기 위해 초기에 형성된 원심 분리기를 개시한다. 유체로부터 분리된 입자들은 슬러지 층의 형태로 로터 본체의 내측에 침전되며, 스크루 컨베이어는 슬러지를 상기 유출구를 향해 그리고 상기 유출구 밖으로 수송하기 위해 배열된다. 그러나, 이 슬러지 층은 슬러지의 점성(점성은 양호한 수송 특징을 위해 너무 높거나 낮을 수 있다)으로 인해 수송하는 것이 어려울 수도 있다. 또한, 로터 본체를 높은 속도로 회전시킬 때, 슬러지 수송 문제는 악화될 수 있다. 생성된 높은 원심력은 슬러지 유출구 밖으로의 수송을 더 어렵게 만드는 슬러지 상의 압축 효과를 가진다. 로터 본체로부터 슬러지를 배출하는 것의 실패는 비교적 고체 슬러지 상을 회전축을 향해 반경방향 내향으로 성장하게 할 것이며, 이는 분리 정도를 악화시키고 결국에는 폐색으로 인해 연속된 분리를 불가능하게 한다.

본 발명의 주 목적은 효과적으로 액체 혼합물로부터 고체 입자(슬러지)를 분리하여 로터 본체를 밖으로 수송하기 위한 원심 분리기와 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 제1항에 따른 원심 분리기와 제13항에 따른 방법에 의해 각각 성취된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 초기에 형성된 원심 분리기는 로터 본체를 분리 단계에서는 제1 속도로 그리고 입자 배출 단계에서는 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 회전시키기 위해 구동 배열장치를 제어하도록 구성되는 제어 유닛에 의해 특징된다.

따라서, 본 발명에 따른 원심 분리기는 상기 분리 단계와 상기 배출 단계를 포함하는 사이클로 작동한다.

작동 사이클의 분리 단계에서, 로터 본체는 높은 속도로 회전하며, 그에 따라 입자들은 로터 본체의 분리 챔버 내에서 액체 혼합물로부터 효과적으로 분리된다. 이러한 분리된 입자들은 로터 본체의 내측에 침전된다. 이러한 높은 회전 속도에서, 침전된 입자들(슬러지)은 적어도 충분한 양으로 분리기로부터 배출되는 것이 어려울 수 있다. 이런 이유로, 시간이 지남에 따라, 침전된 입자들은 슬러지 층을 회전축을 향해 반경방향 내향으로 성장하게 한다.

슬러지의 성장층이 문제가 되기 전에, 본 발명의 입자 배출 단계가 개시된다. 작동 사이클의 입자 배출 단계에서, 로터 본체는 더 낮은 속도로 회전하게 하며, 그에 따라 원심력은 스크루 컨베이어가 슬러지를 슬러지 유출구를 향해 그리고 슬러지 유출구 밖으로 더 쉽게 수송하도록 감소된다. 본질적으로 슬러지 모두 또는 적어도 충분한 양의 슬러지가 분리기로부터 배출될 때, 로터 본체는 다음 작동 사이클의 분리 단계를 위해 높은 회전 속도로 다시 가속된다.

스크루 컨베이어와 로터 본체 간의 차동 속도는 오직 입자 배출 단계에서만 활성화된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어 유닛은 분리 단계와 입자 배출 단계 모두에서 로터 본체와는 상이한 속도로 스크루 컨베이어를 회전시키기 위해 구동 배열장치를 제어하도록 구성된다. 로터 본체와 스크루 컨베이어 간의 이러한 차동 속도를 통해, 일부 슬러지는 심지어 분리 단계에서도 배출될 수 있다. 어쨌든, 분리 단계에서 차동 속도의 유지를 통해, 스크루 컨베이어는 슬러지를 압축하는 원심력에 의해 야기되는 일부 부정적인 효과를 감소시키도록 슬러지를 분포시키고 슬러지 상에 작용할 것이다. 이런 부정적인 효과 중 하나는 슬러지를 압축하는 것이 배출을 더 어렵게 만들 수 있다는 것이다. 또다른 부정적인 효과는 압축된 슬러지가 로터 본체에 균일하지 않게 분포될 수 있으며, 이는 작동시에 원심 분리기의 해로운 진동을 가진 불균형을 야기한다는 것이다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 제어 유닛은 분리 단계에 대한 입자 배출 단계에서 스크루 컨베이어와 로터 본체 간의 차동 속도를 변화시키거나, 바람직하게는 증가시키기 위해 구동 배열장치를 제어하도록 구성된다. 이러한 변화를 통해, 슬러지는 바람직할 수 있는 적절한 양으로 배출될 수 있다. 바람직하게는, 배출 단계의 지속 시간을 단축하기 위해 슬러지는 (차동 속도가 증가함으로써) 상대적으로 많은 양으로 배출될 것이다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 제어 유닛은 로터 본체를 미리 정해진 시간 동안 제1 속도로 회전시키기 위해 구동 배열장치를 제어하도록 구성된다. 분리 단계에서 미리 정해진 시간 후에, 제어 유닛은 배출 단계를 자동으로 개시할 것이며, 그에 따라 슬러지는 배출된다. 미리 정해진 시간은 작동자에 의해 수동으로 설정될 수 있다. 그러나, 이것은 유입구를 통해 공급되는 입자의 농도와 공급 속도를 나타내는 센서와 같은 다양한 센서에 의해 측정되는 원심 분리기의 작동 변수로부터 계산될 수도 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 제어 유닛은 원심 분리기의 작동 변수를 측정하는 배열 장치로부터 임계값을 수신할 때 입자 배출 단계를 개시하도록 구성된다. 이러한 배열장치는 스크루 컨베이어를 위한 토크 측정 배열장치일 수 있으며, 이러한 토크는 토크 센서를 통해 직접적으로 또는 스크루 컨베이어의 전기 모터에 의해 소비되는 전류를 사용하여 토크를 계산함으로써 측정될 수 있다. 따라서, 토크가 특정 임계값 이상으로 증가할 때, 배출 단계가 개시된다. 작동 변수를 측정하기 위한 또다른 배열장치는 예를 들어 적어도 하나의 액체 유출구와 관련된 탁도(turbidity) 센서일 수 있으며, 그에 따라 정화된 액체의 탁도가 특정 임계값 이상으로 증가할 때 배출 단계가 개시된다. 또다른 가능한 대안은 두 개의 상이한 액체 상을 분리시킬 때, 가벼운 액체(예를 들어, 오일) 내에서 무거운 액체 입자(예를 들어, 물)의 농도를 측정하기 위해 가벼운 액체 유출구에 배열된 용량 센서이며, 그에 따라 무거운 액체의 농도가 특정 임계치에 이를 때 배출 단계가 개시된다. 또한, 액체 유출구의 압력이 무거운 그리고/또는 가벼운 액체 유동 통로를 폐쇄하는 슬러지 층을 나타내는 특정 임계값 아래로 떨어질 때 배출 단계를 일으키기 위해 액체 유출구 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 사용될 수도 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 제어 유닛은 로터 본체를 미리 정해진 시간 동안 제2 속도로 회전시키기 위해 구동 배열장치를 제어하도록 구성된다. 미리 정해진 시간은 작동자에 의해 수동으로 설정되거나 다양한 센서에 의해 측정된 작동 변수로부터 계산될 수 있다. 이러한 배출 단계 시간은 축적된 슬러지 양, 스크루 컨베이어와 로터 본체 간의 차동 속도, 슬러지의 유형 및 슬러지의 점성 등과 같은 이러한 변수에 따라 달라질 것이다.

배출 단계와 분리 단계 모두는 상술된 미리 정해진 시간과 작동 변수의 임계값의 조합에 의해 제어된다. 분리 단계와 배출 단계는 예를 들어 측정된 임계값과 조합된 미리 정해진 디폴트 시간을 설정할 수 있으며, 그에 따라 임계값이 미리 정해진 디폴트 시간에 도과되기 전에 도달하면 배출 단계가 먼저 개시될 것이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 원심 분리기는 입자 배출 단계에서 유입구를 통한 공급을 방해하거나 감소시키도록 배열된다. 따라서, 혼합물은 분리 성능이 감소될 때 배출 단계에서 혼합물을 감소된 속도로 분리 챔버 안으로 도입될 수 있다. 과정에서 필요하다면, 공급은 최대 로터 속도가 재설정될 때까지 정지될 수 있다. 로터 본체가 분리 단계에서 증가된 분리 성능으로 최대 속도로 회전할 때, 공급 속도가 재설정된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 로터 본체는 회전축이 실질적으로 수직으로 연장되도록 배열된 로터 샤프트를 통해 오직 일 단부에서만 회전가능하게 지지된다. 이러한 유형의 원심 분리기는 예를 들어, 수평 회전축을 가진 상대적으로 무거운 로터 본체를 포함하는 경사 분리기보다 일반적으로 무게가 더 가볍다. 이 실시예에 따른 로터 본체는 분리 단계와 배출 단계 간에 전후로 가속하는데 더 적합하다. 이러한 분리기는 분리 챔버 내에 절두 원추형 분리 디스크의 적층체를 여러 번 구비하며, 그에 따라 분리 효율은 개선된다. 또한 이러한 분리기의 유입구는 바람직하게는 일 단부에서 로터 본체 안으로 연장되는 유입구 파이프를 포함하며, 분리된 액체를 위한 상기 액체 유출구는 일 단부에서 로터 본체 밖으로 연장되는 적어도 하나의 유출구 채널을 구비하고, 분리된 고체를 위한 슬러지 유출구는 로터 본체의 대향하는 타 단부에 위치된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 구동 배열 장치는 로터 본체와 스크루 컨베이어 사이에 배열되는 스트레인 웨이브 기어링 장치(strain wave gearing device)로도 알려진 하모닉 드라이브 기어 장치(Harmonic Drive gear device)를 구비한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 아래에서 실시예의 설명에 의해 더욱 상세하게 설명된다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 원심 분리기의 도면을 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명의 실시예를 개시한다. 원심 분리기는, 수직 회전축(R)을 중심으로 특정 속도로 회전가능한 로터 본체(1)와, 로터 본체(1)의 회전 속도와는 상이한 속도이지만 동일한 회전축(R)을 중심으로 회전가능하고 로터 본체(1)에 배열되는 스크루 컨베이어(2)를 구비한다. 로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2)를 각각의 속도로 회전시키기 위해 구동 배열장치(3)가 구성된다. 구동 배열장치(3)는 두 개의 전기 모터(3a, 3b)와 기어 장치(3c)를 구비한다.

로터 본체(1)는 볼트(6)에 의해 원추형 하부 로터 본체 부분(5)과 연결된 원통형 상부 로터 본체 부분(4)을 가진다. 물론, 대안의 연결 부재가 사용될 수 있다. 원통형 로터 본체 부분(4)은 중공 로터 샤프트(7)의 형태로 축방향으로 상방으로의 연장부를 구비하고, 이는 회전축(R)을 중심으로 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 상기 전기 모터 중 하나(3a)와 연결된다(WO 99/65610에서도 도시된 방식).

추가의 중공 샤프트(8)는 중공 로터 샤프트(7)의 내부를 통해 로터 본체(1) 안으로 연장된다. 샤프트(8)는 스크루(9)에 의해 스크루 컨베이어(2)를 지지한다. 중공 샤프트(8)는 상기 전기 모터 중 나머지 하나(3b)를 상기 기어 장치(3c)를 거쳐 스크루 컨베이어(2)와 구동식으로 연결한다. 이 중공 샤프트(8)는 이하에서 컨베이어 샤프트(8)로 지칭된다. 스크루 컨베이어(2)는 원통형 로터 본체 부분(4)의 내측에 축방향으로 연장되는 상부 원통형 파트(10), 원추형 로터 본체 부분(5)의 내측에 축방향으로 연장되는 하부 원추형 파트(11) 및 스크루 컨베이어(2)의 상부 원통형 파트(10)와 하부 원추형 파트(11)를 따라서 스크루형 방식으로 연장되는 이송 스레드(12, conveying thread)를 포함한다. 물론, 스크루 컨베이어(2)는 로터 본체(1)의 내측을 따라 스크루형 방식으로 모두가 연장되는 하나 초과 이송 스레드, 예를 들어 2개, 3개 또는 4개의 이송 스레드를 가질 수 있다.

로터 본체(1)에서 처리되어야 하는 액체 혼합물을 위한 유입구 파이프(13)는 컨베이어 샤프트(8)를 통해 연장되고 스크루 컨베이어(2)의 내부에 중앙 슬리브(14) 안으로 이어진다. 중앙 슬리브(14)는 액체 혼합물을 위한 유입구 챔버(15)의 경계를 이루며, 유입구 챔버(15)는 반경방향으로 연장되는 분배 채널(17)을 거쳐 분리 챔버(16)와 연통한다. 다수의 날개부(18)는 회전축(R)을 중심으로 분포되고 유입구 챔버(15)의 하부 파트 안으로 연장하며, 또한 분배 채널(17)의 반경방향으로 연장되는 측벽을 형성한다. 날개부(18)는 유입구 챔버(15)와 분배 채널(17) 내의 액체 혼합물이 스크루 컨베이어(2)와 함께 회전하도록 배열된다. 따라서, 분배 채널(17)은 날개부(18)들 사이에 배열된다.

분리 챔버(16)는 유입구 챔버(15)를 둘러싸는 환형 공간이고 절두 원추형 분리 디스크(19)의 적층체를 포함한다. 이 적층체는 스크루 컨베이어(2)의 원통형 파트(10) 내측에 반경방향으로 끼워 맞춰지고 회전축(R)과 동축으로 배열된다. 원추형 분리 디스크(19)는 상부 원추형 지지 플레이트(20)와 하부 원추형 지지 플레이트(21) 사이에 축방향으로 함께 유지된다. 보이는 바와 같이, 하부 원추형 지지 플레이트(21)는 중앙 슬리브(14)와 함께 하나의 부재로 형성된다. 분리 디스크(19)는 원심 분리기의 분리 디스크(19)의 적층체를 통해 액체의 축방향 유동 또는 분배를 위한 채널(22)을 형성하는 구멍을 포함한다. 하부 지지 플레이트(21)는 대응하는 구멍을 포함하며, 그에 따라 분배 채널(17)은 분리 디스크(19)의 적층체 내의 액체의 축방향 유동을 위한 채널(22)과 연통한다. 상부 원추형 지지 플레이트(20)는 분리 디스크(19)의 적층체 내의 반경방향 내부 환형 공간(24)을 상대적으로 낮은 밀도 또는 가벼운 액체 유출구 챔버(25)와 연결하는 다수의 홀(23)을 포함한다. 이러한 가벼운 액체는 예를 들어 오일일 수 있다. 정화된 가벼운 액체를 배출하기 위한 소위 페어링 디스크(paring disc)(26)는 유출구 챔버(25) 내에 배치된다. 페어링 디스크(26)는 유입구 파이프(13)에 고정되어 견고하게 연결되며, 그에 따라 페어링 디스크(26)는 유입구 파이프(13)를 둘러싸는 유출구 파이프 내에 연장되는 유출구 채널(27)과 연통한다.

스크루 컨베이어(2)의 원통형 파트(10)는 분리 디스크(19)의 적층체를 반경방향으로 둘러싸며, 원통형 파트(10)는 회전축(R)을 중심으로 분포되는 다수의 축방향으로 연장되는 개구(28)를 포함한다. 축방향으로 연장되는 개구(28)는 분리된 슬러지가 로터 본체(1)의 원통형 벽의 내측에 침전되고 통과하도록 제공된다. 물론, 액체도 원통형 파트(10) 내의 개구(28)를 통과할 수 있을 것이다. 컨베이어 샤프트(8)는(WO 2008/140378 에 도시된 방식으로) 원통형 파트(10)의 외측에 반경방향으로 위치된 환형 공간(30)을 상대적으로 높은 밀도 또는 무거운 액체 유출구 챔버(31)와 연결하는 다수의 구멍(29)을 포함한다. 이러한 무거운 액체는 예를 들어 물일 수 있다. 무거운 액체를 배출하기 위한 페어링 디스크(32)는 이러한 유출구 챔버(31) 내에 배치되며, 페어링 디스크(32)는 무거운 액체를 위한 유출구 채널(33)과 연통한다. 무거운 액체 유출구 채널(33)은 가벼운 액체를 위한 유출구 파이프 및 채널(27)을 둘러싸는 유출구 파이프 내에 연장된다.

로터 본체(1)는 분리된 입자(슬러지)를 위한 축방향으로 지향된 중앙 유출구(34)를 하부 단부에 가진다. 이 슬러지 유출구(34)는 고체 입자를 위한 초기에 언급된 슬러지 유출구를 형성한다. 슬러지 유출구(34)와 관련하여, 로터 본체는 슬러지 유출구(34)를 떠나는 슬러지를 차단하기 위한 장치(35)에 의해 둘러싸인다. 슬러지는 슬러지 유출구(34)를 향하는 이송 스레드(12)의 측면 상에서, 이송 스레드(12)의 반경방향 외측 부분에서의 축적물의 형태로 도면에 개시된다. 스크루 컨베이어(2)는 플라스틱 재료, 가능하다면 섬유 강화 재료의 하나의 부재로 만들어질 수 있다. 원추형 파트(11)는 밀봉되거나 주변부로 개방되는 중공 내부 또는 캐비티를 가질 수 있다. 필요하다면, 캐비티는 셀룰라 플라스틱 등과 같은 상대적으로 낮은 밀도를 가지는 몇몇의 재료로 가능하다면 채워진다.

로터 본체(1)는 두 개의 축방향으로 분리된 베어링(36, 37) 각각에 의해 로터 샤프트(7)를 통해 지지된다. 이러한 베어링들은 결국 프레임(도시되지 않음)에 탄력적으로 연결된 슬리브(38)에 의해 지지된다. 로터 샤프트(7)는 벨트 풀리(39)를 지지하며, 이를 중심으로 구동 벨트(40)가 연장된다. 구동 벨트(40)는 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 전기 모터(3a)에 연결된다.

도 1은 기어 장치(3c)를 개략적으로 도시한다. 기어 장치(3c)는 예를 들어 스트레인 웨이브 기어 장치로도 알려진 하모닉 드라이브 기어 장치일 수 있다. 기어 장치(3c)는 기어 장치의 더 상세하게 설명된 도면을 위해 참조되는 WO 99/65610에 설명된 방식으로 아래에서 도시된다. 이러한 기어 장치는 풀리(39)에 견고하게 연결되고, 그럼으로써 로터 샤프트(7)에 견고하게 연결되는 스티프(stiff) 원통형 제1 기어 부재(도시되지 않음)를 포함한다. 원통형 제1 기어 부재는 원통형 제1 기어 부재의 일부를 구성하는 링의 내측 상에 형성되는 내부 코그(cogs) 또는 치형부(teeth)를 가진다. 제2 기어 부재(도시되지 않음)는 원통형 제1 기어 부재의 내측에 반경방향으로 위치되고 얇은 가요성 슬리브를 구비한다. 제2 기어 부재는 컨베이어 샤프트(8)에 의해 지지 부재를 통해 지지되고 둘러싸는 원통형 제1 기어 부재의 링 상에 상기 내부 코그 또는 치형부에 대향하게 위치된 외부 코그 또는 치형부를 가요성 슬리브 상에 가진다. 하중이 가해지지 않는 상태에서, 치형부가 구비된 가요성 슬리브는 원형-원통형이고 그것은 치형부가 구비된 링보다 작은 피치 직경을 가진다. 따라서, 가요성 슬리브는 링보다 작은 수의 치형부를 가진다. 기어 장치는 회전축(R)을 둘러싸고 벨트 풀리(41)를 지지하는 소위 웨이브 발생기(wave generator)의 형태인 제3 기어 부재를 구비한다. 벨트(42)는 벨트 풀리(41)를 중심으로 연장되고 상기 상이한 속도로 스크루 컨베이어(2)를 회전시키기 위해 전기 모터(3b)에 연결된다.

웨이브 발생기는 회전축(R)의 하나의 측면에 직경 방향으로 각각 배치된 두 개의 단부 부분 또는 둘출부를 가지는 타원형으로 형성된 주변 부분을 가지며, 따라서 상기 돌출부는 가요성 슬리브, 즉, 상기 제2 기어 부재를 국부적으로 변형하도록 특정 치수로 만들어지며, 그래서 슬리브의 외부 치형부가 주변 스티프 제1 기어 부재의, 즉 링의 내부 치형부와 국부적으로 결합이 유지된다. 기어 부재의 다른 파트는 각각의 치형부의 영역 내에서 서로 반경방향으로 이격되어 위치되고 따라서 돌출부의 영역에서 서로 결합하지 않는다.

웨이브 발생기의 가요성 슬리브의 각각의 돌출부 사이에는, 웨이브 발생기를 둘러싸고 그럼으로써 타원 형태인 볼 베어링 내에 포함되는 볼이 있다. 가요성 슬리브에 대한 웨이브 발생기의 회전 시에 또는 그 반대에서, 돌출부는 볼 베어링 내의 볼들을 통해서 스티프 원통형 제1 기어 부재의 내부 치형부와 결합하는 슬리브의 외부 치형부를 연이어 가압한다. 가요성 슬리브 상의 외부 치형부의 수가 주변 스티프 링 상의 내부 치형부의 수보다 작다는 사실 때문에, 회전축(R)을 중심으로 특정 방향의 링에 대한 웨이브 발생기의 회전 시에 슬리브는 링에 대한 회전축(R)을 중심으로 반대방향으로 움직일 것이다. 다시 말하자면, 로터 본체(1)가 회전축(R)을 중심으로 구동 풀리(39)에 의해 회전되고 스크루 컨베이어(2)가 링과 슬리브 사이에 치형부 결합에 의해 이러한 회전 내에 동반된다면, 상대적인 운동 즉, 로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2) 간의 회전 속도의 차이는 로터 본체에 의해 동반되는 웨이브 발생기의 속도와는 상이한 속도로 회전축(R)을 중심으로 전기 모터(3b)와 벨트(42)와 함께 웨이브 발생기를 회전시킴으로써 성취된다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 베어링(43)은 컨베이어 샤프트(8)와 주변 로터 샤프트(7) 사이에 배열된다. 기어 장치(3c) 내측에 또다른 베어링이 있으며, 그에 따라 이러한 베어링과 베어링(43)은 두 개의 베어링을 구성하며, 두 개의 베어링에 의해 스크루 컨베이어(2)가 로터 본체(1)에 저널링된다.

도 1은 또한 로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2)를 각각 구동하기 위해 배열된 전기 모터(3a, 3b)를 도시한다. 전기 모터(3a, 3b)와 관련하여, 다양한 속도로 전기 모터(3a, 3b)를 각각 구동하도록 구성된 제어 유닛(44)이 배열된다. 개시된 실시예의 전기 모터(3a, 3b)는 통상적인 제어 유닛(44)을 가진다. 그러나, 두 개의 모터(3a, 3b)의 각각의 모터는 개별의 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다는 것이 명백하다. 제어 유닛(44)은 신호 케이블(45a, 45b)을 통해 모터(3a, 3b)와 연결된다. 모터(3a, 3b)는 직류 모터 또는 교류 모터일 수 있으며; 동기 모터 또는 비동기 모터일 수 있다. 전기 모터의 유형에 따라서, 제어 유닛(44)은 전기 모터 분야의 숙련자에 의해 자명하게 많은 다양한 방법으로 설계될 수 있다.

제어 유닛(44)은 제한된 수의 속도가 수반되도록 또는 모터 속도의 계속적인 변화가 수행될 수 있도록 상이한 속도로 전기 모터(3a, 3b)를 구동하기 위한 장치를 구비한다. 모터(직류와 교류 모터 모두)의 속도 조절을 위한 다양한 유형의 장치가 잘 알려져 있고 여기에서 더 자세한 설명은 필요치 않다. 직류 모터를 위해, 전압 조절을 위한 간단한 장치가 사용될 수 있다. 교류 모터에서 다양한 종류의 주파수 제어 장비가 사용될 수 있다.

제어 유닛(44)은 원심 분리기 상에 하나 또는 그 이상의 다양한 센서에 연결되고 센서(들)로부터 오는 신호(들)을 처리하도록 구성된다. 인입 신호는 제어 유닛(44)에서 가리키는 화살표로 도 1에서 도시된다. 따라서, 제어 유닛(44)은 신호(들)을 처리하고 전기 모터(3a, 3b)의 구동을 위해 신호 케이블(45a, 45b) 내에 제어 신호를 생산할 것이다. 센서(들)로부터의 신호(들)은 원심 분리기의 자동 제어에서 사용될 수 있으며, 배출 단계는 감지된 값을 기초로 개시된다. 신호(들)은 분리 단계와 배출 단계 모두에서 로터 본체 속도와 스크루 컨베이어 속도를 최적 제어하는데에도 사용될 수 있다. 그러나, 가장 간단한 경우에, 제어 유닛(44)은 수동 작동을 구비할 수 있으며, 작동자는 수동으로 프로그램된 제어 신호에 의한 전기 모터(3a, 3b)의 작동을 위해 제어 유닛(44)을 프로그램한다. 여기서, 작동자는 분리 단계 시간(몇 분 또는 몇 시간의 지속), 배출 단계 시간(몇 초 또는 몇 분의 지속), 분리 단계에서 로터 본체 속도(rpm), 배출 단계에서 로터 본체 속도(rpm), 및 분리 단계와 배출 단계 각각에서 로터 본체와 스크루 컨베이어 간의 차동 속도(rpm)와 같은 변수를 설정할 수 있다.

신호에 의해, 전기 모터(3a, 3b)의 속도가 제어되거나 조정되며, 신호는 많은 상이한 다양한 인자의 함수일 수 있다.

따라서 하나 이상의 인자들이 구비될 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 인자들은 아래와 같다.

-가벼운 그리고/또는 무거운 액체 유출구에서의 액체의 탁도(로터 본체 내에 축적되는 슬러지의 성장층을 감지)

-가벼운 액체(오일) 유출구에서의 무거운 액체(물 분자)의 농도 또는 그 반대(슬러지의 성장층으로 인한 분리 성능의 감소를 감지)

-모터에 의해 스크루 컨베이어에 적용되는 토크(로터 본체 내에 축적된 슬러지의 성장층을 감지)

-분리기의 가벼운 그리고/또는 무거운 액체 유출구의 압력(로터 본체 내의 액체 유동을 방해하는 슬러지 층을 감지)

-분리기로의 공급의 유동 속도와 입자 농도(로터 본체 내의 축적된 슬러지의 양을 측정)

-로터 본체의 진동 진폭(불균형을 감지)

-각각의 분리 단계 및/또는 배출 단계의 지속 시간(수동 및 자동 작동에서 단계 시간을 제어 및 모니터)

-원심 분리기의 분리 단계 및/또는 배출 단계의 전체 작동 시간(서비스 또는 수리 요구 나타냄)

원심 분리기는 아래의 방식으로 작동한다

풀리(39, 41)는 벨트(40, 42)를 이용하여 모터(3a, 3b)에 의해 동일한 회전 방향이지만 약간 상이한 각속도로 회전축(R)을 중심으로 회전을 유지한다. 그럼으로써, 로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2)는 약간 상이한 회전 속도로 회전을 유지한다.

로터 본체(1)는 처음에 어떤 슬러지도 수반하지 않으며 따라서 작동 사이클의 분리 단계가 개시된다고 가정되며, 그에 따라 로터 본체(1)는 제어 유닛(44)으로부터 제어 신호를 통해 미리 정해진 속도(예를 들어, 7500rpm)에서 높은 회전 속도로 모터(3a)에 의해 가속된다. 스크루 컨베이어(2)는 모터(3b)와 기어 장치(3c)에 의해 약간 상이한 속도(예를 들어 1 내지 2rpm의 차동 속도)로 회전되며, 그에 따라 차동 속도는 제어 유닛(44)으로부터 신호 케이블(45b)에서 제어 신호를 통해 설정된다. 액체와 입자의 혼합물은 유입구 파이프(13)을 통해 위에서부터 로터 본체(1) 안으로 도입된다. 혼합물은 유입구 챔버(15) 안으로 그리고 분배 채널(17)을 통해 추가적으로 유동하며, 이것은 날개부(18)에 의해 회전하게 하고 그럼으로써 혼합물이 원심력의 영향을 받는다. 잠시 후에 자유 액체 표면이 로터 본체(1) 내에 레벨(46)에서 형성되며, 레벨의 위치는 가벼운 액체 유출구 챔버(25)에서 상부 지지 플레이트(20) 내의 구멍(23)의 반경 위치에 의해 결정된다. 액체(들)과 입자는 분리 디스크(19)의 적층체를 포함하는 분리 챔버(16)에서 분리된다. 분리된 무거운 액체는 반경방향 외측 환형 공간(30)을 통해, 컨베이어 샤프트(8) 내의 구멍(29)을 통해 그리고 페어링 디스크(32)에 의해 무거운 액체 유출구 챔버(31)를 통해 원심 분리기 밖으로 유동한다. 분리된 가벼운 액체는 반경방향 내부 환형 공간(24)을 통해, 상부 지지 플레이트(20)의 구멍(23)을 통해 그리고 페어링 디스크(26)에 의해 가벼운 액체 유출구 챔버(25)를 통해 원심 분리기 밖으로 유동한다.

분리된 고체는 로터 본체(1)의 주변 벽의 내측에 침전된다. 스크루 컨베이어(2)가 분리 단계에서 슬러지를 배출하지 않더라도, 상기 차동 속도를 통해 압축되고 고르지 않은 분배된 슬러지에 의해 발생되는 초기에 언급한 부정적인 효과를 줄이기 위해 상기 스크루 컨베이어(2)는 로터 본체(1) 내측의 슬러지를 적어도 분배시키고, 그에 작용한다. 시간이 지남에 따라, 침전된 입자는 슬러지 층이 회전축(R)을 향해 반경방향 내향으로 성장하게 한다. 슬러지의 성장층이 문제되기 전에, 제어 유닛(44)은 본 발명의 입자 배출 단계를 개시할 것이다. 이것은 미리 정해진 시간 후에 또는 원심 분리기의 감지된 변수가 임계값에 이른 후에 개시될 수 있다. 작동 사이클의 입자 배출 단계에서, 로터 본체(1)는 모터(3a)에 의해 느린 속도(예를 들어, 1500rpm)로 회전하게 하며, 그에 따라 원심력은 스크루 컨베이어(2)가 슬러지를 유출구(34)를 향해 그리고 유출구 밖으로 수송할 수 있도록 감소된다. 이런 이유로, 배출 단계에서, 분리된 입자들은 주변 벽을 따라 하방으로 그리고 고체 입자를 위한 초기에 언급된 슬러지 유출구(34)로써 지칭되는 유출구(34)를 통해 밖으로 슬러지 형태로 수송된다. 배출 단계에서, 제어 유닛(44)은 차동 속도(예를 들어, 3 내지 6rpm의 차동 속도)를 증가시키기 위해 스크루 컨베이어 모터(3b)를 제어할 수 있으며, 그에 따라 증가된 양의 슬러지가 배출될 것이다. 본질적으로 모든 슬러지 또는 적어도 충분한 양의 슬러지가 고체 입자를 위해 슬러지 유출구(34)를 거쳐 로터 본체(1)로부터 배출될 때, 제어 유닛(44)은 다음 작동 사이클의 분리 단계에서 상기 차동 속도를 가지는 높은 회전 속도로 로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2)를 다시 가속화하도록 모터(3a, 3b)에 지시한다.

본 발명은 개시된 실시예에 제한하는 것이 아니며 하기 청구의 범위의 범주 내에서 변경 또는 변형될 수 있다. 본 발명은 도면에서 개시된 회전축(R)의 배향으로 한정하는 것이 아니다. 용어 "원심 분리기"는 실질적으로 수평하게 배향된 회전축을 가지는 원심 분리기도 포함한다. 본 발명은 특정 기어 장치(3c)를 구비하는 구동 배열장치로 제한하는 것이 아니다. 유성 기어와 같은 다른 알려진 기어 장치도 사용될 수 있다. 구동 배열 장치는 스크루 컨베이어를 회전시키도록 구성되는 직접 구동(direct drive)을 포함하며, 직접 구동은 로터 본체에 연결된 모터 스테이터(motor stator)와 스크루 컨베이어 샤프트에 연결된 모터 로터를 구비한다.

(1): 로터 본체
(2): 스크루 컨베이어
(3, 3a, 3b, 3c): 구동 배열장치

Claims

액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 원심 분리기이며, 상기 원심 분리기는
액체 혼합물을 위한 유입구(13, 15)를 가지는 분리 챔버(16)를 갖고, 회전축(R)을 중심으로 회전가능한 로터 본체(1)와,
액체 혼합물로부터의 분리된 액체를 위한 적어도 하나의 액체 유출구(25, 26, 31, 32)와,
분리된 고체 입자를 위한 슬러지 유출구(34)와,
분리 챔버(16) 내의 분리된 고체 입자들을 슬러지 유출구(34)를 향해 그리고 슬러지 유출구 밖으로 수송하기 위해 로터 본체(1)의 회전 속도와는 상이한 속도로 회전축(R)을 중심으로 로터 본체(1) 내에서 회전하도록 구성된 스크루 컨베이어(2)와,
로터 본체(1)와 스크루 컨베이어(2)를 각각의 속도로 회전시키도록 구성되는 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 포함하며,
상기 로터 본체(1)는 로터 샤프트(7)를 통해 일 단부에서만 회전가능하게 지지되고, 로터 샤프트(7)는 회전축(R)이 실질적으로 수직으로 연장하도록 배열되고, 상기 로터 본체(1)는 분리 챔버(16) 내에 절두 원추형 분리 디스크(19)의 적층체를 구비하고,
적어도 하나의 액체 유출구(25, 26, 31, 32)가 절두 원추형 분리 디스크(19)의 적층체의 반경방향 내부 환형 공간(24)에 연결된 가벼운 액체 유출구 챔버(25)와 스크루 컨베이어(2)의 원통형 파트(10)의 외측에 반경방향으로 위치된 환형 공간(30)에 연결된 무거운 액체 유출구 챔버(31)를 포함하며,
상기 액체 혼합물을 위한 유입구(13, 15)는 반경방향으로 연장되는 분배 채널(17)을 거쳐 분리 챔버(16)와 연통하는 유입구 챔버(15)를 포함하며, 상기 분리 디스크(19)는 분리 디스크(19)의 적층체를 통해 액체의 축방향 유동 또는 분배를 위한 채널(22)을 형성하는 홀을 포함하고, 상기 분배 채널(17)은 분리 디스크(19)의 적층체를 통해 액체의 축방향 유동 또는 분배를 위한 채널(22)과 연통하고,
분리 단계에서는 제1 속도로 그리고 입자 배출 단계에서는 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(44)을 특징으로 하는
원심 분리기.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛(44)이 분리 단계와 입자 배출 단계 모두에서 로터 본체(1)와는 상이한 속도로 스크루 컨베이어(2)를 회전시키기 위해 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 제어하도록 구성되는
원심 분리기.
제2항에 있어서, 상기 제어 유닛(44)이 분리 단계에 대한 입자 배출 단계에서 스크루 컨베이어(2)와 로터 본체(1) 간의 차동 속도를 변화시키기 위해 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 제어하도록 구성되는
원심 분리기.
제3항에 있어서, 상기 제어 유닛(44)이 분리 단계에 대한 입자 배출 단계에서 스크루 컨베이어(2)와 로터 본체(1) 간의 차동 속도를 증가시키기 위해 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 제어하도록 구성되는
원심 분리기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(44)이 미리 정해진 시간 동안 분리 단계에서 제1 속도로 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 구동 배열장치(3, 3a, 3b, 3c)를 제어하도록 구성되는
원심 분리기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(44)이 원심 분리기의 작동 변수를 측정하기 위한 배열장치로부터 임계값을 수용할 때 입자 배출 단계를 개시하도록 구성되며, 상기 작동 변수는 로터 본체 내의 슬러지의 성장층에 관련된 것인
원심 분리기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(44)이 미리 정해진 시간 동안 입자 배출 단계에서 제2 속도로 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 구동 배열장치(3)를 제어하도록 구성되는
원심 분리기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 원심 분리기가 입자 배출 단계에서 유입구(15)를 통한 혼합물의 공급을 방해하거나 감소시키도록 배열되는
원심 분리기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구는 로터 본체(1)의 일 단부에서 로터 본체(1) 안으로 연장되는 유입구 파이프(13)를 포함하고, 분리된 액체를 위한 상기 액체 유출구(25, 26, 31, 32)는 로터 본체의 일 단부에서 로터 본체 밖으로 연장되는 적어도 하나의 유출구 채널을 구비하며, 분리된 고체를 위한 슬러지 유출구(34)는 로터 본체(1)의 대향하는 타 단부에 위치되는
원심 분리기.
제9항에 있어서, 상기 스크루 컨베이어(2)는 로터 샤프트(7)를 통해 축방향으로 연장되는 컨베이어 샤프트(8)를 포함하며, 로터 샤프트(7)와 컨베이어 샤프트(8)는 기어 장치(3c)를 통해 함께 커플링되며, 기어 장치는 제1, 제2 및 제3 기어 부재를 구비하며, 세 개의 상기 기어 부재들은 회전축(R)의 연장부를 중심으로 서로 회전하도록 구성되고, 상기 유입구 파이프(13)는 기어 장치(3c)를 통해 중심으로 연장되는
원심 분리기.
제10항에 있어서, 상기 기어 장치(3c)는 로터 샤프트(7)와 연결되고 회전축(R)을 중심으로 회전가능하며 중심축을 중심으로 분포된 제1 수의 코그 또는 치형부를 가지는 스티프 원통형 기어 부재 형태인 제1 기어 부재, 컨베이어 샤프트(8)와 연결되고 동일한 회전축(R)을 중심으로 연장되며 원통형 기어 부재의 코그 또는 치형부와 연이어 결합 및 결합 해제하도록 구성되는 중심축을 중심으로 분포된 상이한 제2 수의 코그 또는 치형부를 가지는 가요성 기어 부재의 형태인 제2 기어 부재, 및 가요성 기어 부재를 점진적으로 변형시켜서 기어 부재들 사이의 상기 치형부 결합을 성취하도록 구성되는 제3 기어 부재를 구비하는
원심 분리기.
삭제
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법이며,
로터 본체는 회전축을 중심으로 회전하게 되고, 상기 로터 본체는 로터 샤프트를 통해 일 단부에서만 회전가능하게 지지되고, 로터 샤프트는 회전축(R)이 실질적으로 수직으로 연장하도록 배열되며, 로터 본체는 분리 챔버 내에 절두 원추형 분리 디스크의 적층체를 구비하고,
혼합물은 로터 본체에 의해 경계되어진 분리 챔버 안으로 유입구를 통해 공급되고, 상기 유입구를 통해 공급된 혼합물은 분리 챔버와 연통하는 유입구 챔버를 통해 반경방향으로 연장되는 분배 채널(17)을 거쳐 분리 챔버 안으로 공급되며, 상기 혼합물은 분리 디스크의 적층체를 통한 액체의 축방향 유동 또는 분배를 위한 채널(22)로 공급되고, 상기 채널(22)은 홀로서 형성되고 분배 채널(17)과 연통하며,
혼합물은 분리 챔버 내에서 회전하게 되고 액체는 액체 혼합물로부터 분리되어 가벼운 액체는 절두 원추형 분리 디스크의 적층체의 반경방향 내부 환형 공간에 연결된 가벼운 액체 유출구 챔버를 통해 배출되고, 무거운 액체는 스크루 컨베이어의 원통형 파트의 외측에 반경방향으로 위치된 환형 공간에 연결된 무거운 액체 유출구 챔버를 통해 배출되며, 스크루 컨베이어는 회전축을 중심으로 로터 본체 내에서 회전하게 되어 분리 챔버 내의 분리된 입자들을 슬러지 유출구를 향해 그리고 슬러지 유출구 밖으로 수송하며,
로터 본체가 분리 단계에서는 제1 속도로 그리고 입자 배출 단계에서는 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
제13항에 있어서, 스크루 컨베이어는 분리 단계와 입자 배출 단계 모두에서 로터 본체와 상이한 속도로 회전하게 하는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 스크루 컨베이어와 로터 본체 간의 차동 속도가 분리 단계에 대한 입자 배출 단계에서 변화되는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 로터 본체는 미리 정해진 시간동안 제1 속도로 회전하게 되는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 원심 분리기의 작동 변수가 측정되고 작동 변수가 임계값에 도달할 때 입자 배출 단계가 개시되는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 로터 본체는 미리 정해진 시간동안 제2 속도로 회전하게 되는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 유입구를 통한 혼합물의 공급이 입자 배출 단계에서 감소되거나 방해되는
원심 분리기 내에서 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 방법.
삭제