JP4267069B2 - デカンタ型遠心分離器 - Google Patents

Description

本発明は、供給される物質を軽量相と重量相とに分離するためのデカンタ型遠心分離器であって、その長手方向軸について回転するようになっている細長ボウルと、ボウル内にボウルと共軸に配置されスクリューを保持する本体を有し、重量相を重量相のための排出ポートへと搬送するためにボウルに対して回転するようになっているスクリューコンベヤと、分離される物質の供給のためスクリューコンベヤに設けられた入口ポートと、コンベアの一端に設けられたボウル内の重量相のための排出ポートと、入口ポートと排出ポートとの間に配置され、どの軸位置においてもその半径方向の延びは同じ軸位置におけるスクリューの半径方向の延びより小さい隔壁と、を備え、隔壁はコンベヤのスクリューのフライトの排出ポートに向かって面する側の位置から、コンベヤスクリューのフライトの１つの排出ポートから離れて面する側の位置まで、介在するフライトを横切ることなく排出ポートに向かう方向に従って延びるデカンタ型遠心分離器に関する。
米国特許第３，８８５，７３４号は、このタイプの遠心分離器であって、コンベヤの長手方向軸に直角に配置された環状ディスクの形態の隔壁を有する遠心分離器を開示している。この隔壁は、軽量相が重量相のための排出開口へ移動することを妨げる障壁として機能する。この障壁により、このデカンタは隔壁ディスクの軽量相側と重量相側とで異なる流動体レベルで作動され得る。
デカンティングの過程で、重量相は、ボウルの内側表面とコンベヤの本体の外側表面との間の空間によって構成される分離チャンバから、重量相のための排出ポートまでスクリューコンベヤによって搬送され、隔壁ディスクはこの搬送のために利用できる断面面積を減少させる。重量相の粘度や量によって、この制限は、隔壁ディスクの軽量相側に重量相の物質の望まない大量の堆積という結果を生じ得て、正常に機能しない入力と分離の状況を生じ得て、さらにデカンタの摩耗を増加させ得て、コンベヤとボウルとの間の相対運動を維持するためにより高いトルクが必要となり得る。
本発明の目的は、これらの問題点が減少されるか、あるいは完全に除去されるようなデカンタ型の遠心分離器を提供することである。
本発明によれば、これは、導入部に述べたタイプのデカンタ型遠心分離器であって、隔壁が、スクリューコンベヤと同じ方向に回転するらせん状リブとして形成されたものによって得られる。
隔壁はコンベヤスクリューと同じ方向に回転するらせん状リブに形成されているため、それはスクリューと同様に重量相を排出開口に向けて搬送することに貢献し、障壁の下流側への重量相の堆積は減少され、その効果として、堆積によって引起こされる以上に述べた問題点が減少されるか、あるいは完全に除去される。本発明による隔壁は、同じ間隙を維持し、隔壁がコンベヤの周縁の３６０°より多く延びて、従来技術に見られるより長い軸上の範囲を有することによって、従来技術に対して隔壁の下方の搬送領域が増加され得るという付加的な利点を有する。
本発明による隔壁は、また従来の隔壁において存在する２つの問題を解決する。第１の問題は、排出ポートに向かって面するスクリューのフライトの側面が以下のいわゆる下流側において隔壁と出会う領域において、重量相の大量の堆積が、以下のいわゆる上流側において排出ポートから離れて面する隔壁の側にしばしば生じることである。これは、重量相とボウルの外側壁との間の摩擦が、前記表面間に形成される角部内に重量相を押し込むという事実のために起こる。この余分な重量相は、１方向にのみ、すなわち隔壁の周縁端の下方にのみ逃げることができる。しかしながら、隔壁の周縁端の下方では、大量の重量相に関して見られるように搬送領域が制限される。本発明による遠心分離器の隔壁においては、この問題は完全に除去される。というのも、スクリューのフライトの下流側が隔壁と出会う場所が、重量相が堆積され得るような角部を有さないのである。反対に、重量相は隔壁自体によってそのらせん状の形のために前方に搬送され得て、これが十分な量でない場合には、重量相はその下流側に隔壁の下方で逃がれ得る。
従来の隔壁の第２の問題は、スクリューのフライトの上流側が隔壁と出会う領域において、重量相の欠乏が隔壁の上流側においてしばしば起こることである。なぜなら、前述のように、重量相はスクリューのフライトの下流側と隔壁の上流側との間の角部に堆積されるからである。この重量相の欠乏は、前記領域内の軽量相を隔壁ディスクの周縁の下方に通して、重量相のための排出ポートに向かうスクリューによって搬送されているすでに分離された重量相と混合させてしまう。このことは、従来技術の遠心分離器の効果を実体的に減少させる。本発明による遠心分離器では、この問題は生じない。なぜなら、スクリューのフライトの上流側が隔壁と出会う領域の重量相が、重量相とボウルの外側壁との間の摩擦によって隔壁の端の下方に押出されて、著しい堆積が生じないからである。
本発明によるデカンタ型遠心分離器の好適な実施例においては、隔壁は一様に増加または減少するピッチを有し得る。隔壁のピッチを変えることによって、隔壁の搬送能力は所望のように変えられ得る。第２の実施例では、隔壁は一定のピッチを有し得る。このことは特に、コンベヤのスクリューが一定のピッチを有する時に適している。なぜなら、このことは隔壁と隣接するスクリューフライトとの間の空間が狭すぎる状態になることを防ぐからである。
本発明によるデカンタ型遠心分離器の第３の実施例においては、隔壁の包絡面が円錐状面であり得る。このことは、隔壁とボウルの内側表面との間の間隙を変えることを可能にする。もし、例えば隔壁がボウルの円錐状部分に配置され、かつ隔壁の包絡面がボウルの円錐状部分の頂角よりも小さい頂角を有するなら、隔壁とボウルとの間の間隙は重量相のための排出ポートから離れて面する隔壁の端部において最大で、隔壁の反対側の端部に向かって線形的に減少する。間隙は減少されるけれども、隔壁の回転軸から周縁までの距離もまた、排出ポートに向かう方向に減少される。
このことによって、ほとんどの重量相の粒子や固く圧縮された重量相は、間隙が最大のところで隔壁の周縁の下方を通過する。一方、ほんの少量の圧縮された重量相は、次のスクリューフライトの上流側に向かって隔壁によって搬送されて、隔壁の周縁端までの最小の半径位置における軽量相の突破を防ぐ。
第４の実施例では、隔壁はスクリューのフライトとの各結合部において、フライトの表面に略直角な部分を有している。このようにスクリューフライトと隔壁との結合を形成することによって、隔壁とフライトとの間のくさび型角部の形成が混合物やスラリや破片などを捕えて除去することが困難であるということが回避される。本実施例は、隔壁とスクリューとの間の結合が溶接によってなされる場合に有利である。
第５の実施例では、隔壁の結合部分が、隔壁の端部の少なくとも一方において、コンベヤの長手方向軸に対して直角の断面図に見られるように、その部分の半径方向外側部が、ボウルに対するコンベヤの回転方向に対しての半径方向内側部の上流となるように傾けられている。このことは、前述のように角部内に押込まれた重量相が、隔壁の周縁端の下方からより容易に逃れ出ることを意味する。
さらに別の実施例では、いくつかの溝を有するコンベヤが各溝内に隔壁を有し、隔壁の形状や位置は各溝内で同じであり得る。溝の１つの中での軽量相の突破を回避するために、各フライトは隔壁を有さなければならず、大きな遠心力を回避するために、全ての隔壁が各溝内で同様に設計され配置されることが好適である。
他の実施例では、隔壁の厚みは、コンベヤスクリューのリードの０．０５から０．５倍であり得て、好ましくはリードの０．１から０．２倍、特にリードの０．１５倍である。あるいはその厚みは、スクリューフライトの厚みの０．８から１．５倍、好ましくはスクリューフライトの厚みの１．０倍であり得る。隔壁の厚みを増加させることは、重量相とボウルの内側表面との間の摩擦力の増加をもたらす。そのことは、結果として、隔壁の上流側の重量相の量を増加させる。したがって、隔壁の厚みを変化することによって、本発明による遠心分離器を、所定の作動状態によりよく適合させることができる。
本発明はいくつかの実施例と以下の図面を参照して以下により詳細に記述される。
図１は、ボウルと、従来技術の環状隔壁ディスクを有するスクリューコンベヤとの長手方向断面を図式的に示している。
図２は、本発明によるある遠心分離器の拡大断面図であり、ボウルと、スクリューコンベヤの円錐状部分の３６０°にわたる隔壁を有するスクリューコンベヤとを示している。
図３は、コンベヤの円筒状部分に隔壁が配置された場合の、図２と同様の図である。
図４は、スクリューコンベヤの円筒状部分に部分的に、そして円錐状部分に部分的に隔壁が配置された場合の、図２と同様の図である。
図５は、隔壁が９０°にわたる場合の、図２と同様の図である。
図６は、隔壁が７２０°にわたる場合の、図４と同様の図である。
図７は、コンベヤが２つの溝を有するスクリューを有し、各溝が９０°にわたる隔壁を有する場合の、図２と同様の図である。
図８は、本発明によるある遠心分離器の拡大断面図であり、コンベヤの軸に対して直角にスクリューフライトを有するコンベヤと、前記軸と鋭角をなす隔壁と、を示している。
図９は、スクリューフライトがコンベヤの長手方向軸と鋭角をなし、隔壁が前記軸に対して直角である場合の、図８と同様の図である。
図１０は、スクリューフライトがコンベヤの長手方向軸と鋭角をなす場合の図８と同様の図である。
図１１は、スクリューフライトがコンベヤの長手方向軸と鈍角をなす場合の図９と同様の図である。
図１２は、図２のXII−XII線によるコンベヤの断面図である。
図１３は、スクリューフライトの下流側が従来技術の隔壁と出会う領域を示す展開状態のコンベヤの図式的な部分図である。
図１４は、本発明によるある遠心分離器の、図１３と同様の図である。
図１５は、スクリューフライトの上流側が従来技術の隔壁と出会う領域を示す図１３と同様の図である。
図１６は、本発明によるある遠心分離器の、図１３と同様の図である。
図１７は、隔壁の厚さがスクリューフライトの厚さより大きいことを示す、図４と同様の図である。
図１のデカンタ型遠心分離器は、スクリュー７を有し一端側に円錐状部分５を有する円筒体４を有するスクリューコンベヤ３を有するボウル２を備えている。コンベヤ３は分離される材料のための入口ポート６を有し、ボウル２は分離された重量相のための排出ポート１４を有している。図に示したように、軽量相１２はコンベヤの本体部の近傍に存在し、一方重量相１３はボウルの内側表面に位置される。軽量相は、ボウルの出口せき１０を超えて排出される。重量相は、円錐状端部のボウルの排出ポート１４に向かってスクリュー７によって運ばれる。この図は、コンベヤの長手方向軸に直角に配置された環状ディスク８からなる従来技術の隔壁を示している。
図２の遠心分離器は、本発明による隔壁８ａを有しており、その隔壁の全てはコンベヤの円錐状部分５に配置されている。隔壁８ａは３６０°にわたって延びている。破線１５ａによって示されるように、隔壁の包絡面は、円錐状部分５の頂角より小さい頂角を有する円錐であり、隔壁の周縁とボウルの内側表面との間の間隙は、排出ポート１４から離れて面する隔壁の端部において、逆側の端部よりも大きくなっている。
図３は、コンベヤの円筒状部分に配置された隔壁８ｂを示している。破線１５ｂによって示されたように、隔壁の包絡面はコンベヤの円錐状部分に向かって開口する円錐面である。
図４の隔壁は、３６０°にわたって延びており、コンベヤの円筒状部分と円錐状部分との間の変わり目にわたって延びている。破線１５ｃによって示されるように、隔壁の周縁とボウルの内側表面との間の間隙は、ボウルの円筒状部分内では一定に保たれており、一方排出ポート１４を有する端部に向かうボウルの円錐状部分内では減少されている。隔壁の包絡面における円筒状部と円錐状部との変わり目は、スクリューの包絡面の対応する変わり目と同じ軸位置に配置される必要はない。
図５は、９０°にわたって延びる隔壁８ｄを示している。破線１５ｄによって示されるように、隔壁の包絡面は、ボウルの円錐状部分の頂角より小さい頂角を有する円錐である。
図６の隔壁８ｅは７２０°にわたって延びている。この形態は、相当大きな角度にわたって延びる隔壁が、本発明による遠心分離器内に何ら問題なく配置され得ることを示している。
図７に示されたコンベヤは、スクリューフライト７ａおよび７ｂと、２つの溝１７ａおよび１７ｂとを有している。各々の溝は入口ポート６ａおよび６ｂを有している。各溝はそれぞれ隔壁８ｆおよび８ｇを有している。各隔壁は９０°にわたって延びている。破線１５ｆは、隔壁の包絡面がボウルの円錐状部分と同じ頂角を有する円錐面であることを示している。
以上に記述された実施例において、スクリューフライトと隔壁とはコンベヤの長手方向軸に対して直角に配置されている。しかしながら、このことは常に必要な要件ではなく、図８に示されるように、スクリューフライト７ｈはコンベヤの長手方向軸に対して直角に配置されているが、隔壁８ｈはそれと鋭角を形成している。図９では、隔壁８ｉがコンベヤの長手方向軸に対して直角であるが、スクリューフライト７ｉがそれと鋭角を形成している。スクリューフライト７ｊと隔壁８ｊとは、図１０に示す場合互いに平行で、コンベヤの長手方向軸と鋭角を形成している。最後に図１１は、隔壁８ｋがコンベヤの長手方向軸に直角であり得る一方、スクリューフライト７ｋがそれと鈍角を形成することを示している。図８乃至１０は、らせん状の隔壁が、それ自体は公知のスクリューと共に、傾斜したいわゆる“斜め”フライトと共に何ら問題なく用いられ得ることを明瞭に示している。
図１２に示す隔壁８ａの一端には、図示されないスクリューフライトの表面に直角の部分１６ａを有しており、この部分自体は断面図に見られるように半径方向に延びている。隔壁の他端１６ｂがスクリューのフライトの上流側と出会う場所では、その端部は関係するスクリューフライトに対して直角であるが、隔壁とスクリューとの間を通過した重量相がこの端部に達した時に隔壁の周縁端の下方に容易に漏れ出すことができるように、傾けられている。このため、以下で詳細に図１５および図１６を参照して説明されるように、この場所で重量相が堆積することが防止される。図示の実施例では、隔壁の一方の端部のみが傾けられているが、傾けることは、両端部に適用され得る。ボウルに対するコンベヤの回転方向は、図中矢印１８で示されている。
図１３乃至図１６は、スクリューフライトと隔壁との配置を有するコンベヤの部分展開図を示している。スクリューの搬送方向は、矢印Ｓによって示されている。重量相に影響を与えるボウルからの摩擦力の方向は、矢印ｆによって示されている。
図１３の線影は、フライト７ｍの下方側が従来技術の隔壁ディスク８ｍと出会う場所に位置づけられる領域２０を示している。フライトは矢印Ｓの方向に重量相を押進めようとするが、摩擦力は矢印ｆの方向に重量相を押進めようとすることが理解され得る。結果として、重量相の堆積が領域２０で起こってしまう。
図１４は、本発明による遠心分離器において、フライト７ｎの下方側が隔壁８ｎと出会う対応領域２１を示している。この領域２１において、フライト７ｎと摩擦力ｆとの組合せ動作は、隔壁８ｎの下流側に沿って重量相を送る。この領域２１から、らせん状表面として形成された隔壁によって、重量相は容易に搬送されると同時に隔壁の下方に流れる。
図１５は、フライト７ｍの下流側が公知の隔壁ディスク８ｍと出会う場所に位置付けられる領域２２を示している。この領域２２では、重量相の欠乏が生じる傾向がある。なぜなら、存在する重量相は部分的に摩擦力の方向ｆに引寄せられ、部分的には隔壁ディスクの周縁の下方の方向Ｓに容易に漏れ出すことができ、一方図１３を参照して上で説明されたように、隔壁プレート８ｍと接続しているフライト７ｍは新しい重量相の供給を妨げるからである。この効果として、軽量相が隔壁ディスクの周縁の下方に侵入することができ、軽量相と重量相とが隔壁ディスクの重量相側で共に混合される。
図１６に示されるように、前記の現象は本発明によるデカンタ型遠心分離器では発生せず、フライト７ｎの下流側が隔壁８ｎと出会う対応領域２３は、摩擦とスクリュー搬送との両方の効果が重量相の十分な供給を保証する領域である。重量相の堆積の傾向が生じると、余分の重量相が隔壁の周縁の下方に容易に漏れ出し得る。図１７の実施例では、隔壁８ｎはフライト７のリードの０．１５倍に対応する厚さを有している。

Claims (10)

1. その長手方向軸について回転するようになっている細長ボウル（２）と、ボウル内にボウルと共軸に配置され、スクリュー（７）を保持する本体（４）を有し、重量相を重量相のための排出ポートへと搬送するためにボウルに対して回転するようになっているスクリューコンベヤ（３）と、分離される物質の供給のためスクリューコンベヤに設けられた入口ポート（６）と、コンベアの一端に設けられたボウル内の重量相のための排出ポート（１４）と、入口ポートと排出ポートとの間に配置され、どの軸位置においてもその半径方向の延びは同じ軸位置におけるスクリューの半径方向の延びより小さい隔壁（８）とを備え、隔壁はコンベヤ（３）のスクリュー（７）のフライトの排出ポート（１４）に向かって面する側の位置から、コンベヤスクリューのフライトの１つの排出ポートから離れて面する側の位置まで、介在するフライトを横切ることなく排出ポートに向かう方向に従って延び、供給される物質を軽量相と重量相とに分離するためのデカンタ型遠心分離器において、
   隔壁（８ａ）が、スクリューコンベヤ（３）と同じ方向に回転するらせん状リブとして形成されたことを特徴とするデカンタ型遠心分離器。
2. 隔壁（８ａ）は、一様に増加または減少するピッチを有することを特徴とする請求項１に記載のデカンタ型遠心分離器。
3. 隔壁（８ａ）は、一定のピッチを有することを特徴とする請求項１に記載のデカンタ型遠心分離器。
4. 隔壁（８ａ）の包絡面（１５ａ）が円錐状面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のデカンタ型遠心分離器。
5. 隔壁（８ａ）は、スクリュー（７）のフライトとの各結合部において、フライトの表面に略直角な部分（１６）を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のデカンタ型遠心分離器。
6. 隔壁の結合部分（１６ａ）が、隔壁の端部の少なくとも一方において、スクリューコンベヤ（３）の長手方向軸に対して直角の断面図に見られるように、その部分（１６ａ）の半径方向外側部がボウル（２）に対するスクリューコンベヤの回転方向（１８）に対しての半径方向内側部の上流となるように傾けられていることを特徴とする請求項４に記載のデカンタ型遠心分離器。
7. スクリューコンベヤ（５）は、いくつかの溝（１７ａ、１７ｂ）を有し、各溝内に隔壁（８ｆ、８ｇ）を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のデカンタ型遠心分離器。
8. 隔壁（８ｆ、８ｇ）の形状および配置は、各溝（１７ａ、１７ｂ）内で同じであることを特徴とする請求項７に記載のデカンタ型遠心分離器。
9. 隔壁の厚みは、コンベヤスクリューのリードの０．０５から０．５倍であり、好ましくはリードの０．１から０．２倍、特にリードの０．１５倍であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のデカンタ型遠心分離器。
10. 隔壁の厚みは、スクリューコンベヤのフライトの厚みの０．８から１．５倍、好ましくはスクリューコンベヤのフライトの厚みの１．０倍であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のデカンタ型遠心分離器。

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