一种具备固液排料切换功能的翻袋式离心系统的制作方法

本发明涉及固液分离技术领域，具体涉及一种具备固液排料切换功能的翻袋式离心系统。

背景技术：

翻袋式离心机作为一种离心过滤式固液分离设备，具有密闭、自动卸料、无残余滤饼、不破坏物料晶体形状、自动化程度高等优点，广泛应用于制药、化工、食品等行业。

翻袋离心机工作过程一般包括进料、过滤、洗涤、脱水甩干、卸料、滤布再生等阶段，根据工艺需要，上述阶段可增可减，循环操作。如图1-2所示的：1.进料阶段，翻袋离心机低速运转，转鼓a的腔体处于密封状态，物料以一定的流量通过进料管b进入转鼓a内。2.过滤阶段，翻袋离心机自动升速到高速(800～4000r/min左右)，利用高速回转产生的离心力场，将物料中含有的液体脱去。由于滤布c(其过滤精度根据物料特性进行选择)的存在，物料中固体颗粒被截留，并逐渐形成滤饼层；液体则穿过滤布c从转鼓a的透水孔处流出，汇集在母液腔d排出，形成图1所示状态。3.洗涤阶段，如果滤饼需要洗涤(去除滤饼中的杂质、盐分、溶剂等，以获得纯度较高的滤饼或者将滤饼中有用溶剂洗到母液中回收)，则洗涤液通过进料管b进入转鼓a内部，对滤饼进行置换式洗涤。洗涤液穿透滤饼，与滤饼中的杂质或盐分、溶剂等进行置换，杂质或盐分、溶剂融入洗涤液，并通过洗涤液带走，完成洗涤过程。洗涤可以是多次，洗涤液种类也可以变换。4.脱水甩干阶段，洗涤完成后，翻袋离心机以高速运行一段时间，将滤饼中的液体充分去除，以获得较干的滤饼或尽量多的母液。5.卸料阶段，滤饼含水量达到工艺要求后，脱水过程结束，进入卸料阶段；此时，设备自动由高速降低到卸料转速，转鼓速度一般为50～300r/min左右。内轴系驱动开始，并且内、外轴系转速不同，存在转速差，二者之间存在相对运动，外轴系轴向固定，内轴系处推盘e在转速差作用下，通过螺旋机构被推出，滤布c随之翻转，滤布c的内滤面也即滤饼一侧翻转为外滤面，形成如图2所示状态；此时滤饼在离心力的作用下，逐步被甩离，汇集在滤饼腔f，最后排出。6.滤布再生阶段，卸料完成后，滤饼腔f内的喷洗装置喷入清洗液，对滤布c进行喷洗清洁，滤布再生。母液腔d内的喷洗装置也可喷入清洗液，对转鼓a外面进行喷洗清洁。然后推盘收回，转鼓a腔体重新密闭，进行下一循环操作。

翻袋式离心机主要针对细粘难处理物料体系，利用翻袋式离心机少量多次、快速过滤、不留残余滤饼的特点，进行有效处理。一定周期后，滤布因为细粘物料粘附在滤布微孔，导致过滤效率降低。因此，滤布再生是翻袋离心机使用过程中的关键问题，滤布再生的好坏，直接关系到过滤性能。物料中固体粒径的分布、物料粘性大小、固体与滤布表面的亲疏特性等均影响着滤布再生的难易。翻袋式离心机在滤布翻出后，可通过漂洗方式，对滤布进行较为彻底的清洗再生。即如图2所示的，在滤饼腔、母液腔均通入一定液位的清洗液，将翻出的滤袋下部浸没一定高度，低速转动，使滤袋连续在浸没的清洗液中反复漂洗，达到再生目的。然而，这也带来了一个问题，就是滤饼腔中充满了清洗液。滤饼腔与母液腔不同，滤饼腔的功能是卸除一定含湿量的滤饼，其滤饼出口直接连接干燥设备或固体收集装置。漂洗后的清洗液如果要从滤饼腔的滤饼出口排出，就需要先将连接的干燥设备或固体收集装置拆除、断开，将漂洗后的清洗液排净，再连接上干燥设备或固体收集装置，显然极为费时费力，亟待解决。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而性价比高的具备固液排料切换功能的翻袋式离心系统，其能可靠的实现对滤布的在线清洗功能，并流畅的实现对作为固相的滤饼和作为液相的清洗液的切换排出效果，最终极大提高整个操作过程的可靠性、连续性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具备固液排料切换功能的翻袋式离心系统，包括具备母液腔和滤饼腔的翻袋式离心机，其特征在于：该翻袋式离心机包括安装在滤饼腔内的第一喷口，所述第一喷口连通清洗液管路且第一喷口的喷口指向滤饼腔内的滤布所在方向；固液切换阀的进料口与位于滤饼腔底面处的用于出料的滤饼出口彼此连通；

所述固液切换阀包括轴线水平设置的圆筒状的阀体，以及位于阀体阀腔内的可回转的柱状的阀芯，所述阀芯外壁与阀体腔壁间形成密封配合，阀芯的一端形成驱动端从而可驱动阀芯产生相对阀体的回转动作；阀体上铅垂向的贯穿设置进料口及排固口，且滤饼腔处滤饼出口、进料口及排固口位于同一铅垂导料路径上；阀芯上相应的铅垂贯穿布置有固体通道，固体通道位于所述铅垂导料路径上，从而使得固体物料可依序经由进料口、固体通道及排固口连通外部接料设备；阀芯外壁处还设有可连通进料口的液体通道，阀芯的相对驱动端的另一端形成排液端，所述排液端与阀体内腔围合形成用于暂存液体物料的积液腔，液体通道连通所述积液腔，且阀体上开设有连通所述积液腔的排液口；所述液体通道与固体通道的腔道延伸路径彼此空间避让。

优选的，位于阀芯的驱动端的阀体一筒端为开口结构，而相对的阀体另一筒端为封口结构，从而形成阀体的柱形桶体状构造；阀芯的排液端与阀体的桶底之间存有间距，且该间距所处空间形成所述积液腔，所述排液口开设于积液腔最低处的阀体桶壁上。

优选的，所述液体通道包括轴线垂直阀芯轴线的沉孔状的冲击通道，以及连接冲击通道与积液腔的整流通道，所述整流通道呈沿阀芯轴线方向贯穿阀体的网筛状。

优选的，在垂直阀芯轴线的横截面上，冲击通道轴线与固体通道轴线位于同一平面上，且两者轴线形成90°角；所述冲击通道的孔底与固体通道之间存有间距。

优选的，所述阀体阀腔外形呈口粗底细的二段式阶梯孔状，圆柱状的阀芯的排液端与阀体阀腔处孔肩之间形成单向止口配合；阀体的桶口处还螺纹配合有用于配合所述孔肩从而相向夹持阀芯的压盖。

优选的，所述阀芯的驱动端处同轴的贯穿压盖以形成主轴，主轴通过动力源驱动从而驱使阀芯产生回转动作。

优选的，所述动力源为手柄；压盖处环绕主轴或手柄而布置三组弹性销，三组弹性销上均套设有弹性套筒；主轴轴向的投影上，三组弹性套筒的轴线位于同一圆上；主轴或手柄处径向向外凸设有定位凸起，且定位凸起的用于配合弹性套筒的凹缘呈与弹性套筒外壁轮廓曲线吻合的凹口状；当阀芯转动至指定角度时，定位凸起与位于该角度处的弹性销处的弹性套筒外壁间形成卡接配合。

优选的，所述阀芯上同轴箍设布置有用于提升相对阀体阀腔的密封效果的密封圈；密封圈为两组并分布于阀芯两端处。

优选的，所述液体通道和固体通道的用于连接进料口的一端均呈便于接料的喇叭口状。

优选的，所述滤饼出口与进料口之间同轴的布置有衔接彼此的软管段。

优选的，第一喷口安装在滤饼腔的顶面处；所述母液腔的顶面处设置有用于喷淋清洗液的第二喷口，第二喷口的喷口指向母液腔内的转鼓所在方向。

本发明的有益效果在于：

1)、以漂洗方式工作的翻袋式离心机，其出料包括形成滤饼的粉料和漂洗所形成的清洗液，换言之，本发明基础功能就要具备固液分离排出效果，以便分别的独立的根据需要排出粉料或清洗液。在此基础上，由于滤饼具有一定的含湿量，这就要求固体出料口较大，且排料的顺畅程度一定需保证，以确保液体通道和固体通道内不会残余物料，同时固液之间也不应当存在彼此干涉和污染情况。

基于上述，本发明提供了一种带有固液切换阀的翻袋式离心系统：一方面，通过至少在滤饼腔内设置的第一喷口，从而在每次滤饼清理完毕后，可依靠第一喷口的在线喷淋，最终实现对滤布的直接喷洒清洗和对滤饼腔的灌液清洗操作。另一方面，在清洗完毕后需排空清洗液或后续需排出滤饼时时，则通过特殊的固液切换阀，可实现液相和固相的快速切换排出效果。

实际工作时，固液切换阀的状态切换应当是固相-液相-固相-液相的循环往复切换，因此如何确保其切换动作的可靠性成为难题。对于本发明的固液切换阀而言：一方面，通过可回转的阀芯，搭配阀体，从而通过阀芯相对阀体的回转，实现固体物料和液体物料的分开排出甚至是整个通道的可控启闭效果。另一方面，可供固体物料排出的固体通道为铅垂的直上直下的贯通孔，这使得潮湿粘滑的滤饼能自然的经由滤饼出口、进料口、固体通道及排固口，并在重力作用下顺畅掉落排出，确保了对难排出粉料的可靠、连续和稳定排离目的。而对于易于排出的液相也即清洗液，则将其侧向引流，通过积液腔排出；这样，不仅无论阀芯如何回转，积液腔都能随时处于待接液状态，工作可靠稳定；同时，即使随时将正处于接液状态下的阀芯切换状态时，由于此时液体通道始终是连通积液腔的，也就确保了液体通道无论何时都是处于排空状态的，在确保阀芯在固液切换下的两通道的独立工作能力的同时，亦保证了阀芯的清洁性，一举多得。

综上，本发明能可靠的实现对滤布的在线清洗功能，并流畅的实现对作为固相的滤饼和作为液相的清洗液的切换排出效果，最终极大提高整个操作过程的可靠性、连续性和稳定性。

2)、实际设计时，本发明由于独特的工作环境，因此需优先确保固体通道的顺畅性，液体通道由于液相自身的流动性，其通道设计的优先级可相对较低。作为上述方案的进一步优选方案：本发明将阀体与阀芯自然围合形成积液腔，从而确保了积液腔自然的在阀体的排液端成型。同时，在将固体通道与液体通道的轴线形成90°夹角后，将冲击通道与整流通道连通从而形成液体通道，使得清洗液一旦进入冲击通道后，就能以最短的路径迅速流入积液腔内。与此同时，冲击通道的沉孔式设计，起到初步的缓冲吸能的作用，以降低由前道工序而来的清洗液的冲击力；之后，整流通道进一步的最大化的降低了清洗液的冲击动能，使得清洗液能平顺的流入积液腔内，随后排出。

3)、对于阀芯和阀体的配合而言，本发明通过孔肩与压盖的相向夹持，来确保阀芯的精准装配和可控回转效果。在驱动阀芯动作时，既可以如本发明所言的采用手动方式来实现固液两种不同状态物料的切换，除此功能外，还可实现阀体的关闭操作；也可以将本发明自动化，也即增设自动化动力装置作为动力源，如减速机、气动执行器，还可实现切换的自动化、状态监测，此处就不再赘述。

4)、当采用手柄作为动力源时，由于阀芯被包裹在阀体内，如何准确的实现本发明的状态切换成为难题。本发明采用三组弹性销来实现排液位、排固位和关闭位的标定功能。具体而言：手柄设有带有凹缘的定位凸起，凹缘与弹性套筒存在部分干涉；在手柄转动时，定位凸起可以依靠凹缘来挤压弹性套筒使之产生受力变形，形成卡阻。手柄转到其中一组弹性销位置，其卡阻现象提示操作者，阀芯已转动到该位置。为方便和准确操作，可在排液位处弹性销、排固位处弹性销、关闭位处弹性销上均设计醒目标签说明。

5)、阀芯通过位于两端的密封圈来实现左密封和右密封，从而通过物理密封，确保阀芯相对阀体转动时有效避免固液两相的渗漏和掺合状况。液体通道和固体通道的用于连接进料口的一端均呈便于接料的喇叭口状，目的在于提升固体物料和液体物料的进料顺畅程度，以提升其工作可靠性及稳定性。

6)、考虑到在清洗操作时，作为工作件之一的转鼓也是需要进行清洗的。因此，本发明不单单在滤饼腔内设计了第一喷口，也在母液腔内布置有第二喷口，以实现同步的清洗液喷入效果。当然，由于母液腔与滤饼腔是彼此独立的，因此不存在相互的干涉性；母液腔内的清洗液自然的沿传统用于排出母液和洗涤液的母液出口排出即可，不会对滤饼腔产生交叉影响。各喷口优选正对对象喷淋，以提升清洗效果。

附图说明

图1和图2为传统翻袋式离心机的工作状态图；

图3为本发明的结构剖视图；

图4为图3所示工作状态下的固液切换阀的结构剖视图；

图5为图4的i部分局部放大图；

图6为手柄处于排液位时的位置状态示意图；

图7为图6的ii部分局部放大图；

图8为手柄处于排固位时的位置状态示意图；

图9为手柄处于关闭位时的位置状态示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-翻袋式离心机

a-转鼓b-进料管c-滤布d-母液腔e-推盘f-滤饼腔

11-第一喷口12-第二喷口

20-固液切换阀

21-阀体21a-进料口21b-排固口21c-排液口

22-阀芯22a-固体通道22b-冲击通道22c-整流通道

23-压盖24-主轴25-手柄26a-弹性销26b-弹性套筒

27-定位凸起27a-凹缘28-密封圈

30-软管段

具体实施方式

为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

传统的翻袋式离心机10的工作流程如下：

如图1所示的，悬浮液从翻袋式离心机10的进料管b进入到位于母液腔d内的转鼓a中。转鼓a内表面同轴设置有滤布c，滤布c呈两端开口的筒状，其材质一般根据物料特性选取，可以为涤纶、丙纶或其它材质，并具备一定的柔软性；其精度根据物料的粒径分布选取。悬浮液进入转鼓a后，在离心力的作用下，固体被滤布c截留，母液穿过滤布c、转鼓a筒体上的一系列小孔，被甩到母液腔d内，并最终通过母液出口，排出机外。被截留的固体通过高速甩干、脱水，形成滤饼。随后，如图2所示的，通过翻袋机构将滤布c翻转，其过滤内侧被翻转到外侧。在低速的离心力作用，滤布c上面附着的滤饼被甩出，进入滤饼腔f，最终通过滤饼出口，排出机外。母液腔d和滤饼腔f是各自封闭、隔开的，以免母液和滤饼交叉，相互影响。

本发明的具体实施结构参照3-9所示：

如图3所示的，本发明在滤饼腔f的壳体上方设有第一喷口11，可将清洗液喷入，对暂时位于滤饼腔f内的滤布c进行淋洗、漂洗；而母液腔d的壳体上方设有第二喷口12，可将清洗液喷入，对转鼓a外表面以及已进入转鼓a的滤布c进行淋洗、漂洗。母液腔d中的清洗液最终可以通过前述的母液出口，自然排出机外。滤饼腔f中的清洗液则需要通过滤饼出口连接的特殊的固液切换阀20，经过固液切换阀20的相应通道，且不影响滤饼的前提下，排出机外。为避免翻袋式离心机10振动的影响，在翻袋式离心机10的滤饼出口与固液切换阀20之间，设置有软连接，优选如波纹管等软管段30，以起到隔离振动的作用。

固液切换阀20的结构及原理如下：

圆柱体状的阀芯22一般可由聚四氟乙烯等塑性材料制作，其外表面与阀体21阀腔处的内圆柱面形成过渡配合安装，且呈卧式，以使得阀芯22可在阀体21阀腔内自由转动。阀体21一般由金属加工制作，如不锈钢。塑性材料的阀芯22与金属材料的阀体21之间过渡配合，通过阀芯22的塑性变形，具备密封左右，使阀芯22内部通道相互隔离。装配时，图4所示的阀芯22右端面通过阀体21阀腔处的孔肩限位，其左端面通过压盖23限位，通过安装螺钉来调节压盖23压入程度，可调节阀芯22的转动灵活度。

如图4所示的，为确保阀芯22相对阀体21阀腔的密封程度，阀芯22的左右两侧均设有密封圈28，从而形成左密封和右密封，通过左密封及右密封的密封，将阀芯22的通过物理密封方式安装在阀芯22内部。

阀体21中段设有进料口21a，其尺寸、结构等技术参数与翻袋式离心机10的滤饼出口以及前述软管段30口径一致，从而保证连接方式的通用性。在阀芯22的右密封密封下，其右侧的阀体21自然形成积液腔，并在该段阀体21底部设有排液口21c。同时，阀体21筒体中段的下部还设有排固口21b，与进料口21a同轴。排固口21b一般与外部的干燥设备或固体收集装置连接，其尺寸、结构等技术参数由连接设备接口确定。装配完成后，滤饼出口、进料口21a和排固口21b应当位于同一铅垂导料路径上，以实现顺畅导料目的。

如图4及、图6及图8-9所示的，阀芯22中部开有液体通道。液体通道分为图4所示的铅垂凹设的沉孔状的冲击通道22b，和水平延伸的筛孔状的整流通道22c。冲击通道22b为圆柱状，其轴线与阀芯22轴线垂直。为保证接液效果好，冲击通道22b上端可设为上口大、下口小的喇叭口；冲击通道22b的深度不能与固体通道22a交叉、干涉，保证各自通道的独立性。在图4所示的阀芯22右端面上还布置连通冲击通道22b的整流通道22c。整流通道22c处各网孔轴线均与冲击通道22b轴线垂直，且最底一排的网孔的下圆面应当与冲击通道22b底面平齐，保证冲击通道22b中液体能够排净；网孔的数量根据冲击通道22b的直径确定，即所有网孔的总横截面积和要大于冲击通道22b的横截面积，确保排液通畅。通过整流通道22c的连通，冲击通道22b与积液腔实现互通，液体由进料口21a进入，经过冲击通道22b、整流通道22c，随之进入积液腔，最终通过排液口21c排出阀外。

进一步的，如图4、图6及图8-9所示的，阀芯22中部还开有固体通道22a。固体通道22a也为圆柱状，其轴线与阀芯22轴线垂直，但与冲击通道22b呈90°错开。从图6也可以看出，当冲击通道22b在竖直方向且开口向上时，固体通道22a在水平方向且开口向右。为保证接收固体效果好，固体通道22a上端同样可设有上口大、下口小的喇叭口。固体通道22a贯穿阀芯22，当阀芯22转动到固体出料位置时，固体通道22a的喇叭口状的大端与进料口21a接通，固体通道22a的下端与排固口21b接通，固体通道22a呈竖直向下状态，固体容易在重力作用下排出阀外。

图4所示的阀芯22的冲击通道22b的正对位置没有任何开口通道，因此可直接密封住进料口21a，该位置为固液切换阀20的关闭位置。

在图4所示结构中，阀芯22左端面中心处同轴固设有主轴24。主轴24穿过压盖23，使主轴24端露出压盖23外。主轴24是实现阀芯22转动的动力源。动力源的扭矩可通过人力手动或机电装置自动实现，机电装置可选用电机减速机、气动执行器等。主轴24的端部尺寸、连接型式等技术参数由动力源的接口尺寸确定。本实例中以人力手动方式予以说明：主轴24外圆面靠近阀芯22一侧设有轴密封，将阀体21与外部密封隔离。主轴24还同轴设有轴套，保证主轴24的同轴度以及转动灵活度。主轴24的外端部固接有手柄25；当人力操作手柄25时，可实现阀芯22的转动，以控制阀芯22达到相应工作位置。

本发明的阀芯22有三个位置：液体排出位置也即排液位、固体排出位置也即排固位、阀芯22关闭位置也即关闭位；与其位置对应的，在压盖23上分别设置三组弹性销26a，即排液销、排固销、关闭销。弹性销26a外部套有弹性套筒26b，如塑料圆筒等，具体如图4-5所示，此处的弹性套筒26b优选能相对弹性销26a自由转动。如图6-9所示的，手柄25上设有具备凹缘27a的定位凸起27，凹缘27a与弹性套筒26b外壁彼此干涉，凹缘27a在作圆周动作并挤压弹性销26a时，会压迫弹性套筒26b外壁产生受力变形，形成卡阻。手柄25转到对应的一组弹性销26a位置，其卡阻现象提示操作者，阀芯22已转动到相应工作位置。为方便、准确操作，可在排液销、排固销、关闭销的相应位置固设醒目标签说明。

具体工作时：当翻袋式离心机10需要排出清洗液，此时固液切换阀20开启到排液位，凹缘27a与排液销处弹性套筒26b形成如图7所示的卡阻，此时如图6所示：手柄25处于水平、向右位置，冲击通道22b竖直、喇叭口状大口向上；此时，固体通道22a水平、喇叭口状大口向右。

当翻袋式离心机10需要排出滤饼时，固液切换阀20开启到排固位，凹缘27a与排固销形成卡阻。如图8所示：手柄25处于竖直、向上位置，冲击通道22b水平、喇叭口状大口向左；此时，固体通道22a竖直、喇叭口状大口向上。固体通道22a处于竖直状态，有利于滤饼在重力作用下，通畅、顺利排出。

当翻袋式离心机10在进料、过滤、洗涤、脱水甩干等工作状态时，固液切换阀20开启到关闭位，凹缘27a与关闭销形成卡阻。如图9所示：手柄25处于水平、向右位置；液体通道竖直、喇叭口状大口向下；固体通道22a水平、喇叭口状大口向左。

后续设计时，可在主轴24处增设机电装置，从而实现固液切换阀20自动切换。更可以在排液销、排固销、关闭销的相应位置增设接近开关，对阀芯22实际位置状态进行监测，从而与主轴24增设的机电装置实现联锁，达到闭环、精准控制；在与软件配合的共同作用下，本发明可以实现上述自动控制，但是，本发明的保护仅延及到由物理部件而构成的硬件平台，因此此处就不再过多赘述。当固液切换阀20尺寸比较大时，可在阀体21的适当位置设置安装耳座，从而通过耳座将固液切换阀20安装在外部支架上，最终支撑起整个固液切换阀20，确保其工作稳定性。

当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。