专利名称：把微粒固体分为两种颗粒部分的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及把微粒状的、分散在流体中的固体分为细颗粒和粗颗粒。本发明涉及对颗粒大小的范围约在50μm以下，特别是约在10μm以下的颗粒进行这种分离的方法和装置。
要完成这一任务，要把颗粒分布为0至最大为50微米的微粒固体分离为分离界限约在10μm以下的细颗粒和粗颗粒，优选地使用水力旋流器，在水力旋流器中，通过离心力、壁面摩擦和流体对固体粒子的牵引力的作用，完成这种分离。然而，由于系统条件所规定的、错综复杂的、在水力旋流器中的流动情况，对于某一确定的颗粒大小的清晰分离是不可能的，这使得不仅在细颗粒中而且在粗颗粒中也具有交叉范围，即颗粒大小范围大到了极不受欢迎的程度。
本发明以此任务为基础，说明了一种把微粒固体分离为细颗粒和粗颗粒的方法和装置，这种方法和装置以经济的方式使清楚的分离，特别是使对于颗粒大小范围约在10μm以下的清楚的分离成为可能。要完成这一任务，微粒固体分布在稀的流体中，并通过由一确定的沉降流动的重叠及不相关性而产生旋转流动，迫使在该确定的沉降流动中产生弥散。在这种情况下可彼此独立调节的沉降流动和旋转流动的速度间比例确定了分离颗粒的大小，或者说是在细颗粒和粗颗粒之间的分离界限，这就是说，是粒子的大小，对于这种粒子的大小，由旋转产生的离心力和由沉降流动产生的流体的牵引力处于平衡，这种颗粒的大小因此有同样的可能在细颗粒或粗颗粒中达到。
特别简单的是通过下述方法来实现本发明的方法，这就是在一旋转驱动的、平行本身的轴运行的偏心轮中产生由外向内流过的沉降流动和旋转流动，并作成形成流动通道的轮叶，在此使固体分散在偏心轮的外围。
适合于实施本发明的方法的装置主要包括一个具有给料分散物进料和细料分散物及粗料分散物卸料的接口的耐压壳体，至少一个位于壳体内的、可旋转放置及可旋转驱动的偏心轮，和一个用于给料分散物的进料的给料泵。权利要求5至12中说明了这种装置的有利的布置。
下面的这些实施例逐个地说明了本发明。
偏心轮安置在一个封闭壳体中，在这容器中，通过把一给料泵置于一输入接口上，输送要分级的、分散在流体中的固体---给料分散物。这种分散物从外向内流过旋转偏心轮，由此把固体分为粗颗粒和细颗粒。有些颗粒不能到轮的内部并被偏离，因为对于这些颗粒，由流动着的流体所施加的牵引力小于由偏心轮的旋转所产生的离心力。对于牵引力大于离心力的颗粒，与流体一起到达轮的内部。因此，分散物的这部分包含细料部分并通过一个放料接口离开这分离装置的这个壳体，这个出料接口邻接偏心轮的内部空间。通过第二个出料接口，偏离的颗粒与剩余的流体部分一起，作为粗料分散物排出壳体。
通过偏心轮的旋转，细料分散物在反抗离心力流过上述轮时，必须克服相对高的压力。这个压力根据处于3至20bar这个数量级的工作状态，通过给料泵而获得。这个负荷相应地使分离装置的壳体，同样也相应地使用于偏心轮的驱动轴的结构必须耐压，与此同时，对于后者，在绝大多数情况下，用一个滑环密封是必需的。
确定分离颗粒大小的工作参数的大小是偏心轮的圆周线速度和在通过轮叶所形成的流动通道中的径向速度。对给定的偏心轮外直径，可单独通过它的转数来调节圆周线速度；径向流动速度由偏心轮的自由流动横截面及细料分散物的体积流得出。这细料分散物的体积与粗料分散物的体积加在一起的体积，通过给料分散物的输入量而被确定，这给料分散物通过给料泵的传送效率来调节。一般来说，细料分散物应该自由流出，随之而来的是间接地通过调节细料分散物和粗料分散物的体积流的分配比例和输入量来调节它的体积流。通过改变粗料分散物的体积流，例如，通过改变出料横截面或通过粗料分散物的定量抽吸，随之改变这个分配比例。
偏心轮的转轴在最简单的情况下位于一旋转对称壳体(例如，圆柱状壳体)的轴线上，在该壳体中，不用采取特别的措施，流体及分散在其中的固体与偏心轮一起均匀转动。特别是对于一个圆柱状容器的情况，稍微保持在该容器的内部和偏心轮的外围之间的径向间隔不变，人们就可以在它的整个长度范围获得均匀的偏心轮的绕流。这样就能极为有效地避免短路流和回流效应。当内壁和与轮外围之间的径向间隔总计小于偏心轮直径的10％时，获得最佳流动比率。
对于复杂的情况，或在一共同的壳体中换用多个偏心轮时，当要求很精细的分离和高的生产能力时，这一点可能是一个优点，那就是给那些偏尽轮配备特别的装置，例如，配备一些旋转的垫圈，这些垫圈导致在那些偏心轮外部区域中的流体和固体产生均匀的初加速度。
可以在壳体的上半部、下半部或偏心轮的区域内装上用于给料分散物的接口，在这种情况下，一个切线方向上的开口与在偏心轮旋转方向上的流入一起有助于流体和固体的初加速度。当在上述壳体的下端且在它的中央装上一个用于轴向流入的给料分散物的接口时，获得附加的预分类效果。由此，将使粗颗粒位于壳体壁的附近，这使得它不再给偏心轮加负荷，而是直接被排出。一条更长的流动路线，例如，通过一条本身从接口横截面到壳体横截面扩张的锥形壳体部分还可以改进预分类效果。
偏心轮可以以已知的方式作成为内部空间空的、圆柱形的叶轮。然而本身在这个内部空间中形成的热涡流动产生一个大的压力损失，这使得只是对于低转数的情况，替换一个这样的偏心轮才有意义，这就是说，是对于相对小生产量的粗分离的情况才有意义。
对于从外围到该偏心轮的转轴的区域中径向对准的轮叶的情况，采用一个偏心轮能防止势涡流动的形成。现在随之在所谓的固体旋涡中发生分离过程，在轮叶外缘上具有与势涡流相对立的最大圆周线速度。压力损失大大减少，此时与体积流无关，而唯一地取决于偏心轮的转数。令人惊奇的是，发现了采用一个偏心轮，利用固体旋涡，可获得比一个偏心轮利用势涡的情更精细的分离，且具有更多的细材料提取物，同时具有更大的生产能力。
要使偏心轮的分离作用达到最佳效果，在偏心轮的轮叶通道进口前的流体和固体必须要有尽可能充分的初加速度，对于采用一个偏心轮利用固体旋涡的情况这特别适用。一般来说通过合适地安置用于给料分散物的一些接口来获得尽可能足够的初加速度。当不是这种情况时，例如，一些垫圈是有帮助的，这些垫圈安置得与偏心轮牢固地连接在一起，从偏心轮的外围区域径向外延伸，彼此具有轴向间隔，并与偏心轮的转轴共轴。这些垫圈通过它们的同步效应，导致了一直到轮叶通道的进口的，均匀且充分的初加速度。
除了初加速度，对于选定的最佳分离效果，还要均匀流过偏心轮。首先，对于一个偏心轮利用固体旋涡的情况，通过旋转对称所形成且与偏心轮共轴安置的形体来改善这种流过情况，此时，偏心轮的对准径向的轮叶从它的周围延伸到所述形体。这形体例如可形成为圆柱体、锥体或平截头圆锥体。
对绝大多数情况，分散在流体中的固体的分选无任何危险，固体沉积在接触分散物的表面上。因此，就可能对于偏心轮的转动的结构形成驱动轴，对于两面的结构管状地形成一根用于细料排料的轴。然后，就可以不要堵住壳体内部空间的细料出口的、费用昂贵的密封。被卸料的细料分散物被收集在一个收集器中，而后可自由流出。这就得出一种有益的结构，这里，当上面提到的形体形成为空心的驱动轴或轴的部件时，而且对于每个偏心轮的轮叶所形成的流动流道，至少有一个开口，通过这个开口，流体和细颗粒可进入空心轴管或轴。
附图中显示了实施例。在所有的附图中，功能相同的构件具有相同的标号。
图1示意性地显示了一个本发明的装置，这装置具有一个圆柱状的壳体1，在这壳体1上，结构8用法兰直接连接到偏心轮3的接收部位上。经过皮带轮12和空心轴9驱动竖直的偏心轮3，该结构用一堵住壳体1的内部空间的轴密封件6来密封。通过接口2把要分离的、分散在流体中的送料泵进壳体1，从那里，它进入偏心轮3。通过偏心轮3的分离作用而被分离开的细颗粒与一部分流体一起作为细料分散物，通过空心轴9，而被排入所放置的细料收集器10中，并且通过接口4流出作进一步使用。从偏心轮3偏离的粗颗粒与剩余的流体一起，通过安置在壳体1的底部中央的开口11流到粗料收集器13中，在那里它通过接口5作为粗料分散物而被排出。可通过改变开口11的横截面控制流出的粗料分散物的量；为此，这里使用了可轴向移动的滑阀7。
图2示出了另一种具有多个水平轴向的偏心轮3的变化，这些偏心轮3安装在一个共同的壳体1中。每个偏心轮3通过一个自己的马达(这里未示出)经过皮带轮12而被驱动。由此，可以使得能单独调节每个偏心轮3的转数，这使得能从给料分散物中同时得到被放在一起的、差异很大的细料分散物。为此，优选地采用这种变化，对于更小的分离范围，且对于所有偏心轮同样的分离范围，获得高的生产量。
在图3中，把壳体1(图1)的直的底板作成漏斗形，它固定在向下逐渐变细的部件14上，作为给料分散物的入口的接口2通向它的更深的位置。与图1相反，接口2和5调换了它们的位置。对此，这种构造是为了获得给料的预分类，这使得旋转的偏心轮3导致带进来的分散物的旋转，通过这种旋转，还在偏心轮3的进口前面的粗颗粒被带到由部件14和壳体1的壁所限定的内部空间，并在那里被阻住，这使得它们不能再进入偏心轮3，而是同样通过接口5被排出。这里随之通过直接在接口5上使用滑阀7来调节粗料分散物的量。
图1至图3中的偏心轮3实际上由两个具有轴向间隔的互相连在一起的限位圆板15，16以及轮叶17构成，这些轮叶17在这两个限位圆极之间平行转轴运转且形成流动通道，而且在圆板的圆周上均匀分布，在此它们能关于圆板周边垂直或向下成一个角度。通过在一个限位圆板15上的一个中央孔，使细料分散物排入到空心轴9中。由轮叶17的外边缘所确定的外围表面是圆柱状表面。但它也可以象图4中那样在具有中央孔的限位圆板15上作成具有较大直径的锥形表面，这首先是为了在自由的内部空间中均匀流过偏心轮3。
在图5中，与偏心轮3同心安装的且固定在限位圆板16上的锥形体18完成同样的任务。
另一方面，图6和7中的偏心轮3有一圆柱形表面，然而，此时这里径向对准的轮叶17延伸到偏心轮3的转轴。这种实施方式不形成任何势涡流动，而是形成在偏心轮3中的固体涡流。此外，图7中的偏心轮3上还固定有对面具有同样间隔的平的环形圆板19，环形圆板19从偏心轮3的外围径向向外延伸，并且用于从偏心轮3外流入的给料分散物产生预加速度。
图8和图9示出了具有圆柱状形状的同轴构造的偏心轮3的纵向和横向截面，这形体形成空心轴9的部件。对于每个由两个相邻的轮叶17形成的流动通道，上述形体具有一个在轮叶17的轴向长度方向上延伸的裂缝20，通过这裂缝20，细料分散物能进入空心轴9，从那里，它经过细料收集器10和接口4(图1至3)被输出给分离装置。
权利要求
1.把微料固体分离为细颗粒和粗颗粒的方法，其特征是微粒固体被分散在一种液态流体中，且其在一确定的下降流动中的分散，是通过叠加的、独立于该下降流动所产生的旋转流动来强迫实现的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是通过选择下降流动和旋转流动的速度之间的比例来调整微粒固体的细颗粒和粗颗粒之间的颗粒分离的大小。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征是通过平行于它的转轴运转的一个偏心轮及由轮叶所形成的流动通道，用泵抽从外围向中心流动的分散物，以产生上述下降流动，且旋转驱动该偏心轮来产生所述旋转流动。
4.实施如权利要求1至3之一所述的方法的装置，由一个耐压壳体(1)、至少一个可旋转的安装在壳体(1)内且可驱动的偏心轮(3)以及一个给料泵组成，其中壳体(1)具有一些用于输入给料分散物(2)和输出细料分散物(4)和粗料分散物(5)的接口，给料泵用于输入给料分散物(2)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征是把壳体(1)作成为基本上旋转对称的容器。
6.如权利要求4所述的装置，具有一个圆柱状容器，其特征是在所述容器的内壁和所述偏心轮的外围之间的径向间隔总计小于该偏心轮直径的10％。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口安装在壳体(1)的下端且装在它的中央。
8.如权利要求5或6所述的装置，其特征是用于给料分散物(2)的接口安装在壳体(1)的下端且装在它的中央。
9.如权利要求4至8之一所述的装置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口的输出横截面的大小是可调的。
10.如权利要求4至8之一所述的装置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口安装了一个传送效率可调的吸入泵。
11.如权利要求4至8之一所述的装置，其特征是偏心轮(3)的轮叶(17)是径向对准且从外周围延伸进偏心轮(3)的转轴的区域中。
12.如权利要求4至8之一所述的装置，其特征是偏心轮(3)的轮叶(17)是径向对准且从偏心轮(3)的外周围延伸到旋转对称形成的并与偏心轮(3)同轴安装的形体(18)。
13.如权利要求12所述的装置，其特征是形体(18)是作为空心轴形成的偏心轮(3)的驱动轴(9)的一部分，对于由轮叶(17)所形成的流动通道的每一个至少有一个用于细料输出的开口(20)。
全文摘要
本发明涉及一种把微粒固体分离为细颗粒和粗颗粒的方法，微粒固体被分散在一种液态流体中，且其在一确定的下降流动中的分散，是通过叠加的、独立于该下降流动所产生的旋转流动来强迫实现的。通过选择下降流动和旋转流动的速度之间的比例来调整微粒固体的细颗粒和粗颗粒之间的颗粒分离的大小。
文档编号B03B5/32GK1122262SQ94116159
公开日1996年5月15日 申请日期1994年8月5日 优先权日1993年8月7日
发明者杰尔根·斯坦 申请人:霍索卡瓦阿尔彼股份公司