专利名称：一种出口装置和装备这种出口装置的离心分离机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于离心转子的出口装置，该离心转子绕一根旋转轴线旋转并确定一个室，当离心转子旋转时，存在于该室中的液体形成具有一个朝向并环绕旋转轴线的自由液体表面的液体实体。该出口装置首先包括一个出口构件，该构件形成一个出口通路和与此相连通的入口孔，在离心转子工作期间，该构件能绕一根与所述旋转轴线平行延伸并相距一定距离的转动轴线转动，所以，出口构件可以沿朝向或背离离心转子的旋转轴线的方向移动。该出口构件还可以在绕所述转动轴线的不同转动位置从所述室的无液体部分向外延伸经过所述自由液体表面伸入存于所述室的液体实体中。该出口装置其次包括致动装置，它利用一个使出口构件绕所述转动轴线沿背离离心转子的旋转轴线的方向转动的控制力推动出口构件，所以，出口构件抵抗随离心转子旋转的液体实体作用于其上的力，在变化的自由液体表面的各种径向位置，出口构件保持其入口孔至少部分地位于液体实体中。
这类出口装置是有利的，因为可径向移动的出口构件能使得离心转子内的自由液体表面随之自动地径向移动。如果要求，这可以用于检测液体表面的径向位置，或者只用于最大限度地减少由于出口构件与旋转的液体接触而引起的能量消耗。出口构件在旋转液体中的浸入深度可以保持不变，与液体表面的径向位置无关。
可径向移动的出口构件的另外优点是，当需要时，出口构件可用于满意地调节所述液体表面的径向位置。
以前所知道的、例如在DE656125和DE3940053-A1中所描述的此类出口装置，未设计成最大可能地应用可径向移动的出口构件的所述优点。这样，在所述两个德国专利详细说明中所揭示和说明的两个出口构件便有这样的情况，即即使出口构件在旋转液体实体中的浸入深度相对较小，也引起相对大的能量消耗。另外，以前已知的两种出口构件作为液面检测装置是不稳定的。这样，如果在所述液体实体的旋转中发生突然的扰动，例如当离心转子晃动或摆动时，它们便不能令人满意地工作。与这类动作有关，由旋转的液体实体作用在出口构件上的那些力很迅速地改变而且据以前已知的出口构件的设计，这便意味着旋转液体把出口构件挤压入液体实体中的深度较所要求的要深一些。这可在出口构件的径向移动时产生太大的振动，这种移动与液体表面自身的径向移动不相对应，所以也就不能给出一个关于液体表面实际位置的正确信号。
本发明的目的是提供一种开始定义的类型的出口装置，该装置没有刚才描述的以前已知出口装置那样的缺点。
如果在开始定义的这种出口装置中出口构件有如下的形式，便可由本发明达到此目的，这种形式是，在离心转子工作期间，出口构件从所述室的无液体部分向外延伸经过一个自由液体表面区域伸入存于室中的液体实体中，该区域位于自由液体表面上的一点的下游，该点位于从离心转子的旋转轴线通过所述转动轴线所画的一条直线的延长部分上。在所述区域上出口构件通过自由液体表面伸展，所述区域因此位于所述点和——沿离心转子的旋转方向看——自由液体表面上所述点径向相对的一个位置之间。
最好，出口构件上的入口孔在离心转子工作期间有这样的位置，即从离心转子的旋转轴线通过入口孔延伸的半径与所述通过旋转轴线和转动轴线而延伸的直线形成一个角度，该角度在80°和100°之间，最好是90°。因此，得到在所述入口孔区域出口构件和旋转的液体实体的液体表面之间形成的角度，当液体表面和出口构件径向移动时该角度尽可能小地变化。
出口构件中的出口通路最好有一个延伸部分，使得通过入口孔流入的液体在离心转子工作期间被迫改变其在出口通路中的流动方向，因此有一个反作用力作用在出口构件上，该反作用力促使出口构件沿朝向离心转子的旋转轴线方向绕所述转动轴线转动。
而且，在该发明的一个优选实施例中，至少与所述液体实体相接触的出口构件外侧的一部分以这样的方式相对于液体实体的旋转方向偏斜，即出口构件将受到旋转的液体实体的升力的作用，此力与所述控制力方向相反。最好，出口构件的所述外侧与所述室内的自由液体表面在与该室内的旋转液体实体相接触的所述外侧的区域内形成一个小于10°的角度。
所述控制力与由液体实体旋转产生的力无关。在最简单的情况下，控制力可以由弹簧一类装置或其它类装置获得。换言之，例如一物体(可能是出口构件本身)可以通过它的重量和偏斜表面使出口构件被一个向外朝向的恒定预设力挤压而局部进入旋转液体实体中。按照另一可选择方案，控制力可由气动装置提供。
在按照该发明的一种出口装置中，可径向移动的出口构件可以自动地移动，以便跟随旋转液体实体的自由液体表面的径向移动并且在全部时间内以很高的准确性保持在液体实体中浸入最小，与液体是否通过出口装置排放无关。
在本发明的一个简单实施例中，出口构件不能绕转子的旋转轴线旋转。然而，没有什么情况妨碍本发明用于有以不同于转子旋转的速度绕转子旋转轴线可旋转的出口构件的情况。
在本发明的范围内，出口构件可以形成像一个切削构件，即当液体从所述室排出时，它将所述室内液体的旋转运动转换成压力能。然而，它不必须以这样的方式形成。从所述室通过出口构件排放液体可以另外地仅由液体旋转产生的所述室内液体中的主要压力完成。
本发明也涉及一台包括一个离心转子和一个上述类型的用于离心转子中排放液体的出口装置的离心分离机。
在下面参照表示本发明的一个实施例的
本发明。
图1以纵向剖面概略地表示离心转子的一部分和按照本发明的一种出口装置。
图2表示图1中离心转子的出口部分和按照本发明的出口装置。
图3表示按照本发明的出口装置的一部分。
图1概略地表示沿纵向剖面观察的一个旋转对称离心转子的一部分。该离心转子有一个转子体1，在转子体内装有一个分布器2和隔离装置3。
分布器2有一个平环形部分4、一个上锥形部分5和一个下锥形部分6。隔离装置有一个圆筒形隔板7、两个平环形隔板8与9以及一个锥形隔板10。在锥形隔板10和分布器的下锥形部分6之间装设一个截锥分离盘11的叠置装置，分离盘用定距构件(未表示)保持相互间一定的轴向距离。
转子体1、分布器2、隔离装置3和分离盘11能共同绕中心旋转轴线12旋转。
在转子中央由分布器2形成一个入口室13。在分布器和转子体1之间形成一个环绕分布器的分离室14。在圆筒形隔板7径向内部，在环形隔板8和9之间轴向形成一个下出口室15。在环形隔板8的上方，在该隔板和转子体1之间形成一个上出口室16。
入口室13通过若干径向或延伸的通路17与分离室14连通。分离室14通过由环形隔板19的径向内缘形成的溢流出口18与下出口室15连通，还通过若干通路19与上出口室16连通。
一根静止的入口管20从上面伸入到转子体1内并在入口室13内的入口管下端开口，入口管20的上部分被一根出口管21环绕在中央。出口通路22在其下端与装设在下出口室15内的切削构件23的内部连通。
一个另外的出口管24借助于出口管21旁的一个支架25以下述方式支承，即它能绕与转子的旋转轴线12相隔一定距离平行延伸的转动轴线26转动。出口管24与一根出口导管27连接，该导管上装设一个封闭阀28。
出口管24的形状从图2看最清楚。如图所示，装设在出口室16内的出口管24的下部分形成一个弧形出口构件29，它环绕出口管21的一部分延伸并且在它的背向转子旋转轴线12的一侧有一个入口孔30。
与转子的旋转轴线12平行延伸的一部分出口管24装有弹簧31。该弹簧由弹簧丝形成，有若干圈环绕着出口管24，它的一个端部32固定在这个出口管上，它的另一个端部33有弹性地支靠在出口管21上。参照图1从上方观察，这样的弹簧31能够通过已知的可控制的弹簧力推动出口管24绕转动轴线26沿逆时针方向转动。这样该弹簧32挤压出口构件29在出口室16中背离转子的旋转轴线12。
设置一个止挡构件(未表示)以便限制出口构件24的逆时针转动，从而可以防止出口构件29与转子体1在出口室16中接触。如果要求，可以在出口构件29的任何要求的位置处设置限制出口管24逆时针转动装置，那么出口构件29便有可能抵抗弹簧31的作用从每个这样的位置向比较靠近转子的旋转轴线12的方向移动。
图3以横切转子的旋转轴线12所取的剖面表示出口构件29。该出口构件29有一个从以前提到过的入口孔30延伸到出口管24的内部的通路34。
图3也表示在出口室16内形成的圆筒形液体表面35的位置。在出口室16中形成液体表面35的液体实体在离心转子工作期间沿箭头36表示的方向绕旋转轴线12旋转。
能够绕转动轴线26转动的出口构件29有一个面向转子的旋转轴线12的内侧37和一个背向同一旋转轴线的外侧38。出口构件的入口孔30设置在所述外侧38。
正如进一步从图3所见，出口构件29在外侧38上有一个伸入到所述旋转液体实体中的突出物39。甚至形成入口孔30的所述外侧38的一部分也设置在液体表面35的径向外面，这出现在液体表面35上的点P的下游一个区域上，该点位于从旋转轴线12通过出口构件的转动轴线26所画的一条直线的延长部分上。在出口孔30的上游，出口构件外侧38的一部分与旋转的液体实体接触，而外侧38的其余部分位于出口室16的无液体部分中。正如从图3所见，外侧38在它与旋转液体实体相接触的区域内有一个曲率半径，该曲率半径与液体表面35的曲率半径只稍有不同。这就意味着刚刚所说到的与液体实体相接触的外侧38的部分在相关的很小的接触区域内与液体表面35形成一个最好小于10°的角度。因此，外侧38与旋转液体实体的接触产生一个很小的摩擦力。当出口构件29被弹簧31挤压顶着旋转液体实体时它便在液体表面35上浮动或“冲浪”。
部分限定所述入口孔30的突出物39使得出口构件29操作时像一个切削构件，即通过入口孔30的流动液体可以部分地依靠由于液体在出口室16内旋转所获得的动能通过通路34并进而通过出口管24输送。
然而，值得注意的是本发明并不依赖于像一个切削构件一样工作的出口构件29。即使没有突出物39，出口构件也能通过出口构件外侧38上的入口孔将液体排出出口室16。这将发生在这样的场合，即仅依靠由于弹簧31挤压出口构件29朝向和局部进入液体实体出口孔30所处深度的、在出口室16中旋转的液体实体的主导压力。
在下面将更详细地说明按照本发明的出口装置如何可以用在如图1所示的这类离心转子上。
假设按照图1的离心转子用于分离有不同密度并形成悬浮液的两种液体。再假设这种悬浮液是很少量的相对重的液体例如水悬浮在大量的相对轻的液体如油中。
在分离操作开始以前——在离心转子已经进行旋转之后——最后加入预定量的先前已分离的相对重的液体。如此大量的重液体进入转子，使液体径向充满分离室14的最外部分到达锥形隔板10的外缘。
此后，开始通过入口管20输入悬浮液。悬浮液从入口管20通过入口室13和通路17进入分离室14，在分离室中由于离心力将悬浮液分离为轻液体和重液体。在分离室14内在分离的轻液体和分离的重液体之间形成一个大体圆筒形界面层L(图1)。被分离的重液体收集在分离室的径向最外部，和预先加入的液体一起存在该处，被分离的轻液体在分离室14内径向向内移动。
最后，被分离的轻液体径向进入溢流出口18并溢流进入出口室15。被分离的重液体最后通过通路19到达出口室16，它在该处形成一个径向向内移动的自由的圆筒形表面。
设置在出口室16内的出口构件29由于弹簧31的作用保持在其径向最外位置，借助以前所说的止挡构件同出口管24合作阻止它进一步向外移动。在此离心分离阶段，出口导管27上的阀28是关闭的。
当出口室16内的液体表面到达出口构件29并继续径向向内移动时，由于阀28是关闭的，出口构件便在液体表面上浮动或“冲浪”，这样，在液体表面继续径向向内移动期间出口构件便绕转动轴线26顺时针转动。这样，出口构件29便受到一个由出口室16内的旋转液体引起的升力的作用，在该处液体冲击该出口构件29的偏斜的外侧38。此升力被由弹簧31施加的控制力抵消，所以该出口构件时时刻刻保持在与旋转的液体实体相接触的状态。
在图1中用小三角形表示在分离操作期间离心转子的各个室内所形成的自由液体表面的位置。正如所见那样，出口室16内的被分离的重液体的液体表面比分离室14内的被分离的轻液体的液体表面距离转子的旋转轴线稍微远一些。
分离室14内的液体表面位置是固定的并且是由溢流出口18的位置预先决定的。切削件23的尺寸是这样的，即它能将从分离室14进入到出口室15的所有被分离的液体快速地从出口室15排出。然而，正如上面所说明的那样，出口室16内的液体表面仍然自由地径向向内移动。
因为被分离的重液体不能通过出口管24离开离心转子，所以这种被分离液体的数量便在分离室14内增加。这便导致这样的后果，即以前所说的在被分离的轻液体和被分离的重液体之间的界面层L在分离室14内径向向内移动。同时，由于同样的原因，出口室16内的自由液体表面也进一步径向向内移动。
当界面层L到达分离室14内的一定位置时，分离室内的分离操作便恶化，少部分重液体开始伴随轻液体通过出口室15和出口通路22离开转子。这可以例如用设置在通过出口通路22的液流中的介电常数测量器检测出来。
刚一检测出出口通路22中的重液体，便有一个信号从离心分离机的控制装置(未表示)自动送达阀28，随后阀便开启并在一个预定的时间间隔期间内一直保持开启。当阀28开启时，出口构件29开始引导已分离的重液体通过通路34离开出口室16并进一步通过出口管24到达出口导管27以及接收此液体的容器。
重液体从出口室16流出引起新的液体从分离室14通过通路19流入出口室，然后界面L便径向向外移动。
当所述时间间隔终止时，阀28关闭，界面层L还仍然靠近锥形隔板10的外缘的径向内侧。在所说明的整个过程中，已经连续进行的分离操作依旧如前地继续，界面L又缓慢开始径向向内移动，直到阀28再次开启。
在所说明的过程期间，出口构件29在与出口室16内的液体表面进行接触之后，它已经首先径向向内移动直到阀28开启为止，然后在被分离的重液体经由阀28排出的同时，它又径向向外移动。当阀28关闭时出口构件29完成其径向向外移动，即以前所说的止挡构件不必起作用，此后出口构件继续在出口室16内的液体表面上浮动或“冲浪”。这样，在整个过程期间，与出口室16内已有液体表面的哪个位置无关，出口构件29已有大体上等尺寸的部分表面与出口室16内的旋转液体实体相接触。换言之，在出口室内设置一个径向不可移动的出口构件时所出现的与出口室内液体表面径向移动有关的问题已不复存在。
在这方面要说明的是该发明制定一个对分离操作中的这种特殊问题的解决办法，该解决办法在US4,525,155中有所说明，在此专利中——正如上面所说明的——从一个出口室间歇地排出被分离的重液体。还要说明的是这个问题以前已经以一种不同的方式加以解决，该方式在US4,622,029中有所说明，该方式指的是在所述出口室16的区域内循环抽吸液体。这种循环抽吸存在一定的缺点，当应用本发明时这种缺点不会出现。
上面所说的分离操作仅是若干种的一种，在这种分离操作中能够利用按照该发明出口装置的优点。下面将进一步简短地加以说明。
在图1中所概略表示的该类离心转子通常还有一个出口。这种出口设置在转子的径向最外部，用于从分离室中间歇排出在那里的被分离的重固体颗粒。具有这类出口的转子作为例子在所述US4,525,155和US4,622,029两者中均有表示。
在此类通用的离心机转子中，被分离的重液体通常——像被分离的轻液体一样——连续地从转子中排出，即不是像上面如图1所说明的那样间歇排出。当两种被分离的液体同时连续地从转子排出时，径向不可移动的出口装置不会在分离操作期间产生像在一种液体间歇排出时的同样严重的问题，因为转子出口室内液体表面的径向移动那时是相对很小的。
然而，每当用于分离出重颗粒离心转子周边出口开启时在这方面便遇到一个问题。即为了避免在每逢这样的开启时刻有太多的被分离的轻液体通过周边出口流失，在周边出口开启之前便用被分离的重液体全部或局部填充分离室。这是以这样的方式进行的，即关闭被分离的重液体的出口，此后，由于中断向转子正常供应悬浮液，而代之仅供应先前已被分离的重液体。被分离的轻液体径向向内移动并通过正常的轻液体中心出口排出。
在被分离的轻液体这样的排出期间，不仅轻液体和重液体之间的界面层在分离室内径向向内移动，而且被分离的重液体表面也在重液体出口室内径向向内移动。
由于应用按照本发明的出口装置代替通常的径向不可移动的出口装置，在用于被分离的重液体出口室内，可以避免由于出口室内液体表面移动而引起的用于旋转离心转子的不必要的高能量消耗和在被分离的重液体导管内的不必要的高液体压力。
图3除表示一条实圆线35外还表示两条与其同心的点划圆线，这些圆线只表示出口室16内液体表面可供选择的位置。
如果在例如图1中所表示的这类离心转子中应用按照本发明的出口装置，为了从一个出口室连续地排出一种被分离的液体，出口管24可依靠弹簧31抵着上面所说的止挡构件安装，所以当出口构件29从转子排出液体时，在整个时间内它都位于一个距转子的旋转轴线不变的距离。先决条件是对于所有从分离室进入出口室的被分离的液体的排出无障碍。因此在这种情况下出口装置的位置决定出口室内自由液体表面的位置。该出口装置可以装备能依靠弹簧31把出口构件29保持在任何所要求的位置的装置，所以，出口室内的液体表面可以保持在一个所要求的位置，与到出口室的液体流量大小无关。当需要时，为了在转子工作期间改变出口室内液体表面的位置和转子的分离室内界面层L(图1)的位置，可以应用这类出口装置。
上面已经说明的本发明仅涉及具有两个被分离液体中心出口的离心转子。然而，按照本发明的出口装置也能用作在仅具有一个被分离液体中心出口的离心转子内的单个出口装置。当然，在一个和同一个用于排出不同的被分离液体的离心转子中也可能应用两个按照本发明的出口装置。
权利要求
1.一种用于离心转子(1)的出口装置，该转子能绕一根旋转轴线(12)旋转并确定一个室(16)，当离心转子旋转时，存在于该室中的液体形成具有一个朝向并环绕旋转轴线的自由液体表面(35)的液体实体，该出口装置包括一个出口构件(29)，该构件形成一个出口通路(34)和一个与其相连通的入口孔(30)，在离心转子工作期间，该构件能绕一根与所述旋转轴线(12)大体平行延伸相隔一定距离的转动轴线(26)转动，所以，出口构件(29)可以沿朝向或背离离心转子的旋转轴线(12)的方向移动，该出口构件(29)还可以绕所述转动轴线(26)的不同转动位置从所述室(16)的无液体区域向外延伸经过所述自由液体表面(35)伸入到存于所述室(16)的液体实体中，和致动装置(31)，它利用一个促使出口构件(29)绕所述转动轴线(26)沿背离离心转子的旋转轴线(12)的方向转动的控制力推动出口构件，所以，出口构件抵抗随离心转子旋转的液体实体作用于其上的力，在变化的自由液体表面(35)的各种径向位置，出口构件保持其入口孔(30)至少部分地在液体实体中，特征是出口构件(29)有这样一种形式，即在离心转子工作期间，出口构件从所述室(16)的无液体部分向外延伸经过一个自由液体表面(35)区域伸入到存于该室中的液体实体中，该区域位于自由液体表面(35)上的一点(P)的下游，该点(P)位于从离心转子的旋转轴线(12)通过所述转动轴线(26)所画的一条直线的延长部分上。
2.按照权利要求1的出口装置，其中所述入口孔(30)在离心转子工作期间处于这样的位置，即从离心转子的旋转轴线(12)通过入口孔(30)延伸的半径与所述通过旋转轴线(12)和转动轴线(26)延伸的直线形成一个角度，该角度在80°和100°之间，最好是90°。
3.按照权利要求1或2的出口装置，其中，出口通路(34)有这样一个延伸部分，即使得通过入口孔(30)流入的液体在离心转子工作期间被迫改变其在出口通路(34)中的流动方向，因此有一个反作用力作用在出口构件(29)上，该反作用力促使出口构件沿朝向离心转子的旋转轴线(12)的方向绕所述转动轴线(26)转动。
4.按照权利要求1～3的任意一项的出口装置，其中，出口构件(29)有一个外侧(38)，设置成与所述液体实体接触，并且至少该外侧(38)的一部分相对于液体实体的旋转方向如此偏斜，即出口构件(29)在其外侧的偏斜部分上承受一个由于旋转的液体实体引起的并与所述控制力反方向的升力。
5.按照权利要求4的出口装置，其中，出口构件(29)的所述外侧(38)与所述室(16)内的自由液体表面(35)在与该室内旋转液体实体相接触的所述外侧(38)的区域内形成一个小于10°的角度。
6.按照权利要求1～5的任意一项的出口装置，其中，所述控制力与由液体实体旋转产生的力无关。
7.按照权利要求1～6的任意一项的出口装置，其中，所述致动装置(31)包括一个通过所述控制力用于操纵出口构件(29)的弹簧。
8.按照权利要求1～7的任意一项的出口装置，其中，出口构件(29)由一根出口管(24)支撑，至少一部分出口管随与所述旋转轴线(12)相平行的转动轴线(26)同轴延伸，出口构件的出口通路(34)与出口管(24)的内部连通。
9.按照权利要求8的出口装置，其中，出口构件(29)基本上是管状的并构成出口管(24)的一部分。
10.一台离心分离机包括一个离心转子(1)，该转子能绕一根旋转轴线(12)旋转并确定一个室(16)，当离心转子(1)旋转时，存在于该室中的液体形成具有一个朝向并环绕旋转轴线(12)的自由液体表面(35)的液体实体，其特征在于该离心分离机包括一个按照权利1～9任意一项的、用于从所述室(16)排出液体的出口装置。
全文摘要
一个用于从离心转子内的室(16)排出液体的出口装置,该转子可绕一根旋转轴线(12)旋转,出口装置包括一个出口构件(29)。此出口构件可绕一根与所述旋转轴线(12)平行的转动轴线(26)转动,并被一个弹簧(31)径向向外挤压保持在室(16)内,对着并局部进入随离心转子旋转的液体实体。该出口构件(29)还形成一个出口通路(34)和一个与此相连通的入口孔(30),在离心转子工作期间入口孔(30)位于所述转动轴线(26)的下游。
文档编号B04B1/00GK1178486SQ9719004
公开日1998年4月8日 申请日期1997年1月23日 优先权日1996年1月29日
发明者L·波尔斯特雷姆, C·G·卡尔森, P·弗兰怎, C·恩格, T·拉格尔斯特, H·莫伯尔格, S·泽佩思, M·桑斯特雷姆 申请人:阿尔法拉瓦尔有限公司