过滤装置及从流体除去磁性粒子的方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种从流体中除去磁性粒子的过滤装置。本发明同样关于一种特别通过使用根据本发明的装置从流体中除去磁性粒子的方法。
【背景技术】
[0002]磁力分离器也称为磁力过滤器，为众所周知并且其中一个目的为用于从水、冷却流体和油中除去磁性金属粒子。此目的是将磁铁与存在液态流体的金属粒子接触，该金属粒子或至少一些金属粒子将会粘附到磁铁，藉此去除液体中的金属粒子。然而需要清洗磁铁以防止磁力分离器阻塞并且让磁铁保持所需要的吸引作用。由于金属粒子粘附到磁铁，致使磁场线通常会穿过这些粘附的金属粒子，从而在金属粒子未沾附的方向上减弱了磁吸力。然而清洗磁铁相对地困难，在手动清洗的情况下，磁铁通常从液态流体中移动并通过刮擦而被清洗，这是耗费劳力的。由于磁铁与被磁铁紧紧抓住的被捕获粒子之间产生的相对强磁力，通过机械装置自动清洗磁铁相对困难并且通常必须通过使用液压辅助装置而进行。手动清洗的劳动密集型保养以及自动清洗必然的复杂、昂贵的技术辅助装置，使得磁铁的清洗相对昂贵。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种改善的，尤其相对有效率的从流体中除去磁性粒子的装置。
[0004]为此目的，本发明提供一种前言中所述类型的过滤装置，其包括:至少一个中心轴，至少一个围绕该中心轴的蜗杆，其中蜗杆的至少部分内侧实质紧密地安装到延长轴的至少部分外壁上。至少一个围绕蜗杆的外壳，其中该外壳的至少部分内壁实质紧密地安装到蜗杆的至少部分外侧上，藉此在装置中形成螺旋通道；其中该外壳提供有连接至螺旋通道用于供给携带磁性粒子的流体的一供给口，以及提供有连接至螺旋通道用于排放至少部分净化的磁性粒子的流体的一排放口，并且其中该装置进一步包括至少一个磁铁，用于在螺旋通道中产生磁场使得粒子沉积在外壳的内壁上及/或中心轴的外壁上，并且其中为了能够将沉积的铁磁性金属粒子在轴向方向上传输，蜗杆在一方面以及外壳及/或中心轴在另一方面相对于彼此旋转，较佳是(共)轴向旋转。根据本发明的过滤装置同样可以称为改良式磁力分离器。所述改良基于应用了蜗杆，例如阿基米得螺旋，蜗杆相对于外壳及/或中心轴轴向旋转从而在流体通过螺旋(或)通道期间连续或半连续地刮擦清洗外壳的内壁及/或中心轴的外壁，其中沉积的铁磁性金属粒子可以在需要的轴向方向上传输并且随后被排出。这样沉积的金属粒子在过滤装置的正常使用期间可以相对有效的方式被排出。因此可以预防过滤装置堵塞，尤其是螺旋通道；另一方面可以保证产生的磁场继续穿过流体以能够捕获更远的铁磁性金属粒子。只有可以被磁化(可磁化的)的粒子能够借助于所应用的一个或多个磁铁而被捕获，这些通常是铁磁性质的金属粒子，其有四种铁磁元素，即，铁、镍、钴和钆。钕和镝在非常低温度时具有铁磁性。然而还存在有更多的铁磁合金，并且是具有磁性的烧结材料，例如铁素体(ferrite)，其包括一种以上的上述元素。AISI 400系列的不锈钢类型和双相不锈钢类型同样是可以磁化的，并且其粒子同样可以借助于根据本发明的过滤装置而被捕获。金属粒子与可磁化粒子等术语在本申请说明书的上下文中视为等效。金属粒子可以具有按照一个或几个微米量级为顺序的小直径，但同样可以更大并且例如甚至可以由磁化的螺栓和螺母形成。通常可以使用过滤装置以净化工业液态流体，尤其是水流中的金属粒子(铁磁性)。这些金属粒子通常来自于材料加工机器的使用，例如铣削和钻孔过程中产生的金属碎片和金属肩；因此一般用来作为冷却液的流体、水在冷却机器期间充塞了金属粒子。其他类型的流体，例如油甚至气体同样可以用于过滤装置来代替水，因此分散有磁化粒子的流体是多样性的。为了使得金属粒子能够最有效地从流体中被除去，有利的方式是使流体在与沉积的金属粒子在相反于其被传输和排放的方向上被引导通过螺旋通道。
[0005]尽管可以设想将一个或多个电磁铁做为磁铁，但从财务视角来看通常建议使用一个或多个永磁铁。有利的是将至少一个磁铁安置到中心轴中，这确保了铁磁性金属粒子将被沉积在中心轴的外壁上，其通常有助于过滤装置的清洗。更优选的是将多个磁铁安置在中心轴中，这样磁场可以受到控制的方式在轴向方向上延伸，藉此使得更多粒子尤其是铁磁性金属粒子从流体尤其是液态流体中被除去。这里特别有利的是将多个磁铁以交替连续的方式定位，藉此在磁铁之间形成等效磁极。相邻的磁铁据此被设置为以相同磁极(北(N)或南⑶)朝向彼此，藉此采用例如以下的磁铁配置:((N-S)-(S-N))n，其中η多1。较佳设置一个或多个磁铁，使得磁场线在外壳的供给口和排放口之间延伸，这样在沿排放口方向移动期间粒子不会经过任何磁极转换。因此以此方式施加在粒子上的磁力在供给口和排放口之间的相同方向上较佳以实质上连续的方式起作用，藉此磁场线有助于而不会阻碍移动。在此实施例变型中，有效磁极一方面定位在背离排放口的供给口一侧，另一方面定位在背离供给口的排放口一侧，在此情况下在供给口和排放口之间将不存在磁极转换。为了能够在金属粒子上施加足够的吸引力以便从液态流体中提取金属粒子，这些等效磁极处的磁通密度较佳总计为至少5000高斯(0.5Τ)，因为金属粒子往往特别沉积在磁极上或磁极周围，磁铁的这个特别配置产生了由金属粒子形成并且在中心轴(或外壳上)可见的沉积线。磁铁的长度在此刻意受到限制以使在一相对短距离(l-3cm)上具有彼此接替的磁极。对于部分中心轴尤其是中心轴的外端更有利的是不提供磁铁，使其可以借助于蜗杆将附着的金属粒子移动至没有磁铁的部分，金属粒子在该没有磁铁的部分可以相对容易地从中;L.、轴被移除。
[0006]尽管可以设想蜗杆与外壳利用夹紧配合而彼此接合，但较佳使蜗杆与外壳彼此坚固地连接，这有助于两个构件的相互固定。由于外壳和蜗杆通常由金属尤其为不锈钢或塑料制造，故蜗杆和外壳可以借助于焊接而相互连接。蜗杆和中心轴相互紧紧配合且较佳在彼此上产生偏压，这样防止了蜗杆和中心轴之间形成间隙，藉此蜗杆能够刮净中心轴的外壁并且以相对可靠的方式移动其上沉积的金属粒子。这个相互接合较佳必须尽可能的预防对蜗杆和中心轴造成损害，因此有利的是通过应用一弹性(韧性)密封材料而进行相互接合。这个密封材料可以形成中心轴及/或蜗杆的集成部分；尽管密封材料较佳设置为蜗杆内侧上的单独层及/或中心轴外壁上的单独层。这使得使用更强劲、更坚固的材料来制造蜗杆和外壁成为可能，例如金属及/或(硬)塑料，较佳为聚四氟乙烯(PTFE)，也称为特氟纶。密封材料通常由塑料及/或陶瓷制造；密封材料可以作为密封层粘到中心轴；也可能设想借助于收缩或借助于直接涂布将密封层设置在中心轴周围。
[0007]中心轴较佳具有实质上圆形的横截面，这个横截面较佳在轴向方向上实质恒定，藉此中心轴采取实质上为圆柱形的形状，这使得蜗杆更容易接合中心轴。中心轴本身不需要位于由外壳的纵轴向所定义的装置的中心，同样可以在某种程度上偏心定位。在中心轴偏心定位的情况下，中心轴和围绕中心轴的外壳之间的距离将不会恒定。由于这个相互距离由蜗杆填充，所以蜗杆同样具有在蜗杆圆周方向上变化宽度的螺旋叶片。然而对于制造而言所述的构造通常相对昂贵，通常推荐的是通过将中心轴定位在蜗杆的中心而保持构造相对简单，在这里外壳与中心轴同轴定位；在这里中心轴与外壳之间的最短距离通常位于2厘米和5厘米之间，在这样的距离上，实质上整个螺旋通道经受磁场，而通道仍然可以足够大。
[0008]如上所述，外壳较佳在端面提供有用于借助蜗杆在端面方向上传输金属粒子的一排放口，这个端面较佳由一底面形成，藉此金属粒子在朝向下方的方向上传输，因此在重力方向上传输通常使其提高了(金属)粒子经由排放口从液态流体中的分离。所述排放口通常借助于至少一个关闭阀可以被闭合，最好是两个关闭阀；藉此足够的金属粒子在经由排放口被排放之前先被捕获。
[0009]过滤装置较佳配置为外壳和蜗杆以固定方式设置，并且其中中心轴设置为轴向旋转；在这里中心轴较佳配置为与能够使中心轴轴向旋转的电机共同动作。电机通常定位在中心轴上方；电机通常经由传动装置与中心轴共同动作。电机驱使中心轴旋转的转数可以改变，但较佳每分钟位于2转和10转之间。对于中心轴有利的是在轴向方向上为可移动的以允许纵向上的热膨胀，藉此尽可能预防宽度方向上的热膨胀。外壳较佳配置用于固定安装在一支撑结构，尤其为支撑架上。
[0010]在较佳实施例中，该装置提供有用于在螺旋通道中产生湍急水流的湍流产生装置。一般而言在螺旋通道中产生的湍流增强了磁铁捕获铁磁性金属粒子的能力。湍流产生装置能够以各种方式来实施并且可以例如通过具体化供给口及/或排放口而形成，其中供给口及/或排放口连接至外壳使得液体流以一个角度例如切向地被供给至外壳或从外壳排出。这迫使液态流体穿过一个或多个角度(急转弯)，藉此生成湍流。另外，也可以设想在螺旋通道中放置一个或多个障碍物，例如挡板，藉此生成湍流。湍流同样可以通过蜗杆的成形而产生，例如通过具有在纵向方向上变化的蜗杆节距而产生。通常还更有利的是螺旋通道中的液态流体不是层流或湍流性质的而是旋转性质的，其中流体被导向为远离顶部的磁铁并且导向底部的磁铁。重力确保了粒子在通道中沿底部方向移动并且旋转的流体沿磁铁的方向传输这些粒子。
[0011]本发明同样关于一种特别通过使用根据本发明的过滤装置从流体中除去磁性粒子的方法，该方法包括步骤:A)引导携带磁性粒子的流体通过一螺旋通道，该螺旋通道以若干侧壁和其间延伸的蜗杆为边界，B)使携带磁性粒子的流体经受该螺旋通道中的磁场，藉此至少一些粒子抵靠该螺旋通道的侧壁沉积，以及C)使蜗杆和至少一个侧壁相对于彼此轴向旋转，藉此沉积的粒子在轴向方向上被传输。其优势和实施例变化已经在前面做了详细的说明。该方法较佳还包括步骤D)，包括将借助于蜗杆传输的沉积(金属)