离心分离器的制作方法

专利名称：离心分离器的制作方法
离心分离器
技术领域：
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及的是离心分离器。
离心分离器在很多不同的位置需要高效率的机械密封，也就是适用于密 封旋转分离部分和固定分离部分之间，或两个以不同速度旋转的旋转分离部 分之间的间隙的机械密封物，例如沉降式离心机。
在例如所谓的密封离心分离器中，在旋转的离心机转子和延伸进入离心
机转子的固定的入口和/或出口管之间需要机械密封。此外，在固定连接壳体 和与离心机转子的内部连接并相通的旋转的入口和/或出口管之间需要一处
或几处机械密封。
现有的机械密封存在的 一个问题是在两接触面之间提供足够的支承力以 便在整个运行状态期间实现间隙的有效密封。现有的机械密封还存在另 一个 问题，是它们所遭受的磨损。特别是在离心分离器启动时和液体出现在机械 密封处之前，密封的接触面将在干燥状态下彼此紧靠着滑动，这意味着高磨 损。为了解决这个问题，需要昂贵的设备向机械密封处提供密封液。在许多 应用中，如食品的分离，同时有卫生方面的高要求。因此有必要能够通过所 谓的原位清洗CIP同时清洁所有与产品接触的表面。
背景技术：
美国专利第4， 846， 728号披露了一种离心分离器，其包括形式为固定壳 体的第 一 固定分离部分和由离心机转子组成的第二分离部分。所述离心机转 子在休息状态时是不旋转的，其在工作状态时相对于所述固定壳体绕转动轴 在确定的速度下旋转。所述离心分离器还提供空间连接所述壳体和离心机转 子，且所述空间在工作状态时容纳包含介质的旋转液体。机械密封装置设在 所述空间以密封该空间。所述机械密封装置包括设在所述壳体上的第 一密封
5件和设在所述离心机转子上的第二密封件，所述第 一 密封件具有第 一接触面， 所述第二密封件具有第二接触面，所述第二接触面与所述第一接触面平行。 所述第一接触面和第二接触面被设计成在工作状态时相互紧靠。所述机械密 封装置的设计使所述旋转体在工作状态时对所述第二密封件起作用，从而所 述第二接触面在支承力作用下紧贴所述第 一接触面。

发明内容
本发明的目的在于补救上述问题并提供一种具有改进的机械密封的离心 分离器。更具体地说，目的就是提供一种离心分离器，其具有的机械密封有 着改进的使用寿命及适用的密封能力。
此目的通过最初定义的离心分离器来实现，其特征在于机械密封装置包 括一个预拉伸部件，所述预拉伸部件被安排对所述轴向可替换的密封件施加 一个预拉力，该预拉力使所述第一接触面和第二接触面相互替代，所述预拉 力如此之大以致在休息状态时所述第 一接触面和第二接触面之间形成间隙， 并且所述间隙的尺寸设计使其形成节流。
通过这样一个预拉伸部件，有可能提供两个接触面使它们在休息状态时， 即当所述两个分离部分不相对于彼此旋转时，以及在当所述两个分离部分之 间的速度差相对较小且当没有来自所述旋转液体的液体仍然未达到所述接触 面的初始状态时，不会相互接触。因此，所述密封件的磨损在初始状态可能 会减少。本发明还允许对所述机械密封装置进行有效清洗因为离心分离器在 清洗过程中可能会在非常小的转数下工作，所述接触面彼此并不紧靠对方。 清洗液于是可通过所述接触面之间，且可以实现对所述密封装置的后部的清 洗。此外，所述间隙确保所述接触面在休息状态和当所述分离部分之间没有 相对转动或非常慢地相对转动的初始状态时不相互接触。当所述第二分离部 分，包括所述离心机转子，从休息状态和初始状态加速，所述节流将为来自 到达并流经所述间隙的旋转体的液体提供一个压降。由于这个压降，由所述 液体产生的支承力的作用得到增强。
根据本发明的一个实施例，所述预拉伸部件绕所述转动轴延伸设置。因
6此所述预拉伸部件可由能提供所需的预拉力的任意设计的环簧组成。所述预 拉伸部件也可由环形活塞或诸如对所述可替换的密封件起作用的部件构成并 依次通过液压，气动或电动驱动。然而，需要指出的是所述预拉伸部件也可 由若干单独的预拉伸部件构成，例如螺旋弹簧，液压或气动活塞等。
根据本发明的另一实施例，所述预拉伸部件延伸进入凹槽，所述凹槽设 在所述轴向可替换的密封件内并绕所述转动轴延伸设置。此外，所述预拉伸 部件可延伸进入凹槽，所述凹槽设于所述可替换的密封件所在的第一和第二 分离部分的其中之一内。
根据本发明的又一实施例，密封环绕所述转动轴延伸设置，其中，所述 密封环设在所述轴向可替换的密封件和所述可替换的密封件所在的第一和第 二分离部分的其中之一之间。有利的是，所述密封环可构成所述预拉伸部件。 而且所述预拉伸部件可由弹性材料制成。这种具有弹性性能的材料可提供预 拉力并且同时密封形成在所述轴向可替换的密封件和所述可替换的密封件所 在的第 一和第二分离部分的其中之一之间的轴向环形间隙。
根据本发明的再 一 实施例，所述轴向可替换的密封件具有第 一 压力面， 所述第一压力面朝向所述空间且远离其接触面，并具有投射到径向平面的第 一表面面积，所述轴向可替换的密封件还可能具有第二压力面，所述第二压 力面朝向所述空间且朝向其接触面，并具有投射到所述径向平面的第二表面 面积。因此所述液体可作用于所述第一压力面以获得预期的支承力。需要指 出的是，所述第二压力面的表面面积可为零。然而，有利的是，所述第一表 面面积大于所述第二表面面积。此外，需要指出的是，所述压力面的径向位 置影响所述液体的作用，即支承力的大小。
根据本发明的再一 实施例，所述第 一分离部分包括至少 一个用以输送所 述介质进入所述离心机转子和/或自所述离心机转子排出所述介质的通道。这 样的通道可能是由所述入口和/或出口部件构成，所述入口和/或出口部件可 以是固定的或旋转的。
根据本发明的再一实施例，所述第一分离部分是固定的分离部分。例如，
7所述第一分离部分可包括围住所述离心机转子的固定壳体。所述第一分离部 分还可包括固定连接部件，其围住所述第二分离部分的旋转的入口和/或出口 部件，其中所述入口和/或出口部件形成至少一个用以;输送所述介质进入所述 离心机转子和/或自所述离心机转子排出所述介质的通道。


下面通过对各种实施例的描述并参考所附图示更详细地说明本发明。 图1按照图示揭示的是本发明离心分离器的第一个实施例。
图2按照图示揭示的是本发明离心分离器的第二个实施例。 图3按照图示揭示的是本发明离心分离器的第三个实施例。 图4按照图示揭示的是本发明离心分离器的第四个实施例。 图5按照图示揭示的是离心分离器的机械密封装置的第 一 种变型。 图6按照图示揭示的是离心分离器的机械密封装置的第二种变型。 图7按照图示揭示的是离心分离器的机械密封装置的第三种变型。 图8按照图示揭示的是离心分离器的机械密封装置的第四种变型。具体实施例
图1按照图示揭示了用以分离至少二相介质的离心分离器。所述离心分 离器包括第一分离部分1和第二分离部分2。
在第一个实施例中，第一分离部分1包括固定壳体10和固定的入口和/ 或出口部件11，入口和/或出口部件11包括将用以提供需要分离的介质的第 一通道13围住的第一管12,将用以排出相对轻相的介质的第二通道l5围住 的第二管14，及将用以排出相对重相的介质的第三通道l7围住的第三管I"
第二分离部分2包括离心机转子18和轴19，轴19受适当的驱动部件20 驱动而绕转动轴x旋转，例如电动马达。第二分离部分2，即离心机转子18，在工作状态时受驱动部件20驱动在一个确定的高速度下旋转。该旋转速度当 然可以随需要分离的介质变化，且随分离过程的不同阶段变化。在休息状态， 第二分离部分2是不旋转的。在起始状态，离心分离器启动，第二分离部分 2力ff速。
当离心分离器被认为处于正常使用位置时，入口和/或出口部件11在第 一个实施例中沿转动轴x延伸并从上方进入离心机转子18。
离心机转子18将输入室21、轻相的输出室22和重相的输出室23围住。 离心机转子18为大家所知的是其本身还包括一系列旋转分离盘20，其设在 第一限制盘25和第二限制盘26之间。在所揭示的实施例中，盘24-26是圆 锥形。
三室21， 22， 23形成各自的空间28，见图5，该空间28连接第一分离 部分l，即在第一实施例中的固定管12, 14和16，并连接第二分离部分4， 即在第一实施例中的离心机转子18和旋转盘24,"和26。
在离心分离器的运转期间，即在工作状态，旋转液体"将形成于每一个 由三室21, 22和23形成的空间28内。
离心分离器包括三个机械密封装置30，在图1中有按照图示揭示这三个 机械密封装置30,且它们设在每一个由三室21， 22和23形成的空间28内。 这些机械密封装置30具有密封各自的空间28的功能，以便旋转液体29的液 体不能以非预期的方式从各自的空间28输出。下面将结合图5-8更加详细地 说明机械密封装置。
图2揭示的是第二实施例，第二实施例与第一实施例不同之处在于，当 离心分离器被认为处于正常使用位置时，入口和/或出口部件11沿转动轴x 延伸并从下方进入离心机转子18。在图2中没有披露驱动部件20。需要在此 指出的是，相同的参考标志已被用于指示在所揭示的各种不同的实施例和变 型中具有相同或大致相同的功能的部件和部分。
图3揭示的是第三实施例，第三实施例与第一实施例不同之处在于，入口和/或出口部件11固定连接于旋转的离心机转子18。固定的连接部件40 将旋转的入口和/或出口部件11围住。连接部件40形成三个不同的通道43， 45和47，通道43, 45和47分别与入口和/或出口部件11的通道13， 15和 17相通。与在前两个实施例同样地，请参见图5,对应的空间28将连接通道 13和43，连接通道15和45,并连接通道17和47。在离心分离器的运转期 间，即在工作状态，请参见图5,旋转液体29将形成于每一个空间28内。 同样，第三实施例包括三个机械密封装置30，在图3中有按照图示揭示这三 个机械密封装置30,且它们设在每一个空间28内。同样在这个实施例中， 这些机械密封装置30具有密封各自的空间28的功能，以便旋转体29的液体 不能以非预期的方式从各自的空间28输出。
图4揭示的是第四实施例，第四实施例与第三实施例不同之处在于，当 离心分离器被认为处于正常使用位置时，入口和/或出口部件11沿转动轴x 延伸并从下方进入离心机转子18，以及连接部件40设在壳体10的底部。在 图4中没有披露驱动部件20。需要在此指出的是，旋转的入口和/或出口部 件11可以通过支撑离心机转子并连接于驱动马达的轴形成。
图5揭示的是机械密封装置30的第一种变型。机械密封装置30包括第 一密封件51和第二密封件52。第一密封件51是环形的，其设在第一分离部 分l上，比较图l和2，它绕转动轴x延伸设置。第二密封件52也是环形的， 其设在第二分离部分2上，它绕转动轴x延伸设置。第一密封件51具有第一 环形接触面53,第二密封件52具有与第一接触面平行的第二环形接触面54。 在图5中，接触面平行于径向平面。然而，需要指出的是，两个平行的接触 面53和54可能有几分圆锥形的形状。
机械密封装置30的设计使得旋转液体29在工作状态时对第一密封件51 和第二密封件52的其中之一起作用，并轴向取代后者以致第一接触面53和 第二接触面54在支承力下相互紧贴。在图5中，机械密封装置30的设计使 得液体29对第一密封件51起作用。
机械密封装置30包括预拉伸部件56,其对轴向可替换的密封件施加一 个预拉力，即对图5中的第一密封件51施加一个预拉力。由预拉伸部件56施加的预拉力使第一接触面53和第二接触面54相互替代。预拉力如此之大 以致在休息状态，也就是当离心机转子18不旋转且在初始状态时，第一接触 面53和第二接触面54之间形成间隙57,如图8所示。因此，在这些状态下 没有对轴向可替换的密封件51起作用及可能给接触面53， 54提供润滑的旋 转液体29。此外，间隙57的尺寸设计使其形成一个节流。当离心机转子18 从休息状态和初始状态加速时，节流将使来自到达并流经间隙57的旋转液体 29的液体的压强下降。由于此压降，空间28被充满，因此由液体29所产生 的支承力作用得到增强。
在图5中，预拉伸部件56是环形的且围绕转动轴x延伸设置。预拉伸部 件56延伸进入凹槽58,凹槽58设在第一密封件51内并构成轴向可替换的 密封件。凹槽58也围绕转动轴x延伸设置。预拉伸部件58也延伸进入凹槽 59,凹槽59设在第二分离部分2内，第二分离部分2上设可置换的第一密封 件51。凹槽59在图5中呈肩状。凹槽58比设在凹槽58内的预拉伸部件36 具有更大的轴向长度。
机械密封装置30还包括一个围绕转动轴x延伸的密封环，且该密封环设 置在轴向可替换的第一密封件31和第二分离部分2之间。在图5中，密封环 由用弹性材料制成的预拉伸部件36构成，例如任何合适的弹性聚合物材料或 天然的或人工合成的橡胶。图5还揭示了止动环60，该止动环60限制第一 密封件51的轴向置换，也就是决定间隙57的最大尺寸。
轴向可替换的第一密封件51具有第一压力面61,该第一压力面61朝向 空间28且远离接触面53,并具有投射到径向平面的第一表面面积。此外， 第一密封件31具有第二压力面62，该第二压力面62朝向空间28且朝向接 触面53,并具有投射到径向平面的第二表面面积。第一表面面积大于第二表 面面积，在图5中其表示由旋转液体29施加的全部作用力将使第一密封件 51压向第二密封件52。
图6揭示的是机械密封装置30的第二种变型。第一密封件51，其设置 在第一分离部分l上，比较图3和4，该第一密封件51由轴向可替换的密封 件组成。第二密封件2设置在第二分离部分2之上，这在图6中没有被揭示。第一密封件51在此变型中包括固定连接于第一分离部分1的支撑部件71。 预拉伸部件56设置于固定的支撑部件和第一密封件51之间。预拉伸部件56 包括对第一密封件51施加拉力的拉伸弹簧72，其中该拉力作用把第一密封 件51拉离第二密封件52。拉伸弹簧72可包括绕转动轴延伸设置的一个环形 螺旋弹簧或绕转动轴x平行设置的若干螺旋弹簧。图6揭示有一个单独的密 封环73，其仅仅具有密封功能。第一密封件51还包括构成止动件的肩状物 74,其与第一分离部分1的肩状物75接触并且限制第一密封件51的置换， 从而限定间隙57的最大尺寸。
图7揭示的是机械密封装置30的第三种变型。第一密封件51，其设置 在第一分离部分1上，比较图1和2，该第一密封件51可由轴向可替换的密 封件组成。第二密封件2设置在第二分离部分2之上，这在图7中没有被揭 示。第一密封件51在第三种变型中包括固定连接于第一分离部分1的支撑部 件71。预拉伸部件56设置于固定的支撑部件71和第一密封件51之间。预 拉伸部件56包括对第一密封件51施加拉力的波形弹簧82，其中该拉力作用 把第一密封件51拉离第二密封件52。波形弹簧82绕转动轴x延伸设置。图 7揭示有一个单独的密封环73，其仅仅具有密封功能。波形弹簧82可由金属 材料或弹性材料制成，例如橡胶或弹性聚合物材料。波形弹簧82具有确定的 最小长度，其决定间隙57的最大尺寸。
图8揭示的是机械密封装置30的第四种变型。第四种变型不同于第三种 变型之处仅仅在于预拉伸部件56的设计，第四种变型的预拉伸部件56被设 计为把支撑部件71和第一轴向可替换的密封件围住的套管92。套管92对第 一密封件51施加拉力，其中该拉力作用把第一密封件51拉离第二密封件52。 套管92绕转动轴x延伸设置。套管92可方便地由弹性材料制成，例如天然 的或人工合成的橡胶或弹性聚合物材料。套管92具有确定的最小长度，其决 定间隙57的最大尺寸。
本发明并不仅限于上述揭示的实施例，也包括在下列权利要求范围内的 变化和修改。需要指出的是，轴向可替换的密封件可以设置在第一分离部分 1上也可以设置在第二分离部分2上。在所揭示的实施例中，所有入口和出
12口都指向同一方向。然而，需要指出的是，入口和出口也可以指向不同的方 向。在所有实施例中揭示的都是密封的离心分离器。然而，当例如仅仅只有 入口或出口的其中一个^皮密封，及例如一个配对部件-故用在一个或多个出口 处时，本发明也是适用的。需要指出的是，所揭示的离心分离器仅仅是按照 图示被披露，且本身已知的许多细节和组成部分在图示中并未显示。例如， 没有揭示用于排出烂泥的径向出口，其通常存在于许多种类的离心分离器中。 为各种不同的目的，机械密封装置可以适用于各种不同类型的离心分离器。
权利要求
1. 一种离心分离器，其包括第一分离部分(1)，第二分离部分(2)，其包括离心机转子(18)，其中至少所述第二分离部分(2)被安排在工作状态时绕转动轴(x)以确定的速度旋转，致使所述第一分离部分(1)和第二分离部分(2)相对于彼此旋转，并且至少所述第二分离部分(2)被安排在休息状态时不旋转，空间(28)，其连接所述第一分离部分(1)和第二分离部分(2)，且所述空间(28)被安排在工作状态时容纳含有介质的旋转液体(29)，机械密封装置(30)，其设置在空间(28)里以密封所述空间(28)，其中，所述机械密封装置(30)包括第一密封件(51)和第二密封件(52)，所述第一密封件(51)设置在所述第一分离部分(1)上且其具有第一接触面(53)，所述第二密封件(52)设置在所述第二分离部分(2)上且其具有与所述第一接触面(53)平行的第二接触面(54)，其中，所述机械密封装置(30)的设计使得所述旋转液体(29)在工作状态时作用于所述第一密封件(51)和第二密封件(52)的其中之一，并且所述机械密封装置(30)轴向置换所述其中之一的密封件以致所述第一接触面(53)和第二接触面(54)在支承力下相互紧贴，其特征在于所述机械密封装置(30)包括预拉伸部件(56)，所述预拉伸部件(56)被安排对所述轴向可替换的密封件(51，52)施加一个预拉力，所述预拉力使所述第一接触表面(53)和第二接触面(54)相互替代，所述预拉力如此之大以致在休息状态时所述第一接触面(53)和第二接触面(54)之间形成间隙(57)，和所述间隙(57)的尺寸设计使其形成节流。
2. 根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于所述预拉伸部件(56) 绕所述转动轴(x)延伸设置。
3. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于所述预拉 伸部件(56)延伸进入凹槽(58)，所述凹槽(58)设在所述轴向可替换的密 封件(51, 52)内且绕所述转动轴(x)延伸设置。
4. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于所述预拉 伸部件(56 )延伸进入凹槽(59 )，所述凹槽(59 )设在所述可替换的密封件(51, 52)所在的所述第一和第二分离部分(1， 2)的其中之一内。
5. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于密封环(56, 73 )绕所述转动轴(x )延伸设置且其设在所述轴向可替换的密封件(51 ， 52 ) 和所述可替换的密封件(51, 52)所在的所述第一和第二分离部分(1， 2) 的其中之一之间。
6. 根据权利要求5所述的离心分离器，其特征在于所述密封环构成所 述预拉伸部件(56 )。
7. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于所述预拉 伸部件(56)由弹性材料制成。
8. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于所述轴向 可替换的密封件(51, 52)的其中之一具有第一压力面(61),其朝向所述空 间(28)且远离所述接触面(53)，并具有才殳射到径向平面的第一表面面积， 所述轴向可替换的密封件(51， 52 )的其中之一可能还具有第二压力面(62 )， 其朝向所述空间(28)且朝向所述接触面(53)，并具有投射到所述径向平面 的第二表面面积。
9. 根据权利要求8所述的离心分离器，其特征在于所述第一表面面积 大于所述第二表面面积。
10. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于所述第 一分离部分(1)包括至少一个用以输送所述介质进入所述离心机转子和/或自所述离心机转子内排出所述介质的通道。
11. 根据前述任一项权利要求所述的离心分离器，其特征在于所述第 一分离部分(1 )是一个固定的分离部分。
12. 根据权利要求11所述的离心分离器，其特征在于所述第一分离部 分(1)包括把所述离心机转子(18)围住的固定壳体(10)。
13. 根据权利要求11所述的离心分离器，其特征在于所述第一分离部 分(1)包括把所述第二分离部分(2)的旋转的入口和/或出口部件(11)围 住的固定连接部件(40)，其中所述入口和/或出口部件(11)形成至少一个 用以输送所述介质进入所述离心机转子(18)和/或自所述离心机转子(18) 内排出所述介质的通道。
全文摘要
本发明涉及一种离心分离器，其包括第一分离部分和第二分离部分，所述第二分离部分具有离心机转子且在工作状态时相对于所述第一分离部分旋转。与所述第一分离部分和第二分离部分连接的空间在工作状态时容纳旋转液体(28)。机械密封装置设在所述空间内以密封所述空间。所述密封装置包括位于所述第一分离部分上并具有第一接触面的第一密封件，和位于所述第二分离部分上并具有平行于所述第一接触面的第二接触面的第二密封件。所述液体在工作状态时作用于所述第一密封件或第二密封件并轴向置换其所作用的第一密封件或第二密封件，致使所述第一接触面和第二接触面相互紧贴。预拉伸部件对所述轴向可替换的密封件施加一个预拉力。所述预拉力使所述第一接触面和第二接触面相互替代以致形成间隙，所述间隙形成节流。
文档编号F16J15/16GK101506552SQ200780030459
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月20日
发明者K·克林滕斯泰特 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司