利用離心力分離雜質的旋風雜質分離器的製作方法
2023-10-10 17:52:09 3
專利名稱：利用離心力分離雜質的旋風雜質分離器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋風式分離器，其利用離心力而從液體冷卻劑(如，用於工具機中的切削液和磨削液)中分離固體雜質。更具體地，本發明涉及一種結構，其防止液體冷卻劑在將雜質從其中除去後起泡。
背景技術：
在切削金屬工件的過程中，主要由水構成的水溶性液體冷卻劑用於延長刀具的壽命，提高切削的精度和快速地除去碎屑。這種水溶性液體冷卻劑可重複使用。因此，應該從液體冷卻劑快速地除去固體雜質，如，碎屑和金屬顆粒。
迄今知道的用於除去這樣的雜質的方式是旋風式分離器。旋風式分離器包括主體、進口單元、清潔室(clean room)和連通管。主體在其下端具有排出口(discharge port)。進口單元將含有固體雜質的不潔液體冷卻劑引入主體中。清潔室設置在主體的上端。連通管將已在主體中清潔的液體冷卻劑引入到清潔室中。
該主體為圓錐形的中空體，並且其直徑向著排出口逐漸減小。進口單元設置在主體的上端並且將不潔液體冷卻劑注入主體中。不潔液體冷卻劑以渦流(eddy stream)的形式沿著主體的內表面流下。因此，在主體中產生的冷卻劑渦流提供了離心力。離心力將雜質從液體冷卻劑中分離。已分離的雜質沿著主體的內表面落下，並且通過排出口從主體排出。
沿著主體的內表面流下的冷卻劑的渦流，從靠近排出口處開始向上流。即，在主體的中心線上形成了向上的渦流，它從排出口向清潔室移動。該向上渦流包括柱形空氣層和清潔冷卻劑層。柱形空氣層通過連通管，到達清潔室。清潔冷卻劑層沿著柱形空氣層的外圓周表面上升。
將在主體中清潔的液體冷卻劑和向上渦流一起引入清潔室，然後進入冷卻劑箱。
在常規的旋風式分離器中，柱形空氣層和圍繞該空氣層的冷卻劑層沿著主體的中心線向上移動，且不相互混合。其穿過連通管，到達清潔室。
在常規的旋風式分離器中，位於連通管下遊端的出口(outlet port)直接開在清潔室上。不可避免地，空氣層和冷卻劑層相互混合。即，空氣混合入液體冷卻劑。
所以，液體冷卻劑在清潔室中猛烈地冒泡，形成大量的泡沫。在液體冷卻劑流入冷卻劑箱時，泡沫進入冷卻劑箱。冷卻劑箱不可避免地充滿了泡沫，其可能溢出冷卻劑箱。
為了防止溢出，向已清潔的液體冷卻劑加入消泡劑，或者在主體外設置用於消泡的裝置。
但是，眾所周知，消泡劑是降低液體冷卻劑的冷卻效率的因素。反覆使用含有消泡劑的液體冷卻劑會導致不良切削結果或者會縮短刀具壽命。
如果使用消除冷卻劑中的泡沫的裝置，那麼將液體冷卻劑再使用的系統是需要高昂運轉費用和巨大安裝空間的大型系統。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種用於從液體中分離雜質的旋風式分離器，其中可以不使用消泡劑或者用於消泡的裝置，就可防止已清潔的液體起泡。
為了實現這個目的，根據本發明的實施例，用於從液體分離固體雜質的旋風式分離器包括中空的圓柱形主體，其在下端具有排出口；進口，其將含有固體雜質的液體引入主體，且使液體在主體中打轉；清潔室，其設置在主體的上端；和連通管，其將清潔室與主體的內部連通。
在該旋風式分離器中，包含在液體中的雜質利用液體在主體中打轉產生的離心力而分離，因此使得這樣分離的雜質沿著主體的內表面落下並通過排出口而排出。生成與渦流的中心線對準的柱形空氣層，其中該渦流由於液體的打轉而產生，並且該空氣層通過連通管而從排出口流到清潔室。還形成了清潔液體層，其沒有雜質並且沿著柱形空氣層的圓周表面而上升。在將清潔液體沿著空氣層的圓周表面導入清潔室後，將其從清潔室排出。
根據本發明的在旋風式分離器中，多孔分離管設置在清潔室中並且與連通管相連接。此外，第一貯存區設置在清潔室的底部，其中該第一貯存區圍繞分離管並且設置為臨時儲存流出分離管的液體，第二貯存區設置為臨時儲存從第一貯存區流出的液體，還有液體出口，其開口在第二貯存區中儲存的液體液面水平以下。
由於這種結構，在主體中清潔的液體從連通管流入分離管。清潔液體沿著柱形空氣層的圓周表面而上升。當液體到達分離管時，其流入第一貯存區並且儲存在第一貯存區中。換言之，形成了圍繞分離管的注有液體的第一貯存區。因此，僅可析出流入分離管的液體。
清潔液體從第一貯存區流入第二貯存區，並且臨時儲存在其中。液體從第二貯存區排出，最後通過液體出口從清潔室排出。冷卻劑出口位於儲存在第二貯存區中的液體液面水平以下。因此，在清潔室中，液體決不會與空氣混合。可靠地防止了液體起泡。
圖1是示出了結合本發明第一實施例的將雜質從液體冷卻劑中除去從而可再使用該冷卻劑的循環系統的側視圖；圖2是根據本發明的第一實施例的旋風式分離器的剖視圖；圖3是沿著圖2所示的線F3-F3截取的剖視圖；圖4是在本發明的第一實施例的主體中產生的渦流的剖視圖；和圖5是根據本發明的第二實施例的旋風式分離器的剖視圖。
具體實施例方式
參考圖1到4，對本發明的第一實施例進行說明。
圖1概述了循環系統的整體結構，在其中將雜質從液體中除去所以可再使用。該液體的一個例子是水溶性液體冷卻劑，其將供應給工具機1，如拋光機。從工具機1排出的液體冷卻劑含有雜質，如，碎屑和金屬顆粒。
液體冷卻劑的雜質可能為磁性顆粒，如鐵粉。在這種情況下，首先將液體冷卻劑引入磁選機2中。磁選機2從液體冷卻劑中除去磁性顆粒。
在流經磁選機2後，液體冷卻劑流入冷卻劑箱3的第一儲存室3a。通過第一泵4將液體冷卻劑從第一儲存室3a抽出，並通過入口管5供給旋風式分離器6，從而分離雜質。旋風式分離器6通過離心力分離磁選機2不能除去的微小顆粒雜質。分離器6設置在冷卻劑箱3上。旋風式分離器6分離的雜質作為碎渣排入到收集罐7。
因此，在旋風式分離器6中清潔的液體冷卻劑通過出口管8送回到冷卻劑箱3的第二儲存室3b。清潔的液體冷卻劑通過第二泵9從第二儲存室3b抽出，並通過輸送管10再次供應到工具機1。
液體冷卻劑可能包含非磁性雜質，如鋁或者銅。在這種情況下，液體冷卻劑從工具機1中直接導入冷卻液箱3的汙物室(未示出)。然後，從汙物室向旋風式分離器6供應液體冷卻劑。
以下將對用於循環系統的旋風式分離器6進行詳細說明。如圖2所示，旋風式分離器6包括中空主體20。主體20具有柱形部21和錐形部22。柱形部21是主體20的上部。錐形部22與柱形部21共軸。錐形部22的直徑向著主體20的下端逐漸減小。因此，主體20的內部是渦流形成室(eddy-generating chamber)23，其向著下端逐漸變窄。錐形部22在其下端具有排出口24。排出口24開在渦流形成室23上，並且位於收集罐7的正上方。
柱形部21具有進口25，其與入口管5相連接。進口25開口在渦流形成室23的上端部，並且在與柱形部21正切的方向突起。從入口管5引入進口25的液體冷卻劑在與柱形部21正切的方向噴入渦流形成室23。
清潔箱(clean case)26固定在主體20的上端。清潔箱26具有箱體27、底板28和頂板29。箱體27是中空圓柱體。底板28封閉箱體27的下端。頂板29封閉箱體27的上端且可以被移開。箱體27、底板28和頂板29形成了清潔室30，其中引入清潔的液體冷卻劑。底板28設置在柱形部21和箱體27之間，並且作為渦流形成室23和清潔室30之間的隔板。
連通管31固定在底板28的中心部分並且向下延伸。連通管31與主體20的中心線01對準並且穿過底板28。連通管31將渦流形成室23的頂部與清潔室30連接起來。
如圖2和3所示，清潔室30容納有多孔分離管(porous separatingpipe)33。分離管33延伸在連通管31上端和頂板29之間，並且與主體20的中心線01對準。分離管33為通過加工(如，具有許多微小通孔33a的衝孔金屬構件)形成的中空圓柱體。通孔33a可以讓清潔的液體冷卻劑通過。其直徑例如為1.0mm。
形狀類似中空圓柱體的分隔壁35豎立在作為清潔室30底部的底板28的上表面上。分隔壁35與分離管33共軸，並且圍繞分離管33。在分隔壁35和分離管33之間，設置有第一貯存區36，用來臨時存儲通過分離管33的通孔33a的清潔液體冷卻劑。第一貯存區36的位置設置在清潔室30的底部。因此，分離管33的下半部分浸在液體冷卻劑中。
分隔壁35與箱體27的內表面共同形成了第二貯存區37。該第二貯存區37設置為臨時存儲從分隔壁35溢流出的清潔冷卻劑。第二貯存區37與第一貯存區36共軸並且圍繞第一貯存區36。
清潔室30具有空氣積聚區38。該空氣積聚區38位於第一和第二貯存區36和37上。在第一貯存區36中的冷卻劑在其液面水平L1處暴露在空氣積聚區38中。在第二貯存區37中的冷卻劑在其液面水平L2處也暴露在空氣積聚區38中。
分離管33的上半部分位於空氣積聚區38中且具有出口39。當分離管33被阻塞時，流入分離管33的液體冷卻劑通過出口39而排出。出口39具有比通孔33a大很多的開口。
如圖2所示，箱體27具有冷卻劑出口41。冷卻劑出口41開在第二貯存區37上，並且其位置設置在第二貯存區37中的液體冷卻劑的液面水平L2以下。
出口管8與冷卻劑出口41相連接。出口管8從冷卻劑出口41向冷卻劑箱3的第二儲存室3b延伸。因此，液體冷卻劑通過出口管8從第二貯存區37流入冷卻劑箱3的第二儲存室3b。
節流部42形成在出口管8的上端。節流部42控制從第二貯存區37流向冷卻劑箱3的液體冷卻劑的流量。換言之，節流部42調節從冷卻劑出口41流出的液體冷卻劑的流量，從而將第二貯存區37中的液體冷卻劑的液面水平L2保持在預定位置。結果，液體冷卻劑的液面水平L2保持在冷卻劑出口41上方。
在這種結構的旋風式分離器6中，將含有磁選機2不能除去的微小顆粒雜質的液體冷卻劑通過進口25引入渦流形成室23。液體冷卻劑以與柱形部21正切的方向噴入渦流形成室23。因此液體冷卻劑如圖2中的粗螺旋所示，沿著柱形部21和錐形部22的內表面打轉而流下。
所以，在渦流形成室23中生成圍繞中心線01的渦流M。渦流M生成離心力，其從液體冷卻劑中分離微小顆粒的雜質，如碎屑。因此，這樣分離的雜質積聚在錐形部22的內表面，最後沿著錐形部22的內表面打轉而落下。最終，雜質作為碎渣與少量的液體冷卻劑一起排出了排出口24，並且收集到收集罐7中。
同時，沿著錐形部22的內表面流下的渦流M在排出口24附近受到向上力而轉向上。即，如細螺旋所示，生成向上渦流m。向上渦流m從排出口繞著渦流形成室23的中心線01打轉地流向清潔室30。
圖4是示意性地示出了向上渦流m的剖視圖。從圖4可以看出，向上渦流m包括空氣層44和冷卻劑層45。空氣層44形成了具有真空空心(vacuum hollow)46的圓柱。空氣層44從排出孔24延伸並通過連通管31，到達分離管33。冷卻劑層45由清潔的液體冷卻劑構成，即，其中除去了雜質的冷卻劑。冷卻劑層45圍繞空氣層44並且形成向上渦流m的外圍部。冷卻劑層45沿著空氣層44的外圓周表面從排出口24向分離管33上升。
當向上渦流m流入分離管33時，冷卻劑層45(即，清潔的液體冷卻劑)通過分離管33的通孔33a並流入第一貯存區36。該液體冷卻劑臨時儲存在第一貯存區36中。因此，分離管33的下半部分浸在存儲在第一貯存區36中的液體冷卻劑中。所以僅有液體冷卻劑可從流入分離管33的向上渦流m中析出。
因此，在渦流m到達設置在清潔室30中的空氣積聚區38以前，分離管33可將向上渦流m分為空氣和冷卻劑。這防止了冷卻劑在清潔室30中起泡。
如圖2中的箭頭所示，儲存在第一貯存區36中的液體冷卻劑溢流出分隔壁35，流入第二貯存區37。因此，液體冷卻劑臨時儲存在第二貯存區37中，並且最後經過出口管8從液體冷卻劑出口41流入冷卻劑箱3的第二儲存室3b。
具有節流部42的出口管8控制從冷卻劑出口41流出的液體冷卻劑的流量。因此，第二貯存區37中的液體冷卻劑的液面水平L2總保持在冷卻劑出口41以上。
因此，冷卻劑出口41不會在設置在清潔室30中的空氣積聚區38上開口。此外，因為空氣積聚區38是封閉和密封的空間，所以空氣不會通過冷卻劑出口41從空氣積聚區38滲漏。空氣決不會通過排出口24吸入主體20中，並且空氣層44將保持與渦流形成室23的中心線01對準。
在本發明的第一實施例中，當液體冷卻劑在主體20中清潔後回流入冷卻劑箱3時，空氣不會混入液體冷卻劑中。冷卻劑決不會起泡。不需要向液體冷卻劑中加入消泡劑。也不需要使用對液體冷卻劑進行消泡的裝置。
在上述結構的旋風式分離器6中，可假設分離管33的通孔33a具有較大的直徑，從而以高效率從分離管33吸出液體冷卻劑。但是，如果通孔33a的直徑過大，空氣層44會分散開，因而空氣會流入通孔33a。因此，在通孔33a處空氣會混入液體冷卻劑，從而起泡。
發明者進行的實驗顯示，當孔33a的直徑超過3.0mm時，流入通孔33a的空氣產生氣泡。考慮到這一點，通孔33a的優選直徑範圍是從0.5mm到2.5mm，更優選為直徑1.0mm。已經證實，如果分離管33的長度和直徑有所改變，都幾乎不會影響通孔33a的直徑。
在本發明的第一實施例中，出口管8具有節流部42，其保持液體冷卻劑的液面水平L2總是在第二貯存區37的預定位置。因此，與將閥門設置在出口管8上控制液體冷卻劑的流量的情況相比，所需要的部件的數量更少且將液體冷卻劑供應回到冷卻劑箱3的路徑更簡單。這簡化了系統的結構並且減少了其製造成本。
本發明不限於上述第一實施例。圖5示出了本發明的第二實施例。
第二實施例與第一實施例不同在於其用於將液體冷卻劑的液面水平L2保持在第二貯存區37中預定位置的結構不同。在任何其它結構方面，第二實施例與第一實施例相似。因此，與第一實施例中相同的部件以相同的附圖標記表示，而不再對其進行說明。
如圖5所示，與冷卻劑出口41相連接的出口管8具有均勻的直徑。流量控制閥51設置在出口管8上。流量控制閥51的位置設置在出口管8的上遊端，並且與冷卻劑出口41相鄰。流量控制閥51調節從冷卻劑出口41流出的液體冷卻劑的流量。該流量控制閥51包括閥室53、閥體54和手輪(handle)55。閥室53具有與出口管8相連接的通道52，其中液體冷卻劑從冷卻劑出口41流出而通過該通道52。閥體54固定在閥室53中，打開或者關閉通道52。當工作時，手輪55移動閥體54，其調節通道52的開口。因此，當手輪55工作時，將通道52的開口設置為所需值，從而改變了從冷卻劑出口41流出的液體冷卻劑的流量。
在本發明的第二實施例中，流量控制閥51可根據需要而調節從冷卻劑出口41流出的液體冷卻劑的流量。所以儲存在第二貯存區37中的液體冷卻劑的液面水平L2可以精確地位於所需位置，即冷卻劑出口41上方。在冷卻劑出口41中，沒有空氣會混合入液體冷卻劑中。這可靠地防止了液體冷卻劑起泡。
在將本發明應用於實踐中，分離管不限於通過加工衝孔金屬構件而形成。分離管也可以由金屬網而形成。
工業應用性根據本發明，沒有空氣混合入已清潔的液體。因此，液體完全不會起泡。不需要使用任何消泡劑。也不需要使用對液體冷卻劑進行消泡的裝置。
權利要求
1.一種用於從液體中分離固體雜質的旋風式分離器，其包括中空圓柱形主體，其在下端具有排出口；進口，其將液體引入所述主體，並使液體在所述主體中打轉，所述液體含有固體雜質；清潔室，其設置在所述主體的上端；和連通管，其將所述清潔室與所述主體的內部連接起來，其中，當液體在所述主體中打轉時，所述液體中所含有的雜質通過離心力被分離，這樣分離的雜質沿著所述主體的內表面落下，並通過所述排出口排出；生成柱形空氣層，其與由於所述液體打轉而生成的渦流的中心線對準，並且通過所述連通管從所述排出口流向所述清潔室，形成清潔的液體層，其沒有雜質並沿著所述柱形空氣層的圓周表面上升，並且所述清潔液體在沿著所述空氣層的圓周表面導入所述清潔室後從所述清潔室被排出，其特徵在於，在所述清潔室中設置有多孔分離管，且該多孔分離管與所述連通管相連接；並且提供有設置在所述清潔室底部的第一貯存區，該第一貯存區圍繞所述分離管且設置為臨時儲存流出分離管的液體；第二貯存區，其被設置為臨時儲存從所述第一貯存區流出的液體；以及液體出口，其開口在所述第二貯存區中儲存的液體的液面水平以下。
2.如權利要求1所述的用於分離固體雜質的旋風式分離器，其特徵在於，所述液體出口與排出管相連接，並且所述排出管具有節流部，其將儲存在所述第二貯存區的所述液體的液面水平保持在預定位置。
3.如權利要求1所述的用於分離固體雜質的旋風式分離器，其特徵在於，所述液體出口與排出管相連接，並且在所述排出管上設置有流量控制閥，所述流量控制閥調節從所述液體出口流出的液體的流量，從而將儲存在所述第二貯存區中的所述液體的液面水平設置在預定位置。
4.如權利要求1到3中任一項所述的用於分離固體雜質的旋風式分離器，其特徵在於，所述清潔室通過分隔壁與所述主體的內部隔離，所述分隔壁構成所述第一和第二貯存區的底部，所述第一和第二貯存區通過從所述分隔壁向上延伸的中空柱形壁而分隔，並且液體從所述中空柱形壁溢流出來，從所述第一貯存區流入所述第二貯存區。
5.如權利要求1到3中任一項所述的用於分離固體雜質的旋風式分離器，其特徵在於，所述清潔室具有設置在所述第一和第二貯存區上方的頂板，空氣積聚區設置在所述頂板和儲存在所述第一和第二貯存區中的液體的液面水平之間，並且所述分離管在所述連通管和所述頂板之間延伸，並具有在所述空氣積聚區上開口的出口。
全文摘要
一種分離器(1)，具有主體(20)，其中引入含有雜質的液體；清潔室(30)，設置在主體(20)上端；連通管(31)，連通在主體(20)和清潔室(30)之間；和多孔分離管(33)，安裝在清潔室(30)中。通過液體打轉在主體(20)中所產生渦流的中心線上，形成柱形空氣層(44)和沿著空氣層(44)圓周表面上升的清潔液體層(45)。空氣層(44)和液體層(45)通過連通管(31)引入分離管(33)。在清潔室(30)底部設有第一儲存區(36)，用於儲存通過分離管(33)的液體；第二儲存區(37)，用於儲存從第一儲存區(36)流入的液體；和液體出口(41)，用於排出清潔液體。液體出口(41)設置在比容納在第二儲存區(37)中的液體水平低的位置。
文檔編號B23Q11/00GK1805797SQ200480016668
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月16日 優先權日2003年6月16日
發明者田代實, 田代誠 申請人:株式會社分離