分離器用的固體刮削組件的製作方法
2023-07-20 21:27:16
專利名稱：分離器用的固體刮削組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於封密式轉筒分離器的刮刀組件，具體地說涉及用於將粘性固體從刮刀上刮離的這樣一種刮刀組件。
離心式分離器有許多不同種類，這些分離器適合於根據不同的比重將各種不同成分的混合物分離開來。封閉式轉筒離心分離器特別適合於分離如生物材料中的各種有害成分或在分離過程時不能對外界造成汙染的材料。為了保證特定的相關材料的純淨，且不會存在這種材料汙染外部環境，這些封閉式轉筒分離器的整個內部分離結構相對外部環境是密封的，並且整個分離過程是在該分離器內沒有從外部接觸分離結構的情況下自動進行的。
在一典型的分離過程的供料方式期間，諸如一種液體懸濁液(也稱之為供料或供料液體)之類的試樣研究材料通過合適的管路注入分離器的可旋轉分離轉筒中。當該轉筒以足夠產生高達20000G(重力)力的速度旋轉時，該試樣的懸浮顆粒從該液體濃縮物(centrate)中分離，並形成一「固體塊」緊緊附結在該轉筒的壁面上。隨著該轉筒的旋轉，該液體懸濁液不斷地注入該轉筒中，並且一種清澈的液體(即不帶固體成分的液體)不斷地從該轉筒中排出。液體懸濁液不斷地流過該轉筒，直到足夠多的固體已集結在該轉筒的內壁上，然後在排出及排洩操作過程中予以清除。在該壁面上集結足夠多的固體以便保證進行排洩操作之前通常要有數百加侖的液體懸濁液流過該轉筒。
然後，在分離過程的排出操作期間將液體從該轉筒中排出。取決於被分離的初始試樣，最終緊緊集結在轉筒的壁面上的固體可能具有很高的粘度，類似於花生醬的粘度。取決於分離器的種類，該液體濃縮物可從該轉筒中排出，或者使該轉筒停止並通過重力排出該液體，在該轉筒旋轉時使用一向心泵或撇流管，或者用任何其它合適的方法排出。
該分離過程的最終操作通常是一排出操作，此時該轉筒低速旋轉。一個通常已經安裝在該轉筒內的刮刀被移動到刮削位置，在此該刮刀的刀片被伸入密聚的固體中。通常，現有技術的刮刀刀片都是按平面布置連接到一支承軸上，一個處於另一個之上。該刮削作用迫使固體從該轉筒的壁面掉落，並使這些固體穿過轉筒掉落到一出口處。現有技術的刮削系統通常對粉狀固體或其它的較硬且較幹的固體有較好的作用，但對潮溼和粘稠的通常具有花生醬那樣的粘度的固體就不是很有效了。這些粘稠的固體總是要粘結到刮刀刀片上，且從轉筒壁面上分離並立即再粘附到刮削組件的一部分上，通常是粘附到支承軸的低位刀片上。一旦該粘結固體再粘到現有技術的分離器的刀片上，該固體就難以回收。
由於使用的混合物中的固體成分通常是希望進行進一步試驗或分析的成分，因此當分離過程完成後，任何這種固體物質殘留在分離器中難以接近的內部都被認為是有價值的損失。該分離過程的後續的清洗步驟和消毒步驟將立即汙染並毀壞那些未被收集的固體，並使它們變得無法使用。此外，如果不能按理想的那樣將所有從分離器內部分離出來的固體收集起來，則任何未清除的殘餘固體都會給該分離器的清潔系統造成過分的負擔。當清洗過程完成後，任何殘留的固體都將導致對後續添加材料的直接汙染，從而導致被分離的固體損失更多，並且如果在後面的實驗中使用這些不純的固體將可能導致實驗數據的不準確。
因此本發明的目的是為了提供一種能克服現有技術缺陷的離心式分離器。
本發明的另一目的是為了提供一種用於分離器的刮刀組件，它可克服粘結材料粘結到或附著到刀片上的趨向。
本發明的再一目的是為了提供一種離心式分離器，該分離器包括一刮刀組件，該組件比現有技術的刮刀分離器可有效地刮除更大量的固體。
本發明的另一目的是為了提供一種與離心式分離器一起使用的刮刀組件，該離心式分離器可使從轉筒的壁面上刮除各種固體物時的刮削力最小，而使被刮削且導向到該分離器的排出口的固體量最大。
本發明的另一目的是提供一種與離心式分離器一起使用的刮刀組件，它包括一個清洗組件，根據本發明該清洗組件可將刮刀上的任何殘留固體有效地清洗掉。
一種用於從離心式分離器轉筒的內壁上刮除由供給材料集結而成的固體的刮刀組件，該組件包括一個設置於該轉筒內沿垂直布置的縱向軸線的支承軸。該支承軸可在靜止位置和工作位置之間繞轉軸旋轉。沿縱向軸線至少有兩個縱向隔開的刮刀刀片被連接到該支承軸上，並且在該支承軸處於工作位置時該些刀片恰好與固體物相接觸。上刮刀刀片沿縱向軸線相對下刮刀刀片以一定角度錯開，從而由上刮刀刮除的任何集結的固體可自由地掉落，並避開該下刮刀刀片。
附圖的簡要說明為了充分理解本發明，下面結合各附圖作出詳細說明，其中
圖1是本發明的帶有刮刀組件的離心分離器的側剖視圖；圖2是沿圖1中的2-2線的剖視圖，它表示刮刀處於靜止位置的本發明刮刀組件；圖3是類似於圖2所示的分離器側剖視圖，它表示刮刀處於工作位置的本發明刮刀組件；圖4是沿圖3中4-4線的分離器剖視圖，它表示該刮刀在工作時從該分離器轉筒的轉筒壁面上和在各擋板之間刮掉各種固體的情況；圖5是本發明刮刀組件的頂視圖，它表示一種相互錯開的刮刀布置及一支承軸；圖6是本發明刮刀的側視圖；圖7是圖6中表示的刮刀端視圖；圖8是沿圖6中8-8線剖取的該刮刀的剖視圖；圖9是沿圖6中9-9線剖取的該刮刀的剖視圖。
參見圖1，其示出一離心分離器10的剖視圖，該分離器10具有殼體12，進口14，出口16，及一個帶有敞開的下端20的圓筒形轉筒18。轉筒18處於該殼體12的腔室19中，並繞垂直設置的中心軸22旋轉。轉筒18包括一個連接到驅動軸26和電動機(未示出)上的上端24。正如熟悉本專業的專業技術人員所理解的那樣，必要時該轉筒18和驅動軸26可包括合適的軸承和密封裝置，以便在該轉筒以高速旋轉並分離處於該轉筒內的試樣材料時為該轉筒提供足夠的支承，同時使該轉筒內保持一隔離的環境。
轉筒18還包括一內壁面28。如圖1和4所示，有5個擋板30被連接到該壁面28上。這些擋板30的使用是眾所周知的且是常規的。各擋板30可改善分離性能，但不是實現本發明所必須的。
位於轉筒18內的是一刮刀組件32，該組件32包括轉軸52，連杆54，刮刀支承軸34及幾片刮刀36(圖中示出的是5片刮刀)。每片刮刀36包括裝配端38，連接臂40及刮削刀片42。該刮刀組件32的轉軸52通過軸瓦(或合適的軸承)44可旋轉地連接到殼體12上，並可繞轉軸56旋轉。支承軸34是由連杆54連接到轉軸52上，所以該轉軸任何角度方向的移動都將導致該支承軸34作弧形移動，其弧形半徑等於連杆54的長度(即該連杆限定了位於轉軸56的中心點和沿旋轉運動確定的圓上的一點之間的半徑)。支承軸34通過敞開的下端20延伸入轉筒18中，並在轉筒18中如圖2所示的靜止位置和圖3所示的工作位置之間旋轉。不管在轉筒18中的位置如何，支承軸34都與中軸22保持平行。如下所述必要時通過傳動裝置46轉軸52可以一定角度繞轉軸56移動或旋轉，所以位於轉筒18內的支承軸34可沿在靜止位置和工作位置之間的弧形軌跡運動。最好支承軸34移動的弧形軌跡靠近壁面28並位於刮刀36(下述的)之後，從而在刮削操作期間，位於工作位置的支承軸34是在被刮削的固體的「上遊」，因此如圖3所示可清除任何掉落的固體。
根據本發明，並如圖1，4和5所示，每個刮刀36按漸進的螺旋(類似於旋轉樓梯)相互錯開布置地安裝於支承軸34上，每個刮刀36是以角35設置(參見圖5)。任何常規的安裝方法，例如焊接，都可用於將每個刮刀36的每個安裝端38按理想的螺旋布置連接到支承軸34上。刮刀36被安裝到支承軸34上，以使每個刮刀36的各個連接臂40從支承軸34沿徑向向外(垂直於支承軸34)延伸，並以一定角度設置，以便形成理想的螺旋布置。每個刮刀36的刮削刀片42被連接到各自的連接臂40的徑向最外端上，並且刀片最好是垂直朝下且平行於中心軸22。當刮刀位於最接近壁面28的工作位置時，每個刮削刀片42的長度及形狀是與該轉筒18的壁面28的接觸區域的具體外形相一致的。
總起來說，當支承軸34位於工作位置時，所有的刮削刀片42的大小及形狀都是與轉筒18的形狀是高度一致的。如果在轉筒18中採用擋板30，則每個刮削刀片42的長度最好約等於兩相鄰擋板30之間的距離，以便每個刮削刀片42可配裝在兩相鄰擋板30之間，並可控制地延伸到位於該兩相鄰擋板30之間的轉筒18的壁面28上。重要的是刮刀36延伸到至少包括每個擋板30的上表面31在內的壁面28的最大表面區域，以便從轉筒18中排出的有用純固體的數量也是最大。
參見圖2和3，本發明的轉筒18的頂剖視圖示出了刮刀36的優選的錯開布置方案(以一定角度繞支承軸34設置)。刮刀36錯開布置的目的是使每個連接臂40不重疊，從而任何被刮削的固體都會避開位於刮刀下面的連接臂40而掉落，因此該些被刮削的固體物可自由地掉落，並通過轉筒18及敞開的下端20，並排出分離器10。
圖2中示出的位於靜止位置的支承軸34，被設置於遠離擋板30或轉筒18的壁面28的地方，以便轉筒18可自由地旋轉並使所裝載的材料分離。然而，在刮削過程中，該傳動裝置46被啟動使支承軸34從靜止位置移向工作位置，即沿圖2中箭頭48示出的方向移動。傳動裝置46將一預定大小的扭矩施加給朝工作位置移動的支承軸34，以使在轉筒18內的每個錯開的刮刀36的每個刮削刀片42相對於中心軸22沿徑向朝壁面28向外慢慢地且均勻地移動，最終與緻密的固體50的徑向最朝內的表面接觸並對其進行刮削。每個刮刀36不斷地將位於每個刮削刀片42所抵達區域內的緻密固體50刮掉，直到支承軸34在其工作位置內所能抵達的預定的極限行程為止，最好是使每個刮刀36的刮削刀片42剛好靠近壁面28，而不與該壁面28實際接觸。
如圖4所示，當固體材料從該轉筒18的壁面28上刮落時，固體50從一相鄰的擋板30上掉落下來並穿過敞開的下端20。如圖5所示每個刮刀36相互間錯開布置防止了任何連接臂40或刀片42與刮松的並掉落的固體50之間的接觸。各刮削刀片42及支承軸34彼此間及與中心軸22的相對位置還阻止了任何被刮削的固體與刮刀組件32的任一部件之間的接觸。如圖2和5所示，每個連接臂40的長度總起來說是這樣設置的，即使得所有刮刀36的刮削刀片42形成一個與該轉筒18的圓弧相似的圓弧。
每個刮刀36的具體「仰角」定義為連接臂40和連杆54之間的角，該「仰角」是預先設置的，最好是固定的。然而，申請人希望提供一可變的仰角，且隨支承軸34在靜止位置和工作位置之間移動而變化，以使刮刀36的刮削刀片42不管與壁面28的距離如何總是形成與壁面28一樣的圓弧。優先採用固定仰角方案的原因是結構簡單並便於清潔。
參見圖4，其示出了一刮削過程，其中所有刮刀36正在從壁面28和各擋板30上清除固體50。錯開布置的刮刀36使任何被清除的固體50穿過轉筒18自由地掉落，而不會再附著於任何其它刮刀36或支承軸34上。最上的刮刀及最下的刮刀36可包括沿其連接臂40整體形成的各刮削刃，或者象刮削刀具的延伸部分58那樣與轉筒18的形狀更好地吻合，從而保證在清潔操作之前達到最大的轉筒表面面積。
參見圖6至9，詳細表示了本發明的刮刀36。如圖8所示，優選的刮刀36包括一連接臂40，該連接臂40具有一個大致為截頭三角形的截面，並帶有一刮削刃60及一上表面62。如圖所示，刮削刃60相對水平參考線最好為45度，上表面62相對水平參考線大約為3度。該連接臂40包括一個直接連著(上遊)刮削刃60並將刮落的固體50朝下折轉到轉筒18的敞開下端20的導流面64。位於連接臂40上的刮削刃60可防止刮落的固體附著到連接臂40上。
與連接臂40類似，每個刮刀36的刮削刀片42最好也包括一個大致為截頭三角形的截面，如圖9所示，該截面包括一個刮削刃66，該刮削刃66由導流面68和與其相對應的面70相交確定。若相對水平向(圖9中的參考線69)測量時，導流面68呈45度，若相對垂直方向(圖9中參考線72)測量時表面70呈3度。每個刮削刀片42的刮削刃66被設計得可有效地刮削固體材料50，並如圖3所示將固體材料50刮離壁面28，然後使該刮離的固體朝內向轉筒18的中心軸22折轉，從而使任何固體自由離開下刮刀36或支承軸34。
在本發明的另一實施例中，流體管路74位於轉軸52，連杆54及支軸承34內。支承軸34還包括各噴嘴76，噴嘴一個在另一個的下面，並與刮刀36共面地設置。一種位於遠處的流體源(未示出)的諸如水之類的清洗流體以規定的流體壓力通過流體管路74和噴嘴76壓入，從而直接向連接臂40和每個刮刀36的刮削刀片42輸送液流或霧流。在其它的常規清洗過程中，這種定向流體可迫使殘留在刮刀36表面上的任何殘餘固體從轉筒18上大量地掉落下去。
作業中，在供料操作期間，將一試樣研究材料通過進口14加入轉筒18。轉筒18以規定的轉速與試樣材料一併旋轉，且該轉速足以抵消在轉筒18內所加入的試樣材料的重力作用。該轉筒的下端在整個分離操作中都是敞開的，但位於該轉筒下面用於收集固體的收集容器是用一實體門封閉的。一旦預定數量的研究材料被加入，則轉筒18的轉速就增加到足夠產生高達20000G的力的分離速度。隨著該轉筒旋轉，該材料通常分離成緊緊附著於壁面28上的固體和連續快速旋轉排出該轉筒底部並流進一濃縮罐中的清澈液體。這些固體的粘度取決於轉筒18的運轉速度，被分離的原始研究材料，以及相對於固體而保留的液體的量。對大多數生物及其它上的應用來說，分離出來的固體具有類似於花生醬那樣的稠密粘性是很平常的。
分離後，在排出操作期間，轉筒18慢慢減速並停止(為了避免擾亂緻密的固體)。一旦停止，殘餘的液體就從轉筒中自由地排出並部分地由密封的實體門流入殘餘液體罐中。
一旦殘餘液體從該轉筒中排出，則在排出過程中，分離出來的固體就可被清除。轉筒18以低速旋轉且打開實體門，從而使任何掉落的固體進入固體收集器(未示出)中。啟動傳動裝置46，使轉軸52旋轉，從而引起連杆54，支承軸34，及所有安裝的刮刀36沿轉筒18內的規定圓弧從圖2所示的靜止位置運動到圖3所示的工作位置。該傳動裝置46繼續將規定量的扭矩施加給轉軸52，轉軸52均勻地使刮刀36與緊密地附著在壁面28上的緻密固體產生重疊接觸。隨著固體50相對於各刮刀36的移動，刮刀36的刮削刃66及導流面68使預定量的固體50從壁面28和相鄰的擋板30上落向中心軸22。由於支承軸34處於刮削點的「上遊」並遠離中心軸22，且如圖1，2，3及5中所示每個刮刀36從頂端到底端是朝上遊逐步交錯布置的，因此固體50將通過該圓筒形轉筒18並沿中心軸22穿過敞開的下端20自由下落，且可避免與刮刀36或支承軸34的任何部分接觸。
當轉筒18以刮削速度旋轉時，支承軸34及所有刮刀36都將沿圓弧軌跡(由圖2中箭頭所示)移動，直到刮削刃60抵達預定的停止點為止，該停止點儘可能靠近轉筒18的壁面28而又與壁面28沒有實際接觸。然後，支承軸34反覆在靜上位置和工作位置之間移動以使從周圍的表面上刮離的殘餘固體達到最大。在本發明的另一實施例中，支承軸34可被驅動沿該圓弧軌跡以高的振蕩頻率(每分鐘2000和50000轉之間)來回運動(即往復運動)，並且理想的是採用刮刀組件32的共振頻率。整個刮刀組件32的有效振動將保證更多的固體從刮刀36及支承軸34上掉落下來。
一旦固體50從分離器10中被有效清除後，如上所述，清洗系統就被啟動，並且使清洗液體流入流體管道74中，並從噴嘴76中噴出，從而有效地清洗分離器10中所有殘餘的固體。
本專業的技術人員可得出其它實施例，但都屬於下述各權利要求的範圍。
權利要求
1.一種用於以高速將供給材料的固體成分分離出來的離心分離器，其包括一個具有內壁並繞一垂直設置的縱向軸線旋轉的轉筒，所述轉筒用於盛裝所述供給材料，所述內壁用於集結所述被分離的固體；一個至少支承兩個沿縱向隔開的刮刀刀片的支承軸，所述刮刀刀片用於與所述供給材料的集結固體接觸並將其從所述內壁上刮除，以便所述固體可沿縱向自由地掉落並穿過所述轉筒而進入集結區；所述刮刀軸可在靜止位置和工作位置之間移動，在靜止位置所述刮刀刀片位於遠離所述內壁的位置，在工作位置所述刮刀刀片與在所述壁面上的集結固體接觸；所述刮刀刀片相互之間以一定角度錯開布置，所以由至少兩個所述刮刀刀片的上刮刀刀片刮除的固體可沿所述縱向軸線自由地掉落，而不幹擾所述兩個刮刀刀片的下刮刀刀片。
2.一種用於從離心式分離器的轉筒內壁上刮除由供給材料集結而成的固體的刮刀組件，所述刮刀組件包括一個沿垂直設置的縱向軸線的位於所述轉筒內的支承軸，所述支承軸在靜止位置和工作位置之間可繞轉軸旋轉；至少兩個縱向隔開的刮刀刀片沿所述縱向軸線連接到所述支承軸上，並且在所述支承軸位於所述工作位置時這些刀片用於與所述固體接觸，上刮刀刀片以一定角度沿所述縱向軸線相對所述下刮刀刀片錯開布置，以便由所述上刮刀刀片刮除的任何集結的固體可自由地掉落，並避開所述下刮刀刀片。
全文摘要
一種用於將由供料集結的固體(50)從分離器轉筒(18)的內壁面(28)上清除的刮刀組件(32),其包括一個位於該轉筒(18)內並沿縱向軸線垂直設置的支承軸(34)。支承軸(34)可在靜止位置和工作位置之間旋轉。至少兩個縱向隔開的刮刀(36)沿縱向軸線連接到支承軸(34)上,並當支承軸(34)位於工作位置時用於與固體(50)接觸。上刮刀(36)沿該縱向軸線相對下刮刀(36)錯開布置,以便任何由上刮刀(36)刮離的集結固體(50)可自由掉落並避開下刮刀(36)。
文檔編號B04B11/08GK1202840SQ96198442
公開日1998年12月23日 申請日期1996年10月24日 優先權日1995年10月24日
發明者羅伯特·B·卡爾 申請人:卡爾塞帕雷什斯公司