專利名稱：錐形活塞固體排泄離心分離機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及離心機(jī)，更具體地講涉及能夠自動(dòng)排泄在分離過程中聚集的固體的離心分離機(jī)。
背景技術(shù)：
公知多種不同種類的離心分離機(jī)，它們用于以基于比重的方式將非均勻混合物分離成多種成分。非均勻混合物，也可以被稱為進(jìn)料物質(zhì)或進(jìn)料液體，被注入到離心機(jī)的轉(zhuǎn)筒中。轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)，迫使具有較高比重的混合物顆粒通過沉積作用從液體中分離出來。結(jié)果，致密的固體塊緊壓靠在轉(zhuǎn)筒的表面上，而被澄清的液體，或“濾清液(centrate)”，從固體塊沿徑向向內(nèi)形成。轉(zhuǎn)筒可以以足以產(chǎn)生為重力20000倍的力的速度旋轉(zhuǎn)，以將固體從濾清液中分離。
固體沿轉(zhuǎn)筒的壁聚集，而濾清液被排出。在確定已經(jīng)聚集期望量的固體之后，分離機(jī)則被設(shè)置為排泄模式，在該模式下聚集的固體從分離機(jī)中被排出。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，采用內(nèi)部刮具以將固體從離心機(jī)轉(zhuǎn)筒的壁上刮除。
當(dāng)處理特定種類的材料時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的分離機(jī)具有多種不足。例如，多種分離機(jī)不適于完全排泄掉殘留的粘性固體，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)量很差。這對(duì)于高價(jià)材料例如制藥過程中所用的材料可能尤其有問題。另外，多種分離機(jī)在將進(jìn)料液體加速至轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，對(duì)供料物質(zhì)產(chǎn)生很高的剪切力，這可能會(huì)破壞敏感材料例如包括完整細(xì)胞的生物學(xué)物質(zhì)。
期望這樣一種類型的離心分離機(jī)，其可以高效用于所述類型的材料，也就是導(dǎo)致粘性聚集固體以及對(duì)在離心過程中所產(chǎn)生的剪切力敏感的材料。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種離心分離機(jī)，其可以很好地處理粘性固體，并可實(shí)現(xiàn)進(jìn)料液體的低剪切加速，使得所述分離機(jī)尤其適用于諸如制藥和生物材料的敏感材料。
分離機(jī)包括圓柱形轉(zhuǎn)筒，其包含帶有開口的錐形下側(cè)端部，在進(jìn)料模式操作的過程中，進(jìn)料液體被注射通過所述開口。在轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，所注入的進(jìn)料液體首先接觸轉(zhuǎn)筒的錐形下側(cè)端部的傾斜表面。隨著進(jìn)料液體繼續(xù)其輻射狀向外移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)加速力相對(duì)逐漸地賦予。進(jìn)料液體被最終分離成濾清液和固體，固體沿轉(zhuǎn)筒的內(nèi)側(cè)表面聚集。
分離機(jī)還包括活塞組件，其包含連接至活塞致動(dòng)器的錐形活塞，所述活塞安置在所述轉(zhuǎn)筒中，從而與其內(nèi)側(cè)表面處于緊配合的關(guān)系。在固體排泄模式的操作中，所述活塞致動(dòng)器將所述活塞沿軸向向下推壓，從而迫使聚集的固體經(jīng)由所述轉(zhuǎn)筒的錐形下側(cè)端部中的開口而從所述轉(zhuǎn)筒排出。錐形形狀相對(duì)促使所述固體的完全排泄。
在所公開的分離機(jī)中，活塞通過來自進(jìn)料液體的液壓壓力在進(jìn)料模式操作的過程中被保持在最上側(cè)位置?；钊V清液閥，其在進(jìn)料模式操作的過程中被推壓打開，以允許濾清液流出轉(zhuǎn)筒，并進(jìn)入通向?yàn)V清液排泄端口的通道中。當(dāng)在固體排泄模式操作的過程中活塞被向下推壓時(shí)，濾清液閥自動(dòng)關(guān)閉，阻止聚集的固體通入濾清液通道。
所公開的離心機(jī)還包括具有連接位置和脫離連接位置的兩部件式活塞軸。當(dāng)活塞軸處于脫離連接位置時(shí)，活塞被允許向上推并與轉(zhuǎn)筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)活塞軸處于連接位置時(shí)，活塞可以通過活塞致動(dòng)器沿軸向被推拉，這樣有助于固體排泄模式的操作。
本發(fā)明的其他方面、特征、和優(yōu)勢(shì)將從以下的詳細(xì)說明中清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的錐形活塞固體排泄離心機(jī)的剖視圖；圖2是圖1中的離心機(jī)的上側(cè)部分的詳細(xì)剖視圖；圖3是圖1中的離心機(jī)的局部剖視圖，示出了其在進(jìn)料模式下的操作；圖4是圖1的離心機(jī)的剖視圖，示出了其在固體排泄模式下的操作；圖5是圖1中的離心機(jī)的上側(cè)部分在活塞軸脫離連接以允許轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的詳細(xì)剖視圖；以及圖6是圖1的離心機(jī)上側(cè)部分在活塞軸被連接以在轉(zhuǎn)筒內(nèi)軸向移動(dòng)活塞時(shí)的詳細(xì)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了離心分離機(jī)的垂直剖面，而中間部分被移除，這樣還示出了水平剖面。離心分離機(jī)包括安裝在分離機(jī)殼體13的中心區(qū)域11內(nèi)的圓柱形分離機(jī)轉(zhuǎn)筒10。分離機(jī)轉(zhuǎn)筒10優(yōu)選為圓柱形轉(zhuǎn)筒，其具有相對(duì)較小直徑D和長(zhǎng)度L，從而L/D之比大約為5/1或更大。分離機(jī)包括活塞組件，其包含連接至活塞軸14的活塞12。如圖所示，活塞12具有錐形形狀，其匹配轉(zhuǎn)筒10的錐形進(jìn)料錐體17的形狀。在分離機(jī)的進(jìn)料模式操作過程中，進(jìn)料錐體17用作為進(jìn)料液體的旋轉(zhuǎn)加速器。
變速驅(qū)動(dòng)電機(jī)16通過傳動(dòng)帶17被連接至球式安裝的軸承和心軸組件20的驅(qū)動(dòng)帶輪18，而軸承和心軸組件20位于分離機(jī)殼體13的上側(cè)端部的環(huán)形延伸部21上。驅(qū)動(dòng)電機(jī)16被可控制地操作，以按期望的速度旋轉(zhuǎn)分離機(jī)轉(zhuǎn)筒10以分離進(jìn)料液體。
活塞軸連接筒體22安裝在活塞致動(dòng)器的十字頭24內(nèi)，活塞致動(dòng)器包括兩個(gè)活塞致動(dòng)器柱塞26，它們分別被安裝在活塞致動(dòng)器的相應(yīng)的筒體28內(nèi)。每個(gè)活塞致動(dòng)器柱塞26經(jīng)由十字頭24操作性連接至活塞軸14，以便響應(yīng)于在活塞致動(dòng)器端口29處引入的壓縮空氣或液壓流體而在分離機(jī)轉(zhuǎn)筒10內(nèi)升高和降低活塞12。正如以下詳細(xì)所述，活塞軸14包括兩個(gè)部件，取決于操作模式，它們可選擇性連接在一起或脫離連接，從而在所述兩個(gè)部件脫離連接時(shí)允許活塞12與轉(zhuǎn)筒10一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而在所述兩個(gè)部件相連時(shí)所述活塞12在轉(zhuǎn)筒10內(nèi)沿軸向移動(dòng)。
圖1中還示出了濾清液箱30、濾清液出口32和濾清液閥34，它們所有都涉及到在操作過程中從離心分離機(jī)排除濾清液、或被澄清的液體，以下將更加詳細(xì)說明。固體閥38安裝在分離機(jī)殼體13的下側(cè)端部區(qū)域39內(nèi)，位于向內(nèi)的凸緣41之下。固體閥38包括與進(jìn)料液體端口42相通的進(jìn)料液體通道40，以及與殘留液體排放端口46相通的殘留液體排放通道44。固體閥密封件48安置在凸緣41的下側(cè)表面上。固體閥38示出處于在分離機(jī)的進(jìn)料模式操作狀態(tài)下所要保持的關(guān)閉位置。固體閥38可以沿軸線49被旋轉(zhuǎn)到開放位置，以使在操作固體排泄模式操作的過程中聚集的固體可排泄通過分離機(jī)的下側(cè)端部。
圖2更詳細(xì)地示出了分離機(jī)的上側(cè)部分。兩部件式活塞軸14包括帶有連接部分52的上側(cè)活塞軸50、和下側(cè)活塞軸54。上側(cè)活塞軸50與下側(cè)活塞軸54彼此相互接合的方式將如下所述。圖2還示出了活塞密封件56，其密封活塞12與轉(zhuǎn)筒13的內(nèi)側(cè)表面之間的界面。密封件56為通常被稱為O型環(huán)裝載唇緣密封件的類型的密封件，并且是由包含特氟綸的彈性材料制成。在濾清液閥34關(guān)閉時(shí)，類似結(jié)構(gòu)的濾清液密封件57密封濾清液閥34與活塞12的上側(cè)部件之間的界面。
在圖2中，濾清液閥34示出處于開放位置，這可以通過從轂部60延伸的銷58向下推壓穿過活塞12的上側(cè)部件中的開口62而實(shí)現(xiàn)。由于濾清液閥34處于該開放位置，濾清液流經(jīng)小凹槽64。濾清液閥34只有當(dāng)活塞12相對(duì)于轂部60位于其最上側(cè)位置時(shí)才打開。隨著活塞通過活塞致動(dòng)器被向下推動(dòng)而離開銷58，彈簧66將濾清液閥稍微向上推壓至關(guān)閉位置，此位置在整個(gè)固體排泄過程中被保持。
圖3示出了分離機(jī)在進(jìn)料模式操作過程中的操作，在該操作過程中，轉(zhuǎn)筒10和活塞12高速旋轉(zhuǎn)。載有固體的進(jìn)料液體沿路徑68流到錐形進(jìn)料錐體17的內(nèi)側(cè)表面之上。在轉(zhuǎn)筒10高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的分離力的作用下，進(jìn)料液體被分離為聚集的固體70和相對(duì)沒有固體的濾清液72。來自濾清液72的液壓壓力將活塞12向上抵靠著轉(zhuǎn)筒的轂部60，同時(shí)將濾清液閥34保持處于開放位置。在濾清液72的內(nèi)側(cè)表面上，濾清液流經(jīng)濾清液閥34的凹槽64，并繼續(xù)沿排泄路徑向上，直至在濾清液排泄開口74處流出轉(zhuǎn)筒。
圖4示出了分離機(jī)在固體排泄模式操作的過程中的操作狀態(tài)。圖4是縱向剖視圖以示出活塞12的兩個(gè)分離的位置。在左側(cè)，活塞12正在向下移動(dòng)到一半，而在右側(cè)，活塞12則位于完全排泄操作的最下側(cè)位置，其錐形外側(cè)表面抵靠著錐形進(jìn)料錐體17的內(nèi)側(cè)表面。可以看到，在彈簧66的向上推力作用下，濾清液閥34被關(guān)閉。隨著活塞12向下移動(dòng)，聚集的固體70被壓出轉(zhuǎn)筒10的底部的開口76?；钊?2的錐形外側(cè)表面和錐形進(jìn)料錐體17的內(nèi)側(cè)表面被加工為精密配合，從而這兩個(gè)表面的擠壓動(dòng)作高效地排出盡可能多的固體70。排泄過程之后殘留的任何固體通過現(xiàn)場(chǎng)清除程序被清除，這是在活塞12通過活塞致動(dòng)器被返回至其最上側(cè)位置之后完成的。
圖5和圖6示出了活塞12與十字頭24之間的機(jī)械連接的結(jié)構(gòu)和操作。上側(cè)活塞軸50從十字頭24的下側(cè)延伸，并與其一起移動(dòng)，以響應(yīng)活塞致動(dòng)器的致動(dòng)。圖5示出了處于脫離連接位置的上側(cè)活塞軸，其中，所述上側(cè)活塞軸從下側(cè)活塞軸54的上側(cè)中空部分78被撤回。可以看到，中空部分78包括稍微較寬的室79，以下說明其的使用。上側(cè)活塞軸50沿其整個(gè)長(zhǎng)度是中空的，并且連鎖牽拉桿80安置在其中。在其下側(cè)端部，上側(cè)活塞軸50包括多個(gè)柔性指部81，其功能將在以下說明。
在上側(cè)端部，連鎖牽拉桿80通過機(jī)械的方式連接至位于連鎖筒體22內(nèi)的連鎖活塞82，例如通過圖中所示的水平銷84。連鎖活塞82通過彈簧83被推壓至向下的位置。在其下側(cè)部端86處，連鎖牽拉桿80具有展開的形狀，以用于將上側(cè)活塞軸50和下側(cè)活塞軸54鎖定在一起，如下所述。
在活塞軸處于圖5中所示的脫離連接的位置時(shí)，活塞12可以自由移動(dòng)以響應(yīng)除了由活塞致動(dòng)器產(chǎn)生的力以外的力。特別地，活塞12在進(jìn)料模式操作過程中通過液壓壓力被向上保持并與轉(zhuǎn)筒10一起旋轉(zhuǎn)，如上所述。應(yīng)清楚的是，在進(jìn)料模式操作的最開始時(shí)，在出現(xiàn)足夠的液壓壓力之前，活塞通過密封件56與轉(zhuǎn)筒10(圖3)的內(nèi)側(cè)壁之間的摩擦力被保持在其大致最上側(cè)位置。隨著液壓壓力產(chǎn)生，活塞然后被穩(wěn)固向上推動(dòng)成足以打開濾清液閥34。
圖6示出了處于連接位置的上側(cè)活塞軸，其中，上側(cè)活塞軸被插入下側(cè)活塞軸54的上側(cè)中空部分78(圖5)中。插入大體僅僅在固體排泄操作模式之前出現(xiàn)，當(dāng)活塞12處于轉(zhuǎn)筒10內(nèi)其最上側(cè)位置時(shí)，這是因?yàn)榛钊聞?dòng)器將上活塞軸50降低進(jìn)入下側(cè)活塞軸54中。然后，液動(dòng)或氣動(dòng)壓力88被提供以向上推壓連鎖活塞82，其反過來相對(duì)于上側(cè)活塞軸50向上推壓連鎖牽拉桿80。連鎖牽拉桿80的帶凸緣的下側(cè)部分86壓靠著指部81，并將它們推靠著室79的對(duì)應(yīng)壁，將上側(cè)活塞軸50和下側(cè)活塞軸54鎖定在一起。在該連接的結(jié)構(gòu)中，由活塞致動(dòng)器產(chǎn)生的軸向力使得活塞12沿軸向運(yùn)動(dòng)。這種連接的結(jié)構(gòu)在整個(gè)固體排泄模式操作的過程中被保持，其中活塞12向下移動(dòng)以排泄聚集的固體。在固體排泄完成時(shí)，活塞12被拉回到其最上側(cè)位置，而上側(cè)活塞軸50然后與下側(cè)活塞軸54脫離連接，以準(zhǔn)備進(jìn)料模式操作的下一個(gè)循環(huán)。如上所述，由于密封件56與轉(zhuǎn)筒10的內(nèi)側(cè)壁(圖3)之間的摩擦力使活塞12仍處于該位置。
很明顯，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離在此所公開的本發(fā)明內(nèi)容的前提下，可針對(duì)所公開的方法和裝置進(jìn)行改型和改造，并且因此，本發(fā)明不應(yīng)被視作為僅限于權(quán)利要求書的整個(gè)范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種離心分離機(jī)，其包括圓柱形轉(zhuǎn)筒，其包含帶有開口的錐形下側(cè)端部，在進(jìn)料模式操作的過程中，進(jìn)料液體被注射通過所述開口，所述轉(zhuǎn)筒在所述進(jìn)料模式操作的過程中操作而高速轉(zhuǎn)動(dòng)，以將所述進(jìn)料液體分離成濾清液和固體，所述固體沿所述轉(zhuǎn)筒的內(nèi)側(cè)表面聚集；以及活塞組件，其包含連接至活塞致動(dòng)器的錐形活塞，所述活塞安置在所述轉(zhuǎn)筒中，從而與其內(nèi)側(cè)表面處于緊配合的關(guān)系，所述活塞致動(dòng)器在固體排泄模式操作中操作而將所述活塞在所述轉(zhuǎn)筒中沿軸向向下推壓，從而迫使聚集的固體經(jīng)由所述轉(zhuǎn)筒的錐形下側(cè)端部中的開口而從所述轉(zhuǎn)筒排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述活塞包括濾清液閥，其具有所述進(jìn)料模式操作中的開放位置和所述固體排泄模式操作中的關(guān)閉位置，所述濾清液閥在所述開放位置操作成允許所述濾清液從所述轉(zhuǎn)筒流入通向所述分離機(jī)的濾清液排泄端口的通道中，所述濾清液閥在所述關(guān)閉位置操作而阻擋所述聚集的固體從所述轉(zhuǎn)筒通入所述濾清液排泄端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述濾清液閥是環(huán)形構(gòu)件，其大致位于所述活塞的中部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述活塞被構(gòu)造成在所述關(guān)閉位置偏壓所述濾清液閥，所述轉(zhuǎn)筒包括轂部，在所述進(jìn)料模式操作的過程中，所述活塞抵靠著所述轂部，并且所述轂部與所述活塞被協(xié)作構(gòu)造以使得，在所述活塞抵靠著所述轂部時(shí)，所述濾清液閥被推向所述開放位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述活塞包括一個(gè)或多個(gè)彈簧，所述彈簧操作成在所述關(guān)閉位置偏壓所述濾清液閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述轂部包括一個(gè)或多個(gè)向下延伸的銷，并且所述活塞包括一個(gè)或多個(gè)開口，所述銷延伸穿過所述開口，從而所述銷與所述濾清液閥接觸，并且在所述活塞抵靠著所述轂部時(shí)，將所述濾清液閥保持在所述開放位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述活塞與所述活塞致動(dòng)器之間的連接裝置操作成，在所述進(jìn)料模式操作的過程中，通過來自所述進(jìn)料液體的液壓壓力，允許所述活塞保持處于所述轉(zhuǎn)筒中的最上側(cè)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述活塞與所述活塞致動(dòng)器之間的連接裝置包括下側(cè)活塞軸，其從所述活塞向上延伸，并具有中空的上側(cè)部分；中空的上側(cè)活塞軸，其具有相對(duì)于所述下側(cè)活塞軸的第一位置和第二位置，所述第一位置為脫離連接位置，其中所述上側(cè)活塞軸從所述下側(cè)活塞軸的所述中空部分撤出，所述第二位置為連接位置，其中所述上側(cè)活塞軸被插入所述下側(cè)活塞軸的中空部分中并與其機(jī)械連接，所述上側(cè)活塞軸包括多個(gè)柔性、向下延伸的指部，所述指部處于松弛位置，允許所述上側(cè)活塞軸相對(duì)于所述下側(cè)活塞軸滑動(dòng)；連鎖牽拉桿，其位于所述上側(cè)活塞軸中，所述連鎖牽拉桿的下側(cè)端部構(gòu)造成，將所述上側(cè)活塞軸的指部向外壓靠著所述下側(cè)活塞軸的內(nèi)壁，以在所述連鎖牽拉桿相對(duì)于所述上側(cè)活塞軸被向上推壓時(shí)，將所述上側(cè)活塞軸和所述下側(cè)活塞軸鎖定在一起；位于所述上側(cè)活塞軸的上側(cè)端部處的施力機(jī)構(gòu)，其操作成選擇性相對(duì)于所述上側(cè)活塞軸將向上的力施加在所述連鎖牽拉桿上，以通過機(jī)械的方式將所述上側(cè)活塞軸與所述下側(cè)活塞軸連接在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的離心分離機(jī)，其特征在于，所述施力機(jī)構(gòu)包括連接鎖定筒體，所述連鎖牽拉桿延伸穿過所述連鎖筒體，所述連鎖筒體包括可致動(dòng)的活塞，其響應(yīng)于致動(dòng)力操作，以將向上的力施加至所述連鎖牽拉桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所示的離心分離機(jī)，其特征在于，所述致動(dòng)力為液動(dòng)力。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所示的離心分離機(jī)，其特征在于，所述致動(dòng)力為氣動(dòng)力。
全文摘要
公開了一種離心分離機(jī)，其包括圓柱形轉(zhuǎn)筒，其包含帶有開口的錐形下側(cè)端部，在進(jìn)料模式操作過程中，進(jìn)料液體注射通過所述開口。進(jìn)料液體被分離為濾清液和固體，所述固體沿轉(zhuǎn)筒的內(nèi)側(cè)表面聚集。活塞組件包括錐形活塞，其通過兩部件式活塞軸連接至活塞致動(dòng)器。在進(jìn)料模式操作過程中，活塞軸脫離連接，活塞通過進(jìn)料液體的液壓壓力被保持在最高側(cè)位置，并且活塞上的濾清液閥被推壓打開以允許濾清液流出到濾清液排泄端口。在固體排泄模式操作中，活塞軸被連接，并且活塞致動(dòng)器沿軸向向下推壓活塞，關(guān)閉濾清液閥并迫使聚集的固體從轉(zhuǎn)筒經(jīng)由轉(zhuǎn)筒的錐形下側(cè)端部中的開口排出。
文檔編號(hào)B04B11/06GK1968756SQ200580019485
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者羅伯特·B.·卡爾 申請(qǐng)人:瓦格納發(fā)展公司