JP4760201B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心力を利用して原液を固体分と液体分とに分離する遠心分離機、特にスクリュウにより分離した固体分を連続的に排出可能なスクリュウデカンタ型遠心分離機に関するものである。

下水処理、各種産業排水処理等の処理に於いて、固体分と液体分とを分離する処理に使用されるものに遠心分離機があり、又遠心分離機には分離した固体分を、内蔵したスクリュウコンベアにより連続的に排出するスクリュウデカンタ型遠心分離機がある。

特許文献１に示される様に、スクリュウデカンタ型遠心分離機では、高速回転される外胴ボウルと、該外胴内部に該外胴と所要の回転差で高速回転されるスクリュウコンベアを有し、前記外胴ボウルはケーシングに収納されている。

前記外胴ボウルに供給された固体を含む原液は、遠心力により液体と固体とに分離され、分離された液体は前記外胴ボウルの一端から前記ケーシングに流出し、前記外胴ボウルの壁面に堆積した固体は前記スクリュウコンベアにより掻取られ、前記外胴ボウルの他方の端面に向って送られ、前記外胴ボウルに穿設された排出孔より前記ケーシングに排出される。

スクリュウデカンタ型遠心分離機に於いて、処理する原液が有害物を含む場合、或は原液の液体が有機溶剤である場合は、ケーシングを密閉構造とする必要があり、更に、ケーシング内部が外気に対して正圧となる場合は、ケーシング内部の液体（固形分を含むミスト）が外部に漏出しない様に前記ケーシングの回転軸貫通部はシールされなければならない。

従来、回転軸貫通部（図２参照）をシールするシール装置としては、特許文献２に見られる様に、ラビリンスシールが知られている。

更に、ラビリンスシールとガスシールを併用したシール装置も知られている。

図６に於いて、ラビリンスシールとガスシールを併用したシール装置１８について説明する。

図６中、１９は装置の構造部材であり、該構造部材１９には孔２２が穿設され、該孔２２には回転軸２１が挿通され、該回転軸２１は細径となったネック部２４を有している。尚、前記構造部材１９の右側が装置の内部側を示している。

前記構造部材１９にはシール座２３が固着され、該シール座２３は環部２３ａを有し、該環部２３ａは前記孔２２に気密に内嵌している。

前記回転軸２１にはスリーブ２５が気密に嵌合され、前記回転軸２１は細径となった前記ネック部２４を有する。前記スリーブ２５の一端には前記ネック部２４に遊嵌する内縁部２６が形成され、他端には外径方向に延出するフランジ部２７が形成されている。該フランジ部２７に重合する様に回転環２８が回止されて前記スリーブ２５に設けられ、前記回転環２８の外周面と前記フランジ部２７の外周面とは面一となっている。前記スリーブ２５には回転環押え２９が外嵌し、該回転環押え２９によって前記回転環２８は前記フランジ部２７に押圧されている。前記回転軸２１と、前記スリーブ２５と、前記回転環２８と、前記回転環押え２９とは一体に回転し、回転部を構成する。

前記シール座２３にシールケース３１が固着され、該シールケース３１の前記シール座２３側端部には該シール座２３との境界部を跨ぐ様にラビリンスシール部３２が形成され、該ラビリンスシール部３２は前記フランジ部２７、前記回転環押え２９の外周面に所要の間隙を介して対峙している。前記シールケース３１は前記スリーブ２５の周囲にドーナツ状の空間を形成し、該空間を塞ぐ様にシールフランジ３３が前記シールケース３１に固着される。

前記スリーブ２５の周囲には、前記回転環押え２９と前記シールケース３１と前記シールフランジ３３により囲まれた空間が残置され、該空間にリング状のシールリング３４が収納され、該シールリング３４は前記シールフランジ３３に対して軸心方向に摺動自在に設けられ、スプリング３５により前記回転環押え２９に向って付勢されると共にピン４０によって回止されている。前記回転環２８の前記シールリング３４に対峙する面にはシール座３６が埋設され、前記シールリング３４の前記シール座３６に対峙する面にはエアポケット溝３７が円状に形成されている。

前記シールリング３４と前記シールケース３１との間には間隙が形成され、又前記シールリング３４と前記シールケース３１との間に２本のＯリング等のシール部材３８，３８が設けられ、前記シールリング３４と前記シールケース３１との間に前記シール部材３８によって封止された気密なリング状の間隙３９が形成される。

該間隙３９には窒素ガス等不活性ガスのシールガス供給源に接続されたシールガス供給路４１が連通され、前記シールリング３４の所要箇所にはＬ字状の連絡路４２が穿設され、該連絡路４２の一端は前記間隙３９に開口し、他端は前記エアポケット３７に開口している。

前記シールガス供給路４１、前記間隙３９にシールガスを供給すると、前記連絡路４２、前記エアポケット３７を通って前記シール座３６と前記シールリング３４との間隙からシールガスが全周から流出し、前記シール座３６と前記シールリング３４との間にガスシール層が形成され、前記シールリング３４、前記回転環２８間でガスシール部３０が構成される。

前記装置内部が外部に対して正圧となった場合、前記回転軸２１等からなる回転部と前記構造部材１９等の固定部との間は、前記ラビリンスシール部３２、及び前記ガスシール部３０によってシールされる。

ラビリンスシール、又はラビリンスシールとガスシールを併用した前記シール装置１８が、スクリュウデカンタ型遠心分離機に適用された場合、シールの対象は液、固形物のミスト状であり、これらが前記ラビリンスシール部３２に浸入すると、固形物でラビリンスシールの溝が埋り、前記ガスシール部３０のシール面に付着し焼付きを生じ、シール不良を招く虞れがあった。

又、従来ではシール不良を防止する為、定期的な清掃を必要としていた。

実開平３−５６６５２号公報

特開２００１−１３２６４０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、ケーシングを密閉構造とし、ケーシングの内外で圧力差を生じる遠心分離機に於いて、軸シール部に非接触型シール装置であるガスシールを用い、而も処理液中の固形物による焼付きを防止し、又清掃等の保守作業の軽減を図るものである。

本発明は、高速回転する外胴ボウルと、該外胴ボウル内に所要の回転差で回転する様に設けられた内胴スクリュウと、該内胴スクリュウ内に挿通され原液を供給するフィードパイプを具備し、前記外胴ボウルが密閉構造のケーシングに収納された遠心分離機に於いて、前記外胴ボウルを含む回転部と前記ケーシングとの間に非接触型のシール装置が設けられ、該シール装置の機内側に該シール装置のシール面より大径のフリンガを前記回転部に設けた遠心分離機に係るものである。

又本発明は、前記フリンガの周縁部に機内側に向って液返しが突設された遠心分離機に係り、又前記フリンガの外周面に所要の間隙を隔てて対峙する円筒部が前記ケーシング側に設けられた遠心分離機に係るものである。

又本発明は、前記シール装置は機内側から第１ラビリンスシール部、ガスシール部、第２ラビリンスシール部が配設されて構成された遠心分離機に係るものである。

又本発明は、前記フィードパイプの支持部と回転部との間にガスシール部が設けられ、前記回転部の端部に前記ガスシール部を遮蔽する円筒状の液受けが設けられた遠心分離機に係るものである。

更に又本発明は、前記液受けの先端部内縁に液返しが突設された遠心分離機に係り、又前記フィードパイプの支持部の内側に位置し、前記液返しに対峙する様にリング突条が設けられた遠心分離機に係るものである。

本発明によれば、高速回転する外胴ボウルと、該外胴ボウル内に所要の回転差で回転する様に設けられた内胴スクリュウと、該内胴スクリュウ内に挿通され原液を供給するフィードパイプを具備し、前記外胴ボウルが密閉構造のケーシングに収納された遠心分離機に於いて、前記外胴ボウルを含む回転部と前記ケーシングとの間に非接触型のシール装置が設けられ、該シール装置の機内側に該シール装置のシール面より大径のフリンガを前記回転部に設けたので、高速で回転する前記フリンガによって液、ミストが前記シール装置に浸入するのが防止され、焼付き等の虞れが解消され、長期に亘り安定した運転が可能となる。

又本発明によれば、前記フリンガの周縁部に機内側に向って液返しが突設され、又前記フリンガの外周面に所要の間隙を隔てて対峙する円筒部が前記ケーシング側に設けられたので、前記フリンガの回転により、液が前記シール装置により離反する方向に飛ばされ、更に前記フリンガの外周面と前記円筒部間の間隙により液、ミストの前記シール装置への浸入を抑制する。

又本発明によれば、前記シール装置は機内側から第１ラビリンスシール部、ガスシール部、第２ラビリンスシール部が配設されて構成されたので、回転部と固定部間のシール性能が向上する。

又本発明によれば、前記フィードパイプの支持部と回転部との間にガスシール部が設けられ、前記回転部の端部に前記ガスシール部を遮蔽する円筒状の液受けが設けられたので、液、ミストのシール装置への浸入が防止される。

更に又本発明によれば、前記液受けの先端部内縁に液返しが突設され、又前記フィードパイプの支持部の内側に位置し、前記液返しに対峙する様にリング突条が設けられたので、前記液返しから飛ばされた液が飛散することなく、前記リング突条に効果的に捕捉される等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１に於いて、スクリュウデカンタ型遠心分離機について略述する。

フレーム１に軸受ユニット２，３を介して、外胴ボウル４が回転自在に支持され、該外胴ボウル４の一端にはプーリ１０が取付けられ、該プーリ１０に本体駆動用モータ５がベルト６を介して連結され、前記本体駆動用モータ５により前記ベルト６、前記プーリ１０を介して前記外胴ボウル４が高速回転される様になっている。

該外胴ボウル４の内部には内胴スクリュウ７が同心に回転自在に内蔵され、該内胴スクリュウ７と前記外胴ボウル４の回転軸は遊星歯車式の差動変速機８により連結され、該差動変速機８の太陽歯車の差速回転軸９は減速機用制動モータ１１によって回転され、該減速機用制動モータ１１により前記差速回転軸９が回転されることで、前記外胴ボウル４と前記内胴スクリュウ７の相対回転比が設定され、該内胴スクリュウ７は高速で回転すると共に前記外胴ボウル４に対してもゆっくり回転する様になっている。

該外胴ボウル４は、前記フレーム１に取付けられたケーシング１２によって覆われ、前記内胴スクリュウ７の内部には該内胴スクリュウ７と同軸に延びるフィードパイプ１３が連通され、該フィードパイプ１３により前記内胴スクリュウ７内部に固体分を含むスラリー状の原液が供給される様になっている。

前記ケーシング１２は、下部に液体排出口１４、固体排出口１５を有しており、該液体排出口１４、前記固体排出口１５から、分離された液体、固体を排出する様になっている。

図２により、スクリュウデカンタ型遠心分離機の作用について概略を説明する。

前記本体駆動用モータ５により前記外胴ボウル４が高速で回転され、前記減速機用制動モータ１１により前記内胴スクリュウ７が高速で回転される。前記差動変速機８により前記外胴ボウル４と前記内胴スクリュウ７には回転差が設けられ、両者の回転差により該内胴スクリュウ７は前記外胴ボウル４に対してゆっくりと相対回転する。

前記フィードパイプ１３から前記内胴スクリュウ７内に原液が送給され、原液は該内胴スクリュウ７内部を通って前記外胴ボウル４へ移動し、該外胴ボウル４内部では遠心力により固体と液体とが分離され、固体は該外胴ボウル４の内壁に沈殿する。

分離された液体は、前記外胴ボウル４の一方の端面に設けられた排出孔１６から、前記ケーシング１２に流出し、前記固体は前記内胴スクリュウ７により前記外胴ボウル４の他方の端面に向って送られ、前記外胴ボウル４に穿設された排出孔１７より前記ケーシング１２に排出される。更に該ケーシング１２より吐出され、分離液は前記液体排出口１４より排出され、固体は前記固体排出口１５より排出される。

前記スクリュウデカンタ型遠心分離機に於いて、前記外胴ボウル４は高速で回転し、前記ケーシング１２は固定しているので、前記外胴ボウル４の回転軸が前記ケーシング１２を貫通する部分にはシール装置が設けられる。

特に、前記ケーシング１２内部が外気に対して正圧となる場合、原液に有害物が含まれる場合、或は原液の液体が有機溶剤である様な場合は、前記ケーシング１２内部の液体（固形分を含むミスト）が外部に漏出しない様に該ケーシング１２の回転軸貫通部Ａ（図２参照）はシールされなければならない。

本発明の実施の形態では、該回転軸貫通部Ａに以下に説明する非接触型のシール装置４５が設けられ、前記フィードパイプ１３の軸端部の支持部Ｂに非接触型のシール装置４６がそれぞれ設けられる。

図３、図４に於いて、前記シール装置４５について説明する。尚、図６中で示したものと同等のものには同符号を付し、その詳細については説明を省略する。

前記ケーシング１２の回転軸貫通部Ａに前記シール装置４５が気密に設けられる。

回転軸２１は機外側に向って第１細径部５１、第２細径部５４、第３細径部５５と段階的に径が細くなる段付形状となっており、前記第１細径部５１にドーナツ円板状のフリンガ５２が嵌着され、該フリンガ５２は後述する回転環２８より大径であり、該回転環２８の外周面より更に外側迄延出している。該フリンガ５２の外周部には機内側に向って突出する液返し５３が形成されている。該液返し５３は中心から外周に向って機内側に傾斜する傾斜面、或は湾曲する湾曲面となっている。

前記第２細径部５４には前記回転環２８が嵌着され、更に前記第２細径部５４には回転環押え２９が外嵌されており、該回転環押え２９により前記回転環２８が軸の段差面に押圧され、前記フリンガ５２が前記回転環２８を介して軸の段差面にそれぞれ押圧されている。

前記ケーシング１２の回転軸貫通部Ａ（図２参照）には、シール装置取付け孔５６が設けられ、該シール装置取付け孔５６にシールケース５７が嵌合され、嵌合部はＯリング等のシール部材５８によりシールされている。前記シールケース５７の機内側端部（以下内端部）にはラビリンスリング５９が内嵌され、該ラビリンスリング５９は前記回転環２８の外周面と対峙し、第１ラビリンスシール部６１を構成する。

前記ラビリンスリング５９を固定する様にラビリンスリング押え６２が前記シールケース５７の内端に固着されており、前記ラビリンスリング押え６２の内周部には円筒部６３が形成され、該円筒部６３は前記フリンガ５２の外周面と僅かな隙間を隔てて対向している。前記円筒部６３の内端は前記液返し５３の頂点と軸心方向で同位置となっている。又、前記ラビリンスリング押え６２の最下位置には前記円筒部６３を径方向に貫通するドレン孔６０が設けられている。

前記シールケース５７の機外側端（以下外端）にはシールフランジ６４が固着され、該シールフランジ６４、前記シールケース５７、前記回転環２８によってリング状のシールリング収納空間が形成され、該シールリング収納空間にシールリング３４が収納されている。

該シールリング３４の収納構造は、図６に於いて説明したと同様であり、スプリング３５により前記回転環２８に向って付勢され、又ピン４０によって回止されている。前記シールリング３４と前記シールケース５７との間にはシール部材３８，３８によって封止された間隙３９が形成され、該間隙３９は連絡路４２によってエアポケット３７に連通され、又シールガス供給路４１によって図示しないシールガス供給源に接続されている。前記シールリング３４、前記回転環２８によりガスシール部３０が形成される。

前記シールフランジ６４の外端にはシールカップリング６５が固着され、該シールカップリング６５と前記第３細径部５５との間には第２ラビリンスシール部６６が設けられている。

前記シール装置４５の作用について説明する。

前記スクリュウデカンタ型遠心分離機の運転状態では、前記ケーシング１２内が正圧となっており、又該ケーシング１２内部では前記回転軸２１、前記外胴ボウル４が高速で回転している。

遠心分離で分離された液体は、前記排出孔１６よりオーバフローし、高速回転により前記ケーシング１２の内壁に飛ばされ、該内壁を伝って流下し、前記液体排出口１４より排出される。又、ミスト状となった液体は、前記外胴ボウル４の回転に追従して回転される。前記フリンガ５２周辺のミスト、或は該フリンガ５２に付着した液体は、該フリンガ５２の回転に連回り、中心から外方に沿って移動する。前記フリンガ５２の周縁には前記液返し５３が形成されているので、連回ったミスト、液体は周囲に飛ばされると共に機内側に向けられる。

従って、ミスト、液体は前記液返し５３と前記円筒部６３間の間隙から、前記ラビリンスリング５９側に浸入することが防止される。

更に、機内と機外とは前記第１ラビリンスシール部６１、前記ガスシール部３０、前記第２ラビリンスシール部６６の３段階でシールされ、高い気密性が得られる。

次に、スクリュウデカンタ型遠心分離機が停止される場合、前記外胴ボウル４による回転の遠心力が無くなるので、前記ケーシング１２内の液体が一度に落下する。

前記フリンガ５２の外周面は前記円筒部６３により覆われており、更に液体の落下方向と、前記フリンガ５２と前記円筒部６３との間の隙間の方向は、直交しているので、液体の落下により前記間隙から前記第１ラビリンスシール部６１側に液体が浸入することはない。

又、停止行程で外胴ボウル４の回転が低くなると外胴ボウル４内に保持されていた原液（又は水）が遠心力に打勝って一気に落下する。この際、原液が排出孔１６から軸方向に吐出し、シール装置４５側、例えばフリンガ５２に噴流となって衝突する。この時フリンガ５２の回転が低い為回転による振飛ばし効果は期待できない。衝突した原液はフリンガ５２側面と先端の液返し５３の作用により、外胴ボウル４側へ噴流の向きを変える。これによりシール装置４５への噴流の浸入を最小限とする。僅に浸入した液はラビリンス５９の側面に当り向きを変えられ、ラビリンスリング６２の下部に流下し、更に前記ドレン孔６０からシール装置４５側へ排出される。

而して、固形物によりラビリンスシールの溝が埋り、或は前記ガスシール部３０のシール面に固形物が付着することが防止される。

次に、図５に於いて、前記シール装置４６について説明する。尚、図５中、図１〜図４中で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、図５中、６８はフレーム１（図２参照）に設けられたブラケットを示している。

ブラケット６８にリング状のシールケース６９が固着され、該シールケース６９の反プーリ１０側にシールフランジ７１が固着されている。該シールフランジ７１は、前記プーリ１０側に突出するリング状の凸部７２を有し、該凸部７２が前記シールケース６９に嵌合している。又、前記凸部７２の先端内縁部全周には土手部７３が形成され、前記凸部７２の内側にはリング突条７４が同心に突設されている。前記シールフランジ７１の下部にはドレン流路８０が穿設され、該ドレン流路８０の一端は前記凸部７２の内周面の最下位置に開口すると共に他端は前記シールフランジ７１の下面に開口している。

前記プーリ１０を貫通する前記フィードパイプ１３が前記シールフランジ７１に支持され、該シールフランジ７１と前記フィードパイプ１３間はＯリング等のシール部材７０が介設されている。

前記プーリ１０の前記ブラケット６８に対峙する端面にリング状の環座７５が固着されている。該環座７５は円筒部７６を有し、該円筒部７６に嵌合された回転環２８が前記環座７５に取付けられ、前記回転環２８は前記環座７５に回止されている。又、前記プーリ１０と前記環座７５間、該環座７５と前記回転環２８間にはそれぞれシール部材８１，８２が介設され接合面がシールされている。

前記円筒部７６の端面に略円筒形状の液受け７７が固着され、前記環座７５と前記液受け７７とにより前記回転環２８の内周部が挾持されている。前記液受け７７は前記凸部７２と前記リング突条７４との間に延出しており、先端部は前記リング突条７４と対向し、先端部内縁には液返し７８が突設されている。前記シールケース６９、前記凸部７２、前記回転環２８、前記液受け７７とで形成される空間にはシールリング３４が収納されている。該シールリング３４の収納構造については、前記シール装置４５で説明したと同様である。前記液受け７７は前記シールリング３４を収納する空間と前記フィードパイプ１３の周囲とを遮蔽するカバーとしても機能している。

前記本体駆動用モータ５により前記プーリ１０が高速回転されると、前記環座７５、前記回転環２８、前記液受け７７が一体に高速回転する。シールガス供給路４１からシール座３６と前記シールリング３４との間にシールガスが供給されることでガスシールが形成される。

前記フィードパイプ１３の周囲から前記液受け７７の内部に浸入した液体、或はミストは、前記液受け７７と連回り、更に前記液返し７８により中心側に飛ばされる。飛ばされた液体は前記リング突条７４に当接して流下し、前記液受け７７の下側に溜り、前記液返し７８を越え前記ドレン流路８０から排出される。

従って、前記フィードパイプ１３の支持部に漏出した液体、ミストが前記シールリング３４、前記回転環２８のシール面に浸入することはなく、固形物がシール面に付着することが防止される。

又、スクリュウデカンタ型遠心分離機が停止された場合、前記液受け７７と連回っていた液体は一度に落下するが、一旦前記液受け７７の下部に溜り、更に前記凸部７２の内周面の下部に落下し、前記土手部７３により機内側への移動が妨げられ前記ドレン流路８０から排出される。

従って、スクリュウデカンタ型遠心分離機の停止時にも、ガスシール部に液体が浸入することが防止される。

上述した様に、回転部と固定部との間は、ガスシール、ラビリンスシールでシールされ、前記ケーシング１２が気密に保持され、処理する原液が有害物を含む場合、或は原液の液体が有機溶剤である場合にも、ケーシング１２から有害物、有機溶剤が漏出することが防止される。又、回転部と固定部との間は非接触でシールされているので、摩耗が無く、メンテナンスが容易である。

本発明が実施されるスクリュウデカンタ型遠心分離機を示す一部を破断した斜視図である。 該スクリュウデカンタ型遠心分離機の概略断面図である。 本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。 図３の部分拡大図である。 本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。 従来のシール構造を示す断面図である。

符号の説明

１ フレーム
４ 外胴ボウル
５ 本体駆動用モータ
７ 内胴スクリュウ
８ 差動変速機
１０ プーリ
１１ 減速機用制動モータ
１２ ケーシング
１３ フィードパイプ
１４ 液体排出口
１５ 固体排出口
２１ 回転軸
３０ ガスシール部
３４ シールリング
３６ シール座
３９ 間隙
４１ シールガス供給路
４２ 連絡路
４５ シール装置
５２ フリンガ
５３ 液返し
５６ シール装置取付け孔
５７ シールケース
５９ ラビリンスリング
６２ ラビリンスリング押え
６３ 円筒部
６８ ブラケット
７１ シールフランジ
７２ 凸部
７３ 土手部
７４ リング突条
７６ 円筒部
７７ 液受け
７８ 液返し
８０ ドレン流路

Claims (6)

1. 高速回転する外胴ボウルと、該外胴ボウル内に所要の回転差で回転する様に設けられた内胴スクリュウと、該内胴スクリュウ内に挿通され原液を供給するフィードパイプを具備し、前記外胴ボウルが密閉構造のケーシングに収納された遠心分離機に於いて、前記外胴ボウルを含む回転部の回転軸が前記ケーシングを貫通し、該ケーシングと前記回転軸との間に非接触型のシール装置が設けられ、該シール装置の機内側に、前記ケーシング内部にに臨接し、前記シール装置のシール面より大径のフリンガを前記回転軸に設け、該フリンガの周縁部に液返しが突設され、該液返しは中心から外周に向って機内側に傾斜する傾斜面又は湾曲する湾曲面を有し、前記フリンガは前記回転軸と連回りしミスト、液体を前記液返しによって機内側に飛ばし、前記ミスト、液体が前記シール装置に浸入することを抑止することを特徴とする遠心分離機。
2. 前記フリンガの外周面に所要の間隙を隔てて対峙する円筒部が前記ケーシング側に設けられた請求項１の遠心分離機。
3. 前記シール装置は機内側から第１ラビリンスシール部、ガスシール部、第２ラビリンスシール部が配設されて構成された請求項１の遠心分離機。
4. 前記フィードパイプの支持部と回転部との間にガスシール部が設けられ、前記回転部の端部に前記ガスシール部を遮蔽する円筒状の液受けが設けられた請求項１の遠心分離機。
5. 前記液受けの先端部内縁に液返しが突設された請求項４の遠心分離機。
6. 前記フィードパイプの支持部の内側に位置し、前記液返しに対峙する様にリング突条が設けられた請求項５の遠心分離機。
   
   

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