用于离心分离器的分离盘以及用于制造分离盘的方法

摘要

本发明涉及一种用于离心分离器的分离盘(1)以及用于制造分离盘的方法。分离盘由金属材料制成并且适于在离心转子内侧在分离盘堆叠中压缩用来分离液体混合物，分离盘(1)具有截头圆锥形状，其具有内表面(2)和外表面(3)以及在内表面(2)和外表面(3)中的至少一个上方延伸特定高度的多个间隔构件(4,5)，用于在该堆叠中彼此相邻的分离盘之间提供间隙，其特征在于，间隔构件(4,5)具有如此小的大小，使得间隔构件中的每一个沿着分离盘(1)的表面(2,3)具有小于2mm的宽度，分离盘(1)的表面(3,4)以如下方式配置成具有较小大小的间隔构件(4,5)的分配图案，即以致在压缩的盘堆叠中提供等距间隙。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于离心分离器的分离盘和用于制造分离盘的方法。特别地，本发明涉及一种分离盘，其由金属材料制成并且适于在离心转子内侧在分离盘的堆叠中压缩用来分离液体混合物，分离盘具有截头圆锥形状，具有内表面和外表面以及在内表面和外表面中的至少一个上方延伸特定高度的多个间隔构件，用于在堆叠中彼此相邻的分离盘之间提供间隙。

背景技术

金属分离盘结合相对结实并且较大大小的离心分离器使用以分离液体混合物；其中，分离盘的大小相对较大并且经受高离心和液体力。

分离盘以一定相互距离堆叠以在它们之间形成间隙。待在离心转子中分离的液体混合物被传导通过间隙，其中，在离心分离器操作期间，液体混合物被分成不同密度的相。由布置于每个分离盘的表面上的所述间隔构件设置间隙。存在形成这样的间隔构件的多种方法。它们可通过将呈金属板窄条带或小圆形形式的单独构件附连到分离盘而形成，通常通过将它们点焊到分离盘的表面上而形成。分离盘也可由与分离盘本身的材料形成为整体的间隔构件制成。用于制造具有一体地形成的间隔构件的分离盘的已知的技术公开于例如WO 2007/055630 A1和US 6526794 B1中。

在分离盘之间的间隙大小取决于间隔构件从表面延伸或突伸多少，即间隔构件的高度。确定间隔构件的间隙或高度的大小的尺寸涉及考虑不同的方面。例如，其将取决于在液体混合物中悬浮的固体(淤积物)的类型和量。一般而言，高度(或间隙大小)将被定尺寸为大致在0.3mm至0.8mm范围的尺寸。

而且，离心转子提供分离空间，其被设计成具有用于分离盘堆叠的给定总高度。为了使离心分离器的分离容量最大，希望在给定高度内向堆叠装配尽可能多的分离盘。在堆叠中的分离盘越多表示可在其中分离液体混合物的间隙就越多。然而在个别间隙中每一个上的最佳高度通常由预期被分离的液体混合物的类型给出(或取决于液体混合物的类型)。因此，这得到将分离盘制造为尽可能薄，以使所述给定总堆叠高度内的分离盘数量最多的选项。

但是关于能将分离盘制造为多薄存在下限。目前的制造技术和特别地分离盘的材料将限定这种下限。分离盘的厚度(即，不计间隔构件)将通常大致在0.3 mm至0.6 mm的范围。具有较小大小(直径)的分离盘可表现出0.4 mm的厚度，而显著更大的分离盘可表现出多达0.7 mm的厚度。因此，分离盘通常被制成随着分离盘的大小(直径)而更厚。离心转子将以高速旋转，并且因此分离盘将在旋转期间经受高离心力和应变。如果将分离盘制造得太薄，则这样的应变将导致材料失效或永久变形。

在这种情况发生之前，对于很薄的分离盘可存在其它问题。由于分离盘被制成更薄，它们将表现出刚性损失并且可开始出现其形状中的不规则性。分离盘还在离心转子内侧的堆叠内压缩以形成紧密的单元。由此薄分离盘可挠曲和/或由于其不规则成形而引起分离盘堆叠中不均匀大小的间隙。因此，在间隙的某些部分中(例如，远离间隔构件)，彼此相邻的分离盘可完全抵靠彼此压缩从而完全不留间隙。在间隙的其它部分(即，在间隔构件附近)，分离盘将不会太多地挠曲并且因此提供充分的高度。

但高性能的盘堆叠取决于等距间隙等。全都具有相同的高度表示液体混合物在堆叠的间隙中均匀地分配。以此方式，间隙全都用于分离液体混合物。这对于单独的每个间隙和相对于彼此的间隙而言是重要的。因此，沿着堆叠的不同大小的间隙将造成不均匀的流动分配，由此特定间隙将过度地加载流，而其它间隙完全不接纳任何流。而这种不均匀的流动分配将造成盘堆叠的分离效率降低。这个问题也可出现在个别间隙中的每一个中，其中压缩的部分完全不接纳任何流动并且因此并不用于分离液体混合物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分离盘和用于制造这样的分离盘的方法，其在压缩的堆叠中提供大致等距的间隙。

由权利要求1中限定的分离盘实现这个目的。

因此，提供给一种用于离心分离器的分离盘，分离盘为金属材料并且适于在离心转子内侧在分离盘的堆叠中压缩用来分离液体混合物，分离盘具有截头圆锥形状，具有内表面和外表面以及在内表面和外表面中的至少一个上方延伸特定高度的多个间隔构件,用于在堆叠中的彼此相邻的分离盘之间提供间隙。分离盘的特征在于，间隔构件中的至少一些具有如此小的大小，使得较小大小的间隔构件中的每一个沿着分离盘的表面具有小于2 mm的宽度，分离盘的表面以如下方式配置成具有较小大小的间隔构件的分配图案，即以致在压缩的盘堆叠中提供等距间隙。

如果将大量较小大小的间隔构件引入到薄金属分离盘的表面上，那么可使用比目前甚至更薄的分离盘来实现等距空间。因此，能通过将更大量的更薄的金属分离盘装配到堆叠内并且仍维持等距间隙来以此方式进一步增加离心分离器的分离容量。本发明将以此方式便于使用尽可能薄的分离盘，以使得在给定堆叠高度内的分离盘数量和间隙最大。而且，如先前所提到的那样，并且尤其在较大大小的离心分离器中，分离盘在压缩状态可能有彼此触碰的风险。这就是为什么对间隙设置最小高度(大小)(诸如0.4mm)以确保盘并不完全压缩成抵靠彼此的另一原因。本发明因此也能减小间隙的这种最小大小而不会有相邻的分离盘彼此触碰的风险。这也将能在给定堆叠高度内提供更多的分离盘。

由于间隔构件较小的宽度(即，较小大小的间隔构件)，本发明能在分离盘的特定表面区域中布置呈所述间隔构件的簇或集中(concentration)的形式的分配图案，其中在分离盘的组装的堆叠中出现先前提到的压缩问题。

作为对成簇配置的替代，间隔构件也可配置为在分离盘的整个表面上均匀分配的图案(即，在彼此相邻的较小大小的间隔构件之间具有相同距离)，且可能处于比“常规”(较大大小的)间隔构件更大的集中。

找到合适的分配图案可不仅取决于分离盘本身，而且也取决于离心转子的设计和分离盘的堆叠在转子内压缩的方式。在压缩的盘堆叠中间隙的变形可在计算机中计算/模拟，或者通过检查实际压缩的盘堆叠得到。这样的检查可例如通过制造压缩盘堆叠的铸件而进行，由此任何合适的铸造材料被引入到压缩盘堆叠内(构成模具)，在其内侧，允许铸造材料凝固。之后可识别变形区，由此分离盘的表面可被配置成在识别的区中具有(进一步)较小大小的间隔构件。因此，较小大小的间隔构件以如下图案分配，即使得在压缩的盘堆叠中获得等距的间隙。

较小大小的间隔构件可以以彼此10-60mm范围内的相互距离分配于分离盘表面上。

较小大小的间隔构件可具有1mm±0.5 mm的宽度，和优选地小于1.5mm的宽度，诸如1mm和更小的宽度。而且，间隔构件优选地为点形，由此，点形间隔构件的宽度对应于其直径。点形间隔构件可为半球形或柱形，如在其高度方向上观察。本发明的一个优点在于由于较小的大小，与“常规”较大大小的间隔构件相比，可更大量提供间隔构件而不会有阻挡液体混合物流的风险。而且，可布置更大量的较小大小的间隔构件而不会减小分离盘的有效分离面积。但也可能沿着分离盘的表面提供略微细长形状的较小大小的间隔构件，甚至具有为间隔构件的所述宽度数倍的长度。这样的细长的间隔构件必须不以如下方式太靠近地簇集在一起或定向，即使得阻塞液体混合物通过间隙流动。

间隔构件可与分离盘的材料一体地形成为整体。因此，可利用根据(先前提到的)已知的用来制造具有一体地形成的间隔构件的分离盘的技术的材料形成它们。间隔构件可通过所谓的流动成型而一体地形成，或者它们可替代地通过任何合适的压制方法提供，诸如公开于WO 2010/039097 A1中的压制方法。根据本发明的较小大小的间隔构件提供以下优点：在这种成型工艺期间，仅分离盘的少量材料需要移位。因此，在一体地形成的间隔构件中移位的材料体积很小，由此降低了产生不均匀表面(例如，在间隔构件的相对侧上)的风险。而且，更易于使少量的材料移位，且因此在间隔构件上产生比较大大小的间隔构件更可靠的形式。例如，在形成较小大小的间隔构件中所用的工具(或心轴)可被配置成具有较小大小的凹部(例如，1mm ± 0.5 mm的宽度)，分离盘的材料可移位到凹部内，由此大量的专门的较小大小的间隔构件以实现等距间隙的配置形成于盘表面上。

但分离盘还可包括宽度大于较小大小的间隔构件的较大大小的间隔构件。其可呈金属板的窄条带或圆形坯料的单独部件的形式，其附连到分离盘的表面上。因此，分离盘由此具备一体地形成且较小大小的间隔构件以及附连到表面(例如通过点焊)的较大大小的“常规”间隔构件。“常规”间隔构件具有更大的宽度(例如，4mm的宽度或更大)，并且由此可在压缩盘堆叠中支承更大部分的力。因此，压缩力的减小的部分由较小大小的间隔构件支承，较小大小的间隔构件分配为保证或维持在较大大小的间隔构件之间的间隙的等距高度。

较大大小的间隔构件可附连到分离盘的外表面上，其中一体地形成的并且较小大小的间隔构件可形成于分离盘的内表面中。以此方式，较大大小的间隔构件可容易地附连到分离盘的外表面上，而一体地形成并且较小大小的间隔构件可形成于内表面上，这根据在WO 2007/055630 A1或US 6526794 B1中所描述的用来制造分离盘的已知技术。

较小大小的间隔构件的高度与“常规”较大大小的间隔构件相同(例如，大致在0.3mm至0.8mm的范围)。如先前所提到的那样，这个高度可根据预期被分离的液体混合物的性质/组成被选择为给出间隙的合适大小。

如先前所提到的那样，本发明特别地适用于维持在薄分离盘的堆叠中的等距间隙(例如，分离盘具有小于0.6mm的厚度)。为了使堆叠中分离盘数量最多，本发明将更适用于维持在非常薄的分离盘之间的等距间隙(例如，具有小于0.4mm厚度的分离盘)。这通常为所述低盘刚性和/或不规则成形成为问题的点。

因此，本发明使得能使用非常薄的分离盘，同时由大量的较小大小的间隔构件来维持等距间隙。

而且，本发明涉及金属材料的分离盘，其在相对结实并且较大大小的离心转子中被压缩，用于分离液体混合物。因此，分离盘也可具有相对较大的大小。分离盘将通常具有至少200 mm的外径，并且在许多情况下大于400 mm的外径。因此，较小大小的间隔构件以更大量分配于每个分离盘上相对较大的表面积上。但本发明并不限于非常大的分离盘。其也可用于较小的分离盘，诸如具有120 mm或以上外径的那些分离盘。

本发明还涉及在权利要求13中所限定的方法。因此，提供了一种用于制造具有较小大小的间隔构件的分离盘的方法，较小大小的间隔构件与分离盘的材料形成为整体。分离盘利用辊和心轴通过从金属板使之流动成型而制造，辊在心轴上形成分离盘，心轴包括截头圆锥支承表面，截头圆锥支承表面具有对应于较小大小的间隔构件的凹部，心轴以如下方式具有所述凹部的分配图案以形成与分离盘成整体的较小大小的间隔构件，即以致在分离盘的压缩堆叠中提供等距间隙。

在该方法中，也能制造宽度大于较小大小的间隔构件的较大大小的间隔构件，较大大小的间隔构件也由在心轴上形成分离盘的辊流动成型，心轴包括与较大大小的间隔构件相对应的凹部，由此较小大小的间隔构件和较大大小的间隔构件与分离盘一体地形成为整体。

但是，作为对上述的替代，较小大小的间隔构件可在分离盘的内表面上流动成型，其中呈金属板的窄条带或圆形坯料的单独部件形式的较大大小的间隔构件附连到分离盘的外表面上。其可通过将它们点焊到流动成型的分离盘的外表面上而容易地附连。显然，分离盘因此不应以如下方式在相对(内)表面区域上具有任何另外的(或较小大小的)间隔构件，即使得通过彼此相邻的分离盘的间隔构件在堆叠中直接抵接而造成错误的二倍间距。

附图说明

现将参考所附示意图以举例说明的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1总体上示出了分离盘的视图，

图2示出了根据本发明的第一实施例的分离盘的内表面视图，

图3示出了图2中的第一实施例的放大部分，

图4以分离盘的内表面的截面图示出了较小大小且点形的间隔构件，

图5示出了具有与较大大小的间隔构件组合的较小大小且点形(spot formed)间隔构件的分离盘的第二实施例的截面图，

图6示出了用于制造由薄金属板制成的分离盘的设备和方法，

图7示出了流动成型的分离盘，其具有透视部分，示出该设备较小大小的凹部。

具体实施方式

图1示出了用于离心分离器的分离盘1的非常示意的视图。多个这样的分离盘1以一个在另一个顶部上的方式布置和压缩，以在离心转子内侧形成分离盘的堆叠用来分离液体混合物。可以看出，分离盘1具有截头圆锥形状，具有内表面2和外表面3。分离盘1的内表面2和/或外表面3具备间隔构件(在图1中未示出)，以在堆叠中的分离盘1之间形成间隙。分离盘和离心分离器的总体设计和功能都是本领域技术人员中熟知的并且因此将不在下文中进一步展开描述。

图2示出了根据本发明的第一实施例的分离盘的内表面视图。因此示出了分离盘1的内表面2，其具备多个间隔构件4、5，间隔构件4、5也在图3中示出。间隔构件4和5与分离盘1的(金属)材料形成为整体。这以下文中所描述的流动成型工艺实现。

而且，如在图3中可以看出，间隔构件4和5具有不同的形状，点形间隔构件4和细长间隔构件5。点形间隔构件4的直径对应于其宽度。因此，点形间隔构件的直径与其宽度相同。但细长间隔构件5的长度为其宽度的数倍，并且其还沿着其长度弯曲。间隔构件4和5在此实施例中都各具有1 mm的大致相同的宽度。但细长间隔构件5的长度为大约6 mm，即其宽度的六倍。但当不存在“常规”较大大小的间隔构件时，可提供细长间隔构件5，以便保证由于制造公差和不准确性(即，将分离盘安装到所谓的分配器上所需的游隙或空隙)，细长间隔构件与相邻分离盘匹配。细长将保证相邻分离盘的邻接的间隔构件5的至少部分支承，甚至当这些细长间隔构件5由于所述不准确度而相对于彼此略微移位时。

应当指出的是为了清楚起见，在附图中，间隔构件4和5的大小被显著地夸大。实际上，它们在分离盘的表面上具有显著更小的外观，并且在表面上以显著更大的数量分配。在此实施例中示出的类型的分离盘1将通常具有远大于200 mm大小的外径6，例如在更大大小的离心转子中，分离盘的外径6可甚至大于400 mm。因此，间隔构件4和5相对于分离盘的大小具有很小的大小(意思是沿着分离盘的表面1mm的宽度)。因此，更大量的这些较小大小的间隔构件4和5以如下方式分配于分离盘1的内表面2上，即以致在压缩的盘堆叠中提供等距间隙。

图示的分离盘1还具备分配孔7用于将液体混合物进给和分配到分离盘堆叠中的间隙内。这些分配孔7为离心分离器的领域中熟知的并且将不在此处进一步描述。

图4示出了在分离盘1的内表面2上所述较小大小且点形间隔构件4的截面图。可看出，间隔构件4与分离盘1的材料形成为整体。用来产生分离盘1的目前利用的制造技术(或流动成型技术)为一体地形成的间隔构件4设置于内表面2上的主要原因。但是，它们也可布置于分离盘的外表面3上。一体地形成的间隔构件4可例如通过压制技术而设置于外表面2上。而且，分离盘1的内表面2仅具备较小大小的间隔构件。因此，并无其它间隔构件(诸如较大大小的间隔构件)设置于该表面上。但是，较小大小的间隔构件也可与较大大小的间隔构件(即，具有更大的宽度)组合。这样的组合在下文中图5所示的分离盘的第二实施例中描述。

图5示出了与较大大小的间隔构件8组合的较小大小且点形的间隔构件4的截面图。间隔构件8设置于分离盘1的外表面3上。而且，其具有显著更大的宽度(为较小大小的距离构件4的直径的数倍)。在此特定实施例中，图示的间隔构件8也为点形(即，金属板的圆形坯料)并且具有为较小大小的距离构件4的直径的大约6倍的宽度(或直径)。因此，点形和较大大小的间隔构件8的直径为大约6 mm。但作为替代，较大大小的间隔构件8可具有细长形状(未图示)。较大大小的间隔构件可为任何已知的形式，例如，呈金属板的窄条带或圆形坯料的单独部件的形式，其通过合适的紧固方法，诸如焊接(点焊)而附连到分离盘上。较大大小的间隔构件8和较小大小的间隔构件4具有在其相应表面2和3上方的相同的高度。图5还示出了内表面2在与较大大小的间隔构件8相对的区域中并不具备任何较小大小的间隔构件4。因此，分离盘1的较大大小的间隔构件8将抵接堆叠中上部相邻的分离盘1的平坦的内表面区域。“常规”间隔构件8具有显著更大的宽度，并且可因此支承压缩盘堆叠中更大部分的力。因此，压缩力的减小部分由较小大小的间隔构件4支承，较小大小的间隔构件4被分配为固定或维持在较大大小的间隔构件8之间的在间隙上的等距高度。

图6示出了用来制造由薄金属板制成的分离盘1的设备和方法。该设备包括心轴1'，其具有截头圆锥支承表面2'，该心轴1'利用马达M可绕其几何轴线X旋转。在图示示例中，几何轴线X水平定向，其当然并非必需为这种情况。心轴1'具有在支承表面2'上绕几何轴线X分配的多个凹部4'和5'。如图所示，凹部4'和5'可为点形或细长的和直的(如图所示)或弯曲的(未图示)。点形凹部4'和细长凹部5'具有对应于在装配到离心分离器中的两个相邻分离盘之间的预期距离(或间隙)的深度，例如，0.3-0.8mm。最初平面的圆心金属板盘6'利用固持装置7'紧固到与支承表面2'同轴的心轴1'的顶端。心轴1'和金属板盘6'的接合装置(未图示)确保了金属板盘6'在操作期间伴随心轴1'旋转。

辊8'安置在靠近支承表面2'的顶端的轴向水平并且在离中心轴线X一定径向距离处，辊8'可绕中心轴线Y旋转。辊8'由轴10支承，轴10本身被支承为由固持器11旋转。固持器11可由马达(未图示)竖直和水平移动，如由分别指向上和指向下的两个箭头和分别指向左和指向右的两个箭头所示。用于竖直和水平移动辊8'并且引导辊8'相对于支承表面2'的位置的马达可呈现熟知的许多不同形式并且因此并未更详细地描述。另一第二固持器12布置于固持器11上。第二固持器12支承包括刀具14的工具13。工具13可如分别相对于固持器12指向左和指向右的箭头所示移动，使得刀具14相对于金属板6'的表面的位置可以以如下方式被设置，即以致实现材料移除加工所希望的切削深度。但如果例如在制造工艺中实现所希望的分离盘厚度和在外表面3上的平滑度，则这样的材料移除可并非是必需的。因此，工具13和刀具14可并非为实现该目的所必需的。

利用辊8'和心轴1'通过使金属板6'流动成型而制造分离盘。辊8'在心轴1'上形成分离盘，心轴1'具有截头圆锥支承表面2'，截头圆锥支承表面2'具有相对较大大小的凹部4'和5'。心轴1'还具备对应于较小大小的间隔构件4和5的较小大小的凹部4"和5"(在图6中未示出)。通过凹部4'、5'、4"和5"能制造与分离盘1流动成型为整体的较大大小的间隔构件和较小大小的间隔构件。心轴1'将在任何情况下以如下方式具备较小大小的凹部4"和5"的分配图案以形成与分离盘1成整体的较小大小的间隔构件4和5，即以便在分离盘的压缩堆叠中提供等距间隙。

作为替代，心轴可具备仅较小大小的凹部4"和5"(在图7中示出)。图7示出了流动成型的分离盘1，其具有透视部分，示出了在心轴1'的支承表面2'上的较小大小的凹部4"和5"。因此，图示的心轴1'仅具备对应于图2所示的分离盘1的较小大小(点形和细长的)间隔构件4和5的较小大小的凹部4"和5"。

而且，较小大小的间隔构件4和5可在分离盘1的内表面2上流动成型，其中呈所述单独部件形式的较大大小的间隔构件可附连到分离盘1的外表面上(如先前所提到的那样)。