专利名称：锥形活塞固体排泄离心分离机的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及离心机，更具体地讲涉及能够自动排泄在分离过程中聚集的固体的离心分离机。
背景技术：
公知多种不同种类的离心分离机，它们用于以基于比重的方式将非均匀混合物分离成多种成分。非均匀混合物，也可以被称为进料物质或进料液体，被注入到离心机的转筒中。转筒高速旋转，迫使具有较高比重的混合物颗粒通过沉积作用从液体中分离出来。结果，致密的固体块紧压靠在转筒的表面上，而被澄清的液体，或“滤清液(centrate)”，从固体块沿径向向内形成。转筒可以以足以产生为重力20000倍的力的速度旋转，以将固体从滤清液中分离。
固体沿转筒的壁聚集，而滤清液被排出。在确定已经聚集期望量的固体之后，分离机则被设置为排泄模式，在该模式下聚集的固体从分离机中被排出。在传统的结构中，采用内部刮具以将固体从离心机转筒的壁上刮除。
当处理特定种类的材料时，现有技术的分离机具有多种不足。例如，多种分离机不适于完全排泄掉残留的粘性固体，结果导致产量很差。这对于高价材料例如制药过程中所用的材料可能尤其有问题。另外，多种分离机在将进料液体加速至转筒的旋转速度时，对供料物质产生很高的剪切力，这可能会破坏敏感材料例如包括完整细胞的生物学物质。
期望这样一种类型的离心分离机，其可以高效用于所述类型的材料，也就是导致粘性聚集固体以及对在离心过程中所产生的剪切力敏感的材料。
发明内容
根据本发明，公开了一种离心分离机，其可以很好地处理粘性固体，并可实现进料液体的低剪切加速，使得所述分离机尤其适用于诸如制药和生物材料的敏感材料。
分离机包括圆柱形转筒，其包含带有开口的锥形下侧端部，在进料模式操作的过程中，进料液体被注射通过所述开口。在转筒高速旋转时，所注入的进料液体首先接触转筒的锥形下侧端部的倾斜表面。随着进料液体继续其辐射状向外移动，旋转加速力相对逐渐地赋予。进料液体被最终分离成滤清液和固体，固体沿转筒的内侧表面聚集。
分离机还包括活塞组件，其包含连接至活塞致动器的锥形活塞，所述活塞安置在所述转筒中，从而与其内侧表面处于紧配合的关系。在固体排泄模式的操作中，所述活塞致动器将所述活塞沿轴向向下推压，从而迫使聚集的固体经由所述转筒的锥形下侧端部中的开口而从所述转筒排出。锥形形状相对促使所述固体的完全排泄。
在所公开的分离机中，活塞通过来自进料液体的液压压力在进料模式操作的过程中被保持在最上侧位置。活塞包括滤清液阀，其在进料模式操作的过程中被推压打开，以允许滤清液流出转筒，并进入通向滤清液排泄端口的通道中。当在固体排泄模式操作的过程中活塞被向下推压时，滤清液阀自动关闭，阻止聚集的固体通入滤清液通道。
所公开的离心机还包括具有连接位置和脱离连接位置的两部件式活塞轴。当活塞轴处于脱离连接位置时，活塞被允许向上推并与转筒一起转动。当活塞轴处于连接位置时，活塞可以通过活塞致动器沿轴向被推拉，这样有助于固体排泄模式的操作。
本发明的其他方面、特征、和优势将从以下的详细说明中清楚。
图1是根据本发明的锥形活塞固体排泄离心机的剖视图；图2是图1中的离心机的上侧部分的详细剖视图；图3是图1中的离心机的局部剖视图，示出了其在进料模式下的操作；图4是图1的离心机的剖视图，示出了其在固体排泄模式下的操作；图5是图1中的离心机的上侧部分在活塞轴脱离连接以允许转筒转动时的详细剖视图；以及图6是图1的离心机上侧部分在活塞轴被连接以在转筒内轴向移动活塞时的详细剖视图。
具体实施例方式
图1示出了离心分离机的垂直剖面，而中间部分被移除，这样还示出了水平剖面。离心分离机包括安装在分离机壳体13的中心区域11内的圆柱形分离机转筒10。分离机转筒10优选为圆柱形转筒，其具有相对较小直径D和长度L，从而L/D之比大约为5/1或更大。分离机包括活塞组件，其包含连接至活塞轴14的活塞12。如图所示，活塞12具有锥形形状，其匹配转筒10的锥形进料锥体17的形状。在分离机的进料模式操作过程中，进料锥体17用作为进料液体的旋转加速器。
变速驱动电机16通过传动带17被连接至球式安装的轴承和心轴组件20的驱动带轮18，而轴承和心轴组件20位于分离机壳体13的上侧端部的环形延伸部21上。驱动电机16被可控制地操作，以按期望的速度旋转分离机转筒10以分离进料液体。
活塞轴连接筒体22安装在活塞致动器的十字头24内，活塞致动器包括两个活塞致动器柱塞26，它们分别被安装在活塞致动器的相应的筒体28内。每个活塞致动器柱塞26经由十字头24操作性连接至活塞轴14，以便响应于在活塞致动器端口29处引入的压缩空气或液压流体而在分离机转筒10内升高和降低活塞12。正如以下详细所述，活塞轴14包括两个部件，取决于操作模式，它们可选择性连接在一起或脱离连接，从而在所述两个部件脱离连接时允许活塞12与转筒10一起转动，而在所述两个部件相连时所述活塞12在转筒10内沿轴向移动。
图1中还示出了滤清液箱30、滤清液出口32和滤清液阀34，它们所有都涉及到在操作过程中从离心分离机排除滤清液、或被澄清的液体，以下将更加详细说明。固体阀38安装在分离机壳体13的下侧端部区域39内，位于向内的凸缘41之下。固体阀38包括与进料液体端口42相通的进料液体通道40，以及与残留液体排放端口46相通的残留液体排放通道44。固体阀密封件48安置在凸缘41的下侧表面上。固体阀38示出处于在分离机的进料模式操作状态下所要保持的关闭位置。固体阀38可以沿轴线49被旋转到开放位置，以使在操作固体排泄模式操作的过程中聚集的固体可排泄通过分离机的下侧端部。
图2更详细地示出了分离机的上侧部分。两部件式活塞轴14包括带有连接部分52的上侧活塞轴50、和下侧活塞轴54。上侧活塞轴50与下侧活塞轴54彼此相互接合的方式将如下所述。图2还示出了活塞密封件56，其密封活塞12与转筒13的内侧表面之间的界面。密封件56为通常被称为O型环装载唇缘密封件的类型的密封件，并且是由包含特氟纶的弹性材料制成。在滤清液阀34关闭时，类似结构的滤清液密封件57密封滤清液阀34与活塞12的上侧部件之间的界面。
在图2中，滤清液阀34示出处于开放位置，这可以通过从毂部60延伸的销58向下推压穿过活塞12的上侧部件中的开口62而实现。由于滤清液阀34处于该开放位置，滤清液流经小凹槽64。滤清液阀34只有当活塞12相对于毂部60位于其最上侧位置时才打开。随着活塞通过活塞致动器被向下推动而离开销58，弹簧66将滤清液阀稍微向上推压至关闭位置，此位置在整个固体排泄过程中被保持。
图3示出了分离机在进料模式操作过程中的操作，在该操作过程中，转筒10和活塞12高速旋转。载有固体的进料液体沿路径68流到锥形进料锥体17的内侧表面之上。在转筒10高速旋转所产生的分离力的作用下，进料液体被分离为聚集的固体70和相对没有固体的滤清液72。来自滤清液72的液压压力将活塞12向上抵靠着转筒的毂部60，同时将滤清液阀34保持处于开放位置。在滤清液72的内侧表面上，滤清液流经滤清液阀34的凹槽64，并继续沿排泄路径向上，直至在滤清液排泄开口74处流出转筒。
图4示出了分离机在固体排泄模式操作的过程中的操作状态。图4是纵向剖视图以示出活塞12的两个分离的位置。在左侧，活塞12正在向下移动到一半，而在右侧，活塞12则位于完全排泄操作的最下侧位置，其锥形外侧表面抵靠着锥形进料锥体17的内侧表面。可以看到，在弹簧66的向上推力作用下，滤清液阀34被关闭。随着活塞12向下移动，聚集的固体70被压出转筒10的底部的开口76。活塞12的锥形外侧表面和锥形进料锥体17的内侧表面被加工为精密配合，从而这两个表面的挤压动作高效地排出尽可能多的固体70。排泄过程之后残留的任何固体通过现场清除程序被清除，这是在活塞12通过活塞致动器被返回至其最上侧位置之后完成的。
图5和图6示出了活塞12与十字头24之间的机械连接的结构和操作。上侧活塞轴50从十字头24的下侧延伸，并与其一起移动，以响应活塞致动器的致动。图5示出了处于脱离连接位置的上侧活塞轴，其中，所述上侧活塞轴从下侧活塞轴54的上侧中空部分78被撤回。可以看到，中空部分78包括稍微较宽的室79，以下说明其的使用。上侧活塞轴50沿其整个长度是中空的，并且连锁牵拉杆80安置在其中。在其下侧端部，上侧活塞轴50包括多个柔性指部81，其功能将在以下说明。
在上侧端部，连锁牵拉杆80通过机械的方式连接至位于连锁筒体22内的连锁活塞82，例如通过图中所示的水平销84。连锁活塞82通过弹簧83被推压至向下的位置。在其下侧部端86处，连锁牵拉杆80具有展开的形状，以用于将上侧活塞轴50和下侧活塞轴54锁定在一起，如下所述。
在活塞轴处于图5中所示的脱离连接的位置时，活塞12可以自由移动以响应除了由活塞致动器产生的力以外的力。特别地，活塞12在进料模式操作过程中通过液压压力被向上保持并与转筒10一起旋转，如上所述。应清楚的是，在进料模式操作的最开始时，在出现足够的液压压力之前，活塞通过密封件56与转筒10(图3)的内侧壁之间的摩擦力被保持在其大致最上侧位置。随着液压压力产生，活塞然后被稳固向上推动成足以打开滤清液阀34。
图6示出了处于连接位置的上侧活塞轴，其中，上侧活塞轴被插入下侧活塞轴54的上侧中空部分78(图5)中。插入大体仅仅在固体排泄操作模式之前出现，当活塞12处于转筒10内其最上侧位置时，这是因为活塞致动器将上活塞轴50降低进入下侧活塞轴54中。然后，液动或气动压力88被提供以向上推压连锁活塞82，其反过来相对于上侧活塞轴50向上推压连锁牵拉杆80。连锁牵拉杆80的带凸缘的下侧部分86压靠着指部81，并将它们推靠着室79的对应壁，将上侧活塞轴50和下侧活塞轴54锁定在一起。在该连接的结构中，由活塞致动器产生的轴向力使得活塞12沿轴向运动。这种连接的结构在整个固体排泄模式操作的过程中被保持，其中活塞12向下移动以排泄聚集的固体。在固体排泄完成时，活塞12被拉回到其最上侧位置，而上侧活塞轴50然后与下侧活塞轴54脱离连接，以准备进料模式操作的下一个循环。如上所述，由于密封件56与转筒10的内侧壁(图3)之间的摩擦力使活塞12仍处于该位置。
很明显，对本领域的技术人员而言，在不脱离在此所公开的本发明内容的前提下，可针对所公开的方法和装置进行改型和改造，并且因此，本发明不应被视作为仅限于权利要求书的整个范围和精神。
权利要求
1.一种离心分离机，其包括圆柱形转筒，其包含带有开口的锥形下侧端部，在进料模式操作的过程中，进料液体被注射通过所述开口，所述转筒在所述进料模式操作的过程中操作而高速转动，以将所述进料液体分离成滤清液和固体，所述固体沿所述转筒的内侧表面聚集；以及活塞组件，其包含连接至活塞致动器的锥形活塞，所述活塞安置在所述转筒中，从而与其内侧表面处于紧配合的关系，所述活塞致动器在固体排泄模式操作中操作而将所述活塞在所述转筒中沿轴向向下推压，从而迫使聚集的固体经由所述转筒的锥形下侧端部中的开口而从所述转筒排出。
2.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述活塞包括滤清液阀，其具有所述进料模式操作中的开放位置和所述固体排泄模式操作中的关闭位置，所述滤清液阀在所述开放位置操作成允许所述滤清液从所述转筒流入通向所述分离机的滤清液排泄端口的通道中，所述滤清液阀在所述关闭位置操作而阻挡所述聚集的固体从所述转筒通入所述滤清液排泄端口。
3.根据权利要求2所述的离心分离机，其特征在于，所述滤清液阀是环形构件，其大致位于所述活塞的中部。
4.根据权利要求2所述的离心分离机，其特征在于，所述活塞被构造成在所述关闭位置偏压所述滤清液阀，所述转筒包括毂部，在所述进料模式操作的过程中，所述活塞抵靠着所述毂部，并且所述毂部与所述活塞被协作构造以使得，在所述活塞抵靠着所述毂部时，所述滤清液阀被推向所述开放位置。
5.根据权利要求4所述的离心分离机，其特征在于，所述活塞包括一个或多个弹簧，所述弹簧操作成在所述关闭位置偏压所述滤清液阀。
6.根据权利要求4所述的离心分离机，其特征在于，所述毂部包括一个或多个向下延伸的销，并且所述活塞包括一个或多个开口，所述销延伸穿过所述开口，从而所述销与所述滤清液阀接触，并且在所述活塞抵靠着所述毂部时，将所述滤清液阀保持在所述开放位置。
7.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述活塞与所述活塞致动器之间的连接装置操作成，在所述进料模式操作的过程中，通过来自所述进料液体的液压压力，允许所述活塞保持处于所述转筒中的最上侧位置。
8.根据权利要求1所述的离心分离机，其特征在于，所述活塞与所述活塞致动器之间的连接装置包括下侧活塞轴，其从所述活塞向上延伸，并具有中空的上侧部分；中空的上侧活塞轴，其具有相对于所述下侧活塞轴的第一位置和第二位置，所述第一位置为脱离连接位置，其中所述上侧活塞轴从所述下侧活塞轴的所述中空部分撤出，所述第二位置为连接位置，其中所述上侧活塞轴被插入所述下侧活塞轴的中空部分中并与其机械连接，所述上侧活塞轴包括多个柔性、向下延伸的指部，所述指部处于松弛位置，允许所述上侧活塞轴相对于所述下侧活塞轴滑动；连锁牵拉杆，其位于所述上侧活塞轴中，所述连锁牵拉杆的下侧端部构造成，将所述上侧活塞轴的指部向外压靠着所述下侧活塞轴的内壁，以在所述连锁牵拉杆相对于所述上侧活塞轴被向上推压时，将所述上侧活塞轴和所述下侧活塞轴锁定在一起；位于所述上侧活塞轴的上侧端部处的施力机构，其操作成选择性相对于所述上侧活塞轴将向上的力施加在所述连锁牵拉杆上，以通过机械的方式将所述上侧活塞轴与所述下侧活塞轴连接在一起。
9.根据权利要求8所述的离心分离机，其特征在于，所述施力机构包括连接锁定筒体，所述连锁牵拉杆延伸穿过所述连锁筒体，所述连锁筒体包括可致动的活塞，其响应于致动力操作，以将向上的力施加至所述连锁牵拉杆。
10.根据权利要求9所示的离心分离机，其特征在于，所述致动力为液动力。
11.根据权利要求9所示的离心分离机，其特征在于，所述致动力为气动力。
全文摘要
公开了一种离心分离机，其包括圆柱形转筒，其包含带有开口的锥形下侧端部，在进料模式操作过程中，进料液体注射通过所述开口。进料液体被分离为滤清液和固体，所述固体沿转筒的内侧表面聚集。活塞组件包括锥形活塞，其通过两部件式活塞轴连接至活塞致动器。在进料模式操作过程中，活塞轴脱离连接，活塞通过进料液体的液压压力被保持在最高侧位置，并且活塞上的滤清液阀被推压打开以允许滤清液流出到滤清液排泄端口。在固体排泄模式操作中，活塞轴被连接，并且活塞致动器沿轴向向下推压活塞，关闭滤清液阀并迫使聚集的固体从转筒经由转筒的锥形下侧端部中的开口排出。
文档编号B04B11/06GK1968756SQ200580019485
公开日2007年5月23日 申请日期2005年4月7日 优先权日2004年4月14日
发明者罗伯特·B.·卡尔 申请人:瓦格纳发展公司