[发明专利]使多相固体在重相排放流中高效地流动的离心液体分离机

说明书

本美国发明专利申请要求2010年7月1日提交的临时申请61/360,723的优先权，该临时申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及离心液体分离机，并且特别地涉及以径向向内的方式从转鼓壁提升砂粒和其他固体并且使砂粒和其他固体再次悬浮到重相排放流中的螺旋式离心液体分离机。

背景技术

离心机在多种类型的应用中有用。在一种应用中，期望污水处理厂实现4%至6%的滤饼固体排放。需要该范围的滤饼固体是为了厌氧消化池高效地操作。低于该范围需要增加消化池容量。超过该范围典型地导致由于重相液体的厚度而引起的混合问题。虽然关于一种类型的应用描述了本发明的原理，但是应该理解为本发明决不限于该描述的应用。

在基本形式中，沉降式离心分离机具有转动的外转鼓、与外转鼓同轴布置的内部螺旋输送器以及用于维持转动的外转鼓与内部螺旋输送器之间在速度上的差异以允许机器的连续操作的机构。转鼓以升高的速度转动导致在机器内由于升高的重力水平而引起在机器的分离区域内的固液分离动作。诸如固体和较重密度液体等材料因此将沉淀至分离区域的外径，并且较低密度液体将转移至分离区域的内径。分离率随着由转鼓的转动引起的重力的升高而增大。螺旋输送器具有大于或小于外转鼓转动速度的转动速度。该速度上的差异使得螺旋输送器叶片能够提供在分离区域内的机械扫动动作。砂粒趋向于不流动并且需要被输送以从沉降离心机排放。然而，在固体排放为径向向内的设计中，这可能产生积累问题。非流动材料的积累可能增加操作马力、降低容量，除此以外可能破坏装置的正确操作。砂粒还趋向于在部件上研磨并且使得这些部件过早遭受故障。因此，充分地处理砂粒的设计将是有利的。

多年来已经具有多种离心机设计。为了说明离心机装置的现状，在以下美国专利中说明了这些设计中的几个。

美国专利号（以下称作“USPN”）3,795,361是Lee的专利，标题为离心机设备。该专利描述了在无孔转鼓内具有螺旋输送器的沉降离心机如何设置有由螺旋输送器携带的环状挡板。重相排放口被教示为位于转鼓的渐缩部内并且位于比轻相材料的内表面距离转动轴线的距离大的径向距离处。挡板的外周部与转鼓接近地隔开以便形成用于重相材料的从转鼓的筒状部内的分离区至转鼓的渐缩部内的重相排放区的底流的受限通路。利用圆锥形挡板，来路进料被导向到挡板的面朝内的表面上并且被加速以便使分离区内的湍流最小化。因为充分地输送砂粒或废物所需的浅锥角（beach angle）需要不期望的大比例的转鼓长度，所以渐缩部或锥角的使用降低了机器的容量。

USPN 4,339,072是Hiller的专利，标题为用于分离固体/液体混合物的离心机。在该发明中，具有外夹套的离心机鼓设置有被定位在夹套中的开孔。通过开孔，集中的固相的至少部分排放发生于开孔上。优选地为盘形式的控制装置提供了以小间隔与开孔隔开的表面，以便除了当表面中的诸如凹陷或缺口等不连续发生以使得流动能够通过开孔时之外防止固体/液体通过开孔的流动。虽然该专利描述了用于通过从外转鼓排放来消除截头圆锥(truncated cone)的解决方案，但是其设计并非没有缺点。例如，其需要所有固体通过非常小的喷嘴。这可能导致不期望的磨损损伤量和机器的堵塞，尤其是当存在砂粒时。

USPN 5,542,903是Nishida等人的专利，标题为利用减速叶片的离心液体分离机。该专利教示，在转动转鼓和螺旋输送器的轴内单独地形成有用于集中的和分离的液体的排放通道。在从转动转鼓的内侧引导至轴内的排放通道的径向排放通道的入口通道中，环状空间被安装在螺旋输送器上并且从机器的轴在径向上延伸的多个减速叶片分成扇区。虽然该专利示出了针对由于无固定形状废物产生的问题的解决方案，但是并未解决由诸如砂粒等磨损材料引起的问题。

USPN 4,449,967是Caldwell的专利，标题为输送器叶片构造。该专利示出，离心机设备的螺旋输送器的叶片可以被改进以降低操作设备时所需的转矩量以及产生比利用传统叶片排放出的固体干的排放固体。该专利教示如下改进：在离心机转鼓的至少截头圆锥形端部处的或者附近的叶片的引导面的末端具有在固体排放口的方向上凹的大体弧形构造使得更加末梢的叶片部以最小转矩需求将分离的固体材料从转鼓壁剥离，而较少末梢的弧形部使固体翻滚（tumble）以降低含水量。典型地，通过添加被附接至背板的耐磨构件来形成叶片的弧形引导面，背板被安装在叶片的引导面上。