JP6006453B1 - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心分離された固形物よる摩耗を防止する。【解決手段】ボウルと、前記ボウルの外周面から突出するリブを用いて形成されるとともに、前記ボウルの周方向に延びる環状溝部と、前記ボウルの内部に収容されるスクリューコンベアと、前記ボウル及び前記スクリューコンベアを回転可能に収容するとともに、内周面に環状に延びるバッフルが設けられたケーシングと、を有する遠心分離装置であって、前記リブには切欠形状部が形成されるとともに、この切欠形状部には耐摩耗プレートが着脱可能に装着されており、前記耐摩耗プレートには、前記環状溝部に繋がるプレート溝部が形成されており、前記環状溝部及び前記プレート溝部の内側に、前記バッフルの先端部が延出しており、前記プレート溝部は、前記環状溝部よりも幅が小さく、かつ溝部底面の高さが高いことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、遠心分離装置に関し、特に遠心分離された固形物よる摩耗を防止する摩耗対策に関するものである。

固液混合状態の処理物を遠心分離する遠心分離装置として、固定ケーシングと、この固定ケーシングの内部に配置されるボウルと、ボウルの内部に配置されるスクリューとを備え、ボウルとスクリューとを相対的な差速をつけて回転させることにより、処理物を固形物と分離液とに遠心分離するデカンタが知られている。

この種の遠心分離装置では、例えば、金属水酸化物粒子を含むスラリー液、石炭粒子を含むスラリー液（つまり、研磨性粒子を含むスラリー液）を遠心分離した際に得られる固形物による摩耗対策が求められている。

図６は特許文献１に開示された遠心分離装置における固形物排出端部の一部を示す断面図であり、図７は図６の一部における拡大図である。図６を参照して、遠心分離装置はケーシング１０１と、ケーシング１０１の内部に回転可能に収容されたボウル１０２と、ボウル１０２の内部に回転可能に収容されたスクリュー１０３とを備える。ケーシング１０１の内壁周面にはバッフル１０１ａが環状に形成されており、このバッフル１０１ａはボウル１０２の軸方向端部に設けられるフランジ１０２aに向かって延出している。

このバッフル１０１ａの右側に形成された室１０４内に上述の研磨性粒子を含む固形物が排出される。この研磨性粒子は、バッフル１０１ａの周囲に集積し易いため、ボウル１０２の回転時にフランジ１０２aが集積した研磨性粒子によって摺動摩耗するおそれがある。そこで、特許文献１では、摩耗対策としてフランジ１０２aの上端部に環状延出部１０２ｂ，１０２ｃを設けるとともに、これらの環状延出部１０２ｂ，１０２ｃによって形成される凹部１０２ｄの底面に耐摩耗部材としてのプラグ１０５を埋設している。このプラグ１０５は、フランジ１０２aに形成された開口部に嵌め込まれており、エポキシ樹脂系等の接着剤によって固定されている。

特開昭５７−１９０４９号公報

しかしながら、上述の構成では、プラグ１０５によって保護される領域が凹部１０２ｄの底面に限定され、内部側面（つまり、環状延出部１０２ｂ，１０２ｃの内壁面）については摺動摩耗から保護することはできない。そのため、凹部１０２ｄに侵入した研磨性粒子によって、フランジ１０２ａの環状延出部１０２ｂ，１０２ｃが早期に摩耗するおそれがある。

また、フランジ１０２ａが摺動摩耗した際に、供給管１０６をボウル１０２から取り外すとともに、ボウル１０２をケーシング１０１の外側に搬出してからフランジ１０２ａの交換作業を行う必要があるため、交換に手間がかかり、コストも増大する。

さらに、遠心分離装置の運転時に、フランジ１０２ａとプラグ１０５との接着層に振動が加わり、プラグ１０５が軸方向に抜け落ちるおそれがある。

上記課題を解決するために、本願発明に係る遠心分離装置は、（１）ボウルと、前記ボウルの外周面から突出するリブを用いて形成されるとともに、前記ボウルの周方向に延びる環状溝部と、前記ボウルの内部に収容されるスクリューコンベアと、前記ボウル及び前記スクリューコンベアを回転可能に収容するとともに、内周面に環状に延びるバッフルが設けられたケーシングと、を有する遠心分離装置であって、前記リブには切欠形状部が形成されるとともに、この切欠形状部には耐摩耗プレートが着脱可能に装着されており、前記耐摩耗プレートには、前記環状部材の周方向において前記環状溝部に繋がるプレート溝部が形成されており、前記環状溝部及び前記プレート溝部の内側に、前記バッフルの先端部が延出しており、前記プレート溝部は、前記環状溝部よりも幅が小さく、かつ溝部底面の高さが高いことを特徴とする。

（２）前記切欠形状部は、前記ボウルの径方向から前記耐摩耗プレートが抜けることを防止する抜け止めスリットを含んでおり、前記耐摩耗プレートは、前記抜け止めスリットに対して前記ボウルの回転軸方向から差し込まれていることを特徴とする上記（１）に遠心分離装置。

（３）前記抜け止め防止スリットは、蟻継構造であることを特徴とする上記（２）に記載の遠心分離装置。

（４）前記耐摩耗プレートは、ボルトにより固定されていることを特徴とする上記（１）乃至（３）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

（５）前記切欠形状部は、前記リブの少なくとも二か所に設けられており、隣り合う前記切欠形状部の間隔は互いに略等しいことを特徴とする上記（１）乃至（４）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

（６）前記バッフルは、前記ケーシングと前記ボウルとの間に形成された、前記ボウルから排出される固形物を受け入れる固形物受け入れ室の側壁であることを特徴とする上記（１）乃至（５）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

（７）前記耐摩耗プレートは、前記リブよりも剛性の高い材料からなることを特徴とする上記（１）乃至（６）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

本発明によれば、固形物に含まれる研磨性粒子による摩耗箇所が耐摩耗性プレートに集中するため、リブ（特許文献１のフランジ１０２ａに相当する）及びボウルを摺動摩耗から保護することができる。また、摺動摩耗した耐摩耗性プレートを交換する際に、リブをボウルから取り外す必要がないため、交換作業を簡略化しながら、コストを削減することができる。

さらに、切欠形状部に抜け止めスリットが設けられることで、耐摩耗プレートがボウルの径方向から抜け落ちることを抑制できる。

横型式デカンタの概略断面図である。 ボウルの回転軸方向から視たリング状部材の外観図である。 インペラが装着されたリング状部材の一部における拡大図である。 図３のＥ矢視図である。 図４のＦ矢視図である。 特許文献１に開示された遠心分離装置における固形物排出端部の一部を示す断面図である。 図６の一部における拡大図である。

以下、本発明の好ましい実施形態である遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。但し、以下に説明する各実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。図１はデカンタの正面図であるとともに、その一部における断面図である。

デカンタ１は、ボウル１０と、このボウル１０の内部に配置されるスクリューコンベア２０と、これらのボウル１０及びスクリューコンベア２０を回転可能に収容するケーシング６０とを含む。ボウル１０は、二点鎖線で示す回転軸Ｌ周りに回転する。ボウル１０の回転軸Ｌ方向における一端部はベアリング１１に対して回転可能に支持されており、他端部はベアリング１２に対して回転可能に支持されている。

ボウル１０の回転軸Ｌ方向における一端部には、複数の分離液排出口１３が形成されている。ボウル１０の回転軸Ｌ方向における他端部には、複数の固体排出口１４が形成されている。これらの固体排出口１４は、ボウル１０の回転軸Ｌ周りに配列されており、隣接する固体排出口１４の間隔は略等間隔に設定されている。固体排出口１４の開口形状は、例えば円形であってもよい。

ボウル１０の回転軸Ｌ方向における他端側は、載頭円錐形状からなるビーチ部１５によって構成されている。ただし、本発明は、ビーチ部１５を有しない内径が一定のボウル１０にも適用することができる。

スクリューコンベア２０は、ボウル１０内で遠心力が付与された固形物を回転軸Ｌ方向に搬送する機能を有しており、ボウル１０に対して相対的な差速を持って回転する。すなわち、スクリューコンベア２０は、ギアボックス３０から動力が伝達されることにより、ボウル１０よりも遅い回転速度で回転する。ギアボックス３０には、例えば遊星ギアを用いることができる。

スクリューコンベア２０の胴部２１の外周面にはスクリュー羽根２２が螺旋状に形成されている。胴部２１の内部には空洞部（バッファ部）が形成されており、この空洞部は処理物を供給する処理物供給室２１ａとしての役割を有しており、処理物供給室２１ａの外周面には複数の処理物通路２１０ａが形成されている。

供給管４０は、ボウル１０を駆動するためのプーリー３１を貫通してボウル１０の回転軸Ｌ方向に延びており、一端はボウル１０の外側で処理物導入口４０ａを形成しており、他端は処理物供給室２１ａの内側で処理物供給口４０ｂを形成している。

処理物導入口４０ａから導入された処理物は、供給管４０を介して処理物供給室２１ａの内部に導入される。処理物には、遠心分離による固液分離が可能な各種固液混合物が含まれるが、本願発明は、金属水酸化物粒子含有スラリー、石炭粒子含有スラリー液など研磨性粒子を含む処理液に対して特に好適である。

ケーシング６０の内周面には、複数のバッフル６１〜６３が設けられており、これらのバッフル６１〜６３は固形物の排出側から分離液の排出側に向かってこの順序で配置されている。なお、これらのバッフル６１〜６３のうちバッフル６１が請求項１に記載のバッフルに相当する。ケーシング６０の内部には、固体排出口１４から排出された固形物を受け入れる受け入れ室Ａが形成されている。この受け入れ室Ａは、主として、バッフル６１、ケーシング６０及びビーチ部１５を壁部として形成されている。つまり、バッフル６１は受け入れ室Ａの側壁を形成している。

ボウル１０の外周面には、周方向に延びるリング状部材７０（請求項１に記載のリブに相当する）が設けられており、このリング状部材７０は回転軸Ｌ方向において図示しないフランジ部材に対して固定されている。

次に、図１乃至図５を参照しながら、リング状部材７０について説明する。図２は、ボウルの回転軸Ｌ方向から視たリング状部材の外観図である。ただし、リング状部材の下側半分及びインペラは省略して図示する。図３はインペラが装着されたリング状部材の一部における拡大図である。図４は図３のＥ矢視図である。図５は図４のＦ矢視図である。

リング状部材７０はバッフル６１に対応する位置に設けられており、例えば、ステンレスから構成することができる。リング状部材７０の外周面には、周方向に延びる一条の環状溝部７０ａが形成されている。この環状溝部７０ａは、リング状部材７０の回転軸Ｌ方向における略中央に形成されている。なお、図２、図３及び図５では、環状溝部７０ａを点線により透視して図示する。

リング状部材７０には、回転軸Ｌ方向に貫通する二つの切欠形状部７１（ただし、一つの切欠形状部７１は不図示としている）が約１８０度間隔で形成されている。切欠形状部７１は、抜け止めスリット７１ａと、ボルト締結穴７１ｂとを含む。抜け止めスリット７１ａは、一対のテーパ面７１１ａとこれらのテーパ面７１１ａの下端部を結ぶ底面７１２ａとを含む。

テーパ面７１１ａはリング状部材７０の外径面から内径面に向かって徐々に拡開するように形成されている。ボルト締結穴７１ｂは、切欠形状部７１の底面７１２ａに形成されており、後述するボルト７５の数だけ設けられている。

各切欠形状部７１には、インペラ（耐摩耗プレートに相当する）５が着脱可能に装着されている。インペラ５には、リング状部材７０よりも剛性の高い材料が用いられ、例えば超硬合金であるイゲタロイ（登録商標）を用いることができる。

インペラ５は、一対のインペラテーパ面５ａ,５ｂ、インペラ底面５ｃ、インペラ短縦面５ｄ、インペラ長縦面５ｅ、インペラ頂面５ｆ及びインペラ溝部（プレート溝部）５ｇを含み、抜け止めスリット７１ａに対して回転軸Ｌ方向から挿脱することができる。一対のインペラテーパ面５ａ,５ｂは、インペラ５の装着状態において、抜け止めスリット７１ａの一対のテーパ面７１１ａに接触している。このように、抜け止めスリット７１ａをテーパ面７１１ａによって構成し、インペラ５の固定構造を蟻継ぎ構造とすることで、インペラ５がリング状部材７０の径方向から抜け落ちることを抑制できる。すなわち、後述するボルト７５が遠心分離時の振動によって緩み、外れた場合であっても、インペラ５の抜け落ちを抑制することができる。

インペラ短縦面５ｄ及びインペラ長縦面５ｅはリング状部材７０の外周面に対して略垂直方向に延びており、インペラ短縦面５ｄはインペラ長縦面５ｅよりも短く形成されている。インペラ頂面５ｆは、インペラ短縦面５ｄ及びインペラ長縦面５ｅの上端部を繋ぐ位置に形成されており、ボルト７５の頭部よりも上側に位置している。つまり、ボルト７５は、インペラ頂面５ｆから突出しないようにインペラ５の開口に収められている。これにより、ケーシング６０に堆積した固形物によってボルト７５の頭部が摺動摩耗することを抑制できる。ボルト７５の頭部には締結工具（例えば、レンチ）を差し込むための開口部が形成されており、この開口部が摺動摩耗によって切削されると、ボルト７５の交換作業が煩雑化する。本実施形態によれば、ボルト７５が摺動摩耗から保護されるため、インペラ５が摺動摩耗した際に、締結工具を用いてボルト７５を簡単に取り外し、インペラ５の交換作業を容易に行うことができる。

また、インペラ頂面５ｆは、インペラ短縦面５ｄ及びインペラ長縦面５ｅの長さの差分だけ傾斜している。このように、インペラ頂面５ｆをテーパ状に形成した場合、インペラ頂面５ｆのうち高さが最も高いトップ部５ｆ´付近に固形物の当接個所が限定される。これに対して、インペラ頂面５ｆをフラット状に形成した場合、インペラ頂面５ｆの全体が固形物に面接触するため、摩擦力が大きくなり、この大きな摩擦力に抗しながらボウル１０を回転させる必要があるため、消費電力が増大する。本実施形態の構成によれば、ケーシング６０に堆積した固形物とインペラ５との接触が点接触となるため、摩擦力が小さくなり、消費電力の増大を抑制することができる。また、固形物に対する接触を面接触ではなく点接触とすることにより、摩擦熱が軽減されるため、インペラ５が過熱状態となることを抑制できる。

さらに、インペラ短縦面５ｄを、インペラ長縦面５ｅよりもボウル１０の回転方向上流側に設けることによって、インペラ頂面５ｆの傾斜方向を前記回転方向の上流から下流に向かって徐々に高さが高くなる方向としている。インペラ頂面５ｆを逆向きに傾斜させた場合（つまり、インペラ頂面５ｆの傾斜方向が、前記回転方向の上流から下流に向かって徐々に高さが低くなる方向としている場合）、トップ部５ｆ´に点接触することにより削られた固形物がインペラ５周辺の固形物によってインペラ頂面５ｆに押しつけられ、インペラ頂面５ｆの開口が埋まるおそれがある。これに対して、本実施形態では、削られた固形物がインペラ５の前記回転方向に落下するため、インペラ頂面５ｆに押し付けられることを抑制できる。

インペラ頂面５ｆは、その長手方向における一端が孤状に形成されており、他端が９０度折れ曲がったコの字状に形成されている。インペラ底面５ｃは、インペラ５の装着状態において、抜け止めスリット７１ａの底面７１２ａに接触している。

インペラ溝部５ｇは、リング状部材７０の周方向において環状溝部７０ａに繋がる位置に形成されている。ここで、図５に図示するように、インペラ溝部５ｇの幅（言い換えると、回転軸Ｌ方向におけるインペラ溝部５ｇの寸法）をＴ１、環状溝部７０ａの幅（言い換えると、回転軸Ｌ方向における環状溝部７０ａの寸法）をＴ２としたときに、幅Ｔ２は幅Ｔ１よりも大きい。また、インペラ溝部５ｇの底面は、環状溝部７０ａの底面よりも高い位置に形成されている。つまり、図５の紙面法線方向視において、インペラ溝部５ｇの底面５１は、環状溝部７０ａの底面よりもインペラ頂面５ｆに近接した位置に設けられている。このように、インペラ溝部５ｇ及び環状溝部７０ａのサイズを設定した理由については、後述する。

インペラ頂面５ｆには、インペラ溝部５ｇを挟む位置にボルト７５を挿通するための開口部が形成されており、これらのボルト７５はインペラ５を貫通して、リング状部材７０に締結されている。これにより、インペラ５をより強固に固定することができる。また、ボルト７５による締結を解除して、インペラ５を回転軸Ｌ方向に押し出すだけで、インペラ５の容易に取り外すことができる。

ここで、図１に図示するように、バッフル６１の先端部は、リング状部材７０の環状溝部７０ａ及びインペラ５のインペラ溝部５ｇの内側に向かって延出しており、これらの環状溝部７０ａ及びインペラ溝部５ｇとバッフル６１の先端部との間には僅かな間隙が形成されている。ただし、バッフル６１及びインペラ溝部５ｇの間隙は、バッフル６１及び環状溝部７０ａの間隙よりも小さくなるようにサイズ設定されている。

次に、遠心分離された固形物の挙動について説明する。遠心分離された固形物は、上述した通り、固体排出口１４から受け入れ室Ａに排出される。この固形物はインペラ５の周辺におけるケーシング６０の内面に堆積し易く、遠心分離が進むにしたがってこの堆積物は成長して、インペラ５に接触する。ここで、処理物が水酸化ニッケルの場合、ミスト状のニッケルがケーシング６０に堆積し、この堆積物はケーシング６０に堆積した直後多くの水分を含んでいるが、徐々に脱水されて、硬質化する。

本実施形態では、環状溝部７０ａの幅Ｔ２をインペラ溝部５ｇの幅Ｔ１よりも大きくするとともに、インペラ溝部５ｇの底面を環状溝部７０ａの底面よりも高い位置に設けることによって、硬質粒子による摺動摩耗をインペラ溝部５ｇに集中させている。これにより、インペラ５とは別体で設けられたリング状部材７０及びボウル１０を摺動摩耗から保護することができる。

この効果は、インペラ５をリング状部材７０の周方向における少なくとも二か所に設置することで、より得られやすくなる。

ここで、遠心分離時の振動によってボルト７５が緩んで落下した場合には、ボウル１０の遠心力によってインペラ５がリング状部材７０から外れることが懸念される。しかしながら、本実施形態では、インペラ５を抜け止めスリット７１ａに滑り込ませて、ボウル１０の遠心力方向に対する移動を規制しているため、インペラ５の抜けを防止することができる。

インペラ５の摺動摩耗が更に進行した場合、デカンタ１を停止させ、インペラ５をリング状部材７０から取り外した後、新しいインペラ５に交換する必要がある。この取り外し作業は、ボルト７５の締結を解除し、摩耗したインペラ５を回転軸Ｌ方向に押し出すだけで簡単に行うことができる。

ここで、インペラ５がない場合、リング状部材７０が硬質粒子によって摺動摩耗するため、リング状部材７０全体を交換する必要がある。この交換作業は供給管４０等をボウル１０から取り外すとともに、ボウル１０をケーシング６０の外側に搬出してからでないと行うことができない。したがって、交換作業に手間がかかり、コストも増大する。これに対して、本実施形態では、摺動摩耗したインペラ５を交換するだけでよいため、交換作業が容易であり、コストも削減することができる。

（変形例１）
上述の実施形態では、抜け止めスリット７１ａを蟻継ぎ構造としたが、本発明はこれに限るものではなく、ボウル１０の径方向におけるインペラ５の抜け落ちが防止できる他の構造（例えば、鎌継ぎ構造）を採用することもできる。

（変形例２）
上述の実施形態では、環状溝部７０ａが形成されたリング状部材７０をボウル１０の外周面に組み付けることで「リブ」としたが、本発明はこれに限るものではなく、二つの環状リブを回転軸Ｌ方向に隙間を空けた状態でボウル１０の外周面に組み付けることによって、環状溝部を形成してもよい。この場合、これらの環状リブの間に形成された隙間によって環状溝部が構成される。

１ 遠心分離装置
５ インペラ
５ａ，５ｂ インペラテーパ面
５ｃ インペラ底面
５ｄ インペラ短縦面
５ｅ インペラ長縦面
５ｆ インペラ頂面
５ｇ インペラ溝部
１０ ボウル
２０ スクリューコンベア
６０ ケーシング
６１ バッフル
７０ リング状部材
７０ａ 環状溝部
７１ 切欠形状部
７１ａ 抜け止めスリット
７１ｂ ボルト締結穴
７５ ボルト

Claims (7)

1. ボウルと、
   前記ボウルの外周面から突出するリブを用いて形成されるとともに、前記ボウルの周方向に延びる環状溝部と、
   前記ボウルの内部に収容されるスクリューコンベアと、
   前記ボウル及び前記スクリューコンベアを回転可能に収容するとともに、内周面に環状に延びるバッフルが設けられたケーシングと、
   を有する遠心分離装置であって、
   前記リブには切欠形状部が形成されるとともに、この切欠形状部には耐摩耗プレートが着脱可能に装着されており、
   前記耐摩耗プレートには、前記環状部材の周方向において前記環状溝部に繋がるプレート溝部が形成されており、
   前記環状溝部及び前記プレート溝部の内側に、前記バッフルの先端部が延出しており、
   前記プレート溝部は、前記環状溝部よりも幅が小さく、かつ溝部底面の高さが高いことを特徴とする遠心分離装置。
2. 前記切欠形状部は、前記ボウルの径方向から前記耐摩耗プレートが抜けることを防止する抜け止めスリットを含んでおり、
   前記耐摩耗プレートは、前記抜け止めスリットに対して前記ボウルの回転軸方向から差し込まれていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置。
3. 前記抜け止め防止スリットは、蟻継構造であることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離装置。
4. 前記耐摩耗プレートは、ボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。
5. 前記切欠形状部は、前記リブの少なくとも二か所に設けられており、隣り合う前記切欠形状部の間隔は互いに略等しいことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。
6. 前記バッフルは、前記ケーシングと前記ボウルとの間に形成された、前記ボウルから排出される固形物を受け入れる固形物受け入れ室の側壁であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。
7. 前記耐摩耗プレートは、前記リブよりも剛性の高い材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。