JP2008512240A - 遠心ノズルおよびそのノズルを遠心ボウルに挿入する方法および装置 - Google Patents

Abstract

遠心ノズル（２０）において、ノズル本体（２２）は、ノズル出口（２４）と流体が連通する入口を定める。ノズル本体（２２）は、遠心ボウル組立体によって定められる孔内に取外し可能に位置するようになっている。カム部（２８）が、ノズル本体から外側に突出していて、ボウル組立体の一部と摩擦係合できる表面を定める。ノズル本体は、ノズル挿入・取出し工具によって定められる相補的形状の雌長穴に滑り可能に係合する雄取付け部も定める。ノズルの出口は、雄取付け部に隣接して配置されている。

Description

本出願は、出願日が２００４年９月８日である米国特許仮出願第６０／６０８００２号と出願日が２００５年６月４日である米国特許仮出願第６０／６８７００２号との利益を主張するものであり、両出願は引用により全体的に本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して遠心分離機器に関し、特に遠心ノズルおよびそのノズルを遠心ボウルに挿入し遠心ボウルから取り出す工具に関する。

遠心分離機は、一般に遠心力をかけることによってスラリをその構成成分に分離するのに使用される。スラリは通常、各々が他方と異なる密度を有する少なくとも２つの相を含む。これらの相は一般に、液体、固体、および／または気体の組合せである。スラリをその成分に分離するのに必要な遠心力を発生させるために、遠心分離機は通常、スラリが送られる高速回転容器を含む。この容器は、本発明が関係する関連技術の当業者からは「ボウル」と呼ばれている。スラリは、回転ボウルに入れられると、回転に巻き込まれ、遠心力がスラリに作用し、スラリが構成成分に分離される。通常、ボウルの周囲に出口が位置しており、分離された構成成分の少なくとも１つをボウルから取り出すことができる。

一般に上述の分離を行うために使用されるある種の遠心分離機は、当業者からディスクノズル遠心分離機と呼ばれている。この種の機械では、回転ボウルは、ボウルの最外周の周りに周方向に位置する複数のノズルを含む。各ノズルは、ロータボウルによって定められる内側領域と連通する入口部と、分離された材料をロータボウルから逃がす出口とを含む。作動時には、スラリは通常、ボウルに送り込まれ、遠心力の作用を受け、それによって、スラリのより重い相がボウルの内周に集まり、ノズルに入り、そこでボウルから排出される。ノズルは、ロータボウルの最外周以外の周面の周りに位置させることもできる。ノズルが回転軸からのより小さい半径の所に位置する場合、遠心分離機を作動させるのに必要な馬力は小さくなる。

摩耗または他のメンテナンス上の問題のために、ノズルをボウルから取り外すことが必要になることがある。これは、ノズルが通常、ノズルの一部とボウルの一部との摩擦係合を介してボウル内に保持されているため問題になることがある。従来、ノズルは、ねじ回しを使用して摩擦ばめから解除することができるように長穴を備えている。摩擦ばめに打ち勝つと、ノズルをボウルから引き出されるように位置させることができる。しかし、ノズルを回転させるのに使用されるねじ回しは、ノズルに引張り力をかけることができないため、ノズルをボウルから取り出すのが非常に困難であることが多い。一般に、ノズルはボウルから強制的に引き出されており、ノズルとボウルの一方または両方が損傷する恐れがある。

他の問題は、ノズルをボウルに挿入する際に生じる。遠心分離機を適切に機能させるには、ノズルをボウルに対して正しく揃えなければならない。上述の長穴およびねじ回しを使用してノズルを回転させて摩擦ばめすることによって、ノズルがボウルに対して完全には回転せず、それによってノズルが不適切な向きになることがある。

上述の従来技術のノズルに関連するさらに他の問題は、ねじ回し用の長穴を受け入れるのに十分な構成要素がノズルの端部にないことによって生じる。この結果、ノズル排出を最適でない位置および向きに位置させる（すなわち、入口とノズル排出口との間の流路が比較的小さい半径を有するかまたは流体がノズルからほぼ半径方向に吐出されるようにノズルの入口のより近くに位置させる）ことが必要になる。ノズル排出の向きに応じて、遠心分離機を作動させるのに必要な力がかなり増減する。

上述の従来技術のノズルが適切に位置させられたときでも、遠心分離機を駆動するのには大きな馬力が必要である。この馬力要件の大部分は、ノズルの作動および設計によるものである。ノズル排出を適切な向きに定めると、遠心ボウルを駆動するのに必要な馬力の量に劇的な効果をもたらすことができる。上述のノズルの欠点は、長穴のために、ノズルをノズルの最外面により近く配置することができないことである。このため、ボウルの周囲に対するノズル排出角度が最適なものでなくなる。

上記に基づいて、本発明の全般的な目的は、従来技術の問題および欠点を改善または克服する遠心ノズルおよびノズル挿入・取出し工具を提供することである。

本発明の一態様では、ノズル出口と流体が連通する入口を定めるノズル本体を有する遠心ノズルに注視する。ノズルは、遠心ボウルによって定められる孔内に取外し可能に位置するようになっている。カム部が、ノズル本体から外側に突出し、ロータボウルの一部と摩擦係合可能な表面を定める。ノズル本体は、ノズル挿入・取出し工具によって定められる相補的形状の雌長穴に滑り可能に係合する雄取付け部を定める。ノズル出口は、雄取付け部に隣接して配置されている。

遠心ノズルの雄取付け部と、挿入・取出し工具によって定められる雌長穴とは、それぞれ鳩尾形であることが好ましい。さらに、本発明の好ましい実施形態では、ノズルは、その軸方向に第１の座標方向に延びる長手方向軸を定める。ノズル出口は、中心線の周りに対称的であり、好ましくは、第１の座標方向に概ね垂直な第２の座標方向に対して約１０度の角度に向けられる。

本発明の遠心ノズルの実施形態では、挿入部がノズル本体内に位置し、挿入部は炭化タングステンのような適切な耐磨耗性材料、またはそれに限らない材料で作られている。挿入部は、ノズル本体入口と流体が連通する入口と、ノズル本体出口と流体が連通し、好ましくはノズル本体出口と同軸である出口とを含む。

本発明の他の態様では、ノズルを遠心ボウルに挿入し、かつノズルを遠心ボウルから取り出す工具に注視する。挿入・取出し工具は、ハンドル部と、ハンドル部から延びる軸部とを含む。端部が、軸部からハンドル部の概ね反対側に延び、遠心ノズルによって定められる上述の雄取付け部に滑り可能に係合するようになっている雌長穴を定める。長穴は鳩尾形であることが好ましい。

本発明はさらに、周囲に位置する複数の孔を定める遠心ボウルにノズルを挿入する方法を提供する。各孔は、ボウルによって定められるくぼみ内に配置されている。上述のノズルおよび挿入・取出し工具を使用して、工具の雌長穴をノズルの雄取付け部に滑り可能に係合する。ボウルによって定められる孔の１つにノズル本体を挿入し、工具を回転させ、ノズルから外側に突出するカム面をボウルに摩擦係合させる。カム面がボウルに係合すると、挿入・取出し工具の長穴がくぼみと揃い、それによって工具をノズルから滑り出させて取り出すことができる。ノズルが適切に設置されていない場合、工具をノズルから取り出すことができなくなる。

本発明の一利点は、従来のねじ回し用長穴ではなく、外側に突出する鳩尾形の端面がノズルによって使用されるため、ノズル端部での構成要素が増えることで、ノズル出口をノズル本体に沿ってより遠くまで移動させることができることである。これによって、ロータボウルに対してノズルの排出角度を調整する際の融通性を向上させることができる。排出角度を最適化すると、遠心分離機を作動させるために要求される力を顕著に低減させることができる。

ノズル端部で付加された構成要素によりノズル出口をノズル本体に沿ってより遠くまで移動できるようにすることによって、ノズル入口とノズル出口との間の通路を従来の設計より大きい半径を有するものにすることができる。より大きい半径を有する通路では、ノズルによって偏向された流体が流れる方向の変化が急激ではなくなり、流体をノズル内において、より滑らかに伝達することができる。したがって、乱流が低減され、ノズルの摩耗を減らすことができる。

本発明の他の利点は、互いに係合する鳩尾形の長穴と突起を使用することによって、ノズルをロータボウルから取り出すときに挿入・取出し工具によってノズルに力を加えることができることである。具体的には、ノズルを取り出したいときにノズルをロータボウルから引き出すことができる。これは、従来のねじ回し用長穴を使用したときには不可能であった。なぜなら、ねじ回しをノズルに取外し可能に取り付けることができなかったからである。したがって、ノズルを取り外すかまたは設置する際の時間が節約される。さらに、通常、ノズルをボウルから強制的に引き出すことによって生じるロータボウルの損傷が回避される。

図１〜３に示されているように、本発明によって製造された遠心ノズルは、全体的に参照番号２０によって指定され、全体的に参照番号２２によって指定されるノズル本体を含んでいる。図示の実施形態では、ノズル本体２２は、ほぼ円筒形であり、文字Ｍで指定される軸方向に延びる長手方向軸を定める。ノズル本体２２は、入口２６（図３）と流体が連通する出口２４（図１および２）も定める。図１および３に最もよく示されているように、ノズル本体２２は、ロータボウル３０（図７）によって定められた表面に摩擦係合するようになっている半径方向に突き出るカム面２８も定めており、このカム面２８は、遠心ノズル２０をロータボウル３０に取外し可能に固定する。

図２を参照すると、ノズル本体２２は、雄取付け部３２も定めており、この雄取付け部３２は表面３３から外側に突出しており、図示の実施形態では、鳩尾形断面を有するように示されている。鳩尾は表面３３に対して角度Ｚを定めている。角度Ｚは約３０度であることが好ましい。しかし、本発明は、本発明のより広い態様から逸脱せずに３０度以外の角度も使用できるので、この点では限定されない。さらに、鳩尾形突起を図示し説明したが、本発明は、本発明のより広い態様から逸脱せずに円筒形のような、しかしそれに限らない他の適切な形状で代用できるため、この点では限定されない。いかなる実施形態においても、端面３２は、本明細書で詳しく説明するように、ノズル挿入・取出し工具によって定められる係合雌長穴に滑り可能に受け入れられるように構成されている。

ノズル本体は、任意の適切な材料で作ることができ、炭化タングステンなどであるがそれに限らない硬い耐摩耗性の材料で全体的に構成することができる。ノズル本体２２は、切断、機械加工、鋳造、またはその他の方法で本体の外面に形成されたＯリング溝４５を含んでいる。Ｏリングは、ノズルをボウルに挿入する前に溝４５に位置させられ、それによってノズルはボウルに密封可能に係合することができる。したがって、作動時には、Ｏリング（図示せず）は、材料がノズル本体の外周の周りのボウルから逃げるのを防止する。

図４に示されているように、ノズル２０の入口２６は、軸Ｍとほぼ同軸であり、分岐点３２まで徐々に先細りしている。流路３４が、分岐点３２から延びており、ほぼ一様な断面によって形成されている。流路３４は、出口２４と流体が連通し、軸Ｍに対して角度αに向けられた第２の長手方向軸３６を定めている。出口２４は、中心線３６に対して角度βに向けられた中心線３５を定めている。出口中心線３５は、軸Ｍに概ね垂直な第１の座標方向に延びる軸３７に対して測定された角度θに向けられている。好ましくは、角度θは、概ね１０度であるが５度から１０度の間であってもよい。ただし、本発明は、本発明のより広い態様から逸脱せずに他の角度も使用できるため、この点では限定されない。

図示の実施形態では、流路３４と出口２４とは、合流して鋭い縁部４３を形成している。しかし、本発明は、本発明のより広い態様から逸脱せずに縁部４３を面取りするかまたは角取りすることができるため、この点では限定されない。

次に、図５および６を参照すると、他の実施形態では、ノズル本体２２にノズル挿入部３８が取り付けられていてもよい。ノズル挿入部３８は、流路３４内に位置している。ノズル挿入部３８は、流路３４によって定められる軸３６と概ね同軸である軸４１を定める入口通路４０を含んでいる。ノズル挿入部３８は、ノズル本体２２によって定められる出口２４と概ね同軸である出口通路４２も定めている。

ノズル挿入部３８の外面４４は、ノズル本体２２によって定められる相補的形状受入れ面に係合するようになっている。細いノズル挿入部３８は、その入口端部から挿入部をノズル本体２２に挿入することによって設置される。ノズル挿入部３８は、広い接触面積にわたってノズル本体２２に支持され、それによって、他の場合に挿入部がさらされる局所応力を低下させる。ノズル挿入部３８の内面４７は、流体を挿入部出口４２に導くように先細りにされるかまたは他の形状で構成されることが好ましい。ノズル挿入部３８は、炭化タングステンまたはセラミックのような適切な材料またはそれに限らない任意の適切な材料で作ることができる。

次に図７を参照すると、ノズル２０はロータボウル３０に取外し可能に固定されている。ロータボウル３０は、遠心ハウジング（不図示）内に回転可能に位置させることができる。上述のノズル２０をロータボウル３０内に取外し可能に固定するために、挿入・取出し工具が使用される。

次に、図８を参照すると、ノズル２０が取り付けられたロータボウル３０の表面は、涙形くぼみ５４によって定められる。リップ５５がくぼみ５４の一部から外側に突出している。以下に詳しく説明するように、ノズル２０を開口部４９に挿入するとき、カム面２８がリップ５５の下に位置してボウル３０に摩擦係合するまで、ノズル２０は回転させられる。このようにして、作動時には、ノズル２０は、遠心力のためにボウル３０から投げ出されることはない。

挿入・取出し工具は、図９〜１１に示されており、全体的に参照番号４６によって指定されている。挿入・取出し工具を以降では工具と呼ぶ。工具４６は、ハンドル部４８と、ハンドル部４８から延び軸部５９と、軸部から延びる端部５０とを含んでいる。端部５０は、図示の実施形態では概ねハンドル部４８に平行に延びる係合長穴５２を定めている。長穴５２は、ノズル本体２２によって定められる雄取付け部３２と相補的な形状を有しており、したがって、雄取付け部３２に滑り可能に係合することができる。したがって、挿入または取外し動作において工具４６がノズル本体２２に係合すると、ユーザは鳩尾の向きを判定し、それによって、ノズル本体から半径方向に突出するカム面２８に対してノズルが「ロックされている」かそれとも「ロックされていない」かを判定することができる。さらに、工具４６の形状のために、ノズルがボウル３０内に適切に設置されるまで、工具４６をノズル２０から分離することはできない。工具４６をノズル２０から滑り出させなければならないため、工具を取り外すのに十分な隙間を設けるには涙形くぼみに対してノズルを適切に揃える必要がある。さらに、ノズルの端面３２（図２）と工具４６の長穴５２とが各々相補的な鳩尾形であるため（たとえば、長穴は雌形で端面は雄形である）、挿入・取出し工具は、ノズルに係合するとノズルを取外し可能に保持する。

次に、図１２を参照すると、ロータボウル３０の表面によって定められる開口部４９にノズル２０を挿入する場合、まずノズルを工具４６上に取り付ける。次に、ボウル３０によって定められるボアにノズル２０を挿入し、カム面２８（図８）がロータボウルと係合するまでノズル２０が回転させられ、これによって遠心ノズルがロータボウルに摩擦によって取外し可能に固定される。ノズル２０を適切に設置した後、工具４６をロータボウル３０の涙形くぼみ５４に沿ってノズルから滑り出させることができるように、工具４６は方向付けられる。上述のように、ノズル２０が適切に設置されていない場合、工具４６が涙形くぼみ５４に適切に揃わず、それによって、工具４６をノズルから涙形くぼみへ向かって滑り出させることができなくなる。

本発明をその詳細な説明に関して図示し説明したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに、様々な変更を施すことができ、かつ本発明の要素を均等物で置き換えることができることが理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況または構成要素を本発明の教示に適合させるように修正を施すことができる。したがって、本発明は、上記の詳細な説明に開示された特定の実施形態に限定されず、さらに、本発明は、添付の特許請求の範囲内のすべての実施形態を含むことを意図するものである。

本発明の遠心ノズルの斜視図である。 図１の遠心ノズルの前部の斜視図である。 図１の遠心ノズルの底面図である。 図１の遠心ノズルの断面図である。 ノズル挿入部を有する図１の遠心ノズルの断面図である。 遠心ノズル挿入部の断面図である。 複数の遠心ノズルが内部に設置されていることを示すロータボウルの側面図である。 図１のノズルを挿入できるロータボウルの表面の涙形くぼみの側面図である。 本発明のノズル挿入・取出し工具の正面図である。 図９のノズル挿入・取出し工具の上面図である。 遠心ノズルの鳩尾形部に滑り可能に係合するようになっている鳩尾形長穴を示すノズル挿入・取出し工具の端部の部分概略正面図である。 図１の遠心ノズルをロータボウルに設置するときに使用される図９〜１１の挿入・取出し工具の部分断面正面図である。

Claims (14)

1. ノズル出口２４との間で流体が連通する入口２６を定めるノズル本体２２であって、円筒形であり、ロータボウル３０によって定められる孔に滑り可能に係合しかつ該孔内に取外し可能に位置するようになっており、したがって、該ノズル本体２２を該孔に係合したときに、該ノズル本体２２を回転させることで前記カム部２８を該ロータボウル３０に係合させることができることを特徴とするノズル本体２２と、
   前記ノズル本体２２から外側に突出していて、前記ロータボウル３０の一部と摩擦係合することのできる表面を定めるカム部２８と、
   を有し、
   前記ノズル本体２２は、ノズル挿入・取出し工具４６によって定められる相補的形状の雌長穴５２に滑り可能に係合した雄取付け部３２を定め、
   前記出口２４は、前記雄取付け部３２に隣接して配置されている、
   遠心ノズル２０。
2. 前記雄取付け部３２は、鳩尾形断面を定める、請求項１に記載の遠心ノズル２０。
3. 前記ノズル本体２２は、その軸方向に第１の座標方向に延びる長手方向軸Ｍを定め、
   前記ノズル出口２４は、前記第１の座標方向に垂直な第２の座標方向に対して角度がずれた中心線の周りに対称的である、請求項１に記載の遠心ノズル２０。
4. 前記角度のずれは約１０度である、請求項３に記載の遠心ノズル２０。
5. 前記角度のずれは約５度から１０度未満の間である、請求項１に記載の遠心ノズル２０。
6. 前記入口部２６は、該入口部に対してある角度に向けられた概ね円筒形の流路３４まで徐々に先細りし、該流路３４は、前記出口２４と流体が連通している、請求項１に記載の遠心ノズル２０。
7. 前記ノズル本体２２内に位置する挿入部３８をさらに有し、該挿入部３８は、該ノズル本体２２によって定められる前記入口２６と流体が連通する入口通路４０と、該ノズル本体２２によって定められる前記出口２４と流体が連通しかつ該出口２４と概ね同軸である出口通路４２と、を有する、請求項１に記載の遠心ノズル２０。
8. 前記挿入部３８は、炭化タングステンで作られている、請求項７に記載の遠心ノズル２０。
9. ハンドル部４８と、該ハンドル部４８から延びる軸部５９と、該軸部５９と同軸でありかつ該軸部５９から延びている端部５０と、を含み、
   前記端部５０は、前記遠心ノズル２０によって定められる相補的形状の雄取付け部３２に滑り可能に係合するようになっている形状の雌長穴５２を定める、
   ノズル挿入・取出し工具４６。
10. 前記雌長穴５２は鳩尾形である、請求項９に記載のノズル挿入・取出し工具４６。
11. 前記ハンドル部４８は、前記軸部５９に概ね垂直である、請求項９に記載のノズル挿入・取出し工具４６。
12. 複数の孔を定めるロータボウル３０であって、該孔は該ロータボウル３０の周囲を延び、各孔はくぼみ５４内に位置している、ロータボウル３０を設けるステップと、
    ノズル出口２４と流体が連通する入口２６を定める円筒形のノズル本体２２であって、前記ノズル２０は、前記孔の１つに滑り可能に係合しかつ前記孔の１つ内に取外し可能に位置するようになっていることを特徴とする円筒形のノズル本体２２と、
    前記ノズル本体２２から外側に突出していて、前記ロータボウル３０の一部と摩擦係合することのできる表面を定めるカム部２８と、
    を有する各ノズル２０であって、
    前記ノズル本体２２は、雄取付け部３２を定め、
    前記出口２４は、前記雄取付け部３２に隣接して配置されている、
    複数の遠心ノズル２０を設けるステップと、
    ハンドル部４８と、該ハンドル部４８から延びる軸部５９と、該軸部５９と同軸でありかつ該軸部５９から延びていて、前記遠心ノズル２０によって定められる前記雄取付け部３２に滑り可能に係合するようになっている形状の雌長穴５２を定める端部５０と、を有するノズル挿入・取出し工具４６を設けるステップと、
    前記ノズル挿入・取付け工具４６によって定められる前記雌長穴５２内に前記ノズル２０の前記雄取付け部３２を位置させるステップと、
    前記ロータボウル３０によって定められる前記孔の１つ内に前記ノズル２０を滑り可能に配置するステップと、
    前記ノズル挿入・取出し工具４６をひねり、それによって前記ノズル２０をひねり、前記カム部２８の前記表面を前記ロータボウル３０に摩擦係合させ、前記長穴５２を前記くぼみ５４に揃えるステップと、
    前記ノズル挿入・取出し工具４６の前記端部５０を前記くぼみ５４に滑り込ませ、かつ前記ノズル２０から滑り出させることによって、該ノズル挿入・取出し工具４６を該ノズル２０から取り外すステップと、
    を有する、
    遠心ノズル２０をロータボウル３０に挿入する方法。
13. 前記ノズル挿入・取出し工具４６によって定められる前記長穴５２と、前記ノズル２０によって定められる前記雄取付け部３２とは、それぞれ鳩尾形である、請求項１２に記載の、遠心ノズル２０をロータボウル３０に挿入する方法。
14. 前記くぼみ５４は涙形である、請求項１２に記載の、遠心ノズル２０をロータボウル３０に挿入する方法。

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