專利名稱：一種離心沉降方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體中不同物質(zhì)的分離方法。更具體地，提供了由該方法 設(shè)計(jì)出的離心沉降裝置。它特別適用于廢水或污水中不同物質(zhì)的離心沉降 分離，將工業(yè)排放的廢水、城市排放的生活污水離心沉降為清潔水。能夠 將液體中不同物質(zhì)離心沉降分離。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有離心機(jī)的分離方法有離心分離、離心澄清、離心過(guò)濾等，是將 被分離液體物料裝載于轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)盤中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)設(shè)備相聯(lián)作回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，在一定的圓周運(yùn)動(dòng)速度條件下，利用物料中物質(zhì)不同的慣性離心力 和沉降速度達(dá)到分離目的。此種分離方法有以下特點(diǎn)
1. 分離液體物料裝載于轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)盤中作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重 量全部作用在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，因此，轉(zhuǎn)動(dòng)軸和機(jī)座的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和材料的選用受 到限制。
2. 分離液體物料和轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)重量，工作期間與驅(qū)動(dòng)設(shè)備消耗的能量 (功率)成正比關(guān)系。
3. 分離物料和轉(zhuǎn)鼓一起高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體受慣性離心力作用，液 壓在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上產(chǎn)生很大的離心應(yīng)力，轉(zhuǎn)鼓的上下端蓋也要承受很高的離 心應(yīng)力，因此，轉(zhuǎn)鼓承受離心應(yīng)力的限度，使設(shè)計(jì)和材料的選用受到限制。 只有轉(zhuǎn)鼓直徑小、轉(zhuǎn)速高才能達(dá)到需要的離心分離因數(shù)，使分離效率和使 用范圍受到限制。
4. 離心分離霈要高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)中必須解決離心機(jī)振動(dòng)問(wèn)題，因 而設(shè)備復(fù)雜，維修、運(yùn)行成本費(fèi)用高。
另一方面，現(xiàn)有城市中污水處理方法，是在城市下游建立污水處理廠， 對(duì)城市生活污水進(jìn)行集中處理，因而整座城市要建立龐大的污水排流管網(wǎng)， 一些城市受地理?xiàng)l件限制，要建若干污水泵站，因而污水處理投資大，而且要占用很多土地資源。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有離心機(jī)分離方法進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，提出了一種新的適 用于廢水、污水的離心沉降分離方法，能夠靈活、方便地設(shè)置污水、廢水 處理點(diǎn)，可以高效率、低能耗、少維修、低成本地對(duì)工業(yè)廢水和生活污水 進(jìn)行處理，將液體中的不同物質(zhì)進(jìn)行離心沉降分離并自動(dòng)排出。與現(xiàn)有污 水處理方法結(jié)合使用，能夠降低污水處理成本費(fèi)用。 理論依據(jù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的理由工業(yè)排放的廢水，城市排出的生活污水，含有羧 基酸、胺基、磺酸基、羥基等物質(zhì)，其外包圍有水分子締合成分子團(tuán)。按 照質(zhì)量守恒定律，水分子與它種物質(zhì)分子的化學(xué)組合方式無(wú)數(shù)、多變，但 質(zhì)量數(shù)不變，雖然水分子是極性分子，分子中的氧原子極易與它種物質(zhì)分 子的原子構(gòu)鍵成氧化物分子，氫原子易構(gòu)鍵成氫化物分子，但水分子的數(shù) 量遠(yuǎn)比污染物分子多，因而廢水或污水中多數(shù)是水分子，有害物質(zhì)分子是 少數(shù)。液體的流動(dòng)性決定了大小分子間是弱結(jié)合力，而水分子是鍵力很強(qiáng) 的結(jié)構(gòu)態(tài)分子，液體中有不同的結(jié)構(gòu)態(tài)分子和締合物分子。各種分子或分 子團(tuán)有不同的質(zhì)量，廢水或污水物質(zhì)中水分子質(zhì)量最輕(羥基離子除外)， 按照力學(xué)定理，不同質(zhì)量的分子或分子團(tuán)只要作圓周運(yùn)動(dòng)，就有不同的向 心力與等值反向的慣性離心力，還有科氏力和重力，在很髙的分離因數(shù)條 件下，由于液體中分子間或與分子團(tuán)間是數(shù)種力形成的弱結(jié)合力，在立體 極坐標(biāo)中，不同物質(zhì)分子在髙速畫(huà)周運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移矢量不同，存在矢量力 差，就能夠?qū)①|(zhì)量不同的大小結(jié)構(gòu)態(tài)分子或形成的締合物分子團(tuán)離心沉降 分離，通過(guò)適當(dāng)方法分類收集。本發(fā)明采用這樣的方法可以實(shí)現(xiàn)離心沉降分離；由無(wú)底無(wú)蓋圓筒體構(gòu) 成外轉(zhuǎn)體A，轉(zhuǎn)體中心設(shè)置內(nèi)轉(zhuǎn)體B,形成分離室a,內(nèi)轉(zhuǎn)體裝配在機(jī)座C 和機(jī)蓋E上，外轉(zhuǎn)體裝配在機(jī)體D上，A與C間設(shè)有氣簾封s,防止液體 外漏，C有環(huán)流室c,圃周有出口與初速室b通^^, b與a相通，c有進(jìn)口 經(jīng)管道e與儲(chǔ)流池f通聯(lián)，f與污水池通聯(lián)，f比a液面高有調(diào)節(jié)器R。污水 池中污水經(jīng)濾渣處理流入f，經(jīng)e進(jìn)入c，環(huán)周進(jìn)入b,上升至a，調(diào)節(jié)f液 面高度，f液面高于a。 a的上部E設(shè)有污液出口h和清潔水出口i。 A磁懸浮在導(dǎo)軌磁場(chǎng)I上，由環(huán)平板直線同步電機(jī)H帶動(dòng)，B由無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)帶 動(dòng)(圖1)。
外、內(nèi)轉(zhuǎn)體同向逆時(shí)針高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，牽引液體物料趨于同速圓周運(yùn) 動(dòng)。物料中的分子或分子團(tuán)有質(zhì)量m，外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁和內(nèi)轉(zhuǎn)體外壁與液體分子 接觸，外、內(nèi)轉(zhuǎn)體對(duì)外層分子和內(nèi)層分子有周向牽引力尸軒，夕卜、內(nèi)層分 子帶動(dòng)相鄰層分子，設(shè)有n層分子，在外、內(nèi)轉(zhuǎn)體牽引下n層分子趨于同 速圓周運(yùn)動(dòng)(圖l b)。不同質(zhì)量的分子和分子團(tuán)有向心力尸向心和等值反向 的慣性離心力/V。、有徑向和軸向的科里奧利力尸科氏力、內(nèi)轉(zhuǎn)體外壁與分 子間有萬(wàn)有引力/^力和原子間電偶極力(合力是物理吸附力)、液體中不同 物質(zhì)各有向下的重力g 、由于f、 a液面存在高度差，分離室中的液體有整 體向上升力P升力，圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)流液體柱，在立體極坐標(biāo)中，各種物質(zhì)的 位移矢量遵守右旋定則(圖1 a)。
外轉(zhuǎn)體高速圓周運(yùn)動(dòng)，內(nèi)壁牽引液體外層分子同速圓周運(yùn)動(dòng)，該層分 子又帶動(dòng)相鄰層分子，設(shè)有n層分子，受牽引力的液體在高速圓周運(yùn)動(dòng)中， 分子間有滑動(dòng)效應(yīng)出現(xiàn)層間分子依次減速，其大小由液體的粘滯系數(shù)w給 出(圖lb),但液體的離心力作用在內(nèi)壁上，使液體始終趨向與轉(zhuǎn)體同速運(yùn) 動(dòng)。內(nèi)轉(zhuǎn)體牽引內(nèi)側(cè)液體圓周運(yùn)動(dòng)，有液體壓力和外壁與分子的物理吸附 力，帶動(dòng)液體內(nèi)層分子同速圓周運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)相鄰層分子趨于同速運(yùn)動(dòng)。 力埸中當(dāng)內(nèi)層分子的慣性離心力小于壁與分子的物理吸附力時(shí)，外壁對(duì)分 子的牽引力是有效的，當(dāng)內(nèi)層分子的離心力大于壁與分子的物理吸附力時(shí), 分子將離開(kāi)轉(zhuǎn)體外壁，依靠液體加速度的慣性力與回轉(zhuǎn)的液體趨于同速圓 周運(yùn)動(dòng)。
力場(chǎng)中，物料受牽引力作用有加速度a和回轉(zhuǎn)角加速度cy，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 中有法向加速度ct法向和切向加速度ot鵬，二者的合速度是向心加速度a向 心和等值反向的離心加速度a船，有關(guān)系式
"切向+ "法向=份 (米/秒2)
向心加速度的方向指向圓心，離心加速度自畫(huà)心徑向向外。物料中的分子 或分子團(tuán)有質(zhì)量m，因此質(zhì)點(diǎn)上有向心力尸向心和等值反向的離心力/V心，力的大小有公式尸向心力=尸離心力=加fiiV (公斤力)恥力 gV60" 卿 式中G是物質(zhì)的重量，g是重力加速度。分離室中不同物質(zhì)離心分離能力的 重要指標(biāo)是離心分離因數(shù)，物質(zhì)受的慣性離心力愈大，分離效果愈好，分 離因數(shù)是分離物料在離心力場(chǎng)中所受的離心力和它所受的重力的比值，分 離因數(shù)的大小有公式,分鵬* =, 或者F分離因數(shù)60 J g實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)的方法外轉(zhuǎn)體由環(huán)平板直線同步電機(jī)(LSM)帶動(dòng)，電機(jī)可以是雙邊初級(jí)、長(zhǎng) 次級(jí)或短次級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)逆變器調(diào)節(jié)電流頻率，安裝在磁懸浮導(dǎo)軌或者磁 浮軸承上，可以達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)速度。內(nèi)轉(zhuǎn)體由高速無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)。 回轉(zhuǎn)速度300米 2500米/秒,牽引分離物料的角加速度"為100轉(zhuǎn) 1000 轉(zhuǎn)/秒，分離因數(shù)可以在1萬(wàn) 10萬(wàn)之間選擇。分離室中的物料在立體極坐 標(biāo)中，分子或分子團(tuán)在高速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生慣性離心力的同時(shí)產(chǎn)生科里 奧利力，方向自圓心向外沿周向和軸向，力的大小有公式F科氏力-2附仿F矢量 (公斤力)式中r矢量是質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于外轉(zhuǎn)體的徑向速度矢量。按照牛頓提出的萬(wàn)有引力理論，外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的液體分子沒(méi) 有萬(wàn)有引力，而內(nèi)轉(zhuǎn)體外壁與液體分子間存在萬(wàn)有引力F旅，力的大小有 公式F引力=G^""7*G是引力常量，量綱為(克7厘米-V秒—2 )雖然引力十分微弱，但內(nèi)轉(zhuǎn)體的質(zhì)量很大，外表面與分子的原子間有電偶 極力，合力表現(xiàn)為物理吸附力。表明外壁能夠牽弓l液體內(nèi)層分子同速圓周 運(yùn)動(dòng)。髙速圓周運(yùn)動(dòng)的液體在慣性離心力場(chǎng)中，重量和加速度在徑向出現(xiàn)很 高的液體壓力，對(duì)外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁產(chǎn)生很大的離心應(yīng)力，由于分離室是開(kāi)放性 的，液體上部是大氣壓力，下部與儲(chǔ)流池中液體通聯(lián)，在一個(gè)開(kāi)放式的分 離室內(nèi)，外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁與液體間很大的液體壓力會(huì)向液體內(nèi)部各個(gè)方向傳遞, 因?yàn)橐后w中分子間有傳力作用，外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁承受的離心應(yīng)力會(huì)向液體各個(gè) 方向傳遞，向上的力是物料分離過(guò)程中需要的力，向下的力傳給了整個(gè)液 體，運(yùn)動(dòng)方向前的力加速分子的運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)方向后的力傳給了整個(gè)液 體，壓強(qiáng)趨于按照液體的深度平均分布，因此，外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁受到的離心應(yīng) 力就是整個(gè)液體的壓強(qiáng)力。外轉(zhuǎn)體對(duì)液體物料施加的是牽引力，對(duì)液體重 量不受承載力。由于內(nèi)壁承受液體離心作用力，外轉(zhuǎn)體始終能夠牽引液體 物料圓周運(yùn)動(dòng)。因此，外轉(zhuǎn)體牽引的分離物料可以很多，能夠在很高的速 度中回轉(zhuǎn)。巨大的離心應(yīng)力分散到液體中，可以設(shè)計(jì)出大的轉(zhuǎn)體直徑。物料在分離室能夠分離，是因?yàn)橐后w中結(jié)構(gòu)態(tài)分子或締合物分子有不 同的質(zhì)量，在重力場(chǎng)中有不同的重度(重量)，產(chǎn)生不同的沉降速度。達(dá)到 一定的圓周運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，在慣性離心力場(chǎng)中就有不同的位移矢量，存在位 移矢量力差，當(dāng)位移矢量的力差大于不同結(jié)構(gòu)態(tài)分子間的締合力時(shí)，不同 質(zhì)量的分子就會(huì)分布在不同的圓形軌道上，質(zhì)量大的趨于遠(yuǎn)離圓心，質(zhì)量 小的趨于靠近圓心。定容下的液體可以形變但質(zhì)量數(shù)不變，因此不同質(zhì)量 的分子或分子團(tuán)要在重力場(chǎng)中占據(jù)各自的位置，重度大的分子或分子團(tuán)沉 降的速度快，重度小的沉降速度慢。重力受地心引力作用其方向向下，由 此將分離室中的廢水或污水沉降分離。但慣性離心力場(chǎng)中位移矢量差形成 的分離沉降速度要遠(yuǎn)大于自然界中重力沉降速度，就表現(xiàn)為離心沉降分離。儲(chǔ)流池與分離室通聯(lián)的液體平面，由于存在液面高度差，分離室a的液體 受壓上升，使分離了的清潔水沿出口 i排出，濃縮的污液從出口h排出。 由此達(dá)到廢水、污水中不同物質(zhì)分離的目的。上述離心沉降分離技術(shù)方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于分離室中物料在外、內(nèi)轉(zhuǎn)體牽引力下的高速圓周運(yùn)動(dòng)，不同質(zhì)量的分子或分子團(tuán)始終趨向于同速。 在開(kāi)放式的分離室中，液體中的固體微粒或分子、分子團(tuán)只要作圓周運(yùn)動(dòng), 就有向心力與等值反向的慣性離心力，并有各自的位移矢量方向，與現(xiàn)有 的離心分離技術(shù)方法是等同的。但是，由于采用了與現(xiàn)有離心分離技術(shù)不 同方法和結(jié)構(gòu)裝置，就有以下突出優(yōu)點(diǎn)1，由于液體物料的分離在無(wú)底無(wú)蓋開(kāi)放式分離室進(jìn)行，外、內(nèi)轉(zhuǎn)體對(duì) 物料只作圓周運(yùn)動(dòng)牽引力功，不對(duì)物料的重量作承載功，因而對(duì)物料中不 同物質(zhì)的分離，需要的功率和能耗少。2. 由于反應(yīng)室是開(kāi)放式的，高速圓周運(yùn)動(dòng)的液體壓力作用在外轉(zhuǎn)體內(nèi) 壁上的離心應(yīng)力能夠在液體中傳遞，轉(zhuǎn)體承受的離心應(yīng)力與液體壓力趨于 等值，因此轉(zhuǎn)體的直徑可以不受液體離心壓力的限制?，F(xiàn)有圓筒式高速離 心機(jī)，巨大的液體壓力受定容限制轉(zhuǎn)鼓要承受極大的離心應(yīng)力。所以相同 直徑、相同速度時(shí)，轉(zhuǎn)體比轉(zhuǎn)鼓承受的離心應(yīng)力要小若干個(gè)數(shù)量級(jí)，因而 外轉(zhuǎn)體的直徑可以制造得很大，轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速可以很高，分離因數(shù)能夠很大， 因而廢液、污水處理的產(chǎn)量、效率很高。3. 由于內(nèi)轉(zhuǎn)體中心的定位作用，液體隨內(nèi)轉(zhuǎn)體圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)有自動(dòng)調(diào)心 作用，外轉(zhuǎn)體對(duì)液體是周向牽引加速度，并受磁場(chǎng)約束控制，因而分離裝 置在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)很小，設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)須考慮分離裝置的振動(dòng)，使設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單， 能夠長(zhǎng)期運(yùn)行，易于維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用低。下面提供本發(fā)明技術(shù)方法實(shí)施例


圖1.是本發(fā)明技術(shù)的離心分離方法示意圖。 圖2.是本發(fā)明技術(shù)中的裝置主視剖面圖。 圖3.是圖2中A-A剖視圖。 圖4.是圖2中B-B剖視圖。 圖5.是圖2中C"C剖視圖。 圖6.是圖2中D"D剖視圖、a局部放大圖 發(fā)明方法實(shí)施例本發(fā)明方法中的離心分離裝置由外轉(zhuǎn)體A、內(nèi)轉(zhuǎn)體B、機(jī)座C、機(jī)體D、機(jī)蓋E、儲(chǔ)流池F、控制器G部件組成。圖2是裝置主視圖的剖面圖。部件A中的外轉(zhuǎn)筒1選用輕質(zhì)抗拉強(qiáng)度髙的合金鋁、鋼或復(fù)合材料制 造，內(nèi)壁表面2進(jìn)行均勻粗糙和親水處理，外壁徑向緊繞有很高抗拉強(qiáng)度 的納米碳纖維絲3或其它髙抗拉強(qiáng)度纖維絲，用強(qiáng)力膠均勻浸漬粘連，筒 體圓周整體是勻質(zhì)的。中部7裝有環(huán)平板直線同步電機(jī)次級(jí)轉(zhuǎn)子4，直徑小 的次級(jí)轉(zhuǎn)子是整體的，直徑大的轉(zhuǎn)子由數(shù)個(gè)短次級(jí)轉(zhuǎn)子組成，安裝在轉(zhuǎn)子 架5上。轉(zhuǎn)筒的上部6有磁懸浮架8,裝配數(shù)個(gè)L形永久磁鐵9，由連接器 24固定在磁懸浮架上，有S磁極和N磁極。下部10有磁懸浮架11，裝配 數(shù)個(gè)L形永久磁鐵12,由連接器24固定磁懸浮架上，有S磁極和N磁極。 磁鐵與筒體間由非磁性材料銅片13隔離(圖3是圖2 A-A剖視)。轉(zhuǎn)筒的 下端部有倒V形氣簾受口 14，由此構(gòu)成外轉(zhuǎn)體部件A，它的功能是牽引液 體物料高速圓周運(yùn)動(dòng)。部件B中的內(nèi)轉(zhuǎn)筒15選用輕質(zhì)高強(qiáng)度合金鋼、鋁，或其它強(qiáng)度髙的防 銹材料制造，外表面16進(jìn)行均勻粗糙和親水處理。轉(zhuǎn)筒的上軸17裝配在E 的中心軸承座體18內(nèi)，配裝有高速滾動(dòng)軸承19,水密封20,通過(guò)柔性連 接軸21與電機(jī)軸22配裝。轉(zhuǎn)筒的下軸23裝配在C的中心軸承座體36內(nèi)， 配裝有高速滾動(dòng)軸承25，水密封26。上下軸承座內(nèi)與軸間也可以裝配磁懸 浮軸承。轉(zhuǎn)筒具有髙度同心度，圓周整體勻質(zhì)，需要作動(dòng)平衡試驗(yàn)。由此 構(gòu)成內(nèi)轉(zhuǎn)體部件B，功能是牽引液體圓周運(yùn)動(dòng)的初速度、加速度，減少液體 物料高速畫(huà)周運(yùn)動(dòng)的阻滯力。部件C的座體27可以是鋼結(jié)構(gòu)件或鑄鐵件，內(nèi)有環(huán)流室28，初速室 29，環(huán)流室有進(jìn)口30與外環(huán)管31通fl，外環(huán)管通過(guò)管路32與儲(chǔ)流池F的 出口 33通聯(lián)。環(huán)流室有出口 34與初速室29通聯(lián)，初速室與分離室35相 通(圖5是圖2 C"C剖視圖)。座體的中心軸承座36與轉(zhuǎn)筒15的下軸23 配裝，機(jī)座C與外轉(zhuǎn)體A接合部有防漏氣簾37，由環(huán)形槽38和噴流孔39 及氣室40組成(圖5中放大圖a),氣室經(jīng)管道41與空氣壓縮機(jī)42通聯(lián)， 座體27由螺絲43與機(jī)體44聯(lián)接。由此構(gòu)成機(jī)座部件C，它的功能是承載機(jī)體，與機(jī)蓋一起承載旋轉(zhuǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)體，是外部液體物料進(jìn)入分離室的均分體。 部件D中的機(jī)體44,可以是鋼結(jié)構(gòu)件或鑄鐵件。下端部與座體27聯(lián)結(jié)，上端部與蓋體57由螺絲81聯(lián)結(jié)。上部6和下部10的內(nèi)壁圓周上，由若干 L形永久磁鐵塊裝配成上部磁導(dǎo)軌47和下部磁導(dǎo)軌48，磁導(dǎo)軌有N磁極和 S磁極，與外轉(zhuǎn)體磁懸浮架上的永久磁鐵9和12配裝，，形成磁懸浮相斥磁 場(chǎng)49，和同心相斥磁場(chǎng)50,同心相斥磁場(chǎng)保證外轉(zhuǎn)體繞中心回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磁 懸浮相斥磁場(chǎng)保證外轉(zhuǎn)體在磁導(dǎo)軌上懸浮回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(圖4是圖2 B-B剖視)。 在機(jī)身中部?jī)?nèi)壁51上，裝有環(huán)平板直線同步電機(jī)初級(jí)定子線圈52，電磁鐵 芯53與轉(zhuǎn)筒1上的次級(jí)轉(zhuǎn)子4配裝，通過(guò)電機(jī)架54將雙邊初級(jí)定子鐵芯 固定，兩邊的初級(jí)定子與中間的次級(jí)轉(zhuǎn)子有相同的磁隙，有繞組線圈52， 電機(jī)架可沿內(nèi)壁鍵槽55上下位移，由下方的升降調(diào)節(jié)器56，通過(guò)控制器G 指令與磁懸浮高度同步位移，使雙邊初級(jí)定子與中間次級(jí)轉(zhuǎn)子保持相等的 磁隙(圖3是圖2 A-A剖視)。磁浮線圈和電機(jī)繞組線圈可用常規(guī)鐵芯線圈， 西南交通大學(xué)研制的磁懸浮高速列車，使用的釔鋇銅氧體高溫超導(dǎo)塊材線 圈，用作電機(jī)繞組線圈和磁浮線圈更能達(dá)到節(jié)能目的。由此構(gòu)成機(jī)身D，它 的功能是承載外轉(zhuǎn)體的高速、超髙速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。部件E中的蓋體57，可以是鋼結(jié)構(gòu)件或鑄鐵件，與機(jī)體44聯(lián)結(jié)。它的 功能是與27構(gòu)成內(nèi)轉(zhuǎn)體的髙速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)分離物質(zhì)出口位置，是液體 分離物質(zhì)的排出通道。蓋體中心有軸承座18，內(nèi)有滾動(dòng)軸承19,水密封器 20，滾動(dòng)軸承19與15的上軸17裝配，上軸通過(guò)柔性聯(lián)接軸21與蓋體上 的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)72的電機(jī)軸22配裝。蓋體面向分離室35設(shè)有污液收集口 58,收集口的寬度59和徑向位置60經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸61可以通過(guò)機(jī)蓋上方的調(diào)節(jié) 器62控制，收集口與蓋體內(nèi)的通道63和出口 64通聯(lián)。有清潔水收集口 65， 收集口的寬度66和徑向位置67經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸68可以通過(guò)機(jī)蓋上方的調(diào)節(jié)器69 控制，收集口與蓋體內(nèi)的通道70和出口 71通聯(lián)(圖6是圖2 D~D剖視， 注圖中出口通道表示為剖面圖)。根據(jù)分離物料中不同物質(zhì)的多少，可在 不同半徑圓周上設(shè)置數(shù)個(gè)收集口 Qk 2、 3...,收集口的寬度Z,、 2、 3...和徑向位置y!、 2、 3...可以通過(guò)各自的調(diào)節(jié)器Xk 2、 3...進(jìn)行控制，各收集口與各自通道Wl、 2、3...和出口 St、 2、 3...通聯(lián)，以達(dá)到對(duì)液體物料中不同物質(zhì)的分離(圖6 a是圖2 D-D剖視示意圖，注圖中w是通道剖面圖)。由此構(gòu)成機(jī)蓋部件E。部件F中的儲(chǔ)流池壁72,可以是磚混或混凝土結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)流池73上部有進(jìn)口 74通過(guò)自動(dòng)控制閥75與污水池76或絮凝池77通聯(lián)，底部有出口 33 經(jīng)管路32與環(huán)流室28進(jìn)口 30通聯(lián)。上部設(shè)有液面高度調(diào)節(jié)器78，調(diào)節(jié)器 由浮球79和觸點(diǎn)80等構(gòu)成，可以對(duì)儲(chǔ)流池的液體髙度進(jìn)行自動(dòng)控制，它 的功能是為分離室中液體物料提供上升力，使分離物質(zhì)自動(dòng)排出。部件G是程序控制器，由信息收集元與編制程序控制元構(gòu)成。信息收 集元有進(jìn)入的污水物質(zhì)信息a、儲(chǔ)流池與分離室液面高差信息b、外、內(nèi) 轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)速度信息c、懸浮磁隙高度信息d、防漏氣簾氣壓信息e、收集口 寬度信息f、收集口徑向位置信息g、排出物質(zhì)信息h。信息元相互間有依 存關(guān)系，按照前述的方法原理進(jìn)行計(jì)算機(jī)信息處理，編制成為程序控制元， 控制元的組合是程序控制器G。由部件A、 B、 C、 D、 E、 F、 G組成的離心沉降分離裝置，其工作原理 是城市排放的生活污水或工業(yè)排放的廢水先在污水池經(jīng)過(guò)濾渣處理，清 除毫米以上的固體顆粒和廢渣。為加快分離沉降速度，少數(shù)難于分離的污 水或廢水要加入絮凝劑，凝聚成分子團(tuán)以便于高效分離。污水或廢水自流 入或泵入儲(chǔ)流池73,經(jīng)出口 33由管路32經(jīng)進(jìn)口 30進(jìn)入環(huán)流室28,通過(guò) 出口 34進(jìn)入初速室29。環(huán)流室的作用是將進(jìn)入的污水或廢水局部存留，通 過(guò)畫(huà)周出口 34均勻分布進(jìn)入初速室29，由內(nèi)轉(zhuǎn)體16帶動(dòng)液體物料圓周運(yùn) 動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)。液體上升到分離室35，被外轉(zhuǎn)體1牽引液體物料加速、超 高速畫(huà)周運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)體1與固定的機(jī)座27之間，設(shè)置有防漏氣簾37， 氣體壓力等于或略髙于液體壓力，防止液體外漏。轉(zhuǎn)體16由高速無(wú)級(jí)調(diào)速 電機(jī)72帶動(dòng)，調(diào)節(jié)速度范圍0^12000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)體1由直線同步電機(jī)(LSM) 54帶動(dòng)，通過(guò)逆變器按照電流的頻率進(jìn)行調(diào)速，轉(zhuǎn)動(dòng)速度不受限制，可以 得到很高的轉(zhuǎn)速或圓周線速度。其角速度w可以達(dá)到100 850轉(zhuǎn)/秒、線 速度u可以達(dá)到300 2500米/秒。外、內(nèi)轉(zhuǎn)體逆時(shí)針同向回轉(zhuǎn)，牽引液體 物料趨于同速圓周運(yùn)動(dòng)。物料中不同分子或分子締合物有不同的向心加速 度和等值反向的離心加速度，加速度的方向指向圓心。質(zhì)量不同向心力和 等值反向的慣性離心力不同，力的方向自圓心向外。不同質(zhì)量的物質(zhì)，各 個(gè)方向位移矢量不同，產(chǎn)生位移矢量力差，液體中的結(jié)構(gòu)態(tài)分子間是締合 力，極性分子間有引力，液體的流動(dòng)性決定了不同分子間是弱的結(jié)合力，當(dāng)位移矢量力差大于不同分子間弱結(jié)合力時(shí)，就能夠?qū)⑽锪现胁煌镔|(zhì)進(jìn) 行分離，在一定的速度范圍內(nèi)，質(zhì)量大的物質(zhì)趨于圓的外側(cè)，質(zhì)量小的物 質(zhì)趨于圓的內(nèi)側(cè)，不同質(zhì)量的物質(zhì)分布在不同的圓周軌道上。高速圓周運(yùn) 動(dòng)時(shí)，不同質(zhì)量的物質(zhì)有不同的科里奧利力，在立體極坐標(biāo)中，力的方向 沿周向、徑向、軸向上升，也是位移矢量力，它加速了物料分離過(guò)程。物 料中不同質(zhì)量的物質(zhì)有不同的重力，它是自然界中的地心吸引力，是慣性 力，不是物質(zhì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力。圓周運(yùn)動(dòng)中的不同物質(zhì)，質(zhì)量不同表現(xiàn) 的重度(重力)不同，下落的速度不同，它是向下的位移矢量，存在位移 矢量力差，當(dāng)矢量力差大于不同分子之間弱結(jié)合力時(shí)，不同質(zhì)量的物質(zhì)產(chǎn) 生沉降分離，也就是現(xiàn)有污水處理池中的自然沉降。分離機(jī)械中將這種自然沉降速度與離心分離速度的比值稱作分離因數(shù)，由于沉降的加速度是9.8 米/秒2常數(shù)值，因此物料分離的效果和效率只與物料圓周運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)， 即分離室中不同物質(zhì)的慣性離心力有關(guān)，但物料的分離是物質(zhì)沉降與慣性 離心力共同作用的結(jié)果。分離室中的離心力使液體物質(zhì)產(chǎn)生徑向沉降過(guò)程, 遠(yuǎn)大于液體物質(zhì)重力沉降過(guò)程。由于外轉(zhuǎn)體可以達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速或圓周運(yùn) 動(dòng)線速度，牽引著液體始終趨于同速，速度越高液體產(chǎn)生的離心力越大， 內(nèi)壁受到的液體壓力越大，轉(zhuǎn)體內(nèi)壁牽引液體圓周運(yùn)動(dòng)的效果越好，其沉 降分離的效果也就越好。分離室中液體物料的分離是一個(gè)快速過(guò)程，要將物料分離后的各種物 質(zhì)及時(shí)排出，液體物料需要有上升力，升力源自儲(chǔ)流池與分離室兩邊液體 的高度差，也是液體壓強(qiáng)差，壓強(qiáng)在液體的同一高度是均勻分布的，髙處 的液體流入低處，低處的液體有上升力。升力的大小由髙度調(diào)節(jié)器78對(duì)液 面73高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。分離室上面的蓋體57設(shè)有數(shù)個(gè)收集口 q,收集口的大 小可以通過(guò)y調(diào)節(jié)，收集口的徑向位置通過(guò)X調(diào)節(jié)。高速運(yùn)動(dòng)的物料^f圓 周和軸向上升的科氏力和液體上升力，將會(huì)經(jīng)各收集口 Q自動(dòng)迸入各自通道w由出口s排出分離裝置。應(yīng)用實(shí)例本發(fā)明方法的應(yīng)用十分廣泛，可以根據(jù)廢水、污水中不同物質(zhì)量、濃 度，排出的流量和地理位置，靈活設(shè)置分離裝置點(diǎn)和分離級(jí)數(shù)。有以下應(yīng)用例，具體應(yīng)用不限于下述應(yīng)用例。1. 與現(xiàn)有污水處理廠結(jié)合應(yīng)用由于工業(yè)廢水、城市生活污水中絕大 多數(shù)是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)的水分子或締合分子，進(jìn)入分離裝置分離成為清潔水和 污水，清潔水排入河流或再利用，污水排入污水處理廠再處理。分離裝置 的外、內(nèi)轉(zhuǎn)體可以很大(轉(zhuǎn)體承受離心應(yīng)力限度內(nèi))，分離因數(shù)可以很高， 一般產(chǎn)出量可以達(dá)到數(shù)百公斤到數(shù)萬(wàn)公斤/秒。2. 獨(dú)立地設(shè)置廢水或污水處理站:采用多級(jí)分離方法，即逐級(jí)縮小轉(zhuǎn)體 直徑，逐級(jí)加大回轉(zhuǎn)角速度，逐級(jí)提髙分離因數(shù)，使廢水或污水最大限度的 濃縮,從中分離出各種物質(zhì),分類進(jìn)行再利用。3. 特別適合城市郊區(qū)的廠礦企業(yè),縣或以下的城鎮(zhèn)設(shè)置污水處理廠。4. 將分離裝置設(shè)置在船舶上，可對(duì)江河、湖泊出現(xiàn)的污水流進(jìn)行應(yīng)急 處理，建立流動(dòng)污水處理站。
權(quán)利要求
1.一種離心沉降分離液體物質(zhì)的方法，其特征在于無(wú)底、蓋的筒狀外轉(zhuǎn)體，與中心內(nèi)轉(zhuǎn)體之間構(gòu)成開(kāi)放式分離室。外轉(zhuǎn)體磁懸浮和磁約束在機(jī)體上，由機(jī)體上的環(huán)平面直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。內(nèi)轉(zhuǎn)體配裝在座體和蓋體的軸承座內(nèi)，由蓋體上的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。外轉(zhuǎn)體與座體間有防漏氣簾。內(nèi)、外轉(zhuǎn)體同向逆時(shí)針高速、超高速回轉(zhuǎn)。液體物料進(jìn)入座體上升到分離室，被內(nèi)、外轉(zhuǎn)體牽引趨向于同速高速圓周運(yùn)動(dòng)。不同物質(zhì)有不同的向心力和等值反向的慣性離心力、有周向、徑向、軸向上升的科里奧利力、物質(zhì)的重度有向下沉降力。運(yùn)動(dòng)中不同物質(zhì)有不同的位移矢量力，矢量力差大于液體分子間作用力時(shí)，液體中的不同物質(zhì)被分離，亦即離心沉降，物質(zhì)的徑向離心沉降力遠(yuǎn)大于自然的重力沉降力。進(jìn)、出液體物料設(shè)高度差，使分離室液體物料有上升力，在一定的速度范圍內(nèi)，質(zhì)量小的物質(zhì)離圓心近，質(zhì)量大的物質(zhì)離圓心遠(yuǎn)，離心沉降在外轉(zhuǎn)體內(nèi)壁上，物質(zhì)按質(zhì)量的大小分布在不同的圓周半徑位置上，通過(guò)各自出口通道能夠自動(dòng)排出。達(dá)到快速離心沉降分離的目的?？梢钥焖俪两捣蛛x液體物料?？焖偬幚砉I(yè)廢水或城市生活污水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述離心沉降分離的方法，其特征是外、內(nèi)轉(zhuǎn)體 的回轉(zhuǎn)速度^為300 2500米/#，回轉(zhuǎn)角速度cj為100 850轉(zhuǎn)/秒，物料 的分離因數(shù)為1萬(wàn) 10萬(wàn)。外轉(zhuǎn)體的直徑為0.5 5米，內(nèi)轉(zhuǎn)體的直徑為 0.1 1. 5米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心沉降分離的方法，其特征在于夕卜、內(nèi) 轉(zhuǎn)體之間構(gòu)成開(kāi)放式分離室。外轉(zhuǎn)體牽引液體物料趨向于同速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，髙速運(yùn)動(dòng)液體的液壓對(duì)內(nèi)壁產(chǎn)生巨大離心應(yīng)力，開(kāi)放的容積和液體分子間 傳力作用，會(huì)將液體對(duì)內(nèi)壁產(chǎn)生的壓力傳遞給整個(gè)液體，使整個(gè)液體有相 同的壓強(qiáng)，外轉(zhuǎn)體承受的離心應(yīng)力與液體壓強(qiáng)趨于等值。可使轉(zhuǎn)體的直徑 大、回轉(zhuǎn)速度高。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述外轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)速度，其特征在于轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)的 重量磁懸浮在相斥磁場(chǎng)(49)上，轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)中心受相斥磁場(chǎng)(50)控制。 磁場(chǎng)可由永久磁鐵構(gòu)成。也可采用鐵芯線圈通入電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，通入電流 的大小控制磁場(chǎng)強(qiáng)弱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述外轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)速度，其特征在于；外轉(zhuǎn)體的回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用環(huán)平面直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)逆變器調(diào)控電流頻率控制電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)速度。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，電機(jī)線圈采用常規(guī)鐵芯繞組，也可以采 用釔鋇銅氧體高溫超導(dǎo)塊材線圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分離室液體物料上升的方法，其特征在于流 入液體物料與輸出分離物質(zhì)有液體髙度差，高度差通過(guò)調(diào)節(jié)器(78)根據(jù) 需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，利用液體高度不同存在的液體壓強(qiáng)差，使高速圓周運(yùn)動(dòng)的 液體有上升力，達(dá)到物料分離后的各種物質(zhì)自動(dòng)排出的目的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述外轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方法，權(quán)利要求2所述圓周 運(yùn)動(dòng)速度，其特征在于外轉(zhuǎn)筒(1)用沒(méi)有金屬晶格缺陷的合金鋁、鋼， 或其它輕質(zhì)高抗拉強(qiáng)度的復(fù)合材料制造，外徑表面緊繞很高抗拉強(qiáng)度的納 米碳纖維絲，或其它高抗拉強(qiáng)度的材料絲(3),用強(qiáng)力膠浸漬粘連。轉(zhuǎn)體 無(wú)底、無(wú)蓋呈筒狀，下端部有氣簾受口 (14)轉(zhuǎn)體圓周勻質(zhì)，內(nèi)壁均勻粗糙并作親水處理。轉(zhuǎn)體懸浮在磁場(chǎng)(49)上，回轉(zhuǎn)中心受磁場(chǎng)(50)約束, 由環(huán)平面同步直線電機(jī)(54)帶動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述防漏氣簾的方法，其特征在于外轉(zhuǎn)體1下端 部設(shè)有氣簾受口 14，座體與外轉(zhuǎn)體接近處是氣簾(37)。座體有氣室(40)、 噴流孔(39)、環(huán)形窄縫(38)，氣室有管道(41)與空氣壓縮機(jī)(42)通 聯(lián)。壓縮空氣經(jīng)管道進(jìn)入氣室，通過(guò)噴流孔，環(huán)形窄縫產(chǎn)生氣簾(37)，氣 體壓力等于或略大于分離室中液體壓力，防止液體外漏。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述物料分離后排出的方法，其特征在于蓋體(57) 面向分離室(35),設(shè)有數(shù)個(gè)分離物質(zhì)收集口 (q"2、3...),收集口分布在分離 物料圓周半徑的不同位置(》、2、 上，通過(guò)蓋體57上部的調(diào)節(jié)器(Xk 2、 3...) 進(jìn)行調(diào)節(jié)，質(zhì)量小的物質(zhì)靠近中心內(nèi)側(cè)收集口 (qu 2、 3...)進(jìn)入通道(w,、 2、 3...)經(jīng)出口 (Sk2、3...)自動(dòng)排出。質(zhì)量大的物質(zhì)靠近外轉(zhuǎn)體壁側(cè)收集口 (q,、2、3".) 進(jìn)入通道(Wk2、3...)經(jīng)出口(SK2、3...)自動(dòng)排出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法提出的分離裝置，其特征在于由外轉(zhuǎn) 體A、內(nèi)轉(zhuǎn)體B、機(jī)座C、機(jī)身D、機(jī)蓋E、儲(chǔ)流池F、控制器G部件構(gòu)成分 離裝置。轉(zhuǎn)筒(1)與轉(zhuǎn)筒(15)構(gòu)成分離室(35)。座體(27)中心軸承 座(36)有高速滾動(dòng)軸承(25〉與轉(zhuǎn)筒下軸(23)配裝，有水密封器(20)。 轉(zhuǎn)筒的上軸(17)與蓋體(57)中心軸承座(18)配裝有高速滾動(dòng)軸承(19)， 有水密封器(20)。上軸通過(guò)柔性聯(lián)結(jié)軸21與高速無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)軸22聯(lián)結(jié)。 座體和蓋體通過(guò)機(jī)體(44)用蠊絲(81、 82)聯(lián)結(jié)。機(jī)體內(nèi)側(cè)中部有豎向 導(dǎo)向槽(55)，配裝的電機(jī)架(54)可沿導(dǎo)向槽上下位移，由升降調(diào)節(jié)器(56)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)架上下位移量。電機(jī)架裝配環(huán)平板直線同步電機(jī)的初級(jí)雙邊定子線圈(52)和定子鐵芯(53),與轉(zhuǎn)筒(1)中部的次級(jí)轉(zhuǎn)子(4)配裝。 機(jī)體上部和下部?jī)?nèi)側(cè)圓周上，由若干永久磁鐵塊配裝的磁導(dǎo)軌(47、 48), 有S磁極和N磁極，與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)筒(1)上部和下部有磁鐵架(45),裝 配有數(shù)個(gè)永久磁鐵塊(9、 11)，有S磁極和N磁極，和磁導(dǎo)軌(47、 48) 構(gòu)成磁浮相斥磁場(chǎng)(49)和同心相斥磁場(chǎng)(50)，磁浮相斥磁場(chǎng)使髙速、超 高速回轉(zhuǎn)外轉(zhuǎn)體懸浮在磁導(dǎo)軌上，同心相斥磁場(chǎng)使外轉(zhuǎn)體繞中心回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn) 筒(1)與座體(27)接近處，有防漏的氣簾(37)，由轉(zhuǎn)筒下端部氣簾受 口 (14)、噴流孔(39)、環(huán)形窄縫(38)、氣室(40)、管路(41)、空氣壓 縮機(jī)(42)組成。壓縮空氣經(jīng)管路、氣室、由環(huán)形窄縫噴出至氣簾受口組 成防漏氣簾。座體(27)內(nèi)有環(huán)流室(28)，有進(jìn)口 (30)與外環(huán)管(31) 通聯(lián)，出口 (34)與初速室(29)通聯(lián)，初速室與分離室(35)相通，物 料周向均勻進(jìn)入分離室。外環(huán)管與管路(32)通聯(lián)，管路與儲(chǔ)流室(73) 的出口 (33)通聯(lián)，儲(chǔ)流室有進(jìn)口 (74)通過(guò)自動(dòng)控制閥(75)與污水池(76)或絮凝池(77)通聯(lián)。儲(chǔ)流池中液體高于分離室中液體，高差由髙 度調(diào)節(jié)器(78)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器由浮球(79)和觸點(diǎn)(80)等構(gòu)成。分離室(35)上部有分離物質(zhì)收集進(jìn)口 (q)固定在蓋體(57)上，有各自通道(w) 和出口 (s)。收集口的寬度(z)和圓周半徑上的位置(y)由調(diào)節(jié)器(x) 控制。
全文摘要
一種離心沉降分離的方法和裝置由無(wú)底、蓋的外轉(zhuǎn)筒和中心的內(nèi)轉(zhuǎn)筒之間構(gòu)成開(kāi)放式沉降分離室，外、內(nèi)轉(zhuǎn)筒的同向超高速、高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)液體物料趨向于同速圓周運(yùn)動(dòng)。高速圓周運(yùn)動(dòng)的液體物質(zhì)有離心力，可將不同物質(zhì)離心沉降分離，并自動(dòng)排出裝置。其特征是離心沉降的速度遠(yuǎn)大于重力沉降速度。在開(kāi)放式的沉降分離室，作用在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁的液體壓力，開(kāi)放的容積和分子間傳力作用，使轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁承受的離心應(yīng)力降低，因而轉(zhuǎn)筒的直徑可以很大、能夠高速、超高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液體的分離因數(shù)就很高。能夠達(dá)到產(chǎn)量高、能耗低、維修少、操作簡(jiǎn)便的目的。適用于工礦企業(yè)排放的工業(yè)廢水處理，適用于城市、廠、鎮(zhèn)生活污水處理。與污水處理廠結(jié)合使用，能夠降低成本費(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F1/00GK101406769SQ200810144830
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者劉之政 申請(qǐng)人:劉之政