多重轮廓形状的过筛 本发明涉及一种如所附独立权利要求所述的过筛圆筒或板以及过筛浆液的方法。
发明的背景与概述
具有过筛表面和在其对面的接受物表面的过筛圆筒或过筛板用于过筛沿流动方向流动的浆液从而在筛余粗料中分离接受物，在其发展中引入特型的圆筒和板是这项技术中的一个显著突破。特别是美国专利4,529,520(该专利的公开内容此处引为参考)的由纽约州Glens Falls的CAE ScreenPlates公司以注册商标PROFILE作为商品出售地特型圆筒，可以显著地提高残渣去除效率而保持通过量，或者显著地提高通过量而保持相同的残渣去除效率。限定这种圆筒的轮廓形状的特殊的表面表现形式引导液流朝向过筛表面(与接受物表面连接的)中的开口或圆孔而达到最大通过量，同时导致浆液流回流而引起微小涡流，该涡流使开口或孔处的浆液流态化，从而促使接受物通过开口或孔。因此这种圆筒具有最佳的残渣去除效率，因为它可以使用比早期任何筛的设计中更小的孔或开口而对通过量没有负面的冲击。
虽然在工业中特型筛现在已经成为标准产品，同时在北美半数以上的压力筛机械使用特型筛，但这类筛在技术中就筛在较小筛余率下工作的性能与由它所提供的残渣去除效率的增加相比不是十分先进的。一个重要的工作参数是筛从筛余粗料流中浓缩筛余粗料(即筛余的或不需要的粗料，如碎片)并由此向筛余粗料流中排出较少的需要的材料(相反地将其提供在接受物流中)的能力。这可能部分是由于筛余粗料(例如碎片)倾斜而在筛板或圆筒的入口侧形成罩面或层从而妨碍接受物通过筛的开口或孔。
正如共同进行中的国际申请PCT/FI95/00407所指出的(其公开内容此处引为参考，特型筛的开口或孔的形态的选择是重要的，包括在筛全物排出端对更不怕阻力的轮廓形状的需要。
本发明的基本目的是提供一种改进了的过筛板或圆筒设计，可在小的筛余粗料率下工作并能有效地从浆液中筛出筛余粗料。
因此本发明的一个特定目的是提供与压力筛一起使用的改进了的筛圆筒或板。
本发明还有一个目的是提供一种有效过筛浆液的改进了的方法。
根据本发明通过一种筛圆筒和过筛浆液的方法来达到上述目的，该圆筒和方法包括所附独立权利要求的特征。在从属权利要求中描述详细的实施例。
本发明更进一步采取这种轮廓形状的选择步骤并引入独特的大/小涡流产生环境在其些应用中仅在圆筒的筛余物排出端，而在其它应用中则对整个圆筒合适。
根据本发明提供一种保持常规的特型筛圆筒(例如PROFILE筛圆筒)的全部优点而同时也改进筛圆筒在较小筛余粗料率下工作的性能的筛圆筒或板结构。根据本发明的一个方面，这一点由提供一种筛表面的特定轮廓形状(特定的表面表现形式)来实现，因此筛余粗料保持高度的涡动。根据本发明在筛余粗料中引起剪切应力，因而筛余粗料基本上保持恒定的运动。
根据本发明的一个方面，提供了这样一种筛圆筒，它具有过筛表面及处于其对面的接受物表面，以便在流动方向过筛浆液流而产生接受物及包括排出物料的筛余物，还具有在过筛表面和接受物表面之间延伸的筛眼。该筛圆筒包括：设置成基本上垂直于流动方向而在过筛表面内形成的若干个基本上平行的槽，并包括表面的特定形式，后者用于在沿与浆液一起流动的筛余粗料中产生剪切应力以使筛余粗料保持基本上恒定的运动从而避免筛余粗料在过筛表面上形成一罩面或层，同时用于在沿流动方向流动的浆液中在过筛表面的最接近筛眼区域引起微小涡流，使那里的浆液流态化，因此接受物容易地通过筛眼到接受物表面。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有过筛表面和处于其对面的接受物表面的筛圆筒或板。筛圆筒或板包括以下元件：在过筛表面内形成的通常横跨流动方向的若干个基本平行的大槽；在每个大槽内且至少在筛表面的一部分内形成的基本上横跨流动方向的基本平行的若干个微槽；同时每个微槽包括特型的表面表现形式，后者引起微小涡流并在最接近过筛区域使浆液流态化，以及至少一个筛眼在过筛表面和接受物表面之间延伸，以使接受物通过那里。
在上述筛圆筒或板中，最好每个微槽具有基本相同的表面特定形式的轮廓形状，同时每个大槽具有模拟处于其中的每个微槽的轮廓形状的特型形状。典型的在每个大槽中设置大约四个微槽(通常为3至5个)，它们在整个过筛表面内形成，或者仅仅在邻近筛圆筒排出端的部分(例如最接近筛圆筒的1/10至1/2处)形成。
微槽可具有在浆液中引起微小涡流的任何所需要的轮廓和表面形式。当然PROFILE商用的筛圆筒及与它同等的产品的形状是最合需要的(同等产品如美国专利4,529,520 4,950,402 5,000,842 4,880,540和5,073,254所示，其它的如1991年5月2日公布的PCT申请WO 91/05911，以及日本1990年10月26日公布的专利申请Hei 2-264092)，但是也可采用其它形态。
与PROFILE普通过筛圆筒类似的合需要的过筛表面形状包括大体上横跨流动方向的上游壁、处于比上游壁更接近接受物凹陷区，以及从凹陷区逐渐向下一个槽的上游壁延伸的下游壁，至少一个筛眼(开口或钻的孔)的至少一部分从凹陷区延伸到接受物表面。虽然上游壁可以完全垂直(即相对于流动方向成90°)，但最合需要的是成大约70130°角(最好大约95-105°)同时基本上是平面的。下游壁也最好基本上是平面的，而且相对于流动方向成大约5-60°角。凹陷区可以由下游壁的后续部分限定，或者可以是基本平行于流动方向的基本上是平面，而且开口或孔最好设置在该基本上为平表的面上，或者邻近上游壁的任何一表面上。开口或孔最好如可行的那样接近上游侧壁。
形态最好学包括处于一个微槽的下游侧壁和下一个微槽的上游侧壁之间的基本平行于流动方向的基本上平的第一平面部分以及处于相邻两个大槽之间的基本平行于流动方向的基本上平的第二平面部分。每一个大槽最好具有一个不是微槽的一部分的上游侧壁。虽然大槽的上游侧壁最好也基本上横跨流动方向，但是通常相对于流动方向形成一大约100°-130°的角度(最好大约100-110°)，最好大于微槽上游壁的角度。还有第二平面部分沿流动方向的长度最好大于第一平面部分的长度。
每个微槽的下游壁还有一峰部，该峰部是下游壁距接受物表面最远的部分。这些峰部最好设置在一条直线(假想的)上，该直线与流动方向大约成5-15°角(例如大约8.36°)，该直线沿流动方向从大槽内的第一微槽延伸到该大槽内流动方向的末一微槽。
根据本发明的另一个方面提供了具有过筛表面和接受物表面的筛圆筒或板，它包括以下元件：若干个在过筛表面内形成的基本平行的相邻的槽，每个槽至少具有一个在过筛表面与接受物表面之间延伸的在与接受物表面隔开的筛眼接受区的筛眼；以及至少三个基本相邻的槽具有较大不同的其筛眼接受区与接受物表面的间隔。至少三个相邻的槽最好包括4或5个槽，并顺序布置，因此沿流动方向其筛眼接受区到接受物表面的间隔增加。具有不同间隔的相邻槽最好是重复模式且基本上完全覆盖过筛表面。
本发明还涉及一种使用上述筛圆筒过筛浆液的压力筛。压力筛还包括一金属薄片、使金属薄片与圆筒相互运动(典型的是一个或两个都旋转)的装置、浆液入口、接受物出口和筛余粗料出口。
根据本发明的又一方面，提供一种过筛具有大约为1-5％稠度的浆液而产生接受物与筛余粗料的方法。所述方法同时包括以下步骤：(a)使浆液沿流动方向运动，因此浆液相对于过筛表面移动；(b)在接近过筛表面的筛余粗料中造成剪切应力，以保持筛余粗料处于恒定的运动，因此筛余粗料不在过筛表面上形成罩面或层；(c)在最邻近筛眼的浆液中造成微小涡流，以使那里的浆液流态化，因此接受物容易地经过筛眼流向接受物表面。步骤(a)至(c)可能以大约3-10％的筛余率(例如5％)工作，而且有超过85％残渣去除效率(Ec)。筛子具有一排出端，同时步骤(b)和(c)可能仅在排出端附近(例如底部1/10至1/2)进行。
本发明的这些和其它方面当参照附图和随后的详细描述时将更充分地得到正确评价。
附图简述
图1是根据本发明的一典型筛圆筒的俯视透视图；
图2是使用根据本发明的典型筛圆筒的普通压力筛的侧向剖视图，部分是正视图；
图3是根据本发明的典型筛圆筒或板的表面轮廓的侧向剖视图，为清晰表示而放大很多示意地表示过筛浆液的流动路径；
图4是图解表示相对于图3的筛圆筒或板的形态的浆液流动路径，表示浆液的微小和大流动模式；
图5是类似于图3的视图，表示根据本发明的具有每英寸8个槽的一种筛圆筒或板的形态；以及
图6是类似于图5的视图，表示根据本发明的具有每英寸10个槽的一种筛圆筒或板的形态。
附图详述
本发明的一种示范的筛圆筒在图1中总的以标号10表示。在图1实际所示的实施例中，筛圆筒的内表面是过筛表面11，而外表面12是接受物表面，表面11、12处于筛圆筒10的相对两面上。但是作为常用情况，过筛表面11既可以是筛圆筒10的内表面也可以是筛圆筒的外表面。
图2示意地表示常规设计的压力筛13，包括一壳体14，在该壳体中可以采用根据本发明的筛圆筒10。图2所示根据本发明的筛圆筒10安装在壳体14内静止的安装元件15上，因此它相对于壳体14是静止的。在筛圆筒10内安装的是金属薄片或转子16，该转子16绕由轴17限定的垂直轴线旋转，因此在过筛表面11和金属薄片16之间有相对运动，使浆液沿流动方向流过过筛表面，以便从筛余粗料中分离出接受物。
壳体14包括浆液入口18、浆液接受物的出口9，该浆液接受物已通过筛10的开口或圆孔，以及筛余粗料的排出口20，该筛余粗料未通过筛圆筒10。根据本发明，希望使筛余率最小，也就是要在筛余粗料出口20中浓缩筛余粗料，因此尽可能使接受物(需要的物料)是最小量经过筛余粗料出口20排出。希望在仍然保持适当通过量和高的残渣去除效率的条件下优化筛余率。
图3是特型筛筛圆筒10的过筛表面11的图示，也表示了接受物表面12。在图3中，表面11、12以线形形态表示，实质上它们所处的形态是板形而不是圆筒形，同时实际上它们的形态在钢或其它金属材料形成筛圆筒10之前已弯曲成圆柱形。
图3所示的过筛表面11包括沿过筛表面11以重复模式设置同时基本上完全覆盖过筛表面11的若干个大槽22。槽22基本上横跨被筛分的浆液的总体流动方向23。槽22基本上可以延伸到筛圆筒10的全长(高)，或者更典型的是在沿筛圆筒的不同点被负荷支承带断开。
布置在每个大槽(22)内的是若干个微槽24，图3所示的是每个大槽22内有4个微槽24。最好至少要设置3个微槽，通常每个大槽22内设置4到5个微槽，但是可以设置几乎任何合理的数目。
图3中连续的和分叉的箭头25、26示意表示过筛时浆液的流动路径。浆液流25包括筛余粗料，同时主要接受物在箭头26的方向通过，通过与每个微槽24相连并从过筛表面11延伸到接受物表面12的筛眼27。筛眼27在常规情况下通常是开口，但可以包括基本上是圆形的(钻出的)孔。筛眼27在标出28的地方在过筛表面11之后立刻也扩大了(如在常规情况下)，因此一旦接受物通过筛眼27它们就不受限制地通过接受物表面12到达接受物出口19(图2)。
图4示意表示图3的大槽22和微槽24之间的叠合。在图4中，连续线30粗略表示大槽22的形状，而连续线31粗略表示微槽24的轮廓。从图4可以很清楚地看出，由线31示意表示的微槽最好具有与由线30代表的大槽基本相同的总体轮廓。
根据本发明，大槽22的目的是将筛余粗料(如碎片)保持在通常沿浆液流动方向23基本上恒定流动的浆液中，以避免在过筛表面11上形成筛余粗料的罩面或层并干扰接受物经过开口或孔27的通路。大槽22在筛余粗料中引起剪切应力，使其保持恒定的运动。
微槽24的目的是引导浆液流朝向开口或孔27以达到最大通过量同时造成基本向右转的回流而引起微小涡流，该微小涡流使浆液流态化。浆液的流态化使接受物更容易地通过筛眼27。在这一方面微槽24的功能与常规的PROFILE特型筛圆筒的槽相同。
虽然大槽22和微槽24的结构可在较宽的范围内变化，但在图3、5和6中所示结构特别适合于达到本发明的目的。注意在此特别的实施例中，大槽22具有一上游(相对于浆液流23的总体方向)侧壁33，其上有一个大体上平行于流动方向23的处于相邻的两个大槽22之间的基本上是平面的部分34。大槽22的最低点在图3中用35标出，实质上就是上游侧壁33的根部。虽然上游侧壁33可以垂直于流动方向23，但对最佳工作最好与流动方向23成一角度36，该角度大约在100-110°之间，例如约105°。
微槽24的最佳形态在图5中有清晰的表示。在图3和5的两种结构中，在每个大槽22内设置4个微槽24，它是一种合适的结构，如果需要沿流动方向23每英寸过筛表面有8个开口27的话。
每个微槽24有一上游侧壁39、一下游侧壁40和一个处于它们之间的凹陷区41。上游侧壁39最好基本上是平面的，虽然它可以是弯曲的，同时虽然它可以垂直于流动方向23，但最好成一角度42，大约与流动方向处于85-120°之间(最好大约95-105°)，例如98.36°。角42通常小于角36。处于此范围以内的角42的目的是，在某些更需要的应用中要求浆液流“倒行”时，它改善了开口或孔27处的流态化，增加通过量。换句话说，可以在仍然设置较小开口或孔27的情况下得到流态化/通过量的增加，因此得到较好的残渣去除效率。
下游侧壁40对流动方向23形成角度43。角43在5-60°之间，例如根据每英寸的开口数及其它因素大约为20-40°(例如，对图5的形态大约30°，对图6的形态大约35°)。表面40最好也基本上是平面的，虽然它也可以是弯曲的，同时在那里设置渐进的斜度，以使非接受的浆液易于流出凹陷区41。
典型的凹陷区41具有一最低点或“底”44。如在图5中见到的，底44可以基本上是一个通常平行于流动方向23的平面部分(例如沿流动方向23约0.5毫米)，或者它可以仅仅是下游壁40的连续部分。开口或筛眼27最好设置在凹陷区41内，在其最低区域内，例如底44中，同时最好在给定的制造公差等条件下处于实际可行的接近上游侧壁39的地方。
在图3、5和6中很容易看到，相邻微槽24的凹陷区41距接受物表面12有不同的间隔。在每一个大槽22内的第一个微槽24具有包括最低区域或最低点44的凹陷区41，最接近接受物表面12，当一个微槽沿流动方向23朝与大槽22结合的最后一个微槽24移动时，此间隔就增加。从接受物表面12到凹陷区41的间隔在一个大槽22内从第一微槽24到最末微槽可以(例如)增加大约2-3毫米。最好在微槽24之间也有一通常平行于流动方向23的基本上是平面的部分45。一个微槽24的下游壁40与下一个微槽的上游壁39之间的这些基本上是平面的部分45的长度通常小于两个大槽22之间平面部分34的长度。
每个微槽24包括下游壁40的一峰部，峰部通常由基本上是平的表面45提供。大槽22的形状做成使基本为直线的(假想的)线47通过所有峰部45延伸并与流动方向23形成角度48(见图5)。角48最好大约是5-15°，例如大约8.36°。平面部分45也最好不要精确地平行于流动方向23，而是沿着与其有关的直线47(例如形成大约8.36°的角度)设置。可以认为假想的直线47限定了大槽22的下游侧壁，对应图4中直线30的底部。
槽22、24各个表面的表现形式的尺寸可以根据所要过筛的特定物料、特定的压力筛13(不论通过量还是效率都应该是最大的)以及各种各样其它因素而在较宽的范围内变化。但是对图5所示结构的一组典型的尺寸如下：筛子10的壁厚50(表面11、12的最宽间隔部分之间)大约为8毫米。每个微槽24的长度51(从其上游侧壁39到基本上是平面的峰部45的起点)大约为2.56毫米。每个微槽24的上游侧壁39的高度大约为0.81毫米。每个大槽22的根部35的半径大约为1毫米。在微槽24之间每个基本上为平面的峰部45的长度大约为0.6毫米。角43大约为30°。角48大约为8.36°；而角42大约为98.36°。
对特殊情况还需要优化开口的宽度或筛眼的直径。很显然，开口的尺寸越小，筛的作用就越有效，但通过量要受到相反的影响。然而根据本发明，开口具有大约0.1-1毫米的宽度，同时基本上圆形的孔具有直径大约为0.5-3.0毫米，这时可接受的良好的通过量均易于适应。在粗筛应用中在难筛大尺寸残渣碎片时使用处于此范围大端尺寸的孔，而开口和较小的孔则用于细筛中。
图6与图5相同，仅表示将图5中的每英寸设置8个槽改为每英寸10个槽。虽然基本形态相同，包括角48、36和42，但许多参数则需要修改。例如因为将图5实施例中的每个大槽22内设置4个微槽改成每个大槽22内设置5个微槽，在图6的实施例中表面45沿流动方向23的尺寸大约为0.44毫米，角43大约是35°，距离51大约是2.05毫米，而上游侧壁39的高度大约是0.78毫米。在图6的实施例中，典型的开口之间的间隔是2.5毫米，而在图5的实施例中所述间隔大约为3.2毫米。
尽管就本发明有关常规的微槽和大槽的形态作了描述，同时虽然常规的形态最容易制造，但在某些情况下大槽和/或微槽的形态在相同的筛圆筒10中可以不同。例如一个大槽内的微槽形态可以不同于下一个大槽内的微槽形态，同时大槽自身的形态也可以不同。而且正如前面指出的，微槽22轮廓的确切细节在本发明的范围以内可广泛地变化。例如(仅仅是举例)，事实上美国专利5,073,254或5,000,842所示的任何形态以及PCT出版物WO 91/05911或日本Hei2-264092等等的形态均可采用。
虽然图1示意地表示过筛表面11在筛子10的整个长度上具有诸如图3、5和/或6中的形态，但在某些应用中仅在筛圆筒10的排出端[底端，例如底的1/10-1/2，如底的1/3，图2]附近而不是整个表面采用根据本发明的特殊轮廓，在表面11的其余部分是标准轮廓(例如美国专利4,529,520)。这种具有不同部分的筛圆筒可以使用美国专利4,264,438和/或4,986,900(其公开内容此处引为参考)的指导有效地制造。
特别当遇到磨损性筛余粗料时，筛圆筒的某些部分可用陶瓷代替金属(典型的金属为钢)来制造，如美国专利4,986,900所示；或者高抗磨损材料可用铸造代替铁成的。铸造和采用如水射流或激光切割的筛孔加工的组合是另一种选择。两个大槽之间的脊部(图3中为34)可以通过应用硬质合金或激光焊珠来进一步增强或加固。这一点的过早磨损也可以用焊接来修理。
在本发明的筛圆筒10的一种典型应用中，可以过筛具有稠度大约在1-5％之间的浆液以产生接受物和筛余粗料。例如浆液流入图2的压力筛13的入口18，同时通过相对于过筛表面11旋转金属薄片1 6使浆液运动。由大槽22引入的剪切应力使浆液的筛余粗料沿流动方向23保持基本上恒定的运动，而微槽24引导浆液向开口27流动，同时浆液实现流态化，因此接受物较容易地通过开口27。应用本发明不仅能够达到常规PROFILE特型筛圆筒的高残渣去除效率(例如大约85％以上)，而且具有较低的筛余率(大约在3-10％之间，例如5％)，在筛余物出口20中提供较高浓度的残渣以及较高的接受物出口19的接受物物料与入口物料之比。
尽管这里已经表示和描述的本发明是其目前想到的最实际和最佳的实施例，很显然本技术的普通技术人员可在本发明的范围内进行许多修改，该范围符合所附权利要求的最广泛解释因而包括了所有等效的结构与方法。