螺旋压机 【技术领域】
本发明涉及一种使外管在浓缩区旋转的同时，进行过滤和脱水的螺旋压机，尤其是涉及使用水负载远高于固体负载的低浓度浆料时能够防止滤网堵塞的螺旋压机。
背景技术
过去，将一种高聚合物凝结剂添加到由污水、粪便或食品生产所产生的废水形成的有机浆料中以便使其形成絮状沉淀。对于低浓度的有机浆料，为浓缩而使用离心浓缩机或浮力浓缩机的方法以及实施过滤和脱水的方法都被采用；这些浓缩装置提高了浆料的浓度，例如使用螺旋压机将这种浓度的浆料过滤和脱水，其浓度由1％提高到4-5％。除了维护保养和控制方面的麻烦之外，这些装置都要占用大的安装空间，而且因驱动功率大和添加高聚合物的凝结剂而需要高成本。虽然不是一种浓缩装置，但在日本特许公开公报3-78123号中作为一种用于过滤和脱水的装置的螺旋压机已经公开。其中，过滤管在其中部被分成浆料进口边和浆料出口边，而且在浆料进口边所用的螺旋叶片具有较窄的螺旋间距；在浆料进口边的过滤管以低于供浆料过滤和脱水用地供料螺旋的旋转速度的速度旋转；当由该管外喷入高压液体时，则清洗掉粘附到该管微孔上的凝结层，从而可连续地维持过滤和脱水效果。
因为在螺旋压机的浆料进口边浆料的浓度很低，在浓缩区的外管滤网处，水负载远大于固体负载，需要在外管滤网处排出大量的水。该螺旋压机以低速工作，在外管直径为200mm的小型螺旋压机中，其旋转速度慢到1转/分到1.5转/分，而在外管直径为800mm的螺旋压机中，其旋转速度为0.03转/分到0.14转/分。在目前广泛使用的螺旋压机中，大直径的螺旋压机的旋转速度是小直径螺旋压机的旋转速度的1/30。到1/10，而且为防止滤网堵塞，大直径螺旋压机的螺旋叶片对外管内圆周表面的刮除效率不大于小直径螺旋压机的1/10。
尤其是所使用的高聚合物凝结剂可形成高聚合物薄膜并在浓缩区有粘附在滤网上的趋向，从而引起堵塞；虽然在螺旋压机中的浆料进口边的过滤和脱水管被强制旋转，当外管旋转时采用连续地喷入清洗水以达到防止滤网堵塞的效果仍是可能的。然而，喷射水通过滤网的微孔而进入外管内，从而稀释了浓缩的浆料，而冒将浆料浓缩的效率减半的危险。此外，因为是连续进行清洗，需要消耗大量的清洗水。
发明的描述
因此，本发明的目的在于提供一种螺旋压机，应用现有技术一边在螺旋压机的浆料进口端使过滤管旋转一边过滤和脱水，同时将过滤管的浆料进口边作为浓缩区以防止外管滤网堵塞，进而使具有低浓度、以高聚合物凝结剂凝聚的有机浆料能够实现浓缩、过滤和脱水。
本发明的实质是一种螺旋压机，其中，以滤网张紧覆盖其上的外管被分成位于其前半段的可自由旋转的浓缩区和位于其后半段的过滤和脱水区，可自由旋转的螺旋轴装在被分段的外管中，过滤液体通过外管的滤网从供给浓缩区始端的浆料中分离出来，滤渣在位于过滤和脱水区的外管的尾端的排料口被排出。在这种螺旋压机中，浆料供应通道设置在螺旋轴中，该供应通道的供给孔开在浓缩区外管的始端，刮片分布在从始端到终端的螺旋叶片的外周边上，该刮片同外管的内圆周表面产生压力滑动接触，从而当浓缩区的外管和螺旋轴旋转时实现过滤和脱水。
由于在螺旋轴上开了浆料供应孔，浆料供应不受螺旋叶片的旋转的影响，也不会由于凝结剂的凝聚作用而形成絮状沉淀而中止，以及无脱水能力损失。
由于过滤液体由外管分离出来，在滤网的微孔处所形成的滤渣层被刮片连续地刮掉，在浓缩区的上游区到下游区的整个区域内都防止了滤网的堵塞，即使在具有高水负载的低浓度浆料的情况下，也可由浓缩区的外管的滤网在无堵塞的情况下排出大量已过滤的液体。
环绕螺旋轴设置的螺旋叶片的螺旋间距在浓缩区要比在过滤和脱水区更窄，如果使外管旋转并达到由浓缩区到过滤和脱水区浆料的供应保持连续稳定，则刮片同外管内表面滑动接触的次数就增加，过滤液体从浆料中分离出来，从而防止了堵塞，能够使高浓度的浆料移动到过滤和脱水区以提高浆料的处理能力。
如果将在浓缩区的螺旋轴上装有单一间距的螺旋叶片和装有多道螺旋的螺旋叶片两者进行比较，刮片同滤网的接触次数的提高与螺旋叶片数成正比，从而使滤网表面更新复原。
如果使浓缩区的外管在与螺旋轴旋转方向相反的方向旋转，则浓缩区外管的旋转速度相对于螺旋轴的旋转速度提高，从而提高了装在螺旋叶片上的刮片同外管滤网的滑动接触的次数而防止了滤网堵塞。
如果装在浓缩区的螺旋轴上的螺旋叶片是多道螺旋，并使浓缩区的外管和螺旋轴在一个相同的方向旋转，则浓缩区的外管的旋转速度相对于螺旋轴的旋转速度更高，浆料由于外管的旋转作用和挤入压力的作用在被浓缩的同时被向前移动，从而使刮片同滤网实现滑动接触的次数增加。
通过在过滤和脱水区的外管上设置多组滤网并在从上游区和下游区将张紧在浓缩区和脱水区的滤网的微孔尺寸分段减小，随着施加到浆料上的压力的增加，仅有过滤液体被排出而无浆料从微孔中流出，从而改善了回收滤渣的能力。
如果在浓缩区和过滤、脱水区的外管被做成圆筒形，而装在其中的螺旋轴的直径从上游区到下游区以锥形方式增加，或者使在浓缩区和过滤、脱水区的外管的直径从上游区到下游区逐渐减小而螺旋轴装在该外管中，则外管和螺旋轴之间的间距在滤渣排出方向相对减小，从而过滤水在浓缩区就从浆料中分离出来的浆料进到过滤、脱水区的外管中被进一步脱水，使固体的脱水程度能够达到更高。
如果将浓缩区和过滤、脱水区的外管做成圆筒形，而浓缩区的圆柱形螺旋轴和过滤、脱水区的直径从上游区到下游区成锥形增加的螺旋轴相互连为一体并装在外管中，则浓缩区的过滤表面积增加，从而很适合于低浓度的浆料。
如果将浓缩区和过滤、脱水区的外管做成圆筒形，而螺旋轴安装在外管中并与其同轴，便可将它用作提高处理能力和降低制造成本的浓缩器。
附图的简要说明
图1是根据本发明的螺旋压机的局部垂直剖的侧视图。
图2是表示根据本发明的螺旋压机的主要零件的局部垂直剖侧视图。
图3是本发明中其上张紧滤网的外管的垂直纵剖视图。
图4是本发明中装在螺旋叶片上的刮片的局部垂直剖侧视图。
图5是本发明中的螺旋叶片环绕螺旋轴设置的另一实施例的简化侧视图。
图6是本发明中的螺旋轴的另一实施例的简化侧视图。
图7是本发明中的螺旋轴的另一实施例的简化侧视图。
实施本发明的最佳型式
通过采用本发明的上述结构，当有机浆料例如污水通过添加凝结剂而成絮状被加压供给到螺旋压机的供给管，该浆料由位于外管始端的螺旋轴的供料通道供给到浓缩区的螺旋叶片之间，以便浆料中的轻软絮状物在不受螺旋叶片影响和不被破碎的情况下流进外管。
供给到浓缩区的浆料由于过滤液体由外管的滤网排出而变浓。与此同时，虽然由于滤网将固体阻隔在外管的滤网上而在滤网的表面形成滤渣层，但因刮片同滤网滑动接触次数的增加，沉积在滤网表面上的滤渣层被刮掉，从而更新复原了过滤表面，使得大量的过滤液体通过浓缩区的外管的滤网分离出来。由于刮片的作用在螺旋叶片移动浆料之前已防止了滤网堵塞，故可以连续稳定地浓缩具有大的水负载的低浓度浆料。
随后，变浓的浆料被移动到过滤和脱水区，由于在尾部的螺旋叶片的作用施加到浆料上的压力使过滤液体由外管的滤网排出，从而实现了过滤和排水并能够从螺旋压机的排料口将脱水的滤渣排除。
本发明以改进的效率浓缩由浓缩区到过滤和脱水区所供给的浆料并提高了供给过滤和脱水区的浓缩浆料的量，从而提高了螺旋压机的滤渣处理能力。
下面参阅说明本发明一个实施例的附图，图1是螺旋压机局部剖的侧视图，其中，螺旋压机1由位于前端和后端的机架2和3支承，其外侧环绕装有螺旋叶片6的螺旋轴7被装在外管5中，而围绕外管5的外圆周面装有滤网4。
图2是螺旋压机1的主要零件的垂直纵剖视图，其中，圆筒形外管5被分成位于外管前半段5a的浓缩区和位于外管后半段5b的过滤和脱水区，轴承8装在外管浓缩区5a和外管脱水区5b之间。
参阅表示外管5的附图3，滤网4装在围绕外管5的外圆周面安装的冲孔板9的内圆周表面内。在本发明的这个实施例中，装在浓缩区外管5a上的滤网4a其微孔直径为1.5mm，装在过滤和脱水区外管5b的滤网4b其微孔直径为1.5mm，1.0mm和0.5mm。环形加强肋10附加到冲孔板9的圆周边上。
如图2所示，法兰盘11连接到浓缩区外管5a的始端，该法兰盘11用固定在机架2上的旋转盘式轴承支承并能旋转。链轮14固定在同法兰盘11的端面相连接的止推轴承13上，该链轮14同图1所示的可正反转的驱动装置15相连接，从而使浓缩区外管5a能够在正反两个方向旋转。
如图2所示，旋转盘16连接到外管5的过滤和脱水区外管5b的尾端，该旋转盘16用固定在机架3的旋转盘式轴承支承并能旋转。连接到旋转盘16的链轮18如图1所示连接到驱动装置19上并由其驱动。当清洗水由沿着外管5设置的清洗水管20向滤网4喷射时，过滤和脱水区外管5b和浓缩区外管5a在进行清洗的同时相互协调地旋转。
如图2所示，供给管21连接到装在外管5中的螺旋轴7上，供给管21的轴承零件21a用固定在浓缩区外管5a的法兰盘11的内圆周表面支承并旋转。
如图1所示，连接到螺旋轴7尾端部的驱动轴22可旋转地支撑在固定在机架3上的轴承装置23上，支承装置25安装在螺旋轴7的支架24上。连接在驱动轴22上的链轮26连接到旋转驱动装置27上，从而使螺旋轴7旋转。
如图2所示，浆料供给通道28设置在连接到螺旋轴7始端的供给管21并通向螺旋轴7的内部，螺旋轴7的供料孔28a向着外管5的始端部打开。以压力供给外管5的浆料供给到环绕螺旋轴7设置的螺旋叶片6之间，从而使轻微凝聚的浆料不受螺旋叶片6的影响。加压装置30设置在外管5尾端排料口29的位置，该加压装置30悬挂在移动轴31下，从而使连接到加压装置30尾端的气缸32，当调整排料口29的开口度时对滤渣向后加压。
在环绕螺旋轴7螺旋式设置的螺旋叶片6的端部设置一连串橡胶之类制成的弹性刮片33，如图4所示，这些弹性刮片33用螺栓34和螺母35从浓缩区的螺旋叶片6的始端到过滤和脱水区的尾端夹紧在适当位置。这些刮片33同外管5的内圆周表面处于压力滑动接触状态，过滤液体与浓缩区的滤网4a分离，由于刮片33防止浆料的堵塞，从而提高了供给浓缩区的浆料量，除去了在过滤和脱水区滤网4b、4C、和4d上的滤渣层并获得高度脱水。
在图2所示的实施例中，环绕螺旋轴7设置的螺旋叶片6，其装在浓缩区外管5a边的螺旋叶片6a的螺旋间距为脱水区螺旋叶片6b的螺旋间距的1/2，该螺旋间距也可以做成脱水区螺旋叶片6b的螺旋间距的1/3。
在使浓缩区的螺旋叶片6a的螺旋间距小于过滤区和脱水区的螺旋叶片6b的螺旋间距的螺旋压机中，浓缩区外管5a在与螺旋轴7的旋转方向相反的方向旋转，在螺旋叶片6a的螺旋间距为脱水区的1/2的情况下，而浓缩区外管5a的旋转速度相对于螺旋轴7的旋转速度的相对速度为2到2.5时，以及在螺旋叶片6a的螺旋间距为脱水区的1/3的情况下，而浓缩区外管5a的旋转速度相对于螺旋轴7的旋转速度的相对速度为3到3.5时，则可由浓缩区到脱水区实现连续稳定地供给浓缩的浆料。装在螺旋叶片6a上的刮片33提高了叶片同外管的滤网4a的滑动接触数，从而防止了滤网4a的堵塞。
图5示出了本发明的另一实施例，其中，在浓缩区的螺旋叶片6a双道螺旋环绕螺旋轴7设置，因而使刮片33同滤网4a的滑动接触数也加倍，刮片33同滤网4a的滑动接触数与叶片数成正比地增加，螺旋叶片6a的螺旋数也可为3。
在浓缩区环绕螺旋轴设置的螺旋叶片6a为多道螺旋的螺旋压机中，如果浓缩区外管5a的旋转方向和螺旋轴7的旋转方向相反，则浓缩区外管5a的旋转速度相对于螺旋转7的相对速度为0.5，例如，从浓缩区到脱水区可实现连续稳定的浓缩浆料的供给。在浓缩区外管5a的旋转方向和螺旋轴7的旋转方向相同的情况下，虽然螺旋叶片6a的供给力减小，浆料以0.1-0.5kgF/cm2的挤入压力加压供给，从而即使外管5a的相对旋转速度为1.0-1.5，也可维持浆料的连续稳定的供给。
在图2所示的实施例中，浓缩区外管5a和过滤和脱水区外管5b做成连续的筒形外管5，具有锥形直径的螺旋轴7位于该外管5中，该螺旋轴7的锥形直径是由上游区向下游区逐步增加，从而使外管5和螺旋轴7之间的间距向其尾端减少。
也可变更为使浓缩区外管5a和过滤、脱水区外管5b形成那样的锥形，即，使其直径由上游区向下游区逐渐减少，而且如图6所示，在外管5中设置环绕螺旋叶片36的圆柱形螺旋轴37，从而使相对速度向尾端减小。在该实施例中，在浓缩区的螺旋叶片36a环绕螺旋轴37设置的螺旋间距为脱水区的螺旋叶片36b的螺旋间距的1/2。
如果浓缩区和脱水区外管5a和5b做成圆筒形，而如图7所示，在浓缩区的圆柱形螺旋轴38a和在脱水区的螺旋轴直径由上游区向下游区逐渐增加的锥形螺旋轴38b连为一体并装在外管5中，从而使浓缩区的能力提高，使螺旋压机适用于低浓度浆料。在同一实施例中，浓缩区的螺旋叶片39a环绕螺旋轴38a设置的螺旋间距为脱水区螺旋叶片39b的螺旋间距的1/2。
如果浓缩区和脱水区外管5a和5b做成圆筒形，而同轴心的螺旋轴37装在外管5中，如图6所示，则这种螺旋压机也能用作浓缩器，其处理能力提高，而制造成本降低。
表1 外管的旋轴速度和浓度及螺旋轴的脱水区的对比外管设定条件浓缩区脱水区反转反转螺旋间距P1＝P2/2P1＝P2/3P2螺旋轴旋转速度N11.01.01.0外管旋转速度N2-1.0-2.00相对旋转速度N＝N1-N22.03.00刮片滑动接触次数2.03.01.0脱水区供给量QQ1＝P2/2×2＝P2Q＝P2/3×3＝P2Q2＝P2
输送量Q＝螺旋间距P×旋转速度N
浓缩区Q1＝脱水区Q2
表1所示的对比，其条件是：浓缩区外管5a的旋转方向同螺旋轴7的旋转方向相反，在螺旋叶片6的旋转速度和浓缩区外管5之间，浓缩区螺旋叶片6a的螺旋间距小于过滤和脱水区螺旋叶片6b的螺旋间距。
如图2所示，如果浓缩区螺旋叶片6a的螺旋间距P1是脱水区的螺旋间距P2的1/2，假定螺旋轴的转数是N1＝1rpm而且进一步假定浓缩区外管5a的转速为N2＝-1rpm，则相对于螺旋7的相对转速N＝N1-N2＝2rpm，从而使刮片同滤网4a的滑动接触数加倍。输送到浓缩区的浓缩浆料的量Q1为Q1＝(P2/2)×2＝P2，即等于在脱水区输送的浆料的量，从而使浆料的供应连续稳定。
当螺旋叶片6a的螺旋间距P1是脱水区的螺旋间距P2的1/3时，即使浓缩区外管5a在反方向旋转的转速N2＝-2rpm，则外管5a的相对转速为3rpm，从而使刮片同滤网4a的滑动接触数为3倍，输送到浓缩区的浓缩浆料的量Q1就等于在脱水区中输送的浆料量Q2。
这样，当浓缩区外管5a相对于螺旋轴7的相对旋转速度与浓缩区螺旋叶片6a的螺旋间距成正比地增加时，浓缩区的刮片33同滤网4a的滑动接触数也增加，从而防止了滤网堵塞并维持了浆料连续稳定地供给。
表2示出如下情况的对比，如图5所示，螺旋叶片6以均匀的螺旋间距环绕螺旋轴7设置同当螺旋叶片6a为环绕轴7的设置多道螺旋时螺旋叶片6和浓缩区外管5a的旋转速度间的相对速度的比较。
表2 外管的旋转速度和浓度和螺旋轴的脱水区的对比浓缩区脱水区反转正转正转螺旋叶片加倍加倍三倍单道螺旋间距P1＝P2P1＝P2P1＝P2P2螺旋轴转速N11.0 1.01.01.0外管转速N2-0.52.02.00相对转速N＝N1-N21.51.01.01.0刮片滑动接触数3.02.03.01.0脱水区供给量QQ1＝P2X1.5＝1.5P2Q1＝P2×1＝P2Q1＝P2×1＝P2Q1＝P2
输送量Q＝螺旋间距P×转速N
浓缩区Q1＝脱水区Q2
当浓缩区的螺旋叶片6a环绕螺旋轴加倍设置而浓缩区外管5a的旋转方向同螺旋叶片6a的旋转方向相反时，假定螺旋轴7的旋转速度N1为1rpm并进一步假定浓缩外管5a的旋转速度N2为-0.5rpm，则外管5a相对于螺旋轴7的相对旋转速度N为N＝N1－N2＝1.5rpm，刮片33同滤网4a的滑动接触数为1.5rpm×2＝3(三次)。
在浓缩区和过滤、脱水区输送的浆料量Q1为Q1＝P2×1.5，这是脱水区输送浆料量的1.5倍，从而当浓缩区外管5a的旋转方向同螺旋叶片6a的旋转方向相反时，可以在允许的限度内维持浆料连续稳定的供给。
当浓缩区外管5a的旋转方向同螺旋叶片6a的旋转方向相同，而且螺旋叶片6a环绕螺旋轴7加倍或三倍设置，假定螺旋轴7的旋转速度N1为1rpm并进一步假定浓缩区外管5a的旋转速度N2为2.0rpm，则外管5a相对于螺旋轴7的相对旋转速度N为N＝N1－N2＝1.0rpm，从而刮片33同滤网4a的滑动接触数对于加倍的螺旋叶片时为1.0rpm×2＝2(二次)，对于三倍螺旋叶片时为1.0rpm×3＝3(三次)。在浓缩区输送的浆料量Q1为Q1＝P2×1，这等于在过滤、脱水区输送的浆料量Q2，从而维持浆料连续稳定的供给。
因而，当浓缩区外管5a的相对旋转速度比螺旋轴7更高时，刮片同滤网4a的滑动接触数就增加，从而防止了滤网4a的堵塞。
如上所述，当外管5a的相对旋转速度比螺旋轴7更高而且在浓缩区和脱水区维持浆料的连续稳定的供给时，刮片33同滤网4a的滑动接触数就增加，因而使滤网4a的过滤表面更新复原，甚至适用于其水负载大于固体负载的低浓度浆料，可排出大量的过滤液体而无滤网4a的堵塞。此外，不仅堵塞减少，而且清洗次数也减少。
发明的效果
通过采用上述结构，本发明使在浓缩区的螺旋叶片的旋转速度得到相对提高以除去沉积在外管滤网上的能引起滤网堵塞的滤渣层，从而更新复原了滤网表面而能够提高输送到过滤和脱水区的浆料的浓度。也就是说，虽然在过去连续喷水的一种装置中，当在浆料进口边的外管旋转时实施喷射清洗水而让清洗水进入外管，但因此不仅降低了浓缩浆料的效率而且需要使用大量的清洗水；若使用本发明，浆料供应通道设置在螺旋轴中，供料通道的供料口开在浓缩区的始端，从而螺旋叶片的作用不在打碎轻度浓缩浆料，从而维持了脱水能力。
因为刮片同外管的内圆周表面实现压力滑动接触，从浓缩区的上游区到脱水区的下游区的整个区域都防止了滤网的堵塞，从而可排出大量过滤液体而无浓缩区外管滤网的堵塞，甚至适用于具有大的水负载的低浓度浆料。
当浓缩区的螺旋叶片的螺旋间距做成比过滤和脱水区的螺旋叶片的螺旋间距窄而且浓缩区外管旋转以维持浆料连续稳定地供给，使刮片同滤网的滑动接触次数增加，从而防止了来自事故的滤网堵塞，提高了浓缩区的浓缩效率，并使浓缩的浆料能移动到过滤和脱水区。
当浓缩区外管的旋转方向和螺旋轴的旋转方向相反时，外管和螺旋叶片相互在相反的方向运动，其结果使刮片同滤网的滑动接触数增加，防止了滤网的堵塞。
当浓缩区环绕螺旋轴设置的螺旋叶片是多道螺旋时，刮片同滤网的滑动接触数增加，使滤网表面更新复原。
当浓缩区外管和螺旋轴在一个相同的方向旋转而外管的旋转速度高于螺旋轴的旋转速度时，从而使浆料能在浓缩区和过滤、脱水区维持连续稳定的供给，刮片和外管的滤网的滑动接触数增加。
当装在外管的前半部分的螺旋叶片是环绕螺旋轴设置的多道螺旋时，刮片同滤网滑动接触数的提高随螺旋叶片数的增加而增大。
当施加到浓缩区外管上的滤网和脱水区滤网的微孔尺寸由上游区向下游区减小时，由于施加到浆料上的压力逐渐增加，浆料不由微孔流出，而仅由过滤器流出，从而提高了滤渣回收效率。
当外管和螺旋轴之间的间隙在滤渣排出方向逐渐减小时，过滤液体在浓缩区外管由其中分离出来的浓缩浆料逐渐由过滤和脱水外管脱水，从而使滤渣高度脱水。
当浓缩区和脱水区外管做成圆筒形而圆柱形的浓缩区螺旋轴同轴地装在其中，并与做成锥形的过滤和脱水区螺旋轴连成一体，其直径由上游区向下游区逐渐增加，浓缩区的过滤能力提高，从而使本发明适用于低浓度浆料。
当螺旋轴同轴地装在圆筒形外管中，本发明用作增稠器是可能的，其处理能力提高，制造成本降低。
工业应用
因此，根据本发明的单独的螺旋压机能够实施浓缩和脱水，其特点不仅能提高处理能力，而且能降低制造成本，因为它能用单一添加的凝结剂足以实施浓缩和脱水。