CN102740981B - 磁性过滤设备 - Google Patents

Abstract

一种用于将铁污染材料从工作流体中分离的磁性过滤设备。分离设备具有分隔成多个过滤腔的壳体，每个腔具有细长磁芯，该细长芯体用于产生磁场以在污染材料流过过滤器本体时捕获污染材料。流体连通通道设置在第一腔和第二腔之间并被定位成以便最大化流体对磁场的暴露。

Description

磁性过滤设备

技术领域

本发明涉及被配置为将污染材料与工作流体分离的磁性过滤设备，并且特别地，尽管不排除地，涉及具有多个分离腔的过滤设备，每个分离腔具有用于捕获污染材料的磁芯。

背景技术

利用工作流体提供冷却、润滑或从机械加工工具和产品上去除磨损碎屑的工业应用，采用流体过滤装置从该流体中提取颗粒物质。清洁后的流体随后可以被再循环用于再次使用，或者由于去除了颗粒物质而更容易处置。在没有过滤装置的情况下，工作流体将很快被严重污染，导致机械磨损和/或故障。同样，在大多数领域中，需要在排放之前进行工业流体废物的过滤和清洁。

已经提出了大量基于磁性的过滤装置，其被配置为从流体中，特别是从液体中过滤磁性粒子。这些单元可以在线上扩容时被采用，从而在机械或生产线的运转期间形成流体回路的一部分，或者在离线状态时被采用，在离线状态中当不能提供所需要的过滤时，工作流体被从生产线上分流或与生产线隔离开。

GB 1192870、US 2007/0090055和WO 2005/061390公开了基于滤筒的磁力分离器。流过滤筒的流体经过将铁粒子捕获在其磁场内的磁体。清洁的、过滤后的液体随后流出滤筒。GB 2459289公开了一种磁性过滤设备，其利用在工作过滤位置和至少一个清洁位置之间安装了多个过滤器滤筒的传送带组件。提供了一种自动清洁机构以通过作为过滤循环的一部分的磁场从捕获物中除去沉积的铁材料。沉积的污染材料的去除是必要的，以避免使过滤器饱和以及流体流动路径的完全堵塞和工作流体流动循环的终止，这继而会终止依赖于工作流体的制造过程。

虽然磁性过滤装置相对于传统的基于纸或磁性的过滤器是有优势的，但存在大量问题。例如，清洁磁体以去除沉积的铁材料是有问题的。特别地，传统的磁性过滤器通常由于它们的难懂的且复杂的结构而难以维护和修理，这种结构取决于用于在大量接合处提供不透流体的密封件的密封垫圈、O形环等。这些密封件的不正确的对准引起流体从系统泄漏，从而需要关闭整个系统，同时修理过滤器。

同样，传统的磁性过滤装置通常受限于它们的在用于去除沉积的污染材料的必要清洁/清洗操作之间的操作时间。而且，当过滤器被联机实现为工作流体循环的一部分时，用于去除铁材料所需要的周期长度（过滤器的停机时间）是不能令人满意的。

而且，在自动地从过滤器中清洁沉积的铁材料的情况中，已知的是采用气动或液压致动机构来提供清除动作。就用于驱动机械致动器的压缩空气或液体的消耗水平和所需要的压力来说，这种清洁过程通常是低效率的。

所需要的是解决上述问题的磁性过滤装置。

发明内容

本发明的发明人提供了一种磁性过滤设备，其有效地过滤被污染的工作流体，以增加过滤器的工作循环和最小化在操作循环之间清洗所述装置所花费的时间周期以及避免完全饱和。本发明的设备包括多腔壳体，其中沿着穿过所述装置的至少两条流动路径引导内部流体流，根据预过滤和最终过滤处理，每条流动路径经过细长磁芯的全长。该设备还提供使通过不同子通道的流速变化，以优化过滤和清洗效率。而且，经由合适的致动和控制装置提供清洗循环的自动化，以最小化形成制造工艺的一部分的流体流动循环的中断，其中工作流体为组成部分。最后，本发明的过滤器包括简化的结构以减小密封垫圈、O形环等的数量，从而根据需要最小化维护和极大地便于有效的清洁和维修。

最后，本发明的过滤设备利用常见致动机构以移位磁芯，使得能够实现紧凑的结构，这对于将过滤器安装在流体流动网络中是被期望的。而且，通过常见的致动器提供磁芯的移动的稳定性和可靠性。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于将污染材料从流体中分离的磁性过滤设备，所述磁性过滤设备包括：用于容纳流过该磁性过滤设备的流体的壳体，该壳体具有流体入口和流体出口；位于壳体内的第一细长腔，第一腔与入口流体连通以允许所述流体大体朝向第一端进入第一腔；第一细长磁芯，该第一细长磁芯在第一细长腔内轴向地延伸，以便在流体流动路径中形成由磁芯产生的磁场，以在污染材料流过第一磁芯时捕获污染材料；位于壳体内的第二细长腔，第二腔与出口流体连通以允许流体大体朝向第一端流出第二腔；第二细长磁芯，该第二细长磁芯在第二细长腔内轴向地延伸，以便在流体流动路径中形成由磁芯产生的磁场，以在污染材料流过第二磁芯时捕获污染材料；通道，该通道以朝向第一细长腔和第二细长腔各自的第二端的内部流体连通的方式连接第一细长腔和第二细长腔，以便引导所述流体从所述入口、沿第一方向大致经过第一磁芯的全长、穿过所述通道、沿与第一方向相反的第二方向大致经过第二磁芯的全长流动至所述出口。。

优选地，致动机构包括活塞、缸和连接至活塞的传动杆。根据一种实施例，致动机构包括位于缸的活塞侧的流体流入口和流体流出口，以便将经由所述入口流入缸的流体配置为沿着缸的长度轴向地推动缸和传动杆。优选地，致动机构包括用于允许气动致动的装置。优选地，每个磁芯连接至传动杆，以便当沿着缸的长度推动传动杆时，从磁芯对应的管中取出每个磁芯。

优选地，第一腔和第二腔由在壳体内延伸的间隔壁限定。优选地，所述通道由分离第一腔和第二腔的间隔壁中的间隙限定，该间隙朝向第一腔和第二腔的每个第二端定位。可选地，第一腔和第二腔以及所述通道的尺寸形成为使得第一腔中的流体流动速度至少为第二腔中的流体流动速度的两倍。

优选地，该过滤设备还包括电子控制装置，该电子控制装置连接至致动机构以控制磁芯相对于每个腔的移位或移动。优选地，该过滤器还包括至少一个污染物饱和度传感器，所述至少一个污染物饱和度传感器用于监测由第一磁芯和第二磁芯捕获的污染材料的量。

可选地，该过滤器包括定位在第一腔内的一个磁芯和定位在第二腔内的两个磁芯。可替换地，该过滤器可以包括定位在第一腔内的两个磁芯和定位在第二腔内的八个磁芯。根据另一个实施例，第一腔和第二腔可以包括多个芯体或磁芯，其中第二腔中的芯体的数量为第一腔中的芯体的数量的两倍。

根据具体实施方案，当在正常使用中被定向时，第一腔中的经过第一磁芯的流体流的方向与重力方向相反，并且第二腔中的经过第二磁芯的流体流的方向与重力方向相同。

根据本发明的第二方面，提供了一种采用磁性过滤设备将污染物从流体中分离的方法，该方法包括下述步骤：使待过滤的流体通过具有入口和出口的壳体；引导所述流体从朝向壳体内的第一细长腔的一端定位的入口纵向地流过第一细长腔；使流体流过在第一腔内、由在第一腔内轴向地延伸的第一细长磁芯形成的磁场，该磁场用来从所述流体中捕获污染材料；引导所述流体从朝向壳体内的第二细长腔的一端定位的出口纵向地流过第二细长腔；使流体流过在第二腔内、由在第二腔内轴向地延伸的第二细长磁芯形成的磁场，该磁场用来从所述流体中捕获污染材料；引导所述流体通过以在各个第二端处内部流体连通的方式连接第一腔和第二腔的通道，使得流体从所述入口、沿第一方向大致经过第一磁芯的全长、穿过所述通道、沿与第一方向相反的第二方向大致经过第二磁芯的全长流到所述出口。

该过滤方法包括被配置为不时中断操作循环的清洗循环。清洗循环包括采用致动机构从对应的第一腔和第二腔轴向地取出细长磁芯的步骤。可选地，致动机构包括活塞、缸和连接至活塞的传动杆。清洗循环还包括通过在第一磁芯和第二磁芯被从第一腔和第二腔中取出的情况下允许流体流过第一腔和第二腔来从每个细长磁芯周围去除所沉积的污染材料的步骤。可选地，清洗循环还包括使磁性过滤设备下游的流体流分流以收集从磁芯周围冲掉的污染材料的步骤。最后，清洗循环包括采用致动机构将第一磁芯和第二磁芯重新引入到对应的第一腔和第二腔中的步骤。

优选地，操作循环和清洗循环之间的控制和转换由合适的电子和/或机械控制装置控制。优选地，当经由合适的电子控制装置进行电控制时，该方法包括采用控制装置自动操作从对应的第一腔和第二腔中取出第一磁芯和第二磁芯以及在第一腔和第二腔处重新引入第一磁芯和第二磁芯的步骤。优选地，控制装置为可编程逻辑控制装置。可替换地，控制装置可以为在PC上运行的软件。

附图说明

现在将仅以举例的方式并参照附图描述本发明的具体实施方案，在附图中：

图1为根据本发明的具体实施方案的磁性过滤设备的一部分的透视图，其中多个细长磁芯定位在被分隔成多个内部流体流动腔的壳体内；

图2为图1的过滤设备的横截面侧视图，细长磁芯定向在用于过滤工作流体的操作位置；

图3为图1的过滤设备的横截面侧视图，细长磁芯定向在用于允许从过滤器中清除污染材料的清洁/清除位置；

图4示意性地图示图1的过滤设备的外部壳体；

图5图示图1的过滤设备的内腔和壳体的横截面俯视图；

图6图示穿过图4的磁性过滤设备的壳体的内部流体流动路径。

具体实施方式

参照图1，过滤设备包括具有入口109和出口110的壳体100。根据具体实施方案，壳体100是圆筒形，其具有的入口109和出口110朝向圆筒形壁的一端非常靠近底座111定位。

圆筒形壳体100的壁限定内腔101，内腔101被分隔成围绕中央缸或圆筒106的多个子腔，中央缸106在主腔101内沿着圆筒形壳体100的长度轴向地延伸。内腔101首先由细长间隔壁104分成两个内腔，该细长间隔壁104在壳体壁100的内表面和中央缸106的面朝外的表面之间纵向地延伸。这两个子腔由内部间隔壁105进一步分成第一腔102和第二腔103，内部间隔壁105在壳体壁100的内表面和内部缸106的面朝外的表面之间纵向地延伸。也就是说，间隔壁104和105从中央缸106径向地延伸，并且基本上沿着细长圆筒形腔101的全长延伸。

间隔壁105被定位成使得第一腔102的体积小于第二腔103的体积。特别地，根据具体实施方案，第一腔102的体积近似为第二腔103的体积的一半。

细长磁芯108定位在每个第一腔102内并沿着内腔101内的圆筒形壳体100的大体全长轴向地延伸。类似地，两个细长磁芯107定位在第二腔102内并沿着主内腔101内的圆筒形壳体100的长度轴向地延伸。根据具体实施方案，过滤设备包括两个第一腔102、两个第二腔103，每个第一腔102包括单个细长磁芯，而每个第二腔103包括两个细长磁芯107。根据另一个实施方案，过滤设备可以包括两个定位在每个第一腔102内的细长磁芯108和四个定位在每个第二腔103内的细长磁芯107。

参照图2和3，上部细长圆筒形壳体210经由定位在圆筒形壳体100的上端201处的环形套环112连接至主壳体100。入口109和出口110定位在壳体100的相对的底端200处。细长磁芯108、107中的每一个被容纳在对应的细长管300、301内，细长管300、301在壳体100的上端201和底端200之间的对应的第一腔102和第二腔103内轴向地延伸。管300、301的尺寸被形成为容纳杆状圆柱形磁芯108、107。小的间隙设置在管300、301的面朝内的表面和圆柱形磁芯108、107的外表面之间，以允许每一磁体柱插入它们对应的容纳管300、301中和从对应的容纳管300、301中取出。

机械致动器被容纳在过滤设备中，并被配置为将磁芯108、107移位至第一腔102和第二腔103以及从第一腔102和第二腔103移出。机械致动器包括轴向地延伸穿过中央缸106的中心的细长传动杆203。传动杆203还被容纳在细长缸209中，细长缸209也在中央缸106内轴向地延伸。致动机构还包括连接至传动杆203的活塞204，活塞被配置为在缸209内前后移动。法兰207连接至传动杆203的一端并连接至被安装的连杆臂208，连杆臂208从每个磁体柱108、107的上端延伸。因此，活塞204在缸209内的运动又使每个磁芯108、107相对于壳体100和每个腔102、103内对应的磁芯容纳管300、301移位。

流体流入口205和出口206设置在缸209的下端处，以允许工作流体(通常为压缩空气)经由与拉动作用相反的推动运动如图3所示抵靠活塞204运动，并迫使传动杆203从缸209运动，以最大化操作效率和驱动流体(压缩空气)的使用。

参照图4，过滤设备还包括电子控制装置400。根据具体实施方案，电子控制装置400包括可编程逻辑控制装置并且电连接至致动机构，以控制磁芯108、107相对于腔102、103的运动。根据可替换实施方案，控制装置400可以被配置为在PC或印刷电路板上运行的软件。还可以设置使得能够手动操作传动杆203以允许从腔102、103手动移位磁芯108、107的装置(未示出)。

参照图5，轴向延伸的间隔壁104中的每一个将入口109和出口110分成两半，以将到达壳体100和来自壳体100的流体流在腔101内分隔成围绕中央缸106的两条流体流动路径。在使用中，参照图5和6，具有铁污染材料的悬浮液的工作流体经由入口109流入过滤设备。流体流由间隔壁104分流到每个第一腔102中，间隔壁104将入口109的面朝内的孔分成两半。进入每个第一腔102的流体流500随后克服重力从壳体100内的内腔102的下部区域200沿向上方向501流动至其的上部区域201。

第一腔102和第二腔103之间的流体连通由间隔壁105的最上边缘602和密封内腔101的上端的盖子606的面向下的表面601之间的小间隙600提供。也就是说，内部间隔壁105从底座111延伸到盖子606正下面的区域，使得流体603能够在间隔部105的上边缘602上流过。当流体501流过细长磁芯108时，作为预过滤步骤，由磁芯形成的磁场用来捕获细长管300周围的铁污染材料或含铁污染材料。

被预过滤的流体随后流入603第二腔103，并沿向下方向502流过磁芯107。当流体流过由磁芯107产生的磁场时，未被磁芯108捕获的其它污染材料随后通过最终过滤步骤被捕获。被完全过滤的流体504随后经由出口110流出504第二腔103和壳体100。流体的这种流出流504由将出口110的面朝内的孔分成两半的间隔壁104引导。如参照图5所示，通过过滤设备的流体流被分隔成围绕中央缸106的两条流体路径。

为了优化过滤设备的过滤和清洗，流体被引导以克服重力沿向上方向在第一腔102内流动，以及通过重力沿着腔103的长度在第二相反的方向上流动。通过内部间隔壁105的相对尺寸和定位的配置，通过第一腔102的流体流动速度为通过第二腔103的流速的至少两倍。

另外，通过借助于引导流体以沿着磁芯108、107在至少两个方向上轴向地流动的方式增加工作流体对由磁芯108、107形成的磁场的暴露，过滤被最大化。

在如图2所示磁体定位在壳体100内的情况下，过滤设备被配置为从工作流体中过滤污染材料。在用污染物使过滤器饱和之前，需要清洗或清洁过滤器以去除沉积的材料，从而再次开始过滤操作。清洗状态在图3中图示，借助于致动机构，磁芯108、107被从它们对应的容纳管300、301中取出。在磁芯处于取出状态的情况下，由通过腔101的恒流流体，从管300、301冲掉围绕这些管被捕获的污染材料。因此，间隙600的尺寸对确定通过第一腔102和第二腔103的相对流体流速是重要的，使得当磁芯被定位用于使用时（图2）该流速不是太快而使污染材料越过磁场，并且当取出磁芯108、107时(图3)该流速足以允许清洗污染材料。根据具体实施方案，可以提供使用户能够调整间隔壁105的相对位置以选择性地调整间隙600的尺寸以及第一腔102和第二腔103的相对内部体积尺寸的装置(未示出)。这些参数的调整因此可以调整通过过滤装置的流体流速，并且因此调整必要的中间清洗过程和清洗所花费的时间之间的操作时间间隔，这取决于流体流速。

合适的阀(未示出)，特别是电磁阀，可以连接至控制装置400，以便在图3的清洗阶段期间可以使过滤设备下游的流体流分流或转向。特别地，用来清洗该设备的工作流体可以被分流至储存罐中，用于污染物泥浆的后续处理，以便于后续处置。控制装置400被配置为同步致动下游分流阀(未示出)和磁芯108、107的致动机构。

控制装置400还可以包括非常靠近各个腔102、103定位的饱和度传感器604、605。经由传感器604、605和控制装置400，可以在预定时间间隔之前提前触发致动机构，以避免穿过该设备的流体流动路径的不希望的堵塞。此外，也可以经由连接至每个磁芯108、107的合适的手动超越控制装置(manual override，未示出)提供致动机构的手动超越控制设施。

Claims (26)

1.一种用于将污染材料从流体中分离的磁性过滤设备，所述磁性过滤设备包括：

用于容纳流过所述磁性过滤设备的流体的壳体，该壳体具有流体入口和流体出口；

位于壳体内的第一细长腔，所述第一细长腔与大体朝向第一细长腔的第一端的流体入口流体连通以允许流体进入第一细长腔；

容纳在位于第一细长腔内的细长管内的第一细长磁芯，该第一细长磁芯在第一细长腔内轴向地延伸，以便在流体流动路径中形成由第一细长磁芯产生的磁场，以在污染材料流过第一细长磁芯时捕获在所述细长管周围的污染材料；

位于壳体内的第二细长腔，所述第二细长腔与大体朝向第二细长腔的第一端的流体出口流体连通以允许流体流出第二细长腔；

容纳在位于第二细长腔内的细长管内的第二细长磁芯，该第二细长磁芯在第二细长腔内轴向地延伸，以便在流体流动路径中形成由第二细长磁芯产生的磁场，以在污染材料流过第二细长磁芯时捕获在所述位于第二细长腔内的细长管周围的污染材料；

通道，该通道以朝向第一细长腔和第二细长腔各自的第二端的内部流体连通的方式连接第一细长腔和第二细长腔，以便引导所述流体从所述流体入口、沿第一方向大致经过第一细长磁芯的全长、穿过所述通道、沿与第一方向相反的第二方向大致经过第二细长磁芯的全长流动至所述流体出口，

其中所述第一细长腔的体积小于所述第二细长腔的体积，使得所述第一细长腔中的流体流动速度大于所述第二细长腔中的流体流动速度。

2.根据权利要求1所述的磁性过滤设备，其中壳体被分隔成两个第一细长腔和两个第二细长腔。

3.根据权利要求1所述的磁性过滤设备，其中所述第一细长腔的体积大约为所述第二细长腔的体积的一半。

4.根据权利要求1所述的磁性过滤设备，还包括致动机构，该致动机构连接至所述第一和第二细长磁芯中的每个磁芯，并被配置为相对于第一细长腔和第二细长腔以及每个所述细长管将每个磁芯轴向地移位，以便所述第一和第二细长磁芯中的每个磁芯能够在每个所述细长管处被轴向地取出和插入。

5.根据权利要求4所述的磁性过滤设备，其中致动机构包括活塞、缸和连接至活塞的传动杆。

6.根据权利要求5所述的磁性过滤设备，其中致动机构包括位于缸的活塞侧的流体流入口和流体流出口，以便将经由所述流体流入口流入缸的流体配置为沿着缸的长度轴向地推动缸和传动杆。

7.根据权利要求6所述的磁性过滤设备，其中致动机构包括用于允许气动致动的装置。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的磁性过滤设备，其中所述第一和第二细长磁芯中的每个磁芯连接至传动杆，以便当沿着缸的长度推动传动杆时，从每个磁芯对应的细长管中取出每个磁芯。

9.根据权利要求1所述的磁性过滤设备，其中第一细长腔和第二细长腔由在壳体内部延伸的间隔壁限定。

10.根据权利要求9所述的磁性过滤设备，其中所述通道由间隔壁的边缘和密封第一细长腔和第二细长腔的盖子之间的间隙限定。

11.根据权利要求10所述的磁性过滤设备，其中第一细长腔和第二细长腔以及所述通道的尺寸形成为使得第一细长腔中的流体流动速度为第二细长腔中的流体流动速度的至少两倍。

12.根据权利要求4所述的磁性过滤设备，还包括电子控制装置，该电子控制装置连接至致动机构以控制所述第一细长磁芯和第二细长磁芯相对于相应的第一细长腔和第二细长腔的移位。

13.根据权利要求1所述的磁性过滤设备，还包括至少一个污染物饱和度传感器，所述至少一个污染物饱和度传感器用于监测由第一细长磁芯和第二细长磁芯捕获的污染材料的量。

14.根据权利要求2-7和权利要求9-13中任一项所述的磁性过滤设备，包括定位在每一个第一细长腔内的一个第一细长磁芯和定位在每一个第二细长腔内的两个第二细长磁芯。

15.根据权利要求2-7和权利要求9-13中任一项所述的磁性过滤设备，包括定位在每一个第一细长腔内的两个第一细长磁芯和定位在每一个第二细长腔内的四个第二细长磁芯。

16.根据权利要求1所述的磁性过滤设备，其中当在正常使用中定向时，第一细长腔中的经过第一细长磁芯的流体流的方向与重力方向相反，并且第二细长腔中的经过第二细长磁芯的流体流的方向与重力方向相同。

17.一种采用磁性过滤设备将污染物从流体中分离的方法，该方法包括下述步骤：

使待过滤的流体通过具有入口和出口的壳体；

引导所述流体从朝向第一细长腔的第一端定位的入口在壳体内纵向地流过第一细长腔，所述流体流过在第一细长腔内、由在第一细长腔内轴向地延伸的容纳在位于第一细长腔内的细长管内的第一细长磁芯形成的磁场，该磁场用来从所述流体中捕获在细长管周围的污染材料；

引导所述流体从朝向壳体内的第二细长腔的第一端定位的出口纵向地流过第二细长腔，所述流体流过在第二细长腔内、由在第二细长腔内轴向地延伸的容纳在位于第二细长腔内的细长管内的第二细长磁芯形成的磁场，该磁场用来从所述流体中捕获在细长管周围的污染材料；

引导所述流体通过以在第一细长腔和第二细长腔的各个第二端处内部流体连通的方式连接第一细长腔和第二细长腔的通道，使得流体从所述入口、沿第一方向大致经过第一细长磁芯的全长、穿过所述通道、沿与第一方向相反的第二方向大致经过第二细长磁芯的全长流到所述出口；

其中所述第一细长腔的体积小于所述第二细长腔的体积，使得所述第一细长腔中的流体流动速度大于所述第二细长腔中的流体流动速度。

18.根据权利要求17所述的方法，包括采用致动机构从对应的第一细长腔和第二细长腔轴向地取出第一和第二细长磁芯的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其中致动机构包括活塞、缸和连接至活塞的传动杆。

20.根据权利要求17所述的方法，包括通过在第一细长磁芯和第二细长磁芯从第一细长腔和第二细长腔以及所述各自的细长管中取出的情况下允许流体流过第一细长腔和第二细长腔来从细长管中的每个细长管周围去除所沉积的污染材料的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括使磁性过滤设备下游的流体流分流以收集从第一和第二细长磁芯周围冲掉的污染材料的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，包括采用致动机构将第一细长磁芯和第二细长磁芯重新插入到对应的第一细长腔和第二细长腔以及对应的细长管中的步骤。

23.根据权利要求22所述的方法，包括采用控制装置自动操作和控制从对应的第一细长腔和第二细长腔以及对应的细长管中取出第一细长磁芯和第二细长磁芯以及在第一细长腔和第二细长腔处重新插入第一细长磁芯和第二细长磁芯的步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，其中控制装置为可编程逻辑控制装置。

25.根据权利要求23所述的方法，其中控制装置为在PC上运行的软件。

26.根据权利要求17-25中任一项所述的方法，其中通过第一细长腔的流体流动速度为第二细长腔中的流体流动速度的至少两倍。