BR112017016125B1 - Separador centrífugo, e, método para limpar um gás contendo impurezas líquidas - Google Patents

Separador centrífugo, e, método para limpar um gás contendo impurezas líquidas Download PDF

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Abstract

a presente invenção provê um separador centrífugo para limpeza de um gás contendo impurezas líquidas. o separador centrífugo compreende um invólucro estacionário que compreende uma parede lateral circunjacente, uma primeira parede na extremidade e uma segunda parede na extremidade que encerra um espaço através do qual um fluxo de gás é permitido. o espaço compreende uma câmara de separação superior e uma câmara de descarga inferior. o separador compreende adicionalmente uma entrada que se estende através do invólucro estacionário e permite o fornecimento do gás a ser limpo para a câmara de separação, um membro rotativo compreendendo uma pilha de discos de separação e sendo arranjado para girar em torno de um eixo (x) de rotação, em que a pilha de discos de separação é arranjada na câmara de separação e um membro acionador para girar o membro rotativo. adicionalmente, a câmara de descarga é arranjada axialmente abaixo da pilha de discos de separação de modo que o gás limpo e impurezas líquidas separadas entram ambos em referida câmara de descarga após serem separados em referida pilha de discos de separação, e adicionalmente, o separador compreende uma saída de gás configurada para permitir a descarga de gás limpo de referido invólucro estacionário, em que a saída de gás compreende uma abertura na saída através do invólucro estacionário e uma porção que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga. adicionalmente, existe uma saída de drenagem arranjada em referida câmara de descarga e configurada para permitir a descarga de impurezas líquidas separadas de referido invólucro estacionário.

Description

Campo da invenção
[001] A presente invenção se refere ao campo de separadores centrífugos para limpeza de um gás contendo impurezas líquidas. Em particular, a presente invenção se refere à limpeza de gases do cárter de um motor a combustão de partículas de óleo.
Fundamentos da invenção
[002] É bem conhecido que uma mistura de fluidos tendo densidades diferentes pode ser separada através do uso de um separador centrífugo. Um uso específico de tal separador é na separação de óleo do gás ventilado de um cárter que forma parte de um motor de combustão interna.
[003] Com relação a este uso específico de separadores, pode existir uma tendência para os gases de alta pressão encontrados nas câmaras de combustão de um motor de combustão interna vazem passando para os anéis do pistão associados e dentro do invólucro do cárter do motor. Este vazamento contínuo de gás dentro de cárter pode levar a um aumento indesejado de pressão dentro do cárter e, como uma consequência, a uma necessidade de ventar o gás do invólucro. Tal gás ventilado do cárter transporta tipicamente uma quantidade de óleo do motor (como gotículas ou uma névoa fina) que é apanhado do reservatório de óleo mantido no cárter.
[004] A fim de permitir que o gás ventilado a ser introduzido dentro do sistema de entrada sem introduzir também óleo indesejado (particularmente dentro de um sistema de turboalimentação no qual a eficiência do compressor pode ser afetada adversamente pela presença de óleo), é necessário limpar o gás ventilado (isto é, remover o óleo transportado pelo gás) antes do gás ser introduzido dentro do sistema de entrada. Este processo de limpeza pode ser realizado por um separador centrífugo, que é montado em, ou adjacente ao cárter e que dirige o gás limpo para o sistema de entrada e dirige o óleo separado novamente para o cárter. Um exemplo de tal separador é descrito, por exemplo, em US 8.657.908.
[005] No entanto, quando o separador centrífugo é usado para limpeza de gases do cárter de motores de combustão menores, tais como motores a diesel menores usados especialmente em caminhões mais leves e similares, existe uma necessidade para um separador que não tenha um tamanho relativamente grande que exige um grande espaço. Um meio de reduzir o tamanho do separador centrífugo é reduzir o diâmetro da pilha de discos separadores. No entanto, a fim de manter a eficiência de separação, a altura ou o comprimento da pilha, então, tem que ser aumentados.
[006] Além disso, um problema pode ser também fazer com que as partículas uma vez separadas entrem novamente dentro do gás limpo após a separação em, por exemplo, uma pilha de discos do separador centrífugo.
[007] Existe desse modo uma necessidade na técnica para separadores centrífugos tendo tamanho reduzido ou compacto enquanto mantendo ou melhorando a eficiência de separação.
Sumário da invenção
[008] Um objeto da presente invenção é prover um separador centrífugo que possa ser reduzido em tamanho, mas mantenha ainda boa eficiência de separação.
[009] Um objeto adicional da presente invenção é prover um separador centrífugo que reduza o número de peças do separador.
[0010] Como um primeiro aspecto da invenção, é provido um separador centrífugo para limpeza de um gás contendo impurezas líquidas, em que o separador centrífugo compreende um invólucro estacionário compreendendo uma parede lateral circunjacente, uma primeira parede na extremidade e uma segunda parede na extremidade que encerram um espaço através do qual um fluxo de gás é permitido, o espaço compreendendo uma câmara de separação superior e uma câmara de descarga inferior, uma entrada que se estende através do invólucro estacionário e que permite o fornecimento do gás a ser limpo para câmara de separação, um membro rotativo que compreende uma pilha de discos de separação e sendo arranjado para girar em torno de um eixo (X) de rotação, em que a pilha de discos de separação é arranjada na câmara de separação, um membro acionador para girar o membro rotativo, caracterizado em que a câmara de descarga é arranjada axialmente abaixo dos discos de separação de modo que gás limpo e impurezas líquidas separadas entram ambos na câmara de descarga antes de serem separados na pilha de discos de separação, e adicionalmente em que o separador compreende uma saída de gás configurada para permitir a descarga de gás limpo do invólucro estacionário, em que a saída de gás compreende uma abertura de saída através do invólucro estacionário e uma porção que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga, e uma saída de drenagem arranjada na câmara de descarga e configurada para permitir a descarga de impurezas líquidas separadas do invólucro estacionário.
[0011] O invólucro estacionário pode ter um formato cilíndrico com seção transversal circular tendo um raio R a partir do eixo (X) de rotação para a parede lateral circunjacente. O raio pode ser constante pelo menos com relação à parte principal da circunferência da parede lateral circunjacente. A primeira parede da extremidade pode formar desse modo uma extremidade superior de formato cilíndrico e a segunda parede da extremidade pode formar uma extremidade inferior de formato cilíndrico.
[0012] O invólucro estacionário do separador centrífugo encerra um espaço, e o espaço compreende uma câmara de separação superior e uma câmara de descarga inferior. A câmara de separação superior é desse modo a porção ou volume dentro invólucro estacionário em que a separação primária de impurezas líquidas do gás ocorre, e compreende desse modo uma pilha de discos de separação. “Superior” é a porção axial ou volume pela primeira parede da extremidade, enquanto “inferior” é a porção axial ou volume pela segunda parede da extremidade. A câmara de descarga inferior é arranjada axialmente abaixo dos discos de separação e localizada dentro do invólucro estacionário de modo que ambos, gás limpo e impurezas líquidas entram na câmara de descarga após a separação primária dentro da pilha de discos de separação. A câmara de descarga está desse modo a jusante da câmara de separação. Gás limpo é dirigido dos discos de separação na câmara de separação para a câmara de descarga e impurezas líquidas são dirigidas, por exemplo, fluindo por meio de gravidade na superfície interior do invólucro estacionário, para a mesma câmara de descarga após deixar os discos de separação. O gás limpo sai da câmara de descarga através de uma porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga, enquanto impurezas líquidas saem da câmara de descarga através da saída de drenagem.
[0013] A entrada do separador centrífugo pode estar localizada através da primeira parede da extremidade ou através da parede lateral circunjacente perto da primeira parede da extremidade, desse modo, no topo do separador de modo que o gás entrando através da entrada entra na câmara de separação, enquanto a saída de drenagem pode estar localizada na segunda parede da extremidade, desse modo, no fundo do separador dentro da câmara de descarga.
[0014] O membro rotativo pode definir um espaço central formado por pelo menos um orifício em cada dos discos de separação e conectado a entrada e configurado para transportar o gás a ser limpo da entrada para os espaços da pilha de discos de separação. Desse modo, o gás a ser limpo é dirigido através da pilha de discos de separação.
[0015] Os discos de separação da pilha podem ser frustocônicos. Um disco frustocônico pode ter uma porção plana que se estende em um plano que é perpendicular ao eixo de rotação, e a porção frustocônica. A porção plana pode estar mais perto do eixo de rotação do que a porção frustocônica. Adicionalmente, os discos da pilha podem ser discos radiais, em que substancialmente todo o disco se estende em um plano que é perpendicular ao eixo de rotação.
[0016] Deve ser entendido também que os discos de separação não têm que ser necessariamente arranjados em uma pilha. A câmara de separação pode compreender, por exemplo, discos ou placas axiais que se estendem em torno do eixo de rotação. Os discos ou placas axiais podem ser planos, isto é, se estendendo em planos que são paralelos ao eixo de rotação. Os discos ou placas axiais também podem ter um formato levemente ou significantemente curvado, tal como um formato em arco ou espiral, como visto em um plano radial.
[0017] O membro acionador pode compreender, por exemplo, uma roda de turbina, girada por meio de um jato de óleo do sistema de óleo do motor de combustão ou uma roda de jato livre compreendendo um disco de escape de gases. No entanto, o membro acionador pode ser também independente do motor de combustão e compreende um motor elétrico, um motor hidráulico ou um motor pneumático.
[0018] A saída de drenagem pode ser formada por diversos pontos formados através dos orifícios do invólucro estacionário. A saída de drenagem pode ser arranjada centralmente na segunda parede da extremidade, tal como no eixo de rotação ou no centro em torno do eixo de rotação.
[0019] A saída de gás compreende uma porção que se estende dentro da câmara de descarga do invólucro estacionário e uma abertura de saída através do invólucro estacionário. A porção que se estende dentro da câmara de descarga pode ser formada como uma luva, isto é, pode ser uma porção da luva. A porção que se estende dentro da câmara de descarga pode ser adicionalmente uma porção estacionária, isto é, arranjada para não girar com o membro rotativo. A porção pode se estender dentro da câmara de descarga em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo (X) de rotação. Gás limpo é desse modo dirigido através desta porção para a abertura de entrada. Em outras palavras, a porção que se estende dentro da câmara de descarga está à montante da abertura de saída.
[0020] A porção que se estende dentro da câmara de descarga é arranjada a fim de permitir a evacuação de gás limpo de um “volume no ponto” da câmara de descarga, isto é, descarregar gás limpo de um volume discreto da câmara de descarga. Isto é alcançado, por exemplo, por meio de uma abertura a parede externa da porção que se estende dentro da câmara de descarga. Tal abertura pode desse modo desse modo estar localizada na câmara de descarga no volume do “ponto” ou discreto a partir do qual a pessoa deseja retirar o gás limpo. Tal solução é vantajosa porque ela diminui o risco de contaminação do gás limpo com óleo separado, isto é, diminui o risco de remisturar o gás limpo com óleo, antes de descarregar o gás limpo da câmara de descarga.
[0021] A presente invenção é com base no conhecimento que pelo uso de uma porção que se estende dentro do espaço de separação, o gás limpo e as impurezas separadas podem ser descarregados da mesma câmara, ou sub- espaço, do invólucro estacionário. Separadores da técnica antecedente, tal como um separador descrito em US 8.657.908, têm usualmente um inserto no alojamento no invólucro estacionário que funciona para segregar o óleo separado do gás limpo antes do óleo separado e gás limpo saírem do alojamento do rotor. Tal inserto no alojamento pode compreender uma vala ou fenda anular, que durante o uso do separador coleta gotículas de óleo separadas que são arremessadas dos discos do separador e funcionam no interior do invólucro estacionário sob a ação de gravidade. O óleo coletado na vala do inserto do alojamento então flui a fim de passar dentro de uma região encerrada por um lado inferior do inserto do alojamento, a partir do qual ele é então descarregado. O separador da presente invenção não precisa usar tal inserto do alojamento, mas o gás e o óleo separados podem ser coletados da mesma porção do espaço de separação. Em outras palavras, na técnica antecedente separadores que compreendem um inserto no alojamento, gás limpo e impurezas separadas são segregados o mais rápido possível após saírem da separação primária nos discos do separador por meio de paredes e direção de fluxo diferente, enquanto de acordo com a presente invenção, o gás limpo e as impurezas separadas podem estar na mesma porção do espaço de separação até que eles sejam descarregados do invólucro estacionário através da saída de gás e da saída de drenagem.
[0022] Consequentemente, nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, impurezas líquidas e gás limpo separados não são separados por meio de qualquer objeto físico, tal como uma parede ou vala, após a separação primária na pilha de discos de separação e antes de serem descarregados do invólucro estacionário.
[0023] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, a câmara de descarga é livre de quaisquer paredes adicionais, tais como paredes que se estendem na direção axial, que separam adicionalmente impurezas líquidas do gás limpo.
[0024] O inventor verificou que a presente invenção pode causar menos resistência ao gás do que um separador tendo um inserto no alojamento, reduzindo assim a entrada de energia. Adicionalmente, por não ter um inserto no alojamento para segregar impurezas líquidas e gás limpo separados após saírem dos discos de separação, a invenção reduz dramaticamente o número de partes do separador, o que reduz tanto os custos de material como de montagem. Isto pode por sua vez prover um separador tendo uma altura reduzida em comparação com um separador tendo um inserto no alojamento.
[0025] Deve ser observado que o separador centrífugo é apropriado também para limpeza de gases de outras fontes diferentes de motores a combustão, por exemplo, o ambiente de ferramentas da máquina que frequentemente contém grandes quantidades de impurezas líquidas na forma de gotículas de óleo ou névoa de óleo.
[0026] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, o membro rotativo compreende adicionalmente um flange inferior arranjado axialmente abaixo da porção da saída de gás que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga. Na presente descrição, “axialmente” se refere à direção ao longo do eixo de rotação X. O flange inferior pode ser arranjado axialmente abaixo da saída de drenagem ou axialmente acima da saída de drenagem.
[0027] O inventor verificou que o flange inferior, localizado axialmente abaixo da porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga, pode evitar que impurezas separadas, tal como óleo, sejam borrifadas dentro do gás limpo e ele pode auxiliar adicionalmente a drenagem de qualquer óleo contaminante, tal como óleo da roda da turbina, da câmara de descarga.
[0028] Adicionalmente, por ter um flange inferior que gira, um redemoinho é criado que auxilia em forçar o óleo separado para a saída de drenagem localizada perto do eixo de rotação, tal como centralizado em torno do eixo de rotação.
[0029] O flange inferior, sendo uma parte do rotor, é arranjado para girar em torno do eixo (X) de rotação. O flange inferior pode ser desse modo em formato de disco centralizado em torno do eixo (X) de rotação. O flange inferior pode ser também arranjado axialmente entre a saída de drenagem e a porção da saída de gás que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga. Se a entrada é arranjada em uma parede da extremidade superior e a saída de drenagem é arranjada na parede da extremidade do fundo, o flange inferior é desse modo arranjado axialmente abaixo da porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga, mas acima da saída de drenagem. O flange inferior pode ser arranjado mais perto da saída de drenagem do que para a porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga. Como um exemplo, o flange inferior pode estar localizado axialmente logo acima da saída de drenagem, de modo que ele permite que impurezas separadas sejam dirigidas ao longo da superfície interior da segunda parede da extremidade. Como um exemplo, o flange inferior pode estar localizado cerca de 1-15 mm acima da saída de drenagem, tal como cerca de 3-10 mm acima da saída de drenagem.
[0030] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, o flange inferior tem um raio que é menor do que o raio da pilha de discos de separação. Isto é uma vantagem porque ele provê um separador que é inclinado, isto é, nas aplicações em que o eixo de rotação (X) é inclinado em comparação com um eixo vertical. Isto é porque com uma quantidade maior de óleo presente em um separador inclinado, existe um risco maior do flange estar abaixo do nível de óleo, diminuindo assim a velocidade ou rotações por minuto do separador. Um flange inferior tendo um raio que é menor do que o raio da pilha de discos de separação pode desse modo evitar tais desvantagens.
[0031] Como um exemplo, o raio do flange inferior pode ser cerca de metade do raio da pilha de disco. Se a saída de drenagem é arranjada em torno do eixo de rotação (X), o raio do flange inferior pode ser maior do que a distância do eixo (X) para a saída de drenagem. Deste modo, o flange “cobre” axialmente à saída de drenagem.
[0032] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, o membro rotativo compreende adicionalmente um flange superior arranjado axialmente entre a porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga e da pilha de discos.
[0033] Um flange superior arranjado axialmente entre a porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga e da pilha de discos reduz o risco de partículas separadas entrarem na saída do gás. A porção da saída de gás desse modo se estende do invólucro estacionário, por exemplo, se estendendo em uma direção perpendicular ao eixo de rotação, axialmente entre o flange inferior e superior.
[0034] Por ter um flange superior rotativo, aerossóis que na verdade entram em contato com a placa da extremidade inferior da pilha de discos de separação a ser arremessada na parede interna circunjacente do invólucro estacionário. Além do mais, o flange superior e inferior girando durante a operação do separador podem auxiliar a criar turbulência em torno da porção da saída de gás que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga, diminuindo assim o risco de contaminação de óleo no gás limpo.
[0035] O flange superior pode ser em um formato de disco e, desse modo gira junto com o flange inferior, e desde que eles são uma parte do rotor, eles também giram com a pilha de discos.
[0036] Como um exemplo, o flange superior pode ter um raio que é maior do que o raio do flange inferior. Como um exemplo, o raio pode ser cerca de duas vezes tão grande quanto o raio do flange inferior. O raio do flange inferior pode ser substancialmente o mesmo que o raio dos discos na pilha de discos.
[0037] Além disso, o flange superior e inferior podem ser arranjados em uma única unidade. A única unidade pode compreender adicionalmente a porção frustocônica sobre a qual a pilha de discos é arranjada. A unidade única pode formar um “divisor secundário rotativo”, como visto nas figuras 2 e 3 da presente descrição. A porção frustocônica pode ter desse modo um tamanho similar ao do disco de separação. O flange superior pode ser um flange de tal porção frustocônica, enquanto o flange inferior pode ser arranjado como a peça da extremidade mais baixa da unidade única. A porção frustocônica pode desse modo. A superfície da porção frustocônica sobre a qual a pilha de discos é arranjada pode compreender membros de distância tais como calafetações formadas por pontos. Deste modo, um espaço de separação pequeno também é formado entre o disco mais baixo da pilha da pilha de disco e a superfície da porção frustocônica, o que significa que a porção frustocônica também funciona como o disco mais baixo da pilha de disco. Como um exemplo, a porção frustocônica pode ser arranjada de modo que sua superfície interior esteja voltada para a pilha de discos, e esta superfície interior pode compreender os membros de distância.
[0038] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, a porção da porção de saída de gás da saída de gás que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga é oca e compreende uma abertura na parede periférica através da qual o gás limpo é recuperado e dirigido para a abertura de saída através do invólucro estacionário.
[0039] Se a porção da saída de gás se estende em uma direção D da abertura de saída dentro da câmara de descarga, a abertura na parede periférica é desse modo uma abertura localizada de modo que o gás fluindo através de tal abertura para o interior oco flui em uma direção que não é paralela a D. Em outras palavras, a porção que se estende dentro da câmara de descarga tem ainda uma “parede na extremidade” substancialmente oposta a abertura de saída através do invólucro estacionário, e a abertura na parede periférica é desse modo uma abertura em qualquer uma das paredes da porção que se estende dentro da câmara de descarga do invólucro estacionário.
[0040] Tal configuração da porção que se estende dentro da câmara de descarga permite a evacuação de gás limpo a partir de um “volume no ponto” da câmara de descarga, isto é, por meio da abertura na parede periférica. Desse modo, a porção que se estende dentro da câmara de descarga pode ser tubular com uma abertura tipo “luva” na parede circunjacente. A abertura pode estar desse modo na parede que encerra o interior oco e se estende da abertura de saída para a parede da extremidade. A abertura tipo luva pode estar localizada na parede periférica ou circunjacente, perto da parede da extremidade.
[0041] A abertura na parede periférica é arranjada de modo que gás limpo pode entrar no interior oco da porção que se estende dentro da câmara de descarga através da abertura.
[0042] Como um exemplo a porção da saída de gás pode se estender dentro do invólucro estacionário de modo que a abertura na parede periférica está localizada em um raio do eixo de rotação (X) que é menor do que a metade do raio total do invólucro estacionário. Desse modo, a porção pode se estender em tal grau que gás limpo é recuperado perto do centro do espaço de separação. Isto é vantajoso porque ele evita a retirada do gás perto da parede interna circunjacente do invólucro estacionário já que esta parede é usualmente coberta com óleo separado durante a operação.
[0043] A porção que se estende dentro da câmara de descarga da saída de gás pode ter desse modo ter um comprimento que é similar ao raio do invólucro estacionário. Nas modalidades, a porção que se estende dentro da câmara de descarga tem um comprimento que é maior do que o raio do invólucro estacionário. Isto pode auxiliar a recuperação do gás limpo através da abertura o mais perto do centro possível.
[0044] A abertura na parede periférica pode ter uma área que é aproximadamente a mesma que a da área da área de seção transversal interna da porção que se estende dentro da câmara de descarga. Isto é para evitar qualquer perda de pressão possível.
[0045] Como um exemplo, a abertura na parede periférica da porção pode estar voltada para o eixo de rotação (X).
[0046] Em um exemplo adicional, a abertura na parede periférica da porção está voltada para fora do eixo de rotação.
[0047] Isto é vantajoso porque ela pode evitar que qualquer óleo que ficou preso na superfície da porção que se estende dentro da câmara de descarga, na parte voltada para o eixo de rotação, entre na abertura na parede periférica durante operação do separador.
[0048] A abertura na parede periférica pode ser dirigida para longe do eixo de rotação em uma direção que é aproximadamente perpendicular ao eixo de rotação (X), isto é, dirigida de modo que ela está voltada para o invólucro estacionário.
[0049] Em outro exemplo, a abertura na parede periférica é dirigida para longe do eixo de rotação em uma direção que é entre 15 e 60 graus em relação ao eixo de rotação, tal como aproximadamente 45 graus em relação ao eixo de rotação.
[0050] A abertura na parede periférica pode ser dirigida para cima em uma direção que é entre 15 e 60 graus em relação ao eixo de rotação, tal como aproximadamente 45 graus em relação ao eixo de rotação. “Para cima” significa na direção para a pilha de discos e a primeira parede da extremidade do invólucro estacionário, isto é, longe da segunda parede da extremidade do invólucro estacionário. Ter uma abertura dirigida para cima em uma direção que é entre 15 e 60 graus em relação ao eixo de rotação, tal como aproximadamente 45 graus em relação ao eixo de rotação, pode ser vantajoso porque ela pode diminuir o risco de ter qualquer óleo preso na superfície da porção que se estende dentro da câmara de descarga entrando na abertura na parede periférica.
[0051] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, a porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga compreende uma parte tubular e uma parte estreita, a qual a parte tubular é arranjada na abertura de saída através do invólucro estacionário e a parte estreita compreende a abertura na parede periférica e na qual a parte estreita é arranjada longe da abertura de saída através do invólucro estacionário em comparação com a parte tubular.
[0052] A parte tubular e a parte estreita podem ser cerca de igual em comprimento. A parte estreita tem desse modo um diâmetro que é menor do que a parte tubular, e pode ter sua parte mais estreita o mais longe da parte tubular.
[0053] Pode ser vantajoso ter uma porção tendo uma parte estreita mais afastada dentro do espaço de separação, já que isso pode facilitar um fluxo de ar melhor de gás através do espaço de separação. Como um exemplo, ela pode evitar perdas de pressão no gás sendo descarregado da câmara de descarga. Adicionalmente, a parte estreita diminui a área exposta a quaisquer borrifamentos de óleo dentro da câmara de descarga.
[0054] Como um exemplo, a parte estreita pode compreender uma parede na extremidade que se estende em um plano formado pelo eixo de rotação (X) e o raio do eixo de rotação (X).
[0055] A parede da extremidade está desse modo mais afastada da abertura de saída, e pode ser desse modo orientada de modo a obstruir o gás fluindo em uma direção circular no espaço de separação. Isto pode ser vantajoso porque ela evita adicionalmente que gotículas de óleo separadas entrem na abertura na porção que se estende dentro da câmara de descarga junto com o gás limpo. A parede da extremidade pode auxiliar adicionalmente a criar uma pequena queda de pressão, que pode auxiliar a juntar e desviar qualquer óleo da abertura na porção que se estende dentro da câmara de descarga.
[0056] Nas modalidades do primeiro aspecto da invenção, a porção que se estende dentro da câmara de descarga compreende um orifício de drenagem através da parede periférica. O orifício de drenagem pode se estender através da parede periférica da porção tipo luva a jusante da abertura maior através da qual gás limpo é recuperado da câmara de descarga. Deste modo, qualquer óleo que tenha contaminado o gás descarregado através da porção que se estende dentro da câmara de descarga pode ser drenado. Tal orifício de drenagem pode ter uma área que é menor do que a área da abertura da parede periférica através da qual gás limpo é recuperado. A área pode ser pelo menos cinco vezes menor, tal como pelo menos dez vezes menor do que a área da abertura da parede periférica através da qual gás limpo é recuperado.
[0057] Como um segundo aspecto da invenção, é provido um método para limpeza de um gás contendo impurezas líquidas que compreende as etapas de - prover um separador centrífugo de acordo com o primeiro aspecto da invenção; - introduzir gás contendo impurezas líquidas dentro da entrada do separador centrífugo; e - descarregar gás limpo através da saída de gás e descarregar impurezas líquidas separadas do gás através da saída de drenagem.
[0058] Termos e definições usadas em relação ao segundo aspecto da invenção são como discutidos em relação ao primeiro aspecto da invenção acima.
[0059] O gás limpo pode ser desse modo descarregado perto do eixo de rotação do separador centrífugo. A etapa de prover um separador centrífugo também compreende girar o membro rotativo do separador centrífugo.
[0060] Nas modalidades do segundo aspecto, o gás contendo impurezas líquidas é gás do cárter de um motor a combustão e as impurezas líquidas compreendem óleo.
Breve descrição dos desenhos
[0061] A figura 1 mostra um desenho esquemático de uma seção de um separador centrífugo da presente descrição.
[0062] A figura 2 mostra uma vista lateral de um divisor secundário rotativo de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0063] A figura 3 mostra uma vista em perspectiva de um divisor secundário de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0064] A figura 4 mostra uma vista em perspectiva de uma porção que se estende dentro da câmara de descarga de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0065] A figura 5 mostra uma vista em perspectiva de uma porção que se estende dentro da câmara de descarga arranjada no divisor secundário rotativo de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0066] A figura 6 mostra uma vista em perspectiva de uma porção que se estende dentro da câmara de descarga arranjada no divisor secundário rotativo de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0067] A figura 7 a-d mostra tipos diferentes de discos de separação que podem ser usados no separador centrífugo.
Descrição detalhada
[0068] O separador centrífugo de acordo com a presente descrição será ilustrado adicionalmente pela descrição seguinte de uma modalidade com referência aos desenhos que acompanham.
[0069] A figura 1 mostra uma vista da seção esquemática de um separador centrífugo de acordo com uma modalidade da presente descrição. O separador centrífugo compreende um invólucro estacionário 1, que é configurado para ser montado em um motor de combustão (não descrito), especialmente um motor a diesel, em uma posição apropriada, tal como no topo do motor de combustão ou ao lado do motor de combustão. O invólucro estacionário 1 encerra um espaço de separação 2 através do qual um fluxo de gás é permitido. O invólucro estacionário 1 compreende, ou é formado por, uma parede lateral circunjacente 3, uma primeira parede da extremidade 4 (nas modalidades descrita parede da extremidade superior) e uma segunda parede da extremidade 5 (nas modalidades descrita uma parede da extremidade inferior). A parede lateral circunjacente 3 tem uma seção transversal circular com um raio R do eixo (X) de rotação para a parede lateral circunjacente 3, que é mais ou menos constante pelo menos em relação a parte principal da circunferência da parede lateral circunjacente 3. Em particular, a parede lateral 3 é circular cilíndrica. O separador centrífugo compreende um membro rotativo 6 que é arranjado para girar em torno de um eixo (X) de rotação. Deve ser notado que o invólucro estacionário 1 é estacionário em relação ao membro rotativo 6, e preferivelmente em relação ao motor de combustão no qual ele pode ser montado.
[0070] O membro rotativo 6 compreende um fuso 7 e uma pilha de discos de separação 8 fixada ao fuso 7. Todos os discos de separação 8 da pilha de discos de separação 8 são providos entre uma primeira placa de extremidade 9 (nas modalidades descrita uma placa da extremidade superior) e uma segunda placa de extremidade 10 (nas modalidades descrita uma placa de extremidade inferior). Cada disco de separação 8 pode ser feito de plásticos ou metal. O número de discos de separação 8 é normalmente superior ao indicado na figura e pode ser, por exemplo, 50 a 100 discos de separação 8 dependendo do tamanho do separador centrífugo.
[0071] O fuso 7, e desse modo o membro rotativo 6, é suportado rotativamente no invólucro estacionário 1 por meio de um primeiro rolamento superior (não mostrado) e um segundo rolamento (não mostrado).
[0072] Os discos de separação 8 são cônicos e se estendem ascendentemente e para fora do fuso 7. Deve ser notado que os discos de separação 8 também poderiam se estender ascendentemente e para fora, ou mesmo radialmente. Os discos de separação 8 são providos a uma distância um do outro por meio de membros de distância (não descritos) a fim de formar espaços 13 entre discos de separação adjacentes 8, isto é, um espaço 13 entre cada par de discos de separação adjacentes 8. A espessura axial de cada espaço 13 pode ser na ordem de 1-2 mm, por exemplo.
[0073] O membro rotativo 6 define um espaço central 14. O espaço central 14 pode ser formado por um orifício em cada dos discos de separação 8. Nas modalidades descritas o espaço central 14 é formado por uma pluralidade de orifícios, cada se estendendo através da primeira placa de extremidade 9 e através de cada dos discos de separação 8.
[0074] O separador centrífugo compreende uma entrada 15 para o fornecimento do gás a ser limpo. A entrada 15 se estende através do invólucro estacionário 1, e mais precisamente através da primeira parede da extremidade 4 e dentro da câmara de separação 11 do invólucro estacionário. A entrada 15 se comunica com o espaço central 14 de modo que o gás a ser limpo é transportado da entrada 15 através do espaço central 14 para os espaços 13 da pilha de discos de separação 8, como indicado pelas setas “A” na figura 1.
[0075] A entrada 15 é configurada para se comunicar com o cárter do motor de combustão, ou qualquer outra fonte, através de um conduto de entrada 16 permitindo o fornecimento de gás do cárter a partir do cárter para a entrada 15 e adicionalmente para o espaço central 14 e os espaços 13 como explicado acima. O conduto de entrada 16 descrito pode ser compreendido pelo separador centrífugo.
[0076] O separador centrífugo compreende um membro acionador esquematicamente descrito 17 para girar o membro rotativo 6. O membro acionador 17 está conectado ao fuso 7. O membro acionador 17 pode compreender uma roda de turbina, ver WO2012/152925, girada por meio de um jato de óleo do sistema de óleo do motor de combustão, ou uma roda de jato livre compreendendo um disco de escape de gases, ver WO2014/023592, em que o jato livre é provido pelo sistema de óleo do motor de combustão. Alternativamente, o membro acionador 17 pode ser independente do motor de combustão e compreende um motor elétrico, um motor hidráulico e um motor pneumático.
[0077] Os discos de separação 8 estão localizados na câmara de separação superior 11 do espaço encerrado pelo invólucro estacionário e câmara na qual a separação primária ocorre. As impurezas líquidas do gás serão separadas do gás nos espaços 13, e o gás limpo será transportado para fora dos espaços 13 e adicionalmente para a câmara de descarga inferior 12 do espaço encerrado pelo invólucro estacionário. Impurezas líquidas separadas, desenhadas esquematicamente como pequenas gotículas de óleo 18, tendem a fluir na superfície interna da parede circunjacente para baixo para a câmara de descarga inferior 12.
[0078] Gás limpo e impurezas separadas são ambos descarregados do mesmo volume, isto é, da câmara de descarga inferior 12. O separador centrífugo compreende uma saída de drenagem 19 configurada para permitir a descarga de impurezas líquidas separadas do gás. A saída de drenagem 19 é arranjada na parede de extremidade 5 e circunjacente ao eixo de rotação (X). A saída de drenagem pode estar desse modo na forma de uma ranhura ou fenda abaixo do flange inferior 26.
[0079] Impurezas líquidas descarregadas através de uma saída de drenagem 19 podem ser adicionalmente levadas para fora do separador por uma saída de líquido 29, como mostrado esquematicamente pela seta “C” na figura 1.
[0080] O separador centrífugo também compreende uma saída de gás 20 configurada para permitir a descarga de gás limpo, como mostrado esquematicamente pela seta “B” na figura 1.
[0081] A saída de gás 20 compreende uma abertura de saída 21 no invólucro estacionário 1, e nas modalidades descritas na parede lateral 3 do invólucro estacionário 1. A saída de gás 20 compreende adicionalmente uma porção que se estende dentro da câmara de descarga 22, tendo uma abertura na parede periférica 23, de modo que o gás limpo pode ser descarregado através da porção que se estende dentro da câmara de descarga para o conduto de saída 24 da saída de gás. O conduto de saída 28 pode vantajosamente recircular o gás limpo, por exemplo, para o lado de entrada do motor de combustão.
[0082] Como visto na figura 1, a porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 se estende dentro da câmara de descarga 12 em uma extensão de modo que a abertura na parede periférica 23 está localizada perto do eixo de rotação X, tal como se estendendo para uma extensão de modo que a abertura na parede periférica é arranjada a uma distância do eixo de rotação (X) que é menor do que a metade do raio do eixo de rotação para o invólucro estacionário 1.
[0083] A figura 1 desse modo mostra que tanto o gás limpo como as impurezas líquidas são descarregados da mesma câmara de descarga 12 do espaço encerrado pelo invólucro estacionário. Em outras palavras, gás limpo e impurezas líquidas não tem que ser separados adicionalmente por meio de quaisquer paredes arranjadas no espaço de separação 2 após a separação primária dentro dos espaços 13 entre os discos de separação 8. O membro rotativo 6 compreende adicionalmente uma única unidade 25, um “divisor secundário rotativo”, arranjado na câmara de descarga do espaço de separação 2. A unidade única 25 compreende um flange inferior 26, que é arranjado axialmente acima da saída de drenagem 19, a fim de evitar que impurezas líquidas sejam borrifadas dentro do gás limpo e entrem na abertura na parede periférica 23. Como um exemplo, o flange inferior 26 pode ser arranjado uns poucos milímetros acima da saída de drenagem 19, tal como cerca de 1-10 mm acima da saída de drenagem 19, tal como cerca de 3-10 mm acima da saída de drenagem 19. A unidade única tem uma parte superior adicional frustocônica 28, sobre a qual a placa da extremidade inferior 10 é arranjada. Na parte frustocônica 28, um flange superior 27 é arranjado, de modo que a porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 da saída de gás 20 se estende dentro da câmara de descarga 12 do espaço de separação 2 axialmente entre o flange inferior 26 e o flange superior 27. Tanto o flange superior 27 como o flange inferior 26 são circulares, mas o raio do flange inferior 26 é cerca da metade do raio do flange superior 27. O flange superior 27 tem um raio que é cerca que é o mesmo que o raio dos discos de separação 8 e evita adicionalmente que impurezas líquidas separadas contaminem o gás limpo que são descarregadas através da porção que se estende dentro da câmara de descarga 22.
[0084] A figura 2 e figura 3 mostram a unidade única 25 que é arranjada para girar com o membro rotativo 6 e em torno eixo de rotação (X). A unidade única 25 compreende uma porção frustocônica 28 que tem uma altura a direção axial que é mais do que a metade da altura axial total H1 da unidade única. A porção frustocônica 28 é arranjada com a parte mais ampla voltada para cima para os discos de separação (não mostrado na figura 2), e consequentemente se estende na mesma direção que os discos de separação, que na modalidade nas figuras é ascendentemente e para fora do eixo de rotação (X). A unidade única 25 compreende adicionalmente um flange inferior 26, arranjado na superfície da extremidade da unidade única 25 que não é formada pela porção frustocônica, e um flange superior 27, arranjado na porção cônica 28. Ambos os flanges 26 e 27 são circulares e se estendem em uma direção perpendicular ao eixo de rotação (X). O raio do flange inferior 26, denotado R1 na figura 2, é menor do que o raio do flange superior 27, denotado R2 na figura 2. Como um exemplo, R1 pode ser cerca de metade da distância de R2. O raio R2 pode ser aproximadamente o mesmo que o raio dos discos de separação. A porção frustocônica 28 tem uma superfície interna 30 sobre a qual a pilha de discos de separação é arranjada. Desse modo, a placa da extremidade inferior 10 da pilha de disco na figura 1 é arranjada na superfície interna 30. Esta superfície interna 30 tem membros de distância 31, neste caso membros de distância formados como pontos, a fim de criar também um espaço entre a placa da extremidade inferior 10 e a superfície interna 30 da porção frustocônica. Deste modo este espaço também auxilia na separação de impurezas líquidas do gás.
[0085] A figura 4 mostra a porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 da saída de gás. A porção que se estende dentro da câmara de descarga tem um interior oco 36 e compreende uma porção tubular 32 e uma parte estreita 33. A parte estreita é arranjada na extremidade da porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 que se estende mais além do espaço de separação 2. Existe uma abertura na parede periférica 23 da parte estreita a fim de permitir que o gás flua do exterior da porção que se estende dentro da câmara de descarga ara interior oco 36. Esta abertura na parede periférica 23 é orientada a fim de que ela esteja voltada para fora do eixo de rotação (X). Quando arranjada no separador centrífugo, a abertura na parede periférica 23 está voltada para fora do eixo de rotação (x) para cima, isto é, longe da parede da extremidade inferior5, em uma direção D que forma um ângulo com o eixo de rotação (x) que é, por exemplo, entre 30 e 60 graus, tal como aproximadamente 45 graus, como visto na figura 3. A parte estreita 33 tem uma parede na extremidade 34 que é orientada em um plano que é formado pelo eixo de rotação (X) e o raio do eixo de rotação (X). Esta parede da extremidade 34 tem desse modo uma área que é menor do que a área da porção tubular 32 da porção que se estende dentro da câmara de descarga 22. A parede externa tem uma curvatura leve 37, o que significa que ela é levemente curvada no interior quando ela encontra com a parede da extremidade 34, isto é, ela é côncava. Isto pode criar adicionalmente uma pequena queda de pressão durante operação do separador, que por sua vez pode diminuir o risco de contaminação de óleo do gás limpo entrando na abertura na parede periférica 23. A porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 tem adicionalmente um orifício de drenagem 38, de modo que qualquer óleo que tenha entrado a abertura na parede periférica 23 pode ser drenado do interior oco 36 para a câmara de descarga. O orifício de drenagem está localizado desse modo a jusante da abertura na parede periférica. A porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 compreende adicionalmente meios de fixação 35 de modo que ela pode ser fixada de modo seguro no separador centrífugo, tal como ao invólucro estacionário 1 do separador centrífugo.
[0086] A figura 5 e figura 6 mostram adicionalmente a relação entre a unidade única 25 e a porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 da saída de gás quando arranjadas no separador centrífugo. A altura axial H2 da porção que se estende dentro da câmara de descarga é menor do que a distância axial entre flange inferior 26 e o flange superior 27. Como um exemplo, a altura axial H2 pode ser entre 50 e 95% a distância axial entre o flange inferior 26 e o flange superior 27, tal como cerca de entre 80 e 95% da distância axial entre o flange inferior 26 e o flange superior 27. Isto significa que a altura axial da porção que se estende dentro da câmara de descarga cobre a maior parte do comprimento axial da porção da câmara de descarga 12 a partir da qual as impurezas líquidas separadas e o gás limpo são descarregados. Adicionalmente, a figura 5 mostra que a abertura na parede periférica 23 está voltada para fora axialmente para cima da unidade única 25, e que a porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 se estende com sua parte estreita 33 dentro do invólucro estacionário 1 de modo que o gás pode ser recuperado perto do centro do invólucro estacionário. A figura 6 mostra que a porção que se estende dentro da câmara de descarga 22 se estende entre o flange inferior 26 e o flange superior 27, e que o flange superior 26 se estende radialmente aproximadamente para uma distância de modo que é aproximadamente igual a distância radial para a abertura na parede periférica 23, isto é, o flange superior 27 “cobre” levemente a abertura na parede periférica 23, desse modo funcionando como um teto e auxiliando assim a evitar que impurezas líquidas entrem na abertura na parede periférica 23 para o interior 36 da porção que se estende dentro da câmara de descarga 22.
[0087] A figura 7a-d mostra uns poucos exemplos de discos de separação que podem ser usados em um separador centrífugo da presente descrição. Por razões de clareza apenas uns poucos discos são ilustrados e deve ser entendido que na realidade, um número maior de discos está presente de modo que a distância entre os discos é muito menor.
[0088] A figura 7a mostra um exemplo de discos frustocônicos 8a tendo uma porção plana 8a’’ e uma porção frustocônica 8a’. A porção plana 8a’’ se estende em um plano que é perpendicular ao eixo de rotação (X), e uma porção frustocônica 8a’ se estende esta modalidade para cima. A porção plana 8a’’ está mais perto eixo de rotação do que a porção frustocônica 8a’.
[0089] A figura 7b mostra um exemplo de discos frustocônicos 8a tendo uma porção plana 8b’’ e uma porção frustocônica 8b’. A porção plana 8b’’ se estende em um plano que é perpendicular ao eixo de rotação (X), e a porção frustocônica 8b’ se estende nesta modalidade para baixo. A porção plana 8b’’ está mais perto do eixo de rotação do que a porção frustocônica 8b’.
[0090] A figura 7c mostra um exemplo de uma pilha de discos na qual todos os discos 8c são planos, isto é, todos os discos 8c se estendem no plano que é perpendicular ao eixo de rotação (X).
[0091] Fig. 7d mostra um exemplo de discos ou placas axiais 8d. Estas placas são levemente curvadas, isto é, elas têm um formato curvado como visto em um plano radial. Em outras palavras, elas são curvadas como visto em um plano que é perpendicular ao eixo de rotação (X).
[0092] A invenção não está limitada a modalidade descrita, mas pode ser variada e modificada dentro do escopo das reivindicações especificadas abaixo. A invenção não está limitada a orientação do eixo de rotação (X) descrito nas figuras. O termo “separador centrífugo” compreende também separadores centrífugos com um eixo de rotação orientado substancialmente horizontalmente eixo de rotação.

Claims (15)

1. Separador centrífugo para limpeza de um gás contendo impurezas líquidas, o separador centrífugo compreende: um invólucro estacionário (1) compreendendo uma parede lateral circunjacente (3), uma primeira parede na extremidade (4) e uma segunda parede na extremidade (5) que encerram um espaço através do qual um fluxo de gás é permitido, o espaço compreendendo uma câmara de separação superior (11) e uma câmara de descarga inferior (12), uma entrada (15) que se estende através do invólucro estacionário e que permite o fornecimento do gás a ser limpo para câmara de separação, um membro rotativo (6) que compreende uma pilha de discos de separação (8) e sendo arranjado para girar em torno de um eixo (X) de rotação, em que a pilha de discos de separação é arranjada na câmara de separação, um membro acionador (17) para girar o membro rotativo, caracterizado em que a câmara de descarga (12) é arranjada axialmente abaixo da pilha de discos de separação (8) de modo que gás limpo e impurezas líquidas separadas entram ambos em referida câmara de descarga após serem separados em referida pilha de discos de separação, e adicionalmente em que o separador compreende uma saída de gás (20) configurada para permitir a descarga de gás limpo de referido invólucro estacionário, em que a saída de gás compreende uma abertura de saída (21) através do invólucro estacionário e uma porção que se estende da abertura de saída dentro da câmara de descarga (12), e uma saída de drenagem (19) arranjada na câmara de descarga e configurada para permitir a descarga de impurezas líquidas separadas de referido invólucro estacionário.
2. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de rotação compreende adicionalmente um flange inferior arranjado axialmente abaixo da porção da saída de gás que se estende a partir da abertura de saída dentro da câmara de descarga.
3. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o flange inferior é arranjado axialmente entre a saída de drenagem e referida porção da saída de gás que se estende a partir da abertura de saída dentro da câmara de descarga.
4. Separador centrífugo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o membro rotativo compreende adicionalmente um flange superior arranjado axialmente entre a porção da saída de gás que se estende dentro da câmara de descarga e da pilha de discos.
5. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os flanges superior e inferior são arranjados em uma única unidade.
6. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a única unidade compreende adicionalmente uma porção frustocônica sobre a qual a pilha de discos é arranjada.
7. Separador centrífugo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a porção da saída de gás que se estende a partir da abertura de saída dentro da câmara de descarga é oca e compreende uma abertura na parede periférica através da qual o gás limpo é recuperado e dirigido para a abertura de saída através do invólucro estacionário.
8. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a porção da saída de gás se estende dentro do invólucro estacionário de modo que a abertura na parede periférica está localizada em um raio do eixo de rotação (X) que é menor do que a metade do raio total do invólucro fixo.
9. Separador centrífugo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizadopelo fato de que a abertura na parede periférica está voltada para o eixo de rotação (X).
10. Separador centrífugo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizadopelo fato de que a abertura na parede periférica está voltada para fora de referido eixo de rotação (X).
11. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que a abertura na parede periférica é dirigida em uma direção que está a aproximadamente 45 graus em relação ao eixo de rotação.
12. Separador centrífugo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizadopelo fato de que a porção da saída de gás que se estende a partir da abertura de saída dentro da câmara de descarga compreende uma parte tubular e uma parte estreita, em que referida parte tubular é arranjada em referida abertura de saída através do invólucro estacionário e referida parte estreita compreende referida abertura na parede periférica e em que referida parte estreita é arranjada mais afastada de referida abertura de saída através do invólucro estacionário em comparação com referida parte tubular.
13. Separador centrífugo de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que a parte estreita compreende uma parede na extremidade que se estende em um plano formado pelo eixo de rotação (X) e o raio do eixo de rotação (X).
14. Método para limpar um gás contendo impurezas líquidas, caracterizadopelo fato de que compreende as etapas de - prover um separador centrífugo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13; - introduzir gás contendo impurezas líquidas dentro da entrada (15) do separador centrífugo; e - descarregar gás limpo através da saída de gás (20) e descarregar impurezas líquidas separadas do gás através da saída de drenagem (19).
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o gás contendo impurezas líquidas é gás do cárter de um motor a combustão e as impurezas líquidas compreendem óleo.
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