BR112019001594B1

BR112019001594B1 - Separador centrífugo, e, método para remover entupimento em um separador centrífugo

Info

Publication number: BR112019001594B1
Application number: BR112019001594-9A
Authority: BR
Inventors: Anders Örtegren
Original assignee: Alfdex Ab
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2022-08-30
Also published as: RU2704172C1; CN109562393B; KR20190042040A; CN109562393A; EP3287194A1; US11369977B2; WO2018036905A1; BR112019001594A2; EP3287194B1; JP2019526438A; US20190160477A1; KR102179219B1; JP7191012B2

Abstract

Um separador centrífugo (1) para limpeza de gás contendo contaminantes que compreende uma caixa estacionária (2), que encerra um espaço de separação (3) através do qual um fluxo de gás é permitido, uma entrada de gás (17) que se estende através da caixa estacionária (2) e que permite o suprimento do gás a ser limpo, um membro rotatório (7) que compreende uma pluralidade de membros de separação arranjados no dito espaço de separação (3) e sendo arranjados para girar em torno de um eixo geométrico (X) de rotação, uma saída de gás (30) configurada para permitir descarga de gás limpo e que compreende uma abertura de saída através de uma parede da caixa estacionária (2), e uma saída de drenagem (29) configurada para permitir descarga de impurezas líquidas separadas do gás a ser limpo; um membro de acionamento, para girar o membro rotatório (7). O separador centrífugo compreende adicionalmente uma unidade de controle (28) que é configurada para controlar o arranjo de acionamento para girar o membro rotatório (7) a uma primeira velocidade durante uma fase de separação e a uma segunda velocidade, que é maior que a primeira velocidade, durante uma fase de limpeza para remover entupimento em ou entre os ditos membros de separação, em que a fase de limpeza é (...).

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 a limpeza de gases de cárter de um motor de combustão de partículas de óleo.

Fundamentos da Invenção

[002] É bem sabido que fluidos de uma mistura tendo diferentes densidades podem ser separados um do outro pelo uso de um separador centrífugo. Um uso específico de um separador como esse é na separação de óleo de gás ventilado de um cárter que forma parte de um motor de combustão interna.

[003] Com relação a este uso específico de separadores, pode haver uma tendência de que o gás a alta pressão encontrado nas câmaras de combustão de um motor de combustão interna vaze além dos anéis de pistão associados e para dentro do cárter do motor. Este vazamento contínuo de gás para dentro do cárter pode levar a um aumento indesejável de pressão dentro do cárter e, em decorrência disso, a uma necessidade de ventilar o gás da caixa. Tal gás ventilado do cárter tipicamente carrega uma quantidade de óleo do motor (como gotículas ou uma névoa fina), que é coletada do reservatório de óleo mantida no cárter.

[004] A fim de permitir que o gás ventilado seja introduzido no sistema de entrada sem também introduzir óleo indesejado (particularmente em um sistema de turbocarregamento em que a eficiência do compressor pode ser adversamente afetada pela presença de óleo), é necessário limpar o gás ventilado (isto é, remover o óleo carregado pelo gás) antes de o gás ser introduzido no sistema de entrada. Este processo de limpeza pode ser realizado por um separador centrífugo, que é montado em ou adjacente ao cárter e que direciona gás limpo para o sistema de entrada e direciona óleo separado de volta para o cárter. Um exemplo de um separador como esse é descrito, por exemplo, em US 8.657.908.

[005] Tais separadores normalmente compreendem diversos discos de separação, por exemplo, arranjados em uma pilha ou como pratos de superfície que se estendem axialmente, e a separação de óleo do gás ocorre entre tais discos. Entretanto, durante operação do separador, entupimento entre tais discos pode ocorrer que, por sua vez, diminui o desempenho de separação do separador.

[006] Existe dessa forma uma necessidade na técnica de arranjos que impeçam o entupimento, e para limpeza de discos de separação já entupidos. Sumário da Invenção

[007] Um objetivo principal da presente invenção é prover um separador centrífugo para limpeza de gás que pode impedir entupimento e diminuir a quantidade de entupimento entre discos de separação.

[008] Como um primeiro aspecto da invenção, é provido um separador centrífugo para limpeza de gás contendo contaminantes que compreende: uma caixa estacionária, que encerra um espaço de separação através do qual um fluxo de gás é permitido, uma entrada de gás que se estende através da caixa estacionária e que permite o suprimento do gás a ser limpo, um membro rotatório que compreende uma pluralidade de membros de separação arranjados no espaço de separação e sendo arranjados para girar em torno de um eixo geométrico (X) de rotação, uma saída de gás configurada para permitir descarga de gás limpo e que compreende uma abertura de saída através de uma parede da caixa estacionária, uma saída de drenagem configurada para permitir descarga de impurezas líquidas separadas do gás a ser limpo; um membro de acionamento, para girar o membro rotatório; e em que o separador centrífugo compreende adicionalmente uma unidade de controle que é configurada para controlar o arranjo de acionamento para girar o membro rotatório a uma primeira velocidade durante uma fase de separação e a uma segunda velocidade, que é maior que a primeira velocidade, durante uma fase de limpeza para remover entupimento em ou entre os membros de separação, em que a fase de limpeza é de menor duração do que a fase de separação.

[009] Os contaminantes no gás podem compreender impurezas líquidas, tal como óleo, e fuligem.

[0010] Consequentemente, o separador centrífugo pode ser para separar impurezas líquidas, tal como óleo, de gás. O gás pode ser gás de cárter de um motor de combustão. Entretanto, o separador centrífugo pode também ser adequado para limpeza de gases de outras fontes, por exemplo, o ambiente de máquinas-ferramentas que frequentemente contém grandes quantidades de impurezas líquidas na forma de gotículas de óleo ou névoa de óleo.

[0011] A caixa estacionária do separador centrífugo pode compreender uma parede lateral circundante, e primeira e segunda paredes de extremidade, que encerram o espaço de separação. A caixa estacionária pode ter um formato cilíndrico com seção transversal circular tendo um raio R do eixo geométrico (X) de rotação até a parede lateral circundante. Este raio R pode ser constante pelo menos com relação a uma parte principal da circunferência da parede lateral circundante. A caixa estacionária pode também ser ligeiramente cônica. A primeira e segunda paredes de extremidade podem dessa maneira formar uma parede de extremidade superior e uma parede de extremidade inferior da caixa de formato cilíndrico.

[0012] A entrada de gás do separador centrífugo pode ser localizada através da primeira parede de extremidade ou através da parede lateral circundante próxima à primeira parede de extremidade, dessa maneira no topo do separador, de forma que gás que entra pela entrada de gás seja direcionado para o espaço de separação. A saída de drenagem pode ser localizada na segunda parede de extremidade, por exemplo, na base do separador. Dessa forma, a saída de drenagem pode ser arranjada centralmente em uma parede de extremidade oposta à parede de extremidade através da qual, ou na qual, a entrada é arranjada. A saída de drenagem do separador centrífugo pode adicionalmente ser formada por diversos furos passantes em formato de ponto da caixa estacionária ou por uma única passagem de drenagem. A saída de drenagem pode ser arranjada no eixo geométrico de rotação ou centralizada no eixo geométrico de rotação. A saída de drenagem pode também ser em um sulco de coleta anular na parede de extremidade interna da caixa estacionária. A saída de gás pode ser arranjada em uma parede lateral circundante da caixa estacionária ou pode, por exemplo, ser arranjada em uma parede de extremidade, tal como a parede de extremidade oposta à parede de extremidade através da qual, ou na qual, a entrada de gás é arranjada.

[0013] O membro rotatório é arranjado para rotação durante operação por meio do membro de acionamento. O membro rotatório compreende uma pluralidade de membros de separação arranjados no espaço de separação. Os membros de separação do membro rotatório são exemplos de insertos de ampliação de superfície que promovem separação de contaminantes do gás. Os membros de separação podem ser uma pilha de discos de separação. Os discos de separação da pilha podem ser troncocônicos. Um disco troncocônico pode ter uma porção planar que se estende em um plano que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação, e uma porção troncocônica que pode se estender para cima ou para baixo. A porção planar pode ser mais próxima ao eixo geométrico rotacional do que a porção troncocônica. 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 geométrico de rotação.

[0014] Deve-se entender também que os membros de separação, tais como discos de separação, não têm que ser necessariamente arranjados em uma pilha. O espaço de separação pode, por exemplo, compreender discos axiais, ou pratos que se estendem em torno do eixo geométrico de rotação. Os discos axiais ou pratos podem ser planares, isto é, se estendendo em planos que são paralelos ao eixo geométrico de rotação. Os discos axiais ou pratos podem também ter um formato ligeiramente ou significativamente curvo, tal como um formato arqueado ou espiral, visto em um plano radial.

[0015] Durante operação, gás a ser limpo pode ser direcionado centralmente através da pluralidade de membros de separação, tal como centralmente através da pilha de discos de separação. Em uma configuração como essa, o membro rotatório pode adicionalmente definir um espaço central formado por pelo menos um furo passante em cada um dos membros de separação. Este espaço central é conectado à entrada de gás e configurado para transferir o gás a ser limpo da entrada de gás para as lacunas entre os membros de separação, tal como entre as lacunas entre os discos de uma pilha de discos de separação. Um disco de separação que pode ser usado como membro de separação pode compreender uma porção essencialmente plana central perpendicular ao eixo geométrico de rotação. Esta porção pode compreender os furos passantes que formam o espaço central.

[0016] Dessa forma, o separador centrífugo pode ser configurado para levar gases do cárter da entrada de gás para uma porção central do membro rotatório. Desta maneira, os gases do cárter podem ser “bombeados” da porção central do membro rotatório para os espaços entre os discos de separação na pilha de discos de separação pela rotação do membro rotatório. Dessa forma, o separador centrífugo pode trabalhar de acordo com princípio de fluxo cocorrente, em que o gás escoa no disco pilha de uma parte interna radial para uma parte externa radial, que é o contrário de um separador que opera de acordo com o princípio de fluxo contracorrente, em que o gás é conduzido para o rotor centrífugo na periferia do rotor e é levado para uma parte central do rotor.

[0017] O membro de acionamento pode, por exemplo, compreender uma roda de turbina, rotacionada por meio de um jato de óleo do sistema de óleo de lubrificação do motor de combustão ou uma roda de jato livre que compreende um disco de sopro de retorno. Entretanto, o membro de acionamento pode também ser independente do motor de combustão e compreender um motor elétrico, um motor hidráulico ou um motor pneumático.

[0018] O separador centrífugo compreende adicionalmente uma unidade de controle configurada para controlar a velocidade rotacional do membro rotatório por meio do arranjo de acionamento, por exemplo, de maneira tal que um número limitado de velocidades pode ser obtido ou de forma que uma mudança contínua da velocidade rotacional pode ser realizada. A unidade de controle pode compreender um processador e uma interface de entrada/saída para comunicar com o arranjo de acionamento e para receber informação de outras partes do separador, tal como de sensores arranjados no separador, e/ou, por exemplo, de um motor ao qual o separador centrífugo é conectado ou montado.

[0019] A unidade de controle pode compreender adicionalmente produtos programa de computador configurados para comutar entre fase de separação e fase de limpeza. O programa de computador pode ser para analisar informação recebida, por exemplo, do motor ou sensores e enviar solicitações operacionais com base em tal análise ao arranjo de acionamento.

[0020] A unidade de controle é pelo menos capaz de controlar o arranjo de acionamento para comutar de girar a uma primeira velocidade, durante a fase de separação, e a uma segunda velocidade mais alta, durante a fase de limpeza. A primeira velocidade durante a fase de separação pode ser a velocidade operacional normal do separador centrífugo durante a qual ocorre separação contínua de contaminantes do gás.

[0021] A unidade de controle é também configurada para controlar o arranjo de acionamento para aumentar sua velocidade, isto é, comutar da fase de separação para a fase de limpeza. A fase de limpeza tem menor duração comparada à fase de separação. Durante a fase de limpeza, entupimento que aderiu entre os membros de separação pode ser removido. A comutação para a fase de limpeza pode ser realizada como um aumento escalonado na velocidade até a velocidade da fase de limpeza, ou pode ser realizada como um aumento rápido na velocidade até a velocidade da fase de limpeza.

[0022] A unidade de controle é também configurada para controlar o arranjo de acionamento para diminuir sua velocidade durante comutação da fase de limpeza de volta para a fase de separação. Entretanto, a fase de separação pode compreender operar a diferentes velocidades rotacionais, todas as quais são menores que a velocidade rotacional durante a fase de limpeza.

[0023] Consequentemente, o separador centrífugo de acordo com a invenção está operando em um ciclo que compreende a fase de separação e a fase de limpeza.

[0024] Entupimento se refere a contaminantes aderidos entre os membros de separação que obstruem ou impedem o fluxo de gás entre os membros de separação. O entupimento pode se originar de contaminantes no gás. O entupimento pode ser formado por matéria pegajosa e pode compreender óleo e partículas.

[0025] O primeiro aspecto da invenção é baseado no entendimento de que o entupimento que pode surgir entre membros de separação de um separador de gás pode ser removido usando um aumento temporário na velocidade rotacional. Pelo aumento da velocidade também as forças centrífugas que agem no entupimento aumentam, que pode então ficar solto e ser forçado para fora entre os membros de separação. Dessa forma, uma intensificação temporária como essa na força centrífuga pode limpar os membros de separação, por exemplo, de névoa de óleo e partículas que ficam entupidas entre os membros de separação. Adicionalmente, o aumento na velocidade pode também impedir a formação de entupimento.

[0026] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a unidade de controle é configurada para comutar da fase de separação para a fase de limpeza após um período de tempo predeterminado.

[0027] Dessa forma, a unidade de controle pode ser configurada para controlar o arranjo de acionamento para girar o membro rotatório na primeira velocidade por um tempo predeterminado. Após o tempo predeterminado na fase de separação, a unidade de controle pode automaticamente iniciar uma fase de limpeza, por meio da qual entupimento é removido entre os membros de separação. Um tempo predeterminado poderia ser manualmente definido por um operador. Entretanto, ele poderia também ser calculado a partir de parâmetros operacionais do separador centrífugo medidos por vários sensores, tais como sensores que registram uma pressão na entrada de gás e/ou saída de gás do separador.

[0028] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a unidade de controle é configurada para receber um sinal que é relacionado a uma parada do motor ao qual o separador centrífugo é conectado, e em que a unidade de controle é adicionalmente configurada para comutar para a fase de limpeza após um número predeterminado de paradas do motor.

[0029] Dessa forma, a unidade de controle pode ser configurada para contar o número de paradas de um motor ao qual o separador centrífugo é conectado e então comutar para a fase de limpeza quando o número contado de paradas atingir um valor predeterminado. O valor predeterminado pode, por exemplo, ser uma contagem de 20 paradas, uma contagem de 50 paradas, etc.

[0030] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a unidade de controle é configurada para receber um sinal que é relacionado ao tempo durante o qual um motor ao qual o separador centrífugo pode ser conectado estava operando, e no qual a unidade de controle é adicionalmente configurada para comutar para a fase de limpeza quando o tempo excede um valor limiar.

[0031] Dessa forma, a unidade de controle pode ser configurada para registrar o tempo operacional de um motor ao qual o separador centrífugo é conectado e então comutar para a fase de limpeza quando o tempo operacional excede um valor limiar, tais como 100 horas, 150 horas etc.

[0032] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a unidade de controle é configurada para receber um sinal relacionado à pressão de gás na entrada de gás e comutar para a fase de limpeza quando a pressão de gás na entrada de gás ficar acima de valor limiar predeterminado.

[0033] Consequentemente, o separador centrífugo pode compreender pelo menos um sensor de pressão na entrada de gás. Uma maior pressão de gás na entrada pode ser uma boa indicação de que ocorreu entupimento entre os membros de separação.

[0034] A pressão de gás na entrada de gás pode ser medida a uma velocidade rotacional específica do membro rotacional e, quanto esta pressão é acima de um valor específico, a comutação para a fase de limpeza pode ocorrer.

[0035] A unidade de controle pode adicionalmente ser configurada para receber diversos parâmetros, tais como dois ou mais parâmetros selecionados do grupo que consiste de um parâmetro relacionado ao número de paradas do motor, um parâmetro relacionado ao tempo operacional do motor, um parâmetro relacionado ao tempo operacional do separador centrífugo e um parâmetro relacionado à pressão de gás na entrada. A unidade de controle pode então ser configurada para comutar para a fase de limpeza quando um desses parâmetros excede um valor limiar específico para esse parâmetro.

[0036] De acordo com uma outra modalidade da invenção, a unidade de controle é configurada para controlar o arranjo de acionamento para girar o membro rotatório na segunda velocidade por um tempo predeterminado. Um tempo predeterminado poderia ser manualmente definido por um operador. Entretanto, ele poderia também ser calculado a partir de parâmetros operacionais do separador centrífugo medidos por vários sensores, tais como sensores que registram uma pressão na entrada de gás e/ou saída de gás do separador. Após o tempo predeterminado, a unidade de controle pode ser configurada para comutar de volta para a fase de separação.

[0037] Como uma alternativa, a unidade de controle pode ser configurada para comutar da fase de limpeza de volta para a fase de separação após receber um sinal relacionado à pressão de gás na entrada de gás. Como um exemplo, a unidade de controle pode ser configurada para comutar de volta para a fase de separação durante recebimento de um sinal indicando que a pressão de gás na entrada de gás está abaixo de um valor predeterminado.

[0038] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório durante um período de tempo que é entre 30-180 s.

[0039] Como um exemplo, a fase de limpeza pode compreender girar o membro rotatório durante um período de tempo que é entre 60-120 s.

[0040] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório a uma velocidade que é maior que 12.000 rpm.

[0041] Como um exemplo, a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório a uma velocidade que é maior que 14.000 rpm, tal como maior que 15.000 rpm.

[0042] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a fase de separação compreende girar o membro rotatório a uma velocidade entre 7.500 e 12.000 rpm.

[0043] Dessa forma, em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a segunda velocidade é mais que 2.000 rpm maior que a primeira velocidade, tal como mais que 3.000 rpm maior que a primeira velocidade, tal como mais que 4.000 rpm maior que a primeira velocidade, tal como mais que 5.000 rpm maior que a primeira velocidade.

[0044] Consequentemente, em modalidades do primeiro aspecto da invenção, a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório a uma velocidade que é maior que 2.000 rpm maior que a velocidade da fase de separação.

[0045] Em modalidades do primeiro aspecto da invenção, o membro de acionamento compreende um motor elétrico.

[0046] Dessa forma, o equipamento de controle pode ser configurado para acionar um motor elétrico como essa a diferentes velocidades. O motor elétrico pode principalmente ser de qualquer tipo adequado, por exemplo, um motor de corrente contínua ou um motor de corrente alternada (motor síncrono ou motor assíncrono). Como um exemplo, o motor elétrico pode ser um motor síncrono, tal como um motor elétrico sem escovas, tendo um rotor que inclui ímãs permanentes tendo um rotor que inclui ímãs permanentes.

[0047] O motor elétrico pode ser arranjado dentro da caixa estacionária ou fora da caixa estacionária.

[0048] Além do mais, um motor elétrico que não tem mancais separados para o apoio de munhão do rotor do motor pode ser usado. Os mancais já presentes e necessários para o rotor centrífugo podem em vez disso ser usado para este apoio axial.

[0049] Como um exemplo, o motor elétrico pode ser arranjado dentro da caixa estacionária e ter um estator que é suportado pela caixa estacionária, e um rotor, que é constituído por parte do membro rotatório do separador centrífugo e que é apoiado axialmente em relação ao estator apenas pelos mancais.

[0050] Consequentemente, em modalidades do primeiro aspecto da invenção, o membro rotatório é apoiado axialmente na caixa estacionária através de mancais situados em apenas dois locais de mancal axialmente espaçados um do outro, e o membro de acionamento é um motor elétrico arranjado dentro da caixa estacionária e tendo um estator, que é suportado pela caixa estacionária, e um rotor, que é constituído por parte do membro rotatório e é apoiado axialmente em relação ao estator apenas através desses mancais.

[0051] Uma configuração como essa é, por exemplo, explicada em mais detalhe no pedido de patente internacional publicado como WO 2004/001201.

[0052] Como um exemplo adicional, a unidade de controle pode ser integrada com o motor elétrico.

[0053] Dessa forma, o equipamento de controle pode ser configurado para acionar o motor elétrico em diferentes velocidades. A unidade de controle pode dessa forma ser na mesma unidade do motor elétrico, que pode ser arranjado dentro da caixa estacionária ou fora da caixa estacionária. Entretanto, a unidade de controle pode também ser uma unidade separada do motor elétrico. Dessa forma, a unidade de controle pode ser uma unidade separada arranjada fora da caixa estacionária enquanto o motor elétrico é arranjado dentro da caixa estacionária, ou, como uma alternativa, tanto o motor elétrico quanto a unidade de controle são arranjadas fora da caixa estacionária, mas como unidades diferentes.

[0054] Como um segundo aspecto da invenção, é provido um método para remover entupimento em um separador centrífugo, que compreende as etapas de: - prover um separador centrífugo de acordo com o primeiro aspecto da invenção, - operar o separador centrífugo na fase de separação a uma primeira velocidade, - comutar para operar o separador centrífugo na fase de limpeza na segunda velocidade para remover entupimento em ou entre os membros de separação.

[0055] Termos e definições usados em relação ao segundo aspecto da invenção são como discutidos em relação ao primeiro aspecto da invenção acima.

[0056] A etapa de operar o separador centrífugo na fase de separação e na fase de limpeza compreende girar o membro rotatório do separador centrífugo.

[0057] O método pode compreender adicionalmente as etapas de - introduzir gás contendo contaminantes na entrada de gás do separador centrífugo; e - descarregar gás limpo através da saída de gás do separador centrífugo e descarregar contaminantes separada do gás através da saída de drenagem do separador centrífugo.

[0058] Em modalidades do segundo aspecto da invenção, a etapa de comutação para operar o separador centrífugo na fase de limpeza é iniciada após um período de tempo predeterminado.

[0059] Em modalidades do segundo aspecto da invenção, o método compreende adicionalmente: - receber um sinal relacionado a uma parada do motor ao qual o separador centrífugo é conectado e em que a comutação para operar o separador centrífugo na fase de limpeza é iniciada após um número predeterminado de paradas recebidas.

[0060] Em modalidades do segundo aspecto da invenção, o método compreende adicionalmente: - medir uma pressão na entrada do separador e em que a comutação para operar o separador centrífugo na fase de limpeza é iniciada quando a pressão de gás na entrada de gás ficar acima de valor limiar predeterminado.

[0061] Como um aspecto adicional da invenção, é provido um produto programa de computador, que compreende instruções de código de programa para executar o método de acordo com o segundo aspecto da invenção, quando o dito programa é executado por um computador. Como um exemplo, a unidade de controle de separador pode compreender um produto programa de computador como esse.

Breve descrição dos desenhos

[0062] A Figura 1 mostra uma seção de uma modalidade de um separador centrífugo.

[0063] A Figura 2 mostra uma seção de uma modalidade de um separador centrífugo.

[0064] As Figuras 3a-d mostram diferentes tipos de membros de separação que podem ser usados no separador centrífugo.

Descrição detalhada

[0065] O separador centrífugo e método de acordo com a presente descrição serão adicionalmente ilustrados pela descrição seguinte com referência aos desenhos anexos.

[0066] A Fig. 1 mostra uma seção de um separador centrífugo 1 do arranjo de separador. O separador centrífugo 1 compreende uma caixa estacionária 2, que é configurada para ser montada em um motor de combustão (não descrito), especialmente um motor diesel, em uma posição adequada, tal como no topo do motor de combustão ou no lado do motor de combustão.

[0067] Deve-se notar que o separador centrífugo 1 é também adequado para limpeza de gases de outras fontes além de motores de combustão, por exemplo, o ambiente de máquinas-ferramentas que frequentemente contém grandes quantidades de impurezas líquidas na forma de gotículas de óleo ou névoa de óleo.

[0068] A caixa estacionária 2 encerra um espaço de separação 3 através do qual um fluxo de gás é permitido. A caixa estacionária 2 compreende, ou é formada por, uma parede lateral circundante 4, uma primeira parede de extremidade 5 (nas modalidades descritas, uma parede de extremidade superior) e uma segunda parede de extremidade 6 (nas modalidades descritas, uma parede de extremidade inferior).

[0069] O separador centrífugo compreende um membro rotatório 7, que é arranjado para girar em torno de um eixo geométrico x de rotação. Deve-se notar que a caixa estacionária 2 é estacionária em relação ao membro rotatório 7, e preferivelmente em relação ao motor de combustão no qual ela pode ser montada.

[0070] A caixa estacionária 2 tem um raio do eixo geométrico x de rotação até a parede lateral circundante 4 que é constante pelo menos com relação a uma parte principal da circunferência da parede lateral circundante 4. A parede lateral circundante 4 dessa forma tem seção transversal circular, ou substancialmente circular.

[0071] O membro rotatório 7 compreende um fuso 8 e uma pilha de discos de separação 9 afixados ao fuso 8. Todos os discos de separação da pilha 9 são providos entre um primeiro prato de extremidade 10 (na modalidade descrita, um prato de extremidade superior) e um segundo prato de extremidade 11 (na modalidade descrita, um prato de extremidade inferior).

[0072] O fuso 8, e dessa forma o membro rotatório 7, é rotacionalmente suportado na caixa estacionária 2 por meio de um primeiro mancal 12 (na modalidade descrita, como um mancal superior) e um segundo mancal 13 (nas modalidades descritas, como um mancal inferior), os mancais sendo arranjados um em cada lado da pilha de discos de separação 9. O mancal superior 12 é suportado por uma tampa 19 que, por uma parte cilíndrica, circunda uma porção de extremidade superior do eixo do rotor centrífugo, isto é, o fuso 8, a porção de extremidade superior sendo situada axialmente acima do mancal superior 12. A tampa 19 também tem uma porção plana anular 20, através da qual a tampa é suportada por uma partição 21 na caixa estacionária 2. A porção anular plana 20 da tampa 19 é provida com furos passantes 22, através dos quais o conduto de entrada 18 comunica com o espaço central 15.

[0073] Axialmente acima do mancal superior 12 a tampa 19 suporta em seu lado interno, em torno da porção de extremidade do fuso 8, um estator 24 pertencente a um motor elétrico 23. Um rotor 25 pertencente a este motor elétrico 23 é suportado pela porção de extremidade do eixo do rotor centrífugo, isto é, o fuso 8. Uma fenda anular estreita 26 é formada entre o estator do motor 24 e o rotor do motor 25. Como pode-se ver, o motor elétrico 23 nesta modalidade não tem mancais por si próprio, através dos quais seu rotor 25 seria rotacionalmente apoiado axialmente em seu estator 24. Em vez disso, os dois mancais 12 e 13, através dos quais o membro rotatório 7 é apoiado axialmente na caixa estacionária 2, são utilizados para o apoio axial do rotor 25 do motor elétrico 23.

[0074] Os discos de separação da pilha 9 são troncocônicos e se estendem para fora e para cima do fuso 8. Os discos de separação dessa forma compreendem uma porção plana 9a, que se estende perpendicularmente ao eixo geométrico de rotação X, e uma porção cônica 9b, que se estende para fora e para cima da porção plana 9a.

[0075] Deve-se notar que os discos de separação também poderiam se estende para fora e para baixo, ou mesmo radialmente.

[0076] Os discos de separação da pilha 9 são providos a uma distância um do outro por meio de membros de distância (não descritos) a fim de formar lacunas 14 entre discos de separação adjacentes 9, isto é, uma lacuna 14 entre cada par de discos de separação adjacentes 9. A espessura axial de cada lacuna 14 pode, por exemplo, ser da ordem de 1-2 mm.

[0077] Os discos de separação da pilha 9 podem ser feitos de plástico ou metal. O número de discos de separação na pilha 9 é normalmente maior que o indicado na Fig. 1 e pode ser, por exemplo, 50 a 100 discos de separação 9 dependendo do tamanho do separador centrífugo.

[0078] O membro rotatório 7 define um espaço central 15. O espaço central 15 é formado por um furo em cada um dos discos de separação 9. Nas modalidades da Fig. 1, o espaço central 15 é formado por uma pluralidade de furos passantes 16, cada qual estendendo através do primeiro prato de extremidade 10 e através de cada dos discos de separação 9, mas não através do segundo prato de extremidade 11. Os furos passantes são arranjados nas porções planas 9a dos discos de separação.

[0079] O separador centrífugo 1 compreende uma entrada de gás 17 para o suprimento do gás a ser limpo. A entrada de gás 17 se estende através da caixa estacionária 2, e mais precisamente através da primeira parede de extremidade 5. A entrada de gás 17 comunica com o espaço central 15 de forma que o gás a ser limpo é transferido da entrada 17 por meio do espaço central 15 para as lacunas 14 da pilha de discos de separação 9. A entrada de gás 17 é configurada para comunicar com o cárter do motor de combustão, ou qualquer outra fonte, por meio de um conduto de entrada 18 que permite o suprimento de gás de cárter do cárter na entrada de gás 17 e adicionalmente no espaço central 15 e nas lacunas 14 como aqui explicado.

[0080] O separador centrífugo compreende uma saída de drenagem 29 configurada para permitir descarga de impurezas líquidas separadas do gás e uma saída de gás 30 configurada para permitir descarga de gás limpo. A saída de drenagem é nesta modalidade arranjada como um conduto na segunda parede de extremidade 6, mas a saída de drenagem 29 pode também ser na forma de furos passantes arranjados na parede de extremidade inferior 6 de forma que impurezas líquidas separadas escoem através do segundo mancal 13 à medida que elas são drenadas do espaço de separação 3. Além do mais, a saída de gás 30 é nesta modalidade arranjada na segunda parede de extremidade 6 a uma distância radial que é menor que a distância radial até a saída de drenagem 2, mas a saída de gás poderia também ser arranjada, por exemplo, na parede lateral circundante 4.

[0081] Por meio da unidade de controle 28, a velocidade rotacional e por meio disso a eficiência de limpeza do separador centrífugo pode ser controlada de uma maneira adequada de forma que uma limpeza exigida do gás suprido seja obtida. Isto é conseguido por meio de conexão 27, que se estende ao interior da caixa estacionária 1 e adicionalmente através da tampa 14 no estator 18 do motor. Esta conexão 27 poderia também ser usada para carregar o motor elétrico 23 com corrente. A unidade de controle 30 inclui um dispositivo para acionar o motor elétrico 23 a diferentes velocidades; tanto de forma que um número limitado de velocidades possa ser obtido quanto de forma que uma mudança contínua da velocidade do motor possa ser realizada. Diferentes tipos de dispositivos para regulagem de velocidade de motores (tanto motor de corrente contínua quanto de corrente alternada) são bem conhecidos. Para um motor de corrente contínua, um único dispositivo para controle de tensão pode ser usado. Para um motor de corrente alternada, vários tipos de equipamento de controle de frequência podem ser usados.

[0082] A unidade de controle 28 pode compreender adicionalmente uma interface de comunicação 31, tal como um transmissor/receptor, por meio do que ela pode receber dados de vários sensores ou do motor ao qual o separador é conectado e adicionalmente transmitir dados para o motor elétrico 23.

[0083] Os dados recebidos podem, por exemplo, incluir dados a respeito de uma pressão medida de um sensor de pressão 32 na entrada de gás 17, como indicado pela seta pontilhada “A”, e/ou dados relacionados ao número de paradas do motor ao qual o separador é conectado, como indicado pela seta pontilhada “B”. Os dados transmitidos podem, por exemplo, incluir um sinal de controle para controlar a velocidade do motor elétrico 23.

[0084] A unidade de controle 28 é adicionalmente configurada para realizar um método para controlar o motor elétrico 28 de acordo com modalidades descritas aqui. Para esse propósito, a unidade de controle 28 pode compreender uma unidade de processamento 33, tal como uma unidade de processamento central, que é configurada para executar instruções de código de computador que, por exemplo, podem ser armazenadas em uma memória 34. A memória 34 pode dessa maneira formar uma mídia legível por computador (não transitória) para armazenar tais instruções de código de computador. A unidade de processamento 33 pode alternativamente ser na forma de um componente de hardware, tal como um circuito integrado específico da aplicação, um arranjo de porta programável no campo ou similares.

[0085] Nesta modalidade, a unidade de controle 28 é uma unidade separada do separador centrífugo 1. Entretanto, a unidade de controle pode também ser uma parte do separador, tal como formando uma parte do motor elétrico 23. Dessa forma, a unidade de controle com todas suas funções poderia ser arranjada no motor elétrico, tal como sendo conectada ao estator 24 suportado pela tampa 19.

[0086] Durante operação, o membro rotatório 17 é mantido em rotação pelo suprimento de corrente ao motor elétrico 23 e gás contaminado, por exemplo, gás de cárter do cárter de um motor de combustão interna, é suprido à entrada de gás 17 por meio do conduto 18. Este gás é conduzido adicionalmente para o espaço central 15 e daí para os e através dos interespaços 14 entre os discos de separação da pilha 9. Em decorrência dessa rotação do membro rotatório 7, o gás é levado a girar, por meio do que ele é bombeado adicionalmente radialmente para fora através das lacunas ou interespaços 14.

[0087] Durante a rotação do gás nos interespaços, partículas sólidas ou líquidas suspensas no gás são separadas dos mesmos. As partículas se sedimentam no interior das porções cônicas 9b dos discos de separação e deslizam ou correm radialmente para fora das mesmas. Quando as partículas e/ou gotas de líquido tiverem atingido as bordas externas dos discos de separação, elas são lançadas fora do rotor e colidem na superfície interna da parede circundante 4 da caixa estacionária 2. As partículas continuam para baixo ao longo desta parede e deixam o espaço de separação 3 através da saída de drenagem 29, enquanto o gás liberado das partículas e que sai da pilha de discos de separação 9 deixa a caixa 1 através da saída de gás 30. A trajetória do gás através do separador centrífugo 1 é esquematicamente mostrada pelas setas “C” na Fig. 1.

[0088] Como anteriormente discutido, a unidade de controle 28 controla a velocidade rotacional da parte rotatória enviando sinal ao motor elétrico 23. Durante operação normal, o membro rotatório é rotacionado a uma primeira velocidade durante uma fase de separação. Esta primeira velocidade pode ser uma velocidade na faixa de 7.500-12.000 rpm. Durante a fase de separação, impurezas líquidas são separadas do gás como anteriormente discutido. A fase de separação pode também compreender girar o membro rotatório a mais de uma velocidade. A fase de separação pode dessa forma compreender um conjunto de níveis de velocidade entre as quais o membro rotatório pode girar. Essas mudanças dentro da fase de separação podem ser controladas pela unidade de controle 28, tanto uma mudança escalonada quanto contínua na velocidade.

[0089] Entretanto, com o tempo, o entupimento pode se acumular entre os discos de separação na pilha 9. A unidade de controle é, portanto, configurada para mudar para uma fase de limpeza, em que o membro rotatório consegue um aumento temporário na velocidade. Dessa forma, a fase de limpeza ocorre durante um menor período de tempo comparado à fase de separação. A velocidade durante a fase de limpeza, isto é, a segunda velocidade, é maior que todas as velocidades durante a fase de separação, isto é, maior que a primeira velocidade. A velocidade durante a fase de limpeza pode ser pelo menos 15.000 rpm. A fase de limpeza pode continuar por pelo menos 30 s, tal como pelo menos 45 s, tal como pelo menos 60 s. Com este aumento de velocidade temporário, as forças centrífugas que agem no entupimento aumentam, que, por sua vez, forçam o entupimento a ser liberado dentre os discos, isto é, os discos de separação são limpos do entupimento.

[0090] A unidade de controle 28 pode, por exemplo, ser configurada para mudar da fase de separação para a fase de limpeza após um período de tempo predeterminado, ou após receber entrada de um sensor. Como um exemplo, a unidade de controle pode ser configurada para mudar para a fase de limpeza após um sinal de um sensor de pressão 32 na entrada de gás, cujo sinal pode ser uma indicação de uma pressão de gás acima de um certo limiar e, portanto, uma indicação de que ocorreu entupimento. A unidade de controle 28 pode, como uma alternativa, ou como um complemento, ser configurada para mudar para a fase de limpeza após receber um sinal de entrada de outras partes do motor ao qual o separador centrífugo é conectado. Como anteriormente discutido, a unidade de controle pode ser configurada para receber um sinal que é relacionado a uma parada do motor ao qual o separador centrífugo é conectado, adicionalmente configurado para comutar para a fase de limpeza após receber um número predeterminado de sinais de parada do motor, ou receber um sinal com informação de que o motor parou um certo número de vezes.

[0091] A unidade de controle pode adicionalmente ser configurada para comutar de volta para a fase de separação após operar o membro rotatório 7 na velocidade da fase de limpeza um certo período de tempo. Como um exemplo, a unidade de controle pode adicionalmente ser configurada para comutar da fase de limpeza de volta para a fase de separação após 30-180 s.

[0092] Um motor elétrico 23 do tipo mostrado na Fig. 1 pode alternativamente ser arranjado em torno de uma extensão do fuso 8 abaixo do mancal inferior 13. É também possível arranjar o motor em um espaço axialmente entre o mancal superior 12 e o primeiro prato de extremidade 10 ou axialmente entre o mancal inferior 13 e o segundo prato de extremidade 11. Um motor elétrico tendo um rotor circular em formato de disco e um estator formado de forma que ele fique situado axialmente em ambos os lados do rotor pode também ser usado.

[0093] A Fig. 2 mostra um exemplo de uma modalidade de um separador centrífugo em que o motor elétrico 23 é arranjado em uma extensão do fuso 8 axialmente acima da parede superior 5 da caixa estacionária 2. Como uma alternativa, o motor elétrico 23 poderia também ser arranjado em uma extensão do fuso 8 axialmente abaixo da parede de extremidade inferior 6 da caixa estacionária 2.

[0094] Dessa forma, na modalidade mostrada, o estator e o rotor do motor elétrico 23 são arranjados fora da caixa estacionária 2. Adicionalmente, a unidade de controle 28 é arranjada como uma parte do motor elétrico 23, mas opera como discutido em relação à modalidade mostrada na Fig. 1. Todas as outras funções são as mesmas discutidas em relação à modalidade mostrada na Fig. 1, isto é, os números de referência denotam os mesmos recursos.

[0095] Nas modalidades mostradas na Fig. 1 e Fig. 2, o membro rotatório 7 para a limpeza de gás é provido com uma pilha de discos de separação cônicos de um tipo convencional. Entretanto, a invenção não está limitada a um membro rotatório ou rotor centrífugo precisamente deste tipo, mas pode ser usado relativo a qualquer rotor centrífugo adequado para liberar um gás de partículas suspensas no mesmo.

[0096] A Fig. 3a-d mostra alguns exemplos de discos de separação que podem ser usados em um separador centrífugo da presente descrição. Por questão de clareza, apenas alguns discos são ilustrados e deve-se entender que, na realidade, um maior número de discos está presente de forma que a distância entre os discos é muito menor.

[0097] A Fig. 3a mostra um exemplo de discos troncocônicos 35 tendo uma porção planar 9a e uma porção troncocônica 9b. A porção planar 9a se estende em um plano que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação (X), e a porção troncocônica 9b se estende nesta modalidade para cima. A porção planar 9a é mais próxima ao eixo geométrico rotacional do que a porção troncocônica 9b. A porção planar 9a e/ou a porção troncocônica 9b podem compreender furos passantes para gás.

[0098] A Fig. 3b mostra um exemplo de discos troncocônicos 35 tendo uma porção planar 9a e uma porção troncocônica 9b. A porção planar 9a se estende em um plano que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação (X), e a porção troncocônica 9b se estende nesta modalidade para baixo. A porção planar 9a é mais próxima ao eixo geométrico rotacional do que a porção troncocônica 9b. A porção planar 9a e/ou a porção troncocônica 9b podem compreender furos passantes para gás.

[0099] A Fig. 3c mostra um exemplo de uma pilha de discos em que todos os discos 36 são planares, isto é, todos os discos 36 se estendem no plano que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação (X). Os discos 36 podem compreender furos passantes para gás.

[00100] A Fig. 3d mostra um exemplo de discos axiais ou pratos 37. Esses pratos 37 são ligeiramente curvos, isto é, eles têm um formato curvo visto em um plano radial. Em outras palavras, eles são curvos, vistos em um plano que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação (X). Os discos axiais 37 podem compreender furos passantes para gás.

[00101] A invenção não está limitada à modalidade descrita, mas pode ser variada e modificada dentro do escopo das reivindicações apresentadas a seguir. A invenção não está limitada à orientação do eixo geométrico de rotação (X) descrito nas figuras. A expressão “separador centrífugo” também compreende separadores centrífugos com um eixo geométrico de rotação orientado de forma substancialmente horizontal.

Claims

1. Separador centrífugo (1) para limpeza de gás contendo contaminantes compreendendo: uma caixa estacionária (2), que encerra um espaço de separação (3) através do qual um fluxo de gás é permitido, uma entrada de gás (17) que se estende através da caixa estacionária e que permite o suprimento do gás a ser limpo, um membro rotatório (7) que compreende uma pluralidade de membros de separação (9, 35, 36, 37) arranjados no espaço de separação e sendo arranjados para girar em torno de um eixo geométrico (X) de rotação, uma saída de gás (30) configurada para permitir descarga de gás limpo e que compreende uma abertura de saída através de uma parede da caixa estacionária, uma saída de drenagem (29) configurada para permitir descarga de impurezas líquidas separadas do gás a ser limpo; um membro de acionamento, para girar o membro rotatório (7); e uma unidade de controle (28) configurada para a velocidade rotacional do membro rotatório; caracterizado pelo fato de que o separador centrífugo (1) é adaptado para operar em um ciclo de operação compreendendo uma fase de separação e uma fase de limpeza; em que a unidade de controle (28) é configurada para controlar o arranjo de acionamento para girar o membro rotatório a uma primeira velocidade durante a fase de separação, a primeira velocidade sendo uma velocidade operacional normal durante a qual ocorre a separação contínua de contaminantes do gás, e a uma segunda velocidade durante a fase de limpeza, a segunda velocidade sendo maior que a primeira velocidade, para remover entupimento em ou entre os membros de separação, em que a fase de limpeza é de menor duração do que a fase de separação.

2. Separador centrífugo (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (28) é configurada para comutar da fase de separação para a fase de limpeza após um período de tempo predeterminado.

3. Separador centrífugo (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (28) é configurada para receber um sinal que é relacionado a uma parada de um motor ao qual o separador centrífugo (1) pode ser conectado, e em que a unidade de controle (28) é adicionalmente configurada para comutar para a fase de limpeza após um número predeterminado de paradas do motor.

4. Separador centrífugo (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (28) é configurada para receber um sinal que é relacionado ao tempo durante o qual um motor ao qual o separador centrífugo (1) pode ser conectado estava operando, e no qual a unidade de controle (28) é adicionalmente configurada para comutar para a fase de limpeza quando o tempo excede um valor limiar.

5. Separador centrífugo (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (28) é configurada para receber um sinal relacionado à pressão de gás na entrada de gás (17) e comutar para a fase de limpeza quando a pressão de gás na entrada de gás (17) ficar acima de valor limiar predeterminado.

6. Separador centrífugo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório (7) durante um período de tempo que é entre 30-180 s.

7. Separador centrífugo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório (7) a uma velocidade que é maior que 12.000 rpm.

8. Separador centrífugo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a fase de limpeza compreende girar o membro rotatório (7) a uma velocidade que é maior que 2.000 rpm maior que a velocidade da fase de separação.

9. Separador centrífugo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o membro de acionamento compreende um motor elétrico (23).

10. Separador centrífugo (1) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o membro rotatório (7) é apoiado axialmente na caixa estacionária (2) através de mancais (12, 13) situados em apenas dois locais de mancal axialmente espaçados um do outro, e o motor elétrico (23) arranjado dentro da caixa estacionária (2) e tendo um estator (24), que é suportado pela caixa estacionária (2), e um rotor (25), que é constituído por parte do membro rotatório (7) e é apoiado axialmente em relação ao estator (24) apenas através dos mancais (12, 13).

11. Separador centrífugo (1) de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (28) é integrada com o motor elétrico (23).

12. Método para remover entupimento em um separador centrífugo (1), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - prover um separador centrífugo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, - operar o separador centrífugo (1) na fase de separação na primeira velocidade, - comutar para operar o separador centrífugo (1) na fase de limpeza na segunda velocidade para remover entupimento em ou entre os membros de separação.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a comutação para operar o separador centrífugo (1) na fase de limpeza é iniciada após um período de tempo predeterminado.

14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: - receber um sinal relacionado a uma parada do motor ao qual o separador centrífugo (1) é conectado e em que a comutação para operar o separador centrífugo (1) na fase de limpeza é iniciada após um número predeterminado de paradas recebidas.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: - medir uma pressão na entrada do separador (1) e em que a comutação para operar o separador centrífugo (1) na fase de limpeza é iniciada quando a pressão de gás na entrada de gás (17) ficar acima de valor limiar predeterminado.