CN103727713A - 一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，包括顶部设置有进气接口和出气导管的外筒，外筒内部由上到下分为螺旋进气腔、过滤腔和集油腔；出气导管底端延伸至过滤腔底部并且底端面封闭；螺旋进气腔内设置有螺旋导向叶片；过滤腔中排列有环形的三层泡沫金属过滤层，泡沫金属过滤层中的出气导管开设有流通孔；三层泡沫金属过滤层顶面设置有隔板，底面置于环形落油伞上；环形落油伞将三层泡沫金属过滤层与集油腔隔开；环形落油伞中心设置有中心孔、边缘设置有导油管，下方设置有落油孔；集油腔底面中心设置有出油口。本发明先采用螺旋导向叶片减少气流中的大油滴含量，再采用三层泡沫金属过滤层对油滴形成有效拦截，使气油分离效果提高。

Description

一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器

技术领域

本发明涉及一种油分离器，更具体的说，是涉及一种安装在制冷系统的压缩机出口和冷凝器进口之间的设备，可以将夹杂在高压气体中的油滴分离出来并统一回收。

背景技术

在制冷系统中，经压缩后的制冷剂处于高压高温的过热状态。由于它排出时的流速快、温度高，而汽缸壁上的部份润滑油由于受高温作用，难免成油蒸汽及油滴微粒与制冷剂蒸汽一同排出。油分离器就是一种安装在制冷系统的压缩机出口和冷凝器进口之间的设备，可以起到将夹杂在高压混合气体中的油滴分离出来并统一回收的作用。

根据原理和内在结构，目前油分离器主要分为两种：过滤式油分离器和离心式油分离器。过滤式油分离器主要采用多层钢网重叠在一起构成的过滤芯，由于多层钢网之间的层叠没有支撑，很容易造成钢网层与层之间的粘和或塌陷，甚至可能造成一定的气流短路，使分离效果大打折扣。同时，多层钢网层叠结构也不利于油的聚集与回流，而油滴凝聚在一起会堵塞钢网网孔，增大流通压降。另外，在过滤过程中也是大小油滴一起考虑，在钢网目数的选择上欠缺合理性，造成压降过大或过滤效率下降。

离心式油分离器主要依靠旋转产生离心力将大的油滴甩到壁面上，以达到气油分离的目的，但是对小液滴的作用并不大。小液滴受到的离心力小会导致小液滴会随着气流流出，无法被分离出来，造成分离效果不佳。

因此，如何进一步提高油分离器的分离效果仍是现在工程中存在的问题。

发明内容

本发明要解决的是气体中油滴不能有效地被进行分离，气流压降大，同时分离出的油不易回流的技术问题，提供了一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，采用螺旋导向叶片和泡沫金属材料过滤相接合的方式，有效提高分离效率。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，包括立式的圆柱形外筒，所述外筒顶部设置有进气接口，所述外筒内部由上到下依次分为螺旋进气腔、过滤腔和集油腔；所述外筒顶部中心固定连接有出气导管，所述出气导管顶端伸出于所述外筒、底端延伸至所述过滤腔底部并且底端面封闭；

所述螺旋进气腔内设置有螺旋导向叶片，所述螺旋导向叶片的根部固定于所述出气导管，所述螺旋导向叶片的顶部与所述外筒内壁相接触；

所述过滤腔内设置有均为环形结构的第一泡沫金属过滤层、第二泡沫金属过滤层和第三泡沫金属过滤层，所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层由外向内逐层排列并形成过盈配合；所述第三泡沫金属过滤层内腔中的所述出气导管侧壁上均匀开设有多个流通孔；所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层顶面设置有环状的隔板，所述隔板内环与所述出气导管固定，所述隔板外环半径大于所述第一泡沫金属过滤层的外环半径且小于所述外筒的内腔半径；所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层底面置于环形落油伞上；

所述环形落油伞将所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层、所述第三泡沫金属过滤层和所述集油腔隔开；所述环形落油伞包括边缘与所述外筒内壁连接的圆形底盘，所述底盘上部设置有若干支撑柱，所述支撑柱支撑有一个由中间到两边向下倾斜的环形罩体；所述环形罩体的中心设置有中心孔，所述底盘对应于所述环形罩体的下方设置有落油孔，所述底盘边缘设置有向下延伸的导油管，所述导油管的出口端具有存油弯头；

所述集油腔底面中心设置有出油口。

所述螺旋进气腔、所述过滤腔和所述集油腔的高度比例为1～2：1～1.5：1。

所述螺旋导向叶片与水平面的角度呈5～45°。

所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层的泡沫金属骨架表面均包裹有疏油涂层。

所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径依次减小。

所述第一泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径为5～10mm，所述第二泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径为0.1～5mm，所述第三泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径为0.01～1mm。

所述环形落油伞的环形罩体由中间到两边向下倾斜的角度为5～20°。

所述隔板边缘长出所述第一泡沫金属过滤层边缘的宽度为所述第一泡沫金属过滤层的外环半径与所述外筒内腔半径之差的1/5-1/3。

所述落油孔设置有四个，在所述环形落油伞的环形罩体下方均匀布置。

所述导油管设置有四个，在所述环形落油伞的底盘周向均匀布置。

本发明的有益效果是：

本发明采用螺旋导向叶片作为第一级分离，使气流通过螺旋导向叶片产生离心力，将气流中的大油滴甩到外筒内壁上，从而减少气流中的大油滴含量，进而减少下面泡沫金属过滤层中油的含量，避免过多的油阻塞泡沫金属孔隙。

本发明采用三层泡沫金属过滤层进行过滤，即将泡沫金属应用于油分离器的过滤装置，泡沫金属由刚性金属骨架和内部孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能，其比重小、不易被气流冲变形、孔隙度高、孔隙表面积大，能够增加气流通过面积，加之孔隙的不规则性与随机性，大大增强了油滴与刚性金属骨架碰撞的几率，能够对油滴形成有效的拦截，起到高效过滤的作用，使气油分离效果提高。

并且将泡沫金属的刚性金属骨架经疏油涂层处理，使泡沫金属骨架表面包裹有疏油涂层，使油不易粘在金属骨架表面，有利于油滴的凝聚和按引导方向流动，也避免阻塞泡沫金属孔隙。

同时，可以根据油滴从大到小分离的难易，对三层泡沫金属过滤层的孔隙率和孔隙尺寸进行有效选择，使气流先经过孔隙大的泡沫金属材料，之后在经过孔隙小的泡沫金属材料，使油滴在分离过程中逐渐变为小液滴，同时降低气体流通的阻力。

另外，将出气导管的底部包围在三层泡沫金属过滤层围成的空腔内，并在出气导管底部的管壁开设有多个通气孔，有利于气流在泡沫金属过滤层表面均匀分布。

最后，将落油伞设置成环形，使油沿落油伞的坡度向下流动，并由导油管和落油孔进入集油腔，以便于油的迅速收集回流，同时避免由于油滴聚集在泡沫金属过滤层底部阻塞孔隙。

因此，流体经过螺旋导向叶片后先将大油滴分离出来，然后混合着小油滴的流体经过三层泡沫金属过滤层进行过滤，并且三层泡沫金属过滤层孔径逐层减小，可以达到最佳的油气过滤分离效果。滤去大部分油滴后的流体经过出气导管排出；而被过滤出的油滴沿落油伞和外筒内壁面流下，再经导油管和落油孔到达集油腔，最后经出油口排出。本发明可以使气流中的含油量降低到0.01%，油分离效果达到99%以上，同时能将压降减小到同样效率的普通油分离器的一半。

附图说明

图1是本发明所提供的泡沫金属过滤螺旋式油分离器的结构示意图；

图2是图1的A1-A1剖面图；

图3是图2的A2-A2剖面图；

图4是图2的A3-A3剖面图；

图5是图2中P1部分的局部视图；

图6是图2的P2部分的局部视图；

图7是图3的P3部分的局部视图。

图中：1，进气接口；2，出气导管；3，外筒；4，螺旋导向叶片；5，螺旋进气腔；6，过滤腔；7，隔板；81，第一泡沫金属过滤层；82，第二泡沫金属过滤层；83，第三泡沫金属过滤层；9，环形落油伞；10，导油管；11，落油孔；12，集油腔；13，出油口；14，支架；15，中心孔。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本实施例公开了一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，该泡沫金属过滤式油分离器具有立式的圆柱形外筒3，外筒3内部由上到下依次分为螺旋进气腔5、过滤腔6和集油腔12，螺旋进气腔5、过滤腔6和集油腔12的高度比例为1～2：1～1.5：1。

外筒3底部设置有用于支撑外筒3的支架14，外筒3顶部设置有进气接口1和出气导管2。进气接口1一端与外筒3顶部连通，另一端用于通入混合着油滴的气体。出气导管2位于外筒3顶部的中心位置，其顶端伸出于外筒3、底端延伸至外筒3内的过滤腔6底部，并且底端端面封闭。

螺旋进气腔5内部设置有螺旋导向叶片4，螺旋导向叶片4沿出气导管2由上到下螺旋盘绕，螺旋导向叶片4与水平面的角度呈5～45°。螺旋导向叶片4根部固定于出气导管2，顶部紧靠于外筒3内壁。当气流经过螺旋导向叶片4时，会产生离心力，气流中的大油滴则被甩到外筒3的内壁面上。

结合图3所示，过滤腔6内设置有第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83。第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83均为环状结构。第二泡沫金属过滤层82设置在第一泡沫金属过滤层81内层，其外环面与第一泡沫金属过滤层81的内环面形成过盈配合；第三泡沫金属过滤层83设置在第二泡沫金属过滤层82内层，其外环面与第二泡沫金属过滤层82形成过盈配合。第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83均由泡沫金属制成，泡沫金属可以选用泡沫铜、泡沫铝、泡沫铁以及泡沫镍等。

第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83的厚度可根据油滴与气流的特点设置，以便更有效的拦截不同大小的油滴，同时使压降达到最小。且第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83均经过疏油处理，使其泡沫金属骨架表面均包裹有疏油涂层，从而使泡沫金属具有疏油特性，进而使油滴不易粘在泡沫金属的金属骨架上，更易滚落凝聚并回流，防止油滴阻塞泡沫金属的内部孔洞，压降升高。

第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83的泡沫金属孔径逐层依次减小。其中，第一泡沫金属过滤层81的泡沫金属孔径范围在5～10mm，第二泡沫金属过滤层82的泡沫金属孔径范围在0.1～5mm，第三泡沫金属过滤层83的泡沫金属孔径范围在0.01～1mm。这样，经过过滤孔径层层减小的第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83的过滤作用后，能够达到最佳的油气过滤分离效果。

出气导管2的底部伸入第三泡沫金属过滤层83环形结构所形成的内腔中，出气导管2位于该内腔中部分的侧壁上开设有多个流通孔21，如图5所示。因此，第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83对气流进行过滤，滤去大部分油滴后的气流通过流通孔21经出气导管2排出。多个流通孔21在出气导管2侧壁均匀布置，有利于气流在泡沫金属过滤层表面均匀分布。

第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83顶面设置有隔板7，隔板7以上为螺旋进气腔5，隔板7以下为过滤腔6。隔板7为环形，其内环紧靠在出气导管2外侧并固定，其外环半径大于第一泡沫金属过滤层81的外环半径且小于外筒3的内腔半径，通常隔板7长出第一泡沫金属过滤层81边缘的部分为第一泡沫金属过滤层81的外环半径与外筒3的内腔半径之差的1/5-1/3。这样，可以迫使气流从三层泡沫金属过滤层的侧部流过，同时隔板7上的油不会流到三层泡沫金属过滤层上，而是直接滴到环形落油伞9上。

第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83底面置于环形落油伞9上。环形落油伞9以上为第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82、第三泡沫金属过滤层83和过滤腔6，环形落油伞9以下为集油腔12。

环形落油伞9包括圆形底盘，圆形底盘上部设置有若干支撑柱，支撑柱支撑有一个由中间到两边向下倾斜的环形罩体，即该环形罩体的旋转截面为由中间到两边向下倾斜的伞状结构。环形落油伞9上部的环形罩体由中间到两边向下倾斜的倾斜角度为5～20°，该角度利于落在落油伞10上的油依靠重力流到落油伞10的中心和边缘。

环形落油伞9的环形罩体对应于第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83所构成环形面的正下方，环形罩体最高点构成的圆形基本与第二泡沫金属过滤层82底面中心圆重合。环形落油伞9的环形罩体的外缘半径一般保持在第一泡沫金属过滤层81外环半径的1.1～1.5倍之间，以便支撑并封闭三层泡沫金属过滤层的底面，同时环形落油伞9的底盘半径等于外筒3的内腔半径。

如图6所示，环形落油伞9的环形罩体中心设置有中心孔15，中心孔15位于出气导管2的正下方。中心孔15的半径为出气导管2半径的2/3，以便于环形落油伞9将三层泡沫金属过滤层的底面封闭。

如图3和图7所示，环形落油伞9的底盘边缘与外筒3内壁之间均匀地设置有四个导油管10，导油管10顶端设置于环形落油伞9的底盘上，与过滤腔6相通；导油管10沿外筒3内壁沿向下延伸至集油腔12，并且每个导油管10的底部出口端具有一个存油弯头。存油弯头中积存的油液可以将导油管10内的流体和集油腔12内的流体分隔开，避免没经过过滤的流体直接进入到集油腔12。

如图4所示，环形落油伞9的底盘上设置有四个均匀布置的落油孔11，落油孔11对应于环形落油伞9最高凸起圆环的正下方。落油孔11的半径一般保持在外筒3内腔半径的1/6至1/4之间，以保证油滴无阻碍地流入集油腔12，也避免落油孔11过大而造成气体进入集油腔12。

这样，被第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83过滤出的油滴直接向下落到环形落油伞9表面。环形落油伞9表面的一部分油滴会顺着其坡度流动经中心孔15流下，并流过支撑柱，最终由落油孔11流出至集油腔12；环形落油伞9表面的另一部分油滴会顺着其坡度流动进入导油管10，导油管10中的油通过其底端的存油弯头溢流入集油腔12。

环形落油伞9还可以阻止气体继续向下流动，避免气体通过落油孔11进入集油腔12，同时环形落油伞9可防止排出气流对落油孔11附近油的扰动，有利于油的顺利排出。

集油腔12底面中心设置有出油口13，油在集油腔12中汇集储存，并可以通过出油口13流出集油腔12。

集油腔12安放有传统的浮球阀系统以回收油液，既方便回油又可避免油液位过高。集油腔12底面由周边到中心向下倾斜，倾斜角度为3～5°，以利于油从出油口13顺利流出。

可见，混合着油滴的流体进入本泡沫金属过滤螺旋式油分离器后，先经过螺旋导向叶片4的分离作用，再经过第一泡沫金属过滤层81、第二泡沫金属过滤层82和第三泡沫金属过滤层83的过滤作用，滤去大部分油滴后的气流经出气导管2排出；而被过滤出的油滴落向环形落油伞9，再经过导油管10和落油孔11到达集油腔12，最后经出油口13排出。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，包括立式的圆柱形外筒，所述外筒顶部设置有进气接口，其特征在于，所述外筒内部由上到下依次分为螺旋进气腔、过滤腔和集油腔；所述外筒顶部中心固定连接有出气导管，所述出气导管顶端伸出于所述外筒、底端延伸至所述过滤腔底部并且底端面封闭；

所述螺旋进气腔内设置有螺旋导向叶片，所述螺旋导向叶片的根部固定于所述出气导管，所述螺旋导向叶片的顶部与所述外筒内壁相接触；

所述过滤腔内设置有均为环形结构的第一泡沫金属过滤层、第二泡沫金属过滤层和第三泡沫金属过滤层，所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层由外向内逐层排列并形成过盈配合；所述第三泡沫金属过滤层内腔中的所述出气导管侧壁上均匀开设有多个流通孔；所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层顶面设置有环状的隔板，所述隔板内环与所述出气导管固定，所述隔板外环半径大于所述第一泡沫金属过滤层的外环半径且小于所述外筒的内腔半径；所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层底面置于环形落油伞上；

所述环形落油伞将所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层、所述第三泡沫金属过滤层和所述集油腔隔开；所述环形落油伞包括边缘与所述外筒内壁连接的圆形底盘，所述底盘上部设置有若干支撑柱，所述支撑柱支撑有一个由中间到两边向下倾斜的环形罩体；所述环形罩体的中心设置有中心孔，所述底盘对应于所述环形罩体的下方设置有落油孔，所述底盘边缘设置有向下延伸的导油管，所述导油管的出口端具有存油弯头；

所述集油腔底面中心设置有出油口。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述螺旋进气腔、所述过滤腔和所述集油腔的高度比例为1～2：1～1.5：1。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述螺旋导向叶片与水平面的角度呈5～45°。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层的泡沫金属骨架表面均包裹有疏油涂层。

5.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述第一泡沫金属过滤层、所述第二泡沫金属过滤层和所述第三泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径依次减小。

6.根据权利要求3所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述第一泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径为5～10mm，所述第二泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径为0.1～5mm，所述第三泡沫金属过滤层的泡沫金属孔径为0.01～1mm。

7.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述环形落油伞的环形罩体由中间到两边向下倾斜的角度为5～20°。

8.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述隔板边缘长出所述第一泡沫金属过滤层边缘的宽度为所述第一泡沫金属过滤层的外环半径与所述外筒内腔半径之差的1/5-1/3。

9.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述落油孔设置有四个，在所述环形落油伞的环形罩体下方均匀布置。

10.根据权利要求1所述的一种泡沫金属过滤螺旋式油分离器，其特征在于，所述导油管设置有四个，在所述环形落油伞的底盘周向均匀布置。

Images