CN103998142B - 离心分离器和具有这种离心分离器的过滤装置 - Google Patents

Abstract

一种用于从流体（9）中分离颗粒（11）的离心分离器（1）包括外壳（2），它具有入口（13）和出口（14），还具有多个用于从通过入口（13）流入的流体（9）产生旋流（12）的导向叶片（3‑8）。所述导向叶片（3‑8）例如径向在轴向芯（16）上的第一螺旋线（S1）与外壳（2）的外壳壁（23）上的第二螺旋线（S2）之间延伸，其中，第一螺旋线（S1）的导程高度（hi）大于第二螺旋线（S2）的导程高度（ha）。

Description

离心分离器和具有这种离心分离器的过滤装置

技术领域

本发明涉及一个离心分离器和一个过滤装置，例如用于过滤内燃机的助燃空气。

背景技术

离心分离器、也称为旋流过滤器、旋流器或者旋流分离器，用于分离在流体中含有的固体或液体的颗粒。流入到离心分离器中的流体这样导引，离心力使要与流体分离的颗粒加速并且聚集在分离器内部。为了产生离心力大多使用导向叶片，它们在分离器外壳内部产生旋流。

离心分离器例如可以作为内燃机助燃空气的空气过滤器使用。尤其在使用农业机械或者矿山机械的灰尘大的环境中，旋流过滤器或者离心分离器已经证实是适合的。

为了提高从空气或流体中分离脏污颗粒的效率，在过去已经建议多级过滤装置。在旋流预过滤以后例如可以通过传统的过滤介质实现进一步细过滤。但是这总是与增加的加工费用和附加地限制相应的过滤装置的安装状况相关。因此总是期望，改善尤其作为内燃机空气过滤器使用的离心力过滤器的过滤效率。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一个改善的离心分离器供使用。

因此建议一个用于从流体中分离颗粒的离心分离器。该离心分离器包括外壳，它具有入口和出口，以及多个用于产生通过入口流入的流体旋流的导向叶片。所述导向叶片尤其分段地径向在轴向芯上的第一螺旋线与外壳的外壳壁上的第二螺旋线之间延伸，并且第一螺旋线的导程高度大于第二螺旋线的导程高度。

螺旋线、也可以称为Helix螺旋、螺线或螺旋线尤其通过导程高度作为参数。所述螺旋线在旋转一整圈时轴向转过的长度称为导程高度。也可以称为Z向的距离。通过不同的导程高度得到所述导向叶片的一种扩张，这可能导致有利的离心分离器分离效率。

第一螺旋线的导程高度例如至少5%大于、尤其10%大于第二螺旋线的导程高度。第一螺旋线的导程高度最好比第二螺旋线的导程高度大5%至35%、尤其10%至30%。特别优选第一螺旋线的导程高度比第二螺旋线的导程高度大10%至30%、尤其10%至20%。

在离心分离器的实施例中所述导向叶片在轴向芯与外壳的外壳壁之间延伸，并且至少一导向叶片的偏角从芯向着外壳壁延伸。

也可以设想，至少一导向叶片的偏角沿着其长度是变化的。

每个导向叶片具有入流侧或入流棱边和/或排流侧或排流棱边，其中所述叶片角度尤其可以以离心分离器或者外壳的纵轴线为基准。在所述导向叶片位置上的叶片角度是切向面与导向装置或离心分离器的纵轴线形成的夹角。例如入流侧、即在离心分离器入口方向上的入流角小于排流侧、即出口方向上的入流角。作为其它角度参数偏角也可以以圆周线或垂直于离心分离器对称轴线或纵轴线的横截面为基准确定。在导向叶片的一个位置上由叶片角和偏角组成的角度和为90度。

通过改变偏角可以改善在离心分离器中的流动特性。

此外能够规定在芯上的偏角与在外壳壁上的偏角之间的角度扩张。该角度扩张最好为15°至35°、尤其为20°至30°。

在实施例中所述导向叶片的平均偏角为30°至45°。

能够使所述导程高度在导向叶片的排流段中是相同的。通过加大在排流范围、例如在导向装置的给定高度段上的上述扩张可以实现良好的排流。尤其所述导程高度在小于整个导向装置高度20%的排流范围中是相同的。

在实施例中所述导向叶片的入流棱边和/或排流棱边位于外壳的横截面面积里面，它基本垂直于流体的流入方向。所述排流棱边例如可以垂直于导向装置的纵轴线在横截面平面中是分段。由此可以简化例如在注射工艺中的加工。

在所述离心分离器的另一实施例中，所述入流棱边与至少两个导向叶片以基本垂直于流体流入方向的外壳横截面积为基准具有不同的距离。所述横截面积原则上可以视为在沿着外壳的任意位置上的基准平面。

可以提及，至少两个导向叶片在流体流动方向上具有不同的长度。

在下面离心分离器也指的是旋风器、旋流分离器、旋流过滤器或者旋流器。所建议的离心分离器尤其由轴向旋风分离器构成，其中所述外壳例如管状或套状地构成并且要过滤的流体基本沿着外壳的纵轴线或者对称轴线通过分离器流动。要分离的颗粒径向通过产生的旋流在外壳壁方向上加速并且可以在那里去除。

申请者的实验已经证实，与传统的、导向叶片具有相同长度的导向叶片装置相比，离心分离器得到更好的分离效率，如果产生的导向装置配有不同长度的叶片或者入流棱边不同地定位。

流入的流体、例如含有颗粒的空气在通过离心分离器流动时首先碰到一个或多个第一导向叶片的入流棱边，然后碰到一个或多个另一导向叶片的入流棱边。

例如多个导向叶片的一个导向叶片在入口部位缩短。这意味着，对于不同长度的叶片，流入的流体根据各导向叶片沿着导向叶片流动不同的长度。由此流体形状和流体动力学在离心分离器的分离率和压力损失方面产生积极影响。由此总体上在外壳内部得到更有效的流体分离器和有利的流体特性，它们导致高的颗粒分离率。

例如至少两个导向叶片在入流侧在流体流动方向上具有与入口不同的距离。所述导向叶片的数量可以是偶数或奇数。在以三个导向叶片构成的离心分离器中一个导向叶片例如沿着离心分离器的轴线更短地构成就足以实现改善的分离率。

所述芯例如与外壳的纵轴线或对称轴线共线地延伸。所述外壳尤其可以分段地套状或管状地构成。因此所述轴向芯通常具有给定的直径。由此通过芯以及外壳内径给出所得到的导向叶片宽度。

在具有套状或管状外壳的离心分离器实施例中，所述导向叶片和轴向芯形成圆柱形的导向叶片套，它安装在外壳里面。因此所述导向叶片套最好以不同长度的导向叶片适配或安装在不同的外壳里面。

所述导向叶片通常位置固定地设置。但是也可以设想可旋转或运动的导向叶片，用于有利地产生旋流或旋流体。

芯直径最好为10至20mm。特别优选芯直径为14至17mm。通过芯直径的大小可以优化在离心分离器外壳内部的流体特性。

在离心分离器实施例中至少一导向叶片的厚度从芯到外壳壁是变化的。所述导向叶片例如可以螺旋桨形、蜗杆形或者螺旋形地围绕芯缠绕，在其厚度方面能够模型化。例如各导向叶片的厚度在芯与外壳壁之间可以首先增加，然后再向着外壳壁减小。通过相应的厚度轮廓可以改善流体的旋流形成或者流体特性。

备选或附加地在离心分离器的其它实施例中，至少一导向叶片沿着其长度的厚度是变化的。关于长度在此主要指的是颗粒沿着导向叶片走过的长度，当颗粒通过离心分离器流动或者通过流体流携带的时候。导向叶片的长度通常与导向装置的高度成比例。通过导向叶片厚度沿着其长度的变化可以有利地适配于流体特性。

所述离心分离器的实施例还可以规定，至少一导向叶片的入流轮廓是变化的或者曲线的。例如描绘入流棱边形状的入流轮廓可以不是直线地构成。尤其对于导向叶片装置的不同长度的导向叶片，通过入流轮廓能够接近导向叶片的不同长度。

所述离心分离器的优选实施例包括正好六个导向叶片。但是也可以设想更少的叶片，用于在流体通过离心分离器时产生更低的压力损失。申请者的实验已经证实，使用的叶片越多，在给定分离率时可以越短地加工导向装置。

申请者的实验还已经证实，相对于垂直于纵轴线的横截面的中间偏角在40°至50°是特别有利的。此外在芯上的偏角与外壳壁之间的扩张可以为25°至35°。例如叶片偏角在芯上约为60°并且在外壳壁上约为29°。

所述导向叶片最好不在垂直于入流方向的横截面上相互叠加。因此在相邻导向叶片之间总是保留至少一小的间隙。由此尤其易于在注塑工艺中加工，因为不会出现复杂的倒切。可以特别成本有利地生产所给出的离心分离器。作为材料尤其塑料是适合的，但是在个别情况下金属或者其它适配于安装状况和运行温度的材料也是适合的。

在所述离心分离器的实施例中，所述芯比导向叶片更长。所述芯例如可以在向着外壳入口的方向上伸出或者也在向着出口的方向上形成空转轮毂。最好旋转对称构成的芯例如可以在流体流动方向上收缩并且影响通流特性。例如在芯直径与外壳壁与芯之间的距离的比例为2至4。所述芯与外壳壁之间的距离也可以称为导向叶片的宽度。

在另一实施例中，所述外壳的横截面积沿着通流方向改变。例如所述横截面积沿着纵轴线从入口到出口加大。因此可以得到锥形的外壳形状。所述外壳也可以是分段锥形的。例如导向装置设置在套状或圆柱形的外壳部位并且在排流部位流体以旋流加载，排流部位具有在出口方向上锥形扩大的形状。锥度打开角最好为2°至6°。

可以选择所述离心分离器包括设置在外壳里面的浸管，它从出口向着入口方向延伸。在此所述浸管可以管状或套状地构成。所述浸管最好以向着入口收缩的横截面构成。

锥形地向着入口方向收缩的浸管与在浸管或者出口部位锥形构成的外壳段的组合一起导致离心分离器的特别有利的流体特性和分离率。

在所述离心分离器的优选实施例中，所述浸管利用浸管板安置在出口上。所述浸管板例如使外壳出口与浸管锁闭在一起。所述浸管板例如由圆环构成，具有对应于出口的外径和对应于浸管棱边的内径。

所述离心分离器在一些实施例中还具有颗粒出口。所述颗粒出口最好以外壳纵轴线为基准在外壳壁里面空出给定的角度段。此外所述颗粒出口具有排出孔或者排出窗口深度。该深度例如沿着外壳纵轴线测量。

所述颗粒出口窗口的优选实施例具有10至20mm、且特别优选13至15mm的深度。所述颗粒出口窗口的打开角最好为60°至90°。特别优选打开角为75°至85°。

此外建议一个过滤装置。该过滤装置包括多个离心分离器，具有一个或多个如上所述的特征。所述离心分离器位于过滤装置的外壳里面，它包括多个开孔作为离心分离器的入口和流体密封地与开孔分开的出口段。在出口段上耦联离心分离器的出口。因此多个离心分离器可以并联地过滤，用于净化例如内燃机的助燃空气。通过并联地布置离心分离器可以匹配在流体通过过滤装置时的分离率和压力损失。

在过滤装置的实施例中，设有与入口和出口段流体密封地分开的排出段。该排出段联通地与离心分离器的颗粒排出口连接。因此设有流体和灰尘密封地封闭部位，它用于排出分离的颗粒。

本发明的其它可能的执行方案也包括未详细列举的、上述的或者下面的关于实施例描述的特征或者离心分离器或者过滤装置的实施例的组合。在此专业人员也可以在细节方面做出添加或变化，作为对于本发明基本形式的改进和完善。

附图说明

本发明的其它扩展结构是从属权利要求的以及在下面描述的本发明实施例的内容。下面借助于实施例参照附图详细解释本发明。附图中：

图1 离心分离器实施例的示意纵剖面图；

图2 离心分离器实施例的示意横剖面图；

图3 离心分离器实施例的示意立体图；

图4 导向叶片实施例的示意图；

图5-9 导向叶片的示意纵向轮廓；

图10 具有离心分离器的过滤装置实施例的立体图；

图11 具有离心分离器的过滤装置实施例的局部细节图；

图12 具有离心分离器的过滤装置实施例的剖面图；

图13 具有离心分离器的过滤装置第二实施例的轴向剖面图；

图14,15 具有离心分离器的过滤装置第二实施例的横剖面图；

图16-18 离心分离器第三实施例的立体图和导向装置实施例的剖面图；

图19,20 导向装置其它实施例的侧视图；

图21 用于解释角度扩张的导向装置立体图和侧视图；

图22 在离心分离器实施例中分离率和压力损失与角度扩张的关系；

图23 在离心分离器另一实施例中分离率与叶片数量的关系；

图24 简示的螺旋线。

在附图中相同的标记符号表示相同的或者功能相同的部件，而不表示相反的部件。

具体实施方式

图1示出离心分离器实施例的示意纵剖面图。图2和3示出该实施例的横剖面图和立体图。

在离心分离器或旋流分离器中使以颗粒加载的流体净化颗粒。在图1中这通过箭头形的未净化流体9表示。未净化流体9、例如内燃机的空气可能含有灰尘或其它颗粒11。在通流相应的离心分离器1（它例如由轴向旋流器构成）以后排出净化的空气或流体10。

离心分离器1具有基本圆柱形的外壳2。外壳2或离心分离器1具有纵轴线15，它在图1至3的实施例中也对应于对称轴线。在入流侧设有入口13并且在排流侧设有出口14。在离心分离器1中在外壳2里面通过适合的流体导引产生旋流，由此使空气中的颗粒11处于离心力下。即，使颗粒11径向向外在圆柱形构成的外壳壁23方向上驱动（参见图2）。在那里颗粒被累积并被去掉，如图1所示的那样。

为了产生旋流形流体并由此产生作用于颗粒11上的径向力，导向装置配有适合的导向叶片3,4。导向叶片3,4例如可以螺旋形或螺旋桨形地围绕离心分离器1的轴线15缠绕。在此也涉及轴向旋流器。在图1的视图中沿着纵轴线15至少在靠近入口13的分段里面设有芯16。芯16通过在图1和2中示出的导向叶片3,4固定。导向叶片3,4导致旋流，它们利用箭头12表示。从入口13导引到出口14的颗粒或流体沿着导向叶片3,4流动。

在图3的立体图中可以看出套状或圆柱形的外壳2，具有入口13和出口14。也在图1中示出的芯16和导向叶片3,4尤其形成导向装置21。导向装置21可以接近圆柱形的形状，它在图3中点线地示出。

在此导向叶片3,4在内部螺旋线或螺旋线S1与外部螺旋线S2之间延伸。在图24中示出例如芯16上的螺旋线S1。螺旋线可以在笛卡尔坐标系中以矢量X（t）=[x(t),y(t),z(t)]=[rcos(2π t),rsin(2π t),ht+c]参数化。在此t是运行温度并且r是半径。出于简化位移c置于零。

导向叶片装置21这样构成，使内部螺旋线S1的导程高度hi大于外部螺旋线S2的导程高度ha。申请者的实验已经得出，导程高度相互间的比例hi/ha＞1.05导致特别好的分离率。hi/ha＞1.1的比例是特别有利的。在比例hi/ha＞1.2时得到更好的结果。也可以设想hi/ha＞1.3的不同导程高度。

在图2中示出离心分离器的横截面图，可以看出中心的芯16和圆形构成的外壳壁23。在图2的横剖面图中可以看出三个导向叶片3,4,5，它们分别具有入流棱边或入流轮廓20和排流棱边或排流轮廓19。在图2中仅仅导向叶片3在其入流棱边20和排流棱边19上配有附图标记。在实施例中导向叶片或导向叶片装置21这样构成，在横剖面中、即在外壳轴向15的视线上没有导向叶片相互叠加。即，在入流棱边20与排流棱边19之间相邻的导向叶片、例如在3与4，4与5和5与3之间产生缝隙22。因此可以简单地材料有利地实现这个离心分离器1。尤其可以使用注塑工艺。但是原则上也可以设想侧凹、即环绕的导向叶片。

在图4中示出导向叶片的示意图。箭头9示出未净化流体的入流方向。在此导向叶片3具有入流棱边20和排流棱边19。在此带状的导向叶片3螺旋形或螺线形地围绕芯16设置，如同在图1至3中所示的那样。

在图1中示出导向叶片3,4长度L的尺寸。作为导向叶片3,4的长度L例如可以是颗粒在导向叶片表面上从入流侧到排流侧经过的长度。在图1中的实施例以不同长度的导向叶片3,4构成。即，导向叶片3以与入口13的距离d1开始并且在出口14方向上延伸。在图1中所示的第二导向叶片4以距离d2从入口13在出口14方向上延伸，该距离大于d1。点线17或点划线18表示在图1的横截面中导向叶片3或4基于入口13的各入流棱边位置。

在图1和3中点划线地示出横截面积112，其中横截面积112垂直于外壳2的纵轴线15延伸并因此也基本垂直于未净化空气9的流入方向R，它通过箭头R表示。可以在任意位置沿着外壳轴线15假定相应的横截面并且例如用于作为导向叶片3,4入流棱边20的基准面。例如可以看出，导向叶片3的入流棱边20具有与横截面平面或横截面积112的距离a1并且导向叶片4的入流棱边20具有距离a2＜a1。也可以说，在所示的离心分离器1实施例中至少两个导向叶片3,4的入流棱边20以外壳2的横截面112为基准具有不同的距离a1或a2，该横截面基本垂直于未净化空气9的流入方向R。

申请者的实验已经得出，通过不同设置的入流棱边20或不同长度的导向叶片3,4例如以入口13的距离为基准可以在离心分离器1中实现改善的分离特性。

为了更详细地解释导向叶片3,4的几何形状，可以示出沿着圆周U以长度为基准、即导向叶片在流动方向上的伸展为基准的轮廓。

图5至8示简示出导向叶片的纵向轮廓。点线17示出入口在下一开始的导向叶片上的位置。在图5-8中粗线（倾斜或缠绕线）表示沿着圆周的导向叶片和其长度或导向叶片装置的高度。此外点划线地示出平面112，和以其为基准的距离a1和a2。图1示出四个相同长度的导向叶片，用于在流体流中产生旋流。如果导向叶片具有不同的长度或者入流棱边向着入口13或者以所示的平面112为基准不同地间隔，则可以更好地在离心分离器中实现颗粒分离。

例如在图6中示出一种可能性，其中四个导向叶片3,4,5,6分别交替地具有不同的长度。作为垂直于纵轴线的横剖面线分别在纵轴线15方向上在流动方向上仍然错开地示出点线17和点线18以及点划线平面112。导向叶片交替地具有不同长度。导向叶片3和5以入口13为基准在同一横截面17上开始。位于其间的导向叶片4和6具有更短的长度并且在纵轴线15的方向上在流体流动方向上错开地在横截面18上开始。因此分别交替地设有长的（3,5）和短的（4,6）导向叶片。在图5和6中所示的导向叶片是基本直线的。

如果导向叶片是变化的，可以附加地改善流体特性。这在图7中示出。比导向叶片4和6更长的导向叶片3和5具有沿着长度L变化的轮廓。可以定性地看出，叶片角以流体流动方向或者导向叶片3和5的纵轴线为基准向着入流棱边比向着排流棱边更扁平。

图8示出另一可能性，导向叶片在其长度上不同地构成。仍然示出具有四个导向叶片3,4,5,6的示例。导向叶片3和5的入流棱边在同一横截面17上开始。位于其间的导向叶片4和6的入流棱边以距离d3在流动方向上错开。因此两个小的导向叶片4,6分别设置在长的导向叶片3,5之间。总体上可以看到所得到的导向叶片装置与芯一起的高度H1。在图8中还可以看出，导向叶片3和5是变化的，而导向叶片4和6基本直线地构成。尤其导向叶片相互间不同的形状导致在离心分离器外壳内部特别好的颗粒分离或流体导向。

在图9中示出离心分离器，其中导向叶片3,4,5,6具有相同的长度，但是入流棱边基于横截面112交替地具有不同的距离a1，a2。流入方向R例如在图9的取向中从上向下。

按照不同的实施例多个离心分离器能够在公共的外壳里面组合成过滤装置。在图10至12中示出具有离心分离器的过滤装置实施例。图10示出实施例的立体图，图11示出安装在过滤装置里面的离心分离器细节图，图12示出过滤装置实施例的横剖面图。

在此过滤装置100具有外壳102，在其中组合多个离心分离器1,101。在图10和12的取向中从左边实现含有颗粒的未净化流体9的流入。净化流体10从右边流出。分离的颗粒向下通过黑箭头11表示排出。在外壳102里面设有多个开孔113，离心分离器1,101的入口13配合到开孔13里面。颗粒排出口126向下从外壳102导出。在图11的细节图中可以看出，所使用的离心分离器1包括中心芯16并且通过六个导向叶片3,4,5,6,7,8构成。在图11的细节图中可以看出，导向叶片5,7和3短于导向叶片4,6和8。

在图12的横截面图中离心分离器1（点线框出的矩形部位）以剖面表示。在下面的图13中详细地解释离心分离器实施例的相应剖面图。过滤装置100主要具有三个部位。固定段112支承或固定离心分离器1,101的导向叶片装置部位。离心分离器1,101的出口14导引到公共的流出段114。流出段114与排出段126分开。离心分离器1,101配有颗粒排出窗口26，它们联通地与排出段126连接。在入流侧未净化的、例如助燃空气通过开孔113流入到离心分离器1,101里面，通流离心分离器，它们排出颗粒到颗粒排出窗口，净化的空气在流出段114通过出口14排出。净化的空气10例如可以输送到内燃机。排出窗口26的取向以重力加速度（它在图12的取向中向下指向）为基准是相同的。因此颗粒由于重力向下通过排出段126下落并且可以排出。离心分离器的并联布置能够匹配所产生的压力损失以及分离率。

如果在排出段126上存在比入口113上的压力更低的压力，则相应的过滤装置100实现更好的过滤效果。例如可以使由排气管构成的排出段连接在排气装置上，它接收并排出灰尘。

图13,14和15示出离心分离器第二实施例的纵剖面和横剖面。在附图中还给出示例的尺寸。图13的纵剖面示出的离心分离器1具有由外壳壁23组成的外壳，外壳壁分段圆柱形地且分段锥形地成形。入流侧（左侧）标出入口直径c3。排流侧（右侧）给出出口直径c4。沿着通流方向（它在图13中从左向右）外壳直径增加。因此横截面积从入口向着出口加大。

在图13中附加地给出出口半径r4，其中r4=0.5c4。在入口或入流口13处设有导向装置21。导向装置21具有高度h1。作为导向装置21的高度h1指的是以纵轴线15为基准的一段距离，在其中导向叶片围绕芯16延伸。芯16具有芯直径c1。作为导向叶片的宽度c2指的是芯16与外壳壁23之间的距离。因此得到导向叶片宽度c2=0.5c3-c1。

从出口14锥形浸管24进入到外壳23内室。浸管24利用浸管板25固定，浸管板耦联在外壳23的出口14上。浸管24从出口14或者浸管板25在导向装置21的方向上达到浸入深度h3。浸管24具有锥形形状。外壳或外壳壁23的这个部位还具有锥形的几何形状。在图13中给出角度γ和δ。角度γ表示外壳壁23以纵轴线15为基准的角度。角度δ表示浸管23与纵轴线形成的角度。对于γ或δ已经证实2°至6°是有利的。通过外壳段以及浸管板的锥形结构能够实现有利的流体导向。

此外外壳壁23在其端部部位具有颗粒排出窗口26。沿着纵轴线15颗粒排出窗口26以排出窗口深度h4延伸。在图15中给出沿着剖面线AA的剖面图。颗粒排出窗口26形成以纵轴线15为基准的角度范围β。因此颗粒排出窗口在外壳壁23中露出角度段β。图14示出通过导向装置21的横剖面图。类似图2地看出六个导向叶片3-8，其中在图14的横截面图中分别出现导向叶片之间的缝隙22。因此导向叶片不叠加。

图13还示出缝隙宽度b，即浸管24与外壳壁23在给定的垂直于纵轴线15的横截面上的距离。浸管的最小直径以c5表示。因此浸管24使出口以浸入深度h3在外壳23内室方向上移动。已经得出，排出窗口深度在10至20mm是有利的，并且打开角度在70°至90°是有利的。浸管24的浸入深度h3有利地为30至50mm。在此浸管直径c5可以在16至20mm之间选择。浸管板25与导向装置21之间的距离以h2表示并且最好在60至80mm。芯直径c1最好在12至18mm之间选择。外壳壁23锥形段的角度γ最好小于4°，用于避免流体分离。

通过导向叶片的几何尺寸和形状也可以有利地调整分离率和压力损失。在图16至18中示出离心分离器的立体图以及导向装置的剖视图。在此分别在左边示出离心分离器1实施例的立体图。离心分离器具有外壳壁23，它分段锥形地或套状地构成。例如离心分离器如同图13的横截面所示地构成。分别示出颗粒排出窗口26并且示例地使导向叶片3配有附图标记。还可以看出芯16。在图16至17中的立体图示出从上面看到的导向装置或离心分离器1入口的视图。右侧的视图示出在芯28上局部缠绕的螺旋线S1。

在图17中以点线标出颗粒排出口26的打开角β。分别在图16至18的右侧示出在左侧示出的截面28，具有导向叶片几何尺寸。图16示出在芯16上围绕芯的圆柱壳体28形式的截面。在图17中截面28基本在外壳壁23与芯16之间的中间并且在图18中截面28在外壳壁23的内侧面上，导向叶片位于那里。

在图16-17的右侧看出导向叶片3,4,5,6,7和8。因此设有正好六个导向叶片。在此导向叶片3,6和8比导向叶片3,5和7更长。导向叶片3,5和7以距离d3更短。

此外尤其在图17中标出偏角ε1，ε2。在图16至18的标记符号中偏角ε以垂直于离心分离器1的对称轴线的横剖面为基准。由以横剖面为基准的偏角ε和以纵轴线为基准的叶片角α组成的角度和为90度。在本实施例中的偏角ε1与在图17所示的一样，例如大于偏角ε2。在附图的取向中角度ε1在入流侧，角度ε2在排流侧。此外分别标出导向叶片的厚度t。在图18中还示出导向装置高度h1。导向叶片3在外壳壁23上形成外部的螺旋线S2。在此螺旋线S1的导程高度大于螺旋线S2的导程高度。由此给出扩张。

通过叶片角度的扩张可以实现离心分离器1分离特性方面的优化。例如在芯上的各偏角ε（参见图16）大于在外壳壁部位中的偏角（参见图18）。可以得到例如30°的偏角扩张。在图17中给出约45°的中间偏角。因此偏角或者各导向叶片的从芯到外壳壁的叶片角度也是变化的。已经证实45°的中间角度是有利的叶片角度或偏角。

在图19中示出导向装置另一实施例的侧视图。在此芯16在入流侧具有基本圆形的拱顶，并且在排流侧具有突出于导向装置的空转轮毂29。芯16的轮廓也可以进一步匹配。通过空转轮毂29有利影响流体分离的旋流。在图18中还示例地看出导向叶片3。在此导向叶片3的叶片角度沿着流体流变化。在这里导向叶片与离心分离器纵轴线或对称轴线的角度称为叶片角度α1。在入流侧角度α1例如约10°并且在排流侧方向上增加到约50°的叶片角度α2。增加的叶片角度导致改善的旋流并由此导致增强的作用于颗粒上的离心力。因此有利地影响分离率。此外能够匹配导向叶片3基于其厚度的轮廓。借助于图18还看出，在排流部位127中角度ε2在内部和外部是相同的。即，导程高度hi和ha在排流部位是相同的，由此没有导向叶片的明显扩张。

最后图20还示出导向装置21的实施例。在图20的取向上入流侧在上面而排流侧在下面。在此看到中间的导向叶片3的示例，在芯16上的偏角ε16大于在外壳壁上的偏角ε23。还可以看出，导向叶片3具有倾斜的排流棱边19。在使用状态在外壳中各导向叶片3在外壳侧具有比芯侧更大的长度。也涉及到递进的叶片底端部，它可能导致进一步改善离心分离器的分离特性。借助于中间的导向叶片3可以看到螺旋线S1和S2，在其间延伸导向叶片3。

借助图21还结合导向装置的剖面图和立体图解释可能的角度比例。该视图类似在图16-18中所示的导向装置。它示出导向装置21，具有芯16和外壳壁23，具有位于其间的导向叶片，详细观察其中的一个导向叶片3和其轮廓。图21也示出导向装置的纵轴线15。

在芯16上标出偏角ε16，在外壳23上标出偏角ε23。叶片尤其以旋梯形构成，其中在芯上和在外壳或外壳壁上呈现不同的偏角和/或叶片角。ε16与ε23之间的差也称为角度扩张Δε。

此外可以定义中间偏角εm，它基本在芯壁与外壳内壁之间的中间延伸。对于中间偏角的适合定义为εm=（ε23+ε16）/2。

可能的偏角位于ε16≈80°至ε23≈20°。对于相应的导向装置的效率数据特别有影响的尤其是角度扩张Δε，它由内部偏角与外部偏角给出。图22分别以任意的单元示出分离率AG和压力损失dp与角度扩张Δε的关系。可以看出，通过实现角度扩张Δε提高分离率AG，但是同时增加压力损失。申请者的实验已经给出，15°至35°的角度扩张带来可以接受的压力损失，并且得到良好的过滤效果。在20°至30°的角度扩张时得到特别好的过滤效果。

申请者还进行了实验，用于确定离心分离器效率与在导向装置中使用的叶片数量的关系。图23示出离心分离器的另一实施例的分离率AG与叶片数量N的关系图。在此分离率AG以任意的单元给出。曲线对应于一实施例，其中芯直径约为15.5mm并且叶片角ε≈45°。可以看出，在这个配置中在叶片数量为N=6和N=7时出现最大分离率。因此尤其优选六个导向叶片的离心分离器。交替缩短的导向叶片和/或叶片的偏角或叶片角度的角度扩张相结合得到特别有效的离心分离器，在通流要被净化的流体时具有有利的分离率和压力损失。在叶片缩短、角度扩张、排出窗口形状和/或浸管几何尺寸等方面给出的尺寸在此有效地相互协同作用并且导致可简单加工的过滤装置，具有良好的过滤效果。

尽管借助于离心分离器的不同示例和方面描述了本发明，但是不局限于此，而是可以在许多方面改变。尤其可以使在附图和实施例中述及的不同方面相互组合。无需强制地规定不同长度的导向叶片。单独调整偏角、叶片角、长度、宽度或芯直径与外壳直径之间的比例就可以改善旋流分离器。此外上述的导向叶片数量只是示例性的。例如可以使用2至10个导向叶片。离心分离器的材料可以适配于各自的使用领域。尤其可以设想可注塑的塑料。

Claims (20)

1.一种用于从流体（9）中分离颗粒（11）的离心分离器（1），具有外壳（2），它具有入口（13）和出口（14），还具有多个用于从通过入口（13）流入的流体（9）产生旋流（12）的导向叶片（3-8），其中所述导向叶片（3-8）径向地在轴向芯（16）上的第一螺旋线（S1）与外壳（2）的外壳壁（23）上的第二螺旋线（S2）之间延伸，其中所述第一螺旋线（S1）的导程高度（hi）比第二螺旋线（S2）的导程高度（ha）大至少10%，其中所述导向叶片（3-8）不在垂直于入流方向的横截面上相互叠加。

2.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中所述导向叶片的入流棱边（17,18）和/或排流棱边（19）位于外壳（2）的横截面（112）里面，它基本垂直于流体（9）的流入方向（R）。

3.如权利要求1至2中任一项所述的离心分离器（1），其中所述导程高度（hi，ha）在导向叶片的排流段（127）里面是相同的。

4.如权利要求2所述的离心分离器（1），其中所述入流棱边（17,18）与至少两个导向叶片以基本垂直于流体（9）流入方向（R）的外壳（2）横截面（112）为基准具有不同的距离（a1，a2）。

5.如权利要求4所述的离心分离器（1），其中至少两个导向叶片具有不同的长度（L）。

6.如权利要求4所述的离心分离器（1），其中所述至少两个导向叶片在入流侧在流体流动方向上具有与入口（13）不同的距离（d1，d2）。

7.如权利要求1的离心分离器（1），其中所述外壳（2）至少分段地套状或管状地构成，并且所述导向叶片（3-8）和轴向芯（16）形成圆柱形的导向叶片装置（21），它安装在外壳（2）里面。

8.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中所述导向叶片（3-8）位置固定地设置。

9.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中至少一导向叶片（3-8）从芯（16）到外壳壁（23）的厚度（t）是变化的。

10.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中至少一导向叶片（3-8）沿着其长度的厚度（t）是变化的。

11.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中至少一导向叶片（3-8）的入流轮廓（20）是变化的。

12.如权利要求1所述的离心分离器（1），包括正好六个导向叶片（3-8）。

13.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中所述芯（16）比导向叶片（3-8）更长。

14.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中所述芯直径（c1）与外壳壁（23）和芯之间的距离（c2）的比例为2至4。

15.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中所述外壳（2）的横截面积在通流方向上加大。

16.如权利要求1所述的离心分离器（1），其中在外壳（2）里面设置从出口（14）到入口（13）方向上在横截面上收缩的浸管（24）。

17.如权利要求16所述的离心分离器（1），其中所述浸管（24）利用浸管板（25）安置在出口（14）上。

18.如权利要求1所述的离心分离器（1），还具有颗粒出口（26），它以外壳（2）纵轴线（15）为基准在外壳壁（23）里面空出给定的角度段（β）。

19.过滤装置（100），具有如权利要求1至18中任一项所述的离心分离器（1,101）和外壳（102），它包括多个开孔（113）作为离心分离器（1,101）的入口（13）和流体密封地与开孔（113）分开的出口段（114），在其上耦联离心分离器（1,101）的出口（14）。

20.如权利要求19所述的过滤装置（100），其中包括与入口（13）和出口段（114）流体密封地分开的排出段（126），它联通地与颗粒排出口（26）连接。