CN104303279B - 离心分离器 - Google Patents

Abstract

一种用于净化来自内燃机的包含油的曲轴箱气体的离心分离器，包括：固定壳体(2)，其限定分离空间(3)并包括第一端部(2a)、相对的第二端部(2b)以及面对分离空间的内壁表面(4)。分离器还包括用于要净化的气体的入口通道(5)、用于已净化气体的气体出口通道(6)以及用于分离的油的油出口(7)。离心机转子(9)设置在分离空间中并包括心轴(11)和由心轴承载的多个分离盘(12a‑12c)。离心机转子(9)旋转而产生旋转气体体积。供油装置向分离空间供应一定量的油，使得在离心分离器的运转期间在内壁表面上产生流动的油膜。

Description

离心分离器

技术领域

本发明涉及离心分离器，其用于净化包含油的气体，特别是用于净化来自内燃机诸如柴油机的曲轴箱气体。更具体地，本发明涉及根据权利要求1的前序部分的离心分离器，参见WO2004/022239。

背景技术

来自内燃机的曲轴箱气体包含呈油雾或油滴形式的油，油与诸如烟灰、碳氢化合物的其他杂质混合。在曲轴箱气体中的这样的杂质可形成粘性物质。此外，为了提升用于润滑和内燃机冷却的油的性能，一般将各种添加剂添加到内燃机的油。然而，这样的添加剂由于诸如烟灰和碳氢化合物的杂质形成甚至更加粘性物质的事实而可能具有负面的影响。

在WO2004/022239中公开的离心分离器的目的是提升支撑离心机转子的中空心轴的上轴承的润滑。油穿过中空心轴和通向小腔室的上开口运送，油从该小腔室穿过上轴承运送至入口中以与曲轴箱气体混合。需要相对少量的油用于上轴承的润滑。在WO2004/022239中公开的离心分离器的中空心轴的开口被构造为仅仅供应这样的足够用于仅仅上轴承的润滑的相对少量的油。该现有技术因此旨在保持供应的油的量在最小值。

在WO2004/022239中公开的离心分离器以及其他用于曲轴箱气体净化的现有技术离心分离器的一个问题是包含于曲轴箱气体中的油和杂质是非常粘的，如上所述，使得烟灰的粘块和杂质可能附接至离心分离器的内部零件，特别是固定壳体的内壁表面。

WO2009/029022公开了另一种用于净化包含液体和固体杂质的气体的离心分离器。该现有技术文件中的离心分离器包括用于供应气溶胶穿过喷嘴进入离心分离器的入口通道中的供应装置。可由水形成的气溶胶具有防止杂质附接至分离盘的用途。

WO2005/087384公开了另一种用于净化气体的离心分离器。该离心分离器包括冲洗喷嘴，其被布置来供应用于冲洗分离盘的清洗液。

发明内容

本发明的目的是纠正或减轻上面讨论的问题，并且防止或减少在离心分离器的分离空间中特别是在离心分离器的壳体的内壁表面上的粘块。

该目标通过初始限定的离心分离器来达到，该离心分离器的特征在于，供油装置被构造为向分离空间供应一定量的油，使得在离心分离器运转期间在内壁表面上产生流动的油膜。

本发明的发明者已经认识到，如果增加的油量被引入到分离空间内，并由此混合至要净化的气体，在离心分离器的内部零件上且特别是在固定壳体的内壁表面上可能产生油膜。油可在离心分离器运转期间有利地连续供应至分离空间。除了洞察到为了达到期望的效果(即产生油膜)存在要供应的油量的下限，发明者还意识到还存在上限。如果太多的油被供应至分离空间，油将污染已净化的气体。因此，发明者已认识到要达到一个平衡，即油量要设计在这些界限内。

这样的油膜将在内壁表面上流动并由此防止烟灰和其他杂质阻塞和卡在内壁表面，并因此防止在离心分离器的内部零件上形成块。只要维持上面描述的平衡，气体更可靠和更高效的分离将因此被保证。因此，供应的油太多将会污染已净化的空气并导致不可靠和低效率的分离。

根据本发明的实施例，供油装置被设置为向旋转气体体积供应油，以旋转油并将旋转的油带到内壁表面。旋转气体体积因此将有助于油膜在内壁表面上的形成和流动。

根据本发明的另一实施例，供油装置包括具有孔径的入口喷嘴。这样的入口喷嘴可形成用于要供应的油的节流部件。

入口可相对孔径来设计尺寸以允许供应适当量的油，特别是关于曲轴箱和分离速度之间的压差以及离心分离器的转速。技术人员应当将孔设计尺寸使得产生足够的油膜。但是没有如此多的量使得已净化的气体将被供应的太多油所污染。该设计尺寸可通过标准的测试程序(所谓的试错程序)获得。将会影响用于在内壁表面上产生油膜的油的适当流率的重要因素是离心分离器的实际尺寸。因此，更大的分离器需要更多的油，这影响孔的大小。另一个因素是油出口的构造，即它可以从分离空间以足够的速率排出油。分离和排出的油的量也将取决于要净化的污染气体的流率。此外，离心机转子的转速也将影响排出速率，并且更多气体大体将需要更高的转子速度以给出增加量气体的充分分离。更高的转子速度在大多数情况下将在围绕转子的分离空间中与曲轴箱中相比给出更高的压力，并且在围绕转子的分离空间中更高的压力便于油从分离空间的排出。

根据本发明另一个实施例，气体出口通道设置在第一端部，且入口喷嘴设置在相对的第二端部。采用这样的布置，保证了供应至分离空间的油不会与离开分离空间的净化气体混合。另一个效果是当围绕离心机转子的旋转气体沿着朝向气体出口的螺旋路径盘旋时，它将使油膜沿着内壁表面分布。

根据本发明另一个实施例，离心分离器包括收集空间，其容纳油(液体形式和油雾)并接纳心轴的第一端。收集空间可以设置在第一端部附近，优选地在气体出口通道下方。此外，收集空间可布置为收集在离心分离器运转期间从分离空间排出的油。

根据本发明另一个实施例，离心分离器包括内部通道，其在心轴内并沿着心轴延伸，并且被构造为从收集空间穿过内部通道且穿过设置在心轴的第二端处的入口喷嘴来运输油。采用这样的方案，收集空间中的油可以被利用和再循环，以在内壁表面上供应油膜。

根据本发明另一个实施例，孔径在3至5mm的范围内。孔径的这种大小已显示保证，至少在当油穿过心轴的内部通道运输并作为油雾穿过心轴第二端处的入口喷嘴供应至分离空间时的情况下，有充分量的油用于油膜的形成。优选地，孔径可在3.5至4.5mm的范围内，特别地大约4mm。

根据本发明另一个实施例，供油装置包括具有孔径的入口喷嘴，其中内部通道具有大于孔径的直径。有利地，内部通道的直径可在5至7mm的范围内。

根据本发明另一个实施例，入口喷嘴设置在轴承(诸如上轴承)内，其在第二端附接至心轴，其中油穿过轴承从入口喷嘴运送到分离空间。以这样的方式，到分离空间的油供应还可被利用来润滑轴承。

根据本发明另一个实施例，驱动部件包括涡轮机叶轮和涡轮机喷嘴。涡轮机叶轮在收集空间中设置在心轴上，涡轮机喷嘴设置在收集空间中，以对着涡轮机叶轮喷出油射流，从而旋转离心机转子。

根据本发明另一个实施例，入口喷嘴设置在固定壳体中并连接至用于向入口喷嘴供给油的外部管。入口喷嘴因此可以延伸穿过固定壳体，例如在第二端部。根据该实施例，油可以以3至6巴的压力供应。孔径那么可以是0.3至1.5mm。

根据本发明另一个实施例，驱动部件包括连接至心轴的电动机。这样的分离的驱动部件在某些情况下可能是有利的。驱动部件还可以包括呈气动马达或液压马达形式的这种分离马达。

根据本发明另一个实施例，驱动部件被构造为以6000至12000rpm的转速旋转离心机转子，优选地6000至10000rpm。

根据本发明另一个实施例，离心分离器以一种方式构造使得第二端部向上朝向。那么第一端部向下朝向，这意味着收集空间设置在离心分离器的下端。

根据本发明另一个实施例，供油装置适合于可连接至内燃机，用于供应来自内燃机的加压润滑油。由于该实施例，对于油的再循环不需要额外的设备。替代地，来自内燃机的加压润滑油用于向分离空间供应油并用于油膜的产生。当心轴由包括涡轮机叶轮的驱动部件旋转时，加压润滑油还可以用来驱动离心机转子。

附图说明

现在通过各个实施例的描述并参照依附于此的附图来更接近地解释本发明。

图1公开了根据本发明第一实施例的离心分离器的剖视图。

图2公开了根据本发明第二实施例的离心分离器的一部分的剖视图。

图3公开了根据本发明第三实施例的离心分离器的剖视图。

具体实施方式

图1公开了用于净化包含油的气体的离心分离器的第一实施例，该气体诸如为来自内燃机(未公开)的曲轴箱气体。图1还公开了压力控制阀，其设计成在内燃机的曲轴箱内使压力保持在安全范围内。

离心分离器包括固定壳体2，其限定在固定壳体2内的分离空间3。固定壳体2关于内燃机1固定。固定壳体2包括第一端部2a、相对的第二端部2b、以及设置在第一端部2a和第二端部2b之间并邻接它们的中间部2c。在公开的实施例中，第一端部2a在离心分离器运转期间形成下部，而第二端部2b形成上部。

固定壳体2具有面对分离空间3的内壁表面4。特别在这种情况下考虑的内壁表面4的主要部分是在第一端部2a和第二端部2b之间围绕分离空间3延伸的中间部分2c。

离心分离器还包括入口通道5、气体出口通道6和油出口7。入口通道5延伸到分离空间3并形成用于要净化的曲轴箱气体的入口。在公开的实施例中，入口通道5设置在第二端部2b并延伸穿过该端部。气体出口通道6设置为用于从分离空间3排出已净化气体。在公开的实施例中，气体出口通道6经由压力控制阀1设置在第一端部2a并延伸穿过该端部。设有油出口7用于从分离空间3排出分离的油。在公开的实施例中，油出口7设置在第一端部2a并延伸穿过该端部。

此外，离心分离器包括离心机转子9和驱动部件，该驱动部件设置为沿着绕旋转轴线x的旋转方向旋转离心机转子9以产生旋转气体体积。油因此通过离心力从曲轴箱气体分离。离心机转子9设置在分离空间3中并从第一端部2a延伸到第二端部2b。离心机转子包括心轴11和设置于心轴11上并由其承载的多个分离盘12a-12c。

多个分离盘(12a-12c)包括或由在第一端部2a附近并在心轴11的第一端11a附近的第一分离盘12a、在第二端部2b附近并在心轴11的第二端11b附近的第二分离盘12b、以及设置在第一分离盘12a和第二分离盘12b之间的多个中间分离盘12c组成。

心轴11由在第二端11b的轴承13以及在第一端11a的附加轴承14支撑。

分离盘12a-12c从心轴11向外延伸。在公开的实施例中，分离盘12a-12c中的每个具有截头圆锥形的形状。分离盘12a-12c朝向为使得分离盘12a-12c的截头圆锥形形状指向第一端部2a。

根据第一实施例的离心分离器包括容纳油并接纳心轴11的第一端11a的收集空间15。收集空间15设置在心轴的第二端11b并在气体出口通道6的下方。分隔壁16将收集空间15从分离空间3界定开。附加轴承14设置为与收集空间15相连，并因此被从分离空间排出到收集空间中的油润滑。

内部通道17在心轴11内并沿着心轴11从第一端处11a的开口延伸到第二端11b，并且穿过设置在心轴11的第二端11b且在第二端部2b处的入口喷嘴18。

离心分离器还包括供油装置，其被构造为以一种方式向分离空间3供应一定量的油，使得在离心分离器的运转期间在内壁表面4上产生流动的油膜。在第一实施例中，供油装置包括内部通道17和入口喷嘴18，其允许从收集空间15穿过内部通道17并穿过入口喷嘴18运输油。

入口喷嘴18具有孔径d，其在3至5mm的范围内，优选地在3.5至4.5mm的范围内，比如4mm。内部通道17具有大于孔径d的直径D。入口喷嘴18将因此作为用于流经内部通道17的油的节流部件运转。内部通道17的直径D可在5至7mm的范围内。

如图1和2中可见，入口喷嘴18设置在心轴11的第二端11b、离第二端11b的端面较小距离处。

此外，如图1和2中可见，入口喷嘴18设置在轴承13内，该轴承13在第二端11b附接至心轴11。罩部件19设置在第二端11b外面，其封闭在内部通道17和入口喷嘴18外面的空间。

在公开的实施例中，罩部件19也设置为在固定壳体2中支撑轴承13。

在第一实施例中，驱动部件包括涡轮机叶轮22和涡轮机喷嘴23。涡轮机叶轮22在第一端11a附接至心轴11并设置在收集空间15内，在包含于收集空间15内的油的水平面24上方。涡轮机喷嘴23设置在收集空间15内，以对着涡轮机叶轮22喷出油射流，从而旋转离心机转子9。

在第一实施例的离心分离器的运转期间，油被供给至涡轮机喷嘴23朝向涡轮机叶轮22，以使心轴11和离心机转子9在固定壳体中以例如6000至12000rpm的转速旋转，诸如6000至10000rpm。当油射流碰撞涡轮机时，在收集空间15内形成油雾。油将在收集空间15内收集直至水平面24。容纳于在水平面24上方的收集空间内的油雾在运转期间将连续地吸入到心轴11的内部通道17中，并运送到和穿过入口喷嘴18。油由罩部件19从入口喷嘴18引导并运送穿过轴承13且到分离空间3。油随后将被供应至第二分离盘12b，并可供应至相邻中间盘12c中的一个或更多。油因此被引入到旋转气体体积，并通过离心力而向外带给内壁表面4。由于旋转气体体积，油的旋转运动将在内壁表面4上继续，使得在内壁表面4上产生流动的油膜。在公开的实施例中，由于气体朝着气体出口通道6流动，以及由于当离心分离器如图1至3所示取向、旋转轴线x竖直地指向时作用在油上的重力，油膜将还会向下移动。

申请人已执行实验来验证本发明的功能。这些实验显示，采用6000至12000rpm的转速和3至5mm的孔径，供应至分离空间4的油的量可在内壁表面4上产生流动的油膜，并同时保护曲轴箱气体的高效净化，即，在已净化的气体中没有或只有无关紧要的油量。

实验是在实验室中采用离心分离器进行的，但是离心分离器适合于与用于标准货车的种类的内燃机一起使用。标准货车或重型道路车辆将通常装备具有5至16公升的范围内大小的柴油机。

在第一实施例中，入口喷嘴18由喷嘴部件形成，该喷嘴部件在心轴11的第二端11b处插入内部通道17中。这样的喷嘴部件可以是可替换的。

图2涉及第二实施例，其与第一实施例的不同仅仅在于入口喷嘴18作为心轴11的一体部分而形成。这样的入口喷嘴可以通过心轴11的机加工而形成。

图3示出第三实施例，其与第一和第二实施例的不同在于入口喷嘴18设置在固定壳体2中并连接到用于向入口喷嘴18供给油(例如通过泵26)的外部管25。泵26可以唯一地布置并适合于将油泵送到入口喷嘴18，或者它还可以是燃烧发动机的润滑油泵。入口喷嘴18在第三实施例中也设置在第二端部2b，使得油膜可以沿着内壁表面4的全体或主要部分流动。

在第三实施例中，入口喷嘴18的孔径在0.3至1.5mm，优选地是0.4至1.0mm，例如0.5mm。油随后可以以3至6巴的压力供应至入口喷嘴18。

此外，在第三实施例中，驱动部件被分离的马达取代，并且包括分离的马达，例如电动机27，其连接至心轴11用于旋转心轴和离心机转子9。分离的马达可以备选地包括分离的气动马达或分离的液压马达。心轴11和离心机转子9还可由内燃机的曲轴驱动。

本发明并不限于公开的实施例，并且可在所附权利要求的范围内变化和修改。

Claims (14)

1.一种用于净化来自内燃机的包含油的曲轴箱气体的离心分离器，其中所述离心分离器包括：

固定壳体(2)，其限定分离空间(3)并包括第一端部(2a)和相对的第二端部(2b)，其中所述固定壳体(2)具有面对所述分离空间(3)的内壁表面(4)，

入口通道(5)，其延伸至所述分离空间(3)并形成用于待净化的所述气体的入口，

离心机转子(9)，其设置在所述分离空间(3)中并从所述第一端部(2a)延伸至所述第二端部(2b)，其中所述离心机转子(9)包括心轴(11)和由所述心轴(11)承载的多个分离盘(12a-12c)，

驱动部件，其设置为沿着绕旋转轴线(x)的旋转方向旋转所述离心机转子(9)，以产生旋转气体体积，由此油通过离心力从所述气体分离，

气体出口通道(6)，其用于从所述分离空间(3)排出已净化气体，

油出口(7)，其用于从所述分离空间(3)排出所述油，以及

供油装置，

其特征在于，所述供油装置被构造为向所述分离空间(3)供应一定量的油，使得在所述离心分离器的运转期间在所述内壁表面(4)上产生流动的油膜；

所述供油装置包括具有孔径(d)的入口喷嘴(18)；

所述入口喷嘴(18)设置在所述固定壳体(2)中，并且连接至用于向所述入口喷嘴(18)供给油的外部管(25)。

2.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述供油装置设置为向所述旋转气体体积供应所述油，以旋转所述油并将旋转的油带到所述内壁表面(4)。

3.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述气体出口通道(6)设置在所述第一端部(2a)，且所述入口喷嘴(18)设置在所述相对的第二端部(2b)。

4.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括收集空间(15 )，其容纳油并接纳所述心轴(11)的第一端(11a)。

5.根据权利要求4所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括内部通道(17)，其在所述心轴(11)内并沿着所述心轴(11)延伸，并且被构造为从所述收集空间(15 )穿过所述内部通道(17 )而运输油。

6.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述孔径(d)在3至5mm的范围内。

7.根据权利要求6所述的离心分离器，其特征在于，所述孔径(d)在3.5至4.5mm的范围内。

8.根据权利要求5所述的离心分离器，其特征在于，所述内部通道(17)具有大于所述孔径(d)的直径(D)。

9.根据权利要求8所述的离心分离器，其特征在于，所述内部通道(17)的所述直径(D)在5至7mm的范围内。

10.根据权利要求4所述的离心分离器，其特征在于，所述驱动部件包括在所述收集空间(15)中设置于所述心轴(11)上的涡轮机叶轮(22)、以及涡轮机喷嘴(23)，所述涡轮机喷嘴(23)设置在所述收集空间(15)中，以对着所述涡轮机叶轮(22)喷出油射流，从而旋转所述离心机转子(9)。

11.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述驱动部件包括连接至所述心轴(11)的电动机(26)。

12.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述驱动部件被构造为以6000至12000rpm的转速旋转所述离心机转子。

13.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器构造成使得所述第二端部(2b)向上朝向。

14.根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，所述供油装置适合于可连接至所述内燃机，以用于供应来自所述内燃机的加压润滑油。