CN104640636A - 具有带有至少一个反冲喷嘴的转子的自由射流离心机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自由射流离心机(1)，其带有：可转动地支承的转子(2)，其中，转子(2)具有至少一个反冲喷嘴(24)，从反冲喷嘴(24)中可喷出处于压力下的驱动流体，并且其中，转子(2)具有至少部分地在转子(2)的径向方向上伸延的至少一个输送通道(22)，通过其可为反冲喷嘴(24)输送驱动流体；和至少一个调节元件(3)，其调整用于驱动流体的、至反冲喷嘴(24)的通路截面或绕开反冲喷嘴(24)的、用于驱动流体的排出截面。根据本发明的自由射流离心机(1)的特征在于，调节元件(3)布置在转子(2)中并且可调整成通过在转子(2)转动时产生的离心力克服反作用力。
Description
技术领域
本发明涉及自由射流离心机(Freistrahlzentrifuge)，带有：可转动地支承的转子，其中，转子具有至少一个反冲喷嘴(Rückstoßdüse)，从其中可喷出处于压力下的驱动流体，并且其中，转子具有至少部分地在转子的径向方向上伸延的至少一个输送通道，可通过该输送通道为反冲喷嘴输送驱动流体；和至少一个调节元件，其调整用于驱动流体的、至反冲喷嘴的通路截面或绕开反冲喷嘴的、用于驱动流体的排出截面(Absteuerquerschnitt)。
背景技术
由文献DE 10 2008 013 465 A1已知开头提及的类型的自由射流离心机。对于用于净化润滑油的该离心机，在离心机壳体中布置有可通过驱动流体取决于其压力调整的阀门，其首先用于切换空气流以便在流体从转子中离开之后支持从壳体中导出流体，并且作为附加的功能可调整用于驱动流体的、至反冲喷嘴的通路截面或绕开反冲喷嘴的、用于驱动流体的排出截面。在这种已知的离心机中看作不利的是，其并未满足必需的要求，因为取决于压力的调节并不充分。此外，技术花费相对很高，这在制造时得到提高的成本。
由文献DE 10 2007 054 922 A1已知一种用于从内燃机的曲轴箱通风气体中分离出油雾的分离器，带有气体净化室，在其中布置有呈盘状叠式件(Tellerstapel)的形式的可转动地支承的离心转子。转动驱动器布置在与气体净化室分开的驱动室中并且通过可利用内燃机的处于压力下的润滑油来供应的至少一个反冲喷嘴形成。为了在此避免由于过高的转速损坏离心转子，必须如此设计转动驱动器，即，在最大的润滑油压力的情况下并未超过最高的允许的转速。然而，由此在较低的压力的情况下(尤其在内燃机的正常运行中存在的润滑油压力的情况下)不期望地降低转动驱动器的功率，这影响分离器的效率。
文献DE 103 23 261 A1显示了一种用于内燃机的曲轴箱通风气体的离心式油分离器，带有具有驱动轴的转子，驱动轴通过机械的联结部与由内燃机的曲轴驱动的传动装置或集成到内燃机的流体管路中的液压的驱动器相连接。在此，可在一者为驱动轴与另一者为传动装置或液压的驱动器之间设置有可调节的联结器以用于控制离心式油分离器的转子的转速。在此看作不利的是，尤其在使用可调节的联结部的情况下用于驱动转子的很高的技术上的花费，这导致相应很高的制造成本。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供开头提及的类型的自由射流离心机，在其中，利用技术上相对简单和可靠的方法实现防止转子的过高的有害的转速的很高的可靠性，其中，同时保证自由射流离心机的很高的效率。
根据本发明，该目的的解决方案利用开头提及的类型的自由射流离心机实现，其特征在于，调节元件布置在转子中并且可调整成通过转子转动时产生的离心力克服反作用力。
在根据本发明的自由射流离心机中，有利地直接利用转子的转动和由此引起的、作用到调节元件上的离心力，其用于调整调节元件且因此用于改变至少一个反冲喷嘴的驱动功率。在转子达到过高的且因此有害的转速之前，通过调节元件或者使用于驱动流体的、至反冲喷嘴的流截面充分变小，或者使用于驱动流体的、绕开通过反冲喷嘴的排出截面流截面充分变大。在此，调节元件可在技术上简单地来实施且尤其不需要昂贵的主动操纵的元件。即使在驱动流体的很高的压力的情况下，其在其他情况下导致转子的超额转速，转子转速保持在无害的范围中。同时可无问题地如此设计转动驱动器，即，已经在驱动流体的相对很低的压力的情况下实现转子的相对很高的、尽可能接近最大允许的转速的运动转速，这对于离心机的效率是有利的。
在本发明的另一设计方案中提出，调节元件布置在输送通道的基本上沿径向伸延的部分中，并且在其在输送通道之内的位置方面可调整成以减小用于驱动流体的、至反冲喷嘴的通路截面或增大绕开反冲喷嘴的、用于驱动流体的排出截面的方式通过在转子转动时产生的离心力克服反作用力。通过将调节元件布置在输送通道本身中不需要用于安置调节元件的附加的结构空间，这允许节省空间的结构方式。
在自由射流离心机的在结构方面特别简单且仍然非常起作用的设计方案中设置成，反冲喷嘴的喷嘴通道从输送通道的内围始于其沿径向外部的端部处或始于其沿径向外部的端部附近，并且调节元件是布置在输送通道中的并且支撑在输送通道的沿径向外部的端部处的、可通过在转子转动时产生的离心力压合的螺旋弹簧，其外径相应于输送通道的内径减去足够的活动间隙。在该设计方案中，螺旋弹簧同时形成调节元件和产生反作用力的元件。在螺旋弹簧由于随着渐增的转速提升的离心力压合时，弹簧的彼此相邻的回旋圈彼此靠近，由此使得用于驱动流体从输送通道(即，从螺旋弹簧的内部)进入到喷嘴通道中的通路截面变小。调节元件的调节特性在此可通过合适地选择螺旋弹簧的弹簧常数适当地进行调节。
为了可在最后说明的自由射流离心机中在更大的范围中影响调节元件的调节特性，提出在螺旋弹簧的沿径向内部的端部处布置有可在输送通道中在其纵向方向上运动的、对于驱动流体是可穿透的重量体(Gewichtkörper)。利用该重量体可增大作用到螺旋弹簧上的离心力，这使得能够使用更强劲且因此更不敏感的螺旋弹簧。为此，可通过合适地选择重量体的质量以期望的方式附加地影响调节元件的调节特性。
优选地，重量体是柱状的套管，其外径相应于输送通道的内径减去足够的活动间隙。在此，重量体可如螺旋弹簧那样在没有改变输送通道的情况下安置在其中。在基体的区域中减小输送通道的自由截面在套管的足够大的保留的自由内径的情况下并未干扰性地发生作用。在需要时还存在这样的可能性，即，为输送通道在在离心机的运行中重量体在其中运动的区域中构造有更大的截面，以便实现套管的更大的自由的内截面。
为了提供用于影响呈螺旋弹簧的形式的调节元件的调节特性的另一可行性方案，提出螺旋弹簧在其纵向方向上来看具有带有减少的回旋圈节距的至少一个区段。在带有减少的回旋圈节距的区段中，弹簧每长度单元的质量增大，从而在预定的弹簧长度和转子转速的情况下实现增大的离心力。如果备选地应引起使离心力变小，螺旋弹簧可具有带有增大的回旋圈节距的至少一个区段，这在输送通道中提供弹簧的不变地很大的引导长度，或简单地使之变短。
一优选的改进方案设置成，螺旋弹簧的带有减少的回旋圈节距的区段位于其纵向中部。因此，弹簧是对称的，并且弹簧以哪种取向安装到输送通道中并不重要，这避免了装配错误。
备选地或补充地，存在这样的可能性，螺旋弹簧的带有减少的回旋圈节距的区段相应处在其端部处。在此弹簧同样是对称的并且其安装方向是随意的。在此可注意到的是，螺旋弹簧的带有减少的回旋圈节距的沿径向外部的区段在其放松的状态中就没有盖住喷嘴通道。因此，其与输送通道的支路应在此适宜地与螺旋弹簧的沿径向外部的端部带有间距，其大于带有减少的回旋圈节距的区段的长度。
根据本发明的自由射流离心机的另一设计方案设置成，螺旋弹簧具有弹簧常数并且必要时重量体具有质量，其如此测定，即，只有在转子的最大允许的转速的情况下螺旋弹簧的回旋圈彼此贴靠。以便保证在技术上必要时非常快速地完全或至少几乎完全切断一个或多个反冲喷嘴的驱动功率，因为在螺旋弹簧的回旋圈的彼此贴靠的状态中，实际上驱动流体不可或仅仅恰好非常少的驱动流体可从输送通道中流到喷嘴通道中。
尤其为了保证可靠的功能且为了固定调节元件在输送通道中的位置设置成，设置有止挡，其向内限制调节元件或重量体在输送通道中在转子的径向方向上的运动路径。因此，与自由射流离心机和其转子的安装位置无关地始终保证将调节元件和必要时重量体保持在输送通道中。
螺旋弹簧优选地为由弹簧钢制成的弹簧，以便保证持久可靠的和安全的功能。此外，此类弹簧对很高的温度和在实践中通常使用的驱动流体的化学影响不敏感。在要求不那么高的使用条件的情况下，尤其在更低的温度的情况下，还可使用由塑料构成的弹簧。
优选地，根据本发明的自由射流离心机构造为润滑油离心机或离心分离器以用于为尤其曲轴箱通风气体去油。在此，进一步优选地是根据本发明的自由射流离心机设置成使用在机动车(尤其客车和卡车)的内燃机处。其他可行的应用示例是热电站和单岸式发电站(Blockkraftwerk)、农用机械和工程机械(路面外的应用)和铁路车辆。
附图说明
下面借助附图阐述本发明的实施例。其中：
图1以纵截面在第一实施方案中显示了带有转子的自由射流离心机，转子带有驱动件和集污件，
图2至图4相应以纵截面在三种不同的运行状态中显示了图1的自由射流离心机的驱动件，
图5以纵截面在第二实施方案中显示了带有转子的自由射流离心机，以及
图6以放大的图示显示了图5的细节Ⅵ。
具体实施方式
图1的图示以纵截面显示了完整的自由射流离心机1，其中，在此离心机1例如设计成净化内燃机的润滑油。自由射流离心机1具有壳体10，其在上侧由可拧开的罩盖11封闭。
在壳体10中围绕转动轴线26可转动地支承有转子2。转子2的上部部分由集污件25形成。驱动件20用于驱动转子2。
在取下罩盖11之后，集污件25可以已知的方式从驱动件20向上拔出且对其进行清除以及通过干净的集污件25替换。
驱动件20具有两个反冲喷嘴24，其中，在根据图1的截面中仅仅右边的反冲喷嘴24可见。可从中央通道21为两个反冲喷嘴24相应通过输送通道22和喷嘴通道23输送驱动流体，例如相关的内燃机的处于压力下的润滑油。在此，输送通道22至少部分地在径向方向上或在具有径向分量的方向上(在此，倾斜向外和向下)伸延。而喷嘴通道23和反冲喷嘴24近似垂直于输送通道22在基本上相切的方向上伸延。通过以很高的速度离开反冲喷嘴24的驱动流体的反冲力将转子2置于快速的转动中，在实践中，转速例如直至约10000 l/min。
为了避免由于转子2的过高的转速破坏转子2和自由射流离心机1的其他零件，为转子关联有调节元件3。调节元件3在此相应以螺旋弹簧30的形式来实施，其布置在相应的输送通道22之内。在此如此选择螺旋弹簧30的外径，即，螺旋弹簧尽可能地靠近输送通道22的内表面伸延，但在其纵向方向上具有足够的活动间隙。在此，螺旋弹簧30的沿径向外部的端部相应支撑在输送通道22的在径向方向上闭合的沿径向外部的端部处。在每个螺旋弹簧30的沿径向内部的端部处布置有呈柱状套管的形式的重量体31，其可如螺旋弹簧30一样在输送通道22的轴向方向上在输送通道22中在其纵向方向上运动。沿径向向内对两个重量体31通过止挡32在其运动方面进行限制。止挡32在此由同轴于中央通道21伸延的套管形成，其下边缘少许地伸入到输送通道22的截面中。
喷嘴通道23从每个输送通道22在其沿径向外部的端部近旁垂直地分支，在喷嘴通道23的外部的端部处相应布置有反冲喷嘴24中的一个。
在图1中显示的状态中，自由射流离心机1的转子2静止，从而现在螺旋弹簧30将相应相关的重量体31在径向方向上向内压向止挡32。
还在根据图2的断面中以放大的图示借助仅仅驱动件20显示了该状态，其中，转子2静止。重量体31在调节元件3的螺旋弹簧30的负荷的作用下贴靠在止挡32处。因此，螺旋弹簧30的单独的回旋圈彼此处在最大可行的轴向间距中。一旦现在通过中央通道21输送处于压力下的驱动流体，驱动流体的子流相应流动通过套管状的重量体31并且相应进一步经过输送通道22流动至相应的喷嘴通道23和布置在后面的反冲喷嘴24并且从反冲喷嘴24中以很高的速度离开，由此引起转子2围绕转动轴线26的旋转。在这种情况下，驱动流体从输送通道22流入到喷嘴通道23中并未受到调节元件3限制。
在图3中以与在图2中相同的图示显示了第二运行状态，在其中，驱动件20已经达到一定的转速。由于产生的离心力，驱动件20(和在此未示出的转子2)的转动引起相应通过重量体31支持地使螺旋弹簧30在径向方向上向外压合。因此，螺旋弹簧30的单独的回旋圈在输送通道22的轴向方向上来看被彼此带到更小的间距上。这减小了用于驱动流体从输送通道22进入到相应相关的喷嘴通道23中的自由的通路截面，因为自由的通路截面由螺旋弹簧30的回旋圈彼此的间距确定。
在图4中再次以和在图2和3中相同的图示显示了一运行状态，当驱动件20(和转子2)已经达到最大允许的转速时，出现该运行状态。由于现在还要更大的离心力，调节元件3的两个螺旋弹簧30通过重量体31的力支持的方式在如此程度上受到挤压，即，螺旋弹簧30的单独的回旋圈彼此处在止挡上。以这种方式适用地截断驱动流体从输送通道22流入喷嘴通道23。由此非常块且有效地切断或至少非常明显地降低驱动件20的驱动功率，这可靠地保证驱动件20和转子2没有到达有害地很高的转速。
在图5和6的图示中示出了自由射流离心机1的另一实施例，在图5中完整地示出了自由射流离心机1，而在图6中示出了图5的放大的细节Ⅵ。在此，为了提供影响呈螺旋弹簧30的形式的调节元件3的调节特性的其他可能性，螺旋弹簧30在其纵向方向上来看具有带有减少的回旋圈节距的至少一个区段30'。在带有减少的回旋圈节距的区段30'中，螺旋弹簧30每长度单元的质量增加，从而在预定的弹簧长度和转子转速的情况下实现增大的离心力且进而实现改变的调节特性。
螺旋弹簧30的带有减少的回旋圈节距的区段30'在此处在其长度中部中。因此，弹簧30是对称的，从而弹簧30以哪种取向安装到输送通道22中是随便的，这避免了装配错误。
附加地，在此相应在螺旋弹簧30的端部处存在螺旋弹簧30的带有减少的回旋圈节距的区段30"。在此，螺旋弹簧30保持对称并且其安装方向是随意的。螺旋弹簧30的带有减少的回旋圈节距的沿径向外部的区段30"相比于处在螺旋弹簧30的长度中部的、变小的回旋圈节距的区段30'实施得更短，以便并未在螺旋弹簧30的放松的状态中就盖住或阻塞在输送通道22的端部区域中从该端部区域分支的喷嘴通道23。因此，喷嘴通道23与输送通道22的支路在此与螺旋弹簧30的沿径向外部的端部带有间距，其大于带有减少的回旋圈节距的在此的区段30"的长度。
回旋圈节距可在区段30'、30"中如此程度地变小，即，螺旋弹簧30的彼此相邻的回旋圈就在其放松的状态中彼此贴靠。
在自由射流离心机1的第二实施例中并不存在如在第一实施例中设置的那样的单独的重量体31；其功能由螺旋弹簧30的变小的回旋圈节距的一个或多个区段30'、30"承担。
还可设想自由射流离心机1的这样的实施方案，在其中，在特定的/每个输送通道22中不仅存在重量体31，而且存在螺旋弹簧30的变小的回旋圈节距的一个或多个区段30'、30"。
在图5和6中显示了在运行状态中的自由射流离心机1，其中，转子2静止，其中，没有出现离心力，并且因此在输送通道22中的螺旋弹簧30以最大的长度和最大的回旋圈间距占据其放松的状态。
根据第二实施例的自由射流离心机1的构造和功能在其他方面相应于根据图1至4的第一实施例的构造和功能，对其说明进行参考。
因此，利用本发明在技术上实现相对简单且可节省空间地集成地以及在功能上高效且可靠地对自由射流离心机的转子进行转速限制。
本发明可用于实际上任意的自由射流离心机，即，其带有一件式的转子或盘式叠状转子(Tellerstapelrotor)。
参考标号列表
1 自由射流离心机
10 壳体
11 罩盖
2 转子
20 驱动件
21 中央通道
22 输送通道
23 喷嘴通道
24 反冲喷嘴
25 集污件
26 转动轴线
3 调节元件
30 螺旋弹簧
30',30" 带有减少的回旋圈节距的区段
31 重量体
32 止挡。
Claims (12)
1. 一种自由射流离心机(1)，带有：可转动地支承的转子(2)，其中，所述转子(2)具有至少一个反冲喷嘴(24)，可从反冲喷嘴(24)中喷出处于压力下的驱动流体，并且其中，所述转子(2)具有至少部分地在所述转子(2)的径向方向上伸延的至少一个输送通道(22)，可通过其为所述反冲喷嘴(24)输送驱动流体；和至少一个调节元件(3)，其调整用于驱动流体的、至所述反冲喷嘴(24)的通路截面或绕开所述反冲喷嘴(24)的、用于驱动流体的排出截面，其特征在于，所述调节元件(3)布置在所述转子(2)中并且可调整成通过在转动所述转子(2)时产生的离心力克服反作用力。
2. 根据权利要求1所述的自由射流离心机，其特征在于，所述调节元件(3)布置在所述输送通道(22)的基本上沿径向伸延的部分中，并且可在其在所述输送通道(22)之内的位置方面以减小用于驱动流体的、至所述反冲喷嘴(24)的通路截面或增大绕开所述反冲喷嘴(24)的、用于驱动流体的排出截面的方式调整成通过在转动所述转子(2)时产生的离心力克服反作用力。
3. 根据权利要求2所述的自由射流离心机，其特征在于，所述反冲喷嘴(24)的喷嘴通道(23)从所述输送通道(22)的内围始于其沿径向外部的端部处或其沿径向外部的端部附近，并且所述调节元件(3)为螺旋弹簧(30)，其布置在所述输送通道(22)中并且支撑在输送通道(22)的沿径向外部的端部处、可通过在转动所述转子(2)时产生的离心力压合，螺旋弹簧(30)的外径相应于所述输送通道(22)的内径减去足够的活动间隙。
4. 根据权利要求3所述的自由射流离心机，其特征在于，在所述螺旋弹簧(30)的沿径向内部的端部处布置有重量体(31)，其在所述输送通道(22)中可在其纵向方向上运动、对于驱动流体是可穿透的。
5. 根据权利要求4所述的自由射流离心机，其特征在于，所述重量体(31)是柱状的套管，其外径相应于输送通道(22)的内径减去足够的活动间隙。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的自由射流离心机，其特征在于，所述螺旋弹簧(30)在其纵向方向上来看具有带有减少的回旋圈节距的至少一个区段(30')。
7. 根据权利要求6所述的自由射流离心机，其特征在于，所述螺旋弹簧(30)的带有减少的回旋圈节距的区段(30')位于其纵向中部。
8. 根据权利要求6或7所述的自由射流离心机，其特征在于，所述螺旋弹簧(30)的带有减少的回旋圈节距的区段(30")相应处在其端部处。
9. 根据权利要求3至8中任一项所述的自由射流离心机，其特征在于，所述螺旋弹簧(30)具有弹簧常数且必要时所述重量体(31)具有质量，其如此测定，即，仅在所述转子(2)的最大允许的转速的情况下所述螺旋弹簧(30)的回旋圈彼此贴靠。
10. 根据权利要求2至9中任一项所述的自由射流离心机，其特征在于，设置有止挡(32)，其向内限制所述调节元件(3)或所述重量体(31)在所述输送通道(22)中在所述转子(2)的径向方向上的运动路径。
11. 根据权利要求3至10中任一项所述的自由射流离心机，其特征在于，所述螺旋弹簧(30)为由弹簧钢制成的弹簧。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的自由射流离心机，其特征在于，自由射流离心机构造为润滑油离心机或离心分离器以用于尤其曲轴箱通风气体的去油。
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