CN106457264A - 离心分离器 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种构造成用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体的离心分离器。离心分离器包括可旋转地布置在静止壳体内的转子。静止壳体包括用于曲轴箱气体的入口、气体出口和液体出口。转子包括分离盘(5)的堆叠，分离盘(5)的堆叠中的各个分离盘(5)具有中心轴线(x)、内表面(22)和外表面(24)。周向内端面(26)在内表面(22)与外表面(24)之间延伸。分离盘(5)的堆叠中的至少一个分离盘(5)的周向内端面(26)包括与中心轴线(x)成至少20度的角度(α)延伸的大致平的第一表面部分(28)。

Description

离心分离器
技术领域
本发明涉及一种用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体的离心分离器。
背景
来自内燃机的曲轴箱气体从相关的燃烧发动机的曲轴箱排放。曲轴箱可以以环境友好的方式处理，而不是排放到大气中。存在不允许来自某些类型的燃烧发动机的曲轴箱气体排放到大气的一些法律法规要求。
曲轴箱气体可尤其包括泄漏气体、油、其它液态烃、烟灰和其它固体燃烧残余物。为了适当地处理曲轴箱气体，气体与油、烟灰和其它残余物分离。分离的气体可引导到燃烧发动机的进气口，且油可引导回燃烧发动机的油槽，例如，经由用于从油除去烟灰和其它固体残余物的滤油器。
US 7875098公开了用于清洁曲轴箱气体的离心分离器。该离心分离器包括限定内部空间、心轴和旋转部件的静止壳，旋转部件附接到心轴且布置成围绕旋转轴线旋转。旋转部件包括设在内部空间中的多个截头圆锥分离盘。
离心分离器的分开的盘或分离盘布置成在分离盘之间带有小间隙的盘堆叠。在曲轴箱气体的分离的情况中，曲轴箱气体的重组分(诸如油和烟灰)在它们朝盘堆叠的外周沿分离盘行进时，相对于分离盘的内表面被推动，且形成微滴。微滴被抛到离心分离器的壳体的内壁上，且经由油出口引导出离心分离器。清洁的曲轴箱气体经由气体出口引导出离心分离器。
在大量烟灰和粘性颗粒在燃烧发动机中产生时，例如，由于高EGR(排出气体再循环)或由于相关燃烧发动机的磨损，用于曲轴箱气体的离心分离器的盘堆叠中的分离盘之间的小间隙在某些情形中可能阻塞。具体而言，在分离盘的内圆周处，烟灰和/或其它固体燃烧残余物可与油和/或其它烃累积在一起。因此，可阻止燃烧气体进入盘堆叠中的分离盘之间的间隙。于是，离心分离器的分离性能可降低。
概要
本发明的目的在于防止烟灰和其它固体燃烧残余物累积在用于清洁曲轴箱气体的离心分离器的分离盘的内圆周处。
根据本发明的一个方面，该目的通过构造成用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体的离心分离器实现，离心分离器包括静止壳体，以及布置在静止壳体内的转子组件。静止壳体包括用于曲轴箱气体的入口、气体出口和液体出口。转子包括分离盘的堆叠，分离盘的堆叠中的各个分离盘具有中心轴线，以及包括内表面和外表面的截头圆锥形状。周向内端面在内表面与外表面之间延伸。分离盘的堆叠中的至少一个分离盘的周向内端面包括与中心轴线成至少20度的角度延伸的大致平的第一表面部分。
此外，分离盘的堆叠布置成使得周向内端面在形成于盘堆叠中的盘之间的间隙上游。这意味着给送到分离器的曲轴箱气体在盘堆叠中的盘之间引导之前接触到周向内端面。
由于至少一个分离盘的周向内端面的第一表面部分与中心轴线成至少20度的表面角度延伸，故避免了与中心轴线平行的表面，即，垂直于作用在离心分离器中的曲轴箱气体上的离心力的表面。因此，烟灰和其它固体燃烧残余物与油和/或其它烃一起将沿第一表面部分滑入相邻的分离盘间隙中。结果，实现了上述目的。
发明人发现，与分离盘的中心轴线成角度提供分离盘的周向内端面将防止烟灰和其它固体燃烧残余物累积在内端面上。由于成角度的内端面和作用于与烟灰和其它固体燃烧残余物混合的油和其它烃上的离心力，故内端面上的与烟灰和其它固体燃烧残余物混合的油和其它烃将沿内端面滑入分离盘之间的间隙中。
根据实施例，大致平的第一表面部分与中心轴线成至少30度的角度延伸，诸如与中心轴线成至少45度的角度，诸如与中心轴线成至少60度的角度，诸如与中心轴线成至少75度的角度。
内燃机可构造成用于推进车辆，或可为静止燃烧发动机，例如，用于驱动发电机来生成电能。离心分离器构造成将曲轴箱气体的重组分(诸如油、其它烃、烟灰和其它固体燃烧残余物)与曲轴箱气体的气体(诸如燃烧气体和空气)分离。间隙形成在盘堆叠中的分离盘之间。曲轴箱气体从盘堆叠的中心部分进入间隙。当转子与盘堆叠一起旋转时，重组分相对于分离盘的内表面被推动，且一般以微滴的形式朝盘堆叠的外周沿分离盘行进。微滴相对于静止壳体的内壁从盘堆叠推进。微滴累积在内壁上，且经由液体出口引导出离心分离器。清洁的曲轴箱气体经由气体出口引导出离心分离器。
根据实施例，至少一个分离盘的圆锥角限定在中心轴线与至少一个分离盘的内表面之间。在中心轴线与第一表面部分之间延伸的角度可指向与圆锥角相反的方向。以此方式，内端面上与烟灰和其它固体燃烧残余物混合的油和其它烃将朝至少一个分离盘的外表面的内端面滑动，且滑入分离盘之间的间隙中。
根据实施例，具有0.15mm的最大半径的边缘可在第一表面部分与内表面或外表面之间的过渡处形成在至少一个分离盘的径向内周处。以此方式，可避免该至少一个分离盘的内周处的任何较大的表面部分与中心轴线平行延伸。
根据实施例，分离盘的堆叠中的分离盘可由可注射模制的塑料材料制成。以此方式，分离盘可通过注射模制成本效益合算地制造。
根据实施例，至少一个分离盘可包括在内表面与外表面之间延伸的周向外端面。盘堆叠中的盘可布置成使得周向外端面在周向内端面的下游和径向外侧。周向外端面可包括与中心轴线大致平行延伸的大致平的第二表面部分。以此方式，相比外端面将与中心轴线大致成直角延伸的情况，该至少一个分离盘的内侧上可设有较大的盘面积。因此，可提供较大的分离面积。
根据实施例，至少一个分离盘的外表面可设有间隔元件，其构造成抵靠相邻分离盘的内表面，且构造成提供该至少一个分离盘与分离盘的堆叠中的相邻分离盘之间的间隔。以此方式，可提供相邻分离盘之间一致的间隙。
根据实施例，离心分离器可构造成将来自入口的曲轴箱气体引导到转子的中心部分中。以此方式，曲轴箱气体可通过转子的旋转从转子的中心部分"泵"入分离盘的堆叠中的分离盘之间的间隙中。因此，离心分离器可根据并流流动原理工作，其中气体在盘堆叠中从径向内部流至径向外部，这与根据逆流流动原理操作的分离器(其中气体在转子的外周处引导到离心转子中且朝转子的中心部分引导)相反。
根据实施例，转子可包括心轴，且离心分离器可包括构造成使心轴旋转的驱动布置。以此方式，转子可旋转。适合的驱动布置的示例为电动马达、气动马达、液压马达、由曲轴箱气体、油或其它液体驱动的涡轮，或连接到适合的旋转部分(诸如曲轴、泵或风扇)的传动布置。
在研究附图和以下详细描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
附图的简要描述
包括其特定特征和优点的本发明的各种方面将容易从在以下详细描述和附图中论述的示例性实施例中理解，在附图中：
图1示出了穿过根据实施例的离心分离器的截面，以及
图2a-图2c分别示出了穿过根据实施例的分离盘的堆叠的一部分的截面。
详细描述
现在将更完整地描述本发明的方面。相似的数字表示各处相似的元件。为了简明和/或清楚起见，将不一定详细描述公知的功能或结构。
图1示出了穿过根据实施例的离心分离器20的截面。离心分离器20构造成用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体。离心分离器20包括静止壳体1和可旋转地布置在静止壳体1内的转子4。静止壳体1限定内部空间2'。静止壳体1具有面向内部空间2'的内壁表面1a，以及向外面朝离心分离器20的周围环境的外壁表面1b。静止壳体1包括用于曲轴箱气体的入口13、用于清洁的气体的气体出口15，以及用于曲轴箱气体的重组分(诸如油和烟灰)的液体出口16。内部空间2'具有上端11和下端12。用于曲轴箱气体的入口13在上端11处穿过壳1延伸到内部空间2'中。在这些实施例中，气体出口15和液体出口16设在下端12附近。
转子4包括分离盘5的堆叠。分离盘的堆叠中的各个分离盘5具有中心轴线x，以及包括内表面和外表面的截头圆锥形状，见下文对图2a-图2c的参照。转子4包括心轴3。心轴3由轴承支承在两个轴承(上心轴轴承8和下心轴轴承9)中。离心分离器20包括构造成使心轴3旋转的驱动布置10。这些实施例中的驱动布置设在内部空间2'下方的分离空间2''中。驱动布置10包括涡轮10a，其由来自相关燃烧发动机的油驱动。因此，引起转子4在内部空间2'中旋转。本发明不限于图1中所示的驱动布置10，而是可为任何适合的驱动布置，如上文所论述的那样。
待清洁的曲轴箱气体通过入口13给送到离心分离器20中。离心分离器20构造成将来自入口13的曲轴箱气体引导到转子4的中心部分中。曲轴箱气体从中心部分引导到分离盘5之间的间隙中。当曲轴箱气体到达内部空间2'且由转子4引起旋转时，重组分将抵靠分离盘5，且借助于离心力，将从转子4的外周相对于静止壳体1的内壁表面1a抛出。以此方式清洁且因此大致完全除去重组分的气体然后在内部空间2'中向下传送且通过气体出口15离开。重组分在内壁表面1a上向下流入环形收集凹槽17且通过液体出口16流出。
图2a示出了穿过根据实施例的分离盘5的堆叠的一部分的截面。分离盘5的堆叠的该部分构造成形成离心分离器的转子4的一部分，该离心分离器构造成用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体。此离心分离器的分离盘的整个堆叠例如可包括20到150个分离盘。仅作为示例提及，分离盘5可具有大约100mm的直径、大约0.35mm(不包括任何间隔元件)的厚度，且相邻分离盘5之间的间隙可为大约0.3mm。分离盘的堆叠的各个分离盘5具有中心轴线x，以及包括内表面22和外表面24的截头圆锥形状。间隙形成在相邻的盘的内表面22与外表面24之间。
周向内端面26在内表面22与外表面24之间延伸。周向内端面(26)在形成于盘堆叠(5)中的盘之间的间隙上游。分离盘的堆叠中的至少一个分离盘5的周向内端面26包括与中心轴线x成至少20度的角度α延伸的大致平的第一表面部分28。因此，第一表面部分28与中心轴线x不平行，且因此，烟灰和其它颗粒将不会累积在内表面26上，因为它们将沿内表面部分滑入分离盘5之间的间隙中。分离盘的堆叠的各个分离盘5的周向内端面26可包括与中心轴线x成至少20度的角度α延伸的大致平的第一表面部分28。
至少一个分离盘5的圆锥角β限定在中心轴线x与至少一个分离盘5的内表面22之间。在中心轴线x与第一表面部分28之间延伸的角度α指向与圆锥角β相反的方向。在备选实施例中，圆锥角β可指向与在中心轴线x与第一表面部分28之间延伸的角度α相同的方向。显然，在此实施例中，角度α必须小于圆锥角β。在这些实施例中，圆锥角β为大约45度。在备选实施例中，圆锥角β可较小或较大。
具有0.15mm的最大半径的边缘30在第一表面部分28与内表面22之间的过渡处形成在至少一个分离盘5的径向内周处。在上文论述的备选实施例中，在角度α、β指向相同方向的情况下，具有0.15mm的最大半径的边缘30改为在第一表面部分30与外表面24之间的过渡处形成在至少一个分离盘5的径向内周处。边缘30可具有大大小于0.15mm的半径。边缘30甚至可为大致尖锐的。
至少一个分离盘5包括在该至少一个分离盘5的内表面22与外表面24之间延伸的周向外端面32。周向外端面32包括与中心轴线x大致平行延伸的大致平的第二表面部分34。分离盘的堆叠中的各个分离盘5的周向外端面26可包括大致平行于中心轴线x延伸的大致平的第二表面部分34。除上文论述的提供较大的分离区域之外，与中心轴线x大致平行延伸的大致平的第二表面部分34在通过注射模制产生分离盘5时也提供优点。
因此，分离盘5可由可注射模制的塑料材料制成，诸如聚酰胺66(PA66)、聚丙烯或其它适合的材料。分离盘5可在塑料材料中包括纤维材料，诸如玻璃纤维。当通过注射模制来制造分离盘5时，塑料材料注入到由阴半部和阳半部形成的模具中。为了确保分离盘的可靠生产，所需的是每个模制的分离盘在两个半部分离时保持在模具的同一半部中。与分离盘5的中心轴线x大致平行延伸的大致平的第二表面部分34形成在模具的阴半部中。第二表面部分的延伸可确保各个分离盘在模具的阴半部和阳半部分离时保持在模具的阴半部中。
至少一个分离盘5的外表面24设有间隔元件36，其构造成抵靠盘堆叠中的相邻分离盘5的内表面22。分离盘的堆叠中的各个分离盘5可设有此间隔元件36(图2a中未示出)，以提供堆叠中的相邻分离盘5之间的一致间隙。间隔元件36例如可具有矩形、正方形、圆形或椭圆形形状。除确保分离盘5之间的间隙之外，间隔元件36还在通过注射模制产生分离盘5时提供优点。由于间隔元件36设在外表面24上，故间隔元件36将形成在模具的阴半部中。因此，间隔元件36可与阴半部接合，且可确保各个分离盘5在模具的阴半部和阳半部分离时保持在阴半部中。
图2b和图2c分别示出了穿过根据实施例的分离盘5的堆叠的一部分的截面。再次，分离盘5的堆叠的该部分构造成形成离心分离器的转子的一部分，该离心分离器构造成用于清洁曲轴箱气体。这些实施例的分离盘5很类似于关于图2a论述的实施例的分离盘5。再次，周向内端面26在各个分离盘5的内表面22与外表面24之间延伸。分离盘的堆叠中的至少一个分离盘5的周向内端面26包括与中心轴线x成角度α延伸的大致平的第一表面部分28。
下文将论述与图2a的实施例的主要差异。
在图2b的实施例中，第一表面部分28与中心轴线x成至少45度的角度α延伸。因此，可提供比图2a的实施例中更陡的角度α。以此方式，烟灰和其它燃烧残余物可甚至更不易于累积在分离盘5的内圆周处。
在图2c的实施例中，第一表面部分28大致垂直于中心轴线x延伸。即，角度α为大致90度。以此方式，周向内端面26大致没有表面部分在内表面22与外表面24之间沿中心轴线x延伸。因此，在这些实施例中，未提供烟灰和其它燃烧残余物可累积的表面。
本发明不应当看作是限于本文阐述的实施例。本领域的技术人员将认识到，本文公开的实施例的不同特征可组合以产生不同于本文所述那些的实施例，而不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围。作为备选，分离盘5可由板状金属(诸如铝)制成。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，但许多不同变型、改型等将对于本领域的技术人员变得显而易见。因此，将理解的是，前文是各种示例性实施例的说明，且本发明仅由所附权利要求限定。
如本文使用的用语"包括了"或"包括"是开放的，且包括一个或多个指出的特征、元件、步骤、构件或功能，但并未排除一个或多个其它特征、元件、步骤、构件、功能或其组合的存在或增加。

Claims (10)

1.一种构造成用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体的离心分离器(20)，所述离心分离器(20)包括静止壳体(1)和可旋转地布置在所述静止壳体(1)内的转子(4)，其中所述静止壳体(1)包括用于曲轴箱气体的入口(13)、气体出口(15)和液体出口(16)，且其中所述转子(4)包括分离盘(5)的堆叠，分离盘(5)的所述堆叠中的各个分离盘(5)具有中心轴线(x)，以及包括内表面(22)和外表面(24)的截头圆锥形状，在所述内表面(22)与所述外表面(24)之间延伸的周向内端面(26)，其中分离盘(5)的所述堆叠布置成使得所述周向内端面(26)在形成于所述盘堆叠(5)中的盘之间的间隙的上游，
其特征在于，分离盘(5)的所述堆叠中的至少一个分离盘(5)的所述周向内端面(26)包括与所述中心轴线(x)成至少20度的角度(α)延伸的大致平的第一表面部分(28)。
2.根据权利要求1所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述第一表面部分(28)与所述中心轴线(x)成至少45度的角度(α)延伸。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述至少一个分离盘(5)的圆锥角(β)限定在所述中心轴线(x)与所述至少一个分离盘的内表面(22)之间，且其中在所述中心轴线(x)与所述第一表面部分(28)之间延伸的所述角度(α)指向与所述圆锥角(β)相反的方向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述第一表面部分(28)大致垂直于所述中心轴线(x)延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，具有0.15mm的最大半径的边缘(30)在所述第一表面部分(28)与所述内表面(22)或所述外表面(24)之间的过渡处形成在所述至少一个分离盘(5)的径向内周处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，分离盘(5)的所述堆叠中的分离盘(5)由可注射模制的塑料材料制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述至少一个分离盘(5)包括在所述内表面(22)与所述外表面(24)之间延伸的周向外端面(32)，其中所述周向外端面(32)包括与所述中心轴线(x)大致平行延伸的大致平的第二表面部分(34)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述至少一个分离盘(5)的外表面(24)设有间隔元件(36)，所述间隔元件构造成抵靠相邻分离盘(5)的内表面(22)，且构造成提供分离盘(5)的所述堆叠中的所述至少一个分离盘(5)与所述相邻分离盘(5)之间的间隔。
9.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述离心分离器(20)构造成将来自所述入口的曲轴箱气体引导到所述转子(4)的中心部分中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(20)，其特征在于，所述转子(4)包括心轴(3)，且其中所述离心分离器(20)包括构造成使所述心轴(3)旋转的驱动布置(10)。
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