CN1131730C - 一种清洁气体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

涉及从气体中清除悬浮其中且比气体重的微粒，可使气体在静止的壳体(1)界定的空腔(2)中旋转，这样微粒在离心力作用下与气体分离，抛向静止的壳体。气体的转动是通过转动体(8)实现的。转动体包括一叠圆锥形的分离盘片(22)，盘片布置成互相同轴并与转动体的旋转轴(R)同心。待清洁的气体流过分离盘片之间的空隙，并同时进行转动。离心力作用下的微粒与分离盘片的内侧接触。与分离盘片内侧接触的气体首先沿分离盘片的母线移动，然后沿倾斜的导引件(26)移动，导引件设置成与所述内侧接触。导引件(26)收集在分离盘片的不同部分上移动的微粒，并传送到围绕分离盘片的周边分布的分离区。从这些分离区，具有成团或聚集形式的微粒离开分离区抛向静止的壳体(1)。

Description

一种清洁气体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在离心力的作用下从气体清除悬浮在气体中并比气体密度大的固体和液体微粒的方法和装置。本发明打算使用上述方法和装置清洁一种在内燃机中形成的所谓曲轴箱气体中的具有油和/或油烟形式的微粒。另外，该方法和装置还可以用在其它方面。
更具体地讲，本发明涉及以一种方式清洁气体，使气体通过静止的壳体界定的空腔，气体在空腔中通过保持围绕旋转轴转动的转动体来带动旋转，在后来出现的离心力作用下微粒从气体中分离，被抛向静止的壳体。
背景技术
以这种方式清洁气体的装置可通过德国专利DE 35 41 204 A1和DE 43 11 906 A1来了解，其介绍了如何清洁内燃机中的曲轴箱气体。
由此，德国专利DE 35 41 204 A1显示了这种类型的装置，其中转动体可作为汽轮机或泵的轮，可被从下面进入所述空腔的待清洁的气体推动进行转动。待清洁的气体流过汽轮机或泵的轮从其中心流到周边，在周边处离开汽轮机或泵的轮，气体转动速度与该轮的速度相同。微粒在离心力的作用下与空腔中转动的气体分离，清洁的气体通过上部的出口离开空腔。与气体分离的微粒沉积在空腔的环绕壁上，液体微粒在环绕壁上聚集，其后，液体向下流通过位于空腔底部的出口流出。
DE 43 11 906 A1显示了清洁曲轴箱气体的类似装置，其中，转动体可由来自内燃机的带压力的润滑油驱动，内燃机的曲轴箱气体将在这个装置中进行清洁。将传动润滑油输送到转动体的中心部分通过切线方向的距转动体的旋转轴一段距离的出口离开转动体。在这种情况中，转动体自身构成了清洁传动润滑油的装置，曲轴箱气体将通过空腔以便进行清洁，清洁的润滑油在空腔的底部释放并返回到内燃机的润滑油系统。曲轴箱气体轴向通过空腔内转动体和环绕的静止壳体之间限定的狭小空隙。在空隙中转动的气体与悬浮在其中的微粒脱离，这些微粒沉积到静止的壳体的内侧，在这里液体微粒聚集并形成液体，然后流向出口。
上面介绍的两个已知的清洁曲轴箱气体的装置当从流过的气体中分离微粒时效率相当低。
发明内容
本发明的目的主要是提出一种清洁气体尤其是曲轴箱气体的方法，该方法比上面介绍的气体清洁方法更加有效率。本发明建议对除了上面提到的清洁曲轴箱气体的方法外的某些以前就知道的技术加以利用和改进。因此根据前面所讲到的提出建议：
转动体围绕被静止的环绕壁界定的空腔中的旋转轴保持转动，转动体包括一叠圆锥形的分离盘片，所述盘片布置成互相同轴并与旋转轴同心；所述转动体设置了径向外周边。
待清洁的气体从气体入口流过分离盘片之间形成的空隙到达距转动体的转动轴不同距离的气体出口，所述气体与所述转动体一起转动，由此，所述微粒在后来的离心力作用下与所述分离盘片的内侧接触。和
由所述转动体的转动分离的微粒首先基本上沿所述分离盘片的母线与所述分离盘片接触朝所述周边移动一段距离，然后离开分离盘片抛向所述环绕壁。
这种技术早就知道，例如，从美国专利US-A-2,104,683和US-A-3,234,716。在各专利说明书中介绍了与圆锥形的分离盘片的内侧接触的微粒是如何通过离心力的作用朝分离盘片的周边移动的。
美国专利US-A-2,104,683介绍了(参考图2)在分离盘片的径向外部分区域内的微粒主要受到离心力的作用，基本上沿分离盘片的母线移动，即从转动体的旋转轴沿半径的直线路径抛出。由此，在分离盘片的径向内部分区域的微粒也在很大程度上受到流动气体的影响，因此，沿与这些母线成一个角度的方向移动。流动气体可以在分离盘片之间基本上自由地移动，可以采用由其它因数决定的流动方向，如气体进入分离盘片之间空隙的速度和转动的分离盘片影响的程度。
美国专利US-A-3,234,716介绍了(参考图3和4)在圆锥形分离盘片之间空隙的微粒是如何分离的。在与分离盘片的内侧接触之后，分离的微粒从转动体的旋转轴朝分离盘片的周边基本径向向外移动。
为了在早已知道技术的基础上提高分离效率，根据本发明提出下列建议：
与分离盘片接触基本上沿分离盘片的母线移动的分离微粒被捕捉，并与以类似的方式被捕捉的其它微粒一起沿与所述母线形成一个角度的路径进一步朝所述分离盘片的所述周边传送。
使所述分离的微粒离开所述路径并从所述分离盘片抛到沿各个分离盘片的周边互相相隔一段距离的限定区域内。
由此得到的改进是，与早已知道的技术相比，已经与气体分离的微粒提高了保持与气体分离的可能性，因此不会被高速流过空隙的气体重新带走，而微粒从转动体到达周围的静止环绕壁必须通过这个空隙。因此，微粒可通过导引或传导件进行收集，其后微粒在离心力的作用下朝分离盘片的周边进一步传送，同时聚成团或聚结成较大的微粒。聚成团或具有相对大的液滴形式的分离微粒然后抛向静止的环绕壁，进入沿分离盘片的周边分布的限定区域内。在这些区域之间的空间留给气体流进或流出分离盘片之间的空隙。
待清洁的气体可以从转动体的旋转轴离开或朝向旋转轴的方向在分离盘片之间流动。流动最好发生在离开旋转轴的方向，由于该流动然后将得到转动体抽吸气体作用的帮助。因此，不需要辅助的装置就可使气体流过转动的分离盘片之间的空隙。待清洁的气体最好通过限定在一叠分离盘片中心部分的入口空间传送到分离盘片之间的空隙，因而，清洁的气体离开该空隙到达所述空腔内围绕成叠的分离盘片的出口空间。
本发明还涉及从气体清除悬浮在气体中的微粒的装置。这种装置包括静止壳体，其界定了空腔并具有通到所述空腔的气体入口和离开所述空腔的气体出口；围绕旋转轴转动的转动体，可使待清洁的气体在空腔中转动。根据本发明的装置的特征在于：
所述转动体包括一叠圆锥形的分离盘片，所述分离盘片设置成互相同轴并与转动体的旋转轴同心，所述分离盘片互相之间形成空隙，以便气体流过。
至少一个第一流动空间在所述一叠分离盘片的中心部分形成，并与所述分离盘片之间的空隙的径向内部分连通。
至少一个第二流动空间在所述一叠分离盘片和所述静止的壳体之间形成，并与分离盘片之间的空隙的径向外部分连通。
所述第一流动空间与一个所述第二流动空间连通，所述第二流动空间分别与所述气体入口和气体出口连通，所述装置可以传送基本上所有的气体，气体是从所述气体入口输入到所述空腔，并穿过所述分离盘片之间的空隙。和
与各个圆锥形分离盘片的内侧接触或连接了细长导引件，各个导引件以与所述分离盘片的母线成一个角度从距所述转动体的旋转轴第一距离的点延伸到距所述转动体的旋转轴第二较大距离的点。各个所述分离盘片的导引件在所述分离盘片的周边附近终止，沿所述周边看去所述导引件是互相间隔开的。
分离盘片可以具有完全的或是截头的圆锥形式，在中心部设有一个大孔或多个小孔，供待清洁的气体或清洁的气体流通。分离盘片上的这些孔与分离盘片中心部分之间的空隙一起形成一个或多个位于一叠分离盘片的中心部分的入口空间或出口空间。出于前面已经给出的理由，位于一叠分离盘片中心的流动空间最好与入口连通。围绕分离盘片的流动空间最好与气体出口连通，这样待清洁的气体可以从转动体的旋转轴通过分离盘片之间的空隙流动。
在操作根据本发明的装置过程中，沉积在分离盘片的表面上的液体微粒将聚集成较大的液滴，当液滴到达所述导引件并沿导引件移动时将聚集成更大的液滴。离开分离盘片的液滴因而基本上要大于尚未清洁的气体中所含的液体微粒。即便沉积在分离盘片表面上的固体微粒也在从分离盘片的周边抛出之前积聚或聚集成很大的单元。
由于已经与分离盘片接触的微粒将主要沿分离盘片的母线移动，前面提到类型的导引件适合于围绕转动体的旋转轴分布并有延伸部分，可使得两个相邻导引件在距所述转动体的旋转轴不同距离的点越过分离盘片的同一母线。因此，可以假定基本上所有与分离盘片接触的微粒能够被导引件捕捉，在朝分离盘片的周边的路途上，微粒在这些导引件上与其它的微粒聚成团或聚集成较大的单元。
导引件有利地形成使导引件还可以用作相邻的分离盘片之间的间隔件。然后，各个导引件的延伸部分的全部或一部分可以跨接两个相邻分离盘片之间的全部距离。导引件或多或少还能够确定分离盘片之间流动的气体的流动方向。但是不能使所有或一部分导引件只跨接相邻分离盘片之间轴向距离的一部分。导引件最好牢固地连接到分离盘片上。
围绕转动体的静止的壳体最好具有位于空腔底部的出口，以便已经从污染的气体分离并沉积在空腔环绕壁上的液体或沉淀物利用。
在根据本发明的装置中，转动体可通过任何适当类型的驱动装置来驱动，如电力的、液压的、或气动的驱动马达。
附图说明
下面将参考附图对本发明进一步加以介绍。
图1显示根据本发明的装置的纵向剖视图；
图2显示沿图1的线II-II的剖视图。
具体实施方式
在附图1中，显示了根据本发明的装置的剖视图，装置可用于从气体中清除悬浮其中并比气体密度大的微粒。装置包括界定了空腔2的静止的壳体1。壳体形成了待清洁的气体通到空腔2的气体入口3，及清洁气体离开空腔2的气体出口4。壳体还形成了已经从气体分离微粒的离开空腔2的微粒出口5。
壳体1包括两部分，这两部分通过多个螺钉6连接在一起。这些螺钉6还适合于将壳体固定在某种弹性材料制成的悬挂件7上，通过悬挂件，壳体可支撑于支撑件(未显示)上。
在空腔2中设置了转动体8，可围绕垂直旋转轴R转动。还设置了马达9，如一个电动机，来转动转动体8。转动体8包括垂直延伸的中心轴10，其上部通过轴承11和轴承座12枢轴相交于壳体1，其下部通过轴承13和轴承座14枢轴相交于壳体1。轴承座14位于壳体1的气体入口3，因此设置了通孔15供待清洁的气体进入空腔2。
转动体8还包括上端壁16和下端壁17，两个端壁与中心轴10相连接。在下端壁17的中间部分设置了通孔18，因此转动体的内部可以与气体入口3连通。另外，下端壁17设置了环形的凸缘19，适合与轴承座14的类似的环形凸缘20相配合，使通过气体入口3进入的气体通过前面提到的孔18进入转动体8的内部。凸缘19和20可以互相完全密封，但是互相完全密封是不必要的。其原因将在后面解释。
下端壁17与中空的柱体21整体形成，柱体21从端壁17轴向向上延伸的并围绕中心轴10进行密封。柱体一直向上延伸到上端壁16。在柱体21的区域内，中心轴10是柱状的，出于成本的考虑最好是圆柱形的。柱体21的内部以与中心轴的外部相同的方式形成。柱体21的外侧具有非圆形的截面，如图2所示。
一叠圆锥形的分离盘片22设置在端壁16和17之间。各个分离盘片具有截头圆锥部分，在靠近柱体21的地方一体地设有平面部分23。如图2所示，平面部分可以与非圆的柱体21接合。另外，平面部分23设置了多个通孔24。与不同的分离盘片22上的孔是否互相轴向对齐无关，孔与分离盘片22的中心部分之间的空隙一起形成了在转动体8(见图1)中的中心入口空间25，入口空间25与气体入口3连通。
为了使附图更清楚，只显示了几个具有很大轴向空隙的分离盘片22。实际上，应有多一些的分离盘片设置在端壁16和17之间，因此在分离盘片之间形成较窄的空隙。
图2显示了在图1中面朝上的分离盘片22的侧面。后面该侧面称作分离盘片的内侧，由于其面向内，朝向转动体的旋转轴的方向。如图所示，分离盘片的内侧设置了多个细长的筋部26，其可作为一叠分离盘片中位于分离盘片和其上的分离盘片之间的间隔件。在两个分离盘片之间间隙中相邻筋部26之间形成了待清洁的气体使用的流动通道27。如图2所示，筋部26沿弯曲的路径延伸并至少在分离盘片的径向外圆周部分与分离盘片的母线形成一个角度。由于筋部26的弯曲形式，待清洁的气体使用的流动通道27也沿相应弯曲的路径延伸。筋部26最好跨越各个分离盘片的基本上整个圆锥部分延伸，并在分离盘片的径向外周边的附近终止。
环形空间28在壳体1中围绕转动体8并形成空腔2的一部分。
上面介绍的并在附图中显示的装置在从气体中清除悬浮的密度大于气体的微粒时通过下面的方式进行操作。在这种情况下，假定微粒有两种，即部分是固体如油烟微粒，部分是液体微粒如油微粒。
转动体8通过马达9保持转动。被微粒污染的气体从下面通过入口3被引导进入壳体1，并被进一步引导进入中心入口空间25。从此处气体通过分离盘片22之间的空隙流进和径向流出。
气体在分离盘片22之间流动的同时，转动体的转动带动气体转动。因此悬浮在气体中的微粒在离心力作用下朝分离盘片的内侧，即在图1中面朝上的分离盘片侧面，移动并与之接触。一旦与分离盘片接触，微粒将被留在那里，其后主要在离心力的作用下使微粒沿着分离盘片的母线径向向外移动。微粒沿这些母线的移动在图2中用箭头表示。
由于筋部26与分离盘片的母线形成一个角度，筋部将能够捕捉到与分离盘片接触朝其周边移动的微粒。捕捉到的微粒将进一步沿筋部26传送，因此将筋部26当作微粒的引导件。
分离的液体微粒在与分离盘片22接触移动的同时聚集成较大的微粒。当液体微粒进一步沿筋部26朝分离盘片的周边移动时发生进一步的聚集。后来的移动也是在离心力作用下发生。当液体微粒到达分离盘片的周边，聚集已经进展的很快，使液体以相对大的液滴形式抛离转动体。这些液滴碰到壳体1的环绕壁后，所形成的液体沿环绕壁向下流，通过微粒出口5排出。
所述液滴将离开分离盘片进入沿各个分离盘片的周边互相间隔一段距离的限定区域，即位于筋部26的径向外端的区域。
对于分离的固体，也是与分离盘片22接触并朝所述筋部26移动，以及进一步与这些筋部接触并朝分离盘片的径向最外的周边移动。微粒与液滴一起向着壳体1的环绕壁抛离转动体。在那里被向下流的液体包围到达并通过微粒出口5。
如图2所示，筋部6有定位和延伸部分，可使在同一分离盘片上的两个相邻筋部在距转动体的旋转轴不同距离处跨过分离盘片的同一个母线。换句话，如果从旋转轴看去，围绕旋转轴分布的筋部26相互部分重叠。这种重叠可在较大或较小的范围内，可使得与分离盘片的内侧接触的所有微粒基本上被这种弯曲的筋部捕捉，并被筋部进一步朝分离盘片的周边引导。
上面介绍的弯曲筋部26的功能的实现独立于转动体所选择的转动方向。筋部不必要如图2所示那样弯曲。关键的地方在于要与分离盘片的母线形成角度，而所形成的角度要使得已经被筋部捕捉的微粒可沿这些筋部引导到分离盘片的周边。对于固体微粒，微粒的引导角度必须根据各个特殊情况来考虑。
在相邻的分离盘片之间的空隙中的已经清除了微粒的气体通过位于前面提到的区域之间的空间离开间隙，在所述区域分离的微粒朝静止的壳体抛离分离盘片。清洁的气体通过气体出口4离开空腔2。由于转动体的转动，流过分离盘片之间空隙的气体将具有更高的压力。因此在围绕转动体1的空间28和在气体出口4的区域中的压力要高于中心空间25和气体入口3的区域中的压力。这意味着在凸缘19和20之间可能的泄漏不会有非常大的影响。未清洁的气体因此不会直接从气体入口3通过凸缘19和20之间流到气体出口4，但是，反而是一些清洁的气体将流回到中心空间25。
由于上面介绍的在分离盘片表面上特别接近于间隔件26处的微粒集中或聚成团，已经与气体分离的固体或液体材料将以微粒团或液滴的形式离开分离盘片，其尺寸之大使得被流过空间28的气体带出壳体1外的可能性不会很大。
所介绍和显示的装置具有很高的分离效率，只要能为装置的不同部分选择适当的材料就可以非常低的成本进行生产。因此大部分的装置部件可用塑料制造。除了螺钉和轴承，应当只是中心轴10最好用金属制造。
如已经提到的，转动体的下端壁17和柱体21适宜用塑料整体制造。以这种方式形成的转动体的一部分可以构成自动安装分离盘片22的基础，其也适合用塑料制造。以这种方式安装的带有或不带有中心轴10的整个转动体可以构成制造完装置的低价单元，这样可以方便地进行更换。

Claims (10)

1.一种从气体中清除悬浮其中且密度比气体大的固体或液体微粒的方法，其中：
转动体(8)在静止的环绕壁(1)限定的空腔(2)中围绕旋转轴(R)保持转动，所述转动体包括一叠圆锥形的分离盘片(22)，所述盘片布置成互相同轴并与所述旋转轴同心；所述转动体设置了径向外周边；
待清洁的气体从气体入口流过分离盘片(22)之间形成的空隙到达距所述转动体的所述转动轴(R)不同距离的气体出口，所述气体与所述转动体一起转动，由此，所述微粒在后来的离心力作用下与所述分离盘片(22)的内侧接触；和
由所述转动体的转动分离的微粒首先基本上沿所述分离盘片的母线与所述分离盘片接触朝所述周边移动一段距离，然后离开所述分离盘片抛向所述环绕壁(1)；
其特征在于，与所述分离盘片接触的基本上沿所述分离盘片的母线移动的分离微粒被捕捉并与以类似的方式被捕捉的其它微粒一起沿与所述母线形成一个角度的路径进一步朝所述分离盘片的所述周边传送；和
所述分离的微粒离开所述路径并从所述分离盘片(22)只被抛到沿所述各个分离盘片的周边互相相隔一段距离的限定区域内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待清洁的气体沿从所述旋转轴(R)朝所述分离盘片的所述周边的方向在所述分离盘片(22)之间流动。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待清洁的气体进入所述一叠分离盘片(22)的中心入口空间(25)并从那里通过所述分离盘片(22)之间的空隙流过，然后，清洁的气体通过气体出口(4)离开空腔(2)，所述气体出口连通所述一叠分离盘片(22)和所述静止环绕壁(1)之间形成的出口空间(28)。
4.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，待清洁的气体在所述转动体的转动带动下，通过跨接相邻分离盘片之间空隙的导引件(26)，穿过所述分离盘片(22)之间的空隙。
5.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体在所述分离盘片(22)之间沿与所述分离微粒的路径基本上平行的流动路径(27)传送。
6.一种根据前面权利要求中任一项的清洁内燃机曲轴箱气体的方法。
7.一种从气体中清除悬浮其中且密度比气体大的固体或液体微粒的装置，所述装置包括静止壳体(1)，其界定了空腔(2)并具有通到所述空腔的气体入口(3)和离开所述空腔的气体出口(4)；围绕旋转轴(R)转动的转动体(8)，可使待清洁的气体在所述空腔(2)中转动；其中：
所述转动体(8)包括一叠圆锥形的分离盘片(22)，所述分离盘片互相同轴并与所述转动体的旋转轴(R)同心，所述分离盘片互相之间形成空隙，气体可以从中流过；
至少一个第一流动空间(25)在所述一叠分离盘片(22)的中心部形成，并与所述分离盘片(22)之间的空隙的径向内部分连通，
至少一个第二流动空间(28)在所述一叠分离盘片(22)和所述静止的壳体(1)之间形成，并与所述分离盘片(22)之间的空隙的径向外部分连通，和
所述第一流动空间(25)与一个所述第二流动空间(28)连通，所述第二流动空间分别与所述气体入口(3)和气体出口(4)连通，所述装置还可以传送基本上所有的气体，气体是从所述气体入口进入到所述空腔(2)，并穿过所述分离盘片之间的空隙；
其特征在于，在各个所述圆锥形分离盘片(22)的内侧接触或连接有细长导引件(26)，各个导引件(26)与所述分离盘片(22)的母线成一个角度，从距所述转动体的所述旋转轴(R)第一距离的点延伸到距所述转动体的所述旋转轴(R)第二较大距离的点，各个所述分离盘片(22)的所述导引件(26)在所述分离盘片的所述周边的附近终止，沿所述周边看去所述导引件互相间隔开。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述导引件(26)是围绕所述旋转体的所述旋转轴分布并具有延伸部分，使得两个相邻导引件(26)在距所述转动体的旋转轴(R)不同距离的点越过所涉及的分离盘片的同一个母线。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述导引件(26)跨接所述相邻分离盘片(22)之间的空隙。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一流动空间(25)与所述气体入口(3)连通，所述另外的流动空间(28)与所述气体出口(4)连通。
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