CN1487855A - 具有增强排液导流装置的赫诺式透平离心机 - Google Patents

Abstract

一种叠锥式离心机(20)，用于分离出循环流体的颗粒物质，包括一转子组件(24)，成形为带一空心的转子毂(25)，构造成借助从转子组件24中的喷嘴(27)喷射的流体，驱使转子组件(24)绕一轴心线转动。转子组件(24)安装在固定在一底座(21)毂(87)上的轴(23)上。底座(21)还包括一流体进口(82)，连接于该进口(82)并与转子组件(24)连通的通道(83)，和一流体出口(97)。一轴承装置(34，35)，位于转子毂(25)和轴(23)之间，用于转子组件(24)绕轴(23)的转动。底座(21)还包括一导流叶片(98)，用以改变底座(21)内流体的旋流方向，沿径向进入流体出口(97)。

Description

具有增强排液导流装置的赫诺式透平离心机

技术领域：

本发明总的涉及借助离心力场，连续从液体例如油中分离炭黑之类的固体颗粒。尤其涉及采用具有一底座的离心机组件中的叠锥(盘)式离心机构造，该底座改变从转子喷嘴排放的流体的剩余速度方向，以提高排液率，减少离心机底座中的积油。

背景技术：

在致力于防止灰尘和碎屑侵入发动机的过程中，将柴油机设计成，具有尽可能完善的空气和燃油过滤器(滤清器)。即使具有这些空气和燃油的滤清器，灰尘和碎屑，包括发动机产生的磨损碎屑，仍会进入发动机润滑油。其结果便是，对精密的发动机部件，造成磨损。如果这种情况不解决或者不纠正，发动机将出现故障。为此，许多发动机设计成，带有全流油过滤器，当油在润滑油池和发动机部件间循环时，连续清洁油。

对于这类全流过滤器，有许多设计制约和考虑，通常这些制约，意味这类过滤器只能去除10微米或更大范围内的灰尘颗粒。尽管去除这一尺寸范围的颗粒，可以防止大的事故，然而，进入和保留在油中的较小的灰尘颗粒，仍可以引起有害的磨损。为试图和着手解决小颗粒问题，设计者们致力于各种旁通过滤系统，这些系统可过滤总油流量的预定百分率。全流过滤器结合旁通过滤器的联合装置，将发动机磨损减小到可以接受的水平，但不能减小到所希望的水平。由于旁通过滤器可能截获小于10微米左右的颗粒，全流过滤器和旁通过滤器的联合装置，对仅采用一种全流过滤器，作出了实质性的改进。

尽管离心式滤清器可用他人早期提出的各种方法构成，一种代表部分早期设计进展的产品，是商标为Spinner II的油清洁离心机，它由英国Ilminister郡，Glacier Metal Company Ltd.，of Somerset有限公司制造，并由T.F.Hudgins，Incorporated，of Houston公司销售。对Spinner II产品的改进和完善，以分别于1996年11月19日，1997年6月10日，2000年1月25目和2000年2月1日颁发给Herman的第5575912，5637217，6017300和6019717号美国专利为代表。这四份专利的全部公开内容，特意结合在此供参考。

赫诺式透平(Hero-turbine)离心机，通常用于柴油机润滑系统的旁通分离器，利用喷嘴喷射的高速射流工作，借助反作用力驱动离心机转子。从离心机转子喷射后，流体必须快速从离心机底座排空，排回至油池。如果流体开始积留在底座中，可能出现称为溢流的情况，这样，流体便接触离心机转子的透平端，显著降低旋转速度。在这种溢流状态下，由于离心机再也不能在要求的速度下旋转，和从油中分离颗粒，离心机变得无法使用。这种情况，通常可以通过设计一非常大的出口排液口，和在转子下方提供足够头部空间避免，允许一些积油出现，但没有接触转子的油。

因此，存在一种设计需求，它可以减少出口排液口需要的尺寸，或者减少转子下方需要的头部空间，从而允许有更大的转子沉渣容量空间。本发明以新颖和非显而易见的方式，满足了上述需求。

发明内容：

本发明的一方面，是提供一种离心机底座，其具有改变从转子射流喷嘴排放的流体的剩余速度方向的装置，由切向变成径向，以提高排液率，减少离心机底座中油的积留。

本发明的一种结构形式，旨在提供一种具有一径向的重力排液出口的离心机底座，构造成具有一出口导流叶片，以改变流体的剩余速度方向，沿排液出口的径向向外的方向流动。

本发明的另一种结构形式，旨在提供一种离心机壳体底座，它具有一底部中心的排液口，底座的该部分设有螺旋形导叶，以改变流体的剩余速度方向，沿径向向外朝排液出口流动。

本发明的一个目的，是提供一种独特的离心机底座，它有助提高排油率，减少底座中油的积留。

本发明其它的目的、特征和优点，从结合附图的说明，会更加清楚。

附图说明：

图1为按照本发明的一种实施例的叠锥式离心机的全剖正视图；

图2为沿图1中2-2剖面线的图1所示离心机的全剖顶视图；

图3为按照本发明的一种替换实施例的叠锥式离心机的底座的透视图。

具体实施方式：

为有助于理解本发明的原理，参考各附图所示的实施例，并且用特定的术语描述同一结构。不过，应当理解，本发明的范围不会因此而受到任何限制，对于本发明相关领域的技术人员来说，预期对所述装置的类似的变换和进一步的变型，以及按照所述的本发明原理的进一步应用，通常都是可能实现的。

参见图1，其中示出一种按照本发明的一种优选实施例的叠锥式离心机20。该离心机20包括，作为其主要组件的一些构件，底座21，钟形罩22，轴23和转子组件24，该转子组件24包括转子毂25，叠锥体26，切向流喷嘴27和28，底板29和以固定方式封闭在底板29上的离心机转筒30。空心的转子毂25，沿轴向延伸，穿过底板29中心并穿过离心机转筒30内部。转子毂25分别借助上、下轴承34和35，以轴承方式安装在轴23上，并且由轴23支撑。

底板29下部区域设有两个切向流喷嘴27和28，它们对称设置在转子毂25的轴心线相对两侧，并且它们对应的喷射流方向99，如图2所示，是彼此相反的。结果，这些射流喷嘴，形成驱使转子组件24在钟形罩22内绕轴23旋转的驱动力，这在有关技术领域，是众所周知的。离心机20的旋转可以用单个流体喷咀，或者用多于两个的流体喷咀完成。

离心机转筒30和底板29之间的组件，连同O形圈70，形成一密封的封闭体，限定一个容纳叠锥体26的内部空腔73。叠锥体26的每一锥盘74，具有一中心孔75，和布置在接近外环边77的锥盘圆周周围的一系列进口孔。这种用场的典型锥盘，说明和公开在US5575912和US5637217美国专利中。转子组件典型的流动路径，从向上通过转子毂25的空心中心78的液体的流动开始。穿过转子毂25的液流，通过多个孔79流出。一液流分配板80，成形为带有多个导叶，将流出转子毂25的液流，分配至顶锥盘74a的整个表面。液体(润滑油)流过和通过叠锥体26的各个锥盘74的方式，是一种本领域的熟知的流动路径和流动现象。叠锥体组件的这种流动路径和每分钟高转速，使油携带的微小炭黑颗粒被离心力分离，并保存在离心机中。

本发明着眼于底座21的结构，其成形为，具有一流体进口82，连接于该进口的通道83，和一流体出口。流体出口允许自流体喷嘴27和28流入底座21的流体排出底座21。底座21还包括底座毂87和底座侧壁96，底座侧壁96限定底座21的内部空间95。在本发明的一种实施例中，上述流体出口为由侧壁96形成的径向出液口97。伸过转子毂25的轴23，固定在底座毂87上，并包括一通道91，它的一端与底座通道83流体连通，它的另一端与转子毂25的空心心部78连通。

离心机20工作时，压力流体，通过流体进口82，进入底座21，并流过底座21的通道83。流体继续上升，通过底座毂87，进入轴23的通道91，然后通过轴23中的节流通道93，输送至转子组件24。流体按照上面所述的方式，流过转于组件24，然后通过切向流喷嘴27和28，流出转子组件24，进入底座21的内部空间95。

由于喷嘴27和28喷出的射流99的射流速度，总是高于喷嘴27和28的反转速度，剩余的速度分量存在于排放的流体之中，它基本上是沿转子组件转动相反的切线方向取向。如图2所示，这一剩余速度，引起离心机的底座21内的流体，以旋流方式旋转。这一剩余速度的能量可以被利用，借助固定一朝上游取向的导流叶片98，促使流体排出底座21。该导流叶片98舀取偏离底座侧壁96的旋流，并使流体沿径向向外的方向改变方向，进入径向出液口97。该导流叶片98位于至少一部分径向出液口97上方，并且向相对底座21内旋流的上游方向伸出。该导流叶片98优选的是，具有固定在底座21底面94的第一端98a，固定在高出径向出液口97的侧壁96上的第二端98b。在一种优选实施例中，该导流叶片98，如图2清楚示出的，还具有伸入流体旋流中的第一侧98c，和固定在径向出液口97下游径向位置处侧壁96上的第二侧。如图2所示，导流叶片98是沿喷嘴27和28喷出的射流99产生的转子组件24的顺时针转动方向取向的。离心机20底座21中采用导流叶片，类似于高速公路卡车上，采用朝上游取向的空气进气冲压管(air-ram)进口，以提高空气进口位置的压力，从而改善流至卡车发动机的空气流的原理。

在某些叠锥式离心机，例如图3所示的离心机中，底座121中的流体出口，优选地，是底面中心的排液口197。为促使从底座121排液，多片导叶198被连接在底座121的底面194上。导叶198是沿这样的方向取向的：它们使侧壁196附近的旋流改变方向，沿径向向内流向底面中心出液口197。附加的或者替换方案是，导叶198可以连接在底座121的侧壁196上。在一种优选实施例中，导叶198是螺旋形的，铸造或者压铸在底座121内。此外，导叶198，优选地，可以垂直伸出，远离底面194。

底座121，优选方案是，包括介于1和10片之间的导叶，最好具有2-6片导叶。所提供的这些导叶198，改变底座侧壁196处流体的切向速度，使之沿径向向内流动。导叶198可以采取各种形式，包括但并不限于：对数螺旋线形，平直形，圆弧截面形，或者双曲螺旋线形。

为实现所需的流体流动的径向变向，导叶198和底座侧壁196之间的交角应当小于90°，并对应一直的径向导叶。有用的交角范围，介于10°-80°之间，优选的范围介于0°-45°之间，以减少流体冲击和伴随与导叶在导叶-侧壁接合面处的冲击产生的能量损失。通过在导叶和侧壁196间的交点，采用大圆角圆弧，可以实现0°交角。当然，螺旋线的方向和相关的包含的交角，必须取向为与喷出的射流99的方向一致。图3示出，与产生箭头199所示方向旋流的转子组件的逆时针转动一致的导叶198的适当取向。

从上述说明，有关领域的技术人员可以方便地理解，底座21和121可以结合在任何结构的自驱动离心机中。因此，本发明不限于叠锥式离心机20的转子组件24的结构。有鉴于此，转子组件可以采取各种结构，只要其结构和安排设计成，能绕一轴心线转动，适于接受一流体，并通过一切向流喷嘴，例如喷嘴27和28，排出至少一部分这种流体，即可。该排出流体，使转子组件产生转动，同时在底座中产生旋流。这样，无论将底座21还是底座121，与这样的转子组件结合，都会增大排液率，减少底座中的积留流体。替换的转子组件包括，例如但不限于，拆取不带叠锥体的赫诺透平(hero turbine)，以及垂直叠锥体被整体压铸的螺旋叶片铸件取代的离心机等。

尽管本发明已经结合附图和上面的描述，作了详细说明和叙述，但这应看作是说明性的，而不是特征方面的限定，应当理解，已经示出和作了描述的仅是优选的实施例，而落入本发明精神的所有变化和变型，都应当受到保护。

Claims (16)

1、一种叠锥式离心机，用以分离出循环流体的颗粒物质，所述离心机包括：

一转子组件，其结构和安排设计成，能绕一轴心线转动，所述转子组件包括，一叠锥体，一空心的转子毂，一离心机转筒，和一底板，其中底板组装在所述离心机转筒上，并包括至少一个切向流喷嘴，以产生出口射流，所述出口射流驱使所述转子组件转动，所述转子毂伸过所述离心机转筒和所述底板；

一底座，限定一流体进口，一连接所述流体进口的通道，一流体出口，一底座毂，一侧壁，和一底面；

一轴，固定在所述底座毂上，并且伸过所述转子毂，所述轴内具有一通道，用以将来自所述底座通道的所述流体，输送至所述叠锥体；

一轴承，位于所述转子毂和所述轴之间，用于所述转子组件绕所述轴的旋转运动；和

所述底座具有，用于改变所述底座内所述流体的旋流方向，沿径向进入所述流体出口的装置。

2、权利要求1所述的装置，其中所述流体出口，为所述底座侧壁内的径向出口排液口，而所述改变所述旋流方向的装置，为一导流叶片，它迫使所述旋流沿径向向外的方向流动。

3、权利要求2所述的装置，其中所述导流叶片，沿相对所述旋流的上游方向伸出。

4、权利要求2所述的装置，其中所述导流叶片的长边，在所述径向出口排液口下游的位置，固定在所述底座侧壁上。

5、权利要求2所述的装置，其中所述导流叶片的长边，在高于所述径向出口排液口的位置，固定在所述底座侧壁上。

6、权利要求2所述的装置，其中所述导流叶片的一端，固定在所述底座底面上。

7、权利要求1所述的装置，其中所述流体出口，为一底面中心的排液口，所述改变旋流方向的装置，为连接在所述底座底面的至少一个导叶，迫使所述旋流沿径向向外的方向流动。

8、权利要求7所述的装置，其中所述导叶铸造在所述底座内。

9、权利要求7所述的装置，其中所述导叶垂直伸出，远离所述底座底面。

10、权利要求7所述的装置，其中所述导叶为螺旋形。

11、权利要求7所述的装置，其中所述导叶连接在所述底座侧壁上。

12、权利要求1所述的装置，其中所述流体出口，为一底面中心的排液口，所述改变旋流方向的装置，为连接在所述底座侧壁的至少一个导叶，迫使所述旋流沿径向向外的方向流动。

13、一种底座，用于自驱动离心机，该离心机具有一转子组件，其结构和安排设计成，能绕一轴心线转动，并适于接受一流体，和通过产生出口射流的至少一个切向流喷嘴，排出至少一部分所述流体，所述出口射流驱使所述转子组件转动，所述底座包括：

一侧壁；

一底面；

一流体出口；和

用于改变所述底座内至少一部分所述流体的旋流方向，沿径向进入所述流体出口的装置。

14、权利要求13所述的装置，其中所述流体出口，为所述底座侧壁内的径向出口排液口，所述用于改变所述旋流方向的装置，为一导流叶片，它迫使所述旋流沿径向向外的方向流动。

15、权利要求13所述的装置，其中所述流体出口，为一底面中心的排液口，所述改变旋流方向的装置，为连接在所述底座底面的至少一个导叶，迫使所述旋流沿径向向外的方向流动。

16、权利要求13所述的装置，其中所述流体出口，为一底面中心的排液口，所述改变旋流方向的装置，为连接在所述底座侧壁的至少一个导叶，迫使所述旋流沿径向向外的方向流动。

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