CN1615179A - 用于同时净化液体和气体的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于同时净化液体和气体的设备，其中用于净化液体的离心转子(11)与用于净化气体的装置(13)相连。离心转子(11)设于固定外壳(1)内，该外壳界定了用于将待净化气体引导到净化装置(13)中的供给通道(6)。气体净化装置(13)包括一组锥形分离盘(37)，它们围起了一个气体进入腔(39)并且被容纳腔(7)所包围，容纳腔(7)由周围的固定罩壳(2)来限定。

Description

用于同时净化液体和气体的设备
本发明涉及一种用于同时从液体中净化掉悬浮于其中的第一颗粒和从气体中净化掉悬浮于其中的第二颗粒的设备，在该设备中，离心转子围绕旋转轴线旋转并设置成用于所述液体的通流和净化，驱动装置设置成使得离心转子可围绕所述旋转轴线旋转，气体净化装置与离心转子相连以便与之一起旋转，并且设置成用于所述气体的通流和净化，固定外壳围绕着离心转子，并界定了用于将所述气体引导到气体净化装置的气体入口中的通道，气体净化装置包括一组锥形分离盘，它们设置成与所述旋转轴线同轴，并且在它们之间界定了用于待净化气体的流动通道。
在WO99/56883(其图5)中显示和介绍了一种这类设备，其中气体净化装置包括多个可与离心转子一起旋转的锥形分离盘，还包括多个固定的锥形分离盘。固定的分离盘设置在可旋转的分离盘之间。气体净化装置还包括：可随所述离心转子旋转的外壳，所述外壳设有用于待净化气体的气体入口，并且在其内侧上支撑了可旋转的分离盘；以及固定的中心管，其形成了已净化气体的气体出口，并在其外侧上支撑了上述固定的分离盘。以这种方式设计的气体净化装置制造起来成本较高，而且，如果气体要流经气体净化装置的话，则需要待净化气体存在一定的过压。
在WO99/56883(其图7)中还显示了具有锥形分离盘的气体净化装置的另一实施例。同样，这种气体净化装置制造起来成本较高。此外，由于在这种情况下围绕着用于净化液体的离心转子的外壳未界定任何通向气体净化装置的气体供给通道，因此需要单独的气体供给装置。
本发明的目的是提供一种用于同时净化液体和气体的设备，所述设备紧凑且制造成本较低，并且能够在气体在其经过气体净化装置的通道上不产生压力降的情况下净化气体。
根据本发明，这一目的通过一种如上所定义的设备来实现，其特征在于，分离盘组界定了中央空间，其一方面通过气体净化装置中的入口而与固定外壳内的所述通道相通，另一方面与锥形盘之间的流动通道的径向内部相通，并且分离盘组由固定罩壳所包围，该固定罩壳在分离盘的周围界定了容纳空间，锥形盘之间的流动通道的径向外部通入到该容纳空间中。
由于基本上整个可旋转的气体净化装置由被同一支撑装置所支撑的锥形分离盘组来构成，而这一支撑装置又由所述离心转子支撑，因此，这样构造出的设备制造起来成本较低。此外，气体净化装置在工作期间将通过气体净化装置主动地泵送待净化气体，而不是形成了气体的流动阻力。该设备整体上制成为非常紧凑，这是因为采用围绕着离心转子的固定外壳来形成待净化气体的供给通道。
为了尽可能地紧凑，该设备优选设计成使得围绕着离心转子的固定外壳和围绕着分离盘组的固定罩壳由同一壳体形成。这样，如果需要的话，可在所述壳体内完全独立地形成待净化气体的供给通道，而通到气体净化装置中的气体入口可位于气体净化装置的任一端处。例如，围绕着离心转子的固定外壳-以及甚至可能是围绕着气体净化装置的固定罩壳-可具有两个环绕壁，在它们之间界定了所述供给通道。然而，优选所述气体入口位于气体净化装置的朝向离心转子的端部，并且待净化气体的供给通道由围绕着离心转子的空间形成，并形成在离心转子和固定外壳之间。当然，这种空间构成了待净化气体的供给通道的一部分，它是形成在分离盘周围的罩壳中的单独的通道，并设置成用于将气体引导到所述气体入口中，而与气体入口位于气体净化装置的哪个端部处无关。
在气体入口朝向离心转子并且一个共同的壳体围绕着离心转子和分离盘的情况下，优选在离心转子和气体净化装置之间设置环形隔板，以便将待净化气体从离心转子周围的上述空间径向向内地引导到气体净化装置的气体入口中。
出于实用的原因以及为了得到设备旋转部分的最佳平衡，该设备最好设置成使得所述旋转轴线垂直地延伸，而气体净化装置优选设置在离心转子之上。在离心转子通过高压液体的反作用而被驱动时，即当离心转子具有用于这种液体的处于中央的入口以及与旋转轴线间隔开且切向地定位以实现离心转子的反作用驱动的至少一个液体出口时，这种设置尤其适用。然而，可采用任何适当的驱动装置来使离心转子旋转。因此，它可通过电气的、液压的或气动的电机来驱动。它最好通过所谓的冲击式水轮机来驱动。
根据本发明的设备尤其适用于内燃机，用于净化在发动机内循环的发动机的润滑油和在较低过压下离开发动机的曲轴箱蒸气。
下面将参考附图来介绍本发明，图中显示了用于同时净化液体和气体、例如润滑油和曲轴箱蒸气的设备的纵向剖面。
图中所示设备包括固定壳体，其由大致圆柱形的外壳1和位于其上方的同样为大致圆柱形的罩壳2构成，在罩壳2的上部设有端壁3。壳体1，2搁置于基底4上。
在外壳1和罩壳2之间固定地设置了截头锥形隔板5，其将壳体的内部分成下腔6和上腔7。隔板5具有位于中心的贯穿开口8。待净化的气体可经由基底4中的开口9而被引入到下腔6中，已净化的气体可经由罩壳2的端壁3中的出口10而离开上腔7。
在下腔6中设置了用于净化所述液体的离心转子11，其可围绕垂直轴线12旋转。离心转子11在其上侧支撑了用于净化所述气体的气体净化装置13。气体净化装置处于上腔7中，并设置成可随离心转子11一起旋转。
下面将介绍离心转子11的主要部分，但关于离心转子的更详细的描述可参阅WO99/51353。在其中介绍和显示了基本上类似设计的离心转子(见其图3-5)。因此，离心转子11的具体结构并不构成本发明的部分。
固定轴14在中央垂直地延伸穿过整个壳体1，2。轴14在其下端与示意性示出的固定件15相连，而在其上端与所述端壁3相连。轴14被管状支撑件16所包围，该支撑件16延伸穿过腔6和7，并且通过下轴承17和上轴承18轴颈连接到轴14上。件16在下腔6中支撑着所述离心转子11，同样，件16在上腔7中支撑着所述净化装置13。
离心转子11包括罩壳19和端壁20，它们一起界定了分离腔21。罩壳19和端壁20均与管状件16相连，使得它们可一起相对于中心轴14旋转。在分离腔21内围绕着件16设置了一圈分离盘22。每个分离盘22均相对于旋转轴线12轴向和径向地延伸。各个盘优选在距旋转轴线12为第一到第二距离的范围内弧形地延伸(见WO99/51353中的图5)。在分离盘22之间形成了轴流通道，它们围绕着旋转轴线12均匀地分布。
分离盘22通过仅示意性示出的支撑装置23与管状件16相连。该支撑装置23包括多个径向延伸的翼24，它们位于分离盘22之上并围绕着旋转轴线12均匀地分布。
在分离盘的下方以类似的方式围绕着旋转轴线12设置了多个翼25。翼25可从其径向最内的边缘朝向其径向最外的边缘径向或弧形地延伸。翼25由大致平面的环形隔板26支撑，该隔板26又由离心转子的端壁20在其径向最外部分处支撑。
端壁20形成有两个凹腔，其处于旋转轴线12两侧上的直径上相对的位置处，并且在端壁20和隔板26之间形成了两个排出腔27和28，其供已在离心转子中被净化的液体使用。这些排出腔通过形成于端壁20的中央部分和隔板26的径向最内部分之间的通道而与分离腔21相通。各排出腔27和28分别与液体出口29和30(仅以圆形虚线示出)相通，这些出口在离旋转轴线12为一定距离的位置处延伸穿过端壁20，并且相对于旋转轴线切向地定位。
在固定的中心轴14和可转动的管状支撑件16之间形成有环形通道31。该通道31在其下端通过中心轴14中的孔32而与中心轴下部中的中心入口通道33相通。入口通道33又与将在离心转子中净化的的高压液体的供应源相通。环形通道31在其上端通过管状件16中的孔34而与分离腔21的上部相通。
上腔7中的气体净化装置13包括下方的锥形端壁35和上方的锥形端壁36。在这些端壁35和36之间设置有一组截头锥形分离盘37，在它们之间界定了用于待净化气体的流动通道。端壁35和36以及分离盘37与管状件16相连，使得它们可一起转动。
下端壁35在其中心部分处具有多个围绕着旋转轴线12分布的通孔38，而上端壁36未设有这种孔。在分离盘组37的中央在端壁之间界定了一定的空间，其形成了待净化气体的进入腔39。或者，该进入腔可由所有分离盘上的具有与下端壁35中的孔38类似的通孔的中心部分来形成。进入腔39通过下端壁35中的孔38而与锥形隔板5中的上述中心开口8相通，并且通过分离盘37之间的所述流动通道与净化装置13所处的腔7相通。
在净化装置13中，分离盘37通过细长的间隔件(未示出)而相互间保持一定的距离，在这些分离盘之间界定了上述流动通道。这种间隔件可以是完全笔直的，其径向地延伸或与始于旋转轴线12的半径成一定角度地延伸。或者，间隔件可以是曲形的或是其它一些适当的形状。在WO01/36103中公开了这里所述类型的净化装置的更详细的介绍。
上述锥形隔板5在其径向最外部分处具有多个小通孔40，它们围绕着旋转轴线12均匀地分布。
当用于净化在一定压力下在内燃机内循环的润滑油和净化离开同一内燃机的曲轴箱蒸气时，上述净化装置如下所述地操作。
将待净化掉固体颗粒如烟灰和可能有的金属颗粒的润滑油在过压下经由入口通道33和31引入到离心转子11的分离腔21中。如图中的箭头所示，润滑油在分离盘22之间的空间内进一步大致轴向地向下流动，并且进一步流动到两个排出腔27和28中。高压润滑油经由切向定位的出口29和30而离开离心转子，因此便产生了反作用力，这导致离心转子围绕旋转轴线12旋转。
经由开口34进入到分离腔21的上部中的润滑油被随离心转子一起旋转的翼24而带动旋转。在其于分离盘22之间的空间内通流的期间，润滑油被除去了悬浮于其中的颗粒，这些颗粒沉积在分离盘上，然后径向向外地滑动。当颗粒到达分离盘22的外边缘处时，它们被径向向外地甩出，并且沉积在转子罩壳11内。
被除去颗粒的润滑油继续在分离盘之间向下流动，并且如上所述地经由出口孔29和30离开离心转子。已净化的润滑油经由基底4中的开口9返回到内燃机中。
源于润滑油薄雾并可能夹带有固体颗粒的待净化的曲轴箱蒸气经由基底4中的同一开口9进入到净化装置中。被污染的曲轴箱蒸气首先经过离心转子11和固定外壳1之间的腔6而向上流动，然后被朝向锥形隔板5中的中心开口8所引导。因此，离心转子11的外壳1界定了供给通道(6)，其用于将待净化气体引向气体净化装置。
然后，曲轴箱蒸气的主要部分被引入到气体净化装置13中的中心进入腔39内，从这里进一步流经分离盘37之间的流动通道。曲轴箱蒸气在这些流动通道中被带动旋转，悬浮于其中的颗粒被沉积到分离盘37中。所分离出来的液体颗粒凝聚成液体，在此例中即为润滑油，它在离心力的作用下在分离盘上朝向其径向外边缘流动。润滑油被从中甩到腔7内，并沉积在围绕着净化装置13的罩壳2的内部。润滑油在罩壳2上向下流动，并经由隔板5中的孔40而进入到腔6中。在这里，润滑油在外壳1的内部上进一步向下流动，并经由基底4中的开口9而被引回到内燃机中。
已净化的曲轴箱蒸气经由出口10流到腔7之外，如果需要的话，可以经由其空气入口而返回到内燃机中，或者被引导到外界大气中。
由于曲轴箱蒸气在分离盘37之间被带动旋转，因此旋转的净化装置将作为风扇来操作，并在隔板5的中心开口8处形成了负压。因此，曲轴箱蒸气被向上吸引而流过围绕着离心转子11的腔6，并且不必在过压下被供给到净化装置13中。然而，这要求净化装置13的旋转下端壁35和固定隔板5之间的间隙不能太大。通过使该间隙具有适当的大小，就可形成适于净化装置13和隔板5之间的曲轴箱蒸气的最小流动条件。
可以在固定隔板5和旋转下端壁35之间设置密封装置如迷宫式密封，然而这并不是必需的。
在如上所述的本发明实施例中，待净化气体被引导成在其通向净化装置13的路径上与离心转子11的外部直接接触。或者，可以在外壳1内或穿过外壳1而为待净化气体形成一个单独的通道。因此，例如外壳1和固定隔板5的环绕壁可以制成为双层壁，这样便在壁之间形成了流动通道。也可以仅在外壳1的圆周上的一部分或一定部分处设置单独的这类通道。
另外，在本发明的上述实施例中，离心转子11设置成通过源于经由切向定位的出口29和30而从离心转子中排出的高压液体的反作用力来驱动。或者，可采用任何适当的驱动装置来驱动离心转子，从而驱动净化装置13。

Claims (8)

1.一种用于同时从液体中净化掉悬浮于其中的第一颗粒和从气体中净化掉悬浮于其中的第二颗粒的设备，在所述设备中，
-离心转子(11)围绕旋转轴线(12)旋转并设置成用于所述液体的通流和净化，
-驱动装置(29，30)设置成使得所述离心转子(11)可围绕所述旋转轴线(12)旋转，
-气体净化装置与所述离心转子(11)相连以便与之一起旋转，并且设置成用于所述气体的通流和净化，
-固定外壳(1)围绕着所述离心转子(11)，并界定了用于将所述气体引导到所述气体净化装置(13)的气体入口(38)中的通道，和
-所述气体净化装置(13)包括一组锥形分离盘(37)，它们设置成与所述旋转轴线(12)同轴，并且在它们之间界定了用于待净化气体的流动通道，
其特征在于，
-所述分离盘组(37)界定了中央空间(39)，其一方面通过所述气体净化装置(13)中的入口(38)而与所述固定外壳(1)内的所述通道相通，另一方面与所述锥形盘(37)之间的流动通道的径向内部相通，和
-所述分离盘组(37)由固定罩壳(2)所包围，所述固定罩壳在所述分离盘的周围界定了容纳空间(7)，所述锥形盘(37)之间的流动通道的径向外部通入到所述容纳空间中。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，围绕着所述离心转子(11)的所述固定外壳(1)和围绕着所述分离盘组(37)的所述固定罩壳(2)由同一壳体形成。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述气体净化装置(13)位于所述离心转子(11)的一个轴向端部，而所述气体入口(38)位于所述气体净化装置(13)的朝向所述离心转子(11)的端部。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述通道由围绕着所述离心转子(11)的空间(6)构成，并且形成于所述离心转子(11)和固定外壳(1)之间。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，在所述离心转子(11)和气体净化装置(13)之间设置了环形隔板(5)，其设置成可将待净化气体从上述空间(6)朝向所述气体净化装置(13)的气体入口(38)引导。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转轴线(12)基本上垂直地延伸，所述气体净化装置(13)设于所述离心转子(11)的上方。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述离心转子(11)具有用于高压液体的中心入口(31-34)和至少一个液体出口(29，30)，它们与所述旋转轴线间隔开，并切向地定位以实现对所述离心转子(11)的反作用驱动。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，为了接受所述待净化的液体，所述设备与含有来自内燃机的润滑油的空间相连通，为了接受所述待净化的气体，所述设备与含有来自所述内燃机的曲轴箱蒸气的空间相连通。
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