CN1735448A - 用于气体/液体分离的入口折流板结构、装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供一气体/液体分离器组件(1)，组件(1)一般地包括一带有内部接纳的可维护的分离器元件(9)的结构的容器(4)。设置一独特的入口折流板结构(80、82)，当气体通过组件(1)时，以便于液体与气体预分离。组件(1)特别适用于空气/油的分离，例如，用于压缩机。还描述了组装和使用的方法。

Description

用于气体/液体分离的入口折流板结构、装置及方法

相关申请

本申请于2003年12月5日以PCT国际专利申请提交，其由在美国居住的英国公民Brian Read(申请人仅对美国)以一美国境内的美国公司-唐纳森公司的名义提出申请(申请人对除美国之外的所有国家)，本申请针对所有国家并要求对2002年12月6日提交的U.S.Serial No.60/431,432的优先权。

技术领域

本发明涉及气体/液体分离。具体来说，本发明涉及一用于气体/液体分离过程中的入口折流板结构。本发明还涉及一利用一优选的入口折流板的用于气体/液体分离的装置和分离方法。一特别有效的应用是用于空气压缩机的空气/油分离器。

背景技术

某种气体/液体分离组件，例如，用于空气压缩机，其包括两个一般的部件：一带有盖的容器；以及一可移去的和更换的(即，可维护的)分离器元件单元、构造或布置。在某些组件中，一单一的可维护的分离器元件用作分离器元件结构；而在另一些组件中，则使用多个可维护的元件。一般来说，操作包括将一气体/液体流引导入容器内。气体流最终引入通过可维护的分离器单元，即，通过可维护的分离器元件或多个元件。在分离器单元内，发生液体的聚合和排放。其结果，夹带在气体流内的液体浓度降低，可维护的元件定期地移去和更换。

发明内容

根据本发明提供一气体/液体分离器组件。组件一般地包括一容器和一预分离组件。在使用中，组件还包括至少一个可移去的和更换的(即，可维护的)分离器元件。

一般来说，优选的容器包括一外壁，其通常是圆柱形的且具有气体流动入口和一下部坑。入口较佳地是径向的入口。

预分离组件较佳地包括一入口折流板结构，该结构包括一轴向的围板，其安装有与外壁间隔的轴向延伸部以形成一气体流动的环腔。较佳地，该轴向围板是一径向连续的不渗透的结构。预分离组件一般为至少一个可移去和可更换的(即，可维护的)气体/液体分离器元件形成一安装空间。该安装空间的轴向尺寸一般对应于用于组件的各至少一个气体/液体分离器元件的轴向长度。较佳地，轴向围板定位成延伸该安装空间的轴向长度的至少20％且不大于60％。具体来说，轴向围板构造成延伸该轴向长度的至少35％且不大于50％。

预分离组件；即，入口折流板结构，较佳地包括一入口围裙，在某些实施例中，围裙在轴向围板和容器外壁之间延伸。一气体流入口较佳地定位成引导入口气体在入口围裙上方的位置处流入气体流的环腔内。入口围裙较佳地包括至少一个下导通道，其定位成沿径向与入口间隔。

优选实施例包括一定位在下导通道和气体流入口之间的某一位置处的径向叶轮，在该位置处，使气体流通过一至少为70°(通常至少为180°)的径向弧或路径，然后，气体才可通过下导通道。对于所示的某些特殊的实施例，该路径较佳地定义为至少230°。

各种特殊的优选结构和特征将予以描述。

本发明还提供优选的入口围裙结构用于优选的气体/液体分离器组件。

本发明还涉及组装和使用的方法。尤其是，一组装的方法包括将如上所述的一预分离器组件或入口折流板结构定位在气体/液体分离器组件的容器内，以形成一优选的入口环腔和其它特征。一优选的使用方法包括引导其中具有液体的气体流通过所形成的预分离器组件，然后，通过一可维护的分离器元件。这样一方法通常包括将分离的液体的至少一部分收集在气体/液体分离器组件内的一下部坑内。该方法较佳地包括引导气体流进入所述的预分离器组件内。

附图的简要说明

图1是根据本发明的第一实施例的气体/液体分离器组件的示意的侧视截面图。

图2是图1所示结构的预分离器的立体图。

图3是图1和2所示结构的入口折流板围裙的俯视立体图。

图4是根据本发明的第二实施例的气体/液体分离器组件的侧视截面图。

图5是大致沿图4中线5-5截取的截面图。

图6是根据本发明的第三实施例的气体/液体分离器组件的侧视截面图。

图7是图6所示实施例的预分离器部件的立体图。

图8是图6和7所示结构的入口折流板围裙的立体图。

图9是根据本发明的第四实施例的气体/液体分离器组件的示意的侧视截面图。

图10是垂直于图9截取的局部截面图。

图11是沿图9中线11-11截取的截面图。

图12是用于图9所示组件的预分离器部分内的部件的侧视截面图。

具体实施方式

I.一般性技术背景

一般来说，这里涉及的类型的气体/液体分离器组件包括三个一般的部件：一容器结构；一入口折流板结构；以及一内部接纳的可移动的和更换的(即，可维护的)分离器结构。内部接纳的可移动的和更换的(即，可维护的)分离器结构一般地包括一个或多个分离器(或分离器元件)，在维护的过程中它们及时地移去和更换；因此，称之为术语“可维护的”。每个可维护的分离器元件包括一气体可通过的介质组。每个介质组通常包括多层介质以用于聚结和排放步骤。

这里，气体/液体分离器组件或分离器元件将分类为“进至出的流动”或“出至近的流动”，其取决于气体流过各分离器元件的介质组过程中，在使用中气体流是从可维护分离器元件的外面朝向内部还是从可维护分离器元件的内部朝向外面。这里所述的技术可应用于任何一种情形或两者。提供两种类型结构的实例。

这里所述技术的一典型的应用是用作为压缩机结构的气体/油(具体来说，空气/油)的分离器。这样一装置通常适用于约60psi至200psi(约4.2-14.06kg/sq.cm)的量级上的内压的操作，例如，约80-120psi(约5.6-8.44kg/sq.cm)，通常为约100psi(约7kg/sq.cm)。使用的实例将是20hp至500hp(约14.9-373Kw)的压缩机。

用于压缩机的结构的空气/油分离器的过流量通常用通过分离器组件的自由空气的体积(即，非压缩的体积)进行度量。典型的操作流量从每分钟100立方英尺(47,000cu.cm/sec)的量级到每分钟几千立方英尺(约1百万cu.cm/sec)。

这里图示和描述某些特殊的结构。所讨论的特殊结构的尺寸是针对典型实例的应用。这里所描述的技术和原理可适用于各种尺寸的各种系统，可用于各种各样设备类型和尺寸(例如，各种压缩机)。

II.图1-3的实施例

在图1-3中，图中示出包括根据本发明的优选组件的用作一空气/油分离器的气体/液体分离器。图1所示的特殊组件构造成用于约100psi(7kg/sq.cm)(例如，60-200psi)(4.2-14.1kg/sq.cm)的内压，并构造成用于额定为约100-150hp(74.6-112Kw)的压缩机，例如，约125hp(93Kw)。这样一结构的过流量一般约在500cfm(约236,000cu.cm/sec)的量级上。

图1中的标号1总地指根据本发明的第一实施例的气体/液体分离器组件。一般来说，组件1包括：一容器4，在此实例中为压力容器5，其包括外壳6和盖7；以及一接纳在内部的可移去的和更换的或可维护的分离器单元9，在此实例中包括一单一的可维护的分离器元件或分离器单元10。可以明白所示特定的分离器10是一从进至出的流动分离器11。盖7和外壳6之间的一O形环密封显示为标号8。盖7通过7a固定到位。

一般来说，压力容器5包括一气体流入口12、一气体流出口13，以及一液体排放出口16。在操作中，其中具有液体的一气体流通过入口12引入到组件1的一内部18。在组件1内气体流最终引入到分离器10的一内部区域10a。最后，气体从分离器10的内部10a通过介质组20，然后从压力容器5向外通过、在此实例中通过气体流出口13。

图1所示的特定结构使用一进至出的流动分离器单元11，这意味着当气体通过分离器单元11的介质组20时，它们从分离器10的内部10a(由介质组20形成和包围)通过进入到一外部区域21(如箭头22所示)。

仍参照图1，对于所示的特定组件1：入口12是一侧壁入口12a，这意味着它延伸通过侧壁5a；出口13也是一侧壁出口13a，这意味着它延伸通过侧壁5a，排放出口16是一底部排放出口。文中所谓“底部”是指：当如图1所示定向为典型的使用时，底部指组件1的下部23。术语“侧壁”是指在盖7和底23之间延伸的外壳壁部分5a。

为了便于操作，组件1通常形成一封闭的上部区域25和一封闭的下部区域26，在此实例中，它们被管板结构28分隔。管板结构28一般是实心的对于通过其中的气体流没有孔存在，只在规定的特定的区域是例外。在此实例中管板结构28形成一中心孔33。除了孔33之外，管板结构28通常为实心并较佳地包括：一环形安装环35；一下垂的中心壁36，在此实例中是一圆柱形壁36a；以及带有中心孔33的底部37。底部37附连在壁36的下边缘36b。壁36和底部37大致形成一上部坑39(将在下文中讨论)。从下文的详细描述中将可理解到，孔33为从下部区域26进入上部区域25(具体地来说朝向分离器单元9内)的气体流提供一流动通道。

中心壁36较佳地是一径向连续壁。文中所谓术语“径向连续”是指它连续地围绕中心轴线47延伸。并没有特殊要求壁36是一圆柱形壁36a。然而，当组件1包括一用于分离器10的单一的分离器元件时，这样一结构将是便利的。

下部区域26包括下部坑区域40，在此实例中其中显示有液体(油)41。在气体通过孔33进入上部区域25内之前，初始包括的许多液体通过气体流入口12排出到下部坑区域40。

仍参照图1，组件1在区域26内包括温度探头端口42、液位计接管43、下部坑填充管44、释放阀孔45和压力接管46。填充管44提供液体进入下部坑40的可供选择的入口，以便于操作(如果需要的话)，例如，当组件1第一次放入管线上时，释放阀孔45允许压力通过释放阀(未示出)有控制地释放。温度探头端口42、液位计接管43和压力接管46用于监视设备。接管和孔42、43、44、45和46的特定的尺寸、数量和位置对于要进行的特定操作来说，只是一个选择的事情。通常液体填充端口44的位置高于液位计接管43。通常释放端口45定位在下部区域26的上部，较佳地与入口流环腔流体地连通(将在下文中概括)。释放端口45相对于入口12的径向位置(围绕中心轴线47)显示在图1中，其转过约180°。一更加优选的径向位置将在下文中讨论。

参照图1，在坑40中，示出操作液体(油)的液位41a。在通常的使用中，包含在坑40内的油量是一选择一合适的油量的事情，其导致一理想的平均温度或冷却温度，合适地引导油从排放口16回到所述压缩机的机械系统。通过端口42设置的温度探头可用来监视该过程。

一接管46a还通过区域25内的侧壁5a定位，用来测定该区域内的压力。

如上所述，分离器10是一可移去的和可更换的(即，可维护的)部件。分离器10包括在一端处固定到一端帽50上的介质组20(在此实例中是一圆柱形的介质组48)。对于图1所示的特定组件，端帽50是一关闭的端帽50a，这意味着它没有与分离器10的内部10a连通的孔。

在与端帽50相对的端部55处，分离器10包括一其中带有中心孔57的端帽56。在使用过程中，中心孔57是一气体流动的孔，以便气体通过进入到内部10a内。一般来说，孔57与孔33对齐，以使从区域26到区域25内的通过孔33的气体流导向到分离器10的内部10a内。

在分离器10和管板结构28之间的连接处可使用各种密封结构。例如，可使用径向密封或轴向密封或它们两者。在图1所示的实例中，使用了一径向密封结构。

具体来说，在中心孔57内，设置密封环58造成与底部37上的圆柱形突出部60的径向密封。突出部60连同底部37形成中心孔33。例如，密封环58可包括一O形环62。密封环58通常防止气体逃逸出内部10a进入到区域21内而不通过介质组20。

另一变化的径向密封可包括一圆柱形的突出部(代替突出部60)作为端帽55的一体的部分，使径向密封围绕突出部的外边抵靠底部37的其余部分而形成。

参照图1，应该指出的是，分离器10的轴向长度略微短于盖7和底部37之间的距离。在使用中，通过一开口移去盖7，用手将分离器10安装在管子或突出部60上方。然后，盖7可安装到位。在操作压力之下，分离器10通常偏置，直到它抵撞到盖7为止。径向密封结构构造成允许这样的运动而没有密封损失。这样方式的结构便于分离器10的制造，因为长度上的紧密的制造公差将不是关键的。

这里使用的涉及密封的术语“径向”意指用来朝向径向向外或远离中心轴线47的压力而定位的一密封。这里结合密封而使用的术语“轴向”意指用朝向轴线47的纵向延伸的大致方向的密封力进行的一密封。例如，O形环8提供一轴向的密封。

一般来说，如果分离器10设置有一轴向密封，则通常设置一密封环从端帽56沿轴向向外突出。在密封过程中该密封将定位成接合一部分的底部37。需要一提供压力的结构来确保该密封。该压力可由盖7或其它结构来提供。

介质组20的特殊结构对于这里所述的入口折流板的一般原理不是关键的，只是一个选择的事情。一般来说，介质组20的尺寸和结构将根据以下的诸项目进行选择：空气流、要求的效率水平、可接受的限制量、优选的使用寿命以及可提供的空间大小。

例如，空气/油分离器的介质组已描述在U.S.6,093,231；6,136,016；WO99/47211；U.K.1,603,519；U.S.6,419,721；以及4,836,931，本文援引上述全部的公开内容以供参考。例如，这些类型的结构的原理可以应用于本文中的分离器单元。

分离器10的介质组通常包括一上游聚结层63和下游排放层64。由于分离器10是“进至出”的，所以，聚结层63被排放层64包围。可使用各种内衬结构或平纹棉麻织物结构来便利组装或操作。一般来说，在聚结层63中，携带在气体流中的细微液体颗粒进行聚结。聚结的液体颗粒通常驱动到排放层64内，然后，从排放层64排放到上游坑区域39内。一净化管或管结构68显示为突出到上部坑39内，以便从区域39中排放收集的液体。

仍参照图1，压力容器5具有一圆柱形的外壁71和一圆形的底部72。圆柱形的外壁71形成中心轴线47，其通常通过圆形底部72的中心75。

一般来说，这里所述类型的气体/液体分离器设置有两种类型的气体入口结构之一。一在本文中通常称之为切向气体入口的第一入口是具有一中心线相对于圆形的或圆柱形外壁大致朝向切向的气体入口。本发明的附图没有示出一切向入口，但传统的入口可用于许多的揭示的原理。一般来说，与下文中讨论的第二类型的气体入口相比，具有切向入口的外壳制造相对昂贵。因此，为了成本的原因最好避免采用切向的出口。

图1所示的第二类型的气体入口一般地称之为“径向”或“径向方向”的入口。示于图1中的特殊的入口12是径向方向的入口77。一般地来说，径向方向的入口77是这样的入口方向，使气体流大致地朝向压力容器5的中心纵向轴线47。对于所示的特定的实例，气体入口77的中心线78朝向与轴线47相交，但这不是特别地要求的。

可以认识到，径向入口为何比切向入口便宜。尤其是，一径向入口通常只是一设置在侧壁71内的孔，用一馈送管或类似的结构固定到其上。

仍参照图1，组件1包括一预分离器结构80。一般来说，在气体/液体流通过进入口或入口12进入内部18之后，预分离器结构80提供气体和液体的一定的初始分离。对于所示的特殊结构，预分离器结构80包括一入口折流板结构82。

概括地说，预分离器结构80的入口折流板结构82这样构造和定位，当液体和气体进入入口12时，它们通过一弧形路径移动：趋于驱动一部分液体进入折流板或壁结构，以便收集和排出气体流；且它引导气体(气体/液体混合物)进入一优选的流动路径以便于分离。一般来说，目的在于获得显著的气体/液体分离，然后气体通过可维护的分离器单元9，没有不理想的限制程度。

许多用于压缩机的空气/油分离器用于这样的环境中，其中，入口流不仅包括夹带在气体中的油颗粒，而且包括大量的团聚的液体油流。这样一进入分离器组件1的油流可在每分钟8至100介仑的量级上(约为30-380升/分)。因此，组件1必须构造成控制大量的团聚的油流，连同气体流和气体/液体的分离。

所示特殊的入口折流板结构82包括：轴向围板85和入口围裙86。轴向围板85较佳地包括一对着壁71的外表面36。因此，轴向围板5较佳地是圆柱形，且最佳地是沿径向连续。

入口围裙86大致呈环形并沿径向向外(相对于轴线47)延伸为轴向围板85和外壳壁71的内表面87之间的延伸部。从以下将会明白到，示于图3中的特别优选的入口围裙86沿径向不是连续的。入口围裙86形成一下导管或通道结构92(图1中未可见，见图2)。在此实例中，下导管或通道92包括入口围裙86内的一部分，其敞开介于轴向围板85和侧壁71之间的一空间。可使用各种变化的下导管，包括一单一空间93的所示的下导管是一传统的实例。

一般来说，在图2中，示出一部分的预分离器结构，其一般地包括附连到侧壁71和从侧壁71悬置的部分。在图3中，示出入口围裙86。

参照图2，入口围裙86较佳地包括一上表面86a，其构造成一径向排放的倾斜的表面，致使收集在其上的液体借助于重力朝向围裙86的径向外边缘86b排放。这样，收集在表面86a上的液体将趋于朝向图1的侧壁71的内表面87排放。这将包括团聚的油流。

再次参照图1，当气体/液体组合通过入口12进入压力容器5时，初始的入口流引导入预分离器结构82。在预分离器结构82内，气体流初始地被引导朝向轴向围板85和径向围裙86。包含在气体流内的一部分液体将趋于收集在围板85和径向围裙上表面86a上。由于下导管和围裙86的斜度或倾斜(下倾)，在从围板85到壁87的延伸中，收集的液体将趋于在重力下朝向外壁87流动。最终，液体将通过下导管或通道92从区域98(形成在围裙上表面86a上方)向下排放到下部坑40内。一般来说，气体流将便于团聚的液体流向下导管92。

参照图2，围裙86的边缘86c一般定位在与边缘86d相同的轴向高度上。这将是一特别便于制造的结构，其技术如下文所概括。如果需要的话，边缘86c可以定位在略比边缘86d低，以便于液体沿着表面86a朝向间隙92排放；并在通过间隙92之后，便于气体流在区域26内保持一螺旋的流动。

因为入口12是一径向入口12a，所以，朝向中心轴向47的进入压力容器5内的气体/液体组合的初始流动不是自动地引入到一螺旋形流动的形式。为了促使流动引入到一螺旋形的形式，预分离器结构82包括一径向突缘或叶轮100(图2)。突缘或叶轮100从表面86a沿着与围裙86的倾斜方向相对的方向向上延伸，并在操作过程中进行操作而关闭入口气体的可能流动的一个方向。对于图2所示的特定结构，突缘100定位成防止逆时针方向的流动(即，当朝向图1和2中的组件1的盖7向下、沿箭头105的方向观看时，为逆时针方向)。(当然，设备可构造成相对方向的流动)。可望突缘100通常定位成离入口12的最近边缘的径向间隔或距离不大于45°，一般不大于30°。的确，叶轮100较佳地尽可能靠近入口12进行定位。在图2中，入口12的近似位置显示为126，对于图1-3所示的优选实施例，较佳地，叶轮100沿气体流动方向定位成径向间隔，离间隙93至少200°，通常为至少230°，更为较佳地至少为250°。

仍参照图2，对于所示的特定结构，轴向围板85包括壁36的外表面36a的一部分110。此外，轴向围板85具有一径向连续的外表面85a，在此实例中为圆柱形，因此在围板85和壁内表面87之间形成一环形流动区域111(图1)。没有特别地要求围板85a是圆柱形。然而，当涉及一单一的圆柱形分离器10且使用一圆柱形外壁71时，通常地和较佳地将使用一圆柱形的围板85。

参照图1，较佳地释放阀接管45延伸通过壁71与流动区域111连通。通常地和较佳地释放阀接管45位于图2的叶轮100附近，离入口12的相对侧上(代替如图1所示地位于离入口12围绕壁71约180°)。在图2中，释放阀接管45位于邻近区域112或重叠区域112。

可以预见在某些实例中对区域111可较佳地提供一全截面的区域，即，对由外壁71、突缘35、围板85和折流板86形成的空间提供截面区域，其具有的面积大致与入口12的截面面积或入口面积相同。这样，围绕环腔111的流动速度相对于通过入口12的流动速度将不会显著地增加。在此区域内避免流速大的增加通常是优选的，因为它有助于避免夹带分离的液体(进入气体流内)。

此外，在区域111内较佳地避免流速大的降低，以避免离心力的损失，通过驱动液体滴对着壁71，离心力用来分离某些液滴，而气体围绕围板85流动。

对于典型的优选结构，径向围裙86的上表面86a将以倾斜角A从腰部或内边缘或区域113到外边缘或外部区域114沿径向延伸部延伸(图2)，其至少约为20°的量级，通常在20°至80°范围内的角度(包括20°和80°)，(例如，通常为30°-60°，对于所示特定实例为40°-50°)。在此实例中的术语“倾斜”和其变化意指，当结构对于正常使用定向而使排放口16朝向下时的一向下的角度。一般来说，选择倾斜角A一部分的作用在于，确保在区域111内提供合适的横截面面积。此外，对其进行选择以促进团聚液体的流速或朝向壁71。

一般来说，较佳地在外壳1内尽可能合理地定位围裙86的高度，对环腔111的大小应考虑到上述的优选性。首选尽可能高的安装的理由在于，较佳地使图1中的围裙86的底侧86e和围板36的下边缘36b之间的区域内的壁71的表面面积为最大。在此部位处壁71的表面面积最大化将便于空气以旋转的形式通过间隙92时液体进行离心分离，并在围板36的下边缘36b的下方通过而开始进入孔33。

较佳地，围裙86的边缘86b定位在从围板36的下边缘36b朝向环35的距离的至少35％处(即，围板36或围板85的轴向长度的35％)，更为较佳地为该距离的至少40％，通常为该距离的至少50％。

在所示的优选实施例中，图2的下导通道92是一设置在围裙86内的间隙，其完全地在围板85和壁71之间延伸(图1)。该结构的优点在于，当液体和气体通过下导管或通道92向下流动时，气体在围裙86下方朝向围板85或壁71不膨胀，而有再次夹带液体的风险。通常地和较佳地，下导通道92的径向宽度将是内腰部或边缘113和外边缘114(或86b)之间的围裙86的延伸部的距离的至少90％。较佳地为该距离的至少95％，最佳地为该距离的100％(如图所示)。

图2的下导管或通道92大致位置开始于边缘93a处，其相对于入口12的中心线47(图1)间隔在一径向位置处(沿气体流的方向)，相交成至少70°的角，典型地至少为180°，通常为至少230°，例如，围绕围板85显示为约250°至340°。再者，间隙或下导通道92离叶轮100较佳地径向间隔至少200°，尤为较佳地至少230°，典型地至少250°(沿气体流方向)。这将有助于气体流离开分离器结构80之前提供增加的液体分离量。围裙86和下导通道92的径向长度通常是根据要求的流速和对下导通道的限制进行选择的事情，通常为至少约30°而不大于130°的径向延伸，典型地为30°至80°(包括30°和80°)，例如，将采用约40°至60°。这里涉及范围所使用的术语“包括”是指端点值也包括在所述的范围内。即使该术语没有具体地使用，所有描述的范围都意图是“包括”的含义。

如上所述，所述原理可应用于各种尺寸和应用的各种单元中。表明以下的尺寸是为了便于理解如何应用本原理。例如，如果组件1用于一压缩机，该压缩机具有约125hp(约93Kw)的发动机额定功率和约500cfm(约236,000cu.cm/sec)的预期输出，则该单元可这样构成：外壳具有总直径约为9-11英寸(22.8-28cm)(例如，10英寸或2.5cm)和总高度约为40-45英寸(约为101cm-115cm)，(例如，42英寸或107cm)；一分离器10具有长度约为20-25英寸(约为50-64cm)(例如，22英寸或56cm)，一外直径约为5-6英寸(约为12-15.3cm)(例如，5.5英寸或14cm)，以及一内直径约为3-4英寸(约为7.6-10.2cm)(例如，3.5英寸或8.9cm)。底部37和坑40内的液位41a之间的距离大致这样选择：使该距离足够大，通过气体朝向孔33移动阻止重新夹带收集在坑内的液体；并且距离足够短以使组件1的总高度最小，便于使用方便和节约成本。典型的距离是液体深度的30％-60％的量级。

参照图1，应该指出的是，以下的做法可提供一显著的优点，使壁36沿着分离器10纵向地延伸分离器10的轴向长度的至少20％的距离，或分离器10定位的安装间距较佳地是该距离的至少35％。这样做的原因在于，这对于入口12和环腔111形成一有效的和优选的位置以便于分离，同时将底部37和坑40内的液位41a之间的距离减到最小。

较佳地，壁36不纵向延伸分离器10大于分离器10长度的约60％，或分离器10定位的安装间距较佳地不大于该长度的50％。其原因在于，希望保持区域25内的流速，使其不趋于重新夹带排放到坑39内的液体。约400ACFM(每分钟实际立方英尺，即，用压缩空气不是自由空气度量，或约为18,900cu.cm/sec)量级上的总流量通常实现显著的气体流，没有不理想的重新夹带的程度。

参照图3，图中示出一如同围裙86那样有效的优选的径向围裙115。围裙115较佳地是一带有叶轮100的单一的、一体的、径向不连续的环结构。其通常由单一的金属板片形成，例如，用压力加工形成。例如，可使用18号钢(0.05英寸厚或0.13cm厚)。例如，通过电弧焊将其固定就位。

III.使用多个可维护的分离器元件的实施例

上述原理可容易地应用于使用多个可移去和可更换的分离器元件的气体/液体分离器组件中。这样的一实例示于图4和5中。图4和5的结构构造成使用与分离器10相同的分离器元件(即，相同的尺寸和结构)。然而，图4和5的组件构造成用于压缩机，该压缩机具有450hp(约335Kw)的发动机额定功率和2,000cfm(约945,000cu.cm/sec)量级上的预期输出。为了控制该较大的流量，可以看到在一外壳内使用三个分离器元件，在此实例中，外壳具有的直径约为16-20英寸(约40-51cm)(例如约18英寸或45.7cm)，具有的高度约为45-55英寸(约114-140cm)(例如约50英寸或127cm)。当然，这些原理可应用于一具有或多或少的分离器的组件，视压缩机额定规格和期望的输出而定。

参照图4，示出包括容器151的气体/液体分离器150。容器151一般地包括一外壳152和一盖153。盖153通过螺栓154固定就位，其间用O形环155提供一密封。

如图1-3的实施例，外壳152一般地具有一圆柱形外壁160和一圆形底部161。图中示出一径向朝向的通过壁160突出的入口170。此外，气体/液体分离器组件150显示有一上部出口171、一填充管173、一液位计174、释放阀孔接管175、压力接管176、177、温度探头接管178和下部排放口179。如图1-3的实施例，压力接管175显示为围绕外壁160和轴线180从入口170转过约180°。这对于释放阀孔接管175是一优选的位置。确切地说，是一类似于图1-3实施例所述优选的部位的较佳的部位。该部位表示如下。

一般来说，管板结构190将压力容器151的内部191分隔成上部区域195和下部区域196。管板结构190通常包括向下朝向壁199和底部200的环形安装环198。管板结构190通常是实心的，除了通过选定的孔205之外，管板对于气体流不渗透，选定孔用于气体流入液体分离器元件内，这将在下文中进一步概括。如上所述，结构150构造成用于多个可移去的和可更换的(可维护的)分离器元件。对于所示的特定结构150，底部200包括三个气体流孔205(图5)。在图5中，还示出一探头206。

对于所示特定的实施例，向下朝向的壁199是沿径向连续的。壁199还显示为一圆柱形壁199a。这是因为一诸如壁199a的圆柱形壁可方便地包围三个分离器元件，其如下文中所概括和如图5所示。

如果使用不同数量的分离器元件，则对于壁199可首选不同的形状。例如，如果使用两个元件，则它可优选将壁199构造成跑道形状。一跑道形状通常具有两个相对平行的侧壁，带有弧形的端部而形成圆形。采用这样一径向连续的壁，可形成使用两个元件的优选的流动形式。

组件150包括一可移去的和可更换的分离器结构210，其包括三个个别的可移去的和可更换的分离器元件211。三个元件211在图5中显示为被壁199包围。在图5中，三个个别的元件211显示为围绕中心轴线180(图4)均匀地沿径向间隔；而壁199显示为圆柱形。元件211可以与图1的元件10相同。如图1-3的实施例，壁199沿着分离器211的轴线长度的至少25％，较佳地至少35％(最佳地不大于50％)延伸(图4)。

一般来说，对于图5的分离器结构150，各个三个可维护的分离器元件211可具有大致相同的结构，使各个元件包括构造成圆柱形的带有第一和第二相对的端帽221、222的介质组220(图4)。一般来说，端帽221、222可以大致类似于图1的端帽50、56。即，一端帽222具有一敞开的中心孔225，以使气体流入介质组内部220a。中心孔225通常被一密封环226，例如O形环227包围。密封环226构造成与圆柱形件230形成一径向密封，圆柱形件230与底部200内的孔205相连。也可使用其它变化的密封结构，例如，如上所述的密封结构。

另一方面，端帽221通常呈关闭，即，不包括与区域220a连通的延伸通过其间的孔。

图4的分离器元件211的轴向长度略短于底部200和盖153之间的距离。再者，为方便起见，径向密封较佳地构造成允许分离器元件211沿轴向稍微地滑动。

分离器组件150是一相对于多个可移动和可更换的分离器元件211的进至出的流动结构。然后，管板结构190相对于各种介质组220合适地分离结构150为一上游侧235和一下游侧236。入口170朝向最终进入上游侧235的气体流。所示特定的入口170是一径向的入口170a。

气体/液体分离器结构或组件150包括一预分离器结构240，其通常包括一入口折流板结构241。

入口折流板结构241包括轴向围板243和入口围裙244。对于所示特定的预分离器结构240，轴向围板243沿径向连续，并且也呈圆柱形，由圆柱形侧壁199的外表面199a限定。入口围裙244除了合适的尺寸之外，可以大致地与上述围裙86类似，并且在轴向围板243和壁160的内表面246之间大致沿径向延伸。径向围裙244具有一上表面244a，其较佳地构造成提供一朝向壁160的内表面246的排放表面。径向围裙244较佳地以一向下或倾斜的角度延伸(类似于图2的角度A)，该角度至少为20°，在此区域内通常为30°至60°(例如，40°-50°)。

再者，径向围裙244可以类似于图3的围裙86成形和定位，例如，类似的下导管或通道249定位成从图5的入口170的入口直线170a沿径向(沿气体流的方向)成至少70°，典型地至少为180°，通常为至少230°(对于所示实施例，较佳地为250°-340°)。

对于图4所示的结构，通常入口折流板241在轴向围板243和壁160的内表面246之间形成流动环腔251。流动环腔251较佳地具有一横截面区域大致与入口170的横截面尺寸相同。

对于所示的特定结构，入口折流板241包括一图5的径向叶轮253(类似于图2的叶轮100)，当从图5的定向观看时其沿顺时针方向定位引导入口气体流。当然，可使用其它变化的流动方向，使下导通道249合适地定位。叶轮253通常尽可能靠近入口170定位。对于所示实施例，叶轮253较佳地沿气体流的方向径向地与通道249间隔成200°，通常至少为230°，更为较佳地至少为250°。

参照图4，在操作中，一气体/液体流将通过径向入口170进入结构150。收集在入口折流板241上的一部分液体将向下排入下部坑257，以便排出到排放口179之外。气体流最终在壁或围板243的下边缘下方经过通过管板结构190进入个别的分离器211。对于一进至出的流动，气体流沿箭头258的方向通过介质组220。在介质组220内发生聚结的排放，使液体流排入上部坑256内。收集在上部坑256内的液体通过清洗管257移去。气体流通过出口171退出分离器结构150。

如同图1和2的实施例，介质组220的特定结构对于这里揭示的一般原理来说不是关键的。一般来说，所要求的是一内部聚结层260和一外部排放层261，它们构造成具有进至出的流动的理想的效率水平，以及理想的效率、约束、空气流量和使用寿命。如果需要的话，可使用各种平纹棉麻织物层或内衬。

定期地，当分离器元件211计划被更换时，可松动螺栓154后移去盖153实施一更换操作。

参照图5，图中示出叶轮253相对于入口170的优选的径向位置。对于下导管249还示出优选的径向位置和延伸部。在标号265处示出释放阀孔175相对于入口170的优选的径向位置。该位置不同于图4中所示的位置，后者是一欠佳的位置。如同图1-3的实施例，优选的位置将释放阀定位在下导管的上方，因此，在释放阀操作的过程中，在气体可能到达释放阀孔之前，确保相对高水平的气体/液体分离。

图1-3的实施例中所述的其它优选的结构类似地适用于图4-5的实施例。

IV.图6-8的实施例，使用一出至进的流动的分离器元件的组件

如上所述，本文结合入口折流板结构所述的原理可适用于构造用于可移去的和可更换的分离器元件的气体/液体分离器结构，所述可移去的和可更换的分离器元件构造成用于出至进的流动。显示用于一单一可移去的和可更换的分离器元件的这样一结构的实例示于图6-8中。根据此图和所述的一般原理，将会明白包括一个以上分离器元件的一结构。

示于图6-8中的特定组件构造用于一相对小的压缩机，例如，用于一压缩机，该压缩机具有约20至100hp(或约14.9-74.6Kw)的发动机额定功率(例如，40hp或约30Kw)和约185cfm(或约87,300cu.cm/sec)的预期输出。这样一组件可具有外直径约为7-9英寸或17-23cm(例如，8英寸或20.3cm)和总高度约为27-33英寸或为68-84cm(例如，30英寸或76cm)。然而，对于各种尺寸的压缩机，所述原理可应用于各种结构中。

参照图6，一般气体/液体分离器组件270包括容器271，在此实例中是具有一被可移去的盖275关闭的外壳274的容器272。盖275用螺栓276固定到位。

对于所示特定的组件270，容器271具有一大致圆柱形的外壁278和圆形底部279。容器272包括气体流入口281、气体流出口282和液体排放口283。

包括在组件270内的还有液位端口286。

组件270可包括各种液体填充端口、压力接管、温度探头和压力释放出口，它们大致类似于上述实施例中所述的，但如果要求的话对于这里的应用进行合适的定位。

气体/液体分离器组件270一般地包括一预分离器300，其包括一入口折流板结构301。入口折流板结构301包括轴向围板303和径向入口围裙304。一般地来说，气体流环腔306形成在轴向围板303和壁278的内表面307之间。环腔306的尺寸较佳地大致与入口281的截面区域相同。

对于所示实施例，围板303是径向连续的。所示优选的围板是圆柱形的，但其它变化形状也是可能的。优选的径向入口围裙304的上表面304a较佳地形成一排放表面，从邻近轴向围板303的内边缘、腰部或区域310(图7)沿径向向下排放到邻近壁278的内表面307的外边缘或区域311。向下的倾斜角度较佳地是至少20°，通常位30°-60°(例如，40°-50°)。

径向围裙304包括一下导管或通道313(图7)，在使用过程中，以允许液体排放和气体从上区域315流入下区域314内。通道313较佳地具有的径向宽度是边缘310、311之间的径向延伸部的至少90％，较佳地是至少95％。

入口折流板结构示于图7中。径向围裙示于图8中。

入口折流板301包括径向叶轮320，其定位成一方向以便叶轮致使气体流沿一规定的方向移动；在图6-8所示的实施例的实例中，当从图7的箭头322方向向下观看结构上时，所述方向是逆时针方向。下导管通道313较佳地定位成沿径向与图6的径向入口281的中心线281a间隔至少70°；尤为较佳地至少180°，通常至少为230°(例如，250°-340°)。较佳地，通道313具有一介于边缘313a、313b之间的径向长度(图7)，其至少为30°，通常为40°-130°，例如，约为60°-80°。

参照图6，气体/液体分离器组件270包括可移去的和可更换的(即，可维护的)分离器元件327。元件327包括一介质组328，在此实例中，是一圆柱形介质组329，从端帽331向下延伸。端帽331具有一中心的气体/流动孔332。气体流动孔332是一用于气体的出口孔，以便从由介质组328形成的内部区域328a逸出。

对于所示的特定结构，例如，分离器元件327可具有一外直径(OD)约4-6英寸或10-15.3cm(例如，5英寸或13cm)，一内直径(ID)约2-3英寸或5-7.6cm(例如，2.75英寸或7cm)，一总长度约6-7英寸或15.2-12.8cm(例如，6.75英寸或17.1cm)。当然，如果需要的话结构可构造成使用其它尺寸的元件。

参照图6，端帽331包括一环形的安装突缘334，其定位成用螺栓276固定在盖275和外壳274之间。定位垫片材料336来提供一密封。

元件327还包括关闭的端帽337。端帽337包括一内部的液体收集坑或碗338。

如同本文所述的其它结构，介质组328内的特定结构不是关键的。一般来说，介质组328将包括一外聚结层340和一内排放层341。由于流动是从出到进的，即，在正常使用中沿箭头342的方向，所以，液体将收集在端帽331的区域338内。清洗管344定位成从正常使用中的该位置移去液体。

在典型的使用中，被分离的气体/液体混合物通过入口281进入组件270。该气体/液体首先引入预分离器组件300，对着轴向围板303和径向围裙304(图7)收集一部分液体。在此区域内收集的液体将最终通过下导通道313流入下部坑350(图6)，从由排放口283形成的下部坑350进行排放。然后，气体通过围板303的下边缘351的下方流入介质组328周围的区域352内。气体然后通过介质组328，进一步聚结液体，最终液体排放到形成在介质组328的内部328a内的内部坑338内。液体含量减少后的气体然后通过敞开的端帽331离开元件327，然后，通过出口282离开容器271。

参照图8，径向入口围裙304较佳地具有一内部结构，叶轮320固定在内部结构上。叶轮320可与围裙的其余部分一体形成，或可以是分离的部件进行附连。对于图8所示的实施例，叶轮320是附连的分离部件，例如，通过焊接从入口围裙或沿与倾斜相对的方向向上突出。

入口围裙304不包括叶轮320的其余部分是一体的结构，通常用车削加工形成的金属结构，使下导管313切去。与图1-5的实施例中的围裙86、244不同，围裙304包括一朝向内轴向(向上)的腰部360，以及一朝向外轴向(向下)的轮缘部分361。这些部分便于通过点焊操作安装在组件270内。

V.图9-12的变化的实施例

现将注意力引导到图9。图9是类似于图1的一组件的截面图。参照图9，所示组件400包括一外壳401，其具有一带有一空气流动入口403的圆柱形侧壁402、一底部坑404和排放口405。用于底部坑404的液体入口显示为标号406。组件包括一通过螺栓408而固定就位的顶盖407。

除以上所述之外，组件400一般可类似于图1的组件1和具有类似的特征。

组件400显示为没有定位在其中的分离器元件。应该理解到，在使用中分离器元件可定位成进至出的流动，可以位于具有在顶盖内表面407a和表面430之间的轴向延伸部的安装空间内。

在图10中，示出气体出口435。

在图9和10中，示出抽吸管440，其在接管441处延伸通过侧壁401。

再次参照图9，组件400包括一预分离器结构449。预分离器结构449包括管板结构450。管板结构包括一具有一下部452和一上部453的壁部分451。下部452大致呈圆柱形，而上部453基本上具有一漏斗形，即，其侧壁相对于下部成一角度延伸的形状，形成的角度X在120°-170°的量级上。当定向为使用时，管板结构450安装在安装突缘454上。管板结构450还包括底部板455，其中有流动孔456。

如同图1的结构，侧壁结构451定位成沿着定位在底部455(即，表面430)和顶407a之间的一延伸部内的预分离器结构向上延伸一段距离，该距离是安装空间即分离器元件的轴向长度的至少20％，通常为至少35％；且较佳地不大于安装空间的轴向长度的60％，尤为较佳地不大于50％，即，定位在由壁450围绕的体积内的任何分离器元件结构的长度的百分比。延伸部的高度由下部452形成，其余部分由上部453形成。在测量该距离时突缘454不计入，因为它基本上与侧壁齐平。

仍参照图9，结构400还包括径向围裙490。径向围裙490沿倾斜方向在位置491处的管板结构450和位置492处的外侧壁401之间延伸。径向围裙490包括下部安装突缘493。

对于所示的特定结构，一圆柱形折流板496显示为定位成从底部455向下延伸在径向围裙490内和围绕孔456。

图11中的径向围裙490包括一形成在边缘501和502之间的下导通道500。一上突缘邻近边缘502定位。因此，沿图11中箭头504的方向进入入口403的空气将引导到如箭头506所示的逆时针方向的流动中。在边缘501处，空气向下引导到入口围裙490的下方。下导管500还在径向围裙490和管板结构450之间为收集在区域511(图9)内的液体向下排放提供一位置。

在图12中，示出一径向入口围裙结构520。它显示为具有与围裙490一体形成的圆柱形围板496以及突缘493。

图9-12呈现的结构的操作原理类似于先前的实施例。图9-12示出可使用部件的不同的机械连接。再者，图9-12示出位于侧壁451的上部内的理想的漏斗形表面453。此外，它们显示使用在孔456和围裙490之间向下垂下的第二围板496，以确保通过围裙490下面的空气需要继续向下前进，直到它转向和引导通过管板结构。这有助于提供分离，而不会有不理想的重新夹带的程度。

如同先前图9的实施例，一坑形成在区域530内，液体定期地从坑中移去，或在使用中由抽吸管440连续地移去。

图9-12的结构可用于各种分离器结构。可利用一个或多个分离器，视其如何构造而定。在通常的使用中，底部455内孔的数量对应于分离器的数量。分离器可以是圆柱形或具有其它变化的形状。

VI.某些一般的观察

根据本发明，描述了用于气体/液体分离器(例如，压缩机中的空气/油分离器)中的预分离器结构。预分离器结构一般地包括一如概括的轴向围板和一如概括的入口围裙。显示和描述了各个特别优选的结构。

还根据本发明，描述了形成一空气油分离器结构或安装一预分离器结构的方法。该方法一般地包括：在一圆柱形容器内安装一如所概括的预分离器结构，合适地附连到容器侧壁。当然，较佳的定位是使气体流入口引导到入口围裙上方；且使叶轮和围裙的径向定位如所概括地用于各种实施例。

还提供一分离气体和液体的方法(例如，从压缩机中分离空气/油)。该方法一般地包括：引导入口流进入如上所述的预分离器结构，气体流通过轴向围板的下边缘的下方，然后，其余的气体通过可维护的分离器元件。当然，可使用多元件的系统。

本文所述的技术可应用于具有各种尺寸和特殊结构的各种类型的设备。这里的一般的特征意指优选的实例。

Claims (20)

1.一气体/液体分离器组件，包括：

(a)一容器，其包括一外壁，且具有一气体流动入口和一下部坑；

(b)一预分离组件，其包括：

(i)一与容器外壁间隔的沿径向连续的轴向围板，以在其间形成一气体流环腔；以及

(c)一用于至少一个可移去和可更换的分离器元件的安装空间，其通过轴向围板被包围和与气体流入口分隔；

(i)轴向围板沿用于至少一个可移去的和更换的分离器元件的安装空间的轴向长度的至少20％且不大于60％的距离延伸。

2.如权利要求1所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)轴向围板沿用于至少一个可移去的和更换的分离器元件的安装空间的轴向长度的至少35％且不大于60％的距离延伸。

3.如权利要求2所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)轴向围板沿用于至少一个可移去的和更换的分离器元件的安装空间的轴向长度的至少35％且不大于50％的距离延伸。

4.如权利要求1所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)轴向围板具有一上漏斗部分和一下圆柱形部分。

5.如权利要求1所述的气体/液体分离器组件，其特征在于，包括：

(a)一入口围裙，其定位在气体流入口下方，并延伸到容器外壁；

(i)气体流入口定位成引导入口气体流进入在入口围裙上方的气体流环腔；

(ii)入口围裙包括至少一个下导通道，位于与入口径向间隔的位置；以及

(b)一径向叶轮，其定位在下导通道和气体流入口之间，以引导气体通过一至少70°的径向路径，然后，气体可从气体流入口通过下导通道；以及

(c)至少一个可移去的和可更换的分离器元件定位在安装空间内，该安装空间用于至少一个可移去的和可更换的分离器元件，并被轴向围板包围和与气体流入口间隔。

6.如权利要求5所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)径向叶轮定位成引导气体通过至少180°的径向路径，然后，气体可从气体流入口通过下导通道。

7.如权利要求6所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)轴向围板是圆柱形的。

8.如权利要求5所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)外壁是大致的圆柱形；以及

(b)气体流入口是一径向入口。

9.如权利要求8所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)容器包括一气体流出口，其延伸通过外壁并通过一管板结构与气体流入口间隔；以及

(b)至少一个可移去的和可更换的分离器元件构造成进至出的流动。

10.如权利要求9所述的气体/液体分离器组件，其特征在于，包括：

(a)至少两个可维护的分离器元件，各个元件定位在用于至少一个可移去的和可更换的分离器元件的安装空间内。

11.如权利要求10所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)下导通道与气体流入口间隔至少230°的径向路径。

12.如权利要求11所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)下导通道具有一至少30°的径向延伸。

13.如权利要求12所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)下导通道具有一不大于130°的径向延伸。

14.如权利要求5所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)入口围裙具有一上表面，其朝向所述外壁延伸向下倾斜。

15.如权利要求14所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)入口围裙向下倾斜的角度在20°至60°的范围内，包括20°和60°。

16.如权利要求15所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)所述下导通道具有介于外壁和轴向围板之间的延伸部的宽度，其为外壁和轴向围板之间的入口围裙的延伸部的至少90％。

17.如权利要求16所述的气体/液体分离器组件，其特征在于：

(a)所述下导通道具有介于外壁和轴向围板之间的延伸部的宽度，其为外壁和轴向围板之间的入口围裙的延伸部的至少95％。

18.一用于如权利要求1-17中任何一项所述的气体/液体分离器组件的预分离器结构；该预分离器结构包括：

(a)一径向连续的轴向围板；

(b)一入口围裙，其具有至少一个下导通道；

(i)入口围裙具有一至少20°的倾斜角；

(c)一径向叶轮，其定位成引导气体流围绕轴向围板至少180°的径向距离，然后与下导通道相遇。

19.一用于如权利要求1-17中任何一项所述的气体/液体分离器组件的入口围裙结构；该入口围裙包括：

(a)一圆形围裙结构，其具有一上表面，其具有的从内边缘到外边缘的倾斜角至少为20°，以及其中至少一个下导通道；以及

(b)一径向叶轮，其从圆形围裙的上表面沿与倾斜相对的方向突出；

(i)下导通道是围裙内的一间隙，离叶轮沿径向定位在至少180°。

20.一将来自压缩机的空气/油混合物分离的方法；所述方法包括以下步骤：

(a)提供一如权利要求1-17中任何一项所述的气体/液体分离器，其具有至少一个可移去和可更换的分离器元件，以及

(b)从入口引导一流体流：

(i)围绕轴向围板至少70°的距离；

(ii)向下；

(iii)在轴向围板的下边缘下方；

(iv)通过至少一个可移去和可更换的分离器元件；以及

(v)向外通过一出口。

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