CN206958030U

CN206958030U - 一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置

Info

Publication number: CN206958030U
Application number: CN201720449077.6U
Authority: CN
Inventors: 张军辉; 鲍静涵; 徐兵; 陈乐易; 王迪; 刘代峰
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-02-02
Anticipated expiration: 2027-04-26

Abstract

本实用新型公开了一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，该装置包括从上至下依次连通的出气口、集气管、圆柱筒体、锥形集油腔和出液口，圆柱筒体的侧壁连通入液口，圆柱筒体、锥形集油腔的内壁面均具有螺旋状凸起导流道；本实用新型应用于液压系统的液压回油管路与液压油箱底面之间，使用时油液从入液口进入，出液口浸没在油箱的油液液面以下，通过其自身圆柱—圆锥内壁结构及螺旋导流道强迫油气混合流发生螺旋运动，最终实现气体析出；通过气、液分别收集结构和排出结构避免气、液的二次混合；同时，本实用新型通过无外部驱动而直接实现回油总管路中混合流的气液分离，实现轻量化、节省能源、提高液压系统便携性和功重比。

Description

一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置

技术领域

本实用新型涉及液压系统气体析出技术，尤其涉及了一种具有锥形集油腔和螺旋状导流道的的气液分离装置。

背景技术

液压油液中的气体以两种不同的形式存在：第一种溶解在油液中的气体，另一种为游离于油液之外的自由气泡。对于饱和油液，若其压力降低，则溶解于其中的气体将会因过饱和而以气泡的形式从油液中析出，而在此过程中，由于油液粘度较大，因此气泡将在油液中长时间逗留，而不能完全与油液分离。

在液压系统中，液压油经常需要经过节流阀，而在此过程中，阀口处将产生大幅度的压力降，从而油液中的气体将析出。这便是油液中存在气泡的主要原因。而在一些开式液压系统中，由于系统密封性较差，而会导致外界环境中的空气混入系统中，油液不能完全溶解这些混入气体，因此，残留的空气也将会以气泡的形式存在于液压油中，并随之在系统中循环。

液压系统的发展趋势是轻量化、节能化、便携性和高功重比(功率与重量之比)。传统的液压系统油箱体积较大，其重要原因之一便是须提供充分的空间供油气混合物静置，以便析出其中的气体；为了减轻液压系统的重量，实现液压系统的轻量化、节能化、便携性和高功重比，应有专门的装置用以消除油气混合流中的气体，且该装置体积不宜过大、质量不宜过重。

目前已有的某些消除液压系统油液内气泡的专用装置采用驱动油液做离心运动、加速气液分离的方法，虽然能在有限体积内降低液压油的气体体积分数，但是由于采用了外部驱动部件，故能源消耗增大；该类装置虽然可以令液压油箱体积减小，但由于增设了动力机械，故整个系统的体积及重量反而增加。本实用新型则通过内部结构的特殊性使得气液混合物能够以较高速度在有限空间内运动较长时间，进而实现气液分离；同时，分别收集气体和油液排出的功能结构有效避免气、液的二次混合。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种具有锥形集油腔的气液分离装置，应用于液压系统的液压回油总管路与液压油箱之间，通过其自身圆柱—圆锥内壁结构及螺旋状导流道强迫油气混合流发生螺旋运动，最终实现气体析出；通过气、液分别收集结构和排出结构避免气、液的二次混合；同时，本实用新型通过无外部驱动而直接实现回油总管路中混合流的气液分离，实现轻量化、节省能源、提高液压系统便携性和功重比。

本发明解决技术问题的技术方案如下：一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，该装置包括从上至下依次连通的出气口、集气管、圆柱筒体、锥形集油腔和出液口，圆柱筒体的侧壁连通入液口，圆柱筒体、锥形集油腔的内壁面均具有螺旋状凸起导流道。

进一步地，所述圆柱筒体的壁厚不小于10mm，内腔直径不小于100mm，径向长度不小于80mm；内壁面上的螺旋状凸起导流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，导流道截面为等腰梯形。

进一步地，所述入液口为圆柱筒状，内壁与圆柱筒体内壁相切；入液口的壁厚不少于10mm，内径不小于20mm，自端面至圆柱筒体的对称面距离不少于100mm。

进一步地，所述锥形集油腔的锥底内腔直径与圆柱筒体内腔直径相等；锥形集油腔轴向长度不小于90mm，小径端内腔直径不小于20mm；壁厚不少于10mm；内壁面上的螺旋状凸起导流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，导流道截面为腰长及底边长均逐渐减小的等腰梯形，且该部分导流道与圆柱筒体的导流道过渡平滑，无明显形状突变。

进一步地，所述出液口为圆柱筒状，其内腔直径与锥形集油腔小径端内腔直径相等；出液口轴向长度不长于30mm，壁厚不少于10mm。

进一步地，所述集气管为圆柱筒体，内径不大于40mm，轴向长度不大于60mm，内外径之差不大于5mm。

进一步地，所述出气口为圆柱筒体，内径不大于40mm，轴向长度不大于20mm，内外径之差不大于5mm；出气口与圆柱筒体、锥形集油腔、出液口、集气管保持同轴。

本实用新型的有益结果是：

(1)液压系统若采用本实用新型装置，在保证油箱内油液具有较低含气量的同时，其油箱体积可以大幅度缩减，可小于传统油箱的20％；相应地，油液总用量也可以减少，以流量为150L/min的系统为例，传统液压系统的油箱须按照450L液压油进行设计，而采用本实用新型的小型化油箱容积仅为70L，且当回油管中气体体积分数达到10％(入液口处的数值)时，流出气液分离装置出液口的气体体积分数仅为0.9％，有效地节省了空间和油液；

(2)本实用新型由于采用了非金属材料，加之本身体积有限，且对应的液压油箱亦大幅度减重，故对于系统的轻量化、便携性和功重比的提高具有促进作用；

(3)本实用新型的工作机理是运用结构改变混合流的运行方向，系气液混合流动能及重力共同作用，不需外部能源作为输入，可实现节能减排。

附图说明

图1是一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置的爆炸视图；

图2是装置的装配体外观图；

图3(a)为装置主视图；

图3(b)为装置俯视图；

图3(c)为装置左视图；

图4为装置的装配体剖视图；

图中：1.入液口、2.圆柱筒体、3.出气口、4.集气管、5.锥形集油腔、6.出液口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1-4所示，本实用新型提供的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，该装置包括从上至下依次连通的出气口3、集气管4、圆柱筒体2、锥形集油腔5和出液口6，圆柱筒体2的侧壁连通入液口1，圆柱筒体2、锥形集油腔5的内壁面均具有螺旋状凸起导流道；所述出气口3、集气管4、圆柱筒体3、锥形集油腔5、出液口6和入液口1六个部分均采用非金属材料制成，具体成型方案包括但不限于以ABS材料通过3D打印成型、采用轻量化非脂溶性材料注塑成型；六个部分分别成型后可采用α－氰基丙烯酸乙酯作为粘结剂粘合为整体；粘合成型后的装置整体具备足够强度，在常规液压油箱所处的振动条件下不发生开裂；除入液口1、出气口3、出液口6部分外，均不与外界发生气体、液体交换，且不发生油液渗漏，各粘结接口具有较高的气密封、液密封性能。

进一步地，所述圆柱筒体2的壁厚不小于10mm，内腔直径不小于100mm，径向长度不小于80mm；内壁面上的螺旋状凸起导流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，导流道截面为等腰梯形。

进一步地，所述入液口1为圆柱筒状，内壁与圆柱筒体2内壁相切；入液口1的壁厚不少于10mm，内径不小于20mm，自端面至圆柱筒体2的对称面距离不少于100mm。

进一步地，所述锥形集油腔5的锥底内腔直径与圆柱筒体2内腔直径相等；锥形集油腔5轴向长度不小于90mm，小径端内腔直径不小于20mm；壁厚不少于10mm；内壁面上的螺旋状凸起导流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，导流道截面为腰长及底边长均逐渐减小的等腰梯形，且该部分导流道与圆柱筒体2的导流道过渡平滑，无明显形状突变。

进一步地，所述出液口6为圆柱筒状，其内腔直径与锥形集油腔5小径端内腔直径相等；出液口6轴向长度不长于30mm，壁厚不少于10mm。

进一步地，所述集气管4为圆柱筒体，内径不大于40mm，轴向长度不大于60mm，内外径之差(即壁厚)不大于5mm。

进一步地，所述出气口3为圆柱筒体，内径不大于40mm，轴向长度不大于20mm，内外径之差(即壁厚)不大于5mm；出气口3与圆柱筒体2、锥形集油腔5、出液口6、集气管4保持同轴。

本发明的入液口1即为混有气体的油液流入端口，应用于液压系统中即为回油管末端；出液口6直接浸没在液压油箱的液面以下，出气口3上表面须高于液压油箱的液面5～6cm。

当液压系统正常工作时，回油管内的油液常带有一定体积分数的气体，该部分气液混合流从回油管末端经入液口1进入到装置内，将在圆柱筒体2的作用下发生运动状态的改变：一方面，圆柱筒体2的侧壁给予气液混合流向心加速度，同时，重力使得混合流向下运动，故混合流将会发生螺旋向下的运动，该过程中气液已经发生分离；由于螺旋状导流道的导向和限制作用，混合流在装置内的运动速度不致过快，而是充分进行多周期的螺旋运动后进入锥形集油腔5，此过程时间越长则气液分离越充分；该腔内的导流道呈现渐变消失的趋势，这是因为自然状态下锥形集油腔5内的混合流做变螺距螺旋运动，如果继续强制导向则有可能出现气液二次混合现象；锥形集油腔5内，原本运动半径较大的混合流逐渐聚拢到半径较小的锥顶附近，此过程中气液进一步发生分离，最终气体向上运动，进集气管4从出气口3溢出装置，而气体体积含量极低的油液则从最下方的出液口6离开装置。

最后需要注意的是，上述说明中的具体结构参数只是本发明的一种具体应用实例，对应于150L/min的液压系统，功能指标为气体体积分数从10％降至1％以下；根据需要设计的不同大小、系统流量、功能指标的设备，若明显与本发明基本原理相同，则也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：该装置包括从上至下依次连通的出气口、集气管、圆柱筒体、锥形集油腔和出液口，圆柱筒体的侧壁连通入液口，圆柱筒体、锥形集油腔的内壁面均具有螺旋状凸起导流道。

2.根据权利要求1所述的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：所述圆柱筒体的壁厚不小于10mm，内腔直径不小于100mm，径向长度不小于80mm；内壁面上的螺旋状凸起导流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，导流道截面为等腰梯形。

3.根据权利要求1所述的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：所述入液口为圆柱筒状，内壁与圆柱筒体内壁相切；入液口的壁厚不少于10mm，内径不小于20mm，自端面至圆柱筒体的对称面距离不少于100mm。

4.根据权利要求1所述的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：所述锥形集油腔的锥底内腔直径与圆柱筒体内腔直径相等；锥形集油腔轴向长度不小于90mm，小径端内腔直径不小于20mm；壁厚不少于10mm；内壁面上的螺旋状凸起导流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，导流道截面为腰长及底边长均逐渐减小的等腰梯形，且锥形集油腔的导流道与圆柱筒体的导流道过渡平滑，无明显形状突变。

5.根据权利要求1所述的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：所述出液口为圆柱筒状，其内腔直径与锥形集油腔小径端内腔直径相等；出液口轴向长度不长于30mm，壁厚不少于10mm。

6.根据权利要求1所述的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：所述集气管为圆柱筒体，内径不大于40mm，轴向长度不大于60mm，内外径之差不大于5mm。

7.根据权利要求1所述的一种具有螺旋状导流道和锥形集油腔的气液分离装置，其特征在于：所述出气口为圆柱筒体，内径不大于40mm，轴向长度不大于20mm，内外径之差不大于5mm；出气口与圆柱筒体、锥形集油腔、出液口、集气管保持同轴。