CN208727015U - 分离装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种分离装置、尤其是螺旋分离器(10)形式的分离装置，所述分离装置用于将污物、尤其是固体形式的污物从气态的介质流、如空气中分离，所述介质流能够输送给构成为螺旋形的引导装置(42)并且由此实现至少部分地将相应的污物从介质流中分离，其特征在于，所述引导装置(42)具有多个螺旋臂(44)，所述螺旋臂成对地彼此相邻相对置地限定径向延伸的多个流动空间(46)，使得所述介质流径向向外被引导。由此，以功能可靠的方式实现以高的分离效率将污物从气态介质流中分离，此外，所述螺旋分离器能够以低成本的方式并且节省结构空间地实现。

Description

分离装置
技术领域
本实用新型涉及一种分离装置、尤其是螺旋分离器形式的分离装置，所述分离装置用于将固体从气态介质流中分离，该气态介质流可被输送给构成为螺旋形的引导装置。
背景技术
由DE102010014278A1已知一种用于从气流中分离液体和/或固体颗粒状的旋风分离器，该旋风分离器包括具有至少一个基本上圆柱形构成的格室管的第一旋风构件，该格室管具有引导装置，借助该引导装置，气流可旋转以用于分离颗粒。此外，已知的方案包括用于将分离的颗粒从装置中导出的颗粒出口以及依循气流流动方向在下游的第二旋风构件以及用于排出清除后的气流的中央出口，该第二旋风构件具有至少一个潜管，该潜管容纳在格室管中并且在其依循气流流动方向的下游的流出端处与格室管的依循气流流动方向的下游的流出端至少局部连接。
有利的是，这种已知的旋风分离器被构成为所谓的多室旋风分离器，其中第一旋风构件具有多个格室管，并且第二旋风构件具有多个潜管。利用已知的方案，基于多室旋风分离器结构，相应的固体能够以良好的效率从介质气流中分离；但是相关的结构实施起来很麻烦并且因此成本很高。
由EP2471588A1已知另一种用于从气体中分离液体的装置，该装置包括装置容器，所述装置容器具有气体入口和气体出口以及分离元件，所述分离元件尤其是以油气分离元件为形式，该油气分离元件在流动路径中设置在气体入口和气体出口之间。在已知的方案中，具有仅一个螺旋臂(其形式为螺旋形延伸的流动壳体)的螺旋分离器设置在气体入口和分离元件之间，其中，上述的螺旋分离器将容器划分为上腔室和下腔室。
已知的装置在运行中避免流动介质内的涡旋并且允许紧凑的结构；仅就将要分离的液体作为污物的从气态介质流中分离的效率而言，已知的方案尚没有可期待之处。
实用新型内容
从该现有技术出发，本实用新型的目的在于，进一步改进上述的已知方案，使得提供一种分离装置，该分离装置节省结构空间并且能够低成本地实现，并且在运行中即使在高的分离功率下也是功能可靠的。
上述目的通过一种分离装时得以解决，该分离装置用于将污物、尤其是固体形式的污物从气态的介质流、如空气中分离，所述介质流能够输送给构成为螺旋形的引导装置并且由此实现至少部分地将相应的污物从介质流中分离，所述引导装置具有多个螺旋臂，所述螺旋臂成对地彼此相邻相对置地限定径向延伸的流动空间，使得所述介质流径向向外被引导。按照本实用新型，构成为螺旋形的用于介质流的引导装置具有多个单独的螺旋臂，所述螺旋臂成对地彼此相邻相对置地限定径向延伸的(多个)流动空间，使得介质流被向外引导，通过这种方式，由于螺旋分离器的多个固定不动的螺旋形的导向叶片，以功能可靠的方式实现以高的分离效率将污物从气态介质流中分离，此外，所述螺旋分离器能够以低成本的方式并且节省结构空间地实现。这在现有技术中没有等效的方案。在按照本实用新型的分离装置的一种优选的实施方式中规定，介质流、尤其是载有颗粒状的固体形式的污物、如灰尘的由环境空气形成的气体流经由装置的壳体的介质入口轴向输送给引导装置的中央区域，在该中央区域中引导装置各个螺旋臂相遇。尤其是在介质进入开口朝向引导装置可见地逐渐变窄的情况下，介质流在均匀地分配到螺旋分离器的通过螺旋臂限定的分配腔室中之前就能够初始地加速，这有利于经由引导装置的螺旋形的叶片沿径向向外观察的进一步的加速。
按照本实用新型的一种实施形式，介质流经由装置的壳体的介质入口沿轴向输送给引导装置的中央区域，各个螺旋臂在该中央区域中相遇。
在按照本实用新型的分离装置的一种特别优选的实施方式中规定，至少部分的用于引导装置的螺旋臂、然而优选所有的螺旋臂成对地彼此相邻地互相限定(多个)流动空间，所述流动空间的走向从引导装置的中央区域向外是发散的、收敛的或在螺旋臂彼此平行地延伸的情况下是基本上保持不变的。通过上述地将各个螺旋臂设置为发散的、收敛地或者平行的，流动速度能够借助引导装置被减缓、加速或者基本上保持不变。这在现有技术中没有等效的方案。
按照本实用新型的一种实施形式，至少部分的用于引导装置的螺旋臂、然而优选所有的螺旋臂成对地彼此相邻地互相限定流动空间，所述流动空间的走向从引导装置的中央区域向外是发散的、收敛的或在螺旋臂彼此平行地延伸的情况下是保持不变的。
在按照本实用新型的分离装置的另一优选的实施形式中，壳体以可预定的径向距离包围螺旋分离器，从而通过介质流的螺旋引导部借助引导装置的螺旋臂从介质流中被分离的污物、如固体能够沉积在所述壳体的内部。除了所述固体污物之外，这样也可以将液滴、如冷凝水等从气体流中分离。
按照本实用新型的一种实施形式，各个螺旋臂向内在所述中央区域中会聚，并且经由介质入口轴向输送的原始和/或环境空气在其被等分成份地传递到流动空间中并且向外径向运动之前碰到形成所述中央区域的圆柱形的板上。
在按照本实用新型的分离装置的另一特别优选的实施形式中规定，引导装置的相应的螺旋臂至少在其共同的内部的连接区域的外部依循所谓的斐波那契螺旋线的曲线走向。这样对于相应的螺旋臂的螺旋形状能够实现一种黄金分割，这非常有利于实现介质流的强有力的流动引导。
按照本实用新型的一种实施形式，通过介质流的螺旋引导部，借助引导装置的螺旋臂，固体在壳体的内部沉积。
按照本实用新型的一种实施形式，所述引导装置的相应的螺旋臂至少在其共同的连接区域的外部依循斐波那契螺旋线的曲线走向。
在所述分离装置的另一优选的设计方案中规定，引导装置的所有螺旋臂构成为相同的、尤其是构成为一样长并且也一样高的，从而如此旋转对称地构造的螺旋分离器沿纵向观察能够以任意的装入方向安置到分离装置的壳体内部。此外，上述的螺旋分离器能够连同其固定不动的作为引导装置的引导叶片的螺旋臂例如以塑料注塑件的形式低成本地获得。由于所述螺旋分离器的对称构造，在各个方向上都能实现对于介质流的一样良好的排出率以及所追求的分离率。
在按照本实用新型的分离装置的另一特别优选的实施形式中此外规定，构成为螺旋形的引导装置构成为预分离器的形式，至少沿着介质流的方向观察，所述预分离器跟随有空气过滤系统。这样，在从分离装置导出的空气气体流被传递到内燃机的相应的燃烧室之前，可能仍未从介质流中分离的固体污物、尤其是颗粒状的污物形式的固体污物能够经由相应使用的过滤介质还更可靠地被清除，为此按照本实用新型的分离装置承担空气过滤功能。所述空气过滤系统优选地可以包括具有较高的过滤精细度的主过滤元件连同其中同心地或在下游设置的具有较粗的过滤精细度的安全过滤元件。因为所述的主过滤元件形式的空气过滤元件在过滤介质相应地被混入颗粒状的污物时要更换为新的元件，所以即使在欲要更换住主滤元件时意外地忽略了主过滤元件的情况下，所述安全过滤元件在分离装置的运行中仍充分地清除颗粒状的剩余污物，从而这样不会损害内燃机。
按照本实用新型的一种实施形式，沿着介质流的方向观察，具有较粗的过滤精细度的安全过滤元件连接在具有较高的过滤精细度的主过滤元件上游。被清除掉可能的固体的介质流在穿过空气过滤系统之后经由介质出口离开壳体，所述介质出口同轴于介质入口地设置在同一壳体中，其中，连接到分离装置上的内燃机沿轴向观察通过将介质流或气流从空气入口抽吸至空气出口沿轴向加速运动穿过装置壳体，通过这种方式，上述的轴向流动引导被螺旋预分离器的径向的空气引导叠加，从而整体上从所述螺旋预分离器开始在装置壳体内部、尤其是沿着其内壁理想地得到均匀的螺旋形的介质流走向，从而以特别强有力的有利的方式实现了对作为整体的分离装置的穿流。所述的螺旋形的介质流走向是有利的，因为沿轴向在装置壳体内部延伸的主过滤元件同样均匀地以螺旋形的方式被绕流，从而这样均匀地从介质流中将仍保留的颗粒状的固体负载物通过主过滤元件的过滤介质进行分离。这样，所述主过滤元件也可以均匀地被混入颗粒状的污物并且这样具有长的使用寿命。总之，在此，所述装置有规律地经由介质入口被供应以较多或较少负载的介质流，所述介质流相应地借助螺旋预分离器和过滤系统被清除地输送到介质出口，内燃机在吸气侧以其燃烧室连接在该介质出口上。
按照本实用新型的一种实施形式，被清除掉可能的固体、如灰尘的介质流在空气过滤系统之后经由介质出口离开壳体，所述介质出口同轴于介质入口地设置在壳体中。通过使装置壳体除了所述介质入口和出口部分之外还包括至少一个另外的用于相应地分离的固体的开口，能够有针对性地将固体污物从分离装置中导出到环境中。在此，上述的输出开口也可以设有可关闭的分离阀，以便以非连续的间隔或者几乎连续地将相应的污物从分离装置中导出。在此，在所述的用于内燃机的空气过滤的范围中，颗粒状的固体污物通常是位于相应的环境空气中的灰尘，内燃机在所述环境空气中例如被用于驱动工作机器。
按照本实用新型的一种实施形式，所述壳体具有至少一个另外的用于排出相应分离的固体的开口。
所述壳体优选地可以构成为多件式的，所述壳体优选具有彼此重复可拆的壳体部分，其中一个壳体部分优选可以具有构成为螺旋形的引导装置，并且另一个壳体部分可以具有前述的过滤系统。这样能够以当今所用的的方式将各个壳体部分彼此分开，对于将过滤元件、尤其是空气过滤器主过滤元件形式的过滤元件更换为新的元件的情况，其中一个具有过滤系统的壳体部分可以保留在内燃机上。
按照本实用新型的一种实施形式，所述壳体构成为多件式的，所述壳体优选具有彼此重复可拆的壳体部分，其中一个壳体部分用于空气过滤系统并且另一个壳体部分用于引导装置。
附图说明
接下来根据实施例、按照附图进一步阐述按照本实用新型的分离装置。图中原理性地并且不按比例地示出：
图1示出作为整体的分离装置的组装图；
图2示出根据图1的螺旋分离器的透视俯视图；
图3和4示出根据图2的螺旋分离器的端侧俯视图；
图5示出用于根据图2至4的螺旋分离器的构造为所谓的斐波那契螺旋线的螺旋臂；和
图6和7示出对应图4的示图。
具体实施方式
图1以组装图的形式示出作为整体的分离装置；图2示出根据图 1的螺旋分离器的透视俯视图；图3和4示出根据图2的螺旋分离器的端侧俯视图，一个带有逆时针定向的发散的螺旋臂，另一个则是顺时针的；图5示出用于根据图2至4的螺旋分离器的构造为所谓的斐波那契螺旋线的螺旋臂；和图6和7示出对应图4的示图，带有收敛的或者说彼此平行地设置的螺旋臂。
在图1中示出的分离装置具有作为预分离器的螺旋分离器10，在该螺旋分离器上沿介质(尤其是气流或空气流的形式)的流动方向连接有空气过滤系统12，该空气过滤系统包括主过滤元件14和安全过滤元件16。所述主过滤元件14构成为空心圆柱形的并且具有过滤精细度较高的过滤介质。在主过滤元件14中可以以同心的结构方式容纳有安全过滤元件16，该安全过滤元件又构成为空心圆柱形的并且相对于主过滤元件14在其过滤介质方面提供较粗的过滤精细度。两个过滤元件14、16可以容纳在罐状的壳体下部18中。为此，壳体下部18 具有用于在端侧容纳主过滤元件14的集成的容纳套管20以及用于容纳安全过滤元件16的一个端部的另一个集成的套管22，其中，所述过滤元件分别以密封的方式固定不动地固定到壳体下部18中的套管状的容纳部20、22中。在罐状的壳体下部18的底部存在套管状的介质出口24，该介质出口将通过分离装置产生的纯净空气输送给工作机器或者其他车辆的未示出的传统内燃机。替代内燃机，压缩机空气也可以相应地借助分离装置净化地产生。
沿看向图1的观察方向，相邻于介质出口24在下端部上并且倾斜延伸地还存在另一个排出开口26，该排出开口能实现从分离装置中排出固体污物，尤其是能实现经由排出开口26将灰尘从空气中排出到环境中。为了实现经由套管状的排出开口26从壳体下部18有效地分离灰尘，上述排出开口26可以连接到未详细示出的用于内燃机的排气系统上，其方式为：在内燃机的运行中产生负压，该负压辅助灰尘更轻易地从排出开口26排出。为了帮助避免不期望的灰尘或湿气从环境中进入到壳体下部18的内部，在排出开口26中可以存在未详细示出的灰尘分离阀、尤其是弹簧加载的止回阀的形式，该灰尘分离阀在装置和内燃机的运行中在排气系统的抽吸作用下朝向排出开口26的自由的开口横截面打开，并且(例如当内燃机停止运行时)朝向壳体下部 18的内部达到其关闭位置。
已经介绍过的螺旋分离器10可以容纳在罩形的壳体上部28中，该壳体上部的内侧以可预定的径向距离包围螺旋分离器10的外周。壳体下部18与壳体上部28一起形成分离装置的总壳体30。此外，壳体上部28能够以常规的方式经由多个紧固器32(其中在图1中仅示出一个紧固器)以重复可拆的方式固定在壳体下部18上。对于有意义地将分离装置装入到总空气输送或排气系统中应期望的是，壳体下部18 在未详细示出的内燃机的区域中固定不动地设置在其附近并且在有关过滤元件的更换过程中保持在那里。
总壳体30尤其是在主过滤元件14被混入污物而要更换为新的元件时被打开。在此，所述安全过滤元件16可以保留在壳体下部18中其套管状的容纳部22中，从而即使在意外地没有用新的元件替换主过滤元件14时也能利用该装置实现分离运行，其方式为：即使在忘记插入新的主过滤元件14时，安全过滤元件16仍将颗粒状的污物从介质流中分离出去。就是说，通过保留的安全过滤元件16在任何情况下都避免：由于可能被污染的空气而损害连接到分离装置的内燃机。
螺旋分离器10在其朝向主过滤元件14的一侧同样具有罐状的容纳部34，主过滤元件14以其朝向螺旋分离器10的端侧以密封的方式可插入到该容纳部中。此外，螺旋分离器10经由三个嵌入螺钉36固定在壳体上部28上，所述嵌入螺钉从自由的端侧贯穿壳体上部28。在图1中用虚线示出相应可能的拧入路线。此外，壳体上部28在其朝外指向的自由端侧上具有空心套管形式的介质入口38。
据此，介质或空气经由壳体上部28的介质入口38进入，其中，空气沿相对于总分离装置的纵轴线的轴向按照箭头图示进入。通过螺旋分离器10，上述轴向的空气进入向外旋转运动，并且该空气旋转运动与空气经由介质入口38的进入流动的叠加引起：介质或空气流螺旋形地沿着螺旋轨道向总壳体30的内壁运动。为了能够确保对于空气流的不受干扰的螺旋轨道走向，螺旋分离器10和主过滤元件14(沿径向观察)到壳体上部28或者到壳体下部18都具有可预定的距离。如果所述空气流具有颗粒状的固体污物、如灰尘，则通过所示出的螺旋引导部40使载有灰尘的空气加速并且所述空气被朝向介质出口24传递到总壳体30的内壁上，其中，所述灰尘形式的固体污物由于在总壳体30的内壁上的摩擦被制动并且于是经由未详细示出的在排出开口 26处的灰尘排出阀从总壳体30中优选被分离到车辆的排气系统中。所保留的剩余空气于是通过主过滤元件14被进一步清除并且这样以纯净空气的形式经由介质出口24到达相应连接的内燃机的燃烧室中。
图2现在以透视端侧视图示出螺旋分离器10。螺旋分离器10具有单个螺旋臂44形式的螺旋引导装置42，各螺旋臂设置在处于其下方的用于主过滤元件14的罐状的容纳部34的端侧表面上。上述构造可以是一件式的，尤其是塑料注塑件形式的圆柱形的容纳部件34可以制造为一件式的组成部件，该组成部件包括带有各个螺旋臂44的螺旋引导装置42。各个螺旋臂44(如其尤其是也在根据图3和4的端侧视图中可知的那样)成对地彼此相邻相对置地限定径向向外扩宽的流动空间46，所述流动空间将介质或空气流径向地从内向外引导。上述的空气引导可以从内向外经由径向扩宽的流动空间46以加速的方式实现。
各个螺旋臂44向内在一个共同的区域中会聚，并且经由介质入口 38轴向输送的含有较多或较少灰尘的原始或环境空气在其被等分成份地传递到流动空间46中并且向外径向运动之前碰到形成所述共同的区域的圆柱形的板上。如图2进一步示出的那样，可配设的螺旋臂 44具有彼此间隔开相等距离的嵌入螺纹50以用于嵌入相应可配设的嵌入螺钉36，以便在形成螺旋分离器10的情况下将螺旋引导装置42 与罩形的壳体上部28连接。
如尤其是图3和4示出的那样，螺旋臂44可以左旋地或右旋地设置在罐状的容纳部34上。此外，所有螺旋臂44以其相应的自由端部在共同的平面中与罐状的容纳部34的圆柱形的外周齐平。如果介质入口38例如具有朝向螺旋分离器10锥形地逐渐变细的加速区段，则由内燃机经由介质出口24加速地抽吸的空气可以相应加速地在入口侧碰到螺旋分离器10的共同的连接区域上，以便这样获得一个初始加速度，这对将颗粒状的污物从介质流中分离出来的分离性能具有有利影响。要借助螺旋分离器10加速的气体或空气流的体积流量可以通过抽吸开口的大小、即通过介质入口38来调节，同样也可以通过螺旋引导装置42的构成为叶片状的螺旋臂44的轴向高度来调节。所述介质或气体流的速度又通过螺旋臂44的数量以及通过所述螺旋臂的长度52 来预定，所述长度按照根据图5的图示通过将相应的螺旋臂44构造为斐波那契螺旋线的形式得出，在斐波那契螺旋线的情况下能在结构上实现所谓的黄金分割。因为各个螺旋臂44在其朝向彼此的端部处通入共同的区域中，所以向内没有实现完整的斐波那契螺旋线。
如根据图2至4的图示所示出的那样，各个螺旋臂44发散地设置，亦即从中间的连接区域出发，分别由成对的螺旋臂44从内向外限定的各个流动空间46扩宽，从而可以这样减缓沿此方向的流动(如果例如根据颗粒状的污物的应用情形预定了这种情况)。另一方面，当螺旋臂 44(如图5所示的那样)设置为收敛的时，又可以从中央区域48出发使流动空间46向外逐渐变细，这导致从内向外的流动速度的提高。相反，在根据图6的实施形式中，各个螺旋臂44成对地基本上彼此平行地延伸地设置，从而从内向外观察获得具有保持不变的流动速度的保持不变的流动空间46。
螺旋分离器10的连接到各个螺旋臂44或者螺旋叶片上的罐状的接纳部34形式的圆柱形的延长部用于沿总壳体30的圆柱形的壳体内壁的纵向径向地引导载有固体的气体或空气流。由于由此得出的体积上的差别，通常以灰尘为形式的固体从气体-空气流中析出，其中，所述固体于是由于内燃机的抽吸过程在壳体壁的内侧被运输直到壳体 30中的排出开口26形式的沉积位置并且在那里被分离到环境中。按照本实用新型的螺旋分离器10可以在所描述的空气过滤系统12中用作预分离器；其后跟随有径向或轴向密封的过滤元件、尤其是主过滤元件14形式的过滤元件，该过滤元件在壳体30中被污物颗粒、如灰尘绕流或者说被空气穿流。在此，这导致颗粒/气体混合物的完全分离，并且纯净空气可以经由壳体30的介质出口24输送给内燃机的燃烧室。

Claims (17)

1.分离装置，所述分离装置用于将污物从气态的介质流中分离，所述介质流能够输送给构成为螺旋形的引导装置(42)并且由此实现至少部分地将相应的污物从介质流中分离，其特征在于，所述引导装置(42)具有多个螺旋臂(44)，所述螺旋臂成对地彼此相邻相对置地限定径向延伸的流动空间(46)，使得所述介质流径向向外被引导。
2.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，该分离装置是螺旋分离器(10)。
3.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述介质流经由分离装置的壳体(30)的介质入口(38)沿轴向输送给引导装置(42)的中央区域(48)，各个螺旋臂(44)在该中央区域中相遇。
4.如权利要求3所述的分离装置，其特征在于，至少部分的用于引导装置(42)的螺旋臂(44)成对地彼此相邻地互相限定流动空间(46)，所述流动空间的走向从引导装置(42)的中央区域(48)向外是发散的、收敛的或在螺旋臂(44)彼此平行地延伸的情况下是保持不变的。
5.如权利要求3所述的分离装置，其特征在于，所有的用于引导装置(42)的螺旋臂(44)成对地彼此相邻地互相限定流动空间(46)，所述流动空间的走向从引导装置(42)的中央区域(48)向外是发散的、收敛的或在螺旋臂(44)彼此平行地延伸的情况下是保持不变的。
6.如权利要求3所述的分离装置，其特征在于，各个螺旋臂(44)向内在所述中央区域(48)中会聚，并且经由介质入口(38)轴向输送的原始和/或环境空气在其被等分成份地传递到流动空间(46)中并且向外径向运动之前碰到形成所述中央区域(48)的圆柱形的板上。
7.如权利要求3所述的分离装置，其特征在于，通过介质流的螺旋引导部(40)，借助引导装置(42)的螺旋臂(44)，固体在壳体(30)的内部沉积。
8.如权利要求1至7之一所述的分离装置，其特征在于，所述引导装置(42)的相应的螺旋臂(44)至少在其共同的连接区域的外部依循斐波那契螺旋线的曲线走向。
9.如权利要求1至7之一所述的分离装置，其特征在于，所述引导装置(42)的所有螺旋臂(44)构成为相同的。
10.如权利要求9所述的分离装置，其特征在于，所述引导装置(42)的所有螺旋臂(44)构成为一样长并且也一样高的。
11.如权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于，所述引导装置(42)构成为预分离器的形式，所述预分离器至少沿着介质流的方向观察跟随有空气过滤系统(12)。
12.如权利要求3至7之一所述的分离装置，其特征在于，所述引导装置(42)构成为预分离器的形式，所述预分离器至少沿着介质流的方向观察跟随有空气过滤系统(12)。
13.如权利要求1至7之一所述的分离装置，其特征在于，沿着介质流的方向观察，具有较粗的过滤精细度的安全过滤元件(16)连接在具有较高的过滤精细度的主过滤元件(14)上游。
14.如权利要求12所述的分离装置，其特征在于，被清除掉可能的固体的介质流在空气过滤系统(12)之后经由介质出口(24)离开壳体(30)，所述介质出口同轴于介质入口(38)地设置在壳体(30)中。
15.如权利要求3至7之一所述的分离装置，其特征在于，所述壳体(30)具有至少一个另外的用于排出相应分离的固体的开口(26)。
16.如权利要求3至7之一所述的分离装置，其特征在于，所述壳体(30)构成为多件式的。
17.如权利要求12所述的分离装置，其特征在于，所述壳体(30)构成为多件式的，所述壳体具有彼此重复可拆的壳体部分(18、28)，其中一个壳体部分用于空气过滤系统(12)并且另一个壳体部分用于引导装置(42)。
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