DE69504105T2 - Zentrifugalreiniger für im kreislauf geführte flüssigkeiten - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Fluidzirkulationssysteme, umfassend Zentrifugalreinigungsvorrichtungen, und bezieht sich insbesondere auf die Drainage von gereinigtem Fluid aus derartigen Vorrichtungen.
• Selbst-angetriebene Zentrifugalfluidreinigungsvorrichtungen sind für die Reinigung von Schmierfluiden von festen Verunreinigungen in Motoren und ähnlichen Einrichtungen gut bekannt. Derartige Zentrifugalreinigungsvorrichtungen sind beispielsweise in der US-A 4 557 831, US-A 4 498 898, GB-A 2 160 796 und EP- A 0 193 020 beschrieben.
• Im speziellen werden derartige Vorrichtungen mit Fluiden in der Form von Flüssigkeiten verwendet und in dieser Beschreibung sollte der Ausdruck Fluid entsprechend ausgelegt werden.
• Es wird anerkannt werden, daß trotz der Einfachheit und Effizienz, mit welcher derartige Vorrichtungen Feststoffe aus dem dadurch durchgeleiteten Fluid abtrennen, eine Anzahl von Beschränkungen mit ihrer Verwendung verbunden sind, welche bis dato dazu gedient haben, ihre weitverbreitete Verwendung zu begrenzen.
• Eine typische Form eines derartigen selbst-angetriebenen Zentrifugalreinigers ist in teilweiser Schnittansicht mit 10 in Fig. 1(a) gezeigt, umfassend eine Basis 11, einen Rotor 12, welcher auf einer im wesentlichen vertikalen Achse 13 für eine Rotation um diese angeordnet ist, ein Gehäuse 14, welches auf der Basis festgelegt ist und den Rotor umschließt, und einen Ablauf- oder Sammelbehälter 15, welcher in der Basis unter dem Rotor ausgebildet ist. Ein Fluidzufuhrdurchgang 16 ist angeordnet, um Fluid unter erhöhtem Druck in das Innere des Rotors über die Rotationsachse einzubringen und ein Fluidablaufdurchgang 17 erhält Fluid von dem Ablaufsammler zur Rückführung in ein Fluidreservoir. Der Rotor hat Seitenwände, welche so angeordnet sind, um feste Verunreinigungen zurückzuhalten, welche in dem zugeführten Fluid enthalten sind, welche durch die schnelle Rotation des Rotors aufgrund der Reaktion auf den Ausstoß des zugeführten Fluids in den Ablaufsammler durch die Rotordüsen 18, 19 in der Basis desselben nach außen beaufschlagt werden.
• In bezug auf die Verwendung eines derartigen Reinigers in einem Schmiermittelsystem für einen Motor oder eine Fluid-betätigte Vorrichtung ist die Menge an Fluid, welche durch diesen in einer gegebenen Zeit geleitet werden kann, begrenzt und das aus den Rotordüsen 18 und 19 austretende Fluid ist in einem nieder-energetischen Zustand und nur für eine Rückführung durch Schwerkraftfluß in ein Systemreservoir oder einen Sammler bzw. Sumpf geeignet.
• Zu diesem Zweck ist es üblich, den Reiniger über dem Niveau des Reservoirs und auch anderer Teile des Zirkulationssystems anzuordnen, wobei die feststehende Fluidfront in dem Sammelbehälter einen adäquaten Druck für das abzuleitende Fluid zur Verfügung stellt, selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß die gasförmige Atomsphäre des Reinigergehäuses (selbst eine Vorbedingung für die Rotorrotation) nicht unter einem negativen Druck in bezug auf den Umgebungsdruck vorliegt. Üblicherweise wird dies dadurch erreicht, indem eine kurze, nach unten gerichtete Ablaufleitung mit großer Querschnittsfläche vorliegt, welche auch eine Entlüftung zur Verfügung stellt, durch welche das Gehäuse dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist.
• Es wurde vorgeschlagen, daß, wo eine derartige Drainageleitung für einen zweifachen Zweck nicht durchführbar ist, das Gehäuse mit einem Ventilations- oder Belüftungsventil versehen ist, wie dies mit 14' dargestellt ist, welches so angeordnet ist, um zu öffnen, wenn der Atmosphärendruck in dem Gehäuse in einem vorbestimmten, jedoch begrenzten Ausmaß negativ wird, wobei jedoch um sicherzustellen, daß der Sammelbehälter drainagiert, bis das Ventil öffnet, dieser so angeordnet sein muß, daß die feststehende Front einen effektiven Drainagedruck zur Verfügung stellt, wodurch weiters die Freiheit der Verwendung beschränkt wird.
• Es wurde auch vorgeschlagen, Ablaufbeschränkungen in Folge eines unteratmosphärischen Gehäusedrucks durch Aussetzen des Gehäuses an einen überatmosphärischen Druck zu vermeiden, welcher möglicherweise aus einem Motor- bzw. Kurbelwellengehäuse stammt, obwohl dies dann entweder einen gleichzeitigen Anstieg des Zufuhrdruckes, um den Druckabfall über die Rotordüsen aufrechtzuerhalten, oder die Akzeptanz einer reduzierten Rotationseffizienz erfordert, oder indem eine Saugpumpe verwendet wird, welche durch eine Leistungsaufnahme aus dem Motor oder der Maschine, welche durch das zirkulierte Fluid geschmiert werden, angetrieben ist. Trotz der zusätzlichen Kompliziertheit aufgrund des Bereitstellens derartiger, extern angetriebener Drainageeinrichtungen, welche von der selbst-angetriebenen Art des Reinigers abweichen, haben derartige Systeme dennoch auf der Basis funktioniert, daß das gereinigte und ausgestoßene Fluid, dessen Energie zum Antreiben des Rotors verbraucht wurde, dem Reservoir bei Umgebungsdruck aus einem Gehäuse, dessen Atmosphäre von einem derartigen Druck nicht signifikant unterschiedlich ist, rückgeführt wird.
• Es ist auch bekannt, einen Fluid-getriebenen Zentrifugalreiniger zu besitzen, in welchem der Trennungsrotor durch Reaktion auf den Ausstoß eines Fluids, welches zu diesem mit einem im wesentlichen konstanten Druck ausschließlich für diesen Zweck zugeführt wird, anzutreiben, während ein Fluid mit unbestimmtem und möglicherweise intermittierendem Zufuhrdruck durchgeleitet wird und um in dem Trennungsrotor vor dem Ausstoß gereinigt wird, um sich mit dem Antriebsfluid in dem Sammelbehälter zu vereinen. In diesem Fall befindet sich das gesamte, von dem Rotor ausgestoßene Fluid, d. h. das gereinigte Fluid und das Antriebsfluid, auf einem niedrigen Druck für die Rückführung zu dem Sumpf bzw. Sammler und wird an jeglichen Verwendungseinrichtungen des Zirkulationssystems vorbeigeführt. Ein derartiger Typ eines Zentrifugalreinigers ist in der US- A 3 791 576 beschrieben.
• Die US-A 4 046 315 beschreibt einen selbst-angetriebenen Zentrifugalreiniger für Schmieröl eines Motors, welcher das Problem, Öl aus dem Reinigergehäuse durch Schwerkraft zu entfernen, und die Beschränkungen anspricht, welche in bezug auf die Positionierung des Reinigers in bezug auf den Sammler bestehen, um ein irreversibles Überschwemmen des Reinigergehäuses durch Öl aus dem Sammler zu verhindern. Die Beschreibung beschreibt die Zuführung von überschüssigem Öl zu dem Zentrifugalreiniger, sodaß der Überschuß an der Reinigerzentrifuge vorbeigeführt wird und durch eine Strahlpumpe, welche eine Venturianordnung umfaßt, fließt, welche in Verbindung mit dem Gehäuse angeordnet ist, sodaß der Ölfluß dadurch Öl aus dem Gehäuse mitnimmt und verhindert, daß der Zentrifugalreiniger aufgrund einer Überschwemmung des Gehäuses nicht funktionsfähig wird. Trotz des Vorsehens eines Mechanismus zum Entleeren des Gehäuses von Öl als ein Mittel zur Beseitigung der Abhängigkeit oder des Schwerkraftdrainagierens des Sammlers bleibt die Lehre eine, daß die gesamte Zentrifugalreinigungs-Anordnung in einem Bypass-Kreislauf verbleibt, welcher einen Teil des Öls in dem Motorschmiersystem von den Lagerflächen usw. für eine Zentrifugalreinigung ableitet und es in den Sammler abzieht, woraus folgt, daß, sofern ein Überschuß in den Bypass-Kreislauf erforderlich ist, um die Strahlpumpe zusätzlich zu der Zentrifuge zu speisen, dann entweder mehr Öl von dem Hauptmotorkreislauf abgeleitet wird oder weniger abgeleitetes Öl durch den Zentrifugalreiniger geleitet wird.
• Eine ähnliche Konfiguration, in welcher ein Zentrifugalreinigergehäuse durch eine Strahlpumpenanordnung drainagiert wird, ist in der SU-A 14 09 330 beschrieben, worin gelehrt wird, daß die Strahlpumpe einen negativen Druck in dem Gehäuse für eine erhöhte Rotationsgeschwindigkeit ausbildet. Die Lehre der verschiedenen, oben erwähnten Beispiele von Zentrifugalreinigungs-Anordnungen zeigt eine allgemeine Akzeptanz in der Technik, daß eine derartige Zentrifugal-Fluidreinigungs-Anordnung in einem sogenannten Bypass-Modus betrieben werden muß, in welchem das Fluid, welches für ein Strömen durch die Reinigungsanordnung abgeleitet ist, an der Hauptfluidzirkulation und der Verwendung, für welche es eingesetzt wird, vorbeigeführt wird.
• Obwohl Zentrifugalreiniger, wie sie zuvor beschrieben wurden, in erster Linie für die Abtrennung von Verunreinigungen aus Schmieröl angewandt werden, sind sie in gleicher Weise in bezug auf die Reinigung von anderen, zirkulierenden, flüssigen Fluids in flüssigkeitsgetriebenen Systemen wirksam.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, für ein Flüssigkeitszirkulationssystem eine Zentrifugalreinigungs-Anordnung einfacher Konstruktion zur Verfügung zu stellen, welche frei von zahlreichen Nachteilen von bekannten Anordnungen ist und welche die unmittelbare Verwendung des gereinigten Fluids in dem Zirkulationssystem erlaubt. Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitszirkulationssystem zur Verfügung zu stellen, welches eine derartige Zentrifugalreinigungs-Anordnung umfaßt. Es ist noch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitszirkulationssystem mit geschlossenem Kreislauf zur Verfügung zu stellen, welches eine derartige Zentrifugalreinigungs-Anordnung umfaßt.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Zentrifugal- Flüssigkeitsreinigungs-Anordnung für im Kreislauf geführte Flüssigkeiten einen Zentrifugalreiniger, durch welchen ein Anteil der im Kreislauf geführten Flüssigkeit abgeleitet ist, wobei der Reiniger einen durch Reaktion auf durch Rotordüsen daraus ausgestoßener Flüssigkeit angetriebenen Rotor und einen Sammelbehälter für ausgestoßene Flüssigkeit beinhaltet, von welchem sie abgezogen wird, und Reiniger-Ablauf- bzw. -Drainagehilfsmittel, umfassend eine erste Zufuhröffnung, die für eine Aufnahme von im Kreislauf geführter Flüssigkeit angeordnet ist, eine Ableitungs- bzw. Umleitungsöffnung, die angeordnet ist, um den Anteil der Flüssigkeit von der Einlaßöffnung zu dem Reiniger abzulenken, eine Auslaßöffnung, um die Flüssigkeit auszubringen, und zwischen der Umleitungsöffnung und der Auslaßöffnung eine Flüssigkeitseinlaßanordnung, umfassend eine Einlaßöffnung, die wirksam mit dem Sammelbehälter des Reinigers verbunden ist, um Flüssigkeit von dem Sammelbehälter in den nicht-abgeleiteten Flüssigkeitsstrom mitzunehmen, wobei die Reiniger-Drainagehilfsmittel gekennzeichnet sind durch eine Druckregeleinrichtung umfassend einen Bypass-Durchgang, der sich von stromaufwärts der Flüssigkeitseinlaßanordnung nach stromabwärts der Einlaßöffnung erstreckt und ein vorgespanntes Entlastungsventil beinhaltet, um den Durchgang zu schließen und auf eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen Zufuhr- und Auslaßöffnungen zu antworten, um den Durchgang zu öffnen und die Vorbeileitung von Flüssigkeit an der Flüssigkeitseinlaßanordnung zu erlauben.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Flüssigkeitszirkulationssystem ein Flüssigkeitsreservoir, einen Flüssigkeitszirkulator und eine Flüssigkeitsreinigungs-Anordnung, wie sie in dem vorhergehenden Absatz definiert wurde.
• Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Flüssigkeitszirkulationssystem mit geschlossenem Kreislauf einen Flüssigkeitszirkulator, welcher betätigbar ist, um ein Zirkulieren der Flüssigkeit durch das System zu bewirken, und eine Zentrifugal-Flüssigkeitsreinigungs-Anordnung, wie sie in dem vorletzten Absatz definiert ist, welche angeordnet ist, um einen Anteil der im Kreislauf geführten Flüssigkeit zu dem Zentrifugalreiniger abzuleiten und darin gereinigte Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen und nicht-abgeleitete Flüssigkeit durch die Reiniger-Drainagehilfsmittel mittels einer Flüssigkeits-Venturianordnung davon abzuleiten und zu bewirken, daß gereinigte Flüssigkeit in dem nicht-abgeleiteten Flüssigkeitsstrom mitgenommen wird.
• Ausbildungen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
• Fig. 1(a) eine teilweise Schnittansicht eines selbst-angetriebenen Zentrifugalreinigers, wie er zuvor beschrieben wurde, ist;
• Fig. 1(b) eine Schnittansicht durch eine erste spezielle Form von Drainagehilfsmitteln ist, welche in dem Zentrifugalreiniger von Fig. 1(a) verwendet werden, um eine Zentrifugaldrainage-Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen, wobei die Figur die Venturianordnung erläutert, jedoch die Druckregulierungseinrichtungen wegläßt;
• Fig. 1(c) eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitszirkulationssystems, umfassend den Reiniger von Fig. 1(a) und Drainagehilfsmittel von Fig. 1(b), ist;
• Fig. 2(a) eine Schnittansicht durch eine zweite Form einer Zentrifugalreinigungs- Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, umfassend einen selbst-angetriebenen Zentrifugal-Fluidreiniger mit ähnlicher Form zu jener von Fig. 1a, welcher jedoch eine zweite Form von Drainagehilfsmitteln in der Basis desselben enthält;
• Fig. 2(b) ein Querschnitt durch die Basis des Reinigers von Fig. 2(a) entlang der Linie X-X ist, welche die Drainagehilfsmittel, welche zusätzlich Druckregulierungseinrichtungen umfassen, zeigt; und
• Fig. 2(c) eine schematische Darstellung eines Zirkulationssystems mit geschlossenem Kreislauf ist, umfassend den Reiniger von Fig. 2(a) und 2b.
• Bezugnehmend auf Fig. 1(c) umfaßt eine erste Form einer Zentrifugalreinigungs- Anordnung 20 den oben beschriebenen Zentrifugalreiniger 10, welcher keine weitere Beschreibung erfordert, und mit 20' bezeichnete Reinigungs-Drainagehilfsmittel, welche zu Beginn im Überblick beschrieben werden. Die Zentrifugalreinigungs-Anordnung 20 wird in Verbindung in einem Fluidzirkulationssystem 50 verwendet.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 (a) und 1(b) umfassen die Reinigungs-Drainagehilfsmittel 20' eine Zufuhröffnung 21, welche so angeordnet ist, um Fluid, welches in dem Zirkulationssystem 50 zirkuliert, aufzunehmen, und eine Auslaßöffnung 22, um dieses Fluid auszubringen, und zwischen den Öffnungen eine Fluideinlaßanordnung 23, umfassend eine Einlaßöffnung 24, welche wirksam mit dem Haltesumpf bzw. Sammelbehälter 15 des Reinigers 10 über den Ablauf- bzw. Drainagedurchgang 17 verbunden ist. Zwischen der Zufuhröffnung und der Fluideinlaßanordnung 23 ist eine Umleitungsöffnung 25 vorgesehen, über welche einiges des im Kreislauf zu der Zufuhröffnung 41 zugeführten Fluids abgeleitet wird, um dem Reiniger über den Zufuhrdurchgang 16 zugeführt zu werden.
• Im Betrieb antwortet das Reinigungs-Drainagehilfsmittel 20' auf den Fluß des nicht-abgeleiteten Fluids durch die Flußeinlaßanordnung 23, um zu bewirken, daß gereinigtes Fluid in dem nicht-abgeleiteten Fluidfluß mitgenommen wird.
• Indem die Drainagehilfsmittel 20' in größerem Detail betrachtet werden, umfas sen sie einen Körper 27, welcher eine Durchgangsöffnung 28 darin aufweist, welche sich von der Zufuhröffnung 21 an einem Ende und in den Bereich 29 am anderen Ende, welches eine größere Querschnittsfläche aufweist und mit einem Innengewinde versehen ist, erstreckt. Die Öffnung 28 definiert einen Körperdurchtritt 30. Der Körper umfaßt eine Blindöffnung 31, welche einen Einlaßdurchgang definiert, welcher sich zwischen dem Körperdurchtritt erstreckt und für eine Verbindung mit dem Reiniger-Drainagedurchgang 17 adaptiert ist. Der Körper umfaßt auch eine Blindöffnung 32, welche sich von dem Körperdurchgang 30 an der zuvor beschriebenen Ableitungsöffnung erstreckt und welche für eine Verbindung mit dem Reiniger-Zufuhrdurchgang 16 adaptiert ist.
• Die Flußeinlaßeinrichtung 23 umfaßt eine Venturianordnung, welche allgemein mit 35 bezeichnet ist, umfassend einen Venturikörper 36, enthaltend einen Durchgang 37 und in der Seitenwand desselben eine oder mehrere querverlaufende Durchgangsöffnungen 24', welche die Zufuhröffnung 24 definieren. Der Venturikörper ist in dem Körperdurchtritt 30 angeordnet, wobei die Öffnungen 24' in fluchtender Fluidverbindung mit dem Zufuhrdurchgang 31 angeordnet sind und durch eine Schraubverbindung mit dem Endbereich 29 des Körperdurchtritts gehalten sind.
• Der Venturikörper-Durchgang 37 verengt sich zu einem Hals mit einer minimalen Querschnittsfläche stromaufwärts von der Zufuhröffnung und vergrößert sich stromabwärts sukzessive in seiner Querschnittsfläche. Wie gezeigt, verengt sich der Durchgang 37 entlang eines ersten Teils 38 im wesentlichen gleichmäßig als eine Funktion des Abstands zu dem Halsbereich 39, welcher eine im wesentlichen gleichmäßige Querschnittsfläche entlang eines zweiten Bereichs 40 des Durchgangs aufweist. Stromabwärts des Halses 39 vergrößert sich die Querschnittsfläche des Durchgangs in einem ersten Ausdehnungsbereich 41 schnell, welcher sich mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt entlang eines dritten Bereichs 42 des Durchgangs zu dem Ende 43 des Venturikörpers erstreckt. Die Zufuhröffnung 24, umfassend eine Öffnung (Öffnungen) 24', ist unmittelbar stromabwärts des Halsbereichs 39 angeordnet, wo sich der Durchgang zu dem ersten Ausdehnungsbereich öffnet.
• In Verwendung stellt, wenn ein Auslaßrohr an dem Ende 43 des Körpers festgelegt ist und diesen umgibt, die hiedurch definierte Vergrößerung der Querschnittsfläche (oder selbstverständlich, wenn der Körperdurchgang sich direkt in die Atmosphäre öffnet) einen zweiten Ausdehnungsbereich für die Venturianordnung, welche die Auslaßöffnung 22 definiert, dar.
• Die Teile des Durchgangs in dem Venturikörper sind, um im Hinblick auf eine vorbestimmte Flußrate und einen Druckabfall durch die Rotorsprühdüsen, welche für die Rotation erforderlich sind, so bemessen, daß die Venturianordnung einen Druckabfall zwischen der Zufuhröffnung entwickeln kann, welcher wenigstens so groß ist, wie jener, weicher für den Rotor erforderlich ist, und der Fluß des nicht-abgeleiteten Fluids kann Fluid von dem Gehäuse in einer größeren Rate als jene, mit welcher das abgeleitete Fluid zu dem Rotor in dem Gehäuse zugeführt wird, mitreißen bzw. mitzuführen.
• Indem das Fluidzirkulationssystem 50 in größerem Detail betrachtet wird, umfaßt es ein Fluidreservoir 51, welches zu Atmosphärendruck offen ist, ein Zufuhrrohr 52, welches sich von dem Reservoir erstreckt, und eine Zirkulationspumpe 53. Die Pumpe führt Fluid unter erhöhtem Druck zu einer Verzweigung 54, von welcher ein Zweig 55 das Fluid zu einigen Verwendungseinrichtungen und möglicherweise über einen Hauptstromfilter (nicht dargestellt) führt, wohingegen der andere Zweig 56 das Fluid zu der Zentrifugalreinigungs-Anordnung 20, zu der Zufuhröffnung 22 der Drainagehilfsmittel 20' zuführt. Eine Rückführleitung 57 erstreckt sich zwischen der Auslaßöffnung 22 zu dem Reservoir 51. Die Reinigungs-Drainagehilfsmittel 20' sind an den selbst-angetriebenen Zentrifugalreiniger 10 der Anordnung durch ein Rohr 58, welches sich zwischen dem Umleitungsdurchgang 32 (Umleitungsöffnung 25) und dem Zufuhrdurchgang des Reinigers erstreckt, und durch das Rohr 59 gekoppelt, welches sich zwischen dem Einlaßdurchgang 31 (Einlaßöffnung 24) und dem Drainagedurchgang 17 des Reinigers erstreckt.
• Der Zentrifugalreiniger ist in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis am höchsten Teil des Kreislaufes angeordnet dargestellt und es wird angenommen, daß er vor dem Betrieb eine gasförmige Atmosphäre mit im wesentlichen Umgebungsatmosphärendruck enthält.
• Bei Betrieb des Fluidkreislaufsystems, wenn Fluid von der Zirkulationspumpe 53 zu dem Reservoir über die Drainagehilfsmittel 20 gepumpt wird, wird ein Teil desselben abgeleitet, um durch den Zentrifugalreiniger hindurchzutreten; das nicht-abgeleitete Fluid passiert die Venturianordnung, wo es einen geringen Druckabfall zwischen den Zufuhr- und Auslaßöffnungen vor der Rückkehr zu dem Reservoir erleidet. Indem es jedoch den Hals 39 der Venturianordnung passiert und dann in den ersten Ausdehnungsbereich 41 expandiert, tritt ein signifikanter Druckabfall über den Hals ein und Fluid aus dem Reiniger-Sammelbehälter wird in den ersten Ausdehnungsbereich gezogen und in dem Fluidfluß mitgenommen.
• Da das gereinigte Fluid in einer größeren Rate mitgerissen wird, als es dein Gehäuse über die Rotordüsen zugeführt wird, wird der Sammelbehälter schnell durch die Venturianordnung entleert und ein Anteil der Gehäuseatmosphäre kann ebenfalls (obgleich ineffizient) mitgerissen werden, bis der Atmosphärendruck sich in dem Gehäuse im wesentlichen auf demselben Druck wie an der Venturieinlaßöffnung stabilisiert. Folglich wird der Druckabfall über die Rotordüsen im wesentlichen gleich der Druckdifferenz zwischen den Zufuhr- und Einlaßöffnungen der Venturivorrichtung werden.
• Es wird anerkannt werden, daß, wenn das Fluid eine signifikante Menge an gelöstem Gas enthält, welches in das Gehäuse durch den Durchgang durch die Düsen freigesetzt wird, dieses Gas dazu tendieren kann, einen Druckanstieg in der Gehäuseatmosphäre, wie dies mit bekannten Reinigern erlebt wurde, und eine positive Druckdifferenz in bezug auf die Zufuhröffnung zu bewirken.
• Wie zuvor erwähnt, ist eine geeignete Betätigung eines derartigen Zentrifugalreinigers von dem Druck und den Flußraten in relativ eng definierten Grenzen abhängig; es wird beispielsweise gefunden, daß ein Druckabfall in dem Bereich von 3,5 bis 7 bar typisch für die Rotordüse eines derartigen Reinigers ist, um eine Rotation mit einer geeigneten Geschwindigkeit zu bewirken. Eine Ablauf- bzw. Abzugs- oder Drainagehilfseinrichtung kann leicht mit einer Druckdifferenz zwischen den Zufuhr- und Einlaßöffnungen entsprechend diesem zur Verfügung gestellt werden, während es einen Gesamtdruckabfall zwischen den Zufuhr- und Auslaßöffnungen von weniger als 2 bar zeigt.
• Es wird daher ersehen werden, daß eine derartige Drainagehilfseinrichtung es erlaubt, daß ein Zentrifugalreiniger mit einem Zufuhrdruck von nur 2 bar betrieben wird, wenn die Auslaßöffnung im wesentlichen auf Umgebungsdruck ist, oder daß der Zentrifugalreiniger und die Drainagehilfseinrichtungen in einem beliebigen Teil eines Fluidzirkulationssystems angeordnet sind, in welchem ein Gesamtdruckabfall von etwa 2 bar unabhängig von den aktuellen Werten der Zufuhr- und Auslaßdrücke in bezug auf den Umgebungsdruck toleriert werden kann.
• Der Zentrifugalreiniger ist mittels der Drainagehilfseinrichtung daher nicht länger auf die Anordnung in bezug auf einen speziellen Zufuhrdruck und Ablauf bei Reservoirdruck noch auf eine Anordnung über dem Reservoir, um einen Ablauf durch Schwerkraft zu bewirken, beschränkt.
• Das Fluidzirkulationssystem 50 kann daher den Zentrifugalreiniger unter dem Reservoir 51 unter der Voraussetzung montiert aufweisen, daß der Druck am Auslaß der Drainagehilfseinrichtung 20' ausreichend ist, um das Fluid in das Reservoir zurückzuführen.
• Es wird anerkannt werden, daß in einer Anordnung, worin der Zentrifugalreiniger unter dem Niveau des Reservoirs betrieben wird, wenn keine Zirkulation stattfindet, das Gehäuse dazu tendieren kann, sich mit dem Fluid zu füllen, indem die gasförmige Atmosphäre zu einer kleinen Blase komprimiert wird und aus welcher Blase über einen Zeitraum Gas in das Fluid gelöst werden kann. Bei Beginn der Zirkulation leitet die Drainagehilfseinrichtung Fluid aus dem Gehäuse in einem Ausmaß ab, daß der Druck der Atmosphäre darin nicht geringer als an der Zufuhröffnung ist. In der Praxis wird dies in einem einfachen Durchtritt von Fluid, welches über Düsen zugeführt wird, zu der Zufuhröffnung ohne Drainage von überschüssigem Fluid resultieren, außer Gas wird zu der Atmosphäre zugesetzt, um seine Verlagerung zu ermöglichen.
• Es wird gefunden, daß unter den Fluids, welche Gas darin gelöst aufweisen, sich dieses Gas bei dem Durchgang durch die Rotordüsen abtrennt, sodaß über einen Zeitraum von mehreren Minuten eine Fluidzirkulation einer gasförmigen Atmosphäre in dem Gehäuse in dem Ausmaß wieder hergestellt wird, daß das Fluidniveau unter das für die Rotation des Rotors erforderliche Ausmaß fällt und sich eine normale Betriebsweise ergibt.
• Wenn es für die Rotordrehung erforderlich ist, unmittelbar mit der Fluidzirkulation zu beginnen, und/oder es nicht möglich ist, sich auf das in dem Fluid gelöste Gas zu verlassen, kann ein niedriger Atmosphärendruck in dem Gehäuse am Beginn, welcher durch die Tendenz einer Venturiansaugung bewirkt wird, ein Vakuum in dem Gehäuse beim Drainagieren von Fluid auszubilden, entlastet werden, indem ein Belüftungsventil in der Gehäusewand, analog zu jenem, welches bei 14' gezeigt ist, vorgesehen wird, oder indem eine Gascharge aus einer Quelle, möglicherweise über Umgebungsdruck und vor der Zirkulation zur Verfügung gestellt wird, um das Fluid selbst vor Betrieb der Drainagehilfseinrichtungen zu verlagern. Es wird geschätzt werden, daß, während eine derartige Erhöhung des Atmosphärendrucks fähig ist, eine Betätigung zum Zeitpunkt der oder kurz nach Beginn der Zirkulation zur Verfügung zu stellen, wenn das Gas fähig ist, sich in dem Fluid zu lösen, eine Erhöhung der Menge an gelöstem Gas auftreten kann, wenn der Betrieb gestoppt oder häufig gestartet wird. Wenn das Fluid kein Gas löst, kann eine Einzelcharge von Gas eine ununterbrochene bzw. gleichbleibende Atmosphäre in dem Gehäuse zur Verfügung stellen.
• Es wird aus der obigen Beschreibung verstanden werden, daß der Zufuhrdruck zu dem Zentrifugalreiniger rund um die Rotordüsen im wesentlichen gleich der Druckdifferenz zwischen den Zufuhr- und Einlaßöffnungen der Drainagehilfseinrichtungen ist und daher von der Rate, mit welcher das Fluid durch die Einlaßanordnung fließt, statt von dem aktuellen Wert des Drucks an der Zufuhröffnung abhängig ist, wobei es jedoch, um einen derartigen Zufuhrdruck innerhalb eines verwendbaren Bereiches aufrechtzuerhalten, erforderlich sein kann, den Fluidfluß durch die Einlaßanordnung in Übereinstimmung mit einem derartigen aktuellen Druck und/oder der Position der Drainagehilfseinrichtungen in einem Fluidzirkulationssystem zu regulieren.
• Die oben beschriebene Anordnung 20 basiert auf der Verwendung eines konventionellen Zentrifugalreinigers 10 und diskreten Drainagehilfseinrichtungen 20', wobei diese aus Einfachheitsgründen nur als eine Venturianordnung ohne Druckregulierungseinrichtung gezeigt sind. Derartige Druckregulierungseinrichtungen, welche einstückig mit der Venturianordnung ausgebildet sind, und der Zentrifugalreiniger sind in einer zweiten Ausbildung in den Fig. 2(a) bis 2(c) gezeigt.
• Bezugnehmend auf Fig. 2(a) und 2(b) umfaßt die Zentrifugalreinigungs-Anordnung 100 einen selbst-angetriebenen Zentrifugal-Fluidreiniger 100' ähnlich zu dem Reiniger 10, welcher oben beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Basis 101 zusätzlich dazu, daß sie einen Sammelbehälter 101' für gereinigtes Fluid definiert, auch Reiniger-Drainagehilfseinrichtungen 102 enthält. Eine Durchgangsöffnung 103, welche einen Körperdurchgang 104 definiert, erstreckt sich von der Zufuhröffnung 105 und umfaßt eine Umleitungsöffnung 106, welche mit dem Durchgang 107 in Verbindung steht, und einen Drainagedurchgang 108, welcher sich zu dem Sammelbehälter öffnet. Die Durchgangsöffnung 103 weist einen größeren Querschnitt auf und ist am anderen Ende 109 mit einem Innengewinde versehen.
• Die Fluideinlaßanordnung, welche allgemein mit 110 bezeichnet ist, umfaßt eine Venturianordnung 111 in Form eines Venturikörpers 112, welcher ein Preßsitz in dem schmäleren Teil der Durchgangsöffnung 103 ist. In einer ähnliche Weise, wie dies oben in bezug auf die Venturianordnung 35 beschrieben wurde, umfaßt die Anordnung einen Körper 112, welcher einen Durchgang 113 aufweist, umfassend einen sich verjüngenden, ersten Bereich 114, einen Halsbereich 115 wird einen ersten Expansions- bzw. Ausdehnungsbereich 116, an dessen Verbindung fluchtend mit dem Drainagedurchgang 108 ein Feld von querliegenden Durchgangsöffnungen 108' mit dem Durchgang 108 verbunden sind, um eine Einlaßöffnung 108" zu definieren. Es ist jedoch der Körper 112 etwas kürzer und endet in dem erweiterten Endbereich 109 der Durchgangsöffnung, welcher Öffnungsbereich daher einen zweiten Expansions- bzw. Ausdehnungsbereich 117 umfaßt. Ein Verbindungselement 118, welches so adaptiert ist, um an ein Rohr mit desselben oder vorzugsweise größeren Querschnittsabmessungen als die Zufuhröffnung angeschlossen zu werden, ist in das erweiterte Ende des Körpers eingeschraubt und definiert eine Auslaßöffnung 119; weiters ist die Bohrung 118' des Verbindungselements 118, welches den Expansionsbereich 117 definiert, sich konisch erweiternd ausgebildet.
• Zusätzlich ist eine Druckregulationseinrichtung 120 in Form eines Bypass-Durchganges 121 (welcher durch zwei einander schneidende Kreuzbohrungen definiert ist) vorgesehen, welcher sich von 122 stromaufwärts der Fluideinlaßanordnung 110 nach stromabwärts der Zufuhröffnung und genaugenommen stromabwärts des gesamten Venturikörpers 112 erstreckt und sich bei 123 in den erweiterten Endbereich der Körperdurchgangsöffnung 109 öffnet, sodaß Fluid sowohl von dem Venturikörper als auch dem Bypass-Durchgang, unterstützt durch die sich konisch erweiternde Bohrung 118' des Verbindungselements 118 glatt bzw. sanft vermischt werden kann.
• Der Bypass-Durchgang enthält ein Entlastungsventil 125, umfassend eine Feder 126 und einen Ventilkörper 127, welcher so angeordnet ist, um an einer Schulter 128 in dem Bypass-Durchgang aufzusitzen, wobei das Ventil normalerweise vorgespannt geschlossen ist, um den Fluß von Fluid zu verhindern, jedoch um in Antwort auf eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen den Zufuhr- und Auslaßöffnungen 105, 119 geöffnet zu werden.
• Es wird anerkannt werden, daß die Betätigung im wesentlichen dieselbe wie zuvor für den diskreten Zentrifugalreiniger 10 und die Reinigungs-Drainagehilfseinrichtungen 20' ist, mit der Ausnahme, daß hier ein geringerer Flußwiderstand zwischen den Drainage-Hilfseinrichtungen und dem Reiniger besteht, wobei die Regeleinrichtungen 120 den Druckabfall über die Venturianordnung und so das dadurch bewirkte Saugen auf das Reinigergehäuse steuert und der zweite Expansionsbereich der Venturianordnung vollständig in dem Körper enthalten ist und unabhängig von der Verbindung mit einem Bereich mit größerer, wirksamer Querschnittsfläche wirksam ist.
• Die Reinigungsanordnung 100, umfassend den Zentrifugalreiniger 100', enthaltend diese Form von Drainagehilfsmitteln, kann in einem Fluidzirkulationssystem, wie dies in Fig. 1(c) beschrieben ist, angewandt werden, in welchem das gereinigte Fluid zu einem offenen Sammler bzw. Sumpf oder Reservoir rückgeführt wird, welches einen Druckrichtwert definiert. Beide Formen, jedoch insbesondere die Reinigungsanordnung 100, können in einem Fluidzirkulationssystem mit geschlossenem Kreislauf angewandt werden, welches schematisch mit 150 in Fig. 2(c) gezeigt ist. Das System umfaßt ein geschlossenes Reservoir 151, wie einen Akkumulator, einen Fluidzirkulator 152, Fluidverwendungseinrichtungen 153, wie einen Fluid-betätigten Aktuator oder ein Lager, und in Serie damit die Zentrifugal-Flüssigkeitsreinigungs-Anordnung 100. Wie gezeigt, ist die Reinigungsanordnung stromaufwärts von dem Zirkulator 152 angeordnet, um jeden Rückdruck auf die Venturianordnung, welcher ihre Effizienz beeinflussen könnte, zu miminieren.
• Es wird ersehen werden, daß das gesamte zirkulierte Fluid durch die Drainagehilfseinrichtung der Reinigungsanordnung geführt wird, wobei hier nur der zuvor beschriebene, tolerierbare Druckabfall über die Venturianordnung als gesamtes vorliegt. Nur ein Anteil des Fluids, welcher durch die Anordnung zu jeder beliebigen Zeit durchtritt, wird zentrifugal gereinigt, wobei der Rest am Reiniger vorbeigeführt wird, wobei jedoch das gereinigte Fluid in das zirkulierte Fluid, ohne jede Verringerung in dem Volumen des zirkulierten Fluids rückgeführt wird und unmittelbar durch die nächste Komponente in dem System zirkuliert.
• Da derart das gereinigte Fluid direkt in das zirkulierte Fluid, welches an dem Reiniger vorbeigeführt wird, mitgenommen wird und nicht durch Schwerkraft in ein offenes Reservoir rückgeführt werden muß, erlaubt die Anordnung, daß ein selbst-angetriebener Zentrifugal-Fluidreiniger in einem Zirkulationssystem mit geschlossenem Fluidkreislauf (welches den geringen Druckabfall aufgrund der Venturianordnung und dem Reiniger aufnehmen kann) angewandt wird und im wesentlichen überall in einem derartigen System, welches die Ausbildung des Venturieinlaßdrucks nicht verhindert, angeordnet sein kann.
• Es wird anerkannt werden, daß, obwohl die obige Beschreibung auf einen selbstangetriebenen Zentrifugalreiniger konzentriert war, ein Zentrifugalreiniger (nicht dargestellt) verwendet werden kann, welcher durch im Kreislauf geführtes Fluid angetrieben wird, welches einfach von den Rotordüsen ausgestoßen wird, um eine Rotation zu bewirken, ohne gereinigt zu werden, während der Rotor Fluid von einem unterschiedlichen Teil des Kreislaufsystems ausstößt und reinigt, sodaß sich beide Fluide in einem gemeinsamen Sammelbehälter vermischen. Eine derartige Reinigungsanordnung funktioniert im wesentlichen wie oben beschrieben, mit der Ausnahme einer zusätzlichen Umleitung des Antriebsfluids zu dem Zentrifugalreiniger.
• Es wird anerkannt werden, daß zahlreiche andere Abänderungen gemacht werden können, welche Gegenstände von beiden Ausbildungen der Drainagehilfseinrichtungen kombinieren, wie Regulations- bzw. Regeleinrichtungen in dem Körper 27 der Einrichtung 20 oder als ein gesondertes Element, welches mit der Durchgangsöffnung in beiden Ausbildungen gekoppelt ist.
• Es wird ebenso anerkannt werden, daß die Venturianordnung jede andere Form annehmen kann, welche die gewünschte Funktion zur Verfügung stellt, umfassend beispielsweise Änderungen in der Querschnittsfläche, welche kontinuierlich mit dem axialen Abstand variieren anstelle der oben beschriebenen, stufenförmigen Bereiche. Selbst wenn stufenweise ausgebildet sind, können die verschiedene Bereiche unterschiedliche axiale Längen und/oder eine unterschiedliche Anzahl aufweisen. Ebenso unabhängig von der Form, welche von dem Venturidurchgang angenommen wird, können er selber und die Bereiche definiert werden, indem sie gemeinsam mit dem Körper als Teil der Wand der Durchgangsöffnung ausgebildet werden.
• Es wird ebenfalls anerkannt werden, daß die Fluideinlaßeinrichtungen durch andere Elemente als eine Venturianordnung ausgeführt werden können, was einen effizienten, negativen Druck in bezug auf den Reiniger und den Druckabfall, welchem das darin gereingte Fluid bereits unterworfen wurde, bewirkt, wobei beispielsweise auf den. Strömungseffekt des zirkulierenden Fluids, welches an dem Reiniger vorbeigeführt wird, indem es die Enden von geeignet angeordneten Einlaßöffnungen passiert, um das gereinigte Fluid auszuströmen, zurückgegriffen wird.

Claims (11)

1. Zentrifugal-Flüssigkeitsreinigungs-Anordnung (20, 100) für eine im Kreislauf geführte bzw. zirkulierte Flüssigkeit, umfassend einen Zentrifugalreiniger (10, 100'), durch welchen ein Anteil der im Kreislauf geführten Flüssigkeit abgeleitet ist, wobei der Reiniger einen durch Reaktion auf durch Rotordüsen (18, 19) daraus ausgestoßene Flüssigkeit angetriebenen Rotor (12) und einen Sammelbehälter (15, 101') für ausgestoßene Flüssigkeit beinhaltet, von welchem sie abgezogen wird, und Reiniger-Ablauf- bzw. Drainagehilfsmittel (20', 102), umfassend eine erste Zufuhröffnung (21, 105), die für eine Aufnahme von im Kreislauf geführter Flüssigkeit angeordnet ist, eine Ableitungs- bzw. Umleitungsöffnung (25, 106), die angeordnet ist, um den Anteil der Flüssigkeit von der Einlaßöffnung zu dem Reiniger abzulenken, eine Auslaßöffnung (22, 119), um die Flüssigkeit auszubringen, und zwischen der Umleitungsöffnung und Auslaßöffnung eine Flüssigkeitsinduktions- bzw. -einlaßanordnung (23, 110), umfassend eine Einlaßöffnung (24, 108"), die wirksam mit dem Sammelbehälter des Reinigers verbunden ist, um Flüssigkeit von dem Sammelbehälter in den nicht-abgeleiteten Flüssigkeitsstrom mitzunehmen, wobei die Reiniger-Drainagehilfsmittel (102) gekennzeichnet sind durch eine Druckregeleinrichtung (120), umfassend einen Bypass-Durchgang (121), der sich von stromaufwärts (122) der Flüssigkeitseinlaßanordnung (110) nach stromabwärts (123) der Einlaßöffnung erstreckt und ein vorgespanntes Entlastungsventil (125) beinhaltet, um den Durchgang zu schließen und auf eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen Zufuhr- und Auslaßöffnungen (105, 109) zu antworten, um den Durchgang zu öffnen und die Vorbeileitung von Flüssigkeit an der Flüssigkeitseinlaßanordnung zu erlauben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitseinlaßanordnung (23, 110) eine Venturianordnung (35, 111) umfaßt, welche einen sich verengenden Bereich (38, 114), welcher sich im wesentlichen gleichmäßig als Funktion des Abstandes entlang einem ersten Teil (38) des Durchgangs (37, 113) verengt, stromabwärts von dem sich verengenden Bereich einen Hals (39, 115) mit im wesentlichen gleichmäßigem Querschnitt, welcher sich entlang eines zweiten Teils (40) des Durchgangs erstreckt, stromabwärts von dem Hals einen ersten Expansionsbereich (41, 116) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsfläche, welche größer als der Hals ist und welche sich entlang eines dritten Bereichs (42) des Durchgangs erstreckt, und stromabwärts von dem ersten Expansionsbereich einen zweiten Expansionsbereich (22, 117) mit größerer Querschnittsfläche aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reiniger-Drainagehilfsmittel (20', 102) einen Körper (27, 101) mit einer Durchgangsöffnung (28, 103) darin, welche einen Körperdurchgang (30, 104) definiert, welcher sich von der Zufuhröffnung (21, 105) an einem Ende erstreckt, und eine Blindzufuhröffnung (31, 108') umfaßt, welche einen Zufuhrdurchgang definiert, welcher sich zwischen der Durchgangsöffnung (28, 103) und mit dem Reiniger-Drainagedurchgang (17, 108) in Verbindung erstreckt, und daß die Venturianordnung (35, 111) einen Venturikörper (36, 112), enthaltend den Körperdurchgang und die Einlaßöffnung (24', 128"), welche in der Durchgangsöffnung mit der Einlaßöffnung in fluchtender Fluidverbindung mit der Blindzufuhröffnung (31, 108') angeordnet ist, umfaßt.

4. Anordnung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Durchgang (121) und das Entlastungsventil (125) in dem Körper (101) enthalten sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (28, 103) einen engeren Bereich, enthaltend den Venturikörper, und einen weiteren Bereich (22, 109) am Ende der Durchgangsöffnung umfaßt, umfassend den zweiten Expansionsbereich der Venturianordnung und den Bypass-Durchgang (121), welcher sich in diesen weiteren Bereich öffnet.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (27, 101) der Reiniger-Drainagehilfsmittel (20', 102) eine Blindableitungsöffnung (32, 107) umfaßt, welche sich von einem Schnittpunkt mit der Durchgangsöffnung (28, 103) bei einer Ableitungsöffnung (25, 106) erstreckt, welche zwischen der Zufuhröffnung (21, 105) und der Venturianordnung (35, 111) angeordnet ist, um diesen Anteil von zirkulierter Flüssigkeit dem Zentrifugalreiniger (10, 100') zuzuführen.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugalreiniger (100') eine Basis (101) umfaßt, umfassend den Körper der Drainagehilfsmittel (102), und daß die Umleitungs- und Zufuhröffnungen (106, 108') Zufuhr- bzw. Drainagedurchgänge des Reinigers umfassen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, in welcher der Zentrifugalreiniger (100') einen selbst-angetriebenen Zentrifugalreiniger umfaßt, dessen Basis (101) den Rotor (12) trägt, welcher auf einer betätigbaren, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Achse (13) angeordnet ist und den Sammelbehälter (101') unter dem Rotor umfaßt, enthaltend ein Gehäuse (14), welches auf der Basis angeordnet ist und den Rotor und den Sammelbehälter umschließt, gekennzeichnet durch Mittel zum Verbinden des Gehäuses (14) mit einer Gasquelle, welche betätigbar ist, um das Druckniveau der Gehäuseatmosphäre in bezug auf den Druck an der Zufuhröffnung zu begrenzen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Belüftungsventil (14') in dem Gehäuse (14) welches mit der Atmosphäre verbunden ist, um den Druckniveauabfall unter Atmosphärendruck in dem Gehäuse zu begrenzen.

10. Flüssigkeitszirkulationssystem (50), umfassend ein Flüssigkeitsreservoir (51), einen Flüssigkeitszirkulator (53) und gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsreinigungsanordnung (20, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Flüssigkeitszirkulationssystem (150) mit geschlossenem Kreislauf, umfassend einen Flüssigkeitszirkulator (152), welcher betätigbar ist, um die Flüssigkeit durch das System zu zirkulieren, gekennzeichnet durch eine Zentrifugal-Flüssigkeitsreinigungs-Anordnung (20, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche angeordnet ist, um einen Anteil der im Kreislauf geführten Flüssigkeit zu dem Zentrifugalreiniger (10, 100') abzuleiten und darin gereinigte Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen und nicht-abgeleitete Flüssigkeit durch die Reiniger-Drainagehilfsmittel (20', 102) mittels einer Flüssigkeitseinlaßanordnung (23, 110) davon abzuleiten und zu bewirken, daß gereinigte Flüssigkeit in dem nichtabgeleiteten Flüssigkeitsstrom mitgenommen wird.