EP1581726A2 - Zentrifugal- labscheider - Google Patents

Zentrifugal- labscheider

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Publication number
EP1581726A2
EP1581726A2 EP04701014A EP04701014A EP1581726A2 EP 1581726 A2 EP1581726 A2 EP 1581726A2 EP 04701014 A EP04701014 A EP 04701014A EP 04701014 A EP04701014 A EP 04701014A EP 1581726 A2 EP1581726 A2 EP 1581726A2
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EP
European Patent Office
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separator
compressor wheel
plate
oil separator
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04701014A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Amesoeder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B04B2005/125—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers the rotors comprising separating walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0422—Separating oil and gas with a centrifuge device

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal oil separator according to the preamble of claim 1.
  • centrifugal oil separator which is used to separate oil in the ventilation gases of a crankcase of an internal combustion engine.
  • the centrifugal oil separator has a rotatably mounted and drivable plate separator in a separator housing, which consists of a plurality of stacked and approximately conical plates which are kept at a distance from one another, as a result of which flow channels are formed between adjacent plates of the plate separator. Linear or punctiform webs can be applied between the plates to guide the flow and to stabilize the plate stack on the top or bottom of the plates.
  • the plate separator is flowed through radially from the outside inward by the venting gas, the oil droplets in the venting gas sedimenting on the underside of the plates and, due to the centrifugal forces arising due to the rotating movement of the plate separator and the sloping plate walls, are again thrown radially outwards and via a outlet opening arranged in the bottom of the separator housing can be derived.
  • the invention is based on the problem of minimizing the pressure loss in a centrifugal oil separator.
  • a rotary element in addition to the plate separator, a rotary element is provided in the housing, which is designed as a compressor wheel and is arranged in the region of an axial end face of the plate separator.
  • the gas to be cleaned is fed to the compressor wheel via an inflow opening in the housing, which gas is compressed to an increased pressure by the compressor wheel, the pressure side of the compressor wheel - the downstream side of the compressor wheel - m t being connected to the inflow space of the plate separator or, if appropriate, identical.
  • the compressor wheel represents a pressure generator integrated in the centrifugal oil separator, which helps to reduce the pressure loss between the inlet and outlet sides of the oil separator.
  • the compressor wheel comprises rotary blades which are connected to one of the front plates of the Plate separators are connected.
  • the plate separator is expediently rotatably mounted in the housing and is driven by a drive motor assigned to it, with the rotation of the plate separator also automatically driving the compressor wheel and conveying the supplied gas from the compressor wheel into the inflow space and compressing it to an increased pressure.
  • a separate drive for the compressor wheel can be omitted.
  • the plate separator can also be arranged in a rotationally fixed manner in the housing of the oil separator; however, a rotatable mounting of the plate separator in the housing, which is independent of the compressor wheel, may also be considered.
  • Fig. 2 is a perspective view of a centrifugal oil separator with a compressor wheel designed as a centrifugal pump.
  • the centrifugal oil separator 1 shown in FIG. 1 comprises a plate separator 3, which is rotatably mounted in a housing 2 and can be driven by a motor M.
  • the plate separator 3 has a plurality of stacked, approximately conical plates 4 which are arranged at a distance from one another and between which flow paths 6 are formed.
  • the plate separator 3 is radially surrounded by an inflow space 7, which is formed between a cylindrical inner wall of the housing 2 and the radial outside of the plate separator.
  • the plate separator 3 becomes radial via the inflow space 7.
  • the gas to be vented flows radially inward through the flow paths 6 between the adjacent plates 4 and is discharged axially as a cleaned gas via an inner, axially extending outflow channel and is discharged from the housing 2. Due to the conical shape of the plates 4, the flow paths 6 between adjacent plates also have an axial component in addition to the radial one. To guide the flow and to stabilize the stack of plates, linear or punctiform webs can be applied between the plates on the top or bottom of the plates.
  • a compressor wheel 5 rotatably ⁇ which suitably secured to the front end plate 4' is connected together with the disk separator 3 Umlauft.
  • the compressor wheel 5, like the plate separator 3, is also radially surrounded by the inflow space 7.
  • Compressor wheel 5 requests exhaust gas supplied via an axial flow opening 9, which flows into a radially inner flow chamber 10, radially from the inside out into flow chamber 7.
  • Via the compressor wheel 5, the inflowing vent gas is compressed to a higher pressure, under which the vent gas flows radially inward from the inflow space 7 via the flow paths 6 between the plates 4.
  • Oil droplets can sediment in the venting gas on the walls of the plates 4 and flow radially outward into the inflow space 7 due to the inclination of the plates and due to the centrifugal forces generated by the rotation of the plate separator 3.
  • the oil droplets which collect and collect at the bottom of the inflow space 7 are discharged from the housing 2 with pressure via the outflow opening 11 due to the relative overpressure prevailing in the inflow space.
  • FIG. 2 shows the blades of the compressor wheel 5, which is rotatably mounted in the housing 2 of the oil separator 1.
  • the compressor wheel 5 can also be designed and driven independently of the plate separator.
  • the plate separator 3 is only hinted at in FIG. 2 and is located in the area axially adjoining the compressor wheel 5.
  • centrifugal oil separator is used in particular to separate 01 in ventilation gases from a Kurbeigehause of an internal combustion engine.
  • applications from other areas of technology are also possible in which droplet separation from gas flows is to be carried out.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Zentrifugal-Ölabscheider umfasst einen in einem Gehäuse angeordneten Tellersepärator mit mehreren auf Abstand zueinander liegenden Tellern, zwischen denen Strömungswege für ein zu reinigendes Gas gebildet sind. Die Strömungswege verbinden einen auf der radialen Außenseite des Tellerseparators liegenden Anströmraum mit einem innen liegenden, axialen Abströmkanal. Über ein als Verdichterrad ausgeführtes Rotationselement, das im Bereich einer axialen Stirnseite des Tellerseparators angeordnet ist, wird dem Anströmraum unter Druck stehendes Gas zugeführt.

Description

Zentrifugal-Ölabscheider
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrifugal-Ölabscheider nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der Druckschrift DE 100 44 615 AI wird ein Zentrifugal- Ölabscheider beschrieben, der zur Abscheidung von Öl in den Entlüftungsgasen eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Der Zentrifugal-Ölabscheider besitzt einen drehbar gelagerten und antreibbaren Tellerseparator in einem Abscheidergehäuse, der aus einer Mehrzahl übereinander gestapelter und etwa konisch ausgebildeter Teller besteht, die auf Abstand zueinander gehalten sind, wodurch Strömungskanäle zwischen benachbarten Tellern des Tellerseparators gebildet wer- den. Zwischen den Tellern können zur Führung der Strömung und zur Stabilisierung des Tellerstapels linien- oder punktförmige Stege auf die Ober- oder Unterseite der Teller aufgebracht werden. Der Tellerseparator wird radial von außen nach innen von dem Entlüftungsgas durchströmt, wobei die Öltröpfchen im Ent- lüftungsgas an der Unterseite der Teller sedimentieren und durch die aufgrund der Drehbewegung des Tellerseparators entstehenden Zentrifugalkräfte sowie die schräg abfallenden Tellerwände wieder radial nach außen geschleudert werden und über eine im Boden des Abscheidergehäuses angeordnete Auslassöffnung abgeleitet werden.
Durch die Rotationsbewegung des Tellerseparators können in den Strömungswegen zwischen benachbarten Tellern grundsätzlich radial nach außen gerichtete Strömungen entstehen, welche der Strömung des Entlüftungsgases von der radial außen liegenden Anströmseite zu einem innen liegenden, axialen Abströmkanal entgegenwirken. Um dennoch eine eindeutig festgelegte Strö- mungsricht-ung radial von außen nach innen zu gewährleisten, muss zwischen der Anstromseite und der Abstromseite ein Min- destdruckgefalle herrschen, damit sich trotz der Drehung des Tellerseparators eine Hauptstromrichtung von außen nach innen ausbilden kann. Ein gewisser Druckverlust im Olabscheider ist hierbei unvermeidlich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Druckverlust in einem Zentrifugalolabscheider zu minimieren.
Dieses Problem wird erfmdungsgemaß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelost. Die Unteranspruche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfmdungsgemaßen Olabscheider ist zusätzlich zu dem Tellerseparator ein Rotationselement im Gehäuse vorgesehen, welches als Verdichterrad ausgeführt und im Bereich einer axialen Stirnseite des Tellerseparators angeordnet ist. Dem Verdichterrad wird über eine Einstromoffnung im Gehäuse das zu reinigende Gas zugeführt, welches vom Verdichterrad auf einen erhöhten Druck verdichtet wird, wobei die Druckseite des Verdichterrades - die Abstromseite des Verdichterrades - m t dem Anstromraum des Tellerseparators verbunden bzw. gegebenenfalls auch identisch ist. Das Verdichterrad stellt einen m den Zentrifugal-Ölabscheider integrierten Druckerzeuger dar, der den Druckverlust zwischen Eingangs- und Ausgangsseite des Olab- scheiders zu reduzieren hilft. Mittels des Verdichters wird auf der Anstromseite des Tellerseparators ein erhöhter Druck generiert, der die Durchstromung des Tellerseparators radial von außen nach innen unterstutzt. Auch bei einer Rotation des Tel- lerseparators ermöglicht der über das Verdichterrad erhöhte Druck auf der Anstromseite die radiale Durchstromung von außen nach innen.
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst das Verdichterrad Drehschaufeln, welche mit einem der stirnseitigen Teller des Tellerseparators verbunden sind. Der Tellerseparator ist zweckmäßig drehbar im Gehäuse gelagert und wird von einem ihm zugeordneten Antriebsmotor angetrieben, wobei bei einer Rotation des Tellerseparators automatisch auch das Verdichterrad ange- trieben und das zugeleitete Gas von Verdichterrad in den Anströmraum gefördert und auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. In dieser Ausführung kann ein separater Antrieb für das Verdichterrad entfallen.
Gemäß einer alternativen Ausführung kann es aber auch zweckmäßig sein, das Verdichterrad konstruktiv vom Tellerseparator zu entkoppeln und das Verdichterrad unabhängig von dem Tellerseparator drehbar zu lagern sowie über einen ihm zugeordneten Motor anzutreiben. In dieser Ausführung kann der Tellerseparator auch drehfest im Gehäuse des Ölabscheiders angeordnet sein; gegebenenfalls kommt aber auch eine drehbare und vom Verdichterrad unabhängige Lagerung des Tellerseparators im Gehäuse in Betracht .
Bei einer einteiligen Ausführung des Verdichterrades mit dem stirnseitigen Teller des Tellerseparators wird im Unterschied zum Stand der Technik aufgrund der auf die Verdichtung optimierten Form des Verdichterrades eine relative Druckerhöhung auf der Anströmseite des Tellerseparators erzielt, wobei sich die insgesamt bewegte Masse nur geringfügig um die Masse des Verdichterrades erhöht. Die Antriebsleistung für die Rotation von Tellerseparator und Verdichterrad kann hierfür jedoch im Wesentlichen gleich bleiben.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Zentrifugal-Ölabscheider mit einem Tellerseparator und einem im Bereich einer Stirnseite des Tellerseparators angeordneten Verdichterrad,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Zentrifugal- Ölabscheider mit einem als Kreiselpumpe ausgeführten Verdichterrad.
Der in Fig. 1 dargestellte Zentrifugal-Ölabscheider 1 umfasst einen Tellerseparator 3, der drehbar in einem Gehäuse 2 gelagert ist und über einen Motor M antreibbar ist. Der Tellerseparator 3 besitzt eine Mehrzahl übereinander geschichteter, etwa konusförmig ausgebildeter Teller 4, die auf Abstand zueinander angeordnet sind und zwischen denen Strömungswege 6 gebildet sind. Der Tellerseparator 3 ist radial von einem Anströmraum 7 umgeben, der zwischen einer zylindrischen Innenwand des Gehäuses 2 und der radialen Außenseite des Tellerseparators gebildet ist. Über den Anströmraum 7 wird der Tellerseparator 3 radial. von außen angeströmt, wobei das zu entlüftende Gas wie in. Pfeilrichtung dargestellt durch die Strömungswege 6 zwischen den benachbarten Tellern 4 radial nach innen strömt und über einen inneren, axial verlaufenden Abströmkanal als gereinigtes Gas axial abgeführt und aus dem Gehäuse 2 abgeleitet wird. Auf- grund der Konusform der Teller 4 besitzen die Strömungswege 6 zwischen benachbarten Tellern zusätzlich zu der radialen auch eine axiale Komponente. Zwischen den Tellern können zur Führung der Strömung und zur Stabilisierung des Tellerstapels linien- oder punktförmige Stege auf die Ober- oder Unterseite der Tel- 1er aufgebracht werden.
Im Bereich des dem Boden des Gehäuses benachbarten, stirnseitigen Tellers 4' des Tellerseparators ist ein Verdichterrad 5 drehbar gelagert, ^ welches zweckmäßig fest mit dem stirnseitigen Teller 4' verbunden ist und gemeinsam mit dem Tellerseparator 3 umlauft. Auch das Verdichterrad 5 ist ebenso wie der Tellerseparator 3 radial von dem Anstromraum 7 umgeben. Das Verdichterrad 5 fordert über eine axiale Emstromoffnung 9 zugefuhrtes Entluftungsgas, welches in einen radial innen liegenden E n- stromraum 10 einströmt, radial von innen nach außen in den Anstromraum 7 hinein. Über das Verdichterrad 5 wird das eingeströmte Entluftungsgas auf einen höheren Druck verdichtet, unter dem das Entluftungsgas aus dem Anstromraum 7 radial über die Stromungswege 6 zwischen den Tellern 4 nach innen abströmt. Hierbei können Oltropfchen im Entluftungsgas an den Wandungen der Teller 4 sedimentieren und aufgrund der Schragstellung der Teller sowie aufgrund der Zentrifugalkräfte, erzeugt durch die Rotation des Tellerseparators 3 radial nach außen in den Anstromraum 7 abfließen. Über e ne im Boden des Gehäuses 2 im Be- reich des Anstromraumes 7 vorgesehene Abflussoffnung 11 kann das abgeschiedene 01 aus dem Gehäuse des Olabsche ders abgeleitet werden. Die sich am Boden des Anstromraumes 7 sammelnden, abgeschiedenen Oltropfchen werden aufgrund des im Anstromraum herrschenden relativen Überdruckes mit Druck über die Abfluss- offnung 11 aus dem Gehäuse 2 ausgeschieden.
In Fig. 2 sind die Schaufeln des Verdichterrades 5 dargestellt, das drehbar im Gehäuse 2 des Olabscheiders 1 gelagert ist. Das Verdichterrad 5 kann auch unabhängig vom Tellerseparator ausge- bildet und antreibbar sein. Der Tellerseparator 3 ist in Fig. 2 nur andeutungsweise dargestellt und befindet sich in dem sich axial an das Verdichterrad 5 anschließenden Bereich.
Der Zentrifugal-Ölabscheider wird insbesondere zur Abscheidung von 01 in Entluftungsgasen aus einem Kurbeigehause einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Darüber hinaus sind aber auch Anwendungen aus weiteren Gebieten der Technik möglich, bei denen eine Tropfenabscheidung aus Gasstromungen durchgeführt werden soll. Bezugs zeichenliste
Olabscheider
Gehäuse
Tel1erSeparator
Teller
Verdichterrad
Strömungsweg
Anstromraum
Abströmkanal
Einströmöffnung
Einströmraum
Abflussöffnung

Claims

Patentansprüche
1. Zentrifugal-Ölabscheider (1), insbesondere in einer Entlüftungseinrichtung für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschi- ne, mit einem in einem Gehäuse (2) angeordneten Tellerseparator (3), der mehrere auf Abstand liegende Teller (4, 4') umfasst, zwischen denen Strömungswege (6) für ein zu reinigendes Gas gebildet sind, wobei die Strömungswege (6) einen auf der radialen Außenseite des Tellerseparators (3) liegenden Anströmraum (7) , dem über eine Einströmöffnung (9) im Gehäuse (2) das zu reinigende Gas zuführbar ist, mit einem innen liegenden, axialen Abströmkanal (8) im Tellerseparator (3) verbinden, und mit einem Rotationselement im Gehäuse (2) des Olabscheiders (1) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rotationselement als Verdichterrad (5) ausgeführt ist, das im Bereich einer axialen Stirnseite des Tellerseparators (3) angeordnet ist, wobei der Saugseite des Verdichterrads (5) über die Einströmöffnung (9) Gas zuführbar ist und die Druckseite des Verdichterrads (5) mit dem Anströmraum (7) kommuni- ziert.
2. Zentrifugal-Ölabscheider nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verdichterrad (5) Drehschaufeln umfasst, die mit einem stirnseitigen Teller (4') des Tellerseparators (3) verbunden sind.
3. Zentrifugal-Ölabscheider nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verdichterrad (5) eine Kreiselpumpe ist, die unabhängig vom Tellerseparator (3) ausgebildet ist.
4. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Tellerseparator (3) drehbar im Gehäuse (2) gelagert und motorisch antreibbar ist.
5. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Teller (4, 4') des Tellerseparators (3) konusförmig ausgebildet sind.
6. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Anströmraum (7) eine Abflussöffnung (11) für abgeschiedenes Öl vorgesehen ist.
EP04701014A 2003-01-11 2004-01-09 Zentrifugal- labscheider Withdrawn EP1581726A2 (de)

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