KR101431923B1 - 기체 세정 분리장치 - Google Patents

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올레 퇴른블롬
토마스 엘리아쏜
얀케 브루마이스테르
매츠-외르얀 포겐
페르 쉐른스베르트
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

본 발명은 분리장치, 더욱 구체적으로는 기체상태의 유체의 세정을 위한 원심 분리장치에 관한 것이며, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 원심 분리장치(2')는 내부 공간을 형성하는 하우징(4'), 및 분리될 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84', 86')를 포함하는 것으로 제공된다. 회전자 조립체(78', 84', 86')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하다. 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하는 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하는 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치된다.

Description

기체 세정 분리장치{GAS CLEANING SEPARATOR}
본 발명은 분리장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 기체성 유체의 세정을 위한 원심 분리장치에 관한 것이지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
서로 다른 밀도를 갖는 유체의 혼합물이 원심 분리장치의 사용을 통해 서로로부터 분리될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 분리장치의 한 가지 구체적인 용례는 내연기관의 크랭크 케이싱(crank casing)으로부터 환기된 기체에서 오일을 분리하는 것이다.
분리장치의 이러한 구체적인 용례와 관련하여, 내연기관의 연소 챔버에서 발견되는 고압 기체의 경우 연계된 피스톤 링을 지나 엔진의 크랭크 케이싱 안으로 누출되는 경향이 있다는 것이 잘 알려져 있다. 크랭크 케이싱 안으로의 기체의 이러한 연속적인 누출은 케이싱 내부에서 압력의 바람직하지 않은 증가, 및 결과적으로는 상기 케이싱으로부터 기체를 환기시킬 필요성을 유발할 수 있다. 대형 상업적 차량의 경우, 환기된 기체는 대체로 엔진의 입구 매니폴드로 재도입된다. 그러나 크랭크 케이싱으로부터 환기된 기체는 통상적으로 크랭크 케이싱에 보유된 오일 저장소로부터 픽업된 다량의 엔진 오일을 (액적 또는 미세 박무로써) 수반한다. 더욱 구체적으로, 엔진 실린더와 연계된 피스톤 사이에서 유동하는 기체는 실린더 벽에 위치된 윤활 오일을 픽업하는 경향이 있다. 또한, 엔진의 실린더 블록 냉각 시스템에 의한 오일 증기의 응축은 크랭크 케이싱 내에 오일 박무를 발생시킨다.
환기된 기체를 원하지 않는 오일의 도입을 또한 배제하면서 입구 시스템 안으로 (컴프레서의 효율이 코킹 오일의 존재에 의해 악영향을 받을 수 있는, 특히 터보과급 시스템 안으로) 도입할 수 있기 위해, 기체가 입구 시스템 안으로 도입되기 전에 환기된 기체를 세정(즉, 기체에 수반된 오일을 제거)할 필요가 있다. 이러한 세정 공정은, 크랭크 케이싱 상에 장착되거나 또는 크랭크 케이싱과 인접하며 입구 시스템으로 세정된 기체를 유도하고 분리된 오일을 크랭크 케이싱으로 돌려보내는 원심 분리장치에 의해 수행될 수 있다.
상당한 상업적 성공과 함께 전술한 임무를 수행하는 원심 분리장치는 본 출원인의 ALFDEX ™ 분리장치이다. 후속적으로 설명되는 본 발명의 개선점을 명확하게 설명하기 위해, 이러한 종래 기술의 분리장치가 첨부 도면을 참조하여 상세하게 후술된다.
종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치와 관련된 많은 문제점이 존재한다. 이러한 문제들은 세 가지 넓은 범주로 고려될 수 있다.
첫째, 분리장치를 통과하는 유체 통로는 분리장치의 유동 용량 및 결과적으로는 분리장치가 사용될 수 있는 엔진의 크기에 악영향을 미치는 압력 손실의 증가를 유발한다. 따라서, 종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치와 관련된 문제의 제1 범주는 유체 유동 통로 내의 압력 손실에 관한 것으로 평가될 수 있다.
둘째, 종래 기술의 분리장치의 배열은 특정 조건하에서 세정된 기체가 분리장치를 떠나기 전에 오염될 수 있다는 것이다. 따라서, 종래 기술의 분리장치와 관련된 문제의 제2 범주는 세정된 기체의 바람직하지 않은 오일 오염에 관한 것으로 간주될 수 있다.
셋째, 종래 기술의 분리장치와 관련된 특정 제조 기술 및 제작 형상은 조립 곤란성 및/또는 신뢰성 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 종래 기술의 분리장치와 관련된 제3 범주는 분리장치의 제조 및 신뢰성에 관한 것으로 평가될 수 있다.
이러한 범주들 각각은 이하에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.
UA 3205
본 발명의 제1 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 공간에 위치되고, 분리될 물질의 혼합물에 움직임을 부여하도록 축(64') 주위에서 회전가능한 적어도 하나의 블레이드 요소(116')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 또는 각각의 블레이드 요소(116')의 선단 모서리(310) 부분은 사용 시에 상기 선단 모서리(310) 부분을 향해 유동하는 물질의 혼합물이 안내 표면에 의해 블레이드 요소(116')와의 정렬을 위해 안내되도록 안내 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 분리장치(2')는 상기 축(64') 주위에서 균일하게 이격된 복수의 상기 블레이드 요소(116')를 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 분리장치(2')는 상기 축(64') 주위에 위치된 12개의 상기 블레이드 요소(116')를 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 안내 표면은 만곡부를 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 안내 표면은 상기 선단 모서리(310) 부분으로부터 연장하는 안내 베인(314)에 의해 제공된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 블레이드 요소(116')의 안내 베인(314)은, 상기 축(64') 주위에서 상기 블레이드 요소(116')의 주어진 회전 속도 및 상기 혼합물의 주어진 유동 속도에 대하여, 안내 베인(314)이 혼합물의 유동과 실질적으로 정렬되도록, 상기 블레이드 요소(116')에 대해 각도(322)를 가지고 배열된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 분리장치(2')는, 상기 축(64') 주위에서 회전가능하며 블레이드 요소(116')로부터 상기 물질을 수용하도록 상기 공간 내에 위치된 적어도 하나의 분리 디스크(82')를 더 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 분리장치(2')는, 적층체(84') 내에 배열되고 동일한 상기 축(64') 주위에서 회전가능하며 블레이드 요소(116')로부터 상기 물질을 수용하도록 상기 공간 내에 위치된 복수의 분리 디스크(82')를 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 상기 분리장치(2')에서, 상기 또는 각각의 분리장치 디스크(82')의 상기 축(64')은 블레이드 요소(116')의 상기 축(64')과 일치한다.
UA 3198
본 발명의 제2 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84', 86')로써, 상기 회전자 조립체(78', 84', 86')는 상기 내부 공간에 위치되고 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하며, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600)와, 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604)와, 입구(600)와 출구(604) 사이의 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 상기 축(64')으로부터 입구(600)보다 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84', 86')와,
회전자 조립체(78', 84', 86')로부터 방출된 유체를 수용하기 위한 영역(606)을 형성하고 하우징(4', 70')의 제1 출구 구멍(10')을 향해 상기 유체를 지향하는 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 영역(606)에 대한 입구(610)는 상기 입구(610)의 다른 길이방향 부분보다 더 큰 깊이(613)의 적어도 하나의 길이방향 부분(612)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 하우징 부재(72')는 회전자 조립체(78', 84', 86')의 단부 부재(86')와 인접하여 위치되며, 상기 영역(606)은 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이에 형성된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 영역(606)에 대한 상기 입구(610)는 단부 부재(86') 및 하우징 부재(72')의 주연 모서리(274)에 의해 형성된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 주연 모서리(274)는 상기 영역 입구(610)의 길이방향 부분이 상기 모서리(274)를 따라 원주방향으로 연장하도록 원형이다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 더 큰 깊이부(613)의 상기 또는 각각의 길이 부분(612)은, 상기 다른 길이 부분을 따라서 단부 부재(86')와 상기 모서리(274) 사이보다 상기 또는 각각의 길이 부분(612)을 따라서 단부 부재(86')와 상기 모서리(274) 사이에서 더 큰 길이를 제공하는 상기 주연 모서리(274) 내의 리세스에 의해 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징 부재(72')의 원형 주연 모서리(274)는 상기 축(64')과 동심이다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 더 큰 깊이부(613)의 상기 또는 각각의 길이 부분(612)은 45°내지 110° 사이, 바람직하게는 80°의 원호(280)를 통해 연장하는 부분 원 형상을 갖는다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 다른 길이 부분은 상기 적어도 하나의 길이 부분(612)의 깊이의 1/10 내지 1/2 사이의 깊이, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 길이 부분(612)의 깊이의 1/3인 깊이를 갖는다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 적어도 하나의 길이 부분(612)은 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')에 대해 하우징 부재(72')의 대향 측에 위치된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 적어도 하나의 길이 부분(612)은 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')을 향해 유체를 유도하기 위해 하우징 부재(72')에 의해 형성된 채널(272) 안으로 개방한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 적어도 하나의 길이 부분(612)은 상기 채널(272)에 대한 입구(282)이며, 상기 채널(272)은 사용 중에 상기 채널 입구(282)에서 상기 채널 입구(282)로 유동하는 유체의 방향으로 정렬되는 요소(276, 278)들을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 요소(276, 278)들은 상기 채널 입구(282)에서 만곡되며 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')을 향해 하류측 방향으로 점진적으로 직선화된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 요소(276, 278)들은 상기 채널(272)을 형성하는 대향 측벽을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징 부재(72')는 회전자 조립체(78', 84', 86')의 단부 부재(86')와 인접하여 위치되며, 상기 영역(606) 및 채널(272)은 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이에 형성된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 회전자 조립체(78', 84', 86')의 상기 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이의 거리는 상기 영역(606)의 다른 부분에서 보다 상기 영역의 한 부분에서 더 크며, 상기 한 부분은 하우징 부재(72') 내에서 상기 채널(272)을 형성한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널(272)은 튜브형 부분(270)을 포함한다.
UA 3198
본 발명의 제3 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 상기 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하고, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84')와,
회전자 조립체(78', 84')로부터 방출된 유체를 수용하기 위한 영역(606)을 형성하고 상기 유체를 하우징(4', 70')의 제1 출구 구멍(10')으로 유도하는 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 영역(606)은 하우징 부재(72')의 주연 모서리(274)의 일 부분으로부터 연장하는 채널(272)을 포함하며, 상기 부분은 상기 채널(272)에 대한 입구(282)를 형성하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널(272)은 사용 중에 상기 채널 입구(282)에서 상기 채널 입구(282)로 유동하는 유체의 방향으로 정렬되는 요소(276, 278)들을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 요소(276, 278)들은 상기 채널 입구(282)에서 만곡되며, 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')을 향해 하류측 방향으로 점진적으로 직선화된다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 요소(276, 278)들은 상기 채널(272)을 형성하는 대향 측벽을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널 입구(282)는 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')에 대한 하우징 부재(72')의 대향 측상에 위치된다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 채널 입구(282)를 형성하는 상기 주연부는 45° 내지 110° 사이, 바람직하게는 80°의 원호(280)를 통해 연장하는 부분 원 형상을 갖는다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징 부재(72')는 회전자 조립체(78', 84', 86')의 단부 부재(86')에 인접하게 위치되며, 상기 영역(606) 및 채널(272)은 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이에 형성된다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 회전자 조립체(78', 84', 86')의 상기 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이의 거리는 상기 영역(606)의 한 부분에서 그의 다른 부분들보다 더 크고, 그로 인해 상기 한 부분은 하우징 부재(72') 내에 상기 채널(272)을 형성한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널(272)은 튜브형 부분(270)을 포함한다.
UA 3198
본 발명의 제4 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 상기 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하고, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84')와,
회전자 조립체(78', 84')로부터 방출된 유체를 수용하기 위한 영역(606)을 형성하고 상기 유체를 하우징(4', 70')의 제1 출구 구멍(10')으로 유도하는 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 영역(606)은 사용 중에 상기 채널(272)에 대한 입구(282)에서 상기 채널 입구(282)로 유동하는 유체의 방향으로 정렬되는 요소(276, 278)들을 갖는 채널(272)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널(272)은 하우징 부재(72')의 주연 모서리(274) 중 한 부분으로부터 연장하며, 상기 부분은 상기 채널(272)에 대한 입구(282)를 형성한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 요소(276, 278)들은 상기 채널 입구(282)에서 만곡형이며, 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')을 향해 하류측 방향으로 점진적으로 직선화된다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 요소(276, 278)들은 상기 채널(272)을 형성하는 대향 측벽을 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널 입구(282)는 하우징(4', 70')의 상기 제1 출구 구멍(10')에 대한 하우징 부재(72')의 대향 측상에 위치된다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 채널 입구(282)를 형성하는 상기 주연부는 45° 내지 110° 사이, 바람직하게는 80°의 원호(280)를 통해 연장하는 부분 원 형상을 갖는다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징 부재(72')는 회전자 조립체(78', 84', 86')의 단부 부재(86')에 인접하게 위치되며, 상기 영역(606) 및 채널(272)은 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이에 형성된다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 회전자 조립체(78', 84', 86')의 상기 단부 부재(86')와 하우징 부재(72') 사이의 거리는 상기 영역(606)의 한 부분에서 그의 다른 부분들보다 더 크고, 그로 인해 상기 한 부분은 하우징 부재(72') 내에 상기 채널(272)을 형성한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 채널(272)은 튜브형 부분(270)을 포함한다.
UA 3198
본 발명의 제5 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4', 70')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 상기 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4, 70')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하고, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84')와,
회전자 조립체(78', 84')로부터 방출된 유체를 수용하기 위한 영역(606)을 형성하고 상기 유체를 하우징(4', 70')의 제1 출구 구멍(10')으로 유도하는 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
하우징 부재(72')에는 사용 중에 상기 입구를 지나 유동한 후 상기 입구를 향해 다시 재순환하는 유체로부터 상기 영역(606)에 대한 입구를 분리하기 위한 분리 수단(264)이 제공되는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 분리 수단(264)은 벽을 포함한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽은 사용 중에 상기 영역(606) 입구를 지나간 유체의 상기 유동에 대해 하류측 방향으로 상기 영역(606) 입구의 하류측으로부터 연장한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽은 상기 하우징(4')으로부터 이격된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽은 자유 단부(608)를 포함한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 자유 단부(608)는 2mm 내지 200mm 사이의 축방향 거리, 바람직하게는 14mm의 거리로 축방향으로 상기 하우징(4', 70')으로부터 이격(456)된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 자유 단부(608)는 상기 하우징(4', 70')으로부터 상기 축방향에 수직 방향으로 상기 축방향 거리보다 작은 거리만큼 이격된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽은 폐쇄 루프를 형성한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽을 절두원추형 형상을 형성한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 절두원추형 형상은 상기 회전축(64')과 일치하는 종축을 갖는다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 절두원추형 형상은 사용 중에 상기 영역(606) 입구를 지나간 상기 유체의 유동에 대해 하류측 방향으로 발산한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징 부재(72')는 하우징(4', 70')에 대해 하우징 부재(72')를 지지하기 위한 지지 수단(266)을 포함하며, 지지 수단(266)은 사용 중에 상기 영역(606) 입구를 지나간 상기 유체의 유동에 대해 분리 수단(264)의 하류측에 위치된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 지지 수단(266)은 폐쇄 루프를 형성하는 벽이다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽은 원통 형상을 갖는다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 벽은 회전축(64')과 일치하는 종축을 갖는다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 적어도 하나의 구멍(454)이 상기 벽과 하우징(4', 70') 사이의 연결부에서 상기 벽에 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징(4', 70')의 제2 출구 구멍을 더 포함하며, 상기 지지 수단(266)은 제2 출구 구멍과 상기 분리 수단(264) 사이의 유체 유동 통로에 위치된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 제2 출구 구멍은 상기 회전축(64')과 동심으로 배열된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 분리 수단(264)은, 사용 중에 상기 영역(606) 입구를 지나 유동하는 유체가 상기 분리 수단(264) 중 일측상에서 유동하고 상기 재순환하는 유체가 상기 분리 수단(264)의 다른 측상에서 유동하도록, 하우징(4', 70') 내에 배치된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 출구 통로(211)는 상기 출구 구멍(10')을 통해 유체를 상기 영역(606)으로부터 하우징(4', 70')의 외부로 유체를 이송하기 위해 하우징 부재(72')와 하우징(4', 70') 사이에서 연장하며, 상기 출구 통로(211)의 외부는 유체가 상기 출구 통로(211)의 전체 외부 주변 주위에서 자유롭게 유동하도록 하우징(4', 70')으로부터 이격된다.
본 발명의 제5 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 하우징 부재(72') 및 하우징(4', 70')에 대해 분리된다.
UA 3194
본 발명의 제6 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 하우징(4')의 외부와 상기 내부 공간 사이의 유동 통로를 따라 유체의 유동을 허용하기 위한 구멍과,
하우징(4')으로부터 직립하고 상기 구멍을 둘러싸는 견부(6')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
견부(6')는 구멍 안으로 내측으로 연장하는 만곡된 표면(221)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 만곡된 표면(221)은, 상기 구멍을 통해 상기 하우징(4')의 외부로부터 상기 내부 공간을 향해 이동할 때 구멍의 영역을 축소시키기 위해, 구멍 주위에서 폐쇄 루프를 형성하고 구멍 안으로 내측으로 연장한다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 만곡된 표면(221)은 상기 구멍을 통과하는 종축(64')과 일치하는 평면을 통해 취한 단면에서 볼 때 부분 원형 라인을 형성한다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 견부(6')는 대체로 원통형 벽(217)을 포함하며, 원통형 벽의 자유 단부에는 만곡된 표면(221)을 형성하는 주연방향 립(219)이 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 견부(6')에 연결된 니플(22')을 더 포함하고, 그로 인해 니플(22')의 내부 표면(216)이 유동 통로에 대한 만곡된 표면을 제공하기 위해 견부(6')의 만곡된 표면(221)과 합쳐진다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 내부 니플 표면(216)은 견부(6')의 모서리(229)에서 만곡된 표면(221)과 만나며, 상기 만나는 지점에서 만곡된 표면(221)에 대해 접선방향으로 배향된다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 니플(22')은 견부(6')의 만곡된 표면(221)과 맞닿게 구성된 만곡된 벽(235)을 더 포함한다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 니플(22')은 임의의 회전가능한 배향으로 견부(6')에 연결가능하다.
본 발명의 제6 양태에 따른 분리장치(2')에서, 니플(22')은 스핀 용접에 의해 견부(6')에 연결가능하다.
본 발명의 제7 양태는 본 발명의 제6 양태에 따른 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법을 제공하며, 니플(22')을 스핀 용접에 의해 견부(6')에 연결하는 단계를 포함한다.
UA 3198
본 발명의 제8 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되고 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하며, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84')와,
회전자 조립체(78', 84')로부터 방출된 유체를 수용하고 상기 유체를 하우징(4', 70')의 제1 출구 구멍(10')으로 유도하기 위한 영역(606)을 형성하는 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
출구 통로(211)는 상기 영역(606)으로부터 하우징(4', 70')의 외부로 상기 출구 구멍(10')을 통해 유체를 이송하기 위해 하우징 부재(72')와 하우징(4', 70') 사이에서 연장하며, 상기 출구 통로(211)의 외부는 유체가 상기 출구 통로(211)의 전체 외부 주연부 주위에서 자유롭게 유동하도록 하우징(4', 70')으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제8 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징 부재(72')에는 사용 중에 상기 입구를 지나 유동한 후 상기 입구를 향해 다시 재순환하는 유체로부터 상기 영역(606)에 대한 입구를 분리하기 위한 수단(264)이 제공되며, 상기 출구 통로(211)는 상기 분리 수단(264)으로부터 연장한다.
본 발명의 제8 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 분리 수단(264)은 벽을 포함하며, 바람직하게는 상기 벽은 자유 단부(608)를 포함하고 상기 하우징(4', 70')으로부터 이격된다.
본 발명의 제8 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 하우징 부재(72') 및 하우징(4', 70')과 분리형이다.
UA 3197
본 발명의 제9 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되고 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하며, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 제1 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 제1 출구(604), 및 제1 입구(600)와 제1 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 제1 유동 통로(602)를 포함하며, 제1 출구(604)는 제1 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84')와,
회전자 조립체(78', 84')와 인접하게 위치된 하우징 부재(72')로써, 하우징 부재 및 회전자 조립체는 하우징 부재(72')의 제1 측상에서 그 사이에 제1 영역(606)이 제공되도록 서로로부터 이격되며, 상기 제1 영역(606)은 회전자 조립체(78', 84')로부터 방출된 유체에 대한 제1 유체 유동 경로를 형성하며, 하우징 부재(72')는 하우징 부재(72')의 제2 측상에서 그 사이에 제2 영역을 제공하도록 하우징(4')으로부터 또한 이격되며, 상기 제2 영역(614)은 회전자 조립체(78', 84')로부터 방출된 유체에 대한 제2 유체 유동 경로를 형성하는, 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
회전자 조립체(78', 84')는 하우징 부재(72')의 상기 제2 측상에서 상기 제2 영역(614) 안으로 개방하는 제2 입구(618), 상기 제2 입구(618)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치된 제2 출구(620), 및 제2 입구(618)와 제2 출구(620) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 제2 유동 경로(616)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 제2 출구(620)는 상기 제1 출구(604)와 상기 제1 및 제2 영역(606, 614) 사이에서 유체 연통을 제공하는 유체 통로 안으로 개방한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 제2 출구(620)는 사용 동안 상기 제1 출구(604)로부터 방출된 상기 물질의 유동에 대해 상기 제1 출구(604)의 하류측이며 상기 제1 및 제2 영역(606, 614)의 상류측인 위치에서 개방한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 제2 유동 통로(616)는, 디스크 형상의 부분을 각각 포함하는 회전자 조립체의 제1 및 제2 부재(86', 240) 사이에서 공간을 포함하며, 2개의 부재(86', 240)는 상기 축(64')에 중심을 둔다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(86', 240)들의 디스크 형상의 부분은 실질적으로 원형 형상의 반경방향 외측 모서리를 각각 가지며, 2개의 부재(86', 240)는 서로 동심으로 배치된다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 적어도 하나의 신장된 요소(298)는, 사용 중에 회전자 조립체가 상기 축(64') 주위에서 회전될 때 상기 공간 내에 위치된 유체가 상기 축(64')에 대해 외측으로 이동되도록, 제1 및 제2 부재(86', 240) 사이의 상기 공간에 위치된다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 또는 각각의 신장된 요소(298)는 제2 유동 통로(616)를 따라 반경방향으로 연장한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 또는 각각의 신장된 요소(298)는 제1 및 제2 부재(86', 240) 중 하나를 포함하고 제1 및 제2 부재(86', 240) 중 다른 하나에 맞닿는다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 각 부재(86', 240)의 상기 디스크 형상의 부분 절두원추형이다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 제2 유동 통로(616)는 절두원추 형상을 포함한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 제1 유동 통로(602)는 절두원추 형상을 포함한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 제2 유동 통로(616)의 상기 제2 입구(618)는 상기 축(64')에 중심을 둔 환형 형상을 포함한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 제2 유동 통로(616)는 하우징 부재(72')의 상기 제1 및 제2 측면 사이에서 하우징 부재(72') 내의 구멍을 통해 연장한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 제2 유동 통로(616)의 제2 입구(618)는 대체로 원통형 벽(300)에 의해 형성된다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 구멍을 형성하는 하우징 부재(72')의 일부와 상기 제2 유동 통로(616)의 적어도 일부를 형성하는 회전 조립체의 제1 부분(300) 사이에 공간이 제공되며, 회전 조립체의 추가 부분(304)은 상기 공간을 덮도록 상기 제1 부분(300)으로부터 연장한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 추가 공간(304)은 하우징 부재(72')의 상기 제2 측면 상에 위치된다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 추가 부분(304)은 상기 제2 입구(618)로부터 연장한다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 추가 부분(304)은 환형 형상을 갖는다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 추가 부분(304)은 하우징 부재(72') 내의 상기 구멍의 직경보다 큰 직경의 외측 원형 주연 모서리를 갖는다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 추가 부분(304)은 평면형이며 상기 축(64')에 대해 수직한 평면으로 배향된다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 제2 유동 통로(616)를 형성하고 제2 입구(618)로부터 연장하는 표면은, 제2 입구(618)로부터 제2 출구(620)를 향해 상기 제2 유동 통로(616)를 따라 이동할 때 상기 축(64')으로 수렴하는 상기 축(64')에 대한 반경방향 최외각 부분(302)을 갖는다.
본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 제2 유동 통로 표면의 상기 반경방향 최외각 부분(302)은 절두원추 형상을 갖는다.
*본 발명의 제9 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 반경방향 최외각 부분(302)의 상기 절두원추 형상은 상기 회전축(64')과 일치하는 중심 종축을 갖는다.
UA 3195
*본 발명의 제10 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4', 70')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되고 하우징(4', 70')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하며, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되는, 회전자 조립체(78', 84')를 포함하고,
회전자 조립체(78', 84')는 상기 축(64')과 일치하고 상기 하우징(4', 70')에 장착된 회전 샤프트(78')를 더 포함하고, 회전 샤프트(78')의 제1 단부 부분은 상기 하우징(4', 70')을 통해 상기 하우징(4', 70')의 외부 위치로 연장하고 유체 통로(92')는 회전 샤프트(78')를 통해 축방향으로 연장하며 상기 하우징(4', 70')의 외부에 배치된 개구를 갖는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
회전자 조립체(78', 84')는 상기 하우징(4', 70')의 외부로부터 상기 샤프트 유체 통로(92')에 대한 유체 유입을 제어하기 위한 유동 제어 수단(364, 366)을 더 포함하고, 유동 제어 수단(364, 366)은 상기 통로(92')에 유입하는 유체에 샤프트 유체 통로(92')로부터 반경방향 외측의 경로를 따라 회전 운동을 부여하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 회전 운동은 회전자 조립체(78', 84')의 회전축(64') 상에 중심을 둔다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 통로(92')는 회전자 조립체(78', 84')의 상기 회전축(64')과 일치된다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유체에 회전 운동을 부여하기 위한 상기 수단은 회전자 조립체(78', 84')의 상기 회전축(64')으로부터 반경방향 외측으로 배치된 적어도 하나의 유체 통로(366)를 포함한다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유체에 회전 운동을 부여하기 위한 상기 수단은 샤프트 유체 통로(92')의 상기 개구로부터 이격된 부재(364)를 포함하며, 적어도 하나의 유체 통로(366)는 상기 부재(364)를 통해 연장하는 구멍이다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 유체 통로(366) 중 네 개는 상기 축(64') 상에 중심을 둔 원의 원주를 따라 등간격으로 배치된다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(364)는 평면형이며 그에 수직인 상기 축(64')으로 배향된다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유동 제어 수단은 상기 또는 각각의 유체 통로(366)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치된 적어도 하나의 드레인 구멍(368)을 더 포함한다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유동 제어 수단(364, 366) 및 회전자 조립체(78', 84')의 회전을 구동하기 위한 터빈(88')의 적어도 일부는 일체형 구성요소이다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 제1 단부 부분에 대해 원위인 회전 샤프트(78')의 제2 단부 부분은 하우징(4', 70')에 장착된다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유체 통로(92')는 회전 샤프트(78')의 제1 및 제2 단부 부분 사이에서 연장하여 하우징(4', 70')의 내부 및 외부 사이에서 상기 유체 통로를 통해 유체 연통을 제공한다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유체 통로(92')는 회전 샤프트(78')의 제2 단부 부분을 하우징(4', 70')에 장착시키는 베어링(50')과 유체 연통한다.
본 발명의 제10 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유체 통로(92')는 회전자 조립체의 상기 입구(600)와 유체 연통한다.
UA 3223
본 발명의 제11 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법으로써,
상기 분리장치(2')는
내부 공간을 형성하는 하우징(4', 12')으로써, 상기 내부 공간과 하우징(4', 12')의 외부 사이에 유체 연통을 제공하기 위한 구멍(8')을 갖는 하우징(4', 12')과,
상기 구멍(8') 주위에서 밀봉되고 상기 내부 공간과 상기 하우징(4', 12')의 외부 사이에서 구멍(8')과 통로(22')를 통해 유체를 이송하기 위해 상기 구멍과 유체 연통하는 유체 유동 통로(22')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법에 있어서,
유체 유동 통로(22') 및 하우징(4', 12')의 맞닿음 표면들의 교차에 의해 형성된 폐쇄 루프를 따라 유체 유동 통로(22') 및 하우징(4', 12')의 재료를 함께 접합하는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 방법에 제공된다.
본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 상기 폐쇄 루프는 원형 형상이다.
본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 상기 접합 단계는 상기 표면들이 서로 맞닿은 상태에서 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')를 서로에 대해 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')의 상기 상대적 회전은 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')가 상기 맞닿음 표면들이 서로 접합될 수 있도록 서로에 대한 요구되는 위치로 배열되어 중단된다.
*본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 상기 접합 단계는 상기 맞닿음 표면들을 서로에 대해 스핀 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 상기 접합 단계는 상기 맞닿음 표면들 중 적어도 하나에 접착제를 가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 상기 접합 단계는 상기 맞닿음 표면들을 서로에 대해 초음파 용접 또는 진동 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제11 양태에 따른 방법에서, 유체 유동 통로(22')는 호스와 같은 추가적인 유체 유동 통로와의 후속적인 연결을 위한, 상기 맞닿음 표면에 대해 원위인 개방 단부를 포함하는 니플이다.
본 발명의 제12 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4', 12')으로써, 상기 내부 공간과 상기 하우징(4', 12')의 외부 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 그 안에 구멍(8')을 갖는 하우징(4', 12')과,
상기 구멍(8') 주위에서 밀봉되고 상기 내부 공간과 상기 하우징(4', 12')의 외부 사이에서 구멍(8') 및 통로(22')를 통해 유체를 이송하기 위한 그 사이에서 유체 연통하는 유체 유통 통로(22')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
유체 유동 통로(22') 및 하우징(4', 12')의 재료는 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')의 맞닿음 표면의 교차에 의해 형성된 폐쇄 루프를 따라서 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 폐쇄 루프는 원형 형상이다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 접합은 상기 표면들이 서로 맞닿은 상태에서 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')를 서로에 대해 회전시킴으로써 이루어진다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')의 상기 상대적 회전은 하우징(4', 12') 및 유체 유동 통로(22')가 상기 맞닿음 표면들이 서로 접합될 수 있도록 서로에 대한 요구되는 위치로 배열되어 중단된다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 접합은 상기 맞닿음 표면들을 서로에 대해 스핀 용접함으로써 이루어진다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 접합은 상기 맞닿음 표면들 중 적어도 하나에 접착제를 가함으로써 이루어진다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 접합은 상기 맞닿음 표면들을 서로에 대해 초음파 용접 또는 진동 용접함으로써 이루어진다.
본 발명의 제12 양태에 따른 분리장치(2')에서, 유체 유동 통로(22')는 호스와 같은 추가적인 유체 유동 통로와의 후속적인 연결을 위한, 상기 맞닿음 표면에 대해 원위인 개방 단부를 포함하는 니플이다.
UA 3184
본 발명의 제13 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법으로써, 상기 분리장치(2')는
제1 및 제2 개별 부분을 포함하는 하우징(4', 70')으로써, 제1 하우징 부분(4')은 하우징(4', 70')의 내부 공간을 형성하기 위해 제2 하우징 부분(70')의 데이텀 표면(630)이 정합되는 정합 표면(632)을 갖는, 하우징(4', 70')과,
상기 내부 공간 내에 위치되고 하우징(4', 70')에 대해 제1 하우징 부분(4')의 축(64') 주위에서 회전가능하며, 베어링 유닛(50')에 의해 제1 하우징 부분(4')에 회전가능하게 장착되고, 제2 하우징 부분(70')에 회전가능하게 장착되는 회전 샤프트(78')를 포함하는 회전자 조립체(78', 84')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법에 있어서,
상기 분리장치(2')의 조립 방법은,
회전 샤프트(78')를 상기 데이텀 표면(630)에 대해 미리결정된 위치에서 제2 하우징 부분(70')에 회전가능하게 장착하는 단계로써, 상기 미리결정된 위치는 제2 하우징 부분(70')의 데이텀 표면(630)이 제1 하우징 부분(4')의 상기 정합 표면(632)과 정합될 때 상기 축(64')과 일치하는, 회전 샤프트(78')의 회전 장착 단계와,
베어링 유닛(50')을 지그(500) 상에 위치시키는 단계로써, 지그(500)는 제1 하우징 부분(4')의 정합 표면(632)과 정합되는 데이텀 표면(634), 및 지그(500)의 데이텀 표면(634)이 제1 하우징 부분(4')의 상기 정합 표면(632)과 정합될 때 베어링 유닛(50')이 상기 축(64')과 일치하는 지그의 데이텀 표면(634)에 대한 위치에서 지그(500)에 의해 수용되도록 상기 베어링 유닛(50')을 지그(500)의 데이텀 표면(634)에 대한 위치에서 수용하기 위한 수단(512)을 포함하는, 베어링 유닛(50')을 지그(500) 상에 위치시키는 단계와,
제1 하우징 부분(4')의 상기 정합 표면(632)과 정합되도록 지그(500)의 데이텀 표면(634)을 위치시키는 단계와,
제1 하우징 부분(4')에 베어링 유닛(50')을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')의 조립 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 방법에 제공된다.
본 발명의 제13 양태에 따른 방법에서, 베어링 유닛(50')을 고정하는 단계는 지그(500)의 데이텀 표면(634)은 제1 하우징 부분(4')의 정합 표면(632)과 정합된 상태에서 제1 하우징 부분(4')에 대해 상기 축(64')을 따라 축방향으로 지그(500)의 수용 수단(512)을 이동시키는 단계를 포함하며, 이로 인해 베어링 유닛(50')이 제1 하우징 부분(4')과 맞닿게 된다.
본 발명의 제13 양태에 따른 방법에서, 수용 수단(512)은 베어링 유닛(50')을 제1 하우징 부분(4')에 대해 가압하기 위해 지그(500)의 데이텀 표면(634)에 대해 상기 축방향으로 이동된다.
본 발명의 제13 양태에 따른 방법에서, 지그(500)는 지그(500)의 데이텀 표면(634)에 대해 상기 축(64')을 따라 축방향으로 수용 수단(512)의 이동을 허용하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 제13 양태에 따른 방법에서, 베어링 유닛(50')을 고정하는 단계는 지그(500)의 데이텀 표면(634)이 제1 하우징 부분(4')의 상기 정합 표면(632)과 정합된 상태에서 지그(500)의 수용 수단(512)을 제1 하우징 부분(4')에 대해 상기 축(64') 주위에서 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제13 양태에 따른 방법에서, 베어링 유닛(50')을 고정하는 단계는 베어링 유닛(50')을 제1 하우징 부분(4')에 스핀 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제13 양태에 따른 방법에서, 지그(500)는 지그(500)의 데이텀 표면(634)에 대해 수용 수단(512)의 회전을 허용하는 수단을 포함한다.
본 발명의 제14 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')이며, 상기 분리장치(2')는 본 발명의 제13 양태에 따라 조립되는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
UA 3309
본 발명의 제15 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')를 포함하는 시스템의 조립 방법으로써,
복수의 상이한 버전의 제1 유형의 구성요소(4')로부터 특정 버전의 제1 유형의 구성요소(4')를 선택하는 단계, 및 상기 특정 버전의 상기 제1 유형의 구성요소(4')를 제2 유형의 구성요소(12')와 연결하는 단계를 포함하는, 시스템 조립 방법에 있어서,
상기 복수의 상이한 버전의 상기 제1 유형의 구성요소(4')는 상기 제2 유형의 구성요소(12')와 연결하기 위한 공통의 특징부(207, 211)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 조립 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 방법에 제공된다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 방법은 복수의 상이한 버전의 상기 제2 유형의 구성요소(12')로부터 특정 버전의 상기 제2 유형의 구성요소(12')를 선택하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 방법은 제1 및 제2 유형의 구성요소들(4', 12') 사이에 제3 유형의 구성요소를 위치시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 방법은 복수의 상이한 버전의 상기 제3 유형의 구성요소로부터 상기 제3 유형의 구성요소를 선택하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 상이한 버전의 상기 제3 유형의 구성요소는 상기 제1 및 제2 유형의 구성요소(4', 12')와 연결하기 위한 공통의 특징부를 포함한다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 제1 유형의 구성요소는 회전자 하우징(4')을 포함하고, 상기 제2 유형의 구성요소는 밸브 유닛 하우징(12')을 포함하며, 상기 제3 유형의 구성요소는 열 쉴드(heat shield)를 포함한다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 구성요소들은 상기 분리장치(2')의 구성요소들이다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 복수의 상이한 버전의 상기 제1 유형의 구성요소(4')는 제4 유형의 구성요소(22')와 연결하기 위한 추가적인 공통의 특징부(6')를 포함한다.
본 발명의 제15 양태에 따른 방법에서, 상기 제4 유형의 구성요소는 니플(22')이다.
본 발명의 제16 양태는 기체 및 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로 조립하기 위한 부품 키트로써, 상기 부품 키트가 상기 분리장치(2')의 제2 유형의 구성요소(12')와 연결하기 위한 상기 분리장치(2')의 복수의 상이한 버전의 제1 유형의 구성요소(4'), 및 적어도 하나의 버전의 상기 제2 유형의 구성요소(12')를 포함하는, 부재들의 키트에 있어서, 상기 복수의 상이한 버전의 상기 제1 유형의 구성요소(4')는 상기 제2 유형의 구성요소(12')와 연결하기 위한 공통의 특징부(207, 211)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부재들의 키트를 제공한다. 이상적으로, 상기 복수의 상이한 버전의 상기 제1 유형의 구성요소(4')는 제3 유형의 구성요소(22')와 연결하기 위한 추가적인 공통의 특징부(6')를 포함한다.
본 발명의 제17 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 상기 내부 공간에 위치되고, 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능한 회전자 조립체(78', 84')와,
상기 하우징(4')의 출구(10')로부터, 상기 물질의 혼합물로부터 분리된 물질의 유동을 제어하기 위한 밸브 유닛(14')으로써, 밸브 유닛 하우징(12')에 의해 형성된 내부 공간에 위치된 밸브 배열체를 포함하는 밸브 유닛(14')을 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
밸브 유닛 하우징(12')은 회전자 조립체 하우징(4')으로부터 분리형인 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
UA 3199
본 발명의 제18 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4', 70')과,
상기 내부 공간에 위치되고, 하우징에 대해 축(64') 주위에서 회전가능한 회전자 조립체와,
하우징 부재(72')의 양측으로 유체의 유동을 허용하기 위해 상기 하우징(4', 70')에 장착된 하우징 부재(72')로써, 상기 부재(72')의 일측에서 유동하는 유체는 상기 하우징(4', 70') 내의 제1 출구 개구(10')를 통해 상기 하우징(4', 70')의 외부를 향해 상기 부재에 의해 유도되는, 하우징 부재(72')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 유체는 상기 하우징 부재(72')를 하우징의 외부로 연결하는 출구 통로(211)를 통해 유도되며, 출구 통로(211)는 출구 통로(211) 주위에 제공된 밀봉 요소에 의해 하우징 부재(72') 및 하우징(4', 70') 중 적어도 하나에 밀봉되는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 상기 하우징(4', 70')으로부터 이격된다.
본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 하우징 부재(72')와 분리형이며, 밀봉 요소(215)에 의해 하우징 부재에 밀봉된다.
본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 하우징(4', 70')과 분리형이며, 밀봉 요소(213)에 의해 하우징에 밀봉된다.
본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)를 밀봉하기 위한 상기 또는 각각의 밀봉 요소는 외부 표면에 의해 형성된 견부와 맞닿아 상기 통로의 외부 표면상에 제공된다.
본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 하우징(4', 70')으로부터의 유체의 유동을 제어하기 위해 하우징(4', 70')의 외부에 위치된 밸브 유닛(14')과 일체형이다.
본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 또는 각각의 밀봉 요소는 O-링 시일이다.
*본 발명의 제18 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 출구 통로(211)는 하우징 부재(72')와 상기 하우징(4', 70') 사이에 위치된 유체가 그의 전제 외부 주연부 주위에서 유동하도록 허용하기 위해 상기 하우징(4', 70')으로부터 이격된다.
UA 3196
본 발명의 제19 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위해 상기 내부 공간에 위치된 회전자 조립체(78', 84')로써, 상기 회전자 조립체(78', 84')는 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하며, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 출구(604)는 입구(600)보다 상기 축(64')으로부터 반경방향으로 더 외측에 배치되고, 상기 회전축(64')과 일치하는 종축을 갖는 회전 샤프트(78') 및 분리장치 디스크(82') 내에 제공된 구멍(252)에 의해 회전 샤프트(78')에 장착된 분리장치 디스크(82')를 포함하는 회전자 조립체(78', 84')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
회전 샤프트(78')는 적어도 하나의 스플라인(254)을 포함하며, 분리장치 디스크(82') 내의 구멍(252)은 회전 샤프트(78') 및 적어도 하나의 스플라인(254)을 통과하는 축(64')에 대해 수직으로 취한 단면에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 적어도 하나의 스플라인(254)은 회전 샤프트(78')에 연결된 중심 허브(114') 상에 제공된다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 3개의 스플라인(254)이 제공된다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 적어도 하나의 스플라인(254)은 스플라인(254)에 대한 자유 단부를 제공하는 팁부(352), 및 팁부(352)의 반경방향 내측에 있는 근부(350)로써 팁부(352)보다 큰 원주방향 치수를 갖는 근부(250)를 포함한다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 근부(350)와 팁부(352)의 서로 다른 원주방향 치수는 근부(350)와 팁부(352) 사이의 연결부에서 적어도 하나의 스플라인(254)의 양 측상에 단차(354)를 제공한다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 근부(350)의 원주방향 치수는 적어도 하나의 스플라인(254)의 축방향 길이를 따라 변한다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 분리장치 디스크(82')는 절두원추 형상을 갖는다.
본 발명의 제19 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 또는 각각의 스플라인은 회전 샤프트(78')의 길이를 따라 축방향으로 연장한다.
프렛팅 방지( Fretting Avoidance )
본 발명의 제20 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78', 84')로써, 상기 회전자 조립체(78', 84')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하며, 상기 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하며, 회전 샤프트(78')를 더 포함하는 회전자 조립체(78', 84')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 회전 샤프트(78')에는 상기 분리장치(2')의 적어도 하나의 구성요소를 활주가능하게 수용하는 상기 회전 샤프트(78')의 길이를 따라 플라스틱 재료의 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 적어도 하나의 상기 구성요소는 금속 재료로 이루어진다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 적어도 하나의 상기 구성요소는 나선형 스프링이다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 적어도 하나의 상기 구성요소는 베어링 유닛(50')이다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 회전 샤프트(78')는 상기 회전 샤프트(78')의 대향 단부 부분 상에서 상기 구성요소들 중 2개를 수용하며, 각각의 구성요소는 나선형 스프링(130', 96')이다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 각각의 나선형 스프링(130', 96')은 회전 샤프트(78')를 하우징(4')에 연결하는 2개의 베어링 유닛(50', 90') 중 상이한 하나와 회전자 조립체(78', 84') 사이에서 압축된다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 각각의 나선형 스프링(130', 96')은 금속 재료로 이루어진다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 회전 샤프트(78')는 경화처리되지 않은 재료이다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 재료는 경화처리되지 않은 금속이며, 바람직하게는 경화처리되지 않은 스틸이다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 회전자 조립체(78', 84')는 상기 회전 샤프트(78')로부터 연장하는 적어도 하나의 요소(114', 116', 254)를 포함하며, 상기 요소(114', 116', 254)는 상기 코팅과 동일한 재료로 이루어지고 그와 일체로 형성된다.
본 발명의 제20 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 코팅 및 상기 적어도 하나의 요소(114', 116', 254)는 상기 회전 샤프트(78') 상으로 사출 성형되고, 이로 인해 서로 동시에 형성된다.
UA 3291
본 발명의 제21 양태는 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78", 84')로써, 상기 회전자 조립체(78", 84')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하고, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하는 회전자 조립체(78", 84')를 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
상기 분리장치(2')는 상기 회전자 조립체(78", 84')를 회전시키기 위한 전기 모터(380), 및 사용 중에 상기 물질의 혼합물로부터 분리된 물질을 수용하기 위해 전기 모터(380)를 통과하는 유체 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 세정 분리장치(2')를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 아래와 같이 분리장치에 제공된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 전기 모터(380)를 통과하는 상기 유체 통로는 전기 모터(380)의 회전자(382) 및 고정자(400)에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 유체 통로는 전기 모터(380)의 회전자(382)와 고정자(400) 사이의 공간을 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 회전자(382)는 회전자 조립체(78", 84')에 연결된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 유체 통로 내에 위치된 전기 리드는 절연 재료 내에서 밀봉된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 절연 재료는 상기 고정자(400)의 전기 리드를 덮는 층으로써 제공된다.
*본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 절연 재료는 에폭시 래커를 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 전기 모터는 전기 모터(380)를 통과하는 상기 유체 통로로부터 밀봉된 하나 이상의 전자적 구성요소를 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 분리장치(2')는 전기 모터(380)가 위치되는 하우징(384)을 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 전기 모터 하우징(384)은 회전자 조립체(78", 84')가 위치되는 하우징(4')에 연결되고 그로부터 분리가능하다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 전기 모터 하우징(384)은, 전기 모터(380)의 전자적 구성요소(408)들이 위치되며 상기 유체 통로로부터 밀봉된 격실을 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 격실은 조립된 분리장치(2')에서 상기 회전자 조립체(78", 84')와 동심인 대체로 환형 또는 부분 환형 형상을 갖는다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 격실은 상기 전기 모터 하우징(384) 및 상기 하우징(384)과 분리형이며 그에 밀봉된 부재(394)에 의해 둘러싸인다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(394)는 대체로 환형 또는 절두원추 형상이다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(394)는 상기 회전자 조립체(78", 84')와 동심으로 배열된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(394)의 반경방향 내측 부분은 폐쇄 루프를 따라 상기 전기 모터 하우징(384)에 밀봉되며, 상기 부재(394)의 반경방향 외측 부분은 추가적인 폐쇄 루프를 따라 상기 전기 모터 하우징(384)에 밀봉된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(394)의 반경방향 내측 부분은 조립된 분리장치에서 상기 회전자 조립체(78", 84')가 연장하는 상기 전기 모터 하우징(384)의 대체로 원통형 부분(392)에 밀봉된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(394)의 반경방향 내측 부분은 전기 모터(380)의 고정자(400)의 최내각 직경보다 작거나 실질적으로 그와 동일한 직경을 갖는 구멍을 형성한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 부재(394)에는 전기 리드가 연장하고 상기 리드가 밀봉되는 적어도 하나의 구멍이 제공된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 하나 이상의 전자적 구성요소는 전기 모터(380)의 작동을 제어하기 위한 하나 이상의 구성요소를 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 상기 유체 통로는 전기 모터 하우징(384) 내의 출구 포트(402)와 유체 연통한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 전기 모터(380)에 전력 및/또는 제어 신호를 제공하는 전기 리드를 수용하기 위한 전기 커넥터(412)를 더 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 전기 커넥터(412)는 하나 이상의 전기 구성요소(408)에 의해 전기 모터(380)에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 제21 양태에 따른 분리장치(2')에서, 전기 커넥터(412)는 분리장치(2')의 하우징(384)의 일 부분을 통해 연장하는 구멍 내에 위치된다.
이제, 본 발명의 실시예들과 함께 종래 기술의 ALFDEX ™ 원심 분리장치가 첨부 도면을 참조로 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 ALFDEX ™ 원심 분리장치의 사시 단면도,
도 2는 터빈 케이싱과 조합된 도 1에 도시된 분리장치의 측단면도,
도 3은 도 1에 도시된 분리장치와 사용되는 입구/출구 니플의 사시 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 입구/출구 니플을 위한 주형의 측단면도,
도 5는 도 1에 도시된 분리장치의 회전자의 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 회전자의 사시 단면도,
도 7은 회전 샤프트가 단면으로 도시되도록 상부 회전자 디스크가 상기 회전자의 회전 샤프트로부터 제거되어 도시된, 도 5에 도시된 회전자의 단부 사시도,
도 8은 분리된 기체 및 오일의 유동 경로가 도시된 도 1에 도시된 분리장치의 측단면도,
도 9 및 도 10은 오일의 바람직한 유동 경로 및 오일의 바람직하지 않은 유동 경로가 각각 도시된, 도 1에 도시된 분리장치의 측단면도,
도 11은 도 1에 도시된 분리장치의 하우징 인서트의 평면 사시도,
도 12는 분리된 오일 액적의 바람직하지 않은 유동 경로를 더욱 명확하게 도시하기 위해 하우징 인서트의 외측 스커트의 일부가 제거된, 도 11에 도시된 하우징 인서트의 측면 사시도,
도 13은 하우징 내에 위치된 하우징 인서트 및 회전자 조립체를 도시하기 위해 분리장치의 하우징이 단면으로 도시된, 본 발명에 따른 제1 분리장치의 측면 사시도,
도 14는 도 13에 도시된 라인(A)에 의해 둘러싸인 영역의 확대도,
도 15는 도 13에 도시된 본 발명의 제1 실시예의 사시 측단면도,
도 16은 제1 실시예의 입구에 연결된 입구 니플의 측단면도,
도 17은 서로로부터 분리된 도 16의 입구 및 입구 니플의 사시도,
도 18은 단면이 제1 실시예의 베어링 플레이트와 평행한 평면을 통해 취해지고, 도 15의 라인(18-18)을 통과하는, 도 13의 제1 실시예의 평면 사시 단면도,
도 19는 플라스틱 재료의 커버가 회전자 조립체의 상부 단부에 제공된 점에서 제1 실시예와 상이한 제2 실시예의 사시 측단면도,
도 20은 도 13에 도시된 제1 실시예의 사시 측단면도,
도 21은 도 13에 도시된 제1 실시예의 회전 샤프트 및 상부 회전자 디스크의 평면 사시도,
도 22는 도 21에 도시된 상부 회전자 디스크 상에 제공된 가이드 표면에 대한 입구 유체의 속도를 도시하는 속도 유동 다이어그램,
도 23은 도 21에 도시된 회전 샤프트 및 상부 회전자 디스크의 저면 사시도,
도 24는 도 21 및 도 23에 도시된 회전 샤프트 상에 활주가능하게 위치되는 복수의 분리장치 디스크 중 하나의 저면 사시도,
도 25는 도 21 및 도 23에 도시된 회전 샤프트 상에 활주가능하게 위치되는 도 24에 도시된 분리장치 디스크의 저면 사시도,
도 26은 도 13에 도시된 제1 실시예의 베어링 플레이트 상에 위치된 하우징 인서트 위에 위치된 팬 디스크 및 연계된 단부 플레이트의 사시도,
도 27은 디스크 및 샤프트가 도 26에 도시된 구성요소들로 조립된, 도 21 및 도 23의 회전 샤프트 상에 위치된 복수의 분리장치 디스크의 측면 사시도,
도 28은 하우징 인서트가 상기 인서트 아래 위치된 오일 스플래시 가드를 제외한 다른 구성요소들과 분리되어 도시된, 도 13에 도시된 제1 실시예의 하우징 인서트의 평면 사시도,
도 29는 상기 실시예의 터빈 휠 조립체를 구체적으로 도시하는, 도 13에 도시된 제1 실시예의 저면 부분 사시도,
도 30은 도 29에 도시된 터빈 휠 조립체의 부분 사시 측단면도,
도 31은 도 29 및 도 30에 도시된 것에 대한 대안적인 터빈 휠 조립체의 부분 사시 측단면도,
도 32는 도 31에 도시된 터빈 휠 조립체의 저면 사시도,
도 33은 도 13에 도시된 제1 실시예의 측단면도,
도 34는 분리장치를 통해 분리된 오일 액적 및 기체의 유동 경로가 도시된, 도 13에 도시된 제1 실시예의 확대 측단면도,
도 35는 도 1의 종래 기술의 분리장치와 사용되는 전기 모터 구동 배열체가 도시된, 상기 도면들에 도시된 전기 모터 구동 배열체의 측단면도,
도 36은 도 13에 도시된 분리장치 시스템의 모듈 특성을 도시하는 개략도,
도 37 및 도 38은 스핀 용접 지그에 장착되는 제1 실시예의 상부 베어링 유닛의 도면,
도 39는 도 37 및 도 38의 스핀 용접 지그에 장착된 상부 베어링 유닛의 측면 사시도,
도 40은 하우징의 내부에 상부 베어링 유닛을 스핀 용접하기 전에 제1 실시예의 회전자 하우징의 내부에 위치된 도 39에 도시된 배열체의 사시도,
도 41은 스핀 용접 공정에 의해 도 40에 도시된 하우징에 대한 내부 표면에 부착된 상부 베어링 유닛의 사시도이다.
종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치가 첨부 도면 도 1 내지 도 12를 참조로 설명될 것이며, 본 발명자들에 의해 개선된 종래 기술의 분리장치의 양태들에는 첨자가 부여되어 있다.
조립된 종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치(2)의 다수의 도면이 첨부 도면 도 1, 도 2, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된다. 당업자는 종래 기술의 분리장치(2)가 회전자 하우징(4)으로 유도되는 환기된 기체로부터 오일을 분리하는 다수의 내부 구성요소를 수용하기 위한 대체로 원통 형상의 회전자 하우징(4)을 포함한다는 것을 이해할 것이다.
원통형 하우징(4)의 일 단부에는 분리장치(2)에 대한 유체 입구(8)를 형성하는 수직(upstanding) 환형 견부(6)가 제공된다. 따라서, 오일의 제거가 요구되는 크랭크 케이싱으로부터 환기된 기체는 유체 입구(8)를 통해 분리장치(2)로 진입한다.
회전자 하우징(4)의 원통형 벽의 구멍(10)은 세정된 기체가 회전자 하우징(4)의 내부로부터 밸브 유닛(14)과 연계된 추가 하우징(12)(도 1 참조)으로 통과하는 출구를 제공한다. 밸브 유닛(14)은 분리장치(2)로부터 세정된 기체의 유동을 제어하는 밸브 배열체를 포함한다. 밸브 유닛(14)의 작동의 세부사항은 본원에서 설명되지 않을 것이다. 그러나 도 1로부터 알 수 있듯이, 회전자 하우징(4)의 외부는, 밸브 유닛(14)의 내부 구성요소들을 수용하기에 적합한 하우징(4, 12)들 사이의 내부 공간을 형성하기 위해 2개의 하우징(4, 12)이 합체되도록, 밸브 유닛(14)의 하우징(12)과 정합되도록 특정하게 설계된다. 2개의 하우징(4, 12)은 종래의 스크루 나사식 체결구(16)에 의해 서로 고정된다. 따라서, 특정 밸브 유닛 하우징(12)은 오직 필수적인 정합 특징부를 갖는 특정한 회전자 하우징(4)과 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1을 참조하면, 밸브 유닛(14)의 하우징(12)에는 분리장치(2)로부터 세정된 기체가 통과하는 유체 출구를 형성하는 수직 환형 견부(18)가 제공되는 것으로 도시될 것이다. 밸브 유닛 하우징(12)에 제공된 환형 견부(18)는 회전자 하우징(4)에 제공된 환형 견부(6)와 실질적으로 동일하다. 이들의 유사성으로 인해, 입구 및 출구 견부(6, 18)는 동일한 인터페이스 프로파일을 갖는 입구/출구 니플을 상호교환 가능하게 수용할 수 있다. 90° 굽힘부를 갖는 이러한 니플(22) 한 개가 도 3에 단면도로 도시된다. 니플(22)의 일 단부에는 환형 리세스(26)를 형성하는 환형 컬러(24)가 제공된다. 환형 리세스(26)는 맞닿는 (정방형 모서리를 갖는) 하우징 환형 견부(6, 18)를 수용할 수 있는 직경 및 정방형 모서리 프로파일을 갖는다.
회전자 하우징(4)의 견부(6)와 입구 니플(28)과의 인터페이스는 첨부 도면 도 2를 참조로 볼 수 있다. 도 2에 도시된 니플(28)은 도 3의 니플(22)과 상이한 굽힘 각도를 갖는 것으로 이해될 것이다.
입구/출구 니플은 이들을 하우징 견부(6, 18) 상으로 환형 와셔(30)를 사용하여 클램핑 함으로써 개별 하우징(4, 12)에 고정되며, 환형 와셔는 스크류 나사식 체결구(32)가 2개의 나사형 보스(34)와 나사식으로 맞물릴 때 니플(22, 28)의 견부(24) 상에 하향 가압한다. 2개의 보스(34)는 관련 하우징(4, 12)으로부터 수직이며, 환형 견부(6, 18)의 양측에 위치된다. 입구/출구 니플과 개별 하우징 사이의 인터페이스로부터 (입구 니플과 관련하여 도 2 참조) 유체의 바람직하지 않은 누출을 방지하기 위해, 리세스(26)와 하우징 견부(6, 18) 사이에 O-링 시일(36)이 위치되고, 포착되며, 압박된다.
도 3 및 도 2에 각각 도시된 니플(22, 28)을 또한 참조하면, (인터페이스 프로파일이 제공된 단부에서 먼) 니플의 제2 단부에는 사용 시에 니플 제2 단부에 위치되는 호스를 파지하기 위해 외부 표면상에 치형부 또는 톱니부(38)가 제공된다.
2개의 니플(22, 28)에 의해 제공되는 유체 유동 통로는 실질적으로 반경이 없는 내측 코너(40)를 갖는 굽힘부를 각각 포함한다. 종래 기술의 분리장치(2)에서, 사출 성형(플라스틱 니플의 경우) 및 다이 주조(알루미늄 니플의 경우) 기법을 사용하여 각이 진 니플이 제조된다. [니플(22)의 몰딩을 도시하는] 도 4로부터 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 내부 몰딩 세그먼트(42, 44)를 각각 제1 및 제2 화살표(46, 48)에 의해 지시된 방향으로 제거할 수 있기 위해, 몰딩 세그먼트(42, 44)에 있어서 내측 코너(40)에 반경을 제공하는 것이 불가능하다.
회전자 하우징(4)에 의해 수용된 전술한 내부 구성요소들은 특히 도 8을 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
첫째로, 상부 베어링 유닛(50)은 유체 입구(8)의 바로 하류측에서 회전자 하우징(4)의 내측 표면에 고정된다. 상부 베어링 유닛(50)은 상부 스틸 캡 부재(54)와 플라스틱 재료의 하부 베어링 시트 부재(56) 사이에 포획된 케이지드 베어링(caged bearing, 52)을 포함한다. 베어링 유닛(50)은 상부 스틸 캡 부재(54) 주위에서 그 사이에 단단히 보유된 케이지드 베어링(52)과 함께 하부 베어링 시트 부재(56)를 성형함으로써 제조된다. 도 2 및 도 9에서 종래 기술의 분리장치(2)의 맥락이 도시되었지만, 상부 베어링 유닛(50)의 배열은 도 8에 가장 명확하게 도시된다.
베어링 시트 부재(56)는 원형 형상을 가지며, 조립된 분리장치(2)에서 회전자 하우징(4)의 원통형 벽(60)과 측방향으로 맞닿는 [캡 부재(54)의 하부를 감싸는] 하방으로 돌출하는 원통형 벽(58)을 갖는다. 원통형 벽(60)과의 맞닿음은 회전자 하우징(4)에 대한 상부 베어링 유닛(50)의 정확한 측방향 위치설정의 보장을 보조한다. 회전자 하우징(4)에 대한 상부 베어링 유닛(50)의 정확한 축방향 위치설정을 보장하기 위해, 회전자 하우징(4)의 제2 원통형 벽(62)은 제1 원통형 벽(60)의 반경방향 내향으로 위치된다. 상부 베어링 유닛(50)은 3개의 나사식 체결구(미도시)에 의해 회전자 하우징(4)에 고정된다. 분리장치(2)는 상부 베어링 유닛(50)의 회전축이 회전자 하우징(4)의 중심축(64)과 일치하도록 배열된다.
(도 8에 2개만이 도시된) 3분할 원형 슬롯(66)은 [화살표(68)로 도시된 바와 같이] 입구 유체의 유동이 지나갈 수 있도록 상부 베어링 유닛(50) 내에 제공된다. 상부 캡 부재(54)는 케이지드 베어링(52)으로부터의 입구 유체를 편향시키고, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 캡 부재(54)의 최상위 부분의 저면은 사용 동안 회전자 샤프트를 통해 상부 베어링 유닛(50)으로 이동하는 윤활 오일 박무를 [케이지드 베어링(52) 안으로] 편향시킨다.
분리장치(2)의 나머지 내부 구성요소들은 회전자 하우징(4)에 개별적으로 조립된 다음, 단일형 조립체로써 하우징(4) 내에 위치된다. 단일형 조립체는 분리장치(2)의 사용 중에 회전자 하우징(4)에 대해 고정상태를 유지하는 제1 그룹의 구성요소, 및 분리장치(2)의 사용 중에 회전자 하우징(4) [및 밸브 유닛 하우징(12)] 및 제1 그룹의 구성요소 양자 모두에 대해 중심축(64) 주위에서 회전하는 제2 그룹의 구성요소를 포함한다.
제1 그룹의 구성요소들은 환형 베어링 플레이트(70) 및 하우징 인서트로 알려진 접시형 부재(72)를 포함한다. 하우징 인서트(72)는 베어링 플레이트(70)와 조합되어 분리된 오일과 세정된 기체가 회전자 하우징(4)을 빠져나가기 전에 세정된 기체로부터 분리된 오일을 분리하도록 작용한다. 베어링 플레이트(70)는 스틸로 제조되며, 하우징 인서트(72)는 플라스틱 재료로 제조된다. 베어링 플레이트(70) 및 하우징 인서트(72)는 하우징 인서트(72)의 저면으로부터 하방으로 돌출하는 보스(76)와 나사식으로 맞물리는 3개의 스크루 나사식 체결구(74)(도 1에서 그 중 하나만 도시됨)에 의해 서로 고정된다. 이러한 제1 그룹의 구성요소들은 본 상세한 설명에서 이후에 더욱 상세하게 논의될 것이다.
제2 그룹의 구성요소들은 회전자 조립체를 형성하며, 회전 샤프트(78), 상부 회전자 디스크(80), 분리장치 디스크(82)의 적층체(84)를 함께 형성하는 복수의 개별 분리장치 디스크(82), 단부 플레이트(86), 및 합체된 팬 및 터빈 유닛(88)을 포함한다. 이러한 제2 그룹의 구성요소들은 서로에 대한 회전을 방지하는 방식으로 서로 고정된다. 그러나 제2 그룹의 구성요소들은 하부 베어링 유닛(90)(특히 도 10 참조)에 의해 제1 그룹의 구성요소들에 회전가능하게 장착된다.
이제 제2 그룹의 구성요소들에 의해 형성된 회전자 조립체가 더욱 상세하게 설명된다.
회전 샤프트(78)는 금속 재료로 제조되며, 그의 전체 길이를 따라 종방향으로 연장하는 유체 유동 통로(92)를 제공하도록 환형 단면을 갖는다. 분리장치(2)의 사용 중에, 이러한 유동 통로(92)는 상기 유닛(50)의 베어링을 윤활하기 위해 오일 박무가 터빈 케이싱으로부터 상방으로 회전 샤프트를 통해 상부 베어링 유닛(50) 안으로 전달되도록 한다. (반경방향 외측 원주 모서리로부터 원통형 벽이 직립한 상태의) 환형 디스크 형태의 제한장치 요소(93)는 회전 샤프트(78)의 상부 단부에서 상기 유체 유동 통로(92)의 상방으로 향하는 내부 견부상에 위치된다. 제한장치 요소(93)는 회전 샤프트(78)로부터 상부 베어링 유닛(50) 안으로의 출구에서 회전 샤프트(78)를 통한 (그로 인해 노즐을 제공하는) 유동 경로 영역을 감소시키도록 작용한다.
회전 샤프트(78)의 외부에는 회전 샤프트(78) 상에서 구성요소들이 정확한 축방향 위치를 유지하도록 보조하는 써클립(circlip)을 수용하기 위한 다수의 리세스 및 견부가 제공된다. 도 6에서, 이러한 하나의 써클립(94)은 와셔(95)가 맞닿는 상방으로 대향하는 견부를 제공하는 것으로 도시된다. 나선형 압축 스프링(96)은 와셔(95)의 상방으로 대면하는 견부와 맞닿는다. 써클립(94)이 위치되는 원주방향 리세스는 써클립(94)이 (리세스 내에서) 회전 샤프트(78)를 따라 축방향으로 이동할 수 있도록 충분한 폭(즉, 축방향으로의 리세스의 치수)을 갖는다. 이는 스프링(96)이 하부 베어링 유닛(90)에 축방향 힘을 가하는 것을 허용한다.
다른 리세스들은 상기 샤프트(78) 상에서 구성요소들을 위치 및 보유하기 위해 회전 샤프트(78)의 외부 표면상에 제공된다.
각각의 상부 회전자 디스크(80), 분리장치 디스크(82), 및 단부 플레이트(86)는 복수의 스포크 부재가 반경방향 내측으로 절두원뿔형 부분으로부터 사용 중에 회전 샤프트(78) 주위에 위치되는 허브 요소로 연장하는 [상부 절두원추형 표면(102)을 형성하는] 절두원추형 부분을 갖는다.
분리장치 디스크(82) 및 상부 회전자 디스크(80)의 스포크 부재는 유체의 유동이 회전 샤프트(78)를 따라 축방향으로 통과하는 것을 허용하기 위해 그들 사이에 개방 공간을 갖지만, 단부 플레이트(86)의 스포크 부재는 단부 플레이트(86)를 지나 상방으로 또는 단부 플레이트(86)를 지나 하방으로의 회전 샤프트(78)를 따르는 유체의 축방향 유동을 방지하도록 스포크 부재의 하부 표면에서 서로 연결된다.
단부 플레이트(86) 및 상부 회전자 디스크(80)의 절두원추형 기하학적 형상은 상부 회전자 디스크(80) 및 단부 플레이트(86)가 분리장치 디스크(82)와 적층될 수 있도록 분리장치 디스크(82)의 형상과 실질적으로 동일하며, 상부 회전자 디스크(80)는 분리장치 디스크 적층체(84)의 상부에 위치되며 단부 플레이트(86)는 분리장치 디스크 적층체(84)의 하부에 위치된다. 또한, 분리장치 디스크(82)는 비교적 짧은 적층체(84) 내에 다수의 디스크가 제공될 수 있도록 비교적 얇아야 할 것으로 당업자에게 이해될 것이지만, 상부 회전자 디스크(80) 및 단부 플레이트(86)는 디스크 적층체(84)의 양 단부에서 강성을 제공함으로써 축방향 압축력이 상부 디스크(80) 및 단부 플레이트(86)에 의해 분리장치 디스크의 절두원추형 부재에 균일하게 가해지도록 분리장치 디스크(82)보다 상당히 두껍다. 더욱 구체적으로, 압축력은 단부 플레이트(86)의 허브(98)의 저면상에서 상방으로 가압하는 나선형 압축 스프링(96)에 의해 형성된다.
상부 디스크(80)와 단부 플레이트(86) 사이의 디스크 적층체(84)의 압축과 관련하여, 당업자는 적층체(84) 내의 인접한 분리장치 디스크(82)가 분리장치(2)를 통한 유체의 유동을 허용하기 위해 서로 이격되어 유지되어야만 하는 것으로 이해할 것이다. 분리장치 디스크(82)의 이러한 이격은 각 분리장치 디스크(82)의 절두원추형 부분의 상부 표면상에 제공된 복수의 [코크(caulk)로 알려진] 리브(100)에 의해 제공된다. 각 코크(100)는 상기 상부 표면(102)의 반경방향 내측 모서리(104)로부터 상기 표면의 반경방향 외측 모서리(106)로 연장한다. 코크(100)는 분리장치 디스크(82)의 조립된 적층체(84) 내에서 상기 상부 표면(102)에 서있고, 상기 인접한 디스크의 저면과 맞닿는다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 각각의 분리장치 디스크(82)는 회전 샤프트(78)에 대해 단지 6개의 가능한 각도 위치 중 하나에서 회전 샤프트(78) 상에 위치될 수 있고, 상기 상부 표면(102) 상에서의 코크(100)의 위치설정은 디스크(82)들이 이러한 6개의 위치 중 임의의 것과 정렬될 때 인접한 디스크(82)의 코크가 반드시 서로 정렬되도록 한다. 결과적으로, 단부 플레이트(86)에 의해 디스크 적층체(84)에 가해지는 압축력은 인접한 분리장치 디스크(82)들 사이의 이격이 폐쇄되지 않으면서 정렬된 코크(100)에 의해 적층체(84)를 통해 전달된다.
분리장치 디스크 적층체(84)에 가해진 압축력과 또한 관련하여, 당업자는 이 힘이 나선형 압축 스프링(96)에 의해 형성되고 단부 플레이트 허브(98)에 가해지는 것으로 이해할 것이다. 단부 플레이트(86)의 강성으로 인해, 압축력은 단부 플레이트(86)의 복수의 반경방향으로 연장하는 스포크(110)를 통해 허브(98)로부터 단부 플레이트(86)의 절두원추형 부분(108)으로 전달된다. 그러면, 압축력은 절두원추형 부분(108)을 통해 디스크 적층체(84)로 전달되고, 적층체(84)를 통해 [코크(100)를 통해] 상부 회전자 디스크(80)의 절두원추형 부분(112)로 상방으로 전달된다. 압축력은 6개의 반경방향으로 연장하는 스포크(116)를 통해 절두원추형 부분(112)으로부터 상부 회전자 디스크(80)의 허브(114)로 전달된다. 압축력은 상부 회전자 디스크(80)의 강성으로 인해 절두원추형 부분(112)으로부터 허브(114)로 전달될 수 있다. 압축력에 대한 반응으로 회전 샤프트(78)를 따라 상방으로의 상부 회전자 디스크(80)의 축방향 움직임은 회전 샤프트(78)의 외부 표면에서 원주방향 리세스(118) 내에 상부 회전자 디스크 허브(114)를 위치시킴으로써 방지된다(특히, 도 6 참조). 회전 샤프트(78)의 외부 표면과 허브(114) 사이의 마찰력은 그 사이에서의 상대적 회전을 방지한다.
특히, 도 6 및 도 8로부터 볼 수 있는 바와 같이, 상부 회전자 디스크(80)의 허브(114)는 회전 샤프트(78)를 따라 축방향 하방으로 단부 플레이트 허브(98) 바로 위 지점으로 연장한다. 더욱 구체적으로, 허브(114)는 분리장치 디스크 적층체(84)의 전체 깊이를 따라 연장하고, 그로 인해 각 분리장치 디스크(82)의 허브(120)를 회전 샤프트(78)로부터 분리한다(도 7 참조). 각 분리장치 디스크(82)의 허브(120)는 회전 샤프트(78) 및 상부 회전자 디스크 허브(114)가 관통하여 연장하는 육각형 구멍을 형성하는 육각형 형상을 갖는다. 상부 회전자 디스크 허브(114)에 대한 [그리고, 그에 따라 회전 샤프트(78)에 대한] 분리장치 디스크 허브(120)의 회전 움직임은, 상부 회전자 디스크 허브(114)의 길이를 따라 축방향으로 제공되고 분리장치 디스크 허브(120)에 의해 형성된 육각형 구멍의 6개의 코너로 반경방향으로 연장하는 6개의 스플라인(122)에 의해 방지된다. 스플라인(122)의 이러한 위치는 회전 샤프트(78)에 대한 분리장치 디스크 허브(120)의 측방향 및 회전 움직임을 방지한다.
각 분리장치 디스크(82)의 분리장치 디스크 허브(120)는 12개의 반경방향으로 연장하는 스포크(126)에 의해 각 분리장치 디스크(82)의 절두원추형 부분(124)에 연결된다. 스포크(126)[그리고, 실제로는 연계된 분리장치 디스크(82)의 나머지 부분]는 비교적 얇고 탄성적으로 가요성인 플라스틱 재료로 제조된다. 그러나 스포크(126)는 그들이 받는 측방향 및 회전하는 힘에 변형되지 않고 저항할 수 있다. 당업자는 나선형 스프링(96)에 의해 형성된 압축력이 분리장치 디스크 스포크(126)에 의해서라기 보다는 분리장치 디스크 적층체(84)를 통해 코크(100)를 경유하여 전달되는 것을 이해할 것이다.
당업자는, 전술한 바와 같이, 각 분리장치 디스크(82)의 육각형 허브(120) 및 스플라인(122)의 상대적 기하학적 형상이 각 분리장치 디스크(82)가 단지 6개의 각도 위치 중 하나에서 회전 샤프트(78) 상에 위치될 수 있도록 보장하는 것을 또한 이해할 것이다. 그러나 분리장치 디스크(82)의 코크(100)의 극(polar) 또는 각도 위치는 6개의 각도 위치 중 어느 것이 사용되는지와 무관하게 동일하며, 따라서 인접한 분리장치 디스크(82)의 코크(100)가 오정렬된 상태로 분리장치 디스크 적층체(84)가 회전 샤프트(78) 상에 조립될 가능성은 없다.
명확성을 위해, 첨부 도면들 중 특정 도면은 분리장치의 개수가 감소되어 나타난 디스크 적층체를 도시한다. 종래 기술의 분리장치(2)와 관련하여, 도 1, 도 2, 도 8, 도 9 및 도 10은 이러한 방식으로 단순화되었다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 원주방향 리세스(128)는 제1 리세스(118) 위의 위치에서 회전 샤프트(78)의 상부 단부에 제공된다. 제2 리세스(128)는 제2 나선형 압축 스프링(130)을 수용한다. 조립된 종래 기술의 분리장치(2)에서, 제2 리세스의 위치는 제2 스프링(130)의 하부 단부가 상부 회전자 디스크(80)(도 6 참조)의 허브(114)로부터 이격되고 제2 리세스(128)에 의해 형성된 상방으로 대향하는 견부에 의해 회전 샤프트(78)를 따라 하방으로 축방향 움직임이 방지되도록 한다. 또한, 조립된 분리장치(2)에서, 케이지드 베어링(52)의 케이지는 [회전 샤프트(78)의 상부 단부가 상부 베어링 유닛(50)의 캡 부재(54)로부터 이격된 상태로 - 특히 도 8 참조] 제2 스프링(130)과 맞닿으며 이를 하방으로 압축시킨다. 제2 스프링(130)은 상부 베어링 유닛(50)에 하중을 가하고, 그로 인해 상부 베어링 유닛(50)에서 진동 및 관련된 마모를 감소시킨다.
제2 그룹의 내부 구성요소들 중 합체된 팬 및 터빈 유닛(88)을 제외한 모든 구성요소가 첨부 도면 도 6에 조립되어 도시된다. 팬/터빈 유닛(88)이 회전 샤프트(78)의 하부 단부에 장착되기 전에, 회전 샤프트(78)의 하부 단부는 제1 그룹의 내부 구성요소들 중 하우징 인서트(72) 및 베어링 플레이트(70)의 각각에 제공된 중심 원형 구멍을 통해 위치된다. 이렇게 함으로써, 회전 샤프트(78)의 하부 단부는 베어링 플레이트(70)의 중심 구멍에 고정된 하부 베어링 유닛(90)을 통해 또한 연장한다(특히, 도 8 및 도 10 참조).
합체된 팬 및 터빈 유닛(88)은 베어링 플레이트(70)의 저면으로부터 하방으로 돌출하는 회전 샤프트(78)의 하부 단부에 고정된다. 팬/터빈 유닛(88)은 제2 써클립(132) 및 제2 써클립(132)의 상방으로 대향하는 표면과 맞닿는 제2 와셔(133)에 의해 회전 샤프트(78)의 하부 단부 상에서 정 위치에 보유된다[회전 샤프트(78) 내의 제3 원주방향 리세스 내에 보유됨]. 제2 써클립(132)에 의해 결정된 회전 샤프트(88) 상에서의 팬/터빈 유닛(88)의 축방향 위치설정은 상부 표면에서 유닛(88)이 디플렉터 와셔(139)와 맞닿아 가압되고, 그 다음 하부 베어링 유닛(90)과 맞닿아 가압되게 한다. 조립된 분리장치(2)에서, 하부 베어링 유닛(90)의 내측 레이스는 제1 써클립(94)과 맞닿고 이 써클립(94)을 제1 압축 스프링(96)의 편의에 대하여 상방으로 가압한다. 제2 써클립(132)에 대한 내측 레이스, 디플렉터 와셔(139), 및 팬/터빈 유닛(88)의 가압은 예컨대 이 요소들을 회전 샤프트(78)에 대해 고정된 회전 위치에 유지하기 위한 것이다.
분리장치(2)의 회전자 조립체는 유압식 충격 터빈에 의해 화살표(134)로 지시된 방향으로 회전된다(도 1 참조). 팬/터빈 유닛(88)은 원주를 따라 균일하게 이격된 복수의 버켓(138)을 갖는 펠톤 휠(Pelton wheel, 136)을 포함한다. 분리장치(2)의 사용 중에, 오일의 제트는 터빈 케이싱(178) 내의 노즐(미도시)로부터 펠톤 휠(136)의 원주를 향해 유도된다. 더욱 구체적으로, 제트가 표면과 함께 정렬된 버켓으로 들어가도록 제트는 복수의 버켓(138)을 통과하는 원에 대한 접선을 따라 유도된다. 제트는 버켓의 내부 프로파일을 따르는 상기 표면을 따라 유동하며, 그 다음 추가적인 표면을 따라 유동하기 위해 상기 프로파일에 의해 선회되고, 그 다음 버켓으로부터 방출된다. 그 결과, 제트가 휠(136)을 회전시킨다.
복수의 블레이드(140)를 갖는 팬이 또한 휠(136)과 일체로 형성된다. 블레이드(140)는 베어링 플레이트(70)의 저면과 매우 인접하여 휠(136) 상에 위치된다. 복수의 팬 블레이드(140)는 또한 회전 샤프트(78)를 따라 하부 베어링 유닛(90)과 대략적으로 동일한 축방향 위치에 있다. 팬 블레이드(140)는 인접한 하부 베어링 유닛(90)으로부터 반경방향 외측으로 연장한다. 당업자는 터빈 휠(136)이 회전됨에 따라 팬 블레이드(140)가 중심축(64) 주위에서 회전하는 것을 이해할 것이다. 이렇게 함으로써, 팬 블레이드(140)는 휠(136)과 베어링 플레이트(70)의 저면 사이의 영역으로부터 유체를 효과적으로 보낼 수 있고, 그로 인해 하부 베어링(90)의 영역 내의 유체 압력을 감소시키고 베어링 플레이트(70) 위의 위치로부터 하방으로 하부 베어링 유닛을 통해 베어링 플레이트(70) 아래의 터빈 케이싱(178) 안으로 분리된 오일을 견인한다.
제작의 용이성을 위해, 휠(136)은 상부 및 하부 부분(142, 144)으로 제조되고 첨부 도면 도 8에 도시된 바와 같이 라인(146)에서 서로 맞닿아 가압된다.
제1 그룹의 내부 구성요소와 관련하여, 베어링 플레이트(70)는 스틸로 제조되며 회전자 하우징(4)의 직경과 실질적으로 동일한 직경의 원형 형상을 갖는다. 상대적인 기하학적 형상은 예컨대 베어링 플레이트(70)가 회전자 하우징(4)의 하부 단부에서 하방으로 대향하는 견부(148) 상에 위치될 수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 회전자 하우징(4)의 하부 개방 단부는 베어링 플레이트(70)에 의해 폐쇄된다. 베어링 플레이트(70)에는 조립된 분리장치(2)에서 회전자 하우징(4)과 동심인 중심 원형 구멍이 또한 제공된다. 환언하면, 조립된 분리장치(2)에서, 베어링 플레이트(70)의 원형 중심 구멍은 회전자 하우징(4)의 중심축(64) 상에 중심을 갖는다. 또한, 첨부 도면 도 1에서 특히 분명한 바와 같이, 하부 베어링 유닛(90)은 베어링 플레이트(70)의 중심 구멍에 수용된다. 하부 베어링 유닛(90)의 반경방향 최외각 부분은 베어링 플레이트(70)에 대해 고정된다. 하부 베어링 유닛(90)의 반경방향 최내각 부분은 회전 샤프트(78)에 인접하게 위치되지만, 회전 샤프트에 고정되지는 않는다.
전술한 바와 같이, 제1 그룹의 내부 구성요소들은 베어링 플레이트(70)에 고정되어 고착된 하우징 인서트(72)를 또한 포함한다. 하우징 인서트(72)는 세정된 기체를 세정된 기체로부터 분리된 오일로부터 분리하고 회전자 하우징(4)의 출구 구멍(10)과 연결된 세정된 기체를 위한 출구(150)를 제공하는 기능을 한다(특히, 도 1 참조). 하우징 인서트(72)는 플라스틱 재료의 일체형 몰딩으로 제공된다. 그러나 이하에서 하우징 인서트(72)를 설명함에 있어서, 인서트는 4개의 부분, 즉 외측 원통형 벽/스커트 부분(152), 디치 부분(ditch portion, 154), 절두원추형 부분(156), 및 상기 인서트 출구(150)를 형성하는 출구 부분(158)을 포함하는 것으로 여겨질 것이다.
하우징 인서트(72)의 원통형 스커트 부분(152)은 스커트 부분(152)이 맞닿는 회전자 하우징(4)의 내부 벽 부분의 직경과 실질적으로 동일한 최외각 외부 직경을 갖는다. 조립된 분리장치(2)에서 하우징 인서트(72)와 회전자 하우징(4) 사이의 유체 밀봉을 보장하는 O-링 시일(160)을 수용하기 위해 스커트 부분(152)의 외부 표면에 원주방향 리세스(159)(도 12 참조)가 제공된다.
원통형 스커트 부분(152)의 하부 단부는 베어링 플레이트(70)의 상부 측면과 맞닿고, 제2 O-링 시일(164)을 수용하기 위한 원주방향 리세스(162)(도 12 참조)가 구비된다. 제2 O-링 시일(164)은 하우징 인서트(72)와 베어링 플레이트(70) 사이의 유체 밀봉을 보장하는 것으로 이해될 것이다.
외측 스커트 부분(152)의 반경방향 내측으로 배치되고 그와 동심으로 배열된 제2 원통형 벽은 디치 부분(154)을 형성하기 위해 그의 하부 단부에서 스커트 부분(152)에 연결된다. 디치 부분(154)은 외부 스커트 부분(152)과 함께 회전자 하우징(4)의 내부 원통형 벽을 따라 이어지는 환형 디치(또는 거터, 166)를 형성한다. 디치(166)는 U자 형상의 단면을 갖고, 분리장치(2)의 사용 동안, 분리장치 디스크(82)로부터 보내진 분리된 오일 액적을 수집하고 중력의 작용 하에서 (그리고 본원에서 더욱 상세하게 언급되는 하방으로의 나선형 기체 유동의 작용 하에) 회전자 하우징(4)의 내부로 하방으로 이어진다. 디치 부분(154)에는 분리장치(2)의 사용 동안 베어링 플레이트(70)의 상면 및 하우징 인서트(72)의 저면에 의해 둘러싸인 영역을 통과하도록 디치(166)내에 수집된 오일이 이를 통해 유동하는 4개의 드레인 구멍(168)(특히 도 11 참조)이 제공된다.
하우징 인서트(72)의 제3 부분(156)은 절두원추형 형상을 가지며 디치 부분(154)으로부터 현수된다. 절두원추형 부분(156)에는 조립된 분리장치(2)에서 회전자 하우징(4)의 중심축(64)과 일치하는 중심축을 갖는 중심 원형 구멍이 제공된다. 절두원추형 부분(156)의 상부 표면에 신장형 리세스(170)(도 11 참조)가 제공된다. 이러한 리세스(170)는 하우징 인서트(72)의 출구 부분(158)과 이어지는 세정된 기체를 위한 유체 통로를 형성한다. 리세스(170)에 의해 제공된 유동 통로는 절두원추형 부분(156)의 상부 표면으로부터 하방 단차(172)를 구비하여 그의 상류측 단부에서 개시된다. 리세스(170)의 측벽(174, 176)은 유체 통로가 하우징 인서트(72)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 하류측 방향으로 높이가 증가한다. 도 11에 제공된 하우징 인서트(72)의 평면도로부터 명백한 바와 같이, 리세스(170)는 실질적으로 하우징 인서트(72)의 직경의 절반과 동일한 길이를 갖는 직선형 유체 통로를 제공한다.
하우징 인서트(72)의 외측 부분(158)은 디치 부분(154)과 외측 스커트 부분(152)의 구멍들 사이에서 디치(166)를 가로질러 연장하는 대체로 원통형 튜브의 형태로 제공된다.
터빈 케이싱(178)에 고정된 분리장치(2)의 도면이 도 2에 도시된다. 분리장치(2)는 3개의 나사식 체결구(180)에 의해 터빈 케이싱(178)에 고정되며, 각각의 체결구는 회전자 하우징(4)의 하부 단부와 일체인 3개의 보스 중 하나를 통과한다. 단 하나의 체결구(180)와 보스(182)가 도 2의 단면도에 도시된다. 당업자는 도 2로부터, 회전자 하우징(4)과 터빈 케이싱(178)이 서로 체결될 때 하향으로 대향하는 견부(148)와 맞닿게 베어링 플레이트(70)를 가압하는 터빈 케이싱(178)으로 인해 베어링 플레이트(70)(및, 그에 따른, 제1 및 제2 그룹의 모든 구성요소들)가 회전자 하우징(4)에 대해 요구되는 위치에서 유지되는 것을 이해할 것이다. 베어링 플레이트(70)는 본질적으로 나사식 체결구(180)에 의해 회전자 하우징(4)과 터빈 케이싱(178) 사이에 클램핑된다. 나사식 체결구(180)가 조여지고 결과적으로 베어링 플레이트(70)가 견부(148)와 맞닿음에 따라, 제2 나선형 압축 스프링(130)이 상부 베어링 유닛(50)에 의해 압축된다.
분리장치(2)의 작동에 있어서, 터빈 케이싱(178) 내의 노즐(미도시)은 도 1과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이 화살표(134)로 지시된 방향으로 터빈 휠을 회전시키기 위해 오일의 제트를 터빈 휠(136)로 유도한다. 터빈 휠의 이러한 회전은 회전자 하우징(4)의 중심축(64) 주위에서 화살표(134)의 방향으로 회전자 조립체 전체의 회전을 구동한다. 환언하면, 회전 샤프트(78), 상부 회전자 디스크(80), 분리장치 디스크(82)의 적층체(84), 단부 플레이트(86), 및 합체된 팬 및 터빈 유닛(88)(즉, 전체적으로 본원에서 회전자 조립체로 호칭됨)은 회전자 하우징(4) 내에서 상기 하우징(4) 및 베어링 플레이트(70), 하우징 인서트(72) 및 터빈 케이싱(178)에 대해 단일 조립체로써 함께 회전한다.
엔진 크랭크 케이싱으로부터 환기되고, 분리장치(2)에 의해 처리를 요하는 기체는 회전자 하우징(4)의 상부에 위치된 유체 입구(8)를 통해 분리장치(2)로 도입된다. 도 8에서 화살표(68)에 의해 지시된 바와 같이, 입구 기체는 중심축(64)과 평행하게 일직선을 이루는 방향으로 회전자 하우징(4)으로 진입하고, 상부 회전자 디스크(80)의 6개의 스포크(116)를 지나 유동하기 전에 상부 베어링 유닛(50) 내의 3개의 슬롯(66)을 통해 유동한다. 6개의 스포크의 회전 움직임은, 상기 유체가 스포크(116)의 원형 경로로부터 접선방향으로 이동한다는 것과 회전자 하우징(4)의 원통형 벽을 향해 외측으로 효과적으로 보내진다는 점에서, 상기 스포크들 사이에 위치된 유체의 측방향 움직임을 또한 야기한다. 본질적으로, 6개의 스포크(116)는 입구 기체에 원통형 움직임을 부여한다.
입구 기체가 상부 회전자 디스크(80) 및 분리장치 디스크(82)의 스포크(116, 126)를 통해 하방으로 유동함에 따라, 도 8에 화살표(184)로 도시된 바와 같이, 기체는 인접한 분리장치 디스크(82)들 사이의 공간을 통해 회전자 하우징(4)의 원통형 벽을 향해 측방향으로 이동된다. 코크(100)는 분리장치 디스크(82)에 의해 인가된 마찰력과 함께, 상기 유체를 회전자 하우징(4)의 원통형 벽을 향해 외향으로 이동시키는 측방향 움직임을 디스크 적층체(84) 내에 위치된 유체에 인가한다. 디스크 적층체(84)의 회전에 의해 야기된 이러한 유체의 움직임은 유체가 분리장치(2) 안으로 들어가게 되는 일차적 기구이다.
당업자는 오일 액적(186)이 함께 수집되고 디스크 적층체(84)의 주연부에서 더 큰 액적을 형성하는 경향이 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 관련하여, [인접한 분리장치 디스크(82)들 사이의 작은 간격으로 인해] 더 작은 오일 액적에 작용하는 모세관력은 작은 액적들이 디스크 적층체(84)로부터 떨어지는 것을 방해하는 경향이 있다. 그러나, 더 많은 오일이 분리장치 디스크를 가로질러 이동할수록, 주연부에서 더 작은 액적들이 함께 수집되고 모세관력을 극복하기에 충분한 질량(그리고 관련 "원심"력)을 갖는 더 큰 액적들을 형성한다. 그 다음, 오일은 회전자 하우징(4)의 원통형 벽 위로 떨어진다. 상기 원통형 벽에 의해 받아지면, 오일 액적(186)은 중력의 작용 및 분리장치(2)를 통과하는 기체의 유동 하에서 환형 디치(166) 안으로 하방으로 진행하는 경향이 있다. 분리장치 적층체(84)의 최외각 원주방향 모서리는 오일 액적이 분리장치 디스크(82)에 의해 방해받지 않고 상기 디치(166) 안으로 하방으로 진행할 수 있도록 회전자 하우징(4)의 원통형 벽으로부터 내측으로 충분히 이격된다. O-링 시일(160)은 (도 1을 참조로 가장 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이) 오일 액적이 하우징 인서트(72)의 출구(150)를 통해 유동하는 세정 기체를 오염시킬 가능성이 있는 하우징 인서트(72)와 회전자 하우징(4) 사이가 아닌 디치(166) 안으로 유동하는 것을 보장한다.
디치(166) 내에 수집된 오일 액적(186)은 4개의 드레인 구멍(168)을 통해 배출된다. 이러한 배출 작용은 터빈 케이싱(178)과 회전자 하우징(4) 내의 유체 압력 구배에 의해 보조된다. 더욱 구체적으로, 당업자는 회전자 조립체의 회전 움직임으로 인해 회전자 하우징(4) 내의 유체 압력이 베어링 플레이트(70)의 상면 및 하우징 인서트(72)의 저면 사이의 영역에서 보다 분리장치 디스크 적층체(84)의 주연 모서리에서 더 크다는 것을 이해할 것이다. 결과적으로, 세정된 기체는 드레인 구멍(168)을 통해 하방으로 유동하는 경향이 있다. 이러한 유체 유동은 분리된 오일 액적을 환형 디치(166)를 따라 하방으로 드레인 구멍(168)을 통해 그 아래의 베어링 플레이트(70) 상으로 밀어내는 경향이 있다. 이러한 기체 유체 유동은 화살표(188)로 지시된다(특히, 도 8 참조). 기체 유체 유동은 베어링 플레이트(70)의 상부 표면을 가로질러 하우징 인서트(72) 내의 중심 원형 구멍을 향해 반경방향 내측으로 이동한다. 베어링 플레이트(70)를 가로지르는 이러한 유동은 분리된 오일 액적을 베어링 플레이트(70)를 가로질러 상기 오일 액적이 통과하는 하부 베어링 유닛(90)을 향해 밀어내는 경향이 있다. 합체된 팬 및 터빈 유닛(88)의 회전하는 팬 블레이드(140)는 하부 베어링 유닛(90)의 영역에서 터빈 케이싱(178) 내의 정압을 낮추는 경향이 있다. 결국, 이는 하부 베어링 유닛(90)을 통한 오일 액적의 견인을 보조한다. 그러나 하부 베어링 유닛(90)을 통해 오일 액적을 견인하는 주요 수단은 사용 중에 베어링 플레이트(70)에 대해 터빈 유닛과 회전하는 디플렉터 와셔(139)에 의해 제공되며 터빈 하우징 내의 압력이 회전자 하우징 내의 압력보다 큰 경우에도 회전자 하우징(4)으로부터 오일을 펌핑한다. 그 다음, 팬 블레이드(140)는 액적이 엔진 크랭크 케이싱으로 복귀될 수 있는 터빈 케이싱(178) 안으로 상기 액적을 외측으로 보낸다. 한편, 베어링 플레이트(70)를 가로질러 유동하는 기체상태의 유체는 하우징 인서트(72)의 중심 구멍을 통해 상방으로 견인되며 하우징 인서트 출구(150) 및 회전자 하우징 출구(10)에 의해 회전자 하우징(4)을 빠져나간다.
드레인 구멍(168)을 통해 유동하는 것은 물론, 세정된 기체의 일부가 [디치(166) 안으로 유동하지 않고] 디치 부분(154)의 상부와 단부 플레이트(86) 사이의 대안적인 루트를 경유하여 출구(150, 10)로 유동하는 것이 첨부 도면을 참조로 또한 이해될 것이다. 이러한 대안적인 루트는 화살표(190)로 지시되어 있다.
하부 베어링 유닛(90)을 통한 오일의 유동이 베어링 유닛에 대한 이로운 윤활 효과를 갖는 것으로 이해될 것이다. 상부 베어링 유닛(50)은 터빈 케이싱(178) 내에 자연적으로 발생하며 회전 샤프트(78)를 통해 연장하는 종방향 유동 경로(92)를 통해 상부 베어링 유닛(50)으로 상방으로 이송되는 오일 박무에 의해 이와 유사하게 윤활된다.
종래 기술의 분리장치(2)가 효과적으로 작동하는 것으로 밝혀졌지만, 이하에서 설명되는 개조된 분리장치에서 밝혀지는 개선점으로 해결된 분리장치에 관한 다수의 문제점이 존재한다. 이 문제점들은 3개의 넓은 범주로 고려될 수 있다.
첫째, 분리장치(2)를 통과하는 유체 통로는 분리장치의 유동 용량 및 결과적으로는 분리장치가 사용될 수 있는 엔진의 크기에 악영향을 미치는 압력 손실의 증가를 유발한다. 따라서, 종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치와 관련된 문제의 제1 범주는 유체 유동 통로 내의 압력 손실에 관한 것으로 평가될 수 있다.
둘째, 종래 기술의 분리장치의 배열은 특정 조건하에서 세정된 기체가 분리장치를 떠나기 전에 오염될 수 있다는 것이다. 따라서, 종래 기술의 분리장치와 관련된 제2 범주는 세정된 기체의 바람직하지 않은 오일 오염에 관한 것으로 평가될 수 있다.
셋째, 종래 기술의 분리장치와 관련된 특정 제조 기술 및 제작 형상은 조립 곤란성 및/또는 신뢰성 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 종래 기술의 분리장치와 관련된 제3 범주는 분리장치의 제조 및 신뢰성에 관한 것으로 평가될 수 있다.
이러한 범주들 각각은 이하에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.
분리장치(2)를 통한 유체 유동 통로와 관련하여, 비교적 높은 압력 손실을 경험하는 다수의 위치가 존재한다. 첫째로, 입구/출구 니플(22, 28) 내의 굽힘부의 내측 코너(40)는 상기 내측 코너(40)의 바로 하류측 영역에서 니플의 내부 표면으로부터 유체의 분리를 유발하도록 예리하다. 이러한 분리는 다음으로 에너지/압력 손실을 유발하는 재순환 유체 유동(또는 소용돌이)으로 발현된다. 그러나 앞서 도 4와 관련하여 설명된 바와 같이, 내측 코너에 큰 반경을 제공하는 것은 사출 성형 또는 다이 캐스팅 기법으로 입구/출구 니플을 제조할 때 문제가 된다. 결과적으로, 종래 기술의 분리장치(2)는 회전자 하우징(4)에 대한 유체의 진입시 및 밸브 유닛 하우징(12)으로부터의 방출시 모두에서 니플에서 압력 손실을 경험한다.
본 발명자들은 상부 회전자 디스크(80)의 6개의 스포크(116)도 바람직하지 않은 압력 손실을 또한 유발하는 것을 확인하였다. 구체적으로, 특히 도 5 및 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 스포크(116)들은 상부 회전자 디스크(80)가 화살표(134)(도 5 참조) 방향으로 회전할 때 환기된 기체의 유입되는 축방향 유동에 예리한 상부 후단 모서리를 나타내는 장방형 단면을 각각 갖는다. 스포크(116)의 형상, 특히 각 스포크의 예리한 후단 모서리(192)는 유체 분리 및 바람직하지 않은 압력 손실을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
본 발명자들은 또한 하우징 인서트(72)의 특정 형상이 바람직하지 않은 압력 손실을 증가시킨다는 것을 밝혀냈다. 구체적으로, 분리장치(2)의 사용 동안, 세정된 기체는 도 12에 화살표(194)로 지시된 바와 같이 중심축(64) 주위에서의 회전 이동으로 하우징 인서트(72)의 절두원추형 부분(156) 위로 하방으로 유동한다. 세정된 기체의 이러한 유동은 회전자 하우징(4)의 원통형 측벽의 내부 표면을 따라 나선형 패턴으로 하방으로 유동된 후에 절두원추형 부분(156) 위로 유동한다. 따라서, 세정된 기체는 (하나의 특정 위치에서 상기 영역으로 진입하는 것이 아니라) 하우징 인서트(72)의 원주방향 주연부를 따라 모든 지점으로부터 절두원추형 부분(156)과 상기 단부 플레이트(86) 사이의 영역으로 진입하는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 절두원추형 부분(156)을 가로지르는 유동 경로는 바람직하지 않은 압력/에너지 손실을 증가시킬 수 있는 소용돌이 패턴을 갖는다. 또한, 절두원추형 부분(156)에 제공된 리세스(170)의 벽(174, 176) 및 단차(172)는 유체 분리 및 그와 관련된 바람직하지 않은 압력 손실의 추가적인 영역을 형성한다.
오일 오염과 관련된 제2 범주의 문제점과 관련하여, 본 발명자들은 종래 기술의 분리장치(2)의 다수의 특징부가 특정 조건하에서 세정된 공기를 오염시킬 가능성을 증가시킨다는 것을 확인하였다. 첫째, 전술한 바와 같이, 회전자 하우징(4)을 통해 하방으로의 세정된 기체의 유동은 디치(166)로 부분적으로 진입하며 드레인 구멍(168)을 통해 분리된 오일 액적을 견인하는 경향이 있다. 세정된 공기의 유량이 처리될 오일 오염의 특정 레벨에 대해 충분히 높지 않다면, 디치(166)에서 수집된 오일 액적은 하우징 인서트(72)의 디치 부분(154)으로 상승할 수 있으며, 그 다음 하우징 인서트(72)의 절두원추형 부분(156) 상에서 유동할 수 있다(도 10 참조). 일단 오일 액적이 절두원추형 부분(156)과 단부 플레이트(86) 사이의 영역으로 진입하면, 오일 액적은 불가피하게 분리장치(2)를 빠져나가고 세정된 기체를 오염시킨다. 디치(166)로부터의 오일 액적의 상승은 디치(166)에 바람직하지 않은 많은 양의 오일이 수집되게 하는 세정된 기체의 낮은 유량을 유발할 수 있다. 디치(166) 내에서 상방으로 순환하는 세정된 기체의 존재는 오일 액적을 상방으로 그리고 하우징 인서트(72)의 절두원추형 부분(156) 상으로 견인하는 경향이 있다. 그러나 오일 액적을 디치(166) 밖으로 상방으로 상승시키는 종래 기술의 분리장치(2)의 중요한 특징부는 관형 출구 부분(158)(도 12 참조)이다. 드레인 구멍(168)이 출구 부분(158)의 양 측에 위치되더라도, 첨부 도면 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 디치(166) 내의 오일 액적은 디치(166)의 바닥을 따라 원형 경로를 따르며, 오일 액적이 출구 부분(158)의 바로 상류측 드레인 구멍(168)을 통해 유동하지 않는다면, 오일 액적은 화살표(196)(도 12 참조)로 지시된 경로를 따라 출구 부분(158) 위로 상방으로 그리고 하우징 인서트(72)의 절두원추형 부분(156) 상으로 유동하는 경향이 있을 것이다.
본 발명자들은 분리된 오일 액적이 하우징 인서트(72)의 중심 구멍을 통해 상방으로 절두원추형 부분(156) 상에서 유동할 수 있으며, 그에 따라 세정된 기체를 오염시킬 수 있다는 것을 또한 밝혀냈다. 분리된 오일의 이러한 바람직하지 않은 유동은 [도 8에 화살표(188)로 지시된 바와 같이] 드레인 구멍(168)을 통한 그리고 하우징 인서트(72)의 중심 구멍을 통한 상방으로의 세정된 기체의 유량이 상대적으로 클 때 발생하는 경향이 있다. 당업자는 세정된 기체의 높은 유량이, 디플렉팅 와셔(139) 및 중력의 작용에 의해 하부 베어링 유닛(90)을 통해 분리된 오일 액적이 견인되는 것이 아니라, 분리된 오일 액적이 하우징 인서트(72)의 중심 구멍을 통해 상방으로 이동되게 함을 이해할 것이다.
본 발명자들은, 도 2에 도시된 화살표(198)로 지시된 바와 같이, 과도한 오일이 회전 샤프트(78)를 통해 종방향 유동 통로(92)를 경유하여 분리장치 디스크 적층체(84) 안으로 도입될 수 있다는 것을 또한 밝혀냈다. 통상적인 작동 조건에서, 터빈 휠(136)을 구동하는 오일의 제트는 상기 휠과 충돌하여 미세한 오일 액적의 박무를 형성한다. 오일의 박무는 상부 베어링 유닛(50)으로 상방으로 이송된 다음 분리장치 디스크(82)의 적층체를 통해 하방으로 이송된다. 일반적으로, 이러한 방식으로 이송되는 오일의 양은 상부 베어링 유닛(50)을 윤활하기에 충분하며, 동시에 분리장치 디스크 적층체(84)에 의해 기체의 유입되는 유동으로부터 후속적으로 쉽게 분리된다. 그러나, 특정 환경에서, 회전 샤프트(78)를 통해 이송되는 오일의 양은 오일이 디치(166)를 넘쳐 흐르거나, 그렇지 않으면 하우징 인서트(72)의 절두원추형 부분(156) 상으로 그리고 후속적으로 세정된 기체 출구(10) 안으로 유동하는 오일을 야기할 정도로 클 수 있다. 이는 예컨대 분리장치(2)가 기울어지고, 회전 샤프트(78)의 하부 단부가 터빈 케이싱(178) 내에 보유된 오일 저장소의 표면에 직접 노출될 때 발생할 수 있다.
제조 및 신뢰성의 어려움에 관한 제3 범주의 문제점과 관련하여, 본 발명자들은 종래 기술의 분리장치(2)에 관한 다음과 같은 문제점을 확인하였다.
첫째, 분리장치(2)의 제조와 관련하여, 본 발명자들은 입구/출구 니플을 회전자 하우징(4) 및 밸브 유닛 하우징(12)에 고정하는 나사식 체결구(32)의 사용이 시간 소비적일 수 있으며, O-링 시일(36)을 요구한다는 것을 밝혀냈다.
종래 기술의 분리장치(2)를 제조하기 위해 소모되는 시간의 길이는 베어링 유닛(50, 90)들이 동일한 축(64) 주위에서 회전가능하도록 상부 베어링 유닛(50)을 하부 베어링 유닛(90)과 축방향으로 정렬시킬 필요성에 의해 또한 영향을 받는다. 구체적으로, 회전자 하우징(4)은 사출 성형 공정에 의해 플라스틱 재료로 제조되며, 본 발명자들은 회전자 하우징(4)이 냉각 동안 뒤틀리는(warp) 경향이 있다는 것을 발견하였다. 이러한 뒤틀림의 결과, [상부 베어링 유닛(50)의 측방향에 위치한] 회전자 하우징(4)의 제1 원통형 벽(60)의 위치는 의도된 것보다 회전자 하우징(4)의 하부 단부에 대해 상이한 측방향 위치에 배치되는 경향이 있다. 그 결과, 베어링 플레이트(70)[및, 그에 따라, 하부 베어링 유닛(90)]는 그의 의도된 위치로부터 측방향으로 이격될 수 있다. 이러한 문제점은 사출 성형 공정 후에 비교적 장기간에 걸쳐 회전자 하우징(4)이 냉각되도록 함으로써 완화될 수 있다. 이러한 긴 냉각 기간은 회전자 하우징(4)의 뒤틀림을 감소시키지만, 제조 시간을 증가시킨다.
분리장치(2)의 조립과 관련된 추가적인 문제점은 회전자 하우징(4)과 밸브 유닛 하우징(12) 사이와 같은 각종 구성요소들 사이의 인터페이스에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 분리장치(2)에 본래 의도된 것과 상이한 밸브 유닛(14)이 제공되는 경우(또는 실제로 밸브 유닛이 없는 경우), 새로운 밸브 유닛과의 정확한 인터페이스를 보장하기 위해 상이한 회전자 하우징(4)(또는 밸브 유닛이 사용되지 않는 경우에는 다른 파이프 시스템)이 또한 사용되어야 한다. 이는 비용 및 조립 시간을 과도하게 증가시킬 수 있다. 또한, [밸브 유닛 하우징(12)과의 인터페이스를 위해 상기 하우징(4)에 제공된 성형 프로파일에 의해 야기된] 회전자 하우징(4)의 비대칭은 제조 동안 상기 하우징(4)의 뒤틀림을 유발하는 경향이 있으며, 이는 조립 동안의 문제점(예컨대, 구성요소들의 오정렬에 관한 문제점)으로 귀결되는 경향이 있다.
본 발명자들은 하우징 인서트(72) 상에 제공된 대형 O-링 시일(160)이 실패할 수 있다는 것을 또한 확인하였다. 더욱 구체적으로, O-링 시일은 2개의 정합하는 큰 직경의 표면, 즉 하우징 인서트(72) 상에 제공된 하나의 표면과 회전자 하우징(4)의 원통형 벽 상에 제공된 하나의 표면을 밀봉할 것이 요구된다. 회전자 하우징(4)과 하우징 인서트(72) 모두는 O-링 시일(160)이 양 구성요소를 정확하게 밀봉하지 못하는 결과를 초래할 수 있는 비교적 큰 제조 공차를 갖는다. 또한, 양 구성요소는 사출 성형 기술을 사용하여 플라스틱 재료로 제조되기 때문에, 각각의 몰딩[특히, 회전자 하우징(4)의 몰딩]이 사출 성형 공정 후에 뒤틀리기 쉽다. 이는 O-링 시일(160)이 양 구성요소(4, 72)를 정확하게 밀봉하지 못하게 하는 결과를 또한 초래할 수 있다. O-링 시일(160)이 실패한다면, 분리된 오일이 하우징 인서트(72)의 외측 원통형 스커트 부분(152)과 회전자 하우징(4)의 원통형 벽 사이의 영역(200)으로 누출될 것으로 이해될 것이다. 이 영역(200)으로 누출된 오일은 궁극적으로 하우징 인서트(72)의 출구(150)를 지나 세정된 기체를 오염시킬 것이다. O-링 시일(160)이 출구(150)의 부근에서 실패한다면, 분리된 오일은 O-링 시일(160)을 지나 유출되어 출구(150)로 직접 유입될 것이다. 이러한 밀봉 문제점은 (i) (사출 성형 공정 이후 냉각 시간을 증가시킴으로써) 뒤틀림 효과를 줄이기 위해 조치가 취해질 때, 또는 (ii) 제품 시험 이후 누출되는 구성요소가 교체될 때 제조 시간을 증가시킬 수 있다.
추가적으로, O-링 시일(160)을 수용하는 리세스(159) 내에 위치된 몰딩 버르(moulding burr)가 O-링 시일 실패를 야기할 수 있다.
본 발명자들은 분리장치 디스크(82)를 회전 샤프트(78)에 대해 고정된 각도 배향으로 위치시키는 배열과 관련된 신뢰성 문제를 또한 확인하였다. 첨부 도면 도 7과 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 분리장치 디스크(82)는 각각의 분리장치 디스크(82) 또는 허브(120)의 육각형 구멍과 결합하는 [회전 샤프트(78)에 고정된] 6개의 스플라인에 의해 회전 샤프트(78)에 대한 회전이 방지된다. 그러나 사용 동안 분리장치가 통상적으로 노출되는 (엔진 진동과 같은) 진동은 허브(120) 내의 육각형 구멍과 스플라인(122) 사이의 인터페이스의 마모를 유발할 수 있다. 이러한 마모는 분리장치 디스크(82)와 회전 샤프트(78) 사이의 상당한 상대적인 회전 움직임을 야기할 수 있다. 사실, 본 발명자들은 인접한 분리장치 디스크(82)들이 코크(100)가 오정렬되어 인접한 분리장치 디스크(82)들 사이의 공간이 폐쇄되는 정도로 서로에 대해 상대적으로 회전할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 것이 상당한 개수의 디스크(82)에 대해 발생한다면, 분리장치 디스크 적층체(84)의 깊이는 단부 플레이트(86)의 허브(98)가 압축 스프링(96)에 의해 상부 회전자 디스크 허브(114)에 대해 가압될 정도로 감소할 수 있다. 그러면, 단부 플레이트(86)는 더 이상 분리장치 디스크 적층체(84)에 압축력을 전달할 수 없으며, 그 결과 개별 분리장치 디스크(82)가 [회전 샤프트(78)에 대해 회전하는 것은 물론] 회전 샤프트(78)를 따라 자유롭게 축방향으로 상하로 움직일 것으로 이해될 것이다. 이러한 움직임은 매우 바람직하지 않으며 분리장치 디스크 적층체(84)의 분리 성능을 상당히 감소시킨다.
본 발명자들이 확인한 추가적인 신뢰성 문제는 (i) 회전 샤프트(78)과 상부/하부 베어링 유닛(50, 90) 사이, (ii) 회전 샤프트(78)와 제1 압축 스프링(96) 사이의 인터페이스에서의 프렛팅 부식(fretting corrosion)에 관련된다. 당업자는 프렛팅 부식이 (예컨대, 상기 구성요소들 사이의 비교적 느슨한 끼워맞춤으로 인해) 구성요소들 사이의 상대적 움직임이 가능할 때 발생한다는 것을 이해할 것이다. 회전 샤프트(78)는 비교적 느슨한 끼워맞춤으로 제1 압축 스프링(96)과 상부 및 하부 베어링 유닛(50, 90)을 통해 연장한다. 이는 축방향 예비하중(preload)이 제1 및 제2 압축 스프링(96, 130)에 의해 상부 및 하부 베어링 유닛(50, 90)에 인가되는 것을 허용한다. 구체적으로, 제1 압축 스프링(96)이 하부 베어링 유닛(90)에 축방향 힘을 가하고, 제2 압축 스프링(130)이 상부 베어링 유닛(130)에 축방향 힘을 가하는 것을 도면으로부터 이해할 것이다. 제1 압축 스프링(96) 및 상부/하부 베어링 유닛(50, 90)과의 회전 샤프트(78)의 느슨한 끼워맞춤은 구성요소들 사이의 진동성 움직임을 허용한다. 이는, 다음으로, 상기 구성요소들에 대한 프렛팅 부식을 증가시킨다. 구성요소들 사이의 상대적 움직임은, 마모를 더욱 가속시켜 신뢰성 문제를 초래할 수 있는 상기 구성요소들 사이의 경한 입자들의 침투를 또한 허용할 수 있다.
이제, 상기 문제점들을 해결하기 위해 본 발명자들에 의해 개발된 개선된 분리장치가 도 13 내지 도 41을 참조로 설명될 것이다.
당업자는 본 발명자들에 의해 개발된 개선된 분리장치가, 구성요소들이 수행하는 기능 및 그들의 전반적인 구성의 관점에서 종래 기술의 분리장치(2)와 유사하거나 동일한 구성요소들을 갖는다는 것을 첨부 도면으로부터 즉시 이해할 것이다. 이하에서, 이러한 구성요소들은 종래 기술의 분리장치(2)와 관련하여 앞서 사용된 것과 동일한 도면부호를 사용하여 개선된 분리장치의 맥락에서 설명될 것이다. 예를 들어, 첨부 도면 도 13을 참조하면, 당업자는 상기 도면에 도시된 개선된 분리장치(2')가 종래 기술의 분리장치(2)의 회전자 하우징(4)에 대응하며 유사한 기능을 수행하는 대체로 원통형 회전자 하우징(4')을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 대응하는 구성요소들 사이의 구조적 및 기능적 차이점들은 첨부 도면으로부터 당업자에게 자명할 것이지만, 일반적으로 이러한 차이점들이 종래 기술의 분리장치(2) 또는 종래 기술의 분리장치(2)의 제조 방법과 관련된 문제를 해결하고, 이들을 넘어서는 개선점을 제공하는데 의미가 있을 때, 이러한 차이점들은 상세하게 논의될 것이다.
당업자는 개선된 분리장치(2')가 대체로 원통 형상의 회전자 하우징(4') 및 상기 회전자 하우징(4') 안으로 유도된 환기된 기체로부터 오일을 분리하는 역할을 하는 다수의 내부 구성요소를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 후술하는 바와 같이, 내부 구성요소들 중 일부는 회전자 하우징(4') 내에 배치되는 반면, 다른 내부 구성요소들(예컨대, 합체된 팬 및 터빈 유닛)은 회전자 하우징(4')의 외부에 위치되지만 여전히 다른 하우징(예컨대, 터빈 케이싱) 내에 위치된다.
원통형 하우징(4')의 상부 단부에는 개선된 분리장치(2')에 대한 유체 입구(8')를 형성하는 수직 환형 견부(6')가 제공된다. 크랭크 케이싱으로부터 환기되어 오일의 제거가 요구되는 기체는 유체 입구(8')를 통해 분리장치(2')로 진입한다.
회전자 하우징(4')의 원통형 벽(201) 내의 구멍(10')은 세정된 기체가 회전자 하우징(4')의 내부로부터 밸브 유닛(14')(특히, 도 13, 14 및 15 참조)의 개별 하우징(12') 안으로 통과하는 출구를 제공한다. 출구 구멍(10')은 회전자 하우징(4')의 외부 표면으로부터 자체적으로 연장하는 원통형 보스(202)를 통해 연장하고, 따라서 원통형 보스에 의해 포위된다.
밸브 유닛(14')은 분리장치(2')로부터 세정된 기체의 유동을 제어하기 위한 밸브 배열체를 포함한다. 종래 기술의 분리장치(2)의 전술한 설명과 관련하여, 밸브 유닛(14')의 상세한 작동은 본원에서 설명되지 않을 것이다. 그러나 당업자는 개선된 분리장치와 사용되는 밸브 유닛의 기능적 작동에 익숙할 것이다.
도 13 및 도 14, 특히 도 15로부터 명백한 바와 같이, 밸브 유닛(14')의 내부 구성요소들은 회전자 하우징(4')으로부터 분리된 하우징(12') 내에 전체적으로 수납된다. 더욱 구체적으로, 밸브 유닛 하우징(12')은 밸브 유닛(14')의 내부 구성요소들이 배열되는 밀봉된 수납 공간을 형성하기 위해 서로 정합하는 제1 및 제2 부분(203, 205)을 포함한다. 도 15를 참조하면, 밸브 유닛 하우징(12')의 제1 부분(203)의 상단부에는 회전자 하우징(4') 상의 추가적인 보스(209)와의 스크루 나사식 결합을 위해 연장하는 종래의 스크루 나사식 체결구(16')가 통과하는 보스(207)가 제공되는 것을 볼 것이다.
밸브 유닛 하우징(12')의 제1 부분(203)의 하부 단부에는 밸브 유닛 하우징(12')으로부터 멀어져 회전자 하우징(4') 내의 출구 구멍(10')을 통해 회전자 하우징(4') 안으로 연장하는 대체로 원통형 부분(211)이 제공되는 것을 도 15로부터 또한 볼 수 있다. O-링 시일(213)은 원통형 부분(211)의 외부 표면상에 위치되고 조립된 분리장치(2')의 회전자 하우징(4')의 내부와 대면하는 (상기 표면상에 형성된) 견부에 맞닿는다. 그로 인해, 견부는 조립 동안 상기 부분(211)이 출구 구멍(10')을 통해 가압되고 O-링 시일(213)이 상기 구멍(10')과 결합할 때, 원통형 부분(211)을 따르는 O-링 시일(213)의 바람직하지 않은 움직임을 방지한다. 더욱 구체적으로, O-링 시일(213)은 출구 구멍(10')을 둘러싸는 보스(202)의 내부 원통형 표면과 밀봉식으로 결합한다.
O-링 시일(213)은 원통형 부분(211)의 근부 단부를 향해 (즉, 원통형 부분의 단부가 밸브 유닛 하우징의 나머지 부분에 인접하게) 제공되는 반면, 제2 O-링 시일(215)은 (근부 단부에 대해 원위인) 원통형 부분(211)의 자유 단부의 외부 표면상에 제공된다. 제1 O-링 시일(213)의 경우, 제2 O-링 시일(215)은 상기 시일이 조립된 분리장치(2') 내의 최종 사용 위치로 압입될 때 제2 O-링 시일(215)의 바람직하지 않은 움직임을 방지하도록 회전자 하우징(4')의 내부를 대면하는 견부에 맞닿는다. 더욱 구체적으로, 조립된 분리장치(2')에서, 제2 O-링 시일(215)이 하우징 인서트(72')의 출구(150')와 밀봉식으로 결합되는 것으로 도 15로부터 이해될 것이다.
당업자는, 제1 O-링 시일(213)이 세정된 기체 및/또는 오일 액적이 회전자 하우징(4')과 밸브 유닛 하우징(12') 사이에서 누출되는 것과, 그로 인해 분리장치(2')로부터 주변으로의 바람직하지 않은 누출을 방지한다는 것을 또한 이해할 것이다. 당업자는, 제2 O-링 시일(215)이 오일 액적이 하우징 인서트(72')의 출구(150) 안으로 누출하는 것과, 그로 인해 원통형 부분(211)을 통해 회전자 하우징(4')을 빠져나가는 세정된 기체를 오염시키는 것을 방지한다는 것을 또한 이해할 것이다. 제1 및 제2 O-링 시일(213, 215) 및 원통형 부분(211)의 작은 외부 직경은 [종래 기술의 분리장치(2)의 O-링 시일(160)의 큰 직경과 비교하여] 2개의 O-링 시일(213, 215)에 대한 낮은 실패율을 보장하는 비교적 작은 제조 공차의 사용을 허용한다. 이와 관련하여, 예컨대 비교적 작은 직경의 원통형 부분(211)에서의 뒤틀리는 정도는 종래 기술의 분리장치(2)의 비교적 큰 직경의 회전자 하우징(4)에 비해 작을 것으로 이해될 것이다.
밸브 유닛 하우징(12')의 제1 부분(203)의 하부 단부에는 원통형 부분(211)의 일측에 위치된 제2 보스(207)가 제공된다. 제1 부분(203)의 상부 단부에 제공된 제1 보스(207)의 경우, 제1 부분(203)의 하부 단부상의 제2 보스(207)는 회전자 하우징(4')의 하부 단부상에 제공된 제2 보스(209)와의 스크루 나사식 결합을 위한 종래의 스크루 나사식 체결구(16')를 수용한다[상기 제2 보스(207, 209)와 관련하여, 도 18 참조].
[출구 구멍(10')과 원통형 부분(211)의 정합 및 보스(207, 209)의 상부 및 하부 쌍의 인터페이스를 위한 것이 아니라] 회전자 하우징(4')에 대해 분리되며 그와 기하학적으로 독립적인 밸브 유닛 하우징(12')의 결과, 개선된 분리장치(2')의 회전자 하우징(4')은 종래 기술의 분리장치(2)의 회전자 하우징(4)보다 거의 원통 형상에 더 가까운 전체적인 형상을 갖는다. 이와 관련하여, 종래 기술의 회전자 하우징(4)은 종래 기술의 밸브 유닛 하우징(12)의 부분을 형성하도록 작용하는 일 측에서 비교적 복잡하고 부피가 큰 몰딩 프로파일을 포함한다는 것을 유의하여야 한다. 그러나, 도 15를 참조하면, 개선된 분리장치(2')의 회전자 하우징(4')은 전술한 복잡하고 부피가 큰 몰딩 프로파일을 포함하지 않는 것을 볼 수 있을 것이다.
거의 원통 형상을 갖는 회전자 하우징(4')의 결과, 하우징(4')은 종래 기술의 분리장치(2)의 하우징(4)과 비교하여 냉각 공정 동안 뒤틀리는 양이 감소되어 사출 성형 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 이는 상부 및 하부 베어링 유닛(50', 90')의 더욱 즉각적인 축방향 정렬을 허용한다. 또한, [도 15에 도시된 밸브 유닛 하우징(12')의 경우와 같이] 대안적인 밸브 유닛이 회전자 하우징(4')의 출구 개구(10')와 정합하기에 적합한 원통형 부분(211) 및 회전자 하우징(4')의 보스(209)와 정합하기에 적합한 보스(207)을 갖는다면, 첨부 도면에 도시된 회전자 하우징(4')은 첨부 도면에 도시된 밸브 유닛(14')에 대해 대안적인 밸브 유닛과 커플링될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 밸브 유닛이 도 15에 도시된 원통형 부분(211) 및 보스(207)과 동일한 원통형 부분 및 2개의 보스, 및 도 15에 도시된 동일한 상대적 위치를 갖는 하우징을 갖는다면, 대안적인 하우징은 도 15에 도시된 밸브 유닛 하우징(12')보다 상당히 클 수 있으며 첨부 도면에 도시된 밸브 유닛(14')의 내부 밸브 배열체와 전체적으로 상이한 내부 밸브 배열체를 수용할 수 있다. 이는 분리장치의 서로 다른 배열체들 사이의 부분들의 증가된 공통성으로 분리장치(2')의 모듈형 구성을 허용한다.
도 15를 참조하면, 밸브 유닛(14')의 하우징(12')에는 분리장치(2')로부터 세정된 기체가 통과하는 유체 출구를 형성하는 수직 환형 견부(18')가 제공되는 것을 볼 수 있을 것이다. 밸브 유닛 하우징(12') 상에 제공된 환형 견부(18')는 회전자 하우징(4') 상에 제공된 환형 견부(6')와 실질적으로 동일하다. 이들의 유사성으로 인해, 입구 및 출구 견부(6, 18)는 동일한 인터페이스 프로파일을 갖는 입구/출구 니플을 상호교환 가능하게 수용할 수 있다. 90°굽힘부를 갖는 동일한 입구/출구 니플(22')이 도 13에 도시된다. 도 17의 단면에서, 입구 니플(22')은 회전자 하우징(4')의 견부(6')와 정합되는 것으로 도시되며, 상기 견부(6')로부터 이격되어 또한 도시된다.
도 16의 단면도로부터 가장 명백하게 볼 수 있는 바와 같이, 니플(22')의 내부 표면(216)은 90°굽힘부를 갖는 유체 유동 통로를 형성하기 위해 견부(6')의 만곡된 표면과 외측 및 내측 코너 모두의 반경과 상당하게 합체한다. 그 결과, 유체가 굽힘부의 내측 코너로부터 분리되는 경향성은 종래 기술의 배열체의 예리한 코너(40)를 지나 유동하는 유체와 비교할 때 상당히 감소된다. 따라서, 압력 손실이 또한 감소된다.
이제, 입구/출구 니플(22')과 개별적인 하우징 견부(6', 18')들 사이의 인터페이스가 [밸브 유닛 하우징(12')의 견부(18')와 동일한] 회전자 하우징 견부(6')를 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징(4')의 수직 견부(6')는 회전자 하우징(4')의 중심축(64')과 일치하는 종축 상에 중심을 둔 대체로 원통형 벽(217)을 갖는 환형 보스로써 제공된다. [회전자 하우징(4')의 나머지 부분에 대해 원위인] 원통형 벽(217)의 자유 단부에는 견부(6')에 의해 형성된 구멍 안으로 내측으로 연장하는 만곡된 표면(221)을 형성하는 원주방향 립(219)이 제공된다. 단면에서(도 16 참조), 만곡된 표면(221)은 부분 원 형상을 가지며 대략 110°의 원호(223)를 통해 연장한다. 부분 원 형상(221)은 상기 표면(221)의 반경(radial, 225)이 원통형 벽(217)의 종축에 평행하게 연장하도록 배향된다. 도 16에 도시된 특정 배열체에서, 부분 원 형상(221)이 쓸고 지나가는 원호(223)는 전술한 반경(225)에서 종결한다. 견부(6')의 외부 원통형 표면(227)이 상기 반경(225)과 일치하고 견부(6')의 상부 모서리(229)를 형성하기 위해 부분 원 형상(221)과 교차하는 것이, 도 16의 단면도로부터 또한 이해될 것이다.
다시, 특히 도 16을 참조하면, 리지, 상류측/하류측 대향 견부, 불연속, 및/또는 압력 손실을 초래하는 임의의 다른 형상이 없는 매끄러운 표면을 제공하기 위해 니플(22')의 내부 표면(216)이 견부(6')의 부분 원 형상(221)과 합체되도록, 니플(22')에는 견부(6')와 정합하기 위한 프로파일이 제공되는 것으로 이해될 것이다. 더욱 구체적으로, 니플(22')의 기하학적 형상은 니플(22')의 내부 표면(216)으로부터 견부(6')의 부분 원 형상(221)으로의 전이부가 장애물 또는 다른 압력 손실을 발생시키는 형상으로 [니플(22')을 통한 양 방향으로] 합체된 표면을 넘는 유체의 유동이 존재하지 않도록 한다. 견부(6')의 대칭을 가정할 때, 이는 하우징(4')에 대해 니플(22')의 각도 또는 극 배치에 상관없이 유지된다.
부분 원 표면(221)과 니플(22')의 내부 표면 사이의 매끄러운 전이부는, 내부 니플 표면(216)이 부분 원 표면(221)과 만나는 각 지점에서 내부 니플 표면(216)이 부분 원 표면(221)에 대해 접선방향으로 배향되도록 니플(22')의 내부 표면을 구성함으로써, 개선된 분리장치(2')의 배열체에서 달성된다. 따라서, 니플/견부 조합에 의해 형성된 굽힘부의 내측 코너와 관련하여, 내부 니플 표면(216)은 견부(6')의 전술한 모서리(229)에서 부분 원 표면(221)과 만나고, 이 만나는 지점에서 전술한 반경(225)에 대해 수직으로 [즉, 부분 원 표면(221)에 대해 접선방향으로] 배향된다. 내부 니플 표면(216)이 견부(6')의 부분 원 표면(221)과 만나는 지점은, 하나가 니플/견부 조합에 의해 형성된 굽힘부의 외측 코너로 견부(6') 주위에서 원주방향으로 진행함에 따라, 부분 원 표면(221)을 넘어 반경방향 내측으로 점진적으로 이동한다. 내부 니플 표면(216)의 모서리(231)에서 부분 원 표면(221)과 만나는 내부 니플 표면(216)은 도 16에서 볼 수 있다.
실제로, 사출 성형 기술의 제약 및 높은 공차와 관련된 비용 제약으로 인해, 부분 원 표면(221)와 내부 니플 표면(216) 사이의 전이부는 불연속 또는 다른 압력 손실을 초래하는 다른 형상으로부터 반드시 전체적으로 자유롭지 못할 것이다. 특히, 니플(22')의 모서리(231)와 견부(6')의 부분 원 표면(221) 사이에 갭이 있을 수 있다. 이러한 갭은 니플(22')과 부분 원 표면(221) 중 하나 또는 양자 모두를 다이 캐스팅 기술을 사용하여 스틸(또는 다름 금속 재료)로 제조함으로써 실제로 감소될 수 있다.
니플(22')에는 하우징 견부(6')의 원통형 벽(217)의 그것과 같은 내부 및 외부 직경을 갖는 원통형 벽(233) 형상의 대체로 원통형 견부가 더 제공된다. 니플(22')의 원통형 벽(233)은 니플(22')이 상기 견부(6') 상에 위치될 때 하우징 견부(6')의 원통형 벽(217)과 동심으로 정합한다. 만곡된 벽(235)은 전술한 내부 니플 표면 모서리(231)로부터 니플 원통형 벽(233)의 상부 모서리로 반경방향 외측으로 연장한다. 단면에서, 만곡된 벽(235)은 부분 원 형상이며 하우징 견부(6')의 부분 원 표면(221)과 동심으로 맞닿게 구성된다.
2개의 핀(237)은, 상기 벽(235)에 추가적인 강성을 제공하고 상기 벽(235)과 니플(22')의 나머지 부분 사이에서 니플(22')의 가요성을 방지하거나 줄이도록, 니플(22')의 외부 상에 위치되고 만곡된 벽(235)으로부터 연장한다(도 13 참조).
종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이, 개선된 분리장치(2')의 니플(22')은 종래의 사출 성형 또는 다이 캐스팅 기술을 사용하여 제조되며, 그 결과 예리한 내측 코너(239)가 형성된다(도 34 참조). 이러한 코너(239)는 종래 기술의 니플(22)의 내측 코너(40)와 유사한 것으로 간주될 수 있다. 그러나 하우징 견부(6')의 부분 원 표면(221)이 개선된 니플(22')과 조합되어 존재함으로써 하우징(4')에서 유동 통로 굽힘부의 내측 부분에 반경이 제공되도록 보장되는 것으로 이해될 것이다. 앞서 암시된 바와 같이, 이는 하우징(4)에 대한 니플(22')의 각도 배향에 개의치 않는다. 따라서, 굽힘부의 내측 표면으로부터의 유체 분리는 감소 또는 방지되며, 유동 통로의 이 부분에서의 압력 손실도 이와 유사하게 감소 또는 방지된다.
결국, 니플(22')의 기하학적 형상과 관련하여, (하우징 인터페이스 프로파일이 구비된 단부에 대해 원위인) 상기 니플의 제2 단부에는 사용 중에 니플 제2 단부에 걸쳐 위치되는 호스를 파지하기 위한 치형부 또는 톱니부(38')가 그의 외부 표면상에 제공된다.
회전 하우징 견부(6')는 밸브 유닛 하우징(12') 상의 견부(18')와 동일하며, 출구 니플(22')은 회전자 하우징 견부(6')와 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 이러한 제2 하우징 견부(18')에 연결된다는 것을 재차 강조한다.
상기로부터, 니플(22')이 도 16에 도시된 바와 같이 견부(6') 상에 위치되어 맞닿음과 동시에 방해받지 않고 회전될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 니플(22')은 니플(22')을 요구되는 각도 배향으로 하우징에 고정식으로 고착하기 위해 견부(6')에 스핀 용접될 수 있다. 당업자는 종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이 니플(22')을 고착하는 이 방법이 나사식 체결구의 사용을 필요로 하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 이러한 스핀 용접 기술은 니플(22')이 하우징(4')에 대해 임의의 각도 배향으로 고착되는 것을 허용하며 O-링 시일을 요구하지 않고 완전한 원주방향 (또는 폐쇄 루프) 시일을 제공하는 것으로 또한 이해될 것이다. 구체적으로, 상기 표면들의 상대적 회전 동안 하우징(4')[즉, 견부(6')]의 맞닿는 표면들과 니플(22') 사이에 작용하는 마찰력에 의해 생성된 열은 상기 표면들의 용융을 야기한다. 그러면, 회전이 중단되고 상기 표면들이 응고하며, 그로 인해 서로 접합된다.
상기 스핀 용접은 하우징(4')의 재료에 대한 니플(22')의 재료의 효과적인 접합 방법이지만, 상기 재료들의 다른 접합 방법(예컨대, 접착식 접합, 초음파 용접 또는 진동 용접)이 사용될 수 있다.
이제 전술한 내부 구성요소들이 특히 도 34를 참조로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
먼저, 상부 베어링 유닛(50')은 유체 입구(8')의 바로 하류측에서 회전자 하우징(4')의 내측 표면에 고정된다. 상부 베어링 유닛(50')은 종래 기술의 분리장치(2)의 상부 베어링 유닛(50)과 동일하며, 따라서 플라스틱 재료의 하부 베어링 시트 부재(56')와 상부 스틸 캡 부재(54') 사이에 포획된 케이지드 베어링(52')을 포함한다. 상부 베어링 유닛(50')[그리고, 또한 하부 베어링 유닛(90')]은 [종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이] 롤러 베어링을 포함하지만, 대안적으로 활주 또는 마찰 베어링을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 베어링 시트 부재(56')는 원형 형상 및 조립된 분리장치(2')에서 회전자 하우징(4')의 원통형 벽(60') 내에 (그렇지만 원통형 벽에 대해 측방향으로 맞닿지 않고) 위치된 [캡 부재(54')의 하부 부분을 둘러싸는] 하방으로 돌출하는 원통형 벽(58')을 갖는다. 원통형 벽(60')은 회전자 하우징(4')의 상부 내부 표면으로부터 하방으로 연장한다. 원형 리지(238)는 회전자 하우징(4')의 상부 내부 표면으로부터 하방으로 또한 연장하고 제1 원통형 벽(60')의 반경방향 내측에 배치된다. 회전자 하우징(4')의 원통형 벽(60'), 원형 리지(238) 및 전술한 견부(6')는 서로 동심으로 배치되고 회전자 하우징(4')의 중심축(64') 상에 중심설정된다.
(도 37 내지 도 41을 참조하여) 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 상부 베어링 유닛(50')은 스핀 용접 기술에 의해 회전자 하우징(4')의 상부 내부 표면에 고정된다. 구체적으로, 하부 베어링 시트 부재(56')는 리지(238)에 용접된다. 종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이, 나사식 체결구는 상부 베어링 유닛(50')을 회전자 하우징(4')에 고정하는데 사용되지 않는다. 상부 베어링 유닛(50')의 회전축이 회전자 하우징(4')의 중심축(64')과 일치하도록 배열된다.
(도 34에 2개만 도시된) 3개의 부분 원형 슬롯(66')은 [화살표(68')로 도시된 바와 같이] 통과하는 입구 유체의 유동을 허용하도록 상부 베어링 유닛(50')에 제공된다. 상부 캡 부재(54')는 케이지드 베어링(52')으로부터 입구 유체를 편향시킨다. 종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이, 캡 부재(54')의 최상위 부분의 저면은 사용 동안 회전자 샤프트를 통해 상방으로 이동하는 윤활 오일 박무를 [케이지드 베어링(52') 안으로] 또한 편향시킨다.
분리장치(2')의 나머지 내부 구성요소들은 회전자 하우징(4')에 개별적으로 조립되며, 그 다음 일체형 조립체로써 하우징(4') 내에 부분적으로 제거가능하게 위치된다. 종래 기술의 분리장치(2)의 경우, 이러한 일체형 조립체는 사용 중에 회전자 하우징(4')에 대해 고정되어 유지되는 제1 그룹의 구성요소들, 및 사용 중에 회전자 하우징(4')[및 밸브 하우징 유닛(12')] 및 제1 그룹의 구성요소들 모두에 대해 중심축(64') 주위에서 회전하는 제2 그룹의 구성요소를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
제1 그룹의 구성요소들은 환형 형상의 베어링 플레이트(70') 및 접시 형상의 하우징 부재/인서트(72')를 포함한다. 종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이, 하우징 인서트(72') 및 베어링 플레이트(70')는 분리된 오일 및 세정된 기체가 회전자 하우징(4')을 빠져나가기 전에 세정된 기체로부터 분리된 오일을 분리하도록 서로 조합되어 작용한다. 베어링 플레이트(70')는 스틸로 제조되며, 하우징 인서트(72')는 플라스틱 재료로 제조된다. 베어링 플레이트(70') 및 하우징 인서트(72')는 하우징 인서트(72')의 저면으로부터 하방으로 돌출하는 보스(76')와 나사식으로 맞물리는 3개의 스크루 나사식 체결구(74')(도 29 참조)에 의해 서로 고정된다. 베어링 플레이트(70')는 제2 그룹의 여러 구성요소들이 위치되는 하우징(4')의 둘러싸인 내부 공간을 제공하기 위해 회전자 하우징(4')의 개방 단부를 폐쇄한다. 이와 관련하여, 회전자 하우징(4')은 물질들(예컨대, 오일 및 기체)를 분리하는 구성요소들을 수용하고 분리된 물질들을 내부 공간으로부터 상이한 출구로 유도하기 위한 내부 공간을 형성하는 제1 하우징 부분으로 간주될 수 있다. 베어링 플레이트(70')는 제1 하우징 부분과 상기 내부 공간을 형성하는 제2 하우징 부분으로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 제1 그룹의 구성요소들이 이후 더욱 상세하게 논의될 것이다.
제2 그룹의 구성요소들은 회전자 조립체를 형성하며, 회전 샤프트(78'), 상부 회전자 디스크(80'), 분리장치 디스크(82')의 적층체(84')를 함께 형성하는 복수의 개별 분리장치 디스크(82'), 팬 디스크(240), 단부 부재/플레이트(86'), 스플래시 가드 디스크(242), 및 합체된 팬 및 터빈 유닛(88')을 포함한다. 회전 샤프트(78')는 금속 재료로 이루어지며, 전술한 제2 그룹의 구성요소들 중 나머지는 플라스틱 재료로 이루어져 사출 성형 기술로 제조된다. 전술한 제2 그룹의 구성요소들은 서로에 대한 회전을 방지하거나 적어도 제한하는 방식으로 서로 고정된다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, (금속 재료의) 나선형 압축 스프링이 제2 그룹의 구성요소에 또한 제공된다. 제2 그룹의 구성요소들은 하부 베어링 유닛(90')에 의해 제1 그룹의 구성요소들에 회전가능하게 장착되며, 조립된 분리장치(2')에서는 상부 베어링 유닛(50')에 의해 회전자 하우징(4')에 회전가능하게 장착된다.
이제 제2 그룹의 구성요소들에 의해 형성된 회전자 조립체가 더욱 상세하게 설명될 것이다.
회전 샤프트(78')는 그의 전체 길이를 따라 종방향으로 연장하는 유체 유동 통로(92')를 제공하도록 환형 단면을 갖는다. 분리장치(2')의 사용 중에, 이러한 유동 통로(92')는 상기 유닛(50')의 베어링을 윤활하기 위해 오일 박무가 터빈 케이싱으로부터 상방으로 회전 샤프트를 통해 상부 베어링 유닛(50') 안으로 전달되도록 한다. 회전 샤프트(78')의 외부에는 회전 샤프트(78') 상에서 구성요소들이 정확한 축방향 위치를 유지하도록 보조하는 다수의 리세스 및 견부가 제공된다.
각각의 상부 회전자 디스크(80'), 분리장치 디스크(82'), 팬 디스크(240), 및 단부 플레이트(86')는 사용 중에 회전 샤프트(78') 주위에 위치되는 중심 허브 요소에 연결된 (상부 및 하부 절두원추형 표면을 형성하는) 절두원추형 부분을 갖는다.
상부 회전자 디스크(80'), 분리장치 디스크(82') 및 단부 플레이트(86')의 경우, 절두원추형 부분은 반경방향 내측으로 연장하는 복수의 스포크 부재를 구비한 연계된 중심 허브 요소에 연결된다. 스포크 부재들은 회전 샤프트(78')를 따라 유체의 축방향 유동을 허용하는 개방 공간을 스포크 부재들 사이에 구비한다.
팬 디스크(240)의 경우, 절두원추형 부분(290)은 제2 절두원추형 부분(294)에 의해 연계된 중심 허브 요소(292)에 연결된다. 제2 절두원추형 부분(294)은 유체에 대한 장벽을 제공하도록 연속적이며, 그로 인해 회전 샤프트(78')를 따라 팬 디스크(240)를 지나 상방으로 또는 하방으로의 유체의 축방향 유동을 방지한다.
제2 절두원추형 부분(294)의 절두원추 형상은 개선된 분리장치(2')의 다른 절두원추형 부분의 형상보다 큰 끼인각(included angle)을 갖는다. 환언하면, 제2 절두원추형 부분(294)의 대향 측면들은 팬 디스크(240)의 제1 절두원추형 부분(290), 또는 상부 회전자 디스크(80'), 분리장치 디스크(82') 및 단부 플레이트(86')의 절두원추형 부분[그리고, 실제로, 하우징 인서트(72')의 절두원추형 분리 루프(roof) 부재(268)]의 경우보다 더욱 신속하게 발산/수렴하고, 이들 모두는 동일한 끼인각을 갖는다. 중심 허브 요소(292)는 제2 절두원추형 부분(294)으로부터 수직한 원통형 벽이다(특히, 도 26 및 도 33 참조). (도 26에 단 하나만 도시된) 종방향으로 연장하는 슬롯(296)은 회전 샤프트(78')로부터 반경방향으로 연장하는 스플라인(254)을 수용하기 위한 팬 허브 요소(292)의 원통형 벽의 전체 두께를 통해 제공된다. 이러한 방식으로, 회전 샤프트(78')에 대한 팬 디스크(240)의 회전이 방지된다.
팬 디스크(240)의 제1 절두원추형 부분(290)의 저면에는 팬 디스크(240)의 중심축 주위에서 등간격으로 이격된 복수의 코크 부재(298)가 제공된다. 각각의 코크 부재(298)는 제1 절두원추형 부분(290)의 저면으로부터 하방으로 돌출하는 직선형 리지로써 제공되며 제1 절두원추형 부분(290)의 반경방향 최내각 모서리로부터 제1 절두원추형 부분(290)의 반경방향 최외각 모서리로 반경방향으로 연장한다. 조립된 분리장치(2)에서, 코크 부재(298)는 단부 플레이트(86')의 절두원추형 부분의 상부 표면과 맞닿고, 그로 인해 [도 34에서 화살표(188')로 지시된 바와 같이] 유체가 지나갈 수 있는 팬 디스크(240)와 단부 플레이트(86') 사이의 이격을 보장한다. 분리장치(2')의 사용 동안, 코크 부재(298)의 회전은 팬 디스크(240)와 단부 플레이트(86') 사이의 유체에 회전 운동을 부여한다. 그 결과, 상기 유체는 회전자 하우징(4')의 원통형 벽(201)을 향해 외측으로 이동된다. 오일 액적(및, 실제로, 기체 유동에 의해 수반된 미립자 또는 다른 액체)은 회전자 하우징(4')의 원통형 벽(201)으로 효과적으로 보내지며 베어링 플레이트(70') 상으로 하방으로 유동(또는 낙하)한다. 팬 디스크(240)와 단부 플레이트(86') 사이의 공간으로부터 방출된 기체상태의 유체는 또한 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이 베어링 플레이트(70') 상으로 하방으로 유동하거나 또는 회전자 하우징(4')을 직접 빠져나간다.
단부 플레이트(86')와 관련하여, 절두원추형 부분(108')의 반경방향 최내각 원형 모서리는 복수의 스포크 부재(110')(도 18 참조)에 의해 중심 허브 요소(98')에 연결된다. 그러나 원통 형상의 벽(300)은 또한 절두원추형 부분(108')의 상기 반경방향 최내각 모서리로부터 하방으로 연장한다. 조립된 분리장치(2')에서, 원통형 벽(300)은 중심축(64') 상에 중심설정되며 하우징 인서트(72') 내에 제공된 중심 구멍을 통해 연장하도록 회전 샤프트(78')를 따라 충분히 하방으로 연장한다. 상기 벽(300)은 대체로 원통 형상을 갖지만, 상기 벽(300)의 내부 표면(302)은 원통형 벽(300)의 내부 직경이 조립된 분리장치(2')에서 상방으로 감소하도록 절두원추 형상을 형성한다. 벽(300)의 외부 원통형 표면은 하우징 인서트(72')의 중심 구멍과 실질적으로 동일한 직경을 가지며, 조립된 분리장치(2')에서는 벽(300)과 하우징 인서트(72') 사이의 최소 공간으로 상기 구멍에 위치된다. 이러한 긴밀한 끼워맞춤은, 단부 플레이트(86')와 하우징 인서트(72') 사이의 상대적인 회전을 허용함과 동시에, 상기 벽(300)과 하우징 인서트(72')의 중심 구멍 사이에서 유동하여 세정된 기체를 오염시킬 수 있는 분리된 오일의 양을 감소시키도록 보조한다. 또한, 상기 벽(300)의 내부 절두원추형 표면(302)은 팬 디스크(240)와 단부 플레이트(86') 사이의 공간으로 상방으로 유동하는 오일 액적의 통과에 저항하는 역할을 한다. 당업자는 벽(300)의 절두원추형 표면과 접촉하는 오일 액적이 상기 표면의 절두원추 형상으로 인해 회전 움직임 및 하방으로 작용하는 힘을 받을 것이라는 점을 이해할 것이다.
스플래시 가드 디스크(242)는, 반경방향 내측으로 연장하는 6개의 스포크 부재(306)에 의해, 중심 허브 요소(308)에 연결되는 평면 환형 디스크(304)를 포함하며, 중심 허브 요소는 조립된 분리장치(2')에서 회전 샤프트(78') 주위에 위치된다(특히, 도 28 참조). 평면 환형 디스크(304)에 의해 형성된 중심 구멍의 직경은 단부 플레이트(86')의 원통형 벽(300)의 하부 단부의 내부 직경과 실질적으로 동일하다. 따라서, 스플래시 가드 디스크(242)를 통해 팬 디스크(240)와 단부 플레이트(86') 사이의 영역으로 지나가는 유체의 유동은 스플래시 가드 디스크(242)와 단부 플레이트(86') 사이의 연결부에서 상당한 압력 손실을 유발하는 특징을 나타내지 않는다. 환형 디스크(304)는 상기 원통형 벽(300)의 하부 단부로부터 반경방향으로 연장하는 플랜지 부재를 제공하고, 사용 중에 상기 벽(300)이 연장하는 중심 구멍을 형성하는 상기 원통형 벽(300)의 외부 표면과 하우징 인서트(72')의 부분의 외부 표면 사이의 임의의 공간을 덮는 역할을 하는 것으로 이해될 것이다. 이러한 방식으로 평면 환형 디스크(304)는 분리된 오일 액적이 떨어지거나 그렇지 않으면 베어링 플레이트(70')로부터 상방으로 하우징 인서트(72')의 중심 구멍을 통해 이동하여 세정된 기체를 오염시킬 가능성을 줄인다.
도 34에 도시된 바와 같이, 팬 디스크(240)와 단부 플레이트(86') 사이의 상기 영역은 [스플래시 가드 디스크(242)에 의해 형성된] 입구(618)로부터 [단부 플레이트(86')와 팬 디스크(240)의 반경방향 외부 주연 모서리에 의해 형성된] 출구(620)로 유체가 통과하는 유동 통로(616)를 형성하는 것으로 또한 이해될 것이다.
스플래시 가드 디스크(242)의 허브 요소(308)는, 원통의 종축에 대해 [그리고, 조립된 분리장치(2')에서는 중심축(64')에 대해] 수직으로 배열된 평면 벽으로 그의 상부 단부가 폐쇄된 원통으로 제공된다. 상기 원통의 내부 직경은 회전 샤프트(78')의 외부 직경보다 크고, 평면 벽에는 조립된 분리장치(2')에서 상기 샤프트(78')가 통과하는 중심 구멍이 제공된다. 조립된 분리장치(2')에서, 회전 샤프트(78') 및 허브 요소(308)의 원통이, 스플래시 가드 디스크(242)를 단부 플레이트(86')와 맞닿게 가압하고, 다음으로 상부 회전자 디스크(80)에 대해 팬 디스크(240) 및 디스크 적층체(84')를 가압하기 위한 나선형 압축 스프링(96')을 수용하는 환형 공간을 형성하도록 배열된다.
당업자는 스플래시 가드 디스크(242)가 단부 플레이트(86')로부터 분리되어 제조됨으로써 단부 플레이트(86')의 원통형 벽(300)이 인서트 하우징(72')과 같이 중심 구멍을 통해 위치될 수 있는 것을 이해할 것이다. 스플래시 가드 디스크(242)가 단부 플레이트(86')와 일체형이라면, 환형 디스크(304)의 외측 직경이 하우징 인서트(72')의 중심 구멍의 직경보다 크기 때문에, 이것이 불가능할 것이다.
앞서 암시된 바와 같이, 상부 회전자 디스크(80'), (그의 제1 절두원추형 부분에 대한) 팬 디스크(240), 및 단부 플레이트(86')의 절두원추형 기하학적 형상은 분리장치 디스크(82')의 그것과 실질적으로 동일하다. 이는 상부 회전자 디스크(80'), 팬 디스크(240), 및 단부 플레이트(86')가 분리장치 디스크(82')와 적층되도록 허용하며, 상부 회전자 디스크(80')는 분리장치 디스크 적층체(84')의 상부에 위치되고, 단부 플레이트(86')는 분리장치 디스크 적층체(84')의 저부에 위치된다. 팬 디스크(240)는 분리장치 디스크 적층체(84')의 최하단(즉, 저부에서)의 분리장치 디스크(82')와 단부 플레이트(86') 사이에 위치된다.
또한, 당업자는 비교적 키가 작은 적층체(84') 내에 다수의 디스크가 적층될 수 있기 위해 분리장치 디스크(82')가 비교적 얇으며, 디스크 적층체(84')의 양 단부에서 강성을 제공하고, 그로 인해 상부 디스크(80') 및 단부 플레이트(86')에 의해 분리장치 디스크(82')의 절두원추형 부분에 축방향 압축력이 균일하게 가해질 수 있도록 상부 회전자 디스크(80') 및 단부 플레이트(86')는 분리장치 디스크(82')보다 상당히 두껍다는 것을 이해할 것이다. 압축력은 스플래시 가드 디스크(242)의 허브(308)의 저면 상에서 상방으로 가압하는 상기 나선형 압축 스프링(96')에 의해 생성되는 것으로 이해될 것이다. 다음으로, 스플래시 가드 디스크(242)의 허브(308)는 단부 플레이트(86')의 맞닿음 허브(98')의 저면 상에서 상방으로 가압한다.
상부 디스크(80')와 단부 플레이트(86') 사이의 디스크 적층체(84')의 압축과 관련하여, 당업자는 종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이 적층체(84') 내의 인접한 분리장치 디스크(82')들이 개선된 분리장치(2')를 통해 유체의 유동을 허용하기 위해 서로 이격되어 유지되어야만 한다는 것을 이해할 것이다. 분리장치 디스크(82')의 이러한 이격은 개선된 분리장치(2')에서 복수의 스페이서(246)에 의해 제공된다. 각각의 스페이서(246)는 각각의 분리장치 디스크(82')의 절두원추형 부분(124')의 상부 표면(102')에 위치되고 그로부터 돌출하는 작은 도트(dot)이다(도 20 참조).
선택적으로, 적층체(84')의 최하단의 분리장치 디스크(82')는 그 사이에서의 유체의 유동을 허용하도록 팬 디스크(240)로부터 또한 이격될 수 있다. 이러한 이격이 필요하다면, 적절한 스페이서가 사용된다. 이상적으로, [디스크 적층체(84')의 절두원추형 부분 아래에 위치되고 팬 디스크(240)의 제2 절두원추형 부분에 의해 팬 디스크 허브에 연결된] 팬 디스크(240)의 제1 절두원추형 부분에는 각각의 분리장치 디스크(82')의 절두원추형 부분과 동일한 방식으로 스페이서(246)가 제공된다.
상기 스페이서(246)의 각각은 원형 형상을 갖지만, 다른 형상이 사용될 수 있다(예컨대, 타원 형상이 사용될 수 있다). 스페이서(246)에 대한 임의의 대안적인 형상은 스페이서를 지나 유동하는 유체 내의 유체 압력 손실을 줄이기 위해 만곡된 모서리를 갖는 것이 바람직하다.
제1 그룹의 스페이서(246)는 상기 상부 표면(102')의 내측 원형 모서리(104')와 동심이며 그와 인접한 원 내에 배열된다. 이러한 제1 그룹의 각각의 스페이서(246)는 디스크(82')의 스포크가 디스크(82')의 절두원추형 부분과 이어지는 내측 원형 모서리(104')의 부분과 인접하게 위치된다. 제2 그룹의 스페이서(246)는 상기 상부 표면(102')의 외측 원형 모서리(106')와 동심이며 그와 인접한 원 내에 배열된다. 제3 그룹의 스페이서(246)는 디스크(82')의 절두원추형 부분의 내측 및 외측 원형 모서리(104', 106') 사이의 대략적으로 중간에서 그와 동심인 원 내에 배치된다.
이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 각각의 분리장치 디스크(82')[및, 실제로는 팬 디스크(240)]는 회전 샤프트(78')에 대한 단지 3개의 가능한 각도 위치 중 하나로 회전 샤프트(78') 상에 위치될 수 있고, 상기 상부 표면(102') 상에서 스페이서(246)는 인접한 디스크(82')들의 스페이서(246)가 디스크(82')들이 이러한 3개의 위치 중 임의로 정렬될 때 반드시 서로 정렬되도록 배치된다. 환언하면, 분리장치 디스크(82')가 회전 샤프트(78') 상으로 축방향으로 가압되고 전술한 적층체(84')를 형성하도록 서로에 대해 맞닿을 때, (i) 특정 디스크(82')의 각각의 스페이서(246)가 적층체(84') 내의 상기 특정 디스크(82') 아래 위치된 인접한 디스크(82')의 스페이서(246) 바로 위에 위치되는 것, 및 (ii) 특정 디스크(82')의 각각의 스페이서(246)가 적층체(84') 내의 상기 특정 디스크(82') 위에 위치된 인접한 디스크(82')의 스페이서(246) 바로 아래 위치되는 것을 피할 수 없다. 결과적으로, 단부 플레이트(86')에 의해 디스크 적층체(84')에 가해진 압축력은 인접한 분리장치 디스크(82')들 사이의 간격을 폐쇄하지 않으면서 정렬된 스페이서(246)에 의해 적층체(84')를 통해 전달된다. 이는 분리장치 디스크(82')들 사이에서 잔류 유체가 유동할 수 있도록 보장한다.
도면으로부터, 스페이서(246)가 연관된 분리장치 디스크들의 크기(직경)에 비해 작은 반경방향 치수 및 작은 원주방향 치수를 갖는 것을 알 수 있을 것이다. 이는 유체가 스페이서에 의해 비교적 방해받지 않고 상기 디스크 상부 표면(102')을 가로질러 원주방향으로, 그리고 상기 표면(102')을 가로질러 반경방향으로 유동하는 것을 허용한다. 이는 인접한 디스크(82')들 사이에서 유체 유동의 압력 손실이 최소화되도록 보장한다.
첨부 도면 도 21 및 도 23에서, 상부 회전자 디스크(80') 및 회전 샤프트(78')는 분리장치(2')의 다른 구성요소들로부터 이격되어 도시된다. 상부 회전자 디스크(80')의 허브(114')는 회전 샤프트(78')의 외부 표면에 대해 모듈화되며, 그로 인해 상기 샤프트(78')에 접합된다. 이러한 접합은 허브(114')와 회전 샤프트(78') 사이의 상대적 회전을 방지한다.
상부 회전자 디스크(80')의 허브(114')는 회전 샤프트(78')를 따라 축방향 상방으로 연장하며 상기 샤프트(78')의 상부 단부에서 종결한다. 그에 따라, 제2 나선형 압축 스프링(130')이 위치하는 회전 샤프트(78')의 상부 부분에는 플라스틱 재료(바람직하게는, 열가소성 재료)의 코팅(슬리브)이 제공된다. 이러한 코팅은 스프링(130'), 특히 샤프트(78')를 프렛팅(fretting) 부식으로부터 보호한다. 제1 실시예(2')에 대한 대안적인 실시예의 제1 및 제2 그룹의 내부 구성요소들이 도 19에 도시된다. 대안적인 분리장치는 회전 샤프트(78')의 상부 단부 부분에 제2 나선형 스프링(130')과 인접한 플라스틱 코팅이 없다는 점을 제외하고 제1 실시예와 동일하다.
상부 회전자 디스크(80')의 허브(114')는 회전 샤프트(78')를 따라 축방향 하방으로 또한 연장하고 하부 베어링 유닛(90') 바로 위 지점에서 종결한다. 그로 인해, 하부 베어링 유닛(90')은 조립된 분리장치(2') 내의 회전 샤프트(78')의 금속 단부와 접촉한다. 더욱 구체적으로, 허브(114')는 분리장치 디스크 적층체(84')의 전체 깊이를 따라 연장하고, 그로 인해 각 분리장치 디스크(82')의 허브(120')를 회전 샤프트(78')로부터 분리한다. 허브(114')는 제1 나선형 압축 스프링(96')의 영역에서 회전 샤프트(78')에 플라스틱 재료(바람직하게는 열가소성 재료)의 코팅(슬리브)을 제공하는 것으로 또한 이해될 것이다. 재차, 이 코팅은 스프링(96') 특히 샤프트(78')를 프렛팅 부식으로부터 보호한다.
상부 회전자 디스크(80')의 절두원추형 부분(112')은 12개의 반경방향으로 연장하는 스포크 부재(116')에 의해 허브(114')에 연결된다. 각각의 스포크 부재(116')는 장방형 단면을 가지며, 장방형 단면의 상부 (마이너) 측면(310)은 상기 절두원추형 부분(112')의 반경방향 최내각 원형 모서리(312)와 붙어있다. 각각의 스포크 부재(116')는 상기 모서리(312)로부터 축방향 하방으로 연장한다. 이러한 배열은, 상부 회전자 디스크(80')가 분리장치(2')의 사용 동안 회전될 때, 각각의 스포크 부재(116')가 팬 블레이드로써 기능하고 인접한 유체에 운동을 부여하도록 이루어진다. 당업자가 이해하게 될 바와 같이, 각각의 스포크 부재(116')에 의해 유체에 부여된 운동은 스포크 부재(116')의 원형 통로로부터 접선방향으로 유동하고 디스크 적층체(84')를 통해 회전자 하우징(4')의 원통형 벽을 향해 절두원추형 부분(112') 아래에서 외측으로 효과적으로 보내지는 유체를 야기한다. 팬 블레이드로써의 스포크 부재(116')의 기능은 [도 34에 화살표(68')로 지시된 바와 같이] 유체 입구(8')를 통해, 그리고 스포크 부재(116')들 사이의 공간(600)을 통해 기체를 회전자 하우징(4') 안으로 보내는 상부 회전자 디스크(80')를 야기하며, 상기 공간(600)은 회전자 조립체에 대한 입구를 나타낸다.
회전자 하우징(4')으로 유입되는 유체는 상부 베어링 유닛(50')에서 3개의 부분 원형 슬롯(66')을 통과한다. 상부 회전자 디스크(80')의 스포크 부재(116')는 조립된 분리장치(2') 내에서 3개의 부분 원형 슬롯(66') 바로 아래 위치된다. 첨부 도면, 특히 도 34를 참조하면, 부분 원형 슬롯(66')의 반경 치수가 스포크 부재(116')의 반경 치수(즉, 길이)보다 적은 것을 볼 수 있을 것이며, 그 결과 초기에 유입되는 유체의 많은 부분이 부분 원형 슬롯(66') 바로 아래 위치된 스포크 부재(116')의 길이에서만 충돌한다. 각 스포크 부재(116')의 이러한 길이에는 스포크 부재의 상부 측면(또는 선단 모서리)(310)으로부터 상방으로 연장하는 만곡된 유체 가이드 베인(314)이 제공된다. 각각의 가이드 베인(314)의 목적은 스포크 부재(116')로부터의 입구 유체의 분리와 관련된 압력 손실을 줄이거나 제거하는 것이다. 이는 공기역학적 형상의 단면 및 유입되는 유체의 유동에 대해 실질적으로 0도의 받음각(angle of attack)[또는 가이드 베인(314)으로부터 유체의 분리를 야기하지 않는 다른 받음각]을 갖도록 배향된 코드(cord)를 갖는 가이드 베인으로 회전자 하우징(4') 안으로의 입구 유체의 실질적으로 축방향 유동을 제공함으로써 달성된다.
스포크 부재(116')의 길이를 통한 단면도는 도 22에 도시된 가이드 베인(314)으로 제공된다. 가이드 베인(314)의 표면은 스포크 부재(116')의 선단 모서리(310)에 접근하는 유체를 스포크 부재(116')와 정렬되도록 안내하는 역할을 한다. 가이드 베인(314)의 선단 모서리(318)와 관련된 코드(316)는 상기 가이드 베인(314)을 넘어 유동하는 유체에 대해 실질적으로 0도의 받음각을 갖도록 배향된다. 가이드 베인(314)에 대한 이러한 유체의 방향은 도 22에 지시된 바와 같이 화살표(320)로 지시되며, (i) 입구 유체 유동(Q/A, Q는 입구를 통한 체적 유체 유량, A는 입구 유동 통로의 단면적), 및 (ii) 가이드 베인(314)의 접선방향 속도(ω.r, ω는 상부 회전자 디스크의 각속도, r은 회전 중심으로부터의 가이드 베인의 반경 거리)의 축방향 속도의 함수로 이해될 것이다. 가이드 베인(314)에 대한 유체 유동의 방향(320)이 가이드 베인(314)을 따라서 반경방향 위치(r)에 의존하기 때문에, 코드(316)는 반경방향 위치에 따라 변화하는 각도로 배향될 수 있다. 환언하면, 가이드 베인(314)을 따라 모든 반경방향 위치에서 유입되는 유체 유동에 따른 가이드 베인(314)의 정확한 정렬을 보장하기 위해, 유체 가이드 베인(314)에는 꼬임부(twist)가 제공될 수 있다. 더욱 구체적으로, [조립된 분리장치(2')에서 중심축(64')에 평행한] 수직 데이텀 라인(datum line, 324)과 코드(316) 사이의 예각(322)은 스포크 부재(116')를 따라 최내측 반경방향 위치로부터 최외측 반경방향 위치를 향해 점진적으로 증가할 수 있다.
당업자는, 개선된 분리장치(2')의 사용 동안, 유입되는 공기가 3개의 부분 원형 슬롯(66')을 통해 축방향 하방으로 유동하며, 상기 슬롯(66') 아래에서 짧은 거리에 위치되어 중심축(64') 주위에서 원형 경로로 회전하는 안내 베인(314) 상에 충돌하는 것으로 이해할 것이다. 각각의 안내 베인(314)의 선단 모서리(318)의 코드(316)가 유체의 유입되는 유동에 대해 실질적으로 0도의 받음각을 갖도록 배향되기 때문에, 상기 유체는 안내 베인(314)의 저압측(324) 및 고압측(326) 모두를 넘어 유동하며 안내 베인(314) 또는 연계된 스포크 부재(116')로부터 분리되지 않고 스포크 부재(116')에 대해 축방향으로 유동하도록 안내된다. 따라서, 상부 회전자 디스크(80')를 통해 유동하는 유체에 의해 유발되는 압력 손실이 방지 또는 최소화된다.
안내 베인(314)에 의해 제공되는 압력 손실의 감소의 추가적인 결과는, 분리장치(2') 전체를 통과하는 유체의 유량에 바람직하지 않은 영향을 주지 않으면서 스포크 부재(116')의 개수가 [종래 기술의 분리장치(2)와 비교하여] 증가될 수 있다는 것이다. 스포크 부재(116')의 증가된 개수는 상부 회전자 디스크(80')의 허브(114')와 절두원추형 부분(112') 사이에서 더 큰 압축력이 전달되는 것을 허용한다. 스포크 부재(116')의 증가된 개수는 상부 회전자 디스크(80')의 균형을 또한 개선할 수 있다.
도 22는 안내 베인(314) 및 연계된 스포크 부재(116')의 개략적인 단면도를 도시하며, 특히 바람직한 기하학적 형상 또는 실제로 특히 바람직한 회전 속도 및 유체 유량을 필연적으로 나타내는 것이 아님을 유의하여야 한다.
도 21을 참조하면, 원통형 림(328)은 절두원추형 부분(112')의 반경방향 최내각 모서리(312)와 동심으로, 그리고 그로부터 수직으로 제공되는 것을 알 수 있을 것이다. 조립된 분리장치(2')에서, 림(328)은 상부 베어링 유닛(50')의 하방으로 돌출하는 원통형 벽(58')으로부터 반경방향 외측에 위치한다. 그럼에도, 림(328)은 상기 원통형 벽(58')과 밀접하게 위치함으로써, 그 사이에서의 유체의 누출을 방지(또는 상당히 제한)한다(특히, 도 34 참조).
첨부 도면 도 23으로부터 가장 쉽게 볼 수 있는 바와 같이, 3개의 스플라인(254)은 상부 회전자 디스크(80')의 허브(114')로부터 반경방향으로 연장한다. 3개의 스플라인(254)은 상부 회전자 디스크(80')의 중심 종축 주위에서 등간격으로 이격되며, 스포크 부재(116')의 하부 측(330)으로부터 조립된 분리장치(2')에서 팬 디스크(240)의 중심 허브 요소(292)를 따라 대략적으로 중간에 위치한 허브(114')를 따르는 지점으로 허브(114')를 따라 [그리고, 결과적으로는 회전 샤프트(78')를 따라] 축방향으로 연장한다.
각각의 스플라인(254)는 근부(350) 및 팁부(352)를 갖는다. 근부(350)는 허브(114')의 나머지 부분과 이어진다. 팁부(352)는 근부(350)와 연결되고 스플라인(254)에 대한 자유 단부를 제공한다. 각각의 스플라인(254)의 근부(350)는 팁부(352)보다 넓다(즉, 더 큰 원주방향 치수를 갖는다). 근부(350)와 팁부(352)의 서로 다른 폭의 결과, 근부(350)와 팁부(352) 사이의 연결부에서 각 스플라인(254)의 양 측에 단차(354)가 제공된다. 특히 도 23을 참조하면, 각 스플라인(254)의 근부(350)의 폭은 각 스플라인(254)의 하부 단부로부터 각 스플라인(254)의 상부 단부로 증가하는 것을 볼 것이다. 또한, 각각의 근부(350)의 폭은 상부 회전자 디스크(80')의 12개의 스포크(116') 중 하나의 폭(즉, 원주방향 치수)과 대략적으로 동일하다. 각 스플라인(254)의 팁부(352)는 스포크 부재(116')와 원주방향으로 또한 정렬되고 그와 연결된다.
각각의 분리장치 디스크(82')의 허브(120')는 회전 샤프트(78') 및 상부 회전자 디스크 허브(114')가 연장하는 구멍(252)을 갖는다(특히, 도 23, 도 24, 및 도 25 참조). 상부 회전자 디스크 허브(114')에 대한 [그리고, 그로 인해 회전 샤프트(78')에 대한] 분리장치 디스크 허브(120')의 회전 운동은, 상부 회전자 디스크 허브(114')의 길이를 따라 축방향으로 제공되고 분리장치 디스크 허브(120')의 구멍(252)에 의해 형성된 대응하는 암형 정합 프로파일 안으로 반경방향으로 연장하는 3개의 스플라인(254)에 의해 방지된다. 스플라인(254)의 이러한 위치는 회전 샤프트(78')에 대한 분리장치 디스크 허브(120')의 측방향 및 회전 움직임을 방지한다. 더욱 구체적으로, 각 스플라인(254)의 팁부(352)의 표면(356)[표면(356)은 대체로 반경방향으로 연장함]은 상부 회전자 디스크 허브(114')[및 회전 샤프트(78')] 및 분리장치 디스크(82')의 상대적 회전을 방지하기 위해 상기 정합 프로파일의 대응 표면(358)[표면(358)은 또한 대체로 반경방향으로 연장함]과 맞닿는다. 맞닿음 표면(356, 358)들은 사용 중에 상기 표면(356, 358)들 각각에 대체로 수직 방향으로 서로를 가압하며, 이러한 이유로 분리장치 디스크(82')와 상부 회전자 디스크 허브(114') 사이의 증가된 또는 바람직하지 않은 상대적 회전을 야기할 수 있는 상기 표면(356, 358)들의 상대적 활주 운동이 거의 없거나 없으며, 이와 관련된 상기 표면(356, 358)들의 마찰 마모가 거의 없거나 없는 것으로 이해될 것이다.
각 분리장치 디스크(82')의 분리장치 디스크 허브(120')는 12개의 반경방향으로 연장하는 스포크 부재(126')에 의해 각 분리장치 디스크(82')의 절두원추형 부분(124')에 연결된다. 종래 기술의 분리장치(2')에서와 같이, 스포크(126')[및 연계된 분리장치 디스크(82')의 나머지 부분]는 비교적 얇고 탄성적으로 가요성인 플라스틱 재료로 제조된다. 또한, 종래 기술의 분리장치(2')에서와 같이, 스포크(126')들은 스포크들이 받는 측방향 힘 및 회전력에 변형되지 않으면서 저항할 수 있고, 나선형 스프링(96')에 의해 형성된 압축력은 분리장치 디스크 스포크(126)에 의해서가 아니라 분리장치 디스크 적층체(84')를 통해 스페이서(246)를 경유하여 전달된다.
당업자는 전술한 바와 같은, 각각의 분리장치 디스크(82')의 구멍(252) 및 스플라인(252)의 상대적 기하학적 형상으로 인해, 각 분리장치 디스크(82')가 오직 3개의 각도 위치 중 하나로 회전 샤프트(78')상에 위치될 수 있는 것이 보장된다는 것으로 또한 이해할 것이다. 구멍(252)에 대한 스페이서(246)의 위치설정으로 인해, 분리장치 디스크(82')의 스페이서(246)의 극성(polar) 또는 각도 위치설정은 3개의 각도 위치 중에서 어느 것이 사용되는지와 무관하게 회전 샤프트(78')에 대해 동일하게 유지되며, 따라서 분리장치 디스크(82')에 인접한 스페이서(246)가 오정렬된 상태로 분리장치 디스크 적층체(84')가 회전 샤프트(78')상에 조립될 가능성은 없다. 그럼에도, 각 분리장치 디스크(82')에는 디스크 적층체(84') 내의 다른 디스크(82')들의 마커와 정렬될 수 있는 마커가 제공된다. 이러한 방식으로, 적층체(84') 내의 모든 디스크(82')들이 회전 샤프트(78')에 대해 동일한 각도 위치를 가질 것이다. 마커는, 2개의 스포크(126') 사이에서 허브 상에 위치되고 반경방향 외측으로 짧은 거리로 연장하는 립(256)으로써 제공된다.
명확성을 위해, 첨부 도면 도 13, 도 15, 도 19, 도 20, 도 27, 도 33, 도 34는 분리장치 디스크의 개수가 감소된 상태로 디스크 적층체(84')를 도시한다.
회전 샤프트(78')와 동심인 환형 리세스(258)(도 21 참조)는 상부 회전자 디스크 허브(211')의 상부 표면 내에 제공된다. 환성 리세스(258)는 제2 나선형 압축 스프링(130')을 수용하고 회전 샤프트(78')를 따르는 이 스프링(130')의 축방향 하방 움직임을 방지한다. 또한, 조립된 분리장치(2')에서, 케이지드 베어링(52')의 케이지는 [회전 샤프트(78')의 상부 단부가 상부 베어링 유닛(50')의 캡 부재(54')로부터 이격되어 유지되는 상태로 - 특히, 도 34 참조] 제2 스프링(130')과 맞닿아 하방으로 압축시킨다.
개선된 분리장치(2')의 조립 동안, 합체된 팬 및 터빈 유닛(88') 이외의 모든 제2 그룹의 내부 구성요소들은 서로 상호연결된다. 상부 회전자 허브(114')[및 상부 회전자 디스크(80')의 나머지 부분]은 현장에서(in - situ) 회전 샤프트(78')와 사출 성형된다. 그 다음, 분리장치 디스크(82')의 적층체(84')는 상부 회전자 디스크(80')의 절두원추형 부분(112')의 저면과 맞닿게 위치되도록 하부 단부로부터 회전 샤프트(78')를 따라 축방향으로 활주된다.
팬/터빈 유닛(88)이 회전 샤프트(78)의 하부 단부에 장착되기 전에, 회전 샤프트(78)의 하부 단부는 제1 그룹의 내부 구성요소들 중에서 각각의 베어링 플레이트(70) 및 하우징 인서트(72)에 제공된 중심 원형 구멍을 통해 위치된다. 이렇게 함으로써, 회전 샤프트(78)의 하부 단부는 베어링 플레이트(70)의 중심 구멍에 고정된 하부 베어링 유닛(90)을 통해 또한 연장된다(특히, 도 8 및 도 10 참조).
분리장치 디스크 적층체(84')에 가해진 압축력과 관련하여, 당업자는 이 힘이 나선형 압축 스프링(96')에 의해 생성된다는 것을 이해할 것이다. 분리장치(2')의 사용 동안, 압축 스프링(96')은 회전 샤프트(78')와 회전하며, 압축 스프링(96')의 하부 단부는 하부 베어링 유닛(90')의 반경방향 내부 레이스와 맞닿음으로써 그를 가압하고 상기 힘을 스플래시 가드 허브(308)로 상방으로 전달한다. 그러면, 압축력은 스플래시 가드 허브(308)로부터 단부 플레이트 허브(98')로 전달된다. 단부 플레이트(86')에 대한 스플래시 가드(242)의 회전은 (압축력의 기능으로 이해될) 스플래시 가드 허브(308)와 단부 플레이트 허브(98') 사이의 마찰력으로 인해 저항을 받는다.
단부 플레이트(86')의 강성으로 인해, 압축력은 상기 복수의 반경방향으로 연장하는 스포크 부재(110')를 통해 허브(98')로부터 단부 플레이트(86')의 절두원추형 부분(108')으로 전달된다. 그 다음, 압축력은 절두원추형 부분(108')을 통해 팬 디스크(240)의 코크 부재(298)로 전달된 다음, 팬 디스크(240)의 절두원추형 부분(290)으로부터 적층체(84')를 통해 [스페이서(246)를 경유하여] 상부 회전자 디스크(80')의 절두원추형 부분(112')으로 상방으로 전달된다. 압축력은 절두원추형 부분(112')으로부터 12개의 반경방향으로 연장하는 스포크(116')를 통해 상부 회전자 디스크(80')의 허브(114')로 전달된다. 압축력은 상부 회전자 디스크(80')의 강성으로 인해 절두원추형 부분(112')으로부터 허브(114')로 전달가능하다. 압축력에 반응하여 회전 샤프트(78')를 따르는 상방으로의 상부 회전자 디스크(80')의 축방향 움직임은 회전 샤프트(78') 상에서 하방으로 대면하는 견부(250)와 맞닿는 상부 회전자 디스크 허브(114')의 위치에 의해 방지된다. 회전 샤프트(78')를 따르는 하방으로의 상부 회전자 디스크(80')의 축방향 움직임은 회전 샤프트(78') 상에서 상방으로 대면하는 환형 견부(248)와 맞닿는 상부 회전자 디스크 허브(114')의 위치에 의해 방지된다.
*디스크 적층체(84')의 인접한 디스크(82')들은 선택적으로 서로에 대해 고정식으로 고착될 수 있다. 이는 디스크 적층체(84')의 강성을 증가시키는 경향이 있으며, 인접한 디스크(84')들의 상대적 회전 위치가 변하지 않도록 보장한다[즉, 인접한 디스크(82')들 사이의 공간이 폐쇄되지 않은 상태로 압축력을 전달하기 위해 디스크 스페이서(246)가 정렬되어 유지되도록 보장한다]. 디스크(82')들은 용접(예컨대, 초음파 용접)에 의해 서로 고착될 수 있다.
종래 기술의 분리장치(2')에서와 같이, 팬/터빈 유닛(88')이 회전 샤프트(78')의 하부 단부에 장착되기 전에, 회전 샤프트(78')의 하부 단부는 제1 그룹의 내부 구성요소들 중에서 각각의 베어링 플레이트(70') 및 하우징 인서트(72')에 제공된 중심 원형 구멍을 통해 위치된다. 회전 샤프트(78')의 하부 단부는 베어링 플레이트(70')의 중심 구멍에 고정된 하부 베어링 유닛(90')을 통해 또한 연장된다(특히, 도 29 및 도 30 참조).
합체된 팬 및 터빈 유닛(88')은 베어링 플레이트(70')의 저면으로부터 하방으로 돌출하는 회전 샤프트(78')의 하부 단부에 고정된다. 팬/터빈 유닛(88')은 [회전 샤프트(78')의 하부 단부 내에서 원주방향 리세스 내에 보유된] 써클립(132') 및 회전 샤프트(78')의 하부 단부 주위에 위치되어 써클립(132')의 상방으로 대면하는 표면과 맞닿는 나선형 압축 스프링(360)에 의해 회전 샤프트(78')의 하부 단부상의 위치에서 보유된다.
써클립(132') 및 압축 스프링(360)은 합체된 팬 및 터빈 유닛(88')의 공동 내에 위치한다. 압축 스프링(360)은 팬/터빈 유닛(88')이 상방으로 편의되어 하부 베어링 유닛(90')의 반경방향 내부 레이스와 접촉하도록 상기 공동 내에서 상방으로 가압한다. 이러한 배열은 첨부 도면 도 30으로부터 가장 명확하게 볼 수 있다. 이 도면을 참조하면, 상방으로 대면하는 디플렉터 표면(139')이 상기 유닛(88)상에 제공되며 상기 유닛(88')의 팬 블레이드(140')의 반경방향 내측으로 위치되는 것으로 이해될 것이다. 디플렉터 표면(139')은 종래 기술의 분리장치(2)에서의 디플렉터 와셔(139)와 동일한 기능을 수행하지만, 분리된 맞닿음 구성요소가 아니라 팬/터빈 유닛(88')과 일체로 제공된다. 디플렉터 표면(139')의 반경방향 내측 부분은 베어링 플레이트(70')에 대해 상방으로 가압되는 하부 베어링 유닛(90')의 내부 베어링 레이스와 맞닿아 상방으로 가압된다. 디플렉터 표면(139') 및 하부 베어링 유닛(90')의 반경방향 외부 베어링 레이스는 서로로부터 축방향으로 이격됨으로써, 분리된 오일이 하부 베어링 유닛(90')을 통해 하방으로 그리고 상기 축방향 공간을 통해 터빈 케이싱 안으로 반경방향 외측으로 유동하는 것을 허용한다.
분리장치(2)의 회전자 조립체는 유압식 임펄스 터빈에 의해 화살표(134')(도 29 및 도 30 참조)로 지시된 방향으로 회전된다. 종래 기술의 분리장치(2')에서와 같이, 팬/터빈 유닛(88')은 원주방향을 따라 균일하게 이격된 복수의 버켓(138')을 갖는 펠톤 휠(136')을 포함한다. 분리장치(2')의 사용 중에, 오일의 제트는 터빈 케이싱 내의 노즐(미도시)로부터 펠톤 휠(136')의 원주를 향해 유도된다. 더욱 구체적으로, 제트가 그의 표면과 정렬된 버켓에 유입되도록 제트는 복수의 버켓(138')을 통과하는 원에 대한 접선방향을 따라 유도된다. 제트는 버켓의 내부 프로파일을 따르는 상기 표면을 따라 유동하고, 그 후 추가적인 표면을 따라 유동하도록 상기 프로파일에 의해 선회되며, 그 후 버켓으로부터 방출된다. 그 결과, 제트가 휠(136')을 회전시킨다.
복수의 블레이드(140')를 갖는 팬은 휠(136')과 일체로 또한 형성된다. 블레이드(140')는 베어링 플레이트(70')의 저면에 근접하게 휠(136') 상에 위치된다. 복수의 팬 블레이드(140')는 회전 샤프트(78')를 따라 하부 베어링 유닛(90') 및 디플렉터 표면(139')과 거의 동일한 축방향 위치를 갖는다. 팬 블레이드(140')는 인접한 하부 베어링 유닛(90')으로부터 반경방향 외측으로 연장한다. 당업자는 터빈 휠(136')이 회전됨에 따라 팬 블레이드(140')가 중심축(64') 주위에서 회전한다는 것을 이해할 것이다. 이렇게 함으로써, 팬 블레이드(140')는 휠(136')과 베어링 플레이트(70')의 저면 사이의 영역으로부터 유체를 효과적으로 보낼 수 있으며, 그로 인해 하부 베어링 유닛(90')의 영역에서 유체 압력이 감소하고, 분리된 오일을 베어링 플레이트(70') 위쪽의 위치로부터 하부 베어링 유닛을 통해 하방으로 그리고 베어링 플레이트(70') 아래쪽의 터빈 케이싱 안으로 보내는 것을 보조한다.
제조의 편의를 위해, 휠(136')은 상부 및 하부 부재(142', 144')로 제조되며, 2개의 스크루 나사식 체결구(첨부 도면 도 30에는 그 중 하나만 도시됨)에 의해 라인(146')에서 서로 맞닿도록 가압된다.
복수의 팬 블레이드(140') 및 디플렉터 표면(139')은 팬/터빈 유닛(88')의 상부 부재(142')와 일체로 형성된다. 팬/터빈 유닛(88')의 하부 부재(144')에는 조립된 분리장치(2')에서 중심축(64')에 수직한 평면에 놓이며 회전 샤프트(78')의 유동 통로(92')에 대한 하향공 개구를 가로지르는 하부 플레이트 부재(364)가 제공된다. 그럼에도, 플레이트 부재(364)는 상기 개구로의 유체의 유동을 허용하기 위해 유동 통로(92')에 대한 상기 개구로부터 이격된다.
플레이트 부재(364)에는 조립된 분리장치(2')에서 중심축(64')에 중심을 둔 가상 원을 따라 등간격으로 위치되는 4개의 구멍(366)이 제공된다. 당업자는 다른 개수의 구멍(366)이 사용될 수 있는 것으로 이해할 수 있으며, 그렇더라도 구멍들은 팬/터빈 유닛(88')의 회전 균형을 보장하도록 배열되어야 한다.
중요한 것은 구멍(366)들이 유동 통로(92')에 대한 개구로부터 반경방향 외측에 위치하는 것이다. 따라서, 오일 액적의 박무가 구멍(366)을 통해 터빈 케이싱으로부터 상방으로 유동함으로써 팬/터빈 유닛(88') 내의 공동으로 유입되고 회전 샤프트(78')의 유동 통로(92')를 통해 상방으로 유동할 수 있도록 배열되는 것으로 이해될 것이다. 그러나, 구멍(366)으로부터 유동 통로(92)의 상기 개구로의 유동이 반경방향 내측 방향이라는 것이 또한 이해될 것이다. 분리장치(2')의 사용 동안, 팬/터빈 유닛(88')은 물론 화살표(134')로 지시된 방향으로 회전하며, 이때 오일 액적의 박무는 구멍(366)으로부터 유동 통로(92')로 반경방향 내측으로 유동할 수 있으며, 구멍(366)을 통해 유동하는 비교적 큰 체적의 오일은 회전하는(spinning) 플레이트 부재(364)에 의해 측방향으로 이동되고 개구로부터 유동 통로(92')로 외측으로 멀리 보내지게 될 것이다. 예를 들어, 팬/터빈(88')의 공동에서 넘치도록 구멍(366)을 통해 터빈 케이싱으로부터 상방으로 오일이 튀기는 방식으로의 차량 쏠림(leaning) 또는 움직임의 경우, 상기 공동 내에서 오일에 부여되는 측방향 움직임은 상기 오일이 회전 샤프트(78')를 향해 내측으로 유동하는 것을 방지하는 경향이 있다. 따라서, 회전 샤프트(78')를 통해 상방으로, 그리고 디스크 적층체(84') 안으로의 다량의 오일의 바람직하지 않은 유동이 방지된다.
2개의 드레인 구멍(368)은 팬/터빈 유닛(88') 내의 공동으로부터 다시 터빈 케이싱 안으로 오일의 드레인을 허용하도록 플레이트 부재(364) 내에 제공된다. 드레인 구멍(368)은 서로 정반대로 대향하도록 위치되며 플레이트 부재(364) 내에서 그리고 상기 플레이트 부재(364)의 원형 주연부로부터 수직한 대체로 원통형 벽 내에서 슬롯을 형성한다. 터빈 공동의 반경방향 최외각 부분에서의 드레인 구멍(368)의 위치는, 회전 샤프트(78')로부터 멀리 상기 공동의 외측 주연부로 보내진 오일이 팬/터빈 유닛(88')으로부터 효과적으로 드레인되도록 보장한다.
도 29 및 도 30의 실시예에서, 플레이트 부재(364)는 팬/터빈 유닛(88')의 하부 부재(144')와 일체로 도시되어 있지만, 첨부 도면 도 31 및 도 32에 도시된 대안적인 실시예에서는 단부 플레이트(364)가 팬/터빈 유닛(88')의 하부 부재(144)와 분리된 원형 디스크로 제공된다. 도 31 및 도 32를 참조하면, 대안적인 실시예의 분리된 플레이트 부재(364)는 도 29 및 도 30에서와 동일한 방식으로 구멍(366)들이 제공된 원형 디스크라는 것을 볼 것이다. 그러나 대안적인 플레이트 부재(364)는 (관통하여 연장하는) 스크루 나사식 체결구(362)에 의해 팬/터빈 유닛(88')의 나머지 부분에 대한 위치에서 고정되며 드레인 구멍(368)이 없다. 이러한 대안적인 실시예에서, 드레인 구멍(368)은, 플레이트 부재(364)의 원형 주연 모서리와 동심으로 배열되고 그로부터 상방으로 연장하는 하부 부재(144')의 원통형 벽에 단독으로 제공된다. 팬/터빈 유닛(88')의 하부 부재(144')에는 팬/터빈 유닛(88')의 공동 내에 위치되고 플레이트 부재(364)가 2개의 스크루 나사식 체결구(362)에 의해 가압될 수 있는 하방으로 대향하는 환형 표면을 제공하도록 하방으로 연장하는 제2 원통형 벽(370)이 더 제공된다. 리세스는 상기 원통형 벽(370)과 플레이트 부재(364) 사이에 유체 유로(372)를 제공하도록 하방으로 대향하는 환형 표면 내에 제공된다. 사용 중에, 플레이트 부재(364)의 상부 표면을 가로질러 외측으로 유동하는 오일은 유동 통로(372)를 경유하여 드레인 구멍(368)으로 지나간다.
도 31 및 도 32의 팬/터빈 유닛(88')에는 공동을 함께 형성하는 외측 원통형 벽 및 플레이트 부재(364)가 제공되며 플레이트 부재(364)가 위치되는 추가적인 원통형 벽(370)이 더 제공되지만, 팬/터빈 유닛(88)은 다른 측면에서 종래 기술의 분리장치(2)의 그것과 유사하며 종래 기술의 분리장치(2)에서와 동일한 방식으로 회전 샤프트(78')에 고정된다. 구체적으로, 팬/터빈 유닛(88')은 상기 유닛(88')의 하부 부재(144') 상에서 상방으로 가압하는 와셔(133')에 의해 회전 샤프트(78')에 고정되며 회전 샤프트(78')의 외부 표면상의 원주방향 리세스 내에 위치된 써클립(132)에 의해 제 위치에 보유된다. 와셔(133') 및 써클립(132)은 도 29 및 도 30에 도시된 압축 스프링(360) 및 써클립(132)에 대한 대안적인 고정 수단을 제공하는 것으로 이해될 것이다.
제1 그룹의 내부 구성요소들과 관련하여, 베어링 플레이트(70')는 회전자 하우징(4')의 직경과 실질적으로 동일한 직경의 원 형상을 갖는다. 종래 기술의 분리장치(2')에서와 같이, 상대적인 기하학적 형상은 베어링 플레이트(70')가 회전자 하우징(4')의 하부 단부에서 하방으로 대향하는 견부(148')상에 위치되도록 하기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 회전자 하우징(4')의 하부 개방 단부는 베어링 플레이트(70')에 의해 폐쇄된다. 그러나, 개선된 분리장치(2')에서, 회전자 하우징(4')의 하부 개방 단부는 베어링 플레이트(70')의 상부 측면과 맞닿으며, O-링 시일(262)을 수용하기 위한 원주방향 리세스(260)를 구비한다(도 34 참조). 제2 O-링 시일(262)은 회전자 하우징(4')과 베어링 플레이트(70') 사이에서 유체 밀봉을 보장하는 것으로 이해될 것이다.
또한, 조립된 분리장치(2')에서, 베어링 플레이트(70')의 (데이텀 표면을 형성하는) 반경방향 최외각 원주방향 모서리 표면(630)은 회전자 하우징(4')의 하부 개방 단부를 둘러싸는 원통형 내측 표면(632)과 맞닿아 정합(register)된다. 이러한 방식으로, 베어링 플레이트(70')는 회전자 하우징(4')에 대해 바람직한 최종 위치로 측방향으로 정렬된다(도 13 참조).
베어링 플레이트(70')에는 조립된 분리장치(2')에서 회전자 하우징(4')과 동심인 중심 원형 구멍이 또한 제공된다. 환언하면, 조립된 분리장치(2')에서, 베어링 플레이트(70')의 중심 원형 구멍은 회전자 하우징(4')의 중심축(64')에 중심을 둔다. 또한, 첨부 도면 도 34로부터 특히 분명한 바와 같이, 하부 베어링 유닛(90')은 베어링 플레이트(70')의 중심 구멍에 수용된다. 하부 베어링 유닛(90')의 반경방향 최외각 부분은 베어링 플레이트(70')에 대해 고정된다. 하부 베어링 유닛(90)의 반경방향 최내각 부분은 회전 샤프트(78')에 인접하게 위치되지만, 회전 샤프트에 고정되지는 않는다.
전술한 바와 같이, 제1 그룹의 내부 구성요소들은 베어링 플레이트(70')에 고정식으로 고착되는 하우징 인서트(72')을 또한 포함한다. 종래 기술의 분리장치(2')에서와 같이, 하우징 인서트(72')는 세정된 기체를 상기 세정된 기체가 분리된 오일로부터 분리하는 기능을 수행한다. 개선된 분리장치(2')의 하우징 인서트(72')는, 밸브 유닛 하우징(12')의 원통형 입구 부분(211)과 밀봉식으로 직접 연결되는, 세정된 기체를 위한 출구(150')를 또한 제공한다(도 15 참조).
하우징 인서트(72')는 플라스틱 재료의 단일형 몰딩으로 제공된다. 그러나, 이하에서 하우징 인서트(72')를 설명함에 있어서, 인서트는 네 부분, 즉 절두원추 형상을 갖는 외부 디플렉터 벽(264), 원통 형상을 갖는 지지 벽(266), 절두원추 형상을 갖는 분리 루프 부재(268), 및 상기 인서트 출구(150')를 형성하는 출구 부분(270)(특히, 도 27 및 도 28 참조)을 포함하는 것으로 여겨질 것이다.
하우징 인서트(72')의 분리 루프 부재(268)는 절두원추 형상을 가지며, 지지 벽(266) 상에서 지지된다. 분리 루프 부재(268)에는 조립된 분리장치(2')에서 회전자 하우징(4')의 중심축(64')과 일치하는 중심축을 갖는 중심 원형 구멍이 제공된다. 세장형 채널/리세스(272)(도 28 참조)는 분리 루프 부재(268)의 상부 표면에 제공된다. 이러한 채널/리세스(272)는 리세스(272)의 입구(282)로부터 하우징 인서트(72')의 (튜브 형상을 갖는) 출구 부분(270)으로 연장하는 세정된 기체를 위한 유체 통로를 형성한다. 입구(282)는 분리 루프 부재(268)의 상부 원형 주연 모서리(274)의 리세스된 원주방향 부분에 의해 형성된다. 입구(282)는 하우징 인서트(72')의 출구 부분(270)과 대체로 정반대로 대향하여 위치된다. 상기 주연 모서리(274)의 전술한 리세스된 부분은 대략 80°의 원호(280)를 통해 연장하며, 원호는 하우징 인서트 구멍의 상기 중심축상에 중심을 둔다. 대안적인 실시예에서, 유체 통로에 대한 입구는 예컨대 45° 내지 110° 사이의 상이한 원호를 통해 연장하는 상기 주연 모서리(274) 내의 리세스된 부분에 의해 형성될 수 있다. 조립된 분리장치(2')에서, 분리 루프 부재(268)는 단부 플레이트(86')로부터 짧은 거리로만 이격된다. 결과적으로, 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이의 영역(606)으로 유입되는 세정된 기체의 대부분은 단부 플레이트(86')와 상기 주연 모서리(274)의 전술한 리세스된 부분 사이의 공간을 통해 유입되며, 세정된 기체의 비교적 작은 부분만이 상기 주연 모서리(274)의 나머지 부분을 지나 상기 영역으로 유동하는 것으로 믿는다.
따라서, 전체 원주방향 주연 모서리(274)와 단부 플레이트(86') 사이의 공간은 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이의 상기 영역(606)에 대한 입구(610)를 제공하지만, 이 입구(610)의 하나의 길이방향 부분(612)[즉, 채널/리세스(272)에 대한 입구(282)]이 입구(610)의 다른 길이방향 부분보다 더 큰 깊이(613)[즉, 주연 모서리(274)와 단부 플레이트(86') 사이의 더 큰 축방향 공간]를 갖기 때문에, 상기 영역(606)으로 유동하는 세정된 기체의 많은 부분이 더 큰 깊이(613)를 갖는 상기 길이방향 부분(612)을 통해 유동하는 것으로 이해될 것이다. 상기 영역 입구(610)의 나머지 길이방향 부분의 깊이는 그곳을 통과하는 유체의 유동이 최소화되고, 그로 인해 그곳을 통과하는 오일 액적의 통로가 또한 최소화되도록 최소화된다. 나머지 길이방향 부분의 깊이는 더 큰 깊이(613)의 1/10 내지 1/2 사이일 수 있으며, 바람직하게는 상기 더 큰 깊이(613)의 1/3 이다.
분리장치(2')의 사용 동안, 분리장치 디스크 적층체(84')를 빠져나가는 세정된 기체는 회전자 하우징(4')의 원통형 벽의 내부 표면을 따라 나선형 회전 운동으로 하방으로 유동한다. 따라서, 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이의 전술한 영역(606)으로 유입되는 세정된 기체는 회전자 하우징(4')의 중심축(64')에 중심을 둔 회전 소용돌이 움직임으로 유동하는 경향이 있을 것으로 이해될 것이다. 그러나 입구(282)를 통해 상기 영역(606)으로 유입되는 기체 유동은 세장형 리세스(272)의 측벽(276, 278)들에 의해 인서트 출구(150')를 향해 즉시 안내될 것이다. 세정된 기체 유동의 이러한 안내는 리세스 입구(282)를 통한 상기 세장형 리세스(272) 안으로의 상기 기체의 유입 시에 즉각적으로 세정된 기체의 회전 소용돌이 움직임을 줄여주는 것으로 또한 믿는다. 이와 관련하여, 첨부 도면 도 28로부터, 세장형 리세스(272)의 상류측 부분은 만곡형[그에 따라, 리세스(272)의 측벽(276, 278)들은 유체가 초기에 측벽(276, 278)들을 충격함에 따라 바람직한 감압 손실을 실질적으로 최소화하기 위해 소용돌이 입구 유체와 정렬됨]이며, 유체가 리세스(272)를 따라 인서트 출구(150')를 향해 이동함에 따라 점진적으로 직선화되는 것을 볼 것이다. 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이의 영역으로 유입되는 세정된 기체의 대부분에서의 소용돌이 움직임의 즉각적인 감소는 전술한 바와 같은 종래 기술의 분리장치(2)와 비교할 때 분리장치(2')의 이 부분을 통해 유동하는 유체에서 압력 손실을 상당히 줄이는 것으로 믿는다.
입구(282)를 통해 유동하지는 않지만 분리 루프 부재(268)의 주연부를 따르는 다른 위치에서 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이의 영역으로 유입되는 세정된 기체는 세장형 리세스(272)에 의해 수용될 때까지 소용돌이 움직임으로 상기 영역을 통해 유동하는 경향이 있는 것으로 이해될 것이며, 여기서 반경방향 외측 측벽(276)은 특히 인서트 출구(150')를 향해 유체를 안내하며 상기 유체의 소용돌이 움직임을 또한 줄여주는 것으로 믿는다.
원통형 지지 벽(266)은 분리 루프 부재(268) 내의 중심 원형 구멍과 동심으로 배열되며 분리 루프 부재(268)의 저면으로부터 하방으로 돌출한다. 지지 벽(266)의 직경은 분리 루프 부재(268)의 주연 모서리(274)의 직경보다 작다. 조립된 분리장치(2')에서, 지지 벽(266)의 하부 하방으로 대면하는 원형 모서리(450)(도 27 참조)는 베어링 플레이트와의 사이의 이음매에서 베어링 플레이트(70')와 맞닿는다. 따라서, 지지 벽(266)은 베어링 플레이트(70') 상에서 분리 루프 부재(268)를 지지하고 베어링 플레이트(70')에 대한 분리 루프 부재(268)의 정확한 축방향 위치를 보장한다. 지지 벽(266)에는 체결구(74')를 나사식으로 수용하기 위한 리세스를 각각 갖는 복수의 원통형 보스(452)가 또한 제공된다. 조립된 분리장치(2')에서, 각각의 체결구(74')는 베어링 플레이트(70') 아래쪽으로부터 베어링 플레이트(70') 내의 구멍을 통해 상기 보스(452)들 중 하나의 안으로 연장한다. 이러한 방식으로, 하우징 인서트(72')는 베어링 플레이트(70')에 고정식으로 고착된다.
지지 벽(266)의 하부 하방으로 대향하는 원형 모서리(450)에는 상기 모서리(450)를 따라 다양한 위치에서 배치되는 복수의 구멍/리세스(454)가 제공된다. 특히, 도 27 및 도 34로부터 보는 바와 같이, 리세스(454)는 조립된 분리장치(2')의 사용 동안 유체가 유동할 수 있는 공간을 지지 벽(266)과 베어링 플레이트(70') 사이에서 제공한다. 구체적으로, 분리장치(2')의 사용 동안, 베어링 플레이트(70')를 따라 회전자 하우징(4')의 원통형 벽으로부터 반경방향 내측으로 유동하는 분리된 오일은 복수의 리세스(454)를 통과한다. 세정된 기체의 부분은 (당업자에게 이해되는 바와 같이) 베어링 플레이트(70')의 상부 표면을 가로질러 반경방향 내측으로 또한 유동하며, 이 유체는 복수의 리세스(454)를 통해 또한 유동한다. 유체의 이러한 유동은 도 34에서 화살표(188')로 지시된다.
외부 디플렉터 벽(264)은 분리 루프 부재(268)의 주연 모서리(274)로부터 하방으로 연장한다. 디플렉터 벽(264)은 조립된 분리장치(2')에서 분리 루프 부재(268)로부터 베어링 플레이트(70')를 향해 하방 방향으로 발산하는 절두원추 형상을 갖는다. 디플렉터 벽(264)의 직경은 그의 상부 단부에서[따라서, 분리 루프 부재(268)의 주연 모서리(274)의 직경], 분리장치 디스크 적층체(84')의 외부 직경과 실질적으로 동일하다. 디플렉터 벽(264)의 절두원추 형상으로 인해, 디플렉터 벽(264)은 하방 방향으로 이동할 때 회전자 하우징(4')의 대체로 원통형 벽으로 수렴한다. 따라서, 디플렉터 벽(264)과 회전자 하우징(4') 사이의 유동 통로의 단면적은 유동 방향(즉, 하방 방향)으로 감소한다. 디플렉터 벽(264)의 하부 자유 단부(608)는 회전자 하우징(4')의 원통형 벽으로부터 이격되고, 2mm 내지 200mm 사이, 바람직하게는 14mm의 거리(456)로 베어링 플레이트(70') 위쪽에 위치된다. 회전자 하우징(4') 및 베어링 플레이트(70')로부터의 외부 디플렉터 벽(264)의 이러한 이격은, 분리된 오일(또는 다른 분리된 재료) 및 [제1 영역 입구(610)로 유입되지 않은] 세정된 기체가 회전자 하우징(4')의 원통형 벽을 따라 하방으로 그리고 디플렉터 벽(264)(자유 단부를 포함)을 지나 베어링 플레이트(70')를 따라 반경방향 내측으로 유동하는 것을 허용한다. 이렇게 함으로써, 분리된 오일 및 세정된 기체는 하우징 인서트(72')의 대향 측 상의 제2 영역(614)을 통해 제1 유동 영역(606)으로 유동한다.
또한, 절두원추 형상으로 인해, 외부 디플렉터 벽(264)은 하방 방향으로 이동할 때 원통형 지지 벽(266)으로부터 발산한다. 외부 디플렉터 벽, 분리 루프 부재(268) 및 원통형 지지 벽(266)은 개방 하부 단부를 구비한 대체로 환형 형상의 공동(458)(도 34 참조)을 형성한다. 분리된 오일이 리세스(272)의 입구(282)를 지나 회전자 하우징(4')을 따라 하방으로 유동하고, 유체의 재순환으로 인해 후속적으로 상방으로만 유동하며, 그로 인해 상기 입구(282)로 유동하여 세정된 기체가 오염될 가능성을 줄이도록 배열된다.
더욱 구체적으로, 회전자 하우징(4')과 디플렉터 벽(264)의 상부 단부 사이의 비교적 큰 이격은 이러한 특징부들 사이로 분리된 오일이 쉽게 유입되는 것을 허용하며, 디플렉터 벽(264)의 하부 자유 단부에서의 이러한 특징부들 사이의 비교적 작은 이격은 분리된 오일이 상기 자유 단부와 회전자 하우징(4') 사이에서 상방으로 재순환되거나 튈 수 있는 편의성을 감소시킨다. 또한, 베어링 플레이트(70')의 반경방향 외부 주연부에 인접한 유체의 임의의 재순환은 분리된 오일을 전술한 공동(458)으로 유동시키는 경향이 있을 것이다. 예를 들어, 분리된 오일은 원통형 지지 벽(266)의 반경방향 외부 표면을 따라 상방으로, 분리 루프 부재(268)의 저면을 따라 외측으로, 그리고 디플렉터 벽(264)의 반경방향 내부 표면을 따라 하방으로 유동할 수 있다. 적절한 때에, 오일은 중력의 작용으로 공동(458)으로부터 베어링 플레이트(70') 상으로 낙하하게 될 것이다. 이러한 재순환 유동 통로는 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이의 영역으로 유동하는 세정된 기체의 오염의 위험성이 있는 방식으로 분리된 오일을 상방으로 유동시키지 않을 것으로 이해될 것이다. 따라서, 세정된 기체가 영역(606) 입구[즉, 분리 루프 부재(268)와 단부 플레이트(86') 사이로의 입구]를 지나 베어링 플레이트(70')를 향해 일단 유동하면, 상기 입구를 향해 상류측으로 돌아가는 임의의 후속적인 재순환은 재순환된 기체(및 그에 수반된 오일 액적)는 디플렉터 벽(264)에 의해 상기 영역(606)으로 유입되는 것을 방지하여, 상기 입구로부터 상기 재순환된 기체를 효과적으로 분리한다(즉, 분리를 유지시킨다).
하우징 인서트(72')의 출구 부분(270)은 분리 루프 부재(268)의 상부 표면으로 개방[더욱 구체적으로, 세정된 기체를 수용하기 위해 리세스(272) 안으로 개방]하고, 지지 벽(266) 및 외부 디플렉터 벽(264)을 통해 대체로 반경방향 외측 방향으로 연장하는 원통형 튜브 요소로써 제공된다. 특히 첨부 도면 도 13 및 도 14로부터 분명한 바와 같이, 출구 부분(270)은 지지 벽(266)의 하방으로 대향하는 모서리 위쪽에 배치된다. 따라서, 조립된 분리장치(2')에서, 출구 부분(270)은 유체가 출구 부분(270) 아래쪽에서 유동할 수 있도록 베어링 플레이트(70') 위쪽에 위치된다. 유리하게, 분리된 오일은 출구 부분(270) 아래쪽에서 유동할 수 있고, 그에 따라 분리된 오일이 하우징 인서트(72')의 리세스(272) 안으로 유동하는 세정된 기체를 쉽게 오염시킬 수 있는 분리 루프 부재(268)의 주연 모서리(274)를 향해 출구 부분(270)의 외측 표면으로 상승하지 않는다. 리세스(272)로 개방하는 단부에 대해 원위인 출구 부분(270)의 자유 단부에는 베어링 플레이트(70')와 맞닿기 위해 상기 자유 단부의 최하부 부분으로부터 하방으로 돌출하는 지지 요소(460)가 제공된다. 이러한 방식으로, 지지 요소(460)는 베어링 플레이트(70')와 출구 부분(270) 사이에서 최소의 이격을 유지하도록 보조하며, 베어링 플레이트(70')가 출구 부분(270)의 자유 단부에 대한 지지를 제공하도록 허용한다.
조립 동안, 분리장치(2')는 종래 기술의 분리장치(2')와 관련하여 전술한 것과 유사한 방식으로 터빈 케이싱(미도시)에 고정된다. 구체적으로, 개선된 분리장치(2')는 4개의 나사식 체결구(미도시)에 의해 터빈 케이싱에 고정되며, 각각의 나사식 체결구는 회전자 하우징(4)의 하부 단부와 일체형인 4개의 보스(284) 중 서로 다른 하나를 통과한다(특히, 도 18 및 도 29 참조).
종래 기술의 분리장치(2)의 경우에서와 같이, 당업자는 회전자 하우징(4')과 터빈 케이싱이 서로 체결될 때, 베어링 플레이트(70')[및, 그에 따라 제1 및 제2 그룹의 모든 구성요소]가 베어링 플레이트(70')를 하방으로 대향하는 견부(148')와 맞닿게 가압하는 터빈 케이싱으로 인해 회전자 하우징(4')에 대한 요구되는 위치에서 유지되는 것으로 이해할 것이다. 베어링 플레이트(70')는 4개의 보스(284)를 통해 연장하는 나사식 체결구에 의해 회전자 하우징(4')과 터빈 케이싱(178') 사이에서 본질적으로 클램핑된다. 나사식 체결구들이 조여지고 그 결과 베어링 플레이트(70')가 견부(148')와 맞닿음에 따라, O-링 시일(262)은 상기 견부(148')에서 연계된 리세스(260) 내에서 가압되며, 제2 나선형 압축 스프링(130')은 상부 베어링 유닛(50')에 의해 압축된다.
개선된 분리장치(2')의 작동 중에, 터빈 케이싱 내의 노즐(미도시)은 화살표(134')로 지시된 방향으로 터빈 휠을 회전시키기 위해 오일의 제트를 터빈 휠(136') 상으로 유도한다(도 29 및 도 34 참조). 터빈 휠의 이러한 회전은 회전자 하우징(4')의 중심축(64') 주위에서 화살표(134') 방향으로 회전자 조립체 전체의 회전을 구동한다. 환언하면, 회전 샤프트(78'), 상부 회전자 디스크(80'), 분리장치 디스크(82')의 적층체(84'), 팬 디스크(240), 단부 플레이트(86'), 스플래시 가드 디스크(242), 및 합체된 팬 및 터빈 유닛(88')(즉, 총체적으로 본원에서 회전자 조립체로 칭함)은 상기 하우징(4') 및 베어링 플레이트(70'), 하우징 인서트(72'), 및 터빈 케이싱에 대해 회전자 하우징(4') 내에서 단일형 조립체로써 함께 회전한다.
엔진 케이싱으로부터 환기되어 분리장치(2')에 의한 처리가 필요한 기체는 회전자 하우징(4')의 상부에 위치된 유체 입구(8')를 통해 분리장치(2') 안으로 도입된다. 도 34에서 화살표(68')로 지시된 바와 같이, 입구 기체는 중심축(64')과 평행하고 그와 일직선인 방향으로 회전자 하우징(4')으로 유입되며, 상부 회전자 디스크(80')의 12개의 스포크(116')를 지나 회전자 조립체의 입구(600)로 유동하기 전에 상부 베어링 유닛(50') 내의 3개의 슬롯(66')을 통해 유동한다. 12개의 스포크(116')의 회전 움직임은 상기 스포크들 사이에 위치된 유체의 측방향 움직임을 또한 야기하며, 상기 유체는 스포크(116')의 원형 경로로부터 접선 방향으로 이동하고 회전자 하우징(4)의 원통형 벽을 향해 외측으로 효과적으로 보내진다. 본질적으로, 12개의 스포크(116')는 입구 기체에 원통형 움직임을 부여한다.
입구 기체는 분리장치 디스크(82') 및 상부 회전자 디스크(80')의 스포크(116', 126')를 통해 하방으로 유동하며, 도 34에 화살표(184')로 도시된 바와 같이, 기체는 인접한 분리장치 디스크(82')들 사이의 공간(602)을 통해 회전자 하우징(4')의 원통형 벽을 향해 측방향으로 이동된다. 이러한 경로에 뒤이어, 유체 유동의 방향이 90°를 초과하여 변경된다.
인접한 분리장치 디스크(82')들의 반경방향 최외각 원주방향 모서리들 사이의 공간(604)은 총체적으로 회전자 조립체로부터의 출구를 나타내는 것으로 이해될 것이다.
당업자는, 오일 액적(186')이 함께 수집되는 경향이 있으며 분리장치 디스크를 가로질러 이동함에 따라 더 큰 액적을 형성하며 회전자 하우징(4')의 원통형 벽으로 보내진다는 것을 또한 이해할 것이다. 상기 원통형 벽에 의해 일단 수용되면, 오일 액적(186')은 중력의 작용하에서 베어링 플레이트(70') 상으로 하방으로 진행하는 경향이 있다. 분리장치 적층체(84')의 최외각 원주방향 모서리는 오일 액적이 상기 베어링 플레이트(70') 상으로 방해받지 않고 하방으로 진행할 수 있도록 회전자 하우징(4')의 원통형 벽으로부터 충분히 내측으로 이격된다. O-링 시일(262)은 오일 액적이 베어링 플레이트(70')와 회전자 하우징(4') 사이에서 유동할 수 없도록 보장한다.
당업자는, 회전자 조립체의 회전 움직임으로 인해, 회전자 하우징(4') 내의 유체 압력은 베어링 플레이트(70') 및 하우징 인서트(72')의 루프 부재(268) 및 지지 벽(266)에 의해 둘러싸인 영역에서보다 베어링 플레이트(70') 및 분리장치 디스크 적층체(84')의 주연 모서리에서 더 크다는 것을 이해할 것이다. 결과적으로, 회전자 하우징(4')의 원통형 벽을 따라 하방으로 그리고 베어링 플레이트(70')를 따라 반경방향 내측으로 세정된 기체의 유동이 존재하는 경향이 있다. 이러한 유체 유동은 분리된 오일 액적을 원통형 벽을 따라 하방으로 아래쪽의 베어링 플레이트(70) 상으로, 그 다음으로 하우징 인서트(72')의 지지 벽(266) 내의 구멍을 통해 베어링 플레이트(70')를 따라 반경방향 내측으로 밀어내는 경향이 있다. 이러한 기체 유체 유동은 화살표(188')로 지시된다(도 34 참조). 기체 유체 유동은 하우징 인서트(72') 내의 중심 원형 구멍을 향해 베어링 플레이트(70')의 상부 표면을 가로질러 반경방향 내측으로 이동한다. 베어링 플레이트(70')를 가로지르는 이러한 유동은 분리된 오일 액적을, 상기 오일 액적이 통과하는 하부 베어링 유닛(90')을 향해 베어링 플레이트(70)를 가로질러 밀어내는 경향이 있다. 합체된 팬 및 터빈 유닛(88')의 회전하는 팬 블레이드(140')는 하부 베어링 유닛(90')을 통해 오일 액적을 견인하기 위해 하부 베어링 유닛(90')의 영역에서 [사용 동안 회전자 하우징(4')이 부착되는] 터빈 케이싱 내의 정압을 낮추는 경향이 있다. 그러면, 팬 블레이드(140')는 상기 액적이 엔진 크랭크 케이싱으로 복귀될 수 있는 터빈 케이싱 안으로 상기 액적을 반경방향 외측으로 보낸다. 한편, 베어링 플레이트(70')를 가로질러 유동하는 기체상태의 유체는 단부 플레이트(86')와 팬 디스크(240) 사이를 반경방향 외측으로 지나가기 위해 하우징 인서트(72')의 중심 구멍을 통해 상방으로 견인된다. 그러면, 기체상태의 유체는 하우징 인서트(72')에 밀봉식으로 연결된 밸브 유닛 하우징(12')의 상기 원통형 부분(211)을 통해 유동하고, 하우징 인서트 출구(150') 및 회전자 하우징 출구(10')를 통과함으로써 회전자 하우징(4')을 빠져나갈 수 있다.
첨부 도면을 참조하면, 베어링 플레이트(70')의 상부 표면을 넘어 하우징 인서트(72')의 지지 벽(266) 내의 구멍을 통해 유동하는 것은 물론, 세정된 기체의 일부는 하우징 인서트(72')의 분리 루프 부재(268)의 상면과 단부 플레이트(86')의 저면 사이의 대안적인 루트를 통해 상기 원통형 부분(211)으로 유동하는 것으로 또한 이해될 것이다. 이러한 대안적인 루트는 화살표(190')로 지시된다.
종래 기술의 분리장치(2)에서와 같이, 개선된 분리장치(2')의 하부 베어링 유닛(90')을 통한 오일의 유동은 베어링 유닛에 대한 이로운 윤활 효과를 갖는 것으로 이해될 것이다. 상부 베어링 유닛(50')은, 터빈 케이싱 내에서 자연적으로 발생하고 회전 샤프트(78')를 통해 연장하는 종방향 유동 통로(92')를 통해 상부 베어링 유닛(50')으로 상방으로 전달되는 오일 박무에 의해 이와 유사하게 윤활된다.
전술한 종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치(2) 또는 개선된 분리장치(2')는 첨부 도면 도 35에 도시된 바와 같이 회전 샤프트(78')의 회전을 위한 대안적인 수단을 포함할 수 있다. 도 35를 참조하면, 전술한 팰톤 휠 터빈이 브러시리스 전기 모터(380)로 교체되어 있으며, 그의 회전자(382)는 베어링 플레이트(70") 아래쪽의 회전 샤프트(78")의 하부 단부에 고정되어 있는 것을 볼 것이다. 전기 모터(380)는 도 35에서 종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치(2)를 구동하는 것으로 도시된다. 그러나, 당업자가 이해하게 될 바와 같이, 도 35에 도시된 전기 모터 구동 배열체는 전술한 개선된 분리장치(2')와 관련하여 또한 사용될 수 있다.
도 35를 참조하면, 전기 모터 구동 배열체의 전기 모터(380)는 [도 35에 그중 하나만 도시된] 복수의 스크루 나사식 체결구(180')에 의해 회전자 하우징(4)에 고정된 하우징(384) 내에 위치되는 것을 볼 것이다. 모터 하우징(384)은 적절한 체결 수단으로 서로 고정된 상부 및 하부 부재(386, 388)로 구성되고, 상부 및 하부 부재 사이의 인터페이스에는 O-링 시일(390)이 위치된다. O-링 시일(390)은 분진, 물 및/또는 하우징(384)의 외부에 위치된 외부 물질의 하우징(384) 내의 공간으로의 바람직하지 않은 누출을 방지한다. 이러한 방식으로, (인쇄 회로 기판 및/또는 다른 회로들)을 포함하는 전자적 구성요소들은 손상 및 후속적인 오작동을 야기할 수 있는 물질로부터 격리된다.
하우징(384)의 상부 부재(386)에는 상기 상부 부재(386) 내의 중심 구멍을 형성하는 하방으로 돌출하는 원통형 벽(392)이 제공된다. 원통형 벽(392)은 조립된 분리장치 내의 회전 샤프트(78")와 동심으로 위치하도록 배열된다. 디플렉터 와셔(139")는 써클립(404")에 의해 회전 샤프트(78") 상에 보유된다. 그에 따라, 디플렉터 와셔(139')는 종래 기술의 ALFDEX ™ 분리장치(2)에서와 같이 하부 베어링 유닛의 반경방향 내측 베어링 레이스를 상방으로 가압한다. 디플렉터 와셔(139")는 원통형 벽(392)으로부터 반경방향으로 이격된 반경방향 외부 주연 모서리를 가짐으로써, 그 사이로 오염된 오일의 통과를 허용한다.
(절두원추 형상을 갖는) 모터 하우징(384)의 추가적인 분리 부재(394)의 상부 단부는 상부 부재(386)의 원통형 벽(392)의 하부 단부에 위치되고 그에 밀봉된다. 원통형 벽(392)과 절두원추형 부분(394) 사이의 시일은 폐쇄 루프 형상을 형성하며 추가적인 O-링 시일(396)에 의해 제공된다. (상부 단부보다 더 큰 직경을 갖는 절두원추형 부분(394)의 하부 단부는 추가적인 O-링 시일(398)에 의해 모터 하우징(384)의 하부 부재(388)에 대해 밀봉된다. 이 시일은 폐쇄 루프 형상을 또한 형성한다.
*따라서, 절두원추형 부분(394)의 일측에서, 상기 부분(394) 및 하부 부재(388)는 전기 모터(380)가 위치되고 회전 샤프트(78")의 하부 단부가 연장하는 공간을 형성한다. 절두원추형 부분(394)의 타측에서, 상기 부분(394) 및 상부 부재(386)와 하부 부재(388)의 나머지 부분은 전력 및 제어 신호를 전기 모터(380)에 공급하는 전자/전기 구성요소[예컨대, 인쇄 회로 기판(408)]들이 수용되는 전체적으로 둘러싸이고 밀봉된 공간/격실(406)을 형성한다. 격실(406)은 모터 하우징(384)의 외부로부터는 물론 전기 모터(380)가 위치되는 공간으로부터도 밀봉된다. 따라서, 분리장치의 사용 중에, 이 공간을 통해 유동하는 오염된 오일은 전자/전기 구성요소들에 대한 액세스 및 상기 구성요소들에 대해 손상을 야기하는 것이 방지된다.
또한, 절두원추형 부분(394)에는 [전기 모터(380)와 상기 전기 공급/제어 구성요소들을 연결하는] 전기 리드(410)가 연장하고 상기 리드가 밀봉되는 구멍(미도시)이 제공된다.
분리장치의 외부에 위치된 (예컨대, 분리장치가 사용되는 차량과 연계된) 하나 이상의 전기 리드(미도시)가 격실(406) 내에 수용된 상기 전기 공급/제어 구성요소들에 연결되는 것을 허용하기 위해, 커넥터(412)는 모터 하우징(384) 내의 구멍(414)을 통해 또한 연장한다. 환언하면, 전기 리드 또는 리드들에는 커넥터(412)와의 기계적 및 전기적 연결을 위한 플러그가 제공될 수 있다. 리드 또는 리드들은 전기 모터 구동 배열체를 위한 전력 및/또는 제어 신호를 전송할 수 있다. 커넥터(412)는 격실(406)로의 외부 물질의 바람직하지 않은 침투를 방지하기 위해 하우징(384)에 밀봉된다.
격실(406)은 분리장치의 회전자 조립체와 동심인 대체로 환형 형상을 갖지만, 격실(406)은 다른 형상을 가질 수 있는 것으로 이해될 것이다.
전기 모터(380)의 고정자(400)은 모터 하우징(384)의 하부 부재(388)에 고정된다. 원통형 벽(392)으로 밀봉하는 상기 절두원추형 부분(394)의 반경방향 내측 부분은, 전기 모터(380)의 고정자(400)의 최내각 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 구멍을 형성한다.
도 35의 전기 모터 구동 배열체가 구비된 분리장치의 사용 동안, 전기의 공급부는 회전자(382)를 작동시키고 그로 인해 회전 샤프트(78")를 회전시키기 위해 브러시리스 전기 모터(380)에 연결된다. 앞서 설명된 바와 같이, 분리된 오일은 회전자 하우징(4)으로부터 하방으로 하부 베어링 유닛(90)을 통해 지나간다. 도 35의 전기 모터 구동 배열체가 구비된 분리장치에서, 이러한 분리된 오일은 하부 베어링 유닛으로부터 모터 하우징(384)의 내부로, 더욱 구체적으로는 상부 하우징 부재(386)의 원통형 벽(392) 내부의 공간으로 방출된다. 그 다음, 분리된 오일은 전기 모터(380)의 회전자(380)를 통과하고 하부 하우징 부재(388)에서 전기 모터(380) 아래쪽에 위치된 포트(402)를 통해 모터 하우징(384)을 빠져나간다. 회전자(382)[또는 회전자(382)와 고정자(400) 사이의 공간]를 통과하고 상기 회전자(382) 및 고정자(400)와 접촉하게 되는 오일은, 고정자(400)의 전기 리드가 에폭시 래커층에 의해 도포되어 있기 때문에 전기 모터(380)의 작동에 악영향을 주지 않는다.
추가적으로, 개선된 분리장치(2')의 제조, 특히 회전자 하우징(4')으로의 상부 베어링 유닛(50')의 조립과 관련하여, 이제 첨부 도면 도 37 내지 도 41을 참조한다. 이 도면들은 베어링 플레이트(70')가 회전자 하우징(4')의 하부 단부 견부(148')와 맞닿아 조립될 때 상부 베어링 유닛(50')을 회전자 하우징(4')에 하부 베어링 유닛(90')과 축방향으로 정렬되는 위치에서 스핀 용접하는 공정을 도시한다. 조립 공정은 상기 하우징(4')의 사출 성형에 뒤이은 회전자 하우징(4')의 뒤틀림으로부터 기인한 기하학적 형상의 변형에도 불구하고 상부 및 하부 베어링 유닛(50', 90')의 축방향 정렬을 보장한다.
스핀 용접 지그(500)를 사용하는 공정은 고정자 부분(502) 및 고정자 부분(502)에 회전가능하게 장착된 회전자 부분(504)을 포함한다. 고정자 부분(502)은 베어링 플레이트(70')와 동일한 직경을 갖는 원형 디스크(506)를 포함한다. 원형 디스크(506)의 기하학적 형상은 상기 원형 디스크(506)가 (도 40에 도시된 바와 같이) 조립된 분리장치(2')에서 베어링 플레이트(70')와 동일한 방식으로 회전자 하우징(4')과 맞닿아 위치되도록 허용한다. 회전자 부분(504)은, 원형 디스크(506)의 중심을 통해 연장하고 상기 원형 디스크(506)에 수직으로 배향되는 샤프트(508)를 포함한다. 샤프트(504)는 베어링 조립체(미도시)에 의해 원형 디스크(506)에 대해 장착된다.
샤프트(508)의 일단부에는 상부 베어링 유닛(50')을 수용하기 위한 헤드(510)가 제공된다. 헤드(510)는 고정자 부분(502)의 원형 디스크(506)와 동심인 원형 디스크로써 제공되며 회전자 부분(504)이 회전하는 축상에 중심을 둔다. 헤드(510)의 직경은 상부 베어링 유닛(50')의 하방으로 돌출하는 원통형 벽(58')의 반경방향 내측 표면의 직경과 본질적으로 동일하다. 이러한 방식으로, 상부 베어링 유닛(50')의 원통형 벽(58')은 상부 베어링 유닛(50')과 샤프트(508) 사이의 측방향 움직임이 거의 없거나 없는 상태로 헤드(510) 주위에 위치될 수 있다. 상부 베어링 유닛(50')과 샤프트(508) 사이의 상대적 회전 움직임은 헤드(510)의 원형 디스크로부터 수직한 돌출부(512)에 의해 방지된다. 헤드(510)는, 서로 동일하고 샤프트(508)의 회전축 주위에서 등간격인 3개의 돌출부(512)를 포함한다. 돌출부(512)는 각각 부분 원 형상이며 상부 베어링 유닛(50')의 부분 원형 슬롯(66') 내에 위치되도록 배치 및 크기설정된다. 돌출부(512)는 상기 슬롯(66')과 실질적으로 동일한 크기 및 형상이며, 그로 인해 돌출부(512)가 상기 슬롯(66)에 의해 수용될 때 샤프트(508)의 헤드(510)에 대한 상부 베어링 유닛(50')의 회전 움직임이 실질적으로 방지된다(특히, 도 37 및 도 38 참조).
헤드(501)가 제공된 단부에 대해 원위인 샤프트(508)의 제2 단부에는 회전자 부분(504)을 고정자 부분(502)에 대해 회전자 부분(504)의 회전 움직임을 구동하는 모터에 연결하기 위한 수단(514)이 제공된다.
상부 베어링 유닛(50')이 헤드(510) 상에 위치된 상태의 스핀 용접 지그(500)가 첨부 도면 도 39에 도시된다. 상부 베어링 유닛(50')이 헤드(510) 상에 위치된 상태로, 샤프트(508)와 상부 베어링 유닛(50')은 도 40에 도시된 바와 같이 회전자 하우징(4') 안으로 삽입된다. 원형 디스크(506)는 회전자 하우징(4')의 하부 견부(148')와 맞닿아 위치된다. 더욱 구체적으로, 원형 디스크(506)의 (데이텀 표면을 형성하는) 반경방향 최외각 원주방향 모서리 표면(634)은 회전자 하우징(4')의 하부 개방 단부를 둘러싸는 원통형 내측 표면(632)과 맞닿아 정합된다. 이러한 방식으로, 회전자 하우징(4')에 대한 상부 베어링 유닛(50')의 측방향 위치설정이 결정된다. 스핀 용접 지그(500)가 회전자 하우징(4') 내에 이러한 방식으로 위치됨으로써, 회전자 부분(504)의 회전축은 회전자 하우징(4')의 전술한 중심축(64')과 일치한다.
상부 베어링 유닛(50')이 상기 베어링 유닛(50')이 회전자 하우징(4')의 상부 부분으로부터 이격되는 제1 위치로부터 베어링 유닛(50')이 회전자 하우징(4') 상에 제공된 리지(238)와 맞닿아 가압되는 제2 위치로 이동할 수 있도록, 회전자 부분(504)은 축방향으로 고정자 부분(502)에 대해 이동가능하게 배열될 수 있다(도 34 참조). 회전자 하우징(4')에 대한 상부 베어링 유닛(50')의 조립 동안, 회전자 하우징(4')은 고정되어 유지되며, 이때 고정자 부분(502)의 원형 디스크(506)는 회전자 하우징(4')의 하부 견부(148')와 맞닿아 위치되고, 회전자 부분(504)은 스핀/회전하는 상부 베어링 유닛(50')이 상기 리지(238)와 접촉하게 되도록 비교적 고속으로 회전되며 회전자 하우징(4') 안으로 축방향으로 더욱 이동된다. 스핀하는 상부 베어링 유닛(50')은 마찰열을 생성하여 상부 베어링 유닛(50')과 리지(238)의 플라스틱 재료의 맞닿음 표면을 용융하기 위해 리지(238)에 대해 강제로 가압된다. 베어링 유닛(50')을 리지(238)에 대해 가압하면서, 샤프트(508)의 회전 움직임은 용융 플라스틱 재료가 냉각됨에 따라 베어링 유닛(50')과 리지(238)가 서로 결합될 수 있도록 신속하게 감속 및 정지된다. 따라서, 상부 베어링 유닛(50') 및 회전자 하우징(4')은 서로 스핀 용접된다.
회전자 하우징(4')은 스핀 용접 공정 동안 회전자 하우징(4') 내의 보스(284)를 통해 원통형 장착 블록(516) 안으로 연장하는 스크루 나사식 체결구에 의해 고정되어 유지될 수 있다(도 40 참조).
상부 베어링 유닛(50')이 회전자 하우징(4')에 고정되면, 스핀 용접 지그(500)는 회전자 하우징(4')으로부터 제거될 수 있다. 상부 베어링 유닛(50')은 첨부 도면 도 41에 도시된 바와 같이 정확하게 배치된 채로 남겨지고 회전자 하우징(4')에 고정된다. 상부 베어링 유닛(50')은 회전자 하우징(4')의 하부 원형 견부(148')에 대해 중심인 위치에 위치되는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 분리장치(2')의 내부 구성요소들이 하우징(4') 내에 위치되어 있을 때, 상기 견부(148')에 대한 베어링 플레이트(70')의 맞닿음은 하부 베어링 유닛(90')이 상기 견부(148')와 중심으로 또한 위치되는 것을 보장한다. 그에 따라, 상부 및 하부 베어링 유닛(50', 90')은 사출 형성에 뒤이은 회전자 하우징(4')의 임의의 이전의 뒤틀림에도 불구하고 축방향으로 정렬된다.
개선된 분리장치의 융통성은 다른 분리장치 시스템에서 상호교환가능한 특정 모듈/구성요소들로 인해 종래 기술의 분리장치(2)와 비교할 때 개선된다(도 36 참조). 상이한 밸브 유닛(14')(즉, 상이한 모듈의 다른 유형의 버전)을 수용하는 회전자 하우징(4')의 능력(즉, 모듈의 하나의 특정 유형)은 이미 앞서 설명되었다. 이러한 모듈형 접근법은 다른 모듈/구성요소들과의 연결/인터페이스를 위한 동일한 특징부를 갖는 주어진 형태의 모듈/구성요소[예컨대, 밸브 유닛(14')]의 상이한 버전에 의해 달성된다. 예시적으로, 분리장치 시스템은 밸브 유닛의 여러 개의 서로 다른 버전 중 하나를 잠재적으로 사용할 수 있는데, 이는 밸브 유닛이 많은 다른 양태에서 상이할 수 있을지라도 이러한 서로 다른 버전들에 회전자 하우징(4')과의 정합을 허용하는 공통적인 특징부들이 제공되기 때문이다. 도 36에 제공된 표는 분리장치 시스템의 서로 다른 구성요소들/모듈들이 어떻게 구성요소/모듈을 선택적으로 구비하거나 또는 구성요소/모듈의 상이한 버전을 위해 교환되는지를 도시한다.
본 발명은 전술한 구체적인 실시예들로 제한되지 않는다. 대안적인 배열체 및 적절한 재료들은 본 발명의 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (22)

  1. 기체 또는 액체와 같은 서로 다른 밀도의 물질의 유동가능한 혼합물을 분리하기 위한 기체 세정 분리장치(2')로써,
    내부 공간을 형성하는 하우징(4')과,
    상기 물질의 혼합물에 회전 운동을 부여하기 위한 회전자 조립체(78", 84')로써, 상기 회전자 조립체(78", 84')는 상기 내부 공간에 위치되며 하우징(4')에 대해 축(64') 주위에서 회전가능하고, 회전자 조립체는 상기 물질의 혼합물을 수용하기 위한 입구(600), 사용 동안 회전자 조립체로부터 상기 물질이 방출되는 출구(604), 및 입구(600)와 출구(604) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위한 유동 통로(602)를 포함하는 회전자 조립체(78", 84')를 포함하며, 상기 분리장치(2')는 상기 회전자 조립체(78", 84')를 회전시키기 위한 전기 모터(380), 및 사용 중에 상기 물질의 혼합물로부터 분리된 물질을 수용하기 위해 전기 모터(380)를 통과하는 유체 통로를 더 포함하는, 기체 세정 분리장치(2')에 있어서,
    전기 모터(380)를 통과하는 상기 유체 통로는 전기 모터(380)의 회전자(382) 및 고정자(400)에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 상기 유체 통로 내에 위치된 전기 리드는 절연 재료 내에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는
    기체 세정 분리장치(2').
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 통로는 전기 모터(380)의 회전자(382)와 고정자(400) 사이의 공간을 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전자(382)는 회전자 조립체(78", 84')에 연결되는
    기체 세정 분리장치(2').
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 재료는 상기 고정자(400)의 전기 리드를 덮는 층으로써 제공되는
    기체 세정 분리장치(2').
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 절연 재료는 에폭시 래커를 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전기 모터는 전기 모터(380)를 통과하는 상기 유체 통로로부터 밀봉된 하나 이상의 전자적 구성요소를 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    분리장치(2')는 전기 모터(380)가 위치되는 하우징(384)을 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기 모터 하우징(384)은 회전자 조립체(78", 84')가 위치되는 하우징(4')에 연결되고 그로부터 분리가능한
    기체 세정 분리장치(2').
  9. 제7항에 있어서,
    전기 모터 하우징(384)은, 전기 모터(380)의 전자적 구성요소(408)들이 위치되며 상기 유체 통로로부터 밀봉된 격실을 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  10. 제9항에 있어서,
    상기 격실은 조립된 분리장치(2')에서 상기 회전자 조립체(78", 84')와 동심인 대체로 환형 또는 부분 환형 형상을 갖는
    기체 세정 분리장치(2').
  11. 제10항에 있어서,
    상기 격실은 상기 전기 모터 하우징(384) 및 상기 하우징(384)과 분리형이며 그에 밀봉된 부재(394)에 의해 둘러싸이는
    기체 세정 분리장치(2').
  12. 제11항에 있어서,
    상기 부재(394)는 대체로 환형 또는 절두원추 형상인
    기체 세정 분리장치(2').
  13. 제11항에 있어서,
    상기 부재(394)는 상기 회전자 조립체(78", 84')와 동심으로 배열되는
    기체 세정 분리장치(2').
  14. 제12항에 있어서,
    상기 부재(394)의 반경방향 내측 부분은 폐쇄 루프를 따라 상기 전기 모터 하우징(384)에 밀봉되며, 상기 부재(394)의 반경방향 외측 부분은 추가적인 폐쇄 루프를 따라 상기 전기 모터 하우징(384)에 밀봉되는
    기체 세정 분리장치(2').
  15. 제14항에 있어서,
    상기 부재(394)의 반경방향 내측 부분은 조립된 분리장치에서 상기 회전자 조립체(78", 84')가 연장하는 상기 전기 모터 하우징(384)의 대체로 원통형 부분(392)에 밀봉되는
    기체 세정 분리장치(2').
  16. 제14항에 있어서,
    상기 부재(394)의 반경방향 내측 부분은 전기 모터(380)의 고정자(400)의 최내각 직경보다 작거나 실질적으로 그와 동일한 직경을 갖는 구멍을 형성하는
    기체 세정 분리장치(2').
  17. 제11항에 있어서,
    상기 부재(394)에는 전기 리드가 연장하고 상기 리드가 밀봉되는 적어도 하나의 구멍이 제공되는
    기체 세정 분리장치(2').
  18. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자적 구성요소는 전기 모터(380)의 작동을 제어하기 위한 하나 이상의 구성요소를 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체 통로는 전기 모터 하우징(384) 내의 출구 포트(402)와 유체 연통하는
    기체 세정 분리장치(2').
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전기 모터(380)에 전력 및 제어 신호 중 어느 하나 또는 둘 다를 제공하는 전기 리드를 수용하기 위한 전기 커넥터(412)를 더 포함하는
    기체 세정 분리장치(2').
  21. 제20항에 있어서,
    전기 커넥터(412)는 하나 이상의 전자적 구성요소(408)에 의해 전기 모터(380)에 전기적으로 연결되는
    기체 세정 분리장치(2').
  22. 제20항에 있어서,
    전기 커넥터(412)는 분리장치(2')의 하우징(384)의 일 부분을 통해 연장하는 구멍 내에 위치되는
    기체 세정 분리장치(2').
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