ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА
CENTRIFUGAL SEPARATOR FOR THE GAS CLEANING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области центробежных сепараторов для очистки газа, содержащего жидкие загрязнения. В частности, настоящее изобретение относится к очистке газов картера двигателя внутреннего сгорания от частиц масла.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хорошо известно, что смесь текучих сред, имеющих различные плотности, может быть отделена одна от другой посредством использования центробежного сепаратора. Одно специфическое использование такого сепаратора представляет собой отделение масла от газа, выпускаемого из картера, образующего часть двигателя внутреннего сгорания.
Что касается этого специфического использования сепараторов, здесь может быть тенденция для газов высокого давления, присутствующих в камерах сгорания двигателей внутреннего сгорания, просачиваться после соединенных поршневых колец и внутрь картера двигателя. Непрерывное просачивание газа внутрь картера может привести к нежелательному повышению давления внутри картера и, следовательно, к необходимости выпускать газ из кожуха. Такой газ, выпускаемый из кожуха, типично несет некоторое количество моторного масла (как капли, так и мелкий туман), которое подхватывается из резервуара для масла, удерживаемого в картере.
Для того, чтобы дать возможность выпускаемому газу быть введенным в систему впуска без также введения нежелательного масла (особенно в систему турбонагнетателя, в которой на эффективность компрессора может вредно воздействовать присутствие масла), необходимо очищать выпускаемый газ (то есть удалять масло, приносимое посредством газа) перед тем, как газ будет введен в систему впуска. Этот процесс очистки может быть гарантирован посредством центробежного сепаратора, который смонтирован на картере или вблизи него и который направляет очищенный газ в систему впуска и направляет отделенное масло обратно в картер. Пример такого сепаратора раскрыт, например, в US 8,657,908.
Однако когда центробежный сепаратор используется для очистки газов картера более маленьких двигателей внутреннего сгорания, как например, более маленьких дизельных двигателей, используемых главным образом в более легких грузовиках и тому подобном, имеется необходимость в сепараторе, который не имеет относительно большого размера, требующего большого пространства. Один путь уменьшения размера центробежного сепаратора состоит в уменьшении диаметра пакета разделительных дисков. Однако для того, чтобы поддерживать эффективность разделения, высота или длина пакета затем должна быть увеличена.
Кроме того, может также быть проблема удерживания раз отделенных частиц от вновь входящих в очищенный газ после разделения, например, в пакете дисков центробежного сепаратора.
Таким образом, имеется необходимость в технике в центробежных сепараторах, имеющих уменьшенный или компактный размер, в то же время поддерживающих или улучшающих эффективность разделения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Главной целью настоящего изобретения является обеспечить центробежный сепаратор, который может быть уменьшен в размере, но все еще поддерживать хорошую эффективность разделения.
Дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечить центробежный сепаратор, который уменьшает количество деталей сепаратора.
Как первый аспект изобретения, здесь обеспечен центробежный сепаратор для очистки газа, содержащего жидкие загрязнения, в котором центробежный сепаратор содержит:
стационарный кожух, содержащий окружающую боковую стенку, первую концевую стенку и вторую концевую стенку, которые охватывают пространство, через которое обеспечивают поток газа, причем пространство содержит верхнюю разделительную камеру и нижнюю выпускную камеру,
впуск, простирающийся через стационарный кожух и обеспечивающий подачу газа, подлежащего очистке, в разделительную камеру,
вращающийся элемент, содержащий пакет разделительных дисков и расположенный, чтобы вращаться вокруг оси (X) вращения, в которой пакет разделительных дисков расположен в разделительной камере,
приводной элемент для вращения вращающегося элемента,
отличающийся тем, что
выпускная камера расположена в осевом направлении ниже пакета разделительных дисков с тем, чтобы чистый газ и отделенные жидкие загрязнения оба входили в выпускную камеру после разделения в пакете разделительных дисков,
и далее, в котором сепаратор содержит:
выпуск для газа, скомпонованный, чтобы обеспечить выпуск очищенного газа из стационарного кожуха, в котором выпуск для газа содержит выпускное отверстие через стационарный корпус и часть, проходящую от выпускного отверстия в выпускную камеру, и
дренажный выпуск, расположенный в выпускной камере и скомпонованный, чтобы обеспечить выпуск отделенных жидких загрязнений из стационарного кожуха.
Стационарный кожух может иметь цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением, имеющим радиус R от оси (X) вращения к окружающей боковой стенке. Этот радиус может быть постоянным по меньшей мере по отношению к основной части окружности окружающей боковой стенки. Первая концевая стенка может таким образом образовать верхний конец цилиндрической формы, и вторая концевая стенка может образовать нижний конец цилиндрической формы.
Стационарный кожух центробежного сепаратора содержит в себе пространство, и пространство содержит верхнюю разделительную камеру и нижнюю выпускную камеру. Верхняя разделительная камера представляет собой таким образом часть объема внутри стационарного кожуха, в котором имеет место основное отделение жидких загрязнений от газа, и таким образом содержит пакет разделительных дисков. «Верхняя» представляет собой осевую часть или объем посредством первой концевой стенки, в то время как «нижняя» представляет собой осевую часть или объем посредством второй концевой стенки. Нижняя выпускная камера расположена в осевом направлении ниже разделительных дисков и размещена внутри стационарного кожуха, так что чистый газ и жидкие загрязнения входят в выпускную камеру после главного разделения внутри пакета разделительных дисков. Выпускная камера находится таким образом ниже по потоку разделительной камеры. Очищенный газ направляется от разделительных дисков в разделительной камере в выпускную камеру, и жидкие загрязнения направляются, например, посредством потока посредством гравитации на внутреннюю поверхность стационарного кожуха, в ту же выпускную камеру после оставления разделительных дисков. Чистый газ выходит из выпускной камеры через часть выпуска для газа, проходящую в выпускную камеру, в то время как жидкие загрязнения выходят из выпускной камеры через дренажный выпуск.
Впуск центробежного сепаратора может быть размещен через первую концевую стенку или через окружающую боковую стенку вблизи первой концевой стенки, таким образом у верха сепаратора, так что газ, входящий через впуск, входит в разделительную камеру, в то время как дренажный выпуск может быть размещен во второй концевой стенки, таким образом у дна сепаратора внутри выпускной камеры.
Вращающийся элемент может определить центральное пространство, образованное по меньшей мере одним отверстием в каждом из разделительных дисков и соединенное с впуском и скомпонованное, чтобы транспортировать газ, подлежащий очистке, от впуска в зазоры пакета разделительных дисков. Таким образом, газ, подлежащий очистке, направляется через пакет разделительных дисков.
Разделительные диски в пакете могут быть в виде усеченного конуса. Диск в виде усеченного конуса может иметь плоскую часть, проходящую в плоскости, которая перпендикулярна к оси вращения, и часть в виде усеченного конуса. Плоская часть может быть ближе к оси вращения, чем часть в виде усеченного конуса. Дополнительно, диски пакета могут быть радиальными дисками, в которых по существу весь диск проходит в плоскости, которая перпендикулярна к оси вращения.
Также необходимо понять, что разделительные диски не обязательно должны быть расположены в пакете. Разделительная камера может, например, содержать осевые диски или пластины, которые простираются вокруг оси вращения. Осевые диски или пластины могут быть плоскими, то есть простирающимися в плоскостях, которые являются параллельными к оси вращения. Осевые диски или пластины могут также иметь слегка или значительно изогнутую форму, как например, арочную или спиральную форму, как видно в радиальной плоскости.
Приводной элемент может, например, содержать ротор турбины, вращающийся посредством масляной струи из масляной системы двигателя внутреннего сгорания или колеса со свободной струей, содержащего диск отдачи. Однако приводной элемент может также быть независимым от двигателя внутреннего сгорания и содержать электродвигатель, гидравлический двигатель или пневматический двигатель.
Дренажный выпуск может быть образован посредством многих ячеек, отформованных через отверстия стационарного кожуха. Дренажный выпуск может быть расположен центрально во второй концевой стенке, как например, у оси вращения или центрирован вокруг оси вращения.
Выпуск для газа содержит часть, которая проходит внутрь выпускной камеры стационарного кожуха, и выпускное отверстие через стационарный кожух. Часть, которая проходит внутрь выпускной камеры, может быть образована, как втулка, то есть может быть втулочной частью. Часть, проходящая внутрь выпускной камеры, может дополнительно быть стационарной частью, то есть расположенной не совместно вращающейся с вращающимся элементом. Часть может простираться внутрь выпускной камеры в направлении, по существу перпендикулярном оси (X) вращения. Чистый газ таким образом направляется через часть выпускного отверстия. Другими словами, часть, проходящая внутрь выпускной камеры, находится выше по потоку выпускного отверстия.
Часть, проходящая внутрь выпускной камеры, расположена с тем, чтобы позволить эвакуацию чистого газа из «ячеистого объема» выпускной камеры, то есть выпуск чистого газа из дискретного объема выпускной камеры. Это достигается, например, посредством отверстия в наружной стенке части, проходящей внутрь выпускной камеры. Такое отверстие может таким образом быть размещено в выпускной камере у «ячеистого» или дискретного объема, из которого желательно удалять чистый газ. Такое решение является выгодным тем, что оно понижает риск загрязнения чистого газа отделенным маслом, то есть понижает риск повторного смешивания чистого газа с маслом, перед выпуском чистого газа из выпускной камеры.
Настоящее изобретение основано на интуиции, что посредством использования части, которая проходит внутрь разделительного пространства, очищенный газ и отделенные загрязнения могут быть выпущены из той же самой камеры, или подпространства, стационарного кожуха. Сепараторы по известному уровню техники, как например, сепаратор, раскрытый в US 8657908, обычно имеют корпусную вставку в стационарном кожухе, которая функционирует, чтобы изолировать отделенное масло от очищенного газа перед выходом отделенного масла и очищенного газа из корпуса ротора. Такая корпусная вставка может содержать кольцевую канавку или щель, которая в продолжение использования сепаратора собирает капли отделенного масла, которые выбрасываются из дисков сепаратора и бегут вниз на внутреннюю часть стационарного кожуха под воздействием гравитации. Масло, собираемое в канавке корпусной вставки, затем протекает с тем, чтобы проходить в регион, который содержит в себе обратную сторону корпусной вставки, из которой оно затем выпускается. Сепаратор по настоящему изобретению не требует использования такой корпусной вставки, но газ и отделенное масло могут быть собраны из той же самой части разделительного пространства. Другими словами, в сепараторах по известному уровню техники, содержащих корпусную вставку, очищенный газ и отделенные загрязнения изолируются так быстро, как возможно, после оставления основного разделения в дисках сепаратора посредством стенок и различного направления потока, в то время как в соответствии с настоящим изобретением, очищенный газ и отделенные загрязнения могут быть в той же самой части разделительного пространства до того, как они будут выгружены из стационарного кожуха через выпуск для газа и дренажный выпуск.
Соответственно, в вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, отделенные жидкие загрязнения и очищенный газ не разделяются посредством любого физического предмета, как например, стенка или канавка, после первичного разделения в пакете разделительных дисков и перед выпуском из стационарного кожуха.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, выпускная камера свободна от любых дополнительных стенок, как например, стенок, простирающихся в осевом направлении, что дополнительно отделяет жидкие загрязнения от очищенного газа.
Изобретатель обнаружил, что настоящее изобретение может вызвать меньшее сопротивление газа, чем сепаратор, имеющий корпусную вставку, посредством этого понижая входную мощность. Дополнительно, не имея корпусной вставки для изоляции разделенных жидких загрязнений и чистого газа после оставления разделительных дисков, изобретение значительно понижает число частей сепаратора, что понижает стоимость как материала, так и сборки. Это может в свою очередь обеспечить сепаратор, имеющий пониженную высоту по сравнению с сепаратором, имеющим корпусную вставку. Необходимо отметить, что центробежный сепаратор также пригоден для очистки газов из других источников, чем двигатели внутреннего сгорания, например, окружающая среда станков, которая часто содержит большие количества жидких загрязнений в форме масляных капель или тумана.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, вращающийся элемент дополнительно содержит нижний фланец, расположенный в осевом направлении ниже части выпуска для газа, проходящей от выпускного отверстия в выпускную камеру. В настоящем раскрытии, «в осевом направлении» относится к направлению вдоль вращающейся оси X. Нижний фланец может быть расположен в осевом направлении ниже дренажного выпуска или в осевом направлении выше дренажного выпуска.
Изобретатель обнаружил, что нижний фланец, размещенный в осевом направлении ниже части выпуска для газа, проходящей внутрь выпускной камеры, может предотвратить отделенные загрязнения, как например, масло, от разбрызгивания в очищенный газ, и это может быть дополнительной целью при дренаже любого загрязняющего масла, как например, масла из ротора турбины, из выпускной камеры.
Дополнительно, имея нижний фланец, который вращается, создается завихрение, что помогает при форсировании отделенного масла по направлению к дренажному выпуску, размещенному вблизи оси вращения, как например, центрированному вокруг оси вращения.
Нижний фланец, являющийся частью ротора, расположен, чтобы вращаться вокруг оси (X) вращения. Нижний фланец может таким образом быть в форме диска и центрирован вокруг оси (X) вращения. Нижний фланец может также быть расположен в осевом направлении между дренажным выпуском и частью выпуска для газа, проходящей от выпускного отверстия внутрь выпускной камеры. Если впуск расположен в верхней концевой стенке, и дренажное отверстие расположено в нижней концевой стенке, нижний фланец таким образом расположен в осевом направлении ниже части выпуска для газа, проходящей в выпускную камеру, но выше дренажного выпуска. Нижний фланец может быть расположен ближе к дренажному выпуску, чем к части выпуска для газа, проходящей внутрь выпускной камеры. Как пример, нижний фланец может быть размещен в осевом направлении как раз выше дренажного выпуска так что он дает возможность отделенным загрязнениям быть направленными вдоль внутренней поверхности второй концевой стенки. Как пример, нижний фланец может быть расположен приблизительно на 1-15 мм выше дренажного выпуска, как, например, приблизительно на 3-10 мм выше дренажного выпуска.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, нижний фланец имеет радиус, который меньше, чем радиус пакета разделительных дисков. Это может быть преимуществом в том, что оно обеспечивает сепаратор, который наклонен, то есть в применениях, в которых ось (X) вращения наклонена по сравнению с вертикальной осью. Это происходит потому, что с большим количеством масла в наклоненном резервуаре больше риск того, что фланец окажется ниже уровня масла, таким образом понижая скорость вращения в минуту сепаратора. Нижний фланец, имеющий радиус, который меньше, чем радиус пакета разделительных дисков, может таким образом предотвратить такие недостатки.
Как пример, радиус нижнего фланца может составлять приблизительно половину радиуса пакета дисков. Если дренажный выпуск расположен вокруг оси (X) вращения, радиус нижнего фланца может быть больше, чем расстояние от оси (X) до дренажного выпуска. В этом случае, фланец «покрывает» в осевом направлении дренажный выпуск.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, вращающийся элемент дополнительно содержит верхний фланец, расположенный в осевом направлении между частью выпуска для газа, проходящей внутрь выпускной камеры, и пакетом дисков.
Верхний фланец, расположенный в осевом направлении между частью выпуска для газа, проходящей внутрь выпускной камеры, и пакетом дисков, понижает риск впуска отделенных частиц в выпуск для газа. Часть выпуска для газа таким образом проходит от стационарного кожуха, например, проходящая в направлении, перпендикулярном оси вращения, в осевом направлении между нижним и верхним фланцем.
Посредством наличия вращающегося верхнего фланца аэрозоли, которые фактически входят в контакт с нижней концевой пластиной пакета разделительных дисков, должны быть выброшенными у окружающей внутренней стенки стационарного кожуха. Кроме того, верхний и нижний фланец, вращающиеся в продолжение работы сепаратора, могут помочь в создании турбулентности вокруг части выпуска для газа, проходящей от выпускного отверстия внутрь выгрузочной камеры, таким образом понижая риск загрязнения маслом чистого газа.
Верхний фланец может быть в форме диска и таким образом вращаться вместе с нижним фланцем, и так как они являются частью ротора, они также вращаются с пакетом дисков.
Как пример, верхний фланец может иметь радиус, который больше, чем радиус нижнего фланца. Как пример, радиус может быть приблизительно в два раза больше радиуса нижнего фланца. Радиус нижнего фланца может быть по существу таким же, что и радиус дисков в пакете дисков.
Кроме того, верхний и нижний фланец могут быть расположены в едином блоке. Единый блок может дополнительно содержать часть в виде усеченного конуса, на которой расположен пакет дисков. Единый блок может образовать «вращающийся вторичный привод», как показано на Фиг.2 и 3 настоящего раскрытия. Часть в виде усеченного конуса может иметь таким образом тот же размер, что и разделительный диск. Верхний фланец может быть фланцем такой части в виде усеченного конуса, тогда как нижний фланец может быть расположен, как самая низкая концевая часть единого блока. Часть в виде усеченного конуса может таким образом. Поверхность части в виде усеченного конуса, на которой расположен пакет дисков, может содержать удаленные элементы, как например, ячейку, образованную чеканкой. В этом случае, небольшое разделительное пространство также образуется между самым нижним диском пакета дисков и поверхностью части в виде усеченного конуса, что означает, что часть в виде усеченного конуса также функционирует, как самым нижний диск пакета дисков. Как пример, часть в виде усеченного конуса может быть расположена так, что ее внутренняя поверхность обращена к пакету дисков, и ее внутренняя поверхность может содержать отдаленные элементы.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения часть выпуска для газа, проходящая от выпускного отверстия внутрь выпускной камеры, является полой и содержит отверстие в периферической стенке, через которое очищенный газ возвращается и направляется к выпускному отверстию через стационарный кожух.
Если часть выпуска для газа проходит в направлении D от выпускного отверстия внутрь выпускной камеры, отверстие в периферической стенке таким образом представляет собой отверстие, размещенное так, что газ, протекающий через такое отверстие в полое внутреннее пространство, протекает в направлении, которое не параллельно к D. Другими словами, часть, проходящая внутрь выпускной камеры, все еще имеет «концевую стенку», по существу противоположную выпускному отверстию через стационарный кожух, и отверстие в периферической стенке таким образом представляет собой отверстие в любой из стенок части, проходящей внутрь выпускной камеры из стационарного кожуха.
Такая конфигурация части, проходящей внутрь выпускной камеры, позволяет эвакуацию чистого газа из «ячеистого объема» выпускной камеры, например, посредством отверстия в периферической стенке. Таким образом, часть, проходящая внутрь выпускной камеры, может быть трубчатой с «втулочным» отверстием в окружающей стенке. Отверстие может таким образом быть в стенке, которая заключает в себе полое внутреннее пространство часть и проходит от выпускного отверстия к концевой стенке. Втулочное отверстие может быть размещено в периферической или окружающей стенке вблизи концевой стенки.
Отверстие в периферической стенке расположено так, что чистый газ может входить в полое внутреннее пространство части, проходящей внутрь выпускной камеры через отверстие.
Как пример, часть выпуска для газа может простираться внутрь стационарного кожуха, так что отверстие в периферической стенке размещено на радиусе от оси вращения (X), который меньше, чем половина всего радиуса стационарного кожуха. Таким образом, часть может простираться до такой степени, что очищенный газ возвращается вблизи центра разделительного пространства. Это является выгодным по той причине, что предотвращает нахождение отводимого газа вблизи окружающей внутренней стенки стационарного кожуха, поскольку эта стенка обычно покрывается отделенным маслом в продолжение работы.
Часть, проходящая внутрь выпускной камеры выпуска для газа, может таким образом иметь длину, которая подобна радиусу стационарного кожуха. В вариантах осуществления, часть, проходящая внутрь выпускной камеры, имеет длину, которая больше, чем радиус стационарного кожуха. Это может помочь в возврате чистого газа через отверстие так близко от центра, как это возможно.
Отверстие в периферической стенке может иметь площадь, которая приблизительно является той же, что и площадь внутреннего поперечного сечения части, проходящей внутрь выпускной камеры. Это должно предотвращать любые возможные потери давления.
Как пример, отверстие в периферической стенке части может быть обращено к оси (X) вращения.
В дополнительном примере, отверстие в периферической стенке части обращено от оси вращения.
Это выгодно по той причине, что оно может предотвратить любое масло, которое прилипло на поверхности части, проходящей внутрь выпускной камеры, у части, обращенной к оси вращения, от впуска в отверстие в периферической стенке в продолжение работы сепаратора.
Отверстие в периферической стенке может быть направлено в сторону от оси вращения в направлении, которое приблизительно перпендикулярно оси вращения (X), то есть направлено так, что оно обращено к стационарному кожуху.
В другом примере, отверстие в периферической стенке направлено от оси вращения в направлении, которое находится между 15 и 60 градусов относительно оси вращения, как например, приблизительно 45 градусов относительно оси вращения.
Отверстие в периферической стенке может быть направлено вверх в направлении, которое находится между 15 и 60 градусов относительно оси вращения, как например, приблизительно 45 градусов относительно оси вращения. «Вверх» означает в направлении к пакету дисков и первой концевой стенке стационарного кожуха, то есть в сторону от второй концевой стенки стационарного кожуха. Наличие отверстия, направленного вверх в направлении, которое находится между 15 и 60 градусов относительно оси вращения, как например, 45 градусов относительно оси вращения, может быть выгодно по той причине, что оно может понизить риск для любого масла, прихваченного на поверхности части, проходящей внутрь выпускной камеры, от впуска в отверстие в периферической стенке.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, часть выпуска для газа, проходящая внутрь выпускной камеры, содержит трубчатую часть и сужающуюся часть, в которой трубчатая часть расположена у выпускного отверстия через стационарный кожух, и сужающаяся часть содержит отверстие в периферической стенке и в которой сужающаяся часть расположена далее от выпускного отверстия через стационарный кожух по сравнению с трубчатой частью.
Трубчатая часть и сужающаяся часть могут быть приблизительно равны по длине. Сужающаяся часть имеет таким образом диаметр, который меньше, чем у трубчатой части, и может иметь ее сужающуюся часть далее от трубчатой части.
Может быть выгодно иметь часть, имеющую сужающуюся часть, идущую далее в разделительное пространство, так как она может способствовать лучшему воздушному потоку газа через разделительное пространство. Как пример, она может предотвратить потери давления газа, выпускаемого из выпускной камеры. Дополнительно, сужающаяся часть понижает площадь, подвергаемую любым брызгам масла внутри выпускной камеры.
Как пример, сужающаяся часть может содержать и концевую стенку, проходящую в плоскости, образованной осью (X) вращения и радиусом от оси (X) вращения.
Концевая стенка является таким образом самой дальней в сторону от выпускного отверстия, и может таким образом быть ориентирована с тем, чтобы препятствовать газу, протекающему в круговом направлении в разделительное пространство. Это может быть выгодно по той причине, что оно дополнительно предотвращает капли отделенного масла от впуска в отверстие части, проходящей внутрь выпускной камеры вместе с чистым газом. Концевая стенка может дополнительно помогать в создании небольшого перепада давления, что может помочь в собирании и отводе любого масла из отверстия в части, проходящей внутрь выпускной камеры.
В вариантах осуществления по первому аспекту изобретения, часть, проходящая внутрь выпускной камеры, содержит дренажное отверстие через периферическую стенку. Дренажное отверстие может простираться через периферическую стенку втулочной части ниже по потоку от большего отверстия, через которое чистый газ возвращается из выпускной камеры. Тем самым, любое масло, которым загрязнен газ, выпускаемый через часть, проходящую в выпускную камеру нагнетания, может быть дренировано. Такое дренажное отверстие может иметь площадь, которая меньше, чем площадь отверстия в периферической стенке, через которое возвращается чистый газ. Площадь может быть по меньшей мере в пять раз меньше, как например, по меньшей мере в десять раз меньше, чем площадь отверстия в периферической стенке, через которую возвращается чистый газ.
Во втором аспекте изобретения, предусмотрен способ для очистки газа, содержащего жидкие загрязнения, содержащий стадии:
- обеспечивают центробежный сепаратор в соответствии с первым аспектом изобретения;
- вводят газ, содержащий жидкие загрязнения, во впуск центробежного сепаратора; и
- выпускают чистый газ через выпуск для газа и выпускают жидкие загрязнения, отделенные от газа, через дренажный выпуск.
Термины и определения, используемые по отношению ко второму аспекту изобретения, относятся, как отмечалось, к первому аспекту изобретения выше. Чистый газ может таким образом быть выпущенным близко к оси вращения центробежного сепаратора. Стадия обеспечения центробежным сепаратором также содержит вращение вращающегося элемента в центробежном сепараторе.
В вариантах осуществления по второму аспекту газ, содержащий жидкие загрязнения, представляет собой картерный газ двигателя внутреннего сгорания, и жидкие загрязнения содержат масло.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематический чертеж в разрезе центробежного сепаратора по настоящему раскрытию.
Фиг.2 показывает вид сбоку вращающегося вторичного привода в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг.3 показывает перспективный вид вторичного привода в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг.4 показывает перспективный вид части, проходящей внутрь выпускной камеры, в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг.5 показывает перспективный вид части, проходящей внутрь выпускной камеры, расположенной у вращающегося вторичного привода в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг.6 показывает перспективный вид части, проходящей внутрь выпускной камеры, расположенной у вращающегося вторичного привода в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг.7 a-d показывают различные типы разделительных дисков, которые могут быть использованы в центробежном сепараторе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Центробежный сепаратор в соответствии с настоящим раскрытием может быть дополнительно иллюстрирован посредством следующего описания варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 показывает схематический вид в разрезе центробежного сепаратора в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия. Центробежный сепаратор содержит стационарный кожух 1, который скомпонован, чтобы быть смонтированным на двигателе внутреннего сгорания (не раскрыт), в особенности дизельном двигателе, в подходящем положении, как например, на верху двигателя внутреннего сгорания или сбоку двигателя внутреннего сгорания. Стационарный кожух 1 содержит в себе разделительное пространство 2, через которое обеспечивается поток газа. Стационарный кожух 1 содержит окружающую боковую стенку 3, первую концевую стенку 4 (раскрытую в вариантах осуществления, как верхняя концевая стенка) и вторую концевую стенку 5 (раскрытую в вариантах осуществления, как нижняя концевая стенка), или образован посредством них. Окружающая боковая стенка 3 имеет круглое поперечное сечение с радиусом R от оси (X) вращения к окружающей боковой стенке 3, который является более или менее постоянным по меньшей мере по отношению к основной части периферии окружающей боковой стенки 3. В особенности, боковая стенка 3 является круглой цилиндрической. Центробежный сепаратор содержит вращающуюся элемент 6, которая расположена, чтобы вращаться вокруг оси (X) вращения. Необходимо отметить, что стационарный кожух 1 является стационарным по отношению к вращающемуся элементу 6 и предпочтительно по отношению к двигателю внутреннего сгорания, к которому он может быть смонтирован.
Вращающийся элемент 6 содержит шпиндель 7 и пакет разделительных дисков 8, прикрепленный к шпинделю 7. Все разделительные диски 8 пакета разделительных дисков 8 предусмотрены между первой концевой пластиной 9 (раскрытой в вариантах осуществления, как верхняя концевая пластина) и нижней концевой пластиной 10 (раскрытой в вариантах осуществления, как нижняя концевая пластина). Каждый разделительный диск 8 может быть изготовлен из пластмассы или металла. Число разделительных дисков 8 обычно больше, чем показано на Фиг.1 и может быть, например, от 50 до 100 разделительных дисков 8 в зависимости от размера центробежного сепаратора.
Шпиндель 7, и таким образом вращающийся элемент 6, может вращаться, опираясь в стационарном кожухе 1 посредством первого, верхнего подшипника (не показан) и второго подшипника (не показан).
Разделительные диски 8 являются коническими и простираются вверх и вниз от шпинделя 7. Необходимо отметить, что разделительные диски 8 могут также простираться вниз и наружу, или даже радиально. Разделительные диски 8 предусмотрены на расстоянии друг от друга посредством размещенных на равных расстояниях элементов (не раскрыты) для того, чтобы образовать зазоры 13 между примыкающими разделительными дисками 8, то есть зазор 13 между каждой парой примыкающих дисков 8. Осевая толщина каждого зазора 13 может быть порядка 1-2 мм, например.
Вращающийся элемент 6 определяет центральное пространство 14. Центральное пространство 14 может быть образовано посредством отверстия в каждом из разделительных дисков 8. В раскрытых вариантах осуществления центральное пространство 14 образовано посредством множества отверстий, каждое из которых проходит через первую концевую пластину 9 и через каждый из разделительных дисков 8.
Центробежный сепаратор содержит впуск 15 для подачи газа, который должен быть очищен. Впуск 15 проходит через стационарный кожух 1 и более точно через первую концевую стенку 4 и внутрь разделительной камеры 11 стационарного кожуха. Впуск 15 связан с центральным пространством 14 с тем, чтобы газ, который должен быть очищен, транспортировался от впуска 15 через центральное пространство 14 в зазоры 13 пакета разделительных дисков 8, как показано стрелками «А» на Фиг.1.
Впуск 15 скомпонован, чтобы связываться с картером двигателя внутреннего сгорания или с любым другим источником через впускной трубопровод 16, обеспечивающий подачу картерного газа из картера к впуску 15 и далее к центральному пространству 14 и зазорам 13, как объяснено выше. Раскрытый впускной трубопровод 16 может содержаться в центробежном сепараторе.
Центробежный сепаратор содержит схематически раскрытый приводной элемент 17 для вращения вращающегося элемента 6. Приводной элемент 17 соединен со шпинделем 7. Приводной элемент 17 может содержать ротор турбины, см. WO2012/152925, вращаемый посредством масляной струи из масляной системы двигателя внутреннего сгорания или колеса со свободной струей, содержащего диск отдачи, см. WO2014/023592, в котором свободная струя обеспечивается посредством масляной системы двигателя внутреннего сгорания. Альтернативно, приводной элемент 17 может быть независимым от двигателя внутреннего сгорания и содержать электродвигатель, гидравлический двигатель или пневматический двигатель.
Разделительные диски 8 размещены в верхней разделительной камере 11 пространства, которое содержит в себе стационарный кожух, и в этой камере имеет место первичное разделение. Жидкие загрязнения газа будут отделены от газа в зазорах 13, и очищенный газ будет транспортирован из зазоров 13 и далее в нижнюю выпускную камеру 12 пространства, которое содержит в себе стационарный кожух. Отделенные жидкие загрязнения, схематически изображенные, как небольшие масляные капли 18, имеют тенденцию протекать на внутреннюю поверхность окружающей стенки вниз в нижнюю выпускную камеру 12.
Очищенный газ и отделенные загрязнения вместе выпускаются из того же объема, то есть нижней выпускной камеры 12. Центробежный сепаратор содержит дренажный выпуск 19 скомпонованный, чтобы обеспечить выпуск жидких загрязнений, отделенных от газа. Дренажный выпуск 19 расположен в концевой стенке 5 и окружает ось вращения (X). Дренажный выпуск может таким образом быть в форме щели или прорези ниже нижнего фланца 26.
Жидкие загрязнения, выпускаемые через дренажный выпуск 19, могут далее быть выведены из сепаратора посредством выпуска 29 для жидкости, как схематически показано стрелкой «С» на Фиг.1.
Центробежный сепаратор также содержит выпуск 20 для газа, скомпонованный, чтобы обеспечить выпуск очищенного газа, как схематически показано стрелкой «В» на Фиг.1.
Выпуск 20 для газа содержит выпускное отверстие 21 в стационарном кожухе 1, и в раскрытых вариантах осуществления в боковой стенке 3 стационарного кожуха 1. Выпуск 20 для газа дополнительно содержит часть, проходящую внутрь выпускной камеры 22, имеющую отверстие в периферической стенке 23 с тем, чтобы очищенный газ мог быть выпущен через часть, проходящую внутрь выпускной камеры к выпускному трубопроводу 24 выпуска для газа. Выпускной трубопровод может выгодно рециркулировать очищенный газ, например, к внутренней стороне двигателя внутреннего сгорания.
Как видно на Фиг.1, часть, проходящая внутрь выпускной камеры 22, проходит внутрь выпускной камеры 12 до такой степени с тем, чтобы отверстие в периферической стенке 23 было размещено вблизи оси X вращения, такое как простирающееся до такой степени, чтобы отверстие в периферической стенке было расположено на расстоянии от оси (X) вращения, которое меньше, чем половина радиуса от оси вращения до стационарного кожуха 1.
Фиг.1 таким образом показывает, что как чистый газ, так и жидкие загрязнения выпускаются из той же выпускной камеры 12 пространства, которое содержит в себе стационарный кожух. Другими словами, чистый газ и жидкие загрязнения не должны быть дополнительно разделены посредством любых стенок, расположенных в разделительном пространстве 2 после первичного разделения внутри зазоров 13 между разделительными дисками 8. Вращающийся элемент 6 дополнительно содержит единый блок 25, «вращающийся вторичный привод», расположенный в выпускной камере разделительного пространства 2. Единый агрегат 25 содержит нижний фланец 26, который расположен в осевом направлении выше дренажного отверстия 19 с тем, чтобы предотвращать жидкие загрязнения от разбрызгивания в чистый газ, который входит в отверстие в периферической стенке 23. Как пример, нижний фланец 26 может быть расположен на несколько миллиметров выше дренажного отверстия 18, как например приблизительно на 1-10 мм выше дренажного отверстия 19, как например, приблизительно на 3-10 мм выше дренажного отверстия 19. Единый блок имеет дополнительно верхнюю часть 28 в виде усеченного конуса, на которой расположена нижняя концевая пластина 10. На части 28 в виде усеченного конуса расположен верхний фланец 27, так что часть, проходящая внутрь выпускной камеры 22 выпуска 20 для газа , проходит внутрь выпускной камеры 12 разделительного пространства 2 в осевом направлении между нижним фланцем 26 и верхним фланцем 27. Как верхний фланец 27, так и нижний фланец 26 являются круглыми, но радиус нижнего фланца 26 составляет приблизительно половину радиуса верхнего фланца 27. Верхний фланец 27 имеет радиус, который является приблизительно тем же, что и радиус разделительных дисков 8 и дополнительно предотвращает отделенные жидкие загрязнения от загрязнения чистого газа, который выпускается через часть, проходящую внутрь выпускной камеры 22.
Фиг.2 и Фиг.3 показывают единый блок 25, который расположен, чтобы вращаться с вращающимся элементом 6 и около оси (X) вращения. Единый блок 25 содержит часть 28 в виде усеченного конуса, которая имеет высоту в осевом направлении, которая больше, чем половина общей осевой высоты H1 единого блока. Часть 28 в виде усеченного конуса расположена с более высокой частью, обращенной вверх по направлению к разделительным дискам (не показанным на Фиг.2) и соответственно проходит в том же направлении, что и разделительные диски, которое в вариантах осуществления, показанном на Фигурах, представляет собой вверх и вниз от оси (X) вращения. Единый блок 25 дополнительно содержит нижний фланец 26, расположенный у концевой поверхности единого блока 25, который не образован частью в виде усеченного конуса, и верхний фланец 27, расположенный на конической части 28. Оба фланца 26 и 27 являются круглыми и простираются в направлении, перпендикулярном оси (X) вращения. Радиус нижнего фланца 26, обозначенный R1 на Фиг.2, является меньшим, чем радиус верхнего фланца 27, обозначенный R2 на Фиг.2. Как пример, радиус R1 может составлять приблизительно половину расстояния R2. Радиус R2 может приблизительно быть тем же, что и радиус разделительных дисков. Часть 28 в виде усеченного конуса имеет внутреннюю поверхность 30, на которой расположен пакет разделительных дисков. Таким образом, нижняя концевая пластина 10 пакета дисков на Фиг.1 расположена на внутренней поверхности 30. Внутренняя поверхность 30 имеет промежуточные элементы 31, в этом случае в форме ячеистых размещенных на равных расстояниях элементов с тем, чтобы создать зазор также между нижней концевой пластиной 10 и внутренней поверхностью 30 части в виде усеченного конуса. В этом случае этот зазор также помогает в отделении жидких загрязнений от газа.
Фиг.4 изображает часть, проходящую внутрь выпускной камеры 22 выпуска для газа. Часть, проходящая внутрь выпускной камеры, имеет полое внутреннее пространство 36 и содержит трубчатую часть 32 и сужающуюся часть 33. Сужающаяся часть расположена у конца части, проходящей внутрь выпускной камеры 22, которая проходит дальше всего внутрь разделительного пространства 2. Имеется отверстие в периферической стенке 23 сужающейся части с тем, чтобы дать возможность газу протекать от внешнего пространства части, проходящей внутрь выпускной камеры в полое внутреннее пространство 36. Отверстие в периферической стенке 23 ориентировано так, что оно обращено в сторону от оси (X) вращения. При расположении в центробежном сепараторе, отверстие в периферической стенке 23 обращено в сторону от оси (X) вращения вверх, то есть в сторону от нижней концевой стенки 5, в направлении D, которое образует угол с осью (X) вращения, который составляет, например, приблизительно между 30 и 60 градусов, как например, приблизительно 45 градусов, как показано на Фиг.3. Сужающаяся часть 33 имеет концевую стенку 34, которая ориентирована в плоскости, которая образована осью (X) вращения и радиусом от оси (X) вращения. Концевая стенка 34 имеет таким образом площадь, которая является меньшей, чем площадь трубчатой части 32 части, проходящей внутрь выпускной камеры 22. Наружная стенка имеет легкую кривизну 37, что означает, что она слегка искривлена внутрь, когда она встречается с концевой стенкой 34, то есть она является вогнутой. Это может дополнительно создать небольшой перепад давления в продолжение работы сепаратора, что в свою очередь может понизить риск загрязнения маслом чистого газа, входящего в отверстие периферической стенки 23. Часть, проходящая внутрь выпускной камеры 22, дополнительно имеет дренажное отверстие 38, так что любое масло, которое входит в отверстие периферической стенки 23, может быть дренировано из полой внутренней части 36 в выпускную камеру. Дренажное отверстие таким образом размещено ниже по потоку от отверстия в периферической стенке. Часть, проходящая внутрь выпускной камеры 22, дополнительно содержит крепежное средство 35, так что оно может быть точно закреплено в центробежном сепараторе, как например, к стационарному кожуху 1 центробежного сепаратора.
Фиг.5 и Фиг.6 дополнительно показывают соотношение между единым блоком 25 и частью, проходящей внутрь выпускной камеры 22 выпуска для газа при расположении в центробежном сепараторе. Осевая высота H2 части, проходящей внутрь выпускной камеры, является меньшей, чем осевое расстояние между нижним фланцем 26 и верхним фланцем 27. Как пример, осевая высота H2 может быть между 50 и 95% осевого расстояния между нижним фланцем 26 и верхним фланцем 27, столь приблизительно между 80 и 95% осевого расстояния между нижним фланцем 26 и верхним фланцем 27. Это означает, что осевая высота части, проходящей внутрь выпускной камеры, покрывает большинство осевой длины части 12 выпускной камеры, из которой выпускаются отделенные жидкие загрязнения и чистый газ. Дополнительно, Фиг.5 показывает, что отверстие в периферической стенке 23 обращено в осевом направлении вверх от единого блока 25, и что часть, проходящая внутрь выпускной камеры 22, проходит своей сужающейся частью 33 внутрь стационарного корпуса 1, так что газ может быть возвращен близко к центру стационарного кожуха. Фиг.6 показывает, что часть, проходящая внутрь выпускной камеры 22, проходит между нижним фланцем 26 и верхним фланцем 27, и что верхний фланец 26 проходит радиально приблизительно до такого расстояния, которое приблизительно равно радиальному расстоянию до отверстия в периферической стенке 23, то есть верхний фланец 27 слегка «покрывает» отверстие в периферической стенке 23, таким образом, функционируя как крыша и посредством этого помогая в предотвращении от впуска жидких загрязнений в отверстие в периферической стенке 23 к внутреннему пространству 36 части, проходящей внутрь выпускной камеры 22.
Фиг.7 a-d изображают несколько примеров разделительных дисков, которые могут быть использованы в центробежном сепараторе по настоящему раскрытию. Для ясных целей, только несколько дисков иллюстрировано, и необходимо понять, что в реальности присутствует большее число дисков, так что расстояние между дисками является много меньшим.
Фиг.7a показывает пример дисков 8a в виде усеченного конуса, имеющих плоскую часть 8aʺ и часть 8a' в виде усеченного конуса. Плоская часть 8aʺ проходит в плоскости, которая перпендикулярна к оси вращения (X), и часть 8a' в виде усеченного конуса проходит в этом варианте осуществления вверх. Плоская часть 8aʺ ближе к оси вращения, чем часть 8a' в виде усеченного конуса.
Фиг.7b показывает пример дисков 8a в виде усеченного конуса, имеющих плоскую часть 8bʺ и часть 8b' в виде усеченного конуса. Плоская часть 8bʺ проходит в плоскости, которая перпендикулярна к оси вращения (X), и часть 8b' в виде усеченного конуса проходит в этом варианте осуществления вниз. Плоская часть 8bʺ ближе к оси вращения, чем часть 8b' в виде усеченного конуса.
Фиг.7c показывает пример пакета дисков, в котором все диски 8c являются плоскими, то есть все диски 8с простираются в плоскости, которая перпендикулярна к оси вращения (X).
Фиг.7d показывает пример осевых дисков или пластин 8d. Эти пластины являются слегка изогнутыми, то есть они имеют изогнутую форму, как показано в радиальной плоскости. Другими словами, они являются изогнутыми, как видно в плоскости, которая перпендикулярна к оси вращения (X).
Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но может быть варьировано и модифицировано внутри объема пунктов формулы изобретения, изложенных ниже. Изобретение не ограничено ориентацией оси вращения (X), раскрытой на фигурах. Термин «центробежный сепаратор» также содержит центробежные сепараторы с по существу горизонтально ориентированной осью вращения.