Устройство воздухоотделителя

Полезная модель относится к области двигателе- и машиностроения, а именно к масляным системам, и может найти применение в циркуляционных масляных системах для уменьшения процентного содержания воздуха в масле, а именно в устройствах воздухоотделителей.
Устройство воздухоотделителя предназначено для отделения воздуха из масловоздушной смеси, откачиваемой из масляных полостей системы откачки, которые расположены, например, в маслосистемах газотурбинного двигателя. В масловоздушной смеси концентрация масла намного больше, чем концентрация воздуха. Но наличие воздуха в масловоздушной смеси негативно сказывается на работе различных узлов газотурбинных двигателей. Воздухоотделитель позволяет вернуть масло в маслосистему без воздуха, а воздух вывести за пределы масляной системы, например, в окружающую среду.
Известен маслоотделитель для двигателя внутреннего сгорания, который содержит корпус, приводную камеру и разделительную камеру, которые отделены друг от друга первой перегородкой, разделительный вращающийся элемент, турбинное колесо с гидравлическим приводом, одно сопло, которое направленно по существу тангенциально к внешней периферийной кромке турбинного колеса и вращающийся вал, при этом рядом с турбинным колесом и стенкой корпуса находится вторая разделительная стенка, проходящая вдоль стенки корпуса и вдоль периферийной кромки турбинного колеса (Патент Германии DE201720100779 от 14.02.2017, МПК F01M13/04 B01D45/14 F16N31/02, опубл. 15.05.2018).
подв
откач
подв
откач
Недостатком данной конструкции является низкая эффективность работы устройства маслоотделителя, связанная с тем, что в данном маслоотделителе для уменьшения процентного содержания масла в рабочем газе из воздушномаслянной смеси центробежная сила для отделения масла от воздуха образуется лишь за счет подвода картерного газа, приводя в движение турбинное колесо, при этом маслоотделитель имеет значительные габаритные размеры для обеспечения заданной производительности, а масло стекает в зону слива, что требует принудительной системы откачки. При этом данная конструкция имеет большие габаритные размеры, для обеспечения работы которой требуется соблюдение условия: давления масла в приводной камере Р должно быть строго больше давления в разделительной камере Р (Р<Р).
Известна система деаэрации масла смазки механизма, состоящая из корпуса, разделенного горизонтальным разъемом на верхний корпус с крышкой и нижний корпус, при этом верхний корпус содержит тангенциально подведенные входные патрубки, нижний корпус содержит сетчатый конический сепаратор, а внутри верхнего и нижнего корпусов установлен внутренний корпус (Патент на полезную модель №159097 МПК F01M1/10, B01D19/02 опубл. 27.01.2016 бюл.№3).
подв
откач
подв
откач
Недостатками данной системы деаэрации масла является низкая эффективность воздухоотделения из-за того, что центробежная сила для отделения воздуха от масла образуется за счет конструкции корпуса и диаметра канала подвода масловоздушной смеси. При этом данная конструкция системы деаэрации масла имеет большие габаритные размеры, для обеспечения работы которой требуется соблюдение условия: давления подвода масла Р должно быть меньше или равно давлению откачки масла Р (Р≤Р).
Наиболее близким является устройство воздухоотделителя, содержащее наружный корпус с входным отверстием для подачи рабочего масла и выходным отверстием для слива отделенного масла, внутри наружного корпуса концентрично установлен элемент с крыльчаткой для создания центробежной силы, и наружный корпус содержит канал для выхода воздуха (Скубачевский Г.С., Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение. 1981.- 550 с., стр. 485 рис.11.18).
подв
откач
подв
откач
Недостатками данного устройства является то, что устройство работает по принципу центрифуги, и, следовательно, требует большие массогабаритные параметры из-за того, что для создания центробежной силы для отделения масла от воздуха требуется наличие механического привода, а так же для обеспечения работы устройства необходимо выполнение условия, при котором давление подвода масла Р меньше или равно давлению откачки масла Р (Р≤Р), что также приводит к повышению габаритных размеров конструкции.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение массы и габаритных размеров устройства благодаря наличию форсунки с каналами и противоположно направленными под острым углом жиклерами. Такая конструкция так же позволяет достичь увеличения эффективности работы устройства воздухоотделителя, а именно увеличение количества отделяемого воздуха от масловоздушной смеси за счет действия реактивной силы от крутящего момента, который возникает от подачи масла через форсунку с жиклерами. При этом уменьшается объем воздушных пузырьков, включенных в масловоздушную смесь, поступающей в устройство, и действия центробежной силы, которая возникает от крыльчатки, увеличивает количество очищенного масла, с разделением их потоков - масло сливается в маслосистему, а воздух удаляется в окружающую среду.
Технический результат достигается тем, что в устройстве воздухоотделителя, содержащем наружный корпус с входным отверстием для подачи рабочего масла и выходным отверстием для слива отделенного масла, внутри наружного корпуса концентрично установлен элемент с крыльчаткой для создания центробежной силы, и наружный корпус содержит канал для выхода воздуха в отличие от известного, устройство воздухоотделителя содержит патрубок для слива рабочего масла, который установлен концентрично внутри наружного корпуса, элемент с крыльчаткой для создания центробежной силы имеет внутреннюю полость, в которую концентрично установлена форсунка, при этом форсунка снабжена каналами, расположенными симметрично относительно оси воздухоотделителя, с жиклерами, направленными под острым углом относительно оси устройства к стенкам патрубка для слива рабочего масла друг относительно друга в противоположные стороны, канал для выхода воздуха выполнен в верхней части наружного корпуса, при этом наружный корпус дополнительно снабжен каналами для подачи масловоздушной смеси под давлением во внутреннюю полость перед крыльчаткой, выполненными симметрично с равномерным распределением относительно центра входного отверстия для подачи масла.
На фигурах показаны:
фиг. 1 - устройство воздухоотделителя;
фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1;
фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1;
фиг. 4 - разрез В-В фиг. 1.
Устройство воздухоотделителя содержит наружный корпус 1 с входным отверстием 2 для подачи рабочего масла и выходным отверстием 3 для слива отделенного масла (фиг. 1).
Также в верхней части наружного корпуса 1 выполнен канал 4 для выхода воздуха (фиг. 2). Внутри наружного корпуса 1 концентрично установлен элемент для создания центробежной силы, который содержит крыльчатку 5 и форсунку 6. При этом крыльчатка 5 имеет внутреннюю полость, в которую концентрично установлена форсунка 6 (фиг. 1).
Наружный корпус 1 дополнительно снабжен каналами 7 для подачи под давлением масловоздушной смеси во внутреннюю полость 8 перед крыльчаткой 5 (фиг. 3). Каналы 7 для подачи под давлением масловоздушной смеси выполнены симметрично в верхней части наружного корпуса 1 с равномерным распределением относительно центра входного отверстия 2 для подачи рабочего масла. Симметричность расположения каналов 7 необходима для равномерного распределения масловоздушной смеси внутри устройства, увеличивая тем самым эффективность работы устройства.
Если каналы 7 будут выполнены не симметрично, то соответственно распределение масловоздушной смеси будет неравномерным, тем самым снижая эффективность работы устройства.
Устройство воздухоотделителя содержит патрубок 9 для слива рабочего масла, который установлен концентрично внутри наружного корпуса 1.
кр
подв
откач
подв
откач
Форсунка 6 снабжена каналами 10, расположенными симметрично относительно оси 11 воздухоотделителя (фиг. 1), с жиклерами 12, направленными друг относительно друга в противоположные стороны на патрубок 9 для слива рабочего масла (фиг. 3) При этом жиклеры 12 направлены под острым углом α относительно оси устройства 11 (фиг. 4) для создания крутящего момента М элемента с крыльчаткой 5. Такое направление жиклеров 12 является необходимым условием сепарации масловоздушной смеси для создания условий работы воздухоотделителя, а именно: давление подвода масла Р больше или равно давлению откачки масла Р: Р≥Р.
Такое расположение жиклеров вызывает реактивные силы от крутящего момента крыльчатки, возникающего от подачи рабочего масла, что позволяет исключить механический привод устройства воздухоотделителя, тем самым уменьшить массу и габаритные размеры устройства воздухоотделителя.
Устройство воздухоотделителя работает следующим образом.
откач
подв
кр
цб
кр
Из магистрали откачки масловоздушная смесь под давлением Рподается в каналы 7 и затем во внутреннюю полость 8 перед крыльчаткой 5. Во входное отверстие 2 подачи рабочего масла подается из магистрали нагнетания под давлением Р. Затем масло через каналы 10 форсунки 6 поступает в жиклеры 12 (фиг. 3). Из жиклеров 12 масло со скоростью V подается на стенки патрубка 9 для слива рабочего масла, создавая реактивную силу Р, которая вызывает крутящий момент Мэлемента с крыльчаткой 5. Под действием центробежной силы F, вызванной крутящим моментом М, масловоздушная смесь сепарируется крыльчаткой 5 на масло, которое выходит через выходное отверстие 3 (фиг. 1) для слива отделенного масла, например в маслобак, и на воздух, который отводится в атмосферу через полость 8 перед крыльчаткой и канал для выхода воздуха.
Конструкция устройства позволяет повысить эффективность работы  устройства воздухоотделителя за счет увеличения количества отделяемого воздуха от масла, а также исключить механический привод для элемента создания центробежной силы, необходимой для сепарации масловоздушной смеси, тем самым уменьшить массогабаритные параметры устройства.
Благодаря тому, что в устройстве воздухоотделителя, содержащем наружный корпус с входным отверстием для подачи рабочего масла, выходным отверстием для слива отделенного масла и каналом для выхода воздуха, внутри наружного корпуса концентрично установлен элемент для создания центробежной силы, в который входит крыльчатка, в отличие от известного устройство воздухоотделителя содержит патрубок для слива рабочего масла, который установлен концентрично внутри наружного корпуса, элемент для создания центробежной силы дополнительно содержит форсунку, которая установлена концентрично во внутреннюю полость крыльчатки, при этом форсунка снабжена каналами, расположенными симметрично относительно оси воздухоотделителя, с жиклерами, направленными под острым углом относительно оси устройства к стенкам патрубка для слива масла друг относительно друга в противоположные стороны, канал для выхода воздуха выполнен в верхней части наружного корпуса, при этом наружный корпус дополнительно снабжен каналами для подачи масловоздушной смеси под давлением во внутреннюю полость перед крыльчаткой, выполненными симметрично с равномерным распределением относительно центра входного отверстия для подачи масла достигается уменьшение массы и габаритных размеров устройства и увеличение эффективности работы, а именно увеличение количества отделяемого воздуха от масловоздушной смеси.