ГАЗООЧИСТНОЙ СЕПАРАТОР
GAS CLEANER

Настоящее изобретение относится к сепаратору и, в частности, но не исключительно, к центробежному сепаратору, предназначенному для очистки газообразной текучей среды.
Хорошо известно, что смесь текучих сред, обладающих различной плотностью, может быть разделена с помощью использования центробежного сепаратора. Одной из конкретных областей применения такого сепаратора является отделение масла от газа, выходящего из картера двигателя внутреннего сгорания.
Что касается этой конкретной области применения сепараторов, то хорошо понятно, что существует тенденция к просачиванию газов под высоким давлением, находящимся в камерах сгорания двигателя внутреннего сгорания, мимо соответствующих поршневых колец в картер двигателя. Это непрерывное просачивание газа в картер двигателя может привести к нежелательному повышению давления в картере и, в результате, к необходимости выпустить газ из указанного картера. В больших грузовых транспортных средствах выпущенный газ обычно возвращают во впускной трубопровод двигателя. Однако газ, выпущенный из картера двигателя, обычно несет в себе определенное количество моторного масла (в форме капель или тумана), захваченного из резервуара масла, содержащегося в картере двигателя. В частности, газ, выходящий между цилиндром двигателя и соответствующим поршнем, стремится захватывать смазочное масло, находящееся на стенке цилиндра. Кроме того, конденсация масляных паров системой охлаждения блока цилиндров образует масляный туман в картере двигателя.
Для того, чтобы допустить ввод выпущенного газа во впускную систему без одновременного ввода нежелательного масла (в особенности в систему турбонаддува, в которой на эффективность компрессора может отрицательно влиять присутствие подвергшегося коксованию масла), необходимо очистить выпущенный газ (т.е. удалить масло, которое несет газ) перед вводом газа во впускную систему. Этот процесс очистки может быть выполнен центробежным сепаратором, который устанавливают на картере двигателя или рядом с ним и который направляет очищенный газ во впускную систему и направляет отделенное масло обратно в картер двигателя.
Центробежным сепаратором, который выполняет описанную выше задачу со значительным коммерческим успехом, является сепаратор ALFDEX™ заявителя. Этот применяемый в настоящее время сепаратор описан ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, в деталях, для того, чтобы ясно проиллюстрировать разработку настоящего изобретения, которая описана далее.
Существует ряд проблем, связанных с существующим сепаратором ALFDEX™. Эти три проблемы могут быть разделены на три широкие категории.
Во-первых, пути для текучей среды, через которые сепаратор вызывает повышение давления, теряются, что отрицательно влияет на пропускную способность сепаратора и, следовательно, на размеры двигателя, с которым может использоваться сепаратор. Первая категория проблемы, которая связана с существующим сепаратором ALFDEX™, может поэтому рассматриваться как относящаяся к потерям давления в пути для прохождения текучей среды.
Во-вторых, компоновка существующего сепаратора такова, что при определенных условиях очищенный газ может загрязняться перед тем, как покинуть сепаратор. Соответственно вторая категория проблемы, связанная с существующим сепаратором, может рассматриваться как относящаяся к нежелательному загрязнению очищенного газа маслом.
В-третьих, некоторые приемы изготовления и признаки конструкции, связанные с существующим сепаратором, могут вызвать трудности при сборке и/или проблемы с надежностью. В таком случае третья категория проблемы, связанная с существующим сепаратором, может рассматриваться как относящаяся к изготовлению и надежности сепаратора.
Каждая из этих категорий будет более подробно рассмотрена далее.
UA 3205
Первый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство, и
по меньшей мере один лопастной элемент (116′), помещенный в указанном пространстве и способный вращаться вокруг оси (64′) так, чтобы придать вращение смеси веществ, предназначенных для разделения;
отличающийся тем, что ведущая кромочная (310) часть одного или каждого лопастного элемента (116′) содержит направляющую поверхность, так что в процессе использования смесь веществ, текущая в направлении указанной ведущей кромочной (310) части направляется направляющей поверхностью в направлении выравнивания с лопастным элементом (116′).
Другие признаки изобретения применяются в сепараторе как перечислено ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, причем сепаратор (2′) содержит множество указанных лопастных элементов (116′), расположенных через одинаковые промежутки вокруг указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, причем сепаратор (2′) содержит двенадцать указанных лопастных элементов (116′), расположенных через одинаковые промежутки вокруг указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, причем указанная направляющая поверхность содержит изогнутый участок.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, причем указанная направляющая поверхность снабжена направляющей лопаткой (314), идущей от указанной ведущей кромочной (310) части.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, в котором направляющая лопатка (314) лопастного элемента (116′) располагается под углом (322) к указанному лопастному элементу (116′) так, что при данной скорости вращения указанного лопастного элемента (116′) вокруг указанной оси (64′) и при данной скорости потока указанной смеси направляющая лопатка (314) по существу выровнена с потоком смеси.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, причем сепаратор (2′) содержит по меньшей мере один сепараторный диск (82′), который может вращаться вокруг указанной оси (64′) и помещается в указанном пространстве так, чтобы принимать указанные вещества от лопастного элемента (116′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, причем сепаратор (2′) содержит множество сепараторных дисков (82′), размещенных пакетом (84′), вращающихся вокруг одной оси (64′) и помещенных в указанном пространстве так, чтобы принимать указанные вещества от лопастного элемента (116′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении первого аспекта изобретения, в котором указанная ось (64′) каждого сепараторного диска (82′) совпадает с указанной осью (64′) лопастного элемента (116′).
UA 3198
Второй аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′, 86′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′, 86′) помещается в указанном внутреннем пространстве и может вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
кожуховый элемент (72′), ограничивающий область (606), предназначенную для приема выпущенной из роторного узла (78′, 84′, 86′) текучей среды и направления указанной текучей среды в направлении первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что вход (610) в указанную область (606) содержит по меньшей мере один продольный участок (612) большей глубины (613), чем другие продольные участки указанного входа (610).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный кожуховый элемент (72′) помещается рядом с концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′), причем указанная область (606) ограничена между концевым элементом (86′) и кожуховым элементом (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный вход (610) в указанную область (606) ограничивается концевым элементом (86′) и кромкой по периметру (274) кожухового элемента (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанная кромка по периметру (274) является круговой, так что продольные участки входа (610) в указанную область идут по окружности вдоль указанной кромки (274).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный или каждый продольный участок (612) большей глубины (613) снабжен выемкой в указанной кромке по периметру (274), создающей большее расстояние между указанной кромкой (274) и концевым элементом (86′) вдоль указанного или каждого продольного участка (612), чем между указанной кромкой (274) и концевым элементом (86′) вдоль указанных других продольных участков.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором круговая кромка по периметру (274) кожухового элемента (72′) является концентричной с указанной осью (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный или каждый продольный участок (612) большей глубины (613) имеет частично круговую форму, проходящую через дугу (280) от 45° до 110° и предпочтительно 80°.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанные другие продольные участки имеют глубину, составляющую от одной десятой до половины от глубины указанного по меньшей мере одного продольного участка (612) и предпочтительно имеют глубину, равную одной трети от глубины указанного по меньшей мере одного продольного участка (612).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный по меньшей мере один продольный участок (612) помещается на противоположной стороне кожухового элемента (72′) относительно указанного первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный по меньшей мере один продольный участок (612) открывается в путь (272), ограниченный кожуховым элементом (72′) для того, чтобы направлять текучую среду в направлении указанного первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный по меньшей мере один продольный участок (612) является входом (282) в указанный путь (272), причем указанный путь (272) содержит элементы (276, 278) на указанном входе пути (282), которые во время использования выравниваются с направлением текучей среды, текущей в указанный вход пути (282).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанные элементы (276, 278) являются изогнутыми на указанном входе пути (282) и последовательно выпрямляются далее в направлении к первому выпускному отверстию (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанные элементы (276, 278) образуют противоположные боковые стенки, ограничивающие указанный путь (272).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором кожуховый элемент (72′) помещается рядом с концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′), указанной областью (606) и путем (272), ограниченным между концевым элементом (86′) и кожуховым элементом (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором расстояние между кожуховым элементом (72′) и указанным концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′) больше на одном участке указанной области (606), чем на других его участках, причем указанный один участок ограничивает таким образом указанный путь (272) в кожуховом элементе (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении второго аспекта изобретения, в котором указанный путь (272) содержит трубчатую часть.
UA 3198
Третий аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
кожуховый элемент (72′), ограничивающий область (606), предназначенную для приема выброшенной из роторного узла (78′, 84′) текучей среды и направления указанной текучей среды в направлении первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что указанная область (606) содержит путь (272), идущий от одного участка кромки по периметру (274) кожухового элемента (72′), причем указанный участок ограничивает вход (282) в указанный путь (272).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором указанный путь (272) содержит элементы (276, 278) на указанном входе пути (282), которые во время использования выравниваются с направлением течения текучей среды в указанном входе пути (272).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором указанные элементы (276, 278) являются изогнутыми на указанном входе пути (282) и последовательно выпрямляются далее в направлении к первому выпускному отверстию (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором указанные элементы (276, 278) образуют противоположные боковые стенки, ограничивающие указанный путь (272).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором указанный вход пути (282) помещается с противоположной стороны кожухового элемента (72′) относительно первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором указанный участок периметра, ограничивающий вход пути (282), имеет частично круговую форму, проходящую через дугу (280) от 45° до 110° и предпочтительно 80°.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором кожуховый элемент (72′) помещается рядом с концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′), указанной областью (606) и проходом (272), ограниченным между концевым элементом (86′) и кожуховым элементом (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором расстояние между кожуховым элементом (72′) и указанным концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′) больше на одном участке указанной области (606), чем на других его участках, причем указанный один участок ограничивает таким образом указанный проход (272) в кожуховом элементе (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении третьего аспекта изобретения, в котором указанный проход (272) содержит трубчатую часть (270).
UA 3198
Четвертый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
кожуховый элемент (72′), ограничивающий область (606), предназначенную для приема выпущенной из роторного узла (78′, 84′) текучей среды и направления указанной текучей среды в направлении первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что указанная область (606) содержит путь (272), имеющий элементы (276, 278) на входе указанного пути, которые во время использования выравниваются с направлением протекания текучей среды в указанный вход пути (282).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором указанный путь (272) идет от одного участка кромки по периметру (274) кожухового элемента (72′), причем указанный участок ограничивает вход (282) указанного прохода (272).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором указанные элементы (276, 278) являются изогнутыми на указанном входе пути (282) и последовательно выпрямляются далее в направлении к первому выпускному отверстию (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором указанные элементы (276, 278) образуют противоположные боковые стенки, ограничивающие указанный путь (272).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором указанный вход пути (282) помещается с противоположной стороны кожухового элемента (72′) относительно первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором указанный участок периметра, ограничивающий вход пути (282), имеет частично круговую форму, проходящую через дугу (280) от 45° до 110° и предпочтительно 80°.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором кожуховый элемент (72′) расположен рядом с концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′), указанной областью (606) и путем (272), ограниченным между концевым элементом (86′) и кожуховым элементом (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором расстояние между кожуховым элементом (72′) и указанным концевым элементом (86′) роторного узла (78′, 84′, 86′) больше на одном участке указанной области (606), чем на других его участках, причем указанный один участок ограничивает таким образом указанный путь (272) в кожуховом элементе (72').
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении четвертого аспекта изобретения, в котором указанный путь (272) содержит трубчатую часть (270).
UA 3198
Пятый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
кожуховый элемент (72′), ограничивающий область (606), предназначенную для приема выпущенной из роторного узла (78′, 84′) текучей среды и направления указанной текучей среды в направлении первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что кожуховый элемент (72′) снабжен средством (264) для отделения входа в указанную область (606) от текучей среды, которая во время использования возвращается обратно в направлении указанного входа после прохождения мимо указанного входа.
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанное разделительное средство (264) содержит стенку.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка тянется от нижней по направлению процесса стороны входа указанной области (606) в направлении хода процесса относительно указанного потока текучей среды, имеющего во время использования вход после указанной области (606).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка отделена от указанного кожуха (4′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка содержит свободный конец (608).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанный свободный конец (608) отделен (456) от указанного кожуха (4′, 70′) в аксиальном направлении аксиальным направлением от 2 мм до 200 мм, и предпочтительно расстоянием в 14 мм.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанный свободный конец (608) отделен (456) от указанного кожуха (4′, 70′) в направлении, перпендикулярном указанному аксиальном направлению расстоянием, меньшим чем указанное аксиальное расстояние.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка ограничивает замкнутый контур.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка ограничивает поверхность в форме усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная поверхность в форме усеченного конуса имеет продольную ось, совпадающую с указанной осью (64′) вращения.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная поверхность в форме усеченного конуса отклоняется в направлении по ходу процесса относительно указанного потока текучей среды, имеющий во время использования вход после указанной области (606).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором кожуховый элемент (72′) содержит средство (266) для поддержки кожухового элемента (72′) относительно кожуха (4′, 70′), причем поддерживающее средство (266) помещается после разделительного средства (264) относительно указанного потока текучей среды, имеющий во время использования вход после указанной области (606).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором поддерживающее средство (266) является стенкой, ограничивающей замкнутый контур.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка имеет цилиндрическую форму.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанная стенка имеет продольную ось, совпадающую с указанной осью (64′) вращения.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором по меньшей мере одно отверстие (454) предусмотрено в указанной стенке на стыке между указанной стенкой и кожухом (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, который содержит также второе выходное отверстие кожуха (4′, 70′), в котором указанное поддерживающее средство (266) помещается на линии потока текучей среды между вторым выпускным отверстием и указанным разделительным средством (264).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором второе выходное отверстие размещается концентрично с указанной осью (64′) вращения.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанное разделительное средство (264) помещается в кожухе (4′, 70′) так, что во время использования текучая среда, проходящая через вход указанной области (606), течет с одной стороны указанного разделительного средства (264), и указанная текучая среда рециркулирует, протекая с другой стороны указанного разделительного средства (264).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором выпускной проход (211) проходит между кожуховым элементом (72′) и кожухом (4′, 70′) для передачи текучей среды от указанной области (606) к наружной стороне кожуха (4′, 70′) через указанное выпускное отверстие (10′), причем наружная сторона указанного выпускного прохода (211) отделена промежутком от кожуха (4′, 70′), так что текучая среда свободно течет по всему наружному периметру указанного выпускного прохода (211).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении пятого аспекта изобретения, в котором указанный выпускной проход (211) отделен от кожухового элемента (72′) и кожуха (4′, 70′).
UA 3194
Шестой аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
отверстие для пропускания потока текучей среды вдоль пути для потока между наружной частью указанного кожуха (4′) и указанным внутренним пространством, и
выступом (6′), выступающим вверх от кожуха (4′) и окружающим указанное отверстие;
отличающийся тем, что выступ (6′) содержит изогнутую поверхность (221), проходящую внутрь в отверстие.
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором указанная изогнутая поверхность (221) образует замкнутый контур вокруг отверстия и идет внутрь в отверстие так, чтобы уменьшить площадь отверстия при продвижении через указанное отверстие от наружной стороны указанного кожуха (4′) в направлении указанного внутреннего пространства.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором указанная изогнутая поверхность (221) описывает частично круговую линию при наблюдении в поперечном разрезе, выполненном в плоскости, совпадающей с продольной осью (64′) через указанное отверстие.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором выступ (6′) содержит в общем цилиндрическую форму (217), свободный конец которой снабжен круговым выступом (219), образующим изогнутую поверхность (221).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, который содержит также патрубок (22′), который может соединяться с выступом (6′) так, что внутренняя поверхность (216) патрубка (22′) сочетается с изогнутой поверхностью выступа (6′) для получения изогнутой поверхности в пути.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором внутренняя поверхность патрубка (216) встречается с изогнутой поверхностью (221) на краю (229) выступа (6′) и в этой точке встречи ориентирована по касательной к изогнутой поверхности (221).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором патрубок (22′) дополнительно содержит изогнутую стенку (235), конфигурированную для прилегания к изогнутой поверхности (221) выступа (6′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором патрубок (22′) может соединяться с выступом (6′) при любой ориентации вращения.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении шестого аспекта изобретения, в котором патрубок (22′) может соединяться с выступом (6′) путем сварки трением.
Седьмой аспект настоящего изобретения предлагает способ сборки газоочистного сепаратора (2′), причем этот способ содержит этап соединения патрубка (22′) с выступом (6′) путем сварки трением; сепаратор указан выше в отношении шестого аспекта настоящего изобретения.
UA 3198
Восьмой аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
кожуховый элемент (72′), ограничивающий область (606), предназначенную для приема выпущенной из роторного узла (78′, 84′) текучей среды и направления указанной текучей среды в направлении первого выпускного отверстия (10′) кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что выходной проход (211) проходит между кожуховым элементом (72′) и кожухом (4′, 70′) для передачи текучей среды из указанной области (606) к наружной стороне кожуха (4′, 70′) через указанное выпускное отверстие (10′), причем наружная сторона указанного выходного прохода (211) отделена промежутком от кожуха (4′, 70′) так, что текучая среда может свободно течь по всему наружному периметру указанного выходного прохода (211).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восьмого аспекта изобретения, в котором кожуховый элемент (72′) снабжен средством (264) для отделения входа в указанную область (606) от текучей среды, которая во время использования рециркулирует обратно в направлении указанного входа после протекания мимо указанного входа, причем указанный выходной проход (211) идет от указанного разделительного средства (264).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восьмого аспекта изобретения, в котором указанное разделительное средство (264) содержит стенку, а указанная стенка предпочтительно содержит свободный конец (608) и отделена промежутком от указанного кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восьмого аспекта изобретения, в котором указанный выходной проход (211) отделен от кожухового элемента (72′) и кожуха (4′, 70′).
UA 3197
Девятый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
кожуховый элемент (72′), расположенный рядом с роторным узлом (78′, 84′), причем кожуховый элемент и роторный узел отделены друг от друга так, чтобы образовать первую область (606) между ними с первой стороны кожухового элемента (72′), причем указанная первая область (606) ограничивает первый путь для потока текучей среды, выпущенной из роторного узла (78′, 84′); кожуховый элемент (12′) также отделен от кожуха (4′) так, чтобы образовать вторую область между ними со второй стороны кожухового элемента (72′), причем указанная вторая область (614) ограничивает второй путь для потока текучей среды для текучей среды, выпущенной из роторного узла (78′, 84′);
отличающийся тем, что роторный узел (78′, 84′) содержит второй вход (618), который открывается в указанную вторую область (614) на указанной второй стороне кожухового элемента (72′), второй выход (620), расположенный более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем второй вход (618), и второй путь (616) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между вторым входом (618) и вторым выходом (620).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанный второй выход (620) открывается в проход для текучей среды, образующий связь по текучей среде между указанным первым выходом (604) и указанными первой и второй областями (606, 614).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанный второй выход (620) открывается в месте, которое в отношении к потоку указанных веществ, выпущенному из указанного первого выхода (604) во время использования, помещается за указанным первым выходом (604) и перед указанными первой и второй областями (606, 614).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором второй путь (616) для потока содержит пространство между первым и вторым элементами (86′, 240) роторного узла, каждый из которых содержит дисковидную часть, причем два элемента (86′, 240′) центрированы на указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором дисковидные части указанных элементов (86′, 240) имеют каждая внешний в радиальном направлении край по существу круговой формы, причем два элемента (86′, 240) помещаются концентрически друг с другом.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором по меньшей мере один протяженный элемент (298) помещается в указанном пространстве между первым и вторым элементами (86′, 240) так, чтобы перемещать текучую среду, помещенную в указанном пространстве снаружи относительно указанной оси (64′), когда во время использования роторный узел вращается вокруг указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором один или каждый протяженный элемент (298) идет радиально вдоль второго пути (616) для потока.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором один или каждый протяженный элемент (298) образуется одним из числа первого и второго элементов (86′, 240) и прилегает к другому из числа первого и второго элементов (86′, 240).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная дисковидная часть каждого элемента (86′, 240) имеет форму усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанный второй путь (616) для потока имеет форму усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанный первый путь (602) для потока имеет форму усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором второй вход (618) указанного второго пути (616) для потока имеет кольцевую форму и центрирован на указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором второй путь (616) для потока идет от отверстия в кожуховом элементе (72′) между указанными первой и второй сторонами кожухового элемента (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором второй вход (618) указанного второго пути (616) для потока ограничен в общем цилиндрической стенкой (300).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором предусмотрено пространство между частью кожухового элемента (72′), ограничивающей указанное отверстие в ней, и первой частью (300) роторного узла, ограничивающей по меньшей мере часть указанного второго пути (616) для потока, и в котором дальнейшая часть 304) роторного узла проходит от указанной первой части (300) так, чтобы накрыть указанное пространство.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная дальнейшая часть (304) располагается на указанной второй стороне кожухового элемента (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная дальнейшая часть (304) идет от второго входа (618).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная дальнейшая часть (304) имеет кольцевую форму.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная дальнейшая часть (304) имеет наружную круговую кромку по периметру, диаметр которой больше диаметра указанного отверстия в кожуховом элементе (72′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная дальнейшая часть (304) является плоской и ориентирована в плоскости, относительно которой указанная ось (64′) является перпендикулярной.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором поверхность, ограничивающая второй путь (616) для потока и идущая от второго входа (618), имеет радиально самую внешнюю часть (302) относительно указанной оси (64′), которая сходится с указанной осью (64′) при движении вдоль указанного второго пути (616) для потока от второго входа (618) в направлении второго выхода (620).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная радиально самая внешняя часть (302) указанной поверхности второго пути для потока имеет форму усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятого аспекта изобретения, в котором указанная форма усеченного конуса указанной радиально самой внешней части (302) имеет центральную продольную ось, совпадающую с указанной осью (64′) вращения.
UA 3195
Десятый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′, 70′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и
роторный узел (78′, 84′), который содержит также вращающийся вал (78′), совпадающий с указанной осью (64′) и установленный на указанном кожухе (4′, 70′), в котором первая концевая часть вращающегося вала (78′) проходит через указанный кожух (4′, 70′) в положение, наружное относительно указанного кожуха (4′, 70′), а проход (92′) для текучей среды проходит аксиально через вращающийся вал (78′) и имеет отверстие, помещенное снаружи от указанного кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что роторный узел (78′, 84′) содержит также средства регулирования потока (346, 366), предназначенные для контроля поступления текучей среды в указанный помещенный в валу проход (92′) для текучей среды с наружной стороны указанного кожуха (4′, 70′), причем средства регулирования потока (346, 366) содержат средство для придания текучей среде, поступающей в указанный проход (92′), вращательного движения вдоль пути, радиально наружном от прохода (92′) для текучей среды вала.
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором указанное вращательное движение центрировано на указанной оси (64′) вращения роторного узла (78′, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором указанный проход (92′) совпадает с указанной осью (64′) вращения роторного узла (78′, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором указанное средство для придания вращательного движения указанной текучей среде содержит по меньшей мере один путь для текучей среды (366), помещенный радиально снаружи относительно указанной оси (64′) вращения роторного узла (78′, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором указанное средство для придания вращательного движения указанной текучей среде содержит элемент (364), отделенный промежутком от указанного отверстия прохода (92′) для текучей среды вала, в котором на по меньшей мере одном пути (366) для текучей среды имеется отверстие, проходящей сквозь указанный элемент (364).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором четыре указанных пути для текучей среды (366) помещаются на равных расстояниях вдоль окружности круга с центром на указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором указанный элемент (364) является плоским и ориентирован перпендикулярно к указанной оси (64′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором средство регулирования потока содержит также по меньшей мере одно сливное отверстие (368), помещенное дальше в радиальном направлении от указанной оси (64′) по сравнению с каждым путем (366) для текучей среды.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором средства регулирования потока (364, 366) и по меньшей мере часть турбины (88′) для приведения во вращение роторного узла (78′, 84′) являются единым компонентом.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором вторая концевая часть вращающегося вала (78′), удаленная от первой концевой части, установлена на кожухе (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором проход (92′) для текучей среды проходит между первой и второй концевыми частями вращающегося вала (78′) так, чтобы обеспечить сквозное сообщение по текучей среде между наружной и внутренней частями кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором проход (92′) для текучей среды сообщается по текучей среде с подшипником (50′), на котором в кожухе (4′, 70′) установлена вторая концевая часть вращающегося вала (78′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении десятого аспекта изобретения, в котором проход (92′) для текучей среды сообщается по текучей среде с указанным входом (600) роторного узла.
UA 3223
Одиннадцатый аспект настоящего изобретения предлагает способ сборки газоочистного сепаратора (2′), предназначенного для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′, 12′), образующий внутреннее пространство и имеющий в себе отверстие (8′), предназначенное для того, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между указанным внутренним пространством и наружной стороной указанного кожуха (4′, 12′), и
проход (22′) для текучей среды, герметизированный вокруг указанного отверстия (8′) и находящийся в сообщении с ним по текучей среде для передачи указанной текучей среды через указанный проход (22′) и отверстие (8′) между указанным внутренним пространством и наружной стороной указанного кожуха (4′, 12′);
отличающийся тем, что способ сборки указанного сепаратора (2′) содержит этап:
скрепления материала кожуха (4′, 12′) и прохода (22′) для текучей среды вместе вдоль замкнутого контура путем пересечения прилегающих поверхностей кожуха (4′, 12′) и прохода для текучей среды.
Другие признаки изобретения представлены в способе, указанном ниже.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором указанный замкнутый контур имеет форму окружности.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором указанный этап скрепления содержит вращение кожуха (4′, 12′) и прохода (22′) для текучей среды относительно друг друга в то время, когда указанные их поверхности прилегают друг к другу.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором указанное относительное вращение кожуха (4′, 12′) и прохода (22′) для текучей среды прекращается при кожухе (4′, 12′) и проходе (22′) для текучей среды, размещенных в требующемся положении относительно друг друга так, чтобы позволить указанным прилегающим поверхностям скрепиться друг с другом.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором указанный этап скрепления содержит сварку трением указанных прилегающих поверхностей друг с другом.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором указанный этап скрепления содержит нанесение адгезива на по меньшей мере одну из указанных прилегающих поверхностей.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором указанный этап скрепления содержит ультразвуковую сварку или вибрационную сварку указанных прилегающих поверхностей между собой.
Способ, указанный выше в отношении одиннадцатого аспекта изобретения, в котором проход (22′) для протекания текучей среды является патрубком, содержащим открытый конец, удаленный от указанной прилегающей поверхности, предназначенный для последующего соединения с другим проходом для текучей среды, таким как шланг.
Двенадцатый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′), предназначенный для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство и имеющий в себе отверстие (8′), предназначенное для того, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между указанным внутренним пространством и наружной стороной указанного кожуха (4′, 12′), и
проход (22′) для текучей среды, герметизированный вокруг указанного отверстия (8′) и находящийся в сообщении с ним по текучей среде для передачи указанной текучей среды через указанный проход (22′) и отверстие (8′) между указанным внутренним пространством и наружной стороной указанного кожуха (4′, 12′);
отличающийся тем, что материал кожуха (4′, 12′) и прохода (22′) для текучей среды скреплены вместе вдоль замкнутого контура, образованного пересечением прилегающих поверхностей кожуха (4′, 12′) и проход (22′) для текучей среды.
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором указанная замкнутый контур имеет форму окружности.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором указанное скрепление получено путем вращения кожуха (4′, 12′)′ и прохода (22′) для текучей среды относительно друг друга в то время, когда указанные их поверхности прилегают друг к другу.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором указанное относительное вращение кожуха (4′, 12′) и прохода (22′) для текучей среды прекращается при кожухе (4′, 12′) и проходе (22′) для текучей среды, размещенных в требующемся положении относительно друг друга так, чтобы позволить указанным прилегающим поверхностям скрепиться друг с другом.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором указанное скрепление выполняется сваркой трением указанных прилегающих поверхностей друг с другом.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором указанное скрепление выполняется нанесением адгезива на по меньшей мере одну из указанных прилегающих поверхностей.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором указанное скрепление выполняется ультразвуковой сваркой или вибрационной сваркой указанных прилегающих поверхностей между собой.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двенадцатого аспекта изобретения, в котором проход (22′) для протекания текучей среды является патрубком, содержащим открытый конец, удаленный от указанной прилегающей поверхности, предназначенный для последующего соединения с другим проходом для текучей среды, таким как шланг.
UA 3184
Тринадцатый аспект настоящего изобретения предлагает способ сборки газоочистного сепаратора (2′), предназначенного для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′, 70′), содержащий первую и вторую отдельные части (4′, 70′), причем первая часть (4′) кожуха имеет установочную поверхность (632), на которой устанавливается базовая поверхность (630) второй части (70′) кожуха так, чтобы ограничить внутреннюю поверхность кожуха (4′, 70′); и
роторный узел (78′, 84′), помещенный в указанном внутреннем пространстве и вращающийся вокруг оси (64′) первой части (4′) кожуха относительно кожуха (4′, 70′), причем роторный узел (78′, 84′) содержит вращающийся вал (78′), установленный с возможностью вращения в первой части (4′) кожуха с помощью подшипникового узла (50′) и установленный с возможностью вращения во второй части (70′) кожуха;
отличающийся тем, что способ сборки указанного сепаратора (2′) содержит этапы:
установки с возможностью вращения вращающегося вала (78′) во второй части (70′) кожуха в заданном относительно указанной базовой поверхности (630) положении, причем указанное заданное положение совпадает с указанной осью (64′) в то время, когда базовая поверхность (630) второй части (70′) кожуха совмещается с установочной поверхностью (632) первой части (4′) кожуха;
помещения подшипникового узла (50′) в зажимное приспособление (500), причем зажимное приспособление (500) содержит базовую поверхность (634) для совмещения с установочной поверхностью (632) первой части (4′) кожуха и средство приема указанного подшипникового узла (50′) в положение относительно базовой поверхности (634) зажимного приспособления (500) так, что подшипниковый узел (50′) принимается зажимным приспособлением в положении относительно базовой поверхности (634) зажимного приспособления, которое совпадает с указанной осью (64′) в то время, когда базовая поверхность (634) зажимного приспособления (500) совмещается с указанной установочной поверхностью (632) первой части (4′) кожуха;
совмещения базовой поверхности (634) зажимного приспособления (500) с указанной установочной поверхностью (632) первой части (4′) кожуха; и
закрепления подшипникового узла (50′) на первой части (4′) кожуха.
Другие признаки изобретения представлены в способе, указанном ниже.
Способ, указанный выше в отношении тринадцатого аспекта изобретения, в котором этап закрепления подшипникового узла (50′) содержит перемещение приемного средства (512) зажимного приспособления (500) в аксиальном направлении вдоль указанной оси (64′) относительно первой части (4′) кожуха, в то время как базовая поверхность (634) зажимного приспособления (500) совмещается с указанной установочной поверхностью (632) первой части (4′) кожуха, и подшипниковый узел (50′) приводится таким образом в касание с первой частью (4′) кожуха.
Способ, указанный выше в отношении тринадцатого аспекта изобретения, в котором приемное средство (512) перемещается в указанном аксиальном направлении относительно базовой поверхности (634) зажимного приспособления (500) так, чтобы прижать подшипниковый узел (50′) к первой части (4′) кожуха.
Способ, указанный выше в отношении тринадцатого аспекта изобретения, в котором зажимное приспособление (500) содержит средство, предназначенное для того, чтобы допустить движение приемного средства (512) в аксиальном направлении вдоль указанной оси (64′) относительно базовой поверхности (634) зажимного приспособления (500).
Способ, указанный выше в отношении тринадцатого аспекта изобретения, в котором этап закрепления подшипникового узла (50′) содержит вращение приемного средства (512) зажимного приспособления (500) вокруг указанной оси (64′) относительно первой части (4′) кожуха, в то время как базовая поверхность (634) зажимного приспособления (500) совмещается с указанной установочной поверхностью (632) первой части (4′) кожуха.
Способ, указанный выше в отношении тринадцатого аспекта изобретения, в котором этап закрепления подшипникового узла (50′) содержит сварку трением подшипникового узла (50′) с первой частью (4′) кожуха.
Способ, указанный выше в отношении тринадцатого аспекта изобретения, в котором зажимное приспособление (500) содержит средство, предназначенное для того, чтобы допустить вращение приемного средства (512) относительно базовой поверхности (634) зажимного приспособления (500).
Четырнадцатый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′), предназначенный для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; при этом сепаратор (2′) собран так, как указано выше в отношении тринадцатого аспекта настоящего изобретения.
UA 3309
Пятнадцатый аспект настоящего изобретения предлагает способ сборки системы, содержащей газоочистной сепаратор (2′), предназначенный для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; при этом способ содержит этапы выбора конкретного варианта компонента первого типа (4′) из множества различных вариантов указанного компонента первого типа (4′); и соединения указанного конкретного варианта указанного компонента первого типа (4′) с компонентом второго типа (12′);
отличающийся тем, что указанное множество различных вариантов указанного компонента первого типа (4′) содержит общие признаки (207, 211) для соединения с указанным компонентом второго типа (12′).
Другие признаки изобретения представлены в способе, указанном ниже.
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, который содержит также этап выбора конкретного варианта компонента второго типа (12′) из множества различных вариантов указанного компонента второго типа (12′).
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, который содержит также этап помещения компонента третьего типа между компонентами первого и второго типов (4′, 12′).
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, который содержит также этап выбора компонента третьего типа из множества различных вариантов указанного компонента третьего типа, причем указанное множество различных вариантов компонента третьего типа содержит общие признаки для соединения с указанными компонентами первого и второго типа (4′, 12′).
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный компонент первого типа содержит кожух ротора (4′), указанный компонент второго типа содержит кожух клапанного узла (12′); и указанный компонент третьего типа содержит тепловой экран.
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанные компоненты являются указанным сепаратором (2′).
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанное множество различных вариантов указанного компонента первого типа (4′) содержит дальнейшие общие признаки (6′), предназначенные для соединения с компонентом четвертого типа (22′).
Способ, указанный выше в отношении пятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанным компонентом четвертого типа является патрубок (22′).
Шестнадцатый аспект настоящего изобретения предлагает комплект деталей для сборки газоочистного сепаратора (2′), предназначенного для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; при этом указанный комплект деталей содержит множество различных вариантов компонента первого типа (4′) указанного сепаратора (2′) для соединения с компонентом второго типа (12′) указанного сепаратора (2′); и по меньшей мере один вариант указанного компонента второго типа (12′); отличающийся тем, что указанное множество различных вариантов указанного компонента первого типа (4′) содержит общие признаки (207, 211) для соединения с указанным компонентом второго типа (12′). В идеале указанное множество различных вариантов указанного компонента первого типа (4′) содержит дальнейшие общие признаки (6′) для соединения с компонентом третьего типа (22′).
Семнадцатый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), и
клапанный узел (14′), предназначенный для регулирования потока от выхода (10′) из указанного кожуха (4′) вещества, отделенного от указанной смеси веществ, причем указанный клапанный узел (14′) содержит клапанное приспособление, помещенное во внутреннем пространстве, ограниченном кожухом клапанного узла (12′);
отличающийся тем, что кожух клапанного узла (12′) отделен от кожуха роторного узла (4′).
UA 3199
Восемнадцатый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′, 70′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел, расположенный в указанном внутреннем пространстве и вращаемый вокруг оси (64′) относительно кожуха, и
кожуховый элемент (72′) установлен в указанном кожухе (4′, 70′) так, чтобы допустить проход текучей среды к любой стороне кожухового элемента (72′), причем текучая среда, текущая по одной стороне указанного элемента (72′), направляется указанным элементом к наружной стороне указанного кожуха (4′, 10′) через первое выходное отверстие (10′) указанного кожуха (4′, 70′);
отличающийся тем, что указанная текучая среда направляется через выпускной проход (211), соединяющий указанный кожуховый элемент (12′) с наружной стороной кожуха, причем выпускной проход (211) уплотнен с по меньшей мере одним из кожуховых элементов (72′) и кожухом (4′, 70′) посредством уплотнительного элемента, обеспеченного около выпускного прохода (211).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный выпускной проход (211) отделен промежутком от указанного кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный выпускной проход (211) отделен от кожухового элемента (72′) и уплотнен с ним посредством уплотнительного элемента (215).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный выпускной проход (211) отделен от кожухового элемента (4′, 70′) и уплотнен с ним посредством уплотнительного элемента (213).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором один или каждый уплотнительный элемент для скрепления указанного выпускного прохода (211) помещен на наружной поверхности, прилегая к выступу, образуемому указанной поверхностью.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный выпускной проход (211) образует одно целое с клапанным узлом (14′), расположенным снаружи от кожуха (4′, 70′) для регулирования потока текучей среды из кожуха (4′, 70′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором один или каждый уплотнительный элемент является кольцевым уплотнением.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении восемнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный выпускной проход (211) отделен от указанного кожуха (4′, 70′) так, чтобы позволить текучей среде, находящейся между кожуховым элементом (72′) и указанным кожухом (4′, 70′) течь по всему его наружному периметру.
UA 3196
Девятнадцатый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); и в котором роторный узел (78′, 84′) содержит вращающийся вал (78′), имеющий продольную ось, совпадающую с указанной осью (64′) вращения и сепараторный диск (82′), установленный на вращающемся валу (78′) посредством отверстия (252), которое помещено в сепараторном диске (82′);
отличающийся тем, что вращающийся вал (78′) содержит по меньшей мере один шлиц (254), и тем, что отверстие (252) в сепараторном диске (82) имеет форму, соответствующую поперечному разрезу, выполненному перпендикулярно оси (64′), проходящей через вращающийся вал (78′) и по меньшей мере один шлиц (254).
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором на центральной втулке (114′), соединенной с вращающимся валом (78′), помещается по меньшей мере один шлиц (254).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором предусмотрены три шлица (254).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором по меньшей мере один шлиц (254) содержит гребень (352), образующий свободный конец шлица (254) и основание (350), радиально обращенное внутрь относительно гребня (352), причем основание (250) имеет бόльшие размеры по окружности, чем гребень (352).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором различные размеры по окружности основания (350) и гребня (352) образуют уступ (354) на любой стороне по меньшей мере одного шлица (254) на стыке между основанием (350) и гребнем (352).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором размеры по окружности основания (350) варьируются вдоль аксиальной длины по меньшей мере одного шлица (254).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором разделительный диск (82′) имеет форму усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором один или каждый шлиц идет аксиально по длине вращающегося вала (78′).
Предотвращение фреттинга
Двадцатый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2') содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78′, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем выход (604) расположен более радиально в наружном направлении от указанной оси (64′), чем вход (600); в котором роторный узел (78′, 84′) содержит также вращающийся вал (78′);
отличающийся тем, что указанный вращающийся вал (78′) снабжен покрытием из пластика по длине указанного вращающегося вала (78′), принимая со скольжением по меньшей одного компонента указанного сепаратора (2′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором по меньшей мере один из указанных компонентов выполнен из металлического материала.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором меньшей мере один из указанных компонентов является цилиндрическая пружина.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором по меньшей мере один из указанных компонентов является подшипниковый узел (50′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором указанный вращающийся вал (78′) принимает два указанных компонента на противоположных концевых участках указанного вращающегося вала (78′) где каждый компонент является цилиндрической пружиной (130′, 96′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором каждая цилиндрическая пружина (130′, 96′) сжимается между роторным узлом (78′, 84′) и, кроме того, одним из двух подшипниковых узлов (50′, 90′), соединяющих вращающийся вал (78′) с кожухом (4′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором каждая цилиндрическая пружина (130′, 96′) выполнена из металлического материала.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором указанный вращающийся вал (78′) выполнен из незакаленного материала.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором указанный материал является незакаленным металлом и предпочтительно незакаленной сталью.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором роторный узел (78′, 84′) содержит по меньшей мере один элемент (114′, 116′, 254), идущий от указанного вращающегося вала (78′), в котором указанный элемент (114′, 116′, 254) выполнен из того же материала, что и указанное покрытие, и выполнен как одно целое с ним.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцатого аспекта изобретения, в котором указанное покрытие и указанный по меньшей мере один элемент (114′, 116′, 254) получен литьем под давлением на указанном вращающемся валу (78′) и таким образом сформирован одновременно с другим.
UA 3291
Двадцать первый аспект настоящего изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость; сепаратор (2′) содержит:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78″, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604),
отличающийся тем, что сепаратор (2′) содержит также электромотор (380) для вращения роторного узла (78″, 84′) и проход для текучей среды через электромотор (380) для приема при использовании вещества, отделенного от указанной смеси веществ.
Другие признаки изобретения представлены в сепараторе, указанном ниже.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении двадцать первого аспекта изобретения, в котором указанный проход для текучей среды через электромотор (380) ограничен, по меньшей мере частично, ротором (382) и статором (400) электромотора (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный проход для текучей среды содержит пространство между ротором (382) и статором (400) электромотора (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный ротор (382) соединяется с роторным узлом (78″, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором электрические провода, помещенные в указанном пути для текучей среды, герметизированы изолирующим материалом.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный изолирующий материал представлен как слой, покрывающий электрические провода указанного статора (400).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный изолирующий материал содержит эпоксидный лак.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором электромотор содержит один или больше электронных компонентов, изолированных от указанного прохода для текучей среды через электромотор (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором сепаратор (2′) содержит кожух (384), в котором помещен электромотор (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный кожух электромотора (384) соединяется и может быть отделен от кожуха (4′), в котором помещен роторный узел (78″, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором кожух электромотора (384) содержит отсек, изолированный от указанного прохода для текучей среды и в котором помещаются электронные компоненты (408) электромотора (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный отсек имеет в общем кольцевую или частично кольцевую форму, которая в сепараторе в сборе (2′) является концентричной с указанным роторным узлом (78″, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный отсек накрыт указанным кожухом электромотора (384) и элементом (394), отделенным от указанного кожуха (384) и изолированным от него.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный элемент (394) имеет в общем кольцевую форму или форму усеченного конуса.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный элемент (394) помещен концентрично с указанным роторным узлом (78″, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором радиально внутренняя часть указанного элемента (394) изолирована от указанного кожуха электромотора (384) вдоль замкнутого контура и радиально наружная часть указанного элемента (394) изолирована от указанного кожуха электромотора (384) вдоль другого замкнутого контура.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанная радиально внутренняя часть указанного элемента (394) изолирована от в общем цилиндрической части (392) указанного кожуха электромотора (384), в который в сепараторе в сборе проходит указанный роторный узел (78″, 84′).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанная радиально внутренняя часть указанного элемента (394) ограничивает отверстие, имеет диаметр, который меньше или по существу равен самому внутреннему диаметру статора (400) электромотора (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный элемент (394) снабжен по меньшей мере одним отверстием, через которое пропущен электрический провод и в котором изолирован указанны провод.
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанные один или больше электронных компонентов содержат один или больше компонентов, предназначенных для контроля работы электромотора (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором указанный проход для текучей среды находится в сообщении по текучей среде с выпускным отверстием (402) в кожухе электромотора (384).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, который содержит также электрический разъем (412) для приема электрического провода, подающего электрический ток и/или управляющие сигналы на электродвигатель (380).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором электрический разъем (412) электрически связан с электромотором (380) посредством одного или больше электрических компонентов (408).
Сепаратор (2′), указанный выше в отношении девятнадцатого аспекта изобретения, в котором электрический разъем (412) помещается в отверстии, проходящем через часть кожуха (384) сепаратора (2′).
Двадцать второй аспект изобретения предлагает газоочистной сепаратор (2′) для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость, содержащий:
кожух (4′), образующий внутреннее пространство,
роторный узел (78′, 84′), предназначенный для придания вращательного движения указанной смеси веществ, причем роторный узел (78″, 84′) расположен в указанном внутреннем пространстве и способен вращаться вокруг оси (64′) относительно кожуха (4′), причем роторный узел содержит вход (600) для приема указанной смеси веществ, выход (604), из которого указанные вещества выпускаются из роторного узла во время использования, и путь (602) для потока для обеспечения сообщения по текучей среде между входом (600) и выходом (604), причем сепаратор дополнительно содержит электромотор (380) для вращения роторного узла (78″, 84′) и проход для текучей среды через электромотор (380) для приема, при использовании, вещества, отделенного от указанной смеси веществ, отличающийся тем, что указанный проход для текучей среды через электромотор (380) ограничен, по меньшей мере частично, ротором (382) и статором (400) электромотора (380), причем электрические провода расположены в указанном проходе для текучей среды, изолированы изолирующим материалом.
Предпочтительно указанный проход для текучей среды содержит пространство между ротором (382) и статором (400) электромотора (380).
Предпочтительно указанный ротор (382) соединяется с роторным узлом (78″, 84′).
Предпочтительно указанный изолирующий материал представлен как слой, покрывающий электрические провода указанного статора (400).
Предпочтительно указанный изолирующий материал содержит эпоксидный лак.
Предпочтительно электромотор содержит один или больше электронных компонентов, изолированных от указанного прохода для текучей среды через электромотор (380).
Предпочтительно сепаратор (2′) содержит кожух (384), в котором помещен электромотор (380).
Предпочтительно указанный кожух электромотора (384), в котором помещен роторный узел (78″, 84′).
Предпочтительно кожух электромотора (384) содержит отсек, изолированный от указанного прохода для текучей среды и в котором помещаются электронные компоненты (408) электромотора (380).
Предпочтительно указанный отсек имеет в общем кольцевую или частично кольцевую форму, которая в сепараторе в сборе (2′) является концентричной с указанным роторным узлом (78″, 84′).
Предпочтительно указанный отсек накрыт указанным кожухом электромотора (384) и элементом (394), отделенным от указанного кожуха (384) и изолированным от него.
Предпочтительно указанный элемент (394) имеет в общем кольцевую форму или форму усеченного конуса.
Предпочтительно указанный элемент (394) помещен концентрично с указанным роторным узлом (78″, 84′).
Предпочтительно радиально внутренняя часть указанного элемента (394) изолирована от указанного кожуха электромотора (384) вдоль замкнутого контура и радиально наружная часть указанного элемента (394) изолирована от указанного кожуха электромотора (384) вдоль другого замкнутого контура.
Предпочтительно указанная радиально внутренняя часть указанного элемента (394) изолирована от в общем цилиндрической части (392) указанного кожуха электромотора (384), в который в сепараторе в сборе проходит указанный роторный узел (78″, 84′).
Предпочтительно указанная радиально внутренняя часть указанного элемента (394) ограничивает отверстие, имеет диаметр, который меньше или по существу равен самому внутреннему диаметру статора (400) электромотора (380).
Предпочтительно указанный элемент (394) снабжен по меньшей мере одним отверстием, через которое пропущен электрический провод и в котором изолирован указанный провод.
Предпочтительно указанные один или больше электронных компонентов содержат один или больше компонентов, предназначенных для контроля работы электромотора (380).
Предпочтительно электрический разъем (412) электрически связан с электромотором (380) посредством одного или больше электрических компонентов (408).
Предпочтительно электрический разъем (412) помещается в отверстии, проходящем через часть кожуха (384) сепаратора (2′).
Применяемый до настоящего времени центробежный сепаратор ALFDEX™ вместе с вариантами реализации настоящего изобретения будет теперь описан со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 показан в поперечном разрезе перспективный вид ближайшего аналога центробежного сепаратора ALFDEX™;
на фиг.2 показан в поперечном разрезе сбоку вид сепаратора, показанного на фиг.1, в сочетании с кожухом турбины;
на фиг.3 показан в поперечном разрезе перспективный вид впускного/выпускного патрубка для применения с сепаратором, показанным на фиг.1;
на фиг.4 показан в поперечном разрезе сбоку вид формы для впускного/выпускного патрубка, показанного на фиг.3;
на фиг.5 показан перспективный вид ротора сепаратора, показанного на фиг.1;
на фиг.6 показан в поперечном разрезе перспективный вид ротора, показанного на фиг.5;
на фиг.7 показан перспективный вид с торца ротора, показанного на фиг.5, в котором верхний роторный диск показан снятым с вращающегося вала указанного ротора так, что вращающийся вал показан в поперечном разрезе;
на фиг.8 показан в поперечном разрезе сбоку сепаратор, показанный на фиг.1, в котором проиллюстрированы пути для потоков разделенных газа и масла;
на фиг.9 и 10 показаны в поперечном разрезе виды сбоку сепаратора, показанного на фиг.1, в которых соответственно проиллюстрированы желательный путь для потока масла и нежелательный путь для потока масла;
на фиг.11 показан перспективный вид сверху вкладыша в кожух сепаратора, показанного на фиг.1;
на фиг.12 показан перспективный вид сбоку вкладыша в кожух, показанного на фиг.11, в котором часть наружной юбки вкладыша кожуха удалена так, чтобы более ясно показать нежелательный путь для потока отделенных капель масла;
на фиг.13 показан перспективный вид сбоку первого сепаратора согласно настоящему изобретению, в котором кожух сепаратора показан в поперечном разрезе так, чтобы проиллюстрировать роторный узел и вкладыш кожуха, помещенный внутри указанного кожуха;
на фиг.14 показан в увеличенном масштабе участок, обведенный линией А, показанной на фиг.13;
на фиг.15 показан в поперечном разрезе перспективный вид сбоку первого варианта реализации настоящего изобретения, как показано на фиг.13;
на фиг.16 показан в поперечном разрезе вид сбоку впускного патрубка, присоединенного к входу в первом варианте реализации;
на фиг.17 показан перспективный вид впускного патрубка и входа с фиг.16, отделенных друг от друга;
на фиг.18 показан в поперечном разрезе перспективный вид сверху первого варианта реализации с фиг.13, в котором поперечный разрез выполнен через плоскость, параллельную несущей пластине первого варианта реализации и проходящую через линию 18-18, показанную на фиг.15;
на фиг.19 показан в поперечном разрезе перспективный вид сбоку второго варианте реализации, в котором второй вариант реализации отличатся от первого варианта реализации тем, что на верхнем конце роторного узла предусмотрено покрытие из пластмассы;
на фиг.20 показан в поперечном разрезе перспективный вид сбоку первого варианта реализации, показанного на фиг.13;
на фиг.21 показан перспективный вид сверху верхнего роторного диска и вращающегося вала первого варианта реализации, показанного на фиг.13;
на фиг.22 показана диаграмма скорости потока, демонстрирующая скорость поступающей текучей среды относительно направляющей поверхности, помещенной на верхнем роторном диске, показанном на фиг.21;
на фиг.23 показан перспективный вид снизу верхнего роторного диска и вращающегося вала, показанного на фиг.21;
на фиг.24 показан перспективный вид снизу одного из множества сепараторных дисков, предназначенного для помещения с возможностью скольжения на вращающемся валу, показанном на фиг.21 и 23;
на фиг.25 показан перспективный вид снизу сепараторного диска, расположенного с возможностью скольжения на вращающемся валу, показанном на фиг.21 и 23;
на фиг.26 показан перспективный вид вентиляторного диска и связанной с ним торцевой пластины, расположенной над вкладышем кожуха, который, в свою очередь, помещен на несущей пластине первого варианта реализации, показанного на фиг.13;
на фиг.27 показан перспективный вид сбоку множества сепараторных дисков, размещенных на вращающемся валу с фиг.21 и 23, причем указанные диски и вал собраны с компонентами, показанными на фиг.26;
на фиг.28 показан перспективный вид вкладыша кожуха первого варианта реализации, показанного на фиг.13, причем вкладыш кожуха показан изолированно от других компонентов, исключая защиту от выплесков масла, помещенную под указанным вкладышем;
на фиг.29 показан частичный перспективный вид снизу первого варианта реализации, показанного на фиг.13, показывающий, в частности, узел колеса турбины указанного варианта реализации;
на фиг.30 показан в частичном поперечном разрезе перспективный вид сбоку узла колеса турбины, показанного на фиг.29;
на фиг.31 показан в частичном поперечном разрезе перспективный вид сбоку узла колеса турбины, альтернативного показанному на фиг.29 и 30;
на фиг.32 показан перспективный вид снизу узла колеса турбины, показанного на фиг.31;
на фиг.33 показан в поперечном разрезе вид первого варианта реализации, показанного на фиг.13;
на фиг.34 показан в увеличенном масштабе в поперечном разрезе вид сбоку первого варианта реализации, показанного на фиг.13, где проиллюстрированы пути протекания газа и отделенных капель масла через сепаратор;
на фиг.35 показан в поперечном разрезе вид компоновки привода от электромотора относительно того, что показано на помещенных выше фигурах, где компоновка привода от электромотора показана применяемой с существующим сепаратором с фиг.1;
на фиг.36 показан схематический вид, демонстрирующий блочный характер сепараторной системы, показанной на фиг.13;
на фиг.37 и 38 показаны виды верхнего подшипникового узла по первому варианту реализации, установленного на зажимном приспособлении для сварки трением;
на фиг.39 показан перспективный вид сбоку верхнего подшипникового узла, установленного на зажимном приспособлении для сварки трением с фиг.37 и 38;
на фиг.40 показан перспективный вид узла, показанного на фиг.39, помещенного внутри кожуха ротора по первому варианту реализации перед сваркой трением верхнего подшипникового узла с внутренней частью указанного кожуха; и
на фиг.41 показан перспективный вид верхнего подшипникового узла, прикрепленного к внутренней поверхности кожуха, показанной на фиг.40, посредством этапы сварки трением.
Далее будет описан ближайший аналог - сепаратор ALFDEX™ со ссылкой на фиг.1-12 прилагаемых чертежей, причем особое внимание уделяется тем аспектам этого применяемого до настоящего времени сепаратора, которые усовершенствованы авторами изобретения.
Ряд видов ближайшего аналога сепаратора ALFDEX™ в сборе 2 показан на фиг.1, 2, 8, 9 и 10 на прилагаемых чертежах. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что применяемый до настоящего времени сепаратор 2 содержит имеющий в целом цилиндрическую форму кожух 4 ротора, предназначенный для помещения ряда внутренних компонентов, которые служат для отделения масла от продуваемого газа, направленного в указанный кожух 4 ротора.
Один конец цилиндрического кожуха 4 снабжен вертикальным кольцевым выступом 6, который ограничивает впуск для текучей среды 8 в сепаратор 2. Поэтому должно быть понятно, что газ, выпускаемый из кожуха и требующий удаления из него масла, поступает в сепаратор 2 через впуск для текучей среды 8.
Отверстие 10 в цилиндрической стенке кожуха 4 ротора образует выпуск для очищенного газа для пропуска из внутренней части кожуха 4 ротора в другой кожух 12, связанный с клапанным узлом 14 (см. фиг.1). Клапанный узел 14 содержит клапанное приспособление, предназначенное для контроля потока очищенного газа от сепаратора 2. Здесь не будут описаны детали работы клапанного узла 14. Однако, как будет очевидно из фиг.1, наружная сторона кожуха 4 ротора специально сконструирована для сопряжения с кожухом 12 клапанного узла 14 так, что два кожуха 4, 12 сочетаются для ограничения внутреннего пространства между указанными кожухами 4, 12, подходящими для помещения внутренних компонентов клапанного узла 14. Два кожуха 4, 12 прикреплены один к другому обычными винтовыми крепежными креплениями 16. Поэтому должно быть понятно, что определенный кожух клапанного узла 12 может быть только использован только вместе с определенным ротором кожуха 4, имеющим необходимые сопрягающие признаки.
Как показано на фиг.1, кожух 12 клапанного узла 14 снабжен вертикальным кольцевым выступом 18, который ограничивает выпуск для текучей среды, через который очищенный газ выпускается из сепаратора 2. Кольцевой выступ 18, помещенный на кожухе клапанного узла 12, по существу идентичен кольцевому выступу 6, помещенному на кожухе 4 ротора. Благодаря их сходству выступы впуска и выпуска 6, 18 могут с взаимной заменой принимать впускной/выпускной патрубки, имеющие одинаковый профиль интерфейса. В поперечном разрезе на фиг.3 показан один такой патрубок 22, изогнутый под углом 90°. Один конец патрубка 22 снабжен кольцевым хомутом 24, ограничивающим кольцевую выемку 26. Кольцевая выемка 26 имеет профиль с кромкой без скоса и диаметр, позволяющий ей принимать кольцевой выступ кожуха 6, 18 (который также имеет кромку без скоса), прилегающий к ней.
Поверхность раздела выступа 6 кожуха 4 ротора с впускным патрубком 28 можно видеть на фиг.2 прилагаемых чертежей. Понятно, что патрубок 28, показанный на фиг.2, имеет изгиб под иным углом, чем патрубок 22 на фиг.3.
Впускной/выпускной патрубки крепятся к соответствующим кожухам 4, 12 путем фиксации их на выступах кожуха 6, 18 с использованием кольцевой шайбы 30, которая прижимается к выступу 24 патрубка 22, 28, когда резьбовые крепежные изделия 32 входят в зацепление с резьбой двух выступов с резьбой 34. Два выступа 34 вертикально помещаются на соответствующих кожухах 4, 12 и помещаются с любой из сторон кольцевых выступов 6, 18. Кольцевое уплотнение 36 помещается, удерживается и зажимается между выемкой 26 и выступом кожуха 6, 18 так, чтобы предотвратить нежелательную протечку текучей среды от поверхности раздела между впускным/выпускным патрубком и соответствующим кожухом (см. фиг.2 в отношении впускного патрубка).
При другой ссылке на патрубки 22, 28, показанные на фиг.3 и 2 соответственно, второй конец патрубка (удаленный от конца, снабженного профилем поверхности раздела) снабжен зубцами или зазубренностью 38 на его наружной поверхности, предназначенными для захвата шланга, который при использовании помещается на дальнем конце патрубка.
Пути протекания текучей среды образуются двумя патрубками 22, 28, каждый из которых содержит изгиб, имеющий внутренний угол 40, по существу не имеющий радиуса кривизны. В применяемом до сих пор сепараторе 2 угловые патрубки изготавливают с использованием литья под давлением (для пластмассовых патрубков) и кокильного литья (для алюминиевых патрубков). Как можно легко понять по фиг.4 (на которой показана формовка патрубка 22), для того, чтобы допустить удаление первого и второго формовочных сегментов 42, 44 в направлениях, обозначенных первой и второй стрелками 46, 48 соответственно, существует возможность в формовочных сегментах 42, 44 придать радиус кривизны внутреннему углу 40.
Упомянутые внутренние компоненты, помещенные в кожухе 4 ротора, будут теперь описаны более подробно с особым вниманием к фиг.8.
Во-первых, верхний подшипниковый узел 50 крепят к внутренней поверхности роторного кожуха 4 сразу после выпуска для текучей среды 8. Верхний подшипниковый узел 50 содержит подшипники в стакане 52, захваченные между верхним стальным колпачковым элементом 54 и нижним подшипниковым гнездовым элементом 56 из пластмассы. Подшипниковый узел 50 изготавливают путем формовки нижнего подшипникового гнездового элемента 56 вокруг верхнего стального колпачкового элемента с подшипниками в стакане 52, надежно закрепленными между ними. Размещение верхнего подшипникового узла 50 наиболее ясно показано на фиг.8, хотя он также показан на фиг.2 и 9 в контексте существующего сепаратора 2.
Подшипниковый гнездовой элемент 56 имеет круглую форму и выступающую вниз цилиндрическую стенку 58 (охватывающую нижнюю часть колпачкового элемента 54) которая в сепараторе в сборе 2 прилегает сбоку к цилиндрической стенке кожуха 4 ротора. Прилегание к цилиндрической стенке 60 способствует обеспечению правильного бокового позиционирования верхнего подшипникового узла 50 относительно кожуха 4 ротора. Вторая цилиндрическая стенка 62 кожуха 4 ротора помещается радиально внутри первой цилиндрической стенки 60 так, чтобы обеспечить правильное аксиальное позиционирование верхнего подшипникового узла 50 относительно кожуха 4 ротора. Верхний подшипниковый узел 50 крепится к кожуху 4 ротора посредством трех крепежных изделий с резьбой (не показаны). Компоновка сепаратора 2 такова, что вращающаяся ось верхнего подшипникового узла 50 совпадает с центральной осью 64 кожуха 4 ротора.
Три частично круговых паза 66 (только два из которых показаны на фиг.8) помещаются в верхнем подшипниковом узле 50 так, чтобы позволить пропускать через них поток впускной текучей среды (как показано стрелкой 68). Верхний колпачковый элемент 54 отклоняет впускаемую текучую среду от подшипников в стакане 52, однако, как должно быть понятно специалистам в данной области техники, нижняя сторона самой верхней части колпачкового элемента 54 также отклоняет (в подшипники в стакане 52) туман смазочного масла, который перемещается при использовании вверх через роторный вал и в верхний подшипниковый узел 50.
Остальные внутренние компоненты сепаратора 2 собирают отдельно для кожуха 4 ротора и затем помещают внутри кожуха 4 в виде единого блока. Единый блок содержит первую группу компонентов, которая при использовании сепаратора 2 остается неподвижной относительно кожуха 4 ротора, и вторую группу компонентов, которая при использовании сепаратора 2 вращается вокруг центральной оси 64 относительно и кожуха 4 ротора (и кожуха клапанного узла 12), и первой группы компонентов.
Первая группа компонентов содержит несущую пластину круговой формы 70 и чашеобразный элемент 72, известный как вкладыш кожуха. Вкладыш кожуха 72 в сочетании с несущей пластиной 70 служит для отделения отделенного масла от очищенного газа перед выходом отделенного масла и очищенного газа из кожуха 4 ротора. Несущая пластина 70 выполнена из стали, а вкладыш кожуха 72 выполнен из пластмассы. Несущая пластина 70 и вкладыш кожуха 72 скрепляются между собой посредством трех крепежных изделий с резьбой 74 (только одно из которых показано на фиг.1 прилагаемых чертежей), которые ввинчены в выступы 76, выступающие вниз с нижней стороны вкладыша кожуха 72. Эта первая группа компонентов будет рассмотрена более подробно далее в этом описании.
Вторая группа компонентов образует роторный узел и содержит вращающийся вал 78, верхний роторный диск 80, несколько отдельных сепараторных дисков 82, которые вместе образуют пакет 84 сепараторных дисков 82, концевую пластину 86 и комбинированный вентиляторно-турбинный блок 88. Компоненты этой второй группы крепятся один к другому таким образом, чтобы предотвратить их вращение относительно друг друга. Вторая группа компонентов, однако, установлена с возможностью вращения относительно первой группы компонентов посредством нижнего подшипникового узла 90 (см., в частности, фиг.10).
Далее роторный узел, образуемый второй группой компонентов, будет описан более подробно.
Вращающийся вал 78 изготовлен из металлического материала и имеет кольцевое поперечное сечение так, чтобы образовать продольно простирающийся проход 92 для потока текучей среды по всей его длине. При использовании сепаратора 2 этот проход 92 потока позволяет перемещать масляный туман от кожуха турбины вверх через вращающийся вал и в верхний подшипниковый узел 50 так, чтобы смазывать подшипники указанного узла 50. Ограничительный элемент 93 в форме кольцевого диска (с цилиндрической стенкой, восстающей по вертикали от его радиально наружной круговой кромки), помещается на обращенном вверх внутреннем выступе указанного пути для потока текучей среды 92 на верхнем конце вращающегося вала 78. Ограничительный элемент 93 служит для уменьшения площади пути для потока через вращающийся вал 78 (образуя, таким образом, сопло) на выходе из вращающегося вала 78 в верхний подшипниковый узел 50.
Наружная сторона вращающегося вала 78 снабжена рядом выемок и выступов для приема пружинных колец, которые способствуют удерживанию компонентов на вращающемся валу 78 в правильном аксиальном положении. Одно такое пружинное кольцо 94 ясно показано на фиг.6 как образующее обращенный вверх выступ, к которому прилегает шайба 95. Цилиндрическая пружина сжатия 96 прилегает к обращенному вверх выступу шайбы 95. Круговая выемка, в которой помещается пружинное кольцо 94, имеет достаточную ширину (т.е. размеры выемки в аксиальном направлении) для того, чтобы позволить пружинному кольцу 94 двигаться аксиально вдоль вращающегося вала 78 (внутри выемки). Это позволяет пружине 96 прикладывать аксиальное усилие в нижнему подшипниковому узлу 90.
Другие выемки помещаются на наружных поверхностях вращающегося вала 78 для помещения и удерживания компонентов на указанном валу 78.
Каждый из числа верхнего роторного диска 80, сепараторных дисков 82 и концевой пластины 86 имеет форму усеченного конуса (ограничивающего верхнюю поверхность усеченного конуса 102) с множеством элементом типа спиц, идущих радиально внутрь к втулочному элементу, который в процессе использования помещается на вращающемся валу 78.
В то время как элементы типа спиц верхнего роторного диска 89 и сепараторных дисков 82 имеют открытые пространства между ними для пропускания потока текучей среды между ними аксиально вдоль вращающегося вала 78, элементы типа спиц концевой пластины 86 соединяются между собой на их нижних поверхностях так, чтобы предотвратить аксиальное течение текучей среды вдоль вращающегося вала 78 или вверх мимо концевой пластины 86, или вниз мимо концевой пластины 86.
Форма усеченного конуса верхнего роторного диска 80 и концевой пластины 86 по существу идентична форме сепараторных дисков 82 так, чтобы позволить верхнему роторному диску 80 и концевой пластине 86 укладываться в пакет с сепараторными дисками 82, причем верхний роторный диск 80 помещается на верху пакета сепараторного диска 84, и концевая пластина 86 помещается ниже пакета сепараторных дисков 84. Кроме того, в то время, когда специалист в данной области техники понимает, что сепараторные диски 82 являются относительно тонкими, так чтобы позволить поместить большое количество дисков в относительно коротком пакете 84, а верхний роторный диск 80 и концевая пластина 86 значительно толще, чем сепараторные диски 82, так чтобы обеспечить жесткость на любом конце пакетов дисков 84 и таким образом обеспечить, чтобы сжимающее аксиальное усилие было равномерно приложено к имеющим форму усеченного конуса частям сепараторных дисков верхним диском 80 и концевой пластиной 86. Сжимающее усилие, в частности, создается цилиндрической пружиной сжатия 86, которая снизу вверх нажимает на втулку 98 концевой пластины 86.
Что касается сжатия пакета дисков 84 между верхним диском 80 и концевой пластиной 86, то специалисту в данной области техники будет понятно, что прилегающие сепараторные диски 82 в пакете 84 должны оставаться отделенными друг от друга для пропускания потока текучей среды через сепаратор 2. Наличие этих промежутков между сепараторными дисками 82 обеспечивается посредством множества ребер 100 (известных как чеканка), помещенных на верхней поверхности, имеющей форму усеченного конуса части каждого сепараторного диска 82. Каждая чеканка 100 идет от радиально внутреннего края 104 указанной верхней поверхности 102 до радиально наружного края 106 указанной поверхности. Чеканки 100 выступают на указанной верхней поверхности 102 и в собранном пакете 84 сепараторных дисков 82 прилегают к нижней стороне прилегающего сверху диска. Как ясно специалисту в данной области техники, каждый сепараторный диск 82 может помещаться на вращающемся валу 78 в одном из только шесте возможных угловых положений относительно вращающегося вала 78, и размещение чеканок 100 на указанной верхней поверхности 102 таково, что чеканки прилегающих дисков 82 должны совмещаться одна с другой в то время, когда диски 82 размещаются в любом из этих шести положений. В результате усилие сжатия, приложенное к пакету дисков 84 концевой пластиной 86, передается через пакет 84 посредством выровненных чеканок 100 без перекрытия промежутков между прилегающими сепараторными дисками 82.
Далее в отношении сжимающего усилия, приложенного к пакету сепараторных дисков 84, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что это усилие создается цилиндрической пружиной сжатия 96 и прикладывается к втулке 98 концевой пластины. Благодаря жесткости концевой пластины 86 сжимающее усилие передается от втулки 98 к имеющей форму усеченного конуса части 108 концевой пластины 86 через множество радиально простирающихся спиц 110 концевой пластины 86. Сжимающее усилие передается затем на пакет дисков 84 через имеющую форму усеченного конуса часть 108 и передается вверх через пакет 84 (через чеканки 100) на имеющую форму усеченного конуса часть 112 верхнего роторного диска 80. Сжимающее усилие передается от имеющей форму усеченного конуса части 112 на втулку 114 верхнего роторного диска 80 через шесть отходящих радиально спиц 116. Сжимающее усилие может передаваться от имеющей форму усеченного конуса части 112 на втулку 114 благодаря жесткости верхнего роторного диска 80. Аксиальное перемещение верхнего роторного диска 80 вверх вдоль вращающегося вала 78 в ответ на сжимающее усилие предотвращается путем помещения втулки верхнего роторного диска 114 в круговую выемку 118 в наружной поверхности вращающегося вала 78 (см. в частности фиг.6). Силы трения между втулкой 114 и наружной поверхностью вращающегося вала 78 предотвращают относительное вращение между ними.
В частности, на фиг.6 и 8 можно видеть, что втулка верхнего роторного диска 80 аксиально тянется вниз вдоль вращающегося вала 78 до точки, находящейся непосредственно над втулкой концевой пластины 98. Более конкретно втулка 114 тянется на всю глубину пакета сепараторных дисков 84 и отделяет таким образом втулку 120 каждого сепараторного диска 82 от вращающегося вала 78 (см. фиг.7). Втулка 120 каждого сепараторного диска 82 имеет шестиугольную форму, ограничивающую шестиугольное отверстие, через которое проходит вращающийся вал 78 и втулка верхнего роторного диска 114. Вращательное движение втулки сепараторного диска 120 относительно втулки верхнего роторного диска 114 (и, следовательно, относительно вращающегося вала 78) предотвращается с помощью шести шлицов 122, помещенных аксиально по длине втулки верхнего роторного диска 114 и тянущихся аксиально к шести углам шестиугольного отверстия, ограниченного втулкой сепараторного диска 120. Такое размещение шлицов 122 предотвращает боковое и вращательное движение втулки сепараторного диска 120 относительно вращательного вала 78.
Втулка сепараторного диска 120 каждого сепараторного диска 82 соединяется с имеющей форму усеченного конуса частью 124 каждого сепараторного диска 82 посредством радиально простирающихся спиц 126. Спицы 126 (и в действительности остаток соответствующего сепараторного диска 82) выполнены из относительно тонкого и упруго гибкого пластика. Однако спицы 126, тем не менее, способны без деформирования сопротивляться действию боковых и вращательных усилий, которым они подвергаются. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что сжимающее усилие, создаваемое цилиндрической пружиной сжатия 96, передается через пакет сепараторных дисков 84 посредством чеканок 100 скорее, чем спицами сепараторного диска 126.
Специалисту в данной области техники должно быть также понятно, что относительная геометрическая форма шлицов 122 и шестиугольной втулки 120 каждого сепараторного диска 82 гарантирует что, как упоминалось выше, каждый сепараторный диск 82 может помещаться на вращающемся валу 78 в одном из только шести угловых положений. Однако полярные или угловые положения чеканок 100 сепараторных дисков 82 являются теми же вне зависимости от того, какое из шести угловых положений используется и, соответственно, нет возможности сборки пакета сепараторных дисков 84 на вращающемся валу 78 со смещенными чеканками 100 прилегающих сепараторных дисков 82.
Для наглядности на некоторых фигурах прилагаемых чертежей показан пакет дисков с уменьшенным количеством имеющихся сепараторных дисков. В отношении применяемого до сих пор конкретного сепаратора 2 фиг.1, 2, 8, 9 и 10 упрощены таким образом.
Как показано на фиг.5, вторая круговая выемка 128 помещается на верхнем конце вращающегося вала 78 в месте над первой выемкой 118. Вторая выемка 128 вмещает вторую цилиндрическую пружину сжатия 130. Положение второй выемки таково, что в применяемом до сих пор сепараторе 2 в сборе нижний конец второй пружины 130 отделен от втулки 114 верхнего роторного диска 80 (см. фиг.6) и его аксиальное движение вниз вдоль вращающегося вала 78 предотвращается обращенным вверх выступом, образуемым второй выемкой 128. Кроме того, в сепараторе в сборе 2 стакан подшипников в стакане 52 прилегает ко второй пружине 130 и сжимает ее по направлению вниз (при верхнем конце вращающегося вала 78, остающимся отделенным от колпачкового элемента верхнего подшипникового узла 50 - см., в частности, фиг.8). Вторая пружина 130 прикладывает нагрузку к верхнему подшипниковому узлу 50 и снижает таким образом вибрацию и связанный с ней износ верхнего подшипникового узла 50.
Все компоненты второй группы внутренних компонентов, за исключением комбинированного вентиляторно-турбинного блока 88, показаны в сборе на фиг.6 прилагаемых чертежей. Перед установкой вентиляторно-турбинного блока 88 на нижнем конце вращающегося вала 78 нижний конец вала 78 помещают в центральном круглом отверстии, выполненном в несущей пластине 70 и вкладыше кожуха 72 первой группы внутренний компонентов. При этом нижний конец вращающегося вала 78 проходит также через нижний подшипниковый узел 90, который закрепляется в центральном отверстии несущей пластины 70 (см., в частности, фиг.8 и 10).
Комбинированный вентиляторный и турбинный блок 88 крепится к нижнему концу вращающегося вала 78, который выступает вниз от нижней стороны несущей пластины 70. Вентиляторно-турбинный блок 88 удерживается в положении на нижнем конце вращающегося вала 78 посредством второго пружинного кольца 132 (удерживается в третьем круговой выемке на валу 78) и второй шайбы 133, прилегающей к обращенной вверх поверхности второго пружинного кольца 132. Аксиальное позиционирование вентиляторно-турбинного блока 88 на вращающемся валу 88, определяемое вторым пружинным кольцом 132, ведет к тому, что верхняя поверхность блока 88 тесно прижимается к отражательной шайбе 139, которая тесно прижимается к нижнему подшипниковому узлу 90. В собранном сепараторе 2 внутренняя дорожка нижнего подшипникового звена 90 прилегает к первому пружинному кольцу 94 и прижимает это пружинное кольцо 94 вверх, противодействую смещению под воздействием первой пружины сжатия 96. Прижимание внутренней дорожки, отклоняющей шайбы 139 и вентиляторно-турбинного блока 88 ко второму пружинному кольцу таково, что позволяет удерживать эти элементы в фиксированном вращательном положении относительно вращающегося вала 78.
Роторный узел сепаратора 2 приводится во вращение в направлении, обозначенном стрелкой 134 (см. фиг.1) с помощью активной гидротурбины. Вентиляторно-турбинный блок 88 содержит колесо Пелтона 136, имеющее множество ковшей 138, равномерно распределенных по его окружности. При использовании сепаратора 2 струю масла направляют от сопла (не показано) внутри кожуха турбины 178 в направлении окружности колеса Пелтона 136. Более конкретно струю направляют по касательной к кругу, проходящему через множество ковшей 138, так что струя попадает в ковш, совмещенный с ее поверхностью. Струя проходит вдоль указанной поверхности, следуя внутреннему профилю ковша, и затем отводится указанным профилем для прохождения вдоль дальнейшей поверхности и после этого выпускается из ковша. В результате струя поворачивает колесо 136.
Вентилятор, имеющий множество лопастей 140, также образует одно целое с колесом 136. Лопасти 140 помещаются на колесе рядом с нижней стороной несущей пластины 70. Множество лопастей вентилятора 140 также находится в приблизительно том же аксиальном положении вдоль вращающегося вала 78, как нижний подшипниковый узел 90. Лопасти вентилятора 140 отходят радиально наружу от прилегающего нижнего подшипникового узла 90. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что лопасть 140 вращается вокруг центральной оси 64 при вращении колеса турбины 136. При этом лопасти турбины 140 эффективно выпускают текучую среду из области между колесом 136 и нижней стороной несущей пластины 70, уменьшая таким образом давление текучей среды в области нижнего подшипника и отводя отделенное масло из места над несущей пластиной 70 вниз через нижний подшипниковый узел и в кожух турбины 178 под несущей пластиной 70.
Для облегчения изготовления колесо 136 выполнено из верхней и нижней частей 142, 144, которые тесно прижимаются друг к другу на линии 146, как показано на фиг.8 из прилагаемых чертежей.
Что касается первой группы внутренних компонентов, то несущая пластина 70 выполнена из стали и имеет круглую форму с диаметром, по существу равным диаметру кожуха 4 ротора. Относительная геометрическая форма такова, что позволяет помещать несущую пластину 70 на обращенном вниз выступе 148 на нижнем конце кожуха 4 ротора. Таким образом, нижний открытый конец кожуха 4 ротора закрывается несущей пластиной 70. Несущая пластина 70 снабжена центральным круглым отверстием, которое в сепараторе в сборе 2 является концентричным с кожухом 4 ротора. Другими словами, в сепараторе в сборе 2 круглое центральное отверстие несущей пластины 70 центрировано на центральной оси 64 кожуха 4 ротора. Кроме того, как особенно ясно из фиг.1 прилагаемых чертежей, нижний подшипниковый узел 90 вставлен в центральное отверстие несущей пластины 70. Самая наружная в радиальном направлении часть нижнего подшипникового узла 90 зафиксирована относительно несущей пластины 70. Самая внутренняя в радиальном направлении части нижнего подшипникового узла 90 помещается рядом с вращающимся валом 78, но не зафиксирована на нем.
Как упоминалось выше, первая группа внутренних компонентов содержит также вкладыш кожуха 72, который прочно закреплен на несущей пластине 70. Вкладыш кожуха 72 служит для отделения очищенного газа от масла, которое было отделено от него, и для получения выпуска 150 для очищенного газа, соединенного с выпускным отверстием 10 кожуха 4 ротора (см., в частности, фиг.1). Вкладыш кожуха 72 представлен единой формовкой из пластмассы. Однако при описании вкладыша кожуха 72 ниже вкладыш будет рассматриваться как содержащий четыре части: часть наружной цилиндрической стенки/юбки 152; желоб 154; часть, имеющую форму усеченного конуса 156; и выпускную часть 158, ограничивающую выпуск указанного вкладыша 150.
Цилиндрическая юбочная часть 152 вкладыша кожуха 52 имеет самый внешний диаметр, который по существу равен диаметру части внутренней стенки роторного кожуха 4, к которой прилегает юбочная часть 152. Круговое углубление 159 (см. фиг.12) предусмотрено на наружной поверхности юбочной части 152 для помещения в нее кольцевого уплотнения 160, которое в сепараторе в сборе 2 обеспечивает герметизацию текучей среды между вкладышем кожуха 72 и вращающимся кожухом 4.
Нижний конец цилиндрической юбочной части 152 прилегает к верхней стороне несущей пластины 70 и снабжается круговым углублением 162 (см. фиг.12) для помещения в ней второго кольцевого уплотнения 164. Понятно, что второе кольцевое уплотнение 164 обеспечивает герметизацию текучей среды между вкладышем кожуха 72 и несущей пластиной 70.
Вторая цилиндрическая стенка помещается радиально внутри наружной юбочной части 152 и располагается концентрично с ней, соединяясь на своем нижнем конце с юбочной частью 152 для образования желоба 154. Желоб 154 вместе с наружной юбочной частью 162 образует желоб (или канавку) 166, идущий вдоль внутренней цилиндрической стенки кожуха 4 ротора. Желоб 166 имеет U-образное поперечное сечение и, при использовании сепаратора 2, собирает отделенные капли масла, которые выпускаются из сепараторных дисков 82 и стекают вниз во внутреннюю часть кожуха 4 ротора под воздействием силы тяжести (и под воздействием движущегося вниз по спирали газового потока, как более подробно упоминается здесь). Желоб 154 снабжается четырьмя сливными отверстиями 168 (см., в частности, фиг.11), через которые масло, собранное в желобе 166, может стекать так, чтобы проходить в область, закрытую при использовании сепаратора 2 с нижней стороны вкладышем кожуха 72 и с верхней стороны несущей пластиной 76.
Третья часть 156 вкладыша кожуха 72 имеет форму усеченного конуса и подвешена к желобу 154. Часть в форме усеченного конуса 156 снабжена центральным круглым отверстием, которое в сепараторе в сборе 2 имеет центральную ось, совпадающую с центральной осью 64 кожуха 4 ротора. Протяженная выемка 170 (см. фиг.11) помещается на верхней поверхности части в форме усеченного конуса 156. Выемка 170 ограничивает проход для текучей среды, предназначенный для очищенного газа, который соединяется с выпускной частью 158 вкладыша кожуха 72. Проход для текучей среды, обеспеченный выемкой 170, начинается на ее верхнем конце с понижением 172 от верхней поверхности части в форме усеченного конуса 156. Боковые стенки 174, 176 выемки 170 становятся выше в направлении по течению, когда проход для текучей среды проходит наружу от центра вкладыша кожуха 72. Как будет очевидно при наблюдении сверху вкладыша кожуха 72, представленного на фиг.11, выемка 170 образует прямой проход для текучей среды, имеющий длину, приблизительно равную половине диаметра вкладыша кожуха 73.
Выпускная часть 158 вкладыша кожуха 72 представлена в форме в общем цилиндрической трубы, которая проходит через канавку 166 между отверстиями в наружной юбочной части 152 и желобом 154.
Вид сепаратора 2, прикрепленного к кожуху турбины 178, показан на фиг.2. Сепаратор 2 прикреплен к кожуху турбины 178 тремя резьбовыми крепежными изделиями 180, каждое из которых через один из трех выступов образует одно целое с нижним концом кожуха 4 ротора. На фиг.2 на изображении сбоку в поперечном разрезе показаны только одно крепежное изделие 180 и выступ 182. Специалисты в данной области техники могут понять по фиг.2, что несущая пластина 70 (и, следовательно, все компоненты из первой и второй групп) удерживается в требующемся положении относительно кожуха 4 ротора за счет тесно прижатого к несущей пластине 70 кожуха турбины 178 посредством обращенного вниз выступа 148 в то время, когда кожух 4 ротора и кожух турбины 178 соединены друг с другом. Несущая пластина 70 по существу зажата между кожухом 4 ротора и кожухом турбины 178 с помощью резьбовых крепежных изделий 180. При затягивании резьбовых крепежных изделий 180 и связанным с этим тесном контакте несущей пластины 70 с выступом 148 вторая цилиндрическая пружина сжатия 130 сжимается верхним подшипниковым узлом 50.
В процессе работы сепаратора 2 сопло (не показано) в кожухе турбины 178 направляет струю масла на колесо турбины 136 так, чтобы вращать колесо турбины в направлении, обозначенном стрелкой 134, как описано ранее в отношении фиг.1. Это вращение колеса турбины приводит во вращение роторный узел в целом в направлении стрелки 134 вокруг центральной оси 64 кожуха 4 ротора. Иными словами, вращающийся вал 78; верхний роторный диск 89; пакет 84 сепараторных дисков 82; концевая пластина 86 и комбинированный вентиляторно-турбинный блок 88 (т.е. совместно упоминаемые здесь как роторный узел) вращаются вместе как единый узел внутри кожуха 4 ротора и относительно указанного кожуха и несущей пластины 70; вкладыша кожуха 72; и кожуха турбины 178.
Газ, продуваемый из картера двигателя и требующий обработки в сепараторе 2, вводится в сепаратор 2 через впуск текучей среды 8, помещенный наверху кожуха 4 ротора. Как показано стрелкой 68 на фиг.8, впускаемый газ входит в кожух 4 ротора в направлении, параллельном и находящимся на одной линии с центральной осью 64, и проходит через три прорези 66 в верхнем подшипниковом узле 50 до прохождения мимо шести спиц 116 верхнего роторного диска 80. Вращательное движение шести спиц также ведет к боковому перемещению текучей среды, помещенной между указанными спицами при том, что указанная текучая среда движется по касательной от кругового пути спиц 116 и эффективно выпускается наружу в направлении цилиндрической стенки кожуха 4 ротора. В сущности шесть спиц 116 придают цилиндрическое движение поступающему газу.
Когда впускаемый газ течет вниз через спицы 116, 126 верхнего роторного диска 80 и сепараторные диски 82, газ смещается в сторону в направлении цилиндрической стенки кожуха 4 ротора через промежутки между соседними сепараторными дисками 82, как показано стрелками 184 на фиг.8. Чеканки 100 вместе с силами трения, приложенными к сепараторным дискам 82, придают боковое движение текучей среде, находящейся в пакете дисков 84, что вызывает движение указанной текучей среды наружу в направлении цилиндрической стенки кожуха 4 ротора. Это движение текучей среды, вызванное вращением пакета дисков 84, является основным механизмом, за счет которого текучая среда втягивается в сепаратор 2.
Специалистом в данной области техники должно быть понятно, что капли масла 186 имеют тенденцию собираться вместе и образовывать более крупные капли по периметру пакета дисков 84. В этом отношении капиллярные силы, воздействующие на более мелкие капли масла (благодаря небольшим промежуткам между соседними сепараторными дисками 82), имеют тенденцию к предотвращению выбрасывания мелких капель из пакета дисков 84. Однако, когда через сепараторный диск проходит больше масла, меньшие капли собираются вместе по периметру и образуют более крупные капли, обладающие достаточной массой (и соответствующей «центробежной» силой) для преодоления капиллярной силы. Масло затем выпускается на цилиндрическую стенку кожуха 4 ротора. После попадания на указанную цилиндрическую стенку капли масла 186 имеют тенденцию к стеканию вниз под воздействием силы тяжести и потока газа через сепаратор 2 в кольцевой желоб 166. Наружный максимально круговой край пакета сепаратора 84 в достаточной степени отделен от цилиндрической стенки кожуха 4 ротора так, чтобы позволять каплям масла стекать без помех со стороны сепараторных дисков 82 вниз в указанный желоб 166. Уплотнительное кольцо 160 обеспечивает стекание капель в желоб 166 вместо их попадания между вкладышами кожуха 72 и кожухом 4 ротора с возможным последствием в форме загрязнения чистого газа, текущего от выпуска 150 вкладыша кожуха 72 (как будет наиболее понятно при ссылке на фиг.1).
Капли масла 186, собирающиеся в желобе 166, сливаются через четыре сливных отверстия 168. Этому сливному действию способствуют градиенты давления текучей среды внутри кожуха 4 ротора и кожуха турбины 178. В частности, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что благодаря вращательному движению роторного узла давление текучей среды в кожухе 4 ротора выше на периферийном краю пакета сепараторных дисков 84, чем в области между нижней стороной вкладыша кожуха 72 и верхней стороной несущей пластины 70. В результате возникает тенденция к возникновению потока очищенного газа вниз через сливные отверстия 168. Этот поток текучей среды имеет тенденцию к проталкиванию отделенных капель масла вдоль кольцевого желоба 166 и вниз через сливные отверстия 168 на несущую пластину 70 внизу. Этот поток газа обозначается стрелкой 188 (см., в частности, фиг.8). Поток газа движется радиально внутрь через верхнюю поверхность несущей пластины 70 в направлении центрального круглого отверстия во вкладыше кожуха 72. Этот поток через несущую пластину 70 имеет тенденцию к проталкиванию отделенных капель масла через несущую пластину 70 в направлении нижнего подшипникового узла 90, через который проходят указанные капли масла. Лопасти вращающегося вентилятора 140,                   комбинированного вентилятора и турбинного блока 88 имеют тенденцию к снижению статического давления в кожухе турбины 178 в области нижнего подшипникового узла 90. В свою очередь это способствует всасыванию капель масла через нижний подшипниковый узел 90. Однако главное средство, с помощью которого капли масла всасываются через нижний подшипниковый узел 90, обеспечивается отражательной шайбой 139, которая при использовании вращается вместе с турбинным блоком относительно несущей пластины 70 и перекачивает масло из кожуха 4 ротора, даже в случае, если давление в кожухе турбины больше, чем в кожухе ротора. Лопасти вентилятора 140 отбрасывают затем указанные капли наружу, в кожух турбины 178, откуда они могут быть возвращены в картер двигателя. В то же время газообразная среда, текущая через несущую пластину 70, втягивается вверх через центральное отверстие вкладыша кожуха 78 и покидает кожух 4 ротора через выпуск 150 вкладыша кожуха и выпуска 10 кожуха ротора.
Со ссылкой на прилагаемые чертежи может также быть понятно, что наряду с протеканием через сливные отверстия 168, часть очищенного газа поступает к выпускам 150, 10 по альтернативному пути между концевой пластиной 86 и верхней частью желоба 154 (без попадания в желоб 166). Этот альтернативный путь обозначен стрелкой 190.
Должно быть понятно, что поток масла через нижний подшипниковый узел 90 обеспечивает благоприятный смазывающий эффект для подшипникового узла. Верхний подшипниковый узел 50 аналогичным образом смазывается масляным туманом, который естественно возникает в кожухе турбины 178 и который перемещается вверх к верхнему подшипниковому узлу 50 по продольному проходу 92 для потока, проходящему через вращающийся вал 78.
Хотя применявшийся до сих пор сепаратор 2 доказал свою эксплуатационную эффективность, существует ряд проблем, связанных с сепаратором, которые адресованы к улучшениям, найденным в модифицированных сепараторах, описанных далее. Эти проблемы могут быть разделены на три широкие категории.
Во-первых, пути для текучей среды через сепаратор 2 ведут к увеличению потерь давления, что отрицательно влияет на пропускную способность сепаратора и, соответственно, размеры двигателя, вместе с которым может использоваться сепаратор. Первая категория проблем, связанных с существующим сепаратором ALFDEX™, может поэтому рассматриваться как относящаяся к потерям давления в пути для прохождения текучей среды.
Во-вторых, компоновка существующего сепаратора такова, что при определенных условиях очищенный газ может загрязняться перед тем, как покинуть сепаратор. Соответственно вторая категория проблем, связанная с существующим сепаратором, может рассматриваться как относящаяся к нежелательному загрязнению очищенного газа маслом.
В-третьих, некоторые приемы изготовления и признаки конструкции, связанные с существующим сепаратором, могут вызвать трудности при сборке и/или проблемы с надежностью. В таком случае третья категория проблем, связанная с существующим сепаратором, может рассматриваться как относящаяся к изготовлению и надежности сепаратора.
Каждая из этих категорий будет теперь рассмотрена более подробно.
Что касается путей для потока текучей среды через сепаратор 2, то существует ряд мест, в которых испытываются сравнительно большие потери давления. Во-первых, внутренний угол 40 изгиба во впускных/выпускных патрубках 22, 28 является настолько острым, что вызывает отделение текучей среды от внутренней поверхности патрубка в области, находящейся непосредственно после указанного внутреннего угла 40. Это отделение проявляет себя рециркуляцией потока текучей среды (или завихрение), что в свою очередь ведет к потерям энергии или давления. Однако, как описано выше в отношении фиг.4 в прилагаемых чертежах, придание большого радиуса кривизны внутреннему углу является проблематическим при изготовлении впускного/выпускного патрубка с помощью литья под давлением или кокильного литья. В результате существующий сепаратор 2 испытывает потери давления в патрубках как на входе в кожух 4 ротора, так и на выходе из кожуха клапанного узла 12.
Авторы изобретения определили также шесть спиц 116 верхнего роторного диска 80 как дополнительную причину нежелательных потерь давления. В частности, на фиг.5 и 6 в особенности можно видеть, что каждая из спиц 116 имеет прямоугольное поперечное сечение, которое представляет острую верхнюю кромку схода для поступающего аксиального потока выпускаемого газа в то время, когда роторный диск 80 вращается в направлении, показанном стрелкой 134 (см. фиг.5). Обнаружено, что форма спиц 116 и, в особенности, острая кромка схода 192 на каждой спице вызывают усиление отделения текучей среды и нежелательные потери давления.
Авторы изобретения обнаружили также, что определенная конфигурация вкладыша кожуха 72 вызывает усиление нежелательных потерь давления. В частности, во время использования сепаратора 2 очищенный газ стекает вниз по имеющей форму усеченного конуса части 156 вкладыша кожуха 72 при вращательном движении вокруг центральной оси 64, как обозначено стрелкой 194 на фиг.12. Этот поток очищенного газа протекает по имеющей форму усеченного конуса части 156 после стекания вниз по спирали вдоль внутренней поверхности цилиндрической боковой стенки кожуха 4 ротора. Поэтому должно быть понятно, что очищенный газ поступает в область между имеющей форму усеченного конуса частью 156 и над концевой пластиной 86 изо всех точек вдоль кругового периметра вкладыша кожуха 72 (скорее, чем поступает в указанную область из одного определенного места). Путь для потока через имеющую форму усеченного конуса часть 156 поэтому имеет форму завихрения, которое может вызвать усиление нежелательных потерь давления или энергии. Далее, уступ 172 и стенки 174, 176 в выемке 170, помещенной в имеющей форму усеченного конуса части 156, образуют дополнительные участки отделения текучей среды и связанные с ними нежелательные потери давления.
Что касается второй категории проблем, относящейся к загрязнению маслом, то авторы изобретения выявили ряд признаков существующего сепаратора 2, которые повышают вероятность загрязнения очищенного воздуха при определенных условиях. Во-первых, как упоминалось ранее, поток очищенного газа, направленный вниз через кожух 4 ротора, частично поступает в желоб 166 и стремиться затягивать отделенные капли масла в сливные отверстия 168. Если расход очищенного воздуха недостаточно высок для работы при определенном уровне загрязнения маслом, капли масла, собираемые в желобе 166, могут подниматься на желобчатую часть 154 вкладыша кожуха 72 и затем стекать на имеющую форму усеченного конуса часть 156 вкладыша кожуха 72 (см. фиг.10). Как только капли масла попадают в область между имеющей форму усеченного конуса частью 156 и концевой пластиной 86, капли масла неизбежно покидают сепаратор 2, загрязняя очищенный газ. Подъем капель масла от желоба 166 может быть результатом низкого расхода очищенного газа, что позволяет собираться в желобе 166 нежелательно большому количеству масла. Присутствие циркулирующего по направлению к верху очищенного газа в желобе 166 может также вызывать всасывание капель масла вверх и на имеющую форму усеченного конуса часть 156 вкладыша кожуха 72. Однако значительным признаком существующего сепаратора 2, который позволяет каплям масла подниматься вверх из желоба 166, является трубчатая выпускная часть 158 (см. фиг.12). Хотя сливные отверстия 168 располагаются с любой стороны выпускной части 158, из фиг.12 прилагаемых чертежей можно понять, что капли масла в желобе 166 движутся по кругу вдоль дна желоба 166, и если капли не протекают через сливное отверстие 168, расположенное непосредственно перед выпускной частью 158, то капли масла будут стремиться следовать по пути, обозначенному стрелкой 196 (см. фиг.12) и течь вверх по выпускной части 158 и в имеющую форму усеченного конуса часть 156 вкладыша кожуха 72.
Авторы изобретения обнаружили также, что отделенные капли масла могут течь вверх через центральное отверстие вкладыша кожуха 72 и на имеющую форму усеченного конуса часть 156, загрязняя таким образом очищенный газ. Этот нежелательный поток отделенного масла имеет тенденцию к возникновению при относительно высоком расходе очищенного газа через сливные отверстия 168 и вверх через центральное отверстие вкладыша кожуха 72 (как обозначено стрелкой на фиг.8). Специалистам в данной отрасли техники должно быть понятно, что высокий расход очищенного газа ведет к переносу отделенных капель масла вверх через центральное отверстие вкладышу кожуха 72, вместо слива отделенных капель масла вниз через нижний подшипниковый узел 90 под воздействием силы тяжести и отражательной шайбы 139.
Авторы изобретения обнаружили также, что избыточное масло может быть введено в пакет дисков 84 в сепараторе по продольному пути для потока 92 через вращающийся вал 78, как обозначено стрелкой 198, показанной на фиг.2. Во время обычных рабочих условий струя масла, приводящая во вращение колесо турбины 136, ударяет в указанное колесо и образует туман из мелких капель масла. Этот туман переносится вверх к верхнему подшипниковому узлу 50, а затем вниз через пакет сепараторных дисков 82. Обычно количество масла, переносимое таким образом, достаточно для смазки верхнего подшипникового узла 50, будучи затем легко отделимым от поступающего потока газа пакетом сепараторных дисков 84. Однако при определенных обстоятельствах количество масла, перемещаемого по вращающемуся валу 78, может быть настолько велико, что ведет к перетеканию масла из желоба 116 или иному поступлению на имеющую форму усеченного конуса часть 156 вкладыша кожуха 72 и после этого в выпуск очищенного газа 10. Это может происходить в то время, когда, например, сепаратор 2 наклонен и нижний конец вращающегося вала 78 непосредственно открыт поверхности масляного резервуара, находящегося в кожухе турбины 178.
Что касается третьей категории проблем, относящейся к трудностям при изготовлении и надежности, то авторы изобретения выявили следующие вопросы, связанные с существующим сепаратором 2.
Во-первых, в отношении изготовления сепаратора 2 авторы изобретения обнаружили, что использование крепежных изделий с резьбой 32 для крепления впускного/выпускного патрубка к кожуху 4 ротора и кожуху клапанного узла 12 может требовать больших затрат времени и требует кольцевого уплотнения 36.
На затраты времени, требующиеся для изготовления существующего сепаратора 2, также отрицательно влияет необходимость аксиального выравнивания верхнего подшипникового узла 50 с нижним подшипниковым узлом 90 таким образом, чтобы оба подшипниковых узла 50, 90 могли вращаться вокруг одной оси 64. В частности, кожух 4 ротора изготавливают из пластмассы с помощью процесса литья под давлением, и авторы изобретения обнаружили тенденцию к деформации кожуха 4 ротора во время охлаждения. В результате этой деформации положение первой цилиндрической стенки 60 кожуха 4 ротора (которая локализирует сбоку верхний подшипниковый узел 50) имеет тенденцию располагаться в ином боковом положении относительно нижнего конца кожуха 4 ротора, чем предполагалось. В результате несущая пластина 79 (и, соответственно, нижний подшипниковый узел 90) может оказаться смещенной в сторону от предполагаемого положения. Эту проблему можно решить, допуская охлаждение кожуха 4 ротора в течение сравнительно длительного периода после процесса литья под давлением. Этот длительный период охлаждения уменьшает деформацию кожуха 4 ротора, но увеличивает длительность изготовления.
Другая проблема, связанная со сборкой сепаратора 2, относится к поверхности раздела между различными компонентами, такой как между кожухом 4 ротора и кожухом клапанного узла 12. В частности, в случае, если сепаратор 2 должен быть снабжен иным клапанным узлом 14, чем предусмотренный первоначально (или вообще не содержать клапанного узла), то должен также использоваться иной кожух 4 ротора, чтобы обеспечить должную поверхность раздела с новым клапанным узлом (или иной системой труб, в которой не используется клапанный узел). Это может привести к недопустимому увеличению затрат и длительности изготовления. Кроме того, асимметрия кожуха 4 ротора (вызванная фасонным профилем, предусмотренным на указанном кожухе 4 для сопряжения с кожухом клапанного узла 12) имеет тенденцию привести к деформации указанного кожуха 4 во время изготовления и это в свою очередь ведет к проблемам во время сборки (например, проблемам, относящимся к отсутствию совместимости компонентов).
Авторами изобретения выяснено также было, что большое кольцевое уплотнение 160, помещенное на вкладыше кожуха 72, может быть повреждено. В частности, кольцевое уплотнение требуется для герметизации двух сопряженных поверхностей большого диаметра, причем одна поверхность помещается на вкладыше кожуха 72 и одна поверхность помещается на цилиндрической стенке кожуха 4 ротора. И кожух 4 ротора и вкладыш кожуха 72 имеют относительно большие производственные допуски, что может привести к недостаточно точной герметизации кольцевым уплотнением 160 двух компонентов. Далее, поскольку два компонента изготавливают из пластмассы с использованием техники литья под давлением, каждая формовка (и в особенности формовка кожуха 4 ротора) подвергается деформации после процесса литья под давлением. Это может затем привести к тому, что кольцевое уплотнение 160 не сможет правильно герметизировать два компонента 4, 72. Понятно, что в случае повреждения кольцевого уплотнения 160 отделенное масло будет протекать в область 200 между наружной цилиндрической юбочной частью 152 вкладыша кожуха 72 и цилиндрической стенкой кожуха 4 ротора. Масло, протекающее в эту область 200, будет в конечном счете проходить в выпуск 150 вкладыша кожуха 72 и загрязнять очищенный газ. Если кольцевое уплотнение 160 повреждается в районе выпуска 150, отделенное масло будет стремиться протечь через кольцевое уплотнение 160 и прямо попасть в выпуск 150. Эта проблема герметизации может увеличить длительность изготовления в случае, если: (i) предпринимается действие по уменьшению эффекта деформации (путем увеличения длительности охлаждения после процесса литья под давлением), или (ii) протекающие компоненты заменяются после испытания продукта.
Кроме того, заусенец от формовки, находящийся в выемке 159, в которую помещают кольцевое уплотнение 160, может привести к повреждению кольцевого уплотнения.
Авторы изобретения определили также вопрос надежности, связанный с компоновкой для помещения сепараторных дисков 82 с фиксированной угловой ориентацией относительно вращающегося вала 78. Как объясняется выше в отношении фиг.7 из прилагаемых чертежей, вращение сепараторных дисков 82 относительно вращающегося вала 78 предотвращают с помощью шести спиц (закрепленных на вращающемся валу 78), взаимодействующих с шестиугольным отверстием во втулке 120 или каждом сепараторном диске 82. Однако вибрация, которой обычно подвержен сепаратор во время использования (такая, как вибрация двигателя), может вызвать износ поверхности раздела между шлицами 122 и шестиугольным отверстием во втулке 120. Этот износ может привести к значительному относительному вращательному движению между сепараторными дисками 82 и вращающимися валами 78. В действительности авторы изобретения обнаружили, что соседние сепараторные диски 82 могут поворачиваться относительно друг друга в такой степени, что чеканки 100 оказываются не совмещенными, позволяя закрыть пространство между соседними сепараторными дисками 82. Если это случится со значительным количеством дисков 82, глубина пакета сепараторных дисков 84 может уменьшиться до такой степени, что втулка 98 концевой пластины 86 прижимается пружиной сжатия 96 к втулке верхнего роторного диска 114. Понятно, что концевая пластина 86 больше не может передавать сжимающее усилие на пакет сепараторных дисков 84 и, в результате, отдельные сепараторные диски 82 смогут свободно двигаться аксиально вверх и вниз вдоль вращающегося вала 78 (так же, как поворачиваться относительно вращающегося вала 78). Это движение в высшей степени нежелательно и значительно уменьшает сепараторные возможности пакета сепараторных дисков 84.
Другой вопрос надежности, выявленный авторами изобретения, относится к фреттинг-коррозии на поверхностях раздела между: (i) вращающимся валом 78 и верхним или нижним подшипниковым узлами 50, 90; и (ii) вращающимся валом 78 и первой пружиной сжатия 96. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что фреттинг-коррозия происходит тогда, когда возможно относительное движение между компонентами (например, благодаря относительно свободном совмещению указанных компонентов). Вращающийся вал 78 проходит через верхний и нижний подшипниковые узлы 50, 90 и первую пружину сжатия 96 при относительно свободной посадке. Это допускает приложение к верхнему и нижнему подшипниковым узлом 50, 90 аксиальной предварительной нагрузки со стороны первой и второй пружин сжатия 96, 130. В частности, на основании чертежей понятно, что первая пружина сжатия 96 прикладывает аксиальное усилие к нижнему подшипниковому узлу 90, а вторая пружина сжатия 130 прикладывает аксиальное усилие к верхнему подшипниковому узлу 130. Свободная посадка вращающегося вала 78 с верхним и нижним подшипниковыми узлами 50, 90 и первой пружиной сжатия 96 допускает вибрацию между компонентами. Это, в свою очередь, усиливает фреттинг-коррозию на указанных компонентах. Относительное движение между компонентами может также допустить попадание твердых частиц между указанными частицами, что может далее ускорить износ и привести к проблемам с надежностью.
Усовершенствованные сепараторы, разработанные авторами изобретения для решения указанных проблем, будут далее описаны со ссылкой на фиг.13-41.
Специалисты в данной области техники сразу же поймут по прилагаемым чертежам, что усовершенствованные сепараторы, разработанные авторами изобретения, имеют много компонентов, сходных или идентичных ближайшему аналогу - сепаратору 2 в отношении функций, которые они выполняют и их основной конфигурации. Такие компоненты будут описаны далее в контексте усовершенствованных сепараторов с использованием тех же ссылочных позиций, которые используются выше в отношении существующего сепаратора 2. Например, из того, что показано на фиг.13 прилагаемых чертежей, специалисту будет понятно, что усовершенствованный сепаратор 2′, показанный на этой фигуре, содержит в общем цилиндрический кожух 4′ ротора, который соответствует кожуху 4 ротора существующего сепаратора 2 и выполняет сходную функцию. Конструкционные и функциональные различия между такими соответствующими компонентами будут очевидны для специалиста по соответствующим чертежам, однако они будут подробно рассмотрены при значительных различиях в решаемых проблемах, обеспечивая усовершенствования в существующем сепараторе 2 или в процессе изготовления существующего сепаратора 2.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что усовершенствованный сепаратор 2′ содержит имеющий в общем цилиндрическую форму кожух 4′ ротора и ряд внутренних компонентов, которые служат для отделения масла от продуваемого газа, направляемого в указанный кожух 4′ ротора. Как описано ниже, некоторые из внутренних компонентов помещаются внутри кожуха 4′ ротора, в то время как другие внутренние компоненты (например, комбинированный вентиляторно-турбинный блок) помещаются снаружи кожуха 4′ ротора, но тем не менее помещаются в другом кожухе (например, кожухе турбины).
Верхний конец цилиндрического кожуха 4′ снабжается вертикальным кольцевым выступом 6′, который ограничивает впуск 8′ для текучей среды в усовершенствованный сепаратор 2′. Газ, продуваемый из картера двигателя и требующий удаления из него масла, поступает в сепаратор 2′ через впуск 8′ для текучей среды.
Отверстие 10′ в цилиндрической стенке 201 кожуха 4′ ротора образует выпуск, через который очищенный газ проходит через внутреннюю часть кожуха 4′ ротора в отдельный кожух 12′ клапанного узла 14′ (см., в частности, фиг.13, 14 и 15). Выпускное отверстие 10' проходит через цилиндрический выступ 202, будучи окружено им, а выступ отходит от наружной поверхности кожуха 4′ ротора.
Клапанный узел 14′ содержит клапанное приспособление, предназначенное для контроля потока очищенного газа из сепаратора 2′. Что касается приведенного выше описания существующего сепаратора 2, то детали работы клапанного узла 14′ здесь не описаны. Специалист, однако, будет знаком с функциональным действием клапанного узла, предназначенного для использования с усовершенствованным сепаратором.
Как должно быть очевидно из фиг.13 и 14, и в особенности из фиг.15, внутренние компоненты клапанного узла 14′ полностью закрыты в кожухе 12′, отделенном от кожуха 4′ ротора. В частности, кожух клапанного узла 12′ содержит первую и вторую части 203, 205, которые сопрягаются одна с другой для образования замкнутого герметизированного пространства, в котором размещаются внутренние компоненты клапанного узла 14′. На фиг.15 можно видеть, что верхний конец первой части 203 кожуха клапанного узла 12′ снабжен выступом 207, через который пропущено обычное резьбовое крепежное изделие 16′ для привинчивания к другому выступу 209 на кожухе А′ ротора.
На фиг.15 можно также видеть, что нижний конец первой части 203 кожуха клапанного узла 12′ снабжен в общем цилиндрической частью 211, которая отходит от кожуха капанного узла 12′ и внутрь кожуха 4′ ротора через выпускное отверстие 10′ кожуха 4′ ротора. Кольцевое уплотнение 213 помещается на наружной поверхности цилиндрической части 211 и прилегает к выступу (описан на указанной поверхности), который обращен во внутреннюю часть кожуха 4′ ротора в сепараторе в сборе 2′. Выступ таким образом предотвращает нежелательное смещение кольцевого уплотнения 213 вдоль цилиндрической части 211, когда указанная часть 211 проталкивается через выпускное отверстие во время сборки и кольцевое уплотнение 213 взаимодействует с указанным отверстием 10′. В частности, кольцевое уплотнение 213 герметично взаимодействует с внутренней цилиндрической поверхностью выступа 202, окружающего выпускное отверстие 10′.
В то время как кольцевое уплотнение 213 помещают ближе к корневому концу цилиндрической части 211 (т.е. концу цилиндрической части, прилегающему к остальной части кожуха клапанного узла), второе уплотнительное кольцо 215 помещается на наружной поверхности свободного конца цилиндрической части 211 (удаленного от корневого конца). Как и в случае первого кольцевого уплотнения 213, второе кольцевое уплотнение 215 прилегает к выступу, обращенному к внутренней части кожуха 4′ ротора так, чтобы предотвратить нежелательное перемещение второго кольцевого уплотнения 215, когда указанное уплотнение вдавливают в положение конечного применения в сепараторе в сборе 2′. В частности, по фиг.15 будет понятно, что в сепараторе в сборе 2′ второе кольцевое уплотнение 215 герметично взаимодействует с выпуском 150′ вкладыша кожуха 72′.
Специалисту будет также понятно, что первое кольцевое уплотнение 213 не допускает просачивания очищенного газа и/или капель масла между кожухом 4′ ротора и кожухом клапанного узла 12′ и от нежелательной при этом просачивания из сепаратора 2′ в окружающую среду. Специалисту будет также понятно, что второе кольцевое уплотнение 215 не допускает просачивания капель масла в выпуск 150′ вкладыша кожуха 72′ и загрязнения таким образом очищенного газа, покидающего кожух 4′ ротора через цилиндрическую часть 211. Небольшой наружный диаметр цилиндрической части 211 и первого и второго кольцевых уплотнений 213, 215 (по сравнению с большим диаметром кольцевого уплотнения 160 в существующем сепараторе 2) допускает использование сравнительно небольших производственных допусков, что обеспечивает низкую частоту отказов в двух кольцевых уплотнениях 213, 215. В этом отношении будет понятно, например, что степень деформации цилиндрической части относительно небольшого диаметра 211 будет меньше, чем у кожуха 4 ротора существующего сепаратора 2 относительно большого диаметра.
Нижний конец первой части 203 кожуха клапанного узла 12′ снабжен вторым выступом 207, помещенным на одной стороне цилиндрической части 211. Как и в случае первого выступа 207, помещенного на верхнем конце первой части 203, второй выступ 207 на нижнем конце первой части 203 принимает обычное резьбовое крепежное изделие 16′ для резьбового соединения со вторым выступом 209, помещенным на нижнем конце кожуха 4′ ротора (см. фиг.18 в отношении указанных вторых выступов 207, 209).
В результате того, что кожух клапанного узла 12′ является отдельным кожухом от кожуха 4′ ротора и геометрически не зависим от него (иначе чем для сопряжения цилиндрической части 211 с выпускным отверстием 10′ и стыковки верхней и нижней пар выступов 207, 209), кожух 4′ ротора усовершенствованного сепаратора 2′ имеет в целом форму, более близкую к цилиндрической, чем ротор кожуха 4 существующего сепаратора 2. В этом отношении отмечено, что существующий кожух 4 ротора содержит на одной своей стороне относительно сложный и объемный фасонный профиль, который служит для формирования части существующего кожуха клапанного узла 12 (вместо простой поверхности сопряжения с ним). Однако на фиг.15 можно видеть, что кожух 4′ ротора усовершенствованного сепаратора 2′ не содержит упомянутого выше сложного и объемного фасонного профиля.
В результате того, что кожух 4′ ротора имеет форму, близкую к цилиндрической, кожух 4′ может быть изготовлен с использованием техники литья под давлением с уменьшенной степень деформации во время процесса охлаждения по сравнению с кожухом 4 существующего сепаратора 2. Это допускает облегченное аксиальное выравнивание верхнего и нижнего подшипниковых узлов 50′, 90′. Кроме того, понятно, что кожух 4′ ротора, показанный на прилагаемых чертежах, может быть соединен альтернативными клапанными узлами с клапанным узлом 14′, показанным на прилагаемых чертежах, причем альтернативные клапанные узлы имеют цилиндрическую часть 211, пригодную для сопряжения с выпускным отверстием 10′ кожуха 4′ ротора и выступы 207, подходящие для сопряжения с выступами 209 кожуха 4′ ротора (как в случае кожуха клапанного узла 12′, показанного на фиг.15). Например, в случае, если альтернативный клапанный узел имеет кожух с цилиндрической частью и двумя выступами, идентичными цилиндрической части 211 и выступам 207, показанным на фиг.15, и при таком же относительном размещении, как показано на фиг.15, альтернативный кожух может быть значительно больше, чем кожух клапанного узла 12′, показанного на фиг.15, и вмещать совершенно иную клапанную компоновку по сравнению с клапанным узлом 14′, показанным на прилагаемых чертежах. Это допускает блочную конструкцию сепаратора 2′ с повышенной унифицированностью деталей между различными компоновками сепаратора.
На фиг.15 можно видеть, что кожух 12′ клапанного узла 14′ снабжен вертикальным кольцевыми выступом 18′, который ограничивает выпуск для текучей среды, через который очищенный газ проходит из сепаратора 2′. Кольцевой выступ 18′, помещенный на кожухе кольцевого узла 12′, по существу идентичен кольцевому выступу 6′, помещенному на кожухе 4′ ротора. Благодаря их сходству впускной и выпускной выступи 6, 18 могут с возможностью взаимозаменяемости принимать впускные или выпускные патрубки, имеющие одинаковый профиль поверхности раздела. Идентичные впускные или выпускные патрубки 22′, имеющие изгиб 90°, показаны на фиг.13. Впускной патрубок 22′ показан в поперечном разрезе сопряженным с выступом 6′ кожуха 4′ ротора и показан также отделенным от указанного выступа 6′ на фиг.17.
Как будет наиболее ясно видно на виде сбоку в поперечном разрезе на фиг.16, внутреннее пространство 216 патрубка 22′ сочетается с изогнутой поверхностью выступа 6′ для ограничения пути для течения текучей среды с изгибом 90° и, что важно, с радиусом кривизны на наружном и внутреннем углах. В результате тенденция для отделения текучей среды от внутреннего угла изгиба значительно уменьшается по сравнению со случаем протекания текучей среды через острый угол 40 при существующей компоновке. В свою очередь, уменьшаются также потери давления.
Поверхность раздела между впускным или выпускным патрубками 22′ и соответствующими выступами кожуха 6′, 10′ будет далее описана более подробно со ссылкой на выступ кожуха ротора 6′ (который идентичен выступу 6′ кожуха клапанного узла 12′).
Как показано на фиг.16 и 17, вертикальный выступ 6′ кожуха 4′ ротора снабжен кольцевым выступом, имеющим в общем цилиндрическую стенку 217, центрированную на продольной оси, совпадающей с центральной осью 64′ кожуха 4′ ротора. Свободный конец цилиндрической стенки 217 (удаленный от остальной части кожуха 4′ ротора) снабжается круглым краем 219, образующим изогнутую поверхность 221, выступающую внутрь, в отверстие, образуемое выступом 6′. В поперечном разрезе (см. фиг.16) изогнутая поверхность 221 имеет частично закругленную форму и проходит через дугу 223 длиной приблизительно 110°. Частично закругленная поверхность 221 ориентирована так, что радиальная часть 225 указанной поверхности 221 идет параллельно продольной оси цилиндрической стенки 217. При конкретной компоновке, показанной на фиг.16, дуга 223, через которую развертывается частично закругленная поверхность 221, оканчивается на упомянутой радиальной части 225. Можно также понять по виду в поперечном разрезе с фиг.16, что наружная цилиндрическая поверхность 227 выступа 6′ совпадает с указанной радиальной частью 225 и пересекается с частично закругленной поверхностью 221 для формирования верхнего края 229 выступа 6′.
И вновь, как показано, в частности, на фиг.16, когда патрубок 22′ будет считаться снабженным профилем для сопряжения с выступом 6′, так что внутренняя поверхность 216 патрубка 22′ сочетается с частично закругленной поверхностью 221 выступа 6′ для получения гладкой поверхности, свободной от ребер, обращенных вверх или вниз выступов, разрывов и/или любых других признаков, вызывающих потери давления. В частности, геометрическая форма патрубка 22′ такова, что переход от внутренней поверхности 216 патрубка 22′ к частично закругленной поверхности 221 выступа 6′ не образует потока текучей среды по комбинированной поверхности (в любом направлении через патрубок 22′) с препятствием или другим признаком, создающим потерю давления. С учетом симметрии выступа 6′ это остается справедливым вне зависимости от углового или полярного позиционирования патрубка 22′ относительно кожуха 4′.
Плавный переход между внутренней поверхностью патрубка 22′ и частично закругленной поверхностью 221 достигается при компоновке усовершенствованного сепаратора 2′ путем конфигурации внутренней поверхности патрубка 22′ так, что в каждой точке, где внутренняя поверхность патрубка 216 сходится с частично закругленной поверхностью 221, внутренняя поверхность патрубка 216 ориентирована по касательной к частично закругленной поверхности 221. Соответственно, в отношении внутреннего угла изгиба, образуемого сочетанием патрубка с выступом, внутренняя поверхность патрубка 216 сходится с частично закругленной поверхностью 221 на упомянутом краю 229 выступа 6′ и в этой точке встречи ориентирована перпендикулярно к упомянутой радиальной части 225 (т.е. по касательной к частично закругленной поверхности 221). Точка, в которой внутренняя поверхность патрубка 216 сходится с частично закругленной поверхностью 221 выступа 6′, последовательно перемещается радиально внутрь по частично закругленной поверхности 221, когда та продвигается по окружности вокруг выступа 6′ к наружному углу изгиба, образованного сочетанием патрубка и выступа. Внутреннюю поверхность 216 можно видеть на фиг.16 сходящейся с частично закругленной поверхностью 221 на краю 231 внутренней поверхности патрубка 216.
На практике в связи с ограничениями, которые накладывает техника литья под давлением и стоимостными ограничениями, связанными с большими допусками, переход между частично закругленной поверхностью 221 и внутренней поверхностью патрубка 216 не будет обязательно полностью свободен от разрывов и других признаков, вызывающих потерю давления. В частности, возможен зазор между краем 231 патрубка 22′ и частично закругленной поверхностью 221 выступа 6′. Этот зазор можно уменьшить на практике путем изготовления одного или обоих элементов из числа патрубка 22′ и частично закругленной поверхности 221 из стали (или другого металлического материала) с помощью техники литья.
Патрубок 22′ снабжается также в общем цилиндрическим выступом в форме цилиндрической стенки 223, имеющей внутренний и наружный диаметр, равный диаметру цилиндрической стенки 217 выступа кожуха 6′. Цилиндрическая стенка 233 патрубка 22′ концентрично сопрягается с цилиндрической стенкой 217 выступа кожуха 6′ в то время, когда патрубок 22′ помещается на указанном выступе 6′. Изогнутая стенка 235 проходит радиально наружу от упомянутого края 231 внутренней поверхности патрубка к верхнему краю цилиндрической стенки 233. В поперечном разрезе частично закругленной по форме и конфигурирована как концентричная с частично закругленной поверхностью 221 выступа кожуха 6′, прилегая к ней.
Два ребра 237 помещаются на наружной стороне патрубка 22′ и отходят от изогнутой стенки 235 так, чтобы придать указанной стенке 235 дополнительную жесткость и предотвратить или уменьшить прогиб патрубка 22′ между указанной стенкой 235 и остальной частью патрубка 22′ (см. фиг.13).
Как и в случае существующего сепаратора 2, патрубок 22′ усовершенствованного сепаратора 2′ изготавливают с использованием обычного литья под давлением или литья в кокиль, в результате чего образуется острый внутренний угол 239 (см. фиг.34). Этот угол 239 может рассматриваться как аналогичный внутреннему углу 40 существующего патрубка 22. Однако понятно, что присутствие частично закругленной поверхности 221 выступа кожуха 6′ в сочетании с усовершенствованным патрубком 22′ обеспечивает придание радиуса кривизны внутренней части изгиба на пути для потока в кожухе 4′. Как упоминалось выше, это не зависит от угловой ориентации патрубка 22′ относительно кожуха 4′. Отделение текучей среды от внутренней поверхности изгиба при этом значительно уменьшается или избегается, и снижение давления в этой части пути для потока аналогичным образом уменьшается или избегается.
И, наконец, в отношении геометрической формы патрубка 22′, второй конец указанного патрубка (удаленный от конца, имеющего профиль поверхности раздела при размещении) снабжен зубцами или зазубринами 38′ на его наружной поверхности для захвата шланга, который во время использования помещается поверх второго конца патрубка.
Вновь подчеркивается, что выступ 6′ кожуха ротора идентичен выступу 18′ кожуха клапанного узла 12′ и что впускной патрубок 22′ соединяется с этим вторым выступом кожуха 18′ таким же образом, как описано выше в отношении выступа кожуха ротора 6′.
Из показанного должно быть понятно, что патрубок 22′ может свободно поворачиваться, будучи надет или будучи прилегающим к выступу 6′, как показано на фиг.16. Таким образом, патрубок 22′ может быть приварен трением к выступу 6′ так, чтобы прочно прикрепить патрубок 22′ к кожуху с требующейся угловой ориентацией. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что этот способ прикрепления патрубка 22′ не требует применения резьбовых крепежных изделий, как существующий сепаратор 2. Понятно также, что этот способ сварки трением позволяет прикрепить патрубок 22′ при любой угловой ориентации относительно кожуха 4′ и обеспечивает герметизацию по всей окружности (или замкнутому конутру) без потребности в кольцевом уплотнении. В частности, тепло, образуемое силами трения, действующими между прилегающими поверхностями кожуха 4′ (т.е. выступа 6′) и патрубком 22′ во время относительного вращения указанных поверхностей вызывает плавление указанных поверхностей. Затем вращение прекращают и указанные поверхности затвердевают, скрепляя таким образом одну с другой.
В то время как указанная сварка трением является эффективным способом скрепления материала патрубка 22′ с материалом кожуха 4′, могут использоваться другие способы скрепления указанных материалов (например, адгезивное скрепление, ультразвуковая сварка или вибрационная сварка).
Упомянутые внутренние компоненты будут теперь описаны более подробно со ссылкой на фиг.34.
Сначала верхний подшипниковый узел 50′ крепят к внутренней поверхности кожуха 4′ ротора непосредственно после впуска для текучей среды 8′. Верхний подшипниковый узел 50′ идентичен верхнему подшипниковому узлу 50 существующего сепаратора 2 и, как таковой, содержит подшипники в стакане 52′, зажатые между верхним стальным колпачковым элементом 54′ и нижним подшипниковым гнездовым элементом 56′ из пластмассы. Верхний подшипниковый узел 50′ (и также нижний подшипниковый узел 90′) содержат роликовые подшипники (как и существующий сепаратор 2), но могут также содержать вместо этого подшипники скольжения или подшипники трения.
В частности, подшипниковый гнездовой элемент 56′ имеет круглую форму и выступающую вниз цилиндрическую стенку 58′ (вмещающую нижнюю часть колпачкового элемента 54′), которая в сепараторе 2′ в сборе помещается внутри (но не прикасаясь к ней) цилиндрической стенки 60′ кожуха 4′ ротора. Цилиндрическая стенка 60′ отходит вниз от верхней внутренней поверхности кожуха 4′ ротора. Круговое ребро 238 также отходит вниз от верхней внутренней поверхности кожуха 4′ ротора и помещается радиально внутри первой цилиндрической стенки 60′. Цилиндрическая стенка 60′, круговое ребро 238 и упомянутый выступ 6′ кожуха 4′ ротора располагаются концентрично один с другим и центрированы на центральной оси 64′ кожуха 4′ ротора.
Как будет описано более подробно ниже (со ссылкой на фиг.37 и 41), верхний подшипниковый узел 50′ крепится к верхней внутренней поверхности кожуха 4′ ротора с помощью техники сварки трением. В частности, нижний подшипниковый гнездовой элемент 56′ приваривают к ребру 238. Резьбовые крепежные изделия не используют для крепления верхнего подшипникового узла 50′ к кожуху 4′ ротора, как это делается в существующем сепараторе 2. Компоновка такова, что вращающаяся ось верхнего подшипникового узла 50′ совпадает с центральной осью 64′ кожуха 4′ ротора.
На верхнем подшипниковом узле 50′ помещены три частично закругленных прорези 66′ (только две из которых показаны на фиг.34) так, чтобы допустить протекание через них поступающей текучей среды (как показано стрелками 68′). Верхний колпачковый элемент 54′ отклоняет поступающую текучую среду от подшипников в стакане 52′. Как и в существующем сепараторе 2, нижняя сторона самой верхней части колпачкового элемента 54′ также отклоняет (внутрь подшипников в стакане 52′) туман смазочного масла, который перемещается в процессе использования вверх по валу ротора.
Остальные внутренние компоненты сепаратора 2′ собирают отдельно от кожуха 4′ ротора и затем помещают с частичной возможностью извлечения в кожух 4′ как единый узел. Как и в случае существующего сепаратора 2, этот единый блок может рассматриваться как содержащий первую группу компонентов, которая в процессе использования остается стационарной относительно кожуха 4′ ротора, и вторую группу компонентов, которая во время использования поворачивается вокруг центральной оси 64′ относительно и кожуха 4′ ротора (и кожуха клапанного узла 12′) и первой группы компонентов.
Первая группа компонентов содержит несущую пластину круговой формы 70′ и чашеобразный кожуховый элемент/вкладыш 72′. Как и в существующем сепараторе 2, вкладыш кожуха 72′ и несущая пластина 70 действуют в сочетании друг с другом для отделения отделенного масла от очищенного газа до выхода отделенного масла и очищенного газа из кожуха 4′ ротора. Несущая пластина 70′ выполнена из стали, а вкладыш кожуха 72′ выполнен из пластмассы. Несущая пластина 70′ и вкладыш кожуха скрепляются между собой с помощью трех резьбовых крепежных изделий 74′ (см. фиг.29), которые ввинчиваются в выступы 76′, выступающие вниз от нижней стороны вкладыша кожуха 72′. Подшипниковая пластина 70′ закрывает открытый конец кожуха 4′ ротора для создания замкнутого внутреннего пространства в кожухе 4′, в котором помещаются несколько компонентов из второй группы. В этом отношении кожуха 4′ ротора может рассматриваться как первая часть кожуха, ограничивающая внутреннее пространство, предназначенное для размещения компонентов для разделения веществ (например, масла и газа) и для направления веществ к различным выпускам из указанного внутреннего пространства. Несущая пластина 70′ может рассматриваться как вторая часть кожуха, ограничивающая указанное внутреннее пространство вместе в первой частью кожуха.
Первая группа компонентов будет рассмотрена в этом описании далее.
Вторая группа компонентов образует роторный узел и содержит вращающийся вал 78′, верхний роторный диск 80′, несколько отдельных сепараторных дисков 82′, которые совместно образуют пакет 84′ сепараторных дисков 82′, вентиляторный диск 240 и концевой элемент/пластину 86′, диск ограждения от выплескивания 242 и комбинированный вентиляторно-турбинный блок 88′. Вращающийся вал 78′ выполнен из металлического материала, в то время как остальные из упомянутых компонентов второй группы выполнены из пластмассы и изготовлены способом литья под давлением. Упомянутые компоненты второй группы крепятся друг к другу таким образом, чтобы предотвратить или по меньшей мере ограничить их вращение относительно друг друга. Цилиндрические пружины сжатия (из металлического материала) также применяются во второй группе компонентов, как будет более подробно описано ниже. Вторая группа компонентов установлена с возможностью вращения на первой группе компонентов с помощью нижнего подшипникового узла 90′ и, в сепараторе 2′ в сборе, установлена с возможностью вращения на кожухе мотора 4′ посредством верхнего подшипникового узла 50′.
Роторный узел, образуемый второй группой компонентов, будет теперь описан более подробно.
Вращающийся вал 78′ имеет кольцевое поперечное сечение так, чтобы получить продольный проход 92′ для текучей среды по всей своей длине. При использовании сепаратора 2′ этот проход 92′ для текучей среды позволяет масляному туману переноситься от кожуха турбины через вращающийся вал в верхний подшипниковый узел 50′ так, чтобы смазывать подшипники указанного узла 50′. Наружная сторона вращающегося вала 78′ снабжена рядом выемок и уступов, которые способствуют удержанию компонентов в должном аксиальном положении на вращающемся валу 78′.
Каждый из верхних роторных дисков 80′, сепараторных дисков 82′, вентиляторного диска 240 и концевой пластины 86 имеет форму усеченного конуса (описывая верхнюю и нижнюю поверхности в форме усеченного конуса), соединенного с центральным втулочным элементом, который во время использования располагается возле вращающегося вала 78′.
В случае диска вентилятора 240 имеющая форму усеченного конуса часть 290 соединяется соответствующим центральным втулочным элементом 292 посредством второй имеющей форму усеченного конуса части 294. Эта вторая имеющая форму усеченного конуса часть 294 является непрерывной для того, чтобы образовать барьер для текучей среды и предотвратить таким образом аксиальный поток текучей среды вдоль вращающегося вала 78′ или вверх мимо вентиляторного диска 240, или вниз мимо вентиляторного диска 240.
Форма усеченного конуса второй имеющей форму усеченного конуса части 294 имеет больший угол конуса, чем другие имеющие форму усеченного конуса части усовершенствованного сепаратора 2′. Другими словами, противоположные стороны второй имеющей форму усеченного конуса части 294 сходятся или расходятся более быстро чем в случае первой имеющей форму усеченного конуса части 290 вентиляторного диска 240 или имеющие форму усеченного конуса части верхнего роторного диска 80′, сепараторного диска 82′ и концевой пластины 86′ (и в действительности имеющего форму усеченного конуса разделительного крышечного элемента 268 вкладыша кожуха 72′), которые все имеют одинаковый угол конуса. Центральный втулочный элемент 292 является цилиндрической стенкой, установленной вертикально на второй имеющей форму усеченного конуса части 294 (см., в частности, фиг.26 и 33). Продольно идущие пазы 296 (только один из которых показан на фиг.26) помещаются по полной толщине цилиндрической стенки вентиляторного втулочного элемента для помещения шлица 254, идущего радиально от вращающегося вала 78′. Таким образом предотвращается вращение вентиляторного диска 240 относительно вращающегося вала 78′.
Нижняя сторона первой имеющей форму усеченного конуса части 290 вентиляторного диска 240 снабжена множеством чеканочных элементов 298, равномерно размещенных вокруг центральной оси вентиляторного диска 240. Каждый чеканочный элемент 298 представлен как прямой гребень, выступающий вниз от нижней стороны первой имеющей форму усеченного конуса части 290 и тянущийся в радиальном направлении от радиально самого внутреннего края первой имеющей форму усеченного конуса части 290 до радиально самого наружного края первой имеющей форму усеченного конуса части 290. В сепараторе в сборе 2 чеканочные элементы 298 упираются в верхнюю поверхность имеющей форму усеченного конуса части концевой пластины 86′ и, таким образом, обеспечивают наличие промежутка между диском 240 и концевой пластиной 86′, через который может проходить текучая среда (как обозначено стрелкой 188 на фиг.34). Во время применения сепаратора 2′ вращение чеканочных элементов 298 придает вращательное движение текучей среде, находящейся между диском вентилятора 240 и концевой пластиной 86′. В результате указанная текучая среда движется наружу по направлению к цилиндрической стенке 201 вращающегося кожуха 4′. Капли масла (и/или в действительности других жидких или корпускулярных загрязнений, которые переносит газовый поток) эффективно отбрасываются на цилиндрическую стенку 201 вращающегося кожуха 4′ и стекают (или падают) вниз на несущую пластину 70′. Газообразная текучая среда, выброшенная из пространства между вентиляторным диском 240 и концевой пластиной 86′, или также стекает вниз на несущую пластину 70′ или прямо покидает кожух 4′ ротора, как будет объяснено более подробно ниже.
Что касается концевой пластины 86′, то радиально самый внутренний круговой край имеющей форму усеченного конуса части 108′ соединяется с втулочным элементом 98′ с помощью множества спиц 110′ (см. фиг.18). Однако цилиндрическая стенка 300 также простирается вниз от указанного радиально самого внутреннего края имеющей форму усеченного конуса части 108′. В сепараторе 2′ в сборе цилиндрическая стенка 300 центрирована на центральной оси 64′ и тянется в достаточной степени вниз вдоль вращающегося вала 78′ так, чтобы проходить через центральное отверстие, предусмотренное во вкладыше кожуха 72′. Хотя указанная стенка 300 имеет в общем цилиндрическую форму, внутренняя поверхность 302 указанной стенки 300 описывает форму усеченного конуса, так что внутренний диаметр цилиндрической стенки 300 уменьшается по направлению вверх в сепараторе в сборе 2′. Наружная цилиндрическая поверхность стенки 300 имеет по существу такой же диаметр, как центральное отверстие вкладыша кожуха 72′ и, в сепараторе 2′ в сборе, помещается в указанном отверстии при минимальном просвете между стенкой 300 и вкладышем кожуха 72′. Эта тесная посадка, допуская относительное вращение между концевой пластиной 86′ и вкладышем кожуха 72′, способствует уменьшению количества отделенного масла, которое может протекать между указанной стенкой 300 и центральным отверстием вкладыша кожуха 72′ так, чтобы загрязнять очищенный газ. Кроме того, внутренняя имеющая форму усеченного конуса поверхность 302 указанной стенки 300 служит для сопротивления прохождению капель масла, протекающих вверх в пространство между вентиляторным диском 240 и концевой пластиной 86′. Специалистам в данной области техники будет понятно, что капли масла, соприкасающиеся с имеющей форму усеченного конуса поверхностью стенки 300, будут подвергаться вращательному движению и, за счет формы усеченного конуса указанной поверхности, действующей по направлению вниз силе.
Ограждающий от выплескивания диск 242 включает в себя плоский кольцевой диск 304, который соединяется с помощью шести спицевых элементов 306, тянущихся радиально внутрь, с центральным втулочным элементом 308, который в сепараторе 2′ в сборе располагается вокруг вращающегося вала 78′ (см., в частности, фиг.28). Диаметр центрального отверстия, ограниченного плоским кольцевым диском 304, по существу равен внутреннему диаметру нижнего конца цилиндрической стенки 300 концевой пластины 86′. Поток текучей среды, проходящей через ограждающий от выплескивания диск 242 в области между вентиляторным диском 240 и концевой пластиной 86′, поэтому не сталкивается с признаком, вызывающим значительную потерю давления на стыке между ограждающим от выплескивания диском 242 и концевой пластиной 86′. Должно быть понятно, что кольцевой диск 304 образует фланцевый элемент, идущий радиально от нижнего конца указанной цилиндрической стенки 300 и служащий для того, чтобы накрыть любой промежуток между наружной поверхностью указанной цилиндрической стенки 300 и той частью вкладыша кожуха 72′, ограничивающей центральное отверстие, через которое проходит указанная стенка 300. Таким путем плоский кольцевой диск 304 уменьшает вероятность выплескивания отделенных капель масла или перемещения иным образом вверх от несущей пластины 70′ и через центральное отверстие вкладыша кожуха 72′ так, чтобы загрязнить очищенный газ.
Далее станет понятно, что указанная область между вентиляторным диском 240 и концевой пластиной 86′ ограничивает путь 616 для потока для текучей среды для прохождения через впуск 618 (ограничен ограждающим от выплескивания диском 242) до выпуска 620 (ограничен радиально наружными по периметру кромками вентиляторного диска 240 и концевой пластины 86′), как показано на фиг.34.
Втулочный элемент ограждающего от выплескивания диска 242 выполнен как цилиндр с верхним его концом, закрытым плоской стенкой, расположенной перпендикулярно продольной оси указанного цилиндра (и, в сепараторе 2′ в сборе, центральной оси 64′). Внутренний диаметр указанного цилиндра больший, чем наружный диаметр вращающегося вала 78′ и плоская стенка снабжена центральным отверстием, через которое указанный вал 78′ проходит в сепараторе в сборе 2′. Компоновка такова, что в сепараторе в сборе 2′ вращающийся вал 78, и цилиндр втулочного элемента 308 ограничивают кольцевое пространство, в которое входит цилиндрическая пружина сжатия 96′, предназначенная для прижатия ограждающего от выплескивания диска 242 к концевой пластине 86′ которая, в свою очередь, прижимает вентиляторный диск 240 и пакет дисков 84′ к верхнему роторному диску 80′.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что ограждающий от выплескивания диск 242 изготавливают отдельно от концевой пластины 86′ так, чтобы позволить цилиндрической стенке концевой пластины 86 помещаться в центральном отверстии вкладыша кожуха 72′. Это не может быть возможным, если ограждающий от выплесков диск 242 образует одно целое с концевой пластиной 86′, поскольку кольцевой диск 304 превышает диаметр центрального отверстия во вкладыше кожуха 72′.
Как отмечено выше, геометрическая форма усеченного конуса верхнего роторного диска 80′, вентиляторного диска 240 (в отношении к его первой имеющей форму усеченного конуса части) и концевого диска 86′, по существу, идентична форме сепараторных дисков 82′. Это позволяет верхнему роторному диску 80′, вентиляторному диску 240 и концевой пластине 86′ помещаться в пакет с сепараторным дисками 82′, причем верхний роторный диск 80′ помещается поверх пакета сепараторных дисков 84′ и концевая пластина 86′ помещается внизу пакета сепараторных дисков 84′. Вентиляторный диск 240 помещается между концевой пластиной 86′ и сепараторным диском 82′ в самом низу (т.е. в основании) пакета сепараторных дисков 84′.
Кроме того, в то время как специалисты могут счесть потребность в сравнительно тонких сепараторных дисках 82′ так, чтобы можно было собрать в сравнительно коротком пакете 84′ большое количество дисков, верхний роторный диск 80′ и концевая пластина 86′ являются значительно более толстыми, чем сепараторные диски 82′, с тем, чтобы обеспечить жесткость на любом конце пакета дисков 84′ и таким образом допустить равномерное приложение сжимающего усилия к имеющим форму усеченного конуса частям сепараторных дисков 82′ посредством верхнего диска 80′ и концевой пластины 86′. Должно быть понятно, что сжимающее усилие создается указанной цилиндрической сжимающей пружиной 96′, которая нажимает вверх на нижнюю сторону втулки 308 ограждающего от выплескивания диска 242. В свою очередь втулка 308 ограждающего от выплескивания диска 242 нажимает вверх на нижнюю сторону прилегающей втулки 98′ концевой пластины 86′.
Что касается сжатия пакета дисков 84′ между верхним диском 80′ и концевой пластиной 86 и концевой пластиной 86, то специалисту будет понятно, что так же, как в существующем сепараторе 2, прилегающие сепараторные диски 82′ в пакете 84′ должны оставаться отделенными один от другого для того, чтобы допустить прохождение потока текучей среды через усовершенствованный сепаратор 2′. Это разделение сепараторных дисков 82′ обеспечивается в усовершенствованном сепараторе 2′ с помощью множества прокладок 246. Каждая прокладка 246 является маленькой точкой, помещенной или выступающей на верхней поверхности 102′ имеющей форму усеченного конуса части 124′ на каждом сепараторном диске 82′ (см. фиг.20).
Самый нижний сепараторный диск 82′ в пакете 84′ может быть дополнительно отделен также от вентиляторного диска 240 так, чтобы допустить течение текучей среды между ними. Если требуется такое разделение, то требуются подходящие прокладки. В идеале верхняя поверхность первой имеющей форму усеченного конуса части вентиляторного диска 240 (которая помещается ниже имеющий форму усеченного конуса частей пакета дисков 84′ и соединяет втулку вентиляторного диска с помощью второй имеющей форму усеченного конуса части вентиляторного диска 240) снабжается прокладками 246 таким же образом, как имеющая форму усеченного конуса часть каждого из сепараторных дисков 82′.
Каждая из указанных прокладок имеет круглую форму, хотя возможно использование других прокладок (например, может использоваться овальная форма). Любые альтернативные формы прокладок 246 предпочтительно имеют изогнутые края так, чтобы уменьшить потери давления текучей среды в текучей среде, текущей мимо прокладок.
Первая группа прокладок 246 размещена по концентрической окружности вместе и рядом с внутренней круговой кромкой 104′ указанной верхней поверхности 102′. Каждая прокладка 246 в этой первой группе помещается рядом с той частью внутренней круговой кромки 104′, где спица диска 82′ соединяется с имеющей форму усеченного конуса частью диска 82′. Вторая группа спиц 246 располагается по кругу, концентричному вместе и рядом с наружной круговой кромкой 106′ указанной верхней поверхности 102′. Третья группа прокладок 246 располагается в круге, концентричном вместе и приблизительно на полпути между внутренней и наружной круговыми кромками 104′, 106′ имеющей форму усеченного конуса части диска 82′.
Как будет показано более подробно ниже, каждый сепараторный диск 82′ (и, в действительности, диск 240) может помещаться на вращающемся валу 78′ в одном из только трех возможных угловых положений относительно вращающегося вала 78′, и позиционирование прокладок 246 на указанной верхней поверхности 102′ таково, что прокладки 246 прилегающих дисков 82′ должны совмещаться друг с другом в то время, когда диски 82′ размещаются в любом из этих трех положений. Другими словами, в то время как сепараторные диски 82′ продвигаются аксиально на вращающийся вал 78′ и в соприкосновение друг с другом для образования упомянутого пакета 84′, неизбежным является то, что (i) каждая прокладка 246 определенного диска 82′ располагается непосредственно над прокладкой 246 прилегающего диска 82′, расположенного под указанным определенным диском 82′ в пакете 84′, и что (ii) каждая прокладка 246 определенного диска 82′ располагается непосредственно под прокладкой 246 прилегающего диска 82′, расположенного над указанным определенным диском 82′ в пакете 84′. В результате сжимающее усилие, приложенное к пакету диска 84′ концевой пластиной 86′, передается через пакет 84′ с помощью совмещенных прокладок 246 без перекрытия промежутка между соседними сепараторными дисками 82. Это обеспечивает возможность вытекания остатков текучей среды между сепараторными дисками.
По чертежам можно понять, что прокладки 246 имеют небольшие радиальные размеры, так же как небольшие размеры по окружности по сравнению с размерами (диаметром) соответствующих сепараторных дисков. Это позволяет текучей среде протекать относительно беспрепятственно со стороны прокладок в направлении по окружности через указанную верхнюю поверхность диска 102′ так же, как в радиальном направлении через указанную поверхность 102′. Это обеспечивает минимизацию потерь давления в потоке текучей среды между соседними дисками 82′.
Верхний роторный диск 80′ и вращающийся вал 78′ показаны изолированно от других компонентов сепаратора 2′ на фиг.21 и 23 прилагаемых чертежей. Втулка 114′ верхнего роторного диска 80′ сформована на наружной поверхности вращающегося вала 78′ и связана таким образом с указанным валом 78′. Эта связь предотвращает относительное вращение между втулкой 114′ и вращающимся валом 78′.
Втулка 114′ верхнего роторного диска 80′ идет аксиально вверх вдоль вращающегося вала 78′ и оканчивается на верхнем конце указанного вала 78′. Верхняя часть вращающегося вала 78′, вокруг которой помещается вторая цилиндрическая пружина сжатия 130′, снабжена таким образом облицовкой (гильзой) из пластмассы (предпочтительно из термопластмассы). Это покрытие защищает пружину 130′ и, в частности, вал 78′, от фреттинг-коррозии. Первая и вторая группы внутренних компонентов альтернативного варианта реализации первому варианту реализации 2′ показаны на фиг.19. Альтернативный сепаратор является таким же, как в первом варианте реализации, за исключением того, что участок верхнего конца вращающегося вала 78′ не имеет пластиковой облицовки, прилегающей ко второй цилиндрической пружине 130′.
Втулка 114′ верхнего роторного диска 80′ также идет аксиально вниз вдоль вращающегося вала 78′ и оканчивается в точке, находящейся непосредственно над нижним подшипниковым узлом 90′. Нижний подшипниковый узел 90′ при этом соприкасается с металлическим концом вращающегося вала 78′ в сепараторе в сборе 2′. В частности, втулка 114′ тянется на полную глубину пакета сепараторных дисков 84′ и отделяет таким образом втулку 120′ каждого сепараторного диска 82′ от вращающегося вала 78′. Понятно также, что втулка 114′ также обеспечивает вращающийся вал 78′ облицовкой (гильзой) из пластмассы (предпочтительно термопласта) в области первой цилиндрической пружины сжатия 96′. И в этом случае облицовка защищает пружину 96′ и, в особенности, вал 78′ от фреттинг-коррозии.
Имеющая форму усеченного конуса часть 112′ верхнего роторного диска 80′ соединяется с втулкой 114 двенадцатью радиально расположенными спицевыми элементами. Каждый спицевый элемент 116′ имеет прямоугольное поперечное сечение, верхняя (меньшая) сторона 310 которого прилегает к радиально самой внутренней круговой кромке 312 указанной имеющей форму усеченного конуса части 112′. Каждый спицевый элемент 116′ отходит радиально вниз от указанной кромки 312. Эта компоновка такова, что в то время, когда верхние роторные диски 80′ вращаются во время использования сепаратора 2′, каждый спицевый элемент 116′ действует как лопасть вентилятора и придает движение прилегающей текучей среде. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что движение, приданное текучей среде каждым спицевым элементом 116′, ведет к получению текущей среды, текущей по касательной от кругового пути спицевых элементов 116′ и эффективно отбрасывается наружу под имеющую форму усеченного конуса часть 112′ и через пакет дисков 84′ в направлении цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора. Функционирование спицевых элементов 116′ как лопастей вентилятора вызывает вращение верхнего роторного диска 80′, втягивающего газ в кожух 4′ ротора через впуск 8′ для текучей среды (как обозначено стрелкой 68′ на фиг.34) и через промежутки 600 между спицевыми элементами 116′, так что указанные промежутки 600 образуют вход в роторный узел.
Текучая среда, поступающая в кожух 4′ ротора, проходит через три частично закругленные прорези 66′ в верхнем подшипниковом узле 50′. Спицевые элементы 116′ верхнего роторного диска 80′ располагаются в сепараторе 2′ в сборе непосредственно под тремя частично круговыми прорезями 66′. Как конкретно показано на фиг.34 из прилагаемых чертежей, радиальные размеры частично закругленных прорезей 66′ меньше радиальных размеров (т.е. длины) спицевых элементов 116′ с тем результатом, что большая доля поступающей текучей среды первоначально ударяет только в тот отрезок спицевого элемента 116′, который расположен непосредственно под частично закругленными прорезями 66′. Этот отрезок каждого спицевого элемента 116′ снабжен изогнутой, направляющей текучую среду лопаткой 314, идущей вверх от его верхней стороны (или ведущей кромки) 310. Назначением каждой направляющей текучую среду лопатки 314 является уменьшение или устранение потерь давления, связанных с отделением впускаемой текучей среды от спицевых элементов 116′. Этого достигают путем подачи по существу аксиального потока впускаемой текучей среды в кожух 4′ ротора при направляющей лопатке, имеющей аэродинамическое поперечное сечение и корд, ориентированный так, чтобы иметь по существу нулевой угол атаки с поступающим потоком текучей среды (или другим углом атаки, который не вызывает отделения текучей среды от направляющей лопатки 314).
Вид поперечного сечения через отрезок спицевого элемента 116′, снабженного направляющей лопаткой 314, показан на фиг.22. Поверхность направляющей лопатки 314 служит для направления текучей среды, которая приближается к ведущей кромке 310 спицевого элемента 116′, в направлении выравнивания со спицевым элементом 116′. Корд 316, связанный с ведущей кромкой 318 направляющей лопатки 314, ориентирован, по существу,    под нулевым углом атаки к текучей среде, текущей над указанной направляющей лопаткой 314. Направление этой текучей среды относительно направляющей лопатки 314 обозначено стрелкой 320 и, как показано на фиг.22, должно пониматься как зависящее от аксиальной скорости (i) впускного потока текучей среды (Q/A, где Q является объемным расходом текучей среды через впуск; и А является площадью поперечного сечения пути впускного потока), и (ii) скорость по касательной направляющей лопатки 314 (ω·r, где ω является угловой скоростью верхнего роторного диска; и r является радиальным расстоянием направляющей лопатки от центра вращения). Поскольку направление 320 потока текучей среды относительно направляющей лопатки 314 зависит от радиального положения r вдоль направляющей лопатки 314, корд 316 может быть ориентирован под углом, который меняется при радиальном положении. Иными словами, направляющая лопатка для текучей среды 314 может быть снабжена скручиванием для того, чтобы обеспечить правильное выравнивание направляющей лопатки 314 с поступающим потоком текучей среды во всех радиальных положениях вдоль направляющей лопатки 314. В частности, острый угол 322 между кордом 316 и вертикальной базовой линии 324 (параллельной центральной оси 64′ сепаратора 2′ в сборе) может последовательно увеличиваться от внутреннего наиболее радиального положения в направлении наружного наиболее радиального положения вдоль спицевого элемента 116′.
Специалисту должно быть понятно, что во время использования усовершенствованного сепаратора 2′ поступающий воздух течет аксиально вниз через три частично закругленных прорези 66′ и ударяет в направляющие лопатки 314, которые помещаются на коротком расстоянии ниже указанных прорезей 66′ и которые вращаются по круговому пути вокруг центральной оси 64′. Поскольку корд 316 ведущей кромки 318 каждой направляющей лопатки 314 ориентирован так, чтобы иметь, по существу, нулевой угол атаки относительно поступающего потока жидкости, указанная текучая среда протекает с обеих сторон, низкого давления 324 и высокого давления 326 направляющей лопатки 314, и направляется для течения в аксиальном направлении относительно спицевых элементов 116′ без отделения от направляющей лопатки 314 или соответствующих спицевых элементов 116′. Таким образом избегаются или сводятся к минимуму потери давления, связанные с прохождением текучей среды через верхний роторный диск 80′.
Другим последствием уменьшения потерь давления, обеспечиваемого направляющими лопатками 314, является то, что количество спицевых элементов 116′ может быть увеличено (по сравнению с существующим сепаратором 2) без нежелательного воздействия на скорость потока текучей среды через сепаратор 2′ в целом. Увеличенное количество спицевых элементов 116′ допускает передачу больших сжимающих усилий между имеющей форму усеченного конуса частью 112′ и втулкой 114′ верхнего роторного диска 80′. Увеличенное количество спицевых элементов 116′ может также улучшить баланс верхнего роторного диска 80′.
Следует отметить, что на фиг.22 представлен схематический вид в поперечном разрезе направляющей лопатки 314 и соответствующего спицевого элемента 116′, и он необязательно представляет особенно предпочтительную геометрическую форму или в действительности особенно предпочтительные скорости вращения и скорости потока текучей среды.
Что касается фиг.21, цилиндрический гребень 328 будет помещен концентрично радиально с самым внутренним краем 312 имеющей форму усеченного конуса части 112′, вертикально поднимаясь от него. В сепараторе 2′ в сборе гребень 328 помещается радиально снаружи от отходящей вниз цилиндрической стенки 58′ верхнего подшипникового узла 50′. Гребень 328, тем не менее, помещается рядом с указанной цилиндрической стенкой 58 для того, чтобы предотвратить (или значительно ограничить) просачивание текучей среды между ними (см., в частности, фиг.34).
Три шлица 254 тянутся радиально от втулки 114′ верхнего роторного диска 80′, как будет наиболее отчетливо видно на фиг.23 из прилагаемых чертежей. Три шлица 254 разделены одинаковыми расстояниями вокруг центральной продольной оси верхнего роторного диска 80′ и идут аксиально вдоль втулки 114′ (и, следовательно, вдоль вращающегося вала 78′) от нижней стороны 330 спицевых элементов 116′ до точки вдоль втулки 114′, которая в сепараторе 2′ в сборе помещается приблизительно на полпути вдоль центрального втулочного элемента 292 вентиляторного диска 240.
Каждый шлиц 254 имеет основание 350 и гребень 352. Основание 350 соединяется с остальной частью втулки 114′. Гребень 352 прилегает к основанию 350, образуя свободный конец на шлице 254. Основание 350 каждого шлица 254 шире (т.е. имеет большие размеры по окружности), чем гребень 352. В результате различия в ширине между основанием и гребнем 350, 354 на любой из сторон каждого шлица 254 предусмотрен уступ 354 на стыке между основанием 350 и гребнем 352. Как показано, в частности, на фиг.23, можно видеть, что ширина основания 350 каждого шлица 254 увеличивается от нижнего конца каждого шлица 254 до верхнего конца каждого шлица 254. Кроме того, ширина каждого основания 350 приблизительно равна ширине (т.е. размерам по окружности) одной из двенадцати спиц 116′ верхнего роторного диска 80′. Гребень 352 каждого шлица 254 также выровнен по окружности со спицевым элементом 116′ и прилегает к нему.
Втулка 120′ каждого сепараторного диска 82′ имеет отверстие 252, через которое пропущены вращающийся вал 78′ и втулка верхнего роторного диска 114′ (см., в частности, фиг.23, 24 и 25). Вращательное движение втулки сепараторного диска 120′ относительно втулки верхнего роторного диска 114′ (и, следовательно, относительно вращающегося вала 78′) предотвращается с помощью трех шлицов 254, помещенных аксиально по длине втулки верхнего роторного диска 114′ и входящих радиально в соответствующий охватывающий профиль сопряжения, ограниченный отверстием 252 втулки сепараторного диска 120′. Это расположение шлицов 254 предотвращает боковое и вращательное движение втулки сепараторного диска 120′ относительно вращающегося вала 78′. В частности, поверхности гребня 352 каждого шлица 254 (поверхности которого 356 простираются в общем радиально) прилегают к соответствующим поверхностям 358 (каковые поверхности 358 также простираются в общем радиально) указанного профиля сопряжения для того, чтобы предотвратить относительное вращение сепараторного диска 82′ и втулки верхнего роторного диска 114′ (и вращающегося вала 78′). Понятно, что прилегающие поверхности 356, 358 нажимают друг на друга во время использования в направлении, в общем перпендикулярном каждой из указанных поверхностей 356, 358, и по этой причине наблюдается небольшое или вообще отсутствует относительное скользящее движение указанных поверхностей 356, 358 и небольшой или полностью отсутствующий фрикционный износ указанных поверхностей 356, 358, что может привести к усиленному или нежелательному относительному вращению между сепараторным диском 82′ и втулкой верхнего роторного диска 114′.
Втулка сепараторного диска 120′ в каждом сепараторном диске 82′ соединяется с имеющей форму усеченного конуса частью 124′ каждого сепараторного диска 82′ посредством двенадцати радиально простирающихся спицевых элементов 126′. Как и в существующем сепараторе 2′, спицы 126′ (и остальная часть из соответствующего сепараторного диска 82′) выполнены из относительно тонкого и упругого пластика. И в этом случае, как в существующем сепараторе 2′, спицы 126′ могут сопротивляться боковым и вращательным усилиям, которым они подвергаются без деформации, и сжимающее усилие, создаваемое цилиндрической пружиной 96′, передается через пакет сепараторных дисков 84′ по промежуткам 246 скорее, чем по спицам сепараторного диска 126.
Специалисту должно быть также понятно, что относительная геометрическая форма шлицов 252 и отверстия 252 каждого сепараторного диска 82′ гарантирует что, как упоминалось выше, каждый сепараторный диск 82′ может помещаться на вращающемся валу 78′ в одном из только трех угловых положений. За счет позиционирования прокладок 246 относительно отверстия 252 полярное и угловое позиционирование прокладок 246 сепараторного диска 82′ остается таким же относительно вращающегося вала 78′ вне зависимости от того, какое из трех угловых положений используется и, соответственно, нет возможности сборки пакета сепараторных дисков 84′ на вращающемся валу 78′ при смещении относительно друг друга прокладок 246 соседних сепараторных дисков 82′. Тем не менее каждый сепараторный диск 82′ снабжен маркерами, который может быть выровнен с маркерами других дисков 82′ в пакете дисков 84′. Таким путем все диски 82′ в пакете 84′ будут иметь такое же угловое положение относительно вращающегося вала 78′. Маркер представлен гребнем 256, расположенным на втулке между двумя спицами 126′ и отходящим радиально на короткое расстояние наружу.
Для наглядности на фиг.13, 15, 19, 20, 27, 33, 34 прилагаемых чертежей показан пакет дисков 84′ с уменьшенным количеством присутствующих сепараторных дисков.
Кольцевая выемка 258 (см. фиг.21), концентричная с вращающимся валом 78′, помещается на верхней поверхности втулки верхнего роторного диска 211′. Кольцевая выемка 258 вмещает вторую цилиндрическую пружину сжатия 130′ и предотвращает направленное вниз аксиальное движение этой пружины 130′ вдоль вращающегося вала 78′. Кроме того, в сепараторе 2′ в сборе стакан подшипников в стакане 52′ прилегает ко второй пружине 130′ и сжимает ее по направлению вниз (при верхнем конце вращающегося вала 78′, остающемся отделенным промежутком от колпачкового элемента 54′ верхнего подшипникового узла 50′ см., в частности, фиг.34).
Во время сборки усовершенствованного сепаратора 2′ все компоненты кроме комбинированного вентиляторно-турбинного блока 88′ второй группы внутренних компонентов взаимно соединяются между собой. Верхняя роторная втулка 114′ (и остальная часть верхнего роторного диска 80′) формуется литьем под давлением при установленном на место вращающемся валу 78′. Затем пакет 84′ сепараторных дисков 82′ надевают на вращающийся вал 78′ с его нижнего конца так, чтобы поместить его в контакте с нижней стороной имеющей форму усеченного конуса части 112′ верхнего роторного диска 80′.
Перед установкой вентиляторно-турбинного блока 88 на нижний конец вращающегося вала 78 нижний конец вала 78 пропускают через центральное круглое отверстие, помещенное в каждом из числа несущей пластины 70 и вкладыша кожуха 72 первой группы внутренних компонентов. При этом нижний конец вращающегося вала 78 также проходит через нижний подшипниковый узел 90, который прикреплен к центральному отверстию несущей пластины 70 (см., в частности, фиг.8 и 10).
Далее, в отношении сжимающего усилия, приложенного к пакету сепараторных дисков 84′, специалисту будет понятно, что это усилие создается цилиндрической пружиной сжатия 96′. Во время использования сепаратора 2′ пружина сжатия вращается вместе с вращающимся валом 78′, и нижний конец пружины сжатия 96′ прилегает в радиально внутренней дорожке качения нижнего подшипникового узла 90′ так, чтобы прижаться к ней и передать указанное усилие вверх к втулке 308 ограждения от выплескивания. Сжимающее усилие передается затем от втулки 308 ограждения от выплескивания к втулке концевой пластины 98′. Вращение ограждения от выплескивания 242 относительно концевой пластины 86′ сталкивается с сопротивлением, связанным с фрикционными силами между втулкой 308 ограждения от выплескивания и втулкой концевой пластины 98′ (которое, как понятно, зависит от сжимающего усилия).
Благодаря жесткости концевой пластины 86′ сжимающее усилие передается от втулки 98′ на имеющую форму усеченного конуса часть 108′ концевой пластины 86′ через указанное множество радиально идущих элементов 110′. Сжимающее усилие передается затем на чеканочные элементы 298 вентиляторного диска 240 через имеющую форму усеченного конуса часть 108′ и затем передается от имеющей форму усеченного конуса части 290 вентиляторного диска 240 вверх через пакет 84′ (через прокладки 246) на имеющую форму усеченного конуса часть 112′ верхнего роторного диска 80′. Сжимающее усилие передается от имеющей форму усеченного конуса части 112′ на втулку 114′ верхнего роторного диска 80′ через двенадцать радиально протяженных спиц 116′ Сжимающее усилие может передаваться от имеющей форму усеченного конуса части 112′ на втулку 114′ за счет жесткости верхнего роторного диска 80′. Аксиальное перемещение верхнего роторного диска 80′ вверх вдоль вращающегося вала 78′ в ответ на сжимающее усилие предотвращается путем помещения втулки верхнего роторного диска 114′ в контакте с обращенным вниз уступом 250 на вращающемся валу 78′. Аксиальное перемещение втулки верхнего роторного диска 80′ вниз вдоль вращающегося вала 78′ предотвращается путем помещения втулки верхнего роторного диска 114′ в контакте с обращенным вверх уступом 248 на вращающемся валу 78′.
Прилегающие диски 82′ в пакете дисков 84 могут быть дополнительно прочно соединены друг с другом. Это приведет к повышению жесткости пакета дисков 84′ и обеспечит неизменность относительных положений вращения прилегающих дисков 84′ (т.е. гарантирует, что прокладки дисков 246 остаются выровненными так, чтобы передавать сжимающее усилие, не закрывая просвет между соседними дисками 82′). Диски 82′ могут быть скреплены между собой сваркой (например, ультразвуковой сваркой).
Как и в существующем сепараторе 2′, перед установкой вентиляторно-турбинного блока 88′ на нижнем конце вращающегося вала 78′ нижний конец вала 78′ вставляют в круглое отверстие, предусмотренное в каждом элементе из числа несущей пластины 70′ и вкладышем кожуха 72′ первой группы внутренних компонентов. Нижний конец вращающегося вала 78′ проходит также через нижний подшипниковый узел 90′, который крепится к центральному отверстию подшипниковой пластины 70′ (см., в частности, фиг.29 и 30).
Комбинированный вентиляторно-турбинный блок 88′ крепится к нижнему концу вращающегося вала 78′, который выступает вниз от нижней стороны несущей пластины 70′. Вентиляторно-турбинный блок 88′ удерживается в положении на нижнем конце вращающегося вала 78′ с помощью пружинного кольца 132′ (удерживающегося в круглой выемке на нижнем конце вращающегося вала 78′) и цилиндрической пружины сжатия 360, помещенной вокруг нижнего конца вращающегося вала 78′ и прилегающей к обращенной вверх поверхности пружинного кольца 132′.
Пружинное кольцо 132′ и пружина сжатия 360 помещаются в полости в комбинированном вентиляторно-турбинным блоке 88′. Пружинная сжатия 360 нажимает вверх внутри указанно полости так, чтобы сдвигать вентиляторно-турбинный блок 88 вверх в контакте с радиально внутренней дорожкой качения нижнего подшипникового узла 90′. Эта компоновка наиболее ясно показана на фиг.30 из прилагаемых чертежей. По этой фигуре понятно, что обращенная вверх отражательная поверхность 139′ предусмотрена на указанном блоке 88′ и помещается радиально внутри вентиляторных лопастей 140′ указанного блока 88′. Отражательная поверхность 139′ выполняет ту же функцию, что и отражательная шайба 139 в существующем сепараторе 2, но образует одно целое с вентиляторно-турбинным блоком 88′ вместо того, чтобы быть отдельным прилегающим компонентом. Радиально внутренняя часть отражательной поверхности 139′ отжимается вверх до прилегания к внутренней дорожки качения нижнего подшипникового узла 90′, который, в свою очередь, отжимается вверх к несущей пластине 70′. Отражательная поверхность 139′ и радиально наружная дорожка качения нижнего подшипникового узла 90′ аксиально разделены между собой так, что пропускать поток отделенного масла вниз через нижний подшипниковый узел 90′ и радиально наружу через указанный промежуток в кожух турбины.
Роторный узел сепаратора 2 вращается в направлении, указанной стрелкой 134′ (см. фиг.29 и 30) с помощью активной гидротурбины. Как в существующем сепараторе 2′, вентиляторно-турбинный блок 88' содержит колесо Пелтона 136′, имеющее множество ковшей 138′, равномерно распределенных по его окружности. При использовании сепаратора 2 струю масла направляют от сопла (не показано) внутри кожуха турбины в направлении окружности колеса Пелтона 136′. Более конкретно струю направляют по касательной к кругу, проходящему через множество ковшей 138′, так что струя попадает в ковш, совмещенный с ее поверхностью. Струя проходит вдоль указанной поверхности, следуя внутреннему профилю ковша, и затем отводится указанным профилем для прохождения вдоль дальнейшей поверхности и после этого выпускается из ковша. В результате струя поворачивает колесо 136′.
Вентилятор, имеющий множество лопастей 140′, также образует одно целое с колесом 136′. Лопасти 140′ помещаются на колесе рядом с нижней стороной несущей пластины 70′. Множество лопастей вентилятора 140′ также находится в приблизительно том же аксиальном положении вдоль вращающегося вала 78′, как нижний подшипниковый узел 90′. Лопасти вентилятора 140 отходят радиально наружу от прилегающего нижнего подшипникового узла 90. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что лопасть 140′ вращается вокруг центральной оси 64′ при вращении колеса турбины 136′. При этом лопасти турбины 140′ эффективно выпускают текучую среду из области между колесом 136′ и нижней стороной несущей пластины 70′, уменьшая таким образом давление текучей среды в области нижнего подшипникового узла 90′, способствуя отводу отделенного масла из места над несущей пластиной 70′ вниз через нижний подшипниковый узел и в кожух турбины под несущей пластиной 70′.
Для облегчения изготовления колесо 136′ выполнено из верхней и нижней частей 142′, 144′, которые тесно прижимаются друг к другу на линии 146′ двумя резьбовыми крепежными изделиями (только одно из которых показано на фиг.30 из прилагаемых чертежей).
Множество лопастей вентилятора 140′ и отражательная поверхность 139′ выполнены как одно целое с верхней частью 142′ вентиляторно-турбинного блока 88′. Нижняя часть вентиляторно-турбинного блока 88′ снабжена нижним плоским элементом 364, который в сепараторе в сборе 2′ лежит в плоскости, перпендикулярной центральной оси 64′ и поперек обращенного вниз отверстия в проход 92′ потока вращающегося вала 78′. Плоский элемент 364 тем не менее отделен промежутком от указанного отверстия в проход 92′ потока так, чтобы пропустить поток текучей среды в указанное отверстие.
Плоский элемент 364 снабжен четырьмя отверстиями 366, которые в сепараторе в сборе 2′ размещаются на равных расстояниях вдоль воображаемой окружности с центром на центральной оси 64′. Специалисту должно быть понятно, что возможно использование альтернативного числа отверстий 366, хотя отверстия должны быть размещены так, чтобы обеспечить вращательную балансировку вентиляторно-турбинного блока 88′.
В частности, отверстия 266 помещаются радиально снаружи от отверстия в проход 92′ потока. Поэтому должно быть понятно, что компоновка такова, что туман из капель масла может течь вверх через отверстия 366 от кожуха турбины и таким образом поступать в полость в вентиляторно-турбинном блоке 88′ и течь вверх через проход 92′ потока вращающегося вала 78′. Будет, однако также приниматься во внимание, что поток из отверстий 366 в указанные отверстия прохода 92 для потока направлен радиально во внутреннем направлении. Во время использования сепаратора 2′ вентиляторно-турбинный блок 88′ вращается, конечно, в направлении, обозначенном стрелкой 134′ и в то время, когда туман из масляных капель может течь радиально внутрь от отверстий 366 на проход 92′ потока, сравнительно большие тела масла, текущие через отверстия 366, будут двигаться в боковом направлении под воздействием вращающегося плоского элемента и стремиться к отбрасыванию от отверстия к проходу 92′ потока. Например, в случае наклона транспортного средства или иного движения таким образом, что масло выплескивается вверх от кожуха турбины через отверстия 366 так, чтобы залить полость вентилятора-турбины 88′, боковое движение, приданное маслу в указанной полости, имеет тенденцию к предотвращению затекания указанного масла внутрь, в направлении вращающегося вала 78′. Таким образом избегается нежелательный поток большого количества масла по направлению вверх через вращающийся вал 78′ и в пакет дисков 84′.
Два сливных отверстия 368 предусмотрены в плоском элементе 364 так, чтобы позволить сливать масло из полости внутри вентиляторно-трубинного блока 88′ обратно в кожух турбины. Сливные отверстия 368 располагаются диаметрально противоположно друг другу и образуют прорезь в плоском элементе 364 и в общем цилиндрической стенке, вертикально отходящей от кругового периметра указанного плоского элемента 364. Расположение сливных отверстий 368 в радиально самой наружной части полости турбины гарантирует, что масло, отброшенное на наружный периметр указанной полости от вращающегося вала 78′, эффективно стекает с вентиляторно-турбинного блока 88′.
В то время как плоский элемент 364 показан в варианте реализации на фиг.29 и 30 как образующий одно целое с нижней частью 144′ вентиляторно-турбинного блока 88′, в альтернативном варианте реализации, показанном на фиг.31 и 32 из прилагаемых чертежей, концевая пластина 364 представлена круглым диском, отделенным от нижней части 114 вентиляторно-турбинного блока 88′. Как показано на фиг.31 и 32, отдельный плоский элемент 364 альтернативного варианта реализации является круглым диском, снабженным отверстиями 366 таким же образом, как на фиг.29 и 30. Однако альтернативный плоский элемент 364 закрепляется в положении относительно остальной части вентиляторно-турбинного блока 88′ с помощью резьбовых крепежных изделий (которые проходят сквозь него) при отсутствии сливных отверстий 368. В этой альтернативной компоновке сливные отверстия 368 помещаются исключительно в цилиндрической стенке нижней части 144′, которая располагается концентрично с круговой кромкой по периметру 364 и отходит от них вверх. Нижняя часть 144′ вентиляторно-турбинного блока 88′ снабжена также второй цилиндрической стенкой 370, которая помещается в полости вентиляторно-турбинного блока 88′ и простирается вниз для получения обращенной вниз кольцевой поверхности, к которой плоский элемент 364 может быть прижат двумя резьбовыми крепежными изделиями 362. Выемки помещаются в обращенной вниз кольцевой поверхности так, чтобы образовать проход для текучей среды 372 между указанной цилиндрической стенкой 370 и плоским элементом 364. Во время использования масло, текущее вверх через верхнюю поверхность плоского элемента 364, проходит к сливным отверстиям 368 по пути 372 для потока.
В то время как вентиляторно-турбинный блок 88′ с фиг.31 и 32 снабжен наружной цилиндрической стенкой и плоским элементом 364, которые совместно ограничивают полость и дополнительно снабжены также дополнительной цилиндрической стенкой 370, против которой помещается плоский элемент 364, вентиляторно-турбинный элемент 88 является в иных отношениях сходным с таким же агрегатом в существующем сепараторе 2 и прикреплен к вращающемуся валу 78′ так же, как на существующем сепараторе 2. В частности, вентиляторно-турбинный блок 88′ прикреплен к вращающему валу 78′ с помощью шайбы 133′, которая нажимает вверх на нижнюю часть 144′ указанного блока 88′ и удерживается в своем положении с помощью пружинного кольца 132, помещенного в круглой выемке на наружной поверхности вращающегося вала 78′. Должно быть понятно, что шайба 133′ и пружинное кольцо 132 образуют альтернативные крепежные средства для пружины сжатия 360 и пружинное кольцо 132 показано на фиг.29 и 30.
Что касается первой группы внутренних компонентов, то несущая пластина 70′ имеет круглую форму с диаметром, по существу равным диаметру кожуха 4′ ротора. Как и в существующем сепараторе 2′, относительная геометрическая форма такова, что позволяет помещать несущую пластину 70′ на обращенный вниз уступ 148′ на нижнем конце кожуха 4′ ротора. Таким образом, нижний открытый конец кожуха 4′ ротора закрывается несущей пластиной 70′. Однако в усовершенствованном сепараторе 2′ нижний открытый конец кожуха 4′ ротора прилегает к верхней стороне несущей пластины 70′ и снабжен круговой выемкой 260 для размещения кольцевого уплотнения 262 (см. фиг.34). Должно быть понятно, что второе кольцевое уплотнение 262 обеспечивает герметизацию текучей среды между кожухом 4′ ротора и несущей пластиной 70′.
Кроме того, в сепараторе 2′ в сборе радиально самая наружная поверхность круговой кромки 630 (образующая базовую поверхность) несущей пластины 70′ совпадает в контакте с цилиндрической внутренней поверхностью 632, окружающей нижний открытый конец кожуха 4′ ротора. Таким образом несущая пластина 70′ выравнивается по сторонам в нужном конечном положении относительно кожуха 4′ ротора (см. фиг.13).
Несущая пластина 70′ также снабжена центральным круглым отверстием, которое в сепараторе 2′ в сборе концентрично с кожухом 4′ ротора. Другими словами, в сепараторе в сборе 2′ круглое центральное отверстие несущей пластины 70′ центрировано на центральной оси 64′ кожуха 4′ ротора. Кроме того, как будет особенно очевидно из фиг.34 прилагаемых чертежей, нижний подшипниковый узел 90′ вставляется в центральное отверстие несущей пластины 70′. Радиально самая наружная часть нижнего подшипникового узла 90′ зафиксирована относительно несущей пластины 70′. Радиально самая внутренняя часть нижнего подшипникового узла 90 помещается рядом с вращающимся валом 70, но не закреплена на нем.
Как упоминалось выше, первая группа внутренних компонентов содержит также вкладыш кожуха 72′, который прочно прикреплен к несущей пластине 70′. Как и в существующем сепараторе 2′, вкладыш кожуха 72′ служит для разделения очищенного газа и масла, которое было отделено от него. Вкладыш кожуха 72′ усовершенствованного сепаратора 2′ образует также выпуск 150′ для очищенного газа, который герметично соединяется с цилиндрической впускной частью 211 кожуха клапанного узла 12′ (см. фиг.15).
Вкладыш кожуха 12′ представлен как единая формовка из пластмассы. Однако в описании вкладыша кожуха 12′, приведенном ниже, вкладыш будет рассматриваться как содержащий четыре части: наружную отражательную стенку 264, имеющую форму усеченного конуса; опорную стенку 266, имеющую цилиндрическую форму; разделительный крышечный элемент 268, имеющий форму усеченного конуса; и выпускную часть 270, ограничивающую указанный выпуск вкладыша 150′ (см., в частности, фиг.27 и 28).
Разделительный крышечный элемент 268 вкладыша кожуха 72′ имеет форму усеченного конуса и поддерживается опорной стенкой 266. Разделительный крышечный элемент 268 снабжен центральным круглым отверстием, которое в сепараторе 2′ в сборе имеет центральную ось, совпадающую с центральной осью 64′ кожуха 4′ ротора. Протяженный канал/выемка 272 (см. фиг.28) помещается на верхней поверхности разделительного крышечного элемента 268. Канал/выемка 272 ограничивает путь текучей среды для очищенного газа, который идет от впуска 282 выемки 272 к выпускной части 270 (имеющей трубчатую форму) вкладыша кожуха 72′. Впуск 282 ограничен заглубленной круглой частью верхней кромки по периметру 274 разделительного крышечного элемента 268. Впуск 282 располагается в общем диаметрально противоположно выпускной части вкладыша кожуха 72′. Упомянутая заглубленная часть указанной кромки по периметру 274 проходит через дугу, равную приблизительно 80°, каковая дуга центрирована на указанной центральной оси отверстия вкладыша кожуха. В альтернативных вариантах реализации впуск пути для текучей среды может быть ограничен заглубленной частью в указанной кромке по периметру 274, которая проходит через другую дугу, например величиной от 45° до 110°. В сепараторе в сборе 2′ только небольшое расстояние отделяет разделительный крышечный элемент 268 от концевой пластины 86′. В результате полагают, что большая часть очищенного газа, поступающего в область 606 между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′, выполняет это через промежуток между упомянутой заглубленной частью указанной кромки по периметру 274 и концевой пластиной 86′, при относительно небольшой доле очищенного газа, поступающей в указанную область через остальную часть указанной кромки по периметру 274.
Поэтому должно быть понятно, что пространство между всей кромкой 274 по круговому периметру и концевой пластиной 86′ образует впуск 610 в указанную область 606 между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′, однако поскольку одна продольная часть 612 (т.е. впуск 282 в канал/выемку 272) этого впуска 610 имеет большую глубину 613 (т.е. больший аксиальный промежуток между кромкой по периметру 274 и концевой пластиной 86′), чем другие протяженные части впуска 610, большая доля очищенного газа, поступающего в указанную область 606, выполняет это через указанную протяженную часть 612, имеющую большую глубину 613. Глубина остающихся протяженных участков указанного впуска в область (610) является минимальной так, чтобы свести к минимуму поток текучей среды через него и таким образом свести также к минимуму прохождением капель масла через него. Глубина остающихся протяженных участков может составлять от одной десятой до половины от большей глубины 613 и предпочтительно одну треть от указанной большей глубины.
При использовании сепаратора 2′ очищенный газ, выходящий из пакета сепараторных дисков 84′, течет вниз в форме вращательного движения по спирали вдоль внутренней поверхности цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора. Поэтому должно быть понятно, что очищенный газ, поступающий в упомянутую область 606 между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′, имеет тенденцию выполнять это в форме вращательного движения по спирали с центром на центральной оси 64′ кожуха 4′ ротора. Однако газовый поток, поступающий в указанную область 606 через впуск 282, немедленно направляется к выпуску вкладыша 150′ посредством боковых стенок 276, 278 протяженной выемки 272. Такая направленность потока очищенного газа, как полагают, также уменьшает вращательное движение очищенного газа по спирали немедленно после входа указанного газа в указанную протяженную выемку 272 через вход в выемку 282. В этом отношении на фиг.28 из прилагаемых чертежей можно видеть, что верхняя по потоку часть протяженной выемки 272 изогнута (боковые стенки 276, 278 выемки 272 таким образом согласуются с закрученным потоком на входе так, чтобы по существу свести к минимуму желательные потери давления в то время, когда текучая среда первоначально ударяется в боковые стенки 276, 278) и последовательно выпрямляется по мере движения текучей среды вниз вдоль выемки 272 по направлению к выпуску вкладыша 150′. Полагают, что немедленное уменьшение вихревого движения в большей части чистого газа, поступающего в область между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′, значительно снижает потери давления в текучей среде, текущей через эту часть сепаратора 2′ по сравнению с существующим сепаратором 2 описанным выше.
Должно быть понятно, что очищенный газ, который не течет через впуск 282, но который поступает в область между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′ в других местах по периметры разделительного крышечного элемента 268, будет стремиться протекать через указанную область с вихревым движением до поступления в протяженную выемку 272, в которой радиально наружная боковая стенка 276, в частности, будет, как полагают, направлять текучую среду в направлении выпуска вкладыша 150′ и уменьшать также вихревое движение указанной текучей среды.
Цилиндрическая опорная стенка 266 концентрично размещена с центральным отверстием разделительного крышечного элемента 268 и выступает вниз от нижней стороны разделительного крышечного элемента 268. Диаметр опорной стенки 266 меньше диаметра кромки по периметру 274 разделительного крышечного элемента 268. В сепараторе в сборе 2′ нижний обращенный вниз круглый край 450 (см. фиг.27) опорной стенки 266 прилегает к несущей пластине 70′ на стыке между ними. Опорная стенка 266 поддерживает таким образом разделительный крышечный элемент 268 на несущей пластине 70′ и обеспечивает правильное аксиальное положение разделительного крышечного элемента 268 относительно несущей пластины 70′. Опорная стенка 266 также снабжена множеством цилиндрических выступов 452, каждый из которых имеет выемку для ввинчивания крепежного изделия 74′. В сепараторе 2′ в сборе каждое крепежное изделие 74′ входит в один из указанных выступов 452 снизу несущей пластины 70′ через отверстие в несущей пластине 70′. Таким образом вкладыш кожуха 72′ прочно крепится к несущей пластине 70′.
Нижний обращенный вниз круглый край 450 опорной стенки 266 имеет множество отверстий/выемок 454, помещенных в различных местах вдоль указанного края 450. Как можно видеть, в частности, на фиг.27 и 34, выемки 454 образуют пространство между опорной стенкой 266 и несущей пластиной 70′, через которое во время использования сепаратора 2′ в сборе может протекать текучая среда. В частности, во время использования сепаратора 2′ отделенное масло, текущее радиально внутри от цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора вдоль несущей пластины 70′, проходит через множество выемок 454. Доля очищенного газа также протекает радиально внутрь через верхнюю поверхность несущей пластины 70′ (что будет понятно квалифицированному читателю) и эта текучая среда также течет через множество выемок 454. Этот поток обозначен стрелкой 188′ на фиг.34.
Наружная отражательная стенка 264 отходит вниз от кромки по периметру 274 разделительного крышечного элемента 268. Отражательная стенка 264 имеет форму усеченного конуса, расходящегося по направлению вниз от разделительного крышечного элемента 268 в направлении несущей пластины 70′ в сепараторе 2′ в сборе. Диаметр отражательной стенки 264 на ее верхнем конце (и, следовательно, диаметр кромки по периметру 274 разделительного крышечного элемента 268) по существу равен наружному диаметру пакета сепараторных дисков 84′. Благодаря форме усеченного конуса отражательной стенки 264 отражательная стенка 264 сходится с в общем цилиндрической стенкой кожуха 4′ ротора при движении по направлению вниз. Площадь поперечного сечения пути для потока между отражательной стенкой 264 и кожухом 4′ ротора уменьшается поэтому в направлении потока (т.е. по направлению вниз). Нижний свободный конец 608 отражательной стенки 264 располагается с промежутком в отношении цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора при расстоянии 456 от 2 миллиметров до 200 миллиметров, и предпочтительно 14 миллиметров, над несущей пластиной 70′. Этот промежуток между наружной отражательной стенкой 264 и кожухом 4′ ротора и несущей пластиной 70′ позволяет отделенному маслу (или другому отделенному материалу) и очищенному газу (который не поступает во впуск первой области 610) течь вниз вдоль цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора и радиально внутрь вдоль несущей пластины 70′ мимо отражательной стенки 264 (включая ее свободный конец). При этом отделенное масло и очищенный газ текут через вторую область 614 по противоположной стороне вкладыша кожуха 72′ к первой области потока 606.
Кроме того, благодаря своей форме усеченного конуса наружная отражательная стенка 2643 отходит от цилиндрической опорной стенки 226 по направлению вниз. Наружная отражательная стенка, разделительный крышечный элемент 268 и цилиндрическая опорная стенка 266 ограничивают в общем имеющую кольцевую форму полость 458 (см. фиг.34) с открытым нижним концом. Компоновка такова, чтобы уменьшить вероятность стекания отделенного масла вниз вдоль кожуха 4′ ротора мимо впуска 282 выемки 272, только для последующего течения вверх за счет рециркуляции текучей среды и, таким образом поступления в указанный впуск 282 с загрязнением очищенного газа.
В частности, в то время как относительно большой промежуток между кожухом 4′ ротора и верхним концом отражательной стенки 264 допускает легкий вход отделенного масла между этими элементами, сравнительно небольшой промежуток между этими элементами на нижнем свободном конце отражательной стенки 264 уменьшает легкость, с которой отделенное масло может выплескиваться или рециркулировать вверх между указанным свободным концом и кожухом 4′ ротора. Кроме того, любая рециркуляция текучей среды рядом с радиально наружным периметром несущей пластины 70′ может вести к тенденции поступления отделенного масла в упомянутую полость 458. Например, отделенное масло может течь вверх вдоль радиально наружной поверхности цилиндрической опорной стенки 266, снаружи вдоль нижней стороны разделительного крышечного элемента 258 и затем вниз вдоль радиально внутренней поверхности отражательной стенки 264. В свое время масло может падать из полости 458 на несущую пластину 70′ под воздействием силы тяжести. Можно понять, что этот путь рециркулирующего потока не ведет к течению отделенного масла вверх таким образом, чтобы вызывать опасность загрязнения очищенного газа, поступающего в область между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′. Так, когда очищенный газ протекает мимо впуска в область 606 (т.е. впуска в пространство между разделительным крышечным элементом 268 и концевой пластиной 86′) в направлении несущей пластины 70′, любая последующая рециркуляция указанного газа обратно вверх по потоку в направлении указанного впуска предотвращается от поступления в рециркулируемом газе (или в каплях масла, которые он несет) в указанную область 606 с помощью отражательной стенки 264, которая эффективно отделяет (т.е. осуществляет разделение) указанный рециркулируемый газ от указанного впуска.
Выпускная часть 270 вкладыша кожуха 72 представлена цилиндрическим трубчатым элементом, открывающимся на верхнюю поверхность разделительного крышечного элемента 268 (и, в частности, открывающимся в выемку 272 для приема очищенного газа) и тянущимся в целом радиально в направлении наружу через опорную стенку 266 и наружную отражательную стенку 264. Как будет особенно очевидно исходя из фиг.13 и 14 прилагаемых чертежей, выпускная часть 270 помещается над обращенным вниз краем опорной стенки 266. Соответственно в сепараторе в сборе 2′ выпускная часть 270 помещается над несущей пластиной 70′ так, что эта текучая среда может течь под выпускной частью 270. Предпочтительно отделенное масло может течь под выпускной частью 270 и не стремится, следовательно, подниматься по наружной поверхности выпускной части 270 в направлении кромки по периметру 274 разделительного крышечного элемента 268, где отделенное масло может легко загрязнять чистый газ, текущий в выемку 272 вкладыша кожуха 72′. Свободный конец выпускной части 270, удаленный от ее конца, открытого в выемку 272, снабжен опорным элементом 460, который выступает вниз от самой нижней части указанного свободного конца так, чтобы прилегать в несущей пластине 70′. Таким образом свободный элемент 460 способствует поддержанию минимального промежутка между несущей пластиной 70′ и выпускной частью 270, и позволяет также несущей пластине 70′ обеспечить опору для свободного конца выпускной части 270.
Во время сборки сепаратор 2′ крепят к кожуху турбины (не показан) так же, как описано выше в отношении существующего сепаратора 2′. В частности, усовершенствованный сепаратор 2′ крепят к кожуху турбины с помощью четырех резьбовых крепежных изделий (не показаны), каждое из которых пропущено через разные выступы 284 из четырех, образующие одно целое с нижним концом кожуха 4 ротора (см., в частности, фиг.18 и 29).
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в случае существующего сепаратора 2 несущая пластина 10′ (и, следовательно, все компоненты первой и второй групп) удерживается в требующемся положении относительно кожуха 4′ ротора с помощью кожуха турбины, прижимающего несущую пластину 70′ до контакта с обращенным вниз уступом 148′ в то время, когда кожух 4′ ротора и кожух турбины прикреплены друг к другу. Несущая пластина 70′, по существу, зажата между кожухом 4′ ротора и кожухом турбины 178′ с помощью резьбовых крепежных изделий, пропущенных через четыре выступа 284. После затягивания резьбовых крепежных изделий и приведения в результате несущей пластины 70′ в контакт с уступом 148′ кольцевое уплотнение 262 на указанном уступе 148′ вдавливается в соответствующую выемку 260, а вторая цилиндрическая пружина сжатия 130′ сжимается верхним подшипниковым узлом 50′.
В процессе работы усовершенствованного сепаратора 2′ сопло (не показано) в кожухе турбины направляет струю масла на колесо турбины 136′ так, чтобы приводить во вращение колесо турбины в направлении, обозначенном стрелкой 134′ (см. фиг.29 и 34). Это вращение колеса турбины вызывает вращение роторного узла в целом в направлении стрелки 134′ вокруг центральной оси 64′ кожуха 4′ ротора. Другими словами, вращающийся вала 78′; верхний роторной диск 80′; пакет 84′ сепараторных дисков 82′; вентиляторный диск 240; концевая пластина 86′; диск ограждения от выплескивания 242; и комбинированный вентиляторно-турбинный блок 88′ (т.е. совместно упоминаемые здесь как роторный узел) вращаются вместе как единый узел внутри кожуха 4′ ротора и относительно указанного кожуха 4′ и несущей пластины 70′; вкладыша кожуха 72 и кожуха турбины.
Газ, продуваемый из кожуха двигателя и требующий обработки на сепараторе 2′, подают в сепаратор 2′ через впуск для текучей среды 8′, помещенный на верху кожуха 4′ ротора. Как показано стрелкой 68′ на фиг.34, впускаемый газ поступает в кожух 4′ ротора в направлении, параллельном и на одной линии с центральной осью 64′ и течет через три прорези 66′ в верхнем подшипниковом узле 50′ перед тем, как поступить во впуск 600 роторного узла мимо двенадцати спиц 116 верхнего роторного диска 80′. Вращательное движение двенадцати спиц 116′ ведет также боковому перемещению текучей среды, находящейся между указанными спицами, так что указанная текучая среда движется по касательной от кругового пути спиц 116′ и эффективно отбрасывается наружу в направлении цилиндрической стенки кожуха 4 ротора. По существу двенадцать спиц 116′ придают поступающему газу цилиндрическое движение.
Когда поступающий газ стекает вниз через спицы 116′, 126′ верхнего роторного диска 80′ и сепараторных дисков 82′, газ перемещается в стороны в направлении цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора через промежутки 602 между прилегающими сепараторными дисками 82′, как показано стрелками 184′ на фиг.34. При течении по этому пути направление потока текучей среды изменяется более чем на 90°.
Должно быть понятно, что промежутки 604 между радиально самыми наружными кромками по периметру прилегающих сепараторных дисков 82′ совместно представляют собой выпуск из роторного узла.
Специалистам в данной области техники должно также быть понятно, что капли масла 186′ имеют тенденцию собираться вместе и образовывать более крупные капли по мере их движения через сепараторные диски и отбрасываются на цилиндрическую стенку кожуха 4′ ротора. После попадания на указанную цилиндрическую стенку капли масла 186′ имеют тенденцию сбегать вниз под воздействием силы тяжести на несущую пластину 70′. Самая наружная круговая кромка сепараторного пакета 84′ в достаточной степени отделена от цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора так, чтобы позволять каплям масла беспрепятственно стекать вниз на указанную несущую пластину 70′. Кольцевое уплотнение 262 гарантирует, что капли масла не могут стекать между несущей пластиной 70′ и кожухом 4′ ротора.
Специалистам в данной области техники должно также быть понятно, что благодаря вращательному движению роторного узла давление текучей среды внутри кожуха 4′ ротора больше на кромке по периферии пакета сепараторных дисков 84′ и несущей пластины 70′, чем в области, замкнутой опорной стенкой 266 и крышечным элементом 269 вкладыша кожуха 72′ и несущей пластиной 70′. В результате существует тенденция к отеканию очищенного газа вниз вдоль цилиндрической стенки кожуха 4′ ротора и относительно внутрь вдоль несущей пластины 70′. Этот поток текучей среды имеет тенденцию к отбрасыванию отделенных капель масла вниз вдоль цилиндрической стенки на несущую пластину 70 внизу и затем радиально внутрь вдоль несущей пластины 70′ через отверстия в опорной стенке 266 вкладыша кожуха 72′. Этот поток газовой текучей среды обозначен стрелкой 188′ (см. фиг.34). Поток газовой текучей среды движется радиально внутрь через верхнюю поверхность несущей пластины 70′ в направлении центрального круглого отверстия во вкладыше кожуха 72′. Этот поток через несущую пластину 70′ имеет тенденцию к отбрасыванию отделенных капель масла через несущую пластину 70 в направлении нижнего подшипникового узла 90′, через который проходят указанные капли масла. Вращающиеся вентиляторные лопасти 140′ комбинированных блоков вентилятора и турбины 88′ имеют тенденцию к снижению статического давления в кожухе турбины (к которому прикреплен в процессе использования кожух 4′ ротора) в области нижнего подшипникового узла 90′ так, чтобы втягивать капли масла через нижний подшипниковый узел 90′. Вентиляторные лопасти 140′ отбрасывают затем указанные капли радиально наружу в кожух турбины, откуда они могут возвратиться в картер двигателя. В то же время газообразная текучая среда, текущая через несущую пластину 70′, втягивается вверх через центральное отверстие вкладыша кожуха 72′ для радиального прохождения наружу между концевой пластиной 86′ и вентиляторным диском 240. Газообразная текучая среда может затем покидать кожух 4′ ротора путем протекания через указанную цилиндрическую часть 211 кожуха клапанного узла 12′, который герметично соединяется с вкладышем кожуха 72′ и проходит через вкладыш кожуха 150′ и выпуск 10′ кожуха ротора.
Со ссылкой на прилагаемые чертежи должно быть понятно, что наряду с протекание по верхней поверхности несущей пластины 70′ и через отверстия в опорной стенке 266 вкладыша кожуха 72′ часть очищенного газа поступает в указанную цилиндрическую часть 211 по альтернативному пути между нижней стороной концевой пластины 86′ и верхней стороной разделительного крышечного элемента 268 вкладыша кожуха 72′. Этот альтернативный путь обозначен стрелкой 190′.
Должно быть понятно, что как и в существующем сепараторе 2, поток масла через нижний подшипниковый узел 90′ усовершенствованного сепаратора 2′ имеет благоприятное смазывающее влияние на подшипниковый узел. Верхний подшипниковый узел 50′ аналогичным образом смазывается масляным туманом, который естественным образом возникает в кожухе турбины и который перемещается вверх к верхнему подшипниковому узлу 50′ по протяженному пути для потока 92′, идущему через вращающийся вал 78′.
Любой из существующего сепаратора ALFDEX™ 2 или усовершенствованного сепаратора 2′, описанных выше, могут включать в себя альтернативное средство вращения вращающегося вала 78′ так, как показано на фиг.35 прилагаемых чертежей. Как показано на фиг.35, можно видеть, что колесо Пелтона турбины, описанное ранее, заменено безщеточным электромотором 380, ротор 382 которого прикреплен к нижнему концу вращающегося вала 78″ под несущей пластиной 70″. Электрический мотор 380 показан на фиг.35 как осуществляющий привод существующего сепаратора ALFDEX™ 2. Однако, как будет понятно специалисту в данной области техники, система привода с электромотором, показанная на фиг.35, может также использоваться в связи с усовершенствованным сепаратором 2′, описанным выше.
Как показано на фиг.35, можно видеть, что электромотор 380 в системе привода с электромотором помещается внутри кожуха 384, который прикреплен к кожуху 4 ротора с помощью множества резьбовых крепежных изделий 180′ (только одно из которых показано на фиг.35). Кожух мотора 384 состоит из верхней и нижней частей 386, 388, прикрепленных друг к другу подходящими крепежными средствами и с кольцевым уплотнением 390, помещенным на поверхности раздела между ними. Кольцевое уплотнение 390 не допускает нежелательного проникновения в пространство внутри кожуха грязи, воды и/или иного постороннего материала, находящегося снаружи кожуха 384. Таким образом электрические компоненты (включая печатные схемы или другие схемы) изолируются от материалов, которые могут вызвать их повреждение и последующий отказ.
Верхняя часть 386 кожуха 384 снабжена выступающей вниз цилиндрической стенкой 392, ограничивающей центральное отверстие в указанной верхней части 386. Цилиндрическая стенка 392 располагается концентрично с вращающимся валом 78″ в сепараторе в сборе. Отражательная шайба 139′ удерживается на вращающемся валу 78″ пружинным кольцом 404″. Отражательная шайба 139′ проходит таким образом вверх через радиально внутреннюю дорожку качения нижнего подшипникового узла, как и в существующем сепараторе ALFDEX™ 2. Отражательная шайба 139″ имеет радиально наружную кромку по периметру, радиально отделенную от цилиндрической стенки 392 так, чтобы допустить прохождение между ними загрязняющего масла.
Верхний конец другой отдельной части 394 кожуха мотора 384 (имеющего в целом форму усеченного конуса) помещается и герметизирован на нижнем конце цилиндрической стенки 392 верхней части 386. Уплотнение между цилиндрической стенкой 392 и имеющей форму усеченного конуса частью 394 ограничивает замкнутый контур и снабжено дополнительным кольцевым уплотнением 396. Нижний конец имеющей форму усеченного конуса части 394 (имеющей диаметр, который больше диаметра верхнего конца) герметизирован относительно нижней части 388 кожуха мотора 384 посредством еще одного кольцевого уплотнения 398. Это уплотнение также обладает формой замкнутого контура.
Таким образом, на одной стороне имеющей форму усеченного конуса части 394 указанная часть 394 и нижняя часть 388 образуют пространство, в котором помещается электромотор 380 и в которое входит нижний конец вращающегося вала 78″. На другой стороне имеющей форму усеченного конуса части 394 указанная часть 394 и верхняя часть 386, а также остаток нижней части 388 образуют полностью замкнутое и изолированное пространство/отсек 406, в котором помещаются электронные/электрические компоненты (например, печатная плата 408), предназначенные для подачи электроэнергии и управляющих сигналов на электромотор 380. Отсек 406 герметизирован не только относительно среды, окружающей кожух мотора 384, но также от пространства, в котором помещается электромотор 380. Загрязняющее масло, которое течет через это пространство при использовании сепаратора, не получает при этом доступа к электронным/электрическим компонентам, ведущего к их повреждению.
Кроме того, имеющая форму усеченного конуса часть 394 снабжена отверстием (не показано), через которое пропущены электрические провода 410 (соединяющие мотор 380 и указанные компоненты подачи электроэнергии/управления), и в котором герметизированы указанные провода.
Разъем 412 также проходит через отверстие 414 в кожух мотора 384 так, чтобы позволить одному или больше электрическим проводам (не показаны) помещаться с наружной стороны сепаратора (например, связанными с транспортным средством, в котором используется сепаратор) для соединения с указанными компонентами подачи электроэнергии/управления, помещенными внутри отсека 406. Другими словами, электрический провод или провода могут быть снабжены заглушкой для механического и электрического соединения с разъемом 412. Провод или провода могут передавать электроэнергию и/или управляющие сигналы для системы привода с электромотором. Разъем 412 герметизирован на кожухе 384 так, чтобы предотвратить нежелательное попадание посторонних материалов в отсек 406.
В то время как отсек 406 имеет в общем кольцевую форму, концентричную с роторным узлом сепаратора, должно быть понятно, что отсек 406 может иметь иную форму.
Статор 400 электромотора 380 прикреплен к нижней части 388 кожуха мотора 384. Радиально внутренняя часть указанной имеющей форму усеченного конуса часть 394, герметично соединенной с цилиндрической стенкой 392, ограничивает отверстие, имеющее диаметр, по существу равный самому внутреннему диаметру статора 400 электромотора 380.
Во время применения сепаратора, снабженного системой привода с электромотором с фиг.35, система подачи электроэнергии соединяется с безщеточным электромотором 380 так, чтобы приводит в действие его ротор 382 и, таким образом, приводить во вращение вращающийся вал 78″. Как показано выше, отделенное масло проходит от кожуха 4 ротора вниз через нижний подшипниковый узел 90. В сепараторе, снабженным системой привода с электромотором с фиг.35, это отделенное масло выпускается из нижнего подшипникового узла во внутрь кожуха мотора 384 и, в частности, в пространство внутри цилиндрической стенки 392 верхней части кожуха 386. Отделенное масло затем проходит через ротор 380 электромотора 380 и покидает кожух мотора 384 через порт 402, помещенный под электромотором 380 в нижней части кожуха 388. Масло, проходящее через ротор 382 (или через пространство между ротором 382 и статором 400) и входящее в контакт с указанным ротором 382 и статором 400, не оказывает отрицательного влияния на работу электрического мотора 380, поскольку электрические провода статора 400 покрыты слоем эпоксидного лака.
Далее, в отношении изготовления усовершенствованного сепаратора 2′ и, в частности, установки верхнего подшипникового узла 50′ на кожухе 4′ ротора следует обратиться к фиг.37-41 из прилагаемых чертежей. Эти фигуры показывают процесс сварки трением верхнего подшипникового узла 50′ кожуха 4′ ротора в положении аксиального выравнивания с нижним подшипниковым узлом 90′ в то время, когда несущая пластина 70′ установлена, прилегая к уступу 148′ на нижнем конце корпуса 4′ ротора. Процесс сборки обеспечивает аксиальное выравнивание верхнего и нижнего подшипниковых узлов 50′, 90′ несмотря на изменения геометрической формы, вызванные деформацией кожуха 4′ ротора после литья под давлением указанного кожуха 4′.
Процесс предусматривает использование зажимного приспособления 500 для сварки трением, содержащего неподвижную часть 502 и вращающуюся часть 504, установленную с возможностью вращения на неподвижной части 502. Неподвижная часть 502 содержит круглый диск 506, диаметр которого равен диаметру несущей пластины 70′. Геометрическая форма круглого диска 506 такова, что позволяет поместить указанный круглый диск 506 в контакте с кожухом 4′ ротора таким же образом, как несущую пластину 70′ в сепараторе в сборе 2′ (как показано на фиг.40). Вращающаяся часть 504 содержит вал 508, который проходит через центр круглого диска 506 и ориентирован перпендикулярно указанному круглому диску 506. Вал 504 установлен относительно круглого диска 506 с помощью подшипникового узла (не показан).
Один конец вала 508 снабжен головкой 510 для размещения верхнего подшипникового узла 50′. Головка 510 представлена как круглый диск, концентричный с круглым диском 506 неподвижной части 502 и центрированный на оси, вокруг которой вращается вращающаяся часть 504. Диаметр головки 510, по существу, равен диаметру радиально внутренней поверхности выступающей вниз цилиндрической стенки 58′ верхнего подшипникового узла 50′. Таким образом, цилиндрическая стенка 58′ верхнего подшипникового узла 50′ может помещаться вокруг головки 510 при небольшом люфте между верхним подшипниковым узлом 50′ и валом 508 или вообще без него. Относительно вращательное движение между верхним подшипниковым узлом 50′ и валом 508 предотвращается выступами 512, выступающими из круглого диска головки 510. Головка 510 содержит три выступа 512, идентичных один другому и равномерно распределенных вокруг оси вращения вала 508. Каждый из выступов 512 имеет частично закругленную форму и помещается и имеет такие размеры, чтобы помещаться в частично закругленных прорезях 66′ верхнего подшипникового узла 50′. Выступы 512 имеют, по существу, такие же размеры и форму, как указанные прорези 66′, и в связи с этим вращательное движение верхнего подшипникового узла 50′ относительно головки 510 вала 508, по существу, предотвращается, когда выступы 512 вставлены в указанные прорези 66 (см., в частности, фиг.37 и 38).
Второй конец вала 508, удаленный от конца, снабженного головкой 501, снабжен средством 514 для соединения вращающейся части 504 с мотором для приведения во вращение вращающейся части 504 относительно неподвижной части 502.
Зажимное приспособление 500 для сварки трением с верхним подшипниковым узлом 50′, помещенным на его головке 510, показано на фиг.39 прилагаемых чертежей. С верхним подшипниковым узлом 50′, помещенным на головке 510, вал 508 и верхний подшипниковый узел 50′ вставляют в кожух 4′ ротора так, как показано на фиг.40. Круглый диск 506 помещается прилегающим к нижнему уступу 148′ кожуха 4′ ротора. В частности, радиально самая внешняя поверхность круговой кромки 634 (образующая базовую поверхность) круглого диска 506 устанавливается в контакте с круговой внутренней поверхностью 632, окружающей нижний открытый конец кожуха 4′ ротора. Таким образом определяется внутреннее позиционирование верхнего подшипникового узла 50′ относительно кожуха 4′ ротора. С зажимным приспособлением 500 для сварки трением, помещенном таким образом в кожухе 4′ ротора, ось вращения вращающейся части 504 совпадает с описанной ранее центральной осью 64′ кожуха 4′ ротора.
Вращающаяся часть 504 может быть размещена так, чтобы иметь возможность передвигаться относительно неподвижной части 502 в осевом направлении так, чтобы верхний подшипниковый узел 50′ мог двигаться из первого положения, в котором указанный подшипниковый узел 50′ отделен промежутком от верхней части кожуха 4′ ротора, во второе положение, в котором подшипниковый узел 50′ прижимается к гребню 238, помещенному на кожухе 4′ ротора (см. фиг.34). Во время установки верхнего подшипникового узла 50′ на кожух 4′ ротора кожух 4′ ротора удерживают неподвижным и, в то время, когда круглый диск 506 неподвижной части 502 прилегает к нижнему уступу 148′ кожуха 4′ ротора, вращающаяся часть 504 вращается с относительно большой скоростью и движется аксиально дальше в кожух 4′ ротора так, чтобы привести вращающийся верхний подшипниковый узел 50′ в контакт с указанным гребнем 238. Вращающийся верхний подшипниковый узел 50′ с силой прижимают к гребню 238 так, чтобы генерировать теплоту трения и таким образом плавить прилегающие поверхности пластмасс верхнего подшипникового узла 50′ и гребня 238. Во время прижатия подшипникового узла 50′ к гребню 238 вращательное движение вала 508 быстро уменьшается и прекращается так, чтобы позволить подшипниковому узлу 50′ и гребню 238 скрепиться между собой при охлаждении расплавленных пластмасс. Верхний подшипниковый узел 50′ и кожух 4′ ротора таким образом свариваются трением между собой.
Кожух 4′ ротора может удерживаться неподвижным в процессе сварки трением с помощью резьбовых крепежных изделий, пропущенных через выступы 284 в кожухе 4′ ротора и в цилиндрический установочный блок 516 (см. фиг.40).
После того как верхний подшипниковый узел 50′ будет прикреплен к кожуху 4′ ротора, зажимное приспособление 500 для сварки трением может быть снято с кожуха 4′ ротора. Верхний подшипниковый узел 50′ остается, таким образом, правильно позиционированным и прикрепленным к кожуху 4′ ротора, как показано на фиг.41 прилагаемых чертежей. Должно быть понятно, что верхний подшипниковый узел 50′ помещается в положении, которое является центральным относительно нижнего кругового уступа 148′ кожуха 4′ ротора. Соответственно, в то время как внутренние компоненты сепаратора 2′ помещаются внутри кожуха 4′, прилегание несущей пластины 70′ к указанному уступу 148′ гарантирует, что нижний подшипниковый узел 90′ также помещается по центру с указанным уступом 148′. Верхний и нижний подшипниковые узлы 50′, 90′ таким образом аксиально выровнены несмотря на любую предшествующую деформацию кожуха 4′ ротора, возникшую после литья под давлением.
Универсальность усовершенствованного сепаратора улучшается по сравнению с существующим сепаратором 2 за счет некоторых его модулей или компонентов, взаимозаменяемых в различных системах сепаратора (см. фиг.36). Способность кожуха 4′ ротора (т.е. одного конкретного вида модуля) принимать различные клапанные узлы 14′ (т.е. различные версии другого типа модуля) уже рассмотрены выше. Этот модельный подход достигается с различными версиями данного типа модуля или компонента (например, клапанного узла 14′), имеющего идентичные признаки для соединения или сопряжения с другими модулями или компонентами. Например, система сепаратора может потенциально использовать одну из нескольких различных версий клапанного узла, поскольку эти различные версии снабжены обычными признаками, допускающими сопряжение с кожухом 4′ ротора даже несмотря на то, что клапанные узлы могут различаться во многих других отношениях. Таблица, представленная на фиг.36, показывает, как различные компоненты или модули сепараторной системы могут быть дополнительно снабжены компонентом или модулем или заменены на иную версию компонента или модуля.
Настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами реализации, описанными выше. Альтернативные компоновки и подходящие материалы должны быть очевидны для специалиста в данной области техники.