Центробежный сепаратор
Изобретение может быть использовано в химической промышленности для очистки газов. Центробежный сепаратор включает в себя корпус (1) ротора, который ограничивает сепараторную камеру (2) и который имеет газовпуск (3) в сепараторную камеру (2) и газовыпуск (4) из сепараторной камеры (2), и ротор (8), который способен вращаться вокруг оси (R) вращения. Ротор (8) включает в себя стопку конических сепараторных дисков (22), которые посредством пространственно разносящих элементов (26, 30) ограничивают между собой пространственные промежутки (27), через которые протекает газ. Пространственные промежутки (27) между сепараторными дисками (22) являются, по меньшей мере на своей радиально внешней части, открытыми для течения газа в круговом направлении. Предложенное изобретение позволяет проводить эффективную сепарацию загрязнений в виде частиц от газа. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору для очистки газа от твердых или жидких частиц, суспендированных в нем, которые имеют плотность больше, чем газ. Центробежный сепаратор включает в себя корпус ротора, который ограничивает сепараторную камеру и который имеет газовпуск в сепараторную камеру и газовыпуск из сепараторной камеры. Центробежный сепаратор дополнительно включает в себя ротор, который посредством приводящего устройства вращается вокруг оси вращения и который выполнен с возможностью в ходе работы приводить газ во вращение в сепараторной камере, где ротор включает в себя стопку сепараторных дисков в форме усеченного конуса, которые расположены коаксиально относительно друг друга и концентрически относительно оси вращения и которые посредством пространственно разносящих элементов расположены на взаимном пространственном расстоянии таким образом, что они ограничивают между собой пространственные промежутки, через которые протекает газ. Впускное пространство расположено центрально в стопке сепараторных дисков, причем данное впускное пространство сообщается с газовпуском и с радиально внутренней частью пространственных промежутков между сепараторными дисками. Кольцевое потоковое пространство окружает ротор и является радиально ограниченным корпусом ротора, где данное кольцевое потоковое пространство сообщается с радиально внешней частью пространственных промежутков между сепараторными дисками и с газовыпуском.
Радиально внешняя часть пространственных промежутков использована в дальнейшем, чтобы обозначить радиально внешнюю половину конического участка сепараторного диска. Следовательно, радиально внутренняя часть пространственных промежутков использована в дальнейшем, чтобы обозначить радиально внутреннюю половину конического участка сепараторного диска.
Предпосылки создания изобретения и уровень техники
Изобретение главным образом рассчитано на то, чтобы быть применимым для очистки так называемых картерных газов, то есть газов, образовавшихся в двигателе внутреннего сгорания, от частиц в форме масла и/или сажи. Оно может быть использовано альтернативно в других контекстах, таких как очистка воздуха в различных промышленных помещениях в машиностроительной промышленности, в химической промышленности или, например, для очистки воздуха вокруг механических станков различных типов.
Центробежный сепаратор указанного во введении типа известен из описания к патенту Швеции 515302 C2, в котором конические сепараторные диски каждый на своей внутренней стороне контактируют или соединены с удлиненными направляющими приспособлениями, которые каждое проходит под углом относительно образующих соответствующего сепараторного диска от точки на первом расстоянии от оси вращения ротора до точки на большем втором расстоянии от оси вращения ротора. Направляющие приспособления, которые также могут принимать форму пространственно разносящих элементов, то есть направляющих приспособлений, которые соединяют пространственные промежутки между взаимно смежными сепараторными дисками, чтобы сформировать указанные пространственные промежутки между сепараторными дисками, оканчиваются вблизи кругового края соответствующего сепараторного диска на расстоянии друг от друга вдоль кругового края. Указанные направляющие приспособления (пространственно разносящие элементы) собирают сепарированные частицы, которые принуждаются к тому, чтобы покинуть направляющие приспособления и отбрасываются от сепараторных дисков по существу только в ограниченных областях, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль круговых краев соответствующих сепараторных дисков.
Было, однако, найдено, что сепараторные диски с удлиненными пространственно разносящими элементами (независимо от того, являются ли пространственно разносящие элементы прямыми и чисто радиальными, прямыми и образуют угол с радиусом или изогнутыми), особенно при сепарации с параллельным течением, могут иметь неактивные области на поверхности сепараторных дисков, то есть области, которые вносят относительно слабый вклад или не вносят его вовсе в сепарацию частиц от газа. Такие неактивные области встречаются главным образом на радиально внешних частях пространственных промежутков и, в зависимости от направления вращения, непосредственно за или перед соответствующими пространственно разносящими элементами, если смотреть в направлении вращения. По причине данных неактивных областей только часть поверхности сепараторного диска используется для сепарации частиц, следствием чего является сниженная эффективность сепарации сепараторного диска.
Сущность изобретения
Основная задача настоящего изобретения заключается в создании центробежного сепаратора, который не имеет указанных неактивных областей и тем самым достигает эффективной сепарации загрязнений в виде частиц от газа.
Данная задача решена центробежным сепаратором, определенным в начале описания, который отличается тем, что пространственные промежутки между сепараторными дисками по меньшей мере на своей радиально внешней части являются открытыми для течения газа в круговом направлении, и тем, что взаимно смежные сепараторные диски расположены на взаимном пространственном расстоянии (разнесении) таким образом, что вращение ротора вызывает насосное действие в пространственных промежутках, где данное насосное действие продвигает газ от газовпуска через пространственные промежутки между сепараторными дисками и выводит через газовыпуск.
Дополнительная задача изобретения заключается в создании центробежного сепаратора с сепараторными дисками, которые просты/недороги в изготовлении и которые в то же время обеспечивают эффективную сепарацию частиц от газа.
Дополнительная задача изобретения заключается в создании центробежного сепаратора, который включает в себя ротор с сепараторными дисками, которые обеспечивают равномерные пространственные промежутки, через которые протекает газ.
Дополнительная задача изобретения заключается в создании центробежного сепаратора с ротором, который обеспечивает хорошее насосное действие.
Эти дополнительные задачи решены вариантами осуществления изобретения, определение которым дано ниже.
Согласно одному варианту осуществления изобретения сепараторные диски имеют множество точечно сформированных пространственно разносящих элементов, которые расположены в указанных пространственных промежутках. Точечно сформированные пространственно разносящие элементы имеют форму наподобие приподнятых точек или полусферических выступов. Точечно сформированная форма дополнительно обнаруживает либо круговое, либо овальное поперечное сечение. Посредством этого обеспечены простым в исполнении и недорогим образом пространственные промежутки, которые открыты для течения в круговом направлении.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения точечно сформированные пространственно разносящие элементы (то есть пространственно разносящие элементы в форме наподобие приподнятых точек или полусферических выступов) имеют внешний диаметр D и высоту H, причем D/H составляет ≤15, более предпочтительно D/H составляет ≤10 и наиболее предпочтительно D/H составляет ≤5. В случае точечно сформированных пространственно разносящих элементов с овальным поперечным сечением диаметр D представлял бы, таким образом, максимальный диаметр овального поперечного сечения. Внешний диаметр D пространственно разносящего элемента, таким образом, на практике существенно больше, чем высота H. Однако внешний диаметр пространственно разносящих элементов должен быть предпочтительно настолько возможно малым, чтобы пространственные промежутки были насколько возможно открытыми для течения газа как в круговом направлении, так и в радиальном направлении. По производственным соображениям, однако, существует предел того, насколько малым может быть сделан внешний диаметр пространственно разносящих элементов.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения пространственно разносящие элементы изготовлены за одно целое с соответствующим сепараторным диском. Сепараторные диски с интегрированными пространственно разносящими элементами с преимуществом могут быть использованы в сепараторных дисках, изготовленных из пластика, например сепараторных дисках, изготовленных инжекционным формованием, поскольку интегрированные пространственно разносящие элементы могут быть легко включены в сепараторный диск в процессе производства. Точечно сформированные пространственно разносящие элементы посредством способа инжекционного формования могут быть легко изготовлены в форме либо приподнятых точек, либо полусферических выступов с довольно малым соотношением между диаметром D и высотой H (то есть D/H, составляющим ≤5). Такие сепараторные диски могут быть использованы в относительно малоразмерных центробежных сепараторах, таких как сепараторы, применяемые для очистки картерного газа, выпускаемого двигателем внутреннего сгорания транспортного средства.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения пространственно разносящие элементы имеют форму отдельных элементов, плотно прикрепленных к каждому сепараторному диску. Такие отдельные пространственно разносящие элементы с преимуществом могут быть использованы в сепараторных дисках, изготовленных из металла. Форма усеченного конуса таких сепараторных дисков обычно достигается так называемой прокаткой под давлением плоских круговых металлических заготовок, за чем следует фиксация отдельных пространственно разносящих элементов, например, точечной сваркой, на поверхности каждого сепараторного диска после прокатки под давлением. Отдельные пространственно разносящие элементы предпочтительно имеют форму относительно малых плоских круговых металлических заготовок, которые наносят точечной сваркой на поверхность сепараторного диска в форме усеченного конуса, посредством чего пространственно разносящие элементы приобретают форму приподнятых точек. Благодаря компоновке и способу точечной сварки данные точечно сформированные пространственно разносящие элементы требуют относительно высокого соотношения между диаметром D и высотой H (то есть D/H, составляющего ≤15, но более предпочтительно D/H, составляющего ≤10). Такие сепараторные диски типично используют в центробежном сепараторе с центробежным ротором относительно больших размеров, который, следовательно, включает в себя сепараторные диски с большими диаметром и площадью поверхности. Следовательно, такой центробежный сепаратор приспособлен для очистки относительно большего количества или сквозного потока загрязненного газа. Данные сепараторы типично применяют для очистки газа в химической промышленности или очистки воздуха вокруг механических станков различных типов. Они могут быть также использованы для очистки картерного газа, выпускаемого двигателями внутреннего сгорания большего размера, такими как двигатели, установленные на кораблях или электростанциях и так далее. Следовательно, относительно большое соотношение между диаметром D и высотой H пространственно разносящих элементов не будет оказывать существенного влияния на течение в круговом направлении благодаря ротору большего размера с большей площадью поверхности каждого сепараторного диска в стопке сепараторных дисков.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения пространственно разносящие элементы расположены аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков. Следовательно, пространственно разносящие элементы каждый расположены аксиально выровненными один над другим во взаимно смежных сепараторных дисках во всей стопке сепараторных дисков, или, другими словами, пространственно разносящие элементы расположены на аксиально прямых линиях во всей стопке сепараторных дисков. Таким образом, точечно сформированные пространственно разносящие элементы будут поддерживать друг друга, когда сепараторные диски совместно сжимают в стопке. Это гарантирует наличие равномерных пространственных промежутков в случае менее жестких сепараторных дисков. Менее жесткий сепараторный диск в противном случае мог бы изогнуться или сформировать выпуклость в области контакта с точечно сформированным пространственно разносящим элементом смежного сепараторного диска, который прижат к указанной площади менее гибкого сепараторного диска. Равномерное пространственное расстояние во всех пространственных промежутках будет увеличивать эффективность сепарации по той причине, что оно будет иметь результатом равномерное распределение газа по кругу в каждом из отдельных пространственных промежутков, а также аксиально во всех пространственных промежутках в стопке сепараторных дисков.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения каждый сепараторный диск включает в себя видимую или иным образом обнаруживаемую маркировку в заданном месте, где каждый сепараторный диск в стопке последовательно повернут на заданный угол в круговом направлении по сравнению с маркировкой в смежном сепараторном диске в стопке, где сепараторный диск включает в себя распределение пространственно разносящих элементов, так что пространственно разносящие элементы расположены аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков. Таким образом, ротор может быть уравновешен с использованием видимой или иным образом обнаруживаемой маркировки на сепараторном диске. Благодаря систематическому варьированию или неточности при производстве сепараторного диска каждый сепараторный диск может обнаруживать систематически неравномерное распределение массы или вращательный разбаланс. Маркировку, таким образом, применяют в качестве репера при сборке ротора, при которой каждый сепараторный диск последовательно поворачивают на заданный угол в круговом направлении, в то время когда сепараторные диски устанавливают в стопку один поверх другого в роторе. Следовательно, в собранной стопке сепараторных дисков систематически неравномерное распределение массы будет погашаться посредством постепенного поворота каждого сепараторного диска и посредством этого будет уравновешиваться ротор. В данном варианте осуществления сепараторные диски расположены при распределении пространственно разносящих элементов таким образом, что даже после такого уравновешивания ротора пространственно разносящие элементы располагаются аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения пространственно разносящие элементы распределены вдоль множества определенных радиальных расстояний от оси вращения в пространственных промежутках между сепараторными дисками, причем каждый пространственный промежуток имеет множество колец точечно сформированных пространственно разносящих элементов на указанных определенных радиусах. Результатом является равномерное пространственное расстояние (разнесение) во всех пространственных промежутках, что приводит к равномерному распределению газа, который течет через пространственные промежутки.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения пространственно разносящие элементы в любом данном кольце смещены в круговом направлении относительно пространственно разносящих элементов в смежном кольце на каждом диске. Таким образом, обеспечивается дополнительная гарантия равномерного пространственного расстояния во всех пространственных промежутках.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере радиально внешняя часть пространственных промежутков не имеет указанных пространственно разносящих элементов. В данном случае радиально внешняя часть пространственных промежутков является полностью открытой для течения газа как в радиальном направлении, так и в круговом направлении. Это может быть с преимуществом использовано в случае жестких сепараторных дисков, жесткость которых гарантирует равномерное пространственное расстояние в радиально внешней части, то есть не происходит существенной деформации сепараторных дисков в ходе работы центробежного сепаратора.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения сепараторные диски имеют на радиально внутренней части пространственных промежутков множество удлиненных пространственно разносящих элементов. Размещение таких пространственно разносящих элементов только на радиально внутренней части пространственных промежутков будет по-прежнему гарантировать открытое течение газа в радиально внешней части пространственных промежутков. В то же время такие удлиненные пространственно разносящие элементы вызывают увеличенное насосное действие ротора и увеличивают захват газа при вращении ротора.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения сепараторные диски на своих радиально внешних частях пространственных промежутков имеют только точечно сформированные пространственно разносящие элементы. Это может быть с преимуществом использовано в случае сепараторных дисков, изготовленных из менее гибкого материала, где пространственно разносящие элементы обеспечивают гарантию равномерного пространственного расстояния во всех пространственных промежутках в радиально внешних частях и в то же время обеспечивают свободное течение газа как в радиальном направлении, так и в круговом направлении.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения сепараторные диски как на радиально внешней, так и внутренней части пространственных промежутков имеют только точечно сформированные пространственно разносящие элементы, обеспечивая посредством них простым образом равномерные пространственные промежутки в случае менее гибких сепараторных дисков.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения сепараторные диски имеют плоские участки, которые включают в себя пространственно разносящие элементы, конические участки сепараторных дисков, не имеющие указанных пространственно разносящих элементов как на радиально внешней, так и на внутренней части пространственных промежутков. Соответственно, пространственные промежутки являются полностью открытыми для течения газа как в радиальном направлении, так и в круговом направлении во всех пространственных промежутках. Это может быть с преимуществом использовано в случае сепараторных дисков высокой жесткости, которая обеспечивает гарантию равномерных пространственных промежутков как в радиально внешней, так и внутренней части, то есть не происходит существенной деформации сепараторных дисков в ходе работы центробежного сепаратора.
Краткое описание чертежей
Теперь изобретение будет пояснено более подробно посредством описания различных вариантов осуществления и со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, которые показывают подробности, необходимые для понимания изобретения.
Фиг.1 иллюстрирует продольное сечение центробежного сепаратора согласно изобретению.
Фиг.2 иллюстрирует сечение вдоль линии II-II на фиг.1 согласно первому варианту осуществления изобретения.
Фиг.3 иллюстрирует сечение вдоль линии II-II на фиг.1 согласно второму варианту осуществления изобретения.
Фиг.4 иллюстрирует сечение вдоль линии II-II на фиг.1 согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Подробное описание различных вариантов осуществления
На чертеже фиг.1 показано боковое сечение центробежного сепаратора, в котором может быть использовано изобретение. Центробежный сепаратор предназначен для очистки газа от частиц, суспендированных (взвешенных) в нем, которые имеют большую плотность, чем газ. Центробежный сепаратор включает в себя стационарный корпус 1 ротора, который ограничивает сепараторную камеру 2. Корпус ротора имеет газовпуск 3 в сепараторную камеру 2 для газа, который подлежит очистке, и газовыпуск 4 из сепараторной камеры 2 для очищенного газа. Корпус ротора дополнительно имеет выпуск для частиц из сепаратной камеры 2 для частиц, отделенных от газа.
Корпус 1 ротора включает в себя две части (верхнюю и нижнюю части), удерживаемые вместе посредством множества винтов 6. Данные винты 6 также приспособлены удерживать корпус ротора прикрепленным к обеспечивающим подвеску элементам 7, которые изготовлены из упругого материала, посредством которых корпус ротора может поддерживаться опорой (не показана).
Внутри сепараторной камеры 2 расположен ротор 8, способный вращаться вокруг вертикальной оси вращения R. Мотор 9, например электрический или гидравлический мотор, установлен на верхней части корпуса ротора и соединен с ротором 8 для осуществления его вращения. Ротор 8 включает в себя вертикально проходящий центральный вал 10, который своим верхним концом установлен на оси в корпусе 1 ротора посредством верхнего подшипника 11 и держателя 12 верхнего подшипника и своим нижним концом установлен на оси в корпусе 1 ротора посредством нижнего подшипника 13 и держателя 14 нижнего подшипника. Держатель 14 нижнего подшипника расположен в газовпуске 3 корпуса ротора и, следовательно, снабжен сквозными отверстиями 15 для поступающего газа, который подлежит очистке в сепараторной камере 2.
Ротор 8 дополнительно включает в себя верхнюю концевую стенку 16 и нижнюю концевую стенку 17, причем данные две концевые стенки имеют форму усеченного конуса и соединены с центральным валом 10. Нижняя концевая стенка 17 в форме усеченного конуса имеет плоский центральный участок, снабженный сквозными отверстиями 18, так что внутреннее пространство ротора может сообщаться с газовпуском 3. Нижняя концевая стенка 17 дополнительно снабжена на внешнем круговом крае плоского участка кольцеобразным фланцем 19, проходящим аксиально книзу, который приспособлен взаимодействовать с похожим направленным кверху кольцеобразным фланцем 20 держателя 14 подшипника, так что газ, входящий через газовпуск 3, направляется внутрь ротора 8 через вышеупомянутые отверстия 18.
Нижняя концевая стенка 17 соединена с полой колонной 21, которая простирается аксиально кверху от концевой стенки 17 и которая герметично окружает центральный вал 10. Колонна простирается по всей длине вплоть до верхней концевой стенки 16. В области колонны 21 центральный вал 10 является цилиндрическим, предпочтительно по соображениям экономии затрат - круговым цилиндрическим, и внутренняя часть колонны 21 может быть выполнена таким же образом, как внешняя часть вала, как показано на фиг.1 и 2. Наружная часть колонны 21 может иметь некруглую поперечную форму, как можно видеть на фиг.2, чтобы обеспечить вращательное соединение между колонной и множеством сепараторных дисков (подробнее описаны ниже), расположенных на колонне. В показанном варианте осуществления внешняя часть колонны имеет форму шестиугольника, но то же вращательное соединение может быть, конечно, достигнуто с использованием других многоугольных форм, например квадратной или треугольной форм. Альтернативно, внешняя часть колонны может иметь круглую поперечную форму, в случае чего указанное соединение обеспечивается одним или более ребрами, простирающимися аксиально вдоль внешней части колонны, причем указанные ребра приспособлены к сцеплению с соответствующими пазами в указанных сепараторных дисках.
Стопка сепараторных дисков 22 в форме усеченного конуса расположена между концевыми стенками 16 и 17, причем данные сепараторные диски между собой ограничивают пространственные промежутки 27, через которые протекает газ. Каждый из сепараторных дисков 22 имеет участок 23a в форме усеченного конуса и сформированный за одно целое с ним плоский участок 23b, ближайший к колонне 21. Плоский участок 23b сформирован, как показано на фиг.2, способным к сцеплению с некруглой колонной 21 таким образом, что соответствующий сепараторный диск не может вращаться относительно колонны 21. Более того, плоский участок 23b снабжен множеством сквозных отверстий 24, как показано на фиг.2. Независимо от того, выровнены ли аксиально или нет относительно друг друга отверстия 24 в соответствующих сепараторных дисках 22, они образуют вместе с пространственными промежутками между плоскими участками 23b сепараторных дисков 22 центральное впускное пространство 25 внутри ротора 8 (смотри фиг.1), которое сообщается с газовпуском 3 и с радиальной внутренней частью пространственных промежутков 27 между коническими участками 23a сепараторных дисков. Сепараторная камера 2 включает в себя кольцевое потоковое пространство 28, окружающее ротор 8 и ограниченное радиально стационарным корпусом 1 ротора. Кольцевое потоковое пространство 28 сообщается с радиально внешней частью пространственных промежутков 27 между сепараторными дисками 22 и с газовыпуском 4. Центральное впускное пространство 25 ротора находится, таким образом, в сообщении с кольцевым потоковым пространством 28 посредством пространственных промежутков 27.
Для ясности на чертеже показано только малое число сепараторных дисков 22 с большими аксиальными пространственными промежутками 27. На практике значительно больше сепараторных дисков 22 предпочтительно расположено между концевыми стенками 16 и 17, так что относительно тонкие пространственные промежутки 27 сформированы между сепараторными дисками. Сепараторные диски расположены на таком взаимном расстоянии, что вращение ротора вызывает в пространственных промежутках 27 насосное действие, которое продвигает газ от газовпуска 3 через пространственные промежутки 27 между сепараторными дисками 22 и выводит через газовыпуск 4. Таким образом, расстояние между сепараторными дисками, то есть высота пространственных промежутков, может, например, составлять порядка 0,1-2 мм. Расстояние между сепараторными дисками составляет предпочтительно порядка 0,2-0,6 мм или, еще лучше, от 0,3 до 0,5 мм. Расстояние может изменяться в зависимости от типа загрязнений, подлежащих очистке, другими словами от того, в какой области очистки газа подлежит использованию центробежный сепаратор, и от размера самого центробежного сепаратора. Слишком большое расстояние между сепараторными дисками 22 может вызвать проблемы в форме слишком малого насосного действия для продвижения потока через центробежный сепаратор посредством вращения ротора, тогда как слишком малое расстояние может привести к тому, что сепарированные загрязнения будут захвачены в указанных пространственных промежутках 27 и заблокируют течение газа между сепараторными дисками 22. В случае применения для очистки картерных газов настоящее изобретение использует предпочтительно расстояние 0,4 мм.
Фиг.1 иллюстрирует центробежный сепаратор со стопкой сепараторных дисков, плоские участки 23b которых расположены в более низкой плоскости, чем их конические участки 23a. Сепараторные диски в стопке могли бы быть, конечно, обращены в другом направлении, так же как концевые стенки 16 и 17. В показанном варианте осуществления корпус ротора является стационарным. Изобретение, однако, не ограничено стационарными корпусами ротора, поскольку оно также применимо в случае таких центробежных сепараторов, которые имеют корпуса ротора, которые вращаются совместно с ротором 8.
Фиг.2 иллюстрирует согласно первому варианту осуществления изобретения сторону сепараторного диска 22, которая обращена кверху на фиг.1. Данная сторона в дальнейшем называется внутренней стороной сепараторного диска, поскольку она обращена внутрь по направлению к оси вращения ротора. Как можно видеть, сепараторный диск 22 снабжен на своей внутренней поверхности множеством точечно сформированных пространственно разносящих элементов 26, которые приспособлены формировать указанный пространственный промежуток 27 между взаимно смежными сепараторными дисками в стопке дисков. В отличие от удлиненных пространственно разносящих элементов данные точечно сформированные пространственно разносящие элементы не имеют какого-либо существенного растяжения в особом направлении. Как указано ранее, данные точечно сформированные пространственно разносящие элементы представляют собой пространственно разносящие элементы в форме наподобие приподнятых точек или полусферических выступов. Пространственные промежутки 27 являются, таким образом, открытыми для течения газа как в круговом направлении, так и в радиальном направлении, то есть пространственный промежуток по существу не создает препятствия для течения газа в круговом направлении и радиальном направлении. Как показано на фиг.2, точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 имеют круговое поперечное сечение, причем точечно сформированный пространственно разносящий элемент включает в себя внешний диаметр D и высоту H. В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.2, пространственно разносящие элементы 26 принимают форму точки с круговым поперечным сечением, которая была приподнята на высоту H над поверхностью сепараторного диска. Расстояние или пространственный промежуток между взаимно смежными сепараторными дисками 22 определяется высотой H пространственно разносящих элементов 26. Высота H показанных точечно сформированных пространственно разносящих элементов 26 составляет 0,4 мм. Центробежный сепаратор согласно данному варианту осуществления представляет собой типичный сепаратор для очистки картерного газа, используемый как встроенный в транспортное средство. Следовательно, он представляет собой относительно малоразмерный центробежный сепаратор, в котором сепараторные диски изготовлены из пластика способом инжекционного формования. Пространственно разносящие элементы 26 в данном варианте осуществления имеют соотношение (между диаметром D и высотой H) приблизительно 4. Следовательно, диаметр D точечно сформированного пространственно разносящего элемента 26 составляет приблизительно 1 мм. Его можно сравнить с внешним диаметром сепараторного диска 22, который в данном варианте осуществления имеет внешний диаметр приблизительно 11 см.
Точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 расположены аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков 22. Следовательно, все точечно сформированные пространственно разносящие элементы расположены аксиально друг над другом во всей стопке сепараторных дисков. Таким образом, точечно сформированные пространственно разносящие элементы будут размещаться непосредственно над (или под) друг другом и тем самым поддерживать друг друга, когда сепараторные диски совместно сжимают между концевыми стенками 16 и 17. Это гарантирует наличие равномерных пространственных промежутков 27 в случае данных менее жестких сепараторных дисков 22, изготовленных из пластика.
Более того, каждый изготовленный сепараторный диск может иметь неравномерное распределение массы или вращательный разбаланс. В данном конкретном случае неравномерное распределение массы вызвано систематическим варьированием в точности инжекционного формования сепараторных дисков 22. Установка в стопку нескольких таких сепараторных дисков 22 могла бы тем самым вызывать разбаланс в центробежном роторе 8, который, конечно, весьма нежелателен. Ротор 8 может быть, однако, уравновешен введением видимой или иным образом обнаруживаемой маркировки 31 (в заданном месте) в произведенный сепараторный диск 22. Данную маркировку впоследствии применяют в качестве репера при сборке ротора, при которой каждый сепараторный диск 22 последовательно повернут на заданный угол в направлении вращения (по сравнению с маркировкой на смежном сепараторном диске), в то время когда сепараторные диски 22 устанавливают в стопку один поверх другого в роторе 8. В показанном варианте осуществления сепараторные диски расположены с точечно сформированными пространственно разносящими элементами 26 таким образом, что даже после такого уравновешивания ротора точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 располагаются аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков 22.
В показанном первом варианте осуществления точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 равномерно распределены вдоль трех обозначенных радиальных расстояний от оси вращения R, то есть в кольцах 29a, 29b и 29c, на коническом участке каждого сепараторного диска. В показанном варианте осуществления точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 в любом данном кольце 29a смещены в круговом направлении относительно точечно сформированных пространственно разносящих элементов 26 в радиально смежном кольце 29c таким образом, что каждая пара точечно сформированных пространственно разносящих элементов 26 в соответствующих кольцах 29a, 29c расположена вдоль линии, которая образует угол относительно радиуса сепараторного диска. Такое распределение пространственно разносящих элементов 26 может быть предпочтительно использовано в случае сепараторных дисков, изготовленных из относительно тонкого и гибкого материала, например сепараторных дисков, изготовленных из тонкого пластика, чтобы обеспечить в ходе работы центробежного сепаратора гарантию равномерного аксиального пространственного расстояния во всем пространственном промежутке 27 между двумя сепараторными дисками 22. В показанном варианте осуществления точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 распределены в первом кольце 29a близко к радиально внешнему круговому краю сепараторного диска, во втором кольце 29b - близко к радиально внутреннему круговому краю конического участка сепараторного диска и в третьем кольце 29c - на середине между первым и вторым кольцами. Таким образом, точечно сформированные пространственно разносящие элементы 26 третьего кольца 29c смещены в круговом направлении относительно точечно сформированных пространственно разносящих элементов первого кольца 29a и второго кольца 29b. Множество колец и точечно сформированных пространственно разносящих элементов приспособлено соответственно размеру и жесткости сепараторного диска. Относительно большой сепараторный диск, то есть сепараторный диск с относительно большой радиальной протяженностью, включает в себя предпочтительно большее число колец и пространственно разносящих элементов, чем меньший сепараторный диск. Относительно жесткий сепараторный диск, то есть сепараторный диск, изготовленный из относительно более жесткого материала, включает в себя предпочтительно меньшее число колец и пространственно разносящих элементов, чем сепараторный диск, изготовленный из относительно менее жесткого материала.
Фиг.3 иллюстрирует согласно второму варианту осуществления изобретения сторону сепараторного диска 22, которая обращена кверху на фиг.1. Данный сепараторный диск 22 снабжен на своей внутренней части множеством точечно сформированных пространственно разносящих элементов 26, равномерно распределенных в кольце 29a близко к радиально внешнему круговому краю сепараторного диска, где радиально внутренняя часть конического участка сепараторного диска снабжена множеством удлиненных пространственно разносящих элементов 30. Таким образом, удлиненные пространственно разносящие элементы 30 не блокируют течение газа в круговом направлении в радиально внешней части пространственных промежутков. Формирование указанных неактивных областей на поверхности сепараторного диска, таким образом, предотвращается. В данном варианте осуществления изобретения сепараторный диск, таким образом, включает в себя множество удлиненных пространственно разносящих элементов 30, которые простираются прямолинейно в радиальном направлении. Удлиненный пространственно разносящий элемент может, однако, также простираться под углом к радиусу сепараторного диска, в случае чего они могут быть как прямыми, так и изогнутыми. Данная конструкция обеспечивает хорошее насосное действие без какого-либо нарушения течения в радиально внешней части пространственных промежутков.
Фиг.4 иллюстрирует согласно третьему варианту осуществления изобретения сторону сепараторного диска 22, которая обращена кверху на фиг.1. Данный сепараторный диск 22 имеет полностью гладкую поверхность, то есть поверхность без пространственно разносящих элементов, вдоль по меньшей мере конического участка 23a сепараторного диска. Пространственные промежутки 27 являются, таким образом, открытыми для течения газа в круговом направлении как в радиально внешней части, так и в радиально внутренней части пространственных промежутков. Таким образом, сепараторный диск не имеет пространственно разносящих элементов, которые могли бы блокировать течение газа в круговом направлении, вследствие чего формирование указанных неактивных областей на поверхности сепараторного диска предотвращается. В данном варианте осуществления пространственно разносящие элементы 30 могут быть введены в плоский участок 23b сепараторного диска или, альтернативно, включают отдельные элементы, расположенные в плоском участке 23b сепараторного диска между взаимно смежными сепараторными дисками. Также возможно представить себе сепараторные диски, расположенные стопкой на роторе, который включает множество аксиально удлиненных стержней, равномерно распределенных в круговом направлении, в случае чего сепараторные диски снабжены отверстиями, идущими через них, для стержней, где данные стержни приспособлены кооперативно действовать с концевыми стенками 16, 17 ротора. Таким образом, внешние круговые края сепараторных дисков могут быть снабжены выступами, которые имеют отверстия, идущие через них, для стержней, в случае чего выступы снабжены пространственно разносящими элементами в форме шайб, чтобы сформировать пространственные промежутки между сепараторными дисками. Похожее расположение в стопки сепараторных дисков со стержнями известно, например, из патента США 2104683 A, который цитируется в качестве ссылки. Вместо выступов сепараторные диски могут включать в себя внешний обод, простирающийся радиально и горизонтально от конического участка и снабженный отверстиями, идущими через него, для стержней. Такой внешний обод также имеет результатом повышенную жесткость сепараторного диска.
Показанные и описанные сепараторные диски могут быть изготовлены из различных материалов, таких как пластик и/или металлические материалы. Чтобы повысить жесткость сепараторных дисков, изготовленных из пластика, различные типы волокон, например стекловолокна и/или углеродные волокна, и различные их количества могут быть введены в пластиковый материал, в случае чего жесткость пластикового материала повышается с увеличением количества волокон, включенных в пластик. Сепараторные диски могут включать в себя слои различных материалов. Пример такого сепараторного диска, включающего слои различных материалов, известен из публикации WO 2007/001232 A1, относящейся к центробежному сепаратору, который работает с сочетающимися центробежной силой и электростатической силой. Настоящее изобретение может быть также применено к данному типу центробежного сепаратора. Такой центробежный сепаратор также известен из публикации WO 2005/119020 A1. В таких случаях соответствующий сепараторный диск 22 может включать в себя поверхностный слой электропроводного материала на внутренней части сепараторного диска (сторона, обращенная внутрь по направлению к оси вращения R ротора) и/или внешней части сепараторного диска (сторона, обращенная наружу относительно оси вращения R ротора), где центробежный сепаратор включает в себя электростатический дополнительный сепаратор с первым полюсным элементом, который заряжает частицы в газе потенциалом, где указанный поверхностный слой электропроводного материала на соответствующем сепараторном диске формирует второй полюсный элемент, который имеет потенциал, такой что электростатическая сила действует совместно с центробежной силой для сепарации частиц от газа, текущего через пространственные промежутки 27 между сепараторными дисками 22. Исключая указанный электропроводный поверхностный слой, сепараторный диск предпочтительно изготовлен из электроизоляционного материала.
В зависимости от области применения конический участок 23a сепараторных дисков 22, описанных выше, может находиться под разными углами относительно оси R вращения, например под углами в диапазоне 35°-55°. Что касается твердых частиц, следует принять во внимание их так называемый угол откоса в каждом конкретном случае. Очистка картерного газа предпочтительно включает использование сепараторных дисков, включающих конический участок 23a под углом 45° относительно оси R вращения.
Центробежный сепаратор, описанный выше и показанный на чертежах, работает следующим образом при очистке газа от суспендированных в нем частиц. Посредством мотора 9 поддерживается вращение ротора 8 (типичная скорость примерно 2000-10000 об/мин), где газ в указанных пространственных промежутках 27 захватывается посредством сепараторных дисков ротора. Пространственные промежутки 27 между сепараторными дисками 22 обнаруживают такое расстояние, что оно вызывает насосное действие, которое продвигает газ через центробежный сепаратор. Такое насосное действие может быть повышено расположением удлиненных пространственно разносящих элементов в радиально внутренней части пространственных промежутков (смотри, например, фиг.3). Газ, загрязненный частицами, направляется в стационарный корпус 1 ротора снизу через газовпуск 3 и увлекается в центральное впускное пространство 25 ротора. Оттуда газ втекает в пространственные промежутки 27 между сепараторными дисками 22 и течет через них радиально в наружном направлении.
В пространственных промежутках 27 частицы, суспендированные в газе, принуждаются центробежной силой двигаться по направлению к внутренним частям сепараторных дисков и к контакту с этими частями, то есть со сторонами конических сепараторных дисков 22, которые обращены по направлению к оси вращения (стороны направленные вверх на фиг.1). Придя в контакт с сепараторными дисками 22, частицы будут захвачены ими и впоследствии подвергнутся действию центробежной силы, так что частицы принуждаются к движению радиально наружу вдоль внутренних частей сепараторных дисков и к перемещению по направлению к внешним круговым краям последних. Впоследствии частицы отбрасываются от ротора по направлению к внутренней части корпуса ротора, после чего сила тяжести и течение газа побуждают их покинуть корпус 1 ротора по указанному выпускающему частицы патрубку 5. Движение частиц радиально наружу через пространственные промежутки 27 проиллюстрировано стрелками на фиг.2-4.
В ходе своего движения радиально наружу газ, приведенный во вращение, будет вследствие некоторого отставания по скорости вращения относительно ротора течь вдоль криволинейных траекторий в пространственном промежутке 27 между сепараторными дисками 22. Поскольку пространственные промежутки 27 между сепараторными дисками 22 в по меньшей мере своей радиально внешней части являются открытыми для течения газа в круговом направлении, газ будет течь свободно в круговом направлении и, следовательно, не будет блокироваться при своем движении вдоль криволинейных траекторий. Вследствие этого вся поверхность сепараторного диска используется для сепарации, поскольку свободное течение не порождает указанных неактивных областей на сепараторном диске 22.
Очищенный газ покидает пространственные промежутки 27 и вытекает по газовыпуску 4 через круговое потоковое пространство 28. Центральное впускное пространство 25 ротора находится, таким образом, в сообщении с круговым потоковым пространством 28 посредством пространственных промежутков 27. Центробежный сепаратор, таким образом, работает по так называемому принципу параллельного течения для проведения сепарации частиц от газа, то есть газ, который подлежит очистке, направляется центрально во вращающийся ротор и затем течет радиально наружу через пространственные промежутки 27 между сепараторными дисками 22, где частицы в газе центробежной силой принуждаются к осаждению на внутренних частях сепараторных дисков и впоследствии соскальзывают в том же направлении, в котором течет газ, по направлению к внешним круговым краям сепараторных дисков и затем отбрасываются по направлению к внутренней части корпуса ротора.
Как следствие вращения ротора газ, текущий через пространственные промежутки между сепараторными дисками, будет приобретать увеличенное давление. Так, в круговом потоковом пространстве 28, которое окружает ротор 8, и в области газовыпуска 4 преобладает более высокое давление, чем в центральном пространстве 25 и в газовпуске 3. Это означает, что возможная протечка между фланцами 19 и 20 не имеет какой-либо существенной важности. Загрязненный газ, следовательно, не может течь между фланцами 19 и 20 непосредственно из газовпуска 3 в газовыпуск 4, но, наоборот, некоторое количество очищенного газа будет течь назад в центральное пространство 25.
Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но может быть изменено и модифицировано в объеме нижеследующей формулы изобретения.
1. Центробежный сепаратор для очистки газа от твердых или жидких частиц, суспендированных в нем, которые имеют плотность больше, чем газ, содержащий
- корпус (1) ротора, который ограничивает сепараторную камеру (2) и имеет газовпуск (3) в сепараторную камеру (2) и газовыпуск (4) из сепараторной камеры (2),
- ротор (8), который посредством приводящего устройства (9) вращается вокруг оси (R) вращения и выполнен с возможностью в ходе работы приводить газ во вращение в сепараторной камере (2), причем ротор (8) включает в себя стопку сепараторных дисков (22) в форме усеченного конуса, которые расположены коаксиально относительно друг друга и концентрически относительно оси (R) вращения и которые посредством пространственно разносящих элементов (26, 30) расположены на взаимном пространственном расстоянии таким образом, что они ограничивают между собой пространственные промежутки (27), через которые протекает газ,
- впускное пространство (25), расположенное центрально в стопке сепараторных дисков (22), причем данное впускное пространство сообщается с газовпуском (3) и с радиально внутренней частью пространственных промежутков (27) между сепараторными дисками (22), и
- кольцевое потоковое пространство (28), которое окружает ротор (8) и является радиально ограниченным корпусом (1) ротора, причем данное кольцевое потоковое пространство сообщается с радиально внешней частью пространственных промежутков (27) между сепараторными дисками (22) и с газовыпуском (4),
отличающийся тем, что
- пространственные промежутки (27) между сепараторными дисками (22) по меньшей мере на своей радиально внешней части являются открытыми для течения газа в круговом направлении и тем, что взаимно смежные сепараторные диски (22) расположены на взаимном пространственном расстоянии таким образом, что вращение ротора (8) вызывает насосное действие в пространственных промежутках (27), которое продвигает газ от газовпуска (3) через пространственные промежутки (27) между сепараторными дисками (22) и выводит через газовыпуск (4).
2. Центробежный сепаратор по п.1, в котором сепараторные диски имеют множество точечно сформированных пространственно разносящих элементов (26), которые расположены в указанных пространственных промежутках (27).
3. Центробежный сепаратор по п.2, в котором пространственно разносящие элементы имеют внешний диаметр D и высоту Н, причем D/H составляет ≤15, более предпочтительно D/H составляет ≤10 и наиболее предпочтительно D/H составляет ≤5.
4. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором пространственно разносящие элементы (26, 30) изготовлены за одно целое с сепараторным диском.
5. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором пространственно разносящие элементы (26, 30) имеют форму отдельных элементов, прикрепленных к сепараторному диску (22).
6. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором пространственно разносящие элементы (26, 30) расположены аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков (22).
7. Центробежный сепаратор по п.6, в котором каждый сепараторный диск (22) включает в себя видимую или иным образом обнаруживаемую маркировку (31) в заданном месте, причем каждый сепараторный диск (22) в стопке последовательно повернут на заданный угол в круговом направлении по сравнению с маркировкой в смежном сепараторном диске в стопке, причем сепараторный диск (22) включает в себя распределение пространственно разносящих элементов, так что пространственно разносящие элементы расположены аксиально выровненными один поверх другого в стопке сепараторных дисков.
8. Центробежный сепаратор по п.2 или 3, в котором пространственно разносящие элементы (26) распределены вдоль множества определенных радиальных расстояний от оси вращения в пространственных промежутках между сепараторными дисками, причем каждый пространственный промежуток содержит множество колец (29а, 29b, 29c) точечно сформированных пространственно разносящих элементов (26) на указанных определенных радиусах.
9. Центробежный сепаратор по п.8, в котором пространственно разносящие элементы (26) в любом данном кольце (29b) смещены в круговом направлении относительно пространственно разносящих элементов (26) в смежном кольце (29c).
10. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором радиально внешняя часть пространственных промежутков не имеет указанных пространственно разносящих элементов (26, 30).
11. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором сепараторные диски (22) имеют множество удлиненных пространственно разносящих элементов (30) на радиально внутренней части пространственных промежутков (27).
12. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором сепараторные диски (22) имеют только точечно сформированные пространственно разносящие элементы (26) на радиально внешней части пространственных промежутков (27).
13. Центробежный сепаратор по любому из пп.1-3, в котором сепараторные диски (22) имеют только точечно сформированные пространственно разносящие элементы (26) как на радиально внешней, так и на внутренней части пространственных промежутков (27).
14. Центробежный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что сепараторные диски имеют плоские участки (23b), которые содержат пространственно разносящие элементы, конические участки (23a) сепараторных дисков, которые не имеют указанных пространственно разносящих элементов (26) как на радиально внешней, так и на внутренней части пространственных промежутков (27).
