圓錐狀油氣分離器的製作方法
2023-05-14 19:06:51
專利名稱：圓錐狀油氣分離器的製作方法
技術領域：
本發明涉及從氣態流體中濾出液體的技術，更具體來講，涉及一種用在壓縮機排氣系統等設備中以除去氣體中懸混滑油的空氣-滑油分離器。
在許多場合使用了氣液分離器，但最常見的是用它來從空氣中分離機油。油氣分離器通常應用在那些需要從氣流中除去懸浮油霧的場合，例如在空氣壓縮機、真空壓縮機、和製冷壓縮機的排氣系統中。分離器使得在使用壓縮機所排出氣體時不存在滑油汙染的問題，其中的潤滑油是在壓縮機內混入到氣體中的，分離器還提供了對機油進行回收利用的途徑。油氣分離器一般安裝在一個具有一個分離腔的殼體或罐腔中，分離腔位於一個儲油杯的上方，氣體流經分離腔。分離器內含凝聚介質，壓縮機排氣從該介質流過時就將滑油從氣流中分離出來。凝聚介質呈圓柱狀，通常是垂直安裝的，也就是說，圓柱形凝聚媒質的軸線是沿垂直方向延伸的。在分離腔內環繞著分離器還設置了一個筒罩，以減慢氣流的流速，並使氣流垂直地吹向分離器。含有油汙的空氣通常是從油氣分離器外部吹入到分離器的中央部位，並從軸向方向上流出分離腔。隨著氣流在徑向方向上流過分離器各介質層，機油在分離器的內部發生凝聚和沉積，並通常由一個回油系統從此部位虹吸或洩流到儲油杯中，這樣就可以循環利用這些潤滑油了。氣流的方向也可以與此相反即油汙空氣被引入到油氣分離器的中央部位，並在徑向方向上經分離器濾層向外吹出，機油凝聚沉積在分離器的外側，並由此部位洩流到儲油杯中。美國專利文獻US 4878929就公開了現有油氣分離器的一個實例。
但分離器的圓柱形結構對氣流特性參數和分離器尺寸造成了限制。例如，在氣流是從分離器外側進入到分離器內部、且在分離腔中環繞分離器設置一個筒罩的情況下，氣流在進入到分離器中之前，必須要流經筒罩和分離器外側面之間狹窄的環狀腔，該環狀腔的斷面面積是恆定的，但由於在流動過程中部分空氣進入到分離器中，所以流經該腔室的氣體體積是逐漸減少的，從而氣體流速在通向分離器頂部的方向上也是越來越小。由於在筒罩和分離器外壁之間必須留出足夠的間隙，尤其是在環狀腔室的底部，因而筒罩尺寸就限制了分離器的尺寸、進而限制了分離器所能提供的有效工作面積。
本發明具有迄今為止所有現有油氣分離器所無法實現的優點，本發明提供了一種油氣分離器，其總體形狀為圓錐形；由於總體為圓錐形的分離器在保持和筒罩在下端部仍具有足夠間隙的條件下，上端部可具有更大的直徑，因而，在與現有的圓柱形分離器具有相同軸線長度的條件下，這種分離器具有更大的有效工作面積。
本發明的油氣分離器還具有漏鬥作用，將回油導流向油池或儲油杯中，這樣就可以非常容易地收集機油了。當分離器是水平定向安裝、也就是說分離器的軸向是水平延伸時，這一特徵是尤其有利的。在這樣的狀態下，現有技術中的圓柱形分離器是沿分離器的底部來收集機油的，而由於分離器是水平延伸的，機油易於聚集在分離器的底面部分，而不易排出。由於本發明總體為錐形的分離器在水平安裝時，底面是一個坡面，因而機油更容易從分離器中流出，而不會聚集在分離器的底部而影響分離器的功效。結果使得分離器由於不會被聚集的機油所汙染，因而具有更長的工作壽命。
本發明總體為錐形的油氣分離器可被應用在現有類型的集油罐中，因而省去了對裝置的改動。它們還可應用在可發揮總體錐形的分離器優點的新型設計的集油罐中。
本發明具有的這些以及其它一些優點通過一種集液罐得以實現，該集液罐包括一個氣液分離器，所述分離器包括一個一端開口的罐體，罐體中的一部分形成了一個液體分離腔，罐體的其餘部分形成了一個儲液器；一個封蓋了罐體開口端部的罐蓋；在罐體和罐蓋上設置了進氣口和排氣口，並形成了一條經分離器從進氣口引向排氣口的流道；一個氣液分離器，其設置於分離腔內從進氣口到排氣口的氣體流路上，該分離器包括一個凝聚級層和一個洩流級層，這兩個級層圍繞分離器內部的一條縱向軸線徑向對稱布置，其中的一個級層位於另一級層之內，凝聚級層位於洩流級層的上遊流向位置，每個級層都總體是一個錐臺形狀，這樣，這兩個級層的一個端部比它們的另一個端部更靠近所述的軸線。
圖1是本發明的帶有一個油氣分離器的集油罐組件的俯視平面圖；圖2沿圖1中的2-2線對集油罐組件所作的側剖面圖；圖3是圖2中油氣分離器部分的側剖面結構的詳細視圖；圖4是根據本發明另一種實施方式的另一種帶有一個油氣分離器的集油罐組件的俯視平面圖；圖5是沿圖4中的5-5線所作的側剖面圖；圖6是沿圖5中的6-6線所作的端部剖面圖；圖7是圖5中油氣分離器部分的側剖面結構的詳細視圖；圖8是根據本發明又一種實施方式的又一種帶有一個油氣分離器的集油罐組件的端部正視圖；圖9是沿圖8中的9-9線所作的側剖面圖。
具體參照附圖，首先參見圖1和圖2，圖中表示了一種根據本發明設計的集油器組件10，此處所示並描述的集油器組件只是本發明許多種結構形式中的一種，在不影響本發明的前提下，此處的集油罐和分離器結構可進行顯著的改動。集油器組件10包括一個罐體11，在該罐體的底部形成了一個用於收集滑油分離過程中所排出機油的儲油杯12。罐體11的上部形成了一個分離腔13，分離腔13的頂部由一個罐蓋14來封口，罐蓋通過多個螺栓15或其它適當的緊固裝置固定在罐體11上。沿罐體的上邊緣在罐體和罐蓋之間設置了一個罐密封件或密封圈16。罐密封件16最好是包括設置在罐蓋14底面的相應溝槽中一個O型圈、和設置在罐體11上邊緣頂面對應溝槽中的另一個O型圈。在罐體11的一側設置了一個進氣口17，以使氣流可進入到分離腔13中。從分離腔流出的氣流經過罐蓋14中的一個通道(圖中未示出)和罐蓋14上的一個排氣口18流出。
在分離腔13中，有一個總體為圓柱狀的筒罩20，其對從進氣口17流入的氣流進行導向，使氣體圍繞著筒罩流向下方。這樣就產生了第一階段的油氣分離效果，在該階段中，由於氣流流動方向的急劇改變，大滴的機油就被分離出來，這些機油滴落到儲油杯12中。在罐體11上還設置了一個安全閥19，其通入到筒罩20內部。該安全閥19是一個壓力釋放閥，當筒罩20內的氣體壓力增大到超出一設定值時該閥門開啟。然後氣流向上、並軸向向內地穿入到一個油氣分離器21中，該油氣分離器包括兩個總體為圓錐形或錐臺形的濾層22、23。
位於流向上遊的濾層22是一個凝聚級層。下遊濾層23是一個洩油級層。在圖2所示的實施例中，氣流是從油氣分離器21的外側進入到其內側的，凝聚級層22圍在洩油級層23的外面，洩油層則在凝聚層的內部。濾層22和23都最好是由模壓或成型媒質形成的，這樣它們就可容易地形成所需的錐形或錐臺結構。還可以使用褶疊或卷纏成的濾質捲來製成濾層。濾層可由許多種油氣分離領域所用的適當材料組成，這些材料例如為玻璃纖維、聚脂材料、聚丙烯或金屬等，這些材料中的一些可用通常的方式進行褶疊成型，也可用注塑、模壓、卷纏或其它方法成型。如圖3所示，油氣分離器最好還能在分離器的外部設置一個外裹層25，並沿濾層22的內表面設置一個支撐元件26。
濾層22、23和殼層25、26一起組裝成一個油氣分離單元21，該單元安裝在分離腔13中的筒罩20內。各級層22、23、25和26的下端被植入到一種例如為尿烷、環氧樹脂、塑料溶膠的可固化密封材料中，這些密封材料被注塑到一個總體為環狀的下部連接盤24中。這樣，級層22、23、25、26的下端就被封裝在下部連接盤24上，並使流體除了流經濾層之外，再無其它的途徑能出入分離器的內部。作為一種替代方案，可將級層22、23、25、26的下端可插入到一個塑性端帽中來取代金屬連接盤24，該塑性端帽由聚氨脂材料等可注塑的塑性或彈性材料製成，該材料直接注塑成型，這樣的底部端帽無需金屬連接盤支撐就可對級層進行密封、固定。級層22、23、25、26的上端被設置在類似的可固化密封材料中，這些材料注塑在一個上部安裝盤組件27中，該組件的一個部分從級層處徑向向外延出。如圖3所示，組件27包括一個反底槽部分28，該部分環繞著固化材料，級層22、23、25、26的上端部插入到該固化材料中，延伸到罐體11上部邊緣和罐蓋14之間的一個凸緣部分29由罐蓋和罐體的連接關係而被固定起來。28部分和29部分通過焊接等方法連接在一起。這樣，級層22、23、25、26的上端部就封固在上部安裝盤27上了，使得流體除了流經濾層之外，再無其它的通路能出入分離器的內部。還可以採用這樣的方案可按照美國專利申請US 09/174137號和09/174139號中公開的那樣，用一個整體式的上部端帽和法蘭件來取代上部安裝盤組件27，其中這兩個文獻中公開的內容在整體上作為本文的參考技術。
從罐蓋14向下延伸到分離腔中一根回油管30，其位於洩油級層23的內側。級層23上滲出的機油通過洩油管30抽出。
不同於現有技術中大體為圓柱形的油氣分離器，本發明的級層22、23的形狀總體為圓錐形或錐臺形，從而，分離器元件的單位軸向長度上具有更大的有效工作表面，並形成了一個漏鬥形狀，回油可流入到該漏鬥中，再通過一個普通的回油系統經油管30抽出。
圖1至圖3中所示集油罐組件10被設計得可使總體為錐形的油氣分離單元能應用在常規設計的其它形式的油氣分離器中。該形狀特別的分離單元也可應用在專為此配套設計的集油罐組件中，在圖4到圖7中就表示了這樣的一種集油罐組件110。該組件110具有一個罐體111、一個儲油杯112、一個分離腔113、一個罐蓋114、幾個罐蓋螺栓115，一個罐密封件116、一個進氣口117、一個排氣口118、一個安全閥119、一個筒罩120和一個油氣分離器121，其包括一個凝聚層122和一個洩油層123，這些部件都類似於上文已描述過的罐體11、儲油杯12、分離腔13、罐蓋14、罐蓋螺栓15、罐密封件16、進氣口17、排氣口18、安全閥19、筒罩20、油氣分離器21、凝聚級層22和洩油級層23。
不同於圖2和圖3中的級層22、23，凝聚層122和洩油層123是可獨立拆去的分離模塊。每個部件122、123的兩端都安裝在由尿氨或其它合適的材料製成的整體密封件中。不同於圖1-圖3中的油氣分離器，該油氣分離器並沒有組裝成一個整體單元。與此相反，每個元件122、123都是獨立的，並能根據需要單個拆換。洩油元件123是自支撐的，凝聚元件122安裝在一個構架上，該構架的底部連接了一個回油洩管130，其通入到儲油杯112中，在油管130的底部設置了一個回油返送端頭132。
儘管本發明上述的油氣分離器所參照的集油罐實施例中，氣流是由外向內流動的，也就是說，氣流是從分離器的外部徑向流入到分離器內部的，但應當說明的是在採用相反的氣體流動方向時，分離器也具有同等的優點。空氣不再是經進氣口17進入到集油罐組件10中，再從排氣口18流出組件10，而是以相反的方向氣流經通道18進入到集油罐中，然後經通道17排出。在這樣的應用條件下油氣分離器也具有相同的優點。同樣，儘管上文對本發明油氣分離器的描述是參照一種分離器垂直安裝在集油罐組件中、即分離器的軸線是垂直延伸的實施例進行的，但本發明分離器的優點在分離器水平安裝的結構中也能得以體現。
圖8和圖9表示了一種集油罐組件210，該組件包括由內向外的氣流通道以及一個水平安裝的油氣分離器。該組件210具有一個罐體211、一個儲油杯212、一個分離腔213、一個罐蓋214、幾個罐蓋螺栓215、一個罐密封件216、一個筒罩220，和一個油氣分離器221，其包括一個洩油級層223和一個凝聚級層222，這些部件的結構都基本類似於上述的罐體11、儲油杯12、分離腔13、罐蓋14、罐蓋螺栓15、罐密封件16、筒罩20、洩油級層23和凝聚級層22。
不同於本發明前述的實施例，圖8、9中的分離器採用了由內向外的氣流通道，即在罐蓋214上設置了一個進氣口217，而在罐體211的頂部設置了一個排氣口218。因而，分離器的凝聚級層222就位於洩油濾層223的內側，從分離器濾出的機油將落入到儲油杯212中。由於此實施例中總體為圓錐狀的油氣分離器221沒有哪一級層是完全水平延伸的，因而機油不會在分離器的底部發生聚積。恰恰相反，分離器底部的斜坡結構有利於分離器機油的洩流，使其更容易地落入到儲油杯212中。
儘管本發明的油氣分離器的各個濾層被描述成總體為圓錐狀結構或錐臺結構，但最好還包括幾層褶皺或軟褶皺或肋條結構，因而其內表面或外表面並不是光滑的。可以預計只要具有褶皺或肋條的濾層形狀總體為圓錐形或錐臺形，而不是一個圓柱形，就可實現本發明的優點。
在本發明的設計思想和保護範圍之內，對上述的具體實施例的其它改動或變型對本領域技術人員來講是顯而易見的。儘管本發明是對照特定實施例進行描述的，但這些實施例的目的只在於例示而不是為了進行限定，相應地，本專利並不僅限於此處所描述的幾個特定實施例的範圍和效果，也不限於與本領域內由本發明所取得的進展在某種程度上不一致的其它任何方式。
權利要求
1．一種具有一個氣液分離器的集液罐組件，包括一個一端開口的罐體，罐體中的一部分形成了一個液體分離腔，罐體的其餘部分形成了一個儲液器；一個封蓋住罐體開口端部的罐蓋，在罐體和罐蓋上設置了進氣口和排氣口，並形成了一條從進氣口經分離器再到排氣口的流道；以及一個氣液分離器，其設置於分離腔內從進氣口到排氣口的氣體流路上，該分離器包括一個凝聚級層和一個洩流級層，這兩個級層圍繞分離器內部的一條縱向軸線徑向對稱布置，其中的一個級層位於另一級層之內，凝聚級層位於洩流級層的上遊流向位置，每個級層都總體上是一個錐臺形狀，這樣，這兩個級層的一個端部比它們的另一個端部更靠近所述的軸線。
2．根據權利要求1所述的集液罐組件，其特徵在於分離器的軸線是垂直延伸的，該分離器懸置在分離腔中，濾層在分離器的底部位置比在上部更靠近軸線。
3．根據權利要求1所述的集液罐組件，其特徵在於分離器的軸線是水平延伸的。
4．根據權利要求1所述的集液罐組件，其特徵在於氣流從氣液分離器的外部徑向流向分離器的內軸線，且洩流層位於凝聚層的內側。
5．根據權利要求1所述的集液罐組件，其特徵在於其中的各個濾層都可單獨地從罐中拆換下來。
6．根據權利要求1所述的集液罐組件，其特徵在於還包括一個在分離腔中環繞分離器設置的筒罩。
7．根據權利要求6所述的集液罐組件，其特徵在於其中的進氣口開在靠近筒罩的罐體側面。
8．一種具有一個氣液分離器的集液罐組件，包括一個一端開口的罐體，罐體中的一部分形成了一個液體分離腔，罐體的其餘部分形成了一個儲液器；一個封蓋了罐體開口端部的罐蓋；以及一個設置於分離腔內的氣液分離器，該分離器包括一個凝聚級層和一個洩流級層，這兩個級層圍繞一條垂直軸線徑向對稱布置，其中的一個級層位於另一級層之內，凝聚級層位於洩流級層的上遊流向位置，每個級層都總體上是一個錐臺形狀，這樣，這兩個級層的一個端部比它們的另一個端部更靠近所述的軸線。
9．根據權利要求8所述的集液罐組件，其特徵在於氣流從氣液分離器的外部徑向流向分離器的內軸線，且洩流層位於凝聚層的內側。
10．根據權利要求8所述的集液罐組件，其特徵在於其中的各個濾層可從罐中單獨拆換。
11．根據權利要求8所述的集液罐組件，其特徵在於還包括一個在分離腔中環繞分離器設置的筒罩，從進氣口流入的氣流在穿入分離器之前先在筒罩和分離器的外壁之間流動。
12．根據權利要求11所述的集液罐組件，其特徵在於其中的進氣口開在靠近筒罩的罐體側面，從進氣口流入的氣流在穿入分離器之前先環繞筒罩流動。
13．根據權利要求8所述的集液罐組件，其特徵在於還包括一根伸入到分離器內部的回油管，以排出聚積在分離腔中的液體。
14．根據權利要求8所述的集液罐組件，其特徵在於還包括一根從分離器的內部向下引出的洩油管，以排流聚積在分離腔中的液體。
15．一種具有一個氣液分離器的集液罐組件，包括一個一端開口的罐體，罐體中的一部分形成了一個液體分離腔，罐體的其餘部分形成了一個儲液器；一個封蓋了罐體開口端部的罐蓋；以及一個設置於分離腔內的氣液分離器，該分離器包括一個凝聚級層和一個洩流級層，這兩個級層圍繞一條水平軸線徑向對稱布置，其中的一個級層位於另一級層之內，凝聚級層位於洩流級層的上遊流向位置，每個級層都總體上是一個錐臺形狀，這樣，這兩個級層的一個端部比它們的另一個端部更靠近所述的軸線。
16．根據權利要求15所述的集液罐組件，其特徵在於氣流從氣液分離器內部徑向流向分離器的外部，且凝聚層位於洩流層的內側。
17．根據權利要求15所述的集液罐組件，其特徵在於還包括一個在分離腔中環繞分離器設置的筒罩。
全文摘要
一種具有一個氣液分離器(21)的集液罐組件(10),該分離器尤其適用於作為油氣分離器。其包括一個一端開口的罐體(11),罐體(11)的一部分形成了一個分離腔(13),罐體的其餘部分形成了一個儲液器(12);一個罐蓋(14)封蓋了罐體的開口端部;在罐體和罐蓋上設置了進氣口(17)和排氣口(18),並形成了一條經分離器從進氣口引向排氣口的流道;以及一個氣液分離器(21),其設置於分離腔內從進氣口到排氣口的氣體流路上,該分離器包括一個凝聚層(22)和一個洩流層(23),這兩個級層圍繞分離器內部的一條縱向軸線徑向對稱布置,其中的一個級層位於另一級層之內,凝聚級層位於洩流級層的上遊流向位置,每個級層都總體是一個錐臺形狀,這樣,這兩個級層的一個端部比它們的另一個端部更靠近所述的軸線。
文檔編號B01D46/00GK1297368SQ99805138
公開日2001年5月30日 申請日期1999年3月1日 優先權日1998年2月28日
發明者斯特凡·林納斯頓, 克里斯多福·D·拉德克立弗, 布賴恩·裡德, 維扎迪·約迪 申請人:艾美茲公司