離心分離器和具有這種離心分離器的過濾裝置制造方法
【專利摘要】一種用于從流體（9）中分離顆粒（11）的離心分離器（1）包括外殼（2），它具有入口（13）和出口（14），還具有多個(gè)用于從通過入口（13）流入的流體（9）產(chǎn)生旋流（12）的導(dǎo)向葉片（3-8）。所述導(dǎo)向葉片（3-8）例如徑向在軸向芯（16）上的第一螺旋線（S1）與外殼（2）的外殼壁（23）上的第二螺旋線（S2）之間延伸，其中，第一螺旋線（S1）的導(dǎo)程高度（hi）大于第二螺旋線（S2）的導(dǎo)程高度（ha）。
【專利說明】離心分離器和具有這種離心分離器的過濾裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一個(gè)離心分離器和一個(gè)過濾裝置，例如用于過濾內(nèi)燃機(jī)的助燃空氣?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]離心分離器、也稱為旋流過濾器、旋流器或者旋流分離器，用于分離在流體中含有的固體或液體的顆粒。流入到離心分離器中的流體這樣導(dǎo)引，離心力使要與流體分離的顆粒加速并且聚集在分離器內(nèi)部。為了產(chǎn)生離心力大多使用導(dǎo)向葉片，它們在分離器外殼內(nèi)部產(chǎn)生旋流。
[0003]離心分離器例如可以作為內(nèi)燃機(jī)助燃空氣的空氣過濾器使用。尤其在使用農(nóng)業(yè)機(jī)械或者礦山機(jī)械的灰塵大的環(huán)境中，旋流過濾器或者離心分離器已經(jīng)證實(shí)是適合的。
[0004]為了提高從空氣或流體中分離臟污顆粒的效率，在過去已經(jīng)建議多級過濾裝置。在旋流預(yù)過濾以后例如可以通過傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步細(xì)過濾。但是這總是與增加的加工費(fèi)用和附加地限制相應(yīng)的過濾裝置的安裝狀況相關(guān)。因此總是期望，改善尤其作為內(nèi)燃機(jī)空氣過濾器使用的離心力過濾器的過濾效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的目的是，提供一個(gè)改善的離心分離器供使用。
[0006]因此建議一個(gè)用于從流體中分離顆粒的離心分離器。該離心分離器包括外殼，它具有入口和出口，以及多個(gè)用于產(chǎn)生通過入口流入的流體旋流的導(dǎo)向葉片。所述導(dǎo)向葉片尤其分段地徑向在軸向芯上的第一螺旋線與外殼的外殼壁上的第二螺旋線之間延伸，并且第一螺旋線的導(dǎo)程高度大于第二螺旋線的導(dǎo)程高度。
[0007]螺旋線、也可以稱為Helix螺旋、螺線或螺旋線尤其通過導(dǎo)程高度作為參數(shù)。所述螺旋線在旋轉(zhuǎn)一整圈時(shí)軸向轉(zhuǎn)過的長度稱為導(dǎo)程高度。也可以稱為Z向的距離。通過不同的導(dǎo)程高度得到所述導(dǎo)向葉片的一種擴(kuò)張，這可能導(dǎo)致有利的離心分離器分離效率。
[0008]第一螺旋線的導(dǎo)程高度例如至少5%大于、尤其10%大于第二螺旋線的導(dǎo)程高度。第一螺旋線的導(dǎo)程高度最好比第二螺旋線的導(dǎo)程高度大5%至35%、尤其10%至30%。特別優(yōu)選第一螺旋線的導(dǎo)程高度比第二螺旋線的導(dǎo)程高度大10%至30%、尤其10%至20%。
[0009]在離心分離器的實(shí)施例中所述導(dǎo)向葉片在軸向芯與外殼的外殼壁之間延伸，并且至少一導(dǎo)向葉片的偏角從芯向著外殼壁延伸。
[0010]也可以設(shè)想，至少一導(dǎo)向葉片的偏角沿著其長度是變化的。
[0011]每個(gè)導(dǎo)向葉片具有入流側(cè)或入流棱邊和/或排流側(cè)或排流棱邊，其中所述葉片角度尤其可以以離心分離器或者外殼的縱軸線為基準(zhǔn)。在所述導(dǎo)向葉片位置上的葉片角度是切向面與導(dǎo)向裝置或離心分離器的縱軸線形成的夾角。例如入流側(cè)、即在離心分離器入口方向上的入流角小于排流側(cè)、即出口方向上的入流角。作為其它角度參數(shù)偏角也可以以圓周線或垂直于離心分離器對稱軸線或縱軸線的橫截面為基準(zhǔn)確定。在導(dǎo)向葉片的一個(gè)位置上由葉片角和偏角組成的角度和為90度。[0012]通過改變偏角可以改善在離心分離器中的流動特性。
[0013]此外能夠規(guī)定在芯上的偏角與在外殼壁上的偏角之間的角度擴(kuò)張。該角度擴(kuò)張最好為15°至35°、尤其為20°至30°。
[0014]在實(shí)施例中所述導(dǎo)向葉片的平均偏角為30°至45°。
[0015]能夠使所述導(dǎo)程高度在導(dǎo)向葉片的排流段中是相同的。通過加大在排流范圍、例如在導(dǎo)向裝置的給定高度段上的上述擴(kuò)張可以實(shí)現(xiàn)良好的排流。尤其所述導(dǎo)程高度在小于整個(gè)導(dǎo)向裝置高度20%的排流范圍中是相同的。
[0016]在實(shí)施例中所述導(dǎo)向葉片的入流棱邊和/或排流棱邊位于外殼的橫截面面積里面，它基本垂直于流體的流入方向。所述排流棱邊例如可以垂直于導(dǎo)向裝置的縱軸線在橫截面平面中是分段。由此可以簡化例如在注射工藝中的加工。
[0017]在所述離心分離器的另一實(shí)施例中，所述入流棱邊與至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片以基本垂直于流體流入方向的外殼橫截面積為基準(zhǔn)具有不同的距離。所述橫截面積原則上可以視為在沿著外殼的任意位置上的基準(zhǔn)平面。
[0018]可以提及，至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片在流體流動方向上具有不同的長度。
[0019]在下面離心分離器也指的是旋風(fēng)器、旋流分離器、旋流過濾器或者旋流器。所建議的離心分離器尤其由軸向旋風(fēng)分離器構(gòu)成，其中所述外殼例如管狀或套狀地構(gòu)成并且要過濾的流體基本沿著外殼的縱軸線或者對稱軸線通過分離器流動。要分離的顆粒徑向通過產(chǎn)生的旋流在外殼壁方向上加速并且可以在那里去除。
[0020]申請者的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，與傳統(tǒng)的、導(dǎo)向葉片具有相同長度的導(dǎo)向葉片裝置相比，離心分離器得到更好的分離效率，如果產(chǎn)生的導(dǎo)向裝置配有不同長度的葉片或者入流棱邊不同地定位。
[0021]流入的流體、例如含有顆粒的空氣在通過離心分離器流動時(shí)首先碰到一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)向葉片的入流棱邊，然后碰到一個(gè)或多個(gè)另一導(dǎo)向葉片的入流棱邊。
[0022]例如多個(gè)導(dǎo)向葉片的一個(gè)導(dǎo)向葉片在入口部位縮短。這意味著，對于不同長度的葉片，流入的流體根據(jù)各導(dǎo)向葉片沿著導(dǎo)向葉片流動不同的長度。由此流體形狀和流體動力學(xué)在離心分離器的分離率和壓力損失方面產(chǎn)生積極影響。由此總體上在外殼內(nèi)部得到更有效的流體分離器和有利的流體特性，它們導(dǎo)致高的顆粒分離率。
[0023]例如至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片在入流側(cè)在流體流動方向上具有與入口不同的距離。所述導(dǎo)向葉片的數(shù)量可以是偶數(shù)或奇數(shù)。在以三個(gè)導(dǎo)向葉片構(gòu)成的離心分離器中一個(gè)導(dǎo)向葉片例如沿著離心分離器的軸線更短地構(gòu)成就足以實(shí)現(xiàn)改善的分離率。
[0024]所述芯例如與外殼的縱軸線或?qū)ΨQ軸線共線地延伸。所述外殼尤其可以分段地套狀或管狀地構(gòu)成。因此所述軸向芯通常具有給定的直徑。由此通過芯以及外殼內(nèi)徑給出所得到的導(dǎo)向葉片寬度。
[0025]在具有套狀或管狀外殼的離心分離器實(shí)施例中，所述導(dǎo)向葉片和軸向芯形成圓柱形的導(dǎo)向葉片套，它安裝在外殼里面。因此所述導(dǎo)向葉片套最好以不同長度的導(dǎo)向葉片適配或安裝在不同的外殼里面。
[0026]所述導(dǎo)向葉片通常位置固定地設(shè)置。但是也可以設(shè)想可旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動的導(dǎo)向葉片，用于有利地產(chǎn)生旋流或旋流體。
[0027]芯直徑最好為10至20mm。特別優(yōu)選芯直徑為14至17mm。通過芯直徑的大小可以優(yōu)化在離心分離器外殼內(nèi)部的流體特性。
[0028]在離心分離器實(shí)施例中至少一導(dǎo)向葉片的厚度從芯到外殼壁是變化的。所述導(dǎo)向葉片例如可以螺旋槳形、蝸桿形或者螺旋形地圍繞芯纏繞，在其厚度方面能夠模型化。例如各導(dǎo)向葉片的厚度在芯與外殼壁之間可以首先增加，然后再向著外殼壁減小。通過相應(yīng)的厚度輪廓可以改善流體的旋流形成或者流體特性。
[0029]備選或附加地在離心分離器的其它實(shí)施例中，至少一導(dǎo)向葉片沿著其長度的厚度是變化的。關(guān)于長度在此主要指的是顆粒沿著導(dǎo)向葉片走過的長度，當(dāng)顆粒通過離心分離器流動或者通過流體流攜帶的時(shí)候。導(dǎo)向葉片的長度通常與導(dǎo)向裝置的高度成比例。通過導(dǎo)向葉片厚度沿著其長度的變化可以有利地適配于流體特性。
[0030]所述離心分離器的實(shí)施例還可以規(guī)定，至少一導(dǎo)向葉片的入流輪廓是變化的或者曲線的。例如描繪入流棱邊形狀的入流輪廓可以不是直線地構(gòu)成。尤其對于導(dǎo)向葉片裝置的不同長度的導(dǎo)向葉片，通過入流輪廓能夠接近導(dǎo)向葉片的不同長度。
[0031 ] 所述離心分離器的優(yōu)選實(shí)施例包括正好六個(gè)導(dǎo)向葉片。但是也可以設(shè)想更少的葉片，用于在流體通過離心分離器時(shí)產(chǎn)生更低的壓力損失。申請者的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，使用的葉片越多，在給定分離率時(shí)可以越短地加工導(dǎo)向裝置。
[0032]申請者的實(shí)驗(yàn)還已經(jīng)證實(shí)，相對于垂直于縱軸線的橫截面的中間偏角在40°至50°是特別有利的。此外在芯上的偏角與外殼壁之間的擴(kuò)張可以為25°至35°。例如葉片偏角在芯上約為60°并且在外殼壁上約為29°。
[0033]所述導(dǎo)向葉片最好不在垂直于入流方向的橫截面上相互疊加。因此在相鄰導(dǎo)向葉片之間總是保留至少一小的間隙。由此尤其易于在注塑工藝中加工，因?yàn)椴粫霈F(xiàn)復(fù)雜的倒切。可以特別成本有利地生產(chǎn)所給出的離心分離器。作為材料尤其塑料是適合的，但是在個(gè)別情況下金屬或者其它適配于安裝狀況和運(yùn)行溫度的材料也是適合的。
[0034]在所述離心分離器的實(shí)施例中，所述芯比導(dǎo)向葉片更長。所述芯例如可以在向著外殼入口的方向上伸出或者也在向著出口的方向上形成空轉(zhuǎn)輪轂。最好旋轉(zhuǎn)對稱構(gòu)成的芯例如可以在流體流動方向上收縮并且影響通流特性。例如在芯直徑與外殼壁與芯之間的距離的比例為2至4。所述芯與外殼壁之間的距離也可以稱為導(dǎo)向葉片的寬度。
[0035]在另一實(shí)施例中，所述外殼的橫截面積沿著通流方向改變。例如所述橫截面積沿著縱軸線從入口到出口加大。因此可以得到錐形的外殼形狀。所述外殼也可以是分段錐形的。例如導(dǎo)向裝置設(shè)置在套狀或圓柱形的外殼部位并且在排流部位流體以旋流加載，排流部位具有在出口方向上錐形擴(kuò)大的形狀。錐度打開角最好為2°至6°。
[0036]可以選擇所述離心分離器包括設(shè)置在外殼里面的浸管，它從出口向著入口方向延伸。在此所述浸管可以管狀或套狀地構(gòu)成。所述浸管最好以向著入口收縮的橫截面構(gòu)成。
[0037]錐形地向著入口方向收縮的浸管與在浸管或者出口部位錐形構(gòu)成的外殼段的組合一起導(dǎo)致離心分離器的特別有利的流體特性和分離率。
[0038]在所述離心分離器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述浸管利用浸管板安置在出口上。所述浸管板例如使外殼出口與浸管鎖閉在一起。所述浸管板例如由圓環(huán)構(gòu)成，具有對應(yīng)于出口的外徑和對應(yīng)于浸管棱邊的內(nèi)徑。
[0039]所述離心分離器在一些實(shí)施例中還具有顆粒出口。所述顆粒出口最好以外殼縱軸線為基準(zhǔn)在外殼壁里面空出給定的角度段。此外所述顆粒出口具有排出孔或者排出窗口深度。該深度例如沿著外殼縱軸線測量。
[0040]所述顆粒出口窗口的優(yōu)選實(shí)施例具有10至20mm、且特別優(yōu)選13至15mm的深度。所述顆粒出口窗口的打開角最好為60°至90°。特別優(yōu)選打開角為75°至85°。
[0041]此外建議一個(gè)過濾裝置。該過濾裝置包括多個(gè)離心分離器，具有一個(gè)或多個(gè)如上所述的特征。所述離心分離器位于過濾裝置的外殼里面，它包括多個(gè)開孔作為離心分離器的入口和流體密封地與開孔分開的出口段。在出口段上耦聯(lián)離心分離器的出口。因此多個(gè)離心分離器可以并聯(lián)地過濾，用于凈化例如內(nèi)燃機(jī)的助燃空氣。通過并聯(lián)地布置離心分離器可以匹配在流體通過過濾裝置時(shí)的分離率和壓力損失。
[0042]在過濾裝置的實(shí)施例中，設(shè)有與入口和出口段流體密封地分開的排出段。該排出段聯(lián)通地與離心分離器的顆粒排出口連接。因此設(shè)有流體和灰塵密封地封閉部位，它用于排出分離的顆粒。
[0043]本發(fā)明的其它可能的執(zhí)行方案也包括未詳細(xì)列舉的、上述的或者下面的關(guān)于實(shí)施例描述的特征或者離心分離器或者過濾裝置的實(shí)施例的組合。在此專業(yè)人員也可以在細(xì)節(jié)方面做出添加或變化，作為對于本發(fā)明基本形式的改進(jìn)和完善。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]本發(fā)明的其它擴(kuò)展結(jié)構(gòu)是從屬權(quán)利要求的以及在下面描述的本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容。下面借助于實(shí)施例參照附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖中:
圖1離心分離器實(shí)施例的示意縱剖面圖；
圖2離心分離器實(shí)施例的示意橫剖面圖；
圖3離心分離器實(shí)施例的示意立體圖；
圖4導(dǎo)向葉片實(shí)施例的示意圖；
圖5-9導(dǎo)向葉片的示意縱向輪廓；
圖10具有離心分離器的過濾裝置實(shí)施例的立體圖；
圖11具有離心分離器的過濾裝置實(shí)施例的局部細(xì)節(jié)圖；
圖12具有離心分離器的過濾裝置實(shí)施例的剖面圖；
圖13具有離心分離器的過濾裝置第二實(shí)施例的軸向剖面圖；
圖14，15具有離心分離器的過濾裝置第二實(shí)施例的橫剖面圖；
圖16-18離心分離器第三實(shí)施例的立體圖和導(dǎo)向裝置實(shí)施例的剖面圖；
圖19，20導(dǎo)向裝置其它實(shí)施例的側(cè)視圖；
圖21用于解釋角度擴(kuò)張的導(dǎo)向裝置立體圖和側(cè)視圖；
圖22在離心分離器實(shí)施例中分離率和壓力損失與角度擴(kuò)張的關(guān)系；
圖23在離心分離器另一實(shí)施例中分離率與葉片數(shù)量的關(guān)系；
圖24簡示的螺旋線。
[0045]在附圖中相同的標(biāo)記符號表示相同的或者功能相同的部件，而不表示相反的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0046]圖1示出離心分離器實(shí)施例的示意縱剖面圖。圖2和3示出該實(shí)施例的橫剖面圖和立體圖。
[0047]在離心分離器或旋流分離器中使以顆粒加載的流體凈化顆粒。在圖1中這通過箭頭形的未凈化流體9表示。未凈化流體9、例如內(nèi)燃機(jī)的空氣可能含有灰塵或其它顆粒11。在通流相應(yīng)的離心分離器I (它例如由軸向旋流器構(gòu)成)以后排出凈化的空氣或流體10。
[0048]離心分離器I具有基本圓柱形的外殼2。外殼2或離心分離器I具有縱軸線15，它在圖1至3的實(shí)施例中也對應(yīng)于對稱軸線。在入流側(cè)設(shè)有入口 13并且在排流側(cè)設(shè)有出口 14。在離心分離器I中在外殼2里面通過適合的流體導(dǎo)引產(chǎn)生旋流，由此使空氣中的顆粒11處于離心力下。即，使顆粒11徑向向外在圓柱形構(gòu)成的外殼壁23方向上驅(qū)動(參見圖2)。在那里顆粒被累積并被去掉，如圖1所示的那樣。
[0049]為了產(chǎn)生旋流形流體并由此產(chǎn)生作用于顆粒11上的徑向力，導(dǎo)向裝置配有適合的導(dǎo)向葉片3，4。導(dǎo)向葉片3，4例如可以螺旋形或螺旋槳形地圍繞離心分離器I的軸線15纏繞。在此也涉及軸向旋流器。在圖1的視圖中沿著縱軸線15至少在靠近入口 13的分段里面設(shè)有芯16。芯16通過在圖1和2中示出的導(dǎo)向葉片3，4固定。導(dǎo)向葉片3，4導(dǎo)致旋流，它們利用箭頭12表示。從入口 13導(dǎo)引到出口 14的顆?；蛄黧w沿著導(dǎo)向葉片3，4流動。
[0050]在圖3的立體圖中可以看出套狀或圓柱形的外殼2，具有入口 13和出口 14。也在圖1中示出的芯16和導(dǎo)向葉片3，4尤其形成導(dǎo)向裝置21。導(dǎo)向裝置21可以接近圓柱形的形狀，它在圖3中點(diǎn)線地示出。
[0051]在此導(dǎo)向葉片3，4在內(nèi)部螺旋線或螺旋線SI與外部螺旋線S2之間延伸。在圖24中示出例如芯16上的螺旋線SI。螺旋線可以在笛卡爾坐標(biāo)系中以矢量X (t)=[x (t), y (t), z (t) ] = [rcos (2 n t), rsin(2 n t)，ht+c]參數(shù)化。在此 t 是運(yùn)行溫度并且 r是半徑。出于簡化位移c置于零。
[0052]導(dǎo)向葉片裝置21這樣構(gòu)成，使內(nèi)部螺旋線SI的導(dǎo)程高度hi大于外部螺旋線S2的導(dǎo)程高度ha。申請者的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得出，導(dǎo)程高度相互間的比例hi/ha> 1.05導(dǎo)致特別好的分離率。hi/ha >1.1的比例是特別有利的。在比例hi/ha > 1.2時(shí)得到更好的結(jié)果。也可以設(shè)想hi/ha > 1.3的不同導(dǎo)程高度。
[0053]在圖2中示出離心分離器的橫截面圖，可以看出中心的芯16和圓形構(gòu)成的外殼壁
23。在圖2的橫剖面圖中可以看出三個(gè)導(dǎo)向葉片3，4，5，它們分別具有入流棱邊或入流輪廓20和排流棱邊或排流輪廓19。在圖2中僅僅導(dǎo)向葉片3在其入流棱邊20和排流棱邊19上配有附圖標(biāo)記。在實(shí)施例中導(dǎo)向葉片或?qū)蛉~片裝置21這樣構(gòu)成，在橫剖面中、即在外殼軸向15的視線上沒有導(dǎo)向葉片相互疊加。即，在入流棱邊20與排流棱邊19之間相鄰的導(dǎo)向葉片、例如在3與4，4與5和5與3之間產(chǎn)生縫隙22。因此可以簡單地材料有利地實(shí)現(xiàn)這個(gè)離心分離器I。尤其可以使用注塑工藝。但是原則上也可以設(shè)想側(cè)凹、即環(huán)繞的導(dǎo)向葉片。
[0054]在圖4中示出導(dǎo)向葉片的示意圖。箭頭9示出未凈化流體的入流方向。在此導(dǎo)向葉片3具有入流棱邊20和排流棱邊19。在此帶狀的導(dǎo)向葉片3螺旋形或螺線形地圍繞芯16設(shè)置，如同在圖1至3中所示的那樣。
[0055]在圖1中示出導(dǎo)向葉片3，4長度L的尺寸。作為導(dǎo)向葉片3，4的長度L例如可以是顆粒在導(dǎo)向葉片表面上從入流側(cè)到排流側(cè)經(jīng)過的長度。在圖1中的實(shí)施例以不同長度的導(dǎo)向葉片3，4構(gòu)成。即，導(dǎo)向葉片3以與入口 13的距離dl開始并且在出口 14方向上延伸。在圖1中所示的第二導(dǎo)向葉片4以距離d2從入口 13在出口 14方向上延伸，該距離大于dl。點(diǎn)線17或點(diǎn)劃線18表示在圖1的橫截面中導(dǎo)向葉片3或4基于入口 13的各入流棱邊位置。
[0056]在圖1和3中點(diǎn)劃線地示出橫截面積112，其中橫截面積112垂直于外殼2的縱軸線15延伸并因此也基本垂直于未凈化空氣9的流入方向R，它通過箭頭R表示。可以在任意位置沿著外殼軸線15假定相應(yīng)的橫截面并且例如用于作為導(dǎo)向葉片3，4入流棱邊20的基準(zhǔn)面。例如可以看出，導(dǎo)向葉片3的入流棱邊20具有與橫截面平面或橫截面積112的距離al并且導(dǎo)向葉片4的入流棱邊20具有距離a2 < al。也可以說，在所示的離心分離器I實(shí)施例中至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片3，4的入流棱邊20以外殼2的橫截面112為基準(zhǔn)具有不同的距離al或a2,該橫截面基本垂直于未凈化空氣9的流入方向R。
[0057]申請者的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得出，通過不同設(shè)置的入流棱邊20或不同長度的導(dǎo)向葉片3，4例如以入口 13的距離為基準(zhǔn)可以在離心分離器I中實(shí)現(xiàn)改善的分離特性。
[0058]為了更詳細(xì)地解釋導(dǎo)向葉片3，4的幾何形狀，可以示出沿著圓周U以長度為基準(zhǔn)、即導(dǎo)向葉片在流動方向上的伸展為基準(zhǔn)的輪廓。
[0059]圖5至8示簡示出導(dǎo)向葉片的縱向輪廓。點(diǎn)線17示出入口在下一開始的導(dǎo)向葉片上的位置。在圖5-8中粗線(傾斜或纏繞線)表示沿著圓周的導(dǎo)向葉片和其長度或?qū)蛉~片裝置的高度。此外點(diǎn)劃線地示出平面112，和以其為基準(zhǔn)的距離al和a2。圖1示出四個(gè)相同長度的導(dǎo)向葉片，用于在流體流中產(chǎn)生旋流。如果導(dǎo)向葉片具有不同的長度或者入流棱邊向著入口 13或者以所示的平面112為基準(zhǔn)不同地間隔，則可以更好地在離心分離器中實(shí)現(xiàn)顆粒分離。
[0060]例如在圖6中示出一種可能性，其中四個(gè)導(dǎo)向葉片3，4，5，6分別交替地具有不同的長度。作為垂直于縱軸線的橫剖面線分別在縱軸線15方向上在流動方向上仍然錯(cuò)開地示出點(diǎn)線17和點(diǎn)線18以及點(diǎn)劃線平面112。導(dǎo)向葉片交替地具有不同長度。導(dǎo)向葉片3和5以入口 13為基準(zhǔn)在同一橫截面17上開始。位于其間的導(dǎo)向葉片4和6具有更短的長度并且在縱軸線15的方向上在流體流動方向上錯(cuò)開地在橫截面18上開始。因此分別交替地設(shè)有長的(3，5)和短的(4，6)導(dǎo)向葉片。在圖5和6中所示的導(dǎo)向葉片是基本直線的。
[0061]如果導(dǎo)向葉片是變化的，可以附加地改善流體特性。這在圖7中示出。比導(dǎo)向葉片4和6更長的導(dǎo)向葉片3和5具有沿著長度L變化的輪廓?？梢远ㄐ缘乜闯觯~片角以流體流動方向或者導(dǎo)向葉片3和5的縱軸線為基準(zhǔn)向著入流棱邊比向著排流棱邊更扁平。
[0062]圖8示出另一可能性，導(dǎo)向葉片在其長度上不同地構(gòu)成。仍然示出具有四個(gè)導(dǎo)向葉片3，4，5，6的示例。導(dǎo)向葉片3和5的入流棱邊在同一橫截面17上開始。位于其間的導(dǎo)向葉片4和6的入流棱邊以距離d3在流動方向上錯(cuò)開。因此兩個(gè)小的導(dǎo)向葉片4，6分別設(shè)置在長的導(dǎo)向葉片3，5之間?？傮w上可以看到所得到的導(dǎo)向葉片裝置與芯一起的高度Hl0在圖8中還可以看出，導(dǎo)向葉片3和5是變化的，而導(dǎo)向葉片4和6基本直線地構(gòu)成。尤其導(dǎo)向葉片相互間不同的形狀導(dǎo)致在離心分離器外殼內(nèi)部特別好的顆粒分離或流體導(dǎo)向。
[0063]在圖9中示出離心分離器，其中導(dǎo)向葉片3，4，5，6具有相同的長度，但是入流棱邊基于橫截面112交替地具有不同的距離al，a2。流入方向R例如在圖9的取向中從上向下。
[0064]按照不同的實(shí)施例多個(gè)離心分離器能夠在公共的外殼里面組合成過濾裝置。在圖10至12中示出具有離心分離器的過濾裝置實(shí)施例。圖10示出實(shí)施例的立體圖，圖11示出安裝在過濾裝置里面的離心分離器細(xì)節(jié)圖，圖12示出過濾裝置實(shí)施例的橫剖面圖。
[0065]在此過濾裝置100具有外殼102，在其中組合多個(gè)離心分離器1，101。在圖10和12的取向中從左邊實(shí)現(xiàn)含有顆粒的未凈化流體9的流入。凈化流體10從右邊流出。分離的顆粒向下通過黑箭頭11表示排出。在外殼102里面設(shè)有多個(gè)開孔113，離心分離器1，101的入口 13配合到開孔13里面。顆粒排出口 126向下從外殼102導(dǎo)出。在圖11的細(xì)節(jié)圖中可以看出，所使用的離心分離器I包括中心芯16并且通過六個(gè)導(dǎo)向葉片3，4，5，6，7，8構(gòu)成。在圖11的細(xì)節(jié)圖中可以看出，導(dǎo)向葉片5，7和3短于導(dǎo)向葉片4，6和8。
[0066]在圖12的橫截面圖中離心分離器I (點(diǎn)線框出的矩形部位)以剖面表示。在下面的圖13中詳細(xì)地解釋離心分離器實(shí)施例的相應(yīng)剖面圖。過濾裝置100主要具有三個(gè)部位。固定段112支承或固定離心分離器1，101的導(dǎo)向葉片裝置部位。離心分離器1，101的出口14導(dǎo)引到公共的流出段114。流出段114與排出段126分開。離心分離器1，101配有顆粒排出窗口 26，它們聯(lián)通地與排出段126連接。在入流側(cè)未凈化的、例如助燃空氣通過開孔113流入到離心分離器1，101里面，通流離心分離器，它們排出顆粒到顆粒排出窗口，凈化的空氣在流出段114通過出口 14排出。凈化的空氣10例如可以輸送到內(nèi)燃機(jī)。排出窗口26的取向以重力加速度(它在圖12的取向中向下指向)為基準(zhǔn)是相同的。因此顆粒由于重力向下通過排出段126下落并且可以排出。離心分離器的并聯(lián)布置能夠匹配所產(chǎn)生的壓力損失以及分離率。
[0067]如果在排出段126上存在比入口 113上的壓力更低的壓力，則相應(yīng)的過濾裝置100實(shí)現(xiàn)更好的過濾效果。例如可以使由排氣管構(gòu)成的排出段連接在排氣裝置上，它接收并排出灰塵。
[0068]圖13，14和15示出離心分離器第二實(shí)施例的縱剖面和橫剖面。在附圖中還給出示例的尺寸。圖13的縱剖面示出的離心分離器I具有由外殼壁23組成的外殼，外殼壁分段圓柱形地且分段錐形地成形。入流側(cè)(左側(cè))標(biāo)出入口直徑c3。排流側(cè)(右側(cè))給出出口直徑c4。沿著通流方向(它在圖13中從左向右)外殼直徑增加。因此橫截面積從入口向著出口加大。
[0069]在圖13中附加地給出出口半徑r4，其中r4=0.5c4。在入口或入流口 13處設(shè)有導(dǎo)向裝置21。導(dǎo)向裝置21具有高度hi。作為導(dǎo)向裝置21的高度hi指的是以縱軸線15為基準(zhǔn)的一段距離，在其中導(dǎo)向葉片圍繞芯16延伸。芯16具有芯直徑Cl。作為導(dǎo)向葉片的寬度c2指的是芯16與外殼壁23之間的距離。因此得到導(dǎo)向葉片寬度c2=0.5c3_cl。
[0070]從出口 14錐形浸管24進(jìn)入到外殼23內(nèi)室。浸管24利用浸管板25固定，浸管板耦聯(lián)在外殼23的出口 14上。浸管24從出口 14或者浸管板25在導(dǎo)向裝置21的方向上達(dá)到浸入深度h3。浸管24具有錐形形狀。外殼或外殼壁23的這個(gè)部位還具有錐形的幾何形狀。在圖13中給出角度Y和δ。角度Y表示外殼壁23以縱軸線15為基準(zhǔn)的角度。角度δ表示浸管23與縱軸線形成的角度。對于Y或δ已經(jīng)證實(shí)2°至6°是有利的。通過外殼段以及浸管板的錐形結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)有利的流體導(dǎo)向。 [0071]此外外殼壁23在其端部部位具有顆粒排出窗口 26。沿著縱軸線15顆粒排出窗口 26以排出窗口深度h4延伸。在圖15中給出沿著剖面線AA的剖面圖。顆粒排出窗口 26形成以縱軸線15為基準(zhǔn)的角度范圍β。因此顆粒排出窗口在外殼壁23中露出角度段β。圖14示出通過導(dǎo)向裝置21的橫剖面圖。類似圖2地看出六個(gè)導(dǎo)向葉片3-8，其中在圖14的橫截面圖中分別出現(xiàn)導(dǎo)向葉片之間的縫隙22。因此導(dǎo)向葉片不疊加。
[0072]圖13還示出縫隙寬度b，即浸管24與外殼壁23在給定的垂直于縱軸線15的橫截面上的距離。浸管的最小直徑以c5表示。因此浸管24使出口以浸入深度h3在外殼23內(nèi)室方向上移動。已經(jīng)得出，排出窗口深度在10至20mm是有利的，并且打開角度在70°至90°是有利的。浸管24的浸入深度h3有利地為30至50mm。在此浸管直徑c5可以在16至20mm之間選擇。浸管板25與導(dǎo)向裝置21之間的距離以h2表示并且最好在60至80mm。芯直徑Cl最好在12至18mm之間選擇。外殼壁23錐形段的角度、最好小于4°，用于避免流體分離。
[0073]通過導(dǎo)向葉片的幾何尺寸和形狀也可以有利地調(diào)整分離率和壓力損失。在圖16至18中示出離心分離器的立體圖以及導(dǎo)向裝置的剖視圖。在此分別在左邊示出離心分離器I實(shí)施例的立體圖。離心分離器具有外殼壁23，它分段錐形地或套狀地構(gòu)成。例如離心分離器如同圖13的橫截面所示地構(gòu)成。分別示出顆粒排出窗口 26并且示例地使導(dǎo)向葉片3配有附圖標(biāo)記。還可以看出芯16。在圖16至17中的立體圖示出從上面看到的導(dǎo)向裝置或離心分離器I入口的視圖。右側(cè)的視圖示出在芯28上局部纏繞的螺旋線SI。
[0074]在圖17中以點(diǎn)線標(biāo)出顆粒排出口 26的打開角β。分別在圖16至18的右側(cè)示出在左側(cè)示出的截面28，具有導(dǎo)向葉片幾何尺寸。圖16示出在芯16上圍繞芯的圓柱殼體28形式的截面。在圖17中截面28基本在外殼壁23與芯16之間的中間并且在圖18中截面28在外殼壁23的內(nèi)側(cè)面上，導(dǎo)向葉片位于那里。
[0075]在圖16-17的右側(cè)看出導(dǎo)向葉片3，4，5，6，7和8。因此設(shè)有正好六個(gè)導(dǎo)向葉片。在此導(dǎo)向葉片3，6和8比導(dǎo)向葉片3，5和7更長。導(dǎo)向葉片3，5和7以距離d3更短。
[0076]此外尤其在圖17中標(biāo)出偏角ε 1，ε 2。在圖16至18的標(biāo)記符號中偏角ε以垂直于離心分離器I的對稱軸線的橫剖面為基準(zhǔn)。由以橫剖面為基準(zhǔn)的偏角ε和以縱軸線為基準(zhǔn)的葉片角α組成的角度和為90度。在本實(shí)施例中的偏角ε I與在圖17所示的一樣，例如大于偏角ε2。在附圖的取向中角度ε I在入流側(cè)，角度ε 2在排流側(cè)。此外分別標(biāo)出導(dǎo)向葉片的厚度t。在圖18中還示出導(dǎo)向裝置高度hi。導(dǎo)向葉片3在外殼壁23上形成外部的螺旋線S2。在此螺旋線SI的導(dǎo)程高度大于螺旋線S2的導(dǎo)程高度。由此給出擴(kuò)張。
[0077]通過葉片角度的擴(kuò)張可以實(shí)現(xiàn)離心分離器I分離特性方面的優(yōu)化。例如在芯上的各偏角ε (參見圖16)大于在外殼壁部位中的偏角(參見圖18)?？梢缘玫嚼?0°的偏角擴(kuò)張。在圖17中給出約45°的中間偏角。因此偏角或者各導(dǎo)向葉片的從芯到外殼壁的葉片角度也是變化的。已經(jīng)證實(shí)45°的中間角度是有利的葉片角度或偏角。
[0078]在圖19中示出導(dǎo)向裝置另一實(shí)施例的側(cè)視圖。在此芯16在入流側(cè)具有基本圓形的拱頂，并且在排流側(cè)具有突出于導(dǎo)向裝置的空轉(zhuǎn)輪轂29。芯16的輪廓也可以進(jìn)一步匹配。通過空轉(zhuǎn)輪轂29有利影響流體分離的旋流。在圖18中還示例地看出導(dǎo)向葉片3。在此導(dǎo)向葉片3的葉片角度沿著流體流變化。在這里導(dǎo)向葉片與離心分離器縱軸線或?qū)ΨQ軸線的角度稱為葉片角度α I。在入流側(cè)角度α I例如約10°并且在排流側(cè)方向上增加到約50°的葉片角度α2。增加的葉片角度導(dǎo)致改善的旋流并由此導(dǎo)致增強(qiáng)的作用于顆粒上的離心力。因此有利地影響分離率。此外能夠匹配導(dǎo)向葉片3基于其厚度的輪廓。借助于圖18還看出，在排流部位127中角度ε 2在內(nèi)部和外部是相同的。即，導(dǎo)程高度hi和ha在排流部位是相同的，由此沒有導(dǎo)向葉片的明顯擴(kuò)張。
[0079]最后圖20還示出導(dǎo)向裝置21的實(shí)施例。在圖20的取向上入流側(cè)在上面而排流側(cè)在下面。在此看到中間的導(dǎo)向葉片3的示例，在芯16上的偏角ε 16大于在外殼壁上的偏角ε23。還可以看出，導(dǎo)向葉片3具有傾斜的排流棱邊19。在使用狀態(tài)在外殼中各導(dǎo)向葉片3在外殼側(cè)具有比芯側(cè)更大的長度。也涉及到遞進(jìn)的葉片底端部，它可能導(dǎo)致進(jìn)一步改善離心分離器的分離特性。借助于中間的導(dǎo)向葉片3可以看到螺旋線SI和S2，在其間延伸導(dǎo)向葉片3。
[0080]借助圖21還結(jié)合導(dǎo)向裝置的剖面圖和立體圖解釋可能的角度比例。該視圖類似在圖16-18中所示的導(dǎo)向裝置。它示出導(dǎo)向裝置21，具有芯16和外殼壁23，具有位于其間的導(dǎo)向葉片，詳細(xì)觀察其中的一個(gè)導(dǎo)向葉片3和其輪廓。圖21也示出導(dǎo)向裝置的縱軸線15。
[0081]在芯16上標(biāo)出偏角ε 16，在外殼23上標(biāo)出偏角ε 23。葉片尤其以旋梯形構(gòu)成，其中在芯上和在外殼或外殼壁上呈現(xiàn)不同的偏角和/或葉片角。ε16與ε23之間的差也稱為角度擴(kuò)張△ ε。
[0082]此外可以定義中間偏角επι，它基本在芯壁與外殼內(nèi)壁之間的中間延伸。對于中間偏角的適合定義為ε m= ( ε 23+ ε 16) /2。
[0083]可能的偏角位于ε 16 ^ 80°至ε 23 ^ 20°。對于相應(yīng)的導(dǎo)向裝置的效率數(shù)據(jù)特別有影響的尤其是角度擴(kuò)張△ ε，它由內(nèi)部偏角與外部偏角給出。圖22分別以任意的單元示出分離率AG和壓 力損失dp與角度擴(kuò)張Λ ε的關(guān)系?？梢钥闯?，通過實(shí)現(xiàn)角度擴(kuò)張Δ ε提高分離率AG，但是同時(shí)增加壓力損失。申請者的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)給出，15°至35°的角度擴(kuò)張帶來可以接受的壓力損失，并且得到良好的過濾效果。在20°至30°的角度擴(kuò)張時(shí)得到特別好的過濾效果。
[0084]申請者還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，用于確定離心分離器效率與在導(dǎo)向裝置中使用的葉片數(shù)量的關(guān)系。圖23示出離心分離器的另一實(shí)施例的分離率AG與葉片數(shù)量N的關(guān)系圖。在此分離率AG以任意的單元給出。曲線對應(yīng)于一實(shí)施例，其中芯直徑約為15.5mm并且葉片角ε~45°?？梢钥闯觯谶@個(gè)配置中在葉片數(shù)量為Ν=6和Ν=7時(shí)出現(xiàn)最大分離率。因此尤其優(yōu)選六個(gè)導(dǎo)向葉片的離心分離器。交替縮短的導(dǎo)向葉片和/或葉片的偏角或葉片角度的角度擴(kuò)張相結(jié)合得到特別有效的離心分離器，在通流要被凈化的流體時(shí)具有有利的分離率和壓力損失。在葉片縮短、角度擴(kuò)張、排出窗口形狀和/或浸管幾何尺寸等方面給出的尺寸在此有效地相互協(xié)同作用并且導(dǎo)致可簡單加工的過濾裝置，具有良好的過濾效果。
[0085]盡管借助于離心分離器的不同示例和方面描述了本發(fā)明，但是不局限于此，而是可以在許多方面改變。尤其可以使在附圖和實(shí)施例中述及的不同方面相互組合。無需強(qiáng)制地規(guī)定不同長度的導(dǎo)向葉片。單獨(dú)調(diào)整偏角、葉片角、長度、寬度或芯直徑與外殼直徑之間的比例就可以改善旋流分離器。此外上述的導(dǎo)向葉片數(shù)量只是示例性的。例如可以使用2至10個(gè)導(dǎo)向葉片。離心分離器的材料可以適配于各自的使用領(lǐng)域。尤其可以設(shè)想可注塑的塑料。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從流體(9)中分離顆粒(11)的離心分離器(1)，具有外殼(2)，它具有入口(13)和出口(14)，還具有多個(gè)用于從通過入口(13)流入的流體(9)產(chǎn)生旋流(12)的導(dǎo)向葉片(3-8)，其中所述導(dǎo)向葉片(3-8)徑向在軸向芯(16)上的第一螺旋線(SI)與外殼(2)的外殼壁(23)上的第二螺旋線(S2)之間延伸并且第一螺旋線(SI)的導(dǎo)程高度(hi)大于第二螺旋線(S2)的導(dǎo)程高度(ha)。
2.如權(quán)利要求1所述的離心分離器(1)，其中所述第一螺旋線(SI)的導(dǎo)程高度(hi)至少5%大于、尤其10%大于第二螺旋線(S2)的導(dǎo)程高度(ha)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的離心分離器(1)，其中所述導(dǎo)向葉片(3，4)的入流棱邊(17，18)和/或排流棱邊(19)位于外殼(2)的橫截面面積(112)里面，它基本垂直于流體(9)的流入方向(R)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述導(dǎo)程高度(hi，ha)在導(dǎo)向葉片(3，4 )的排流段(127 )里面是相同的。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的離心分離器(I)，其中所述入流棱邊(17，18)與至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片(3，4)以基本垂直于流體(9)流入方向(R)的外殼(2)橫截面積(112)為基準(zhǔn)具有不同的距離(&1，&2)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片(3，4)具有不同的長度(L)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述至少兩個(gè)導(dǎo)向葉片(3，4)在入流側(cè)在流體流動方向上具有與入口(13)不同的距離(dl，d2)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述外殼(2)至少分段地套狀或管狀地構(gòu)成并且所述導(dǎo)向葉片(3-8)和軸向芯(16)形成圓柱形的導(dǎo)向葉片裝置(21)，它安裝在外殼(2)里面。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述導(dǎo)向葉片(3-8)位置固定地設(shè)置。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中至少一導(dǎo)向葉片(3-8)從芯(16)到外殼壁(23)的厚度(t)是變化的。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中至少一導(dǎo)向葉片(3-8)沿著其長度的厚度(t)是變化的。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中至少一導(dǎo)向葉片(3-8)的入流輪廓(20)是變化的。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，包括正好六個(gè)導(dǎo)向葉片(3-8)。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述導(dǎo)向葉片(3-8)不在垂直于入流方向的橫截面上相互疊加。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述芯(16)比導(dǎo)向葉片(3-8)更長。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1)，其中所述芯直徑(Cl)與外殼壁(23)與芯之間的距離(c2)的比例為2至4。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的離心分離器(I)，其中所述外殼(2)的橫截面積在通流方向上加大。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的離心分離器(I)，其中在外殼(2)里面設(shè)置從出口(14)到入口(13)方向上在橫截面上收縮的浸管(24)。
19.如權(quán)利要求18所述的離心分離器(1)，其中所述浸管(24)利用浸管板(25)安置在出口(14)上。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的離心分離器(I)，還具有顆粒出口(26)，它以外殼(2)縱軸線(15)為基準(zhǔn)在外殼壁(23)里面空出給定的角度段(β )。
21.一個(gè)過濾裝置(100)具有如權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的離心分離器(1，101)和外殼(102)，它包括多個(gè)開孔(113)作為離心分離器(1，101)的入口( 13)和流體密封地與開孔(113)分開的出口段(114)，在其上耦聯(lián)離心分離器(1，101)的出口(14)。
22.如權(quán)利要求21所述的過濾裝置(100)，其中包括與入口(113)和出口段(114)流體密封地分開的排出段( 126)，它聯(lián)通地與顆粒排出口(26)連接。
【文檔編號】B04C3/06GK103998142SQ201280063809
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】S.阿克曼, V.格賴夫, M.克拉克斯納, U.穆舍爾克瑙茨 申請人:曼 · 胡默爾有限公司