CN116255223A - 一种多喷嘴的离心式油气分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多喷嘴的离心式油气分离装置，包括第一壳体、主轴和多个喷嘴，第一壳体内设置有第一容腔，且该第一壳体的侧壁设置有与第一容腔连通的回油口，主轴部分转动设置在第一容腔内，且该部分的主轴上套设有驱动轮，多个喷嘴绕驱动轮的外周周向均匀间隔设置，用以共同驱动驱动轮旋转；或者，主轴部分转动设置在第一容腔内，且该部分的主轴上套设有多个驱动轮，每个驱动轮的外周设置有至少一个喷嘴，用以分别驱动对应的驱动轮趋于平衡地旋转。该多喷嘴的离心式油气分离装置通过多喷嘴驱动模式能保证主轴的转动平衡，减少轴承磨损导致的使用寿命问题，并保证分离组件长期持续稳定的运行；还可有效降低曲轴箱的启动转速，减少发动机油耗。

Description

一种多喷嘴的离心式油气分离装置

技术领域

本发明涉及离心分离技术领域，尤其涉及一种多喷嘴的离心式油气分离装置。

背景技术

汽车的发动机***包括发动机、涡轮增压机及油气分离器，油气分离器与发动机的曲轴箱相连，将发动机排出的油气混合物分离出机油和气体，机油回流至发动机的油壳底重新利用，气体经涡轮增压机加压或导入发动机的进气歧管中后回到发动机的燃烧室进行做功，从而有效防止未经过分离的油气混合物直接进入到大气造成污染。

专利号为CN103501916B的中国专利公开了利用单喷嘴驱动冲击式涡轮以带动离心转子对油气混合物进行分离的技术方案，虽在尽可能减少传动能耗的前提下实现了油气分离的目的，但单喷嘴的驱动结构势必会破坏轴的动平衡转动进而加剧轴承磨损，导致转子无法可靠稳定的旋转，严重影响油气分离效果及其使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多喷嘴的离心式油气分离装置，用于驱动主轴平衡转动，保证离心式油气分离装置的使用寿命和油气分离效果。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种多喷嘴的离心式油气分离装置，包括：

第一壳体，所述第一壳体内设置有第一容腔，且该第一壳体的侧壁设置有与所述第一容腔连通的回油口；

主轴，部分转动设置在所述第一容腔内，且该部分的所述主轴上套设有驱动轮；以及

多个喷嘴，多个所述喷嘴绕所述驱动轮的外周周向均匀间隔设置，用以共同驱动所述驱动轮旋转。

一种多喷嘴的离心式油气分离装置，包括：

第一壳体，所述第一壳体内设置有第一容腔，且该第一壳体的侧壁设置有与所述第一容腔连通的回油口；

主轴，部分转动设置在所述第一容腔内，且该部分的所述主轴上套设有多个驱动轮；以及

多个喷嘴，每个所述驱动轮的外周设置有至少一个所述喷嘴，用以分别驱动对应的所述驱动轮趋于平衡地旋转。

在一可选的方案中，所述第一壳体的侧璧内部设置有多个支流道，各所述支流道的一端在所述第一壳体外汇聚形成主流道，各所述支流道的另一端分别与对应的所述喷嘴连接，自所述主流道分流进入各所述支流道并从对应的所述喷嘴射出的流体的流量保持一致。

在一可选的方案中，所述主流道、支流道的内壁和/或所述第一壳体的内壁设置有疏油层。

在一可选的方案中，还包括第二壳体和分离组件，所述第二壳体的底部设置有油气进口，所述第二壳体的靠近顶部的内壁上设置有出气口，所述第二壳体的内部设置有第二容腔，所述主轴部分位于在所述第二容腔内并通过设置上轴承、下轴承与所述第二壳体转动连接，所述分离组件设置在位于所述第二容腔内的主轴上，所述分离组件包括多个叠放的碟片，从所述油气进口输入的油气混合物在所述分离组件旋转产生的离心力作用下进行分离。

在一可选的方案中，所述第二壳体的内壁周向间隔设置有多个导流筋，所述导流筋为分段式结构，每个所述导流筋包括至少两个断开的筋段，周向相邻的所述筋段上下交错设置。

在一可选的方案中，所述碟片是呈空心状的圆台结构，所述碟片的外侧壁上设置有环形的节流筋，所述节流筋呈连续或不连续结构。

在一可选的方案中，在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋对于所述油气混合物的节流作用逐渐减小。

在一可选的方案中，在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋高度组件减小；或者，

在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋上的通孔的数量逐渐增加；或者，

在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋上的通孔的孔径逐渐增加；或者，

所述节流筋呈不连续结构，在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋的各筋段之间的间距逐渐增加；或者，

在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋的数量逐渐减少。

在一可选的方案中，所述油气进口处和/或所述出气口处设置有插接件，所述插接件用于分离所述油气混合物中的气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

1.多喷嘴驱动模式能保证主轴的转动平衡，减少轴承磨损导致的使用寿命问题，并保证分离组件长期持续稳定的运行；

2.还可有效降低曲轴箱的启动转速，减少发动机油耗。

附图说明

图1是本发明实施例的多喷嘴的离心式油气分离装置的第一种驱动结构的示意图。

图2是本发明实施例的多喷嘴的离心式油气分离装置的第二种驱动结构的示意图。

图3是本发明实施例的离心式油气分离装置的第一壳体与第二壳体的连接结构示意图。

图4是本发明实施例的对应第二壳体的离心式油气分离装置的结构示意图。

图5是图4沿A-A线的剖视图。

图6是本发明实施例的分离组件的结构示意图。

图7是本发明实施例的第二壳体的另一视角的结构示意图。

图8是图7沿B-B线的剖视图。

图9是图7沿C-C线的剖视图。

图中：1、第一壳体，101、第一容腔，102、回油口，2、主轴，3、喷嘴，4、驱动轮，5、第二壳体，501、油气进口，502、出气口，503、第二容腔，6、上轴承，7、下轴承，8、碟片，9、导流筋，10、节流筋，11、插接件，12、旋风筒，1201、阿基米德螺线流道，1202、回油孔，13、叶轮。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。

实施例1

参见图1所示，本发明提供了一种多喷嘴3的离心式油气分离装置，包括第一壳体1、主轴2和多个喷嘴3。

第一壳体1内设置有第一容腔101，且该第一壳体1的侧壁设置有与第一容腔101连通的回油口102。

主轴2部分转动设置在第一容腔101内，且该部分的主轴2上套设有驱动轮4。

多个喷嘴3绕驱动轮4的外周周向均匀间隔设置，用以共同驱动驱动轮4旋转。

该离心式油气分离装置的第一壳体1需对接发动机的曲轴箱(图未示)，利用压力流体(机油)从喷嘴3处射流驱动主轴2上的驱动轮4，即可带动主轴2旋转，进而控制分离组件对油气混合物进行分离作业。为使主轴2保持平衡旋转，上述结构将单喷嘴3驱动模式改为多喷嘴3驱动模式，通过在第一壳体1的内部安装多个周向均匀间隔设置的喷嘴3，各喷嘴3协同控制驱动轮4旋转，可使驱动轮4的各处受力均匀，从而保证主轴2能够平衡稳定的旋转，以减少与上轴承6及下轴承7的磨损，延长使用寿命，并使分离组件长期处于正常的工作状态，保证油气分离的效率。一般而言喷嘴3的数量越多，主轴2的转动也就越平衡，但考虑第一壳体1的容积、喷嘴3的安装等原因，本实施例中喷嘴3的数量优选为两个，两个喷嘴3关于主轴2中心对称布置。

值得一提的是，采用多喷嘴3驱动模式，除能保证主轴2平衡稳定的转动外，还可有效降低曲轴箱的启动转速。具体地说，若是采用单喷嘴3驱动，则曲轴箱需要较大的启动转速使压力流体增压，以提高单喷嘴3处的射流强度，而若是采用多喷嘴3驱动，那么曲轴箱只需要相对较小的启动转速即可，虽然进入各喷嘴3的压力流体的压力减弱，但是通过多处射流仍可满足驱动要求。

在一具体实施方式中，第一壳体1的侧璧内部设置有多个支流道，各支流道的一端在第一壳体1外汇聚形成主流道，各支流道的另一端分别与对应的喷嘴3连接，自主流道分流进入各支流道并从对应的喷嘴3射出的流体的流量保持一致。

上述内置式的支流道能避免在壳外设置流道，使第一壳体1整体更为简洁美观、流道不容易受损，且共用的一个主流道方便与曲轴箱进行对接，并且通过对各支流道的流量控制，能有效保证驱动轮4上各处受力的一致性，以使主轴2趋向平衡转动。

在一较佳实施方式中，主流道、支流道的内壁和/或第一壳体1的内壁设置有疏油层。

通过设置疏油层，可避免油液在主流道、支流道和/或第一壳体1的内壁上附着积累形成油泥，进而对回油速率和效果造成影响。本实施例的疏油层优选为聚烯烃层、聚碳酸酯层、聚酰胺层、聚丙烯腈层、不含氟丙烯酸酯层、熔融石蜡层、全氟聚醚层、聚四氟乙烯层、聚全氟乙丙烯层、四氟乙烯共聚物层、聚偏氟乙烯层、可溶性四氟乙烯层中的一种，以上材料的疏油层不仅回油速率高，而且不与油液反应，具有长期的可靠性。

参见图4-6所示，在一具体实施方式中，多喷嘴3的离心式油气分离装置还包括第二壳体5和分离组件，第二壳体5的底部设置有油气进口501，第二壳体5的靠近顶部的内壁上设置有出气口502，第二壳体5的内部设置有第二容腔503，主轴2部分位于在第二容腔503内并通过设置上轴承6、下轴承7与第二壳体5转动连接，分离组件设置在位于第二容腔503内的主轴2上，分离组件包括多个叠放的碟片8，从油气进口501输入的油气混合物在分离组件旋转产生的离心力作用下进行分离。

上述结构中第二壳体5设置在第一壳体1的上方，从第一容腔101内伸出的主轴2则通过上轴承6、下轴承7转动安装在第二壳体5的内部，驱动轮4通过主轴2带动分离组件旋转，从油气进口501输入的油气混合物在分离装置离心力作用下分离处气体和油液，气体从出气口502向外排出，油液则被甩飞至第二壳体5的内壁上并在重力的作用下流至第一壳体1的内部，最终从回油口102进入曲轴箱。

还是见图5所示，在一具体实施方式中，第二壳体5的内壁周向间隔设置有多个导流筋9，导流筋9为分段式结构，每个导流筋9包括至少两个断开的筋段，周向相邻的筋段上下交错设置。

通过设置导流筋9，利用其汇流作用能大幅提高回油速率，具体地说，油液在被甩至第二壳体5的内壁上后，小粒径的油液会沿导流筋9团聚加速形成大粒径的油液，并在重力作用下以较短的路径进行回油。此外，上述分段式导流筋9还能解决油气进口501与出气口502的压升减小问题。具体地说，若导流筋9为连续式结构，分离后的气体在沿导流筋9上升时会全部与下流的油液形成对称，进而导致气体的能量损耗，使得油气进口501与出气口502的压升减小，而本实施例的导流筋9为分段式结构，气体沿导流筋9上升时，部分气体与油液形成对冲，其余部分气体则可通过导流筋9的筋段缺口避开与油液接触，进而有效减少气体能量损耗，避免油气进口501与出气口502的压升减小，防止与离心式油气分离装置连接的曲轴箱的负压下降造成的烧机油现象加剧。

参见图6所示，在一具体实施方式中，碟片8是呈空心状的圆台结构，碟片8的外侧壁上设置有环形的节流筋10，节流筋10呈连续或不连续结构。

通过设置节流筋10，可促进油气混合物在碟片8之间停留，并提高与油气混合物的碰撞机率，从而提高油气分离的效率。

在一较佳的实施方式中，在主轴2从上到下的方向上，碟片8的节流筋10对于油气混合物的节流作用逐渐减小。

从分离组件的竖向截面图来看，该分离组件具有一个口径较大的轴向油气流道以及若干层较薄的径向油气流道，在旋转分离过程中，油气混合物更倾向于在分离组件的上层区域集中，这就导致分离组件的下层区域无法被有效利用，且分离效率低。更具体的，油气混合物在流量惯性作用下，油气混合物更倾向于经过靠近上方的多个碟片8之间的间隙向外流出，导致靠近上方的碟片8之间的油气混合物的流量大，靠近下方的碟片8之间的油气混合物的流量小，导致流量不平衡现象凸显，尤其是碟片8之间的间隙大的情况，流量不平衡现象更加明显，流量不平衡的直接结果是靠近上方的碟片8之间的油气混合物中的油液的小液滴(1μm左右)在碟片8上的停留时间缩短，导致小液滴无法团聚为大液滴，使小液滴更容易随气体排出离心油气分离器，最终导致分离效率下降。

本实施例通过对节流筋10设计，使节流筋10对油气混合物的节流作用从上而下逐渐减小，来加强分离组件的下层区域的出气能力，最终使各层的径向油气流道出气量趋于平衡，使油气混合物在各碟片8上的停留时间趋于一致，从而提高了分离组件的利用效率和分离效率。同时，避免了分离组件的上层区域长期处于超负荷运行状态，致使油液在上层区域的碟片8上形成油泥堵塞径向油气流道。

为使分离组件从上而下节流作用逐渐减小，可对节流筋10进行如下设计：

在主轴2从上到下的方向上，碟片8的节流筋10高度逐渐减小；或者，在主轴2从上到下的方向上，碟片8的节流筋10上的通孔的数量逐渐增加；或者，在主轴2从上到下的方向上，碟片8的节流筋10上的通孔的孔径逐渐增加；或者，节流筋10呈不连续结构，在主轴2从上到下的方向上，碟片8的节流筋10的各筋段之间的间距逐渐增加；或者，在主轴2从上到下的方向上，碟片8的节流筋10的数量逐渐减少。

上述几种节流筋10方案均可使分离组件自上而下的节流作用逐渐减小，从而保证各径向油气流道的出气量趋于均衡，提高分离组件的利用效率。

参见图8-9所示，在一具体实施方式中，油气进口501处和/或出气口502处设置有插接件11，插接件11用于分离油气混合物中的气体。

油气进口501处的插接件11用于初滤油气混合物中的气体，具体的说，油气混合物从油气进口501处进入首先会与插接件11碰撞，部分油液会在此处的插接件11上团聚形成大粒径油液后被分离，从而起到初滤油气混合物中的气体的作用，本实施例中位于油气进口501处的插接件11优选为弧形结构，在分离部分油液的同时还可对油气混合物起导流的作用，使油气混合物以打旋的方式进入分离组件，提高后续油气分离的效果。出气口502处的插接件11用于终滤油气混合物中的气体，具体的说，气体在从出气口502排出时，气体中残留的少量油液会与此处的插接件11碰撞，并在团聚形成大粒径油液后被分离，保证排出气体的纯净度，减少机油损耗。此外，油气进口501处和出气口502处的插接件11还可以增加的油气混合物的流速，进而提高出气口502和油气进口501之间的压升，压升较高，能够保证曲轴箱内的负压较大，油液和气体不容易外溢，可靠性高。

还是见图5、图8所示，在一具体实施方式中，油气进口501与分离组件之间设置有旋风筒12，旋风筒12内具有阿基米德螺线流道1201，用以增压和增强进入分离组件处的油气混合物的旋流作用。

通过设置旋风筒12，进入旋风筒12内的油气混合物会与其发生碰撞，分离出部分油液，其中，旋风筒12内的阿基米德螺线流道1201用于对油气混合物进行导流以增强旋流效果，油气混合物会以更强劲的打旋的方式进入分离组件处，在增压和增强旋流作用后，能获得更好的离心分离效果。

在一较佳的实施方式中，旋风筒12的底部设置有回油孔1202，自分离组件和/或旋风筒12分离出的油液能够从回油孔1202流经下轴承7后在第一壳体1的内部汇聚。此回油孔1202在回油过程中可对下轴承7进行润滑，减少轴承磨损延长使用寿命。

参见图6-7所示，在一具体实施方式中，位于第二容腔503内的主轴2上还设置有叶轮13，叶轮13位于分离组件的下方，用以增压和增强进入分离组件处的油气混合物的旋流作用。

通过设置叶轮13，主轴2在带动叶轮13高速旋转时，叶轮13会与油气混合物碰撞分离出部分油液，同时对油气混合物进行增压和扰流，使其以打旋的方式进入分离组件处，以获得更好的离心分离效果。需说明，上述叶轮13也单独安装在分离组件的下方，也可配合旋风筒12使用，起二次增压和二次增强旋流作用的效果。此外，叶轮13的增压作用还可以提高出气口502和油气进口501之间的压升。

实施例2

参见图2-3所示，本发明还提供了一种多喷嘴3的离心式油气分离装置，包括第一壳体1、主轴2和多个喷嘴3。

第一壳体1内设置有第一容腔101，且该第一壳体1的侧壁设置有与第一容腔101连通的回油口102；

主轴2部分转动设置在第一容腔101内，且该部分的主轴2上套设有多个驱动轮4；以及

每个驱动轮4的外周设置有至少一个喷嘴3，用以分别驱动对应的驱动轮4趋于平衡地旋转。

上述结构通过增设驱动轮4并由与之对应的喷嘴3协同驱动，同样可使主轴2能够趋向平衡稳定的旋转，以减少与上轴承6及下轴承7的磨损，延长使用寿命，并使分离组件长期处于正常的工作状态，保证油气分离的效率。本实施例中驱动轮4的数量优选为两个，上下设置在主轴2上，且喷嘴3的数量优选为两个，两个喷嘴3分布在主轴2的两侧。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，在发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，包括：

第一壳体，所述第一壳体内设置有第一容腔，且该第一壳体的侧壁设置有与所述第一容腔连通的回油口；

主轴，部分转动设置在所述第一容腔内，且该部分的所述主轴上套设有驱动轮；以及

多个喷嘴，多个所述喷嘴绕所述驱动轮的外周周向均匀间隔设置，用以共同驱动所述驱动轮旋转。

2.一种多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，包括：

第一壳体，所述第一壳体内设置有第一容腔，且该第一壳体的侧壁设置有与所述第一容腔连通的回油口；

主轴，部分转动设置在所述第一容腔内，且该部分的所述主轴上套设有多个驱动轮；以及

多个喷嘴，每个所述驱动轮的外周设置有至少一个所述喷嘴，用以分别驱动对应的所述驱动轮趋于平衡地旋转。

3.根据权利要求1或2所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，所述第一壳体的侧璧内部设置有多个支流道，各所述支流道的一端在所述第一壳体外汇聚形成主流道，各所述支流道的另一端分别与对应的所述喷嘴连接，自所述主流道分流进入各所述支流道并从对应的所述喷嘴射出的流体的流量保持一致。

4.根据权利要求3所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，所述主流道、支流道的内壁和/或所述第一壳体的内壁设置有疏油层。

5.根据权利要求1或2所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，还包括第二壳体和分离组件，所述第二壳体的底部设置有油气进口，所述第二壳体的靠近顶部的内壁上设置有出气口，所述第二壳体的内部设置有第二容腔，所述主轴部分位于在所述第二容腔内并通过设置上轴承、下轴承与所述第二壳体转动连接，所述分离组件设置在位于所述第二容腔内的主轴上，所述分离组件包括多个叠放的碟片，从所述油气进口输入的油气混合物在所述分离组件旋转产生的离心力作用下进行分离。

6.根据权利要求5所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，所述第二壳体的内壁周向间隔设置有多个导流筋，所述导流筋为分段式结构，每个所述导流筋包括至少两个断开的筋段，周向相邻的所述筋段上下交错设置。

7.根据权利要求5所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，所述碟片是呈空心状的圆台结构，所述碟片的外侧壁上设置有环形的节流筋，所述节流筋呈连续或不连续结构。

8.根据权利要求7所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋对于所述油气混合物的节流作用逐渐减小。

9.根据权利要求8所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋高度组件减小；或者，

在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋上的通孔的数量逐渐增加；或者，

在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋上的通孔的孔径逐渐增加；或者，

所述节流筋呈不连续结构，在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋的各筋段之间的间距逐渐增加；或者，

在所述主轴从上到下的方向上，所述碟片的节流筋的数量逐渐减少。

10.根据权利要求5所述的多喷嘴的离心式油气分离装置，其特征在于，所述油气进口处和/或所述出气口处设置有插接件，所述插接件用于分离所述油气混合物中的气体。

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