Устройство для очистки газа - RU2325952C2

Описание

Настоящее изобретение относится к устройству для очистки газа от частиц, взвешенных в нем, содержащему ротор центрифуги для вращения газа. Ротор центрифуги вращается вокруг оси вращения на двух подшипниках, расположенных на некотором аксиальном расстоянии друг от друга.

Существуют так называемые самосмазывающиеся подшипники, которые не требуют подачи дополнительного смазочного материала во время работы, но в соединении с ротором центрифуги того типа, который рассматривается здесь, часто требуется, чтобы подшипники непрерывно или через некоторые промежутки заряжались смазочным материалом в форме масла или некоторой другой жидкости. Иногда жидкость, взвешенная в газе, который должен очищаться в роторе центрифуги, который представляет интерес, может использоваться для смазки. В других случаях может возникать необходимость в подаче смазочного материала от специального источника смазки.

Предварительным условием для настоящего изобретения является то, что указанные подшипники приспособлены для зарядки смазочным материалом во время работы ротора центрифуги и что туман, содержащий такой смазочный материал, является доступным или генерируется в пространстве вблизи ротора центрифуги.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для очистки газа типа, определенного ранее, которое имеет конструкцию, которая облегчает смазку обоих указанных подшипников посредством подачи такого тумана смазочного материала.

В соответствии с настоящим изобретением эта цель может быть достигнута с помощью устройства, в котором ротор центрифуги окружает канал, который проходит аксиально - предпочтительно по центру - сквозь ротор и через который туман смазочного материала может перемещаться из указанного пространства вблизи ротора центрифуги для вступления в контакт с одним из подшипников. Тем самым дается возможность для легкого доступа тумана смазочного материала к обоим подшипникам из указанного пространства, без отдельного соединения, которое должно создаваться вне ротора центрифуги, между пространством и подшипником, расположенным от него дальше всего.

Как уже указывалось, указанное пространство может содержать или быть приспособленным для протекания через него газа, который должен очищаться в роторе центрифуги и содержит взвешенные капли смазочного материала, например некоторого вида масла. В качестве примера это может представлять собой случай, когда устройство приспособлено для очистки картерных газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания. В этом случае ротор центрифуги может приспосабливаться для приведения в действие любым пригодным способом, например посредством электрического двигателя или газовой турбины. Альтернативно, указанное пространство может содержать туман смазочного материала, который генерируется, в частности, для обеспечения смазки подшипников ротора центрифуги. В другом случае туман смазочного материала может генерироваться в связи с гидравлическим приведением ротора центрифуги во вращение. Например, ротор центрифуги может приводиться во вращение путем зарядки маслом под давлением, которое заставляют покидать ротор центрифуги через сопло, расположенное на некотором расстоянии от оси вращения ротора центрифуги, и в направлении, тангенциальном по отношению к нему. В камере, в которой такое приводное масло покидает ротор центрифуги, в окружающем газе или воздухе создается масляный туман. Альтернативно, гидравлический привод ротора центрифуги может осуществляться таким образом, что масло под давлением распыляется рядом с рабочим колесом турбины, приспособленным для вращения ротора центрифуги. Затем пространство, окружающее рабочее колесо турбины, будет заполняться масляным туманом.

В предпочтительном варианте осуществления устройства по настоящему изобретению один конец оси ротора центрифуги располагается в пространстве, содержащем туман смазочного масла, или вблизи него, канал простирается сквозь ротор центрифуги от указанного одного конца оси ротора центрифуги до другого, противоположного его конца, где он открывается в камеру со смазочным материалом, имеющую выход, расположенный таким образом, что туман смазочного материала, который движется сквозь камеру смазочного материала, вступает в контакт с указанным одним из подшипников.

Предпочтительно, канал проходит по центру через ротор центрифуги.

Предпочтительно, ротор центрифуги имеет вращающийся центральный вал, который вращается вместе с ротором и ограничивает канал.

Предпочтительно, ротор центрифуги вращается посредством смазочного материала под давлением таким образом, что в указанном пространстве генерируется туман смазочного материала.

Предпочтительно, ротор центрифуги соединен с ведущим рабочим колесом турбины, которое располагается в указанном пространстве.

Предпочтительно, ротор центрифуги поддерживает рабочее колесо турбины, которое расположено в указанном пространстве.

Предпочтительно, ротор центрифуги имеет первый аксиальный конец, который располагается в указанном пространстве или вблизи него, при этом канал проходит сквозь ротор центрифуги от первого аксиального конца ротора центрифуги до второго аксиального конца ротора центрифуги, где он открывается в камеру для смазочного материала, имеющую выход, расположенный таким образом, что туман смазочного материала, который перемещается через камеру для смазочного материала, вступает в контакт с одним из подшипников.

Предпочтительно, один из подшипников представляет собой шарикоподшипник и располагается в выходе камеры для смазочного материала.

Предпочтительно, ротор центрифуги поддерживается посредством стационарного колпака, который ограничивает камеру для смазочного материала и поддерживает на своей внутренней стороне один из подшипников.

Предпочтительно, ротор центрифуги имеет вход для газа, который должен очищаться, расположенный на втором аксиальном конце ротора центрифуги.

Предпочтительно, ротор центрифуги ограничивает центральную входную камеру для газа, который должен очищаться, и выход из камеры для смазочного материала сообщается с центральной входной камерой.

Предпочтительно, ротор центрифуги содержит пакет конических разделительных дисков, которые располагаются коаксиально с осью вращения и которые ограничивают разделительные проходы между ними, приспособленные для протекания через них газа, который должен очищаться.

Предпочтительно, ротор центрифуги поддерживается в корпусе посредством двух подшипников, при этом внутреннее пространство корпуса разделяется на части посредством перегородки: на разделительную камеру, в которой находится главная часть ротора центрифуги, и указанное пространство, в котором во время работы ротора центрифуги присутствует туман смазочного масла, причем перегородка поддерживает один из двух подшипников, так что он находится в контакте с туманом смазочного масла в указанном пространстве, без необходимости в прохождении тумана смазочного масла через указанный канал сквозь ротор центрифуги.

Настоящее изобретение дополнительно описывается далее с упоминанием прилагаемого чертежа, который изображает устройство по настоящему изобретению для очистки картерных газов, производимых двигателем внутреннего сгорания, от масла и других частиц, диспергированных в картерных газах.

На чертеже изображен корпус, который содержит верхнюю часть 1, промежуточную часть 2 и нижнюю часть 3. Внутреннее пространство корпуса разделяется посредством перегородки 4 на верхнюю разделительную камеру 5 и нижнюю приводную камеру 6. Ротор 7 центрифуги вращается в разделительной камере 5 вокруг вертикальной оси вращения и по этой причине поддерживается на верхнем подшипнике 8 и нижнем подшипнике 9. Подшипники 8 и 9, которыевизображенномпримерепредставляютсобой шарикоподшипники,поддерживаютсяверхней частью1корпусаи перегородкой 4 соответственно.

Ротор центрифуги 7 имеет центральный вал 10, который установлен на двух подшипниках 8 и 9 и имеет расположенный по оси сквозной канал 11. Канал 11 сообщается в своей нижней части с приводной камерой 6, а в своей верхней части - с малой камерой 12, которая ограничивается колпаком 13 в форме чашки, расположенной дном вверх. Колпак 13 поддерживает внутри себя верхний подшипник 8 и сам поддерживается с помощью верхней части 1 корпуса.

Кроме того, ротор центрифуги имеет верхнюю коническую торцевую стенку 14 и нижнюю коническую торцевую стенку 15. Между этими торцевыми стенками располагается пакет конических разделительных дисков 16, которые сами ограничивают разделительные проходы 17 между ними. Разделительные элементы (не показаны) удерживают разделительные диски на некотором аксиальном расстоянии друг от друга. Верхняя торцевая стенка 14, также как и каждый из разделительных дисков 16, имеет центральную плоскую часть, которая снабжена несколькими сквозными отверстиями, распределенными вокруг центрального вала 10. Промежуточные пространства между центральными частями разделительных дисков формируют, вместе со сквозными отверстиями, центральную входную камеру 18 в роторе центрифуги.

На своем верхнем краю входная камера 18 сообщается с входом 20, посредством сквозных отверстий 19 в колпаке 13, для газа, который должен очищаться в роторе центрифуги. Вход 20 для газа формируется посредством верхней части 1 корпуса. Входная камера 18 также сообщается с камерой 12 в колпаке 13 посредством промежуточных пространств между шариками в шарикоподшипнике 8.

Внутренняя, в радиальном направлении, краевая часть 21 верхней торцевой стенки 14 ротора центрифуги располагается очень близко к части стационарного колпака 13 в форме цилиндрической муфты. Если это желательно, скользящее уплотнение или лабиринтный сальник может располагаться между торцевой стенкой 14 и колпаком 13.

На своей нижней торцевой части, которая располагается в приводной камере 6, центральный вал 10 поддерживает рабочее колесо 22 турбины. Труба 23, соединенная с источником масла, поступающего под давлением (не показан), простирается снаружи и сквозь окружающую стенку нижней части 3 корпуса. Предпочтительно, труба 23 присоединена к рассмотренному ранее двигателю внутреннего сгорания для приема смазочного масла, находящегося в нем под высоким давлением. Труба 23 направлена к рабочему колесу турбины 22, так что поступающее смазочное масло под давлением может привести рабочее колесо турбины и тем самым ротор центрифуги 7 во вращение. Нижняя часть 3 корпуса имеет нижний выход 24 для использованного смазочного масла, которое должно возвращаться в двигатель внутреннего сгорания.

При вращении рабочего колеса турбины в приводной камере 6 формируется масляный туман, который используется для смазки двух подшипников 8 и 9, как будет описано позднее.

Разделительная камера 5 имеет выход 25 для картерных газов, освобожденных от капель масла и других частиц, и выход 26 для масла и частиц, которые отделяются от картерных газов.

Устройство для очистки, изображенное на чертеже, работает следующим образом.

Смазочное масло из двигателя внутреннего сгорания вводится при избыточном давлении через трубу 23, так что рабочее колесо 22 турбины, а вместе с ним и ротор 7 центрифуги приводятся во вращение. Картерные газы от двигателя внутреннего сгорания поступают через вход 20 в верхнюю часть 1 корпуса и протекают через отверстие 19 в колпаке 13 в центральную входную камеру 18 ротора центрифуги 7. Из входной камеры 18 картерные газы протекают дальше через разделительные проходы 17 и выходят в ту часть разделительной камеры 5, которая располагается между ротором центрифуги и окружающими стенками частей 1 и 2 корпуса. Следовательно, очищенные картерные газы вытекают через выход 25.

Посредством вращения ротора центрифуги приводятся во вращение также и картерные газы в разделительных проходах 17, частицы, твердые и жидкие, взвешенные в картерных газах, отделяются с помощью возникающей центробежной силы и осаждаются на конических поверхностях разделительных дисков 16, направленных вверх. Частицы соскальзывают и/или стекают по этим поверхностям к наружным, в радиальном направлении, краям разделительных дисков и отбрасываются от них к окружающим стенкам частей 1 и 2 корпуса. На этих окружающих стенках частицы соскальзывают и/или стекают далее вниз и через выход 26 в нижней части 3 корпуса.

При приведении в движение камеры 6 формируется масляный туман, когда смазочное масло из трубы 23 ударяет в рабочее колесо 22 турбины и покидает его. В то время как главная часть смазочного масла покидает приводную камеру через нижний выход 24, часть масляного тумана всплывает вверх через канал 11 в валу 10 в камеру 12, ограниченную колпаком 13. Из нее масляный туман протекает через подшипник 8 и далее - в центральную входную камеру 18 ротора центрифуги, смешиваясь в ней сам по себе с поступающими картерными газами. Вместе с картерными газами масляный туман протекает через разделительные проходы 17, где капли масла отделяются от газообразной части масляного тумана.

Как следствие захвата картерных газов и масляного тумана при вращении ротора центрифуги при протекании через разделительные проходы 17 в центральной входной камере 18 ротора центрифуги развивается определенное падение давления. Результатом этого является то, что картерные газы всасываются во входную камеру 18 из входа 20 и то, что масляный туман всасывается из приводной камеры 6 через канал 11 и камеру 12 во входную камеру 18. При этом происходит эффективное смазывание верхнего подшипника 8. Нижний подшипник 9 также смазывается эффективно, поскольку он все время находится в прямом контакте с масляным туманом в приводной камере 6.

Как можно увидеть из чертежа, канал 11 имеет дроссель в своей самой верхней части, то есть отверстие канала в камере 12 имеет диаметр, меньший, чем оставшаяся часть канала. Это может быть необходимо частично для некоторого ограничения потока масляного тумана к подшипнику 8, частично для предотвращения попадания масляной пены, возможно, формируемой в приводной камере 6 и сопровождающей масляный туман вверх по каналу 11 в камеру 12. Такая пена будет разделяться на масло и газ в канале 11 вследствие захвата при вращении вала 10. Посредством указанного дросселя, формирующего порог на отверстии канала 11 в камеру 12, масло, которое должно отделяться в канале 11, заставляют стекать назад, в приводную камеру 6.

Выше описывается ротор центрифуги, имеющий полый вал 10, который установлен на подшипниках, расположенных вне вала. Настоящее изобретение также включает в себя возможность того, что ротор центрифуги устанавливается на подшипниках, которые поддерживаются снаружи от стационарного вала, простирающегося по центру сквозь ротор центрифуги. В таком случае стационарный вал может иметь сквозной канал для масляного тумана, который должен перемещаться от одного из аксиальных концов ротора центрифуги к другому. Также в этом случае, таким образом, ротор центрифуги окружает канал для масляного тумана.

Реферат

Изобретение относится к устройству для очистки газа от частиц, взвешенных в нем. Устройство содержит ротор центрифуги для вращения газа, который установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения на двух подшипниках, расположенных на некотором аксиальном расстоянии друг от друга и приспособленных для зарядки смазочным материалом во время работы ротора центрифуги. Кроме этого, ротор центрифуги окружает канал, который проходит аксиально сквозь ротор и сквозь который туман смазочного материала перемещается из пространства вблизи ротора центрифуги для вступления в контакт с одним из подшипников. Технический результат изобретения заключается в создании устройства, конструкция которого облегчает смазку обоих подшипников. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула