本发明涉及用于清洁含有液体污染物的气体的离心分离器的领域。特别地，本发明涉及一种用于清洁燃烧发动机的曲轴箱气体的油颗粒的分离器。
背景技术：
1、众所周知，具有不同密度的流体的混合物可通过使用离心分离器彼此分离。这样的分离器的一个特定用途是将油由从形成内燃发动机的部分的曲轴箱排放的气体中分离。
2、关于分离器的该特定用途，可存在在内燃发动机的燃烧室中发现的高压力气体泄漏经过相关联的活塞环并进入发动机的曲轴箱中的趋势。气体到曲轴箱中的该连续泄漏可导致曲轴箱内的压力的不期望的增加，并且因此导致需要从壳体排放气体。从曲轴箱排放的这样的气体典型地携带一定量的发动机油(作为液滴或细雾)，其从保持在曲轴箱中的油的贮存器被拾取。
3、为了允许排放的气体被引入入口系统中而还不引入不期望的油(特别是引入到其中压缩机的效率可被油的存在不利地影响的涡轮增压系统中)，有必要在气体引入入口系统之前清洁排放的气体(即，去除由气体携带的油)。该清洁过程可由离心分离器承担，该离心分离器安装在曲轴箱上或邻近曲轴箱安装并且将清洁了的气体引导至入口系统并且将分离的油引回至曲轴箱。例如在文件us8,657,908中公开了这样的分离器的一示例。
4、这样的离心分离器的旋转运动可由包括驱动地连接至离心转子的冲击涡轮和用于加压的流体的喷嘴的驱动布置来执行。冲击涡轮布置有叶片(bucket)，用于接收来自喷嘴的指向叶片的加压的流体(诸如油)的射流，例如，如在文件ep2522431中所公开的那样。然而，如果分离器在使用期间倾斜(例如，如果气体分离器用于清洁来自上坡行驶的车辆的曲轴箱气体)，用于驱动冲击涡轮的油可能难以从涡轮壳体排出，由此导致驱动布置的性能下降。因此，本领域中需要改进在离心分离器倾斜期间的驱动布置。
技术实现思路
1、本发明的目的是至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。特别地，本发明的目的是提供一种用于清洁曲轴箱气体的甚至在分离器倾斜时也有效地运行的离心分离器。
2、作为本发明的第一方面，提供有用于清洁含有污染物的气体的离心分离器；分离器包括
3、固定壳体，其包围允许气体流通过的分离空间，
4、气体入口，其延伸穿过固定壳体并允许供应待清洁的气体，
5、旋转部件，其包括布置在分离空间中并且布置成围绕旋转轴线(x)旋转的多个分离部件，
6、气体出口，其布置在固定壳体中并且构造成允许排放清洁了的气体并且包括穿过固定壳体的壁的出口开口，
7、排出出口(drainage outlet)，其布置在固定壳体中并且构造成允许排放从待清洁的气体分离的液体污染物；
8、涡轮壳体，在其中布置有驱动地连接至旋转部件的涡轮叶轮(turbine wheel)；
9、喷嘴，其布置成用于将加压液体的射流朝向涡轮叶轮导引，由此使涡轮叶轮旋转，
10、其中，涡轮壳体还包括用于排出用于使涡轮叶轮旋转的液体的涡轮出口，并且
11、其中，涡轮壳体具有这样的几何结构，使得用于使涡轮叶轮旋转的液体以高于单独从重力获得的能量的剩余动能离开涡轮出口。
12、如本文中所使用的那样，术语“轴向”表示平行于旋转轴线(x)的方向。因此，相对术语诸如“上方”、“上部”、“顶部”、“下方”、“下部”和“底部”涉及沿着旋转轴线(x)的相对位置。对应地，术语“径向”表示从旋转轴线(x)径向地延伸的方向。因此，“径向在内位置”是指与“径向在外位置”相比更靠近旋转轴线(x)的位置。
13、轴向平面是指具有垂直于旋转轴线(x)延伸的法线的平面。径向平面是指具有平行于旋转轴线(x)延伸的法线的平面。
14、本发明的第一方面基于以下理解，即如果涡轮壳体(其因此用作驱动腔室)设计成使得液体以高速度离开该腔室，那么其甚至在整个分离器倾斜时有助于排出涡轮壳体。因此，根据本发明，用于驱动涡轮叶轮的液体的剩余动能用于排出壳体。在离心分离器倾斜期间，用于驱动涡轮的液体(诸如油)的池可形成在涡轮壳体内。如果池的液位到达涡轮叶轮，严重降低涡轮的速度。根据涡轮壳体的本设计，足够的液体可保持其高动能以喷射出涡轮壳体，并且还有助于将其中的任何“较慢的”液体排出涡轮壳体。
15、特征“涡轮壳体具有这样的几何结构，使得用于使涡轮叶轮旋转的液体以高于单独从重力获得的能量的剩余动能离开涡轮出口”因此可指涡轮壳体具有这样的几何结构，使得用于驱动涡轮叶轮的液体保留足够的动能以从由重力形成的任何液体池排出涡轮壳体。
16、排出的液体因此可喷射出涡轮壳体。此外，再利用液体的该动能提供用于小的涡轮壳体。
17、气体中的污染物可包括液体污染物诸如油和烟灰。
18、因此，离心分离器可用于从气体中分离液体污染物诸如油。气体可为燃烧发动机的曲轴箱气体。然而，离心分离器也可适用于清洁来自其它源的气体，例如机床的环境，其经常包含大量以油滴或油雾的形式的液体污染物。
19、离心分离器的固定壳体可包括包围分离空间的环绕的侧壁以及第一和第二端壁。固定壳体可具有带有圆形横截面的柱形，该横截面具有从旋转轴线(x)至环绕的侧壁的半径r。该半径r可至少相对于环绕的侧壁的周围的主要部分是恒定的。因此，第一和第二端壁可形成柱形壳体的上部端壁和下部端壁。固定壳体也可呈略微锥形。
20、离心分离器的气体入口可布置成穿过第一端壁或穿过靠近第一端壁的环绕的侧壁，因此在分离器的顶部处，使得通过气体入口进入的气体被导引至分离空间。气体入口的下游部分可围绕旋转轴线(x)居中。气体入口还可包括呈入口导管形式的上游部分。该导管可从离心分离器径向或轴向地延伸。
21、排出出口通常布置在固定壳体的下部部分中，诸如布置在第二端壁中。因此，排出出口可居中地布置在与入口所穿过或所布置在的端壁相对的端壁中。离心分离器的排出出口还可由固定壳体的若干斑点形通孔或由单个排出通路形成。排出出口可布置在旋转轴线处或围绕旋转轴线居中。排出出口也可在固定壳体的内端壁处的环形收集槽中。
22、气体出口可为穿过固定壳体的壁的气体导管的形式，诸如在固定壳体的环绕的侧壁的下部部分中。然而，气体出口也可布置在固定壳体的上部部分。
23、旋转部件布置成借助于涡轮叶轮在操作期间旋转。旋转部件包括布置在分离空间中的多个分离部件。旋转部件的分离部件是促进污染物从气体分离的表面增大插入件的示例。
24、在第一方面的实施例中，多个分离部件是分离盘的堆叠。
25、堆叠的分离盘可为截头锥形的。截头锥形盘可具有在垂直于旋转轴线的平面中延伸的平面部分，以及可向上或向下延伸的截头锥形部分。平面部分可比截头锥形部分更靠近旋转轴线。此外，堆叠的盘可为径向盘，在其中基本上整个盘在垂直于旋转轴线的平面中延伸。
26、还可理解的是分离部件诸如分离盘不一定必须布置成堆叠。分离空间例如可包括围绕旋转轴线延伸的轴向盘或板。轴向盘或板可为平面的，即在平行于旋转轴线的平面中延伸。轴向盘或板也可具有略微或显著弯曲的形状，诸如弓形或螺旋形，如在径向平面中所见。
27、旋转部件通过至少一个轴承(诸如通过至少两个轴承)轴颈固定在固定壳体内。轴承中的每个可被保持在单独的轴承支架中。
28、在运转期间，待清洁的气体可被居中地导引通过多个分离部件，诸如居中地通过分离盘的堆叠。在这样的设置中，旋转部件还可限定由在分离部件中的每个中的至少一个通孔形成的中心空间。该中心空间连接到气体入口并且构造成将待清洁的气体从气体入口输送至分离部件之间的间隙，诸如在分离盘的堆叠的盘之间的间隙之间。可用作分离部件的分离盘可包括垂直于旋转轴线的居中的、基本上平坦的部分。该部分可包括形成中心空间的部分的通孔。
29、因此，离心分离器可构造成将待清洁的气体(诸如曲轴箱气体)从气体入口引导至旋转部件的中心部分中。以该方式，曲轴箱气体可通过旋转部件的旋转被从旋转部件的中心部分“泵送”到分离盘的堆叠中的分离盘之间的间隙中。因此，离心分离器可根据顺流原理工作，在其中气体在盘堆叠中从径向在内部分流至径向在外部分，这与根据逆流原理运行的分离器相反，在其中气体在转子的周缘处被导引到离心转子中并被引导朝向转子的中心部分。
30、涡轮叶轮布置在固定的涡轮壳体中并且可通过来自燃烧发动机的润滑油系统或包括回吹盘(blow-back disk)的自由射流轮的油射流旋转。涡轮叶轮可包括加压液体被导引到其上的多个叶片。涡轮叶轮可形成冲击涡轮，诸如pelton涡轮。涡轮叶轮还可具有与旋转部件的旋转轴线(x)相同的旋转轴线。
31、布置成用于将加压液体射流朝向涡轮叶轮导引的喷嘴可布置在涡轮壳体中或作为固定壳体的一部分。加压液体例如可以是油。
32、涡轮壳体因此是固定的并且可布置在固定壳体下方。此外，固定壳体的排出出口可布置成使得分离的污染物(诸如油)被排出至涡轮壳体。以该方式，从气体分离的污染物可与用于驱动涡轮叶轮的液体(例如油)一起排放。
33、在第一方面的实施例中，涡轮壳体具有这样的几何结构，使得当液体以高于1巴(诸如在1巴-6巴之间、诸如在2巴-5巴之间)的压力从喷嘴喷射时，用于使涡轮叶轮旋转的该液体以高于单独从重力获得的能量的剩余动能离开涡轮出口。
34、因此，利用以高于1巴(诸如在1巴-6巴之间、诸如在2巴-5巴之间)的压力离开喷嘴的液体使涡轮旋转可意味着在清洁来自车辆的发动机的曲轴箱气体期间离心分离器和涡轮叶轮的正常操作条件。来自喷嘴的液体的这样的压力可导致6000rpm-12000rpm的旋转部件的旋转速度。
35、在第一方面的实施例中，涡轮壳体包括倾斜的内表面，其布置成以便被用于使涡轮叶轮旋转的液体撞击。因此，“倾斜的”可意味着其如在轴向平面中所见是倾斜的。已冲击涡轮叶轮的液体通常飞溅到环绕的内表面上，并且一个或若干个这样的环绕的内表面可以是倾斜的内表面。倾斜的内表面因此有助于留存液体的动能。
36、作为示例，倾斜的内表面至少具有处于与涡轮叶轮的轴向延伸部重叠的轴向位置处的一部分。因此，倾斜的内表面可基本上布置在与涡轮叶轮相同的轴向水平处，即，布置在涡轮叶轮的叶片的轴向延伸部内。
37、作为另外的示例，如在轴向平面中所见，倾斜的内表面轴向向外和向下延伸。因此，倾斜的内表面的径向在外部分可处于比径向在内部分更低的轴向水平。
38、在第一方面的实施例中，涡轮壳体包括在涡轮壳体的外周缘处的内沟槽用于将用于使涡轮叶轮旋转的液体朝向涡轮出口导引。这样的内沟槽还可有助于留存撞击涡轮壳体的内壁的液体的动能。内沟槽可设计成将液体朝向涡轮出口引导。
39、作为示例，内沟槽可朝向涡轮出口轴向向下成螺旋。因此，这样的设计可有助于将液体朝向出口引导。
40、作为示例，涡轮壳体可包括如上文所讨论的倾斜的内表面以及内沟槽两者，并且该沟槽可在从涡轮叶轮朝向涡轮出口的液体的路径中布置在倾斜的内表面下游。因此，内沟槽可轴向地布置在倾斜的内表面下方。
41、在第一方面的实施例中，涡轮壳体至少在涡轮叶轮的主要部分下方具有升高的底部表面，使得底部表面与涡轮叶轮之间的距离z1小于5mm，诸如小于3mm。
42、升高的底部表面可通过增加液体留在转子壳体的周缘处的可能性而有助于留存用于使涡轮叶轮旋转的液体的动能。作为示例，转子壳体可包括如上文所讨论的内沟槽以及升高的底部表面两者，并且升高的底部表面可形成内沟槽的径向内侧壁。因此，内沟槽可轴向地布置在升高的底部表面的最上部下方。
43、在第一方面的实施例中，涡轮壳体的内径是d1并且涡轮叶轮的直径是d2，并且其中，d1与d2之间的关系为0.3d1>d2<0.7d1。因此，涡轮叶轮的直径d2可以是涡轮壳体的内径d1的约30％-70％。作为示例，d2可以是约0.5d1。
44、这样的关系通常意味着涡轮壳体的相当小的内容积。涡轮壳体的较小的内容积可有助于留存用于使涡轮叶轮旋转的液体的动能。
45、在第一方面的实施例中，如在径向平面中所见，涡轮壳体的内区域的中心c1从涡轮叶轮的中心c2偏移。
46、这意味着涡轮叶轮在涡轮壳体中不居中，而是径向地朝向一侧移位。这可以是有利的，因为其为用于驱动涡轮叶轮的液体在离开涡轮壳体时提供了螺旋形路线。这又可导致涡轮壳体中液体的较少飞溅，由此有利于液体以高速度/动能离开涡轮壳体。
47、因此，涡轮叶轮的中心可形成旋转轴线(x)，并且涡轮壳体可具有不与旋转轴线(x)对齐的中心。
48、在第一方面的实施例中，涡轮出口布置成用于在径向上排出液体。
49、布置成用于导引加压液体的射流的喷嘴还可在径向上布置成使得加压液体在径向上喷射。
50、然而，在备选实施例中，涡轮出口可布置成用于轴向向下排出液体。
51、在第一方面的实施例中，喷嘴和涡轮出口布置成使得加压液体经由喷嘴在第一方向(din)上进入涡轮壳体的内容积并且经由液体出口在第二方向(dout)上离开涡轮壳体的内容积，并且其中，如在径向平面中所见，第一方向与第二方向之间的角度为至少90度。
52、离开涡轮叶轮的液体可非常分散。对于液体碰壁有一定长度，即，如果第一方向与第二方向之间的角度为至少90度，如在径向平面中所见，可提供用于聚集和收集在经由涡轮出口离开涡轮壳体之前所有靠内壁分散的液体。第一方向和第二方向可在相同平面中。因此，转子壳体可设计成使得用于驱动涡轮叶轮的液体从喷嘴到出口进行至少90度转向。作为示例，如在径向平面中所见，第一方向与第二方向之间的角度可为至少120度、例如至少150度。
53、作为本发明的第二方面，提供有一种用于清洁含有污染物的气体的方法，该方法包括
54、-在旋转部件旋转期间将含有污染物的气体引导到根据第一方面的离心分离器，
55、-从气体出口排放清洁了的气体，以及
56、-从排出出口排放污染物
57、气体中的污染物可包括液体污染物诸如油和烟灰。
58、该方面大体可展示与之前的方面相同或对应的优点。第二方面的效果和特征很大程度上类似于以上结合第一方面所描述的那些。关于第一方面所提及的实施例在很大程度上与第二方面兼容。
1.一种用于清洁含有污染物的气体的离心分离器(1)；所述分离器包括
2.根据权利要求1所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮壳体(30)具有这样的几何结构，使得当液体以1巴-6巴之间的压力从所述喷嘴喷射时，用于使所述涡轮叶轮(22)旋转的所述液体以高于单独从重力获得的能量的剩余动能离开所述涡轮出口。
3.根据权利要求1或2所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮壳体(30)包括倾斜的内表面(31)，所述倾斜的内表面布置成从而被用于使所述涡轮叶轮(22)旋转的液体撞击。
4.根据权利要求3所述的离心分离器(1)，其中，所述倾斜的内表面(31)具有处于与所述涡轮叶轮(22)的轴向延伸部重叠的轴向位置处的至少一部分。
5.根据权利要求3或4所述的离心分离器(1)，其中，如在轴向平面中所见，所述倾斜的内表面(31)轴向向外和向下延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮壳体(30)包括在所述涡轮壳体(33)的外周缘处的内沟槽(33)，用于将用于使所述涡轮叶轮(22)旋转的所述液体朝向所述涡轮出口(25)导引。
7.根据权利要求6所述的离心分离器(1)，其中，所述内沟槽(33)朝向所述涡轮出口(25)轴向向下成螺旋。
8.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮壳体(30)在所述涡轮叶轮(22)的至少主要部分下方具有升高的底部表面(35)，使得在所述底部表面(35)与所述涡轮叶轮(22)之间的距离z1小于3mm。
9.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮壳体的内径是d1并且所述涡轮叶轮的直径是d2，并且其中，d1与d2之间的关系是0.3d1>d2<0.7d1。d2＝
10.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，如在径向平面中所见，所述涡轮壳体(30)的内区域的中心c1从所述涡轮叶轮(22)的中心c2偏移。
11.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮出口(25)布置用于将所述液体在径向上排出。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述涡轮出口(25)布置用于将所述液体轴向向下排出。
13.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述喷嘴(24)和所述涡轮出口(25)布置成使得加压液体经由所述喷嘴(24)在第一方向(din)上进入所述涡轮壳体(30)的内容积并且经由所述液体出口(25)在第二方向(dout)上离开所述涡轮壳体(30)的内容积，并且其中，如在径向平面中所见，在所述第一方向(din)与所述第二方向(dout)之间的角度(α)为至少90度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器(1)，其中，所述多个分离部件(9)是分离盘的堆叠。
15.一种用于清洁含有污染物的气体的方法，所述方法包括
