SE516944C2 - Oljeavskiljare för små partiklar - Google Patents

Description

25 516 944 2 Vid evakueringen av blow-by gasema har det hittills varit ofrånkomligt att en viss mängd oljedimma följer med ut. Mängden olja som följer med gasen beror på pla- ceringen av ventilationsutloppet och eventuella befintliga filter eller oljefallor i vev- husventilationen. Oavsett om motorn har öppen eller sluten vevhusventilation är det ett önskemål att hålla mängden olja i den evakuerade blow-by gasen så liten som möjligt. I det första fallet för att miljöpåverkan ska bli så liten som möjligt och för att hålla motoms oljeförbrukning på en låg nivå. I det andra fallet för att hindra ol- jebeläggning eller -ansamling på resp. i komponenter i motorns insugningssystem, t ex oljebeläggning på skovelbladen i en turboladdad motors kompressor resp. an- samling av olja i laddluftkylaren i motorer med laddluftkylning.

Ett flertal olika anordningar för att avskilja olja ur blow-by gaserna från förbrän- ningsmotorer är kända. Bland dessa kan nämnas olika typer av baffel- och skännsy- stem, metalltråds- eller textilfiberfllter samt cykloner och centrifuger. Med hjälp av baffel-och skärmsystem har man hittills kunnat avskilja oljedroppar ned till en dia- meter på ca IOum, med metalltrådsfilter och cykloner ned till ca 1,5 um och med flerskikts textilflberfilter, tex fliesñlter ned till ca 0,4 um. Baffel- och skärmsyste- men har i princip obegränsad livslängd och ger inga tryckförluster men åstadkom- mer inte tillräckligt effektiv oljeavskiljning, eftersom ca 80% av oljemassan hos ol- jedimman i blow-by gaserna består av oljedroppar med en diameter, som är mindre än 1,5 um. Följaktligen räcker inte heller hittills kända metalltrådsfllter och cyklo- ner, som trots allt har acceptabel livlängd och ger begränsade tryckförluster, för att uppnå en effektiv oljeavskiljning. Då återstår flerskikts fliesfilter, men dessa har be- gränsad livslängd och måste därför bytas ofta, vilket leder till höga kostnader. De ger dessutom stora tryckförluster.

Genom EP-Al-0286l6O är en separator avi inledningen angivet slag tidigare känd, vilken utnyttjas för att avskilja partiklar ur strömmande gas. Som exempel anges sotavskiljning ur förbränningsgasen från koleldade kraftverk. 10 15 20 25 30 516 944 3 Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning avi inledning- en angivet slag, dvs en avskiljare av centrifugtyp, som är särskilt avsedd for avskilj- ning av oljedimdroppar ur blow-by gaser från förbränningsmotorer och som kan av- skilja vätskedroppar mindre än 1 um utan att vara behäftad med nackdelarna hos ex- empelvis ett flerskikts fliesfilter.

Detta uppnås enligt uppflnningen genom att den första behållarens inlopp är förbun- det med en ventilationsledning från ett vevhus hos en förbrämiingsmotor och dess första utlopp med en insugningsluftledning till motorn Uppfmningen bygger på det i inledningen angivna tidigare kända utförandet, men kraftigt förminskat och anpassat till avskiljning av oljedimma ur blow-by gaser i förbränningsmotorer.

Utförda försök har härvid visat med lämpligt val av ovannämnda parametrar kunde mer än 90% av all oljedimma i gaserna avskiljas. Gashastigheten, sträckan, som ol- jedropparna måste förflytta sig radiellt utåt för att träffa kanalväggen, och accelera- tionen radiellt bestämmer härvid erfoderlig uppehållstid för droppama i kanalerna.

Denna tid bestämmer i sin tur erforderlig kanallängd. Det har härvid visat sig att di- ametern (hos cirkulära kanaler) inte bör överstiga utan snarare understiga lmm för att avskiljaren skall få rimliga dimensioner och rimligt varvtal.

Uppflnningen beskrives närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en schematisk framställning av en motorinstalla- tion med en anordning enligt uppfmningen, fig. 2 ett schematiskt längdsnitt genom en utföringsforrn av en anordning enligt uppfmningen och fig. 3 ett förstorat delsnitt utefter linjen HI-III i fig. 2.

I fig. 1 betecknar 1 motorblocket till en sexcylindrig fyrtakts dieselmotor och 2 en till motorns vevaxel ansluten växellåda med koppling. Motorn är överladdad av en 10 15 20 25 30 "516 944 4 turbokompressor 3, som har en turbin 4 ansluten till motorns avgasgrenrör 5 och en kompressor 6 ansluten till dess insugningsgrenrör 7 via en laddluftkylare 8. Kom- pressoms 6 sugsida är via en insugningsledning 9 ansluten till ett luftfilter 10.

I motorns 1 vevhus är en i och för sig känd och endast scematiskt antydd skärmav- skiljare 11 och baffelavskiljare 12 anordnad. En ledning 13 med en tryckreglerings- ventil 14 och tryckavkännare 15 förbinder motorns vevhus med insugningsledningen 9 via en oljedimavskiljare 16 enligt uppfmningen, vilken visas närmare i fig. 2.

Avskiljaren 16 innefattar en inre behållare 17, som är bildad av en cylindrisk mantel 18 och två gavelstycken 19 och 20, som uppvisar varsin central öppning, i vilka en röraxel 21 resp. 22 är fixerad. Röraxelns 21 kanal 23 bildar ett inlopp för förbrän- ningsgaser och oljedimma, medan röraxelns 22 kanal 24 bildar ett utlopp för avga- ser. Periferiellt fördelade öppningar 25 i manteln 18 bildar utlopp for avskild olja.

Röraxlarna 21, 22 är lagrade i lager 26, 27 hos en stationär yttre behållare 28, som har en nedre del 29, vilken bildar ett turbinhus. Den nedre röraxeln 21 sträcker sig genom turbinhuset 29 och uppbär ett turbinhjul 30. Huset 29 har ett inlopp 31 och ett utlopp 32 för olja från motoms smörjoljesysstem. När motom är igång och smörjolja pumpas genom huset 29 driver turbinhjulet 30 axeln 21, så att den inre behållaren 17 roterar i den yttre behållaren 28.

Mot insidan av den inre behållarens 17 mantel 18 är ett cylindriskt paket 33 bestå- ende av flera lager av axiella kanaler 34 fixerat. Man kan även tänka sig att integrera den cylindriska manteln 18 i kanalpaketet 34. Kanalema 34 är öppna i sina ändar och kommunicerar med radiella passager 35, 36 vilka är avgränsade mellan respek- tive gavelstycke 19, 20, ett par koniska väggelement 37,38 och mellanliggande radi- ellt riktade, periferiellt jämnt fördelade mellanväggar 39. En förstorad del av ett ka- nalpaket 33 med tio lager visas i tvärsnitt i fig. 3. Kanalema 34 är här kraftigt försto- rade. I praktiska försök med ett innerbehållarutförande med en kanallängd av ca 200 mm, en innerbehållarradie av ca 100 mm och ett varvtal på ca 3000 rpm visade det sig att kanalemas radiella dimension ”r” skulle ligga strax under 1 mm för att de 10 15 516 944 5 minsta oljedropparna skulle hinna träffa kanalväggama innan gaserna hade ström- mat igenom kanalerna och ut i utloppspassagerna 36.

Hos det i fig. 3 visade utföringsexemplet är kanalerna 34 i kanalpaketet 33 bildade av omväxlande släta och veckade plåtcylindrar 40 resp. 41, dvs motsvarande upp- byggnaden av Wellpapp. Kanalpaketet kan även vara en massiv kropp, tex en kera- mikkropp, med borrade eller gjutna cylindriska kanaler. Kanalpaketets utbredning i radiell led uppgår företrädesvis till ca 20% av den första behållarens radie. Vid stör- re utbredning riskerar de radiellt inre kanalerna att hamna så nära rotationsaxeln, att centrifugalkraften på de minsta droppama blir för låg för att de skall hinna accelere- ra ut till kanalväggen.

Oljan, som transporteras av förbränningsgaserna genom kanalerna 34 och under in- verkan av centrifugalkraften vid den inre behållarens rotation träffar kanalväggarna, kastas ut genom öppningama 25, såsom antyds med de heldragna pilarna, och rin- ner ned i mellanrummet mellan behållarna till ett utlopp 42. Därifrån leds oljan till- baka till motorns vevhus. De från oljedimman befriade förbränningsgaserna ut- strömmar genom den övre röraxeln 22, såsom antyds med den streckade pilen.

Claims (8)

10 15 20 25 30 516 944 6 Patentkrav

1. Anordning för att avskílja små vätskedroppar ur en strömmande gas innehållande vätskedimma, innefattande en av en cylindrisk mantel (18) och två motstående gav- lar ( 19,20) bildad första behållare (17) med ett inlopp (23) i sin ena gavel för gasen/dimman, ett första utlopp (24) i sin andra gavel för gasen samt ett andra ut- lopp (25) i eller i närheten av den andra gaveln för ur gasen avskild vätska, en andra behållare (28) med organ (26,27) för att roterbart lagra den första behållaren i den andra behållaren rotationssymmelriskt i förhållande till nämnda inlopp och första utlopp samt drivorgan (30) för rotation av den första behållaren i den andra behålla- ren, varvid inloppet (23) och utloppen (24,25) kommunicerar med varandra via i flera lager periferiellt fördelade, i rotationsaxehiktningen förlöpande och på radiellt avstånd från rotationsaxeln belägna smala kanaler (34), vars radiella dimension (r) är så avpassad till deras längd, radiella avstånd till rotationsaxeln, gasens ström- ningshastighet samt rotationshastigheten, att åtminstone merparten av vätskedrop- parna i dimman hinner avsättas på kanalernas väggar innan de når utloppet, känne- tecknad av att den första behållarens (17) inlopp (23) är förbundet med en ventila- tionsledning från ett vevhus hos en förbränningsmotor (1) och dess första utlopp (24) med en insugningsluftledning till motorn.

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att inloppet (23) har en koncentriskt med den första behållarens rotationsaxel placerad inloppsöppning, som mynnar i ett flertal radiella inloppspassager (35), vilka leder ut till inlopp hos kanalerna (34), och att kanalerna har utlopp, som mynnar dels i ett flertal radiella utloppspassager (36), genom vilka gasen kan strömma in till det första utloppet (24), som har en koncent- riskt med nämnda rotationsaxel placerad utloppsöppning, och dels i det andra utlop- pet (25), som har ett flertal utloppsöppningar, genom vilka under inverkan av centri- fugallqaften på kanalernas väggar avsatt vätska kan strömma radiellt utåt till ett ut- rymme mellan den första och den andra behållaren. 10 15 20 516 944 7

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att behållama (17,28) är orienterade med rotationsaxeln vertikalt, så att avskiljd vätska under tyngdkraftens inverkan kan kan strömma till inloppsänden och ut genom ett vätskeutlopp (42) från den andra behållaren (28).

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, kännetecknad av att gavlama har två på axiellt avstånd från varandra placerade väggar (19,37 resp 20,38), som tillsammans med mellanliggande radiellt riktade väggpartier (39) avgränsar nämnda passager (35,36).

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att drivorganen är bilda- de av en vätskettlrbin (30).

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att att gavlama (19,20) är förbundna med roterbart lagrade ihåliga axlar (21,22), vars inre bildar inloppset resp det första utloppet (23 resp 24) och att ett turbinhjul (30) är fixerat på den ena axeln.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att kanallagrens utbred- ning i radiell led uppgår till ca 20% av den första behållarens (17) radie.

8. Anordning enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att den första behålla- . rens (17) radie är ca 100 mm och dess längd ca 200 mm, att behållaren är avsedd att drivas med ett varvtal av ca 3000 rpm, att kanalemas (34) radiella dimension (r) är mindre än 1 mm och att det yttersta kanallagret är beläget på maximalt radiellt av- . stånd från rotationsaxeln.