專利名稱：全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于空氣壓縮機及制冷壓縮機排氣中的氣液分離設備，具有體積小、氣動阻力低、而分離效果高的特點，在空氣與潤滑油霧的分離試驗中對油霧的分離回收效果高達99.9%，屬于空壓機及制冷機配件技術。
背景技術：
在目前空氣壓縮機及制冷壓縮機的高壓排氣出口上都配裝有油氣分離器，將高壓氣中的油霧盡可能地分離回收，送回到壓縮機以重復使用，同時避免高壓氣中帶油對后續(xù)部件工作的影響(如制冷劑中大量帶油會影響冷凝器及蒸發(fā)器的傳熱效果，又如壓縮空氣中大量帶油，會造成潤滑油的損失及對使用風動工具工作環(huán)境的污染)。目前工業(yè)上采用的油氣分離器可分為兩大類型，第一類是使帶油霧的氣流通過細密的絲網(wǎng)填料，使氣中的油滴粘附于填料上而達到分離效果。但這類分離方式氣的速度必須采取低速，否則阻力損失太大，分離效果也差，從而整體分離設備體積及重量都相當巨大，甚至大到可以成為整套機組的圓筒形底座，為機組中最大最重的部件。(其結構示圖意見附圖1)。第二類是使氣流以一定的流速在圓環(huán)形通道內運行，由于汽、液二者的密度相差數(shù)十或上百倍，密度大的油必被離心力甩向外側粘附于壁上而被分離，油在重力作用下流向油氣分離器底部，而氣則從中心管道向上被送出。(其結構示意圖見附圖2)。這兩類油氣分離器雖都能正常工作，但對于氣流中的亞微米的極細微粒卻無法分離，對于填料式油氣分離器，因為填料的孔洞雖小，但無法做到小于微米級，如果即使做出了孔洞為亞微米級的填料，則流動阻力必更大，當油滴被粘附后，由于油的表面張力的作用立即形成油膜而通氣的孔洞被堵塞失效。而對于離心式油氣分離器，為產生離心力氣流必須有一定速度(大致為4-8米/秒)當氣流進入如附圖2中的環(huán)形通道后，其下端是自由的，氣流的通道截面實際上是被放大了，速度必然快速下降，離心力亦必然下降影響其分離效果，而更重要的是壓縮機有一定的容積排氣量，其氣道尺寸不可能做得很小，一般都在幾十毫米或上百毫米之上，故而在進入離心分離的環(huán)形通道之后其流體力學的流態(tài)都是旺盛的湍流狀態(tài)(又稱紊流狀態(tài))。對于空氣壓縮機而言其Re數(shù)(雷諾數(shù)大都在30000以上，而對于氟利昂而言其Re數(shù)甚至可達200000-300000以上。Re數(shù)是流體力學中對管道中流動狀態(tài)的無量綱判據(jù)，其計算式為Re = wd/v,式中w是流體流速米/秒，d是管道內徑米,而V是流體的一種物性系數(shù)，動粘度，其單位是米2/秒。Re數(shù)小于2000-3000時液體的流動是層流狀態(tài)，即流體平行沿管軸方向分層流動，而Re數(shù)大于20000是旺盛的湍流，此種運動狀態(tài)下流體的各質點除了有沿管道方向的運動速度之外，還有大量無一定方向及無一定數(shù)值的分子團的渦流運動)。在旺盛湍流條件下大的油滴尚可以由于離心力的作用被分離出來，而亞微米級的細微油粒被湍流中無規(guī)則運動分子團渦流所卷帶作無一定方向和無一定規(guī)律的運動，也就是說離心力對于亞微米級的細油滴已失去其分離作用。故而無論前述的何種分離方式或二者聯(lián)合使用，都只能使分離回收的效果在95% -98%之間。
發(fā)明內容本實用新型的目的即針對目前離心式油氣分離器的缺點進行了兩項根本性的改革，氣流進入離心環(huán)形通道后，其流通截面是被完全限制于類似盤形蚊香的環(huán)形通道內，環(huán)形通道系由一矩形長板卷制而成，(可以類似設想為家用盤形蚊香的實體是由一塊有一定高度的長矩形板卷成。而蚊香圈中的空擋部就是由外向內螺旋流動的氣流通道)。這塊由長矩形薄板卷成的筒體上下兩端被上端板和下端板分別封死，就形成了若干圈而通道截面完全相同的同軸旋轉的矩形通道(其示意結構見附圖3)。由于截面尺寸完全相同所以在運動中氣流速度始終不變，而愈前行其環(huán)形半徑愈小，所產生的向心加速度計算式為w2/r (w為流體速度米/秒，r為環(huán)形通道的曲率半徑米)，所以愈到中心離心力愈大更有利于分離稍小一些的油滴。上端板完全封閉，只在中心留有一個足夠大的開孔以引出氣體。下端板沿氣流方向開有一定量的小孔，從通道壁上分離出的油在重力作用下通過這些小孔流入下面的儲油槽。試驗及理論都說明僅有上述結構仍無法分離出極細的亞微米級的油滴，但已可保證分離回收率在98 %左右。為解決亞微米級油滴的分離，必須在保證離心力大小不變的條件下極力減少流道中的無規(guī)律渦流運動，而使之進入層疏狀態(tài)，只有此時離心力才能對亞微米級的油滴起作用使之貼附到管壁上而被分離。要使離心力基本不變或甚至稍有增加，故通道的總大小不能有太大變化，只有從通道的尺度上做文章，在環(huán)形通道的最后120度至360 (相當于1/3圈至一整圈)將一個整體的通道設法用薄壁材料分割為大量同軸平行的小當量直徑環(huán)形通道，此種通道的當量直徑尺寸為0.5-15毫米。由此一來，在計算Re數(shù)中的通道直徑因素d下降至為原來的1/100，其流動狀態(tài)在速度基本不變或稍有增加(分割通道的材料會占去總通道的部份截面積)，在形成的微通道中肯定處于層流狀態(tài)，只有在這種流態(tài)下離心力才能對亞微米級的油滴起分離作用。此種油氣分離器的結構示意圖參見附圖3中的3。試驗證明在油霧與空氣的分離中，同一臺全封閉螺旋通道油氣分離器在尾部不分割為微通道時其分離效果只能達到98%左右，而同臺設備在尾部120度加裝1.5毫米的平行同軸微通道后，在主通道空氣流速從3-10米/秒的全工作范圍內其分離效果皆可達99.9%。從而提高了對油霧的分離回收效果O本實用新型不僅在全工況條件下對油的分離回收高達99.9%，而且其體積、重量及氣動阻力都遠小于目前市上任何一種油氣分離器。成本大為減少，而效率得到提高。本實用新型包括圓柱型殼體、上端板，其特征在于還包括螺旋通道板、下端板，螺旋通道板安裝于圓柱型殼體內，螺旋通道板的上下兩端被上端板和下端板分別封死。螺旋通道板是由長矩形薄板卷成的螺旋筒體狀的氣流通道裝置，所述的氣流通道裝置由若干圈由外向內、而通道截面完全相同的同軸旋轉的螺旋板矩形通道組成。螺旋通道板的最后一圈內的最末端布置有微通道分離裝置，所述的微通道分離裝置是由薄壁材料將原整體的矩形通道分隔而成大量平行的環(huán)行微通道。上端板與螺旋通道板構成的筒體緊密結合、不泄漏，上端板圓心處有一無油氣體流出孔。下端板與螺旋通道板構成的筒體緊密結合、不泄漏，從進口端至微通道的開始，沿途按不同的距離在下端板上設置有大小不等的出油孔。微通道的當量直徑在0.5毫米至15毫米之間。上述全封閉螺旋通道油氣分離器尾部的微通道分離裝置可采用多種設計方案制成，例如:1、用一定長度的塑料類毛細管(最好是聚四氟乙稀管)剪成必須的長度，平行地扎成小捆，平行地插入氣流最尾端的通道中，形成很多塑料管內的小直徑而相互平行的環(huán)形微通道與塑料管間的非圓形微通道。2、定制一種特殊的單面低翅片板，翅片的高度及間距都在Imm左右，兩塊相同的板扣在一起，就形成了很多的微矩形通道。3、用薄的金屬片通過沖壓，使平板具有最后氣流通道的曲率半徑而且其截面都成為一個個60度，高度的小等邊三角形，與一塊平的弧形板相扣，形成了很多的三角形平行微通道。不論采用哪種方案，都是原整體的矩形通道被薄壁材料分隔而成大量平行同軸環(huán)行微通道。

附圖1是填料式油氣分離器結構示意圖；圖中I是臥式圓筒殼體，2是多孔板，3是絲網(wǎng)類填料，4是擋板。附圖2是離心式油氣分離器結構示意圖；圖中5是立式圓柱形殼體，6是中心管，7是油氣切向進口。圖3是本實用新型的徑向切面俯視圖；圖中5是立式圓柱形殼體，8是螺旋通道板，9是微通道分離裝置，10是下端板上的出油孔，11是有若干出油孔的下端板。圖4是本實用新型的軸向切面圖；圖中5是立式圓柱形殼體，8是螺旋通道板，9是微通道分離裝置，10是下端板上的出油孔，11是有若干出油孔的下端板，12是圓心處有大出氣孔口的上端板。
具體實施方式
參見附圖4，本實用新型的全封閉螺旋通道及尾部微通道油氣分離器，包括立式圓柱形殼體5，螺旋通道板8，微通道分離裝置9，下端板上的出油孔10，有若干出油孔的下端板11，圓心處有大出氣孔口的上端板12。附圖4為配合氟利昂22制冷功率IOOkw的全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器的具體實施例，其立式圓柱型殼體5的外殼直徑160mm，筒體高度400mm，矩形氣流通道寬13mm高180mm,通道中氣體流速4m/s,微通道分離裝置9系由內徑1.5mm外徑1.8mm塑料管平行捆扎而成，微通道分離裝置9對圓心包角120度。氣流的總環(huán)行角度為1060度。油氣混合物從筒外上部切向進入，在油氣分離器內作環(huán)行運動，在外兩圈內甩出其98%的大顆粒液滴，而其約2%的亞微米級的細顆粒液滴則在最后120包角內的微通道分離裝置9內被分離出來。
權利要求1.一種全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，包括圓柱型殼體、上端板，其特征在于還包括螺旋通道板、下端板，螺旋通道板安裝于圓柱型殼體內，螺旋通道板的上下兩端被上端板和下端板分別封死。
2.如權利要求1所述的全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，其特征在于所述的螺旋通道板是由長矩形薄板卷成的螺旋筒狀的氣流通道裝置，所述的氣流通道裝置由若干圈由外向內、而通道截面完全相同的同軸旋轉的螺旋板矩形通道組成。
3.如權利要求1所述的全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，其特征在于所述的螺旋通道板的最后一圈內的最末端布置有微通道分離裝置，所述微通道分離裝置是由薄壁材料將原整體的矩形通道分隔而成大量平行的環(huán)行微通道。
4.如權利要求1所述的全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，其特征在于所述的上端板與螺旋通道板構成的筒體緊密結合、不泄漏，上端板圓心處有一無油氣體流出孔。
5.如權利要求1所述的全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，其特征在于所述的下端板與螺旋通道板構成的筒體緊密結合、不泄漏，從進口端至微通道的開始，沿途按不同的距離在下端板上設置有大小不等的出油孔。
6.如權利要求3所述的全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，其特征在于所述微通道分離裝置的微通道的當量直徑在0.5毫米至15毫米之間。
專利摘要一種全封閉螺旋通道及尾部微通道的油氣分離器，包括圓柱型殼體、上端板，其特征在于還包括螺旋通道板、下端板，螺旋通道板安裝于圓柱型殼體內，螺旋通道板的上下兩端被上端板和下端板分別封死，微通道分離裝置可以分離亞微米級的細微油滴，使其在全工況條件下對油的分離回收達到99.9％，且其體積、重量及氣動阻力都遠小于目前市上任何一種油氣分離器，屬于空壓機及制冷機配件技術。
文檔編號F04C29/02GK202991503SQ201320003730
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權日2013年1月6日
發(fā)明者吳昊 申請人:吳昊