[发明专利]全封闭螺旋通道及尾部微通道的油气分离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空气压缩机及制冷压缩机排气中的气液分离设备，具有体积小、气动阻力低、而分离效果高的特点，在空气与润滑油雾的分离试验中对油雾的分离回收效果高达99.9％，属于空压机及制冷机配件技术。

背景技术

在目前空气压缩机及制冷压缩机的高压排气出口上都配装有油气分离器，将高压气中的油雾尽可能地分离回收，送回到压缩机以重复使用，同时避免高压气中带油对后续部件工作的影响(如制冷剂中大量带油会影响冷凝器及蒸发器的传热效果，又如压缩空气中大量带油，会造成润滑油的损失及对使用风动工具工作环境的污染)。

目前工业上采用的油气分离器可分为两大类型，第一类是使带油雾的气流通过细密的丝网填料，使气中的油滴粘附于填料上而达到分离效果。但这类分离方式气的速度必须采取低速，否则阻力损失太大，分离效果也差，从而整体分离设备体积及重量都相当巨大，甚至大到可以成为整套机组的圆筒形底座，为机组中最大最重的部件。(其结构示图意见附图1)。

第二类是使气流以一定的流速在圆环形通道内运行，由于汽、液二者的密度相差数十或上百倍，密度大的油必被离心力甩向外侧粘附于壁上而被分离，油在重力作用下流向油气分离器底部，而气则从中心管道向上被送出。(其结构示意图见附图2)。

这两类油气分离器虽都能正常工作，但对于气流中的亚微米的极细微粒却无法分离，对于填料式油气分离器，因为填料的孔洞虽小，但无法做到小于微米级，如果即使做出了孔洞为亚微米级的填料，则流动阻力必更大，当油滴被粘附后，由于油的表面张力的作用立即形成油膜而通气的孔洞被堵塞失效。

而对于离心式油气分离器，为产生离心力气流必须有一定速度(大致为4-8米/秒)当气流进入如附图2中的环形通道后，其下端是自由的，气流的通道截面实际上是被放大了，速度必然快速下降，离心力亦必然下降影响其分离效果，而更重要的是压缩机有一定的容积排气量，其气道尺寸不可能做得很小，一般都在几十毫米或上百毫米之上，故而在进入离心分离的环形通道之后其流体力学的流态都是旺盛的湍流状态(又称紊流状态)。

对于空气压缩机而言其Re数(雷诺数大都在30000以上，而对于氟利昂而言其Re数甚至可达200000-300000以上。Re数是流体力学中对管道中流动状态的无量纲判据，其计算式为Re＝wd/v，式中w是流体流速米/秒，d是管道内径米，而v是流体的一种物性系数，动粘度，其单位是米²/秒。Re数小于2000-3000时液体的流动是层流状态，即流体平行沿管轴方向分层流动，而Re数大于20000是旺盛的湍流，此种运动状态下流体的各质点除了有沿管道方向的运动速度之外，还有大量无一定方向及无一定数值的分子团的涡流运动)。

在旺盛湍流条件下大的油滴尚可以由于离心力的作用被分离出来，而亚微米级的细微油粒被湍流中无规则运动分子团涡流所卷带作无一定方向和无一定规律的运动，也就是说离心力对于亚微米级的细油滴已失去其分离作用。

故而无论前述的何种分离方式或二者联合使用，都只能使分离回收的效果在95％-98％之间。

发明内容

本发明的目的即针对目前离心式油气分离器的缺点进行了两项根本性的改革，气流进入离心环形通道后，其流通截面是被完全限制于类似盘形蚊香的环形通道内，环形通道系由一矩形长板卷制而成，(可以类似设想为家用盘形蚊香的实体是由一块有一定高度的长矩形板卷成。而蚊香圈中的空挡部就是由外向内螺旋流动的气流通道)。这块由长矩形薄板卷成的筒体上下两端被上端板和下端板分别封死，就形成了若干圈而通道截面完全相同的同轴旋转的矩形通道(其示意结构见附图3)。

由于截面尺寸完全相同所以在运动中气流速度始终不变，而愈前行其环形半径愈小，所产生的向心加速度计算式为w²/r(w为流体速度米/秒，r为环形通道的曲率半径米)，所以愈到中心离心力愈大更有利于分离稍小一些的油滴。

上端板完全封闭，只在中心留有一个足够大的开孔以引出气体。下端板沿气流方向开有一定量的小孔，从通道壁上分离出的油在重力作用下通过这些小孔流入下面的储油槽。

试验及理论都说明仅有上述结构仍无法分离出极细的亚微米级的油滴，但已可保证分离回收率在98％左右。

为解决亚微米级油滴的分离，必须在保证离心力大小不变的条件下极力减少流道中的无规律涡流运动，而使之进入层疏状态，只有此时离心力才能对亚微米级的油滴起作用使之贴附到管壁上而被分离。