专利名称：用于将液滴从气体中分离出来的多级装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将液滴从气体中分离出来的装置，尤其是一种空气除油元件。用于将液滴从气体中分离的分离器比如用于将水和/或油从空气中分离出来。所述分离器尤其用于在压缩机中给空气除油。
背景技术：
与液体接触的气流会富集液滴。液滴会以机械方式比如在气体流经液体时或者在液体上面导引气流时被带走。在螺旋式压缩机中，比如空气与油接触。在此，油用于对压缩机进行密封、冷却和润滑。液滴也会在气流中因冷凝而形成，比如因冷凝在蒸汽流中产生液滴。在制造压缩空气时，会出现大约200℃的温度。比如在使用螺旋式压缩机时输入的油的一部分会因这种温度而蒸发。在随后冷却时油蒸汽冷凝成小液滴及雾。此时，螺旋式压缩机的小油滴具有大约0.01微米到100微米的数量级的直径。
液滴分离器用于将液滴从气体中分离出来。液滴分离器可以将液相与气相分开。液滴分离器可以用于对废气流进行净化。利用液滴分离器可以将一同携带的液滴从过程气流中分离出来。通过分离，可以减少设备部件的腐蚀或侵蚀，或者也可以减少在设备部件上的附着物或沉积物。液滴分离器比如用于给压缩空气除油。
液滴分离器可以是惯性分离器。在惯性分离器中利用液滴的惯性，用于在壁体上分离液滴。惯性分离器特别适合于较大的、大多数直径在大约20微米以上的液滴。液滴分离器的一种简单形式就是一种挡板。使用挡板时，将夹杂着液滴的气流导向一块板，使得该气流改变方向。由于惯性，包含在气流中的液滴会保持其方向，撞击该板并且从那里排出。另一种惯性分离器则利用了离心力。在使用离心分离器时，气流被导向弯曲的轨道上。由于离心力，液滴被以尽可能大的弯曲半径在外面的轨道上导向。由此，液滴就会集中在这个外面的区域中。而后，液滴例如可以在沿着气流的外部区域的壁体上分离出来。液滴可以从该壁体上排出。作为替代方案，也可以仅仅将气体从气流的具有较低液滴浓度的内部区域中取出。作为离心分离器可以比如使用不同类型的旋风分离器。
液滴分离器可以是排流元件。使用排流元件时，将夹杂着液滴的气流导引穿过网状的和/或多细孔的排流结构。比如金属丝编织网或者比如由塑料或玻璃纤维制成的纤维网可以用作排流结构。液滴穿过排流结构的速度比气流慢。液滴因重力而移向该排流结构的在大地测量学上处于下面的区域，聚集起来并且可以排出。
由气流携带的液滴越大，所述惯性分离就越有效。聚结元件用于增大液滴。在聚结元件中，气流被导引穿过网状的和/或多细孔的聚结结构。比如金属丝编织网或者比如由塑料或玻璃纤维制成的纤维网可以用作聚结结构。气流跟随流线。液滴也可以不跟随流线并且附着在所述聚结结构的分界面上。在该聚结结构上形成一层液膜。小液滴聚合成更大的液滴，也就是说它们聚结起来。增大的液滴离开所述聚结结构。聚结元件也可以显示出一种排流效应。在此，所述液滴在该聚结结构上形成液膜，移向在大地测量学上处于下面的区域，并且可以从那里排出。因此，可以构造出一种组合式的聚结及排流元件。离开所述聚结结构的较大的并且由此较重的液滴在气流中落下并且也可以由此从气流中去除。
根据使用领域，本领域的普通技术人员熟悉用于将液体从气体中分离出来的排流及聚结元件以及惯性分离器的不同组合。在给来自压缩机的压缩空气除油方面，已经公开了下述系统。在压力容器中，在上端部上放入圆柱形的导流板。由该导流板形成的圆筒向下朝压力容器内部敞开。压缩空气按切线方向流到该导流板及压力容器壁体之间，由此在压力容器壁体上实现了油的粗分离，被分离出来的油回输到所述压缩机中。压缩空气从下面流进所述空气除油元件中，该空气除油元件处于由所述导流板构成的圆筒内部。该空气除油元件包括一个或多个聚结和/或排流级，比如由硼硅盐玻璃纤维制成的聚结结构以及由聚酯纤维网制成的排流结构。这种由硼硅盐玻璃纤维制成的纤维网以及这种聚酯纤维网分别套到由金属制成的支撑体上。空气除油元件被从外向里通流。小液滴在聚结结构中聚合成更大的液滴，并且部分地在聚结结构中沉降下来。更大的、离开该聚结结构的液滴则进一步在排流结构中沉降下来，并且聚集在该空气除油元件的底部。在该空气除油元件底部上的油通过排流管路回输给压缩机。经过除油的压缩空气由压力容器输送到蓄压容器中。
所说明的用于空气除油的、比如用在螺旋式压缩机中的系统的缺点是，所述压力容器必须拥有大于所述空气除油元件的内直径，以便空气可以在该空气除油元件外部循环。由此，必须制造更大的压力容器并且其制造成本更高。
此外，还有一个缺点，即在设计压力容器的时候必须考虑到空气除油。压缩机的用于压缩空气的进口比如必须构造成切向结构，用于实现粗分离。此外，在多数情况下在压力容器中设置了圆柱形的挡板，所述空气除油元件就安置在该挡板中。
以往的空气除油元件是一体式结构。因此在更换时必须将整个空气除油元件换掉，并且必须将巨大而沉重的由金属、玻璃纤维和塑料以及残油组成的复合材料予以处理。
由于所述空气除油元件的庞大结构，所以在比如需要更多聚结表面以便在聚结级上实现更小的压力损失时，就必须设计全新的空气除油元件。由此对于不同的使用情况要制造完全不同的空气除油元件。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于将液体从气体中分离出来的装置，该装置能够缩小用于对空气压缩机中的压缩空气进行空气除油的压力容器。
另一项任务是提供一种用于将液体从气体中分离出来的装置，该装置的结构不依赖于压力容器的结构进行空气除油。
另一项任务是提供一种用于将液体从气体中分离出来的装置，该装置的结构能够减少在保养时更换的材料。
另一项任务是提供一种用于将液体从气体中分离出来的装置，该装置的结构通过不同的组合能够为不同的应用情况实现不同的空气除油元件。
这些以及其它的任务通过一种用于将液体从气体中分离出来的装置得到解决，该装置包括将原始气体区域与粗分离器气体区域隔开的粗分离器、包括用于增大液滴的聚结元件的主分离器以及精分离器。
将粗分离器集成在所述用于将液体从气体中分离出来的装置中，由此就不必在压力容器中在挡板及压力容器壁体之间保留足够空间地围绕着所述空气除油元件布置圆柱形的挡板。所述粗分离器的任务由所述用于将液体从气体中分离出来的装置承担。气体比如可以从下面流入该装置中，并且所述压力容器基本上可以减小到该装置的直径。因为所述粗分离器将所述原始气体区域与粗分离器气体区域隔开，所以必须有尽可能多的气体在其能够到达主分离器之前从所述粗分离器中穿过。因此，不依赖于所述压缩空气进口在压力容器中的位置，在空气到达主分离器处并且穿过聚结结构导向精分离器之前，空气就已通过所述粗分离器部分地进行了除油处理。尤其合适的是一种所述的装置，该装置用于比如在空气压缩机如螺旋式压缩机中对空气进行除油或者用于将水滴从空气中去除。
在一种实施方式中，所述用于将液体从气体中分离出来的装置模块化地由粗分离器和/或主分离器和/或精分离器所构成。通过模块化的结构，可以将不同的用于所述粗分离器、主分离器和精分离器的元件组合在一起。而后可以按使用目的和所要求的功率数据如油分离率或最大流量来制造所述装置。在这种情况下，将相同的元件用在不同的装置中，以此可以降低制造成本。
如果所述用于将液体从气体中分离出来的装置的模块化结构的元件以可分开的方式彼此连接，那么比如在保养时仅仅必须更换一个部件。由此就减少废品。该装置的部件也可以构造为耐用部件。
在一种实施方式中，所述粗分离器构造为旋风分离器，优选构造为内嵌式旋风分离器或者在简化的情况下也可以构造为内嵌式旋风分离器的导向器，比如构造为叶轮。在内嵌式旋风分离器中，穿流的气体穿过叶片，并且由此导引到弯曲的轨道上。分离可以作为碰撞分离在所述叶片上实现，以及在穿过叶片之后通过在壁体上的离心分离来进行。优选使用内嵌式旋风分离器，因为它在生产技术上可方便地以一定的规格进行制造，凭借此规格它可以在压力容器的整个横截面上发挥作用。所述内嵌式旋风分离器可以由所述压力容器的壁体与导向器共同构成。通过具有很小重量的内嵌式旋风分离器，就可以实现足够的粗分离效果。内嵌式旋风分离器、其导向器或者叶轮可以用塑料比如用玻璃纤维增强型聚酰胺制成。
所述聚结元件优选构造为安装在支撑体上的聚结结构。作为聚结结构优选使用一种由硼硅盐-玻璃纤维制成的玻璃纤维网。该玻璃纤维网安装在由塑料制成的支撑体上，该支撑体则提供必要的抗压强度。
在一种实施方式中，作为精分离器的排流元件沿穿流方向处于所述聚结元件的后面。
在一种实施方式中，作为精分离器的惯性分离器沿穿流方向处于所述聚结元件的后面。在此优选使用旋风分离器。为获得所期望的很高的精分离率，尤其优选使用反向旋风分离器进行空气除油。
在一种实施方式中，所述主分离器为多构件结构，比如由多根可插接在一起的支撑管组成。通过这种多构件结构，所述主分离器可以配备不同的聚结表面。在所述支撑管上布置了所述聚结结构。所述支撑管可以保持密封地插接在一起，从而产生更大的聚结元件。由此可以用多根优选相同造型的支撑管来构造大的聚结元件。作为替代方案，也可以将多根支撑管平行布置。
在一种实施方式中，将所述粗分离器、主分离器以及精分离器布置在压力容器中。在此，优选所述粗分离器沿横截面对该压力容器进行划分。通过一种所述的划分，所述压力容器的空间可以得到最佳利用。
在一种实施方式中，所述用于将液体从气体中分离出来的装置安装在空气压缩机的压力容器中。该装置尤其对一种螺旋式压缩机来说十分有利，在这种螺旋式压缩机中，在空气中会出现很高的油负荷但同时对无油的压缩空气提出了要求。
按本发明，一种方法用于将液体从气体中分离出来，其中该气体流经粗分离器、聚结元件和精分离器。一种这样的方法特别优选用于对空气进行除油，尤其在螺旋式压缩机中对空气进行除油。所述粗分离器优选是离心分离器，比如旋风分离器，尤其是内嵌式旋风分离器。所述精分离器可以包括排流元件，或者可以是惯性分离器，比如旋风分离器，尤其是反向旋风分离器。
将所述将液体从气体中分离出来的装置构造在组合部件系统中，由此产生特别的灵活性。组合件，其中比如对精分离器而言可以在惯性分离器比如反向旋风分离器和排流元件之间进行选择，和/或对粗分离器而言可以在内嵌式旋风分离器或内嵌式旋风分离器的导向器比如叶轮之间进行选择，和/或对主分离器而言可以从多个或不同的支撑体中进行选择。此外，所述组合件也可以包括用于所述粗分离器的反向旋风分离器。
本发明优选的改进方案的这些以及其它特征除了由权利要求中获得以外，还由说明书及附图中获得，其中所述单个的特征可以分别单独地或多个特征以组合的形式在本发明的实施方式中和在其它领域得到实现，并且是优选的以及可以得到保护的实施方式，这里对这些实施方式来说要求进行保护。
图1a是一种用于将液体从气体中分离出来的装置，该装置如可以在具有螺旋式压缩机的空气压缩系统中用于空气除油，图1b是图1a所示的装置，其中该装置被分解成多个组成部分，图2是一种用于将液体从气体中分离出来的作为替代方案的装置，具有可以由多根支撑管组成的主分离器，该装置如可以在具有螺旋式压缩机的空气压缩系统中用于空气除油，图3是空气除油元件的另一种优选的实施方式。
具体实施例方式
在具有螺旋式压缩机的空气压缩系统中，在螺旋式压缩机中产生压缩空气的时候输送具有大约5千克油/立方米空气的空气。这里的油不仅用于对压缩机进行润滑而且用于密封。传统的空气压缩系统用于提供所谓的无油的压缩空气，也就是说，应该提供具有大约1到3毫克/立方米空气的油含量的压缩空气，在这种空气压缩系统中，必须对含油的压缩空气进行除油处理。在传统的空气压缩系统中，在压力容器中进行粗分离。含油空气切向流进该压力容器中，以此实现粗分离。在该过程中，空气围绕着压力容器中的圆柱形嵌件流动，在该压力容器中布置了用于进一步对油进行分离的空气除油元件。通过切向流入以及在作为挡板的压力容器壁体上对油进行的分离，可以在压力容器中将到达所述空气除油元件处的压缩空气中的油浓度降低到大约2到5克/立方米空气。分离出来的油重新输送给该压缩机。在图1a和b所示的本发明的实施方式中，所述含油的空气任意地流入所述压力容器中。含油的空气在压力容器中从下面流过用作粗分离器的内嵌式旋风分离器的导向器10。该导向器10可以用密封件11相对于压力容器壁体密封，并且由此将压力容器隔成原始空气区域和粗分离器区域。如此构造所述密封件11，使得油可以沿着压力容器壁体往下流并且通过该密封件上的狭窄缝隙或开孔从粗分离器区域回流到原始空气区域中。在此，应该如此构造所述缝隙或开孔，使得尽可能少的空气穿过所述缝隙或开孔并且多数空气穿过所述粗分离器从所述原始空气区域进入到所述粗分离器区域中。作为替代方案，这种油也可以通过所述导向器10回流。在此，该导向器10与压力容器壁体一起形成一种内嵌式旋风分离器。通过一种如此构造的粗分离器，可以将油浓度降低到0.5克/立方米空气以下。所述经粗分离器分离的油通过所述导向板并且通过压力容器壁体流回到压力容器的在大地测量学上处于下面的区域中的油槽中，从这里又可以输送给压缩机。通过与传统的用于空气除油的系统相比更低的油浓度，就为主分离器14和/或精分离器15的设计提供了自由度，因为必须达到较低的分离率。空气从所述粗分离器区域流过主分离器，该主分离器在图1a的实施方式中构造为放置在支撑管12上的多层结构的、由硼硅盐玻璃纤维制成的、作为聚结结构的纤维网13。在流经该纤维网13时，较小的油滴连接成较大的油滴，与此同时这些油滴在所述聚结结构中滴落。落下的油滴在第一凹槽16中与大的油滴聚合，所述大的油滴从所述聚结结构中渗出并且在所述支撑管12内部按照大地测量学上的观点在气流中向下下落。通过第一排流管路17将分离出来的油从所述凹槽16中回输。从所述主分离器14流往精分离器15的空气流现在基本上包含更大的油滴，这些油滴可以在精分离器15中分离出来。在图1a和1b所示的实施方式中，反向旋风分离器18用于精分离。在该反向旋风分离器中，空气被置于旋转之中，使得油滴在该反向旋风分离器18的壁体19上分离出来。这些油滴在该反向旋风分离器18的壁体19上滑进第二凹槽20中，并且通过第二排流管路21又从该第二凹槽20回输给压缩机。所述第二排流管路21在图1a和1b所示的实施方式中与所述第一排流管路17相耦合，但它也可以独立敷设。所述精分离器15包括间隔垫块22，在该间隔垫块22的上端上安装了一个紧固环。所述用于将液体从气体中分离的装置可以用该紧固环23固定在压力容器中。安装在主分离器14的上端上的隔板25用密封件24相对于压力容器密封。该隔板25将所述粗分离器气体区域与已除油的、离开所述精分离器15的空气隔开。
在图1b中，示出了所述用于将液体从气体中分离出来的装置的模块式结构。所述构造为内嵌式旋风分离器10的粗分离器10、主分离器14以及精分离器15构造为标准组件。这些标准组件可以比如用卡口式连接件并合在一起。轴颈26和用于轴颈26的卡口27用于将所述精分离器15耦联到主分离器14上。当然也可以设想其它的插接连接件、定位连接件或螺纹连接件。同样所述标准组件可以焊接在一起。图1b所示的单个标准组件可以全部由塑料制成，尤其可以由玻璃纤维增强型聚酰胺制成。所需要的密封件11、26或者其它密封件可以喷注而成或者作为O型密封圈放入槽中。通过模块式的结构可以使不同的用于标准组件的元件彼此互换。由此，比如可代替反向旋风分离器18使用螺旋式旋风分离器或第二内嵌式旋风分离器。可以使用具有不同高度的主分离器，这样的主分离器的聚结结构具有不同大小的表面。如果所述标准组件粗分离器、主分离器和精分离器以可分开的方式彼此连接，那么在保养时也可以仅仅更换一个单个的标准组件。比如可以将所述内嵌式旋风分离器10及精分离器15构造为耐用部件，并且仅仅更换所述具有纤维网13的主分离器14。
在图2中示出了所述用于将液体从气体中分离出来的装置的一种实施方式，其中该装置具有可以由多根支撑管组成的主分离器，并且该装置被分解成其零件。在图2的实施方式中，内嵌式旋风分离器30用作粗分离器。所述内嵌式旋风分离器30可以通过间距块31用定位连接件37与集油凹槽32以可分开的方式相连接。所述集油凹槽32可以通过插接连接件38与第一支撑管33相连接。与所述第一支撑管33结构相同的第二支撑管34可以用插接连接件38插到所述第一支撑管33上。这里可以补加其它附加的未示出的支撑管。在图2的示意图中没有示出将该支撑管包围的纤维网。而后又可以通过插接连接件将闭锁件35套装到所述第二支撑管34上。在该闭锁件35中可以装入螺旋式旋风分离器36作为精分离器。在图2的实施方式中，所述螺旋式旋风分离器36用卡口式连接件39以可分开的方式安装在所述闭锁件35上。作为通过多根支撑管33、34得到延长的支撑管的替代方案，也可以使用多根平行的支撑管。
图3a的空气除油元件是本发明一种优选的实施方式。由塑料比如由玻璃纤维增强型聚酰胺制成的叶轮10用作粗分离器。该叶轮10一方面类似于挡板起到惯性分离器的作用，另一方面通过该叶轮10空气流被导引到弯曲的轨道上，并且由此在压力容器内壁上将油分离出来。所述主分离器14就象在图1a和1b中所示出的一样构造为聚结元件。纤维网13卷绕并粘结在第一支撑体12上。所述第一支撑体12由两个模块12a和12b所组成，这两个模块12a和12b可以是相同的。所述精分离器15在图3的实施方式中是排流元件。比如由聚酰胺或由玻璃纤维制成的排流纤维网44卷绕在第二支撑体43周围。在凹槽16中积聚着由主分离器14以及由精分离器15所分离出来的油。在所述第一支撑管12上，安装了用于排流管路17的固定座45。该固定座45构造为喷注在所述支撑体12的每个模块12a和12b上的管段。所述排流管路17插入该固定座45中。该排流管路17与排流管段17a相连接。该排流管段17a在将所述空气除油元件装入具有密封件46的压力容器中时耦联到压力容器输出端上。所述第一支撑体12和第二支撑体43在大地测量学上处于上面的端部上与端圆盘相连接，该端圆盘作为隔板25对压力容器进行划分。所述隔板25用密封圈24在压力容器上进行密封。在该隔板25上安装了把手48，该把手可以取下或者在本发明的另一种设计方案中在所述空气除油元件的安装状态中将该空气除油元件固定在压力容器中。所述圆锥形成形的定位标志47a可以推入到压力容器上的具有相应造型的配对件中。通过该定位标志47a的锥形造型，该定位标志47a具有自动定位功能并且所述空气除油元件在安装时在未完全正确定位时自动地滑进正确的位置中。也可以如此构造该定位标志47a，使得其在空气除油元件中产生一个张力，通过该张力对所述密封件46进行轴向张紧。
图3b示出了图3a所示的空气除油元件在压力容器49中的安装状态。该压力容器49包括盖板49b和容器体49a。优选该压力容器由钢比如由特种钢制成。该压力容器49包括进气口50a和排气口50b。该压力容器在其大地测量学上处于下面的端部上包括出油口和另外一个出油口50d，该另外一个出油口50d耦联在排流管路17上。在压力容器49上的与定位标志47a相对应的空隙47b仅仅允许所述空气除油元件安装在一个位置中。该空气除油元件可以装入所述压力容器49中，并且所述盖板49b可以旋紧到所述容器体49a上，而不必为此打开压力容器49上的管路。
权利要求
1.用于将液体从气体中分离出来的装置，包括i)将原始气体区域与粗分离器气体区域相隔开的粗分离器；ii)包括用于增大液滴的聚结元件的主分离器；iii)精分离器。
2.按权利要求1所述的装置，其中所述粗分离器由塑料制成。
3.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述粗分离器不依赖于到所述粗分离器的流动方向起作用。
4.按前述权利要求中任一项所述的用于将油和/或水从空气中分离出来的装置。
5.按前述权利要求中任一项所述的用于空气压缩机尤其用于螺旋式压缩机的装置。
6.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置由粗分离器、主分离器和精分离器模块式构成。
7.按权利要求6所述的装置，其中所述粗分离器可分开地与所述主分离器相连接并且/或者所述主分离器可分开地与所述精分离器相连接。
8.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述粗分离器包括碰撞分离器、导向器或者离心分离器，尤其是旋风分离器或叶轮。
9.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述聚结元件包括布置在支撑管周围的聚结结构。
10.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述精分离器包括排流元件。
11.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述精分离器包括惯性分离器，尤其是离心分离器比如旋风分离器。
12.按权利要求11所述的装置，其中所述惯性分离器是反向旋风分离器。
13.按权利要求7到12中任一项所述的装置，其中所述主分离器为多构件结构。
14.按权利要求13所述的装置，其中所述多个构件包括多根支撑管。
15.按权利要求14所述的装置，其中所述多根支撑管可插接在一起。
16.按前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述粗分离器、主分离器以及精分离器布置在压力容器中。
17.按权利要求16所述的装置，其中所述粗分离器对所述压力容器进行划分。
18.空气压缩设备，它包括按权利要求1到17中任一项所述的用于将液体从气体中分离出来的装置。
19.用于将液体从气体中分离出来的方法，其中所述气体流过粗分离器、聚结元件和精分离器。
20.按权利要求19所述的用于对来自螺旋式压缩机的空气进行除油的方法。
21.按权利要求19或20中任一项所述的方法，其中所述粗分离器包括离心分离器，尤其是旋风分离器、导向器或叶轮。
22.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其中所述精分离器包括排流元件。
23.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其中所述精分离器包括惯性分离器，尤其是离心分离器比如旋风分离器。
24.用于组装用于将液体从气体中分离出来的装置的组合件，包括i)粗分离器；ii)具有聚结元件的主分离器；以及iii)精分离器，其中对于该精分离器至少可以在排流元件及惯性分离器之间进行选择。
25.按权利要求24所述的组合件，其中所述粗分离器、主分离器及精分离器可以按可分开的方式进行组装。
26.按权利要求24或25中任一项所述的组合件，其中对于所述粗分离器来说，至少可以在两种由叶轮、导向器、内嵌式旋风分离器和反向旋风分离器组成的组中的粗分离器之间进行选择。
27.按权利要求24到26中任一项所述的组合件，其中所述主分离器可以由多个中间管件组成。
全文摘要
用于将液体从气体中分离出来的装置，该装置具有将原始气体区域与粗分离器气体区域隔开的粗分离器、包括用于增大液滴的聚结元件的主分离器以及精分离器。
文档编号B01D50/00GK101073736SQ20071009700
公开日2007年11月21日 申请日期2007年4月12日 优先权日2006年4月12日
发明者S·贝克, C·施帕斯, W·海坎普, T·纽曼, A·斯蒂芬, J·古特孔斯特, P·比布里彻尔 申请人:曼·胡默尔有限公司