油分离装置的制作方法

本实用新型涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种油分离装置。

背景技术：

在离心压缩机现有技术中，常用的油分离器为双级油分离器，双级油分离器的结构简单、易加工，但对于大流量、低流速的工况，分离效率低，易发生“跑油”现象。采用旋风式的三级油分离结构，通过三级分离，有效提高离心压缩机润滑油气液分离效率。但其旋转叶片为空间螺旋结构，加工困难、成本高，且为了保证气流沿着旋转叶片螺旋上升均匀，装配时，在整个螺旋流道上，需保证螺旋升角α与实际装配效果一致或接近，装配难度大。此外，随着离心压缩机运行工况变化，尤其是运行高、低压工况时，冷凝压力与蒸发压力间压差大，油分离器进、出口间压差随之增加，混合气体流速增加，为了保证分离效率，需降低混合气体流速。而旋风式三级过滤结构的一级分离原理是离心式分离，并不能起到降低流速的效果。

技术实现要素：

基于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种气液分离效率高、能够满足产品变工况需求的油分离装置。

一种油分离装置，包括具有腔体的壳体，所述壳体上设置有进气口、出气口和回油口，还包括：设置在腔体内、混合气体依次流经的一级分离结构、二级过滤结构和三级过滤结构；所述一级分离结构，与所述进气口连通，所述一级分离结构包括若干相连通的流道，且相连通的流道方向相反；所述二级过滤结构，用于对流经一级分离结构后的混合气体进行过滤；所述三级过滤结构，用于对流经二级过滤结构后的混合气体进行过滤，过滤后的混合气体由所述出气口排出；所述一级分离结构、二级过滤结构和三级过滤结构分离的油体通过所述回油口排出。

在其中一个实施例中，所述一级分离结构包括间隔设置的环形的导流板，所述壳体的侧壁与最外侧的导流板之间、相邻的导流板之间均形成轴向流道，相邻的轴向流道相连通；所述壳体的侧壁与最外侧的导流板在壳体底端形成所述进气口；所述回油口包括一级回油口，所述一级回油口设置在壳体的底端且与轴向流道连通。

在其中一个实施例中，所述壳体的顶端内侧面设置有碰撞分离结构，所述碰撞分离结构为环形的圆弧凹槽结构，所述圆弧凹槽结构设置在两轴向流道相连通处。

在其中一个实施例中，轴向流道数量为2～6个。

在其中一个实施例中，轴向流道的宽度相等或从外向内渐宽。

在其中一个实施例中，所述二级过滤结构设置在一级分离结构内侧，且形成二级过滤流道，所述二级过滤流道与最内侧的所述轴向流道连通。

在其中一个实施例中，所述二级过滤结构包括外支撑圈、内支撑圈和第二气液过滤网，所述第二气液过滤网设置在外支撑圈与内支撑圈之间，所述外支撑圈、内支撑圈上均对应开设通孔形成所述二级过滤流道。

在其中一个实施例中，所述三级过滤结构设置在所述二级过滤结构上方，所述出气口设置在所述壳体的顶端，流经二级过滤结构的混合气体由所述三级过滤结构过滤后由所述出气口排出；所述回油口还包括三级回油口，所述三级回油口设置在三级过滤结构下方的壳体底端。

在其中一个实施例中，所述壳体底端的内侧面为下凹的圆锥面，所述三级回油口开设在圆锥面的顶点。

在其中一个实施例中，所述三级过滤结构包括第三气液过滤网和压板组件，所述压板组件设置所述第三气液过滤网的轴向两端，用于固定所述第三气液过滤网。

在其中一个实施例中，所述压板组件包括环形压板和条形压板，所述环形压板设置在第三气液过滤网的两端面外缘，所述条形压板设置在第三气液过滤网的两端面内侧。

在其中一个实施例中，于所述壳体的顶端内侧面且环绕出气口处设置有环形阻油槽。

在其中一个实施例中，所述环形阻油槽设置有多个，且环绕出气口的壳体顶端内侧面，由外向内倾斜向上设置，使得多个环形阻油槽形成升角结构。

上述油分离装置，离心压缩机运行高、低压工况时，一级分离结构起到降低流速的效果，满足离心压缩机运行时工况变化的需求，适用范围广。采用降速式碰撞分离和过滤分离相结合原理，能够有效分离制冷剂气体、润滑油的混合气体。

附图说明

图1为本实用新型油分离装置的剖视图；

图2为本实用新型油分离装置剖视图的尺寸标注图；

图3为本实用新型油分离装置的三维剖视图；

图4为本实用新型油分离装置的工作原理图；

附图标记说明：

底板110；进气口111；一级回油口112；三级回油口113；法兰120；环形阻油槽121；出气口122；筒体130；

导流板210；轴向流道220；碰撞分离结构230；

外支撑圈310；内支撑圈320；第二气液过滤网330；通孔340；

环形压板410；条形压板420；第三气液过滤网430；

混合气体1；从装配间隙溢出的混合气体2；制冷剂气体3；液态润滑油4。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本实用新型的具体实施方案进行详细阐述，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1和图3，本实用新型一个实施例的油分离装置包括具有腔体的壳体、设置在腔体内的一级分离结构、二级过滤结构和三级过滤结构。制冷剂气体、润滑油的混合气体依次流经一级分离结构、二级过滤结构和三级过滤结构进行分离。

壳体上设置有进气口111、出气口122和回油口。进气口111设置在壳体顶端，进气口111和回油口设置在壳体底端。一级分离结构与进气口111连通，一级分离结构包括若干相连通的流道，相连通的流道方向相反，混合气体在流道连通处发生碰撞分离并减速。二级过滤结构用于对流经一级分离结构后的混合气体进行二次过滤。三级过滤结构用于对流经二级过滤结构后的混合气体进行三次过滤，三次分离后的混合气体由出气口122排出。一级分离结构、二级过滤结构和三级过滤结构分离出的油体通过回油口排出。

上述油分离装置，离心压缩机运行高、低压工况时，一级分离结构起到降低流速的效果，满足离心压缩机运行时工况变化的需求，适用范围广。采用降速式碰撞分离和过滤分离相结合原理，能够有效分离制冷剂气体、润滑油的混合气体。

壳体可选为圆柱形，具体地，壳体包括底板110、顶部的法兰120和筒体130，筒体130即壳体的侧壁。底板110、顶部的法兰120和筒体130围成一个腔体，进气口111和回油口设置在底板110上，法兰120为环状，其中心孔为出气口122。底板110为圆形、薄片、实心类零件，筒体130为圆柱状零件，法兰120底面与筒体130焊接，起支撑作用。底板110对外有阻挡混合气体的作用，对内有收集液态润滑油作用，并通过回油口，引导液态润滑油回到油箱。

具体地，一级分离结构包括间隔设置的环形的导流板210。筒体130与最外侧的导流板210之间、以及相邻的两个导流板210之间均形成轴向流道220，相邻的轴向流道220相连通，筒体130与最外侧的导流板210在壳体底端形成进气口111。所有轴向流道220组成迷宫分离流道。回油口包括一级回油口112，一级回油口112设置在壳体的底端且与轴向流道220连通。轴向流道220数n与一级分离效果成正相关，即n越大，一级分离效果越好。但是，n一般取2～6，因为当n过小时，混合气体碰撞次数减少，分离效果下降；当n过大时，虽然混合气体碰撞多次，保证了分离效果，但也大幅降低了混合气体动能，甚至部分混合气体速度减小至0，滞留在轴向流道220中，造成阻塞；或与后续进来的混和气体冲击，形成涡旋，进一步恶化流道气场。

进一步地，为了装配、检测方便，如图2所示，轴向流道220宽度应相等，即d1＝d2＝d3＝d4，而在混合气体不发生滞留的前提下，还可以设计成：d1＜d2＜d3＜d4，此时轴向流道220逐渐扩宽，使得混合气体成扩压状态，达到降速、提高分离效果。

更进一步地，为简化物料，提高油分离装置的紧凑度，在法兰120底面设置了碰撞分离结构230，设置在两轴向流道220相连通处。在图3基础上，从法兰120底面往上投影，碰撞分离结构230为环形凹槽结构，凹槽半径R1。通过碰撞分离结构230的凹槽特征，实现一级分离段，上方相邻轴向流道220的平滑过渡。即混合气体沿轴向流道220冲击碰撞分离结构230后，降低速度的同时，还顺沿着凹槽半径R1流向下一轴向流道220，实现过渡。

二级过滤结构设置在一级分离结构内侧，且形成二级过滤流道，二级过滤流道与最内侧的轴向流道220连通。具体地，二级过滤结构包括外支撑圈310、内支撑圈320和第二气液过滤网330，外支撑圈310、内支撑圈320组成圆环状、中心部为中心轴向流道的结构，第二气液过滤网330设置在外支撑圈310与内支撑圈320之间。外支撑圈310、内支撑圈320上均对应分布一定数量的通孔340，以形成二级过滤流道。优选地，二级过滤流道为径向流道，混合气体经轴向流道进入径向流道经过二次过滤后，从中心轴向流道流出进入三级过滤结构。

其中，外支撑圈310的长度大于内支撑圈320长度。如图2，对于外支撑圈310，长度L2段为无孔段，与最内侧的导流板210形成最后一道轴向流道220，长度段为有孔段，上面均布φD4通孔340，混合气体通过有孔段的φD4通孔340进入二级分离段。对于内支撑圈320，其全长度段为有孔段，上面均布φD4通孔340，混合气体通过φD4通孔340进入油分离装置的中部腔体。上述L2、L3一般满足：L2＝L3。

三级过滤结构设置在二级过滤结构上方，三级过滤结构包括压板组件和第三气液过滤网430，压板组件设置第三气液过滤网430的轴向两端。具体地，压板组件包括环形压板410和条形压板420，环形压板410设置在第三气液过滤网430的两端面的外缘，条形压板420设置在第三气液过滤网430的两端面内侧。流经二级过滤结构的混合气体由所述三级过滤结构过滤后由顶部的出气口122排出。回油口还包括三级回油口113，三级回油口113设置在三级过滤结构下方的底板110上。经过三级过滤结构分离的润滑油在重力作用下可落入到底板110上，由底板110上的三级回油口113排出。

如上所述的第二气液过滤网330、第三气液过滤网430为金属丝过滤网，由金属丝以一定角度彼此交叉编织而成。其中，第二气液过滤网330为二级分离段的主要构成，如图2所示，其外径φD1、内径φD2，有效过滤厚度为(φD1-φD2)/2；第三气液过滤网430为三级分离段的主要构成，其外径φD1，有效过滤厚度为L1。上述φD1、φD2应满足：(φD1-φD2)>40mm；上述L1应满足：L1>40mm。

下方的环形压板410外环面与外支撑圈310焊接，焊接位置设置在有孔段和无孔段连接处，内环面与内支撑圈320顶部连接，可以同时固定第二气液过滤网330和第三气液过滤网430。而条形压板420的两端为外圆切面，与环形压板410内环面相切，并焊接装配。由于气液过滤网均由金属丝过滤网挤压而集成，其上、下两表面凹凸不平，尤其是两端面的中间部位。通过条形压板420，可以减少凹凸不平程度，并对第二气液过滤网330和第三气液过滤网430施加一定的预紧力。

进一步地，为了减少混合气体的润滑油从装配间隙直接溢出到出气口122，在环绕出气口122的法兰120底面设计了环形阻油槽121。环形阻油槽121设置有多个，在图3基础上，从法兰120底面往上投影，环形阻油槽121为由4个环形槽组成的凹槽结构，凹槽优选为圆弧形。凹槽高度L3，相邻两凹槽距离L4，凹槽半径R2。

更进一步地，从装配间隙溢出的混合气体到达环形阻油槽121碰撞后，发生碰撞分离，为了更好地分离液体润滑油、制冷剂气体，多个环形阻油槽121设计为升角结构，升角结构由环绕出气口122的法兰120底面由外向内倾斜向上设置形成。此时制冷剂气体密度小、较轻，可以顺畅地沿着升角依次流过4个环形阻油槽121，而液体润滑油密度大、较重，需克服重力做功才能沿着升角流过环形阻油槽121，通过自身重力差异进一步分离混合气体。其中升角大小为α，α一般取5°～20°。

为进一步增加壳体底端的回流作用，壳体底端的内侧面设置为下凹的圆锥面，三级回油口113开设在圆锥面的顶点。大部分液态润滑油在重力作用下将随着下凹的锥度面最终聚集到中心的三级回油口113流到油箱，少部分液态润滑油通过其余的回油口流到油箱。

下面结合图4对油分离装置的工作原理进行说明。为了方便描述，由外向内设置的轴向流道220依次命名为第一轴向流道220、第二轴向流道220、第三轴向流道220和第四轴向流道220。

工作时，混合气体1沿着进气口111进入第一轴向流道220，进入一级分离段。混合气体1到达法兰120的底面并与碰撞分离结构230发生第一次碰撞，混合气体速度降低，同时沿着凹槽特征流向下一轴向流道220。通过以上过程，混合气体发生了降速、变向，部分液态润滑油4在重力及惯性作用下从混合气体中分离，并流向一级回油口112或进气口111。同理，混合气体在底板110底面发生第二次碰撞。不同的是，混合气体由第二轴向流道220流向第三轴向流道220过程中，此时，碰撞面为底板110上表面，无凹槽特征，所以混合气体速度方向突变更快，但也加剧了气场混乱程度。通过以上分析，混合气体每流向下一轴向流道220前，将发生上述过程，实现一级分离。

部分未分离的润滑油随着制冷剂气体开始进入二级分离段。混合气体流经二级过滤流道、第二气液过滤网330过程中，通过金属丝的扑集作用下，使油滴集聚变大，进而从混合气体中分离出来，分离出来的液态油滴在重力作用下，最终去到一级回油口112和三级回油口113，至此完成二级分离。

携带少量润滑油的混合气体开始进入中心轴向流道，随后开始进入三级分离段，此时混合气体速度方向由径向改为轴向，再次发生速度变化。携带少量润滑油的混合气体流经第三气液过滤网430，同样通过金属丝的扑集作用，将润滑油分离出来。分离出来的液态润滑油4最终去到三级回油口113，而分离后制冷剂气体3则流向出气口122。至此完成三级分离。

此外，由于存在装配误差，无法避免地，总会存在装配间隙--外支撑圈310与环形压板410的装配间隙、外支撑圈310与第三气液过滤网430的装配间隙、外支撑圈310与第二气液过滤网330的装配间隙等。所以少量混合气体从开始进入二级分离段后，是沿着装配间隙流动的。从装配间隙溢出的混合气体2不经过气液过滤网，最终到达环形阻油槽121。动能大的混合气体与环形阻油槽121发生碰撞，达到碰撞分离效果，分离出液态润滑油；而动能小的混合气体则聚集在环形阻油槽121的凹槽中，加上环形阻油槽121为升角结构，凹槽中的润滑油气体越聚越多后，形成液态润滑油。液态润滑油4最终通过三级回油口113回到油箱。

通过上述的四次分离过程，有效实现了润滑油的分离、回收。且油分离装置为机械结构，效率稳定、工作可靠性高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。