带有喷射增强撞击的气油分离器及其相关方法_3

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045] 参考图7,示出了中央喷射撞击器相比基准设计的抽吸性能(或压差的减少)。基 准设计具有大约19. 3"H20的压降。在10PSIG推动压力下,抽吸性能很小,但当推动压力增 加时,抽吸性能适度提高到大约6"H20。中央喷嘴的特定几何形状并不提供大量抽吸,因为 混合孔没有足够长到可以将有效动量传递到周围的流体。动力中央喷射几乎就像自由扩展 的(即,没有混合孔)预计在高压下(20PSI以上)的喷射。
[0046] 参考图8,示出了基准无辅助的撞击器和3. 3mm孔中央喷射撞击器之间的效率比 较。由于介质区内更高的油滴速度,D50的切割尺寸随着增压压力增加而向左偏移,导致更 大的惯性分离。
[0047] 参考图9,示出了 3. 3毫米撞击器喷嘴混合孔长度和7毫米撞击器喷嘴混合孔长度 之间的速度比较。该比较包括30和IOPSIG推动压力。正如在该比较中所看到的,通过增 加混合孔长度,抽吸性能可以得到改善。对于30PSIG的情况,在介质区内质量加权平均速 度略有下降。对于10PSIG的情况,两个混合孔长度之间不存在太大的差别。
[0048] 参考图10,示出了混合孔长度3. 3毫米的撞击器喷嘴相较于混合孔长度7毫米的 撞击器喷嘴的抽吸性能的比较图。随着混合孔的长度的增加,喷射栗的抽吸性能显著提高。 在7毫米孔30PSIG情况下,曲轴箱压力约为3〃H20,即达到约23〃H20抽吸(对比3. 3毫米 的版本约6"H20抽吸)。
[0049] 参考图11,示出了 3. 3毫米和7毫米混合孔之间的分离效率的比较。对于更长的 混合孔设计,效率的下降可以忽略不计,但对于基准情况仍然是很大的改进。
[0050] 参考图12,示出了曲轴箱流量范围从2标准立方英尺至8标准立方英尺以及推动 压力范围从OPSI到30PSI的测试压降图。如图12所示,如在CFD中看到的,由高速喷射 产生的抽吸作用由此提供了如CFD所示的趋势。如在CFD看出从而证明见于CFD趋势。零 以下的压降值表示曲轴箱是在真空条件下。由于喷射速度和喷嘴速度彼此接近这样的事 实,对于5,10和15PSI在较高的曲轴箱流动下没有抽吸效果。在一系列6标准立方英尺 和30PSI的设计点上,曲轴箱压力的降幅大于80%。
[0051] 参考图13,示出了在不同液滴尺寸以及不同推动压力下的测试效率曲线。图13还 调用出0.3微米的分离效率。可看出的一般趋势是,由于高速喷射撞击,在更小液滴尺寸 处的分离效率随着推动压力增加而增加。
[0052] 中央喷射概念可以通过使用更长的混合孔和/或混合孔直径/动力喷射直径的更 小比率进行最优化。
[0053] 因此,通过在惯性撞击器使用高压/高速中央喷射,在压力损失和分离效率方面 都有改进。中央喷射设计提供了超出简单dP降低效果的效率增强。在撞击器喷嘴的中心 轴处的高速的关键效果在于将低速喷雾负载套拉向中心轴,从而改善了撞击区的渗透和速 度。换言之,与抽吸喷射"关闭",气流速相同并且忽略高得多的压降的设计的分离效率相 比,由喷射栗辅助的喷嘴的效率显著提高,切割尺寸(D50)显著向左移。
[0054] 康达效应喷射布置
[0055] 参考图14,根据示例性实施方式示出了用于CV系统的气液分离器的环喷射系统 1400的剖视图。环喷射系统1400以如上所述关于系统100的类似方式,从空气中的窜气 1402分离包含在窜气1402中的油喷雾。环喷射系统1400与系统100不同的是,环喷射 系统1400使用康达效应以加速窜气1402通过撞击器喷嘴1404朝向多孔撞击表面1406。 康达效应描述了高速喷射流移向并附着到附近表面上的趋势,即便该表面曲线远离喷射方 向。所述多孔撞击表面1406可以是可渗透的或不渗透的。环喷射系统1400采用了包围 撞击器喷嘴1404的圆形气室1408,它允许清洁加压空气的单独流1410 (例如,涡轮增压空 气)、废气、或其它合适的气体朝撞击器喷嘴1404和中心轴1412径向向内喷射。加压气体 喷嘴1414在撞击器喷嘴1404的上游端和撞击器喷嘴1404的下游端之间向窜气流1402注 入高速气体流。加压气体喷嘴在撞击器喷嘴1404周围形成一个环形。加压气体喷嘴1414 创建高速离开气体喷嘴1414的一个环形喷射,或一个鞘形喷射。环形喷射对通过撞击器喷 嘴1402的窜气1402形成剪切力。该剪切力导致窜气1404的加速与抽吸(即剪切力减少 了由窜气1402流过撞击器喷嘴1402而导致的压降,结果产生允许增加撞击分离效率的较 高速的流)。撞击器喷嘴1402和加压气体喷嘴1414的几何形状提供的流速使窜气102的dP减少超过H2O中的20 (S卩,曲轴箱压力是中性的,尽管如果动力流被关闭,等效喷嘴dP大 于H2O中的30)。
[0056] 参考图示15,示出了系统1400的加压气体喷嘴1414的特写剖视图。由抽吸空气 1410在具有径向间隙(即加压气体喷嘴1414)的圆形气室1408产生康达效应。圆形气室 1408围绕撞击器喷嘴1404,并向撞击器喷嘴1404径向注入高速气体流。圆形气室1408均 匀地提供小间隙以控制喷射流。该间隙被配置为在下侧具有圆形排放边缘1502,在上侧具 有向下转的边缘1504,它们一起使环形喷射在康达效应协助下"附加"到撞击器喷嘴的内 径。向下转的边缘1504转动的方向为窜气1404的方向,以将空气1410引导到撞击器喷嘴 1404。此圆柱形空气喷射相对于窜气流1402的中央核心在更高的速度,并且得到的混合/ 切变产生的抽吸效果加速了窜气流1404以及大大降低了通过撞击器喷嘴1404的压降。环 喷射系统1400,其类似于上述描述的关于系统100中的中央喷嘴,使用从高速流(流量环, 在这种情况下)到低速核心流的动量转移。康达效应使得环形喷射流粘到墙壁,在这种情 况下为撞击器喷嘴的内径,并使得消散得比自由扩展喷射更慢。使用CFD评估的环形喷射 系统1400的测试结果将在下面关于图16-18中进一步详细描述。
[0057] 参考图16,示出了在10PSIG和30PSIG增压压力下通过撞击器喷嘴1404的迹线。 该迹线偏离中心。偏差是由于速度场的再分配,以使得当撞击器喷嘴1404上游端的质量流 速固定时满足连续性方程。
[0058] 参考图17,比较了系统1400的康达效应喷嘴和基准模型的抽吸性能。比较中所用 的基准模型与上面所讨论的关于系统100的比较相同的基准模型,特别地,所述基准模型 包括一个窜气流速约为I. 2SCFM的3毫米孤立喷嘴,产生19. 3〃H20的压降。
[0059] 参考图18,比较了系统1400的康达喷嘴与基准模型的分离效率曲线。在30PSIG 下,相比基准值0. 26微米,D50为0. 24微米。在较低推动压力10PSIG下,康达概念的效率 相比基准线(切割大小0. 39微米相比基准线0. 26微米)有所减小。
[0060] 其它实施例
[0061] 上述实施方式都允许设计控制曲轴箱压力。曲轴箱压力可以为中性、负的、或正 的,取决于喷射栗设计比、推动压力、和动力流速。
[0062] 任一上述实施方式可适合于包括穿孔多孔表面(多孔区的圆形孔与喷射对准,以 进一步提高多孔区渗透)和/或美国专利8202339所述的圆锥形支撑表面。
[0063] 任一上述实施方式可适合于采用2维线性"缝隙式喷嘴",而不是轴对称圆形喷嘴 所述配置。
[0064] 中央喷射概念中每个撞击器喷嘴可以包括多个动力中央喷嘴。例如,三个或六个 动力喷嘴可阵列设置并分布在撞击器喷嘴的横截面上。
[0065] 任一上述实施方式,可以与无孔区撞击表面(即,收集介质)结合使用。例如,该 撞击表面可以是平的,光滑的,或者粗糙但不可渗透的。
[0066] 任一上述实施方式可以与可变撞击器方案一起使用,其中固
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