用于从涡轮机的工作介质中分离脏粒的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分所述的、用于从涡轮机的工作介质中分离脏粒的设备和方法。
【背景技术】
[0002]在文献EP 2 137 397 B1中示出一种用于以燃烧用空气流供应内燃机和用于导出废气流的组件，在该组件中，涡流发生器构造为用于在废气导回流中所形成的凝结物的离心式分离器。通过利用原本在涡流发生器中出现的、对所形成的凝结物起作用的离心力或者说惯性力，可在没有附加措施的情况下实现高效的分离。
[0003]由DE 10 2007 030 277 A1已知一种用于内燃机的涡轮增压器。在压缩机转子和涡轮增压器之间，在中间室中布置有离心式分离器，该离心式分离器与轴耦合。该离心式分离器要作为用于将液体/油从曲轴箱中分离的分离器使用。
【发明内容】
[0004]具有独立权利要求特征部分特征的、用于从涡轮机的工作介质中分离脏粒的设备和方法具有以下优点:以特别紧凑和节省空间的结构类型实现脏粒从涡轮机的工作介质中分离。通过使工作介质的平行于主轴线的速度分量反向可将涡流发生器的安装空间近似减小通常所需长度的一半，因为两次流经涡流发生器内的相同的路段。这恰好对于涡轮机在机动车内的应用是重要的，因为在机动车的发动机室内仅仅存在小的安装空间可供使用。
[0005]在从属权利要求中说明根据本发明的方法和根据本发明的设备的有利的构型和拓展方案。
[0006]这样的设备是有利的，在该设备中，涡流发生器构造为近似旋转对称的空心体，管伸进该空心体中，所述管形成到涡轮机的连接装置。通过旋转对称的空心体，工作介质和脏粒经历具有平行于主轴线的速度分量的螺旋形的旋转运动直到它们到达空心体的端部。工作介质在至少一个反射面上经历该平行于主轴线的速度分量的反向，即，工作介质发生螺旋形的运动的方向改变，在该方向改变中，平行于主轴线的速度分量的符号改变。因此，工作介质在具有反向的方向的螺旋形的旋转运动中通过所述管流到涡轮机的壳体中。脏粒由于其惯性不经历平行于主轴线的速度分量的反向并且因此与工作介质分开。所述管在空心体内的布置形成用于分开具有脏粒的工作介质和没有脏粒的工作介质的高效和节省空间的结构形态。
[0007]当伸进涡流发生器的空心体中的管由涡轮机的壳体形成时，确保涡流发生器的特别紧凑和节省空间的结构形态。在该情况下，涡流发生器不必在空间上布置在涡轮机前面，而可作为近似旋转对称的空心体环绕涡轮机的壳体布置。此外，通过多重利用相同的构件、例如将壳体作为管使用来节省成本。
[0008]通过到涡流发生器中的流入管道，对于螺旋形的旋转运动而言可预先给定主旋转方向，所述流入管道这样设计，使得工作介质在进入涡流发生器时具有与空心体的壁相切的另一速度分量。在这里，主旋转方向理解为螺旋形的旋转运动的旋转方向，在该旋转运动中，可在向顺时针方向的旋转方向或者向逆时针方向的旋转方向之间区分。这是有利的，因为通过旋转方向的选择可影响流动角度，工作介质以所述流动角度打到转子或者在转子直接上游的拉伐儿喷嘴(LavaldUse)上。
[0009]空心体的内半径沿着主轴线在供给管道和与所述管相对置的流出壁之间减小，由该空心体的内半径产生另外的优点，因为具有脏粒的工作介质的旋转速度因此增大，从而脏粒由于更高的离心力而更强烈地被甩到空心体的壁上并且因此被制动，从而脏粒能更容易地从所述流中脱开。
[0010]至少一个钻孔在空心体的与所述管相对置的流出壁上的布置是有利的。通过与钻孔连接的导出管道能以简单和高效的方式将脏粒从涡流发生器中除去。例如这可通过建立压力梯度来实现。
[0011]恰恰在布置在用于内燃机的热量回收的系统中的涡轮机中，涡流发生器直接布置在涡轮机前面用于将脏粒从工作介质中分离是有利的。在用于内燃机的热量回收的系统中，工作介质流经一个回路，在该回路中相继地布置有至少一个热交换器、涡轮机、至少一个冷凝器和至少一个栗。即，工作介质多次流经涡轮机并且不像在其它的应用中这样，如例如在涡轮增压器中或者在工业应用的热电厂中，对于涡轮机的每次通流被更新。由于在用于内燃机的热量回收的系统内的循环过程导致工作介质的由于脏粒如例如由于润滑剂的持久污染。所述脏粒可能由于侵蚀、沉积或者点蚀在涡轮机上或者在上述用于热量回收的系统的其它构件上而引起损害。通过所建议的设备和所建议的方法，在每次流经涡轮机之前实现在工作介质中的脏粒的减少，从而可持久地降低工作介质中的脏粒的浓度。
【附图说明】
[0012]在附图中示出并且在以下的说明中详细解释本发明的实施例。
[0013]附图示出:
[0014]图1具有涡流发生器的涡轮机，
[0015]图2涡流发生器，和
[0016]图3用于内燃机的热量回收的系统的示意性示图。
【具体实施方式】
[0017]在图1中示出具有转子11的涡轮机10，转子布置在壳体17中。用于驱动涡轮机10的工作介质通过供给管道12到达转子11，所述转子被工作介质置于旋转运动状态。转子11的动能可转换为另外的能量形式。
[0018]喷嘴组件13可布置在转子11前面。它可以是拉伐儿喷嘴，在工作介质打在转子11上之前，所述拉伐儿喷嘴导致工作介质的加速。
[0019]涡流发生器20直接布置在涡轮机10的输入侧。涡流发生器20由近似旋转对称的空心体24构成，该空心体固定在涡轮机10的壳体17的端侧上。空心体24具有流入管道28。工作介质可通过该流入管道28到达涡流发生器20的空心体24中。由于流入管道28，旋转对称性在空心体24的至少一个区域中被中断。
[0020]流入管道28可这样设计，使得工作介质具有至少一个另外的平行于空心体24的内壁25的速度分量。
[0021]在空心体24之内布置有管26，该管形成到涡轮机10的连接装置。该管26可由涡轮机10的壳体17形成。然而，该管26也可以是涡流发生器20的自身的构件，该自身的构件通过尽可能紧密的连接而法兰安装到涡轮机10的壳体17上。流到涡流发生器20中的工作介质通过管26到达涡轮机10的供给管道12中。
[0022]在与管26相对置的流出壁27上布置有导出管道23。导出管道23可通过在流出壁27的中心的钻孔与空心体24连接。在流出壁27内的钻孔的另外的位置也是可行的。所述位置可根据空心体24的几何结构来选择。
[0023]在图1中所示出的设备用于将脏粒从涡轮机10的工作介质中分离。涡轮机的工作介质可以是处于高压下的水蒸气。但是，其它的可用于驱动涡轮机10的工作介质也是可行的。如例如来自涡轮机10的轴承的润滑剂这样的脏粒可能积聚在工作介质之内。这些脏粒可能由于点蚀或者侵蚀导致在涡轮机10内的损害。此外，可能导致脏粒在涡轮机10之内或者在涡轮机10下游的构件之内的不期望的沉积。
[0024]为了从涡轮机10的工