專利名稱：用于過濾含空氣的油的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物的方法和裝置，其通過將油 引入泵的入口，并將油進(jìn)一步泵送到將污染油分離成固相和液相的過濾器的入口，固相由 過濾器保留，液相通過過濾器并通過過濾器的出口作為濾液離開。
背景技術(shù)：
眾所周知使用濾油器凈化包含懸浮雜質(zhì)的油。主要應(yīng)用是使用這種過濾器用于過 濾機(jī)油，機(jī)油例如液壓油以及在發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)，諸如在齒輪和軸承中使用的油。高效過濾 任何填充油的系統(tǒng)中的油對于延長壽命和增強(qiáng)性能是必要的。DE 195 11 450 (Munkel)公開一種用于在旁路支線內(nèi)過濾來自液壓-流體儲存器 的流體的旁路安裝型過濾器組件，過濾器具有馬達(dá)驅(qū)動泵和剛性安裝的殼體，殼體由封蓋 封閉并容納可替換的過濾器元件。過濾器殼體直接連接到泵，并形成如下容器，該容器設(shè)計 成當(dāng)更換過濾器元件時保持清潔流體，以使得可以簡單地替換過濾器元件或更新過濾器， 而不會出現(xiàn)污染過濾器下游的清潔油的任何風(fēng)險。在一種實(shí)施方式中，差壓計監(jiān)測過濾器 的入口側(cè)和出口側(cè)之間的壓強(qiáng)差。如果超過特定差壓值，則可利用電信號停止泵的馬達(dá)。止 回閥防止油從用于已過濾油的位于較高處的箱體回流。DE 195 11 450未公開或建議在油 含有空氣的情況下怎樣解決過濾問題，油含有空氣可能妨害過濾。DE 199 33 620 (Locher)公開一種用于具有旋轉(zhuǎn)部件的液壓操作式機(jī)器、尤其是 汽車的自動變速箱的濾油器，該濾油器具有插入其內(nèi)的膜以去除存在于油流中的氣泡。1分 米2的膜面積去除約20毫升/小時空氣。這么低的能力使得這種解決方案不適于用于大 規(guī)模應(yīng)用中。EP1424116 (Hesterwerth等人)公開一種具有集油室的氣泡分離器，該集油室用 于通過設(shè)置在油上方的空氣體積而給油排氣。在油入口之后的入口區(qū)域內(nèi)提供設(shè)置于在流 動方向上彼此后方的保持板。在保持板后方流動方向上提供具有交替變化寬和窄的自由截 面尺寸的流體槽。這種分離器不適于非常小的氣泡的情況。WO 99/35435( SaIavamaki等人)公開一種用于在循環(huán)過程中將潤滑油或液壓 油中的空氣含量帶入均衡狀態(tài)的方法。通過這種方法，1. 5毫米或更大數(shù)量級的氣泡上升到 油箱內(nèi)的油表面，而較小泡在液壓作用下在箱體內(nèi)的水平足夠高的油的底部處溶解。該壓 強(qiáng)是大約0. 5巴(0. 05MPa)。WO 99/35435的圖4顯示一種用于清潔從油箱底部處泵抽的 油的過濾器。在過濾器之后是冷卻器。然而，該文件未記載關(guān)于特定過濾條件的情況?，F(xiàn)在的機(jī)器必須快速、精確以及經(jīng)濟(jì)。當(dāng)機(jī)器容差變得更加精細(xì)，例如約4μπι并 經(jīng)常低于3 μ m時，這就提高了對諸如液壓油和潤滑油之類的機(jī)油的要求。由于這種尺寸的 顆?？蓪?dǎo)致長期磨損，因此將它們的數(shù)量減少到盡可能少是優(yōu)選的。舉例而言，風(fēng)輪機(jī)的齒輪箱用相對高粘性的油(例如40°C時320毫米7秒的平均 粘度；根據(jù)DIN 51 519的ISO VG 320)潤滑。這種油可利用3 μ m的濾芯清潔。借助于通 過這種過濾器的一個通道，通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的移除大于4 μ m的存在顆粒，典型地降低了 3至4個ISO 4406評級(例如，從級數(shù)19至16或15，參見下文表格1)。然而，實(shí)踐中常 發(fā)現(xiàn)該效率顯著地低。這就表示需要若干個通過過濾器的通道以獲得可接受的油清潔度。 這是代價非常高的。因此，仍舊需求一種更有效的用于過濾污染油的方法。本發(fā)明是建立在考慮了在實(shí)踐中油的過濾和在實(shí)驗(yàn)室中的結(jié)果之間的上述差異 的基礎(chǔ)上的。在這一點(diǎn)上，決定分析在工作中由于油中結(jié)合了空氣而引起的可能問題。這 種分析的問題是要在油不僅被懸浮固體顆粒污染而且也包含溶解的空氣以及氣泡時，獲得 代表性的油樣本。當(dāng)采集這種樣本時，氣泡可以一起合并成較大泡并上升到靜置的油表面。如上所述，風(fēng)輪機(jī)內(nèi)的齒輪箱是用具有相對高粘度的油潤滑。已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)輪機(jī)工 作時，空氣典型地以5至20體積/體積％的量結(jié)合入油中。這些量的空氣呈現(xiàn)為較小和較 大的自由空氣泡。典型地，油也包含在大氣壓下溶解于油中的8至12體積/體積％的空氣。 這些量未包括在5至20體積/體積％的氣泡中。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，齒輪箱內(nèi)的結(jié)合氣泡被攪動 從而形成非常細(xì)小的泡，產(chǎn)生混濁油，這看起來像泡沫。懸浮氣泡可以具有小到Iym的直 徑。基于這些發(fā)現(xiàn)，利用將空氣混合進(jìn)油中的小泵將實(shí)驗(yàn)性含空氣的油制備為泡沫。 利用該含空氣的油泡沫，過濾結(jié)果與實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的那些更加一致，即具有相似的差效率。意識到過濾問題是由于油中的氣泡含量的情況下，有人或能斷定在利用上述復(fù)雜 的、無效率的以及昂貴的用于這種去除的方法之一過濾之前，必需去除氣泡。然而，尤其當(dāng)氣泡非常細(xì)小時(由于是針對來自風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的有非常小氣泡的 潤滑油的泡沫的場合)，這種從高粘度油中分離氣泡是非常麻煩和耗費(fèi)時間的。因此，需要一種較不復(fù)雜的解決方案。本發(fā)明的目的是提供從含空氣的油、特別是潤滑油或液壓油中簡單但仍高效去除 固態(tài)污染物的方法和裝置。在本申請中，術(shù)語“含空氣的油”是指具有通?？雌饋硐衽菽闹辽?. 2體積/體 積％的非溶解的自由空氣泡量的油。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物的方法，其包括 將油引入泵的入口，并將油進(jìn)一步泵送到將污染油分離成固相和液相的過濾器的入口，固 相由過濾器保留，液相通過過濾器并通過過濾器的出口作為濾液離開，其中，將過濾器的出 口處的濾液在確保所有空氣溶解于濾液中的壓強(qiáng)下保持。在本說明書和權(quán)利要求中，將緊鄰在過濾器后面的出口內(nèi)的濾液壓強(qiáng)也稱作“背 壓”。該背壓確保所有空氣仍然被溶解，因此當(dāng)油通過過濾器時，沒有自由空氣泡形成。在優(yōu)選實(shí)施方式中，通過在過濾器之后設(shè)置傳統(tǒng)背壓閥，來獲得增加的“背壓”。借助于該背壓，所有氣泡或至少大部分氣泡可視為溶解于油中。由于處于亞飽和 油中的氣泡將緩慢地溶解于該油中，因此油暴露于壓強(qiáng)增加時的時間應(yīng)該為氣泡溶解于油 中的時間長度。 通常，本領(lǐng)域技術(shù)人員不會故意地在過濾器之后提供增加的背壓。然而，這是結(jié)合 本發(fā)明所完成的，且意外地發(fā)現(xiàn)當(dāng)將這種增加的壓強(qiáng)施加到過濾器的濾液側(cè)時，過濾效率 得到本質(zhì)上提高。
優(yōu)選地，背壓是至少0. 3巴(0. 03MPa)，例如至少0. 4巴、0. 5巴或0. 6巴(0. 04、 0. 05或0. 06MPa)，更優(yōu)選地為高于0. 8巴(0. 08MPa)，例如高于1. 0巴或1. 2巴(0. 1或 0. 12MPa)，且通常不超過5巴(0. 5MPa)，優(yōu)選地不超過2巴(0. 2MPa)，例如不超過1. 8巴 (0. 18MPa)。在濾液側(cè)沒有這種背壓的情況下，保持空氣處于溶解狀態(tài)，整個過濾器上的壓降 導(dǎo)致氣泡膨脹成較大體積，并且也可能釋放已溶解的空氣?？諝獾倪@種膨脹趨于推動待過 濾的固態(tài)顆粒通過過濾器的孔或開口。以此方式，大量污染固態(tài)顆粒未有效地與油分離，并 因此保留于濾液中。一旦氣泡添加到油中時，則在無氣泡條件下在過濾過程中截獲于過濾 器內(nèi)的固態(tài)污染物，也趨于被釋放。整個過濾器上的壓降根據(jù)所討論的過濾器而定。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濾液側(cè)上的壓強(qiáng)升高時， 過濾器之前的壓強(qiáng)相應(yīng)地增加，并保持通過過濾器的流量。當(dāng)利用背壓時，整個過濾器上的 壓降效果并不引起氣泡膨脹?？赡苓@是因?yàn)榕葜械目諝庠谶^濾器之前的壓強(qiáng)下溶解了。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，借助于來自過濾器下游的液阻保持出口內(nèi)的濾液的背壓。本發(fā)明也提供一種用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物的裝置，所述裝置具 有入口和用于濾液的管道，入口連通到泵，以將油通過管道引導(dǎo)至將污染油分離成固相和 濾液的過濾器的入口，固相由過濾器保留，管道連接到過濾器的出口，其中，管道具有將過 濾器出口處的濾液在確保所有空氣溶解于濾液中的壓強(qiáng)下保持的裝置。如上所述，在通過過濾器過程中，這種壓強(qiáng)阻礙了氣泡從油中釋放。在優(yōu)選實(shí)施方式中，將濾液在這種背壓下保持的裝置包括位于管道內(nèi)的來自過濾 器下游的液阻，例如閥、孔板、或管道的窄化。在更優(yōu)選實(shí)施方式中，保持濾液的增壓的裝置是傳統(tǒng)的背壓閥。本發(fā)明描繪了一種解決由待過濾的油中的氣泡所引起的過濾問題的新途徑?？珊?單地省略從油中困難地分離所結(jié)合的空氣的步驟。替代地，油被加壓以在過濾器的入口處、 而且尤其是在過濾器的出口，部分地或全部地溶解油中的空氣。以此方式，確保了空氣在出 口側(cè)保持溶解于油中，且可避免可能也由于空氣從溶解狀態(tài)被釋放所引起的小氣泡的劇烈 膨脹。以此方式，在沒有來自氣泡的任何擾亂影響下，可高效地實(shí)施將油分離成固相和 濾液的本身傳統(tǒng)的油過濾。有人可能想到以下絕對的想法，當(dāng)油返回到機(jī)器時油中保持空氣含量，可能會在 機(jī)器中引起麻煩。然而，在風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的情況下，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用無氣泡的新鮮油時，齒輪箱 內(nèi)空氣的結(jié)合是非常快的，在約6分鐘操作內(nèi)就產(chǎn)生具有和在污染的用過的油中一樣的典 型空氣含量的含空氣的油。本發(fā)明的應(yīng)用范圍在下述附圖和詳細(xì)描述中呈現(xiàn)。然而，應(yīng)該理解，該詳細(xì)描述和 具體舉例僅包括用來例示優(yōu)選實(shí)施方式，落入保護(hù)范圍內(nèi)的各種變化和修改對于熟悉本領(lǐng) 域技術(shù)人員基于該詳細(xì)描述將是顯而易見的。


圖1是具有油過濾和濾液循環(huán)的本發(fā)明的方法和裝置的示意性圖示。圖2是來自于大約110小時期間試驗(yàn)運(yùn)行的曲線圖。從上面數(shù)第一個圖顯示在過濾器之前(PCl)和之后(PC2)的以ISO 4406評級> 4 μ m表達(dá)的清潔度。第二個圖顯示以 升/小時表示的流量，第三個圖顯示不同時段(A到F)內(nèi)過濾器之前的壓強(qiáng)(PBF)。最下面 的第四個圖顯示過濾器之后的作為“估計背壓(estimated back pressure，BP) ”的濾液壓 強(qiáng)。該BP估計為PBF以下約0. 4巴(0. 04MPa)。
具體實(shí)施例方式參見圖1，儲油器2內(nèi)的污染油1在管道3內(nèi)被引導(dǎo)到泵4。從泵4出發(fā)，油在管 道5內(nèi)的壓強(qiáng)下被引導(dǎo)到過濾器6，過濾器6將污染油分離成固體材料和作為濾液的凈化 油。濾液在管道7內(nèi)被引導(dǎo)通過閥8。閥8可為能夠在過濾器6之后的管道7內(nèi)提供足夠 背壓的任何合適閥或其它液阻。舉例為包括單向閥(非回流閥)、減壓閥或手控閥的任何 類型的調(diào)節(jié)閥，或者包括孔板或簡單地為過濾器出口的窄化的另一液阻。濾液可通過管道 9從閥8循環(huán)流到儲油器2。圖1所示的裝置也具有旁路閥10，旁路閥10用于下文所述及 的實(shí)驗(yàn)性試驗(yàn)運(yùn)行。泵4提供管道5內(nèi)的足夠壓強(qiáng)，以克服由過濾器6和閥8弓丨起的壓降。流通過過 濾器6使得壓強(qiáng)降低，但根據(jù)本發(fā)明，過濾器之后的管道7內(nèi)的背壓必須足夠，以在通過過 濾器過程中在油內(nèi)保持溶解形式的結(jié)合空氣并阻礙氣泡從油中釋放。因此，空氣將首先在 閥8之后釋放。根據(jù)油內(nèi)的實(shí)際空氣含量和油的類型，管道7內(nèi)的背壓應(yīng)該優(yōu)選地為高于 0. 3巴(0. 03MPa)，更優(yōu)選地為高于0. 8巴(0. 08MPa)，例如高于1. 2巴(0. 12MPa)，且通常 不超過5巴(0. 5MPa)，優(yōu)選地不超過2巴(0. 2MPa)，例如不超過1. 8巴(0. 18MPa)。舉例試驗(yàn)進(jìn)程已在如圖1所示設(shè)置的自動試驗(yàn)臺上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以確定當(dāng)過濾油時形成泡沫的 空氣(froth-forming air)的效果。過濾器是3 μ m纖維素基深度的過濾器(具有CJC濾 芯 BG 15/25 的 CJC 精細(xì)過濾器 HDU15/25PV ；可在丹麥 Svendborg 的 C. C. Jensen A/S 獲 得)。這種過濾器由若干個堆疊并結(jié)合在一起的碟片構(gòu)成。該材料基本上為纖維素。濾芯 具有3 μ m絕對過濾精度(filtration degree)和0. 8 μ m的名義過濾精度。這就意味著所 有大于3 μ m的固體顆粒中的98. 7%和所有大于0. 8 μ m的顆粒中的大約50%在一次過濾 中被保留。給試驗(yàn)臺裝備以可控油流量、精確溫控、測量過濾器之前壓強(qiáng)、以及過濾器之前和 之后的顆粒含量的精確傳感器。在每次試驗(yàn)之前，將60升被污染的齒輪油(Mobilgear SHC XMP 320，具有40°C時 320毫米7秒的平均粘度；根據(jù)DIN 51 519的ISO VG 320)添加到儲油器。形成泡沫的 氣泡與位于旋轉(zhuǎn)齒輪泵吸入側(cè)的滲漏物以人工方式結(jié)合。非溶解的氣泡總量為約10體積 /體積％。當(dāng)在室溫下靜置時，這種人工制備的相當(dāng)于基于斯托克斯定律(Stokes law)估 計的約40 μ m泡尺寸的泡沫在約10小時之后變得清楚。該觀察結(jié)果與來自風(fēng)輪機(jī)齒輪箱 的污染油所觀察到的結(jié)果相似。該試驗(yàn)是以45升/小時的流量在50°C下實(shí)施。在過濾器之前的臟污側(cè)上用一種 顆粒計數(shù)器(PCi)，并在過濾器的清潔側(cè)上用另外的顆粒計數(shù)器(Pa)測量，對每毫升大于 4 μ m的顆粒數(shù)量根據(jù)ISO 4406評級測量清潔度。
過濾器之后的壓強(qiáng)即背壓(BP)是利用閥10打開(BP 大氣壓)或關(guān)閉而可調(diào)整 的，在關(guān)閉情況下壓強(qiáng)由止回閥8決定。僅測量過濾器之前的壓強(qiáng)。在打開閥10的情況下， 該壓強(qiáng)是0.4巴(0.04MPa)，與整個過濾器上的壓降對應(yīng)。基于以下報告的試驗(yàn)運(yùn)行，整個 過濾器上的壓降可視為幾乎恒定在約0. 4巴(0. 04MPa)。表1顯示根據(jù)ISO 4406的每毫升的顆粒數(shù)量表 權(quán)利要求
1.一種方法，用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物，包括將所述油引入泵的入口， 并將所述油進(jìn)一步泵送到將所述污染油分離成固相和液相的過濾器的入口，固相由所述過 濾器保留，液相通過所述過濾器并通過所述過濾器的出口作為濾液離開，其中，將所述過濾 器的出口處的濾液在確保所有空氣溶解于所述濾液中的壓強(qiáng)下保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物，包括將所 述油引入泵的入口，并將所述油進(jìn)一步泵送到將所述污染油分離成固相和液相的過濾器的 入口，固相由所述過濾器保留，液相通過所述過濾器并通過所述過濾器的出口作為濾液離 開，其中，將所述過濾器的出口處的濾液在至少0.3巴(0.03MPa)的背壓下保持。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，借助于來自所述過濾器下游的液阻來保持所述 出口處的所述過濾器的背壓。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述過濾器出口側(cè)處的液阻由閥、孔板、或所述過 濾器出口的窄化來提供。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含空氣的油是潤滑油。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在使用過程中，所述油在結(jié)合空氣之前 具有根據(jù)DIN 51 519在40°C下介于200和1000毫米2/秒之間的平均粘度。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述過濾器的出口處的濾液在0.3 巴(MPa)至5巴(0. 03至0. 5MPa)的壓強(qiáng)下保持。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述過濾器的出口處的濾液在0.8 巴(MPa)至2巴(0. 08至0. 2MPa)的壓強(qiáng)下保持。
9.一種裝置，用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物，具有入口(3)以及用于濾液 的管道(7)，所述入口( 連通到泵G)，以將油通過管道( 傳遞至將所述污染油分離成 固相和濾液的過濾器(6)的入口，固相由所述過濾器保留，管道(7)連接到所述過濾器的出 口，其中，所述管道(7)具有將所述過濾器出口處的濾液在確保所有空氣溶解于所述濾液 中的壓強(qiáng)下保持的裝置(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物，具有入口 (3)以及用于濾液的管道(7)，所述入口 C3)連通到泵(4)，以將油通過管道( 傳遞至將所 述污染油分離成固相和濾液的過濾器(6)的入口，固相由所述過濾器保留，管道(7)連接到 所述過濾器的出口，其中，所述管道(7)具有將所述濾液在至少0. 3巴(0. 03MPa)壓強(qiáng)下保 持的裝置(8)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述裝置(8)包括位于所述管道(7)內(nèi)的來自所 述過濾器(6)下游的液阻。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述裝置(8)包括閥、孔板、或所述管道(7)的窄化。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述裝置(8)是背壓閥。
全文摘要
一種用于從含空氣的污染油中去除固態(tài)污染物的方法和裝置，其包括將油引入到將污染油分離成固相和液相的過濾器的入口，固相由過濾器保留，液相通過過濾器并通過過濾器的出口作為濾液離開。在濾液出口處添加增加的壓強(qiáng)。由于避免了擾亂氣泡，因此，該過濾更加高效。
文檔編號B01D19/00GK102065968SQ200980118860
公開日2011年5月18日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者S·H·詹森 申請人:C·C·詹森有限公司