本發(fā)明涉及液壓系統(tǒng)氣體析出技術(shù)，尤其涉及一種具有錐形集油腔和螺旋狀導(dǎo)流道的氣液分離裝置。

背景技術(shù)：

液壓油液中的氣體以兩種不同的形式存在：第一種溶解在油液中的氣體，另一種為游離于油液之外的自由氣泡。對于飽和油液，若其壓力降低，則溶解于其中的氣體將會因過飽和而以氣泡的形式從油液中析出，而在此過程中，由于油液粘度較大，因此氣泡將在油液中長時間逗留，而不能完全與油液分離。

在液壓系統(tǒng)中，液壓油經(jīng)常需要經(jīng)過節(jié)流閥，而在此過程中，閥口處將產(chǎn)生大幅度的壓力降，從而油液中的氣體將析出。這便是油液中存在氣泡的主要原因。而在一些開式液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)密封性較差，而會導(dǎo)致外界環(huán)境中的空氣混入系統(tǒng)中，油液不能完全溶解這些混入氣體，因此，殘留的空氣也將會以氣泡的形式存在于液壓油中，并隨之在系統(tǒng)中循環(huán)。

液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是輕量化、節(jié)能化、便攜性和高功重比(功率與重量之比)。傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)油箱體積較大，其重要原因之一便是須提供充分的空間供油氣混合物靜置，以便析出其中的氣體；為了減輕液壓系統(tǒng)的重量，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的輕量化、節(jié)能化、便攜性和高功重比，應(yīng)有專門的裝置用以消除油氣混合流中的氣體，且該裝置體積不宜過大、質(zhì)量不宜過重。

目前已有的某些消除液壓系統(tǒng)油液內(nèi)氣泡的專用裝置采用驅(qū)動油液做離心運動、加速氣液分離的方法，雖然能在有限體積內(nèi)降低液壓油的氣體體積分?jǐn)?shù)，但是由于采用了外部驅(qū)動部件，故能源消耗增大；該類裝置雖然可以令液壓油箱體積減小，但由于增設(shè)了動力機(jī)械，故整個系統(tǒng)的體積及重量反而增加。本發(fā)明則通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性使得氣液混合物能夠以較高速度在有限空間內(nèi)運動較長時間，進(jìn)而實現(xiàn)氣液分離；同時，分別收集氣體和油液排出的功能結(jié)構(gòu)有效避免氣、液的二次混合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種具有錐形集油腔的氣液分離裝置，應(yīng)用于液壓系統(tǒng)的液壓回油總管路與液壓油箱之間，通過其自身圓柱—圓錐內(nèi)壁結(jié)構(gòu)及螺旋狀導(dǎo)流道強(qiáng)迫油氣混合流發(fā)生螺旋運動，最終實現(xiàn)氣體析出；通過氣、液分別收集結(jié)構(gòu)和排出結(jié)構(gòu)避免氣、液的二次混合；同時，本發(fā)明通過無外部驅(qū)動而直接實現(xiàn)回油總管路中混合流的氣液分離，實現(xiàn)輕量化、節(jié)省能源、提高液壓系統(tǒng)便攜性和功重比。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種具有錐形集油腔和螺旋狀導(dǎo)流道的氣液分離裝置，該裝置包括從上至下依次連通的出氣口、集氣管、圓柱筒體、錐形集油腔和出液口，圓柱筒體的側(cè)壁連通入液口，圓柱筒體、錐形集油腔的內(nèi)壁面均具有螺旋狀凸起導(dǎo)流道；所述出氣口、集氣管、圓柱筒體、錐形集油腔、出液口和入液口六個部分以abs材料通過3d打印成型，或采用輕量化非脂溶性材料注塑成型；六個部分分別成型后采用α－氰基丙烯酸乙酯作為粘結(jié)劑粘合為整體；粘合成型后的裝置整體具備足夠強(qiáng)度，在常規(guī)液壓油箱所處的振動條件下不發(fā)生開裂；除入液口、出氣口、出液口部分外，均不與外界發(fā)生氣體、液體交換，且不發(fā)生油液滲漏，各粘結(jié)接口具有較高的氣密封、液密封性能。

進(jìn)一步地，所述圓柱筒體的壁厚不小于10mm，內(nèi)腔直徑不小于100mm，徑向長度不小于80mm；內(nèi)壁面上的螺旋狀凸起導(dǎo)流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，導(dǎo)流道截面為等腰梯形；采用3d打印成型時，打印方式為以圓筒軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成圓柱筒體。

進(jìn)一步地，所述入液口為圓柱筒狀，內(nèi)壁與圓柱筒體內(nèi)壁相切；入液口的壁厚不少于10mm，內(nèi)徑不小于20mm，自端面至圓柱筒體的對稱面距離不少于100mm；采用3d打印成型時，打印方式為以入口端面的軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成入液口。

進(jìn)一步地，所述錐形集油腔的錐底內(nèi)腔直徑與圓柱筒體內(nèi)腔直徑相等；錐形集油腔軸向長度不小于90mm，小徑端內(nèi)腔直徑不小于20mm；壁厚不少于10mm；內(nèi)壁面上的螺旋狀凸起導(dǎo)流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，導(dǎo)流道截面為腰長及底邊長均逐漸減小的等腰梯形，且該部分導(dǎo)流道與圓柱筒體的導(dǎo)流道過渡平滑，無明顯形狀突變；采用3d打印成型時，以圓錐軸向為打印平臺的法向，逐層打印直徑漸小圓環(huán)，堆疊成錐形集油腔。

進(jìn)一步地，所述出液口為圓柱筒狀，其內(nèi)腔直徑與錐形集油腔小徑端內(nèi)腔直徑相等；出液口軸向長度不長于30mm，壁厚不少于10mm；采用3d打印成型時，以出液口軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成出液口。

進(jìn)一步地，所述集氣管為圓柱筒體，內(nèi)徑不大于40mm，軸向長度不大于60mm，內(nèi)外徑之差不大于5mm；采用3d打印成型時，須與圓柱筒體同步打印。

進(jìn)一步地，所述出氣口為圓柱筒體，內(nèi)徑不大于40mm，軸向長度不大于20mm，內(nèi)外徑之差不大于5mm；出氣口與圓柱筒體、錐形集油腔、出液口、集氣管保持同軸；采用3d打印成型時，以出液口軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成出氣口。

本發(fā)明的有益結(jié)果是：

(1)液壓系統(tǒng)若采用本發(fā)明裝置，在保證油箱內(nèi)油液具有較低含氣量的同時，其油箱體積可以大幅度縮減，可小于傳統(tǒng)油箱的20％；相應(yīng)地，油液總用量也可以減少，以流量為150l/min的系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的油箱須按照450l液壓油進(jìn)行設(shè)計，而采用本發(fā)明裝置的小型化油箱容積僅為70l，且當(dāng)回油管中氣體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10％(入液口處的數(shù)值)時，流出氣液分離裝置出液口的氣體體積分?jǐn)?shù)僅為0.9％，有效地節(jié)省了空間和油液；

(2)本發(fā)明由于采用了非金屬材料，加之本身體積有限，且對應(yīng)的液壓油箱亦大幅度減重，故對于系統(tǒng)的輕量化、便攜性和功重比的提高具有促進(jìn)作用；

(3)本發(fā)明的工作機(jī)理是運用結(jié)構(gòu)改變混合流的運行方向，系氣液混合流動能及重力共同作用，不需外部能源作為輸入，可實現(xiàn)節(jié)能減排。

附圖說明

圖1是具有錐形集油腔和螺旋狀導(dǎo)流道的氣液分離裝置的爆炸視圖；

圖2是裝置的裝配體外觀圖；

圖3為裝置的裝配體剖視圖(過軸、剖面與入口端面平行)；

圖4為裝置的主、俯、左三視圖；

圖中：1.入液口、2.圓柱筒體、3.出氣口、4.集氣管、5.錐形集油腔、6.出液口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1-4所示，本發(fā)明提供的一種具有錐形集油腔和螺旋狀導(dǎo)流道的氣液分離裝置，該裝置包括從上至下依次連通的出氣口3、集氣管4、圓柱筒體2、錐形集油腔5和出液口6，圓柱筒體2的側(cè)壁連通入液口1，圓柱筒體2、錐形集油腔5的內(nèi)壁面均具有螺旋狀凸起導(dǎo)流道；所述出氣口3、集氣管4、圓柱筒體3、錐形集油腔5、出液口6和入液口1六個部分均采用非金屬材料制成，具體成型方案包括但不限于以abs材料通過3d打印成型、采用輕量化非脂溶性材料注塑成型；六個部分分別成型后采用α－氰基丙烯酸乙酯作為粘結(jié)劑粘合為整體；粘合成型后的裝置整體具備足夠強(qiáng)度，在常規(guī)液壓油箱所處的振動條件下不發(fā)生開裂；除入液口1、出氣口3、出液口6部分外，均不與外界發(fā)生氣體、液體交換，且不發(fā)生油液滲漏，各粘結(jié)接口具有較高的氣密封、液密封性能。

進(jìn)一步地，所述圓柱筒體2的壁厚不小于10mm，內(nèi)腔直徑不小于100mm，徑向長度不小于80mm；內(nèi)壁面上的螺旋狀凸起導(dǎo)流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，導(dǎo)流道截面為等腰梯形；采用3d打印成型時，打印方式為以圓筒軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成圓柱筒體。

進(jìn)一步地，所述入液口1為圓柱筒狀，內(nèi)壁與圓柱筒體2內(nèi)壁相切；入液口1的壁厚不少于10mm，內(nèi)徑不小于20mm，自端面至圓柱筒體2的對稱面距離不少于100mm；采用3d打印成型時，打印方式為以入口端面的軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成入液口。

進(jìn)一步地，所述錐形集油腔5的錐底內(nèi)腔直徑與圓柱筒體2內(nèi)腔直徑相等；錐形集油腔5軸向長度不小于90mm，小徑端內(nèi)腔直徑不小于20mm；壁厚不少于10mm；內(nèi)壁面上的螺旋狀凸起導(dǎo)流道的螺距不大于30mm、不小于20mm，導(dǎo)流道截面為腰長及底邊長均逐漸減小的等腰梯形，且該部分導(dǎo)流道與圓柱筒體2的導(dǎo)流道過渡平滑，無明顯形狀突變；采用3d打印成型時，以圓錐軸向為打印平臺的法向，逐層打印直徑漸小圓環(huán)，堆疊成錐形集油腔。

進(jìn)一步地，所述出液口6為圓柱筒狀，其內(nèi)腔直徑與錐形集油腔5小徑端內(nèi)腔直徑相等；出液口6軸向長度不長于30mm，壁厚不少于10mm；采用3d打印成型時，以出液口軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成出液口。

進(jìn)一步地，所述集氣管4為圓柱筒體，內(nèi)徑不大于40mm，軸向長度不大于60mm，內(nèi)外徑之差(即壁厚)不大于5mm；采用3d打印成型時，須與圓柱筒體2同步打印。

進(jìn)一步地，所述出氣口3為圓柱筒體，內(nèi)徑不大于40mm，軸向長度不大于20mm，內(nèi)外徑之差(即壁厚)不大于5mm；出氣口3與圓柱筒體2、錐形集油腔5、出液口6、集氣管4保持同軸；采用3d打印成型時，以出液口軸向為打印平臺的法向，逐層打印圓環(huán)，堆疊成出氣口。

本發(fā)明的入液口1即為混有氣體的油液流入端口，應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中即為回油管末端；出液口6直接浸沒在液壓油箱的液面以下，出氣口3上表面須高于液壓油箱的液面5～6cm。

當(dāng)液壓系統(tǒng)正常工作時，回油管內(nèi)的油液常帶有一定體積分?jǐn)?shù)的氣體，該部分氣液混合流從回油管末端經(jīng)入液口1進(jìn)入到裝置內(nèi)，將在圓柱筒體2的作用下發(fā)生運動狀態(tài)的改變：一方面，圓柱筒體2的側(cè)壁給予氣液混合流向心加速度，同時，重力使得混合流向下運動，故混合流將會發(fā)生螺旋向下的運動，該過程中氣液已經(jīng)發(fā)生分離；由于螺旋狀導(dǎo)流道的導(dǎo)向和限制作用，混合流在裝置內(nèi)的運動速度不致過快，而是充分進(jìn)行多周期的螺旋運動后進(jìn)入錐形集油腔5，此過程時間越長則氣液分離越充分；該腔內(nèi)的導(dǎo)流道呈現(xiàn)漸變消失的趨勢，這是因為自然狀態(tài)下錐形集油腔5內(nèi)的混合流做變螺距螺旋運動，如果繼續(xù)強(qiáng)制導(dǎo)向則有可能出現(xiàn)氣液二次混合現(xiàn)象；錐形集油腔5內(nèi)，原本運動半徑較大的混合流逐漸聚攏到半徑較小的錐頂附近，此過程中氣液進(jìn)一步發(fā)生分離，最終氣體向上運動，進(jìn)集氣管4從出氣口3溢出裝置，而氣體體積含量極低的油液則從最下方的出液口6離開裝置。

最后需要注意的是，上述說明中的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)只是本發(fā)明的一種具體應(yīng)用實例，對應(yīng)于150l/min的液壓系統(tǒng)，功能指標(biāo)為氣體體積分?jǐn)?shù)從10％降至1％以下；根據(jù)需要設(shè)計的不同大小、系統(tǒng)流量、功能指標(biāo)的設(shè)備，若明顯與本發(fā)明基本原理相同，則也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。