[发明专利]具有用于提高液压效率的非润湿表面的冲击式涡轮机

说明书

描述了用于内燃发动机的曲轴箱通风系统的旋转聚结器元件的涡轮机的各种布置。在一些布置中，涡轮机是冲击式涡轮机，其也被称为培尔顿涡轮机或斜击式涡轮机。涡轮机用于将来自加压流体的流的液压功率转换成用于驱动旋转元件的机械功率。涡轮机包括排斥加压流体的非润湿表面(例如，疏油或疏水表面)。非润湿表面可以通过等离子涂层、含氟聚合物涂层、微观形貌特征等来实现。非润湿表面增加了从加压流体的流到涡轮机的功率传输效率，从而与润湿表面涡轮机相比增加了旋转元件的旋转速度，这进而增加了旋转元件的效率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月9日提交的且标题为“Impulse Turbine with Non-Wetting Surface for Improved Hydraulic Efficiency”的美国临时专利申请第62/443,991号的优先权和权益，该美国临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及旋转分离器。

背景

在内燃发动机的运行期间，一部分燃烧气体可能流出燃烧气缸并进入发动机的曲轴箱。这些气体通常被称为“窜漏”气体。窜漏气体包括气溶胶、油和空气的混合物。如果直接排放到周围环境中，窜漏气体中包含的气溶胶可能危害环境。因此，窜漏气体通常经由曲轴箱通风系统按规定路径排出曲轴箱。曲轴箱通风系统可以使窜漏气体通过聚结器(即，聚结过滤元件)，以去除窜漏气体中包含的大部分气溶胶和油。过滤后的窜漏气体(“清洁”气体)然后或者排放到周围环境(在开放式曲轴箱通风系统中)，或者按规定路径返回到内燃发动机的进气口以用于进一步燃烧(在封闭式曲轴箱通风系统中)。

一些曲轴箱通风系统利用旋转聚结器元件，旋转聚结器元件通过在过滤期间旋转聚结器元件来提高曲轴箱通风系统的过滤效率。在旋转聚结器元件中，污染物(例如，悬浮在窜漏气体中并由窜漏气体输送的油滴)通过离心分离技术至少部分地被分离。此外，聚结器元件的旋转可以产生泵送效果，这减少了通过曲轴箱通风系统的压降。聚结器元件可以包括例如过滤介质、分离锥的堆叠、分离盘的堆叠或它们的组合。聚结器元件可以通过联接到聚结器元件的流体驱动涡轮机而旋转。

概述

各种示例性实施方案涉及用于驱动过滤系统中的旋转元件的涡轮机。涡轮机包括中心主体和联接到中心主体的多个叶片(buckets)。多个叶片构造成将来自流体的流的液压能量转换成机械能量以使涡轮机旋转。多个叶片中的每个叶片包括相对于流体的非润湿表面。

在一些实施方案中，所述流体是油，并且其中所述非润湿表面是疏油表面。

在一些实施方案中，所述多个叶片中的每个叶片包括切口。

在一些实施方案中，所述涡轮机是培尔顿式涡轮机、斜击式涡轮机、具有分开叶片布置的培尔顿式涡轮机、单叶片培尔顿式涡轮机、具有螺旋形叶片的培尔顿式涡轮机或班基横流式涡轮机。

在一些实施方案中，所述非润湿表面通过等离子体涂覆所述非润湿表面而形成。

在一些实施方案中，所述非润湿表面通过化学涂覆所述非润湿表面而形成。

在一些实施方案中，所述非润湿表面通过在所述非润湿表面上产生表面微尺度形貌粗糙度而形成。

在一些实施方案中，所述非润湿表面由等离子体涂覆所述非润湿表面、化学涂覆所述非润湿表面或在所述非润湿表面上产生表面微尺度形貌粗糙度中的至少两种的组合而形成。