CS199284B2 - Apparatus for low-loss changes of delivery rate in positive-displacement pumps by periodically distributing the discharge quantities - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro nízkoztrátovou změnu výtlačného množství objemového čerpadla periodickým rozdělováním jeho výtlačného množství do dvou proměnlivých objemových částí, z nichž jedna je přiváděna ke spotřebiči jako užitkové množství a druhá je odváděna beztlakově jako vratný proud, sestávající z ventúové sounravy určené pro napojení na výtlak čerpadla a obsahující otočnou clonu, která výtlačné množství čerpadla zavádí periodicky střídavě buď přes zpětný ventil do výtlačného potrubí, určeného pro spojení se spotřebičem, nebo do vratného potrubí, určeného pro spojení s beztlakovou zásobní nádrží čerpadla.

Známých zařízení tohoto typu je možno použít pouze pro nízké pracovní tlaky. Při vysokých pracovních tlacích dosahují u nich ztráty netěsnosti a vývin hluku neúnosných hodnot.

Úkolem vynálezu je upravit takové zařízení známého typu tak, aby bylo použitelné i pro vysoké pracovní tlaky, a to snížením ztrát na účinnosti a hladiny hlučnosti.

Uvedeného cíle je podle vynálezu dosaženo tím, že ve vrtání tělesa ventilové soupravy umístěný hřídel nese otočnou clonu se dvěma břity, přičemž k uvedené otočné cloně jsou přičleněny dvě touto otočnou clonou periodicky překrývané a tím uzavírané, vzájemně protileh; uspořádané vratné dýzy, a 2 2 - raný břitn otočné clony, které sousedí nebo jsou přiřazeny k otvorům ústí vratných dýz, jsou provedeny s řeznými úhly.

Zařízení podle vynálezu má řadu dalších význaků a možností alternativních provedení. Konce vratných dýz, odvrácené od otočné clony, jsou opatřeny přírubami, opírajícími se o dvě protilehlé rovné plochy tělesa ventilové soupravy a vratné dýzy jsou vyrobeny z materiálu, jehož součinitel tepelné roztažnosti je větší než součinitel tepelné roztažnosti materiálu tělesa ventilové soupravy. Otvory ústí vratných dýz mají ve směru uzavírání otočné clony postupně se zmenšující plošný průřez. Otvory ústí vratných dýz mohou být provedeny čtyřhranné, například čtvercové, přičemž jeden hrot čtyřúhelníka každého otvoru ústí je nastaven proti náběhovým hranám břitů otočné clony nebo jsou vratné dýzy opatřeny otvory ústí válcového tvaru, přičemž v oblasti jejich vyústění jsou tyto válcové otvory opatřeny podélnými vruby.

Uspořádání zařízení podle vynálezu umožňuje provedení co nejmenších vůlí mezi dýzami a břity otočné clony, nutných pro snížení ztrát netěsnostmi. Výroba dýz z materiálu s větším součinitelem tepelné roz19 9284 tažnosti než má materiál tělesa ventilu a jejich uložení tak, že při ohřátí se konce dýz přibližují ke cloně, umožňují samočinnou regulaci vůle mezi dýzami a břity otočné clony, nutné pro snížení ztrát netěsnostmi. Při nejvyšší provozní teplotě dojde к zafrézování konců dýz hranami břitů clony, čímž se vytvoří minimální mezera, zajišťující při nízké vazkosti čerpané tekutiny minimální prosakování. Při nižších provozních teplotách se sice mezera rozšíří, avšak při daných vyšších vazkostech čerpané tekutiny jsou ztráty třením udržovány v přijatelných mezích.

Válcový otvor ústí dýzy — jako výrobně-technicky nejvhodnější tvar — neskýtá sice z hlediska hlučnosti optimální řešení, přesto však je toto řešení lepší než náhlé otevření, respektive uzavření otvoru dýzy hranou clony. Jako optimální tvarování ovoru ústí dýzy se projevily ty tvary, které se ve směru uzavírání zužují, resp. ve směru otevírání rozšiřují, zejména z toho důvodu, že tyto tvary zajišťují zafrézování čel dýz bez zadrhávání.

Spočívá tedy pokrok dosahovaný zařízením podle vynálezu v tom, že je jednodušší a jsou proto jeho pořizovací náklady menší, přičemž však jeho provozní spolehlivost je vyšší. Podstatnou výhodou je samočinná regulace vůle mezi dýzami a břity otočné clony, postačí vyměnit toliko vratné dýzy a zařízení nabude opět výkonnosti nového stroje.

V dalším textu bude předmět vynálezu blíže osvětlen na příkladu provedení, s odvoláním na přiložené výkresy, znázorňující na obr. 1 příčný řez zařízením ventilové soupravy, napojeným na výtlak zubového čerpadla, vedený osou hřídele v ose I — I podle obr. 2, na obr. 2 — podélný řez zařízením, vedený osou hřídele ventilové soupravy v ose II — II podle obr. 1, na obr. 3a až 3c — schematické znázornění působení tepelného rozpínání dýzy na utváření mezery mezi koncem dýzy a břitem clony, na obr. 4a až 4d — různé tvary otvorů ústí dýzy а к nim přirazené charakteristiky v rozvinuté plášťové ploše z hlediska zafrézovací techniky, resp. akustického, na obr. 5 — řez zařízením, vedený v ose V — V podle obr. 1.

Na obr. 1, 2 a 5 je zobrazeno zařízení ventilové soupravy podle vynálezu, zabudované ža výtlakem zubového čerpadla. Ventilové těleso 1 je šrouby — neznázorněnými — pevně spojeno s tělesem 2 zubového čerpadla tak, že proud tekutiny, dodávaný dvojicí ozubených kol 3, 3* zubového čerpadla, je vytlačován do ventilového tělesa 1. Ventilové těleso 1 obsahuje rozváděči kanály 4> 4‘, jimiž je proud tekutiny ze zubového čerpadla rozdělován do dvou rozdělených proudů. Rozváděči kanály 4, 4* jsou zaústěny do převáděcích kanálů 34, 34*, vymezených přírubami dýz 5, 5* a ventilovým tělesem 1. Dýzy 35, 35* jsou přitom vytvořeny jako nedílná součást přírub dýz 5, 5* a jsou opatřeny dutinami 6, 8* a otvory ústí dýz 7, 7*, přičemž dutiny 6, 6‘ jsou napojeny na převáděcí kanály 34, 34* a na svých vnějších koncích uzavřeny závitovými zátkami 36, 36*, zašroubovanými do přírub dýz 5, 5*.

Dýzy 35, 35* jsou svými otvory ústí dýz 7, 7* zaústěny do ventilového vrtání 14, provedeného ve ventilovém tělese 1, přičemž jsou uspořádány na vzájemně protilehlých stranách ventilového vrtání 14 a vzájemně seřízeny. Ve ventilovém vrtání 14 je uložen hnací hřídel 16, spojený klínem 17 s pouzdrem clony 13. Břity clony 8, 8* jsou vytvořeny ve tvaru vyčnívajících vačkových výsečí na povrchu pouzdra clony 13 a slouží pro otevírání a uzavírání otvorů ústí dýz

7, 7*. Břity clony 8, 8* jsou přitom uspořádány na vzájemně protilehlých stranách pouzdra clony 13 tak, aby otevíraly nebo uzavíraly oba otvory ústí dýz 7, 7“ současně, čímž je hnací hřídel 16 udržován v hydrostatické rovnováze.

Ventilová souprava je na své výstupní straně opatřena výstupním otvorem 9, napojeným přiváděcími kanály 10, 10* na převáděcí kanály 34, 34* a sloužícím pro napojení na spotřebič. Ve výstupním otvoru 9 je zabudován zpětný ventil 12 s přítlačnou pružinou 11.

Při provozu je proud tekutiny, dodávaný dvojicí ozubených kol 3, 3* zubového čerpadla, vytlačován rozváděcími kanály 4, 4* do převáděcích kanálů 34, 34* a z nich do dutin 6, 6* a do otvoru ústí dýz 7, 7*. Jsou-li otvory ústí dýz 7, 7* uzavřeny břity clon

8, 8*, pokračuje proud tekutiny do přiváděčích kanálů 10, 10* a z nich přes zpětný ventil 12 do výtokového otvoru 9 a do přípojky ke spotřebiči, protože tlak čerpané tekutiny je větší než protitlak pružiny 11 zpětného ventilu 12. Jsou-li otvory ústí dýz 7, 7¹ uvolněny, tj. neuzavřeny břity dýz 8, 8‘, prochází jimi proud tekutiny do dutiny mezi pouzdrem clony 13 a ventilovým vrtáním 14, z níž je pak tekutina vratným vedením 15 [znázorněným na obr. 1 pouze schematicky a na obr. 2 v řezu podrobněji) beztlakově samospádem — odváděna do zásobní nádrže čerpadla. Na obr. 2 je dále znázorněn přestavovací mechanismus uzavírací, resp. otevírací doby clony. Pouzdro clony 13 s břity clon 8, 8* je na hnacím hřídeli 16 uloženo axiálně posuvně, přičemž je s hnacím hřídelem 16 spojeno pouze klínem 17 tak, aby na ně mohl být přenášen točivý moment. Axiální poloha pouzdra clony 13 je nastavována vřetenem 18, vedeným v závitovém otvoru ve víku 19, přišroubovaném к ventilovému tělesu 1, přičemž spojení vřetena 18 s otáčejícím se pouzdrem clony 13 je zajištěno kloubem s valivými ložisky 20. Místo popsaného vřetenového přestavování je také možno použít ovládání hydraulického, např. regulace tlaku nebo regulace konstantního průtoku, případně elektrického nebo mechanického ovládání na stejném principu, kterého je používáno u jednoduchých dvojcestných šoupátkových ventilů. Frekvence rozdělování proudu tekutiny, tj. frekvence uzavírání a otevírání otvorů ústí dýz 7, 7* je určována počtem otáček hnacího hřídele 16, poháněného řemenovým převodem od hřídele čerpadla 3‘, přičemž akusticky a účinnostně nejvýhodnější převod se provede volbou průměru řemenice 21.

Na obr. 2 je také znázorněna hrana 22 břitu clony 8, provedeného na pouzdře clony 13. Pouzdro clony 13 je svým jedním koncem uloženo v jehlovém ložisku 23, přičemž jeho hnací hřídel 16 je na opačném konci uložen v kuličkovém ložisku 24.

Funkce tepelného nastavování mezery u tohoto ventilového zařízení podle vynálezu je znázorněna na obr. 3a až 3c. Příruby dýz 5, 5‘ se opírají o boční plochy 25, 25^й ventilového tělesa 1, takže rozdíl součinitelů tepelné roztažnosti materiálů dýz 35, 35⁴ a ventilového tělesa 1 se projeví na celé délce dýz 35, 35*. Dýzy 35, 35^; jsou zabudovány ve studeném stavu s vůlemi vůči břitům clony 8, 8‘ (obr. 3a). Po uvedení ventilového zařízení do provozu začnou po dosažení určité provozní teploty hrany 22 břitů clony 8, 8‘ zafrézovávat čela dýz 35, 35* (obr. 3b) až do dosažení nejvyšší provozní teploty (obr. 3c). Každé nižší provozní teplotě odpovídá pak určitá provozní mezera, čímž je v celém rozsahu provozních teplot dosaženo přibližně minimalizace ztrát třením a netěsnostmi. Toto konstrukční uspořádání s podepřením přírub 5, 5* na vnějších plochách 25, 25‘ ventilového tělesa 1 skýtá kromě toho tu velkou výhodu, že při opotřebení nebo poškození otvorů ústí dýz 7, 7* je možno ventilovou soupravu jednoduchým způsobem opět renovovat odebráním vrstvy materiálu z ploch přírub dýz 5, 5‘, přiléhajících к bočním plochám 25, 25⁴ ventilového tělesa 1.

Claims (5)

1. Zařízení pro nízkoztrátovou změnu výtlačného množství objemového čerpadla periodickým rozdělováním jeho výtlačného množství do dvou proměnlivých objemových částí, z nichž jedna je přiváděna ke spotřebiči jako užitkové množství a druhá odváděna beztlakově jako vratný proud, sestávající z ventilové soupravy určené pro napojení na výtlak čerpadla a obsahující otočnou clonu, která výtlačné množství čerpadla zavádí periodicky střídavě buď přes zpětný ventil do výtlačného potrubí, určeného pro spojení se spotřebičem, nebo do vratného potrubí, určeného pro spojení s beztiakovou zásobní nádrží čerpadla, vyznačující se tím, že ve vrtání (14) tělesa (1) ventilové soupravy umístěný hřídel (16) neotočnou clonu (13) se dvěma břity (8, 8‘), přičemž к uvedené otočné cloně (13) jsou přičleněny dvě touto otočnou clonou

Obr. 4a až 4d vysvětlují vývin hluku. V každém z těchto vyobrazení je к příslušnému tvaru otvoru ústí dýzy 27, 28, 29, 30 v rozvinuté povrchové ploše přiřazen průběh tlaků v dutinách 6, 6* v průběhu uzavírání ústí dýzy hranou 22 břitu clony. Hrana 22 břitu clony se přitom pohybuje ve směru šipky 26.

Podle obr. 4a je hrana 22 břitu clony rovnoběžná s hranami čtvercového otvoru ústí dýzy 27. Při náhlém uzavření ústí dýzy 27 se vyvine vysoká tlaková špička a narážením hrany 22 břitu clony při zafrézovávání čela dýzy vznikají povrchové stopy po chvění řezné hrany 22 břitu clony ve směru jejího pohybu. Aby se tomu zabránilo, je nutno uložení pouzdra clony 13 v jehlovém ložisku 23, resp. uložení hnacího hřídele 16 v kuličkovém ložisku 24 nahradit kluzným uložením, které však má nevýhodu méně přesného vedení. Tento čtvercový tvar otvoru ústí dýzy 27 je charakterizován nepřípustným vývinem hluku, vyskytujícím se téměř u všech stávajících ventilových zařízení v úvodu uvedeného typu.

Kruhového otvoru ústí dýzy 28 ve tvaru provedení podle obr. 4b je možno — díky jeho jednoduché výrobě — použít v mnoha případech při nepříliš vysokých požadavcích na hlukové zatížení. Méně náhlá fáze uzavírání skýtá střední zvukovou, resp. tlakovou špičku.

Čtyřhranný tvar otvoru ústí dýzy 29, nastavený podle obr. 4c proti řezné hraně 22 břitu clony svým hrotem, vylučuje téměř úplně zvukovou špičku, přičemž je poměrně snadno vyrobitelný s použitím protahovacího trnu. Optimum periodického rozdělování dopravovaného množství tekutiny je nutno vyhledat s vycházením z tohoto tvaru a nastavení otvoru ústí dýzy 29, protože jako takový představuje nejlepší kombinaci z hlediska vývinu hluku i účinnosti.

Y N A L E Z U (13) periodicky překrývané a tím uzavírané, protilehle uspořádané a vzájemně seřízené vratné dýzy (35, 35'), a že hrany (22) břitů (8, 8‘) otočné clony (13), které sousedí nebo jsou přirazeny к otvorům ústí (7, 7‘) vratných dýz (35, 35⁴) jsou provedeny s řeznými úhly.

2. Zařízení podle bodu 1 vyznačující se tím, že konce vratných dýz (35, 35'), odvrácené od otočné clony (13), jsou opatřeny přírubami (5, 5‘), opírajícími se o dvě protilehlé rovné plochy (25, 25‘) tělesa (1) ventilové soupravy, a že vratné dýzy (35, 35') jsou vyrobeny z materiálu, jehož součinitel tepelné roztažnosti je větší než součinitel tepelné roztažnosti materiálu tělesa ventilové soupravy.

3. Zařízení podle bodu 1 nebo 2 vyznačující se tím, že otvory ústí (7, 7‘) vratných dýz (35, 35*) mají ve směru uzavírání o- točné clony (13) postupně se zmenšující plošný průřez.

4. Zařízení podle bodu 3 vyznačující se tím, že otvory ústí (7, 7*) vratných dýz (35, 35*) jsou provedeny čtyřhranné, např. čtvercové, přičemž jeden hrot čtyřúhelníka (29) každého otvoru ústí (7, 7‘) je nastaven pro8 ti náběhovým hranám (22) břitů (8, 8‘) otočné clony (13).

5. Zařízení podle bodu 3 vyznačující se tím, že vratné dýzy (35, 36*) jsou opatřeny otvory ústí (7, 7‘) válcového tvaru, přičemž v oblasti jejich vyústění jsou tyto válcové otvory opatřeny podélnými vruby (30).