CZ286558B6

CZ286558B6 - Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu

Info

Publication number: CZ286558B6
Application number: CZ19962788A
Authority: CZ
Inventors: Jürgen Thode
Original assignee: Vorwerk & Co. Interholding Gmbh
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 2000-05-17
Also published as: PL317153A1; CZ278896A3; JPH09512448A; DE59505659D1; HU219928B; US5914416A; HUT74818A; EP0757536B1; DE4415005A1; SK125396A3; JP3832852B2; CN1151110A; AU1665695A; GR3029958T3; CA2189127A1; ES2130593T3; EP0757536A1; WO1995029622A1; PL176126B1; DK0757536T3

Abstract

Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátorové kolo (8) a lopatkové kolo (9), které je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem (8). Pro účely dosažení zlepšeného oddělování fází, zejména ve vysavači (1) prachu, ve kterém je sběrný zásobník (4) na prach předřazen před pytlíkem (5) na prach, je lopatkové kolo (9) tvořeno kuželovým sítem (17), na jehož kuželovém plášti jsou uspořádány radiálně odstávající lopatky (24). Takto se v oblasti ústí (3') sací trubky (3) vytváří vzduchový vír, který částice vymršťuje směrem ven, kde jsou sekundárním vírem, který je indukován ve sběrném zásobníku (4) na prach, transportovány dále do tohoto sběrného zásobníku (4) na prach.ŕ

Description

Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátorové kolo a lopatkové kolo, přičemž lopatkové kolo je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem.

Dosavadní stav techniky

Zařízení tohoto druhuje známo z německé zveřejněné patentové přihlášky DE - OS 2153 664. Tento dokument popisuje vysavač prachu, ve kterém je vzduch s prachem nasáván skrze sací trubku ventilátorem. Před ventilátorem je předřazeno lopatkové kolo, na jehož osu je nasměrováno ústí sací trubky. Proti směru proudění je kolem sací trubky uspořádán sběrný zásobník na prach. Lopatkové kolo je s tímto sběrným zásobníkem na prach spojeno kanálkem ve tvaru šroubovice.

Další druhově shodné zařízení je známo z patentového dokumentu DE-C-413 923, kde je popsáno zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které sestává z kola, před kterým je ve směru proudění předřazeno lopatkové kolo.

U těchto dříve známých řešení se ukázalo, že oddělování prachových částic z proudu plynu je jen nedokonalé.

Úkolem vynálezu je dosáhnout u zařízení tohoto druhu zlepšení oddělování fází.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátorové kolo a lopatkové kolo, přičemž lopatkové kolo je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na lopatkové kolo ve směru proudění navazuje kuželové síto.

Je výhodné, jestliže kuželové síto je na svém kuželovém plášti opatřeno radiálně odstávajícími lopatkami, které tak tvoří lopatkové kolo.

Lopatkové kolo je s výhodou opatřeno dvojicí lopatek.

Z hlediska nákladů a kompaktnosti konstrukce je dále výhodné, jestliže lopatkové kolo, kuželové síto a ventilátorové kolo jsou navzájem spojeny vytvořením vcelku.

Pro správnou funkci zařízení je výhodné, jestliže šířka sítových otvorů kuželového síta ve směru obvodu a výška můstků oddělujících navzájem tyto sítové otvory jsou navzájem sladěny tak, že částice vstupující s maximální sací rychlostí do otáčejících se sítových otvorů jsou během svého průchodu skrze tyto sítové otvory zasahovány můstky.

Pro zvýšení účinnosti oddělování je dále výhodné, jestliže před lopatkovým kolem je ve směru proudění předřazen sběrný zásobník na prach, do kterého zasahuje sací trubka, ze které do sběrného zásobníku na prach vystupuje v podstatě trychtýřovitý štít.

- 1 CZ 286558 B6

Zásluhou tohoto zdokonalení známého zařízení se v oblasti ústí sací trubky vytváří vzduchový vír, kterými jsou částice vymršťovány směrem ven. Částice jsou tam Pak sekundárním vírem, který je indukován ve sběrném zásobníku na prach, transportovány dále do tohoto sběrného zásobníku na prach. Podstatné přitom je, že vytříděné pevné nebo kapalné částice jsou takto odstraněny z proudu plynu. Částice urychlené stykem s lopatkovým kolem jsou pak zásluhou přímočarého otvoru sběrného zásobníku na prach, který je nasměrován k lopatkovému kolu, zachyceny sekundárním vírem a vyneseny z proudu plynu, takže se tyto částice mohou ukládat ve sběrném zásobníku na prach. Aby se podpořil vznik sekundárních vírů, měl by poměr průměru sběrného zásobníku na prach vůči průměru lopatkového kola činit s výhodou více než 2:1. Řešení předpokládá, že lopatkové kolo je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem. Zásluhou toho dochází k rozdělování fází před ventilátorovým kolem, takže částice se nedostanou k ventilátorovému kolu. U tohoto provedení se ukázalo být výhodným, jestliže proud plynu prochází lopatkovým kolem v axiálním směru. Částice, které jsou stykem s lopatkovým kolem urychlovány v tangenciálním směru, se pak ve víru, který je v podstatě stacionární, pohybují kolem osy lopatkového kola a dostávají se v důsledku odstředivých sil k okraji komory kolem lopatkového kola, odkud se působením gravitačních sil nebo indukovaného sekundárního víru dostávají do sběrného zásobníku na prach. Komora kolem lopatkového kola má s výhodou tvar trychtýře a sbíhá se kuželovité ve směru odsávání. Lopatkové kolo má s výhodou dvě lopatky nebo křídla. Lopatky mohou být podle jednoho z dalších výhodných zdokonalení uspořádány v oblasti vrcholu kuželového síta, který je nasměrován proti směru proudění plynu. Otáčky by měly být nejméně 10 000 za minutu. Takto se dosáhne účinného přenosu pohybových impulzů z lopatek nebo můstků kuželového síta na částice. Kompaktní konstrukce se dosáhne tehdy, jestliže kuželové síto a ventilátorové kolo jsou vyrobeny vcelku z téhož materiálu. Kuželové síto je opatřeno sítovými otvory, které jsou ve směru obvodu navzájem odděleny můstky. Šířka sítových otvorů kuželového síta ve směru obvodu a výška můstků oddělujících navzájem tyto sítové otvory jsou navzájem s přihlédnutím k otáčkám a maximální rychlosti plynu sladěny tak, že částice vstupující s maximální sací rychlostí do otáčejících se sítových otvorů jsou během svého průchodu skrze tyto sítové otvory vždy zasaženy můstky a tím odmrštěny od kuželového síta. Pro tento mechanismus je mimořádně výhodný kuželový tvar kuželového síta. Další jiné zdokonalení vynálezu spočívá v tom, že sací trubka je v oblasti sběrného zásobníku na prach obklopena trychtýřovitým štítem. Tímto opatřením se potlačí vytváření indukovaného sekundárního víru v oblasti dna sběrného zásobníku na prach.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují:

- na obr. 1 pohled na první provedení zařízení podle vynálezu provedeného jako vysavač prachu,

- na obr. 2 řez prvním příkladem provedení z obr. 1,

- na obr. 3 řez druhým příkladem provedení,

- na obr. 4 ventilátorové kolo v kombinaci s kuželovým sítem a lopatkovým kolem podle prvního až třetího příkladu provedení,

- na obr. 5 půdorysný pohled na lopatkové kolo v třetím příkladu provedení,

- na obr. 6 řez v rovině VI-VI na obr. 5 ventilátorovým kolem v kombinaci s kuželovým sítem a lopatkovým kolem podle třetího příkladu provedení, a

- na obr. 7 čtvrtý příklad provedení vynálezu.

-2 CZ 286558 B6

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, to jest pro oddělování fází, podle vynálezu, je vhodné zejména pro vysavač j. prachu, který je jako příklad znázorněn na obr. 1. Vysavač 1 prachu je opatřen motorovým krytem 6, ve kterém je uspořádán neznázoměný elektromotor, který pohání ventilátorové kolo 8, kterým je odsávaný vzduch nasáván skrze sací hubici 2 a na ni navazující sací trubku 3. Lopatkové kolo 9, které je uspořádáno ve vysavači 1 prachu, by přitom mělo z proudu plynu oddělit pevné nebo kapalné částice. Takto předčištěný vzduch je pak ventilátorovým kolem 8 transportován do pytlíku 5 na prach, který v tomto případě působí jako jemný filtr.

Oddělování pevných a kapalných částic od proudu plynu probíhá s výhodou při 20 000 až 35 000 otáčkách za minutu. Zejména zásluhou použití kuželovitého síta 7 lze přitom velikost částic, které se ukládají ve sběrném zásobníku 4 na prach, zredukovat až na velikost 10 pm. To má výhodu spočívající vtom, že pytlík 5 na prach již v podstatě nemusí být vyprazdňován, popřípadě může mít velmi malé rozměry. Filtrační látka použitá pro tento pytlík 5 na prach může být navíc nastavena na frakci částic až do velikosti 10 pm, takže se může použít z energetického a nákladového hlediska výhodný filtrační systém. Zařízení je vhodné nejen pro oddělování pevných částic, ale i pro odsávání kapalin. Kapičky kapaliny, které jsou obsaženy v proudu plynu, jsou stejně jako prachové částice tangenciálně urychlovány lopatkovým kolem 9 a takto vydělovány z proudu vzduchu.

První příklad provedení, který je znázorněn na obr. 2, obsahuje sběrný zásobník 4 na prach, který obklopuje sací trubku 3. Otvor 3' sací trubky 3 je nasměrován k ose lopatkového kola 9. Lopatkové kolo 9 je obklopeno trychtýřovým pláštěm 12, jehož špička je orientována ve směru proudění plynu.

Trychtýřový plášť 12 probíhá přibližně po celé axiální délce lopatkového kola 9. Na své straně s menším průměrem je tiychtýřový plášť 12 opatřen kruhovou štěrbinou, která ústí do odtahového kanálku 7, kterým je vzduch veden kolem motoru do pytlíku 5 na prach.

V důsledku rotačního pohybu lopatkového kola 9 kolem jeho osy je vzduch urychlován v radiálním směru. Zásluhou jinak všestranného uzavření sběrného zásobníku 4 na prach může vzduch nasávaný ventilátorovým kolem 8 unikat pouze výřezy na otevřené straně trychtýřového pláště 12 do odtahového kanálku 7. Kolem lopatkového kola 9 se vytváří vzduchový vír, který zásluhou šikmých stěn trychtýřového pláště 12 zasahuje až do oblasti válcového pláště 11. V tomto víru se v radiálním směru oddělují pevné nebo kapalné částice. V důsledku přímé orientace otvoru 10 sběrného zásobníku 4 na prach vůči lopatkovému kolu 9 se přinejmenším v horní části sběrného zásobníku 4 na prach indukuje sekundární vír, který transportuje prachové částice do tohoto sběrného zásobníku 4 na prach.

V prvním až čtvrtém příkladu provedení je ventilátorové kolo 8 zařazeno ve směru proudění za lopatkovým kolem 9. Lopatkové kolo 9 má navíc takový tvar, že proud vzduchu může skrze jeho lopatky procházet v podstatě v axiálním směru. K tomuto účelu jsou v kuželovém sítu 17 vytvořeny sítové otvory 23. Vrcholový úhel tohoto kuželového síta 17 by měl činit 40 až 140°, jestliže se má dosáhnout zvláště dobrého separačního účinku. Vrchol 17’ kuželového síta 17 směřuje k otvoru 3' sací trubky 3. Na plášti kuželovitého síta 17 jsou proti sobě uspořádány dvě lopatky 24, které tvoří lopatkové kolo 9. V plášti kuželového síta 17 jsou vytvořeny tři řady sítových otvorů 23, které jsou navzájem odděleny můstky 27. Šířka sítových otvorů 23 závisí na radiální poloze daného sítového otvoru 23. Tato šířka závisí také na účinné výšce můstku 27 ve směru proudění plynu. Dimenzování šířky sítového otvoru 23 a výšky můstku 27 se volí v závislosti na maximální rychlosti proudění vzduchu skrze sítové otvory 23 a otáčkách

-3 CZ 286558 B6 kuželového síta 17 tak, aby prachové částice byly při průchodu skrze sítový otvor 23 zasaženy můstkem 27. Tím je zajištěno optimální oddělování fází. Veškeré částice nezasažené již dříve lopatkami 24 lopatkového kola 9 jsou pak tangenciálně urychlovány při vstupu do kuželového síta 17, takže jsou napříč vymrštěny z nasávaného proudu vzduchu, který je orientován v podstatě v axiálním směru, a usazují se pak ve sběrném zásobníku 4 na prach. Poloměr lopatek 24 je přitom nejméně tak velký, s výhodou nepatrně větší než poloměr kruhového otvoru 3' sací trubky 3. Rovněž největší průměr kuželového síta 17 je poněkud větší než průměr otvoru 3'.

Jak je patrné zejména z obr. 4, tvoří lopatkové kolo 9 spolu s kuželovým sítem 17 vcelku jednotku s ventilátorovým kolem 8, to jest ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly. Toto ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly je opatřeno hnací spojkou 26 pro spojení s hřídelem elektromotoru a dále prstencem ventilátorových lopatek 25.

V příkladech provedení podle obr. 2 až 7 je v přechodové oblasti mezi ve směru proudění se nacházejícím ventilátorovým kolem 8 a kuželovým sítem 17 ventilátorového kola 28 se sítovými křídly patrný válcový úsek J_8, který je obepnut oblastí s nejmenším průměrem otvoru JO sběrného zásobníku 4 na prach, kteiý se zde trychtýřovitě sbíhá. Jeho stěny jsou tvořeny trychtýřovým pláštěm 12. Tímto provedením je zajištěno, že veškerý vzduch je ventilátorovým kolem 8 nasáván skrze kuželové síto 17. To znamená, že prachové částice v důsledku svého vrhání směrem k obvodu buď můstky 27, nebo lopatkami 24 jsou takto napřič ke směru proudění plynu transportovány do kroužícího víru plynu, odkud padají do sběrného zásobníku 4 na prach.

Z příkladu provedení podle obr. 3 je patrné, že skrze otvor víka 15 sběrného zásobníku 4 na prach až do tohoto sběrného zásobníku 4 na prach zasahuje plášť 22 ve tvaru komolého kužele, který je uspořádán kolem kuželového síta 17. Kolem pláště 22 ve tvaru komolého kužele je uspořádán přídavný válcový plášť 11, který je kanálkem 21 pro vedlejší vzduch propojen s ventilátorovou komorou, která je opatřena trychtýřovým pláštěm 12. Mezi rovinou otvoru v plášti 22 ve tvaru komolého kužele a otvorem 3' sací trubky 3 je nepatrný odstup. Vrchol 17' kuželového síta 17 se nachází v rovině otvoru pláště 22 ve tvaru komolého kužele a je tedy stejně vzdálen i od roviny otvoru 3' sací trubky 3.

Ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly je podle obr. 4 opatřeno dvěma protilehlými lopatkami 24, jejichž spodní hrany se spojují v místě vrcholu 17' kuželového síta 17. Rohy lopatek 24 jsou zaoblené a v lopatkách 24 jsou vytvořena oblouková vybrání 32. Lopatky 24 pak Přecházejí do základny kuželového síta 17 v místě, kde má toto kuželové síto 17 největší průměr. Lopatky 24 takto probíhají v podstatě rovnoběžně s pláštěm kuželového síta 17. Tím je zajištěno, že sítové otvoiy 23, popřípadě můstky 27, se nacházejí ve stejné výši jako lopatky 24.

V příkladech provedení podle obr. 2 a 3 je dále použit trychtýřovitý štít 20, který obepíná sací trubku 3. Oblast trychtýřovitého štítu 20 s větším průměrem přitom směřuje ke dnu sběrného zásobníku 4 na prach.

V druhově podobném vysavači prachu přichází vzduch axiálně k odstředivému kolu, kterým je vzduch hnán radiálně směrem ven, takže větší částice prachu jsou vrhány proti vnitřní straně vodicí plochy, která obklopuje toto odstředivé kolo. Vzduch obsahující již jen jemné prachové částice je pak radiálně směrem dovnitř odchylován do spolu se otáčejícího válcového děrovaného bubnu o poněkud menším průměru. V důsledku toho, že tento buben je opatřen poměrně vysokým počtem otvorů, které působí jako malá křídla, mohou být také jemné prachové částice zásluhou lepšího přenosu rotačního pohybu na vzduch vrhány proti vnitřní straně vodicí plochy, která obklopuje zmíněný buben. Po průchodu bubnem je vzduch opět odchýlen do axiálního směru a skrze motor vyfouknut do okolí. Prach, který se dostane do dále zařazených pytlíkových filtrů, může při vzrůstajícím naplnění filtru snižovat sací výkon zařízení.

-4CZ 286558 B6

Aby se dosáhlo oddělení fází v minimálním konstrukčním prostoru, pokud možno beze změny směru proudění a s vyšší účinností proudění, je podle vynálezu navrženo řešení spočívající v tom, že ve vysavači 1 prachu je uspořádán sběrný zásobník 4 na prach a vytvořen prostor pro ventilátorové kolo 8 a prostor pro odtahový kanálek 7. Sací trubka 3 je na jedné straně propojena se sací hubicí 2 a na druhé straně se sběrným zásobníkem 4 na prach. Vzduch s nečistotami je skrze sací trubku 3 přiváděn tak, že na odlučovací jednotku, to jest ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly, popřípadě lopatkové kolo 9, které je uspořádáno v odlučovacím prostoru, naráží centrálně. Odlučovací jednotka, nebo také ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly, sestává z dutého kuželového tělesa, které představuje kuželové síto 17, ve kterém jsou vytvořeny sítové otvory 23, které jsou orientovány ve směru proudění vzduchu. Na tomto kuželovém sítu 17 je uspořádán určitý počet rovných radiálních lopatek 24. Zmíněná odlučovací jednotka je buď napevno namontována na ventilátorovém kole 8, které je přes hnací spojku 26 poháněno hřídelem elektromotoru, nebo je s ventilátorovým kolem 8 spojena pomocí další sací trubky 31 na obr. 7 a poháněna pak zvláštním motorem M2. Prachové částice, které jsou od vzduchu oddělovány odlučovací jednotkou, to jest ventilátorovým kolem 28 se sítovými křídly, jsou vnitřní stranou trychtýřového pláště 12 odlučovacího prostoru, který je propojen se sběrným zásobníkem 4 na prach, odchylovány do tohoto sběrného zásobníku 4 na prach. Takto vyčištěný vzduch pak proudí dále k ventilátorovému kolu 8 a odtud do odtahového kanálku 7.

Provedením podle vynálezu se dosáhne toho, že vzduch s nečistotami přichází sací trubkou 3 axiálně k odlučovací jednotce, tvořené lopatkovým kolem 9 a kuželovým sítem 17, ze které pak rovněž axiálně vystupuje, zatímco hrubé nečistoty jsou rovnými lopatkami 24 a jemné nečistoty sítovými otvory 23 v kuželovém sítu 17 vrhány radiálně směrem ven proti vnitřní straně odlučovacího prostoru. Pomocí vysokého počtu těchto malých sítových otvorů 23 se dosáhne lepšího přenosu rotačního pohybu na vzduch obsahující nečistoty než rovnými křídly a lze takto ze vzduchu oddělit také velmi malé částice. Odloučené částice nečistot jsou příslušně tvarovanou vnitřní stranou odlučovacího prostoru sváděny do sběrného zásobníku 4 na prach. Vzduch zbavený nečistot proudí pak dále axiálně do ventilátorové jednotky, to jest k ventilátorovému kolu 8. Pod pojmem vzduch obsahující nečistoty lze rozumět také směs vzduchu s vodou, přičemž od vzduchu se pak analogicky oddělují kapky vody.

V příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 7, je kromě motoru M2, který pohání odlučovací jednotku, to jest odlučovací kolo 9 a kuželové síto 17, použit přídavný motor Ml, který pohání ventilátorové kolo 8. Ventilátorové kolo 8 je s odlučovací jednotkou tvořenou odlučovacím kolem 9 a kuželovým sítem 17 spojeno další sací trubkou 3L

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátorové kolo (8) a lopatkové kolo (9), přičemž lopatkové kolo (9) je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem (8), vyznačující se tím, že na lopatkové kolo (9) ve směru proudění navazuje kuželové síto (17).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kuželové síto (17)je na svém kuželovém plášti opatřeno radiálně odstávajícími lopatkami (24), které tvoří lopatkové kolo (9).
3. Zařízení podle některého nebo více z předchozích nároků, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9) je opatřeno dvojicí lopatek (24).

-5 CZ 286558 B6
4. Zařízení podle některého nebo více z předchozích nároků, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9), kuželové síto (17) a ventilátorové kolo (8) jsou navzájem spojeny vytvořením vcelku.
5 5. Zařízení podle některého nebo více z předchozích nároků, vyznačující se tím, že šířka sítových otvorů (23) kuželového síta (17) ve směru obvodu a výška můstků (27) oddělujících navzájem tyto sítové otvory (23) jsou navzájem sladěny tak, že částice vstupující s maximální sací rychlostí do otáčejících se sítových otvorů (23) jsou během svého průchodu skrze tyto sítové otvory (23) zasahovány můstky (27).
6. Zařízení podle některého nebo více z předchozích nároků, vyznačující se tím že před lopatkovým kolem (9) je ve směru proudění předřazen sběrný zásobník (4) na prach, do kterého zasahuje sací trubka (3), ze které do sběrného zásobníku (4) na prach vystupuje v podstatě trychtýřovitý štít (20).

6 výkresů