CZ295084B6 - Rotor odstředivky s volným paprskem - Google Patents

Abstract

Rotor (1) odstředivky s volným paprskem je opatřen alespoň jedním vstupem (3) a alespoň jedním výstupem (4). Výstupy (4) jsou vytvořeny jako trysky, jejichž otvory směřují vzhledem k ose (13) otáčení alespoň v podstatě tangenciálně. Dále jsou uspořádána uložení pro ložiskové prostředky rotoru a rotor má alespoň jeden vodicí prvek (7), který se rozprostírá od vnitřní stěny (38) k vnější stěně (39) vnitřního prostoru (8) rotoru. Alespoň jeden vodicí prvek (7) je pevně spojen s vnitřní stěnou (38) a vnější stěnou (39).ŕ

Description

Vynález se týká rotoru odstředivky s volným paprskem, opatřeného alespoň jedním vstupem a alespoň jedním výstupem, přičemž výstupy jsou vytvořeny jako trysky, jejichž otvory směřují vzhledem k ose otáčení alespoň v podstatě tangenciálně, přičemž jsou uspořádána uložení pro ložiskové prostředky rotoru, a přičemž rotor má alespoň jeden vodicí prvek, který se rozprostírá od vnitřní stěny k vnější stěně vnitřního prostoru rotoru.

Dosavadní stav techniky

Takovéto rotory jsou známy například z DE OS 1 532 699. Zde je popsán rotor pro odstředivé čisticí zařízení s dutým nábojem, kterým se přivádí čištěná kapalina vstupními otvory, které jsou ve spojení s vnitřkem komory rotoru, přičemž kapalina z jednoho konce vnitřního prostoru komory rotoru uniká prostřednictvím jedné nebo více reaktivních trysek, které jsou uspořádány tak, že je rotor uváděn do otáčení, přičemž vnitřek rotoru je prostřednictvím prstencové dělicí stěny rozdělen na dvě komory, a sice poměrně velkou vstupní komoru, s níž jsou ve spojení vstupní otvory, a poměrně malou výstupní komoru, na kterou navazují trysky, a přičemž vstupní komora a výstupní komora jsou navzájem spojeny prostřednictvím přepouštěcího kanálu, který obklopuje s malým odstupem dutý náboj. Toto zařízení má vysokou hmotnost a jeho výroba je drahá.

Dále je z DE PS 40 14 440 znám rotor pro laboratorní odstředivky, který sestává z několika vstřikovaných dílů z plastu a vykazuje symetrii kolem vertikální osy, tvořící zároveň osu otáčení, danou tím, že je v obvodovém směru rozdělen na více identicky uspořádaných sektorů, přičemž tyto sektory vykazují množství radiálních a v obvodovém směru probíhajících můstků a ploch, a který má množství uložení pro trubičky se vzorkem, která probíhají radiálně a v úhlu k ose otáčení. Takovéto zařízení není vhodné pro použití v průtokové odstředivce.

Rovněž je, z EP A2 608 519, znám rotor, který má nádržku z ohebného plastu pro uložení červených krevních tělísek, a skříň rotoru z kovu, která přebírá statické síly. U tohoto provedení spočívá hlavní problém ve vytvoření odstranitelné bíokompatibilní nádržky pro uložení odstřeďovaných lidských sekretů, zejména např. pro separaci červených krevních tělísek a plazmy, přičemž oddělená krevní tělíska se následně odebírají a čistí. Toto zařízení má silně omezenou oblast použití, pokud jde o odstřeďovaná média.

Nevýhodou známých zařízení výše uvedeného druhu je, že jsou těžká, drahá a nevhodná pro vysoká množstevní prosazení, a nejsou použitelná pro čištění proudu, například motorového oleje, s vysokou teplotou.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu tedy je zlepšit zařízení výše uvedeného druhu tak, aby byl k dispozici rotor, bezpečný a spolehlivý při provozu, zejména s ohledem na množstevní prosazení a selektivnost dělení, přičemž je věnována pozornost také jeho jednoduchému odstranění do odpadu na konci jeho životnosti.

Uvedený úkol splňuje rotor odstředivky s volným paprskem, opatřený alespoň jedním vstupem a alespoň jedním výstupem, přičemž výstupy jsou vytvořeny jako trysky, jejichž otvory směřují vzhledem k ose otáčení alespoň v podstatě tangenciálně, přičemž jsou uspořádána uložení pro ložiskové prostředky rotoru, a přičemž rotor má alespoň jeden vodicí prvek, který se rozprostírá od vnitřní stěny k vnější stěně vnitřního prostoru rotoru, podle vynálezu, jehož podstatou je, že alespoň jeden vodicí prvek je pevně spojen s vnitřní stěnou a vnější stěnou.

Rotor je obvykle vestavěn do, pro tento účel uspořádané, skříně odstředivky s volným paprskem. Je však možné např. také přímé zabudování do olejové vany spalovacího motoru.

Prostřednictvím použití plastu je možno dosáhnout snížení hmotnosti. Kromě toho, použití např. vstřikovaných dílů nabízí rovněž podstatnou úsporu nákladů. Moderní plasty mají všestrannou použitelnost. Jsou schopny snášet vysoké teploty až asi 140 °C, což je případ například motorových olejů, zejména v extrémních provozních podmínkách příslušného spalovacího motoru, ve kterém může být takováto odstředivka použita.

Použití plastu jako materiálu však nabízí další podstatnou výhodou. Je pak totiž možné z ekonomického hlediska přijatelně uspořádat uvnitř rotoru vodicí prvky.

Prostřednictvím protažení vodicích prvků od uvnitř umístěného dutého náboje až k vnější stěně rotoru, jakož i protažení vodícího prvku od stěny bubnu rotoru, odvrácené ode dna rotoru, až ke dnu rotoru uvnitř skříně rotoru, obdrží odstřeďované médium nucené vedení, které v závislosti na počtu otáček rotoru umožní nastavit definovanou selektivitu separace oddělovaných částic. V zásadě je také možné uspořádat vodicí prvky v plechových rotorech. Tato verze však není tak hospodárná při výrobě.

Výstupy, vytvořené jako trysky v rotoru, zajišťují vytékání kapaliny v tangenciálním směru vzhledem k ose otáčení odstředivky. Výstupy však mohou směřovat dolů, přičemž vzniká složka síly na rotoru, působící proti účinku tíže, odlehčující ložiska rotoru.

Výhodné další vytvoření vynálezu spočívá v tom, že odstup výstupu vzhledem k ose otáčení je větší než vnější poloměr rotoru. Tím způsobem je jednak zajištěno, že výstupní médium z trysky může vystupovat skutečně tangenciálně, což ve srovnání se stavem techniky představuje zvýšení výkonu, jednak se zlepší chování při rozběhu a je podstatně stabilnější provozní frekvence otáčení.

Dále mohou být ve směru hlavních os pnutí uspořádány výztužné prvky. Ty brání deformaci plastu. Vodicí prvky, umístěné ve vnitřním prostoru rotoru, rovněž přebírají funkci vyztužení.

Při případném použití v hlavní odstředivce se ukazuje výhodným, zejména při nízké frekvenci otáček, podporovat rotor nucené pomocí vnějšího pohonu, aby byla zaručena mezní velikost částic, která je přímo závislá na počtu otáček rotoru. Stabilní a proti vytlačení odolné uložení se zde ukazuje jako výhodné.

Účelné vytvoření vynálezu spočívá v tom, že na jednom z obou ložiskových čepů rotoru je kuličkové ložisko. Prostřednictvím tohoto opatření může být zlepšeno náběhové chování turbíny. Kromě toho kuličkové ložisko může, v závislosti na provozním stavu odstředivky, přijímat kolísající axiální síly rotoru.

Podle dalšího vytvoření vynálezu má rotorová skříň jako ložiskový prvek hřídel odstředivky. Použitím například z oceli sestávajícího hřídele ve spojení s osou odstředivky a příslušnými ložisky je možné velmi přesné uložení, takže je možné použití odstředivky jako hlavní odstředivky, bez předřazených nebo následně zařazených olejových filtrů.

Rotor může být s výhodou vyroben zcela z plastu. To je možno realizovat tím, že uložení pro ložiska ve formě ložiskových čepů je vytvořeno na rotoru litím. To má pozitivní efekt v tom, že je omezen počet dílů odstředivky, a že rotor může být, jako výměnný díl, tepelně zlikvidován.

-2CZ 295084 B6

Buben rotoru a dno rotoru mohou být s výhodou navzájem spojeny prostřednictvím západkového spojení. Tím je dosaženo zjednodušení montáže. Jiná možnost je buben rotoru a dno rotoru svařit. K tomu je vhodné zejména vibrační svařování, v úvahu však přichází také například rotační zpracování.

Podle další varianty vynálezu je ve dně rotoru uspořádán impulzní kanál, který tvoří spojení mezi vnitřkem rotoru a výstupem ve formě trysky. Tím může odpadnout jinak obvyklá dělicí stěna odstředivky, což má za výsledek zvýšení kapacity, pokud jde o prostor, který je k dispozici pro sedimentaci.

Tyto a další znaky výhodných vytvoření vynálezu jsou zřejmé, kromě nároků, také z popisu a výkresů, přičemž jednotlivé znaky mohou být uskutečněny samy o sobě či v kombinacích, při provedeních podle vynálezu i v jiných oblastech, a mohou představovat výhodná a ochrany schopná provedení, pro která se požaduje ochrana.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou objasněny za pomoci výkresů. Na výkresech představuje obr. 1 boční pohled na odstředivku s volným paprskem, přičemž polovina, vzhledem ke středové ose odstředivky, je znázorněna v řezu, obr. 2 řez rotorem, obr. 3 odstředivka s volným paprskem v provedení s rotorem zcela z plastu v řezu podél středové osy odstředivky, a obr. 4 pohled na spodek rotoru podle obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 znázorněný rotor 1 má vstup 3 a výstup 4. Rotorová skříň má dvě ložiska 5. Uvnitř rotoru se nacházejí vodicí prvky 7, které nejsou na obr. 1 znázorněny. Tyto vodicí prvky probíhají, vzhledem k ose otáčení, radiálně od vnitřní stěny 38 k vnější stěně 39 rotoru. Prostřednictvím těchto vodicích prvků je vnitřní prostor 8 rotoru rozdělen na několik oblastí 9. Vlastní rotor sestává ze dna 10 rotoru a bubnu 11 rotoru. Rotor je vytvořen osově symetrický kolem osy 13 otáčení. Pro zvýšení tuhosti plastový rotor vykazuje výztužné prvky 14. Je samozřejmé, že i vodicí prvky 7 mají opěrnou funkci pro buben 11 rotoru. Výztužné prvky mají na vnějším obvodu rotorové skříně tvar chladicích žeber a nesmí v případě vstřikované konstrukce překročit určitou tloušťku stěny (zde 3-4 mm). Rotor 1 je umístěn ve skříni 15, která sestává z horní části 16 skříně a spodní části 25 skříně. Odstředivka má vstup 17, prostřednictvím něhož se odstřeďované médium, zejména olej ve spalovacím motoru, který zde není znázorněn, dostává do rotorového prostoru 8 tak, že se dostává dovnitř hřídele 19 odstředivky, popř. osy 20 odstředivky, až k příslušným průchozím otvorům 6. Od průchozích otvorů 6 se dostává médium kanálem 34 přímo ke vstupu 3 rotoru 1 a odtud přímo do vnitřního prostoru 8 rotoru. Uvnitř rotoru se médium vede podél vodicích prvků 7, až se dostane u mezidna 26 cestou přes výstup 4 rotoru až k výstupu 18 odstředivky, odkud se opět vede zpět do neznázoměného olejového okruhu spalovacího motoru.

Během průchodu média popsanou cestou skrze rotor odstředivky se nečistoty vylučují na vnější stěnu 39 rotoru. Zde se časem vytváří neznázorněný odstředěný koláč. Při určitém mezním naplnění rotoru se rotor musí vyměnit nebo vyčistit.

-3 CZ 295084 B6

Uložení rotoru 1 v odstředivce je realizováno souhrou osy 20 odstředivky a ložisek 23 s podložkou 27, přičemž osa odstředivky je neotočně spojena s horní částí 16 skříně prostřednictvím kuželového upnutí pomocí matky 22 a středící objímky 21.

Ložisková pouzdra 23 jsou uspořádána mezi osou 20 odstředivky a dutým hřídelem 19 odstředivky. Hřídel 19 odstředivky nese buben 11 rotoru a dno 10 rotoru, které je prostřednictvím podložky 27 a matky 29 upnuto a vystředěno na kuželovitém uložení dutého hřídele.

Mezi hřídelem 19 a skříní rotoru se nachází těsnění 24 pro zabránění prosakování. Těsnění 28 vyrovnává tolerance a poklesy při upnutí skříně rotoru a slouží k tomu, aby mezi dnem 10 rotoru a bubnem 11 rotoru nedocházelo k nežádoucím krátkým spojením. Těsnění 30 zabraňuje, aby se prostřednictvím nežádoucího krátkého spojení nedostalo odstřeďované médium kolem rotoru přímo k výstupu 18 odstředivky. Vtlačná objímka 31 představuje druhé uložení pro osu 20 odstředivky, která po montáži spodní části 25 skříně funguje s příslušnou horní částí 16 skříně.

Na obr. 2 je znázorněn řez rotorem 1, v němž je zřejmá osově symetrická konstrukce skříně rotoru vzhledem k ose 13 otáčení. Radiálně směrem ven, ve hvězdicovitém uspořádání, se rozprostírají vodicí prvky 7, které zároveň vyztužují skříň rotoru. Dále jsou zřejmé jednotlivé oblasti 9 vnitřního prostoru 8 rotoru, rozdělené prostřednictvím vodicích prvků 7.

Na obr. 3 je znázorněn rotor v celoplastovém provedení. Rotor 1 je vytvořen třídílný, sestává z bubnu 11 rotoru, ve kterém jsou integrovány vodicí prvky 7 a vnitřní stěna 38, a dna 10 rotoru. Ve dně rotoru je ponechán impulzní kanál 40, který je prostřednictvím krytu 36 uzavřen na dutý průřez. Impulzní kanál zajišťuje vedení média z vnitřního prostoru 8 rotoru do výstupů ve formě trysek a zabraňuje přitom vymývání vznikajícího odstředivkového koláče v důsledku proudění na výstupu. Kryt kanálu může být se dnem rotoru například vibračně svařen.

Pro uložení ložisek má rotor dva ložiskové čepy 32, 33. Ložiskový čep 32 je uzavřený, aby bylo zabráněno krátkému spojení oleje. Rotor tak může být v horní části skříně uložen v kuličkovém ložisku 34- Ložiskový čep 33 je otevřený, čímž vzniká spojení vstupu 17 v pouzdru a vstupu 3 v rotoru. Proudění média odstředivkou tak může nastávat způsobem, popsaným v souvislosti s obr. 1.

Uložení, obsahující ložiskový čep 33, sestává ze zajištěného kluzného ložiska 35. Toto kluzné ložisko sestává z vtlačné objímky 2, která je s výhodou vytvořena z bronzu, a kluzné objímky 12, která je s výhodou vytvořena z oceli. Kluzná objímka má osazení 41, které zabraňuje sklouznutí rotoru z vtlačné objímky 2. Horní část 16 skříně je s výhodou vytvořena z plastu a je našroubována na spodní část skříně z hliníku, přičemž je použito těsnění 42. Spojení mezi bubnem 11 rotoru a dnem 10 rotoru je v tomto provedení realizováno jako západkové spojení 37. Také zde může být použito těsnění 42. Alternativně může mít západkové spojení samosvomou geometrii. V případě, že spojení mezi dnem a bubnem rotoru je realizováno svařením, odpadají těsnění.

Na obr. 4 je znázorněno dno 10 v provedení se západkovým spojením 37. Je zřejmá struktura, která tvoří impulzní kanál 40. Ta je znázorněna ve stavu před umístěním krytu 36 kanálu. Na koncích této struktury jsou zřejmé výstupy, fungující jako tryska.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rotor (1) odstředivky s volným paprskem, opatřený alespoň jedním vstupem (3) a alespoň jedním výstupem (4), přičemž výstupy (4) jsou vytvořeny jako trysky, jejichž otvory směřují vzhledem k ose (13) otáčení alespoň v podstatě tangenciálně, přičemž jsou uspořádána uložení pro ložiskové prostředky rotoru, a přičemž rotor má alespoň jeden vodicí prvek (7), který se rozprostírá od vnitřní stěny (38) k vnější stěně (39) vnitřního prostoru (8) rotoru, vyznačující se t í m , že alespoň jeden vodicí prvek (7) je pevně spojen s vnitřní stěnou (38) a vnější stěnou (39).
2. 2. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní stěna (38), alespoň jeden vodicí prvek (7) a vnější stěna (39) jsou vytvořeny jako jeden konstrukční díl.
3. 3. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že je v podstatě samonosný a je vytvořen z plastu.
4. 4. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vzdálenost výstupů (4) od osy (13) otáčení je větší než vnější poloměr bubnu (11) rotoru.
5. 5. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že ve směru hlavních os pnutí jsou uspořádány výztužné prvky (14).
6. 6. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že obsahuje prostředky pro přídavný vnější pohon rotoru (1).
7. 7. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že ložiskové prostředky rotoru (1) jsou tvořeny alespoň jedním kuličkovým ložiskem (34).
8. 8. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že má pro uložení ložiskových prostředků otáčivě uložený dutý hřídel (19) odstředivky a osu (20) odstředivky.
9. 9. Rotor podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že uložení pro ložiskové prostředky je integrováno do bubnu (11) rotoru a dna (10) rotoru.
10. 10. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že buben (11) rotoru a dno (10) rotoru jsou navzájem spojeny prostřednictvím západkových spojení (37).
11. 11. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že buben (11) rotoru a dno (10) rotoru jsou spojeny svarem.
12. 12. Rotor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ve dnu (10) rotoru je uspořádán impulzní kanál mezi vnitřním prostorem (8) rotoru a výstupem (4).