CZ296931B6

CZ296931B6 - Obezné kolo cerpadla

Info

Publication number: CZ296931B6
Application number: CZ0372598A
Authority: CZ
Inventors: Arbéus@Ulf
Original assignee: Itt Manufacturing Enterprises Inc.
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2006-07-12
Also published as: HUP9802161A3; EA199800934A1; SE9704223L; NO322539B1; ATE249584T1; ID21719A; JP4126119B2; IL126859A0; SI0916852T1; BR9804383A; PL329717A1; EP0916852B1; SG63859A1; TW402667B; HUP9802161A2; DK0916852T3; EE03836B1; JPH11182492A; TR199802362A1; KR19990044908A

Abstract

Obezné kolo cerpadla odstredivého nebo poloaxiálního typu pro cerpadlo na cerpání odpadní a splaskové vody obsahuje hlavu (4) a jednu nebo nekolik pripojených lopatek (5). Obezné kolo (3) je otocne ulozeno ve spirálovite tvarované skríni (1) cerpadla, která má válcovou cást (2). Lopatka nebo lopatky (5) jsou opatreny dozadu ohnutými nábehovými hranami (6). Sektorový úhel (.DELTA..theta.) v souradnicovém systému s pocátkem ve stredu hrídele obezného kola (3) mezi obvodem (8) nábehové hrany (6) apripojením (7) nábehové hrany (6) k hlave (4) má velikost od 125 do 195.degree., s výhodou od 140 do 180.degree..

Description

Oblast techniky

Vynález se týká oběžného kola čerpadla a zejména oběžného kola čerpadla pro odstředivá a poloaxiální čerpadla pro čerpání tekutin, zejména odpadních vod a splašků.

Dosavadní stav techniky

V literatuře je popsáno velké množství typů čerpadel a oběžných kol čerpadel pro uvedené účely, avšak všechna tato čerpadla či oběžná kola čerpadel mají určité nevýhody. To se týká především jejich zanášení či ucpávání a jejich nízké efektivnosti, výkonnosti a účinnosti.

Odpadní vody a splašky obsahují celou řadu různých typů znečištění a nečistot, jejichž množství a složení závisí jednak na ročním období a jednak na typu oblasti, z nichž tyto odpadní vody proudí. Ve městech jde zejména o plastické materiály, hygienické potřeby, textil a podobně, zatímco v průmyslových oblastech mohou být produkovány zejména opotřebovávající částice.

Zkušenosti ukazují, že největší problémy nastávají s hadry a podobnými předměty, které se zachycují na náběhových hranách lopatek a začnou se navíjet na hlavu oběžného kola. V důsledku takovýchto nehod dochází ke snižování intervalů mezi jednotlivými častými opravami a v důsledku toho i ke snižování účinnosti a výkonnosti.

V zemědělství a v dřevozpracujícím průmyslu je používáno mnoho různých druhů speciálních čerpadel, která jsou schopna zvládnout slámu, trávu, listí a další druhy organických materiálů. Pro tyto účely jsou náběhové hrany lopatek zahnuty směrem dozadu, a to proto, aby byly nečistoty vedeny směrem ven k obvodu, namísto toho, aby zůstaly zachyceny na náběhových hranách.

Rovněž jsou často používány různé druhy rozmělňovacích prostředků, zejména pro řezání materiálu a pro usnadňování průtoku. Příklady takových zařízení jsou uvedeny například v patentových spisech SE 435 952, SE 375 831 a US 4 347 035.

Jelikož nečistoty a různá znečištění v odpadních vodách a ve splašcích jsou odlišného typu, a jsou tedy mnohem obtížněji zvládnutelné, a jelikož provozní doba čerpadel pro odpadní vody a splašky bývá běžně mnohem delší, je zřejmé, že shora uvedená speciální čerpadla nesplňují náročné požadavky na čerpání odpadních vod a splašků, a to ani z hlediska jejich spolehlivosti, ani z hlediska jejich účinnosti a výkonnosti.

Čerpadlo na odpadní vody a splašky je velmi často v provozu až 12 hodin denně, což znamená, že spotřeba energie závisí do značné míry na celkové účinnosti daného čerpadla.

Zkoušky prokázaly, že je možno zlepšit účinnost až na 50 %, a to u čerpadla na odpadní vody a splašky podle tohoto vynálezu v porovnání s dosud známými čerpadly na odpadní vody a splašky.

Jelikož u nákladů životního cyklu pro elektricky poháněná čerpadla obvykle zcela převažují energetické náklady, a to zhruba z 80 %, je zcela zřejmé, že shora uvedené dramatické zvýšení účinnosti bude mimořádně důležité.

V literatuře je konstrukce oběžných kol čerpadel popsána velmi obecně, zejména pokud se týče vychýlení či ohnutí náběhových hran. Jednoznačná definice uvedeného vychýlení či ohnutí vůbec neexistuje.

-1 CZ 296931 B6

Zkoušky prokázaly, že tvar a velikost ohybového rozvodového úhlu na náběhových hranách má velký význam pro docílení nezbytné samočisticí schopnosti oběžného kola čerpadla. Povaha nečistot rovněž vyžaduje použití odlišných ohybových úhlů za účelem zajištění dobré funkce čerpadla.

V literatuře nejsou uváděny žádné informace o tom, co je nutno učinit pro docílení klouzání a dopravy nečistot směrem ven v radiálním směru podél náběhových hran lopatek. Co je obecně zmíněno, je skutečnost, že náběhové hrany mají být zahnuty směrem zpět pod tupým úhlem, jak je uvedeno například v patentovém spise SE 435 952.

Pokud jsou čerpány menší nečistoty, jako je například tráva či jiné organické materiály, mohou být postačující poměrně malé úhly, které zajišťují dosažení radiální dopravy a rovněž rozmělňování nečistot ve štěrbině mezi oběžným kolem a je obklopující skříní.

V praxi je tohoto rozmělňování dosahováno tak, že částice jsou rozřezávány prostřednictvím jejich přímého styku s oběžným kolem a s jeho skříní, když se tato skříň otáčí obvodovou rychlostí zhruba 10 až 25 m/s. Tento rozřezávací proces lze vylepšit tím, že příslušné povrchové plochy jsou opatřeny řeznými ústrojími, štěrbinami a podobně, viz například patentový spis SE 435 952. Taková čerpadla se používají pro dopravu buničiny, hnojiv a podobných materiálů.

Při konstrukci oběžného kola čerpadla, majícího náběhové hrany lopatek ohnuty směrem zpět za účelem dosažení jeho samočisticí schopnosti, dochází ke konfliktu mezi rozvodem úhlu ohybu, výkonem a dalšími konstrukčními parametry. Obecně je pravdou, že zvýšený úhel ohybu představuje menší riziko ucpávání a zanášení, avšak současně způsobuje pokles účinnosti a výkonnosti.

Podstata vynálezu

Předmět tohoto vynálezu přináší možnost konstrukce náběhové hrany lopatky optimální formou, co se týče dosažení různých funkcí a kvalit pro spolehlivé a hospodárné čerpání odpadních vod a splašků, obsahujících takové nečistoty a znečištění, jako jsou hadry, vlákna a podobně.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu bylo tedy vyvinuto oběžné kolo čerpadla odstředivého nebo poloaxiálního typu pro čerpadla na čerpání odpadní a splaškové vody, obsahující hlavu a jednu nebo několik připojených lopatek, přičemž oběžné kolo je otočně uloženo ve spirálovitě tvarované skříni čerpadla, která má válcovou část.

Lopatka nebo lopatky jsou opatřeny dozadu ohnutými náběhovými hranami, přičemž sektorový úhel v souřadnicovém systému s počátkem ve středu hřídele oběžného kola mezi obvodem náběhové hrany a připojením náběhové hrany k hlavě má velikost od 125 do 195°, s výhodou od 140 do 180°.

Náběhová hrana lopatky leží s výhodou v rovině kolmé na hřídel oběžného kola a v oblasti válcové části skříně čerpadla, kde je absolutní rychlost čerpaného média v podstatě axiální.

Připojení náběhové hrany k hlavě je s výhodou umístěno přilehle ke konci hlavy oběžného kola.

Poměr průměru připojení náběhové hrany k hlavě a průměru obvodu náběhové hrany má velikost od 0,1 do 0,4, s výhodou od 0,15 do 0,35.

-2CZ 296931 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje trojrozměrný axonometrický pohled na oběžné kolo čerpadla podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje radiální řez schematickým zobrazením čerpadla podle tohoto vynálezu;

obr. 3 znázorňuje schematický osový pohled na vstup do oběžného kola čerpadla; a obr. 4 znázorňuje graf, ukazující úhlové uspořádání náběhové hrany lopatky jako funkci vztažného poloměru.

Příklady provedení vynálezu

Na uvedených obrázcích výkresů je znázorněna skříň 1 odstředivého čerpadla, která je opatřena válcovou částí 2. Oběžné kolo 3 odstředivého čerpadla je opatřeno válcovou hlavou 4 a lopatkou

5.

Náběhová hrana 6 lopatky 5 je opatřena připojením 7 náběhové hrany 6 k hlavě 4 a dále obvodem 8 náběhové hrany 6. Mezi lopatkou 5 a stěnou skříně 1 odstředivého čerpadla je mezera 9, přičemž lopatka 5 má zadní odtokovou hranu 10.

Oběžné kolo 3 má konec 12 hlavy 4, přičemž se otáčí ve směru šipky 11.

Mezi připojením 7 náběhové hrany 6 lopatky 5 k válcové hlavě 4 oběžného kola 3 a obvodem 8 náběhové hrany 6 je sektorový úhel ΔΘ.

Jak již bylo dříve zmíněno, je velice výhodné konstruovat náběhové hrany 6 lopatek 5 ohnuté či vychýlené směrem zpět, a to za tím účelem, aby bylo zajištěno, že nečistoty sklouzávají směrem k obvodu, namísto toho, aby se zachytávaly na hranách, nebo aby byly navíjeny kolem válcové hlavy 4 oběžného kola 3.

Současně však v tom případě, kdy je uvedený úhel ohybu zvětšen, dochází často ke značnému snížení efektivity a výkonnosti odstředivého čerpadla.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu je lopatka 5 konstruována s náběhovou hranou 6, která je silně ohnuta směrem dozadu. To je definováno jako sektorový úhel ΔΘ ve válcovém souřadnicovém systému mezi připojením 7 náběhové hrany 6 k hlavě 4 a obvodem 8 náběhové hrany 6.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu potom shora uvedený sektorový úhel ΔΘ má velikost od 125 do 195°, s výhodou pak od 140 do 180°. To je možné beze ztráty možnosti dosažení dobré efektivity, účinnosti a výkonnosti, a to díky skutečnosti, že náběhová hrana 6 lopatky 5 je umístěna ve válcové části 2 skříně 1 odstředivého čerpadla.

Aby bylo možno dosáhnout tohoto umístění náběhové hrany 6 lopatky 5, je válcová hlava 4 oběžného kola 3 čerpadla konstruována jako velmi úzká. Poměr průměrů mezi připojením 7 náběhové hrany 6 lopatky 5 k válcové hlavě 4 a obvodem 8 náběhové hrany 6 má velikost pouze od 0,1 do 0,4, s výhodou pak od 0,15 do 0,35. Tento malý poměr skýtá rovněž tu výhodu, že

-3CZ 296931 B6 volný průchod oběžným kolem 3 čerpadla je široký, což umožňuje, že zde mohou procházet i poměrně velké kusy nečistot.

V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu pak připojení 7 náběhové hrany 6 5 k hlavě 4 oběžného kola 3 je umístěno v blízkosti konce 12 hlavy 4 oběžného kola 3, to znamená, že tam není žádný vyčnívající hrot, což snižuje riziko, že budou nečistoty navíjeny na středovou část oběžného kola 3.

V souladu s ještě dalším výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu je náběhová hrana 6 io lopatky 5 umístěna v rovině, která je kolmá na hřídel oběžného kola 3, to jest kde Z je konstantní. To znamená, že úhel ohybu bude v podstatě konstantní a že bude nezávislý na průtoku. Jelikož čerpadla na odpadní a splaškové vody pracují ve velmi široké oblasti jejich uplatnění, tak shora uvedená skutečnost znamená, že oběžné kolo 3 čerpadla může být zcela optimálně konstruováno, a to zcela nezávisle na očekávaných provozních podmínkách.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Oběžné kolo čerpadla odstředivého nebo poloaxiálního typu pro čerpadla na čerpání odpadní a splaškové vody, obsahující hlavu (4) a jednu nebo několik připojených lopatek (5), přičemž oběžné kolo (3) je otočně uloženo ve spirálovitě tvarované skříni (1) čerpadla, která má válcovou 25 část (
2), vyznačující se tím, že lopatka nebo lopatky (5) jsou opatřeny dozadu ohnutými náběhovými hranami (6), přičemž sektorový úhel (ΔΘ) v souřadnicovém systému s počátkem ve středu hřídele oběžného kola (3) mezi obvodem (8) náběhové hrany (6) a připojením (7) náběhové hrany (6) k hlavě (4) má velikost od 125 do 195°, s výhodou od 140 do 180°.

30 2. Oběžné kolo čerpadla podle nároku 1, vyznačující se tím, že náběhová hrana (6) lopatky (5) leží v rovině kolmé na hřídel oběžného kola (3) a v oblasti válcové části (2) skříně (1) čerpadla, kde je absolutní rychlost čerpaného média v podstatě axiální.
3. Oběžné kolo čerpadla podle nároku 1, vyznačující se tím, že připojení (7) 35 náběhové hrany (6) k hlavě (4) je umístěno přilehle ke konci (12) hlavy (4) oběžného kola.
4. Oběžné kolo čerpadla podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr průměru připojení (7) náběhové hrany (6) k hlavě (4) a průměru obvodu (8) náběhové hrany (6) má velikost od 0,1 do 0,4, s výhodou od 0,15 do 0,35.