CZ29715U1 - Vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem - Google Patents

Description

Oblast techniky

Řešení se týká vírového tělesa pro úpravu kapaliny a sycení plynem, představující výrobek z oboru čerpadel a jejich příslušenství, kterým se zabývají společnosti zpracovávající plasty nebo slévárenstvím kovových výrobků. Řešení spadá do odvětví strojírenství.

Dosavadní stav techniky

Stav techniky výrobku, kterým je koncový prvek užívaný při dopravě kapalin, například při postřiku zeleně, dodávání vzduchem prosycené kapaliny v rybníkářství, v biobazénech ale i jako koncové čeřící zařízení ve vinařství, pivovarnictví, čistírnách, je představován tryskou, jejíž rozptyl kapaliny je obvykle buď přímý proud, kuželový proud nebo vějířovitý proud. Kapalina vstupuje do tohoto koncového tělesa v podobě přímého proudu a tvar výstřiku proudu ovlivní buď koncový tvar vyústění, například zploštění ústnice nebo je rozprášení kapaliny způsobeno kuželovým nebo kuličkovým tělesem, které tvoří proudu překážku, čímž je tvar konečného proudu ovlivněn. Takové koncové těleso dodávky kapaliny může proto vytvářet například účinný výstupní proud kapaliny, v rybníkářství, kdy je účelem proudnice vytvářet u hladiny rychlý proud kapaliny z důvodu zamezení zamrzání rybničně plochy a rovněž dávkování kyslíku pro ryby.

Nevýhody jednoduchých koncových proudnic, výše uvedených, vytvářejících vějíř či kužel kapaliny je usazování nečistot z kapaliny na místech, které tvoří umělou překážku, rovněž prvek, který vytváří překážku pro vytvoření kužele či vějíře vystřikované kapaliny zvyšuje ztráty rychlosti proudění a tedy i dopravní výkonnost zařízení. Tyto proudnice jsou rovněž náchylné na možnost vzniku bublin při proudění a tedy vzniku kavitace, která vytváří opotřebení dílů a po čase znehodnocení koncové proudnice. Tyto zákonitosti platí i v případě že proudí místo kapaliny potrubím vzduch.

Do značné míry se zdařilo uvedené nedostatky koncových částí proudnic vyřešit řešením, které obsahuje rakouský patent č. AT 196680 majitele a původce Viktora Schausbergera, jehož podstatou je potrubí pro kapalná a plynná média, jehož řešení vytváří potřebnou zvýšenou rychlost proudu v koncovce proudnice, bez možnosti usazování nečistot při průchodu, zamezuje vzniku kavitace a zajišťuje zrychlení laminárního proudění při poměrně dobrých parametrech z pohledu ztrát dopravního výkonu třením. Řešení spočívá ve vytvoření potrubí s průřezem vej čitého tvaru s promáčknutím směrem ke špičce vejčité části. Toto potrubí s průřezem umožňující dobré laminámí proudění je stočeno do spirály válcového tvaru případně i do tvaru rotačního kužele, kdy je průřez potrubí postupně v jednom směru zúžen. Toto principiální řešení má pouze nevýhodu, v tom, že lze s takovouto koncovkou obtížně manipulovat, bylo zjištěno i to, že průřez potrubí není ještě zcela ideální z pohledu průtočných vlastností kapaliny. Uvedené řešení také nemá provedení přisávání plynové složky do kapaliny, což je v mnohých případech potřebné pro zkvalitnění dodávané kapaliny. To zvláště v případech okysličování vody v rybnících, v biobazénech, v pivovarnictví.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje v podstatné míře vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem, podle užitného vzoru, které tvoří proudnice stočená do spirály se zkracujícím se stoupáním a s postupně se zmenšujícím průřezem, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, jehož podstata spočívá v tom, že vstup proudnice kapaliny spojený s výstupem proudnice kapaliny tvoří spirálu se zkracující se roztečí směrem k výstupu proudnice kapaliny. Proudnice kapaliny, která je prostorově vytvořena v tělese, obepíná vstup proudnice plynu, spojený s výstupem proudnice plynu. Průřez proudnice kapaliny má modifikovaný tvar obrazce vesica piscis, znamená to, že šířka a výška průřezu má shodné poměry jako obrazec známého tvaru, rozdíl je ve vrchní části průřezu směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru, zde je plocha oproti známému obrazci zmenšena. Je tomu tak z důvodu technické proveditelnosti celého tělesa, které má minimální rozměr tvaru mušle. Nad výstupy proudnic, kapalné i plynné, je v tělese vytvořený výstupní směšovací otvor, kterým tryská smíšená kapalina s plynem.

-1 CZ 29715 Ul

Výhodné je, že proudnice kapaliny, spirálově stočená, obepíná svou vnější částí stěn tělesa v prostoru nejbližší středové ose spirály proudnici plynu tak, že přimknutá část stěny proudnice kapaliny je součástí stěny proudnice plynu. Průměr vstupu proudnice plynu a průměr výstupu proudnice plynu má velikost vytvořenu v poměru 3,333:1 tak, že na výstupu je proudnice plynu nejužší.

Rovněž je výhodné, že průměr vstupu proudnice kapaliny a průměr výstupu proudnice kapaliny má velikost vytvořenu v poměru 2:1, čímž je dosahováno zvýšení rychlosti proudu kapaliny, při zachování laminámího proudění.

Výhodné je i to, že průřez proudnice kapaliny je oproti tvaru plochy vesica piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty modifikována tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící plochu tělesa, směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru, netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180°, a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu proudnice kapaliny, která oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r², má plochu 1/3 lir², tedy 1,04666 r². Znamená to, že jediná strana průřezu proudnice kapaliny podle řešení, která je konkávní, vytváří tak zmenšení plochy a změnu tvaru oproti ploše a tvaru vesica piscis, kde jsou všechny strany obrazce konvexní. Nutno podotknout, že oproti ideálnímu obrazci na obr. 3, kde je tento zmenšený tvar a plocha plnou čarou vytvořena, při technickém provedení může být plocha i tvar v rozmezí + 10 % nebo - 10 % plochy i tvaru odlišná, nicméně vychází z tohoto základního upraveného tvaru vesica piscis na obr. 3. Toto je zřejmé z obr. 4, kde je technické provedení průřezu řešení podle užitného vzoru mírně odlišné oproti ideálnímu tvaru z obr. 3.

Vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem má řadu výhod, oproti známému stavu techniky. Průřez proudnice kapaliny, který má tvar blízký tvaru vesica piscis, prokázal v praxi kvalitní zvýšení rychlosti proudu kapaliny v poměru k výkonu čerpadla. Oproti zkušebnímu válcovému průřezu, proudnice, případně oválu proudnice, došlo k podstatnému zlepšení rychlosti proudu při shodném výkonu čerpadla, rovněž samonasávací schopnost přisávání plynu v místech výstupního směšovacího otvoru tělesa dosáhla takových parametrů, že oproti válcovému průřezu, kde schopnost přisávání vzduchu a míšení s kapalinou účinkovala do 30 cm pod hladinou jezírka, v případě modifikovaného tvaru vesica piscic bylo dosaženo kvalitního účinku přisávání a míšení vody se vzduchem až do hloubky 150 cm pod hladinou. Zlepšil se tak například výkon kvalitního provzdušnění vody při shodném výkonu vodního čerpadla 145 W z 10 m³ u průřezu proudnice kruhové na 50 m³ u průřezu s průřezem modifikovaného tvaru vesica piscis. Výhoda uvedeného řešení s uvedenými parametry je to, že průchodem kapaliny tělesem v pěti závitech spirály, zužující se proudnice kapaliny, dojde vírovým pohybem kapalíny ke změně povrchového napětí kapaliny, což má zlepšující účinky i bez přisávání vzduchu, pro zvýšení úrodnosti plodin, harmonizuje prostředí v chovných bazénech ryb, a má další využití v úpravě vody i k pitným účelům. Jelikož nedochází k možnosti usazování nečistot v proudnici a je dosaženo významného zvýšení rychlosti proudu při nízkém nároku na výkon čerpadla, nalezne vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem uplatnění v dalších odvětvích průmyslu, jako je pivovarnictví, vinařství, komunální čistírny a podobně.

Objasnění výkresů

Příklad provedení řešení podle užitného vzoru představuje na obr. 1, což je celkový pohled na vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem z boku.

Obr. 2 uvedeného řešení představuje vírové těleso v axonometrickém pohledu v řezu, kde je zřejmé uspořádání spirálového provedení proudnice kapalin a v ose provedení proudnice plynu. Obr. 3 představuje ideální tvar průřezu zmenšeného obrazce vesica piscis, je proveden plnou čarou, který byl v praxi využit pro tvar průřezu proudnice řešení podle užitného vzoru. Obr. 4 představuje využití tohoto ideálního tvaru v technicky provedeném průřezu skutečné proudnice řešení, která má oproti ideálu mírné odlišnosti.

-2CZ 29715 Ul

Příklad uskutečnění technického řešení

Vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem sestává z tělesa 1, ve kterém je uspořádán vstup 2 proudnice 10 kapaliny, který je spojen proudnicí 10 kapaliny s výstupem 4 proudnice kapaliny. Těleso I dále obsahuje vstup 3 proudnice li plynu, který je spojen proudnicí 1_1 plynu s výstupem 5 proudnice H plynu. Proudnice 10 kapaliny má specifický tvar průřezu 6 spirálové proudnice 10 kapaliny. V obr. 2 jsou zřejmé stěny 7 tělesa i, které proudnice 10 a 11 v tělese 1 oddělují. Na konci obou proudnic 10, 11 je v tělese i vytvořen výstupní směšovací otvor 8, ze kterého je naznačen šipkou na obr. 1 směr 9 výtoku upravené kapaliny.

Funkce tělesa pro úpravu kapaliny a sycení plynem uvedeme na příkladu tohoto zařízení užitého v rybníkářství pro zajištění nezamrzání vodní hladiny a pro zvýšené dodání kyslíku pro ryby v zimním nebo i letním období. Od neznázoměného tlakového vodního čerpadla přichází potrubím tlaková voda do vstupu 2 proudnice 10 kapaliny o průměru 50 mm. Tlaková voda postupuje ve spirále proudnicí 10 kapaliny, která postupně zmenšuje průtočný průřez 6 spirálové proudnice 10 kapaliny, směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru 8 tak, že na výstupu 4 proudnice 10 kapaliny dochází k zúžení proudnice 10 kapaliny na průměr 25 mm. Voda dosahuje při vírovém pohybu spirálou, vzhledem k zmenšujícímu se průřezu 6 spirálové proudnice 10 kapaliny, zvětšení rychlosti a výrovým pohybem dojde na výstupu 5 proudnice 11 plynu k samočinnému přisávání vzduchové složky z výstupu proudnice 5 plynu. Okysličený proud vody čeří hladinu tak, že nedochází v části zvířené hladiny k zamrzání, což umožňuje rybám přístup ke kyslíku, rovněž je kyslík do vody vnášen z přisávacího prvku vírového tělesa. Vírové těleso je upevněno 50 cm pod hladinou rybníka. Vstup 3 proudnice H plynu je opatřen neznázoměnou hadicí o průměru 20 mm. Druhý konec této neznázoměné hadice je upevněn k pevnému bodu nad hladinou rybníka. Výstup 5 proudnice 11 plynu, kde vytvořený podtlak vím vody vzduch přisává a dojde k prosycení s vodou, má průměr 6 mm.

Průmyslová využitelnost

Vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem je vhodné vyrábět v provozovnách zabývající se plasty, kde lze těleso vyrábět na 3D tiskárnách. Další možnost výroby vírového tělesa je v kovoobráběcích výrobnách z bronzu. Využitelnost zařízení je tedy v odvětví chemického i strojního průmyslu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

1. Vírové těleso pro úpravu kapaliny a sycení plynem, které tvoří proudnice stočená do spirály se zkracujícím se stoupáním a s postupně se zmenšujícím průřezem, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, vyznačující se tím, že vstup (2) proudnice (10) kapaliny spojený s výstupem (4) proudnice (10) kapaliny, tvoří spirálu se zkracující se roztečí, která obepíná vstup (3) proudnice (11) plynu, spojený s výstupem (5) proudnice (11) plynu, přičemž průřez proudnice (10) kapaliny má modifikovaný tvar obrazce vesica piscis, a těleso (1) obsahuje nad výstupy (4, 5) proudnic, výstupní směšovací otvor (8).

2. Vírové těleso podle nároku 1, vyznačující se tím, že proudnice (10) kapaliny spirálově stočená, obepíná svou vnější částí stěn (7) tělesa (1) v prostoru nejbližší středové ose spirály proudnici (11) plynu, přičemž průměr vstupu (3) proudnice (11) plynu a průměr výstupu (5) proudnice (11) plynu má velikost vytvořenu v poměru 3,333:1.

3. Vírové těleso podle nejméně jednoho z uvedených předchozích nároků, vyznačující se tím, že průměr vstupu (2) proudnice (10) kapalíny a průměr výstupu (4) proudnice (10) kapaliny má velikost vytvořenu v poměru 2:1.

-3CZ 29715 Ul

4. Vírové těleso podle nejméně jednoho z předchozích uvedených nároků, vyznačující se tím, že průřez (6) proudnice (10) kapaliny je oproti tvaru plochy vesica piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty modifikována tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící stěnu (7) tělesa (1) směrem k výstupnímu

5 směšovacímu otvoru (8), netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180° a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu proudnice (10) kapaliny, která oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r², má plochu 1/3 Πτ², tedy 1,04666 r².