CZ29716U1 - Vírové těleso pro úpravu kapaliny - Google Patents

Description

Oblast techniky

Řešení se týká vírového tělesa pro úpravu kapaliny, 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 kapaliny v rybníkářství, v biobazénech ale i jiná zařízení dodávající tlakovou vodu z proudnice pro mnohé různé účely. Koncová proudnice je představována 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 kapalin y 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 tím dosažení přístupu ryb k vzdušnému kyslíku.

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. Takové 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 nebo plynná média, jehož řešení vytváří potřebnou zvýšenou rychlost proudu v koncovce proudnice, bez možnosti usazování nečistot při průchodu, zamezuje vzniku kavitace a zajišťuje zrychlení laminámího 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 vjednom 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.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje v podstatné míře vírové těleso pro úpravu kapaliny, které tvoří proudnice stočená do spirály postupně se zmenšujícím průřezem, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, jehož podstata spočívá v tom, že vstup proudnice kapaliny spojený s výstupem proudnice kapalin y, tvoří spirálu se zkracující se roztečí, která obepíná osový dřík tělesa směrem k výstupu proudnice kapaliny. 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 výstupu proudnice kapaliny, zde je plocha oproti známému obrazci zmenšena. Je tomu tak z důvodu technické proveditelnosti celého tělesa, které má minimální rozměr tvaru mušle.

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.

-1 CZ 29716 Ul

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 ť², má plochu 1/3 Πτ², 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 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 kapalin 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 ale i tvaru průřezu blízkého řešení, kterým je rakouský patent č. AT 196680, došlo k podstatnému zlepšení výkonu dodávky vody a rychlosti proudu při shodné výkonnosti čerpadla porovnávaných průřezů proudnic dle známého stavu techniky. Výhoda uvedené, o řešení s uvedenými parametry je to, že průchodem kapaliny tělesem v pěti závitech spirály, zužující se proudnice kapaliny, dojde vírovým pohybem kapaliny ke změně povrchového napětí kapaliny, což má zlepšující účinky 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 uplatnění v dalších odvětvích průmyslu, jako je pivovarnictví, vinařství, komunální čistírny a podobně. Objasněni výkresů

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

Obr. 2 uvedeného řešení představuje vírové těleso v axonometrickém pohledu v řezu, kde je zřejmé uspořádání spirálového provedení proudnice kapalin okolo osového dříku tělesa.

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.

Příklad uskutečnění technického řešení

Vírové těleso pro úpravu kapaliny sestává z tělesa I, ve kterém je uspořádán vstup 2 proudnice 4 kapaliny, který je spojen proudnici 4 kapaliny s výstupem 3 proudnice 4 kapaliny. Tvarově proudnice 4 vytváří spirálu obepínající osový dřík 8 tělesa L Proudnice 4 kapaliny má specifický tvar průřezu 6 spirálové proudnice 4 kapaliny. V obr. 2 jsou zřejmé stěny 5 tělesa 1, které od sebe jednotlivé proudnice 4 kapaliny v tělese I oddělují. Na konci proudnice 4 kapaliny je v tělese 1 vytvořen výstup 3 proudnice 4 kapaliny, ze kterého je naznačen šipkou na obr. 1 směr 7 výtoku upravené kapaliny.

Funkce tělesa pro úpravu kapaliny uvedeme na příkladu tohoto zařízení užitého v rybníkářství pro zajištění nezamrzání vodní hladiny, což umožňuje přístup k vzdušnému kyslíku pro ryby v zimním období. Od neznázoměného tlakového vodního čerpadla přichází potrubím tlaková voda do vstupu 2 proudnice 4 kapaliny o průměru 50 mm. Tlaková voda postupuje ve spirále proudnici 4 kapaliny, která postupně zmenšuje průtočný průřez 6 spirálové proudnice 4 kapaliny, směrem k výstupu 3 proudnice 4 kapaliny, až dochází k zúžení proudnice 4 kapaliny na průměr 25 mm. Voda dosahuje při vírovém pohybu spirálou, vzhledem k zmenšujícímu se průřezu 6

-2CZ 29716 UI spirálové proudnice 4 kapaliny, zvýšení rychlosti, a na výstupu 3 proudnice 4 kapaliny tryská směrem 7 výtoku upravené kapaliny. Proud vody čeří hladinu tak, že nedochází v části zvířené hladiny k zamrzání, což umožňuje rybám přístup k vzdušnému kyslíku. Vírové těleso je upevněno 30 cm pod hladinou rybníka.

Průmyslová využitelnost

Vírové těleso pro úpravu kapaliny 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, případně jiného materiálu. Využitelnost zařízení je tedy v odvětví chemického i strojního průmyslu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (3)

1. Vírové těleso pro úpravu kapaliny, které tvoří proudnice kapaliny stočená do spirály s postupně se zmenšujícím průřezem, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, vyznačující se tím, že vstup (2) proudnice (4) kapaliny spojený s výstupem (3) proudnice (4) kapaliny, tvoří spirálu se zkracující se roztečí, která obepíná osový dřík (8) tělesa (1), přičemž průřez proudnice (4) kapaliny má modifikovaný tvar obrazce vesica piscis.

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

3. Vírové těleso podle nejméně jednoho z předchozích uvedených nároků, vyznačující se tím, že průřez (6) proudnice (4) 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 (5) tělesa (1) směrem k výstupu (3) proudnice (4) kapaliny, netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180° a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu proudnice (4) kapaliny, která oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r², má plochu 1/3 Πτ², tedy 1,04666 r².