CZ306873B6

CZ306873B6 - Těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem

Info

Publication number: CZ306873B6
Application number: CZ2016-303A
Authority: CZ
Inventors: plĂchal Milan Ĺ
Original assignee: plĂchal Milan Ĺ
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-08-16
Also published as: CZ2016303A3

Abstract

Těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem, které tvoří kanál (10) kapaliny stočený do kuželové spirály s postupně se zmenšujícím průřezem (6) spirálového kanálu (10) kapaliny, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, kde vstup (2) kanálu (10) kapaliny spojený s výstupem (4) kanálu (10) kapaliny, tvoří kuželovou spirálu, která obepíná vstup (3) kanálu (11) plynu, spojený s výstupem (5) kanálu (11) plynu. Průřez kanálu (10) kapaliny je oproti tvaru plochy vesica piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty, upraven tvar tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící stěnu (7) tělesa (1) směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru (8), netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180.degree. a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu kanálu (10) kapaliny, který oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r.sup.2.n., má plochu 1/3 .PI.r.sup.2.n., tedy 1,04666 r.sup.2.n.. Těleso (1) obsahuje nad výstupy (4, 5) kanálů výstupní směšovací otvor (8).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká tělesa pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem, představující výrobek z oboru čerpadel a jejich příslušenství, kterým se zabývají společnosti zpracovávající plasty nebo slévárenství 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 kanálu vytvářet u hladiny rychlý proud kapaliny z důvodu zamezení zamrzání rybničně plochy a rovněž dávkování kyslíku pro ryby.

Nevýhodou jednoduchých koncových kanálů, 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 kanály jsou rovněž náchylné na možnost vzniku bublin při proudění a tedy vzniku kavitace, která vytváří opotřebení dílů a po čase znehodnocení koncové části kanálu. Tyto zákonitosti platí i v případě že proudí místo kapaliny potrubím vzduch.

Do značné míry se zdařilo uvedené nedostatky koncových částí kanálu zlepšit řešením, které obsahuje rakouský patent AT 196 680 majitele a původce Viktora Schausbergera, jehož podstatou je potrubí pro kapalná a plynná média, jehož řešení vytváří potřebnou zvýšenou rychlost proudu v koncovce kanálu, 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 vejčitého tvaru s promáčknutím směrem ke špičce vejčité části. Toto potrubí s průřezem umožňující dobré laminární 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, vtom, 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 vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje v podstatné míře těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem, které tvoří kanál stočený do kuželové spirály s postupně se zmenšujícím průřezem spirálového kanálu kapaliny, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, jehož podstata spočívá v tom, že vstup kanálu kapaliny spojený s výstupem kanálu kapaliny, tvoří kuželovou spirálu. Kanál kapaliny, který je prostorově vytvořen v tělese, obepíná vstup kanálu plynu, spojený s výstupem kanálu plynu. Průřez kanálu kapaliny je oproti tvaru plochy vesica

- 1 CZ 306873 B6 piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty, modifikován tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící stěnu tělesa směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru, netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180° a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu kanálu kapaliny. Z tohoto důvodu plocha průřezu kanálu kapaliny, která oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r², má blízkou plochu 1/3 Π², tedy 1,04666 r². Písmeno r, značí poloměr kružnic nalézajících se v obr. 3. Znamená to, že šířka a výška průřezu má shodné poměry jako obrazec známého tvaru vesica piscis, 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 kanálu, kapalného i plynného je v tělese vytvořený výstupní směšovací otvor, kterým tryská smíšená kapalina s plynem.

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

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

Těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem má řadu výhod, oproti známému stavu techniky. Průřez kanálu 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 kanálu, případně oválu kanálu, došlo k podstatnému zlepšení rychlosti proudu při shodném výkonu čerpadla, rovněž samo nasávací 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 piscis, 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 kanálu kruhového 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, zužujícího se kanálu kapaliny, dojde vírovým pohybem kapaliny k 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 kanálu a je dosaženo významného zvýšení rychlosti proudu při nízkém nároku na výkon čerpadla, nalezne těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem uplatnění v dalších odvětvích průmyslu, jako je pivovarnictví vinařství komunální čistírny a podobně.

Objasnění výkresů

Přiklad provedení řešení podle vynálezu, představuje na obr. 1 celkový pohled na těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem z boku.

Obr. 2 uvedeného řešení představuje těleso v axonometrickém pohledu v řezu, kde je zřejmé uspořádání spirálového provedení kanálu kapalin a v ose provedení kanálu plynu.

Obr. 3 představuje ideální tvar průřezu zmenšeného obrazce vesica piscis, je proveden plnou čarou, který byl v praxi využit pro tvar průřezu kanálu řešení podle vynálezu.

Obr. 4 představuje využití tohoto ideálního tvaru v technicky provedeném průřezu skutečného kanálu řešení, který má oproti ideálu mírné odlišnosti.

Příklady uskutečnění vynálezu

Těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem sestává z tělesa 1, ve kterém je uspořádán vstup 2 kanálu 10 kapaliny, který je spojen kanálem 10 kapaliny s výstupem 4 kanálu 10 kapaliny. Těleso 1 dále obsahuje vstup 3 kanálu 11 plynu, který je spojen kanálem 11 plynu s výstupem 5 kanálu 11 plynu. Kanál 10 kapaliny má specifický tvar průřezu 6 spirálového kanálu 10 kapaliny. V obr. 2 jsou zřejmé stěny 7 tělesa 1, které kanál 10 a 11 v tělese 1 oddělují. Na konci obou kanálů 10, 11 je v tělese 1 vytvořen výstupní směšovací otvor 8, ze kterého je naznačen šipkou na obr. 1 směr 9 výtoku upravené kapaliny.

Funkce tělesa pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku 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 kanálu 10 kapaliny o průměru 50 mm. Tlaková voda postupuje ve spirále kanálu 10 kapaliny, která postupně zmenšuje průtočný průřez 6 spirálového kanálu 10 kapaliny, směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru 8 tak, že na výstupu 4 kanálu 10 kapaliny dochází k zúžení kanálu 10 kapaliny na průměr 25 mm. Voda dosahuje při vírovém pohybu spirálou, vzhledem k zmenšujícímu se průřezu 6 spirálového kanálu 10 kapaliny, zvětšení rychlosti a vírovým pohybem dojde na výstupu 5 kanálu 11 plynu k samočinnému přisávání vzduchové složky z výstupu kanálu 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 tělesa. Těleso je upevněno 50 cm pod hladinou rybníka. Vstup 3 kanálu 11 plynuje opatřen neznázorněnou hadicí o průměru 20 mm. Druhý konec této neznázoměné hadice je upevněn k pevnému bodu nad hladinou rybníka. Výstup 5 kanálu 11 plynu, kde vytvořený podtlak víru vody vzduch přisává a způsobí, že dojde k prosycení s vodou, má průměr 6 mm.

Průmyslová využitelnost

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

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Těleso pro úpravu kapaliny, vytvoření vírového výtoku a sycení plynem, které tvoří kanál stočený do kuželové spirály s postupně se zmenšujícím průřezem, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, vyznačující se tím, že vstup (2) kanálu (10) kapaliny spojený s výstupem (4) kanálu (10) kapaliny, tvoří kuželovou spirálu, která obepíná vstup (3) kanálu (11) plynu, spojený s výstupem (5) kanálu (11) plynu, přičemž průřez kanálu (10) kapaliny je oproti tvaru plochy vesica piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty, upraven tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící stěnu (7) tělesa (1) směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru (8), netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180° a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu kanálu (10) kapaliny, který oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r^{1 2}, má plochu 1/3 Πγ² , tedy 1,04666 r², a těleso (1) obsahuje nad výstupy (4, 5) kanálu (10, 11) výstupní směšovací otvor (8).

-3 CZ 306873 B6

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

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