FI71502B - Anordning vid saodana apparater foer inblandning och loesning av gaser i vaetskemassor vilka av ett axialpumphjul uppfordras genom en vertikal stigledning - Google Patents

Description

71 502

Sovitelma sellaisiin laitteisiin, missä kaasuja sekoitetaan ja liuotetaan nestevirtoihin, joita aksiaalinen pumppupyörä nostaa pystysuoraan nousukanavaan.

Tämä keksintö käsittää sovitelman sellaisista laitteista, missä kaasuja sekoitetaan ja liuotetaan nestevirtoihin, joita aksiaalinen pumppupyörä nostaa pääasiassa pystysuoraan nouskanavaan, minkä alempi pää toimii nesteen sisäänvirtausaukkona ja minkä ylempi pää muodostaa pumpatun nesteen poistokanavan ja joita rajoittavat johtopinnat, mitkä ohjaavat nesteen säteissuunnassa nousukanavan akselilta, jolloin pumppupyörän käyttöakseli, joka on samankeskeinen nousukanavan kanssa ja menee sen läpi, saa käyttövoimansa yläpuolelle sijoitetusta käyttölaitteesta.

Aikaisemmin on ehdotettu ja esitetty sellaisia erilaisia laite järjestelyjä ilman sekoittamiseksi nesteisiin säiliöissä tai vesistöissä, joissa aksiaalipumpun avulla painetaan neste nestepinnan yläpuolella sijatisevaa vastakappaletta vasten. Esimerkki tällaisista sovitelmista kuvataan amerikkalaisissa patenttiselostuksessa US 1 1Θ6 376.

Muissa tunnetuissa vastaaviin käyttötarkoituksiin tarkoitetuissa laitteisssa käytetään roottoreita, missä on avoin tai suljettu pumppupyörä pystysuoralla akselilla. Tällöin pyörän neste-imuaukot ovat nestepinnan alapuolella, jolloin neste lingotaan säteettäisesti ulospäin pyörältä, tavallisesti jonkinverran ylössuunnattuna nestepinnan yläpuolelle. Tämäntyyppisissä kaasutuslaitteissa, missä pumpattu neste lingotaan ulos nestepinnan yläpuolelle, jää käsiteltävän nesteen kaasutus epätäydelliseksi, koska kaasun ja nesteen kontaktiaika on aivan liian lyhyt ja neste liian karkeasti dispergoitunut.

Ruotsalaisissa patenteissa 317 034 ja 336 310 esitetään keski-pakoispumppupyörän mallisia laitteita, missä pumppupyörän imupuoli ja/tai alueet imusisäänmenon ja ympäryksen välillä ovat yhteydessä ilmakehään. Pumppupyörän pyöriessä imetään ilmaa pumppupyörään ja ilmanliuotus nesteeseen alkaa siten pumppupyörän sisällä. Tällaisilla pumppupyörällä on tarkoitukseen aivan liian pieni sekoittamisen hyötysuhde laskettuna 2 ..... 71502 käytettyä kilavattituntia kohti.

Ruotsalaisessa patentissa 354 786 esitetään samoin laite, missä pystyakselin ympärillä pyörivä aksiaa 1ipumpun pyörä painaa ylös nestettä putken läpi. Putken sisäpuolella pyörijän yläpuolella on johdelevyjä tarkoituksena stabiloida nestevirtaus. Pumppupyörä on sijoitettu onttoon akseliin, mikä on yhteydessä ilmankehään. Käyttöakselissa johdelevytason yläpuolella on pieniä reikiä, joitten läpi kaasu voi tunkeutua nesteeseen. Näiden reikien etupuolella on toisia reikiä kaasua varten ympäröivissä dispergointisiivissä, mitkä sopivasti ovat V-muotoisia kärki reikiä kohti. Nämä siivet pienentävät putken poikkipintaa ja vaikuttavat pienentävästi pumppauskapasi-teetti in.

Keksinnön tarkoituksena on kaasun ja nesteen sekoituslaitteessa saada aikaan järjestely, missä sekoittuminen on tehokkaampi mitattuna kulutettua kilovattituntia kohti, parannettu ulos-ruiskutetun nesteen dispergointi sekä korkeammalla pumppu-pyörän hyötysuhteella saada aikaan lisätty nestenopeus ja saada aksiaalinen nestevirta tasaiseksi koko virtauspoikkipinnalle.

Laitteistoille on pääasiassa ominaista se, että käyttöakseli on ympäröity kiinteällä johtimella, minkä sisäseinä^yhdessä käyttöakselin kanssa muodostaa kaasuyhteysraon, minkä alempi pää avautuu nousujohtimeen ulospäin laitteen keskiakseli-linjasta säteettäisesti suuntautuvan ulosvirtaustiehyen kautta, jolloin mainitulla kaasuyhteysraolla on avoin yhteys kaasu-lähteeseen, esimerkiksi ympäröivään ilmakehään.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa on käyttöyksikkö, mistä akseli johtaa voiman pumppupyörään. * Käyttöyksikkö on asennettu johtolevyillä varustetun sekoituspään yläpuolelle. Levyjen lukumäärä on valittavissa, mutta on mieluiten kolme tai neljä. Sekoituspää on kiinnitetty putkimaiseen nousujohtimeen, mikä jatkuu pumppupyörän alapuolelle alaspäin kartiomaisesti avautuvana imuputkena. Sekoituspään yläosa on laitteen keski-akselin suhteen symmetrisesti siten muotoiltu, että se muuttaa nesteen liikesuunnan vertikaalisesta horisontaaliseksi. Tämä käyrä pinta jatkuu alaspäin kiinteänä johtimena mikä ympäröi 71502 3 akselia ja päättyy välittömästi pumppupyörän yläpuolella ja on yhteydessä nousujohtimen kanssa. Nousujohtimen kautta virtaava neste ottaa mukaansa ejektorivaikutuksen avulla kaasu lähteestä tulevan kaasun, mikä sekoittuu nesteen kanssa siten, että nesteen kaasuuntuminen alkaa nousujohtimessa ennen sekoituspäätä.

Tämän edellytyksenä on, että paineen alentuminen sekoitus-päässä on alle 4 metriä vesipatsasta. Vedennopeuden tulee edelleen olla vähintään n. 5 m/s hyväksyttävän ejektorivaiku-tuksen saavuttamiseksi.

Esitetyssä rakenne-esimerkissä keksinnön yhteydessä käytetyssä aksiaa 1ipumppupyörässä on pumppusiivissä suorat etu- ja takareunat sekä etäisyyden keskiöstä kasvaessa pienenevä nousu-kulma. Sopiva pumppupyörän siipilyku on neljä, siivet ovat keskiakselin suhteen osaksi toistensa päällä, mutta keksintö käsittää vähintään 2 tai myös suuremman lukumäärän siipiä pumppupyörässä. Siipien muoto on pääasiassa sellainen, että samalla etäisyydellä keskiöstä tehty siipien leikkaus tasolle levitettynä antaa suoran leikkauspinnan.

Tämän rakenteisellä pumppupyörällä on kokeissa saatu merkit- 9 tävän suuri hyötysuhde, n. 80 S». '

Pumppupyörän jälkeen voidaan mahdollisesti sijoittaa johto-levyjä, mitkä estävät nestevirran pyörimistä ja edistävät kaasun sekoittumista nesteeseen. Erityisen edullista on, jos johtolevyt aiheuttavat kavitaatiota ja ovat siten sijoitettuja, että imetyllä kaasulla on pääsy johtosiipien takapuolelle.

e

Keksinnön mukaisen laitteen vaihtoehtoisesti toisessa rakenne-muunnoksessa on käyttöyksikkö asennettu putkikäyrään, missä on reikä käyttöakselia varten. Akseli ja käyttöyksikkö ovat pumppupyörän painepuolella. Myös tässä tapauksessa on putki-käyrässä sijaitseva osa akselia ympäröity kiinteällä johtimella, mikä toisesta päästään on liitetty putkikäyrään ja on k 1 71502 4 avoin ilmakehän ilmalle tai muulle kaasumaiselle aineelle ja toisesta päästään avautuu juuri pumppupyörän yläpuolelle. Johtimen ja akselin välinen kaasuyhteysrako voi kaventua lähelle pumpun pyörää, mikä muodostaa raon suun. Johtimen alemman pään ja pumppupyörän napaosan välillä on renkaan-muotoinen rako. Muutoin on tämä rakennemuoto samankaltainen ensinesitetyn kanssa.

Keksinnön mukaisella kaasu tusvarustukse 11 a varustetulla laitteella saavutetaan seuraavia etuja: korkea pumppaushyötysuhde pääasiassa aksiaalisessa virtauksessa ja korkea nestenopeus, sekoituspäästä poistuvan nesteen parempi dispergoituminen, kaasun sekoittuminen nesteeseen laitteen sisällä jo pumppu-pyörän ja hajoituspään välillä suuri kaasun liukeneminen käytettyä kWh:ta kohti

Keksintöä selostetaan jäljempänä lähemmin ja viitataan myötä-seuraaviin piirroksiin, missä kuva 1 (Fig. 1) esittää aksiaali-leikkauksen keksinnön mukaisesta laitteistosta, kuva 2 hori-sonta a 1iprojektin pumppupyörästä esitetyssä rakennemuodossa katsottuna sisääntu1opuo1 e 11a , kuva 3 b-e poikkileikkauksia juoksupyörän siivistä erisäteisi1lä etäisyyksillä keskiöstä sekä kuva 4 aksiaa 1ileikkauksen eräästä keksinnön mukaisesta vaihtoehtoisesta laitteesta. Juoksupyörän siivet ja johtolevyt on kuvattu suurimmalla sätei11äise 11ä projektilla piirustuksen tasoon.

Kuvat 1 ja 4 esittävät erilaisia rakennevaihtoehtoja, vastaavasti vasenta ja oikeata puolta laitteesta.

Kuvassa 1 esitetty rakenteeltaan keksinnön mukainen laite käsittää käyttöyksikön, missä runko 1 on varustettu pumppu-akselilla 4 missä laakerit 2 ja 3. Akselin yläpää on ontoksi koneiste11u , missä on holkki 5 ja vetoelin 21 standardi- laippa-moottoria varten. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää pitkä-akselista erikoismoottoria.

3 71502 Käyttölaite on asennettu sekoituspään 6 päälle, missä on kier-tosymmetrinen käyristetty poistopinta 7 minkä uloin osa on lähes vaakasuora ja suora.

Sekoituspäässä 6 on edelleen kiinteät johtolevyt 9, mitkä alaspäin liittyvät renkaanmuotoiseen elimeen 10, mikä muodostaa sekoitusaukon 11 alemman rajapinnan 12. Renkaanmuotoisen elimen alaosaan on kiinnitetty putki 13, minkä alempana jatkuu imuputkena 14 ja imusuppilona 15. Sekoituspään 6 käyristetty poistopinta 7 jatkuu alempana sylinterimuotoisena kiinteänä johtimena 16, mikä ympäröi akselia 4. Akselin 4 ja johtimen 16 välissä on kaasuyhteys rako 17, mikä ylöspäin on yhteydessä kaasulähteeseen tai ilmakehään ja alaspäin johtimen 16 alimman osan ja akselin 4 välisen raon 18 sekä johtimen 16 ja pumppu-pyörän 22 navan välisen renkaanmuotoisen raon 19 kautta nousu-johtimeen 20, mitä ulkopuolelta rajoittaa putki 13. Rako tai kavennus 18 voi vaihtehtoisesti puuttua.

Akselin 4 päähän on kiinnitetty aksiaa 1ipumppupyörä 22, missä on vähintään 2 kappaletta siipiä.

Laite on asennettu sopivalle ei esitetylle jalustalle tai vaihtoehtoisesti ei esitetylle kellukkeelle, esimerkiksi,pulttien 24 avulla, mitkä samoin liittyvät renkaanmuotoisen osan 10 putkeen 13, siten että nestepinta tulee olemaan alueella 25, mitä yläpuolella rajoittaa sekoitusaukon alempi rajapinta 12 ja alapuolella pumpunsiipien 23 yläreuna.

Käytön aikana pumppaavat siivet 23 nesteen nousujohtimeen 20, minkä jälkeen neste ohjautuu kiertosymmetrisen ohjaus-pinnan 7, 8 ja ohjaussiipien 9 avulla ja ruiskutetaan läpi sekoitusaukon 11. Korkean nestenopeuden ansiosta syntyy ejektorivaikutus ja ilma imeytyy sisään sylinterimäism raon 17, raon 18 ja rengasmaisen raon 19 kautta sekä sekoittuu nesteeseen nousgjohdossa 20. Nousu johdossa 20 tapahtuu intiimi sekoittuminen ja kaasun liukeneminen nesteeseen erikoisesti ohjauspinnan 7 alueella, missä esiintyy voimakasta turbulenssia.

71502 6

Kun pumppupyörä pysähtyy, tunkeutuu neste ylöspäin solassa 17, mutta imeytyy nopeasti pois, kun pyörä käynnistyy.

Nousuputkessa 20 voi olla ohjauslevyjä kiinnitettyinä. Nämä stabilisoivat nestevirtauksen ja jarruttavat pumppupyörän aiheuttamaa kiertoliikettä. Nämä ohjauslevyt voivat olla kiinnitettyjä joko putkeen 13 tai kiinteään solaan 16 ja sopivasti olla kiinni.vaiittömästi pumppupyörän 22 yläpuolelta. Vasemmassa puolikkaassa kuvaa 1 on esitetty johtolevy 26. Johtolevyjen 26 kiinnitys kiinteään solaan 16 antaa sen edun, että käyttöyksikkö, sekoitinpaä 6 ja pumppupyörä 22 voidaan irroittaa yhtenä yksikkönä ilman että täytyy poistaa putkea 13 ja imuputkea 14 jalustalta tai vastaavasti kellukkeelta, mikä huomattavasti helpottaa ja yksinkertaistaa korjauksia ja huoltoa.

Ohjauslevyt 26 edistävät kaasun sekoittumista ohjaamalla neste-• virtaa. Ohjaus 1 evyssä, mikä muuttaa nestevirran liikesuuntaa, syntyy alipaine levyn takapintaan virtaussuuntaan nähden. Jos virtaussuunnan muutos on voimakas, tulee tämä alipaine niin suureksi, että ohjaussiipien takapinnalla syntyy kävitaatiota. Jos ilma tällöin pääsee ohjauslevyn takapinnalle, levittäytyy ilma tällöin ja sekoittuu nesteeseen pitkin ohjauslevyjen koko yläreunaa.

Vielä parempi imeytyminen saadaan, jos akseli yläosastaan on varustettu puhallinsiipipyörällä 27, mikä puristaa alas kaasua kaasuyhteysraon 17 läpi.

Parannettu kaasunsekoittuminen voidaan myös saavuttaa, jos johdin 16 tai putki 13 on varustettu turbulenssia muodostavalla ulokkeella 28. Putken 13 ja/tai johtimen 16 ulokkeet voivat olla renka,anmuotoisia mutta keksinnön puitteisiin sisältyy samaan tarkoitukseen myös muita elimiä. Erikoisesti voidaan asettaa teräväsärmäinen renkaanmuotoinen uloke johtimeen 16 juuri pumppupyörän 22 yläpuolelle, tai myös uloke voi olla johtolevyissä 26.

7 71502 Käytettäessä rakennetta, missä on moottorinjalusta 1 ja stan-dardimoottori , saadaan oleellinen huollollinen etu, koska tällöin moottorivian sattuessa voidaan vaihtaa vain standardi-moottori ilman erikoisvalmistettuja varaosia.

Kuva 2 esittää keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluvaa pumppu-pyörää 22 kuvattuna imupuolelta. Kuvatussa pumppupyörässä on ainoastaan kaksi siipeä, mitkä kumpikin peittävät 120° kehästä. Siivissä on ulospäin pienenevä nousukulma, joten neste joutuu aksiaaliseen liikkeeseen riippumatta etäsyydestä keskiöstä. Tämä aikaansaadaan antamalla siiville sellainen muoto, että siivestä otettu leikkaus samalla säteisetäisyydellä keskiviivasta tulee suora, jos se levitetään tasoon. Tämä ilmenee kuvasta 3 b-e, mitkä esittävät leikkauksia siivistä pitkin ympyräviivoja b-b, c-c, d-d ja e-e.

Rakenteet, missä on useampia kuin kaksi siipeä, parantavat vielä hyötysuhdetta ja erikoisen edullinen on nelisiipinen pumppupyöra, missä kukin siipi peittää 100° kehästä. Siivet täten peittävät toisiaan. Myös valmistusteknillisesti tarjoaa nelisiipien pumppupyörä määrättyjä etuja.

Pumppupyörässä on hyvin leveä napa, mistä johtuen nesteen nopeus navan vieressä on myös korkea. Suurimman läpimitan ja napa-läpimitan suhde saa olla korkeintaan 3,0. Vielä parempi teho saadaan suhteella 2,75 ja lisäparannus suhteella 2,5. Erittäin suuria tehoja saadaan suhteella 2,25 - 2,0, mutta silloin puolestaan laskee kapasiteetti, koska napa ottaa suuren osan poikkipinnasta.

Kuten kuvista ilmenee, on pumppupycfran 22 navan yläosan läpimitta oleellisesti johtimen 16 läpimittaa suurempi.

Navan kartiomainen muoto edistää edelleen lisättyä tehoa ja lisättyä nestenopeutta alueella lähinnä napaa, koska neste lähinnä napaa imupuolella joutuu paineen alaiseksi ja sen « * * ö 715 0 2 nopeus kiihtyy, kun se liikkuu pitkin kartion pintaa ja siivet, mitkä ulottuvat koko kartion pinnan pituudelta, pakottavat sen ylöspäin.

Kuvassa 4 esitetään vaihtoehtoinen keksinnön rakennemuoto, missä keksinnön mukainen laite on asennettu putkeen, missä oleva neste tulee kaasuttaa. Kuvassa on vastaavia rakenneosia merkitty samoin numeroin kuin kuvassa 1.

Käyttölaite 1, 2, 3, 5, 21 standardimoottoreineen ja läpimenevä akseli 4, kuten on kuvattu kuvan 1 yhteydessä, on asennettu putkikäyrään 30 erikoisesti muotoillun ulokkeen 31 päälle asennuslaipa11 a 32. Sisääntulopäässä on putkikäyrä liitetty putkeen 13, ulostulopäässä on putkikäyrä liitetty poistoput-keen 33. Akselia 4 ympäröi kiinteä sola 36, mikä toisesta päästään on kiinteästi liitetty putkikäyrän 30 ulkopintaan. Akselin 4 ja johtimen 36 välissä on rako 37, mikä yläpäästään • avautuu ilmakehään tai muuhun kaasulähteeseen ja alapäästään raon 18 ja reikaanmuotoisen raon 19 kautta nousujohtoon 20 sekä tämän jatkeeseen putkikäyrään 30 ja poistoputkeen 33.

Tämä laite on asennettu siten, että nestepinta tulee olemaan alueella 33, mitä alapäässä rajoittaa pumppupyörän siipien yläreuna ja yläpäässä asennus laipan 32 yläreuna.

Siinä tapauksessa, että asennuslaippa 32 on liitetty itse putkikäyrän 30 runkoon läpimenevällä putkimaisella ulokkeella tai muulla tavalla, ei nestepinta tietysti saa ylittää johtimen 37 aukkoa putkikäyrän 30 ulkosivussa.

e

Tulee kuitenkin pyrkiä siihen, ettei ylärajaa ylitettäisi koska tällöin neste voi helposti tunketua solaan 37.

Kuvatut laitteet ovat ennenkaikkea tarkoitettuja jäteveisen hape11ami seen biologisissa vedenpuhdistui aitoksissa ja bio- 71502 logisissa patoaltaissa ja järvissä missä on hapenpuute, mutta niitä voidaan myös käyttää minkä tahansa nesteen kanssa minkä tahansa kaasun sekoittamiseen nesteeseen.

Keksintö ei rajoitu pelkästään esitettyihin rakenne- esimerkkeihin, vaan sitä voidaan muutella eri tavoin jäljempänä seuraavan patenttivaatimuksen puitteissa.

•m»

Claims (10)

71 502

1. Sovitelma sellaisiin laitteisiin, missä kaasuja sekoitetaan ja liuotetaan nestevirtoihin , joita aksiaalinen pumppupyörä (22) nostaa pääasiassa pystysuoraan nousu-kanavaan (20), minkä alempi pää toimii nesteen sisaän-virtausaukkona ja minkä ylempi pää muodostaa pumpatun nesteen poistokanavan ja joita rajoittavat johtopinnat (7, 8), mitkä ohjaavat nesteen säteissuunnassa nousu-kanavan (20) akselilta, jolloin pumppupyörän käyttö-akseli (4) on samankeskeinen nousukanavan (20) kanssa ja antaa käytön aksiaalipumpun pyörälle (22) nestemassan yläpuolelle sijoitetusta käyttölaitteesta, tunnet tu siitä, että käy ttÖaksel ia (4) ympäröi kiinteä johdin (16), minkä sisäseinämä yhdessä käyttöakselin (4) kanssa rajoittaa kaasuyhteysrakoa (17), minkä alempi pää avautuu nousujohtimeen (20) ulospäin laitteen keskiakselin linjasta suuntautuvan ainakin yhden kaasuyhteystiehyen (19) kautta, jolloin mainitulla kaasuyhteysraolla (17) on avoin yhteys kaasulähteeseen, esimerkiksi ympäröivään ilmakehään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u *n n e t t u siitä, että kaasuyhteysrako (17) avautuu samankeskeisesti käyttöakselin (4) kanssa kiinteän johtimen (16) mainittuun alempaan päähän ja että pienemmän etäisyyden päässämainitun suuaukon alla on samankeskeisesti kiinnitetty pääasiassa pyörähdyssymmetrinen runko, minkä mainitun suuaukon puoleisessa päässä on renkaanmuotoinen pinta, minkä ulkoläpimitta»on suurempi kuin kiinteän johtimen (16) pään ulkoläpimitta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiinteän johtimen (16) alempi päätypinta yhdessä pyörähdyssymmetrisen rungon renkaanmuotoisen pinnan kanssa rajoittaa renkaanmuotoista rakoa (19), mikä muodostaa mainitun kaasun ulosvirtausväylän. 1 1 71502

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että pyörähdyssymmetrinen runko on aksiaalipumpun pyörän napana (22).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että pumpun pyörän (22' painepuole 11 a on kiinteitä johtolevyjä (26).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiinteät ohjauslevyt omaavat kavitaatiota edistävän poikkileikkausprofiilin.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 5-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiinteät johtolevyt (26) on järjestetty renkaanmuotoisen raon (19) suuaukon yhteyteen.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, t u n -n e t t u siitä, että pumppuakselille on asetettu puhallinpyörä (27) pakottamaan kaasujen kulkua kaasu-yhteyskanavan (17) läpi.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, t u n - 9 n e t t u siitä, että pumppopyorän (22) siivillä (23) on sellainen muoto, että näiden leikkaus samalla säteisetäisyydellä pyörähdyskeskiöstä on suora, jos leikkajs levitetään tasolle sekä että siipien etuja takareunat ovat lähes suorat ja kohtisuorassa pyörähdysakselia vastaan.

10. Patenttivaatimusten 1-9 mukainen laite, tunnet tu siitä, että pumppu>yörän siipiläpimitan ja napaläpi-mitan suhde on korkeintaan 3,0, tavallisesti 2,5 - 2,75, suositeltavasta 2.25 - 2,5, j.oskus 2.0 - 2,25 ja erityistapauksissa vähintään 2.0. 71502 1 2