HU220738B1 - Edénybe illeszthető lapát - Google Patents

Description

A találmány tárgya edénybe illeszthető homorú lapát, amelyet közegek keverésére használt edényekben alkalmaznak, különösen akkor, ha az egyik közeg folyadék.

Ha a forgó keverőkészüléket edényekben, különösen henger alakú tartályokban valamilyen lapát nélkül használják, akkor az edényben lévő folyadék örvénylő mozgásba jön. Ez az örvénylő mozgás lényegében lamináris jellegű, és nem rendelkezik a kis viszkozitású közegek elkeveréséhez szükséges turbulens áramlás egyik jellemzőjével sem. Az örvénylő mozgásban emellett nagyon csekély a közeg függőleges mozgása, ami szükséges a hatékony keveréshez.

Ismeretes, hogy az örvénylő mozgás megszakítása végett az edénybe helyezett lapátok turbulenciát hoznak létre, ami jelentősen javítja a keverés hatékonyságát. Ezek a lapátok rendszerint hosszúkás, sík lapok, amelyek úgy vannak elhelyezve, hogy hossztengelyük párhuzamos a tartály falával, és így a lap szélessége a tartály átmérőjén fekszik. A lapát rendszerint kissé el van tolva a tartály falától, hogy megakadályozzák anyag felhalmozódását a lapát és a tartályfal határfelületén.

Az általános vélemény szerint a rendelkezésre álló leghatékonyabb lapátrendszer négy, téglalap alakú, az oldalfalon rögzített lapátból áll. Az ilyen lapátok azonban nem alkalmasak arra, hogy korrózióálló anyaggal, így üveggel, műanyaggal vagy valamilyen kémiailag ellenálló ötvözettel bevont edényekben használják őket, mivel nehéz ezeket a tartály oldalfalához úgy csatlakoztatni, hogy a korrózióálló bevonatban ne keletkezzenek rések. Ezenkívül az ilyen téglalap alakú lapátok a négyoldalú lappal járó szögek miatt általában nem alkalmasak korrózióálló réteggel való bevonásra.

Ismeretes a korrózióálló, például üveggel bevont lapátok felfüggesztése a tartály tetején vagy alján. Ezeket a lapátokat úgy kell méretezni, hogy átféljenek a tartályban lévő szerelőnyíláson. Az ismert lapátok, ideértve a borda típusú lapátokat - amelyet például a GB 1,122,714 számú irat ismertet - és a téglalap alakú lapátokat, erre a célra nem rendelkeznek a kívánt hatékonysággal. Emellett a téglalap alakú lapátok nem alkalmasak a felfüggesztésre, mivel a lapát szélességét korlátozza a szerelőnyílás mérete. Ezenkívül a négy oldalfalhoz közeli felfüggesztés négy szerelőnyílást tenne szükségessé.

A találmányunk elé kitűzött feladat újszerű, az ismert lapátoknál a látszólagos felületi terület érintkezése tekintetében hatékonyabb lapát, amely különösen azoknál a lapátoknál hatékonyabb, amiket egy szerelőnyíláson át kell egy edény végfalához tenni.

További feladat könnyen gyártható és korrózióálló anyaggal, különösen üveggel való bevonáshoz alkalmas alakban előállítható lapát.

Ezt a feladatot egy edénybe behelyezhető lapát tekintetében a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a lapátnak van egy homorú felülete, és ezt két, egymással lényegében párhuzamos vonalszakasz határolja, amelyeket a végeiken egy szöget bezáró, összefüggő vonalszakaszok kötnek össze. A lapát tartalmaz továbbá elemeket, amelyekkel úgy lehet egy edényhez rögzíteni, hogy a vonalszakaszok az edény oldalfalával lényegében párhuzamosak és attól el vannak tolva.

A rögzítőelemet előnyös módon olyan elem képezi, amely a lapátot az edény első végfalára függeszti fel anélkül, hogy az edény oldalfalához csatlakozna. A homorú felület előnyös módon görbe vonalú homorú felület, és a szöget meghatározó vonalszakaszok egy ívet képeznek.

Az egyik előnyös kiviteli alakban mindegyik ív végeit összekötő húrok rövidebbek az edény átmérőjének negyedénél, és még előnyösebb módon az edény átmérőjének 9-13%-ával egyenlők.

A lapát úgy van méretezve, hogy átmegy az edény első végfalában lévő, az edény átmérőjének negyedénél kisebb nyíláson.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra a találmány szerinti lapát előnyös kiviteli alakját tartalmazó tartály vázlatos keresztmetszete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti lapát egy felső részének keresztmetszete a 2-2 metszésvonal szerint, a

3. ábra az 1. ábra szerinti, homorú keresztmetszetű, kettős görbe vonalú felületeket tartalmazó csőbe való sajtolással előállított lapát keresztmetszete a 3-3 metszésvonal szerint, a

4. ábra a találmány szerinti lapát keresztmetszetének másik kiviteli alakja, amelyen a szögben csatlakoztatott lapok által képzett homorú keresztmetszet látható, az

5. ábra a találmány szerinti lapát keresztmetszetének további kiviteli alakja, amelyet egy üreges csőhöz a szögben csatlakoztatott lapok képeznek, a

6. ábra a találmány szerinti lapát keresztmetszetének további kiviteli alakja, amelyet íves keresztmetszetűre sajtolt lap képez, a

7. ábra egy oszlopdiagram, amely különböző alakú lapátok által a normalizált teljesítményszámra gyakorolt hatást mutatja.

„Lapáton” itt forgó keverőelemekkel ellátott edényben folyadékáram megszakítására alkalmazott felületet értünk. A lapátnak van egy hossza (oldalai) és egy szélessége (oldalai), amelyek meghatározzák a felszínét, és a lapát az edényben rendszerint úgy van rögzítve, hogy hosszának iránya megegyezik az edény hosszának irányával.

„Edényen” értünk lényegében minden edényt, amely folyadékot és forgó keverőelemet tartalmazhat. Az edényt határolhatja vagy egyetlen oldalfal, amikor is az oldalfal kör alakú és így hengert képez, vagy több oldalfal, amelyek sokszög keresztmetszetet képeznek. Az edényeknek rendszerint vagy kör keresztmetszete van egy görbe oldalfallal, vagy téglalap alakú keresztmetszete van négy egymáshoz csatlakozó oldalfallal. Az ilyen edények rendszerint kör keresztmetszetű tartályok. A tartály alapteste rendszerint henger alakú.

„Homorú felületen” olyan felületet értünk, amelynek van egy benyomott középső része. A homorú felületet általában két, lényegében párhuzamos vonalszakasz határolja, amelyeket a végeiken egy szöget bezáró,

HU 220 738 Bl összefüggő vonalszakaszok kötnek össze. A párhuzamos vonalak és vonalszakaszok határolják a lapát felületét. A párhuzamos vonalak a lapát hosszában terjednek ki. A párhuzamos vonalszakaszokat összekötő görbe vonalakat végtelen számú összefüggő vonalszakasznak lehet tekinteni. Az ilyen homorú felületeknek sokféle alakja lehet, például lehet két, egymást szögben metsző lap által képzett felület, vagy fél ellipszis, parabola vagy hiperbola alakú lap. A lapát „látszólagos felületi területe” a lapát hosszának és a párhuzamos vonalszakaszok végeit összekötő húr hosszának a szorzata. A húrt „vetített szélességnek” is lehet nevezni.

A találmány szerinti rögzítőelemek lehetnek a lapáthoz annak hosszában és az edény oldalfalához rögzített tartók, de a találmány értelmében a rögzítőelemet rendszerint a lapát egyik végéhez rögzített tartó képezi, amely a lapátot az edény egyik végfalán függeszti fel anélkül, hogy az edény oldalfalához rögzítve lenne. Ez a végtartó lehet például egy menetes vagy hegesztett kötés egy fedélhez, amely az edény felső falában lévő szerelőnyílást körülvevő karimához csatlakozik. Ebben az esetben a szerelőnyílás rendszerint kisebb az edény átmérőjének egynegyedénél, és a lapát úgy van méretezve, hogy átféljen rajta.

A találmány szerinti lapát előnyös módon korrózióálló anyaggal van bevonva. Ez az anyag lehet műanyag, kerámia, üveg vagy egy korrózióálló fémötvözet. Az előnyös korrózióálló bevonat az üveg. „Üvegen” itt vízben oldhatatlan szervetlen anyagok összeolvadása által képzett bármilyen folytonos szervetlen felületet értünk. Az ilyen üvegek rendszerint amorfak és üvegfritt összeolvasztásával készülnek. Az ilyen üvegekre példák a különböző szilikátüvegek. A találmány szerinti lapát sarkai és élei rendszerint le vannak kerekítve, hogy az üvegezés lehetővé váljon. Az ilyen görbe élekkel rendelkező lapátot könnyen elő lehet állítani úgy, hogy egymással szemben lévő, homorúan görbe oldalakkal rendelkező csövet szerszámba sajtolunk, hogy a cső egyik oldala (egyik fele) lényegében a cső másik felének görbületéhez idomuljon egy homorú felület létrehozása végett. Ebben az esetben a lapát a párhuzamos vonalszakaszok helyén csatlakozó, kettős görbe vonalú felület alakját veszi fel.

A találmány szerinti homorú lapátokat üvegbélésű keverőedényekben való használatra alkalmas, beilleszthető lapátok sajátos alakjának lehet tekinteni. Az ilyen beillesztett lapát egy előnyös elrendezésben az edény teljes sugarának (R) 72-82%-ával egyenlő sugáron (r) van elhelyezve, vetített szélessége (b) az edény átmérőjének (T) 9-13%-a, és teljes hossza lehetővé teszi az edény egyenesoldali 28 hossza feletti elhelyezést, ahogyan ez az 1. ábrán látható. Opcionálisan egynél több ilyen beilleszthető lapátot lehet használni.

Ahogyan ez az 1. ábrán látható, a találmány szerinti 10 lapát, amelyet a 30, 32 párhuzamos vonalszakasz és a szöget bezáró csatlakozó 34 vonalszakasz (3-6. ábra) határol, egy 16 keverőedény 14 felső részében vagy 18 fenekén lévő 12 fuvókanyílásnál tartható. Egy ilyen felső tartó az 1. ábrán látható. A lapát rögzíthető az edény oldalfalában lévő nyílásnál is, de ez az elrendezés nem tipikus. A lapát úgy van tájolva, hogy a 10 lapát 20 homorú lapátrésze egy forgó 24 lapátkerék által létrehozott 22 áramlás irányával a keverőedényekben szokásos módon szemben van. Ebben a tájolásban a találmány szerinti homorú 10 lapát teljesen megszakítja a hatástalan örvénylő áramlást, és azt hatékony háromdimenziós turbulens áramlássá alakítja át.

A találmány 1. ábrán látható előnyös kiviteli alakjában a 16 keverőedény 14 felső részén lévő 12 fuvókanyílásnál tartott 10 lapátnak félkör alakú keresztmetszete van, ahogyan ez a 3. ábrán látható. Ez a keresztmetszet előnyös módon teljes ívű, körülbelül 180°-os félkör. Ennek a profilnak előnyös módon nagy, körülbelül 2, 3 értékű közegellenállási tényezője van. Ez jóval nagyobb, mint a beillesztett lapátoknál használt ismert keresztmetszetek közegellenállási tényezője, és nagyobb, mint a sík lapátoké, ha ezek száma megegyezik a beillesztett lapátokéval. A 10 lapát 26 felső lapátvégének a tartás megkönnyítése végett kör keresztmetszete lehet. A lapátnak lehet más homorú keresztmetszete is. Ilyenek láthatóak például a 4., 5. és 6. ábrán. A találmány szerinti más homorú keresztmetszeteknek is nagy közegellenállási tényezője van.

A találmány szerinti homorú lapát jóval hatékonyabb a más kialakítású beillesztett lapátoknál, mivel egy lapátkerék által létrehozott örvénylő áramlást jobban meg tud szakítani, mint az azonos számú és azonos vetített szélességű lapátelem.

A lapát hatékonyságát az adott lapátrendszerrel együtt használt lapátkerékrendszer karakterisztikus teljesítményszáma adja meg. Adott típusú, D fesztávú és teli edényben N sebességgel működő lapátkerék esetén a lapátkerék teljesítményszáma a Reynolds-számtól (vagyis az áramlás jellegétől) és a lapát típusától függ. Az oldalfalakon lévő négy lapát használata esetén feltételezzük, hogy az edény teljesen lapátozva van maximális teljesítményszámmal. Ha négynél kevesebb beillesztett lapátot használunk (a szokásos eset), akkor adott Reynoldsszám esetén a telj esitményszám csökken. Minél hatékonyabb a lapát, annál kisebb a teljesítményszám csökkenése. A lapátok hatékonyságát a 7. ábrán hasonlítjuk össze, ahol a találmány szerinti egy és két homorú lapátot összehasonlítunk a teljes lapátozással (négy szokványos lapát), egy és két szokványos (vagyis falon rögzített) lapáttal, valamint egy- és kétbordás lapáttal, amelyeket a jelen találmány előtt a leghatékonyabb beilleszthető típusú lapátnak tekintettek. A 7. ábrán CBT jelentése „görbelapátos turbina” (az üvegbélésü keverőedényekben általánosan használt lapátkerék); Re>100 000 adja meg a Reynolds-számok (Re) tartományát az ábrázolt adatokhoz, és jelzi, hogy az áramlás teljesen turbulens; és Np jelentése „normalizált teljesítményszám”. Minden érték teljes lapátozású (4 szokványos lapáttal ellátott) esetre vonatkozó teljesítményszámra van normalizálva.

A 7. ábra világosan mutatja, hogy a találmány szerinti homorú lapátok hatékonyabbak azonos számú szokványos, falon rögzített vagy hagyományos, borda típusú lapátnál, és csak két homorú lapát használata esetén majdnem olyan hatékonyak, mint négy szokványos sík lapát.

Claims (20)

1. Edénybe beilleszthető lapát, amelyet közegek keverésére használt edényekben alkalmaznak, azzal jellemezve, hogy a lapátnak (10) van egy homorú felülete, és ezt két, egymással lényegében párhuzamos vonalszakasz (30, 32) határolja, amelyeket a végeiken egy szöget bezáró, összefüggő vonalszakaszok (34) körnek össze, és a lapát tartalmaz továbbá elemeket, amelyek úgy rögzítik egy edényhez (16), hogy a vonalszakaszok az edény (16) egy oldalfalával lényegében párhuzamosak és attól el vannak tolva.

2. Az 1. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy rögzítőelemet olyan elem képezi, amely a lapátot az edény (16) első végfalára függeszti fel anélkül, hogy az edény (16) oldalfalához csatlakozna és a homorú felület egy görbe vonalú homorú felület, és a szöget bezáró vonalszakaszok (34) egy ívet képeznek.

3. A 2. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy mindegyik ív végeit összekötő húrok rövidebbek az edény (16) átmérőjének negyedénél.

4. A 2. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy úgy van méretezve, hogy átfér az első végfalban lévő, az edény (16) átmérőjének negyedénél kisebb nyíláson.

5. A 2. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a felfuggesztőelem a lapátot (10) az edény (16) tetejét képező első végfaltól függőlegesen függeszti fel.

6. Az 1. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát korrózióálló anyaggal van bevonva.

7. Az 1. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.

8. A 2. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.

9. A 3. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.

10. A 4. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.

11. Az 5. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.

12. A 4. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát a nyílás kerülete körül egy karimához csatlakozóan van csatlakoztatva, ami a kerület körül csavarokkal van rögzítve, és lezárja a nyílást.

13. A 7. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát sarkai és élei le vannak kerekítve.

14. A 8. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát sarkai és élei le vannak kerekítve.

15. A 10. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát sarkai és élei le vannak kerekítve.

16. A 2. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a kettős, görbe vonalú felületeket tartalmaz, amelyek a párhuzamos vonalszakaszok (30,32) helyén csatlakoznak.

17. A 16. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát sarkai és élei le vannak kerekítve.

18. A 16. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.

19. A 16. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy egymással szemben lévő, kifelé domborúan görbe oldalakkal rendelkező fém csőből van előállítva; az egyik domborúan görbe oldal sajtolva van, és a domború görbe oldal a szemben lévő domborúan görbe oldal alakjának megfelelően homorúan van kialakítva.

20. A 17. igénypont szerinti lapát, azzal jellemezve, hogy a lapát üveggel van bevonva.