HU222709B1 - Szivattyú, fżleg centrifugális vagy fél-axiális szivattyú, különösen szennyvizek szállításához - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya szivattyú, főleg centrifugális vagy félaxiálistípusú szivattyú, különösen szennyvizekhez. Ennek hengeres beömlésselellátott szivattyúháza, valamint belépőéllel rendelkező egy vagy többlapáttal, valamint központi aggyal rendelkező járókereke van, amelynéla belépőél hátrafelé szárnynyilazott kialakítású. A találmány lényege,hogy a lapát (5) belépőéle (6) a járókerék (3) forgástengelyére (z)lényegében merőleges síkban van elrendezve. Továbbá, legalább egyadagolóhornya (8) van, amely a szivattyúház (1) falának a lapáttal (5)szemben fekvő felületében (7) van kialakítva. A horony (8) abelépőélhez (6) képest áramlásirányban tekintve a belépőél (6) előtt,és a járókerék (3) forgásirányában (9) tekintve pedig a beömléstől akiömlés irányába nyúlóan van elrendezve. ŕ

Description

A találmány tárgya szivattyú, főleg centrifugális vagy félaxiális szivattyú, amely folyadékok, különösen szennyvizek szállítására való.

A szakirodalomban különféle szivattyúkat és szivattyú-járókereket ismertetnek a fenti célra, azonban ezek mindegyikénél egy sor problémával kell számolni. Ezen problémák közül is a legfontosabb, hogy az ismert szivattyúk nem eléggé üzembiztosak, és a hatásfokuk túl alacsony.

A szennyvizek különböző típusú szennyeződéseket tartalmaznak, ezek mennyisége és szerkezete egyrészt függ az évszaktól, másrészt a szennyvíz begyűjtési területétől. Városi szennyvizeknél a szennyvíz tartalmaz műanyagokat, higiéniai hulladékokat, textilmaradványokat stb., viszont az ipari körzetekben a szennyvíz gyakran erősen koptató részecskéket is tartalmaz. A gyakorlati tapasztalatok szerint a legsúlyosabb problémát az okozza, hogy a rongyok és papírmaradványok rátapadnak a járókeréklapátok belépőélére és a járókerékagy körül tekercselődnek. Ezek hatására gyakori kényszerű üzemszüneteket kell tartani, és a fenti hibákat el kell hárítani, amivel a szivattyú teljesítőképessége jelentősen csökken.

A mezőgazdaságban és az élelmiszer-ipari termékek feldolgozásához különböző speciális szivattyúkat alkalmaznak, amelyekkel különböző szerves anyagok, így például szalma, széna, levelek és hasonlók is kielégítően szállíthatók. Erre a célra a lapátok belépőélei hátranyilazottak, azaz hátrafelé irányuló szárnynyilazási szöggel rendelkeznek, amivel az jár, hogy a különböző szennyeződések igyekeznek a kerület felé kifelé áramolni anélkül, hogy az agy körzetében eltömődéseket okoznának. A gyakorlatban széles körben alkalmaznak különféle aprítóegységeket, amelyeknek az a rendeltetésük, hogy a szennyvízben lévő anyagokat darabolják, ezzel ugyanis az anyagtovábbítás lényegesen egyszerűbb. Ilyen megoldások ismerhetők meg például az SE-435 952, az SE-375 831 és az US-4 347 035 számú szabadalmi leírásokból.

Mivel a szennyvizekben a szennyeződések különböző típusúak, és a szennyvízszállító szivattyúk üzemideje általában jóval hosszabb, a fentebb említett speciális szivattyúk nem alkalmazhatók, mivel azok nem kellően megbízható üzeműek, másrészt a hatásfokuk sem éri el a megkívánt értéket.

A szennyvízszivattyúk gyakran naponta 12 órát üzemelnek, ami egyúttal azt is jelenti, hogy az energiafogyasztás nagymértékben függ a szivattyú összhatásfokától.

A kísérleteink azt bizonyították, hogy a találmány szerinti szivattyúval a hatásfokot akár 50%-kal is lehet növelni a hagyományos szennyvízszivattyúkhoz képest. Mivel a villanymotorral hajtott szivattyú működési ciklusának költségeit lényegében az energiaköltségek határozzák meg (kb. 80%-ban), nyilvánvaló, hogy ez a drasztikus javulás rendkívüli jelentőséggel bír a felhasználók számára.

A szakirodalomban a szivattyú-járókerekek pontos kialakítását illetően csupán igen általános megfontolások találhatók, különösen a belépőélek számynyilazását tekintve. A számynyilazás pontos és egyértelmű definíciója valójában tudomásunk szerint ez idáig nem létezett.

A kísérleteink mutatták, hogy a belépőéi szárnynyilazási szögének megválasztása igen fontos abból a szempontból, hogy a járókerék megcélzott öntisztító hatását elérjük. Másrészt, a szennyeződések különböző természete különböző szárnynyilazási szögeket kívánnak meg a kedvező működéshez.

A szakirodalomban ugyancsak semmiféle információ nem található arra, hogy miként lehetne a lapátok belépőéle mentén radiális irányban kifelé meneszteni, azaz csúsztatni a szennyeződéseket. (Az SE-435 952 számú szabadalmi leírásban mindössze általánosságban annyit említenek, hogy a belépőéleknek tompaszögben hátranyilazottaknak kell lenniük.)

Ha viszont kisebb szennyeződéseket, így például füvet vagy más szerves anyagot tartalmaz a szivattyúzandó folyadék, felismertük, hogy viszonylag kis szárnynyilazási szögek is kielégítőek lehetnek ahhoz, hogy megfelelő radiális szállítást érjünk el, és hogy megfelelően aprítsuk a szennyeződéseket a járókerék és a szivattyúház közötti résben. A gyakorlatban ez az aprítás azzal érhető el a kísérleti tapasztalataink szerint, hogy a ház és a járókerék közötti viszonylagos kerületi sebességet 10-25 m/s-ra választjuk. Ezt az aprítási folyamatot javíthatjuk különböző felületi vágóelemek, nyílások és hasonlók alkalmazásával.

Az SE-435 952 és az SE 375 831 számú szabadalmi leírásokból ismertek ugyan különböző vágóelemek, ezek közös jellegzetessége azonban, hogy a lapátváll mögött vannak elrendezve. Ez viszont jelentős teljesítményveszteséget jelent a sík kontúrú megoldásokhoz képest, amilyen járókeréklapáttal ellátott szivattyúkat nagy teljesítményekkel használnak, például tiszta víz szállítására.

Az SE-435 952 számú irat szerinti szivattyúnál axiális nyílás van kialakítva a váll mögött. Ennek az volt az indítéka, hogy a szennyeződéseket kívül ehhez a nyíláshoz kell adagolni lapátokkal, és ehhez olyan belépőéleket kell alkalmazni, amelyek erősen hátranyilazottak. Ez a kivitel azonban csupán általánosságban van ismertetve, és nem alkalmas az ebben föllelhető kitanítás arra, hogy olyan szivattyút készítsünk ez alapján, amely nehéz szennyeződéseket tartalmazó szennyvíz szállítására való.

A fentebb már említett SE-375 831 számú iratból ismert megoldás ellenkező elveket alkalmaz: ennél a szennyeződéseket a középpont felé szállítják távol a réstől. Ez a körülmény, a fentebb már említett vállal kombinálva, lehetetlenné teszi a beadagolást a horonyba.

Fentebb már említettük, hogy lényeges előfeltételnek tekintjük, hogy a lapátok belépőélei erősen hátrafelé számynyilazott kialakításúak, hogy ezzel a szennyeződéseket kifelé szállíthassuk és a kerület menti horonyba juttassuk. Ha ezt nem érjük el, akkor igen hamarosan leállításokkal kell számolni. A szivattyú-járókerekek ilyen típusát ismerteti az SE-9704222-0 és az SE-9704223-8 számú szabadalmi iratok. Ha a szennyeződések kifelé csúsznak, és elérik a szivattyúház és a járókerék közötti

HU 222 709 Bl rést, akkor is számolni kell annak a veszélyével, hogy a belépőéi kerületénél és a hornyon belül eltömődések keletkeznek.

A DE-614 426 számú szabadalmi leírásból ismert olyan megoldás, amelynél a fentebb említett vállat elhagyják. A szivattyú olyan centrifugális szivattyú, amelynek igen hirtelen átvezető szakasza van az axiális beömléstől az áramlócsatoma radiális részéhez. A belépőéi kerülete a csatlakozás után helyezkedik el a szállítócsatorna radiális részében.

Ismert továbbá olyan szivattyú is, amelynél a belépőéi mellső részében horony van kialakítva, amely fokozatosan csökkenő magasságú, és vágókésben folytatódik, amelyet azután spirál alakú horony követ, háromszög-keresztmetszettel és éles sarkokkal, és ez kiszélesedik a kerület irányába. Továbbá, a fenti irat azt is állítja, hogy ennek a megoldásnak az az alapelve, hogy a cserélhető vágóelem kellően aprítja a szennyeződéseket. Ha ez nem történne meg, például a vágóegység eltompul, ennek az a következménye, hogy csökken a horonymagasság, és egyúttal érzékennyé válik az eltömődésre azokon a részeken, ahol a rendelkezésre álló felület minimális, azaz például a vágóegységek közepén belül.

A fentebb ismertetett megoldás tehát bizonyos üzemi körülmények között bizonyos öntisztító képességet biztosít, azonban számottevő hiányosságai vannak a szállítási teljesítményt, a kopásállóságot és az élettartamot illetően. Továbbá, a fenti iratból semmiféle adatot nem kapunk arra vonatkozóan, hogy miért fontosak a lapátok belépőéleinek kialakítása, éppen ezért sok értelme nincs ezt a megoldást használni szennyvizek szállításához.

A jelen találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz olyan tökéletesített szivattyú létrehozása, amely lényegesen üzembiztosabb és nagyobb teljesítményű, mint az ismert megoldások.

A kitűzött feladat megoldásához olyan centrifugális vagy félaxiális típusú szivattyúból indultunk ki, amely szennyvíz szállítására való, és amelynek szivattyúháza hengeres beömléssel van ellátva. Továbbá, olyan járókereke van, amelynek központi aggyal és belépőélekkel ellátott legalább egy lapátja van, amely hátranyilazott kialakítású. A találmány szerinti szivattyú lényege, hogy a lapát belépőéle a járókerék forgástengelyére lényegében merőleges síkban van elrendezve. Továbbá, legalább egy adagolóhomya van, amely a szivattyúház falának a lapáttal szemben fekvő felületében van kialakítva. A horony áramlásirányban tekintve a belépőéi előtt, és a járókerék forgásirányában tekintve a beömléstől a kiömlés irányába nyúlóan van elrendezve, és amelynél a hornyon keresztül vett körkörös metszet (B-B) a járókerék haladási irányában tekintve a belépőszélén sima átmenetet biztosít a szivattyúházfal felületéhez, mégpedig a horony lejtős átvezetőszakasza és a szivattyúházfal felülete között bezárt szöggel (γ), amelynek értéke a következő összefüggésből számítható:

y=arctan [Δζ/(γ·ΔΘ)]_; és amely szögnek (γ) az értéke 2-25° közötti.

Célszerű az olyan kivitel, amelynél a horony széle és a járókerék középvonala körül mint középvonal körül húzott körív közötti szög, azaz a szárnynyilazási szög (β) a szél minden pontján a következő összefüggésből számítható:

β=arctan (dr dr + dzdz)/(r · dö), továbbá a szárnynyilazási szög (β) értéke a teljes hossza mentén 10-45° közötti értékű, továbbá a fenti egyenletben dr, dö és dz elhanyagolhatóan kicsiny elmozdulások a horony széle mentén.

Előnyös az olyan további kiviteli alak, amelynél a horony körkörös metszetét (B-B) tekintve a horony szemben fekvő vége lényegében ortogonális horonyfelületként van kialakítva, amely lényegében elliptikus horonyfenékben folytatódik.

A találmány további célszerű kiviteli alakjánál a horony elliptikus horonyfeneke keresztirányú tengelyének hossza legalább a horony mélységének kétszerese.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti megoldás példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon:

az 1. ábra a találmány szerinti szivattyú házának vázlatos perspektivikus képe;

a 2. ábrán a találmány szerinti szivattyú részletének vázlatos keresztmetszete;

a 3. ábra a találmány szerinti szivattyú házának axiális vázlatos nézete;

a 4. ábra a 3. ábrán B-B vonal mentén vett metszet, viszonylag nagyobb léptékben.

Az 1. ábrán a találmány szerinti centrifugális szivattyú 1 szivattyúháza látható. A 2. ábrán jól kivehető, hogy az 1 szivattyúháznak hengeres 2 beömlése van. Továbbá, a találmány szerinti szivattyúnak 3 járókereke van, amely központi 4 aggyal és a jelen esetben egyetlen 5 lapáttal van ellátva. Az 5 lapát 6 belépőéllel rendelkezik.

Főleg a 2. és 3. ábrán jól kivehető, hogy az 1 szivattyúház 7 házfalában 8 horony van kialakítva. A 3. ábrán a 3 járókerék forgásirányát 9 nyíllal jelöltük. A 2. ábrán a forgástengelyt z hivatkozási szám jelöli. A 8 horony széleit 10 és 11 hivatkozási számok jelölik. A 3. ábra jobb oldali részén látható, hogy a 8 horony végső 12 horonyfelülete 13 horonyfenékben folytatódik, amely azután lényegében egyenes 14 átvezetőszakaszon keresztül csatlakozik a 10 szélhez. A horonymélységet h hivatkozási szám jelöli a 4. ábrán.

A találmány szerinti megoldás egyik lényeges eleme, hogy a szállított folyadékban lévő szennyeződéseket nem vágóegységekkel daraboljuk. Éppen ellenkezőleg, sokkal robusztusabb szerkezetet alkalmazunk, amely a szennyeződéseket a kerület irányába kényszeríti. Ez azt jelenti, hogy a szivattyú élettartama jelentősen nő, ez különösen komoly előny akkor, ha a szivattyúzott folyadék koptatórészecskéket is tartalmaz. Ilyen kialakítással tehát rendkívül üzembiztos, stabil és kopásálló 1 szivattyúházat kapunk.

A találmány értelmében a szivattyúnak speciális 3 járókereke van, amelynél az 5 lapát vagy lapátok 6 belépőéle az 1 szivattyúházban a körkörös 2 beömlésen belül van kialakítva, továbbá a 6 belépőéi a 3 járó3

HU 222 709 Bl kerék z forgástengelyére merőleges síkban helyezkedik el.

A találmány további jellemzője szerint egy vagy több 8 hornyot alkalmazunk az 1 szivattyúház házfalának 7 felületénél. Ez a 8 horony a 7 felületben van kialakítva, mégpedig a 3 járókerékkel szembeni részen, azaz lényegében a hengeres 2 beömléstől a lényegében axiális 7 felületig, és az alakja pedig az alábbiakban részletezett módon van kiképezve. Ez a 8 horony együtt működik az 5 lapát vagy lapátok 6 belépőélével, mégpedig úgy, hogy a szennyeződéseket a szivattyúkiömlés irányába továbbítja az 5 lapát.

Annak érdekében, hogy a szivattyún keresztül a tervezett anyagtovábbítást biztosítsuk, és hogy a hagyományos megoldásokhoz képesti további előnyöket eléqük, a 8 horony speciális lábrésszel van kialakítva és speciális geometriájú.

A 8 horony részletei jól láthatók a 3. és 4. ábrákon. Ennek egyik fontos jellemzője, hogy a csatlakozási 10 széltől a 7 felületig tart, mégpedig azon az oldalon, ahonnan a 3 járókerék halad, A 8 horony szemben fekvő 11 széle az említett hengeres kivágásban a 7 felülethez képest lényegében ortogonális 12 horonyfelületként van kialakítva, amely folytonosan átvezet a lényegében elliptikus 13 horonyfenékbe. Ennek jellemző keresztirányú középvonala van, amelynek a hossza legalább kétszerese a 8 horony h mélységének. A 13 horonyfenéknek ez a lekerekítése igen fontos, mivel a koptatórészecskéket a szekunder áramok szállítják el a 7 felülettől, és így ezen a 7 felületen a kopás jelentősen csökken.

A 7 felület sima átvezetést biztosító 10 széle és a horony fenék között a lényegében egyenes vonalú átvezetőszakasz helyezkedik el. A 14 átvezetőszakasz és a 7 felület síkja közötti γ szög értéke lehet 2-25° közötti, amely γ szöget a következőképpen definiáljuk:

y=arctan [Az/(rA0)]>

ahol Az az axiális méretet jelenti, valamint az r-Δθ a tangenciális méretet.

A 3. ábrán külön jelöltük a 8 horony szárnynyilazási β szögét, amelynek értéke a jelen találmány szerint a következő összefüggésből számítható:

β=arctan (V (dr dr + dzdz)l(r d0), ahol dr, dö és dz végtelenül kicsiny elmozdulásokat jelentenek a 8 horony széle mentén.

A találmány értelmében a szárnynyilazási β szög értéke 10-45° közötti, ezekkel a szögértékekkel a kísérleti eredményeink szerint kiváló eredményeket kaptunk.

A találmány szerinti megoldás alkalmazásával a hagyományos megoldásokhoz képest meglepő műszaki többlethatásokat tapasztaltunk a kísérleteink során, amelyek közül a fontosabbak a következők:

Kiküszöböltük a speciális állandó vagy cserélhető aprítóegységek alkalmazásának szükségszerűségét, mivel olyan sajátos adagolási funkcióról gondoskodtunk, amely a szennyeződéseket megfelelőképpen továbbítja.

A 8 horony valójában horonytömítésként szolgál, amely közvetlen hatással van a teljesítménynövelésre, mivel a résveszteséget jelentősen csökkentettük.

A 8 horonnyal szomszédos felületen a kopást jelentősen csökkentettük, mivel a koptatórészecskéket távol tartjuk ettől a területtel, miután azok keresztülhaladtak a 8 hornyon. Ily módon tehát a hatásfokot tovább növelhetjük még olyan esetben is, ha a szennyvizek koptatórészecskéket tartalmaznak.

A találmány szerinti szivattyú lényegesen megnövelt élettartamát annak köszönhetjük, hogy a koptatórészecskék a szállított folyadékban olyan menesztést kapnak, amivel megelőzhető a szerkezeti részek nagyobb mértékű kopása. Ez más szavakkal annyit jelent, hogy a szivattyú élettartama hatásosan növelhető.

A találmány szerinti szivattyú gyártási szempontból is igen kedvező kialakítású, mivel a 8 horony fenékrésze axiális irányból radiális irányú átvezetést biztosít.

Claims (3)

1. Szivattyú, főleg centrifugális vagy félaxiális típusú szivattyú, különösen szennyvizekhez, amelynek hengeres beömléssel (2) ellátott szivattyúháza (1), valamint belépőéllel (6) rendelkező egy vagy több lapáttal (5), valamint központi aggyal (4) rendelkező járókereke (3) van, amelynél a belépőéi hátrafelé számynyilazott kialakítású; továbbá, a lapát (5) belépőéle (6) a járókerék (3) forgástengelyére (z) lényegében merőleges síkban van elrendezve, továbbá legalább egy adagolóhomya (8) van, amely a szivattyúház (1) falának a lapáttal (5) szemben fekvő felületében (7) van kialakítva, továbbá a horony (8) a belépőéihez (6) képest - áramlásirányba tekintve - a belépőéi (6) előtt, és - a járókerék (3) forgásirányába (9) tekintve - a beömléstől (2) a kiömlés irányába nyúlóan van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a hornyon (8) keresztül vett körkörös metszet (B-B) a járókerék (3) haladási irányába tekintve a belépő szélén sima átmenetet biztosít a szivattyúház (1) házfalához (7), mégpedig a horony (8) lejtős átvezetőszakasza (14) és házfal (7) között bezárt szöggel (γ), amelynek értéke a következő összefüggésből számítható:

γ=arctan [Az/(r-A0)], ahol a szög (γ) értéke 2 és 25° közötti.

2. A 1. igénypont szerinti szivattyú, azzal jellemezve, hogy a horony (8) körkörös metszetét (B-B) tekintve a horony (8) szemben fekvő vége lényegében ortogonális horonyfelületként (12) van kialakítva, amely lényegében elliptikus horonyfenékben (13) folytatódik.

3. A 2. igénypont szerinti szivattyú, azzal jellemezve, hogy a horony (8) elliptikus horonyfeneke (13) keresztirányú tengelyének hossza legalább a horony (8) mélységének (h) kétszerese.