HU223136B1 - Járókerék centrifugális vagy félaxiális szivattyúkhoz, főleg szennyvízszivattyúkhoz - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya járókerék centrifugális vagy félaxiális típusúszivattyúkhoz, főleg szennyvízszivattyúkhoz, amely járókerékneklegalább egy lapáttal ellátott agya van és hengeres beömlésselellátott sprirál alakú szivattyúházban forgathatóan van ágyazva. Atalálmány lényege, hogy a lapát (5) belépőéle (6) hátrafelé irányulószárnynyilazási szöggel úgy van kialakítva, hogy a járókerék (3)forgási középpontjában lévő központú koordináta-rendszerben a be-lépőélnek (6) az agyhoz (4) való csatlakozáspontja (7) és a járókerék(3) kerületéhez való csatlakozáspontja (8) közötti központi szög (??)125–195° közötti, előnyösen 140–180° közötti értékű. ŕ

Description

A találmány tárgya járókerék, amely centrifugális vagy félaxiális szivattyúkhoz, főleg szennyvízszivattyúkhoz alkalmazható.

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 gyakran kényszerű üzemszüneteket kell tartani, és a fenti hibákat elhárítani, 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 hátrány ilazottak, amivel az jár, hogy a különböző szennyeződések igyekeznek a kerület felé kifelé áramolni anélkül, hogy eltömődéseket okoznának. A gyakorlatban széles körben alkalmaznak különféle aprítóegységeket is, 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 szennyvíz szállítására, 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 máig nem létezett.

A kísérleteink mutatták, hogy a belépőéi szárnynyilazási szögének elosztása, illetve kiosztása 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, 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-re választjuk. Ezt az aprítási folyamatot javíthatjuk különböző felületi vágóelemek, nyílások és hasonlók alkalmazásával.

Az olyan szivattyúknál, amelyeknél a lapátok belépőélei hátrafelé irányuló szárnynyilazási szöggel rendelkeznek, problémaként jelentkezik, hogy a szárnynyilazási szög kiosztása és az üzemi és egyéb tervezési paraméterek között ellentmondás van. Általában kijelenthető, hogy ha növeljük a szárnynyilazási szöget, akkor kisebb az eltömődés veszélye ugyan, de egyúttal csökken a szállítási teljesítmény.

A jelen találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz olyan tökéletesített járókerék létrehozása szivattyúkhoz, főleg szennyvízszivattyúkhoz, amely eleget tesz annak a komplex követelménynek, hogy egyrészt lehetővé teszi a lapátok belépőélének műszakilag legkedvezőbb kialakítását, másrészt széles körű alkalmazást tesz lehetővé, hosszú élettartammal, és biztosítja szennyvizek gazdaságos szállítását még olyan esetben is, ha azok szálasanyagokat, papírhulladékot stb. tartalmaznak.

A kitűzött feladat megoldásához a fentiekben ismertetettjárókerékből indultunk ki, amelynek agya és ehhez kapcsolódó legalább egy lapátja van, ez a járókerék hengeres beömléssel ellátott, lényegében spirál alakú szivattyúházban forgathatóan van ágyazva. A találmány szerinti megoldás lényege, hogy a lapát belépőéle hátrafelé irányuló szárnynyilazási szöggel úgy van kialakítva, hogy a járókerék forgásközéppontjában lévő központú koordináta-rendszerben a belépőéinek az agyhoz való csatlakozáspontja és a járókerék kerületéhez való csatlakozáspontja közötti központi szög (ΔΘ) 125-195° közötti, előnyösen 140-180° közötti értékű.

A találmány szerinti járókerék célszerű kiviteli alakjánál a lapát belépőéle a járókerék tengelyére merőleges síkban van elrendezve, mégpedig a szivattyúház hengeres beömlésén belül, ahol a szállított közeg abszolút sebessége lényegében axiális jellegű.

HU 223 136 Bl

De olyan kivitel is lehetséges, amelynél a belépőéinek az agyhoz való csatlakozáspontja az agy végével szomszédosán van elrendezve.

Különösen előnyös az olyan kivitel, amelynél a belépőéinek az agyhoz való csatlakozáspontja és a kerülethez való csatlakozáspontja közötti átmérőarány 0,1-0,4 közötti, előnyösen 0,15-0,35 közötti.

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

az 1. ábrán a találmány szerinti járókerék példakénti kiviteli alakjának perspektivikus képe látható;

a 2. ábra a találmány szerinti szivattyú vázlatos radiális metszete;

a 3. ábrán a járókerék axiális nézete látható;

a 4. ábrán diagramot szemléltettünk, amelyen látható a szárnynyilazási szög a lapát belépőélén a normalizált sugár függvényében.

Amint a rajzon látható, centrifugális szivattyúnak hengeres 2 beömléssel ellátott 1 szivattyúháza, valamint ebben forgathatóan ágyazott 3 járókereke van, amely hengeres 4 aggyal és legalább egy 5 lapáttal van ellátva. Az 5 lapátnak 6 belépőéle van, és ez 7 csatlakozáspontban kapcsolódik a 4 agyhoz, valamint 8 csatlakozáspontban a 3 járókerék kerületéhez (3. ábra). A 2. ábrán jól kivehető, hogy az 5 lapát és az 1 szivattyúház fala között 9 rést hagytunk. Az 5 lapát kilépőélét 10 hivatkozási számmal jelöltük a 2. ábrán. A 3. ábrán a 6 belépőéinek a 4 agyhoz 7 csatlakozó pontja, valamint a kerületi 8 csatlakozópontja közötti központi szöget Δθ-val jelöltük.

A fentiekben már említettük, hogy az 5 lapát 6 belépőélének hátrafelé irányuló szárnynyilazási szöge van, amivel eléijük, hogy a szennyeződések a kerület felé, azaz radiálisán kifelé áramlanak, és így nem képződnek a hagyományos megoldásoknál elkerülhetetlen tekercsek és eltömődések a 4 agy körül.

A találmány szerinti megoldás egyik lényeges eleme, hogy a szárnynyilazási szög növekedésével sikerült kiküszöbölni a szállítási teljesítmény csökkenését, ami ezidáig a szakmában megoldatlan volt.

A találmány értelmében az 5 lapát 6 belépőéle erősen hátrafelé irányuló szárnynyilazási szöggel van kialakítva. Ezt a ΔΘ szöggel lehet kifejezni a hengeres koordináta-rendszerben a 6 belépőéinek a 4 agyhoz való 7 csatlakozáspontja és a kerülethez való 8 csatlakozáspontja között. A találmány szerint ennek a központi ΔΘ szögnek értéke 125 és 195° közötti, előnyösen 140 és 185° közötti. Ezzel az intézkedéssel elérjük, hogy semmit sem veszítünk a jó szállítási teljesítményből, ami annak a ténynek is köszönhető, hogy a 6 belépőéi az 1 szivattyúház hengeres 2 beömlésén belül van elrendezve.

Annak érdekében, hogy a 6 belépőéinek ezt az elrendezését biztosíthassuk, a 3 járókerék 4 agya meglehetősen keskenyre van méretezve. A 6 belépőéinek a 4 agyhoz való 7 csatlakozáspontja és a kerülethez való 8 csatlakozáspontja közötti átmérőarány csak 0,1-0,4 közötti értékű, előnyösen 0,15-0,35 közötti. Ez a kis arány mégis azt az előnyt nyújtja, hogy a 3 járókeréken szabad és viszonylag széles átömlést biztosítunk, ezzel pedig még a nagyobb szennyeződések részére is jó áthaladási lehetőséget biztosítunk.

A találmány szerinti megoldás előnyös kiviteli alakjánál a 6 belépőéinek a 4 agyhoz való 7 csatlakozáspontja a 4 agy 12 végének közelében van elrendezve, azaz nem alkalmaztunk semmiféle kinyúló orrszerű elemet, ezáltal teljesen kiküszöböltük annak veszélyét, hogy a 3 járókerék központi részén a szennyeződések feltekercselődjenek és üzemzavart okozzanak.

A találmány szerinti 3 járókerék másik előnyös kiviteli alakjánál a 6 belépőéi a 3 járókerék tengelyére merőlegesen van elrendezve, azaz ahol z konstans. Ez azt jelenti, hogy a szárnynyilazási szög lényegében konstans, függetlenül az áramlástól. A kísérleteink során az ilyen 3 járókerékkel ellátott szivattyút különböző típusú szennyvizekhez alkalmaztuk és azt tapasztaltuk, hogy a találmány szerinti 3 járókerékkel felszerelt szennyvízszivattyú lényegében az üzemeltetési körülményektől függetlenül az optimális megközelítő szállítási teljesítménnyel üzemeltethető, ami egyúttal azt is jelenti, hogy az üzemeltetés gazdaságosságát is jelentősen sikerült javítanunk a hagyományos megoldásokhoz képest.

A 4. ábrán látható diagramon a belépőéi O-értékét szemléltettük a normalizált sugár függvényében, ahol a függőleges tengelyre a Θ szögértékeket mértük föl, a vízszintes tengelyre pedig a normalizált sugarat. A diagramon folytonos vonallal a felső határértékeket, szaggatott vonallal pedig az alsó határértékeket jelöltük.

Claims (4)

1. Járókerék centrifugális vagy félaxiális típusú szivattyúkhoz, főleg szennyvízszivattyúkhoz, amely járókeréknek legalább egy lapáttal ellátott agya van és hengeres beömléssel ellátott sprirál alakú szivattyúházban forgathatóan van ágyazva, azzal jellemezve, hogy a lapát (5) belépőéle (6) hátrafelé irányuló szárnynyilazási szöggel úgy van kialakítva, hogy a járókerék (3) forgási középpontjában lévő központú koordináta-rendszerben a belépőéinek (6) az agyhoz (4) való csatlakozáspontja (7) és a járókerék (3) kerületéhez való csatlakozáspontja (8) közötti központi szög (ΔΘ) 125-195° közötti, előnyösen 140-180° közötti értékű.

2. Az 1. igénypont szerinti járókerék, azzal jellemezve, hogy a lapát (5) belépőéle (6) a járókerék (3) tengelyére merőleges síkban van elrendezve, mégpedig a szivattyúház (1) hengeres beömlésén (2) belül, ahol a szállított közeg abszolút sebessége lényegében axiális jellegű.

3. Az 1. igénypont szerinti járókerék, azzal jellemezve, hogy a belépőéinek (6) az agyhoz (4) való csatlakozáspontja (7) az agy (4) végével (12) szomszédosán van elrendezve.

4. Az 1. igénypont szerinti járókerék, azzal jellemezve, hogy a belépőéinek (6) az agyhoz (4) való csatlakozáspontja (7) és a kerülethez való csatlakozáspontja (8) közötti átmérőarány 0,1-0,4 közötti, előnyösen 0,15-0,35 közötti.