PL189277B1 - Wirnik pompy - Google Patents

Abstract

1. Wirnik pompy, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jedna lopatke (2), któ- rej krawedz wlotu (3) jest odchylona do tylu w kierunku obrzeza (5) lopatki (2), przy czym kat (a) skosu plata, mierzony w kaz- dym punkcie na krawedzi wlotu (3) jako kat pomiedzy normalna (6) do krawedzi wlotu (3) i wzgledna predkoscia (WR ) pom- powanego srodka w tym punkcie, ma war- tosc zawarta w przedzial 4 0 ° - 5 5 ° na pola- czeniu (4) krawedzi wlotu (3) lopatki (2) z piasta (1) i w przedziale 6 0 ° - 75° na obrzezu (5), przy czym odchylki katowe sa zawarte w tych przedzialach. Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wirnik pompy. Tego typu wirniki są stosowane zwłaszcza w pompach odśrodkowych łub pół osiowych do przepompowywania płynów, a zwłaszcza zanieczyszczonej wody.

Znanych jest wiele rodzajów pomp i wirników pomp przeznaczonych do przepompowywania wody, jakkolwiek wszystkie one mają pewne wady. Mają one niską wydajność, a przede wszystkim ulegają częstym zapchaniom.

Zanieczyszczona woda zawiera wiele różnych typów materiałów zanieczyszczających, których ilość i budowa zależą od okresu oraz typu obszaru, z których wypływa woda. W miastach powszechne spotykane materiały zanieczyszczające to tworzywa sztuczne, artykuły higieniczne, tekstylia itp., podczas gdy w obszarach uprzemysłowionych wytwarzane zanieczyszczenia są wykorzystywane i przetwarzane. Doświadczenie pokazuje, ze najgorszy problem stanowią odpady szmaciane i tym podobne, pływające w wodzie, które przylepiają się do krawędzi wlotu łopatek i owijają się wokół piasty wirnika napędzanego. Takie wypadki powodują częste naprawy i obniżają wydajność.

W rolnictwie i przemyśle celulozowym używane są specjalne pompy różnego typu, które muszą być dostosowane do zanieczyszczenia typu słoma, trawa, liście i innego rodzaju materiału organicznego. W tym celu krawędzie wlotu łopatek są odchylone do tyłu w celu odprowadzenia materiałów zanieczyszczających na zewnątrz na obrzeże, zapobiegając przyklejaniu się ich do krawędzi. Do cięcia materiału i ułatwiania przepływu często jest używany inny rodzaj urządzeń rozdrabniających, ujawnionych w opisach patentowych SE-435 952, SE-375 831 iUS-4 347 035.

Ponieważ innego rodzaju materiały pływające w zanieczyszczonej wodzie są trudniejsze do wychwycenia oraz mając na względzie długi czas działania pomp, wyżej wspomniane specjalne pompy nie spełniają wymagań, kiedy pompują zanieczyszczoną wodę, ani z punktu widzenia niezawodności ani z punktu widzenia wydajności.

Pompa do zanieczyszczonej wody często działa aż do 12 godzin dziennie, co oznacza, ze zużycie energii zalezy w dużej części od całkowitej wydajności pompy.

189 277

Znane z literatury opisy konstrukcji pomp zawierają bardzo ogólnikowe opisy wirników napędzających, zwłaszcza jeśli chodzi o odchylenie krawędzi wlotu. Nie istnieje jednoznaczna definicja wspomnianego odchylenia.

Testy pokazały, ze konstrukcja kąta skosu płata rozprowadzania na krawędziach wlotu jest bardzo ważna w celu otrzymania koniecznej zdolności samo czyszczenia wirnika napędzanego pompy.

Literatura patentowa nie podaje żadnych informacji o tym, co jest potrzebne do ześlizgiwania się, przenoszenia środków zanieczyszczających na zewnątrz w kierunku promieniowym wzdłuz krawędzi wlotu łopatek. W opisie patentowym SE-435 952 wspomina się ogólnie o rozwartokątnych krawędziach odchylonych do tyłu itd.

Podczas pompowania drobniejszych materiałów zanieczyszczających takich jak trawa i inny materiał organiczny, aby otrzymać przenoszenie promieniowe a także rozdrobnienie środków zanieczyszczających w szczelinie pomiędzy wirnikiem napędzanym pompy i otaczającą obudową wystarczające są odpowiednio małe kąty. W praktyce rozdrobnienie materiału następuje poprzez rozcinanie cząstek w momencie styku z wirnikiem napędzanym i obudową, podczas obrotu wręgu, przy czym prędkość na obrzeżu wynosi od 10 do 25 m/s. Ten proces rozcinania jest ulepszony poprzez powierzchnie dostarczone z urządzeniami tnącymi, szczelinami lub tym podobnymi jak to ujawniono w opisie SE-435 952. Tego typu pompy są używane do przenoszenia miazgi, nawozu, itp.

Wirnik pompy, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jedną łopatkę, której krawędź wlotu jest odchylona do tyłu w kierunku obrzeża łopatki, przy czym kąt skosu płata, mierzony w każdym punkcie na krawędzi wlotu jako kąt pomiędzy normalną do krawędzi wlotu i względną prędkością pompowanego środka w tym punkcie, ma wartość zawartą w przedział 40° - 55° na połączeniu krawędzi wlotu łopatki z piastą i w przedziale 60° - 75° na obrzezu, przy czym odchyłki kątowe są zawarte w tych przedziałach.

Korzystne jest gdy kąt pomiędzy normalną do krawędzi wlotu i względną prędkością pompowanego materiału w każdym punkcie krawędzi wlotu, ma wartość zawartą w przedział 45° - 55° na połączeniu krawędzi wlotu z piastą i 62° - 72° na obrzeżu, odchyłki kątowe są zawarte w tych przedziałach.

Korzystne jest gdy krawędź wlotu łopatki jest usytuowana na płaszczyźnie prostopadłej do wału wirnika, zaś bezwzględna prędkość pompowanego materiału jest skierowana osiowa.

Korzystne jest gdy połączenie krawędzi wlotu z piastą jest usytuowane stycznie do końcówki piasty.

Projektując wirnik pompy, mający łopatkę, odchylono do tyłu krawędzie wlotu w celu otrzymania samo czyszczenia, powstaje konflikt pomiędzy rozprowadzeniem kąta skosu płata, działaniem i innymi zaplanowanymi parametrami. Zazwyczaj wzrost kąta skosu płata oznacza mniejsze ryzyko zapychania, ale jednocześnie zmniejsza się wydajność.

Testy dowiodły, że w porównaniu ze znanymi pompami ściekowymi możliwym jest polepszenie wydajności dla pompy ściekowej odnoszącej się do wynalazku aż do 50%. Ponieważ koszt żywotności dla pompy sterowanej elektrycznie jest zazwyczaj całkowicie zdominowany przez koszt energii (około 80%), jest oczywistym, że taki dramatyczny wzrost będzie niezmiernie istotny.

Zaletą wynalazku jest to, że krawędź wlotu łopatki zapewnia niezawodne i ekonomiczne pompowania zanieczyszczonej wody zawierającej środki zanieczyszczające takie jak szmaty, włókna, itp.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wirnik pompy w widoku perspektywicznym, fig. 2 - przekrój przez schematycznie narysowaną pompę, fig. 3 - schematyczny, osiowy widok wlotu wirnika, fig. 4 przedstawia fragment obszaru, wybranego na krawędzi wlotu łopatki wirnika w powiększeniu, fig. 5 przedstawia wykres zalezności pomiędzy tylnym odchyleniem krawędzi wlotu a standardowym promieniem.

Przedstawiona na fig. 1 piasta wirnika ma łopatkę 2 o krawędzi wlotu 2. Na fig. 1 połączenie krawędzi wlotu z piastą oznaczono jako 4, a 5 obrzeze krawędzi 6 oznacza prostopadłą poprowadzoną do krawędzi w dowolnym punkcie 7 oznacza ścianę obudowy pompy, 8 końcówkę piasty, 9 kierunek obrotu, a skosu płata 3, Wr zrzutowaną względną prędkość, pręd4

189 277 kość płynu w systemie współrzędnych współobrotowych, a z kierunek wału wirnika napędzanego.

W celu zaprojektowania w optymalny sposób pożądanej geometrii wirnika napędzanego pompy, określono właściwą definicję kąta a skosu płata. Dokładny kąt a skosu płata jest funkcją geometrii krawędzi wlotu 3 w widoku południkowym (r-z) jak również w widoku osiowym (r-φ) (fig. 1 i 3).

Dokładna definicja jest funkcją krzywej, która opisuje kształt krawędzi wlotu 3 łopatki 2 i miejscową względną prędkość W na tej krzywej. Wyrażą to matematyczny wzór. Jeśli oznaczymy wektory prędkości trójkąta prędkości jako (C, U, W) względna prędkość W(r) jest funkcją wektora pozycji r w układzie współrzędnych walcowych współobrotowych. Względna prędkość W (r, ć, z) może być także wyrażona w postaci składników (Wr, We, W_z).

Trójwymiarowa krzywa wzdłuż krawędzi wlotu 3 w układzie współrzędnych współobrotowych może być opisaną jako funkcją R, która zalezy od wektora pozycji r, to jest R=R (r, φ, z).

Nieskończenie mały wektor, który jest równoległy do krawędzi wlotu 3, jest punktowy i może być oznaczony jako dRZ definicji iloczynu skalarnego otrzymano wyrażenie określające dokładny kąta skosu płata a, pomiędzy normalną poprowadzoną do dR Wr, gdzie Wr jest zrzutowaną prędkością jako rzut prostokątny Wr w kierunku W w zasięgu zero. To oznacza, że Wr jak i W są równe lub bliskie punktowi operacyjnemu, czasami odnoszącemu się do punktu najlepszej sprawności.

a = Ti/2-arccos[ (dR*WR) / (\dR\* \(f«\)]

Jeśli jest zapewnione, że bezwzględna prędkość nie ma żadnych obwodowych składników które są prostopadłe, We jest wyrówne prędkości na obrzeżu wirnika napędzanego.

Za pomocą tego połączenia, ukazane zostanie poniżej, ze wartość a w pewnych warunkach jest prawie niezależna od przepływu. Do tych warunków należy ułożenie krawędzi wlotu 3 na płaszczyźnie, która jest prostopadła do kierunku z wału wirnika oraz umiejscowienie krawędzi wlotu 3 w miejscu, gdzie absolutna prędkość wlotu jest osiowa. W tych warunkach Wr jest bliskie zeru. Z tego samego powodu obwodowy składnik Wr to jest w -> kierunku, jest równy prędkości na obrzeżu 3 wirnika i jest niezależna od przepływu. Osiowy składnik Wr może zostać opuszczony w równaniu 2 ponieważ składnik Wr nie wpływa na wielkość kąta a, gdyz mianownik i licznik zmieniają się proporcjonalnie.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania wynalazku, krawędź wlotu 3 łopatki 2 jest położona na płaszczyźnie prostopadłej do wału wirnika napędzanego. Ponieważ pompa często działa na dużym obszarze, dotyczy to masowego przepływu i głowicy, korzystny przykład wykonania przyjmuje, że zdolność samo czyszczenia może być niezalezna od innych warunków działania.

W korzystnym przykładzie wykonania, połączenie krawędzi wlotu 3 z piastą jest usytuowane w sąsiedztwie z końcówką 8 piasty 1, przy czym piasta 1 nie ma centralnie wystającej końcówki. Zmniejsza to ryzyko owinięcia środkami zanieczyszczającymi centralnej części wirnika napędzanego.

Pierwszy składnik, pokazany na fig. 5, określa pasmo rozprowadzenia kąta skosu płata, które umożliwia dobrą pracę i wydajność. Zakres powiązany jest z rozmiarem, szybkością na obrzeżu i tarciem materiału. Niezależny parametr, który jest użyty do opisania tego, nazwany tu znormalizowanym promieniem, określony jest w następujący sposób:

znormalizowany promień

R = (r-rr)/(r ₂-r,) gdzie ri jest promieniem połączenia piasty, χ promieniem na zewnątrz obrzeza krawędzi wlotu i gdzie promień odnoszący się do systemu współrzędnych walcowych, mającego środek w środku wału wirnika napędzanego, określa najkrótszą odległość pomiędzy punktem rzeczywistym a punktem na przedłużeniu wału wirnika napędzanego.

189 277

Podstawą w tej części wynalazku jest to, że kąt skosu płata krawędzi wlotu jest zwiększany znacznie w kierunku na zewnątrz, z minimum 40° na połączeniu piasty do minimum 55° na obrzezu. Górna granica, 60° - 75°, określa granicę, ponad którą wydajność jak i niezawodność będzie się obniżać.

Druga część wynalazku dotyczy specjalnego sposobu wykonania, który ma bardzo korzystną zdolność, dzięki której kąt skosu płata będzie prawie niezalezny od punktu działania, to jest różne przepływy i głowice, które także odpowiadają różnym trójkątom prędkości (C, U, W).

189 277

Fig 4

189 277

Ο 0.2 0,4 0.6 0.6 1

Znormalizowana wartość pranienia,(r-fl)/(r2-ri)

Fig. 5

189 277

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz ,

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik pompy, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedną łopatkę (2), której krawędź wlotu (3) jest odchylona do tyłu w kierunku obrzeża (5) łopatki (2), przy czym kąt (a) skosu płata, mierzony w każdym punkcie na krawędzi wlotu (3) jako kąt pomiędzy normalną (6) do krawędzi wlotu (3) i względną prędkością (WR pompowanego środka w tym punkcie, ma wartość zawartą w przedział 40° - 55° na połączeniu (4) krawędzi wlotu (3) łopatki (2) z piastą (1) i w przedziale 60° - 75° na obrzezu (5), przy czym odchyłki kątowe są zawarte w tych przedziałach.
2. 2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt (a) pomiędzy' normalną (6) do krawędzi wlotu (3) i względną prędkością (Wr) pompowanego materiału w każdym punkcie krawędzi wlotu (3), ma wartość zawartą w przedział 45°- 55° na połączeniu krawędzi wlotu (3) z piastą (1) i 62° - 72° na obrzeżu (5), odchyłki kątowe są zawarte w tych przedziałach.
3. 3. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędź wlotu '(3) łopatki (2) jest usytuowana na płaszczyźnie prostopadłej do wału (z) wirnika, zaś bezwzględna prędkość pompowanego materiału jest skierowana osiowa.
4. 4. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że połączenie (4) krawędzi wlotu (3) z piastą (1) jest usytuowane stycznie do końcówki (8) piasty (1).