PL214335B1 - Wirnik wielofunkcyjny do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych i sposób stosowania tego wirnika - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214335 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 387430 ^{(51) Int.Cl.}

B01F 7/10 (2006.01) B02C 7/12 (2006.01) B01J 19/18 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 09.03.2009

Wirnik wielofunkcyjny do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych i sposób stosowania tego wirnika

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 13.09.2010 BUP 19/10	(73) Uprawniony z patentu: OGONOWSKI WŁODZIMIERZ, Piastów, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.2013 WUP 07/13	(72) Twórca(y) wynalazku: WŁODZIMIERZ OGONOWSKI, Piastów, PL

PL 214 335 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik wielofunkcyjny do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych i sposób stosowania tego wirnika.

Wynalazek dotyczy konstrukcji mechanicznych urządzeń do obróbki mediów płynnych zawierających elementy wirujące, zwłaszcza takich jak pompy odśrodkowe, mieszadła, homogenizatory, emulgatory, dezintegratory osadów, reaktory chemiczne itp.

Wirnik będące przedmiotem wynalazku może być szczególnie korzystnie stosowany jako mieszadło, emulgator, dezintegrator osadów lub reaktor chemiczny znacznie przyspieszający procesy chemiczne, zwłaszcza przy wytwarzaniu biopaliw.

Znane są i stosowane w praktyce przemysłowej różne rodzaje mieszadeł oraz pomp wirowych z różnego typu wirnikami, w tym z wirnikiem zamkniętym, w których w szczególnych warunkach pracy występuje zjawisko kawitacji. Ponieważ towarzyszące temu zjawisku fale uderzeniowe mogą powodować mikrouszkodzenia elementów wirujących oraz innych części tych urządzeń, w praktyce, przy konstrukcji wirników, dąży się do jego eliminacji. Otwory lub króćce napływowe pomp wirowych odśrodkowych sytuowane są zwykle osiowo w stosunku do wału napędowego a króćce odpływowe w płaszczyźnie wirnika pompy, na zewnętrznym obwodzie komory pierścieniowej.

Znana jest z opisu patentowego PCT nr WO 2005/007782 konstrukcja pompy gdzie na płaskim wirniku, w sąsiedztwie osi obrotu, ukształtowane są liczne łukowe żebra skierowane przeciwnie do kierunku obrotu, przy czym każde z nich ma ostro zakończony wierzchołek usytuowany w polu wylotowego otworu tarczy odśrodkowej.

Znane są również i stosowane do obróbki mediów płynnych urządzenia wywołujące zjawisko kawitacji celem jego wykorzystania. Na ogół są to generatory ultradźwięków oraz urządzenia mechaniczne z elementami wirującymi w postaci specjalnie ukształtowanej tarczy lub walca.

Znane są z amerykańskich opisów patentowych US 5188090 i US 5385298 konstrukcje urządzeń do kawitacyjnej obróbki cieczy, w których zastosowano walec z wieloma nieprzelotowymi otworami wirujący wewnątrz szczelnej obudowy z zachowaniem niewielkiej szczeliny roboczej. Otwory wlotowy i wylotowy dla obrabianej kawitacyjnie cieczy usytuowane na przeciwległych, okrągłych elementach obudowy, w których jest również ułożyskowany i uszczelniony wał napędowy.

Inne rozwiązanie, znane z opisu patentowego PCT nr WO 2005/105281 składa się z osadzonej na wale napędowym, użebrowanej i ponawiercanej osiowo tarczy roboczej wirującej w niewielkiej odległości od umieszczonej współosiowo i również ponawiercanej tarczy nieruchomej. Obie tarcze umieszczone są wewnątrz szczelnej obudowy zawierającej ułożyskowanie i uszczelnienie wału napędowego. Otwór wlotowy cieczy umieszczony jest poosiowo w pokrywie a otwór wylotowy promieniowo w korpusie urządzenia.

Znane jest z opisu patentowego nr PL 211672B urządzenie do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych, mające osadzony na wale napędowym tarczowy wirnik z licznymi koncentrycznie ułożonymi występami po jego obu stronach, wirujący wewnątrz szczelnej obudowy złożonej z dwóch tarcz bocznych posiadających również koncentryczne występy wchodzące w odpowiadające im kanały na wirniku z zachowaniem niewielkiej szczeliny roboczej. W tarczach bocznych umieszczone są otwory napływowe i wypływowe obrabianej cieczy oraz ułożyskowanie i uszczelnienie wału napędowego.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania mechanicznego urządzenia zawierającego czynne elementy wirujące, opartego na pożytecznym wykorzystaniu efektów zjawiska kawitacji, polegającego na tworzeniu się w cieczy i implozji pęcherzyków pary, czemu towarzyszą zmiany fizykochemiczne w cieczy, w zakresie jego oddziaływania na obrabiane medium i zawarty w nim materiał nieorganiczny lub biologiczny, nadającego się do przemysłowego zastosowania w takich urządzeniach jak mieszadła, homogenizatory, dezintegratory osadów lub reaktory chemiczne, zwłaszcza do produkcji biopaliw.

Wirnik wielofunkcyjny do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych wykonany jest w postaci osadzanego na wirującym wale napędowym walca, zawierającego w swoim wnętrzu wydrążone komory robocze, usytuowane koncentrycznie wokół osi obrotu oraz kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium. Ciecz zasysana jest na skutek działania siły odśrodkowej do wnętrza wirnika wielofunkcyjnego przez osiowo usytuowany otwór lub otwory napływowe wykonane w bocznej powierzchni wirnika w sąsiedztwie osi obrotu, ewentualnie przez wydrążony wał napędowy połączony z komorą centralną. Zassana do wnętrza wirnika ciecz podlega obróbce przemieszczając się jednocześnie w kierunku komór usytuowanych najbliżej zewnętrznej krawędzi wirnika a następnie wyrzucaPL 214 335 B1 na jest na zewnątrz wirnika przez otwory wypływowe, znajdujące się w bocznej ścianie wirnika lub na jego krawędzi zewnętrznej. Przepływająca wewnątrz wirnika przez kolejne kanały i komory ciecz poddawana jest na przemian działaniu niskiego i wysokiego ciśnienia, co przy odpowiedniej prędkości wirowania, stwarza warunki do powstawania i zaniku pęcherzyków kawitacyjnych. W szczególności warunki do wystąpienia zjawiska kawitacji mogą również zaistnieć w komorach najbardziej odległych od osi obrotu, gdzie siły odśrodkowe oddziaływujące na ciecz powodują duże różnice ciśnień w różnych obszarach cieczy w obrębie tej samej komory.

W niektórych charakterystycznych wykonaniach wirnika, pełniąca funkcję pomocniczą i wykonana w wirniku komora centralna umieszczona jest w osi obrotu lub wokół wału napędowego. Zasilana jest ona przez centralny otwór napływowy wykonany w bocznej ścianie wirnika lub przez kilka otworów napływowych rozmieszczonych symetrycznie wokół osi obrotu.

W niektórych charakterystycznych wykonaniach wirnika, komora centralna zasilana jest przez otwór napływowy wykonany w wydrążonym wale napędowym.

W niektórych charakterystycznych wykonaniach wirnika, otwory wypływowe wykonane są promieniowo w zewnętrznej krawędzi wirnika.

W niektórych charakterystycznych wykonaniach wirnika, otwory napływowe i otwory wypływowe usytuowane są po tej samej stronie wirnika.

W niektórych charakterystycznych wykonaniach wirnika, otwory napływowe wykonane są po obu stronach wirnika.

Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego będącego przedmiotem wynalazku jako mieszadła przepompowującego z kawitacją, homogenizatora, dezintegratora osadów lub reaktora chemicznego, zwłaszcza do produkcji biopaliw, polegający na tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z co najmniej dwóch osadzonych na wspólnym wale napędowym wirników wielofunkcyjnych, pracujących w układzie szeregowym lub równoległym, wiruje umieszczony bezpośrednio w zbiorniku z obrabianą cieczą, która po zassaniu jej do komór usytuowanych najbliżej osi obrotu wirnika przez otwory napływowe, podlega intensywnemu mieszaniu i kawitacji, po czym wyrzucana jest na zewnątrz wirnika wielofunkcyjnego przez otwory wypływowe.

Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego będącego przedmiotem wynalazku jako mieszadła przepompowującego z kawitacją, homogenizatora, dezintegratora osadów lub reaktora chemicznego, zwłaszcza do produkcji biopaliw, polegający na tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z co najmniej dwóch osadzonych na wspólnym wale napędowym wirników wielofunkcyjnych, pracujących w układzie szeregowym lub równoległym, wiruje umieszczony w obudowie w postaci rury, w której ułożyskowany jest wał napędowy, posiadającej co najmniej jeden otwór wlotowy i jeden otwór wylotowy, które usytuowane są po przeciwległych stronach wirnika wielofunkcyjnego.

Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego będącego przedmiotem wynalazku jako mieszadła przepompowującego z kawitacją, homogenizatora, dezintegratora osadów lub reaktora chemicznego, zwłaszcza do produkcji biopaliw, polegający na tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z co najmniej dwóch osadzonych na wspólnym wale napędowym wirników wielofunkcyjnych, pracujących w układzie szeregowym lub równoległym, wiruje umieszczony w szczelnej obudowie, w której ułożyskowany jest wał napędowy, posiadającej króciec wlotowy i wylotowy.

Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego będącego przedmiotem wynalazku jako mieszadła przepompowującego z kawitacją, homogenizatora, dezintegratora osadów lub reaktora chemicznego, zwłaszcza do produkcji biopaliw, polegający na tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z co najmniej dwóch osadzonych na wspólnym wale napędowym wirników wielofunkcyjnych, pracujących w układzie szeregowym lub równoległym, wiruje umieszczony w szczelnej obudowie, w której ułożyskowany jest wał napędowy, posiadającej króciec wlotowy i wylotowy, przy czym obrabiane medium wprowadzane jest bezpośrednio z króćca wlotowego do wnętrza wirnika lub zestawu wirników wielofunkcyjnych przez wydrążony wał napędowy.

W wirniku wielofunkcyjnym będącym przedmiotem wynalazku połączone zostało efektywne przepompowywanie obrabianego medium z jednoczesnym jego intensywnym mieszaniem i wywoływaniem w nim na dużą skalę zjawiska kawitacji. Na intensywność pompowania, mieszania i występowania zjawiska kawitacji można wpływać poprzez zmianę odległości komór od osi obrotu, zmianę ilości komór i kanałów komunikacyjnych, zmianę wymiarów komór i kanałów komunikacyjnych oraz zmianę prędkości wirowania.

PL 214 335 B1

W standardowych pompach wejście w obszar pracy, w którym występuje kawitacja, skutkuje utratą zdolności pompowania i zanikiem przepływu cieczy. W wirniku wielofunkcyjnym będącym przedmiotem wynalazku, komory lub kanały komunikacyjne usytuowane w pobliżu osi obrotu zapewniają ciągły przepływ obrabianego medium przez urządzenie, nawet przy występowaniu zjawiska kawitacji na dużą skalę. Dzięki tej właściwości wirnika wielofunkcyjnego proces obróbki może być prowadzony w sposób ciągły bez używania dodatkowej pompy wymuszającej przepływ medium przez urządzenie, w którym medium poddawane jest obróbce kawitacyjnej.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pół widok i pół przekrój wirnika wielofunkcyjnego osadzonego na wale napędowym umieszczonego bezpośrednio w zbiorniku z obrabianą cieczą, fig. 2 przedstawia widok perspektywiczny wirnika osadzonego na wale napędowym, fig. 3 przedstawia widok walca głównego wirnika z wydrążonymi komorami rozmieszczonymi na trzech koncentrycznych okręgach wokół osi obrotu, fig. 4 przedstawia tarczę pomocniczą z wyciętymi kanałami komunikacyjnymi i otworami napływowymi, fig. 5 przedstawia tarczę pomocniczą z wyciętymi kanałami komunikacyjnymi i otworami wypływowymi, fig. 6 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z trzema rzędami komór i otworami napływowymi i wypływowymi usytuowanymi po przeciwległych stronach wirnika, fig. 7 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z trzema rzędami komór roboczych i z komorą centralną oraz z otworami napływowymi i wypływowymi usytuowanymi po przeciwległych stronach wirnika, fig. 8 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wydrążonym wale napędowym wirnika z trzema rzędami komór roboczych i z komorą centralną do której napływ jest realizowany w przez wydrążony wał napędowy, fig. 9 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z trzema rzędami komór i otworami napływowymi usytuowanymi z boku wirnika a otworami wypływowymi usytuowanymi na jego krawędzi zewnętrznej, fig. 10 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z trzema rzędami komór roboczych i z komorą centralną i z otworami napływowymi usytuowanymi z boku wirnika a otworami wypływowymi usytuowanymi na jego krawędzi zewnętrznej, fig. 11 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wydrążonym wale napędowym wirnika z trzema rzędami komór roboczych i z komorą centralną do której napływ jest realizowany przez wydrążony wał napędowy i z otworami wypływowymi usytuowanymi na krawędzi zewnętrznej wirnika, fig. 12 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z dwoma rzędami komór i otworami napływowymi i wypływowymi usytuowanymi po tej samej stronie wirnika, fig. 13 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z dwoma rzędami komór roboczych oraz z komorą centralną i z otworami napływowymi i wypływowymi usytuowanymi po tej samej stronie wirnika, fig. 14 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wale napędowym wirnika z dwoma rzędami komór roboczych i z komorą centralną oraz z otworami napływowymi usytuowanymi po obu stronach wirnika a otworami wypływowymi usytuowanymi na zewnętrznej krawędzi wirnika, fig. 15 przedstawia uproszczony przekrój osadzonego na wydrążonym wale napędowym wirnika z dwoma rzędami komór roboczych i z komorą centralną, do której napływ jest realizowany przez wydrążony wał napędowy i z otworami wypływowymi usytuowanymi na krawędzi zewnętrznej wirnika, fig. 16 przedstawia osadzone na wspólnym wale napędowym dwa wirniki wielofunkcyjne pracujące w układzie szeregowym, fig. 17 przedstawia osadzone na wspólnym wale napędowym dwa wirniki wielofunkcyjne pracujące w układzie równoległym, fig. 18 przedstawia wirnik wielofunkcyjny umieszczony w obudowie w postaci rury z otworami wlotowym i wylotowym usytuowanymi po obu stronach wirnika, fig. 19 przedstawia wirnik wielofunkcyjny umieszczony w szczelnej obudowie posiadającej króćce wlotowy i wylotowy usytuowane po obu stronach wirnika, fig. 19 przedstawia wirnik wielofunkcyjny umieszczony w szczelnej obudowie posiadającej króciec wlotowy, przez który obrabiane medium wprowadzane jest do wydrążonego wału napędowego i wnętrza wirnika.

Wirnik wielofunkcyjny (fig. 1 i 2) osadzony na wirującym wale napędowym (1) zestawiony jest z zespolonych ze sobą elementów w postaci walca głównego (3) i tarcz pomocniczych (4) i zawiera w swoim wnętrzu wydrążone komory robocze (5), rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu okręgach oraz kanały komunikacyjne (6), przez które przemieszcza się obrabiane medium od otworów napływowych (7) do otworów wypływowych (8). W niektórych charakterystycznych wykonaniach wirnika (fig. 8, 11 i 13) posiada on dodatkową komorę centralną (9). Jeden ze sposobów stosowania wirnika (fig. 1) polega na umieszczeniu go bezpośrednio w zbiorniku (10) z obrabianą cieczą. Inny sposób stosowania wirnika (fig. 18) przewiduje umieszczanie go w rurze (11) w której ułożyskowany jest wał napędowy, posiadającej otwory wlotowy (12) i wylotowy (13). Jeszcze

PL 214 335 B1 inny sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego (fig. 19 i 20) polega na umieszczeniu go w szczelnej obudowie (14) posiadającej króciec wlotowy (14) i wylotowy (15), w której ułożyskowany jest wał napędowy.

Wykaz oznaczeń części do opisu patentowego

- wirujący wał napędowy 2 - wirnik wielofunkcyjny 3 - walec główny

- tarcze pomocnicze 5 - komory robocze 6 - kanały komunikacyjne 7 - otwory napływowe 8 - otwory wypływowe 9 - komora centralna

- zbiornik z obrabianą cieczą

- obudowa w postaci rury

- otwór wlotowy

- otwór wylotowy

- szczelna obudowa

- króciec wlotowy

- króciec wylotowy

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik wielofunkcyjny do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych, wykonany w postaci osadzanego na wirującym wale napędowym walca, zawierającego w swoim wnętrzu wydrążone komory, usytuowane koncentrycznie wokół osi obrotu oraz kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium, zasysane do wnętrza komór położonych najbliżej osi obrotu przez otwory napływowe, w kierunku komór usytuowanych najbliżej zewnętrznej krawędzi wirnika, z których wyrzucane jest na zewnątrz przez otwory wypływowe, znamienny tym, że osadzony na wirującym wale napędowym (1) wirnik wielofunkcyjny (2), zestawiony z co najmniej dwóch zespolonych ze sobą elementów, walca głównego (3) i tarcz pomocniczych (4), zawierający w swoim wnętrzu wydrążone komory robocze (5), rozmieszczone symetrycznie na co najmniej jednym koncentrycznym względem osi obrotu okręgu oraz kanały komunikacyjne (6), posiada otwory napływowe (7) dla cieczy zasysanej do wnętrza wirnika, usytuowane w pobliżu osi obrotu po jednej stronie wirnika (2), i otwory wypływowe (8) dla cieczy usuwanej z wnętrza wirnika, z komór najbardziej oddalonych od osi obrotu, znajdujących się w sąsiedztwie zewnętrznej krawędzi wirnika, które usytuowane są po przeciwległej stronie wirnika (2), na jego ścianie bocznej.
2. 2. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że walec wirnika (2) zawiera dodatkową komorę centralną (9), do której zasysane jest obrabiane medium przez co najmniej jeden otwór napływowy (7) wykonany w bocznej ścianie wirnika (2).
3. 3. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 2, znamienny tym, że otwory napływowe (7) wykonane są w wydrążonym wale napędowym (1).
4. 4. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory wypływowe (8) wykonane są w kierunku promieniowym od osi obrotu, w zewnętrznej ścianie wirnika (2).
5. 5. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 2, znamienny tym, że otwory wypływowe (8) wykonane są w kierunku promieniowym od osi, w zewnętrznej ścianie wirnika (2).
6. 6. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 3, znamienny tym, że otwory wypływowe (8) wykonane są w kierunku promieniowym od osi, w zewnętrznej ścianie wirnika (2).
7. 7. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory napływowe (7) i otwory wypływowe (8) usytuowane są po tej samej stronie wirnika (2).
8. 8. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory napływowe (7) i otwory wypływowe (8) usytuowane są po tej samej stronie wirnika (2).
9. 9. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 4, znamienny tym, że otwory napływowe (7) wykonane są po obu stronach wirnika (2).

   PL 214 335 B1
10. 10. Wirnik wielofunkcyjny według zastrz. 5, znamienny tym, że otwory napływowe (7) wykonane są po obu stronach wirnika (2).
11. 11. Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego jako mieszadła przepompowującego z kawitacją, homogenizatora, dezintegratora osadów lub reaktora chemicznego, zwłaszcza do produkcji biopaliw, znamienny tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z co najmniej dwóch osadzonych na wspólnym wale napędowym (1) wirników wielofunkcyjnych (2), pracujących w układzie szeregowym lub równoległym, wiruje umieszczony bezpośrednio w zbiorniku (10) z obrabianą cieczą, która po zassaniu jej do komór (5) usytuowanych najbliżej osi obrotu wirnika (2) przez otwory napływowe (7), podlega intensywnemu mieszaniu i kawitacji, po czym wyrzucana jest na zewnątrz wirnika wielofunkcyjnego (2) przez otwory wypływowe (8).
12. 12. Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego według zastrz. 11, znamienny tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z wirników wielofunkcyjnych (2) jest umieszczony w obudowie w postaci rury (11), w której ułożyskowany jest wał napędowy (1), posiadającej co najmniej jeden otwór wlotowy (12) i jeden otwór wylotowy (13), które usytuowane są po przeciwległych stronach wirnika wielofunkcyjnego (2).
13. 13. Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego według zastrz. 12, znamienny tym, że pojedynczy wirnik lub zestaw złożony z wirników wielofunkcyjnych (2), wiruje zamknięty w szczelnej obudowie (14), w której ułożyskowany jest wał napędowy (1), posiadającej króciec wlotowy (15) i wylotowy (16).
14. 14. Sposób stosowania wirnika wielofunkcyjnego według zastrz. 13, znamienny tym, że obrabiane medium wprowadzane jest bezpośrednio z króćca wlotowego (15) do wnętrza wirnika lub zestawu wirników wielofunkcyjnych (2) przez wydrążony wał napędowy (1).
15. 15. Sposób według zastrz. 11 lub 12, lub 13, lub 14, znamienny tym, że na intensywność pompowania, mieszania i kawitacji wytwarzanej w medium płynnym obrabianym w wirniku wielofunkcyjnym wpływa się poprzez zmianę odległości komór (5) od osi obrotu.
16. 16. Sposób według zastrz. 11 lub 12, lub 13, lub 14, znamienny tym, że na intensywność pompowania, mieszania i kawitacji wytwarzanej w medium płynnym obrabianym w wirniku wielofunkcyjnym wpływa się poprzez zmianę ilości komór (5) i kanałów komunikacyjnych (6).
17. 17. Sposób według zastrz. 11 lub 12, lub 13, lub 14, znamienny tym, że na intensywność pompowania, mieszania i kawitacji wytwarzanej w medium płynnym obrabianym w wirniku wielofunkcyjnym wpływa się poprzez zmianę wymiarów poprzecznych komór (5) i kanałów komunikacyjnych (6).
18. 18. Sposób według zastrz. 11 lub 12, lub 13, lub 14, znamienny tym, że na intensywność pompowania, mieszania i kawitacji wytwarzanej w medium płynnym obrabianym w wirniku wielofunkcyjnym wpływa się poprzez zmianę prędkości wirowania wirnika.