PL216045B1 - Urządzenie do dławienia przepływu cieczy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do dławienia przepływu cieczy, znajdujące zastosowanie w inżynierii i ochronie środowiska wszędzie tam, gdzie występuje potrzeba ograniczania strumienia objętości przepływu cieczy, zwłaszcza w systemach wodociągowych i kanalizacyjnych.

Tradycyjne urządzenia dławiące, takie jak rury o małych średnicach, kryzy, zwężki, zasuwy czy zawory, umożliwiają stosunkowo łatwą i tanią kontrolę parametrów przepływu w systemach wodociągowych i kanalizacyjnych, jednak kosztem najczęściej zmniejszenia przekroju poprzecznego przewodu, na którym są zamontowane. Dodatkowo, ruchome części mechaniczne obniżają niezawodność takich urządzeń. W rezultacie, wymagany do zdławienia objętości przepływu cieczy, czynny przekrój przepływowy takich regulatorów może powodować ich zatykanie, szczególnie w przypadku cieczy zanieczyszczonych, np. ścieków.

Znane są z literatury technicznej i stosowane hydrodynamiczne urządzenia w postaci regulatorów wirowych, o zasadzie działania opartej na dławieniu miejscowym. W tym ważną grupę stanowią wirowe regulatory cylindryczne, w których wykorzystuje się energię rozporządzalną napływającej cieczy do wymuszenia ruchu wirowego w urządzeniu. Z niemieckiego patentu nr DE 507 713 znana jest podstawowa konstrukcja regulatora cylindrycznego z pojedynczą komorą wirową, stycznym wlotem i otworem wylotowym. W patencie amerykańskim nr US 3 215 165, ujawniono regulator cylindryczny z pojedynczą komorą wirową, w którym styczny do cylindra króciec dopływowy i otwór odpływowy w dnie cylindra mają różne średnice. Znany z innego patentu nr US 6374 858 regulator cylindryczny wyposażony jest w pojedynczą komorę wirową, w której styczny do cylindra króciec dopływowy i otwór odpływowy usytuowany w dnie cylindra mają równe średnice, a opisany w patencie nr CH 627 219 regulator różni się od znanego z patentu nr US 3 215 165 tym, że otwór odpływowy wyposażony jest w kolano 90°. Opisane w cytowanej literaturze patentowej regulatory wirowe mają jedną komorę i różne średnice cylindrów, a komory wirowe wyposażone są w co najmniej jeden króciec dopływowy oraz w jeden otwór odpływowy.

W systemach wodociągowych bądź kanalizacyjnych spotykane są najczęściej dwa sposoby montażu cylindrycznych regulatorówwirowych. W pierwszym montowane są bezpośrednio na rurociągu ciśnieniowym, w którym ma być kontrolowany przepływ, a w drugim - na króćcu odpływowym z komory zasilającej obiektu, z którego ma być kontrolowany odpływ cieczy. Do regulacji przepływu cieczy wykorzystuje się właściwość tych urządzeń, która dla niewielkich natężeń przepływu powoduje niewielkie straty ciśnienia. Dopiero w wyniku zwiększonego napływu cieczy dochodzi do wytworzenia się ruchu wirowego z uformowanym rdzeniem gazowym, w wyniku czego powstaje wysoki opór hydrauliczny tj. efekt dławiący urządzenia. Efekt ten uzyskiwany jest bez fizycznego zmniejszenia pola powierzchni przekroju poprzecznego wlotu czy też wylotu z regulatora i porównać go można przykładowo z kryzą jednak o czynnej powierzchni przekroju przepływowego kilkukrotnie mniejszej.

W ruchu wirowym prędkość obwodowa zwiększa się wraz ze zbliżaniem się do osi komory wirowej, a dzięki sile odśrodkowej w komorze wirowej ciśnienie maleje w kierunku jej osi, aby na powierzchni powstającego w komorze rdzenia powietrznego osiągnąć ciśnienie otoczenia.

Regulator wirowy według wynalazku wyposażony jest w zespolone co najmniej dwie komory wirowe, w kształcie cylindra. Przy czym tylko jedna komora wirówka jest komorą wejściową, wyposażoną w co najmniej jeden króciec dopływowy cieczy zasilającej, umieszczony stycznie do tworzącej cylindra. Komory połączone są ze sobą otworem szczelinowym, umożliwiającym przepływ cieczy z jednej komory wirowej do drugiej, z jednoczesną zmianą kierunku wirowania na przeciwny do panującego w poprzedniej komorze. Korzystnie, pole przekroju poprzecznego szczeliny łączącej komory wirowe, jest mniejsze lub równe polu przekroju poprzecznego króćca dopływowego - dla cieczy niezanieczyszczonych. Korzystnie, pole przekroju poprzecznego szczeliny łączącej komory wirowe, jest równe polu przekroju poprzecznego króćca dopływowego - dla cieczy zanieczyszczonych. Korzystnie również szczelina łącząca komory ma w przekroju poprzecznym kształt prostokąta lub kwadratu. W dnie każdej komory usytuowany jest centralnie co najmniej jeden otwór odpływowy, korzystnie o przekroju kołowym. Korzystnie króciec dopływowy ma prostokątny lub kołowy przekrój. Komory wirowe połączone szeregowo, w wariancie rozwiązania mają równe lub różne średnice, korzystnym jest aby stosunek średnicy komory następnej do komory poprzedniej zawierał się w granicach od 1 do 0,5. W przypadku wyposażenia komory wejściowej w co najmniej dwa króćce dopływowe, które mogą mieć równe bądź różne średnice. W innym wariancie rozwiązania średnica króćca dopływowego ma wymiar równy lub mniejszy od średnicy otworu odpływowego. W zespolonym regulatorze wirowym według wynalazku

PL 216 045 B1 w szczelinie łączącej komory umieszczona jest zastawka sterująca. Korzystnie, w zespolonym regulatorze otwory odpływowe w komorach wirowych za komorą wejściową mają otwory o mniejszej średnicy od średnicy otworu odpływowego w komorze wejściowej - dla cieczy niezanieczyszczonych. Korzystnie, w zespolonym regulatorze otwory odpływowe w komorach wirowych za komorą wejściową mają otwory o tej samej średnicy co średnica otworu odpływowego w komorze wejściowej - dla cieczy zanieczyszczonych. Korzystnie dna komór w zespolonym regulatorze usytuowane są na tym samym poziomie. Układ poziomy komór wirowych gwarantuje całkowite samoodwadnianie się urządzenia.

Regulator według wynalazku utworzony z połączonych szeregowo komór wirowych ma kompaktową i prostą budowę oraz charakteryzuje się wysoką efektywnością dławienia przepływu. Dzięki całkowitemu wyeliminowaniu ruchomych części i tzw. wolnemu przelotowi kuli, uzyskuje się wysoką niezawodność jego działania. W regulatorze przy tej samej wysokości naporu, oraz przy zachowaniu warunków wolnego przelotu kuli i samoodwadniania się komór, uzyskuje się lepsze efekty dławienia niż dla przepływu przez pojedynczą komorę wirową. Zwiększony efekt dławienia uzyskiwany jest m. in. poprzez przemiennoprądowe kształtowanie się strumieni mediów przepływających przez kolejne komory wirowe regulatora. Regulator złożony z kilku cylindrycznych komór wirowych ma zdecydowanie większą przepustowość, w porównaniu do jednokomorowych regulatorów wirowych. Zasadniczą zaletą jest również to, że po zamknięciu szczeliny przy użyciu zastawki sterującej można przeznaczyć do pracy tylko jedną komorę i wprowadzać kolejne komory w zależności od potrzeb, co umożliwia skokową zmianę charakterystyki dławienia urządzenia.

Regulator wirowy nadaje się do ograniczania przepływu ścieków w obiektach kanalizacyjnych, jak też przepływu wody w obiektach wodociągowych, w tym hydrotechnicznych, typu zbiorniki retencyjne, osadniki czy separatory.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania i uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia regulator wirowy w widoku z góry utworzony z dwóch cylindrycznych komór, zasilanych króćcem o przekroju kołowym, a fig. 1b przedstawia regulator wirowy w widoku z boku utworzony z dwóch cylindrycznych komór, lecz zasilanych króćcem o przekroju prostokątnym, fig. 2 - regulator wirowy w widoku z boku utworzony z trzech cylindrycznych komór, z różnymi średnicami otworów odpływowych, fig. 3 - regulator wirowy w widoku z boku utworzony z trzech cylindrycznych komór o malejących średnicach, fig. 4 - regulator wirowy w widoku z góry utworzony z trzech cylindrycznych komór z dwoma króćcami dopływowymi, o różnych średnicach, i malejących średnicach otworów odpływowych, fig. 5 - regulator wirowy w widoku z boku, utworzony z dwóch cylindrycznych komór z króćcem dopływowym o średnicy równej wysokości komory cylindrycznej, fig. 6 - regulator wirowy w widoku z góry, utworzony z trzech cylindrycznych komór, z dwoma króćcami dopływowymi o różnych średnicach.

P r z y k ł a d I

Urządzenie do dławienia przepływu wyposażone w króciec dopływowy 1, o przekroju kołowym, utworzone jest z dwóch zespolonych cylindrycznych komór wirowych, komory wejściowej 2 i komory 3 o jednakowych średnicach wewnętrznych, z których każda ma otwór odpływowy 4 o takiej samej średnicy. Króciec dopływowy 1, jest usytuowany stycznie do tworzącej ścian wejściowej cylindrycznej komory wirowej 2. Pomiędzy komorami 2 i 3 jest szczelina 5 zaopatrzona w zastawkę 6 umożliwiającą pracę pojedynczej komory bądź jednoczesną pracę dwóch komór wirowych, w zależności od potrzeb. Urządzenie (fig. 1b), j.w., lecz z.

P r z y k ł a d II

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że króciec dopływowy 1 ma prostokątny przekrój.

P r z y k ł a d III

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że utworzone jest z trzech cylindrycznych komór 2 i 3 o jednakowych średnicach. Ponadto średnice di, d_2:, d₃ otworów odpływowych 4 z cylindrycznych komór mają zróżnicowane malejące wymiary.

P r z y k ł a d IV

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że utworzone jest z trzech cylindrycznych komór 2 i 3 o malejących średnicach D₁, D₂, i D₃, z dwoma króćcami dopływowymi 1.

P r z y k ł a d V

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że utworzone jest z dwóch cylindrycznych komór 2 i 3 z króćcem dopływowym 1 o średnicy dk równej wysokości h komory cylindrycznej 2.

PL 216 045 B1

P r z y k ł a d VI

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że utworzone jest z trzech cylindrycznych komór 2 i 3 z dwoma króćcami dopływowymi 1 o różnych średnicach dk₁, dk₂.

Działanie urządzenia, polega na tym. że ciecz dopływa do regulatora przez króciec dopływowy 1, styczny do tworzącej ścian wejściowej cylindrycznej komory wirowej 2 o średnicy D₁, dzięki czemu nadawany jest jej ruch wirowy, który utrzymuje się na całej szerokości komory, aż do otworu odpływ owego 4 o średnicy d₁. Ruch wirowy przekazywany jest do drugiej komory wirowej 3 poprzez szczelinę 5 pomiędzy komorami. Dochodzi wówczas do zmiany kierunku wirowania cieczy w drugiej komorze 3 regulatora, gdzie porusza się ona przeciwnie do kierunku wirowania w pierwszej komorze. Zastawka 6 umożliwia pracę pojedynczej komory albo jednoczesną pracę dwóch ewentualnie więcej komór wirowych, w zależności od potrzeb. Odpływ cieczy z drugiej komory 3 odbywa się poprzez zlokalizowany centralnie w dnie otwór odpływowy 4 o średnicy d₂.

Claims (16)

1. Urządzenie do dławienia przepływu cieczy zawierające komorę wirową, króciec dopływowy i otwór odpływowy, znamienne tym, że jest wyposażone w zespolone co najmniej dwie komory wirowe (2) i (3), a w dnie każdej komory usytuowany jest centralnie otwór odpływowy (4), przy czym tylko jedna komora wirowa (2) jest komorą wejściową wyposażoną w co najmniej jeden króciec dopływowy (1) cieczy zasilającej, umieszczony stycznie do tworzącej cylindra, a komory połączone są ze sobą szeregowo otworami szczelinowymi (5).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że króciec dopływowy (1) ma kołowy przekrój poprzeczny.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że króciec (1) ma prostokątny przekrój poprzeczny.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w dnie każdej komory (2) i (3) usytuowany jest jeden otworów odpływowy (4), o przekroju kołowym.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pole przekroju poprzecznego szczeliny (5) łączącej komory wirowe, jest mniejsze lub równe polu przekroju poprzecznego króćca dopływowego (1).

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że szczelina (5) łącząca komory ma w przekroju poprzecznym kształt prostokąta.

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że szczelina (5) łącząca komory ma w przekroju poprzecznym kształt kwadratu.

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespolone komory wirowe (2) i (3) mają różne średnice (D1, D2, D3).

9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosunek średnicy komory następnej do średnicy komory poprzedniej (D2/D1, D3/D2) zawiera się w granicach od 0,5 do 1.

10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora wejściowa (2) jest wyposażona w co najmniej jeden króciec dopływowy (1).

11. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że króćce dopływowe (1), mają różne średnice (dk1, dk2).

12. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że średnica (dk1) króćca dopływowego (1) ma wymiar równy lub mniejszy od średnicy (d1) otworu odpływowego.

13. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w szczelinie (5), pomiędzy komorami wirowymi umieszczona jest zastawka (6).

14. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że otwory odpływowe (4) w komorach wirowych (3) za komorą wejściową (2) mają mniejszą średnicę (d2, d3) od średnicy otworu odpływowego (d1) w komorze wejściowej.

15. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że średnice (d1, d2, d3) otworów odpływowych są równe bądź mniejsze od średnicy króćca dopływowego (dk).

16. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dna komór usytuowane są na tym samym poziomie.