PL216055B1 - Urządzenie do regulacji przepływu cieczy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do regulacji 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 wirowe, o zasadzie działania opartej na dławieniu miejscowym. W tym ważną grupę stanowią regulatory cylindryczne w których wykorzystuje się energię rozporządzalną napływającej cieczy do wymuszenia ruchu wirowego w urządzeniu. Z niemieckiego patentu nr DE 507 713 znany jest regulator cylindryczny z pojedynczą komorą wirową, stycznym wlotem i otworem wylotowym. W patencie amerykańskim nr US 3 215 165, opisano regulator cylindryczny z pojedynczą komorę wirową, w którym styczny do cylindra króciec dopływowy i otwór odpływowy w dnie cylindra mają różne średnice. Z innego patentu nr US 6374 858 znany jest regulator cylindryczny wyposażony w pojedynczą komorę wirową, w którym styczny do cylindra króciec dopływowy i otwór odpływowy w dnie cylindra mają równe średnice. Urządzenie opisane w patencie nr CH 627 219 różni się od opisanego w patencie nr US 3 215 165 tym, że otwór odpływowy wyposażony jest w kolano 90°. Opisane w cytowanej literaturze patentowej regulatory wirowe mają różne kształty cylindryczne 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 regulatorów wirowych. 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.

Urządzenie do regulacji przepływu cieczy zawiera zespolone co najmniej dwie cylindryczne komory wirowe wyposażone we wspólny dla dwóch sąsiednich komór króciec dopływowy, a każda w dnie ma otwór odpływowy, umieszczony centralnie, korzystnie o przekroju kołowym. Ponadto wspólny króciec dopływowy, zasilający parę zespolonych, pracujących współprądowo komór jest umieszczony stycznie do tworzących obu cylindrycznych komór. Każda para komór ponadto ma ruchomą - uchyIną zastawkę umożliwiającą pracę pojedynczej komory bądź jednoczesną pracę dwóch komór wirowych. Zastawka zamontowana jest na trzpieniu umożliwiającym zmiany jej położenia.

Korzystnie króciec dopływowy ma prostokątny lub kołowy przekrój, a komory są zespolone. W wariancie rozwiązania komory wirowe mają różne średnice, korzystnym jest aby stosunek średnic komór zawierał się w granicach od 0,5 do 1. W urządzeniu średnica króćca dopływowego jest równa lub mniejsza od wysokości komory wirowej.

Ponadto średnica króćca dopływowego ma wymiar równy lub mniejszy od średnicy otworu odpływowego. Korzystnie dna komór w zespolonym regulatorze usytuowane są na tym samym poziomie. Układ poziomy komór wirowych gwarantuje całkowite samoodwadnianie się urządzenia.

Urządzenie do regulacji przepływu cieczy według wynalazku zawierające zespolone komory wirowe ma 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. Urządzenie do regulacji przepływu cieczy utwoPL 216 055 B1 rzone z kilku cylindrycznych komór wirowych ma zdecydowanie większą przepustowość, w porównaniu do jednokomorowych regulatorów wirowych.

Urządzenie 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 urządzenie utworzone z dwóch komór w widoku z góry zasilanych króćcem o przekroju kołowym, a fig. 1b przedstawia urządzenie utworzone z dwóch komór w widoku z boku, zasilanych króćcem o przekroju prostokątnym, fig. 2 - urządzenie w widoku z góry utworzone z trzech cylindrycznych komór o malejących średnicach, zasilanych dwoma króćcami o różnych średnicach, fig. 3 - urządzenie w widoku z góry utworzone z trzech cylindrycznym komór o malejących średnicach otworów odpływowych, fig. 4 - urządzenie w widoku z boku utworzone z dwóch cylindrycznych komór z króćcem dopływowym o średnicy równej wysokości komór cylindrycznych.

P r z k ł a d I

Urządzenie do regulacji przepływu cieczy zawiera króciec dopływowy 1 oraz dwie zespolone cylindryczne komory wirowe 2 o jednakowych średnicach, każda komora 2 ma w dnie zlokalizowany centralnie otwór odpływowy 3 o średnicach w tych samych wymiarach. Króciec dopływowy 1, jest wspólny dla pary komór wirowych 2 i jest usytuowany stycznie do tworzących ścian obu cylindrów, dzięki czemu nadawany jest cieczy ruch wirowy, który utrzymuje się na całej szerokości komór, aż do otworów odpływowych 3 zlokalizowanych w dnie. Ponadto każda para komór ma ruchomą - uchylną zastawkę 4. Zastawka zamontowana jest na trzpieniu 5 umożliwiającym zmiany jej położenia, czyli pracę pojedynczej komory bądź jednoczesną pracę dwóch komór wirowych.

P r z k ł a d II

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że utworzone jest z trzech cylindrycznych komór wirowych 2 o malejących średnicach wewnętrznych Di, D₃ i D₃, zasilanych dwoma króćcami o różnych średnicach d_k1 i d^. Każda komora 2 ma w dnie zlokalizowany centralnie otwór wylotowy 3 o tych samych wymiarach.

P r z k ł a d III

Urządzenie jak w przykładzie I z tą różnicą, że jest utworzone z trzech cylindrycznych komór 2 o malejących średnicach d₁, d₂, d₃, otworów odpływowych 3.

P r z k ł a d IV

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

Działanie urządzenia polega na tym, że ciecz dopływa do dwóch zespolonych komór działających współprądowo, przez wspólny króciec dopływowy 1, styczny do tworzących ścian cylindrów obu komór 2, dzięki czemu nadawany jest jej ruch wirowy, który utrzymuje się na całej szerokości komór, aż do otworów odpływowych 3 zlokalizowanych w dnie. W miarę wzrostu ciśnienia i prędkości dopływającej cieczy, przepływ ze swobodnym zwierciadłem ulega zamianie na ciśnieniowy i wirowy, a zasadniczy efekt dławiący osiągany jest przez wymuszenie w urządzeniu przepływu wirowego cieczy. Bezciśnieniowy i bezwirowy przepływ cieczy przez zespolony regulator wirowy ograniczony jest przez przepustowość króćca dopływowego i otworów odpływowych. Zastawka 4 pomiędzy komorami, w zależności od położenia, umożliwia pracę pojedynczej komory albo jednoczesną pracę dwóch, w zależności od potrzeb.

Claims (9)

1. Urządzenie do regulacji przepływu cieczy wyposażone w komorę wirową, króciec dopływowy i króciec odpływowy, znamienne tym, że jest wyposażone w co najmniej dwie zespolone cylindryczne komory wirowe (2) i wspólny dla nich króciec dopływowy (1), a każda w dnie ma otwór odpływowy (3), umieszczony centralnie.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wspólny króciec dopływowy (1), zasilający obie zespolone komory (2) jest umieszczony stycznie do tworzących obu komór.

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

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że króciec dopływowy (1) ma przekrój prostokątny.

PL 216 055 B1

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komory wirowe (2), mają różne średnice (Di, D₂ i D3).

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

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że średnica (d_k) króćca dopływowego (1) jest równa lub mniejsza od wysokości komory wirowej (2).

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że średnica (dk) przewodu dopływowego (1) ma wymiar równy lub mniejszy od średnicy otworu odpływowego (d₁, d₂, d₃).

9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każda para komór ma ruchomą zastawkę (4), osadzoną na trzpieniu (5), umieszczoną pomiędzy komorami wirowymi (2).