PL69511B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 19.Y.1969 Szwajcaria Opublikowano: 10.IV.1974 69511 KI. 12e,4/01 MKP BOlf 13/02 Twórca wynalazku i Wlasciciel patentu: Joseph Richard Kaelin, Buochs (Szwajcaria) Urzadzenie do napowietrzania cieczy z wirnikiem o pionowej osi i Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie z wir¬ nikiem o pionowej osi do napowietrzania cieczy, w szczególnosci scieków w osadnikach, z oplywowa piasta rozszerzajaca sie od dolnej strony ssawnej do górnej wyrzucajacej, z co najmniej jednym wiencem lopatkowym.Znane wirnikowe urzadzenia napowietrzajace mozna podzielic na dwie grupy, a mianowicie na tak zwane otwarte i zamkniete. Wirnikowe, otwarte urzadzenia napowietrzajace mozna przyrównac do lopatkowego wirnika mieszalnika, a zamkniete do wirnika pompy odsrodkowej z zasysaniem poosio¬ wym. Sprawnosc urzadzenia napowietrzajacego charakteryzuje sie jednostkowa wydajnoscia na¬ powietrzania, która okresla ilosc powietrza wpro¬ wadzanego do cieczy przypadajaca na jednostke mocy mechanicznej zapotrzebowywanej przez na¬ ped wirnika urzadzenia.Najwieksze dotad wartosci jednostkowej wydaj¬ nosci napowietrzania osiagano w. zamknietych urzadzeniach wirnikowych. Urzadzenia te jednak posiadaja pewne wady. Ich wyprodukowanie wy¬ maga przede wszystkim wiekszej ilosci materialów, a w czasie ich pracy konieczne jest dokladne wy¬ regulowanie ich predkosci obrotowej odpowiednio do rodzaju przewietrzanej cieczy. Prócz tego, wir¬ nik zamkniety podlega latwo zatkaniu przez stale, zwlaszcza wlókniste zawiesiny w przewietrzanej cieczy. 10 20 25 30 Z tych wzgledów, wirnikowe urzadzenia zam¬ kniete nie mogly dotad wyprzec urzadzen otwar¬ tych, których wprawdzie najwieksza wada jest stosunkowo mala jednostkowa wydaijnosc napo¬ wietrzania, ale nie sa one niemal wcale narazone na zatkanie.Ze znanych rozwiazan urzadzen z wirnikami otwartymi wymienic nalezy urzadzenia typu „Vor- tair", których zasadnicza czesc stanowi plaski, okragly wirnik tarczowy, który po jednej stronie ma zamocowany wal napedowy, a po drugiej, od strony cieczy ma wieniec z lopatkami. Wirniki tych urzadzen maja lopatki proste ustawione pro¬ mieniowo, lub pod pewnym katem do promieni badz tez maja lopatki lekko zakrzywione, a po¬ wierzchnie ich sa ustawione ukosnie do po¬ wierzchni tarczy wirnika. Wirniki typu „Vortair" wykazuja zdecydowanie dzialanie powierzchniowe, poniewaz sa one w stanie zasysac ciecz tylko w bardzo ograniczonym zakresie. Powoduja one praktycznie tylko falowanie powierzchni cieczy i stosownie do tego ograniczona jest wartosc jed¬ nostkowej wydajnosci napowietrzania.Aby w pewnym stopniu zapobiec tej wadzie, pojawily sie urzadzenia tak zwane „Simcar", które, w przeciwienstwie do urzadzen typu „Yortair" maja piasty stozkowe rozszerzajace sie ku górze, na których zewnetrznej obudowie zamocowany jest wieniec lopatkowy. Lopatki sa tu znacznie dluzsze niz lopaltki wirnika „Yortair", przy czym roz- 69 5113 69 511 4 ciagaja sie one az w bezposrednie poblize osi obrotu wirnika, a z drugiej strony czesto wystaja poza obreb podstawowej powierzchni stozkowej piasty, przy czym przebiegaja w przyblizeniu wzdluz linii tworzacych stozka. W ten sposób urzadzenie typiu „Simear" dziala raczej jak wirnik pompy odsrodkowej, która ma mala wysokosc tlo¬ czenia ale duza wydajnosc. Jego jednostkowa wy¬ dajnosc napowietrzania jest znacznie wieksza niz urzadzen typu „Yortair", a przy tym uzyskuje sie pewne dzialanie wglebne, aczkolwiek zarówno pod wzgledem jednostkowej wydajnosci napowietrza¬ nia, a zwlaszcza dzialania wglebnego trudno je porównac z wirnikowymi urzadzeniami zamknie¬ tymi.Celem wynalazku jest urzadzenie napowietrza¬ jace opisanelgo na wstepie rodzaju, którelgo dane charakterystyczne odpowiadalyby co najmniej da¬ nym wirnikowych urzadzen zamknietych, a które pod wzgledem mozliwosci zatykania sie byloby porównywalne z urzadzeniami otwartymi.Dla osiagniecia tego celu urzadzenie wedlug wy¬ nalazku musi miec taka konstrukcje, aby tloczona przez wirnik ciecz pozostawala w tym czasie w kontakcie z powietrzem atmosferycznym w moz¬ liwie jak najbardziej intensywny sposób i na jak najwiekszej powierzchni a drogi przeplywu byly utworzone z uwzglednieniem duzej wydajnosci urzadzenia^ przy jednoczesnym ograniczeniu do minimum miejsc osadzania stalych czastek wlók¬ nistych, jakie sprzyjalyby zatykaniu sie urzadzenia podczas pracy.Cel ten zostal osiagniety dzieki temu, ze wir¬ nikowe urzadzenie napowietrzajace ma lopatki, które maja w przekroju ksztalt teownika przymo¬ cowanego do piasty wirnika wolna krawedzia srod¬ nika.Korzystne jest, by stopka teownika rozszerzala sie w kierunku peryferyjnej strony tlocznej.Korzystne jest tez uksztaltowanie obrzeza wloto¬ wego lopatek wirnika jako przedluzenia srodnika teownika od strony ssawnej, przy czym teownik ten zmniejsza stopniowo w kierunku osiowym swa wysokosc az przechodzi stycznie w po¬ wierzchnie piasty wirnika. iW razie gdy urzadzenie ma lopatki wylacznie po zewnetrznej stronie, korpus wirnika moze byc wy¬ konany w postaci zamknietej, pustej w srodku piasty, a wiec moze sluzyc za plywak, na który w czasie pracy dziala sila napedzajaca, jaka kom¬ pensuje przynajmniej czesc dzialajacych w dól sil, a wiec zmniejsza znacznie obciazenie lozysk calego urzadzenia.Szczególnie korzystne jest, aby obie wystajace poza srodnik teownika pólki stopki byly nierów¬ nej szerokosci, przy czym zaglebienie w wirniku pod szersza pólka stopki moze miec wiekszy pro¬ mien zaokraglenia niz zaglebienie po drogiej stro¬ nie srodnika.Stopka teownika lopatek moze byc takze zamo¬ cowana do srodnika pod katem róznym od 90°, tak ze caly zespól lopatek stwarza tak zwany luskowaty wyglad.Wynalazek jest wyjasniony w dalszym ciagu do¬ kladniej na przykladach jego wykonania przed¬ stawionych na rysunkach, na których: fig. 1 — przedstawia cale wirnikowe urzadzenie napo¬ wietrzajace, czesciowo w przekroju osiowym, a czesciowo w widoku z boku, fig. 2 — urzadze- 5 nie napowietrzajace z fig. 1 w widoku od strony ssawnej, fig. 3 i 4 — przekroje osiowe urzadze¬ nia z fig. 1 w odmianie wykonania, a fig. 5 do 7 — schematycznie zaznaczone czesciowe widoki lopatek o róznych ksztaltach i róznych lopatkach io w widoku od peryferyjnej strony tlocznej.Pokazane na fig. 1 i 2 napowietrzajace wirni¬ kowe urzadzenie 1 ma piaste 2 o rozszerzajacej sie od ssawnej dolnej strony 3 do górnej, pery¬ feryjnej strony 4 tlocznej kierujacej scianki 5, do 15 której przymocowany jest lopatkowy wieniec 6.Piasta 2 wirnika wykonana jest z nosnej rury 8 wspólsrodkowej z osia 7 obrotu. Bura 8 wyposa¬ zona jest na górnym koncu w pierscien 9 mocujacy ja do niepokazanego walu napedowego. Dolny ko- 20 niec rury 8 zamyka glówka 9 majaca w przy¬ blizeniu ksztalt stozka, przy czym glówka ta swoja krawedzia 12 obejmuje rure 8. Do zewnetrznej po¬ wierzchni glówki 9 przymocowana jest kierujaca scianka 5, o ksztalcie rozwierajacej sie ku górze 25 stozkowej bryly obrotowej z tworzaca wklesla do wewnatrz.W górnym odcinku rury 8 przewidziano na jej zewnetrznej powierzchni wystajacy pierscien 10 mocujacy w ksztalcie scietego stozka, który sluzy 30 do mocowania górnej,, zamykajacej scianki 11 piasty wirnika, jaka rozciaga sie az do obwodu kierujacej scianki 5, gdzie obie scianki sa ze soba polaczone. iW ten sposób kierujaca scianka 5 stanowi z za- 35 mykajaca scianka 11 pusty w srodlku, korp.us pia¬ sty, który ma w danym przypadku wypelnienie 13, np. z piankowatego tworzywa sztucznego, sta¬ nowiac praktycznie niezatapialny plywak.Kierujaca scianka 5 oraz zamykajaca scianka 40 11 moga byc bez wiekszych trudnosci wykonane z ciagnionej blachy, np. aluminiowej., tworzac z metalowa rura 8 piaste 2 wirnika. Korzystne jest jednak wykonanie kierujacej scianki 5 i zamyka¬ jacej scianki 11 z tworzywa sztucznego. Szczególnie 45 odpowiednia do tego celu okazala sie zywica polie¬ strowa zbrojona wlóknem szklanym. Jako wypelnie¬ nie 13 nadaje sie w szczególnosci spieniony w go¬ towej piascie polimer lub kopolimer styren lub inne tworzywo sztuczne na bazie poliuretanowej. 50 Lopatkowy wieniec 6 sklada sie z pojedynczych lopatek 14 w liczbie dwanascie (fig. 2), które usta¬ wione sa w przyblizeniu wzdluz promieni od ssawnej strony 3 do peryferyjnej tlocznej strony 4. iLopatki 14 maja w przekroju ksztalt teownika, 55 którego stopka przymocowana jest do krawedzi wzdluznej, zewnetrznej w stosunku do kierujacej scianki 5 srodnika 16, stanowiacego czesc lopatki 14. Szerokosc stopki 15 zmniejsza sie, od tlocznej strony 4 od wartosci maksymalnej coraz bardziej 60 w miare zblizania sie do osi obrotu, by zaniknac calkowicie na mniej wiecej dwóch trzech dlugosci lopatki 14. Inaczej mówiac, lopatka 14, widziana tym razem od ssawnej strony 3, zaczyna sie naj¬ pierw poszerzajacym sie przedluzeniem 17 srodnika 65 16, z którego to przedluzenia 17 rozwija sie w mia-69 511 re oddalania od osi 7 coraz bardziej uwydatniajacy sie przekrój teownikowy.Calosc stopki 15 stanowi wiec rodzaj zewnetrznej scianki kierujacej, podobnie do scianek wystepu¬ jacych zwykle w wirnikach pomp wirowych, jed¬ nakie ta zewnetrzna scianka kierownicza ma przerwy wzdluz poszczególnych srodników 16 to jest lopatki 14 sa na calej dlugosci zaoparzone w naciecia 18.Wysokosc przedluzenia 17 srednika 16 wzrasta patrzac od strony ssawnej od zera do wartosci maksymalnej w miejscu,, gdzie zaczyna sie wy- ksztaltowywac stopka 15, po czym wysokosc srod¬ nika 16 znów maleje.Opisane urzadzenie jest w swoim dzialaniu bar¬ dzo zblizone do wirnika pompy, to znaczy wywiera wyrazne dzialanie pompujace zapewniajac w ten sposób wydajnosc napowietrzania Wieksza niz tra¬ dycyjne wirnikowe urzadzenia napowietrzajace otwarte. Jednoczesnie brak jest jakichkolwiek przegród, jakie ustawione poprzecznie do kierunku przeplywu cieczy moglyby tworzyc miejsca, gdzie osadzajace sie zawiesiny tworzylyby zalazki po¬ wodujace zatykanie sie kanalów, poniewaz stale czastki wlókniste tworzace zawiesine od strony ssawnej porywane za kazdym razeni przez prze¬ plyw cieczy wzdluz zanikajacych krawedzi lopatek beda z nich zrzucane, zanim moglyby sie odlozyc w miejscach zagrozonych zatykaniem.Jasne jest ponadto* ze ciecz dostarczana w czasie pracy urzadzenia wzdluz lopatek 14 pozostaje dzieki nacieciom 18 zawsze w bezposrednim kon¬ takcie z powietrzem atmosferycznym, przez co za¬ pewnia sie dobre jej napowietrzenie. Nalezy rozu¬ miec, ze przedstawione urzadzenie napowietrza¬ jace moze byc w zasadzie najpedzane w obu kie¬ runkach obrotów. Jesli przedstawione na fig. 1 urzadzenie napedzane jest w kierunku strzalki zaznaczonej na fig. 2, to jeg!o wydajnosc pompowa¬ nia jest nieco mniejsza, poniewaz lopatki sa troche zakrzywione w kierunku podluznym. Poniewaz jednak wstepne, patrzac w kierunku obrotów, kra¬ wedzie podluzne stopki 15 wystaja poza srodnik 16 mniej niz przeciwlegla krawedz drugiej pólki przekroju teowniikowego (fig. li) róznica w wydaj¬ nosci pompowania przy obu kierunkach obrotów wirnika, mimo ze daje sie zauwazyc, nie ma istot¬ nego znaczenia.W odmianie wykonania urzadzenia napowietrza¬ jacego wedlug wynalazku, przedstawionej na fig. 3, ma kierujaca scianke 5 i nosna rure 8 ze sklado¬ wymi czesciami 9, 10 i 12 jak tez scianke 11 górnej pokrywy. Istotna róznica w stosunku do wykona¬ nia pokazanego na fig. 1 polega na tym, ze wypelnienie 13 ze spienionego tworzywa sztucz¬ nego nie zajmuje calej pustej przestrzeni piasty, utworzonej przez scianke 5 kierownicza i scianke 11 pokrywy. Wypelnienie 13 zajmuje tylko dolna czesc tej pustej przestrzeni. W sciance 11 pokrywy wykonane sa w równych odstepach katowych, otwory 19, a w kierujacej sciance 5 odpowiadajace im otwory 20. Otwory 19 i 20 stanowia lacznie dodatkowy przelot dla powietrza, przez które za¬ sysane jest w kierunku strzalki L powietrze po¬ rywane przez ciecz dostarczana przez lopatki 14.Podobnie uksztaltowana jest odmiana wykonania urzadzenia wedlug wynalazku przedstawiona na fig. 4. Róznica w stosunku do rozwiazania poka¬ zanego na fig. 3 pojlelga na tym, ze nie wystepuje 5 tu. scianka 11 pokrywy. Wyjpelnienie 13 zakryte jest jedynie tarcza 21 w postaci pierscienia, która nie tylko oslania szczelnie wypelnienie 13 przed wplywami zewnetrznymi, ale tez centruje scianke 5 kierujaca w stosunku do nury 8 i napreza ja io mechanicznie, jako ze tarcza 21 polaczona jest sztywno^ np. przez sklejenie, wzdluz zewnetrznego i wewnetrznego obwodu z rura 8 i z kierownicza scianka 5. Na fig. 4 pokazane sa przewidziane znów w sciance 5 kierujacej otwory 20, które sluza do 15 doprowadzenia dodatkowego powietrza.Na fig. 5 do 7 przedstawiono inne ksztalty lo¬ patek.Lopatka przedstawiona na fig. 5 ma stopke 15 o przekroju teownikowym osadzona w pewnym 20 stopniu asymetrycznie na srodniku 16. Po tej stro¬ nie srodnika 16, po której odcinek 15 stopki wy¬ staje dalej poza srodnik 16, przejscie jego w scian¬ ke 5 kierujaca wykazuje wyrazny promien r^ za¬ krzywienia, który jak sie okazalo ma zdecydowa- 25 nie korzystny wplyw przy pracy wirnika urzadze¬ nia w kierunku strzalki jak na fig. 5 na charak¬ terystyke pompowania i napowietrzania calego urzadzenia.Przedstawiony na fig. 6 ksztalt lopatki stanowi 30 inny przyklad ksztaltu z fig. 5, z tym, ze stopka 15 wychylona jest z polozenia prostopadlego do srod¬ nika 16 o kat 23 nastawienia, przy czym sani srod¬ nik 16 ma po jego jednej stronie wyksztaltowany lukowaty przekrój o promieniu r2 zakrzywienia, 35 tak ze powstaje bezstopniowe przejscie od kie¬ rowniczej scianki 5 do przeciwnej tej sciance strony srodnika 16.Na fig. 7 pokazany jest wycinek peryferyjnej strony tlocznej urzadzenia wirnikowelgo, który ma 40 lopatki zarówno od strony wewnetrznej jak i zew¬ netrznej. W urzadzeniu w takim wykonaniu kie¬ rownicza scianka 5 wykonana jest w postaci pu¬ stego stozka scietego, którego powierzchnie, wew¬ netrzna i zewnetrzna maja lopatki. Ten sposób 45 wykonania stawia pewne techniczne wymagania, szczególnie odnosnie sprzezenia napedu. Z drugiej strony mozna w takim wykonaniu znacznie zwiek¬ szyc wydajnosc pompowania dzieki podwójnemu ulopatkowaniu, lub tez przy danej wydajnosci na- 50 powietrzania zmniejszyc calosc urzadzenia.Na fig. 7 mozna rozpoznac czesc kierujacej scian¬ ki 5, która w tym przypadku tworzy powierzchnie scietego stozka otwartego ku dolowi. Na zew¬ netrznej powierzchni tego stozka znajduje sie wie- 55 niec z lopatkami 14, ukszialtowanyimi podobnie jak na fig. 6. Na wewnetrznej powierzchni stozka prze¬ widziano znów wieniec z lopatkami 24, które prze¬ biegaja od strony tlocznej wzdluz wewnetrznej jego powierzchni az mniej wiecej do dolnych 60 otworów scietego stozka kierujacej scianki 5.Loipatki 24 maja przekrój podobny do przekroju lopatek 14 pokazany na fig. 6 i 7, a mianowicie w postaci teownika ze srodnikiem 26 i stopka 25 za¬ mocowana asymetrycznie i pod katem róznym od 65 90° do srodnika.Górne krawedzie stopki 25 moga byc polaczone ze soba pierscieniem (nie pokazanym na rysunku), na którym zamocowana jest gwiazda wsporeza (równiez nie pokazana) z przytwierdzanym do niej walem napedowym. PL PL PL

Claims (9)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie napowietrzajace z wirnikiem o pio¬ nowej osi do napowietrzania cieczy, w szczegól¬ nosci scieków w osadnikach z oplywowa piasta rozszerzajaca sie od dolnej strony ssawnej do gór¬ nej wyrzucajacej, z co najmniej jednym wiencem lopatkowym, znamienne tym, ze ma lopatki (14) w przekroju o ksztalcie teownika przymocowanego do piasty (2) wirnika wolna krawedzia srod- nika (16)

2. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze lopatki (14) maja asymetryczny przekrój w ksztalcie teownika o jednym odcinku stopki (15) szerszym od drugiej.

3. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze lopatki (14) sa wygiete na swej dlugosci, przy czym szerszy odcinek stopki (15) za¬ krywa wklesla strone srodnika (16).

4. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze lopatki '(14) maja na swej dlu¬ gosci zmienny przekrój teownika o szerokosci stopki (15) zwiekszajacej sie od zera w sposób ciagly w kierunku strony wyrzucajacej ciecz.

5. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze srodnik lopatki (14) o ksztalcie teownika ma zmienna wysokosc, która poczatkowo )511 8 wzrasta od strony ssawnej od zera do wartosci maksymalnej w miejscu gdzie stopka teownika ma najwieksza szerokosc.

6. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 1, 5 znamienne tym, ze piasta wirnika stanowi bryle obrotowa, której tworzaca jest elipsa o dluzszej osi w plaszczyznie prostopadlej do osi obrotu calego urzadzenia.

7. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 1, io znamienne tym, ze piasta wirnika wykonana jest w 'postaci plywaka.

8. Odmiana urzadzenia napowietrzajacego wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze piasta wirnika wyko¬ nana jest w postaci pustej obudowy w iksztalcie 15 scietego stozka obrotowego, której wewnetrzne i zewnetrzne powierzchnie maja zamocowane wience z lopatkami (14, 24). 9. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze stopka (15) przekroju teowni- 20 kowego zamocowana jest pod katem róznym od 90° nastawienia do srodnika (16), przy czym wolna krawedz szerszej pólki stopki teownika oddalona jest od piasty wirnika o wieksza odleglosc niz wolna krawedz wezszej pólki. 25 IO. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze polaczenie srodnika (16) z piasta po wkleslej stronie lopatki ma wiekszy promien zakrzywienia niz 'polaczenie srodnika z piasta po wypuklej stronie lopatki. 30 u. Urzadzenie napowietrzajace wedlug zastrz.

9. znamienne tym, ze srodnik (16) ma po stronie przy- porzadlkowej szerszemu odcinkowi stopki (15) teow¬ nika lukowaty przekrój. •KI. 12c,4/01 (;i)5u MKF BOlf 13/02 Fig 2KI. 12e,4/01 69 511 MKP BOlf 13/02 r_*g Fig. 5 Fig.6 \ ¦ ^\ —16 , s 15 — ... ""^^^ C c=^L- r2-3F 13 24 _3e^ --76 5 74 ^75 Z7/^ 7 Ona 10 /.I U /.(i. 1«'/M . 1 IM ci;/. PL PL PL