Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 01.09.1975 78146 Kl.88b,4 MKP F03b5/0O Twórcywynalazku: Zdzislaw Ozimkiewicz, Eugeniusz Zarecki, Janusz Strzelecki, Stanislaw Zajaczkowski Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Chemii Przemyslowej, Warszawa (Polska) Sposób budowy warstwowych urzadzen przeplywowych odwracalnych Przedmiotem wynalazku jest sposób budowy przeplywowych warstwowych urzadzen odwracalnych, które moga znalezc zastosowanie zarówno do pompowania cieczy, sprezania gazów, do napedu urzadzen hydraulicz¬ nych i pneumatycznych, jak równiez do napedów trakcyjnych spalinowych i parowych jako silnik. Obecnie znanymi i stosowanymi powszechnie o podobnym dzialaniu urzadzeniami sa pompy odsrodkowe, osiowe, róz¬ nego rodzaju dmuchawy, zas do napedu urzadzen stosowane sa natomiast turbiny cieczowe i gazowe, takze w bardzo szerokim wachlarzu cech, przeznaczen i konstrukcji. W urzadzeniach tych przejsciowym glównym wykorzystywanym rodzajem energii jest energia kinetyczna cieczy i gazów.Sily tarcia warstwy przysciennej cieczy sa wykorzystywane w urzadzeniach obecnie zasadniczo jedynie do zmniejszania tarcia przesuwajacych sie po sobie elementów róznych mechanizmów i urzadzen, na przyklad w lozyskach slizgowych, prowadnicach itp.Stwierdzono, ze mozna wykorzystac sile tarcia warstwy przysciennej cieczy lub gazów do budowy urzadzen przeplywowych odwracalnych. Tarcie wystepuje na powierzchni roboczych elementów napedzajacych lub napedzanych. Czynnikami, które maja zasadniczy wplyw na prace tego rodzaju urzadzen przeplywowych sa: lepkosc cieczy lub gazu, ich chwilowy ciezar wlasciwy, material, z którego wykonano powierzchnie robocze urzadzenia, stan powierzchni roboczej, oraz opory przeplywu i ruchu czesci pracujacych urzadzenia. Opanowanie obróbki odpornych na scieranie twardych materialów ze znaczna dokladnoscia, na przyklad przez szlifowanie pozwala budowac urzadzenia, w których mozna wykorzystac energie cienkiej warstewki przysciennej cieczy i gazów do róznych celów. Jako przyklad moze to byc pompa warstwowa sluzaca do przesylania cieczy lub sprezania gazów. W wersji odwrotnej odpowiednio zbudowana pompe warstwowa mozna uzyc do napedu urzadzen, wprowadzajac do niej ciecz lub gaz pod zwiekszonym cisnieniem a uzyskujac ruch obrotowy lub postepowy.Pompa do przetlaczania cieczy lub sprezania gazów sklada sie z dwu glównych elementów roboczych, ruchomego i nieruchomego wzgledem siebie, przy czym zawsze jeden element jest gladki a drugi posiada kanaly.Kanaly doplywowe i odplywowe sa umieszczane naprzemian i najczesciej centralnie polaczone z doplywem i odplywem cieczy lub gazu. W przypadku konstrukcji wielostopniowej umieszcza sie kanaly posrednie miedzy- stopniowe wedlug zasady przemiennosci.2 78146 Skonstruowane sposobem wedlug wynalazku urzadzenia przeplywowe, jak pompy warstwowe odwracalne w porównaniu z dotychczas stosowanymi urzadzeniami, to jest pompami i dmuchawami pobierajacymi energie mechaniczna i silnikami jak turbiny cieczowe i gazowe dostarczajacymi energii mechanicznej odznaczaja sie prosta konstrukcja i latwoscia ich wykonywania, na przyklad z tworzyw sztucznych. Cechy te zaleza w duzym stopniu od zastosowania rozwiazan konstrukcyjnych i technologii produkcji.Przy odpowiednim doborze materialów zbedne lub prawie zbedne jest lozyskowanie elementu wirujacego.Liniowa zaleznosc wydajnosci do cisnienia pompy warstwowej pozwala uzyc ja w pewnych przypadkach jako pompy dozujacej. Turbiny gazowe i cieczowe posiadaja maly moment obrotowy przy rozruchu, silniki oparte na pompie warstwowej wlasnosciami zblizone beda do maszyny parowej, która mozna znacznie obciazyc w chwili rozruchu. Dobierajac odpowiednio materialy i sama konstrukcje pomp warstwowych odwracalnych mozna bedzie zmniejszyc jej gabaryty i wage w porównaniu z urzadzeniami dotychczas stosowanymi, a to posiada w pewnych przypadkach duze znaczenie, na przyklad w lotnictwie.Do korzystnych wlasnosci mozna takze zaliczyc moznosc zmiany kierunku pompowania cieczy, przez zmiane tylko kierunków obrotów silnika napedzajacego, lub zmiane kierunku obrotów przez zmiane kierunku przeplywu mediów napedzajacych w zastosowaniu do wytwarzania energii mechanicznej, co jest bardzo cenna wlasnoscia podczas pracy w napedach trakcyjnych. Zmieniajac odleglosc elementu roboczego napedzajacego ruchomego, od elementu roboczego nieruchomego podczas pracy urzadzenia, na przyklad przez zmiane szczeliny roboczej i szczeliny odcinajacej, zmieniac mozna charakterystyke urzadzenia w bardzo szerokim zakresie uzysku¬ jac znaczna zmiane wydajnosci pompowanej cieczy, przy nieznacznych zmianach cisnienia. Podobnie przedsta¬ wiac sie bedzie charakterystyka dzialania pompy warstwowej w zastosowaniu do napedu róznych urzadzen.Odwracalne urzadzenia przeplywowe konstrukcyjnie moga byc powiazane z innymi wspomagajacymi pompami lub turbinami przez umieszczenie ich na wspólnej osi. Oprócz wymienionych zastosowan moga one sluzyc równiez do innych celów, na przyklad do homogenizacji mieszanin, dyspergowania cial stalych z cie¬ czami lub cieczy z gazami itp.Sposób wedlug wynalazku jest przedstawiony w przykladach róznych rozwiazan konstrukcji urzadzen przeplywowych przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pompy warstwowej z wiruja¬ cym gladkim elementem roboczym; fig. 2 — odmiane konstrukcyjna pompy z wirujacym elementem zaopatrzo¬ nym w kanaly; fig. 3 — wielostopniowe spiralne uksztaltowanie kanalów pompy; fig. 4 — wielostopniowe wielo- powierzchniowe rozmieszczenie naprzemian elementów z kanalami i elementów gladkich; zas fig. 5 — schemat \_ rozwiazania konstrukcyjnego napedzanego elementem liniowym lub czesciowo liniowym.Dzialanie odwracalnego urzadzenia przeplywowego jest omówione na przykladzie pompy wedlug fig. 1, sluzacej do przetlaczania cieczy jaka jest olej o lepkosci równej 100 cP (w 50°C).Dostarczany olej do pompy przewodem zasilajacym rozprowadzany jest do poszczególnych licznych kanalów doplywowych 1 umieszczonych na nieruchomym elemencie roboczym 6. Na skutek tarcia o powierzch¬ nie ruchoma elementu napedzajacego 5, drobiny cieczy w szczelinie roboczej 2 nieruchomego elementu 6 ' nabieraja szybkosci, z tym, ze najszybciej poruszaja sie drobiny bedace przy gladkiej powierzchni ruchomej elementu 5. Rozklad szybkosci drobin cieczy w przekroju szczeliny roboczej 2 jest zalezny od takich czynników jak lepkosc substancji przetlaczanej, chwilowego jej ciezaru wlasciwego oraz rodzaju materialu, z którego wykonane sa powierzchnie robocze pompy. Nastepnie ciecz ze szczeliny roboczej przeplywa do kanalu odplywowego 3, gdzie nastepuje zmniejszenie jej szybkosci i wzrost cisnienia. Szczelina odcinajaca 4 stanowi przeszkode, która zatrzymuje przewazajaca czesc cieczy doplywajacej przez szczeline robocza 2, gdyz jest nizsza od szczeliny odcinajacej. Czesc cieczy z kanalu odplywowego przeplywa przez szczeline odcinajaca do nastep¬ nego kanalu doplywowego i w cyklu pracy pompy jest stracona. Nalezy dazyc w pracy pompy do minimalnej wysokosci szczeliny odcinajacej, która jest tu zlem koniecznym, jednoczesnie jej wysokosc i szerokosc ma zasadniczy wplyw na straty energii napedu pompy.Przy szybkosci liniowej gladkiego elementu napedzajacego 5 wynoszacej 12m/sek oraz przy wysokosci szczeliny roboczej równej 0,05-0,2 mm uzyskano sprez oleju 0,3-1,7 atm, a wydajnosc odpowiednio 1000-0 1/godz - zmieniajacej sie praktycznie liniowo. Powierzchnia robocza gladkiego elementu napedzajacego wyko¬ nanego ze stali szlifowanej wynosila 75 cm2. Ta sama pompa uzyta do pompowania powietrza przy identycznej szybkosci liniowej dawala sprez od 1-10 mm slupa H20 i przy zachowaniu podobnej wydajnosci, do wydajnosci cieczy. W przypadku sprezania gazów praca pompy jest identyczna, a w wariancie uzycia pompy jako silnika cieczowego lub gazowego, sytuacja takze sie nie zmienia, jedynie nastepuje zmiana cisnien, które w tym • przypadku jest wyzsze w kanale doplywowym a nizsze w kanale odplywowym.W przypadku rozwiazania konstrukcyjnego pompy warstwowej zwirujacym wewnetrznym elementem z kanalami lub zaopatrujac zewnetrzny gladki wirujacy element w odpowiednie skrzydelka jak przy pompie odsrodkowej, mozna uzyskac sumaryczny wynik cisnienia jak dla dwu pomp, itp., wlasnosci inne. Podobne efekty mieszane mozna uzyskac przy rozwiazywaniu konstrukcyjnym pompy warstwowej w zastosowaniu do napedu mechanicznego urzadzen.78 146 3 PL