SE461444B - Impellerapparat foer omroerning av vaetska under dispergering av gas daeri - Google Patents

Description

15 25 30 35 461 444- " det då hända, att dessa gaser avgår från vätskan och bildar gas- utrymmen bakom bladen för att så småningom avgå från vätskan baksida kan för övrigt bli så lågt att vätskan förångas, och den bildade i form av större gasbubblor. Trycket på bladens ångan bildar nämnda gasutrymmen så att de gasfyllda utrymmena i praktiken drastiskt reducerar turbinens drivníngseffekt.

Ett ändamål med uppfinnhgen är därför att anvisa en blad- form för en turbin eller impeller av den antydda arten, sådan att impellerns drivningseffekt icke faller på grund av uppkomst av sådana gasutrymmen på bladens baksida under drift av appara- ten, speciellt i anknytning till dispergering av gas i vätskan.

KARAKTÄRISERING AV UPPFINNINGEN Ovannämnda ändamål uppnås genom att apparaten enligt upp- finningen uppvisar de i bifogade patentkrav angivna särdragen.

Apparaten utmärkes sålunda av att bladens baksida är strömlinje- formad. Såsom ovan nämnts omröres vätskan av en kombination av höga och låga hydrostatíska tryck inuti vätskan. Det är analogt med situationen runt flygplansvingar och andra aero- och hydro- foils. Genom att enligt uppfinningen utfylla det lågtrycksområ- de, som kan fyllas med gas bakom konventionella blad med flat baksida, medelst konstruktionsmateríal, elimineras dessa låg- trycksregioner, och står sålunda dessa regioner icke längre till förfogande för bildningen av större gaskaviteter. Genom uppfinningen är sålundabaksidan av varje blad fysiskt ström- linjeformad, och i fallet med dispergeríng av gas i vätskan innebär detta att kvoten mellan turbinens starteffekt och drífteffekt är väsentligen oberoende av kvoten Q/NDS, vari Q betecknar gasflödet, N betecknar turbínens varvtal, och D be- tecknar turbindiametern, i det normaltutnyttjade kvotinter- vallet.

I blandningsapparater av den ifrågavarande typen kan bladen utformas av raka element, vilkas effektiva raka främre yta är anordnad så att bladen är orienterade i ett intervall, som avgränsas av att bladets effektiva främre yta är bakâtsvept i rotationsriktningen 450 från radíell riktning respektive att 10 30 35 40 461 444 bladens effektiva främre yta sträcker sig radiellt. Eftersom impellerbladen eller turbinbladcn är anordnade att framkalla ett väsentligen rent radiellt flöde, kan de uppvisa en främre yta, som är symmetrisk relativt bladens rotationsplan. Sålunda kan bladen ha en flat främre yta, eller kan bladens främre yta ha en konkav form. För att bladens baksida skall kunna anses vara strömlinjeformad, bör bladets baksida uppvisa en skarp kant, som definierar den del av bladets baksida som ligger längst från dess framsida. Bladets baksida kan allmänt anses ha ett tvärsnitt i form av en likhent triangel, vars baskanter definierar kantlinjerna för bladets främre yta. De "triangelben", som sammanlöper till nämnda kant, kan eventuellt vara raka, men är företrädesvis symmetriskt krökta, varvid deras konkava sidor vettcr mot varandra.Bladen kan vara bildade av sektorer av raka, cirkulära eller koniska rör, vilka sektorer är bockade utmed en central linje för att bibringas den nämnda skarpa kanten.

Enligt uppfinningen är det sålunda icke tillräckligt att bilda bladets baksida av en sektor av ett cirkulärcylindriskt rör utan att symmetriskt bocka denna sektor.

Bladen enligt uppfinningen kan ha formen av en allmänt V-for- mad plátprofíl, vars konkava sida eventuellt kan vara fylld eller sluten medelst konstruktionsmaterial. Företrädesvis är bladen utformade med en främre yta, vars längsta dimension, dvs. längd- dimension, sträcker sig radiellt, och vars breddimension är konstant eller avtar i riktning radiellt utåt.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas i form av icke begränsande exempel med hänvisning till bifogade ritning.

RITNING Figur 1 visar schematiskt en omrörningsapparat för disper- gering av gas i en vätska. Figur 2 visar en vy tagen längs linje II-II i figur 1. Figur 3 visar en sektion genom en första ut- föringsform av ett blad för apparatens impeller, tagen längs linje A-A i figur 2. Figur 4 visar en sektion motsvarande figur 3 genom ett annat blad enligt uppfinningen. Figur S visar en vy tagen längs linje C-C i figur 2 över ett blad enligt figur 3 eller 4. Figur 6 visar en vy över en alternativ bladform enligt upp- fínningen. Figur 7 visar en vy tagen längs linje B-B i figur 6, 10 15 30 40 461 444 och visar en första tvärsnittsform av ett sådant blad. Figur 8 visar en andra tvärsnittsform, tagen längs line B-B i figur 6 över en andra bladtvärsnittsform. Figur 9 visar en vv j tagen längs line B-B i figur 6 över en tredje bladtvärsnittsform.

Figur 10 visar strömningsförhállandena runt ett konventionellt impellerblad. Figur 11 visar strömningsförhàllandena runt ett impellerblad enligt uppfinningen, motsvarande figur 3. Figur 12 illustrerar schematiskt ett blad enligt uppfinningen med plan främre yta och homogent tvärsnitt. Figur 13 visar en graf som illustrerar effektvariationen för impellerdrivningen i beroen- de av tillförd gasmängd, impellervarvtal och -diameter vid dis- pergeríng av gas i vätska medelst en apparat enligt uppfinningen och en apparat enligt känd teknik.

QTFORINGSEXEMPEL Figur 1 visar schematiskt ett cylindrlskt öppet kärl 1, vars vägg är förseddnmd vertikala skenor 2 för att förhindra en rotation av vätskan i kärlct. I kärlets hottenområde finns ett ringformigt munstycke 3 medelst vilket en cylindrísk gas- bubbelridå inledes i vätskan. En vertikal axel 4 är centrerad mot munstycksringen 3 och är monterad för rotation medelst ett drivningsaggregat S. Axelns 4 undre ände uppbär över munstycket 5 en cirkulär skiva 61 koaxiellt monterad. Vid sitt randområde uppvisar skivan 61 blad 62 enligt uppfinningen. Figurerna 2 och 5 illustrerar en första bladtyp enligt uppfinningen med väsent- ligen konstant höjd utmed sin radiella utbredning. Figur 3 visar en första tvärsnittsform för detta blad, varav framgår att bladet 621 består av ett segment av ett cirkulärcylindriskt rör med radien R, vilket segment är taget utmed rörgeneratriser och är bockat utmed en centralt liggande generatris till bild- ning av en rygg 63. Bladet är företrädesvis vid ena änden slitsat utmed ryggen 63 för att på i sig konventionellt sätt enkelt kunna monteras på skivan 61. Bladet 621 har en bredd b som är större än hälften av dess höjd h. Bladets 621 konvexa yta bil- dar bladets bakre yta, och bladets konkava yta är dess främre yta.

Bladet 621 är monterat på skivan 61 så att ryggen 63 sträcker sig radiellt eller med en bakâtsvepning av högst 450. Genom att bladet 621 har en skarpt markerad rygg 63, uppkommer inga notabla gasutrymmen bakom bladet under drift. Genom att det all- v! 10 15 30 40 461 44-4 mänt V-formade bladet är bildat utgående från ett rörformigt ämne, får dess baksida en särskilt gynnsam strömlinjeform.

Figur 4 visar ett alternativt bladtvärsnitt för den bladform som framgår av figurerna 2 och 5. Bladet 622 enligt figur 4 är bildat av ett plant trapetsformigt plåtämne, som bockats utmed en symmetrilinje så att en skarp rak rygg 63 uppkommer.

Liksom i utförandet enligt figur 3 säkerställer ryggen 63 och det förhållandet att b är större än h/2, att bladet får en ändamålsenlig strömlinjeform, så att nâgra gasutrymmen ej bildas bakom bladet under drift. Toppvinkeln u i figur 3 är sålunda mindre än 1800, och toppvinkeln u' i figur 4 är mindre än 600.

Vid impcllerapparatcr av den ifrågavarande radialflödes- typen kan det vara ändamålsenligt att låta bladens höjd avta i riktning radiellt utåt. Figur 6 illustrerar schematiskt en sådan bladtyp. Därvid kan bladet 623 enligt figur 8 vara bildat av en sektor av ett cirkulärcylindriskt rörämne, varvid sektorn är bildad genom att röret kapats utmed ett plan som bildar en vinkel med ämnets axel, varefter den sålunda framställda sektorn är bockad utmed en central generatris till bildning av en skarp rygg 63 så att bladets 623 tvärsnittskonfiguration motsvarar den för bladet 621 i figur 3. Alternativt kan bladet bildas av ett koniskt rörämne med cirkulärt tvärsnitt, varvid ett segment av det koniska röret utskäres exempelvis längs två generatriser, varefter det allmänt trapetsformíga segmentet bockas längs en central generatris, som utgör en symmetrilinje för segmentet, till bildning av en skarp rygg 63 på bladet 624 enligt figur 7. Tvärsnittskonfigura- tionen för bladet enligt figur 7 motsvarar den enligt figur 3.

Bladutförandet enligt figurerna 6 och 9 är bildat genom att ett trapetsformigt plant plåtämne bockas utmed en symmetrílinje till bildning av en skarp rygg 63, varvid tvärsnittskonfigurationen för bladet 625 enligt figur 9 motsvarar den enligt figur 4.

I utförandena enligt figurerna 7, 8 och 9 ligger bladens långkanter i ett plan, som i bladets monterade tillstånd är parallellt med ímpellerns axelriktning. Även bladen enligt figu- _ rerna 4, 7, 8 och 9 är företrädesvis slitsade vid ena änden längs ryggen 63 för att enkelt kunna monteras vid skivans 61 rand. Bladen enligt figurerna 5, 4, 7, 8 och 9 kan användas i den visade formen, eftersom de är symmetriska relativt ett plan 10 15 30 40 461 444 genom ryggen 63 så att, då bladen är monterade för att alstra ett rent radialflöde, bladens båda lângkanter ligger i ett plan som är parallellt med impellerns axel. I de bladutföranden som framgår av figurerna 3, 4, 7, 8, 9, dvs. blad med konkav fram- sida, bildas ett högtrycksområde pà bladens framsida så att strömningsbilden i tvärsnitt genom bladens längdriktning är väsentligen densamma som om bladens konkava framsida vore ut- fylld av konstruktionsmaterial.

I utförandena enligt figurerna 7, 8 och 9 definierar riktningen för ryggen 63 bladcts effektiva riktning relativt en radie i bladets monterade tillstànd. Skulle emellertid bladen enligt figurerna 7, S och 9 vara utfyllda med konstruktionsmateríal på sin framsida till bildning av en flat främre yta som ligger i planet genom bladens långkanter, skulle denna yta definiera bladens effektiva riktning relativt radien i monterat tillstànd.

Figur 10 illustrerar schematiskt ett tvärsnitt genom ett konventionellt impellerblad för en apparat av den typ som illustre- ras i figurerna 1 och 2, under drift för dispergering av en gas i en vätska. Man kan se att en större gaskavitet utvecklas på bladets baksida. De uppfinningsenliga bladen eliminerar upp- komsten av sådana gaskaviteter genom att de bibringats en baksida som väsentligen har samma form som gaskaviteten bakom ett blad med flat bakre yta.

Figur ll illustrerar flödesmönstret i ett tvärsnitt genom ett blad enligt uppfinningen, exempelvis ett blad enligt figurerna 3,7 eller 8, och figur 12 visar strömningsbilden i ett tvärsnitt genom ett motsvarande blad vars främre konkava sida är utfylld med konstruktionsmaterial.

Figur 13 visar effektbehovet såsom en funktion av gasflödet för en konventionell radíalflödesturbin och den uppfinningsenliga radialflödesturbinen RGT, såsom drivna för dispergering av gas i en vätska i en apparat allmänt enligt figurerna I och 2. På figuren 13 indikerar P/PO drivningseffekten/starteffekten och Q/ND° kvoten mellan gasflödet och produkten av turbinvarvtalet och turbindiametern i kubík. Av figuren 13 framgår att drivnings- effekten drastiskt faller med stigande gasflöde för en kon- ventionell radialflödesturbin, vars blad har flat baksida, och att drivningseffekten för en radialflödestbågšb/med uppfinníngs- enliga blad är väsentligen konstant för varierande gasflöden Yi: 10 15 20 30 40 461 444 inom det intressanta omradet för apparater av ifrågavarande typ.

Resultaten enligt figur 13 erhölls med en RFT-turbin med en diameter av 150 mm, ett varvtal av 400 rpm och flata blad re- spektive med en uppfinningsenlig turbín (RGT) med en diameter av 350 mm, ett varvtal av 480 rpm, och blad enligt figur 3 med vinkeln 1 = 1:o°, b = h-vïvz och R = h.

Enligt uppfinningen àstadkommes en radialflödesimpeller, vars blad är symmetriska relativt ett centralt plan, vilket sammanfaller med bladens rotationsplan. Bladens bakre yta av- slutas med en skarpt markerad rygg i symmetriplanet. Ryggen har rätlinjig sträckning. Bladet kan enkelt tillverkas utgående från ett plant plâtämne, ett cirkulärcylindriskt rörämne eller ett konigkt rörämne med cirkulär tvärsektion. Ämnet har väsent- ligen rektangulär eller trapetsformig konfiguration, och bockas kring en symmetrilinje till bildning av en skarp rygg. I fallet med ämnen i form av sektorer av rörformigt utgångsmaterial bockas ämnet så att ämneshalvornas konkava ytor vetter mot varandra. I tvärsektion genom bladens längdriktning är avståndet mellan bladets båda fria kanter större än bladets utbredning i dess symmetriplan. Eftersom bladens främre sida är konkav, kom- mer det hydrostatíska trycket att vara högt däri under drift, varför någon gaskavitet inte kommer att utvecklas i bladets framätvända konkavitet. Om sä önskas kan bladets främre konkavi- tet utfyllas med konstruktionsmaterial till en yta som sträcker sig genom bladets fria kanter.

Pa figur 3 är vinkem a = 1zo°, b = nia/z och R = h. På figur 4 är d' 3 600.

I ett tvärsnitt genom bladen (dvs. i normalplanet till bladens längdriktning) uppgår vinkeln mellan å ena sidan en linje mellan bladets övre och undre kant och å andra sidan den bakre bladytans därtill angränsande del till åtminstone 550 och högst ca 900. Företrädesvis är denna vinkel 900 i utförandena enligt figurerna 3, 7, 8. I figurerna 4 och 9 är denna vinkel ca 600. Det bör emellertid stå klart att utförandena enligt figurerna 4 och 9 kan modifieras med ytterligare bockningslinjer,så att tvärsnitts- formen för bladets bakre yta approximerar den enligt exempelvis figur 3, varvid exempelvis nämnda vinkel kan uppgå till exempel- vis 750 medan a förblir 600. 10 15 20 30 35 40 46l 444 8 För samtliga utföríngsformer gäller att b företrädesvis är lika med eller större än 0,7 h. I samtliga bladutföranden är konturen av bladets baksida avgörande för egenskaperna hos apparaten, varvid bladets framsida kan ha en konkav frontyta, som är symmetrisk med avseende på bladets symmetriplan,e1ler en plan frontyta, varvid den plana frontytan kan bildas genom att den främre ytan av en plàtprofil, som definierar bladets bakre yta, helt eller delvis utfylles med ett konstruktícns- material, eller genom att en plan plåt anslutes mellan plåtpro- filens kanter, och eventuellt den resulterande rörprofilens ändar ígensättes.

Claims (12)

461 444 PATENTKRAV

1. Impellerapparat för omrörning av vätska, under dispergeríng av gas däri i ett kärl (1), innefattande en im- peller (6) och ett roterbart vertikalt skaft (4), som uppbär impellern för rotation kring skaftets (4) axel i vätskan samt organ-(3) för tillförsel av gasen, k ä n n e t e c k n a d av att impellern (6) innefattar åtminstone tvâ blad (62), vilka blad är monterade vid randomrädet på en på skaftet (4) och vinkelrätt mot detta koaxiellt fastsatt skiva (61) och vilkas i rotationsriktningen främre yta är utformad och orienterad för att frambringa ett utâtriktat, radiellt vätskeflöde, var- vid den bakre ytan av varje blad (62) på impellern (6) har ett i huvudsak strömlinjefermat tvärsnitt som är väsentligen symmetrískt relativt bladets rörelseplan och som uppvisar en markerad rygg (65) i nämnda plan.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att bladet innefattar en allmänt V-formad profil (6Z,621-625) vars båda profilskänklar är symmetriska med avseende på bladets längdriktning (63).

3. Apparat enligt krav 1 eller Z, k ä n n e t e c k n a d av att bladet (621) innefattar ett av tva generatriser avgrän- sat segment (6) av ett cirkulärcylindrískt rakt rörstycke, vilket segment är skarpt bockat utmed segmentets centrala gene- ratris (63).

4. Apparat enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att bladet (624) innefattar ett segment av ett církulärcylind- riskt rakt rörstycke, som bildats genom avskärning av rörstycket utmed ett plan som bildar vinkel med rörstyckets axel, varvid segmentet är bockat utmed en central generatris (63).

5. Apparat enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att bladet (623) är bildat av ett av två generatríser av- gränsat segment av ett koniskt církulärt rörstycke, vilket segment är skarpt bockat utmed en central generatris (63).

6. Apparat enligt något av kraven 3-5, k ä n n e - t e c k n a d av att bladet (62Z,6ZS) innefattar ett väsent- ligen rektangulärt eller trapetsformigt plant plàtämne, som är skarpt bockat kring en symmetrilinje.

7. Apparat enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k - n a d av att i plan,som är ortogonala mot bladets längdriktning, 461 444 10 avståndet (h/2) mellan symmetriplanet och bladets kant är mindre än bladets dimension (bl i symmetriplanet.

8. S. Apparat enligt något av kraven 3-T, k ä n n e - t e c k n a d av att profilens främre konkava yta är utfylld med ett konstruktionsmaterial till ett plan genom profílens kanter.

9. Apparat enligt nagot av kraven 1-8, k ä n n e - t e c k n a d av att bladen är monterade så att i normal- planet deras effektiva främre yta ligger 3 ett intervall som avgränsas av en ímpellerradie och en bakàtlutad linje som med radien biider 4s°.

10. Apparat enligt något av kraven 1-9, k ä n n e - t e c k n a d av att respektive hlads (63) rygg (63) ligger i skivans (61) plan.

11. Apparat enligt krav 10, k ä n n c t e c k n a d av att respektive blad (hZ) är slitsat utmed ryggen (63) vid sin ena ände, varvid bladet är monterat på skivan (61) med skivans randområde i slitsen.

12. Apparat enligt något av kraven 1-11, k ä n n e - t e C k n a d av att nämnda organ (5) för tillförsel av gas innefattar en under ímpellern (6) anordnad munstycksríng.