SI20461A - Separator za sesalnik - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je separator za sesalnike, ki delujejo na osnovi tekočinske kopeli, pri čemer tekočinska kopel služi kot predseparacija in kot odlagališče za vsesane delce. Separator ima dno (12), valjasto telo s turbinskimi lopaticami (15) ter na gornjem delu tesnilni obroč (11). Separator je sestavljen iz segmentov ali v enem kosu. Segment separatorja (10) je izdelan kot turbinsko kolo, kjer je na radialnih nosilcih (17) obod (16) in so na obodu (16) enakomerno in približno radialno, z rahlim naklonom zunanjega dela v nasprotni smeri vrtenja razporejene turbinske lopatice (15). Tesnilni obroč (11) ima radialne nosilce (17) in obroč (19), v dnu pokrova (1a) pa so zračna vodila (20), izdelana kot od oboda proti radiju ukrivljeni nastavki.ŕ

Description

Predmet izuma je separator za sesalnike ki delujejo na osnovi tekočinske kopeli, pri čemer tekočinska kopel služi kot predseparacija in kot odlagališče za vsesane delce. Sesalniki so tako zvani sesalniki za prah in so namenjeni čiščenju.

Znani so sesalniki različnih konstrukcij za uporabo v bivalnih in poslovnih prostorih. Skupna lastnost vseh sesalnikov je, da ustvarjajo zračni podtlak in s tem zračni tok, ki vsesa nezaželjene delce ter v nekaterih izvedbah tudi tekočine v sesalnik. V sesalniku je nato potrebno ločiti vsesani zrak od vsesanih delcev ter eventuelno vsesanih tekočin. Zrak se po ločitvi od delcev ter eventuelnih tekočin vrača v prostor, medtem ko morajo delci in eventuelna tekočina ostati v sesalniku. Ločevanje delcev od zraka je mogoče opraviti z mehanskim filtrom, medtem ko je mogoče opraviti ločevanje delcev ter eventuelno vsesanih tekočin od zraka s tekočinsko kopeljo in posebnim separatorjem. Prednost ločevanja in odlaganja delcev ter eventuelno vsesanih tekočin od zraka s tekočinsko kopeljo je, da je tekočina, ki je običajno voda, za razliko od mehanskega filtra vedno na razpolago, da je mogoče vsesavati poleg čvrstih delcev tudi tekočine in s tem npr. tudi čistila ter da takšen tip sesalnika ob uporabi rahlo vlaži zrak v prostoru kjer se uporablja. Skupen problem vseh sesalnikov s tekočinsko kopeljo je, da je potrebno iz zraka poleg delcev izločiti tudi tekočino, ki se pridruži zračnem toku. Večina sesalnikov s tekočinsko kopeljo ločuje zrak od delcev in pridružene tekočine s centrifugiranjem, saj ima zrak pomembno nižjo specifično maso od delcev ali tekočine.

Sesalniki s tekočinsko kopeljo so opisani npr. v patentih US 4,640,697 oz. DE 36 32 992, US 5,030,257 in US 5,125,129. Glavna pomanjkljivost rešitev ločevanja zraka od delcev in tekočine po teh patentih je, da je konstrukcija separatorjev tehnično zahtevna ter ne dovolj učinkovita.

Po objavljeni patentni prijavi WO 92/03210 poteka ločevanje zraka od delcev tristopenjsko. Ko zračni tok potuje skozi tekočino za odlaganje se večji delci v tej tekočini omočijo in v njej ostanejo. Manjši delci potujejo z zračnim tokom proti separatorju in se na njegovi površini vežejo z drobnimi kapljicami tekočine in zaradi visoke hitrosti vrtenja separatorja (od 20.000 do 25.000/min.) odlete nazaj v posodo s tekočino. Najmanjši delci se skupaj z mikrokapljicami tekočine ujamejo v notranjosti separatorja, kjer se zaradi velikega centrifugalnega pospeška, ki znaša do 12.000 g, nalepijo na notranjo steno separatorja. Ta zadnja tretja faza ločevanja zraka od delcev in tekočine

-2pa pomeni, da se v notrnjosti separatorja nabirajo delci, ki zmanjšujejo reže separatorja in s tem zmanjšujejo učinkovitost tako separatorja kot celotnega sesalnika ter debalansirajo separator in s tem povzroče vibracije. Zaradi navedenega nabiranja delcev v notranjosti separatorja je potrebno separator občasno očistiti, to pa za uporabnika pomeni neprijetnost, predvsem pa potencialno nevarnost, saj je separator potrebno sneti. Pri tej operaciji pa motor sesalnika nikakor ne sme biti pognan, saj bi s tem zaradi vrtenja bil uporabnik poškodovan. Takšna rešitev ločevanja zraka od delcev in tekočine predvsem s stališča varnosti uporabnika, pa tudi zaradi nepraktičnosti pomeni problem, ki ga je potrebno rešiti.

Separacija po patentu US 5,902,386 je rešena podobno kot pri že navedenem WO 92/03210. Izboljšava se kaže v razmerju globine in širine reže separatorja ter v labirintu, dodanemu nad separator, ki ustvarja zračni protitok in preprečuje kapljicamin prahu vstop v prostor sesalne turbine.

Osnovna in skupna pomanjkljivost rešitev separatorja po WO 92/03210 in US 5,902,386 je konstrukcija separatorja kot konične košare z vertikalnimi režami v stranski steni separatorja. Stranska stena je oblikovana kot niz stebričev z režami med stebriči. Zaradi visoke hitrost vrtenja separatorja ter posledično visokimi centrifugalnimi silami se stebriči in s tem stranska stena deformira, to je izboči. Separator se deformira, reže se povečajo in separator postane neučinkovit. Separator tudi ni več balansiran in nastanejo vibracije. Pri tej konstrukciji je edini izogib deformaciji separatorja ojačanje stebričev stranske stene in s tem zmanjšanje širine rež. S tem postane stranska stena čvrstejša, vendar pa reže manjše. Z zmanjšanjem razmerja med širino reže in širino stebriča pa se zmanjša propustnost in s tem učinkovitost separatorja. Poleg tega pa širši stebriči pomenijo povečanje površine, na katero se nabirajo delci prahu ter druge nesnage. Separtortega tipa je zato že zaradi konstrukcije manj učinkovit, zaradi nabiranja delcev prahu in druge nesnage postaja še neučinkovitejši in ga je potrebno občasno očistiti, kot je že bilo opisano.

Zanimiva je rešitev po patentu US 5,908,493, ki pa temelji na povsem drugačni tristopenjski separaciji.

Naloga tega izuma je konstrukcija sesalnika s separatorjem, ki bo zagotavljal visoko učinkovito izločanje delcev in pridružene tekočine iz zračnega toka in se nanj ne bodo nabirali delci prahu in druge nesnage. Separator ne bo podvržen deformacijam in bo popolnoma varen, to je uporabniku nobenega od vrtečih delov ne bo potrebno čistiti ali drugače vzdrževati in bo zato separator lahko za uporabnika nedostopen. Pravtako je naloga tega izuma enostavna in zanesljiva preprečitev

-3kapljicam tekočine ter delcem prahu in druge nesnage vstop v prostor turbine.

Po izumu je naloga rešena po neodvisnem patentnem zahtevku.

Izum bo podrobneje opisan na izvedbenem primeru in skicah, ki prikazujejo:

Slika 1 Izvedbeni primer sklopa separatorja, tesnilnega obroča in turbine,

Slika 2 Izvedbeni primer separatorja in tesnilnega obroča,

Slika 3 Razstavljeni separator in tesnilni obroč v perspektivi (exploded view),

Slika 4 Sement separatorja v narisu,

Slika 5 Sement separatorja v prerezu,

Slika 6 Prerez lopatic v zračnih tokovnicah,

Slika 7a Tesnilni obroč v narisu,

Slika 7 b Tesnilni obroč v stranskem risu in prerezu,

Slika 7 c Tesnilni obroč v perspektivi,

Slika 8a Separator v konični izvedbi,

Slika 8b Separator v konično-stopničasti izvedbi.

Slika 9 Pokrov prostora turbine.

Sklop separatorja 10, tesnilnega obroča 11 in turbine 4 z motorjem 2 v ohišju 1 so osnova delovanja sesalnika na osnovi tekočinske kopeli. V principu deluje sesalnik tako, da motor 2 na svoji osi 3 žene turbino 4, tesilni obroč 11 in separator 10. Sklop in delovanje sta prikazana na sliki

1. Turbina 4 ustvarja tok, ki vstopa kot zmes 6 zraka, vodnih kapljic in druge nesnage v smeri separatorja 10. Ker se separator 10 vrti z visoko hitrostjo, kapljice in druge nečistoče z visoko specifično maso zaradi centrifugalne sile ne morejo, oz. le izjemoma vstopijo v notranjost separatorja 10. Zrak z nizko specifično maso pa zaradi podtlaka, ki ga ustvarja turbina 4 vstopi v separator 10, turbina 4 ga vsesa in izpiha v prostor kot kaže puščica 8. Kapljice in druge nečistoče, ki naključno prodrejo v separator 10 se v separatorju 10 zavrtijo in centrifugalna sila jih izvrže iz separatorja 10 kot kaže puščica 7. Pomembno je, da na spoju separatorja 10 in prostora 5 turbine 4 v reži 9 ne pride do pretoka zraka, kaplijic ali nečistoč v prostor 5 turbine 4. Semeringi in podobna tesnila zaradi trenja in obrabe niso primerni, zato so po izumu predvideni zračna vodila 20 na dnu pokrova 1a, ki zaradi vrtenja zraka ustvarjajo tlak, ravnotežen tlaku turbine v prostoru

5. Pokrov 1a ima po notranjem obodu nastavke 21, ki omogočajo stabilno in centrično pritrditev pokrova 1a na ohišje 1, kot bo pdrobneje opisano po sliki 9.

S pomočjo slik 2 in 3 ter 4, 5 in 6 bosta pojasnjeni konstrukcija in delovanje separatorja.

-4Po sliki 2 ima separator 10 dno 12, valjasto telo s turbinskimi lopaticami 15 ter na gornjem delu, to je v smeri turbine 4 tesnilni obroč 11. Sklop separatorja 10 in tesnilnega obroča 11 je pritrjen na os motorja 2. Smer vrtenja kaže puščica 13.

Po sliki 3, ki je ekvivalent slike 2 v razstavljenem stanju ima separator 10 dno 12, ki zapira separator 10 in omogoča pritrditev sklopa separatorja 10 in tesnilnega obroča 11 na os 3 motrorja

2. Separator 10 je v tem izvedbenem primeru sestavljen iz štirih segmentov, ki se sestavijo drug vrh drugega in medsebojno pozicionirajo s pozicionimimi spojniki 18. Pozicionirni spojniki 18 so v tem izvedbenem primeru izdelani kot vdolbini na spodnjem delu segmenta separatorja 10 in izboklini na zgornjem delu segmenta ter usterzno tudi na tesnilnem obroču 11 in pokrovu 12.

Po slikah 4 in 5 je segment separatorja 10 izdelan kot turbinsko kolo, kjer je na radijalnih nosilcih 17 obod 16. Na obodu 16 so enakomerno in približno radijalno, z rahlim naklonom zunamjega dela v nasprotni smeri vrtenja razporejene turbinske lopatice 15. Smer vrtenja kaže puščica 13. Ob vrtenju separatorja 10 zrak zaradi podtlaka, ki ga ustvarja turbina 4, radijalno vstopa v notranjost. Kapljice, prah in druge nečistoče pa turbinske lopatice 15 zaradi njihove velike specifične mase pretežno odbijejo. Kapljice, prah in druge nečistoče ki naključno vstopjo v notranjost separatorja 10 dodatno zavrtijo radijalni nosilci 17 in jih med lopaticami 15 izvržejo iz separatorja 10. Lopatice 15 in obod 16 imajo aerodinamičen profil, to je, na konceh prehajajo v rob, podoben robu letalskega krila. S tem se izboljša pretok zraka in onemogoča nasedanje nečistoč. Znane konstrukcije imajo v primerjavi z izumom velike čelne površine na radialno smer in s tem slabost nasedanja nečistoč in otežen pretok zraka. Pravtako je konstrukcija po izumu mehansko čvrsta, saj je obod 16 na več točkah obešen na radijalne nosilce 17, lopatice 15 pa na obod 16. Separator 10 tako ni podvržen deformacijam zaradi centrifugalne sile. V tem izvedbenem primeru je separator sestavljen iz segmentov, kar omogoča enostavnost orodij za brizganje in s spreminjanjem števila segmentov dopušča poljubne višine in s tem učinke separatorja 10. Razume pa se, da je v okviru izuma tudi separator, izdelan v enem kosu v celotni višini, eventuelno vključno s tesnilnim obročem 11 in dnom 12.

Slika 6 prikazuje prerez dveh lopatic z računalniško simulacijo tokovnic zraka. Ob vrtenju lopatic 15 v smeri 13 zrak zaradi podtlaka vstopa med lopaticama 15 in se tam zgosti, medtem ko nečistoče odletijo nazaj približno v smeri 14.

Po slikah 7a, 7b in 7c je tesnilni obroč 11 izdelan slično kot segment separatorja 10. Tesnilni obroč 11 ima kot segment separatorja radijalne nosilce 17, pozicionirne spojnike 18 in obroč 19. Obroč

-519 je oblikovan po gornjem obodu oblikovan stopničasto tako, da je reža 9 med pokrovom 1a in obročem 19 ter med turbino 4 in obročem 19 čimmanjša, kar je razvidno tudi iz slike 1.

Po sliki 9 in glede na smer 22 vrtenja turbine 4 se v smeri 22 vrti tudi zrak pod turbino 4. Na dnu pokrova 1a so izdelana zračna vodila 20 kot od oboda proti radiju ukrivljeni nastavki. Ker se zrak pod turbino 4 vrti, ga vodila 20 usmerjajo proti radiju, to je proti reži 9. Nad režo 9 tako nastane nadtlak. V reži 9 nastopi ravnotežje tlakov in pretoka zato ni. Nastavki 21 na notranjem obodu pokrova 1 a omogočajo stabilno in centrično pritrditev pokrova 1a na ohišje 1 ter hkrati omogočajo izpih zraka v prostor kot kaže puščica 8 na sliki 1.

V izvedbenem primeru po sliki 9 je prikazano pet vodil 20, razume pa se da je v okviru izuma število vodil 20 poljubno, večje od ena.

Na slikah 8a in 8b sta prikazani konični izvedbi separatorja 10. V okviru izuma je torej tudi separator 10, ki ni cilindrične oblike kot je bilo opisano v izvedbenem primeru, temveč je koničen, to je, da se radij separatorja 10 v smeri pokrova 12 zmanjšuje.

Izum je bil opisan na izvedbenih primerih razumljivo pa je, da so v okviru izuma vse konstrukcije, kjer ima separator radijalne nosilce 17 in aerodinamične turbinske lopatice 15 na obodu 16, torej neglede na to, ali je separator izdelan iz ločenih segmentov, tesnilnega obroča 11 in dna 12, ali pa je separator izdelan v enem kosu oziroma v kakršnikoli kombinaciji. Pravtako so v okviru izuma vse konstrukcije, kjer je tesnenje izvedeno s tesnilnim obročem 11 v reži 9 ter, zračnimi vodili 20 na dnu pokrova 1 a. \

Claims (6)

1. Separator za sesalnike ki delujejo na osnovi tekočinske kopeli, pri čemer tekočinska kopel služi kot predseparacija in kot odlagališče za vsesane delce in je zračni tok dosežen s turbino in separacija s centrifugalnim separatorjem ter je sklop separatorja in tesnilnega obroča pritrjen na os motorja, označen s tem, da ima separator dno (12), telo s turbinskimi lopaticami (15), na gornjem delu tesnilni obroč (11) in v dnu pokrova (1 a) zračna vodila (20).

2. Separator za sesalnike po zahtevku 1, označen s tem, da je separator sestavljen iz segmentov ali v enem kosu.

3. Separator za sesalnike po zahtevkih 1 in 2, označen s tem da je separator cilindrične ali konične ali stopničasto konične oblike.

4. Separator za sesalnike po zahtevku 1, označen s tem, da je segment separatorja (10) izdelan kot turbinsko kolo, kjer je na radijalnih nosilcih (17) obod (16) in so na obodu (16) enakomerno in približno radijalno, z rahlim naklonom zunamjega dela v nasprotni smeri vrtenja razporejene turbinske lopatice (15).

5 Separator za sesalnike po zahtevku 1, označen s tem, da je profil lopatic (15) podoben profilu letalskega krila.

6. Separator za sesalnike po zahtevku 1, označen s tem, da ima tesnilni obroč (11) radijalne nosilce (17) in obroč (19), v dnu pokrova (1 a) pa več kot eno zračno vodilo (20), izdelano kot od oboda proti radiju ukrivljeni nastavek.