SK16652002A3 - Čerpací agregát - Google Patents

Description

ČERPACÍ AGREGÁT

Oblasť techniky

Vynález sa týka čerpacieho agregátu s kombináciou z odstredivého čerpadla (Kreiselpumpe) a odvzdušňovacieho čerpadla, ako i s potrubným systémom na nasávanie a dopravovanie média, a s ventilovým systémom.

Doterajší stav techniky

Z európskeho patentového spisu EP 0 258 161 B1 je známy cisternový voz na močovku alebo fekáiie s čerpacím agregátom a pohyblivým potrubným systémom. Potrubný systém je pohyblivý tak, že ním môže byť odstredivé čerpadlo, uložené na jeho voľnom konci, spustené do zásobnej nádrže. Čerpací agregát ponorený do fekálií alebo močovky môže v tejto polohe plniť cisternový voz. Na vynášanie fekálií alebo močovky sa čerpací agregát pomocou pohyblivého vodiaceho systému zavedie do nádrže na konci cisternového vozu. Nádrž sa otvorením uzatváracieho šupátka zaplaví, v dôsledku čoho je odstredivé čerpadlo znova ponorené do fekálií alebo močovky a tá sa môže vynášať.

Okrem toho je známy rad čerpacích agregátov pre cisterny na fekáiie alebo močovku, ktoré sa okrem iného od seba odlišujú ich konštrukčnými formami. Jedna z konštrukčných foriem je forma cisternovej nádrže na fekáiie alebo močovku s odstredivým čerpadlom. Tu sa vedome upustí od možnosti nasávania fekálií alebo močovky zo zásobníka, pretože odstredivé čerpadlo nie je všeobecne samonasávacie. Cisternová nádrž na fekáiie alebo močovku sa namiesto toho plní pomocou cudzieho čerpadla a odstredivým čerpadlom cisternovej nádrže sa táto nádrž vyprázdňuje a fekáiie alebo močovka vynáša. Rotačné čerpadlo sa môže použiť na vynášanie obsahu nádrže, pretože fekáiie alebo močovka samočinne tečú v dôsledku výšky plnenia v cisternovej nádrži do odstredivého čerpadla. Čerpadlo zvyšuje tlak vo výstupnom potrubí, takže na rozdeľovači vznikne potrebný tlak.

038/B

Výhody tohto konštrukčného usporiadania spočívajú vtom, že nádrž je beztlaková a čerpadlo nie je citlivé. Čerpadlo a cisternová nádrž sú výrobne nákladné. Nevýhody možno vidieť v tom, že fekálie alebo močovka sa nemôžu samočinne nasávať do cisternovej nádrže, a je preto potrebné výkonné cudzie čerpadlo.

Ďalej sú známe cisternové vozy s hydrostatickými objemovými čerpadlami. Pri tomto konštrukčnom usporiadaní je podtlak čerpadla potrebný na nasávanie vytváraný len na sacej strane, teda v sacom potrubí. Fekálie alebo močovka sa musia dopravovať hydrostatickým objemovým čerpadlom a vtláčať do cisternovej nádrže. Kvôli rozdeľovaniu fekálií alebo močovky sa dopravný smer obráti a uzatváracie šupátko sa z nasávania prestaví na vynášanie, takže cisternová nádrž sa môže vysávať a fekálie alebo močovka sa môžu čerpať k rozdeľovaču. Výhody tohto konštrukčného usporiadania spočívajú vtom, že dopravované množstvá sú presne určiteľné a sú vyvinuteľné tlaky cez 1 bar (0,1 MPa). Cisternová nádrž môže byť beztlaková a dá sa teda lacno vyrábať. Čerpadlo môže nasávať z relatívne veľkej hĺbky, pretože výška cisternovej nádrže nemusí byť pripočítaná k sacej výške, lebo sací podtlak je potrebné vyvíjať len v sacom potrubí. Nevýhodné u tohto vyhotovenia je, že kvapalina sa musí dopravovať cez hydrostatické objemové čerpadlo, takže cudzie telesá môžu zničiť relatívne nákladné hydrostatické objemové čerpadlo.

Okrem toho sú tiež známe tzv. vákuovo - odstredivé čerpadlá, ktoré sa až doteraz konštruovali tak, že na satie sa použijú len vákuové čerpadlá, všeobecne kompresory, aby nasávali fekálie alebo močovku do cisternovej nádrže. Kvôli vynášaniu sa prepnú na odstredivé čerpadlo a pomocou čerpadla sa fekálie alebo močovka rozdeľujú. Pri tomto riešení je možné pracovať vysokým tlakom pri rozdeľovaní s tzv. vrhacími tryskami, čo nie je s čisto vákuovým čerpadlom uspokojivo možné. Výhody tejto konštrukčnej formy spočívajú v tom, že čerpadlo nie je citlivé na cudzie telesá. Pri satí sa močovka alebo fekálie nedostávajú do styku ani s kompresorom ani s čerpadlom. Nevýhodou však je, že sú potrebné dve výkonné čerpadlá a cisternová nádrž sa musí vyhotoviť kvôli saciemu procesu ako tlaková nádrž. Pri saní je tento systém porovnateľný s vákuovým systémom a je preto nutná tlaková nádrž, zatiaľ čo pri vynášaní je systém porovnateľný s čerpadlovým cisternovým vozidlom. Sacia' výška je ako u ďalej popisovaných vákuových cisternových vozov veľmi obmedzená.

038/B r «

• r » r * ·

Vákuové cisternové vozy s čerpacími agregátmi sú ďalšou široko rozšírenou kategóriou. Prostredníctvom kompresora sa z čerpacieho agregátu odsáva vzduch. Vyvinutým podtlakom sa cisternová nádrž celkom vystavuje určitému vákuu. Kvôli nasávaniu močovky alebo fekálií z podzemnej nádrže sa otvorí šupátko na sacej strane, takže sa evakuujú tiež na ňom ležiace sacie hadice. Tu pôsobiaci podtlak vyvoláva, že močovka alebo akákoľvek iná kvapalina sa nasáva do cisternovej nádrže. Kvôli rozdeľovaniu močovky alebo fekálií sa prepne funkcia kompresoru. Vzduch sa nasáva z voľného priestoru a tlačí sa do cisternovej nádrže, takže vznikajúcim pretlakom sa kvapalina z cisternovej nádrže vytláča a pretlakom rozstrekuje.

Výhodou tohto konštrukčného usporiadania je jednoduchá konštrukcia, nenáchylná k poruchám. Kompresor neprichádza do styku s čerpanou močovkou alebo fekáliami a konštrukcia je preto necitlivá voči cudzím telesám v čerpanej kvapaline. Nemalé nedostatky však spočívajú vtom, že cisternová nádrž musí byť vyhotovená ako tlaková nádrž a podlieha preto predpisom pre tlakové nádrže, u ktorých je povinné skúšanie a schvaľovanie. Výška nádrže sa pripočítava k celkovej sacej výške, takže u hlbokých zásobných nádrží sa rýchlo dosiahne fyzikálna hranica možnej dopravnej výšky. Ďalej je pri rozdeľovaní močovky alebo fekálií vynášací tlak obmedzený na 1 bar (0,1 MPa), lebo vzhľadom k úrovni bezpečnosti tlakových nádrží nie sú z ekonomických dôvodov zmysluplné žiadne vyššie tlaky.

Vynález si kladie za úlohu vytvoriť čerpací agregát v úvode popísaného druhu, ktorý by neobsahoval nevýhody známych konštrukčných usporiadaní, a u ktorých by sa dali použiť najjednoduchšie čerpadlové systémy.

Podstata vynálezu

Uvedený cieľ sa dosiahne čerpacím agregátom s kombináciou z odstredivého čerpadla (Kreiselpumpe) a odvzdušňovacieho čerpadla, ako i potrubným systémom na nasávanie a dopravovanie média s ventilovým systémom, ktorého podstatou je, že ventilový systém trvalo a samočinne riadi evakuovaciu a čerpaciu (dopravovaciu)

038/B fázu, a odvzdušňovacie čerpadlo sa vytvorí ako kvapalinovokružné čerpadlo, ktoré sa prevádzkuje paralelne s odstredivým čerpadlom.

Ďalšie výhodné znaky vyplývajú zo závislých patentových nárokov.

Týmto riešením sa dosahujú výhody známych čerpacích agregátov, bez toho, aby bolo potrebné počítať s ich nevýhodami.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom popise na príkladoch vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje obr. 1 schematický pohľad na rotory čerpadiel, obr. 2 schému čerpacieho agregátu pri uvádzaní do prevádzky, obr. 3 schému čerpacieho agregátu pri sacej funkcii, obr. 4 schému čerpacieho agregátu pri plniacej funkcii, obr. 5 schému cisternového vozidla na fekálie alebo močovku s čerpacím agregátom, a obr. 6 čerpaciu stanicu s čerpacím agregátom.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je znázornený princíp vynálezu, pri ktorom sú obidve čerpadlá 11, 12 s výhodou uložené na spoločnom hriadeli, pričom v potrubnom systéme 5 s jeho úsekmi 6, 7, 8, 9 a 10 je naznačený prúd dopravovaných médií šipkami. V tomto príklade vyhotovenia je kvapalinovokružné čerpadlo 12 opatrené na jednej strane vstupným otvorom 19 a na druhej strane výstupným otvorom 20, aby sa zvýšil čerpací výkon. Ďalej je na sacej strane odstredivého čerpadla 11 uložený rezací prostriedok S, ktorý je rovnako uložený na spoločnom hriadeli W.

Obr. 2 znázorňuje čerpací agregát P v schematickom znázornení počas plniaceho procesu. Čerpací agregát P obsahuje dve čerpadlá, a to odstredivé čerpadlo H a kvapalinovokružné čerpadlo 12. Obe čerpadlá H, 12 sú zapojené do

038/B potrubného systému 5 a sú spolu spojené prostredníctvom odvzdušňovaného potrubia 8, ktoré je časťou potrubného systému 5. Pred prvým uvedením do prevádzky alebo po prerušení prevádzky, ktoré by si vyžiadalo vyprázdnenie kvapalinovokružného čerpadla 12, je potrebné toto čerpadlo naplniť cez vstupný otvor 12a kvapalinou F, napríklad vodou.

Odstredivé čerpadlo 1_1 obsahuje výstup 1_1b, spojený s úsekom potrubného systému 5, ktorý sa dá v aspoň jednom prevádzkovom stave, a to v stave na prípravu nasávania kvapaliny, označiť ako odvzdušňovacie potrubie 8. Odvzdušňovacie potrubie 8 končí na jeho druhom konci kvapalinovokružným čerpadlom 12, ktoré na tento účel obsahuje vstup 12b, ústiaci do vstupného otvoru

19. V odvzdušňovacom potrubí 8 je vradený ventil 13, ktorý bráni spätnému toku kvapaliny F, nachádzajúcej sa v kvapalinovovokružnom čerpadle 12, a ktorý sa v evakuovanej fáze samočinne otvára podtlakom vznikajúcim pri sacej prevádzke.

Ďalšou časťou kvapalinovokružného čerpadla 12 je rotor 14 s lopatkami alebo krídlami (lamelami) 15. Rotor 14 je uložený excentrický vo vnútornej komore 16 (obr. 2) čerpadla 12 s kvapalinovým prstencom. Pri otáčaní excentrický uloženého rotoru 14 sa kvapalina F, nachádzajúca sa vo vnútornej komore 16 kvapalinovokružného čerpadla 12, spolu s ním uvádzaná do pohybu, a tvorí, ako je vyznačené na obr. 2 až 4, pri vnútornej stene vnútornej komory 16 tesniaci kvapalinový prstenec FR, do ktorého sa lopatky 15 rotora 14 vnárajú rôzne hlboko vzhľadom k ich excentrickému uloženiu. Lopatkami 15 excentrický uloženého rotora 14, vnárajúcimi sa rôzne hlboko do kvapalinového prstenca FR, sa vytvárajú dutiny 17 a 18 (obr. 2) s odlišnými objemami, závislými od príslušného postavenia rotora. Kvapalinovokružné čerpadlo 12 je ďalej opatrené na čelnej strane dvoma štrbinovými otvormi 19 a 20, spojenými s potrubným systémom 5 čerpacieho agregátu P, a to prívodným otvorom 19 cez vstup 12b s odvzdušňovacím potrubím 8 a výstupným otvorom 20 cez výstup 12c s výstupným potrubím 9.

Funkcia, schematicky znázornená na obr. 3, vevakuovacej fáze tohto kvapalinovokružného čerpadla 12 spočíva vtom, že otáčaním rotoru 14 a zodpovedajúcou polohou oboch čelných otvorov 19 a 20 vzniká na vstupe 12b kvapalinovokružného čerpadla 12 podtlak a na jeho výstupe 12c tlak. To opäť

038/B vyvoláva v odvzdušňovacom potrubí 8 podtlak, takže odstredivé čerpadlo 11 a sacie potrubie 6 sa ovzdušňujú, až namiesto vzduchu L sa dostane do odstredivého čerpadla 11 kvapalina F z neznázornenej nádrže, a odstredivé čerpadlo môže rozvinúť svoje čerpacie pôsobenie, ako bude neskôr ozrejmené na obr. 4.

Tlak, vznikajúci cez druhý otvor 20 na výstupe 12c kvapalinovokružného čerpadla 12, plní cez výstupné potrubie 9 plniace potrubie 10. Pretože je tak plniace potrubie 10 rovnako pod tlakom, zatiaľ čo v odstredivom čerpadle 11 pôsobí podtlak, je ďalší ventil 21, ktorý je vradený do výstupného potrubia 7 odstredivého čerpadla 11., samočinne uzatvorený.

Na obr. 4 je znázornená funkcia čerpacieho agregátu P v prechodovej fáze z evakuovania na čerpanie (dopravovanie). Po tom, ako sa odstredivé čerpadlo 1_1 odvzdušnilo a vytvoril sa dostatočný kvapalinový stĺpec FS, začína samočinne odstredivé čerpadlo 11 s dopravovaním čerpaného média, t.j. odstredivé čerpadlo 11 preberá v dôsledku jeho vyššieho objemového výkonu vlastnú funkciu čerpania. Pritom je potrebné kvôli vysvetleniu uviesť, že odstredivé čerpadlo 11. pracuje už od začiatku prevádzky, t.j. rotor 22 odstredivého čerpadla H sa síce už otáča, keď začína evakuovacia fáza, ale pretože čerpadlo nie je samonasávacie, nemôže ešte účinne čerpať. Túto funkciu preberá, len čo sa v jeho vnútri vytvorí dostatočný kvapalinový stĺpec FS. Len čo k tomu došlo, vyvíja odstredivé čerpadlo 11. tlak kvapaliny na jeho výstupnom otvore 11c a vo svojom výstupnom potrubí 7.

Prúdiacou kvapalinou F sa otvorí ventil 21, takže kvapalina F sa dopravuje plniacim potrubím 10. Malé množstvá dopravovanej kvapaliny F sa dostávajú do plniaceho potrubia 10 tiež cez kvapalinovokružné čerpadlo 12 a jeho výstupným potrubím 9. Toto čiastkové množstvo kvapaliny F preberá v kvapalinovokružnom čerpadle 12 tesniacu funkciu, a pretože sa stále obnovuje, preberá tiež chladenie kvapalinovokružného čerpadla 12.

Výhodným účinkom pri tejto stálej paralelnej prevádzke odstredivého čerpadla 11 a kvapalinovokružného čerpadla 12 je nenáchylnosť k tvorbe vzduchových bublín v dopravovanom médiu, lebo nutne dochádza k trvalému odvzdušňovaniu čerpacieho agregátu. Obzvlášť výhodná je konštrukčná forma, pri

038/B ktorej sú obe čerpadlá 11. a 12 uložené v spoločnej skrini G a sú poháňané spoločným hriadeľom W.

Cisternový voz 1 na fekálie alebo močovku, schematicky znázornený na obr. 5, predstavuje výhodný prípad použitia čerpacieho agregátu P podľa vynálezu. Tu znázornený cisternový voz 1 na fekálie alebo močovku obsahuje podvozok 2 s kolesami 3. Tu je podvozok 2 znázornený ako vlečný voz, ale vynález sa môže úspešne použiť tiež u tzv. samohybného kontajnerového vozidla so samostatnou čerpacou stanicou (obr. 6) a podobne. Podvozok 2 nesie nádrž 4, ktorá nie je vytvorená ako tlaková nádrž, pretože pri prevádzke podľa vynálezu nevzniká v nádrži 4 žiaden pretlak alebo podtlak. Aby sa toto zaistilo, je v nádrži 4 vyrovnávací otvor A, pomocou ktorého sa vyrovnávajú eventuálne sa vyskytujúce rozdiely tlaku medzi vnútrom nádrže 4 a okolím.

Cisternový voz 1_ na fekálie alebo močovku je opatrený potrubným systémom 5, ktorý je rozdelený do viacerých potrubných úsekov 6, 7, 8, 9, 10. Úsek 6 je tiež vytvorený ako sacia hadica a je opatrený sacím nátrubkom 6a, vnoreným do tu neznázornenej zásobnej nádrže, aby odtiaľ mohol dopravovať fekálie alebo močovku do nádrže 4 cisternového vozidla 1. Sacia hadica 6 je do potrubného systému 5 zapojená cez odstredivé čerpadlo jl, ktoré je opatrené potrubným úsekom, označovaným ako výstupné potrubie 7. Odstredivé čerpadlo 11. je ďalej prostredníctvom ďalšieho potrubného úseku, ktorý je označený ako odvzdušňovacie potrubie 8, spojené s tzv. čerpadlom 12 s kvapalinovým prstencom. Toto čerpadlo 12 s kvapalinovým prstencom obsahuje na svojej výstupnej strane potrubný úsek, označený ako výstupné potrubie 9. Ako výstupné potrubie 9, tak i výstupné potrubie 7 odstredivého čerpadla ústia spoločne do ďalšieho úseku potrubného systému 5, ktorý je označený ako plniace potrubie 10 á ústí svojím voľným koncom do nádrže 4.

Odstredivé čerpadlo jl a kvapalinovokružné čerpadlo 12 sú súčasti čerpacieho agregátu P, ktorý je tvorený touto kombináciou odstredivého čerpadla jl a kvapalinovokružného čerpadla j2, pričom kvapalinovokružné čerpadlo 12 predstavuje odvzdušňovacie čerpadlo s celkom zvláštnymi výhodami.

Na obr. 6 je ďalej znázornená samostatná čerpacia stanica PS, ktorá sa môže vyrobiť v najrôznejších konštrukčných formách. Neznázorneným pohybom sa hriadeľ

038/B

W uvádza do otáčania. Na hriadeli W je uložené odstredivé čerpadlo 11, ako i kvapalinovokružné čerpadlo 12, ktoré sú spoločne poháňané a navzájom spolu spojené prostredníctvom potrubného systému 5. Ďalej je ešte znázornené sacie potrubie 6 a plniace potrubie 10. Funkciu čerpacej stanice PS je možné logicky odvodiť z predchádzajúcich popisov. Chápe sa, že čerpacia stanica PS je použiteľná samotná a je mobilná, kvôli čomu je osadená na ráme R. Môže sa teda dopraviť na ľubovoľné miesto a tu sa použiť. Zodpovedajúcim spôsobom sa môže čerpacia stanica PS priradiť tiež ako samostatný agregát prečerpávacej stanice alebo, podobne, ako je znázornené na obr. 5, nájsť uplatnenie na cisternovom vozidle.

Claims (7)

1. Čerpací agregát s kombináciou z odstredivého čerpadla a kvapalinovokružného čerpadla, ako i s potrubným systémom na nasávanie a dopravovanie média, a s ventilovým systémom, vyznačujúci sa tým, že:

odstredivé čerpadlo (11) je vytvorené ako hlavné dopravné čerpadlo a kvapalinovokružné čerpadlo (12) je vytvorené ako odvzdušňovacie a pomocné dopravné čerpadlo, pričom potrubný systém (5) obsahuje výstupné potrubie (7) odstredivého čerpadla, ktoré je zaradené na výtlačnej strane za odstredivým čerpadlom (11) a ktoré spoločne s výstupným potrubím (9), zaradeným na výtlačnej strane za kvapalinovokružným čerpadlom (12), ústí do plniaceho potrubia (10), pričom potrubný systém (5) ďalej obsahuje odvzdušňovacie potrubie (8), spájajúce výstup odstredivého čerpadla (11) so sacím vstupom (12b) kvapalinovokružného čerpadla (12), pričom v odvzdušňovacom potrubí (8) je uložený ventil (13), brániaci spätnému toku média (FR) z kvapalinovokružného čerpadla (12) a umožňujúci prietok čerpaného média (L/F), a pričom vo výstupnom potrubí (7) odstredivého čerpadla je pred miestom pripojenia výstupného potrubia (9) uložený najmenej jeden ďalší ventil (21), ktorý je uzatvorený podtlakom pôsobiacim vo výstupnom potrubí (7) počas evakuovacej fázy a v čerpacej fáze je otvorený tlakom dopravovaného média, pričom ventilový systém (13, 21) trvalo a samočinne, pri riadení dopravovanými médiami (L/F), riadi evakuovaciu a čerpaciu fázu a bráni spätnému prúdeniu média (FR) z kvapalinovokružného čerpadla (12).

2. Čerpací agregát podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odstredivé (11) a kvapalinovokružné čerpadlo (12) sú uložené na spoločnom hriadeli (W).

31 038/B f r p e p c r P

10 - - ' _r — r :

PP KG5~-ZCO'Í

3. Čerpací agregát podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odstredivé čerpadlo (11) a kvapalinovokružné čerpadlo (12) sú uložené v spoločnej skrini (G).

4. Čerpací agregát podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že spoločná skriňa (G) obsahuje časti (6, 7, 8, 9) potrubného systému (5).

5. Čerpací agregát podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že čerpací agregát (P) je súčasťou cisternového vozidla (1) na fekálie alebo močovku.

6. Čerpací agregát podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že čerpací agregát (P) je súčasťou čerpacej stanice (PS).

7. Čerpací agregát podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že na sacej strane odstredivého čerpadla (11) je uložený rezací prostriedok (S).