SK284773B6 - Čerpadlo odstredivého alebo poloaxiálneho typu - Google Patents

Abstract

Vynález sa týka čerpadla odstredivého alebo poloaxiálneho typu určeného na čerpanie tekutín, a to najmä na čerpanie odpadových a splaškových vôd. Obežné koleso čerpadla podľa tohto vynálezu obsahuje valcovú hlavu (4), vybavenú jednou alebo niekoľkými lopatkami (5), ktorých nábehové hrany (6) sú silno ohnuté smerom dozadu. Jedna alebo niekoľko napájacích drážok (8) je usporiadaných na skrini (1) obklopujúcej čerpadlo, a to na povrchovej ploche (7) protiľahlej na uvedené lopatky (5).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka odstredivého alebo poloaxiálneho čerpadla na čerpanie tekutín, najmä na čerpanie odpadových vôd a splaškov.

Doterajší stav techniky

V literatúre je opísané veľké množstvo typov čerpadiel a obežných kolies čerpadiel na uvedené účely, ale všetky tieto čerpadlá alebo obežné kolesá čerpadiel majú určité nevýhody. To sa týka predovšetkým ich zanášania alebo zapchávania, a ich nízkej efektívnosti, výkonnosti a účinnosti.

Odpadové vody a splašky obsahujú celý rad rôznych typov znečistení a nečistôt, ich množstvo a zloženie závisí tak od ročného obdobia ako od typu oblasti, z ktorých tieto odpadové vody prúdia. V mestách ide najmä o plastické materiály, hygienické potreby, textil a podobne, zatiaľ čo v priemyselných oblastiach môžu byť produkované najmä opotrebovávajúce častice.

Skúsenosti ukazujú, že najväčšie problémy nastávajú s handrami a podobnými predmetmi, ktoré sa zachycujú na nábehových hranách lopatiek a začnú sa navíjať na hlavu obežného kolesa. V dôsledku takýchto nehôd dochádza k skracovaniu intervalov medzi jednotlivými častými opravami a v dôsledku toho aj k znižovaniu účinnosti a výkonnosti.

V poľnohospodárstve a v drevospracujúcom priemysle sa používa veľa rôznych druhov špeciálnych čerpadiel, ktoré sú schopné zvládnuť slamu, trávu, lístie a ďalšie druhy organických materiálov. Na tieto účely sú nábežné hrany lopatiek zahnuté smerom dozadu, a to preto, aby boli nečistoty vedené smerom von na obvod, namiesto toho, aby zostali zachytené na nábežných hranách.

Tak isto sú často používané rôzne druhy rozdrobovacích prostriedkov, najmä na rezanie materiálu a na uľahčovanie prietoku. Príklady takýchto zariadení sú uvedené napríklad v patentových spisoch SE 435 952, SE 375 831 a US4 347 035.

Pretože nečistoty a rôzne znečistenia v odpadových vodách a v splaškoch sú odlišného typu, a sú teda oveľa technicky náročnejšie zvládnuteľné, a pretože prevádzkový čas čerpadiel na odpadové vody a splašky býva bežne oveľa dlhší, je zrejmé, že uvedené špeciálne čerpadlá nespĺňajú náročné požiadavky na čerpanie odpadových vôd a splaškov, a to ani z hľadiska ich spoľahlivosti, ani z hľadiska ich účinnosti a výkonnosti.

Čerpadlo na odpadové vody a splašky je veľmi často v prevádzke až 12 hodín denne, čo značí, že spotreba energie závisí do značnej miery od celkovej účinnosti uvedeného čerpadla.

Skúšky ukázali, že je možné zlepšiť účinnosť až na 50 %, a to pri čerpadle na odpadové vody a splašky podľa tohto vynálezu v porovnaní s dosiaľ známymi čerpadlami na odpadové vody a splašky.

Pretože pri nákladoch životného cyklu na elektricky poháňané čerpadlá zvyčajne celkom prevažujú energetické náklady, a to zhruba z 80 %, je celkom zrejmé, že uvedené dramatické zvýšenie účinnosti bude mimoriadne dôležité.

V literatúre je konštrukcia obežných kolies čerpadiel opísaná veľmi všeobecne, najmä čo sa týka vychýlenia alebo ohnutia nábehových hrán. Jednoznačná definícia uvedeného vychýlenia alebo ohnutia vôbec neexistuje.

Skúšky ukázali, že tvar a veľkosť ohybového rozvodového uhla na nábehových hranách má veľký význam na do siahnutie potrebnej samočistiacej schopnosti obežného kolesa čerpadla. Povaha nečistôt tak isto vyžaduje použitie odlišných ohybových uhlov na účely zaistenia dobrej funkcie čerpadla.

V literatúre nie sú uvádzané žiadne informácie o tom, čo je potrebné urobiť na docielenie kĺzania a dopravy nečistôt smerom von v radiálnom smere pozdĺž nábehových hrán lopatiek. Čo je všeobecne zmienené, je skutočnosť, že nábehové hrany majú byť zahnuté smerom späť pod tupým uhlom, ako je uvedené napríklad v patentovom spise SE 435 952.

Pokiaľ sú čerpané menšie nečistoty, ako je napríklad tráva alebo iné organické materiály, môžu byť postačujúce pomerne malé uhly, ktoré zaisťujú dosiahnutie radiálnej dopravy a tak isto rozdrobovanie nečistôt v štrbine medzi obežným kolesom jeho obklopujúcou skriňou.

V praxi sa tohto rozdrobovania docieli tak, že častice sú rozrezávané prostredníctvom ich priameho styku s obežným kolesom a s jeho skriňou, keď sa táto skriňa otáča obvodovou rýchlosťou zhruba 10 až 25 m/s. Tento rozrezávací proces je možné vylepšiť tým, že príslušné povrchové plochy sú vybavené reznými ústrojenstvami, štrbinami a podobne.

Rôzne druhy zárezov a rezných prostriedkov alebo ústrojenstiev sú opísané v patentových spisoch SE 435 952 a SE 375 831. Majú spoločné to, že lopatka je umiestnená za osadením hriadeľa. To spôsobuje významné straty efektívnosti a výkonnosti v porovnaní s rovnakými obrysmi, ktoré sú používané pri vysoko efektívnych čerpadlách na čistú vodu.

V patentovom spise SE 435 952 je znázornené uskutočnenie, kde je axiálny otvor umiestnený za osadením hriadeľa. Teória je taká, že znečistenia a nečistoty budú odvádzané smerom von na uvedený otvor prostredníctvom lopatiek, majúcich nábehové hrany silno ohnuté smerom dozadu. Takéto usporiadanie, opísané tu iba veľmi všeobecne, však nie je vhodné na čerpanie ťažkých nečistôt, obsiahnutých v odpadových a splaškových vodách.

V patentovom spise SE 375 831 je opísané riešenie, využívajúce opačný princíp, že sú totiž nečistoty dopravované smerom na stred, to je preč od štrbiny. Táto skutočnosť v kombinácii s už skôr zmieneným osadením znemožňuje napájanie štrbiny.

Ako už bolo skôr povedané, tak podmienkou na to, aby bola umožnená doprava nečistôt smerom von a do štrbiny na obvode, je skutočnosť, že nábehové hrany lopatiek sú silno ohnuté smerom dozadu. Pokiaľ toto nie je dosiahnuté, dôjde veľmi skoro na vážne zastavenie prevádzky.

Obežné kolesá čerpadiel tohto typu sú opísané v patentových prihláškach SE 970422-0 a SE 9704223-8.

Pokiaľ sa nečistoty dostávajú klzným pohybom smerom von a dosiahnu na štrbinu medzi lopatkou a stenou skrine čerpadla, tak stále ešte existuje riziko, že uviaznu na obvode nábehovej hrany lopatky a zanesú alebo celkom upchajú uvedenú štrbinu.

V patentovom spise DE 614 426 je znázornené zariadenie, určené na riešenie uvedených problémov, a to bez nutnosti použitia už skôr zmieneného osadenia hriadeľa. Tu opisované čerpadlo je odstredivým čerpadlom, ktoré má veľmi ostré prepojenie axiálneho vstupu a radiálnej časti prietokového kanála. Obvod nábehovej hrany je tu umiestnený smerom dole od uvedeného prepojenia v radiálnej časti prietokového kanála.

Ďalej je tu zmienené ústrojenstvo, ktoré má pevný zárez v prednej časti nábehovej hrany so znižujúcou sa výškou až k reznému nožu, ktorý je nasledovaný špirálovito vytvorenou drážkou s trojuholníkovitým prierezom a s ostrými rohmi, ktorá sa smerom na obvod postupne rozširuje.

Dodatočne je tu uvedené, že základný princíp tohto typu riešenia spočíva v tom, že vymeniteľné rezné prostriedky budú nečistoty rozdrobovať. Pokiaľ tento postup zlyhá, napríklad z toho dôvodu, že rezné prostriedky budú otupené, dostaví sa ten dôsledok, že znižujúca sa výška zárezu bude stláčať nečistoty tak, že zanesú alebo celkom upchajú oblasť, ktorá má minimálne rozmery, to je oblasť uvedených rezných prostriedkov.

Uvedený patentový spis tak opisuje riešenie, ktoré za určitých podmienok môže dosiahnuť samočistiace schopnosti, ale ktoré má veľmi dôležité nedostatky z hľadiska účinnosti, výkonnosti, odolnosti proti opotrebeniu a celkovej životnosti. A navyše tu nie sú uvedené žiadne podrobnosti o veľmi dôležitých podmienkach, týkajúcich sa nábehových hrán lopatiek, a z toho dôvodu nemá žiaden zmysel pokúšať sa o uplatnenie tu opisovaného zariadenia na čerpanie odpadových a splaškových vôd.

Podstata vynálezu

Vynález sa týka ústrojenstva na čerpanie odpadových a splaškových vôd, ktoré odstraňuje nedostatky dosiaľ známych typov riešení tohto problému.

Čerpadlo odstredivého alebo poloaxiálneho typu na čerpanie odpadových a splaškových vôd podľa tohto vynálezu obsahuje skriňu čerpadla, vybavenú valcovým vstupom, a obežné koleso, vybavené stredovou hlavou a jednou alebo niekoľkými lopatkami s nábehovými hranami, ohnutými smerom späť. Podstata riešenia podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že nábehové hrany lopatiek ležia v rovine kolmej na hriadeľ obežného kolesa, a že jedna alebo niekoľko drážok je usporiadaných v stene skrine čerpadla na povrchovej ploche, protiľahlej na uvedené lopatky, pričom drážky sú umiestnené smerom hore od oblasti uvedených nábehových hrán, vedú od vstupu smerom na výstup a sú ohnuté v smere otáčania obežného kolesa.

Pri výhodnom uskutočnení čerpadla podľa tohto vynálezu potom uhol β ohybu, to je uhol medzi hranou drážky a oblúkom, ktorého stredom je os obežného kolesa, ktorý je každom bode na tejto hrane definovaný ako:

β = arctan (V(dr . dr + dZ . dZ) / (r. dfl )), má hodnotu medzi 10 a 45° pozdĺž jeho celkovej dráhy, kde dr, 0 a dZ sú nekonečne malé premiestnenia pozdĺž hrany drážky.

Drážka výhodne má hladké spojenie povrchovej plochy skrine čerpadla na strane, z ktorej obežné koleso prichádza, s uhlom γ medzi sklonenou časťou drážky a povrchovou plochou skrine čerpadla, ktorý je definovaný ako:

γ = arctan (ΔΖ / (r Δ Θ)), a ktorý má hodnotu medzi 2 a 25°

Protiľahlá strana uvedenej drážky je výhodne charakterizovaná ako kolmo smerujúca strana, ktorá spojito prechádza do eliptického dna drážky.

Hlavná os elipsy, ktorá charakterizuje uvedené dno drážky, má výhodne dĺžku aspoň dva razy väčšiu, ako je hĺbka uvedenej drážky.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Predmet vynálezu bude v ďalšom podrobnejšie vysvetlený s odkazom na priložené výkresy, kde:

obr. 1 znázorňuje trojrozmerný axonometrický pohľad na skriňu čerpadla;

obr. 2 znázorňuje radiálny rez schematickým zobrazením čerpadla podľa tohto vynálezu;

obr. 3 znázorňuje schematický osový pohľad na povrchovú plochu skrine čerpadla a obr. 4 znázorňuje valcový rez drážkou v povrchovej ploche skrine čerpadla.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na uvedených obrázkoch výkresov je vzťahovou značkou 1 označená skriňa odstredivého čerpadla, ktorá má valcový vstup 2. Vzťahovou značkou 3 je označené obežné koleso 3 odstredivého čerpadla, vybavené valcovou hlavou 4 a lopatkou 5.

Vzťahovou značkou 6 je označená nábehová hrana lopatky 5, vzťahovou značkou 7 je označená stena skrine odstredivého čerpadla, vzťahovou značkou 8 je označená drážka v stene 7 skrine 1 odstredivého čerpadla, vzťahovou značkou Z je označená os otáčania odstredivého čerpadla. Vzťahovými značkami 10 a 11 sú označené hrany drážky 8, vzťahovou značkou 12 je označená povrchová plocha drážky 8, a vzťahovou značkou 13 je označené dno drážky 8, pričom vzťahová značka h označuje hĺbku dna 13 drážky 8. Významný princíp predmetu tohto vynálezu spočíva v tom, že nečistoty, obsiahnuté v čerpanej tekutine, nie sú rozdrobované reznými prostriedkami. Naopak je použitá oveľa robustnejšia konštrukcia, ktorej prostredníctvom sú nečistoty odvádzané smerom von na obvod stroja. To znamená, že celková životnosť stroja sa výrazne zvýši, a to najmä pri čerpaní opotrebovávajúcich častíc. Konštrukcia je takisto stabilná, čo sa prejavuje tým, že dochádza k zníženiu opotrebenia sieny 7 skrine 1 odstredivého čerpadla.

Vynález sa týka čerpadla, ktoré je vybavené zvláštnym typom obežného kolesa 3, kde sú nábehové hrany 6 lopatky alebo lopatiek 5 umiestnené smerom hore od skrine 1 čerpadla, to znamená v priestore valcového vstupu 2 skrine 1 čerpadla, a kde nábehové hrany 6 ležia v rovine kolmej na os Z otáčania uvedeného obežného kolesa.

V súlade s predmetom tohto vynálezu je v stene 7 skrine 1 čerpadla usporiadaných niekoľko zárezov alebo drážok 8, ktorá sa rozprestierajú na povrchovej ploche 7 na opačnej strane obežného kolesa, to znamená od v podstate valcového vstupu 2 na v podstate axiálnu povrchovú plochu skrine čerpadla, a ktoré majú tvar, ktorý bude v ďalšom podrobnejšie špecifikovaný.

Drážky 8 spolupracujú s nábehovými hranami 6 lopatky alebo lopatiek 5 takým spôsobom, že nečistoty sú odvádzané v smere výstupu čerpadla.

Na účely zaistenia riadneho prietoku tekutiny čerpadlom a takisto na účely zaistenia ostatných výhod v porovnaní so známym stavom techniky je drážke 8 daný špeciálny smer, dráha a geometria.

Na obr. 4 je znázornený tvar valcového rezu drážkou, ktorý je charakteristický hladkým spojením 10 zo stenou 7 skrine čerpadla na strane, z ktorej obežné koleso prichádza. Opačná strana 11 drážky 8 je v zmienenom valcovom reze predstavovaná vo vzťahu na stenu 7 skrine 1 čerpadla kolmou povrchovou plochou 12, ktorá spojito prechádza do prevažne eliptického dna 13, ktoré má charakteristickú hlavnú os, ktorej dĺžka je aspoň dva razy väčšia ako je hĺbka h dna 13 drážky 8.

Toto zaoblenie dna je veľmi dôležité vtedy, keď sú od povrchovej plochy 7 dopravované opotrebovávajúce častice prostredníctvom sekundárnych prúdov, pretože opotrebenie uvedenej povrchovej plochy 7 sa tak výrazne zníži.

Medzi hladkým spojením 10 s povrchovou plochou 7 a dnom 13 drážky 8 je prevažne lineárny prechod 14. Uhol medzi uvedeným -lineárnym prechodom 14 s povrchovou plochou 7 leží v intervale od 2 do 25°, pričom je uhol γ definovaný ako γ = aretan (ΔΖ / (r A 0)), kde

ΔΖ - predstavuje osové premiestnenie a r Δ θ - predstavuje tangenciálny rozsah.

Na obr. 3 je znázornený uhol β pohybu drážky 8, pričom :

β= aretan (/(dr. dr + dZ . dZ) / (r.d#)), a kde dr, d0 a dZ sú nekonečne malé premiestnenia pozdĺž hrany drážky 8.

V súlade s predmetom tohto vynálezu ma uhol β ohybu hodnotu medzi 10 a 45° pozdĺž jeho celkovej drážky, a to na účely dosiahnutia tých najlepších výsledkov.

Pomocou predmetu tohto vynálezu je dosiahnuté niekoľkých význačných výhod v porovnaní s doteraz známymi riešeniami, obsiahnutými v doterajšom stave techniky. V tomto smere je potrebné zdôrazniť nasledujúce:

Potreba špecifických a stálych alebo vymeniteľných rezných prostriedkov je odstránená, pretože prietoková funkcia už počíta s príslušnými nečistotami a odvádza ich preč.

Ohnutie drážky 8 pôsobí ako štrbinovité tesnenie, ktoré prináša priame zvýšenie efektívnosti a účinnosti, pretože netesnosť štrbiny je znížená.

Zníženie opotrebenia povrchovej plochy, priliahnutej na drážku 8, je dosiahnuté tým, že opotrebovávajúce častice sú odvádzané preč z tejto oblasti potom, keď prešli drážkou 8. Týmto spôsobom je zachovaná dobrá účinnosť aj v tých prípadoch, keď odpadové a splaškové vody obsahujú opotrebovávajúce častice.

Dlhodobá životnosť je dosiahnutá tým, že opotrebovávajúce častice v čerpanom médiu spôsobujú opotrebenie, ktoré zachováva originálny tvar príslušných súčastí. To znamená, že dobrá funkcia je zachovaná takisto aj po určitom opotrebení.

Ústrojenstvo je prispôsobené na obežné koleso čerpadla, majúce optimálny tvar z hľadiska výkonu, pretože dráha drážky 8 sa transformuje z axiálneho smeru do smeru radiálneho.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Čerpadlo odstredivého alebo poloaxiálneho typu na čerpanie odpadových a splaškových vôd, obsahujúce skriňu (1) čerpadla, vybavenú valcovým vstupom (2) a obežné koleso (3), vybavené stredovou hlavou (4) a jednou alebo niekoľkými lopatkami (5) s nábehovými hranami (6) obutými smerom späť, vyznačujúce sa tým, že nábehové hrany (6) lopatiek (5) ležia v rovine kolmej na hriadeľ (Z) obežného kolesa (3), a že jedna alebo niekoľko drážok (8) jc usporiadaných v stene skrine (1) čerpadla na povrchovej ploche (7), protiľahlej na uvedené lopatky (5), pričom drážky (8) sú umiestnené smerom hore od oblasti uvedených nábehových hrán (6), vedú od vstupu smerom na výstup a sú ohnuté v smere otáčania obežného kolesa.
2. 2. Čerpadlo podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že uhol (β) ohybu, to je uhol medzi hranou drážky (8) a oblúkom, ktorého stredom je os obežného kolesa, ktorý je v každom bode na tejto hrane definovaný ako: β= aretan (/(dr. dr + dZ . dZ) / (r,d0)), má hodnotu medzi 10 a 46° pozdĺž jeho celkovej dráhy, kde dr, dd a dZ sú nekonečne malé premiestnenia pozdĺž hrany drážky (8).
3. 3. Čerpadlo podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že drážka (8) má hladké spojenie povrchovej plochy (7) skrine čerpadla na strane, z ktorej obežné koleso (3) prichádza, s uhlom (γ) medzi sklonenou časťou (14) drážky (8) a povrchovou plochou skrine čerpadla, ktorý je definovaný ako:

   γ = aretan (ΔΖ / (r Δ Θ)), a ktorý má hodnotu medzi 2 a 25°.
4. 4. Čerpadlo podľa nároku 3, vyznačujúce sa t ý m , že protiľahlá strana uvedenej drážky (8) je charakterizovaná ako kolmo smerujúca strana (12), ktorá spojito prechádza do eliptického dna (13) drážky (8).
5. 5. Čerpadlo podľa nároku 4, vyznačujúce sa t ý m , že hlavná os elipsy, ktorá charakterizuje uvedené dno (13) drážky (8), má dĺžku aspoň dva razy väčšiu, ako je hĺbka (h) uvedenej drážky.