CS219304B2 - Rotary pump with lateral channels - Google Patents

Description

Vynález se vztahuje na rotační čerpadlo s bočními kanály, složené z tělesa a. oběžného kola, nasazeného na hřídeli, v jehož tělese je vytvořen nejméně jeden boční kanál, uspořádaný od sacího otvoru k výtlačnému otvoru a v jehož oběžném kole na straně přivrácené k bočnímu kanálu jsou vytvořeny čerpací dutiny.

U tohoto druhu rotačních čerpadel vstupuje dopravované médium do čerpacích dutin rotujícího· oběžného kola a do bočního kanálu a je unášeno téměř o jednu celou otáčku, přičemž působením odstředivé síly vzniká cirkulační, vířivé proudění mezi čerpacími dutinami a bočním kanálem. Přitom probíhá impulsní přenos energie z vířivého proudu o vysoké energii na obvodový proud média o nízké energii.

U dosud známých rotačních čerpadel tohoto druhu jsou všechny čerpací dutiny stejně dlouhé a boční kanál je stejného průřezu, až na odchylky na jeho začátku a konci. Proto mají známá čerpadla malou účinnost a omezují se na poměrně malé objemové výkony.

Je známo uspořádání s proměnlivým průřezem bočního kanálu a to za účeleim možností řízení výkonu a množství dopravovaného média, přičemž se nehledí na účinnost. Z německého patentového spisu č. 96'6 487 je známo rotační čerpadlo, jeho· boční kanál se rozšiřuje od nulového rozměru na vstupu •a dále se pak radiálně zvětšuje, až na výstupu vychází z tělesa tangenciálně. Přitom se rovněž nehledí na účinnost. Rovněž nelze dosáhnout splnění nějakých přísných nároků na. vytvoření bočního· kanálu.

Úkolem vynálezu je vytvořit čerpadlo s postranními kanály o· vyšší účinnosti.

Úloha je řešena vytvořením rotačního· čerpadla s bočními kanály, složeného· z tělesa a, oběžného· kola, nasazeného na hřídeli, v jehož tělese je vytvořen nejméně jeden boční kanál, uspořádaný od sacího· otvoru k výtlačnému otvoru a v jehož oběžném kole na straně přivrácené k bočnímu kanálu jsou uspořádány čerpací dutiny, jež se podle vynálezu od známých řešení odlišuje· tím, že čerpací dutiny jsou ve směru radiálním různé délky a jsou vytvořeny zejména jako dlouhé čerpací dutiny a krátké čerpací dutiny, přičemž vnější obrys bočního kanálu je kruhový, kdežto jeho vnitřní obrys je spirálový a jeho· vzdálenost od osy rotace hřídele je v místě sacího· otvoru rovna radiální vzdálenosti konce dlouhé čerpací dutiny od téže osy a v místě výtlačného otvoru je vzdálenost vnitrního obrysu od osy rotace hřídele rovna. radiální vzdálenosti konce krátké čerpací dutiny od téže osy. Přitom je vnitřní obrys

..... .______ podle vynálezu výhodně vytvořen jako archimédova spirála.

Pro zvýšení výkonu je podle vynálezu oběžné kolo· opatřeno věnci čerpacích dutin po obou stranách, mezi nimiž je oddělující stojina a proti každému věnci čerpacích dutin je uspořádán jeden boční kanál.

Pro vytvoření několikastupňového čerpadla sestává oběžné kolo· podle vynálezu ze dvou disků, uspořádaných na společném hřídeli, jež jsou uspořádány souměrně, zejména jsou souměrně opatřeny věnci čerpacích dutin.

Podle jednoho z takových provedení je podle vynálezu · mezi dvěma disky uspořádán rozpěrný kotouč a oba boční kanály jsou propojeny za sebou do ' dvou tlakových stupňů.

Podle jiného provedení jsou oba disky oběžného kola k sobě přivráceny 'stranami, v nichž jsou vytvořeny věnce čerpacích dutin a boční kanály jsou vytvořeny v dílu tělesa, který je umístěn mezi oběma disky oběžného kola.

Několikastupňové čerpadlo lze podle vynálezu vytvořit i tak, že v oběžném kole jsou vytvořeny nejméně dva věnce· čerpacích dutin různých průměrů, k nimž přísluší vždy jeden boční kanál, spojený se za ním následujícím bočním · kanálem.

Při jiném provedení dvoustupňového čerpadla je podle vynálezu průřez oběžného kola podélně nesouměrný a v prvním, nižším tlakovém stupni je opatřen na straně jedním věncem čerpacích dutin, kdežto ve druhém, vyšším tlakovém stupni na straně výtlaku je opatřen dvěma souměrně uspořádanými věnci čerpacích dutin, přičemž · každému · věnci .Čerpacích dutin přísluší vždy jeden boční kanál.

Rotační ,čerpadlo s bočními kanály, vytvořené · podle vynálezu, má tu výhodu, · že se podstatně zlepšuje · přenos energie , z vířivého proudění na proudění· obvodové. Na vstupu se odděluje vířivá cirkulace · v·· · dlouhých čerpacích dutinách · od hlavního· . čerpacího· proudu, zvyšuje oběžnou rychlost tohoto· hlavního čerpacího proudu. V bočním kanálu vzniká trojrozměrné celý boční kanál vyplňující šroubové proudění, vytvořené převážně krátkými čerpacími dutinami, jež urychlují hlavní čerpací proud, což podstatně zvyšuje· účinnost. Počáteční velký radiální rozměr bočního kanálu umožňuje 'se plně uplatnit dlouhým čerpacím· dutinám. Se zmenšujícím se průřezem až na rozměr čerpacích dutin se amplituda vířivých proudů zmenšuje, až přejde do obvodové rychlosti hlavního proudu. Tím se dopravní výška čerpadla zvýší až o 25 ·% proti dosud známým řešením.

Příklady provedení rotačního čerpadla; s bočními kanály, vytvořeného · podle vynálezu, jsou uvedeny na výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno jednostupňové čerpadlo s jedním proudem· čerpaného média, . zobrazené v příčném řezu, na obr. 2 řez rovinou II— —II z obr. 1, na. obr. ·3 pohled na, boční ka nál, na· obr. 4 řez rovinou IV—IV z obr. 3, na obr. 5· řez jednostupňovým čerpadlem se dvěma proudy průtoku čerpaného média, na obr. 6 pohled na oběžné kolo Čerpadla z obr. 5, na obr. 7 řez rovinou VII—VII z obr. 6, na. obr. 8 řez dvoustupňovým čerpadlem se stupni uspořádanými axiálně vedle sebe, na obr. 9 příčný řez dvoustupňovým čerpadlem se stupni uspořádanými radiálně za. sebou, na obr. 10 příčný · řez čerpadlem z obr. 9, na obr, 11 pohled na boční kanály čerpadla z obr. 9 a obr. 10', na obr. 12 řez rovinou XII—XII z obr. 11, na obr. 1'3 pohled na dvoustupňové oběžné kolo, na obr. 14 řez rovinou XIV—XIV z obr. 13, na obr. 15 podélný řez jiným provedením dvoustupňového čerpadla, na obr. 16 podélný řez dalším provedením dvoustupňového čerpadla, . na obr. 17 podélný řez čtyřstupňovým čerpadlem, na obr. 18. · · řez jiným· provedením čtyřstupňového čerpadla, na obr. 19 řez čtyřstupňovým čerpadlem se dvěma oběžnými koly a na obr. 20 řez dvoustupňovým čerpadlem s nesouměrným oběžným kolem.

V prvním příkladu provedení, znázorněném na, obr. 1 až obr. 4, je · rotační čerpadlo s bočními kanály vytvořeno jako jednostupňové s jedním proudem čerpaného média a obsahuje· těleso 10 a oběžné kolo· 12. Těleso 10 je složeno z kruhového pláště 14, v němž je vytvořen sací otvor 16 a výtlačný · otvor 18, z ložiskového víka. 20, s ním rovnoběžného· bočního víka 22 a · kotouče 24, umístěného mezi ložiskovým víkem· 20 a bočním víkem 22. Dosedaní plocha mezi kruhovým pláštěm 14 a ložiskovým víkem 20, případně bočním víkem 22 jsou utěsněny vždy jedním těsnicím kroužkem 26,

Ložiskovým víkem 20 ·. tělesa 10 prochází hřídel 30, utěsněný . ucpávkovými kroužky 28. Hřídel 30 je spojen s ná · obr. neznázorněným hnacím· motorem, · například dvoupólovým elektromotorem a rotuje·, ve · směru šipky. · Na · vodném konci · hřídele 30 je upevněno.....

oběžné kolo 12 pomocí pera 32 a· zajištěno· axiálně· podložkou · · 34 a' šroubem· · 36.

□běžné · kolo -12 je tvaru kotouče ·a- na · je- h-o boku je vytvořen věnec . čerpacích dutin, přivrácených k bočnímu kanálu 40. . Čerpací . dutiny jsou dvojí délky a· to dlouhé čerpací dutiny 38a · .a krátké čerpací· · dutiny 38b. Boční kanál 40 je opatřen vnějším· obrysem· 42, který je soustředný kolem · osy rotace oběžného kola 12 a vnitřním obrysem 44 spirálo- vého tvaru, který zužuje průřez bočního kanálu 40 ve · směru k výtlačnému otvoru 18. Vnitřní obrys je výhodně tvaru archimedovy spirály. · Radiální vzdálenost vnitřního obrysu 44 · od osy rotace hřídele 30 je v místě · -sacího otvoru 16 rovna radiální vzdálenosti konce dlouhé čerpací dutiny · 38a · od téže osy, kdežto v místě výtlačného otvoru 18 je radiální vzdálenost vnitřního · obrysu 44 od osy rotace hřídele 30 rovna . ' vzdálenosti konce krátké čerpací dutiny 38b od téže osy.

Ve stěně kotouče· 24 je v blízkosti sacího otvoru 16 vytvořen výstupní otvor 46 a v blízkosti výtlačného otvoru 18 pak výstupní otvor 54, za nímž se boční kanál 40 zužuje do špičky ve tlačný kanál 48.

Rotační čerpadlo s bočními kanály, vytvořené podle vynálezu, pracuje takto:

Čerpané médium vstupuje sacím otvorem 16 v kruhovém plášti 14 tělesa 10 a. odtud vstupním otvorem 46 v kotouči 24 do bočního kanálu 40, vniká do dlouhých čerpacích dutin 38a a krátkých čerpacích dutin 38b. Tím je uchváceno oběžným kolem¹12 a· působením odstředivé síly vrháno· k obvodu bočního konálu 40 s urychlením, kde vzniká prostorové šroubové proudění po· celém obvodu bočního kanálu 40. Toto proudění je pulsační, což je způsobeno nestejnou délkou dlouhých čerpacích dutin 38a a krátkých čerpacích dutin 38b, takže vznikají dvojí, vzájemně se překrývající dílčí cirkulační proudy. Tyto dílčí cirkulační proudy mají vyšší energii .a způsobují uvnitř hlavního· cirkulačního proudu přenos energie .a zvyšují tak rychlost cirkulace a tím i vyšší oběžnou rychlost média mezi bočním kanálem 40 a dlouhými čerpacími dutinami 38a a krátkými čerpacími dutinami 38b. Tím se zvětšuje množství dopravovaného média, vstupujícího do dlouhých čerpacích dutin 38a i krátkých čerpacích dutin 38b a tím i přenos· energie na proud média· v bočním kanálu 40.

Pří prototypových zkouškách rotačního čerpadla s postranními kanály, vytvořeného podle vynálezu, se dosáhlo dopravní výšky o 25 % vyšší, než u srovnatelných vířivých čerpadel.

Obraz hlavního· cirkulačního proudu se· ve směru rotace oběžného kola 12 mění. Rychlost proudu klesá a jeho spočátku střídavé příčně oválné proudění, při němž se dlouhé čerpací dutiny 38a plně uplatňují, se postupně mění v příčně přibližně kruhové proudění, při němž účinnost dlouhých čerpacích dutin 38a klesá. Tomu nutno ovšem přizpůsobit i tvar bočního kanálu 40. Jeho boční strany, jakož i vnější obrys, zůstávají neměnné, kdežto· jeho vnitřní obrys · 44 je spirálovitý. Tím klesá účinnost dlouhých čerpacích dutin 38a na konci bočního kanálu 40 na úroveň krátkých čerpacích dutin 38b.

Tlačný kanál 48 urychluje při čerpání kapaliny její odvzdušnění, protože kapalina, tlačená ke středu oběžného kola 12 se v dlouhých čerpacích dutinách 38a odvzdušňuje odvzdušňovacím otvorem 50, na který navazuje odvzdušňcivací kanál 52.

Na výtlačné straně čerpadla vystupuje dopravované médium výstupním otvorem 54 v kotouči 24 a odtud výtlačným otvorem 18 proudí z čerpadla.

Při dopravě plynu se nevytváří odvzdušňovací otvor 50 a tlačný kanál 48 stlačuje přídavně plynné médium, potom následuje na sací straně bočního kanálu 40 pokles tlaku, usnadňující rychlý vznik cirkulačního proudění,

Druhým příkladem je jednostupňové čer padlo se dvěma proudy čerpané kapaliny, znázorněné na obr. 5 až obr. 7.

Oběžné kolo 12 je oboustranně opatřeno čerpacími dutinami 38. Boční kanál 40 je vytvořen po každé z obou stran oběžného kola 12. Kotouče- 24, v nichž jsou oba boční kanály 40 vytvořeny, se vzájemně stýkají v rovině souměrnosti čerpadla. Čerpané médium vstupuje do čerpadla sacím otvorem 16,; kde se dělí· na dva proudy a vstupuje dvěma vstupními otvory 46 do obou bočních kanálů 40 a odtud dvěma výstupními otvory 54 proudí ven a ve výtlačném otvoru 18 se opět spojuje v jeden proud.

Příklad dvoustupňového· čerpadla se stupni uspořádanými axiálně vedle sebe je znázorněn na obr. 8.

Oběžné kolo· 12 se skládá z levého· disku 12a a pravého disku 12b, mezi nimiž je uspořádán rozpěrný kotouč 56. Rozpěrný kotouč 56 je společně s levým diskem 12a ' a pravým diskem 12b upevněn na hřídeli 30 a rotuje společně s nimi. Obvod rozpěrného kotouče 56 tvoří společně s vnitřními válcovými plochami kotoučů ·26 radiální těsnicí mezeru 58. Tato radiální těsnicí mezera 58 není axiálně omezena, takže oběžné kolo 12 se může při montáži axiálně posouvat, aniž by tím byl těsnicí účinek radiální těsnicí mezery 58 nějak omezen. V rotačním čerpadle jsou tedy vytvořeny dva stupně, oddělené rozpěrným kotoučem 56. Dopravované médium, nasáté sacím otvorem . 14 proudí z prvního stupně převodním kanálem 60 do stupně druhého a odtud výtlačným otvorem 18.

Dvoustupňové rotační čerpadlo· se· dvěma stupni, uspořádanými radiálně za sebou, je znázorněno na obr. 9· až obr. 14.

Dopravované médium je· nasáváno sacím· otvorem 16, vytvořeným v kruhovém plášti 14 čerpadla a vstupním otvorem 46 v kotouči 24 proudí do prvního vnitřního stupně a z něj převodním kanálem 60 do vnějšího druhého stupně a odtud výstupním otvorem 54 a výtlačným, otvorem· 18 vytéká ven. Axiální uspořádání výstupního otvoru 54 má tu výhodu, že nezvětšuje radiální rozměr čerpadel. Dále pak snižuje· ztráty dopravovaného média ve srovnání s radiálním uspořádáním. V kotouči 24 je vytvořen jednak vnitřní boční kanál 40a, jednak vnější boční kanál 40b. Oběžné kolo· 12 je· opatřeno dvěma prstenci čerpacích dutin, přičemž v každém prstenci jsou vytvořeny střídavě dlouhá čerpací dutina 38a a krátká čerpací dutina 38b.

Dvoustupňové rotační čerpadlo se stupni uspořádanými radiálně za sebou se dvěma proudy čerpaného média· je znázorněno· na ' obr. 1'5 a· obr. 1.6. Oběžné kolo 12 může být buď celistvé, jak znázorněno na obr. 115, nebo dělené, jak znázorněno na obr. 16. Kotouče 24 se dvěma bočními kanály 40 jsou uspořádány po obou stranách oběžného· kola 12. Protože· průtok média oběma stupni, je stejný, jsou čerpací - dutiny 38, uspořádané na, vnějším- věnci menší, než čerpací dutiny 38, uspořádané na vnitřním věnci.

Protože oběžné kolo 12 je souměrné podle roviny rotace, ustavuje se samo do plovoucí polohy, takže mezi oběžným kolem 12 a oběma kotouči 24 nevzniká tření, což ovlivňuje životnost če rpad la,

Čtyřstupňové čerpadlo je· znázorněno na obr. -17 a obr. 18, Takové čerpadlo· čerpá jen poloviční množství média, než -čerpadlo v provedení podle- obr. 15 a -obr. 16, avšak má dvojnásobnou výtlačnou výšku. Čerpadlo znázorněné -na· obr. 17 má -oběžné kolo· 12 opatřeno rozpěrným· kotoučem 56 a je obdobou uspořádání, znázorněného na -obr. -8. V uspořádání podle obr. 17 je· -oběžné kolo 12 opatřeno zvětšeným rozpěrným kotoučem 56*, který zasahuje mezi oba kotouče 24, takže těsnicí štěrbiny po obou -stranách - oběžného kola 12 jsou pouze radiální.

Jiné řešení čtyřstupňového čerpadla, opatřeného dvěma oběžnými koly 12, jež -jsou k

Claims (8)

1. PŘEDMĚT

   1. Rotační čerpadlo- s bočními kanály, složené z tělesa -a, oběžného kola, -nasazeného na hřídeli, v jehož tělese je· vytvořen -nejméně jeden boční kanál, uspořádaný od -sacího otvoru k výtlačnému otvoru a v jehož oběžném kole, na -straně přivrácené k bočnímu kanálu, jsou vytvořeny čerpací dutiny, vyznačené tím, že - čerpací dutiny (38) jsou v raradiálním směru různé délky a jsou vytvořeny zejména jako dlouhé čerpací dutiny (i3i8a) a. krátké čerpací - dutiny (3i8b), -přičemž vnější obrys (42) bočního kanálu (40) je kruhový, kdežto jeho vnitřní obrys (44) je spirálový a jeho· vzdálenost od -osy rotace hřídele (30) je v místě sacího otvoru (16) rovna radiální vzdálenosti konce dlouhé čerpací dutiny (3.8a) od téže· -osy a v místě výtlačného otvoru - (18) je - vzdálenost vnitrního' obrysu (44). -od osy rotace hřídele (30) rovna radiální vzdálenosti konce krátké čerpací dutiny (38b) -cd téže osy.
2. 2. Rotační čerpadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že vnitrní obrys (44) bočního kanálu (40) je- vytvořen jako archimédova spirála.
3. 3. Rotační čerpadlo podle- bodů 1 a 2, - vyznačené tím, že oběžné kolo (12) je opatřeno věnci čerpacích dutin (38) po obou stranách, mezi nimiž je -oddělující -stojina a proti každému věnci čerpacích dutin (38) je- uspořádán jeden boční kanál (40).
4. 4. Rotační čerpadlo podle bodů 1 a 2, vyznačené- tím, že -oběžné kolo (12) sestává ze dvou disků, uspořádaných na -společném -hří sobě přivráceny stranami s čerpacími dutinami, je znázorněno na, obr. 19; přičemž -oběžná kola jsou upevněna, na společném hřídeli 30. Mezi oběžnými koly 12 jsou- uspořádány dva, kotouče- 24, přivrácené k -sobě hřbetními stranami, takže jejich strany, opatřené bočními kanály 40, jsou od- sebe odvráceny. Čerpané médium proudí -sacím otvorem.·· 16 a vstupním otvorem 46 do levého· vnitřního -stupně, který -je stupněm· prvním. Odtud proudí příčným kanálem do pravého vnitřního stupně, jež je stupněm druhým- a z něho radiálním kanálem do pravého vnějšího stupně, který je stupněm třetím- a odtud ορέ! příčným kanálem do levého vnějšího stupně, který je -stupněm čtvrtým.

   Dvoustupňové čer?p^do> s nesouměrnýín oběžným kolem - je znázorněno na obr. 20. Vnitřní věnec čerpacích dutin je- jednostranný, kdežto druhý stupeň je opatřen -dvěma věnci čerpacích dutin, přivrácených k sobě hřbetní stranou.

   VYNÁLEZU deli, jež jsou vzájemně -souměrně -opatřeny věnci čerpacích dutin (88).
5. 5. Rotační čerpadlo podle bodu 4, vyznačené tím, že mezi dvěma disky, to· je levým diskem (12a) -a pravým diskem - (12b) je uspořádán rozporný kotouč (56) a -oba boční kanály (40) jsou propojeny za sebou do dvou tlakových -stupňů.
6. 6. Rotační čerpadlo podle- bodu - 4, vyznačené tím, že oba disky oběžného· kola (!12) jsou k sobě přivráceny stranami, v -nichž jsou vytvořeny věnce čerpacích dutin (38) a boční kanály (40) jsou vytvořeny v dílu tělesa •(10), který je umístěn mezi oběma disky oběžného kola - (12).
7. 7. Rotační čerpaHo· podle bc-dů 1 až 6, vyznačené tím, že v oběžném kole (12) jsou vytvořeny nejméně dva věnce - ' čerpacích dutin (38) různých průměrů, k nímž přísluší vždy jeden boční kanál (40), přičemž výstup vnitřního bočního kanálu (40a) je spojen se vstupem za ním následujícího vnějšího bočního kanálu J40b).
8. 8. Rotační čerpadlo podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že průřez oběžného kola (12) je podélně nesouměrný -a. v - prvním, nižším tlakovém stupni je opatřen jedním věncem čerpacích dutin (38), kdežto ve druhém vyšším tlakovém stupni je^: opatřen dvěma souměrně uspořádanými věnci čerpacích dutin (38), přičemž ke každému věnci čerpacích dutin (38) přísluší jeden boční kanál (40).