CZ306872B6

CZ306872B6 - Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku

Info

Publication number: CZ306872B6
Application number: CZ2016-302A
Authority: CZ
Inventors: plĂchal Milan Ĺ
Original assignee: plĂchal Milan Ĺ
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-08-16
Also published as: CZ2016302A3

Abstract

Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku, které tvoří kanál (4) kapaliny stočený do spirály s postupně se zmenšujícím průřezem (6), vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, kde vstup (2) kanálu (4) kapaliny spojený s výstupem (3) kanálu (4) kapaliny, tvoří kuželovou spirálu se zkracující se roztečí, která obepíná osový dřík (8) tělesa (1), přičemž průřez (6) spirálového kanálu (4) kapaliny je oproti tvaru plochy „vesica piscis“, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty, upraven tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící stěnu (5) tělesa (1) směrem k výstupu (3) kanálu (4) kapaliny, netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180.degree. a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu kanálu (4) kapaliny, který oproti ploše „vesica piscis“ s plochou 1,2284 r.sup.2.n., má plochu 1/3 .PI.r.sup.2.n., tedy 1,04666 r.sup.2.n..

Description

Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku

Oblast techniky

Vynález se týká tělesa pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku, představující výrobek z oboru čerpadel a jejich příslušenství, kterým se zabývají společnosti zpracovávající plasty nebo slévárenství kovových výrobků. Řešení spadá do odvětví strojírenství.

Dosavadní stav techniky

Stavem techniky je výrobek, kterým je koncový prvek užívaný při dopravě kapalin, například při postřiku zeleně, dodávání kapaliny v rybníkářství v biobazénech, ale i jiná zařízení dodávající tlakovou vodu z kanálu pro mnohé různé účely. Koncový kanál je představován tryskou, jejíž rozptyl kapaliny je obvykle buď přímý proud, kuželový proud, nebo vějířovitý proud. Kapalina vstupuje do tohoto koncového tělesa v podobě přímého proudu a tvar výstřiku proudu ovlivní buď koncový tvar vyústění, například zploštění ústnice, nebo je rozprášení kapaliny způsobeno kuželovým nebo kuličkovým tělesem, které tvoří proudu překážku, čímž je tvar konečného proudu ovlivněn. Takové koncové těleso dodávky kapaliny může proto vytvářet například účinný výstupní proud kapaliny, v rybníkářství, kdy je účelem kanálu vytvářet u hladiny rychlý proud kapaliny z důvodu zamezení zamrzání rybničně plochy a tím dosažení přístupu ryb k vzdušnému kyslíku.

Nevýhodou jednoduchých koncových kanálů, výše uvedených, vytvářejících vějíř či kužel kapaliny, je usazování nečistot z kapaliny na místech, které tvoří umělou překážku, rovněž prvek, který vytváří překážku pro vytvoření kužele či vějíře vystřikované kapaliny zvyšuje ztráty rychlosti proudění a tedy i dopravní výkonnost zařízení. Tyto kanály jsou rovněž náchylné na možnost vzniku bublin při proudění a tedy vzniku kavitace, která vytváří opotřebení dílů a po čase znehodnocení koncové části kanálu. Takové zákonitosti platí i v případě že proudí místo kapaliny potrubím vzduch.

Do značné míry se zdařilo uvedené nedostatky koncových částí kanálů vyřešit řešením, které obsahuje rakouský patent AT 196 380 majitele a původce Viktora Schausbergera, jehož podstatou je potrubí pro kapalná nebo plynná média, jehož řešení vytváří potřebnou zvýšenou rychlost proudu v koncovce kanálu, bez možnosti usazování nečistot při průchodu, zamezuje vzniku kavitace a zajišťuje zrychlení laminámího proudění při poměrně dobrých parametrech z pohledu ztrát dopravního výkonu třením. Řešení spočívá ve vytvoření potrubí s průřezem vejčitého tvaru s promáčknutím směrem ke špičce vejčité části. Toto potrubí s průřezem umožňující dobré laminámí proudění je stočeno do spirály válcového tvaru případně i do tvaru rotačního kužele, kdy je průřez potrubí postupně v jednom směru zúžen. Toto principiální řešení má pouze nevýhodu, v tom, že lze s takovouto koncovkou obtížně manipulovat, bylo zjištěno i to, že průřez potrubí není ještě zcela ideální z pohledu průtočných vlastností kapaliny.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje v podstatné míře těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku, které tvoří kanál stočený do kuželové spirály postupně se zmenšujícím průřezem, vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, jehož podstata spočívá v tom, že vstup kanálu kapaliny spojený s výstupem kanálu kapaliny, tvoří kuželovou spirálu, která obepíná osový dřík tělesa směrem k výstupu kanálu kapaliny. Průřez kanálu kapaliny je oproti tvaru plochy vesica piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty, upraven tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící plochu tělesa, směrem k výstupnímu směšovacímu otvoru, netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180° a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu kanálu kapaliny, který oproti ploše vesica piscis

- 1 CZ 306872 B6 s plochou 1,2284 r², má plochu 1/3 Π², tedy 1,04666 r². Písmeno r značí poloměr kružnic nalézajících se v obr. 3. Znamená to, že jediná strana průřezu kanálu kapaliny podle řešení, která je konkávní vytváří tak zmenšení plochy a změnu tvaru oproti ploše a tvaru vesica piscis, kde jsou všechny strany obrazce konvexní. Nutno podotknout, že oproti ideálnímu obrazci na obr. 3, kde je tento tvar a plocha plnou čarou vytvořena, při technickém provedení může být plocha i tvar v rozmezí + 10 % nebo - 10 % plochy i tvaru odlišná, nicméně vychází z tohoto základního upraveného tvaru vesica piscis na obr. 3. Toto je zřejmé z obr. 4, kde je technické provedení průřezu řešení podle vynálezu mírně odlišné oproti ideálnímu tvaru z obr. 3. Je tomu tak z důvodu technické proveditelnosti celého tělesa, které má minimální rozměr tvaru mušle.

Je výhodné, že průměr vstupu kanálu kapaliny a průměr výstupu kanálu kapaliny má velikost vytvořenu v poměru 2:1, čímž je dosahováno zvýšení rychlosti proudu kapaliny, při zachování laminámího proudění.

Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku má řadu výhod, oproti známému stavu techniky. Průřez kanálu kapaliny, který má tvar blízký tvaru vesica piscis, prokázal v praxi kvalitní zvýšení rychlosti proudu kapaliny v poměru k výkonu čerpadla. Oproti zkušebnímu válcovému průřezu, kanálu, případně, válu kanálu ale i tvaru průřezu blízkého řešení, kterým je rakouský patent AT 196680, došlo k podstatnému zlepšení výkonu dodávky vody a rychlosti proudu při shodné výkonnosti čerpadla porovnávaných průřezů kanálů, dle známého stavu techniky. Výhoda uvedeného řešení s uvedenými parametry je to, že průchodem kapaliny tělesem v pěti závitech spirály, zužujícího se kanálu kapaliny, dojde vírovým pohybem kapaliny ke změně povrchového napětí kapaliny, což má zlepšující účinky, pro zvýšení úrodnosti plodin, harmonizuje prostředí v chovných bazénech ryb, a má další využití v úpravě vody i k pitným účelům. Jelikož nedochází k možnosti usazování nečistot v kanálu a je dosaženo významného zvýšení rychlosti proudu, při nízkém nároku na výkon čerpadla, nalezne těleso pro úpravu kapaliny uplatnění v dalších odvětvích průmyslu, jako je pivovarnictví, vinařství, komunální čistírny a podobně.

Objasnění výkresů

Příklad provedení řešení podle vynálezu, představuje na obr. 1 celkový pohled na těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku z boku.

Obr. 2 uvedeného řešení představuje toto těleso v axonometrickém pohledu v řezu, kde je zřejmé uspořádání spirálového provedení kanálu kapalin okolo osového dříku tělesa.

Obr. 3 představuje ideální tvar průřezu zmenšeného obrazce vesica piscis, je proveden plnou čarou, který byl v praxi využit pro tvar průřezu kanálu řešení podle vynálezu.

Obr. 4 představuje využití tohoto ideálního tvaru v technicky provedeném průřezu skutečného řešení kanálu, který má oproti ideálu mírné odlišnosti.

Příklad provedení vynalezu

Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku sestává z tělesa 1, ve kterém je uspořádán vstup 2 kanálu 4 kapaliny, který je spojen kanálem 4 kapaliny s výstupem 3 kanálu 4 kapaliny. Tvarově kanál 4 vytváří spirálu obepínající osový dřík 8 tělesa 1. Kanál 4 kapaliny má specifický tvar průřezu 6 spirálového kanálu 4 kapaliny. V obr. 2 jsou zřejmé stěny 5 tělesa 1, které od sebe jednotlivé kanály 4 kapaliny v tělese 1 oddělují. Na konci kanálu 4 kapaliny je v tělese 1 vytvořen výstup 3 kanálu 4 kapaliny, ze kterého je naznačen šipkou na obr. 1 směr 7 výtoku upravené kapaliny.

-2CZ 306872 B6

Funkci tělesa pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku uvedeme na příkladu tohoto zařízení užitého v rybníkářství pro zajištění nezamrzání vodní hladiny, což umožňuje přístup k vzdušnému kyslíku pro ryby v zimním období. Od neznázoměného tlakového vodního čerpadla přichází potrubím tlaková voda do vstupu 2 kanálu 4 kapaliny o průměru 50 mm. Tlaková voda postupuje ve spirále kanálu 4 kapaliny, který postupně zmenšuje průtočný průřez 6 spirálového kanálu 4 kapaliny, směrem k výstupu 3 kanálu 4 kapaliny, až dochází k zúžení kanálu 4 kapaliny na průměr 25 mm. Voda dosahuje při vírovém pohybu spirálou, vzhledem k zmenšujícímu se průřezu 6 spirálového kanálu 4 kapaliny, zvýšení rychlosti a na výstupu 3 kanálu 4 kapaliny, tryská směrem 7 výtoku upravené kapaliny. Proud vody čeří hladinu tak, že nedochází v části zvířené hladiny k zamrzání, což umožňuje rybám přístup k vzdušnému kyslíku. Vírové těleso je upevněno 30 cm pod hladinou rybníka.

Průmyslová využitelnost

Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření vírového výtoku je vhodné vyrábět v provozovnách zabývající se plasty, kde lze těleso vyrábět na 3D tiskárnách. Další možnost výroby tělesa je v kovoobráběcích výrobnách z bronzu, případně jiného materiálu. Využitelnost zařízení je tedy v odvětví chemického i strojního průmyslu.

Claims

1. Těleso pro úpravu kapaliny a vytvoření virového výtoku, které tvoří kanál (4) kapaliny stočený do spirály s postupně se zmenšujícím průřezem (6), vytvořeným z několika kruhových obloukových částí, vyznačující se tím, že vstup (2) kanálu (4) kapaliny, spojený s výstupem (3) kanálu (4) kapaliny, tvoří kuželovou spirálu, která obepíná osový dřík (8) tělesa (1), přičemž průřez (6) kanálu (4) kapaliny je oproti tvaru plochy vesica piscis, která je tvořena dvěma rovnostrannými trojúhelníky a čtyřmi shodnými kruhovými segmenty, upraven tak, že jeden kruhový segment ze čtyř, tvořící stěnu (5) tělesa (1) směrem k výstupu (3) kanálu (4) kapaliny, netvoří vyklenutí směrem ven, nýbrž je okolo podélné osy obrácen o 180° a zmenšuje tak vnitřek plochy průřezu kanálu (4) kapaliny, který oproti ploše vesica piscis s plochou 1,2284 r², má plochu 1/3 Πγ², tedy 1,04666 r².

2. Těleso podle nejméně jednoho z uvedených předchozích nároků, vyznačující se tím, že průměr vstupu (2) kanálu (4) kapaliny a průměr výstupu (3) kanálu (4) kapaliny, má velikost vytvořenu v poměru 2:1.