CZ4780U1

CZ4780U1 - Zařízení s vírovou komorou

Info

Publication number: CZ4780U1
Application number: CZ19965087U
Authority: CZ
Inventors: Hansjörg Dr. Ing. Brombach
Original assignee: Hansjörg Dr. Ing. Brombach
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1996-05-13

Description

(54) Název užitného vzoru:

Zařízení s vírovou komorou

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení s vírovou komorou ve funkci ventilu pro řízení průtoku kapalin, zejména vody, která může být znečistěná.

Dosavadní stav techniky

Ventily, tvořené vírovými komorami, mají proti konvenčním typům ventilů přednost v tom, že pracují bez pohyblivých mechanických dílů. Prakticky se neopotřebují, nevyžadují obsluhu, a tím dosahují mimořádně vysoké provozní spolehlivosti. Tyto přednosti jim zajišťují použití tam, kde je nutno řídit nesnadno manipulovatelné tekutiny a kde extrémní podmínky kladou nároky na provozní spolehlivost a bezpečnost. Nesnadno manipulovatelnými tekutinami jsou agresivní, radioaktivní nebo horké plyny nebo kapaliny v oblasti chemické a fyzikální technologie, avšak též odpadní vody, unášející nečistoty a vlákniny. Vysoká provozní spolehlivost a bezpečnost je zapotřebí například při ochraně a provozu jaderných elektráren. U vodních staveb vyžaduje tyto ventily automatické řízení odpadních toků ze zásobních jímek povodňových nádrží a usazovacích nádrží.

Tyto ventily i po dlouhodobém odstavení spolehlivě s vodou odvádějí i nejhrubší nečisté látky. Pro používání při vodních stavbách byly vyvinuty speciální vírové komory, které mohou pracovat se značně malými řídicími tlaky jako nízkotlaké ventily. Tyto ventily umožňují odebírat řídicí impuls od řízeného hlavního proudu.

Jsou známé dva typy ventilů, tvořených vírovými komorami, a to ventily radiální podle DE-DOS č. 2035580 a ventily axiální podle DE pat. č.2431112.

U radiálního ventilu je plochá válcová vírová komora, která má na dolní straně koaxiálně umístěnou výstupní hubici. Do válcového pláště ústí radiální napájecí hubice. Do jejího vyústění je napojena jedna nebo dvě tangenciální řídicí hubice. U axiálního ventilu je rovněž upravena válcová vírová komora, která má na jedné straně koaxiálně umístěnou výstupní hubici. Napájecí hubice však neústí do pláště válce, nýbrž axiálně ve tvaru prstencové štěrbiny do výstupní hubice protilehlé strany vírové komory. Jedna nebo několik řídicích hubic ústí tangenciálně do vnějšího pláště vírové komory.

Protéká-li ventilem pouze napájecí proud, dochází k relativním ztrátám. Přivede-li se další proud tangenciální řídicí hubicí, pak se tekutině v komoře dodává impuls, který vyvolá vířivé proudění. Vířivé proudění vyvolává velké urychlení toku směrem k výstupu. To vyvozuje opět odstředivé síly, takže průtok ventilem je silně škrcen. Malým přetlakem na řízení lze napájecí proud prakticky zastavit. Ventily působí posilujícím způsobem na průtok, jestliže se na ně přivádí řídicí proud ve dvojicích protilehle směřujících tangenciálních řídicích trysek současně.

-1CZ 4780 U1

Jak radiální, tak i axiální, ventil mají však některé vlastnosti, které jejich použitelnost omezují. Nedostatkem radiálního ventilu je, že ve vírové komoře dochází k válcovému proudění, které vyvolává tlakové ztráty a snižuje průtočné množství. Tím je omezen rozsah a účinnost ventilům U axiálního zesilovače se vzhledem k stejnoměrnému kruhovitému'axiálnímu přívodu napájecího proudu nevyskytují asymetrické stavy proudění, čímž bez řídicího proudu nastává stejnoměrné proudění. Tlakové ztráty jsou proto menší než u radiálního zesilovače. Prstencové vytvoření řídicí trysky přináší však proti trubkové řídicí trysce zvýšené nebezpečí zanášení, jestliže se mají ventilem vést kapaliny s hrubými nečistotami.

Z US patentového spisu č. 3198214 je známá vírová komora pro kapaliny, která má do komory tangenciálně ústící vstupní hubici a jednu centrální výstupní hubici.

Vírová komora je vytvořena nálevkovítě a zužuje se od největšího průřezu ve směru k výstupní hubici. Tangenciální vstupní hubice pro kapalinu je v oblasti největšího průřezu komory. Toto provedení vírové komory je škrtícím zařízením. Průtočné množství kapaliny je zde stálé a závislé pouze na rychlosti proudění napájecího proudu ze vstupní hubice.

Podstata technického řešení

Předmětem technického řešení je zařízení s vírovou komorou, která se od úseku s největším průřezem zužuje ve směru k centrální výstupní hubici. V oblasti největšího průřezu vírové komory je do ní zaústěna tangenciálně nejméně jedna vstupní hubice.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že podélná osa vírové komory svírá se svislou rovinou úhel větší než 30°. Nejméně jedna tangenciální vstupní hubice je do vírové komory zaústěna v oblasti nejhlubšího místa jejího největšího průřezu. Vírová komora má v oblasti nejvyššího místa výstředně umístěn větrací otvor, jehož přívod sahá nad úroveň hladiny horní vody.

Zúžení vírové komory od úseku největšího průřezu k výstupní trubici je kuželovité a jeho osa svírá se svislou rovinou úhel 45° až 90°. Osa kuželovitého zúžení může být nastavena tak, že jeho nejhlubší povrchová přímka probíhá vodorovně.

Čelní strana vírové komory může být vytvořena rovným víkem. Vnitřní průměr výstupní hubice je s výhodou v poměru 0,5 až 3:1 k vnitřnímu průměru tangenciální vstupní hubice, jejíž průměr je nejvýše rovný průměru větracího otvoru.

Kuželový úhel kuželovitého zúžení vírové komory je 40“až 135“. Poměr průměru výstupní hubice k největšímu průměru vírové komory je v rozmezí 1: 3 až 1: 10, přičemž největší průměr vírové komory je 0,1 m až 5 m.

Tangenciální vstupní hubice může ústit do vírové komory vodorovně a může být zaústěna do vírové komory skrze okraj, spojující čelní stranu vírové komory s kuželovitým zúžením..

-2CZ 4780 UI

Průměr tangenciální vstupní hubice může být roven šířce největšího průřezu vírové komory. Čelní strana vírové komory je spojena s jejím kuželovitým zúžením obloukovým zaoblením podle křivky tangenciální vstupní hubice, jejíž osa může být kolmá k projekci osy vírové komory na horizontální rovinu.

Tangenciální vstupní hubice může ústit do vírové komory skrze její čelní stranu. Výstupní hubice může být vytvořena jako rozšířený nátrubek na způsob difuzoru, přičemž mezi ní a vírovou komorou může být upravena měnitelná clona. Výstupní hubice může být umístěna vodorovně. Čelní strana vírové komory může být umístěna kolmo k ose této komory.

Čelní stěna vírové komory může být rovněž umístěna svisle, přičemž osa vírové komory může svírat s kolmicí na její čelní stranu úhel nejméně 10°. Svislá rovina, procházející osou vírové komory, svírá se svislou rovinou, procházející kolmicí na čelní stěnu vírové komory, úhel nejméně 10°.

Zařízení s vírovou komorou, které je předmětem technického řešení, je jednoduše uspořádané. V průtočném stavu umožňuje téměř bezeztrátový průtok a prakticky se nemůže zanášet. V určitém stavovém bodě vytváření víru v závislosti na vstupním tlaku přechází skokem od průtočného stavu do stavu uzavření.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále popsáno na příkladech provedení, které jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech. Na nich představuje:

Obr. 1. Příklad provedení technického řešení v řezu v neřízeném stavu.

Obr. 2. Pohled shora na příklad provedení podle obr. 1.

Obr. 3. Příklad provedení podle obr. 1, v řízeném stavu.

Obr. 4. Pohled shora na příklad provedení podle obr. 3.

Obr. 5. Další příklad provedení v řezu.

Obr. 6. Pohled shora na příklad provedení podle obr. 5.

Obr. 7. Další příklad provedení v bočním pohledu.

Obr. 8. Pohled shora na příklad provedení podle obr. 7.

Obr. 9. Boční pohled na další příklad provedení.

Obr. 10. Pohled shora na příklad provedení podle obr. 9.

Obr. 11. Další příklad provedení v řezu.

Obr. 12. Pohled shora na příklad provedení podle obr. 11.

Obr. 13. Další příklad provedení v řezu.

Obr. 14. Další příklad provedení v řezu.

-3CZ 4780 Ul

Příklady provedení technického řešení

U provedení, znázorněného na obr. 1 až 4, je zařízena kuželovité vytvořená vírová komora 1, která sestává z válcové oblasti největšího průřezu 2. a z navazujícího kuželovitého zúžení 3., které přechází nálevkovitě do výstupní hubice 4, vytvořené jako trubka. Na přechodu mezi úsekem ve tvaru komolého kuželu a výstupní hubicí 4. je upravena clona 5.

Kuželový úhel 2 a, je u znázorněného provedení 72°. Poměr výšky válce oblasti největšího průřezu 2 k výšce kuželovitého zúžení 3. je 1: 2,5 . Podélná osa rotačně symetricky vytvořené vírové komory 1 je proti svislici skloněna o úhel 54°. Tento úhel se rovná 90° - a, takže spodní povrchová přímka 6 kuželovitého zúžení X probíhá vodorovně. Clona 5 stojí kolmo k ose vírové komory 1. Výstupní hubice 4 probíhá vodorovně a je k nejhlubší povrchové přímce 6. přesazena rovnoběžně dolů. Do nejhlubšího místa oblasti největšího průřezu 2 ústí horizontální tangenciální vstupní hubice 7, která představuje jediný přívod vody do vírové komory 1. Vstupní hubice 7 má stejný vnitřní průměr jako výstupní hubice χ. Průměr vstupní hubice 7 odpovídá délce oblasti největšího průřezu 2. Čelní strana 8. vírové komory X je vytvořena plochým snímatelným víkem, které má centrální větrací otvor 9., do něhož vede trubka ' 10 nad temeno vírové komory χ. Na nejvyšším místě 11 oblasti největšího průřezu 2 je výstředně umístěn větrací otvor 12., jehož přívod 13 vede až nad hladinu horní vody.

Jestliže tangenciální trubkovou vstupní hubicí 7 vstupuje do vírové komory χ slabý proud kapaliny, stoupá kapalina na vnitřní straně vírové komory X a odvádí se jejím kuželovitým zúžením 3_ ve směru k výstupní hubici 4. Přitom zůstává horní část vírové komory X nenaplněna. Větracím otvory 9 nebo 12 dochází k vyrovnávání tlaku s okolním prostředím. Jestliže se proud kapaliny v tangenciální vstupní hubici 7 zesiluje, stoupá výška kapaliny ve vírové komoře χ. Od určité výšky plnění postačuje impuls, tangenciálně do vírové komory 1 vstupujícího, proudu k tomu, aby vznikl vír. Vír vyvolává zvýšený průtokový odpor, takže tlak uvnitř vírové komory χ stoupá a komora se zcela naplňuje kapalinou podle obr. 3 a 4. V jádře víru se vytváří podtlak, který se vyrovnává nasáváním vzduchu centrálním větracím otvorem 9,. S klesajícím vstupním tlakem se vír opět zhroutí, a to v důsledku nižší rychlosti proudu kapaliny a při nižším přetlaku než při vzniku víru.

Vírová komora χ umožňuje řízení množství vody, skrze ní protékající, bez použití pohyblivých mechanických částí, a to pouze v závislosti na tlaku vody v tangenciální vstupní hubici 2. Osazením vhodných clonových kotoučů ve cloně 5 se dá velikost řízení vírové komory 1 jednoduše regulovat.

Na obr. 5 a 6 je znázorněn další příklad provedení zařízení, u něhož vírová komora χ není vytvořena rotačně symetricky. Nálevkovitá část 16 této vírové komory X má tvar nesymetrického komolého kužele. Kruhový vnější okraj nálevkovitě části 16 na přechodové místo 23 v úseku 17 svírá se spodní povrchovou přímkou 6. pravý úhel. Čelní stran 8 není kolmá k ose vírové komory XKolmice na čelní stranu 8 svírá s osou vírové komory X úhel £ v rozmezí 10° až 40°, který se při zvětšování délky vírové komory X zmenšuje a při zvětšování její výšky zvětšuje.

-4CZ 4780 UI

Spodní povrchová přímka 6 nálevkovité části 16 a povrchová přímka 6 výstupní hubice 4 jsou souosé a probíhají horizontálně. Čelní strana 8, clona 5, přechod 22 od nálevkovité části 16 do výstupní hubice 4 a přechodové místo 23 od úseku 17 do nálevkovité části 16 jsou rovnoběžné se svislou rovinou a mají kruhový průřez.

Se zřetelem na šikmé vytvoření nálevkovité části 16 a svislé uspořádání čelní strany 8 je vírová komora 1 vytvořena vyšší než u provedení podle obr. 1 až 4. Relativním zvýšením výšky vírové komory 1 v poměru k její šířce zde vír vzniká později než u provedení podle obr. 1. až 4.

Provedení podle obr. 7 a 8 se liší od provedení podle obr. 5 a 6 tím, že osa vírové komory 1 je vzhledem ke svisle umístěné čelní straně 8. ve dvou směrech šikmá. Osa vírové komory 1, svírá s kolmicí na její čelní stranu 8 úhel £ v rozmezí 10° až 40°a svislá rovina, procházející osou vírové komory 1, svírá se svislou rovinou, procházející kolmicí na čelní stranu 8. vírové komory 1, úhel x v rozmezí 10°až 40°. Tím jsou při neřízeném průtoku vírovou komorou 1 menší ztráty a zvyšuje se její účinnost pro řízení průtoku.

Průřez výstupní hubice 4 se rovnoměrně zvětšuje na způsob difuzoru.

Na příkladu provedení, znázorněném na obr. 9 a 10, je nálevkovitá část 16 vírové komory 1 vytvořena stejně jako u provedení podle obr. 5 a 6 jako nepravidelně komolý kužel. Čelní strana 8 vírové komory 1 dosedá přímo na okraj nálevkovité části 16. Vstupní hubice 7 je ve vodorovné rovině proti ose vírové komory 1 a vzhledem k čelní straně 8. umístěna šikmo a ústí čelní stranou 8. do vírové komory 1. Výstupní hubice 4 se opět rozšiřuje na způsob difuzoru. Šikmou polohou osy vstupní hubice 7 k ose vírové komory 1 dochází rovněž k příznivému účinku jako u provedení na obr. 7 a 8. Tupý úhel mezi vstupní hubicí 7. a průmětem osy komory 1 je v rozmezí 105°až 120 °.

U příkladu provedení, znázorněného na obr. 11 a 12, je kuželový úhel 2 a 60”. Okraj 30 čelní strany 8, tvořící přechod k nálevkovitému úseku 32, je zaoblen podle poloměru tangenciální vstupní hubice 7. Tím se vytvářejí příznivé poměry proudění. Spodní povrchová přímka 19 nálevkovítého úseku 32 a výstupní hubice 4 jsou souosé.

Výstupní hubice 4 se rozšiřuje na způsob difuzoru s úhlem 4°. Tímto proudění příznivým vytvořením vírové komory i se v neřízeném provozním stavu nasává větracím otvorem 12 vzduch a vede se výstupní hubicí Jinak provedení podle obr. 11 a 12 v podstatě odpovídá provedení podle obr. 1 až 4.

U příkladu provedení znázorněného na obr. 13 probíhá osa vírové komory 1 horizontálně. Je vytvořena v podstatě jako u provedení podle obr. 1. Tím, že osa vírové komory 1 probíhá horizontálně, jsou vírová komora 1 a výstupní hubice 4. souosé. Tangenciální vstupní hubice 7 je nyní hlouběji než výstupní hubice 4. Spodní povrchová přímka 6 vírové komory 1, stoupá od tangenciální vstupní hubice 7 k výstupní hubici 4 s polovičním

-5CZ 4780 U1 kuželovým úhlem. Horizontálním uspořádáním osy vírové komory 1, se překládá bod vzniku víru blíže k nulovému bodu tlaku. Vírová komora 1 tím reaguje citlivěji na změny tlaku na vstupní straně a vyvozuje větší skok spínání. Jestliže se naproti tomu osa vírové komory natáčí z horizontály k vertikále, jak je naznačeno v příkladu provedení na obr. 14, pak vír nevzniká prudce a spínací krok se zmenšuje. Kdyby se osa vírové komory 1 položila do svislice, pak by spínací skok zcela zmizel.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení s vírovou komorou, na kapaliny s nálevkovítě vytvořenou vírovou komorou, která se od úseku s největším průřezem zužuje ve směru k centrální výstupní hubici, a v oblasti největšího průřezu je do vírové komory tangenciálně zaústěna nejméně jedna vstupní hubice, vyznačující se tím, že podélná osa vírové komory /1/ svírá se svislou rovinou úhel větší než 30°, nejméně jedna tangenciální vstupní hubice /7/ je do vírové komory /1/ zaústěna v oblasti nejhlubšího místa oblasti největšího průřezu /2/ vírové komory /1/, přičemž vírová komora /1/ má v oblasti nejvyššího místa /11/ výstředně umístěný větrací otvor /12/ s přívodem /13/.
2. Zařízení s vírovou komorou podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vírová komora /1/ od úseku největší-

ho průřezu /2/ zužuje ve směru k tě. výstupní hubici /4/ kuželoví- 3. Zařízení s vírovou komorou podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se t í m, že u vírové komory /1/ svírá osa kuželovitého zúžení /3/ se svislou rovinou úhel 45°až 90° 4. Zařízení s vírovou komorou podle nároku l 1 až 3, vyznačuj ící se t í m, že osa kuželovitého

zúžení /3/ vírové komory /1/ je nastavena tak, že nejhlubší povrchová přímka /6/ kuželovitého zúžení /3/ probíhá vodorovně .

5. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že u vírové je čelní strana /8/ vytvořena rovným víkem komory /1/ 6. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 5, v y z n a č u jící se t í m, že vnitřní průměr vý-

stupni hubice /4/ je v poměru 0,5 až 3:1 k vnitřnímu průměru tangenciální vstupní hubice /7/.
7. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že průměr větracího otvoru /12/ je nejvýše shodný s vnitřním průměrem tangenciální vstupní hubice /7/.

-6CZ 4780 Ul
8. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že kuželový úhel kuželovitého zúžení /3/ vírové komory /1/ je 40°až 135°.
9. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že poměr průměru výstupní hubice /4/ k největšímu průměru vírové komory /1/ je v rozmezí 1: 3 až 1: 10.
10. Zářízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že největší průměr vírové komory /1/ v oblasti největšího průřezu /2/ je v rozmezí 0,1 m až 5 m.
11. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že alespoň jedna tangenciální vstupní hubice /7/ ústí do vírové komory /1/ vodorovně.
12. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že tangenciální vstupní hubice /7/ je zaústěna do vírové komory /1/ skrze okraj /30/, spojující čelní stranu /8 / vírové komory /1/ s kuželovitým zúžením /3/, přičemž průměr tangenciální vstupní hubice /7/ se rovná šířce největšího průřezu /2/ vírové komory /1/.
13. Zářízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že čelní strana /8/ vírové komory /1/ je spojena s jejím kuželovitým zúžením /3/ obloukovým zaoblením podle poloměru tangenciální vstupní hubice /7/.
14. Zařízení s vírovou komorou podle nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že podélná osa tangenciální vstupní hubice /7/ je kolmá k projekci osy vírové komory /1/ na horizontální rovinu.
15. Zařízení s vírovou komorou podle některého z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že tangenciální vstupní hubice /7/ ústí do vírové komory /1/ skrze její čelní stranu /8/.
16. Zářízení s vírovou komorou podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že výstupní hubice /4/ je vytvořena jako rozšířený nátrubek na způsob difuzoru.
17. Zařízení s vírovou komorou podle některého z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že mezi vírovou komorou /1/ a výstupní hubicí /4/ je upravena měnitelná clona /5/.
18. Zařízení s vírovou komorou podle některého z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že výstupní hubice /4/ je umístěna vodorovně.
19. Zářízení s vírovou komorou podle některého z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že čelní strana /8/ vírové komory /1/ je umístěna kolmo k ose vírové komory /1/.

-7CZ 4780 Ul
20.Zařízení s vírovou komorou podle některého z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že čelní strana /8/ vírové komory /1/ je umístěna svisle.
21.Zařízení s i vírovou komorou podle nároku 20, vyznačující se tím, že osa vírové komory /1/ svírá s kolmicí na čelní stranu /8/ vírové komory /1/ úhel nejméně 10.
22.Zařízení s vírovou komorou podle nároku 20 a 21, vyznačující se tím, že svislá rovina, procházející osou vírové komory /1/, svírá se svislou rovinou, procházející kolmicí na čelní stěnu /8/ vírové komory /1/, úhel nejméně 10°.