RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2121173 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 18.03.08 0871686.6 (13) T3 (1) Int. Cl. B01F1/00 F16J1/34 (06.01) (06.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej 23.06. Europejski Biuletyn Patentowy /2 EP 2121173 B1 (4) Tytuł wynalazku: Zespół napędowy do pracy w zanurzeniu pod powierzchnią cieczy (30) Pierwszeństwo: DE07013630 19.03.07 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 2.11.09 Europejski Biuletyn Patentowy 09/48 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 30.11. Wiadomości Urzędu Patentowego 11/ (73) Uprawniony z patentu: INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG, Erlangen, DE (72) Twórca (y) wynalazku: PL/EP 2121173 T3 HÖFKEN Marcus, Erlangen, DE HAGSPIEL Thomas, Erlangen, DE FREY Torsten, Nürnberg, DE (74) Pełnomocnik: Łazewska i Łazewski sp. j. rzecz. pat. Łazewska Sławomira 00-90 Warszawa skr. poczt. 0 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
EP 2 121 173 B1 Z-7301 Zespół napędowy do pracy w zanurzeniu pod powierzchnią cieczy Opis [1] Wynalazek dotyczy zespołu napędowego do pracy w zanurzeniu pod powierzchnią cieczy, zwłaszcza do pracy w zanurzeniu w klarowniku. 1 2 30 [2] Zgodnie ze stanem techniki (patrz EP-A-014480) do recyrkulacji ścieków przejmowanych przez klarownik stosowane są mieszalniki. Odróżnia się przy tym mieszalniki pionowe, w których na przykład mieszadło hiperboloidalne obraca się napędzane pionowym wałem. Silnik elektryczny, który napędza pionowy wał, może być umieszczony albo nad powierzchnią cieczy, albo pod powierzchnią cieczy. Ponadto znane są tak zwane mieszalniki poziome, w których umieszczony zwykle pod powierzchnią cieczy silnik elektryczny obraca śmigło. [3] W przypadku mieszalników z zespołem napędowym umieszczonym pod powierzchnią cieczy konieczne jest takie uszczelnienie wału napędowego wyprowadzonego z obudowy mieszalnika, by otaczająca mieszalnik ciecz nie mogła wniknąć do wnętrza jego obudowy. W tym celu wał napędowy przechodzi przez komorę uszczelnienia, przy czym na wejściu do niej jest umieszczona uszczelka wałowa, a na przeciwnym wyjściu z niej, zwróconym w kierunku cieczy, znajduje się uszczelnienie pierścieniem ślizgowym. Do smarowania uszczelnienia pierścieniem ślizgowym jest zwykle używany olej, którego zapas mieści się w komorze uszczelnienia. [4] Uszczelnienie pierścieniem ślizgowym, w praktyce, musi być kontrolowane w regularnych odstępach czasu i ewentualnie musi być wymieniane. Jest to związane z wielkim kosztem, gdyż wówczas mieszalnik musi zostać uniesiony z klarownika i musi zostać zdemontowany.
2 [] Zadaniem wynalazku jest uniknięcie niedogodności rozwiązań znanych ze stanu techniki. Powinien zostać opracowany mieszalnik, którego praca w zanurzeniu będzie możliwa w dłuższym czasie. Dalszym celem wynalazku jest możliwie prostsza konserwacja zespołu napędowego, zwłaszcza łatwiejsze wykrywanie uszkodzeń w obszarze jego uszczelnienia. [6] Zadanie to rozwiązano dzięki cechom wymienionym w zastrzeżeniach 1 i 11. Szczegóły rozwiązania według wynalazku wynikają z cech urządzenia wymienionych w zastrzeżeniach 2 do, oraz 12 i 13. 1 2 30 [7] Zgodnie z wynalazkiem przewód zawierający zapas oleju jest połączony z komorą uszczelnienia i jest wyprowadzony nad powierzchnię cieczy. Dzięki temu żywotność zespołu napędowego działającego pod powierzchnią cieczy może zostać znacznie przedłużona niespodziewanie prostym sposobem. Ponieważ komora uszczelnienia jest zaopatrzona w przewód zapasu oleju sięgający nad powierzchnię cieczy, to najprostszym sposobem może zostać zapewnione, że komora uszczelnienia jest zawsze wypełniona olejem. Poziom oleju w komorze uszczelnienia może zostać łatwo sprawdzony. Niedopuszczalnie szybkie znikanie znajdującego się w przewodzie zapasu oleju wskazuje na uszkodzenie uszczelnienia z pierścieniem ślizgowym. Naprawa uszczelnienia z pierścieniem ślizgowym może zatem zostać ograniczona do przypadku jego rzeczywistego uszkodzenia. Dalsza ważna zaleta wynalazku polega na tym, że dzięki przewodowi z zapasem oleju sięgającemu nad powierzchnię cieczy, na olej znajdujący się w komorze uszczelnienia jest wywierane ciśnienie hydrostatyczne. Olej znajdujący się w komorze uszczelnienia znajduje się pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia cieczy otaczającej zespół napędowy. Dzięki temu można uniknąć niepożądanego wnikania cieczy do obszaru uszczelnienia pierścieniem ślizgowym. Może zostać zapewnione, że uszczelnienie pierścieniem ślizgowym jest zawsze zaopatrzone w olej. [8] Zgodnie z korzystnym wykonaniem według wynalazku przewód olejowy co najmniej w jego części usytuowanej nad powierzchnią cieczy jest przezroczysty. Dzięki temu umożliwiona jest prosta i szybka kontrola wzrokowa poziomu oleju. Tym samym może zostać również sprawdzone, czy w tym przewodzie znajduje się dostateczna ilość oleju.
3 1 2 30 [9] W dalszym korzystnym wykonaniu według wynalazku przewód olejowy jest połączony ze źródłem ciśnienia, wytwarzającym ciśnienie większe od ciśnienia cieczy otaczającej komorę uszczelnienia. Przy tym źródło ciśnienia jest umieszczone korzystnie nad powierzchnią cieczy. Ułatwiona jest dzięki temu jego naprawa i konserwacja. W przypadku źródła ciśnienia, korzystnie jest nim źródło sprężonego powietrza połączone z przewodem zapasu oleju. [] W przypadku źródła ciśnienia może chodzić o przewód sprężonego powietrza. Takie przewody sprężonego powietrza są zwykle stosowane, zwłaszcza w przypadku urządzeń klarujących, do napowietrzania klarownika w obszarze jego mieszadeł. Tego rodzaju przewód sprężonego powietrza jest zwykle doprowadzony aż do dna klarownika i znajduje się pod ciśnieniem, które przewyższając hydrostatyczne ciśnienie cieczy umożliwia wypływ powietrza w obszarze dna klarownika. Napełniona olejem komora uszczelnienia zespołu napędowego jest natomiast płyciej zanurzona w cieczy, wobec czego ciśnienie cieczy w otoczeniu komory uszczelnienia jest mniejsze niż ciśnienie w przewodzie sprężonego powietrza. Dzięki połączeniu przewodu olejowego z przewodem sprężonego powietrza może zatem w komorze uszczelnienia zostać najprostszym sposobem utworzone nadciśnienie, które zawsze uniemożliwia niepożądane wnikanie cieczy do komory uszczelnienia. Przewód olejowy jest na znacznej części jego długości zasadniczo pionowy, czyli jest prowadzony wzdłuż przewodu sprężonego powietrza o nachyleniu większym niż 40 o. Jest on zwłaszcza w tym jego odcinku przymocowany do przewodu sprężonego powietrza. Przy tym to miejsce mocowania przewodu olejowego do przewodu sprężonego powietrza znajduje się celowo na wysokości cm do 0 cm, zwłaszcza w przybliżeniu 0 cm do 0 cm nad poziomem cieczy. [11] Zgodnie z dalszym rozwiązaniem według wynalazku przewód olejowy jest prowadzony co najmniej częściowo wzdłuż przewodu sprężonego powietrza do komory uszczelnienia. Przewód sprężonego powietrza w porównaniu z przewodem olejowym jest zwykle znacznie stabilniejszy. Dzięki przymocowaniu przewodu olejowego do przewodu sprężonego powietrza można uniknąć jego uszkodzenia, albo działania na niego niepożądanych sił rozciągających.
4 [12] Przewód olejowy może być ewentualnie prowadzony co najmniej częściowo wzdłuż kabla zasilającego prądem silnik elektryczny. Również w tym przypadku zostaje uzyskane lepsze zabezpieczenie przewodu olejowego przed jego uszkodzeniem. 1 2 30 [13] W znaczeniu według niniejszego wynalazku określenie zespół napędowy powinno być rozumiane w sensie ogólnym. Określenie to może oznaczać silnik elektryczny. W tym przypadku wał napędowy jest częścią składową silnika elektrycznego. Zespół napędowy może być wyposażony w przekładnię. W tym przypadku wał napędowy jest częścią składową przekładni napędzanej silnikiem elektrycznym. [14] Komora uszczelnienia jest odpowiednio uszczelniona na swej drugiej stronie, zwróconej w kierunku silnika elektrycznego albo przekładni, uszczelką wałową otaczającą wał napędowy. Może tu przy tym chodzić o zwykłą uszczelkę wałową, na przykład o tak zwany simmerring (pierścień uszczelniający dociskany sprężyną) albo temu podobną uszczelkę, za pomocą której można skutecznie uniemożliwić wypływ oleju pod ciśnieniem z komory uszczelnienia. [1] Zwłaszcza w wymienionym przypadku komora uszczelnienia, uszczelnienie pierścieniem ślizgowym i uszczelka wałowa stanowią części składowe członu uszczelniającego tworzącego jednostkę montażową. Taki człon uszczelniający może być łatwo i szybko wymieniany. Można uniknąć oddzielnego demontażu umieszczonych w nim uszczelnień, co jest czasochłonne i kosztowne. [16] Zgodnie z dalszą postacią wynalazku przewidziany jest mieszalnik zanurzeniowy, w którym zespół napędowy według wynalazku jest umieszczony na stojaku, przy czym wał napędowy jest połączony z mieszadłem. Mieszadło może stanowić śmigło, albo mieszadło hiperboloidalne. Wał napędowy może być usytuowany poziomo albo pionowo względem powierzchni cieczy. Stojak może być częścią składową urządzenia napowietrzającego i może być połączony z przewodem sprężonego powietrza. Oznacza to, że stojak może być zaopatrzony co najmniej częściowo w kształtowniki skrzynkowe, przez które
sprężone powietrze może być doprowadzane w pobliże dna na przykład klarownika. [17] Poniżej zostanie dokładniej opisany przykład rozwiązania według wynalazku na podstawie mieszalnika. Na rysunku przedstawione są: fig.1 fig.2 fig.3 fig.4 widok perspektywiczny mieszalnika zanurzeniowego, widok perspektywiczny i częściowy przekrój mieszalnika według fig.1, przekrój komory uszczelnienia zgodnie z fig.2, a widok perspektywiczny końcowej górnej części giętkiego przewodu sprężonego powietrza. 1 2 30 [18] Fig.1 i 2 przedstawiają mieszalnik zanurzeniowy, który pracuje pod powierzchnią F cieczy, na przykład w klarowniku. Do stojaka 1 jest przymocowany zespół napędowy 2. Zespół napędowy 2 jest wyposażony w silnik elektryczny 3, który w tym przypadku jest połączony z napędzaną przez silnik elektryczny przekładnią 4. Z obudowy otaczającej zespół napędowy 2, w tym przypadku z części obudowy otaczającej przekładnię, wystaje wał napędowy, do którego jest przymocowane mieszadło 6, w tym przypadku mieszadło hiperboloidalne. [19] Do stojaka 1 wykonanego z kształtowników skrzynkowych o przekroju czworobocznym jest przymocowany giętki przewód 7 sprężonego powietrza. Pod mieszadłem 6 znajduje się połączony również ze stojakiem przewód pierścieniowy 8, który jest zaopatrzony w (nie pokazane) otwory napowietrzające. Dzięki giętkiemu przewodowi 7 sprężone powietrze może zostać doprowadzone poprzez stojak do przewodu pierścieniowego 8 i z niego przez otwory napowietrzające do obszaru pod mieszadłem 6. Giętki przewód 7 sprężonego powietrza może być również połączony bezpośrednio z przewodem pierścieniowym 8 albo z innym odpowiednim członem napowietrzającym, czyli stojak 1 nie musi być częścią składową członu napowietrzającego. [] Połączony z silnikiem elektrycznym 3 kabel 9 jest prowadzony częściowo wzdłuż giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza i na tym jego odcinku jest przymocowany do giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza.
6 1 [21] Fig.3 przedstawia przekrój jednostki montażowej tworzącej człon uszczelniający 9 otaczający komorę uszczelnienia. Wał napędowy jest przeprowadzony przez umieszczoną na wejściu do członu uszczelniającego uszczelkę wałową 11 i przez umieszczoną na wyjściu z członu uszczelniającego uszczelkę mającą postać uszczelnienia 12 pierścieniem ślizgowym. Pierścień ślizgowy 13 jest dociskany sprężyną 14 do przeciwpierścienia 1. Przeciw-pierścień 1 opiera się na wystającej do środka obwodowej części 16 obudowy. Na promieniowym odsadzeniu 17 wału napędowego opiera się sprężyna 14. W obszarze od pierścienia ślizgowego 13 do odsadzenia 17 jest umieszczony wykonany z elastycznego materiału pierścień samouszczelniający 18. Komora uszczelnienia jest zaopatrzona w wylot 19, do którego jest przymocowane pierwsze złącze (nie pokazanego) przewodu olejowego. [22] Fig.4 przedstawia w widoku perspektywicznym znajdujący się nad powierzchnią F cieczy koniec giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza, który jest zaopatrzony w kołnierz 21 służący do przyłączenia go do (nie pokazanego) przewodu zasilającego sprężonego powietrza. Przewód 22 połączony złączem z komorą uszczelnienia, w obszarze kołnierza 21 jest przymocowany drugim złączem 23 do giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza. Przewód 22 jest celowo wykonany z przezroczystego materiału, dzięki czemu zawarty w nim olej jest widoczny od zewnątrz. Jak to wynika zwłaszcza z fig.1, przewód 22 jest prowadzony wzdłuż giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza i jest do niego przymocowany. [23] Funkcjonowanie zespołu napędowego jest następujące: 2 30 [24] Uszczelniona za pomocą uszczelnienia 12 pierścieniem ślizgowym i uszczelki wałowej 11 komora uszczelnienia jest napełniona olejem, zwłaszcza olejem rozkładalnym biologicznie. Wyprowadzony z komory uszczelnienia przewód 22 jest również napełniony olejem. Olej znajdujący się w przewodzie 22 stanowi zapas oleju. [2] Ponieważ przewód 22 jest przezroczysty, Ilość oleju wypełniającego ten przewód może być łatwo sprawdzana optycznie. W tym celu odcinek
7 przewodu 22 znajdujący się nad powierzchnią F cieczy może być zaopatrzony w odpowiednie oznakowanie. [26] Dzięki przymocowaniu przewodu 22 drugim złączem 23 do giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza zapas oleju i zatem również olej zawarty w komorze uszczelnienia znajduje się stale pod ciśnieniem. To ciśnienie jest większe niż ciśnienie cieczy otaczającej uszczelnienie 12 pierścieniem ślizgowym. Z tego powodu mała ilość oleju stale wypływa przez uszczelnienie 12 pierścieniem ślizgowym w kierunku otaczającej cieczy. Tym samym rozwiązanie zapewnia, że żadna ciecz, zwłaszcza ciecz zanieczyszczona, nie może dostać się do uszczelnienia 12 pierścieniem ślizgowym, co mogłoby powodować jego przyspieszone zużycie. [27] Zespół napędowy według wynalazku został powyżej opisany w nawiązaniu do mieszadła zanurzeniowego. Oczywiście zaproponowany zgodnie z wynalazkiem zespół napędowy może zostać zastosowany do innego celu. 1 [28] W przedłożonym przykładzie wykonania jako źródło ciśnienia, ze względu na uproszczenie, zostało opisane przyłącze przewodu 22 do giętkiego przewodu 7 sprężonego powietrza. Oczywiście możliwe jest również zastosowanie innych źródeł ciśnienia do wytwarzania nadciśnienia w komorze uszczelnienia. Na przykład nadciśnienie może być tworzone za pomocą sprężarki, albo innego odpowiedniego urządzenia. [29] W przedłożonym przykładzie wykonania jako zapas oleju została opisana objętość przewodu 22. Oczywiście możliwe jest również połączenie przewodu 22 ze specjalnym zbiornikiem zapasu oleju, albo włączenie takiego zbiornika zapasu oleju do przewodu 22. 2 30 [30] Opisana w przedłożonym przykładzie wykonania jednostka montażowa, tworząca korzystnie człon uszczelniający 9, może być również częścią składową obudowy przekładni, albo obudowy silnika, a więc nie musi mieć koniecznie postaci jednostki montażowej. [31] Wykaz oznaczeń 1 Stojak 2 Zespół napędowy 3 Silnik elektryczny
8 1 4 Przekładnia Wał napędowy 6 Mieszadło 7 Giętki przewód sprężonego powietrza 8 Przewód pierścieniowy 9 Człon uszczelniający Komora uszczelnienia 11 Uszczelka wałowa 12 Uszczelnienie pierścieniem ślizgowym 13 Pierścień ślizgowy 14 Sprężyna 1 Przeciw-pierścień ślizgowy 16 Część obudowy 17 Odsadzenie 18 Pierścień samouszczelniający 19 Wylot Pierwsze złącze 21 Kołnierz 22 Przewód (olejowy) 23 Drugie złącze F Powierzchnia cieczy INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG, Niemcy Pełnomocnik:
EP 2 121 173 B1 Z-7301 Zastrzeżenia patentowe 1. Zespół napędowy do pracy w zanurzeniu pod powierzchnią (F) cieczy, zwłaszcza do pracy w zanurzeniu w klarowniku, z wałem napędowym () wyprowadzonym z obudowy, przy czym wał napędowy () jest wyprowadzony poprzez uszczelnienie (12, 13) pierścieniem ślizgowym umieszczonym w komorze () uszczelnienia, celem uszczelnienia obudowy przed wnikaniem cieczy, znamienny tym, że przewód (22) zawierający zapas oleju jest połączony z komorą () uszczelnienia i jest wyprowadzony nad powierzchnię (F) cieczy, dzięki czemu olej znajdujący się w komorze () uszczelnienia znajduje się pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia cieczy w otoczeniu wału napędowego (), wobec czego uniemożliwione jest wnikanie cieczy do obszaru uszczelnienia (12, 13) pierścieniem ślizgowym. 2. Zespół napędowy według zastrz.1, przy czym przewód (22) jest przezroczysty co najmniej w jego części usytuowanej nad powierzchnią (F) cieczy. 3. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym przewód (22) jest połączony ze źródłem ciśnienia, korzystnie umieszczonym nad powierzchnią (F) cieczy, wytwarzającym ciśnienie przewyższające ciśnienie cieczy otaczającej komorę () uszczelnienia. 4. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym źródłem ciśnienia jest przewód (7) sprężonego powietrza.. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym przewód (22) jest prowadzony co najmniej częściowo wzdłuż przewodu (7) sprężonego powietrza w kierunku komory () uszczelnienia.
6. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym przewód (22) jest prowadzony co najmniej częściowo wzdłuż kabla (9) zasilającego prądem silnik elektryczny (3). 7. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym wał napędowy () jest częścią składową silnika elektrycznego (3). 8. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym wał napędowy () jest częścią składową przekładni (4) napędzanej silnikiem elektrycznym (3). 9. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym komora () uszczelnienia na swej stronie zwróconej w kierunku silnika elektrycznego (3) albo przekładni (4) jest uszczelniona uszczelką wałową (11) otaczającą wał ().. Zespół napędowy według jednego z poprzednich zastrz., przy czym komora () uszczelnienia, uszczelnienie (12, 13) pierścieniem ślizgowym i uszczelka wałowa (11) stanowią część składową członu uszczelniającego (9) wykonanego jako jednostka montażowa. 11. Mieszalnik zanurzeniowy, w którym zespół napędowy (2) według jednego z poprzednich zastrz. jest umieszczony na stojaku (1), oraz w którym wał napędowy () jest połączony z mieszadłem (6). 12. Mieszalnik zanurzeniowy według zastrz. 11, przy czym mieszadłem (6) jest śmigło albo mieszadło hiperboloidalne. 13. Mieszalnik zanurzeniowy według jednego z zastrz. 11 albo 12, przy czym stojak (1) jest częścią składową urządzenia napowietrzającego i jest połączony z przewodem (7) sprężonego powietrza. INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG, Niemcy Pełnomocnik:
11 EP 2 121 173 B1 Z-7301
12 EP 2 121 173 B1 Z-7301
13 EP 2 121 173 B1 Z-7301
14 EP 2 121 173 B1 Z-7301