ГРЕБНОЙ ВИНТ В СБОРЕ, СОДЕРЖАЩИЙ ОДНУ СТУПИЦУ И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ДВЕ ЛОПАСТИ
SCREW PROPELLER ASSEMBLY CONTAINING ONE HUB AND AT LEAST TWO BLADES

Настоящее изобретение относится вообще к гребному винту в сборе для генерирования и поддержания движения в сточной воде, содержащей более или менее неотфильтрованную загрязненную жидкость, содержащую твердый материал, такой как пластмасса, гигиенические изделия, ткани, ветошь, песок и др. Термин «сточная вода» включает в себя, например, поверхностную воду и канализационный водосток, однако необходимо отметить, что настоящее изобретение пригодно также для использования со свежей водой и другими жидкостями. Термин «гребной винт в сборе» означает непосредственно смесительные узлы смесителей и импеллерные узлы пропеллерных насосов. В частности, настоящее изобретение относится к гребному винту в сборе для генерирования и поддержания движения в сточной воде, содержащему ступицу и по меньшей мере две лопасти, которые соединены с возможностью отсоединения с упомянутой ступицей и которые продолжаются в радиальном направлении относительно ступицы, при этом ступица содержит свободный передний конец и задний конец, причем в упомянутом заднем конце ступица приспособлена для соединения с приводным валом и таким образом приспособлена для приведения во вращение вокруг аксиально продолжающейся центральной оси.
Известные смесители обычно содержат две или три лопасти, известные так же как лопатки, которые выполнены с возможностью соединения со ступицей и которые продолжаются преимущественно в радиальном направлении относительно упомянутой ступицы. Импеллерные узлы, в свою очередь, содержат обычно четыре или более лопасти.
В DE 19709818 описан смеситель для сточной воды, который содержит три лопасти, выполненные с возможностью соединения со ступицей. Каждая лопасть в своем самом внутреннем участке в радиальном направлении содержит крепежную пластину. Данные крепежные пластины соединены со ступицей смесителя посредством винтов/крепежных средств, продолжающихся в радиальном направлении, причем упомянутые винты вкручивают в крепежную пластину с внутренней стороны ступицы. Таким образом, посредством упомянутых винтов каждую лопасть подтягивают радиально внутрь к ступице. Необходимо отметить, что во время работы смесителя, который выполнен с возможностью приведения во вращение, упомянутые лопасти испытывают значительную изгибающую нагрузку в направлении вращения, а также крутящую нагрузку относительно радиально продолжающейся оси, проходящей через крепежную пластину лопасти. Вследствие радиального прикрепления лопасти к ступице обе нагрузки будут переноситься на винты, посредством которых лопасти закреплены. Кроме того, прикрепление является трудоемким и затруднительным, поскольку предусмотрено значительное количество винтов на одну лопасть и поскольку досягаемость для затягивания винтов является очень ограниченной.
В других известных вариантах осуществления каждая лопасть в своем самом внутреннем участке в радиальном направлении содержит стержень/ось, которую вставляют в радиальном направлении в гнездо ступицы. Упомянутый стержень, вместе со ступицей, предназначен для того, чтобы переносить часть вышеупомянутой изгибающей нагрузки в направлении вращения смесителя. Однако такая пара из стержня и гнезда должна предусматривать безлюфтовое сцепление друг с другом, в результате чего появляется недостаток, который заключается в том, что вследствие неблагоприятной и агрессивной среды, в которой находится смеситель, они легко подвергаются воздействию коррозии и таким образом становятся неразрывно соединенными друг с другом. Это приводит к тому, что даже если ломается одна лопасть, приходится тем не менее заменять весь смесительный узел.
Настоящее изобретение предназначено для устранения вышеупомянутых недостатков уже известных гребных винтов в сборе и создания усовершенствованного гребного винта в сборе. Основной целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного гребного винта в сборе вышеописанного типа, который обеспечивает простую и легкодоступную установку и прикрепление каждой лопасти к ступице.
Другой задачей настоящего изобретения является создание гребного винта в сборе, в котором изгибающая и крутящая нагрузка на каждую лопасть не переносится на крепежные средства, посредством которых лопасти прикреплены к ступице.
Другой задачей настоящего изобретения является создание гребного винта в сборе, который допускает значительное количество прикреплений и удалений лопастей без вспомогательных инструментов, не подвержен риску неправильного закрепления лопастей и таким образом не вызывает разбалансировку гребного винта в сборе.
В соответствии с изобретением по меньшей мере основная задача достигается посредством вышеописанного гребного винта в сборе, который отличается тем, что ступица содержит гнездо для каждой из упомянутых по меньшей мере двух лопастей, причем каждое гнездо содержит аксиально продолжающееся первое средство зацепления, и что каждая лопасть содержит аксиально продолжающееся второе средство зацепления, причем упомянутое первое средство зацепления и упомянутое второе средство зацепления одновременно приспособлены для обеспечения аксиального взаимного перемещения упомянутой ступицы и каждой из упомянутых лопастей во время прикрепления/удаления гребного винта в сборе и, кроме того, приспособлены для предотвращения радиального взаимного перемещения упомянутой ступицы и каждой из упомянутых лопастей, когда смесительный узел находится в собранном состоянии.
Таким образом, настоящее изобретение основано на понимании того, что аксиальное прикрепление каждой из лопастей к ступице вызывает простое и легкодоступное прикрепление, и что изгибающая и крутящая нагрузки, которым подвергаются крепления лопастей к ступице, переносятся на средства зацепления, а не на крепежные средства, посредством которых каждая лопасть прикреплена к ступице.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно, каждая лопасть содержит крепежное средство, которое соединено с возможностью отсоединения со ступицей и которое приспособлено для предотвращения аксиального взаимного перемещения ступицы и каждой из упомянутых лопастей в закрепленном состоянии гребного винта в сборе. Таким образом, крепежное средство используется для прикрепления лопасти только к ступице, и крепежное средство не несет на себе крутящую или изгибающую нагрузку, что обеспечивает более надежное прикрепление лопастей к ступице.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления ступица содержит заднюю нижнюю часть ступицы и переднюю верхнюю часть ступицы, причем упомянутые по меньшей мере две лопасти выполнены с возможностью разъемного соединения с упомянутой нижней частью ступицы, при этом упомянутая верхняя часть ступицы выполнена с возможностью разъемного соединения с упомянутой нижней частью ступицы. Кроме того, более предпочтительно, упомянутое первое средство зацепления каждого гнезда ступицы и упомянутое второе средство зацепления каждой лопасти расположены радиально внутри внешней огибающей поверхности ступицы. Данное разделение ступицы на нижнюю часть ступицы и верхнюю часть ступицы приводит к тому, что прикрепление каждой лопасти в нижней части ступицы и исполнение первого и второго средств зацепления, соответственно, не оказывают негативного влияния на потоки текучей среды вокруг гребного винта в сборе и заключены и защищены верхней частью ступицы.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления второе средство зацепления каждой лопасти содержит по меньшей мере два выступа, которые являются взаимно разделенными и которые приспособлены для зацепления с по меньшей мере двумя выемками взаимодействующего первого средства зацепления, причем каждый из упомянутых по меньшей мере двух выступов второго средства зацепления имеет форму усеченного конуса, сужающегося назад в аксиальном направлении. Поэтому во время прикрепления лопасти к ступице они будут автоматически занимать надлежащее взаимное положение.
Дополнительные преимущества и признаки изобретения очевидны из других зависимых пунктов формулы изобретения, а также из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.
Более полное понимание вышеупомянутых и других признаков и преимуществ настоящего изобретения будет получено из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой вертикальный вид в аксиальном направлении смесительного узла настоящего изобретения,
Фиг.2 представляет собой перспективный вид смесительного узла в соответствии с фиг.1,
Фиг.3 представляет собой вид с пространственным разделением элементов частично показанного сбоку предпочтительного варианта осуществления смесительного узла,
Фиг.4 представляет собой перспективный вид с пространственным разделением элементов смесительного узла,
Фиг.5 представляет собой вид сбоку в разрезе смесительного узла,
Фиг.6 представляет собой перспективный вид нижней части ступицы и одной лопасти в соответствии с первым вариантом осуществления,
Фиг.7 представляет собой вид сбоку лопасти в соответствии с фиг.6,
Фиг.8 представляет собой вертикальный вид в осевом направлении лопасти в соответствии с фиг.6 и 7,
Фиг.9 представляет собой перспективный вид нижней части ступицы и одной лопасти в соответствии со вторым вариантом осуществления, соответствующий фиг.6,
Фиг.10 представляет собой вид сбоку лопасти в соответствии с фиг.9, соответствующий фиг.7, и
Фиг.11 представляет собой перспективный вид нижней части ступицы.
В качестве введения необходимо отметить, что гребной винт в сборе настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере смесительные узлы смесителей и импеллерные узлы пропеллерных насосов, причем приведенное ниже подробное описание будет относиться к смесительному узлу смесителя, однако будет понятно, что все описанное ниже относится также к импеллерному узлу пропеллерного насоса, если не указано иное.
На фиг.1 и 2 показан смесительный узел настоящего изобретения, обозначенный в целом ссылочной позицией 1, в закрепленном состоянии. Однако необходимо отметить, что смесительный узел 1 является частью большего смесителя (не показанного), который, помимо смесительного узла 1 по настоящему изобретению, содержит также узел электродвигателя, содержащий выходной приводной вал 2, см. фиг.5. Смесительные узлы пригодны для перемешивания сточной воды или др., т.е. генерирования и поддержания движения в сточной воде. Смесительные узлы содержат ступицу, обозначенную в целом ссылочной позицией 3, и по меньшей мере две лопасти 4, предпочтительно три лопасти. Лопасти 4 разъемно соединены со ступицей и продолжаются преимущественно в радиальном направлении относительно ступицы 3. Лопасти 4 обычно имеют форму, приспособленную для приведения в движение текучей среды, причем в данном случае каждая лопасть 4 содержит основные поверхности двойной кривизны на ее стороне всасывания и стороне нагнетания, соответственно. В предпочтительном варианте осуществления каждая лопасть 4 приобретает свою форму посредством формования и, предпочтительно, изготовлена из алюминия. Ступица 3, в свою очередь, содержит свободный передний конец и задний конец, причем в упомянутом заднем конце ступица 3 приспособлена для соединения с упомянутым приводным валом 2 и таким образом приспособлена для приведения во вращение вокруг аксиально продолжающейся центральной оси.
Ниже сделана ссылка на фиг.3 и 4, на которых показан смесительный узел 1 по настоящему изобретению в соответствии с первым вариантом осуществления в вертикальном виде с пространственным разделением элементов и перспективном виде с пространственным разделением элементов, соответственно, а также на фиг.5, на которой показан смесительный узел 1 по настоящему изобретению в соответствии с фиг.3 и 4 в вертикальном разрезе.
В показанном варианте осуществления ступица 3 содержит заднюю нижнюю часть 5 ступицы и переднюю верхнюю часть 6 ступицы, при этом нижняя часть 5 ступицы приспособлена для соединения с упомянутым приводным валом 2. В показанном варианте осуществления нижняя часть 5 ступицы содержит заднее открытое отверстие для приема приводного вала 2, причем нижняя часть 5 ступицы прикреплена к концу приводного вала 2 посредством винтов 7, аксиально вкручиваемых в приводной вал 2. Кроме того, прикрепление нижней части 5 ступицы к приводному валу 2 может быть дополнительно упрочнено посредством использования конуса 8 инструмента, который размещают в заднем открытом отверстии и который зажимает конец приводного вала 2 одновременно с затягиванием винта 7. В предпочтительном варианте осуществления нижняя часть 5 ступицы и верхняя часть 6 ступицы, соответственно, принимают свою форму посредством формования и, предпочтительно, изготовлены из алюминия.
В соответствии с изобретением ступица 3 содержит гнездо, обозначенное в целом ссылочной позицией 9, для каждой из упомянутых лопастей 4. Каждое гнездо 9, в свою очередь, содержит первое средство 10 зацепления, продолжающееся в осевом направлении, и каждая лопасть 4 содержит второе средство 11 зацепления, продолжающееся в осевом направлении. Упомянутое первое средство 10 зацепления и упомянутое второе средство 11 зацепления выполнены с возможностью взаимодействия для обеспечения аксиального взаимного перемещения упомянутой ступицы 3 и упомянутой каждой лопасти 4 во время закрепления/удаления смесительного узла 1. Кроме того, первое средство 10 зацепления и второе средство 11 зацепления выполнены с возможностью предотвращения радиального взаимного перемещения ступицы 3 и каждой лопасти 4, когда смесительный узел 1 находится в закрепленном состоянии. Таким образом, для настоящего изобретения существенно, чтобы лопасти 4 были аксиально приложены к ступице 3. Необходимо отметить, что когда смесительный узел 1 находится в закрепленном состоянии, соединение впритык между каждой лопастью 4 и ступицей 3 осуществляется только между первым средством 10 зацепления и вторым средством 11 зацепления, чтобы предотвратить слишком определенное расположение лопастей 4 и сопутствующий источник внутреннего напряжения.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления лопасти 4 смесительного узла разъемно соединены с нижней частью 5 ступицы посредством аксиально продолжающихся винтов 12 или других пригодных крепежных средств. Каждая лопасть 4, предпочтительно, содержит по меньшей мере один винт 12, который предотвращает аксиальное взаимное перемещение/разделение ступицы 3 и упомянутой каждой лопасти 4, когда смесительный узел находится в закрепленном состоянии. Аксиальное приложение винтов 12 обеспечивает удобное и быстрое прикрепление/удаление лопастей 4 к ступице. Кроме того, верхняя часть 6 ступицы разъемно соединена с нижней частью 5 ступицы посредством аксиально продолжающихся винтов 13 или других пригодных крепежных средств. Аксиальное приложение винтов 13 обеспечивает удобное и быстрое прикрепление/удаление верхней части 6 ступицы к нижней части 5 ступицы. Верхняя часть 6 ступицы предназначена непосредственно для обеспечения надлежащих свойств потока текучей среды вокруг смесительного узла 1. Кроме того, верхняя часть 6 ступицы выполняет функцию предохранительного устройства, если крепежное средство лопасти 4 сломается и, таким образом, лопасть 4 отсоединяется от нижней части 5 ступицы. В случае, если лопасть 4 открепляется от нижней части 5 ступицы, это будет замечено задолго до того, как лопасть 4 будет отброшена и возникнет риск повреждения другого оборудования или персонала благодаря тому, что верхняя часть 6 ступицы довольно хорошо удерживает лопасть 4 на месте или по меньшей мере предотвращает отбрасывание лопасти.
В альтернативном варианте осуществления (не показанном) смесительный узел выполнен таким образом, что лопасти 4 аксиально прикрепляют к верхней части 6 ступицы, которую затем соединяют с нижней частью 5 ступицы. В другом альтернативном варианте осуществления (не показанном) лопасти 4 аксиально прикрепляют к нижней части 5 ступицы сзади, после чего нижнюю часть 5 ступицы соединяют с концом приводного вала 2 любым пригодным способом. Необходимо отметить, что в последнем варианте осуществления верхняя часть ступицы не требуется. Независимо от того, какие части с какими соединяются, предпочтительно, упомянутое первое средство 10 зацепления каждого гнезда 9 ступицы 3 и упомянутое второе средство 11 зацепления каждой лопасти 4 расположены радиально внутри внешней огибающей поверхности ступицы, когда смесительный узел находится в закрепленном состоянии. Таким образом, обеспечиваются надлежащие свойства потока текучей среды, и средства зацепления и крепежные средства защищены от внешней среды, в которой приспособлен работать смесительный узел.
Ниже сделана ссылка на фиг.11. В предпочтительном варианте осуществления упомянутое первое средство 10 зацепления каждого гнезда 9 содержит по меньшей мере две выемки, которые взаимно разделены в окружном направлении ступицы 3 и которые разделены посредством промежуточной перегородки 14. Предпочтительно, упомянутые по меньшей мере две выемки взаимно разделены также в аксиальном направлении ступицы 3. В смесительных узлах передняя выемка, если смотреть в направлении вращения гребного винта в сборе, расположена ближе к заднему концу ступицы 3, чем задняя выемка, если смотреть в направлении вращения гребного винта в сборе. Однако необходимо отметить, что в импеллерных узлах соотношение обратное, а именно передняя выемка, если смотреть в направлении вращения гребного винта в сборе, расположена ближе к свободному концу ступицы 3, чем задняя выемка, если смотреть в направлении вращения гребного винта в сборе. В качестве альтернативы, первое средство 10 зацепления образовано посредством удлиненной выемки, продолжающейся в окружном направлении. Предпочтительно, каждая выемка содержит в своей нижней части отверстие 15 с резьбой для приема вышеупомянутого винта 12. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления второе средство 11 зацепления каждой лопасти 4 содержит по меньшей мере два выступа, которые взаимно разделены и которые приспособлены для зацепления с упомянутыми выемками первого средства 10 зацепления. По аналогии с вышеприведенным описанием выемок смесительный узел выполнен таким образом, что передний выступ, если смотреть в направлении вращения гребного винта в сборе, расположен ближе к заднему концу ступицы, чем задний выступ, если смотреть в направлении вращения гребного винта в сборе. Кроме того, необходимо отметить, что в смесительных узлах соотношение обратное, а именно передний выступ, если смотреть в направлении вращения смесительного узла, расположен ближе к свободному концу ступицы 3, чем задний выступ, если смотреть в направлении вращения смесительного узла. В случае, если первое средство 10 зацепления образовано посредством только одной выемки, второе средство 11 зацепления, предпочтительно, образовано посредством только одного выступа.
Необходимо отметить, что обратное соотношение, когда первое средство 10 зацепления содержит выступы, а второе средство 11 зацепления содержит взаимодействующие выемки, может быть использовано без отхода от изобретения.
Ниже сделана ссылка на фиг.7 и 8. Предпочтительно, каждый из упомянутых по меньшей мере двух выступов второго средства 11 зацепления имеет форму усеченного конуса, сужающегося назад в аксиальном направлении, и каждая из упомянутых по меньшей мере двух выемок первого средства 10 зацепления имеет дополняющую форму. Угол наклона внешней поверхности упомянутых по меньшей мере двух выступов и внутренней поверхности упомянутых по меньшей мере двух выемок относительно аксиально продолжающейся центральной линии должен быть по возможности малым, чтобы обеспечить передачу по возможности перпендикулярного усилия между первым средством 10 зацепления и вторым средством 11 зацепления. Однако данный угол должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить удобное аксиальное приложение и удаление лопасти 4 относительно ступицы 3. Предпочтительно, данный угол меньше 45 градусов, предпочтительно меньше 20 градусов. В показанном предпочтительном варианте осуществления упомянутый угол равен примерно 10 градусам. Кроме того, данный угол должен быть больше 5 градусов.
Предпочтительно, упомянутый выступ второго средства 11 зацепления приспособлен для примыкания к переднему выступу первого средства 10 зацепления в направлении вращения, а также в радиальном направлении, и задний выступ второго средства 11 зацепления приспособлен для примыкания к задней выемке первого средства 10 зацепления только в радиальном направлении. Таким образом, обеспечивается вполне определенное расположение каждой лопасти 4, и одновременно минимизирован риск возникновения внутреннего напряжения ступицы 3 и лопасти 4. Кроме того, предпочтительно, на границе примыкания существует примыкание поверхностей.
Предпочтительно также, каждый из упомянутых по меньшей мере двух выступов второго средства 11 зацепления и каждая из упомянутых по меньшей мере двух выемок первого средства 10 зацепления имеют многоугольное поперечное сечение, например прямоугольное. Однако необходимо отметить, что одинаково предпочтительно, каждый из упомянутых по меньшей мере двух выступов второго средства 11 зацепления и каждая из упомянутых по меньшей мере двух выемок первого средства 10 зацепления имеет закругленное поперечное сечение, например круглое. Преимущество закругленного поперечного сечения переднего выступа и передней выемки состоит в том, что зацепление между ними не будет нести на себе изгибающие нагрузки, действующие на лопасти в направлении вращения, а изгибающая нагрузка на лопасти 4 будет переноситься на взаимодействие с зацеплением между задним выступом и задней выемкой. Кроме того, предпочтительно, каждый из упомянутых по меньшей мере двух выступов второго средства 11 зацепления имеет меньшее аксиальное удлинение по сравнению с аксиальным удлинением соответствующей выемки из упомянутых по меньшей мере двух выемок первого средства 10 зацепления, см. фиг.5. Таким образом, гарантируется надлежащее размещение в радиальном направлении отдельной лопасти 4 относительно ступицы 3, и выступы второго средства 11 зацепления не вызывают риска задевания нижней части выемок первого средства 10 зацепления.
Для того чтобы обеспечить надлежащие винтовые соединения при прикреплении лопастей 4 к ступице 3, в соответствии с вариантами осуществления, соответствующими фиг.3-8, отдельная распорная втулка 16 используется вместе с каждым выступом второго средства 11 зацепления. Распорная втулка 16 предназначена для обеспечения возможности использования достаточно длинных и соответственно достаточно упругих винтов 12. Благодаря тому, что граница примыкания между первым средством 10 зацепления и вторым средством 11 зацепления является плоской, как описано выше, будет иметь место относительно большое оседание, когда первое средство 10 зацепления и второе средство 11 зацепления притираются, и длинный предварительно напряженный винт способен работать без ослабевания, а короткий предварительно напряженный винт будет быстро ослабевать. Винты 12 в принципе будут нагружены только в их продольном направлении благодаря тому, что первое средство 10 зацепления и второе средство 11 зацепления приспособлены для переноса взаимных нагрузок в радиальном направлении и в направлении вращения между лопастями 4 и ступицей 3 смесительного узла. На фиг.9 и 10 показан предпочтительный вариант осуществления, в котором распорные втулки 16 прочно соединены с или, наиболее предпочтительно, выполнены за одно целое со вторым средством 11 зацепления.
Изобретение не ограничено только вариантами осуществления, описанными выше и показанными на чертежах, которые приведены преимущественно для пояснения и примера. Предполагается, что данная заявка на патент охватывает все поправки и модификации предпочтительных вариантов осуществления, описанных в данном документе, таким образом, настоящее изобретение определяется текстом прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентами. Таким образом, смесительный узел может быть модифицирован всеми способами в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Необходимо также отметить, что вся информация о/относительно терминов, таких как «над», «под» и др., должна быть интерпретирована/прочитана, имея в виду оборудование, ориентированное в соответствии с чертежами, имея в виду чертежи, ориентированные так, что ссылки могут быть надлежащим образом прочитаны. Таким образом, такие термины указывают только взаимные соотношения в показанных вариантах осуществления, каковые соотношения могут быть изменены, если оборудование настоящего изобретения имеет другую конструкцию/исполнение.
Необходимо также отметить, что даже если явно не заявлено, что признаки из конкретного варианта осуществления могут быть объединены с признаками из другого варианта осуществления, данное объединение будут считаться очевидным, если данное объединение возможно.