Drehkolbenpumpe Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe, etwa für dicke Suspensionen, beispielsweise Faser- stoffgemische füz die Papierherstellung mit einem Flockengehalt von etwa 10 bis 201/u.
Durch die Erfindung soll eine zweckmässige Pumpe angegeben werden, die sich zum Pumpen von Papierfasermasse oder ähnlichen Suspensionen mit einem Feststoffgehalt bis zu 20% oder höher, gewünschtenfalls unter hohen Drucken, eignet.
Die Pumpe soll nicht nur billiger in der Herstellung als die bisher bekannten Drehkolbenpumpen für dicke Flüssigkeiten, sondern auch gleichzeitig stärker sein. Wenn die Pumpe eine geringere hydraulische Sper rung aufweist als die bisher bekannten Drehkolben- pumpen, isst auch ein Brechen weniger wahrschein lich.
Da die Rotoranordnung der Pumpe vor zugsweise symmetrisch ist, kann die Pumpe ge- wünschtenfal!ls in beiden Richtungen arbeiten.
Die erfindungsgemässe Drehkolbenpumpe mit einem Gehäuse und zwei gegenläufig angetriebenen, zahnradartig ineinandergreifenden Rotoren mit einer Anzahl von radial vorspringenden Flügeln und da zwischenliegenden Vertiefungen und mit an den Flanken der Flügel angeordneten Schultern, die beim Drehen der Rotoren mit entsprechenden Schultern des jeweils anderen Rotors zusammenwirken., ist da durch gekennzeichnet, dass die Flügel mit ihren Aussenkanten und die Vertiefungen der Rotoren so bemessen sind, dass die Aussenkanten der Flügel die Wände der Vertiefungen nicht berühren,
dass die an den Flanken der Flügel zwischen Aussenkante und Vertiefung angeordneten Schultern seitlich vorsprin gen und konkave Stirnflächen besitzen, deren Breite in Radial.richtungentsprechend einem Drehwinkel des Rotors bemessen ist, der gleich oder grösser als 180 geteilt durch die Anzahl der Flügel ist, und dass die konkaven Stirnflächen den Teilkreis der Rotoren senkrecht schneiden und auf der der Flügelaussen kante zugewandten Seite -in eine vorspringende Kante auslaufen,
die bei eineu Drehung der Rotoren längs der Oberfläche der entsprechendem konkaven Fläche des anderen Rotorkörpers gleitet, um diese zu reini gen und die Rotoren gegeneinander abzudichten.
Die Flügel der Rotoren müssen im allgemeinen zwei nicht miteinander zusammenhängende Abd'icht- funktionen leisten - sie müssen zum Fördern des zu pumpenden Mediums durch das Purnpgehäuse im Zusammenwirken mit den konkaven Teilen der Ro- torkammer nahe an diesen vorbeilaufen - und sie müssen ferner mit den Flügeln des anderen Rotors zusammenwirken, um den sonst auftretenden Rück strom von Flüssigkeit in dem Bereich zwischen den beiden Rotoren abzusperren. Das Zusammenwirken.
der Rotoren wird bei Pumpen für Faserstoffsuspen- sionen wie Papierstoff weiter durch die Notwendig- keit kompliziert, dass diese, statt aufeinander abzu rollen, aneinander schaben müssen, um ein Klemmen durch Fasern der Papieirmas.se zu verhindern.
Bisher hat man bei Drehkolbenpumpen versucht, das Ab- dichtproblem durch Verwendung gemeinsamer Ab dichtelemente, normalerweise der Aussenkante der Rotorflügel, zu lösen, die sowohl mit den Ober flächen der Rotorkammer als auch mit dem anderen Rotor zusammenwirken.
Obgleich diese Lösung im allgemeinen vom betriebsmässigen Standpunkt aus zufriedenstellend arbeitet, führt sie zu einer kompli zierten und teuren Rotorkonstruktion, hauptsächlich wegen der Notwendigkeit, die grossen Rotorvertie- fungen sehr genau zu arbeiten, zusammen mit der Notwendigkeit, die vorzugsweise konischen Rotoren in zwei Stücken aufzubauen, wodurch diese ge schwächt werden.
Besonders ins Gewicht fällt noch, dass es bei Verwendung der Flügelaussenkanten als hauptsächliches Abdichtelement unmöglich ist, die unvermeidbare Abnützung durch Aufbauen der Rotoraussenkante zu kompensieren, da es keine praktische Möglichkeit gibt, den Abstand der Roto ren einzujustieren, um gleichzeitig das nötige Spiel zwischen Flügelaussenkante und Gehäuse und zwi schen Flügelaussenkante und Rotorvertiefung einzu stellen.
Erfindungsgemäss werden die meisten dieser Pro bleme dadurch gelöst sein, dass für die beiden Ab dichtfunktionen getrennte Elemente verwendet wer den. Genauer gesagt wird die Flügelaussenkante nur zum Pumpen verwendet, während die Schultern zur Abdichtung gegen die Rückströmung dienen.
Bei dieser Anordnung kann nicht nur der Abstand zwi schen der Flügelaussenkante und dem Gehäuse justiert werden, indem entweder Flügel mit radial justier- baren Schneiden verwendet werden, oder indem ein fach die Aussenkante, beispielsweise durch Schwei ssen, aufgebaut und wieder bearbeitet wird, ohne dass dadurch die Freiheit zwischen den Rotoren beeinflusst wird;
die kostspielige Bearbeitung der Vertiefungen der Rotoren kann ausserdem vollständig entfallen, und die einzigen zu bearbeitenden Flächen sind die sich in axialer Richtung erstreckenden Schulterdich.- tungsflächen und ihre Kante beim Flügel sowie die Flügelaussenkanten. Dadurch wird bei einer konischen Pumpe zum ersten Mal die Verwendung eines aus einem Stück gegossenen Rotors möglich, was eine ausserordentliche Erhöhung der Festigkeit mit sich bringt.
Weiterhin können die Rotoren doppelkonisch mit einem zylindrischen Mittelteil ausgebildet sein, was einen erhöhten Nutzeffekt gewährleistet, ohne dass dabei eine Verklemmung des Rotors am Ende auf treten kann.
Die Erfindung soll nun anhand einiger bevorzug ter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeich nung näher erläutert werden.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Quer- und einen Längs schnitt durch eine erste Drehkolbenpumpe; Fig. 3 bis 7 stellen eine Serie von Teilschnitten dar, die die verschiedenen Winkellagen eines Rotor paares zeigen; Fig. 8 ist eine perspektivische Schnittansicht der Hälfte eines Rotors für eine Pumpe nach Fig. 1 und 2; Fig. 9 bis 11 sind Schnitte durch den Rotor längs der Linie 9-9, 10-10 und 11-11 in Fig. 2; Fig.12 ist eine Stirnansicht des Rotors nach Fig. 8;
Fig. 13 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform im Schnitt mit einer einstellbaren Schneide, und Fig. 14 und 15 zeigen gegenüber den vorher gehenden Figuren etwas abgewandelte Rotorformen. Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Pumpengehäuse 1 besitzt eine Einlassöffnung 2 und eine Auslass- öffnung 3. Zwischen diesen befindet sich eine obere und eine untere konkave Fläche 4 bzw. 5 von vorzugsweise doppelt konischer Form mit dem grössten Durchmesser in der Mitte, die die Rotorkammer bilden.
Die Drehkolben oder Rotoren, nämlich der obere Rotor 6 und der untere Rotor 8 mit den zugehörigen Achsen 7 und 9 sind im Ge häuse 1 in geeigneten Lagern drehbar gelagert, so dass sie eng an die Flächen 4 und 5 angrenzen und sich um waagrechte beabstandete Achsen drehen können, die senkrecht zum Strömungsweg durch die Pumpe liegen und mit geeigneten Dichtungen ver sehen sind, die später noch beschrieben werden. Am einen Ende des Gehäuses sind die Achsen 7 und 9 verlängert und tragen die verbindenden Getrieberäder 10 und 11 und eine der beiden Achsen, hier die untere Achse 9, ist weiter verlängert zu irgendeinem geeigneten, nicht dargestellten Antrieb.
Die zwei Rotoren 6 und 8 sind vorzugsweise vier flüglig und identisch, können aber insbesondere in bezug auf die Anzahl der Flügel variieren.
Beide Rotoren enthalten, wie dargestellt, jeweils vier im ganzen, mit 20 bezeichnete Flügel, zwischen denen konkave Vertiefungen 30 liegen, die unbear beitet, wie sie aus der Giessform kommen, bleiben können, da sie nicht zur Abdichtung herangezogen werden. Die Flügel enthalten verhältnismässig dünne, nach aussen gerichtete Schneiden mit radial nach aussen gerichteten Kanten 22, die von der Mittellinie des Rotors in Richtung auf seine Enden in enger Nachbarschaft zu den Innenflächen der konischen Rotorkammer abfallen; die Schneiden haben im allge meinen schräge konkave Seiten 24, die im wesent lichen unbearbeitet bleiben können.
Die Schneiden arbeiten als pumpende Elemente der beiden Rotoren und fördern die Flüssigkeit längs des äusseren Ring raumes der Rotorkammer zwischen dem jeweiligen Rotor und der zugehörigen konkaven Gehäusefläche, was durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist.
Am Fuss der Schneiden der einzelnen Flügel sind in Umfangsrichtung vorstehende Flügelschultern vor gesehen, die an ihrem radial äussersten Rand durch in Axialrichtung verlaufende Kanten 26 begrenzt werden, bei einer vierflügeligen Pumpe vorzugsweise mit einem Winkelabstand von 45 zwischen zwei Kanten 26, entweder gemessen über der Vertiefung oder über dem Flügel. Der Winkel ändert sich ent sprechend der Flügelanzahl und beträgt im allgemei nen gleich 180 geteilt durch die Anzahl der Flügel. Die Kante 26 liegt ausserhalb dem Zahnteilkreis P und wird an der der Vertiefung 30 benachbarten Seite durch eine genau bearbeitete, konkav gebogene, in Axialrichtung verlaufende Abdichtfläche 27 be grenzt.
Die der Schneide benachbarte Seite der Kante wird durch eine andere genau bearbeitete Fläche 25 gebildet, deren Aufgabe es ist, einen genügend spitzen Winkel, vorzugsweise um 70 , an der Kante 26 zu bilden, um genügend freien Raum für den zusam menwirkenden Rotor zu gewährleisten und um die Kante in einer Richtung festzulegen. Die Abdicht- fläche 27 erstreckt sich über den Zahnteilkreis hinaus und endet in einem Rand 28, der einen gewissen radialen Abstand nach aussen von der konkaven Ver tiefung 30 besitzt. Die Dichtung wird durch die Kante 26 des eingreifenden Rotors erzeugt, wenn diese beim abdichtenden Eingreifen vorbeiläuft.
Die radiale Breite der Dichtflächen 27 entspricht einem Dreh winkel des Rotors, der mindestens 45 beträgt, ganz allgemein mindestens 180 geteilt durch die Anzahl der Flügel, vorzugsweise etwas mehr, um ein über lappen um 5 zwischen benachbarten Dichtflächen zu erreichen. Der Zahnteilkreis P liegt in der Mitte der Dichtfläche 27 und steht senkrecht zu dieser.
Bei der beschriebenen Pumpe erfolgt die Abdich tung der Rotoren unter sich also durch die Schultern, wobei mindestens eine Abdichtschulterfläche 27 eines Rotors des Paares mit mindestens einer vorspringen den Kante 26 am anderen Rotor zusammenwirkt, so dass eine zwangläufige Sperrung des Rückflusses zwi schen den Rotoren während der gesamten Drehung gewährleistet ist. Die Vertiefung 30 besitzt eine solche Form, dass ein genügender Spielraum vorhanden ist, um die Flüssigkeit frei zwischen der Flügelaussen kante 22 und der Oberfläche der Vertiefung 30 fliessen zu lassen.
Es soll besonders erwähnt werden, dass die Flügel 20 vorzugsweise symmetrisch zu ihren radialen Mit tellinien liegen, so dass die Förderrichtung umgekehrt werden kann, ohne dass ein Verstopfen oder Ver klemmen zu befürchten ist, auch wenn faserhaltiges Material, wie Papiermasse, gepumpt wird. Zu diesem Zweck können die Schneidenaussenkanten 22 eine konische Oberfläche von ungefähr 2 peripherer Länge besitzen, so dass eine genügende Festigkeit bei scharfen Kanten gewährleistet ist.
Die Flügelkanten können durch Schweissen und erneutes Bearbeiten verlängert werden, um eine Abnützung des Gehäuses auszugleichen, ohne dass dadurch die Abdichtwirkung der Pumpe beeinflusst wird. Gewünschtenfalls kön nen auch auswechselbare oder in Radialrichtung ein- justierbare Schneiden 40 vorgesehen sein, die in einer Vertiefung ruhen und mit einem Schlitz 41 versehen sind, wobei Unterlagsscheiben 42 für die Einjustie rung vorhanden sind und die Festlegung der Schneide durch eine Schraube 43 erfolgt.
In entsprechender Weise können auch die Schultern durch Aufschweissen und erneutes Bearbeiten repariert werden, so dass der richtige Abstand zwischen den Rotoren selbst wieder hergestellt wird.
Die Rotoren haben vorzugsweise, wie dargestellt, eine doppelt konische Form. Der Aussendurchmesser ist in der Mitte des Rotors dabei am grössten und nimmt gegen die Enden hin laufend ab. Gleichzeitig steigen die Vertiefungen 30 von der Stelle ihrer gröss ten Tiefe in der Mitte zu den Orten ihrer geringsten Tiefe an den Enden des Rotors an; die Vertiefungen gewährleisten trotzdem in ihrem ganzen Bereich einen ausreichenden Abstand von den Flügelaussenkanten. Die Abdichtflächen 27 und ihre Kanten 26 und 28 verlaufen in Axialrichtung, so dass diese Flächen eine praktisch konstante Breite haben; die Kanten 26 und 28 sind über die gesamte Länge des Rotors gerade Linien, trotz dessen doppelt konischer Form.
Die Breite der Abdichtfläche 27 am Ende eines Rotors bestimmt im allgemeinen den inneren radialen Ab stand einer Vertiefung 30 in bezug auf die Kante 26; in der Praxis kann sich die Vertiefung 30 sogar geringfügig nach aussen erstrecken, wie beispielsweise aus Fig. 12 ersichtlich ist, wobei der Spielraum für die Rotoraussenkanten erhalten bleibt.
Die Arbeitsweise der Rotoren beim Abdichten gegen eine Rückströmung zwischen den Rotoren ist am besten aus Fig. 3 bis 7 ersichtlich. Der durch die Flügel 20 in Zusammenwirken mit dem umgebenden Gehäuse bewirkte Pumpvorgang, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, verläuft ganz in üblicher Weise und braucht deshalb hier nicht im einzelnen erläutert zu werden;
es verdient lediglich, erwähnt zu werden, dass auch dicke Faserstoffgemische bis zu 20 % Feststoffgehalt gewünschtenfalls bei hohen Drücken mit ausgezeichnetem Nutzeffekt gepumpt werden können. Der Abstand zwischen den Flügelaussen kanten und dem Gehäuse kann bei einer Pumpe mit einem konischen Rotor mit einem Durchmesser von etwa 25 bis 38 cm etwa 0,4 bis 0,8 mm betragen; die Gesamtlänge des Rotors ist dabei etwa 38 cm.
In den Fig.3 bis 7 ist ein vollständiger 45 - Abschnitt der Rotoren in fünf Schritten zu je 9 dargestellt, der das Abdichten zweier Schultern gegeneinander und den übergang der Abdichtfunk- tion auf ein anderes Schulterpaar zeigt; ein solcher 45 -Abschnitt wiederholt sich bei jeder Umdrehung von zwei synchron umlaufenden Rotoren achtmal.
In Fig. 3 hat die Abdichtkante 26 des unteren Rotors 8 gerade die Abdichtfläche 27 des Rotors 6 erreicht, so dass eine Abdichtung zwischen diesen beiden Elementen gewährleistet ist. In Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Rotoraussenkante 22 frei an der Schulter auf der anderen Seite der Vertiefung 30 des unteren Rotors 8 vorbeiläuft, während die Ab dichtkante 26 des oberen Rotors in Berührung mit dem innersten Rand der Abdichtfläche 27 am unteren Rotor 8 kommt.
Die Abdichtkante 28 des unteren Rotors bewegt sich dabei gleichzeitig von der Ab dichtfläche des oberen Rotors weg, so dass zwischen den gegenüberliegenden Abdichtflächen der beiden Rotoren kein geschlossener Raum gebildet wird.
In Fig.6 läuft die Abdichtkante 26 des oberen Rotors 6 etwa in radialer Richtung längs der gegen überliegenden Abdichtfläche 27 des unteren Rotors 8 weiter, bis sie sich in Fig. 7 so weit fortbewegt hat, dass die Rotoraussenkante 22 in der Mitte der Ver tiefung 30 liegt, von dieser jedoch einen ausreichen den Abstand einnimmt, und bis die Schultern auf der gegenüberliegenden Seite der Vertiefung gerade in Eingriff gekommen sind.
Aus Fig. 7 ist ferner ersicht lich, dass eine geringfügige überlappung, vorzugs weise etwa 5 , vorhanden ist, während der die Schul tern auf beiden Seiten des Flügels des oberen Rotors 6 sich in Eingriff mit den beiden Schultern beidseits der Vertiefung des unteren Rotors 8 befinden.
Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen und ist nicht nach- teilig, da die Volumenänderung bei dieser Über- lappung in der Mitte nur maximal etwa 1,5 % beträgt und da anderseits Rotoraussenkante und Vertiefung frei aneinander vorbeilaufen können.
Der Abstand zwischen einer Abdichtkante und der mit dieser zu sammenwirkenden Abdichtfläche ist bei Rotoren der oben angegebenen Grössenordnung etwa 0,4 bis 0,8 mm.
Um eine zufriedenstellende Abdichtung der Rotorachsen zu gewährleisten, haben diese einen geringeren Durchmesser als der kleinste Enddurch- messer des Rotors, so dass sich eine senkrechte End- fläche 50 an beiden Enden des Rotors ergibt.
Das Gehäuse ist in den die Achsen aufnehmenden Boh rungen mit- einem Käfigring 52 von H-förmigem Querschnitt versehen. Dies--r Ring wird durch einen Einlasskanal 53 und einen Behälter 54 mit Spülwasser versorgt, das unter einem Druck steht, der etwa 0,35 bis 0,7 kg/cm2 grösser ist als der maximale Auslass- druck der Pumpe. Vorzugsweise ist ausserdem ein Auslasskanal in der Ringnut vorgesehen, um einen ununterbrochenen Wasserstrom durch den Käfigring aufrechterhalten zu können.
Um die Fasermasse so wenig wie möglich zu verdünnen, beträgt der Abstand zwischen dem Dichtungsring 52 und der Achse vor zugsweise etwa 0,13 mm. Um ein Festfressen zu ver meiden, wird der Käfigring vorzugsweise aus einem anderen Material hergestellt als die Achse; er kann beispielsweise aus einer Blei-Zinnlegierung bestehen, während für Rotor und Achse nicht rostender Stahl Verwendung findet.
Die Fig. 14 und 15 zeigen etwas abgewandelte Rotorformen. Der eine Rotor 60 in Fig. 14 ist über seine ganze Länge zylindrisch, während der in Fig. 15 dargestellte Rotor 70 an den Enden doppelt konisch ist und einen zylindrischen Mittelteil besitzt.
Der in Fig. 14 dargestellte zylindrische Rotor 60 besitzt gradlinige Vertiefungen 62, die Pumpwirkung pro Rotorlänge ist ausgezeichnet und er eignet sich sehr gut für Flüssigkeiten, bei denen das Verstopfen oder Verklemmen kein Problem ist.
Bei faserhaltigen Suspensionen, wie Papierfasermasse, besteht aber zu mindestens die Neigung, dass sich Fasern zwischen die im wesentlichen radial verlaufenden Ränder der Vertiefung 62 eines zylindrischen Rotors einklemmen. Hebt man jedoch den Boden der Vertiefungen 30 oder 72 an den Enden so weit an, dass sie mit Aus nahme der dazwischenliegenden Abdichtfläche die Flügelaussenkanten fast treffen, so können diese Pro bleme ausgeschaltet werden.
Diese Massnahme muss sich nicht auf die gesamte Rotorlänge erstrecken, sie genügt an den Endteilen, wie in Fig. 15 dargestellt ist, wobei der zylindrische Mittelteil eine erheblich ver besserte Pumpleistung gegenüber Rotoren mit durch gehend doppelkonischer Form ergibt. Wie oben bereits erwähnt wurde, sind die Abdichtflächen des Rotors par allel zur Rotorachse unabhängig von der äusseren Form des Rotors, so dass beispielsweise die in Fig. 15 dar- gestellte Ausführungsform leicht hergestellt werden kann, ebenso Rotoren mit gekrümmten Aussenflächen, falls dies aus irgendeinem Grunde wünschenswert erscheinen sollte.
Rotary lobe pump The invention relates to a rotary lobe pump, for example for thick suspensions, for example fiber mixtures for paper production with a floc content of about 10 to 201 / u.
The aim of the invention is to provide a suitable pump which is suitable for pumping paper fiber pulp or similar suspensions with a solids content of up to 20% or higher, if desired under high pressures.
The pump should not only be cheaper to manufacture than the previously known rotary lobe pumps for thick liquids, it should also be stronger at the same time. If the pump has a lower hydraulic lock than the previously known rotary lobe pumps, it is also less likely to break.
Since the rotor arrangement of the pump is preferably symmetrical, the pump can, if desired, work in both directions.
The rotary lobe pump according to the invention with a housing and two counter-rotating, gear-like interlocking rotors with a number of radially projecting vanes and recesses there between and with shoulders arranged on the flanks of the vanes, which cooperate with corresponding shoulders of the respective other rotor when the rotors rotate. is characterized by the fact that the outer edges of the blades and the depressions of the rotors are dimensioned in such a way that the outer edges of the blades do not touch the walls of the depressions,
that the shoulders arranged on the flanks of the blades between the outer edge and the recess protrude laterally and have concave end faces, the width of which in the radial direction is dimensioned according to an angle of rotation of the rotor that is equal to or greater than 180 divided by the number of blades, and that the concave end faces intersect the pitch circle of the rotors vertically and on the side facing the outer edge of the wing run out into a protruding edge,
which slides along the surface of the corresponding concave surface of the other rotor body when the rotors rotate, in order to clean them and to seal the rotors against one another.
The blades of the rotors generally have to perform two non-interrelated sealing functions - they have to pass close to the concave parts of the rotor chamber in order to convey the medium to be pumped through the pump housing - and they also have to work with the The wings of the other rotor cooperate in order to shut off the otherwise occurring backflow of liquid in the area between the two rotors. The interaction.
The rotors in pumps for pulp suspensions such as paper pulp are further complicated by the necessity that these, instead of rolling on top of each other, have to scrape against each other in order to prevent jamming by fibers of the paper pulp.
So far, attempts have been made in rotary lobe pumps to solve the sealing problem by using common sealing elements from, usually the outer edge of the rotor blades, which interact with both the upper surfaces of the rotor chamber and the other rotor.
Although this solution generally works satisfactorily from an operational standpoint, it results in a complicated and expensive rotor construction, mainly because of the need to work the large rotor recesses very precisely, along with the need to build the preferably conical rotors in two pieces thereby weakening them.
It is particularly important that when using the outer edge of the wing as the main sealing element, it is impossible to compensate for the unavoidable wear and tear by building up the outer edge of the rotor, since there is no practical way of adjusting the distance between the rotors in order to simultaneously achieve the necessary clearance between the outer edge of the wing and the Set the housing and between the outer edge of the wing and the rotor recess.
According to the invention, most of these problems will be solved by using separate elements for the two sealing functions. More precisely, the outer edge of the wing is only used for pumping, while the shoulders are used to seal against the backflow.
With this arrangement, not only can the distance between the outer edge of the wing and the housing be adjusted, either by using wings with radially adjustable cutting edges, or by simply building up the outer edge, for example by welding, and then reworking it without this affects the freedom between the rotors;
the costly machining of the indentations of the rotors can also be completely omitted, and the only surfaces to be machined are the shoulder sealing surfaces extending in the axial direction and their edge on the wing and the outer edges of the wing. As a result, it is possible for the first time in a conical pump to use a rotor cast in one piece, which results in an extraordinary increase in strength.
Furthermore, the rotors can be double-conical with a cylindrical central part, which ensures an increased efficiency without the rotor being jammed at the end.
The invention will now be explained in more detail with reference to some preferred embodiments in connection with the drawing.
Fig. 1 and 2 show a transverse and a longitudinal section through a first rotary lobe pump; Figures 3 to 7 are a series of partial sections showing the various angular positions of a pair of rotors; Figure 8 is a perspective sectional view of half of a rotor for a pump of Figures 1 and 2; Figures 9-11 are sections through the rotor taken along lines 9-9, 10-10 and 11-11 in Figure 2; Figure 12 is an end view of the rotor of Figure 8;
13 shows a modified embodiment in section with an adjustable cutting edge, and FIGS. 14 and 15 show somewhat modified rotor shapes compared to the previous figures. The pump housing 1 shown in FIGS. 1 and 2 has an inlet opening 2 and an outlet opening 3. Between these there is an upper and a lower concave surface 4 and 5, respectively, of preferably double-conical shape with the largest diameter in the middle, the form the rotor chamber.
The rotary pistons or rotors, namely the upper rotor 6 and the lower rotor 8 with the associated axes 7 and 9 are rotatably mounted in the housing 1 in suitable bearings so that they are closely adjacent to the surfaces 4 and 5 and about horizontally spaced axes can rotate, which are perpendicular to the flow path through the pump and see ver with suitable seals, which will be described later. At one end of the housing the axes 7 and 9 are extended and carry the connecting gears 10 and 11 and one of the two axes, here the lower axis 9, is further extended to any suitable drive, not shown.
The two rotors 6 and 8 are preferably four-winged and identical, but can vary in particular with regard to the number of wings.
Both rotors contain, as shown, four in total, designated by 20 wings, between which concave depressions 30 lie, which are processed as they come from the mold, because they are not used for sealing. The vanes contain relatively thin, outwardly directed cutting edges with radially outwardly directed edges 22 which slope from the center line of the rotor towards its ends in close proximity to the inner surfaces of the conical rotor chamber; the cutting edges generally have inclined concave sides 24 which can essentially remain unmachined.
The blades work as pumping elements of the two rotors and convey the liquid along the outer annular space of the rotor chamber between the respective rotor and the associated concave housing surface, which is indicated by the arrows in FIG.
At the foot of the cutting edges of the individual wings projecting wing shoulders are seen in the circumferential direction, which are limited at their radially outermost edge by axially extending edges 26, with a four-wing pump preferably with an angular distance of 45 between two edges 26, either measured over the recess or over the wing. The angle changes according to the number of wings and is generally equal to 180 divided by the number of wings. The edge 26 lies outside the tooth pitch circle P and is bordered on the side adjacent to the recess 30 by a precisely machined, concavely curved, sealing surface 27 extending in the axial direction.
The side of the edge adjacent to the cutting edge is formed by another precisely machined surface 25, the task of which is to form a sufficiently acute angle, preferably around 70, at the edge 26 to ensure sufficient free space for the cooperating rotor and to define the edge in one direction. The sealing surface 27 extends beyond the tooth pitch circle and ends in an edge 28 which has a certain radial distance to the outside from the concave recess 30. The seal is created by the edge 26 of the mating rotor as it passes in sealing engagement.
The radial width of the sealing surfaces 27 corresponds to an angle of rotation of the rotor which is at least 45, generally at least 180 divided by the number of blades, preferably a little more, in order to overlap by 5 between adjacent sealing surfaces. The tooth pitch circle P lies in the center of the sealing surface 27 and is perpendicular to this.
In the pump described, the rotors are sealed against each other by the shoulders, with at least one sealing shoulder surface 27 of a rotor of the pair cooperating with at least one protruding edge 26 on the other rotor, so that an inevitable blocking of the return flow between the rotors during the entire rotation is guaranteed. The recess 30 has a shape such that there is sufficient clearance to allow the liquid to flow freely between the wing outer edge 22 and the surface of the recess 30.
It should be mentioned in particular that the blades 20 are preferably symmetrical to their radial center lines so that the conveying direction can be reversed without the fear of clogging or jamming, even when fibrous material such as paper pulp is pumped. For this purpose, the outer edges of the cutting edge 22 can have a conical surface of approximately 2 peripheral length, so that sufficient strength is ensured in the case of sharp edges.
The blade edges can be lengthened by welding and reworking in order to compensate for wear on the housing without affecting the sealing effect of the pump. If desired, replaceable or radially adjustable cutting edges 40 can be provided, which rest in a recess and are provided with a slot 41, with washers 42 for adjustment and the cutting edge is fixed by a screw 43.
In a corresponding manner, the shoulders can also be repaired by welding them on and reworking them, so that the correct distance between the rotors themselves is restored.
The rotors preferably have a double conical shape as shown. The outside diameter is greatest in the middle of the rotor and decreases steadily towards the ends. At the same time, the depressions 30 rise from the point of their greatest depth in the middle to the places of their smallest depth at the ends of the rotor; the depressions nevertheless ensure a sufficient distance from the outer edges of the wing in their entire area. The sealing surfaces 27 and their edges 26 and 28 run in the axial direction, so that these surfaces have a practically constant width; edges 26 and 28 are straight lines along the entire length of the rotor, despite its double conical shape.
The width of the sealing surface 27 at the end of a rotor generally determines the inner radial Ab was a recess 30 with respect to the edge 26; in practice, the recess 30 can even extend slightly outwards, as can be seen, for example, from FIG. 12, the clearance for the outer edges of the rotor being retained.
The operation of the rotors when sealing against backflow between the rotors can best be seen in FIGS. 3 to 7. The pumping action brought about by the blades 20 in cooperation with the surrounding housing, as shown in FIG. 1, proceeds in a completely conventional manner and therefore does not need to be explained in detail here;
It just deserves to be mentioned that even thick pulp mixtures up to 20% solids content can, if desired, be pumped at high pressures with excellent efficiency. The distance between the vane outer edges and the housing can be about 0.4 to 0.8 mm in a pump with a conical rotor with a diameter of about 25 to 38 cm; the total length of the rotor is about 38 cm.
FIGS. 3 to 7 show a complete 45 section of the rotors in five steps of 9 each, which shows the sealing of two shoulders against one another and the transition of the sealing function to another pair of shoulders; such a 45 section is repeated eight times for each revolution of two synchronously rotating rotors.
In FIG. 3, the sealing edge 26 of the lower rotor 8 has just reached the sealing surface 27 of the rotor 6, so that a seal between these two elements is ensured. In Fig. 4 and 5 it can be seen that the rotor outer edge 22 runs freely past the shoulder on the other side of the recess 30 of the lower rotor 8, while the sealing edge 26 of the upper rotor in contact with the innermost edge of the sealing surface 27 on the lower rotor 8 is coming.
The sealing edge 28 of the lower rotor moves at the same time away from the sealing surface from the upper rotor, so that no closed space is formed between the opposite sealing surfaces of the two rotors.
In Figure 6, the sealing edge 26 of the upper rotor 6 runs approximately in the radial direction along the opposite sealing surface 27 of the lower rotor 8 until it has moved so far in Fig. 7 that the rotor outer edge 22 in the middle of the United recess 30, from this, however, takes a sufficient distance, and until the shoulders on the opposite side of the recess have just come into engagement.
From Fig. 7 it is also ersicht Lich that a slight overlap, preferably about 5, is present, during which the shoulders on both sides of the wing of the upper rotor 6 engage with the two shoulders on both sides of the recess of the lower rotor 8 are located.
This has proven to be advantageous and is not disadvantageous, since the change in volume with this overlap in the middle is only a maximum of about 1.5% and, on the other hand, the outer edge of the rotor and the recess can freely run past one another.
The distance between a sealing edge and the sealing surface that interacts with it is approximately 0.4 to 0.8 mm for rotors of the order of magnitude specified above.
In order to ensure a satisfactory sealing of the rotor axes, these have a smaller diameter than the smallest end diameter of the rotor, so that a vertical end surface 50 results at both ends of the rotor.
The housing is provided with a cage ring 52 of H-shaped cross-section in the bores receiving the axes. This ring is supplied with flushing water through an inlet channel 53 and a container 54, which is under a pressure that is approximately 0.35 to 0.7 kg / cm2 greater than the maximum outlet pressure of the pump. In addition, an outlet channel is preferably provided in the annular groove in order to be able to maintain an uninterrupted flow of water through the cage ring.
In order to thin the fiber mass as little as possible, the distance between the sealing ring 52 and the axis is preferably about 0.13 mm. In order to avoid seizing, the cage ring is preferably made of a different material than the axis; it can for example consist of a lead-tin alloy, while stainless steel is used for the rotor and axle.
FIGS. 14 and 15 show somewhat modified rotor shapes. One rotor 60 in FIG. 14 is cylindrical over its entire length, while the rotor 70 shown in FIG. 15 is double-conical at the ends and has a cylindrical central part.
The cylindrical rotor 60 shown in FIG. 14 has straight indentations 62, the pumping action per rotor length is excellent and it is very suitable for liquids in which clogging or jamming is not a problem.
In the case of fiber-containing suspensions, such as paper pulp, there is at least a tendency for fibers to become trapped between the essentially radial edges of the recess 62 of a cylindrical rotor. However, if you raise the bottom of the wells 30 or 72 at the ends so far that they almost hit the outer edges of the wing, with the exception of the sealing surface in between, these problems can be eliminated.
This measure does not have to extend over the entire length of the rotor, it is sufficient at the end parts, as shown in FIG. 15, the cylindrical central part resulting in a considerably improved pump performance compared to rotors with a continuously double-conical shape. As already mentioned above, the sealing surfaces of the rotor parallel to the rotor axis are independent of the outer shape of the rotor, so that, for example, the embodiment shown in FIG. 15 can be easily manufactured, as can rotors with curved outer surfaces, if this is of any kind Should appear desirable.