CN108626129B - 碎化和剪切泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泵(100)，用于这样的应用，其中废水或其他液体中存在固体(130)其需要被切割和减小尺寸以使固体(130)可以从泵(100)进入口(105)行至排出口(106)。泵(100)具有泵壳(104)，泵壳(104)内具有进入口(105)和排出口(106)。驱动装置(170)转动轴向延伸穿过泵壳(104)并伸至叶轮(109)和刀杆(102)的驱动轴(113)。泵(100)还被构造为具有邻近刀杆(102)和进入口(105)的径向刀圈总成(101)，以提供在转动的刀杆(102)与保持固定的径向刀圈总成(101)相向滑动之间的碎化切割作用(140)。泵(100)特征还在于改善的最优化流动、改善切割和减小编织纤维材料形式的固体，提高切割刀外壳(107)的可调节性以提高精确度并改善磨耗调节。

Description

碎化和剪切泵

本申请为2014年07月31日提交的、申请号为201480051297.2、名称为“碎化和剪切离心泵”的中国专利申请的分案申请。本专利申请要求于2013年8月1日提交的题为“碎化和剪切离心泵”的美国临时专利申请号61/861365的优先权，其全部公开内容以引证方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及能够在泵的入口部分碎化和剪切固体的泵之领域，适用于包括废水处理、污水处理、下水道排水、工业、农业在内的多种应用。

背景技术

现在已知多种泵，用于抽吸液体、废水和其他包含固体的液体，包含的固体例如垃圾、一次性产品、纺织物、聚合材料和其他物品。虽然这些泵可以将固体切碎至不同的程度，使固体流至泵的出口以被处理，但是会出现其他问题，因为现代污水包含以一次性合成产品和织造纤维材料形式存在的固体。传统泵设计在碎化此类固体和编织纤维材料方面不尽如人意。

为了处理固体，传统泵通常采用无阻塞式叶轮设计以将固体吸入泵中。如果固体是编织纤维材料，当其最初进入泵时，这些固体不会被无阻塞式叶轮剪切至可通过尺寸的固体。通常，编织纤维材料会因水流和叶轮转动在叶轮水眼周围变成球状。一旦变成球状，编织纤维材料经常不能通过泵，减少泵输出流量，并且可导致泵故障，例如阻塞、缠捆和马达烧毁。

传统切碎泵或带切碎器的泵设计典型地使用离心泵，配备有切割系统，以促进泵送液体中固体的剪切和离析作用，其中驱动装置(例如电动机、液压发动机等)使叶轮和切割系统运转。叶轮固定地安放在驱动装置的驱动轴上。当这些固体抵达入口时，叶轮具有尖锐的包覆边，适于切割贴靠在背板的螺旋凹槽上的固体。切碎泵适用于多种构造，典型的切碎泵配备有电动机以使叶轮运转并为切割系统提供扭矩。现有的切碎泵设计不利于处理编织纤维材料的固体，例如会导致阻塞、缠绕或泵停止运转，因为一旦固体进入叶轮，这些固体必须在切割作用之前行进至背板，而缠绕现象可能先于切割作用发生。如果能防止泵自身以及邻近管道被这些固体和编织纤维材料阻塞，那么将是对传统切碎泵的一种改进。

传统粉碎泵设计中，叶轮或粉碎机位于泵的入口部分，以便将叶轮作为切割系统的一部分。现有粉碎泵设计的缺点包括在固体被切成较小的颗粒之前不能让固体进入，即，在固体被吸回叶轮做另一次尝试之前，处于根据固体被切碎还是被推出的全有或全无的作用。传统粉碎泵设计中的固体和编织纤维材料的推出作用通常是不成功且并非最优的。即使在固体发生数次推出作用后，缠绕和阻塞仍会发生，因为编织纤维材料累积最终阻塞泵入口，这导致泵故障(如烧毁)。一般的解决方法是使用更高容量的泵，具有更大的电动机和入口开口(例如增加泵尺寸)以使固体的通路具有相对大的直径的入口。然而，为增大泵开口而过度增加泵尺寸也会导致用于应用所需的泵的成本增加。

因此，长期以来一直需要一种性价比高、尺寸最优化的泵，构造为用于克服编织纤维材料带来的众多问题及现有技术的其他缺点。本发明提供有效的更小设计的耐久的离心泵，能够有效泵送悬浮于液体中的固体和编织纤维材料。本发明的碎化和剪切泵设计能够减少切割、剪切或碎化在泵入口的固体尤其是编织纤维材料过程中的阻塞现象及故障。本发明的碎化和剪切泵设计也提供具有更小设计的改良离心泵，而在此之前使用更大的泵。因此，长期以来一直需要一种具有改良切割作用的泵，以用于更小设计能适于处理现代污水处理的应用领域以及其他液体处理应用领域。

发明内容

本发明为碎化和剪切泵，配有泵壳，泵壳中具有进入口和排出口。驱动装置使驱动轴转动，驱动轴轴向延伸穿过泵壳至叶轮和刀杆。该泵还配有邻近刀杆和进入口的径向刀圈总成，以提供转动的刀杆滑过保持固定的径向刀圈总成的固体碎化切割作用，例如，在刀杆边缘形成的切割刀片转动经过径向刀圈总成的内表面。该泵也具有轴向刀圈总成，轴向刀圈总成具有一个或多个刀片，其形成适于固体从进入口到排出口的通路的开口，以通过刀杆上表面滑过轴向刀圈总成的一个或多个刀片的表面的转动提供固体剪切切割作用。碎化和剪切泵可以构造成在径向刀圈总成的内表面具有一个或多个狭槽，狭槽可以保持编织纤维材料以进行剪切切割作用。

刀杆可以被构造为具有与刀杆上表面相对的倒圆表面，适于提供对大于轴向刀圈总成开口的预定尺寸的固体和编织纤维材料的排出或推出作用。

轴向刀圈总成的一个或多个刀片可以以一角度配置，使其足以切割进入轴向刀圈总成开口的预定尺寸的固体和编织纤维材料。

本发明的碎化和剪切泵可以在轴向刀圈表面和刀杆之间形成可调节界面，以使泵在全新的时候获得最佳剪切切割作用并在之后进行调节，使其在发生一些磨损后仍能保持最佳剪切切割作用(例如，调节刀杆和轴向刀圈总成之间的距离以补偿磨损，从而使泵的使用寿命更长)。

刀杆的边缘可以形成有切割刀片(例如，一个或多个凹槽、刀齿或锯齿)，足以碎化或以其它方式切割被保持在径向刀圈总成的多个狭槽中的固体，尤其是编织纤维材料。

一个或多个轴向刀圈总成的刀片形成的开口可以被构造为改善外形轮廓更小的碎化和剪切泵的液体流量F和固体从进入口到排出口的通路，以便可以投入现在正使用较大的无阻塞污水泵的应用领域中。

附图说明

参照附图，本发明的非限制性和非穷尽的实施例得到描述。附图中，除非有特别说明，否则贯穿不同附图中相似的附图标记表示相似的部件。

为更好地理解本发明，将要参考下面的具体实施方式，其与附图一起理解；该附图被结合到说明书中并构成该说明书的一部分，显示本发明公开的主题的某些方面，并与文字说明一起，帮助阐释一些与公开的实现方法相关的原理，其中：

图1示出根据本发明实施例的位于泵的进入口和排出口之间的径向刀圈、刀杆和轴向刀圈总成的示意图，具有沿图4中的A-A线截取的截面图；

图2示出根据本发明实施例的切割刀和泵壳的示意图，具有沿图4中的A-A线截取的截面图；

图3示出根据本发明所述设备、系统、方法的实施例的碎化和剪切泵的部分轴向部段的示意图，具有沿图10的B-B线的截面图；

图4示出根据本发明实施例的刀杆和轴向刀圈总成的平面示意图，方向为由吸入口侧向内朝向叶轮；

图5示出根据本发明实施例的刀杆的下表面；

图6示出根据本发明实施例的刀杆的侧视图；且

图7示出刀杆的轴侧俯视图；

图8示出位于刀杆边缘上的带凹槽的切割刀的侧边的视图，这取自图6的圆圈局部图C；

图9示出位于刀杆边缘的带凹槽的切割刀的边的视图；

图10示出根据本发明实施例的碎化和剪切离心泵的双切割作用的俯视图；以及

图11示出根据本发明实施例的碎化和剪切泵的横截面示意图，具有沿图10的B-B线的截面图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的非限制性实施例，其中相似的标记表示相似的部件。尽管根据本发明的优选实施例详细描述本发明，可被理解的是，在阅读和理解前述内容的基础上，某些优选实施例的变体也变得清楚明白，并且变体都在本发明的精神和范围之内。

此处使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。此处使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。此处使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。此处使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包含(例如，开放性语言)。此处使用的术语“联接”被定义为连接，进过不一定为直接连接且不一定为机械连接。

贯穿本文，对“某些实施例”、“一个实施例”、“特定实施例”、“实施例”或类似术语的描述意指，与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。从而，这样的短语在本说明书中的多个地方的出现不一定所有均指相同实施例。而且，在没有限制的情况下，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适方式被组合。

此处使用的术语“或”解释为包括性的或意味着任何一个或任何组合。因此，“A，B或C”意味着以下任何一种：“A；B；C；A和B；A和C；B和C；A，B和C”。只有当元件、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时，才会发生这种定义的例外。

附图中示出的各图是为了示意本发明的某些实施例，并且不应被认为限制于此。术语“机构”置于某操作的现在分词前表示期望的功能，为此具有一个或多个实施例，例如，一个或多个用于获得该期望功能的方法、装置或设备，并且本领域技术人员可以根据本公开内容从其或其等同中选择，并且术语“机构”的使用不是限制性的。

此处使用的术语“离心”和“离心泵”指泵的种类，其具有动态轴对称功能，用于通过将转动动能转化成液体流动的流体动力能来输送液体。转动动能典型地来源于发动机或电动机，从而液体沿着或靠近转动轴进入泵叶轮并且被叶轮加速，向外径向流动至扩散器或涡旋室(壳)，并从此处流出。根据本发明的实施例，离心泵可用于水、污水、石油和石油化工泵送应用。

此处使用的术语“切”或“切碎”指刀片切割的能力，此能力来源于作用在刀片非常小的区域上的力集中，因此可以在待切透的物体上施加高压强。刀片是工具或机器的部分，具有的边缘被设计为切割和/或刺、戳、砍、切碎、切片、猛刺、刮擦表面或材料。

此处使用的术语“纤维”、“编织”、“编织材料”和“编织纤维材料”指天然纤维和人造材料，如合成、可生物降解聚合物、由称作聚丙烯酸钠制造的超吸收性材料或其他人造聚合物，或天然纤维与人造纤维二者的组合。编织纤维材料以及废水或待泵送液体中存在固体的例子范围从纺织品和家居用品(湿巾、衣物、洗涤器等)到厕所用品(尿布、女性用品、婴儿湿巾等)。现代城市污水包含这些编织纤维材料，并且这些编织纤维材料会阻塞及使已知离心泵停止运作。大的泵可以使这些纤维材料通过，因为其具有大的进入口和排出口尺寸。

此处使用的术语“固体”指任何有机和无机固体材料。有机固体例如排泄物、毛发、食品、纸纤维、植物材料、腐殖质及食物颗粒等。无机固体例如沙子、砾石、金属颗粒、陶瓷灯。其他无机宏观固体包含编织纤维材料，例如卫生棉、尿不湿/尿布、避孕套、针、儿童玩具、死亡动植物等。

此处使用的术语“泵”指通过机械作用移动液体(液体或气体)或有些时候是浆体的装置。根据本发明的实施例，泵包括离心机械泵，能够用于广泛的应用领域，例如从储箱中将液体和废水泵送至另一个期望的地方。

此处使用的术语“剪切”指物质实体的切割和变形，其平行内表面相对彼此滑动。例如，服装制造中用剪刀剪切纤维。

此处使用的术语“剪切切割作用”指泵装置的刀片通过剪切作用切割固体和材料的能力。

此处使用的术语“碎化”指装置——通常是电动的装置——将固体和其他悬浮在液体中固体(如食物残渣、编织纤维材料等)碎成小块、使其足以通过管道、出口、水管及类似物的作用。

此处使用的术语“碎化切割作用”指泵装置的刀片通过碎化作用切割固体和材料的能力。

此处使用的术语“废水”指污水、下水道、废水和任何因人为因素而不利地影响水质的水。城市废水通常通过合流下水道或卫生下水道运输，并且在废水处理厂处理，或者废水在一些区域(例如营地、住宅小区、家庭房屋等)产生，不经由集中下水道系统，依靠泵送至废水处理厂以及现场污水系统，例如化粪池、排水区及可选的现场处理装置。污水包括家庭、城市或工业液体废弃物，通常通过管道或下水道(卫生或合流下水道)处理，有时通过粪罐车运输。下水道系统是基础物理设施(例如管道、泵、过滤网、渠道等)，用于将废水从其源头输送至最终处理或处置的地点。

如图1到11所示，根据污水处理应用中半闭合潜式离心泵的本发明实施例，描述了一种用于碎化和剪切泵100的设备、系统和方法，其具有改善的对固体130、特别是编织纤维材料的切割作用。根据本发明实施例，碎化切割作用140和剪切切割作用150可以在泵100内同时独立发生。为描述这些切割作用，该实施例的描述分为两种：(1)固体145被碎化切割作用140切割；(2)固体155被剪切切割作用150切割，这沿着悬浮于液体中的固体从入口或进入口105至排出口106穿过泵100的流动F路径。

能被理解的是，本发明的多种切割作用设计可以并入多种泵构造，包括在多种应用中使用的无阻塞式叶轮和闭合、半开及涡旋式叶轮，例如应用于潜式泵，如图11所示，潜式泵通过底座，以抬高到水槽底部上方，通过连接于泵出口的排出管道进行排流。同样可想到的是本发明的多种切割作用设计可以并入直列泵构造，例如，具有进入管道的泵，其进入管道连接于蓄水池，从蓄水池中抽吸包含固体的废水，将其输送至泵中，并通过连接于泵出口的排出管道来进行排流。并且，本发明的设计可以以少量变化和/或实验适配于本文所述的半开式、无阻塞式叶轮设计、涡旋叶轮。

如图1-3、10、11所示，多切割作用离心泵100总体包括径向刀圈总成101、刀杆102和轴向刀圈总成103。为了说明，切割作用在图1中有所简化。切割作用包括固体的碎化切割作用140，碎化切割作用140发生在转动的刀杆102滑过固定不动的径向刀圈总成101之间，其中在转动过程中，在刀杆102的边缘118形成的切割刀片160的一个或多个刀齿与径向刀圈总成101的内表面121及/或狭槽128相互协作。刀杆102的切割刀片160转动经过径向切割表面141以提供碎化切割作用140，径向切割表面141由位于刀杆102的边缘118的切割刀片160的平行内表面和径向刀圈总成101的径向刀圈表面121形成。剪切切割作用150由刀杆102相对轴向刀圈总成103的转动提供，因平行的上表面116和刀片124的内表面153相对滑动。泵100被构造为分别通过多次切割、剪切和碎化作用来利用刀杆102、径向刀圈总成101和轴向刀圈总成103的多个面，以便减小较大固体的尺寸使其能够使用较小的泵来通过泵和管道系统。

如图2、3和11的示意图所示，提供多次切割作用的泵100可以为离心泵，总体配有泵壳或外壳104，其具有入口或进入口105和出口或排出口106。泵100配有切割总成180，其包括具有预定直径181的大致柱形切割刀外壳107，以接纳轴向刀圈总成103和径向刀圈总成101。切割刀外壳107具有侧壁182和开口端部183、184。侧壁182还包含位于一个端部183上的从侧壁182向内延伸的切割刀法兰185和位于相对端部184上的从侧壁182向外延伸的连接法兰186。切割刀法兰和连接法兰185、186与用于一个或多个紧固件188、如螺丝或螺栓的一个或多个接合点187适配。切割刀法兰185的功能是保持径向刀圈总成和轴向刀圈总成101、103固定于切割刀外壳107。连接法兰186的功能是使用定位螺丝129保持尺寸132固定，且通过转动切割刀外壳107调节。切割刀总成180可以具有沉孔187，以提供在轴向刀圈总成103和径向刀圈总成101固定到切割刀总成180中的外壳107的切割刀法兰185时层叠的光滑轮廓。侧壁182可以在上述切割刀法兰185和连接法兰186之间具有大体光滑的内表面189和带螺纹的外表面108，以便被在泵100的入口105处的对应的泵壳104的带螺纹部分108接纳。切割刀外壳107适于接纳被固定至外壳107的轴向刀圈总成103、径向刀圈总成101。

外壳107被构造为可以通过带螺纹连接部108相对于刀杆102、泵壳104和吸入式切割刀磨耗板120调节，以便构造为通过调节切割刀外壳107而转动带螺纹连接部108并随之通过锁定紧固件或定位螺丝129而固定，从而这样的调节可以简易快速实现且用在本领域的这些部件中。转动带螺纹连接部108也可以相对于吸入式切割刀磨耗板120进行调节，以便在全新时和使用一段时间出现磨损后可调节。切割刀外壳107适于接纳并固定轴向刀圈总成103、径向刀圈总成101到切割刀法兰185，且刀杆102被安放在其中，以使其位于进入口105和叶轮109之间。

如图2和10所示，泵壳104可以通过如螺丝和螺栓的紧固件188连接于底座114，以抬高到水槽或罩壳的底部上方。叶轮109被包在泵壳104内。吸入式切割刀磨耗板120被安放并保持在泵壳104和固定的切割刀外壳107之间。如图2和3所示，叶轮109在泵壳104内自由转动，泵壳104具有在一侧的预定尺寸133和在另一侧的尺寸134，以有余隙。

如图3所示，碎化和剪切泵100可以形成有可调节切割刀外壳107，以保持径向刀圈总成101和轴向刀圈总成103，并且允许刀杆102转动以实现碎化和剪切作用140和150。根据本发明的实施例，紧固件188被用于将径向刀圈总成101和轴向刀圈总成103保持至切割刀外壳107。然而，多种不同方法和构造也可以用于将径向刀圈总成101和轴向刀圈总成103固定至切割刀外壳107。切割刀外壳107的带螺纹连接部108适于改变、调节和保持轴向刀圈总成103的轴向切割表面153以及刀杆102的上表面116的尺寸132(图2)。预定尺寸132的间隙可以通过转动切割刀外壳107的带螺纹连接部108而调节，并且用紧固件或定位螺丝129固定或设定这样的尺寸，该紧固件或定位螺丝锁定切割刀外壳107与吸入型磨耗板120之间的间隙或尺寸135(图3)以防进一步运动。例如，当全新时，以及为了补偿经过一段使用而产生的磨损，刀杆102和轴向刀圈总成103可以进行调节，并且通过这种方式，本发明的设计提供快速且简易的调节，以便应对部件磨损。并且，泵内协作及多次的切割和剪切作用可以保持以改善耐久性、维护及寿命。

如图1到3所示，泵100也具有进入口105使包括悬浮在液体中的编织纤维材料在内的固体进入，该固体通过碎化切割作用140和剪切切割作用150处理以将碎化过和剪切过的固体145、155分别输出至排出口106。从进入口105到排出口106的流动F通过借助于离心泵110马达的叶轮109和叶片110的转动提供。根据本发明的实施例，刀杆102通过刀杆轴112上的带螺纹连接部111固定在驱动装置或马达170的驱动轴113上。在操作过程中，驱动装置170转动安置在驱动轴113上的叶轮109。叶轮109的叶片110通过叶轮109的转动向液体施加压力，以吸引、抽吸和驱使固体进入进入口105或泵100的吸入区域。如图2、10和11所示，泵壳104还可以包括安装底座138和/或一个或多个连接部139，其适于固定于用于在直列式应用中泵送液体的管道上，或者在潜式应用中固定至底座114。

如图1-4和5-11所示，剪切切割作用150在轴向刀圈总成103的刀片124的表面153与刀杆102的邻近上表面116之间进行，且发生在刀杆102的转动过程。相对少量的剪切切割作用150也发生在与切割环121、内环122、外环123和刀片124的其他相互作用中。刀杆102的上表面116被构造为平坦、光滑的表面，并且在上表面116与轴向刀圈总成103的邻近表面153之间具有预定的尺寸132(图1)，足以进行剪切切割作用150，例如，其最小公差值大约在0.001到0.005英寸之间。尺寸132可以通过切割刀总成180的切割刀外壳107的带螺纹连接部108调节。本发明设计的优点包括改善固体、尤其是编织纤维材料的切割和剪切。

如图3、9和11所示，刀杆102的下表面具有弯曲、倒圆或渐缩边缘119。下表面115的弯曲边缘110提供光滑表面，其不会过度阻碍液体流F，以辅助泵运作。弯曲边缘119因刀杆102的转动而对存在于液体流F中的固体施加矢量力。例如，排出液体流F中的、过大而不能通过排出口105的固体的推出作用在从中心至边缘119弯曲的约45度部位处发生。边缘119弯曲的剩余45度分别辅助碎化和剪切切割作用140和150。例如，固体130从中心被向外挤压，以协调(1)移动固体130以通过径向刀圈总成101和刀杆102进行碎化切割作用140；(2)移动固体130以通过刀杆102和轴向刀圈总成103进行剪切切割作用150以及(3)引导固体130进入流F并流向排出口105。因此，用下表面115的弯曲边缘119协调碎化和剪切切割作用140、150相比现有技术涉及而言具有改进并可用于切割固体和纤维材料。本发明设计的优点包括可以使用较小泵，却具有较大离心泵的优点，并且可以使用在许多现代废水、工业和液体应用中(例如，学校、运动中心、购物商场、水族馆、水上公园、机场、公交车站、拖车停车场、研究中心、医院、娱乐公园、牛奶厂、饲养场、食品包装、肉加工、装瓶厂、露营场地、工业园区、燃料控制等等)。本发明设计满足了长期以来对较小泵的需要，以处理存在于液体中的固体，并克服先前技术存在的阻塞和泵损坏的问题，同时具有与较大泵相同的技术优点，泵具有无阻塞设计且工业成本得以改善。

如图3、7和9所示，刀杆102的外表面117可以形成有弯曲，具有半径R，半径R的尺寸设定成可最优化一个或多个刀片124中的每一个刀片的表面153与刀杆102的上表面116之间的剪切切割作用150。附加的剪切切割作用150由轴向刀圈总成103的切割环121、内环122、外环123及刀片124的邻近边缘及表面与刀杆102的上表面116提供，如本文所述的。刀杆102的半径R推动固体向外移动，使剪切切割作用150通过径向刀圈总成101(如将固体容纳于狭槽128)与轴向刀圈总成103实现。表面117的半径R有利地拉长(多片)刀片124的切割线，同时使刀片124具有角度125，以改善剪切切割作用150和泵100的运转。泵100的运转尤其可以这样改善，通过允许固体最初在中心孔127附近的邻近内环122处被切割，并继续朝外环123切割，同时可以在泵100的装载、运作和实行方面平衡驱动装置170。

如图6和8所示，刀杆102的边缘表面118配有切割刀片160，切割刀片160可以被构造成凹槽、锯齿或刀齿状，以便形成多个切割刀片，其在刀杆102相对径向刀圈总成101转动时通过碎化切割作用140切割固体145。表面121和凹入的多个狭槽128与径向刀圈总成101间隔开预定的尺寸136(图3)，例如，相隔大约0.015英寸。切割刀片160可以被构造为具有最优碎化切割作用140，例如，被构造为具有大约60度的刀齿角161、大约0.06英寸的高度或深度162间隔以及大约0.12英寸的宽度163间隔。

如图1和3所示，固体130的切割通过多种切割作用实现：(1)于径向刀圈总成101和刀杆102的切割刀片160之间形成径向切割部分或表面141，以实现碎化切割作用140；及(2)轴向刀圈总成103的刀片124的轴向切割表面153与刀杆102的上表面153之间的剪切切割作用150。上述多种切割作用可以单独和/或同时实现，并且首先通过叶轮109的抽吸作用并在固体130开始流F入进入口105时产生，如图1所示。为阐释每一种切割作用，参照图3，在固体145、155进入进入口105时，刀杆102的转动推动固体145、155从中心向外至边缘。对于固体145(例如，编织纤维材料等)，刀杆102的转动驱使切割刀片160与由径向刀圈总成101的狭槽128所保持的编织纤维材料发生接触，从而编织纤维材料被切割并充分碎化以送到排出口106。对于固体155，在进入口105受到吸入和偏转迫使其到开口126以进行剪切切割作用150，轴向刀圈总成101中的间隙或侧剪切狭槽128内以对准的取向保持固体155(如编织纤维材料等)，以在轴向刀圈总成103的刀片124的轴向切割表面153与刀杆102的上表面116之间进行剪切作用，因此，可以改善切割作用并处理编织纤维材料以通过泵100。

碎化和剪切切割作用140、150分别切割固体145、155至适宜尺寸，使其可以经由排出口106排出。刀杆102下表面115的弯曲渐缩部119与外表面117的半径R(图7)相结合辅助碎化切割作用140，推动固体145、155在运行和转动时向外，因此使切割刀片160切割并碎化抵靠固定径向刀圈总成101的表面121和狭槽128的固体145。此外，刀杆102与固定的轴向刀圈总成103相互作用以通过剪切切割作用150切割固体155。在剪切切割作用140中，刀杆102在类似一对剪刀的剪切切割作用150中剪切抵靠固定轴向刀圈总成103的固体155。参照图1，刀杆103尺寸设定成具有足以进行剪切切割作用150的最小间隙尺寸132，例如，在0.001到0.005之间，通过邻近表面153以便在固体155经过开口126抵靠在径向刀圈表面121的任一边缘、包括内圈122、外圈123和刀片124时，剪切固体155。

参照图4，轴向刀圈总成103可以配有内圈122、外圈123，其通过以角度125布置的一个或多个刀片124连接，因此可以产生一个或多个开口126。内环122配有接纳刀杆102的刀杆轴112的中心孔127。刀片124以角度125布置，以足以产生剪切切割作用150以便在刀片124与刀杆102上表面116之间切割固体145、155。例如，当固体传送至开口126时，刀杆102的循环转动运动开始从内部向外地以类似剪刀的作用相对特定的刀片124切割上述固体155。开口126构造的尺寸可以允许泵的最大流量F性能并使固体145、155通过，例如，提供较同等规格的传统泵的入口更大的尺寸。

如图4所示，为了实现碎化切割作用140，径向刀圈总成101被构造为具有径向刀圈表面121和一个或多个侧剪切狭槽128，狭槽128被布置在径向刀圈总成101的内表面，邻近刀杆102的边缘118。侧剪切狭槽128的功能为保持固体145，例如，编织纤维材料，以允许碎化切割作用140，这是通过，刀杆102在被泵100的驱动装置170转动时循环转动运动，经过并邻近径向刀圈表面121，从而切割刀片160与表面121相协作(如图3所示的逆时针转动)以切割被保持于它们之中或之间的固体145，尺寸136如图3所示。

狭槽128也适于保持传送至开口126的固体155以辅助剪切切割作用150。如图4所示，剪切切割作用150开始于邻近表面153的刀杆102上边缘116与内环122的相互协作作用并沿刀片124向外环123进行。刀杆102的弯曲外表面117拉长上表面116的切割线和边缘。弯曲外表面117通过在切割固体145、155时平衡剪切切割作用150而有利地改善泵性能并提高泵寿命。如本文所讨论，通过内环122和外环123的任意边缘，可以分别实现较小量度的剪切切割作用150。例如，现代编织纤维材料、纺织品和固体155(如尿布、湿巾、拖布、卫生棉条、纺织品等)难以被传统斩切和/或粉碎泵总成处理。因此，在泵100的运转中，当固体155的编织纤维材料被吸入开口126时，固体155开始从进入口105传送到排出口106。当切割刀杆102转动经过并邻近表面153时，剪切切割作用150在上表面116的边缘与刀片124的头边缘之间切割固体155。如固体145的编织纤维材料也可以被保持在径向刀圈总成101的一个或多个对应的狭槽128内并辅助剪切切割作用150以通过切割刀片160实现切割和碎化。

如图3、4、10和11所示，狭槽128适于保持固体145以进行碎化切割作用140。在此例中，编织纤维材料145被狭槽128保持，此时刀杆102边缘118上的切割刀片160以最小的预定间隙尺寸136掠过径向刀圈表面121，以便通过碎化切割作用140切割和碎化固体145。狭槽128还倾向于使得狭槽128内的编织纤维材料的纤维纵向对齐，从而有利地将其切割成细长纤维线(例如呈意大利面条状)，从而有利地创造平衡和充分的碎化切割作用140。

也如图5-10、11所示，刀杆的下表面115还可以在切割和剪切固体145时减小马达载荷并改善泵100的运转，通过以下方式：(1)从进入口105推出较大的固体；(2)引导流F使其推动固体145、155向外流动，例如，这样一来固体145可以被保持在狭槽128中以待被切割刀片160抵靠轴向刀圈边缘121切割，并且固体可以被剪切切割作用150切割和剪切，如图1-4及10-11所示。

参照图4，轴向刀圈总成103可以被构造为具有一个或多个刀片124，刀片124以预定的角度125布置。预定的角度125被选为足以切割、平衡载荷，并被设计为最优化剪切切割作用150，例如，根据本发明的实施例，预定的角度被选为大约在50到70度之间，尤其可以为60度。应被理解的是，根据不同因素，如驱动装置170驱动转动的功率及速率，可以使用其他角度来提供刀片124的适宜的剪切切割作用150。一个或多个刀片124可以由多种适宜的这样的材料构成，这样的材料可用于构成叶片、刀片或其他简易的机械切割刃，和/或带刃手工工具，包括碳钢、不锈钢、工具钢和合金钢，例如5160弹簧钢；也包括不那么常见材料，例如钴合金、钛合金、陶瓷、黑曜石和塑料。

在碎化切割作用140的过程中，被狭槽128保持的材料可以通过刀杆102的转动而被切割和碎化，如图3-4所示。在此作用中，任何暂时停留在狭槽128内的固体145都通过位于刀杆102的边缘118上的切割刀片160抵靠固定的径向刀圈总成101的径向刀圈表面121而切割和碎化。根据泵送的流量F和泵轴113的转速，碎化切割作用140可以多次发生。剩余的固体进一步前进至从进入到离开轴向刀圈总成103的位置，这将开启剪切切割作用150的操作，当固体流F经过刀杆103进入开口126时，刀杆102扫过并切割抵靠刀片124的材料。剪切切割作用150自邻近内圈122的进入部分沿着刀片124到外圈123地在刀杆102每一侧进行，从而固体155首先被靠近中心127的内环122的切割边缘所切割，随后因马达转动和刀杆102的转动作用而被进一步地沿刀片124向外切割至外环123。剪切切割作用150有利地帮助平衡载荷需求并改善刀片124和刀杆116的剪切能力。

此外，在进一步的运行中，如图3-4所示，因过大而无法通过进入口105的固体145、155被刀杆102用其下表面115的倒圆边缘排出或推出，直到尺寸减少至可以通过开口126。刀杆102在运行过程中实质性排出较大固体155和/或材料155，随后抽吸和流F吸引这些固体155和/或材料155再次与刀杆102接触。在使用刀杆102的转动以分别经过重复的碎化和剪切切割作用140、150来切割固体145、155至较小块后，较大固体最终减少到可以通过泵100的尺寸。

通过这种方法，本发明的设计可以防止泵100的阻塞。该设计允许泵100持续运转，同时在运转过程中实现较大固体145、155的进一步减小。较大固体145、155在运转过程中的这种持续减小有利地使泵在任何时间点都可以调节流入泵100中的固体量。泵100设计的调节特性也有利地允许正常开始和结束离心消耗泵中的循环，该泵将持续地允许流F通过泵100，即使大块固体出现在入口105处，并且在此种情况下，泵100将继续工作以减小固体145、155且不会给泵100施加过度负荷。

根据本发明的实施例，泵100设计的另一优点在于结合了碎化切割作用140和剪切切割作用150以改善对固体材料145、155，尤其是编织纤维材料的切割、剪切和碎化。如图1至11所示，碎化切割作用140利用转动的刀杆102与固定的径向刀圈总成101相互作用，以实现对固体145的最初碎化。泵100设计的另一个优点在于泵壳107和/或切割刀总成180的可调节性，从而允许多个部件磨耗。泵100被构造为具有切割刀总成180和切割刀外壳107，适于将轴向刀圈总成103和径向刀圈总成101接纳并固定于外壳107，其中通过转动带螺纹连接部108和通过锁定紧固件或定位螺丝的固定，外壳107的带螺纹连接部108和泵壳104允许相对于刀杆102和吸入板120调节，且这样的调节可以简易快速实现且可用于本领域的各部件。本发明的可调节特性可以实现在全新时准确调节以最优化剪切作用，以及在使用一段时间磨损后进行调节。

如图1到11所示，改良设计允许针对应用的泵尺寸合理设定。参照图11，离心泵100包括大致竖直布置的驱动装置170(如发动机)。马达170包括位于驱动轴113周围的线圈171和定子172，以便以已知方式通电时，回转或转动驱动轴113。驱动装置170被布置在泵壳104内。驱动轴113由一个或多个轴承173支撑，以实现操作最优化并保持对准，驱动轴113还具有一个或多个密封174以将驱动装置170和驱动轴113与环境因素和状况(如水、浸没、灰尘等)隔绝。叶轮109可以包括一个或多个轴承175以实现操作最优化并保持对准。在一些应用中，泵100被布置在底座114上，具有开放式构造，例如，在废水处理应用中将泵布置在水槽内。然而，应被理解的是，泵100的入口105可以以闭合构造固定至管道，且出口106连接于排出管道。

废水处理应用中泵100的构造可以具有更小的尺寸，而尺寸过大的泵在实践中仅仅是为了具有较大的开口105和直径181(如图2)以接纳在尺寸较大的泵中可无阻碍地流动的大块固体材料。因此，使得泵100尺寸扩大变得没有必要，从而节省成本、提高效率。处理固体145、155的尺寸适宜的泵100的应用包括城市和工业废水、污水和其他的水中含有碎渣、可能妨碍污水顺畅排流的泵送吸操作。此外，在下游应用中尺寸较小的泵是理想的，例如，在这些产品进入液流中，例如个人住宅、旅馆、公寓、住宅小区、拖车公园等，或者应用在个人应用中。

家庭、拖车公园、公共厕所等应用中需要尺寸较小的泵以处理柔软、高张拉强度材料，例如现代废水中的尿布、湿巾、破布和毛巾。当使用较小的传统离心泵时会出现问题，因为会出现较小的吸入口发生阻塞、无法切割上述纤维材料、纤维材料缠绕在叶轮上及其他并发问题。并且，不能使用传统泵，因为纤维材料的线和固体难以完全切断，从而导致缠绕和阻塞叶轮操作，从而导致泵故障。例如，离心泵的叶轮产生通过进入口的吸引力，且叶轮可以因大块固体或纤维材料而产生阻塞。现有的较小尺寸的泵也没有碎化能力或允许柔软、高强度材料通过，且当处理普通污水时其仍保持着最佳泵运转状态以防止泵阻塞，因此，现有技术中一直都存在需求的是增加污水泵处理带碎渣污水的能力。

尽管为展示本发明的基本结构，示出了某些结构的构造，本领域的普通技术人员将理解可能使用其他仍在所附的权利要求范围内的变体。其他的优点和修改将很容易地被该领域技术人员想到。例如，轴向刀圈总成103可以针对刀片124、针对内环122和外环123使用不同材料，从而提高总成的耐磨性。相似地，刀杆102的上表面可以使用不同的材料以提高耐磨性。泵100也可以使用在其他应用中，例如，剪切和碎化切割作用有利于泵送废水的个人应用。因此，本发明在其更广方面不限于在此示出和描述的特定细节和代表性实施例。因此，在不脱离由所附的权利要求及其等同定义的总得发明构思的精神和范围的情况下，可以进行多种修改。

Claims (3)

1.一种泵，包含：

形成有进入口和排出口的泵壳；

驱动装置，具有轴向延伸穿过所述泵壳的驱动轴；

连接于所述驱动轴并位于所述泵壳内的叶轮，所述叶轮具有被构造成引导液体径向流向所述排出口的多个叶片；

邻近所述泵壳的所述进入口与所述叶轮的径向刀圈总成，所述径向刀圈总成被构造为具有多个侧剪切狭槽，所述侧剪切狭槽布置在所述径向刀圈总成的径向刀圈表面上；

轴向刀圈总成，该轴向刀圈总成构造为具有通过一个或多个刀片相连接的外环和内环，以在所述外环和内环之间形成开口，所述开口适于允许固体从进入口通向排出口，所述轴向刀圈总成被布置在所述叶轮与所述径向刀圈总成和刀杆中每一个之间，从而所述泵提供对固体的剪切切割作用，这由所述刀杆的上表面与所述轴向刀圈总成的一个或多个刀片的表面的多个边缘彼此滑动经过来实现；

可操作地连接于所述驱动轴的刀杆，所述刀杆包括：

位于所述刀杆的吸入侧的倒圆表面，以及

邻近所述径向刀圈表面就位的边缘，所述刀杆的所述边缘被构造为具有邻近所述径向刀圈表面就位的一个或多个切割刀片；以及

外壳，其可操作地调节在所述轴向刀圈总成的轴向切割表面和所述刀杆的上表面之间的预定尺寸；

由此所述泵提供碎化切割作用，这由转动经过所述径向刀圈总成的所述径向刀圈表面的所述一个或多个切割刀片中的每一个来实现。

2.一种泵，包含：

形成有进入口和排出口的泵壳；

驱动装置，其具有轴向延伸穿过所述泵壳的驱动轴；

连接于所述驱动轴并位于所述泵壳内的叶轮，所述叶轮具有被构造成引导液体径向流向所述排出口的多个叶片；

邻近所述泵壳的所述进入口与所述叶轮的径向刀圈总成，所述径向刀圈总成被构造为具有多个侧剪切狭槽，所述侧剪切狭槽布置在所述径向刀圈总成的径向刀圈表面上，从而该泵提供对固体的碎化切割作用，这由转动经过所述径向刀圈总成的所述径向刀圈表面的一个或多个切割刀片中的每一个来实现；

连接于所述驱动轴的刀杆，所述刀杆包括在所述泵的进入口处的、位于所述刀杆的吸入侧的倒圆表面以及被构造成邻近所述径向刀圈表面的边缘布置的、与一个或多个切割刀片协作的上表面，以及具有半径的外表面；

轴向刀圈总成，该轴向刀圈总成包括通过一个或多个刀片相连接的外环和内环，以在所述外环和内环之间形成开口，所述开口适于允许固体从进入口通向排出口，所述轴向刀圈总成被布置在所述叶轮与所述径向刀圈总成和所述刀杆中每一个之间，所述轴向刀圈总成带有大体平行于所述刀杆的所述上表面布置的表面；和

由此该泵提供对固体的剪切切割作用，这由所述刀杆的上表面与所述轴向刀圈总成的一个或多个刀片的表面的多个边缘彼此滑动经过来实现，并且从而所述刀杆的所述外表面的半径的尺寸设定成能最优化一个或多个刀片中的每一个刀片的表面与所述刀杆的上表面之间的剪切切割作用。

3.一种带有固体的液体从泵的进入口泵送到排出口的方法，所述方法包括以下步骤：

驱动轴向延伸穿过泵壳的驱动轴；

使连接到该驱动轴的叶轮旋转，所述叶轮位于所述泵壳内并被构造为朝向所述排出口径向地推动液体，所述液体部分地由固体组成；

使可操作地连接于所述驱动轴的刀杆旋转；

所述刀杆被构造成利用位于所述刀杆的下表面上的倒圆表面防止具有预定尺寸的固体进入所述泵的所述进入口；

通过使所述固体经所述刀杆至布置在所述叶轮与所述刀杆间的轴向刀圈总成来剪切所述固体的一部分，所述轴向刀圈总成被构造为具有通过一个或多个刀片相连接的外环和内环，以在所述外环和内环之间形成开口，所述轴向刀圈总成被构造为剪切所述固体的一部分；以及

利用旋转所述刀杆及将所述固体的另一部分保持在径向刀圈总成中并且借助于所述刀杆的边缘的一个或多个刀片与所述径向刀圈总成的内表面彼此滑动经过来碎化所述固体的另一部分，所述径向刀圈总成邻近进入口布置且被构造为具有多个布置在径向刀圈表面上的侧剪切狭槽。

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