CN109869317B - 用于研磨泵的粉碎组件和离心研磨泵 - Google Patents

Abstract

本发明用于研磨泵的粉碎组件和离心研磨泵。提出了一种用于研磨泵的粉碎组件，其包括固定的粉碎环和切割装置，所述粉碎环构造成用于安装到泵的入口，所述切割装置用于绕轴向方向旋转并且构造成用于固定到泵的轴，其中，所述粉碎环包括顶面、底面和中心开口，所述中心开口从顶面延伸到底面并且由内周缘在径向方向上界定，其中沿轴向方向延伸的多个槽形成在内周缘中，其中切割装置被定位在粉碎环的中心开口中，并且包括正面和背面，并且其中，正面包括沿轴向方向延伸并且面向内周缘中的槽的多个第一切割构件，并且其中切割装置的背面包括至少一个第二切割构件，其中第二切割构件相对于径向方向突出超过中心开口。此外还提出了一种离心研磨泵。

Description

用于研磨泵的粉碎组件和离心研磨泵

技术领域

本发明涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分的用于研磨泵（grinderpump）的粉碎组件和离心研磨泵。

背景技术

在污水或废水并且特别是生活废水的输送中，会产生问题，这是因为这些液体含有例如纤维材料、碎布、布料、纺织品、塑料袋或其他固体之类的成分，这些成分可能非常容易卡在泵的区域中，并且随后，可能导致泵的效率、特别是液压效率的降低，直到泵的叶轮完全阻塞。这可能造成维修，或者还造成复杂和/或昂贵的维护工作。因此，必须对这样的泵采取特殊的措施，以便有效地防止堵塞。

解决该问题的一种已知的解决方案是离心研磨泵（centrifugal grinder pump），其也被称为离心浸渍泵（centrifugal macerator pump）。这些泵在泵入口处设置有旋转粉碎组件，也称为研磨器，用于磨碎污水中的成分。通常，粉碎组件配置有在泵入口中或在泵入口处旋转的切割装置，用于分解或粉碎污水中的固体成分，并且由此，防止泵叶轮的堵塞。

住宅以及工业污水系统通常仅基于重力将污水排放到较大的蓄水池或处理厂。然而，如果重力不足以使污水移动到期望的位置，或者如果基于重力的系统不经济，则研磨泵被用于提升污水或将污水输送更长的距离。为此，研磨泵例如被集成在住宅压力排水系统（PPS）或重力排水系统中，以提供有效且经济的排水。通常，研磨泵在例如私有或市政或工业区域中的所有应用中使用相当小直径的排放管线。

离心研磨泵可以被设计为潜水泵，即设计为构造成即使它们被完全浸没并被待输送的流体覆盖也操作的泵。

污水泵的一个关键参数是它们可以操作的压头流量（head-flow）范围。在一些应用中，例如为了提升污水，所需的压头非常高，可能需要高达200英尺（61米）或甚至更高的压头。利用仅具有一个叶轮的离心研磨泵，这样的高压头与合理的流率相结合至少是非常难以实现的，如果不是不可能的话。因此，已开发了具有串联布置的两个叶轮的两级离心研磨泵，以增加污水泵的可用压头（例如参见US 7,357,341）。

关于泵入口处的粉碎组件，许多不同的设计在本领域中是已知的。例如，在US 7,159,806中，公开了一种切割组件，其包括可在板切割器之前旋转并与该板切割器协作的旋转切割器。固定的板切割器的外切割器表面包括具有V形片切割边缘的多个进入开口。所述旋转切割器包括切割刀片，其沿板切割器的外切割器表面旋转，以提供逆着V形片切割边缘的剪切动作。其中切割或剪切动作在旋转刀片和固定的板切割器的外切割器表面之间实现的这种设计也被称为正面或轴向切割，这是因为旋转切割器在固定的板切割器的切割器表面之前旋转。

例如在US 7,357,341中公开了一种粉碎组件的不同设计。根据该设计，粉碎组件包括位于固定的粉碎环内的旋转切割器。该旋转切割器包括多个切割器，并且具有形成在旋转切割器的外周缘中的多个槽。所述固定的粉碎环具有形成在所述固定的粉碎环的内周缘中的多个通道。除了切割器的粉碎动作之外，在槽和通道之间还发生附加的粉碎。其中切割或剪切动作发生在旋转切割器的外周缘和固定的粉碎环的内周缘之间的这种设计也被称为侧壁或径向切割。

然而，这些已知设计的切割或粉碎动作并不总是足以确保研磨泵的适当操作，而没有泵阻塞的风险或者没有泵的液压效率的显著降低。这特别适用于构造为多级泵的研磨泵，例如构造为具有串联布置的两个叶轮的两级泵。除了叶轮中的一个阻塞的风险之外，从第一级（第一叶轮）到第二级（第二叶轮）的过渡部也有可能被未被粉碎组件充分分解的液体中的固体成分堵塞。例如，从第一级到第二级的过渡部可以被设计为具有多个内部通道的扩散器。因此，在液体中的固体材料没有被充分粉碎的情况下，存在扩散器被堵塞的相当大的风险。

发明内容

因此，从这种现有技术出发，本发明的一个目的在于提出一种不同且非常高效的用于研磨泵的粉碎组件，该粉碎组件产生非常精细地粉碎的材料，以可靠地避免研磨泵的任何堵塞。特别地，粉碎装置应适于多级研磨泵。此外，本发明的一个目的在于提出一种具有这样的粉碎组件的离心研磨泵。

满足这些目的的本发明的主题的特征在于相应类别的独立权利要求的特征。

因此，根据本发明，提出了一种用于研磨泵的粉碎组件，其包括固定的粉碎环和切割装置，所述粉碎环构造成用于安装到所述泵的入口，所述切割装置用于绕轴向方向旋转并且构造成用于固定到所述泵的轴，其中，所述粉碎环包括顶面、底面和中心开口，所述中心开口从所述顶面延伸到所述底面并且由内周缘在径向方向上界定，其中，沿所述轴向方向延伸的多个槽形成在所述内周缘中，其中，所述切割装置被定位在所述粉碎环的所述中心开口中，并且包括正面和背面，并且其中，所述正面包括沿所述轴向方向延伸并且面向所述内周缘中的所述槽的多个第一切割构件，并且其中，所述切割装置的所述背面包括至少一个第二切割构件，其中，所述第二切割构件相对于所述径向方向突出超过所述中心开口。

通过这种构造，实现了双重粉碎动作，这导致更精细的粉碎材料，由此可靠地防止了研磨泵的堵塞。在第一切割构件和固定的粉碎环的中心开口的设置有槽的内周缘之间发生的第一粉碎动作是侧壁或径向切割动作。在所述至少一个第二切割构件和固定的粉碎环的底面之间发生的第二粉碎动作是轴向或背面切割动作。由于处于切割装置的背面处的第二切割构件相对于径向方向突出超过中心开口，即第二切割构件沿径向方向与固定的粉碎环的底面重叠，因此通过中心开口的内周缘中的槽的任何固体材料附加地在第二切割构件和固定的粉碎环的底面之间被粉碎。通过这种双重粉碎动作，液体中的固体成分被非常精细地粉碎。

优选地，第一切割构件被构造成用于装配到粉碎环的中心开口中。因此，第一切割构件或者相应地切割装置的正面的最大延伸小于粉碎环的中心开口的内径，使得第一切割构件可在所述中心开口内自由旋转。

为了改善固定的粉碎环的底面处的第二粉碎动作，当切割装置的背面包括至少两个并且至多四个第二切割构件时可能是有利的。

根据一个优选实施例，所述切割装置的所述背面恰好包括两个第二切割构件，其中，所述两个第二切割构件在所述切割装置的外周缘处在直径上对置地布置。通过在切割装置的直径位置处布置两个第二切割构件，在旋转期间实现了切割装置的特别好的平衡。此外，对于大多数应用，两个第二切割构件一方面足以实现固体材料的非常精细的粉碎，并且另一方面对于通过粉碎组件的流体不会构成大的附加流动限制。

鉴于特别有效的第二粉碎动作，优选的措施是，每个第二切割构件相对于径向方向突出超过内周缘的槽。

关于第二粉碎动作的另一有利的措施是，每个第二切割构件包括前导面，所述前导面相对于所述轴向方向以40°至60°、优选为45°至55°并且甚至更优选为大约50°的前倾角倾斜。当沿切割装置的旋转方向观察时，所述前导面向后倾斜。通过设置该前倾角，确保了固体材料被引导远离第二切割构件并被引向泵的第一级叶轮。

此外，一种优选的设计是，每个第二切割构件包括前缘，所述前缘相对于所述径向方向以35°至55°、优选为40°至50°并且甚至更优选为大约45°的切割角倾斜。当沿旋转方向观察时，前缘相对于径向方向向后倾斜，即前缘的径向内端处于前缘的径向外端之前。以所述切割角倾斜的前缘特别有利于实现固体材料的干净的切割和特别精细的粉碎动作。

根据一个优选实施例，所述槽被设计和布置成使得在操作期间的任何时刻仅所述两个第二切割构件中的一个执行切割动作。这可以通过选择槽的数量和相邻的槽之间的距离来实现，即：使得当第二切割构件中的一个的前缘刚好到达一个单独的槽的开始部时，第二切割构件中的另一个的前缘通过另一个单独的槽的终止部。

在任何时刻仅第二切割构件中的一个进行切割的设计确保了可获得的最大扭矩被提供给正好执行切割动作的该相应的第二切割构件。如果仅有低功率或低扭矩可用于操作研磨泵，例如如果研磨泵用单相电动机来操作，则该措施是特别有利的。

关于第一切割构件，一种优选的设计是，所述多个第一切割构件包括处于所述切割装置的所述外周缘处的至少一个凹部，所述凹部形成切割边缘。每个凹部沿轴向方向延伸，即在切割装置的外周缘中延伸，并且延伸到切割装置的正面中。因此，每个凹部形成布置在切割装置的正面中和外周缘处的凹槽，其中，界定该凹槽的相应的边缘构成切割边缘，以在切割装置的外周缘与固定的粉碎环中的中心开口的内周缘或者相应地形成在中心开口的内周缘中的槽之间提供第一粉碎动作。

替代地或附加地，所述多个第一切割构件包括从所述切割装置的所述正面沿轴向方向延伸的至少一个突起。相对于径向方向，所述突起不会突出超过切割装置的外周缘。每个突起都具有至少一个边缘，用于提供或有助于旋转的切割装置与固定的粉碎环中的中心开口的内周缘或者相应地形成在中心开口的内周缘中的槽之间的第一粉碎动作。

根据一个特别优选的实施例，所述多个第一切割构件包括凹部和突起二者。

在一个优选实施例中，每个突起包括前导面，所述前导面相对于所述径向方向以18°至28°、优选为20°至26°并且甚至更优选为大约23°的前角（front angle）倾斜。当沿旋转方向观察时，所述突起的前导面倾斜，使得界定所述前导面的径向外边缘处于界定所述前导面的径向内边缘之前。

相对于径向方向界定突起的径向外表面在所述外表面邻接突起的前导面的区域中与切割装置的外周缘对准，即在所述区域中，突起的径向外表面与切割装置的外周缘齐平。

朝向突起的后端，突起的径向外表面不再与切割装置的外周缘齐平，而是以凹角δ径向向内倾斜。该措施有利于避免任何固体材料被卡在切割装置和粉碎环之间。

此外，根据本发明，还提出了一种离心研磨泵，其包括壳体，所述壳体具有用于待输送的流体的泵入口以及用于排放所述流体的泵出口，所述离心研磨泵还包括：用于绕轴向方向旋转的至少一个叶轮，其中，所述叶轮被布置在叶轮腔室中；用于旋转所述叶轮的轴；以及粉碎组件，其布置在所述泵入口处，用于粉碎所述流体的成分，其中，所述粉碎组件根据本发明来设计，其中，粉碎环被安装到所述泵的所述入口，其中，切割装置以抗扭矩的方式被连接到所述轴，并且其中，所述粉碎环的底面和所述切割装置的背面被布置成面向所述叶轮腔室。

因此，所述粉碎组件以如下方式被布置在研磨泵的入口处，即：使得固定的粉碎环的底面和具有第二切割构件的切割装置的背面二者都面向叶轮腔室中的叶轮，并且粉碎环的顶面以及切割装置的正面背离叶轮，即所述顶面和所述正面面向进入研磨泵的流体。

通过根据本发明的双重粉碎动作，可靠地防止了研磨泵堵塞。

根据一个优选实施例，所述离心研磨泵被构造为多级离心泵，所述多级离心泵包括两个叶轮和两个叶轮腔室，即布置在第一叶轮腔室中的第一级叶轮，以及布置在第二叶轮腔室中的第二级叶轮，并且还包括用于将所述流体从所述第一叶轮腔室引导到所述第二级叶轮的扩散器，其中，所述扩散器关于所述轴向方向被布置在所述第一级叶轮和所述第二级叶轮之间，其中，所述第一级叶轮和所述第二级叶轮以抗扭矩的方式被连接到所述轴。

通过为离心研磨泵设置串联布置、即相对于轴向方向一个布置在另一个之后的两个叶轮，与仅具有一个叶轮的泵相比，可以操作泵的压头流量范围显著扩大。特别地，可以用该多级离心研磨泵产生的压头显著增加，使得该多级研磨泵特别适于需要例如高达200英尺（61米）或甚至更高的压头的高压头应用。此外，由于所述离心研磨泵优选地设计有内部扩散器，用于将通过第一级叶轮输送的流体从第一叶轮腔室引导到第二级叶轮，所以研磨泵非常紧凑，这是因为不需要布置在壳体的外部处并环绕壳体的级间导管。

一种优选的措施是，所述扩散器被设计为相对于所述轴向方向界定所述第一叶轮腔室和所述第二叶轮腔室二者的盘形扩散器。

关于轴向方向布置在具有第一级叶轮的第一叶轮腔室与具有第二级叶轮的第二叶轮腔室之间的该盘形扩散器借助于设置在扩散器内的多个内部通道来引导流体，使得在壳体的外部处不需要级间导管。

根据一个优选实施例，所述离心研磨泵包括用于使所述轴绕所述轴向方向旋转的驱动单元，其中，所述驱动单元被布置在所述壳体内，并且其中，所述第一级叶轮和所述第二级叶轮相对于所述轴向方向被布置在所述驱动单元和所述粉碎组件之间。

将所述驱动单元布置在泵的壳体内是非常紧凑的设计。当然，所述壳体可以被设计成包括两个或更多个壳体部分，这些壳体部分例如通过螺钉或螺栓相对于彼此来组装和牢固地固定，以形成泵的壳体。

最优选地，所述离心研磨泵被设计成用于竖直操作，其中，所述轴沿竖直方向延伸，其中，所述驱动单元被布置在所述第一级叶轮和所述第二级叶轮上方。在操作期间，所述轴沿重力的方向定向，并且所述轴向方向竖直地延伸。在这种构造中，具有粉碎组件的泵入口位于泵的底部处，第一级叶轮被布置在粉碎组件上方，第二级叶轮被布置在第一级叶轮上方，并且驱动单元位于第二级叶轮之上。所述轴从驱动单元竖直地延伸到粉碎组件，用于使第一级叶轮和第二级叶轮以及粉碎组件的切割装置绕所述轴向方向旋转。

特别是对于污水和排水应用，将泵构造为潜水泵是优选的。

根据一个特别优选的实施例，所述离心研磨泵被构造为恰好具有两个叶轮的两级泵，即第一级叶轮和第二级叶轮。

然而，也可以将根据本发明的离心研磨泵构造为仅具有一级（单级泵）或者具有三级或甚至更多级，其中，级的数量等于泵中设置的叶轮的数量。

根据从属权利要求，本发明的其他有利的措施和实施例将变得显而易见。

附图说明

以下将参照附图来更详细地解释本发明。在示意图中示出了：

图1：根据本发明的离心研磨泵的一个实施例的剖视图，

图2：根据本发明的粉碎组件的一个实施例的分解透视图，

图3：从第一级叶轮看到的粉碎组件的底视图，以及

图4：在从泵的外部朝向泵入口的视图中看到的粉碎组件的顶视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的离心研磨泵的一个实施例的剖视图，该离心研磨泵包括根据本发明的粉碎装置的一个实施例。该离心研磨泵在其实体上用附图标记100来表示，并且该粉碎装置在其实体上用附图标记1来表示。

在下面的描述中，作为示例参考离心研磨泵100的一个实施例，其被构造为多级离心泵，特别是两级泵。不言而喻的是，该离心研磨泵也可以被构造为单级研磨泵，或者构造为具有多于两级的多级研磨泵，例如三级或甚至更多级。此外，作为示例还参考了离心研磨泵被用于在私有、市政或工业区域中输送污水或废水的重要应用。污水通常包括固体成分，例如纤维材料、碎布、布料、纺织品、纸、塑料袋或其他固体。

图1部分地以示意性的方式示出了重要的部分，特别是多级离心研磨泵100的液压部段。该实施例被构造为两级泵100。泵100包括壳体102（部分示出）和用于驱动泵100的驱动单元110。壳体102可包括若干个壳体部分，这些壳体部分被连接到彼此，以形成泵100的壳体102。此外，驱动单元110也被布置在壳体102内。离心研磨泵100被构造为潜水泵100，当泵100被部分或完全地浸没在液体中时，该潜水泵100也可以操作，所述液体例如将通过泵100来输送的污水或废水。

壳体102具有用于待输送的流体的泵入口103和用于排放该流体的泵出口104。泵出口未详细示出，但通过箭头用附图标记104来表示。例如，所述流体是污水或废水，其除了水之外还包含如正面提到的固体成分。由于它对于离心研磨泵100是典型的，粉碎组件1被布置在泵入口103处，使得流体仅可以藉由通过粉碎组件1来进入泵100。

在图2-4中更详细地示出了粉碎组件1，其中，图2示出了粉碎组件1的分解透视图，图3示出了当朝向泵入口103查看时从泵壳体102的内部看到的粉碎组件1的底视图，并且图4示出了当朝向泵入口103查看时从泵壳体102的外部看到的粉碎组件1的顶视图。

粉碎组件1包括固定的粉碎环3，其安装到泵壳体102，更确切地说安装到泵壳体102的基板105。粉碎环3可以通过螺钉或螺栓（未示出）来固定到基板105。基板105也被称为耐磨板。粉碎组件1还包括切割装置2，其在操作期间绕轴向方向A旋转，用于粉碎或分解污水的固体成分，使得它们无法堵塞泵100。也被称为研磨器或浸渍器的粉碎组件1将在下文中更详细地描述。

离心研磨泵100还包括用于作用在流体上的串联布置的两个叶轮106、107，即位于第一叶轮腔室116中的第一级叶轮106和位于第二叶轮腔室117中的第二级叶轮107。在操作期间，两个叶轮106、107绕相同的旋转轴线旋转，该旋转轴线限定了轴向方向A。为了驱动叶轮106、107的旋转以及切割装置2的旋转，轴108被设置成沿轴向方向A延伸。轴8被耦接到驱动单元110（在图1中示意性地示出），其使轴108绕轴向方向A旋转。因此，轴108的纵向轴线与旋转轴线重合，并且因此，限定了轴向方向A。

垂直于轴向方向A的方向被称为“径向方向”。术语“轴向”或“轴向地”与通用含义“沿轴向方向”或“相对于轴向方向”一起使用。以类似的方式，术语“径向”或“径向地”与通用含义“沿径向方向”或“相对于径向方向”一起使用。

两级离心研磨泵100被设计用于竖直操作，其中，轴108沿竖直方向、即重力的方向延伸。在下文中，关于诸如“上方”或“下方”或者“上”或“下”之类的位置的相对术语是指泵100的通常操作位置。图1示出了处于其通常操作位置的离心研磨泵100。

驱动单元110被布置在叶轮106、107之上，即布置在第一级叶轮106和第二级叶轮107上方。优选地，驱动单元110包括用于驱动轴108的电动机。该电动机可以按照本领域中已知的许多不同方式来构造。特别地，所述电动机被设计或封装在壳体102中以便浸没。

如在图1中能够看到的，具有粉碎组件1的泵入口103被居中地布置在泵100的底部处，使得流体可以沿大致轴向的方向进入泵100。第一级叶轮106被布置成与泵入口103和粉碎组件1相邻，以便接收通过粉碎组件1的流体。当沿流体的总体流动方向观察时，第二级叶轮107被布置在第一级叶轮106之后。泵出口104在与第二级叶轮107相同的高度（关于轴向方向A）上被侧向地布置在壳体102处。例如借助于键封锁（key lock）111，第一级叶轮106和第二级叶轮107以抗扭矩的方式被连接到轴108。轴108从驱动单元110向上延伸到粉碎组件1的切割装置2。切割装置2优选地以抗扭矩的方式被固定到轴108。如在图1中能够看到的，切割装置2被安装到轴108的下轴向端，并且例如通过居中布置的螺钉4来固定到该下轴向端。此外，为了将扭矩从轴108传递到切割装置2，可以设置固定到轴108或形成轴108的整体部分的驱动销（未示出），其中，该驱动销与设置在切割装置2中的孔口28（图3）接合。

居中布置的螺钉4优选地被设计为埋头螺栓（countersink bolt）或埋头螺钉（counter sink screw），即切割装置2中的居中布置的凹部，其接收螺钉4，以及螺钉4的头部是逐渐变细的。此外，该凹部适于螺钉4，使得螺钉4的头部与切割装置2的表面齐平。这两种措施都有利于防止处于切割装置的中心处的材料的破碎（ragging）或斜装（toeing）。

在第一级叶轮106和第二级叶轮107之间，布置有静态和基本上盘形的扩散器109，用于接收通过第一级叶轮106输送的流体并将流体引导至第二级叶轮107。

第一叶轮腔室116和第二叶轮腔室117二者都具有垂直于轴向方向A的基本上圆形的截面。第一叶轮腔室116和第二叶轮腔室117的直径相应地大于相应的第一级叶轮106或第二级叶轮107的外径，使得在叶轮106、107的径向外端与沿径向方向界定相应的第一叶轮腔室116或第二叶轮腔室117的壁之间存在基本上环形的流动通道。每个流动通道围绕相应的第一级叶轮106或第二级叶轮107。

第一级叶轮106和第二级叶轮107二者都在相应的第一叶轮腔室116和第二叶轮腔室117中居中，这意味着当相应地沿第一级叶轮106或第二级叶轮107的周向方向观察时，相应的叶轮106、107的径向外端与沿径向方向界定相应的第一叶轮腔室116或第二叶轮腔室117的壁之间的径向距离是恒定的。因此，当沿周向方向观察时，第一叶轮腔室116的流动通道和第二叶轮腔室117的流动通道二者都在径向方向上具有恒定的宽度。

第一叶轮腔室116和第二叶轮腔室117二者都被设计成具有垂直于轴向方向A的圆形截面，这使得制造更简单。

置于第一级叶轮106和第二级叶轮107之间的盘形扩散器109将已受第一级叶轮106作用的流体引导到第二级叶轮107，更确切地说，盘形扩散器109将流体从第一叶轮腔室116的流动通道引导到第二级叶轮107的径向内部区域。同时，扩散器109将流体的动能转化成压力，即流体的速度减小并且压力增加。

盘形扩散器109与第一级叶轮106和第二级叶轮107同心地布置，并且相对于壳体102固定。盘形扩散器109被直接置于第一级叶轮106和第二级叶轮107之间，使得扩散器109相对于轴向方向A界定第一叶轮腔室116和第二叶轮腔室117二者。

盘形扩散器109的面向第一级叶轮106的底面包括一个或多个入口开口，该一个或多个入口开口布置成用于从第一叶轮腔室116接收流体，更确切地说，从第一叶轮腔室116的流动通道接收流体。

盘形扩散器109的面向第二级叶轮107的顶面包括多个出口开口，用于将流体供应到第二级叶轮107。所述出口开口被布置得比所述入口开口显著靠近轴108，使得流体被供应到第二级叶轮107的中央区域。

盘形扩散器109还包括多个内部通道，其中，每个内部通道从所述入口开口或所述入口开口中的一个通过盘形扩散器109的内部延伸到所述出口开口中的一个。优选地，内部通道的数量等于出口开口的数量。扩散器109的相邻的内部通道通过相应的固定扩散器叶片彼此分开。

从第一叶轮腔室116的流动通道并通过所述入口开口进入扩散器109的内部通道的流体通过扩散器叶片径向向内地朝向轴108引导并且沿轴向方向A转向，使得通过扩散器109的出口开口排放的流体大致沿轴向方向A朝向第二级叶轮107流动。

现在特别地参照图2–图4，将更详细地解释粉碎组件1。

构造成用于安装到泵入口103的固定的粉碎环3包括顶面31、底面32和从顶面31延伸到底面32的中心开口33。当安装到泵壳体102的基板105时，顶面31面向泵100的外部，其中，底面32面向泵100的内部（图1）。顶面32包括环形外部区域311和凸缘状环形内部区域312，该凸缘状环形内部区域312相对于轴向方向A在外部区域311上方突出，使得在外部区域311和内部区域312之间形成台阶。内部区域312和外部区域311二者都与中心开口33同心地布置，其中，内部区域312相对于径向方向界定中心开口33。

突出的内部区域312装配在设置于泵壳体的基板105中的凹部（图1）中，并且作为用于使粉碎环3相对于基板105对中的引导件。

顶面31的外部区域311设置有多个、这里是三个孔313，用于接收螺钉或螺栓（未示出），粉碎环3可以利用该螺钉或螺栓来固定到泵壳体102的基板105。孔313相对于周向方向等距地分布在外部区域311上。

中心开口33被构造成用于接收切割装置2（图1）。通过内周缘34相对于径向方向来界定中心开口33。多个槽35形成在内周缘34中，其中，每个槽35沿轴向方向A从粉碎环3的顶面31延伸到底面32。特别地，每个槽35都相对于轴向方向A对准，即槽35不相对于轴向方向A倾斜。因此，当粉碎环3被安装到泵壳体102时，每个槽35都竖直对准。此外，所有槽35都彼此平行地布置，并且所有槽35都平行于轴向方向A。在所述实施例中，十三个平行的槽35被布置在中心开口33的内周缘中。

相对于径向方向，即垂直于轴向方向A，每个槽35都具有为圆的一部分的截面，例如为半圆。槽35的轴向延伸的边缘用作切割边缘，用于以本身已知的方式来切碎流体的固体成分。

关于固定的粉碎环3的设计，并且特别是内周缘34中的槽35的设计，存在许多不同的可能性，这些可能性本身在本领域中是公知的。因此，不需要更详细地描述或解释该固定的粉碎环3。基本上，粉碎环3可以根据用于与泵相关的粉碎或切割系统的任何已知的设计来构造。

切割装置2被构造成位于固定的粉碎环3的中心开口33中并且固定到泵100的轴108。切割装置2包括相对于轴向方向A来界定切割装置2的正面21和背面22，以及相对于径向方向来界定切割装置2的外周缘24。

当切割装置2被安装到泵100的轴108时，正面21面向泵100的外部，其中，背面22面向泵100的第一叶轮腔室116。因此，流体从切割装置2的正面21进入泵100，并且在切割装置2的背面22处离开粉碎组件1。

如在图1和图2中能够最佳地看到的，正面21以大致逐渐变细（或大致呈锥形）的方式来设计。正面21相对于径向方向成一定角度，使得到达正面21的固体材料被远离切割装置2的中心朝向粉碎环3的槽35引导。

切割装置2的正面21包括多个第一切割构件25、26，当切割装置2被插入到粉碎环3的中心开口33中时，该多个第一切割构件25、26沿轴向方向A延伸并且面向内周缘中的槽35。

第一切割构件25、26被构造成用于提供第一粉碎动作，该第一粉碎动作发生在旋转的切割装置2的外周缘24（或者相应地，第一切割构件25、26）和固定的粉碎环3的内周缘34之间。这也被称为侧壁或径向粉碎动作。

切割装置2的旋转方向通过箭头用附图标记C来表示。

第一切割构件25、26包括以下两者，即：凹部25，其在外周缘24处延伸到切割装置2的正面21中以及沿轴向方向A延伸；以及突起26，其从切割装置2的正面21沿轴向方向A远离正面21延伸。

在图2和图4中具体示出的实施例中，设置有两个突起26和六个凹部25。该两个突起26在切割装置2的外周缘24处和正面21上在直径上对置地布置。突起26相对于径向方向不突出超过外周缘24。每个突起26包括相对于径向方向界定突起26的径向外表面263，以及相对于切割装置2的周向方向界定突起26的前导面262和后端264。当沿切割装置2的旋转方向C观察时，前导面262被布置在后端264之前。

每个突起26都包括至少一个轴向延伸的切割边缘261。突起26的切割边缘261是如下边缘，即：在那里，前导面262和径向外表面263彼此邻接（about against each other）。

每个突起26被设计为突起26的前导面262相对于径向方向R倾斜（图4）。因此，前导面262没有精确地沿径向方向R延伸，而是相对于径向方向R以前角ε倾斜。前角ε至少为18°并且至多为28°。优选地，前角ε在从20°至26°的范围中，并且甚至更优选地，前角ε为大约23°。前导面262相对于径向方向R的倾斜使得当沿旋转方向C观察时，界定前导面262的径向外边缘、即切割边缘261处于界定前导表面262的径向内边缘之前。

至少在与切割边缘261相邻的区域中，相应的突起26的径向外表面263与切割装置2的外周缘24对准。也就是说，每个突起26的径向外表面263在与切割边缘261相邻的区域中与切割装置2的外周缘24齐平。

朝向突起26的后端264，径向外表面263不再与切割装置2的外周缘24齐平，而是径向向内倾斜。如在图4中能够最佳地看到的，邻近切割边缘261，径向外表面263相对于轴向方向A与外周缘24对准。在突起26的后端264处，径向外表面263关于径向方向沿大致向内的方向远离外周缘24延伸。因此，邻近后端264，径向外表面263被设计成与切割装置2的外周缘24的切线包括凹角（recess angle）δ。该凹角δ至少为10°并且至多为18°。优选地，该凹角δ在从12°至16°的范围中，并且甚至更优选地，该凹角δ为大约14°。径向外表面263的具有凹角δ的设计有利于防止在切割边缘261和槽35的相应的切割边缘之间切碎的固体材料在切割装置2和固定的粉碎环3之间卡住。

处于切割装置的外周缘24处的六个凹部25均匀地分布在两个突起26之间。每个凹部25从切割装置2的外周缘24延伸到正面21中，并且是大致V形的，其中V的开口侧位于外周缘24处。凹部25在外周缘处的边缘以本身已知的方式形成切割边缘。如例如在图4中能够看到的，凹部25不需要具有全部相同的形状。在该实施例中，存在具有不同形状的两种类型的凹部25。

当然，两个突起26和六个凹部25的具体数量仅是作为示例。原则上，也可以仅设置凹部25而不设置突起26或者仅设置突起26而不设置凹部25。然而，优选的是，第一切割构件包括至少一个凹部25，并且另外包括至少一个突起26。

关于第一切割构件25、26的具体设计，例如关于第一切割构件25、26的数量、第一切割构件25、26的形状或尺寸，存在许多可能的和在本领域中已知的不同实施例。仅作为示例，参考US 4,108,386和US 5,016,825。基本上，第一切割构件25、26可以根据用于旋转的切割装置2的外周缘24和固定的粉碎环3的内周缘34之间的侧壁或径向粉碎动作的任何已知的设计来构造。

根据本发明，切割装置2的背面22包括至少一个第二切割构件27，其中，第二切割构件27相对于径向方向突出超过中心开口33（图3）。

图2–图4中所示的切割装置2的实施例包括两个第二切割构件27，如在图3中能够最佳地看到的。第二切割构件27被构造成用于提供第二粉碎动作，该第二粉碎动作发生在第二切割构件27和固定的粉碎环3的底面32之间。这也被称为背面或轴向粉碎动作。

所述两个第二切割构件27在切割装置2的背面22处和外周缘24处在直径上对置地布置。每个第二切割构件27包括：相对于径向方向界定第二切割构件27的径向外面271；相对于轴向方向A界定第二切割构件27的底面272和顶面273；以及相对于切割装置2的周向方向界定第二切割构件27的前导面274和后随面275。当沿切割装置2的旋转方向C观察时，前导面274被布置在后随面275之前。

第二切割构件27还包括前缘276。该前缘276是如下边缘，即：在该边缘处，前导面274和顶面273彼此邻接。将第二切割构件27的顶面273与前导面274连接的前缘276构成用于粉碎流体的固体成分的切割边缘。

如在图3中能够最佳地看到的，每个第二切割构件27的相应的底面272与切割装置2的背面22齐平。第二切割构件27的径向延伸，即径向外表面271与切割装置2的外周缘24的径向距离，确定第二切割构件27与固定的粉碎环3的底面32的重叠。优选地，每个第二切割构件27的径向延伸大到使得第二切割构件27不仅突出超过中心开口33，而且还超过处于中心开口33的内周缘34中的槽35。因此，在切割装置2的旋转期间，第二切割构件27在经过所述槽35上方时完全地覆盖相应的槽35。

粉碎环3的底面32可以设置有环形凹部321（图3），该环形凹部321与中心孔口33同心地布置并且具有一定直径，该直径被测量为使得第二切割构件27在环形凹部321内旋转。

在操作期间，流体中的在没有被粉碎或没有被充分粉碎的情况下通过第一切割构件25、26的所有固体成分将（附加地）通过第二切割构件27和粉碎环3的底面32之间的第二粉碎动作来切碎。特别地，第二切割构件27的前导面274和顶面273之间的前缘276将与固定的粉碎环3的底面32协作，并且更确切地说，将与界定底面32中的槽35的边缘协作，来剪切或切割这样的固体成分。

为了在粉碎环3的底面32处提供非常高效的第二粉碎动作，优选的是，每个第二切割构件27的前缘276相对于径向方向R以切割角β（图3）倾斜。因此，前缘276没有精确地沿径向方向R延伸，而是相对于径向方向R倾斜，使得前缘276和径向方向R形成切割角β。当沿旋转方向C观察时，前缘276向后倾斜，这意味着前缘276的径向内端处于前缘276的径向外端之前。第二切割构件27的前缘276相对于径向方向的这种倾斜有利于在前缘276和粉碎环3的底面中的槽35之间实现干净的切割和精细的粉碎。

为了借助于前缘276来实现高效的第二粉碎动作，当切割角β为至少35°且至多55°时是有利的。优选地，切割角β在从40°至50°的范围中，并且甚至更优选地，切割角β为大约45°。

为了高效地引导粉碎的材料远离相应的第二切割构件27并将粉碎的材料引导向第一级叶轮106，优选的是，每个第二切割构件27的前导面274被构造成相对于轴向方向A以前倾角（rake angle）α倾斜。如图2中所示，该前倾角α被定义为轴向方向A和前导面274之间的角度。在离心研磨泵100的组装状态下，前倾角α是第二切割构件27的前导面274与竖直方向（重力的方向）之间的角度。

前倾角α等于90°减去第二切割构件的顶面273和前导面274之间的角度。此外，前倾角α还等于90°减去前导面274相对于径向方向倾斜的角度。

当沿旋转方向C观察时，前导面274向后倾斜，即前缘276处于连接第二切割构件27的前导面274和底面272的边缘之前。通过这种倾斜，通过前缘276粉碎的材料沿前导面274滑动并且被引导向第一级叶轮106。

前导面274可被设计成具有至少为40°且至多为60°的前倾角α。优选地，前倾角α在从45°至55°的范围中，并且甚至更优选地，前倾角α为大约50°。

作为另一优选的特征，槽35被设计和布置成使得在离心研磨泵的操作期间的任何时刻仅两个第二切割构件27中的一个执行切割动作。该特征可以通过槽35的数量和/或通过它们的尺寸来实现。特别参照图3，粉碎组件1的实施例包括处于粉碎环3的中心开口33的内周缘34中的十三个槽35。每个槽35沿轴向方向A对准。所有槽35彼此平行并沿中心开口的内周缘34等距地分布。切割装置2恰好包括在切割装置2的外周缘24处在直径上对置地布置的两个第二切割构件27。该构造是如何实现在任何时刻仅两个第二切割构件27中的一个执行切割动作的优选特征的一个示例，如现在将解释的。

如图3中所示，第二切割构件27的下部（根据图3中的表示）刚好将要完成切割动作，这是因为其前缘276刚好到达槽35的终止部，前缘276已越过该终止部，其中，“槽35的终止部”指的是周向方向。同时，第二切割构件27的上部（根据图3中的表示）刚好将要开始切割动作，这是因为其前缘276刚好到达槽35的开始部，前缘276将越过该开始部，其中，“槽35的开始部”指的是周向方向。

因此，能够看到，在离心研磨泵100的操作期间的任何时刻，始终仅有一个第二切割构件27在粉碎环的底面32处执行切割动作。

在操作期间的任何时刻仅第二切割构件27中的一个进行切割的构造确保了可获得的最大扭矩被提供给相应的第二切割构件27，用于执行切割动作。这对于研磨泵100的这种实施例是特别有利的，即：其中，仅有低扭矩和/或低功率可用于操作泵，例如当离心研磨泵100利用单相电机作为驱动单元110来操作时。

此外，还优选的是，将粉碎组件1设计成使得在固定的粉碎环3和旋转的切割装置2之间仅存在非常小的空隙。存在提供空隙的两个间隙，即：在第二切割构件27与粉碎环的底面32之间沿轴向方向A的间隙；以及相应地在切割装置2的突起26或外周缘24与粉碎环3的内周缘34之间沿径向方向的间隙。两个间隙优选地都非常紧密，以避免任何固体材料被卡在旋转部分27、26、24和相应的固定部分32、34之间。当所述两个间隙中的每一个都具有不超过0.15毫米的宽度时是特别优选的。甚至更优选地，所述间隙中的每一个具有大约0.1毫米的宽度。

在离心研磨泵100的操作期间，例如污水之类的流体通过泵入口103进入泵100，并且在泵入口103处通过粉碎组件1。通过粉碎组件1的双重粉碎动作，例如纸、碎布、布料之类的污水中的所有固体成分被可靠地粉碎至如下程度，即：使得它们将不会堵塞泵100，例如阻塞叶轮106、107中的一个或者堵塞扩散器109的内部通道。在通过粉碎组件1之后，流体流入到第一叶轮腔室116中，在那里，离心式第一级叶轮106对它起作用。第一级叶轮106将流体输送到第一叶轮腔室116的流动通道。流体从那里进入盘形扩散器109，被内部通道径向向内朝向轴108引导并转向成沿轴向方向A。流体从扩散器109排出并进入第二叶轮腔室117，基本上沿轴向方向A朝向离心式第二级叶轮107流动。第二级叶轮107将流体输送到第二叶轮腔室117的流动通道中，流体从那里通过泵100的泵出口104排放。

需要理解的是，本发明不限于具有两个泵级的泵的实施例。根据本发明的粉碎组件1也可以被用于仅具有一个叶轮的单级研磨泵中，或者用于包括多于两级的研磨泵中，例如包括三级或四级或甚至更多级的研磨泵。

Claims (19)

1.一种用于研磨泵的粉碎组件，包括固定的粉碎环（3）和切割装置（2），所述粉碎环（3）构造成用于安装到所述泵的入口（103），所述切割装置（2）用于绕轴向方向（A）旋转并且构造成用于固定到所述泵的轴（108），其中，所述粉碎环（3）包括顶面（31）、底面（32）和中心开口（33），所述中心开口（33）从所述顶面（31）延伸到所述底面（32）并且由内周缘（34）在径向方向上界定，其中，沿所述轴向方向（A）延伸的多个槽（35）形成在所述内周缘（34）中，其中，所述切割装置（2）被定位在所述粉碎环（3）的所述中心开口（33）中，并且包括正面（21）和背面（22），并且其中，所述正面（21）包括沿所述轴向方向（A）延伸并且面向所述内周缘（34）中的所述槽（35）的多个第一切割构件（25、26），其特征在于，所述切割装置（2）的所述背面（22）包括至少一个第二切割构件（27），其中，所述第二切割构件（27）相对于所述径向方向突出超过所述中心开口（33），其中所述切割装置（2）的所述背面（22）恰好包括两个第二切割构件（27），其中，所述两个第二切割构件在所述切割装置（2）的外周缘（24）处在直径上对置地布置，

其中，每个第二切割构件（27）包括前导面（274），所述前导面（274）相对于所述轴向方向（A）以40°至60°的前倾角（α）倾斜。

2.根据权利要求1所述的粉碎组件，其特征在于，所述前导面（274）相对于所述轴向方向（A）以45°至55°的前倾角（α）倾斜。

3.根据权利要求2所述的粉碎组件，其特征在于，所述前导面（274）相对于所述轴向方向（A）以50°的前倾角（α）倾斜。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的粉碎组件，其特征在于，每个第二切割构件（27）包括前缘（276），所述前缘（276）相对于所述径向方向（R）以35°至55°的切割角（β）倾斜。

5.根据权利要求4所述的粉碎组件，其特征在于，所述前缘（276）相对于所述径向方向（R）以40°至50°的切割角（β）倾斜。

6.根据权利要求5所述的粉碎组件，其特征在于，所述前缘（276）相对于所述径向方向（R）以45°的切割角（β）倾斜。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的粉碎组件，其特征在于，所述槽（35）被设计和布置成使得在操作期间的任何时刻仅所述两个第二切割构件（27）中的一个执行切割动作。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的粉碎组件，其特征在于，所述多个第一切割构件包括处于所述切割装置（2）的所述外周缘（24）处的至少一个凹部（25），所述凹部形成切割边缘。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的粉碎组件，其特征在于，所述多个第一切割构件包括从所述切割装置（2）的所述正面（21）沿所述轴向方向（A）延伸的至少一个突起（26）。

10.根据权利要求9所述的粉碎组件，其特征在于，每个突起（26）包括前导面（262），所述前导面（262）相对于所述径向方向以18°至28°的前角（ε）倾斜。

11.根据权利要求10所述的粉碎组件，其特征在于，所述前导面（262）相对于所述径向方向以20°至26°的前角（ε）倾斜。

12.根据权利要求11所述的粉碎组件，其特征在于，所述前导面（262）相对于所述径向方向以23°的前角（ε）倾斜。

13.一种离心研磨泵，包括壳体（102），所述壳体（102）具有用于待输送的流体的泵入口（103）以及用于排放所述流体的泵出口（104），所述离心研磨泵还包括：用于绕轴向方向（A）旋转的至少一个叶轮（106、107），其中，所述叶轮（106、107）被布置在叶轮腔室（116、117）中；用于旋转所述叶轮（106、107）的轴（108）；以及粉碎组件（1），其布置在所述泵入口（103）处，用于粉碎所述流体的成分，其特征在于，所述粉碎组件（1）是根据权利要求1-12中任一项所述的粉碎组件，其中，粉碎环（3）被安装到所述泵的所述入口，其中，切割装置（2）以抗扭矩的方式被连接到所述轴（108），并且其中，所述粉碎环（3）的底面（32）和所述切割装置（2）的背面（22）被布置成面向所述叶轮腔室（116）。

14.根据权利要求13所述的离心研磨泵，其构造为多级离心泵，所述多级离心泵包括两个叶轮（106、107）和两个叶轮腔室（116、117），即布置在第一叶轮腔室（116）中的第一级叶轮（106），以及布置在第二叶轮腔室（117）中的第二级叶轮（107），并且还包括用于将所述流体从所述第一叶轮腔室（116）引导到所述第二级叶轮（107）的扩散器（109），其中，所述扩散器（109）关于所述轴向方向（A）被布置在所述第一级叶轮（106）和所述第二级叶轮（107）之间，其中，所述第一级叶轮（106）和所述第二级叶轮（107）以抗扭矩的方式被连接到所述轴（108）。

15.根据权利要求14所述的离心研磨泵，其特征在于，所述扩散器（109）被设计为相对于所述轴向方向（A）界定所述第一叶轮腔室（116）和所述第二叶轮腔室（117）二者的盘形扩散器（109）。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的离心研磨泵，包括用于使所述轴（108）绕所述轴向方向（A）旋转的驱动单元（110），其中，所述驱动单元（110）被布置在所述壳体（102）内，并且其中，所述第一级叶轮（106）和所述第二级叶轮（107）相对于所述轴向方向（A）被布置在所述驱动单元（110）和所述粉碎组件（1）之间。

17.根据权利要求16所述的离心研磨泵，其设计成用于竖直操作，其中，所述轴（108）沿竖直方向延伸，其中，所述驱动单元（110）被布置在所述第一级叶轮（106）和所述第二级叶轮（107）上方。

18.根据权利要求13-15中任一项所述的离心研磨泵，其构造为潜水泵。

19.根据权利要求13-15中任一项所述的离心研磨泵，其构造为两级泵。

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