DE10155547B4

DE10155547B4 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE10155547B4
Application number: DE10155547.4A
Authority: DE
Inventors: Chad A. Diels; Daniel J. Domanski
Original assignee: Wacker Neuson Production Americas LLC
Current assignee: Wacker Neuson Production Americas LLC
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: US6471476B1; JP2007146863A; MXPA01011490A; JP2002195192A; DE10155547A1; JP4142865B2

Abstract

Pumpe, die umfaßt: ein Pumpengehäuse (12), in dem eine Pumpenkammer (26) ausgebildet ist, ein drehbares Flügelrad (28), das in die Pumpenkammer (26) eingesetzt ist und eine Spirale (30), die in die Pumpenkammer (26) eingesetzt ist, gekennzeichnet durch eine Abdeckung (38), die am Pumpengehäuse (12) und an der Spirale (30) durch Befestigungseinrichtungen (90, 92) befestigt ist, die wahlweise abgenommen werden können, um die Abnahme der Abdeckung (38) und der Spirale (30) vom Pumpengehäuse (12) als Einheit zu ermöglichen und um (2) die Abnahme der Abdeckung (38) vom Pumpengehäuse (12) unter Belassung der Spirale (30) in der Pumpenkammer (26) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Zentrifugalpumpen und insbesondere eine Zentrifugalpumpe mit einer verbesserten Spirale, die im Vergleich zu herkömmlichen Spiralen verbesserte Fördereigenschaften besitzt und/oder für die Wartung oder Reinigung der Pumpe einfach entnehmbar ist, sowie ein Verfahren für den Zusammenbau und die Zerlegung einer solchen Pumpe sowie ein Verfahren für ihren Betrieb.
Zentrifugalpumpen, die manchmal als Bewegungsenergiepumpen bekannt sind, werden in vielen verschiedenen Fluidbehandlungsanwendungen in großem Umfang verwendet, wie dies beispielsweise in der US 4 419 048 A und der US 4 637 778 A dargestellt ist. Eine interne oder eine externe Leistungsquelle treibt ein Flügelrad an, um Flüssigkeit in eine Pumpenkammer anzusaugen und um Flüssigkeit aus der Pumpenkammer unter Druck auszustoßen. In der typischsten Konfiguration strömt Flüssigkeit in einen axialen Einlaß des Flügelrades, wird durch das Flügelrad durch einen toroidförmigen Strömungsweg gezwungen, der durch eine das Flügelrad umgebende Spirale gebildet ist, und wird von der Spirale und der Pumpe ausgegeben.
Die Spirale muß manchmal aus der Pumpenkammer entnommen werden, um eine Reparatur oder einen Austausch der Spirale oder des Flügelrades oder eine Reinigung der Pumpenkammer zu ermöglichen. Dieser Bedarf ist besonders deutlich im Fall einer sogenannten ”Schmutzpumpe”, die Wasser oder andere Flüssigkeiten mit einem verhältnismäßig hohen Prozentsatz von darin dispergierten Festkörpern mit vergleichsweise großem Durchmesser fördert. Schmutzpumpen werden in vielen verschiedenen landwirtschaftlichen, bautechnischen und industriellen Anwendungen verwendet. Die am weitesten verbreiteten Schmutzpumpen besitzen einen Förderauslaßdurchmesser im Bereich von 5 bis 15 cm und sind so konfiguriert, daß sie Fluide mit darin enthaltenen Feststoffen, die halb so groß wie der Förderauslaßöffnungen sind, fördern können. So kann eine 8 cm-Schmutzpumpe Flüssigkeiten mit mitgenommenen Festkörpern mit einem Durchmesser von bis zu 4 cm fördern.
Bei Schmutzpumpen besteht die Neigung, daß sie mit Fremdstoffen verstopft werden. Manche Schmutzpumpen umfassen daher Maßnahmen, die einen Zugang zum Innenraum der Pumpenkammer vorsehen, um die Verstopfung zu beseitigen. Dieser Zugang wird gewöhnlich durch eine Zugangsöffnung geschaffen, die groß genug ist, um die Spirale aus der Pumpenkammer entnehmen zu können. Die Zugangsöffnung ist während des normalen Betriebs der Pumpe durch eine Abdekkung verschlossen, die am Pumpengehäuse durch Flügelmuttern oder andere anwenderfreundliche Befestigungseinrichtungen angebracht ist, die eine schnelle Abnahme der Abdeckung vor Ort ermöglichen, um einen Zugang zum Innenraum der Pumpenkammer zu erlangen.
Einige Spiralen sind einteilig mit der Wand der Pumpenkammer ausgebildet. Pumpen mit diesem Entwurf können schwer gereinigt werden, da es nicht möglich ist, die Spirale von den Pumpenkammerwänden zu lösen, um dazwischen befindliche Materialien zu entfernen. Um dieses Problem zu vermeiden, sind die Spiralen vieler Schmutzpumpen entnehmbar, um die Reinigung und die Wartung zu erleichtern. Die Spirale der typischen Schmutzpumpe dieses Typs ist mit der Abdeckung verschraubt, um die Abdeckung zusammen mit der Spirale als Einheit zu entnehmen. Die Spirale ist jedoch an der Abdeckung von innen befestigt, weshalb sie zusammen mit der Abdeckung entnommen werden muß. Dieser Aufbau kann problematisch sein, wenn die Pumpe mit Stoffen verstopft ist, die sich zwischen den Wänden der Pumpenkammer und der Spirale befinden, da die verstopfenden Materialien dazu neigen, die Spirale an ihrem Ort festzuhalten, was ihre Entnahme aus der Pumpenkammer stark behindert. Die Bedienungsperson einer verstopften Pumpe kann sich in einer unangenehmen Situation finden, in der die Pumpe so stark verstopft ist, daß die Bedienungsperson die Abdeckungs-/Spiralen-Unterbaueinheit nicht aus der Pumpe entnehmen kann, um die verstopfenden Materialien zu entfernen. In diesem Fall muß die Pumpe vom Einsatzort abtransportiert und dem Kundendienst übergeben werden.
Einige Hersteller haben versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß sie die Spirale nicht an der Abdeckung befestigen. Die Spirale wird statt dessen einfach in der Pumpenkammer durch Oberflächen gehalten, die sich an die Abdeckung und an das Pumpengehäuse anschmiegen. Diese Anordnung beseitigt das Problem der Behinderung einer Abnahme des Deckels bei verstopfter Pumpe, sie schafft jedoch ein neues ihr eigentümliches Problem. Falls nämlich die Abdeckung abgenommen wird, wenn die Spirale nicht richtig in der Kammer angeordnet ist, kann die Spirale aus dem Pumpengehäuse herausfallen, bevor die Bedienungsperson bereit ist, sie aufzunehmen, so daß die Gefahr besteht, daß die Spirale beschädigt wird und/oder die Bedienungsperson verletzt wird.
Es ist daher der Bedarf entstanden, einen einfachen Zugang zur Pumpenkammer einer Schmutzpumpe oder dergleichen selbst dann zu schaffen, wenn die Pumpe stark mit Abfällen verstopft ist, ohne das die Gefahr eines Herausfallens der Pumpenspirale besteht.
Ein weiteres Merkmal von Schmutzpumpen und vielen anderen Zentrifugalpumpen ist, daß sie selbstauslösend sind (”self-priming”), d. h. den Saugvorgang selbständig auslösen. Dieser Ausdruck ist eigentlich irreführend, da alle Zentrifugalpumpen selbstauslösend sind, d. h. wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sein müssen, bevor sie arbeiten können, weil sie keine Luft pumpen können. Solange sich daher die Pumpe nicht unter der Flüssigkeitsquelle befindet und Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft nach unten in die Pumpenkammer fließen kann, muß Flüssigkeit manuell in die Pumpenkammer gefüllt werden, bevor der Betrieb beginnt. Selbstauslösende Pumpen sind Pumpen, die einen externen oder internen Flüssigkeitsbehälter besitzen, der, wenn er mit Flüssigkeit gefüllt ist, die Notwendigkeit eines ständigen manuellen Auslösens des Saugvorgangs während Perioden geringer Strömung beseitigt. Das Fähigkeit der Selbstauslösung ist in der typischen Zentrifugalpumpe durch die Verwendung eines Klappenventils oder eines anderen Einwegventils verbessert. Das Einwegventil verhindert ein Ausströmen der Flüssigkeit aus der Pumpenkammer durch den Saugeinlaß und stellt daher sicher, daß die Pumpenkammer während Perioden der Inaktivität oder einer geringen Strömung gefüllt oder nahezu gefüllt bleibt.
Das Selbstauslösemerkmal ist besonders wichtig in Anwendungen, in denen die Flüssigkeitsströmungsraten in die Pumpe oftmals unter die minimale Förderrate der Pumpe abfallen. Wenn hierbei Luft in den Saugschlauch der Pumpe eintritt, beendet die Pumpe den Pumpvorgang. Die Restflüssigkeit in der Pumpenkammer löst jedoch die Pumpe solange wieder aus, bis der Schlauch erneut mit Wasser gefüllt wird. Dann wird der Pumpvorgang wieder aufgenommen und fortgesetzt, bis erneut Luft in den Einlaßschlauch eintritt.
Schmutzpumpen und viele andere Zentrifugalpumpen verwenden das sogenannte ”Rückführungsverfahren” für die Selbstauslösung. Diese Pumpen enthalten einen Rückführungsanschluß, in die Spirale, der zu klein ist, um dem Flügelrad die gesamte Flüssigkeit zuzuführen, die es eigentlich handhaben kann. Im Ergebnis und aufgrund anderer Aspekte der Spiralenkonfiguration wird Luft von der Saugöffnung der Pumpe durch das Flügelrad angesaugt. Das resultierende Gemisch aus Luft und Flüssigkeit wird vom Flügelrad wiederholt in die umgebende Pumpenkammer gefördert. Die Flüssigkeit und die Luftblasen trennen sich in der Pumpenkammer, so daß der größte Teil der Luft aus der Pumpenkammer ausgestoßen wird. Die zum Rückführungsanschluß zurückkehrende Flüssigkeit ist daher relativ frei von Luft, so daß die Dichte des durch die Spirale strömenden Fluids höher ist und infolgedessen der Wirkungsgrad der Pumpe erhöht wird. Dieser Zyklus wird fortgesetzt, bis ausreichend Luft aus dem Saugschlauch abgeführt worden ist, um einen ausreichenden Unterdruck zu erzeugen, um Flüssigkeit in die Pumpenkammer anzusaugen.
Die Leistung der Zentrifugalpumpe wird durch mehrere Faktoren beeinflußt. Diese Faktoren umfassen die maximale Förderkapazität, die maximale Gesamtfallhöhe und den maximalen Gesamtsaughub. Spiralenmerkmale, die die maximale Förderkapazität und die maximale Gesamtfallhöhe beeinflussen, werden durch wohlbekannte mathematische Berechnungen gesteuert. Spiralenmerkmale, den Gesamtsaughub und die Selbstauslösefähigkeit maximal machen, unterliegen jedoch eher empirischen Bestimmungen, die optimiert werden müssen. Obwohl daher viele selbstauslösende Zentrifugalpumpen Ablenkeinrichtungen oder andere verhältnismäßig gewundene Strukturen in der Pumpenkammer verwenden, um die Selbstauslösefähigkeit der Pumpe zu erhöhen, gibt es noch immer viel Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, aus der die Abdeckung und die Spirale entweder gemeinsam oder einzeln entnommen werden können und die eine Spirale besitzt, die den maximalen Gesamtsaughub der Pumpe verbessert und eine höhere Selbstauslöserate ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Pumpe nach einem der Ansprüche 1 und 14. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung sind eine Spirale einer Zentrifugalpumpe und eine benachbarte Zugangsabdekkung aneinander und am zugeordneten Pumpengehäuse befestigt, so daß die Abdeckung und die Spirale entweder als Einheit oder einzeln in Abhängigkeit von der Präferenz der Bedienungsperson und den jeweiligen Umständen abgenommen werden können.
Vorzugsweise umfassen die Befestigungseinrichtungen Spiralen-Befestigungseinrichtungen, die die Abdeckung an der Spirale befestigen, und Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen, die die Abdeckung am Pumpengehäuse befestigen. Beide Typen von Befestigungseinrichtungen sind von der Außenseite der Abdeckung zugänglich. Die Spiralen-Befestigungseinrichtungen können Schraubbolzen umfassen, die sich durch Bohrungen in der Abdeckung erstrecken und in Gewindebohrungen in der Spirale geschraubt sind. Die Befestigungseinrichtungen umfassen ferner vorzugsweise Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen, die am Pumpengehäuse befestigt sind und von außerhalb der Pumpe zugänglich sind, um die Abdeckung von dem Pumpengehäuse abnehmen zu können. Um die Wartung vor Ort durch Minimierung des Bedarfs an Werkzeugen für den Zusammenbau oder die Zerlegung der Pumpe zu erleichtern, wirken die Abdekkungs-Befestigungseinrichtungen vorzugsweise mit Schlitzen in der Abdeckung zusammen und können aus den Schlitzen gelöst und wegschwenkt werden, ohne die Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen aus dem Pumpengehäuse zu entfernen, so daß die Abnahme der Abdeckung vom Pumpengehäuse zugelassen wird. Beispielsweise kann jede Abdeckungs-Befestigungseinrichtung eine Gewindestange, die am Pumpengehäuse befestigt ist, und eine Flügelmutter, die mit der Gewindestange verschraubt ist, umfassen, wobei jede der Flügelmuttern im allgemeinen T-förmig ist und einen ersten Schenkel, der auf die Stange geschraubt ist, und einen zweiten Schenkel, der sich wenigstens im allgemeinen senkrecht zum ersten Schenkel erstreckt und ein Paar in Längsrichtung beabstandeter, im allgemeinen dreieckiger Daumeneingriffeinschnitte besitzt.
Beispielsweise umfaßt eine Pumpenspirale einen Förderweg, der so konfiguriert ist, daß die maximale Saughubfähigkeit und die Selbstauslösefähigkeit verbessert werden. Die Pumpe besitzt ein Pumpengehäuse, das eine darin ausgebildete Pumpenkammer, ein in die Pumpenkammer eingesetztes rotierendes Flügelrad und eine in die Pumpenkammer eingesetzte Spirale umfaßt. Die Spirale besitzt eine innere radiale Oberfläche, die wenigstens im allgemeinen kreisförmig ist und das Flügelrad umgibt, eine äußere radiale Oberfläche, die wenigstens im allgemeinen toroidförmig ist, einen radialen Auslaß, der mit einem Auslaß der Pumpenkammer in einer Fluidverbindung steht, und einen Rückführungseinlaß, der mit dem radialen Auslaß in einer Fluidverbindung steht. Der radiale Auslaß ist von einem Auslaß des Förderrohrs abgezweigt. Das Förderrohr ist so bemessen und konfiguriert, daß vom Auslaß ein Flüssigkeitsstrom mit einem Strömungsmuster gefördert wird, das wenigstens im wesentlichen tangential zur inneren radialen Umfangsoberfläche ist.
Vorzugsweise besitzt das Förderrohr innere und äußere radiale Wände. Die innere radiale Wand besitzt eine äußeren Endabschnitt, der sich wenigstens im wesentlichen geradlinig erstreckt und wenigstens im wesentlichen tangential zur inneren radialen Umfangsoberfläche ist. Die äußere radiale Wand besitzt einen äußeren Endabschnitt, der sich wenigstens im wesentlichen geradlinig erstreckt und wenigstens im wesentlichen tangential zur inneren radialen Umfangsoberfläche verläuft. Der Auslaß des Förderrohrs weist vorzugsweise im allgemeinen nach oben und ist von der inneren radialen Wand des Förderrohrs nach unten zur äußeren radialen Wand des Förderrohrs geneigt.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden verbesserte Verfahren für den Zusammenbau oder die Zerlegung einer Pumpe, um einen Zugang zur Pumpenkammer zu schaffen, selbst wenn die Kammer mit Abfällen verstopft ist, und/oder zum selbständigen Auslösen des Saugbetriebs einer Zentrifugalpumpe geschaffen.
Selbstverständlich werden die folgende genaue Beschreibung und die beigefügte Zeichnung, die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, lediglich zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung angegeben. Es sind viele Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, wobei die Erfindung alle diese Abwandlungen enthalten soll.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung bezug nimmt; es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Schmutzpumpe, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist;
2 eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils der Pumpe, der die Abdeckung und die Spirale der Pumpe, die aus dem Pumpengehäuse entnommen sind, umfaßt;
3 eine perspektivische Explosionsansicht der Pumpe nach 1;
4 eine Teilschnittansicht des Pumpengehäuses und der darauf bezogenen Komponenten nach 3, die die Entnahme der Abdeckung und der Spirale der Pumpe aus dem Pumpengehäuse als Einheit veranschaulicht;
5 wie 4 die Entnahme der Abdeckung aus dem Pumpengehäuse, hingegen verbleibt die Spirale im Pumpengehäuse;
6 eine Schnittansicht des Pumpengehäuses und darauf bezogener Komponenten der Pumpe;
7 eine Schnitt-Stirnansicht längs der Linie 7-7 in 6; und
8 eine Schnitt-Stirnansicht längs der Linie 8-8 in 6.
1. Zusammenfassung
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Zentrifugalpumpe eine Spirale und ein Flügelrad, die in einer Pumpenkammer angeordnet sind, die durch eine Zugangsöffnung in der Vorderwand des Pumpengehäuses zugänglich ist. Die Zugangsöffnung ist normalerweise durch eine Abdeckung verschlossen, die an einer Vorderwand des Gehäuses befestigt werden kann. Die Spirale ist an der Abdeckung durch Befestigungseinrichtungen befestigt, die von außerhalb der Abdeckung zugänglich sind, so daß die Entnahme der Abdeckung und der Spirale entweder als Einheit oder einzeln möglich ist. Die Spirale ist daher einfacher zugänglich und kann einfacher als herkömmliche Pumpenspiralen entnommen werden. Um die Selbstauslöseleistung und die Saughubleistung maximal zu machen, enthält die Spirale ein Förderrohr, das eine im wesentlichen kreisförmige Strömung am Einlaß des Förderrohrs in eine im wesentlichen tangentiale Strömung am Auslaß des Förderrohrs umwandelt, wodurch die Trennung von Luft aus dem geförderten Flüssigkeitsstrom maximal gemacht wird und die Menge mitgenommener Luft in jenem Abschnitt des geförderten Flüssigkeitsstroms, der zu einem Rückführungseinlaß der Selbstsaugpumpe zurückgeführt wird, minimal gemacht wird. Die daraus sich ergebende Pumpe ist besonders für die Verwendung als Schmutzpumpe geeignet.
2. Übersicht über die Pumpe
Die Erfindung ist auf viele verschiedene Zentrifugalpumpen anwendbar, die in vielen verschiedenen Anwendungen einschließlich der Förderung von Flüssigkeiten, der Förderung von Schlamm und dergleichen verwendet werden. Sie ist besonders gut für die Verwendung als Schmutzpumpe geeinigt, die nun als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart wird.
Wie in 1 gezeigt ist, umfaßt eine gemäß der Erfindung konstruierte Schmutzpumpe 10 eine sogenannte ”motorgetriebene Zentrifugalschmutzpumpe”. Die Pumpe 10 ist als selbständige und unabhängige Pumpe konfiguriert, so daß sie vor Ort ohne externe Leistungsquelle verwendbar ist. Sie umfaßt ein Pumpengehäuse 12 sowie einen Motor 14, die als Einheit über Stoßdämfungshalterungen 18 an einem Trag-/Heberahmen 16 angebracht sind. Der Rahmen 16 ist so konfiguriert, daß er die Pumpe 10 trägt und sie während der Verwendung und während des Transports schützt. Weiterhin ist ein Aufhängungsträger 17 vorgesehen, der so beschaffen ist, daß er den Transport der Pumpe 10 von einem Arbeitsplatz zum nächsten ermöglicht. Der Aufhängungsträger 17 ist zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem Motor 14 angebracht und am Pumpengehäuse 12 befestigt.
Der Motor 14 kann irgendeine Vorrichtung umfassen, die Drehmoment an das Pumpenflügelrad übertragen kann, wie im folgenden erläutert wird. In der gezeigten Ausführungsform ist der Motor 14 ein Benzinmotor, der mit Kraftstoff von einem Tank 20 versorgt wird. Der Motor 14 ist angrenzend an eine Rückwand 24 des Pumpengehäuses 12 angebracht und besitzt eine Abtriebswelle 22, die durch die Rückwand 24 des Pumpengehäuses 12 verläuft, wie am besten in 5 ersichtlich ist. Die Größe des Motors 14 ist je nach Größe der Pumpe unterschiedlich. Typischerweise wird eine Pumpe mit einer Förderöffnung mit einem Durchmesser von etwa 5 cm von einem Motor mit einer Leistung von etwa 4 kW angetrieben, während eine Pumpe mit einer Förderöffnung mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm von einem Motor mit einer Leistung von etwa 6 kW angetrieben wird.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, umfaßt das Pumpengehäuse 12 eine innere Pumpenkammer 26, in der ein Flügelrad 28 und eine Spirale 30 untergebracht sind. Der Zugang zur Spirale 30 und zum Flügelrad 28 wird durch eine Zugangsöffnung 32 geschaffen, die in einer Vorderwand 34 gegenüber der Rückwand 24 des Pumpengehäuses 12 ausgebildet ist. Die vordere Zugangsöffnung 32 ist normalerweise durch eine Abdeckung 38 verschlossen. Die Abdeckung 38, die sich durch die Zugangsöffnung 32 in die Pumpenkammer 26 erstreckt, besitzt eine vordere Fläche 40, die im allgemeinen koplanar zu der Vorderwand 34 des Pumpengehäuses 12 ist. Falls gewünscht ist, können Griffe 42 an der vorderen Fläche 40 der Abdeckung 38 angeschraubt oder in anderer Weise befestigt sein, um die Handhabung der Abdeckung 38 zu erleichtern.
Wie in den 3 bis 6 gezeigt ist, besitzt die Pumpenkammer 26 einen Fluideinlaß 44 und einen Fluidauslaß 46, die sich beide über dem Flügelrad 28 und der Spirale 30 befinden, wie in 6 gezeigt ist. In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der Einlaß 44 axial von einem externen Anschluß 48 durch die Vorderwand 34 des Pumpengehäuses 12 in die Pumpenkammer 26. Der Auslaß 46 erstreckt sich radial von einem Anschluß 49 durch eine Seitenwand 36 des Gehäuses 12 in die Pumpenkammer 26. Wie am besten in 6 ersichtlich ist, ist der Einlaß 44 mit einem axialen Einlaß 50 des Flügelrades 28 durch einen Einlaßkanal 52 verbunden. Der Einlaßkanal 52 umfaßt einen oberen vertikalen Abschnitt 54 und einen unteren Abschnitt 56. Der obere Abschnitt 54 befindet sich im Pumpengehäuse 12 über der Abdeckung 38. Der untere Abschnitt 56 ist in einer Rückwand 58 der Abdeckung 38 ausgebildet. Er ist im allgemeinen L-förmig und besitzt einen vertikalen Schenkel sowie einen horizontalen Schenkel. Der vertikale Schenkel stimmt mit dem oberen Abschnitt 54 überein. Der horizontale Schenkel, der aus einem kreisförmigen Vorsprung 60 an der Rückwand 58 der Abdeckung 38 gebildet ist, ist mit einem kreisförmigen Flansch 62 auf einer vorderen axialen Oberfläche 64 der Spirale 30 in Eingriff und gegenüber dem Flansch 62 mit Hilfe einer Ringdichtung 63 abgedichtet. Ein Leck durch die Zugangsöffnung 32 wird durch Ringdichtungen 53 und 55 verhindert, die zwischen der Abdeckung 38 und dem Umfang der Zugangsöffnung 32 angeordnet sind.
Wie wiederum in den 3 und 6 gezeigt ist, ist am Einlaß 44 ein Klappenventil 66 angeordnet. Das Klappenventil 66 wirkt als Rückschlagventil, das zwischen Pumpvorgängen oder dann, wenn die Flüssigkeitsströmungsrate in den Einlaß 44 unter die minimale Förderrate der Pumpe 10 abfällt, verhindert, daß Flüssigkeit durch den Einlaß 44 aus der Pumpenkammer 26 ausfließt. Weiterhin ist an der Oberseite des Pumpengehäuses 12 eine Saugauslöseöffnung 68 ausgebildet, die vor einem Pumpvorgang Saugauslösefluid einleitet. Die Saugauslöseöffnung ist während des Normalbetriebs der Pumpe 10 durch einen Stopfen 70 verschlossen. Schließlich ist im Boden der Pumpenkammer 26 eine Entleerungsöffnung 72 ausgebildet, die normalerweise durch einen Stopfen 74 verschlossen ist.
Das Flügelrad 28 kann irgendeine Struktur besitzen, die sich mit der Motorabtriebswelle 22 drehen kann und Fluide und die mitgenommenen Materialien dazu zwingen kann, durch die Spirale 30 zu strömen. Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, besitzt das Flügelrad 28 zwei Blätter 80 und 82, die sich von einer kreisförmigen hinteren Platte 84 nach vorn erstrecken. Die Blätter 80 und 82, die eine im allgemeinen gekrümmte Form haben und von der Spirale 30 umgeben sind, lenken die Fluidströmung durch die Spirale 30, wie im späteren Abschnitt 3 im einzelnen dargelegt wird. Ein Gewindevorsprung 86, der sich von der Platte 84 nach hinten erstreckt, ist an der Motorabtriebswelle 22 befestigt, um den Motor 14 mit dem Flügelrad 28 zu koppeln.
Wie nun insbesondere in den 3 bis 5 gezeigt ist, ist die Abdeckung 38 mit der Spirale 30 mittels Spiralen-Befestigungseinrichtungen 90 und mit dem Pumpengehäuse 12 mittels Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen 92 verbunden, die sämtlich von außerhalb des Pumpengehäuses 12 zugänglich sind. Die Spiralen-Befestigungseinrichtungen 90 befestigen normalerweise die Abdeckung 38 und die Spirale 30 als Einheit aneinander, sie können jedoch von der äußeren Oberfläche 40 der Abdeckung 38 wahlweise entfernt werden, um die Abdeckung 38 vom Pumpengehäuse 12 unabhängig von der Spirale 30 abzunehmen. Die Spiralen-Befestigungseinrichtungen 90 umfassen Verzögerungsschraubbolzen, wovon jeder durch eine zugeordnete Gegenbohrungsöffnung 94, die durch die Abdeckung 38 hindurch ausgebildet ist, und in eine geeignete Gewindebohrung 96, die in der äußeren axialen Oberfläche 64 der Spirale 30 ausgebildet ist, verläuft. In der gezeigten Ausführungsform sind drei Schraubbolzen 90 vorgesehen.
Die Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen 92 sind so konfiguriert, daß sie eine Abnahme der Abdeckung 38 und der Spirale 30 als Einheit von der Pumpe 10 ohne Verwendung irgendeines Werkzeugs ermöglichen. Genauer umfaßt jede der Befestigungseinrichtungen 92, wie in 3 gezeigt ist, eine am Pumpengehäuse 12 an einem Ort hinter der Vorderwand 34 des Gehäuses 12 befestigte Gewindestange 100, die sich von der Vorderwand 34 nach vorn erstreckt. Jede der Stangen 100 kann in einen Schlitz 102 in einer entsprechenden Ecke der Abdeckung 38 und aus dieser heraus schwenken. Auf die Gewindestangen 100 können manuell Flügelmuttern 104 geschraubt werden, um die Abdeckung 38 am Pumpengehäuse 12 festzuklemmen. Vorzugsweise ist jede der Flügelmuttern 104 im allgemeinen T-förmig und besitzt einen ersten Schenkel 106 mit Innengewinde, der auf die Stange 100 geschraubt werden kann, und einen zweiten Schenkel 108, der sich senkrecht zum ersten Schenkel 106 erstreckt. Der zweite Schenkel 108 besitzt ein Paar in Längsrichtung beabstandeter, im allgemeinen dreieckiger Daumeneingriffabschnitte 110. Die Eingriffabschnitte 110 dienen sowohl als ergonomische Kontaktpunkte für die Bedienungsperson, die diese ergreift, und gegebenenfalls als Eingriffoberflächen zum Einführen eines Schraubendrehers oder eines ähnlichen Instruments längs einer Linie 112 in 2.
Um die Spirale 30 und die Abdeckung 38 am Pumpengehäuse 12 anzubringen, werden zunächst die Abdeckung 38 und die Spirale 30 aneinander befestigt, indem die Schraubbolzen 90 durch die Bohrungen 94 in die Abdeckung 38 von der äußeren Oberfläche 40 der Abdeckung 38 eingeführt werden und in die Gewindebohrungen 96 in der Spirale 30 geschraubt werden, wodurch eine Spiralen-/Abdeckungs-Unterbaueinheit gebildet wird. Diese Unterbaueinheit wird anschließend über der Zugangsöffnung 32 im Pumpengehäuse 12 als Einheit angeordnet, so daß sich die Spirale 30 in der Pumpenkammer 26 befindet und vom Flügelrad 28 umgeben ist und gegenüber einem Vorsprung 114 an der Rückwand 24 des Pumpengehäuses 12 durch eine Dichtung 116 abgedichtet ist, wie am besten in 6 ersichtlich ist. Die Abdekkungsbefestigungseinrichtungen 92 werden dann in die Schlitze 102 in der Abdeckung 38 geschwenkt, ferner werden die Flügelmuttern 104 auf die Stangen 100 der Befestigungseinrichtungen geschraubt, um die Abdeckung 38 und die Spirale 30 gegenüber der Vorderwand 34 des Pumpengehäuses 12 zu befestigen, wobei dazwischen Abdekkungsdichtungen 53 und 55 (am besten in 3 ersichtlich) eingeklemmt sind.
Um die Abdeckung 38 und die Spirale 30 als Einheit abzunehmen, um die Spirale 30 zu warten oder auszutauschen oder um irgendeinen anderen Zugang zum Innenraum der Pumpenkammer 26 zu erlangen, werden einfach die Flügelmuttern 104 gelöst, woraufhin die Abdeckungsbefestigungseinrichtungen 92 aus den Schlitzen 102 in den Ecken der Abdeckung 38 geschwenkt werden. Der Benutzer kann dann die Griffe 42 ergreifen und die Abdeckung 38 zusammen mit der Spirale 30 als Einheit aus dem Pumpengehäuse 12 entnehmen, wie in 4 gezeigt ist.
Falls andererseits gewünscht ist, die Abdeckung 38 ohne Spirale 30 zu entnehmen (wie dies der Fall sein könnte, wenn die Spirale 30 durch Abfall ”D”, der die Pumpenkammer 26 verstopft, blockiert ist, wie in 5 gezeigt ist), kann die Bedienungsperson die Abdeckung 38 vom Pumpengehäuse 12 ohne Entnahme der Spirale 30 entnehmen, indem er zunächst die Spiralen-Befestigungseinrichtungen 90 von außen abnimmt, wie in 5 gezeigt ist. Die Abdeckung 38 kann dann wie oben erläutert abgenommen werden, um einen Zugang zum Innenraum der Pumpenkammer 26 zu schaffen, ohne die Spirale 30 aus der Pumpenkammer 26 zu entnehmen.
3. Konstruktion und Funktionsweise der Spirale
Wie oben beschrieben worden ist, ist die Spirale 30 so konfiguriert, daß sie die Ansaugvorgang-Selbstauslöserate erhöht und die Saughubfähigkeit der Pumpe maximal macht und dennoch die Entnahme der Spirale 30 aus der Pumpenkammer 26 zuläßt. Wie in den 6 bis 8 gezeigt ist, ist die Spirale 30 der gezeigten Ausführungsform in sich geschlossen und besitzt eine kreisförmige radiale Innenoberfläche 120, eine im allgemeinen toroidförmige radiale äußere Umfangsoberfläche 122, die oben beschriebene axiale Außenoberfläche 64 und eine offene axiale Innenoberfläche 124. Das Flügelrad 28 ist in die durch die kreisförmige Innenoberfläche 120 gebildete Öffnung eingesetzt. Eine Unterteilungskammer 126 ist an ihre inneren Grenze durch die kreisförmige Innenkante 120 und an ihrer äußeren Grenze durch die radiale äußere Umfangsoberfläche 122 der Spirale 30 definiert. Die Kammer 126 ist im allgemeinen toroidförmig, so daß sie einen Strömungsweg für geförderte Flüssigkeiten bildet, dessen Querschnittsfläche sich vom inneren Ende zum äußeren Ende erhöht. Die Kammer 126 endet in einem Förderrohr 128, das sich tangential von der kreisförmigen Oberfläche 120 erstreckt, wie im folgenden erläutert wird. In der äußeren axialen Oberfläche 64 der Spirale 30 ist ein Rückführungseinlaß 130 ausgebildet. Er besitzt einen Durchmesser, der wesentlich kleiner als der Durchmesser der Spiralenförderöffnung 142 (weiter unten beschrieben) ist, so daß ein sogenanntes ”Rückführungsverfahren” des selbstauslösenden Ansaugvorgangs ermöglicht wird. Schließlich erstreckt sich eine Ablenkeinrichtung 132 von der äußeren radialen Umfangsfläche 122 an einem Ort zwischen dem Förderrohr 128 und dem Rückführungseinlaß 130 in Richtung der Fluidströmung nach außen; der Grund hierfür wird später erläutert.
Wie in den 4 bis 8 gezeigt ist, ist das Förderrohr 128 so beschaffen, daß es die Trennung zwischen der geförderten Flüssigkeit und jeglicher mitgenommener Luft maximal macht, indem das gepumpte Fluid wenigstens im wesentlichen tangential zur kreisförmigen Innenkante 120 gefördert wird, was im Gegensatz zu der wenigstens im wesentlichen kreisförmigen Förderung steht, die gewöhnlich bei Zentrifugalpumpen vorkommt. Das Förderrohr 128 ist ebenfalls einteilig mit der Spirale 30 ausgebildet, um eine einfache Entnahme der gesamten Spirale 30 aus der Pumpe 10 zu ermöglichen, um die Pumpenkammer zu reinigen oder dergleichen. Es besitzt innere und äußere radiale Wände 134 und 136 sowie innere und äußere axiale Wände 138 und 140. Die inneren und äußeren axialen Wände 138 und 140 erstrecken sich parallel zueinander und parallel zu den inneren und äußeren axialen Oberflächen 124 und 64 der Spirale 30. Die innere radiale Wand 134 erstreckt sich tangential und geradlinig von dem durch die innere radiale Kante 120 der Spirale 30 umschriebenen Kreis. Die äußere radiale Wand 136 erstreckt sich an ihrem äußeren Ende vorzugsweise wenigstens im allgemeinen geradlinig und wenigstens im allgemeinen parallel zur inneren Umfangswand 134, an ihrem inneren Ende ist sie jedoch unter einem Winkel gekrümmt, der wenigstens im allgemeinen mit dem Krümmungswinkel der äußeren Oberfläche 124 des zugeordneten Abschnitts der Spirale 30 übereinstimmt. Wie am besten in 8 ersichtlich ist, ist eine Förderöffnung 142 des Förderrohrs 128 vorzugsweise im spitzen Winkel von der inneren radialen Wand 134 des Förderrohrs 128 nach unten und nach außen zur äußeren radialen Wand 136 geneigt.
Falls im Gebrauch zu irgendeinem Zeitpunkt während des Betriebs der Pumpe 10 Luft von einem Schlauch in die Pumpe gesaugt wird, so daß der Flüssigkeitspegel in der Pumpenkammer 26 unter den Pegel des Einlasses 44 sinkt, wie in 8 gezeigt ist, tritt in die Pumpenkammer 26 Luft ein, wodurch der Pumpvorgang angehalten wird, das Flügelrad 28 sich jedoch weiterhin dreht. Diese Drehung des Flügelrades zwingt ein Fluid in Form von Luft oder von Flüssigkeit mit hohem Luftgehalt in den Spiralenkanal 126. Das Fluid im Kanal 126 wird, wie später erläutert wird, mit einem dichteren Flüssigkeitsstrom kombiniert und zum Förderrohr 128 gelenkt, wo die im wesentlichen kreisförmige Strömung am Einlaß des Förderrohrs 128 in eine im wesentlichen tangentiale Strömung an der Förderöffnung 142 umgewandelt wird. Wie schematisch in 8 gezeigt ist, strömt wenigstens ein Teil der geförderten Strömung um die Außenseite der Spirale 30 zurück, während ein verhältnismäßig großer Prozentsatz der geförderten Luft durch den Auslaß 46 aus der Kammer 26 ausgestoßen wird. Die rückgeführte Fluidströmung weist daher wesentlich weniger mitgenommene Luft auf als die angekommende Fluidströmung. Die Ablenkeinrichtung 132 trennt die Luft weiter von der rückgeführten Strömung, bevor die rückgeführte Flüssigkeit den Rückführungseinlaß 130 erreicht. Genauer erzeugt das nach oben gerichtete Förderrohr 128 einen Flüssigkeitsfontänen-Effekt, der bewirkt, daß das rückgeführte Wasser um die Ablenkeinrichtung 132 nach unten fällt, um die Trennung von Luft und Wasser weiter zu unterstützen. Der Anteil der rückgeführten Fluidströmung, der in den Rückführungseinlaß 130 der Spirale 30 strömt, enthält daher wesentlich weniger mitgenommene Luft als der übrige Teil, der um die Spirale 30 strömt und den Rückführungseinlaß 130 umgeht. Die kombinierte Flüssigkeitsströmung in der Kammer 126, die eine verhältnismäßig hohe Dichte besitzt und daher einfacher zu fördern ist als eine Fluidströmung mit einem größeren Prozentsatz mitgenommener Luft wird anschließend wenigstens im wesentlichen tangential durch das Förderrohr 128 gefördert, so daß erneut der größte Anteil der mitgenommenen Luft in der kombinierten Strömung von der Pumpenkammer 26 ausgestoßen anstatt rückgeführt wird. Dieser ununterbrochene Pump- und Rückführungsprozeß wird solange wiederholt, bis genügend Luft aus der Einlaßöffnung 44 abgeführt worden ist, so daß Fluid in die Pumpenkammer 26 gesaugt wird, wodurch der Pumpvorgang selbständig ausgelöst wird und der normale Pumpvorgang beginnt oder wieder aufgenommen wird.
An der Erfindung können viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise könnten viele verschiedene Anordnungen von Befestigungseinrichtungen verwendet werden, um die Pumpenabdeckung 38 und die Spirale 30 aneinander zu befestigen und um die Abdeckung 38 am Gehäuse 12 zu befestigen, solange die Pumpenabdeckung 38 und die Spirale 30 aus dem Pumpengehäuse 12 entweder einzeln oder als Einheit entnommen werden können. Ebenso könnten viele verschiedene Forderrohrkonfigurationen verwendet werden, um die im wesentlichen kreisförmige Strömung des Fluids, daß in das Förderrohr 128 eintritt, in eine im wesentlichen tangentiale Strömung an der Förderauslaßöffnung 142 umzuwandeln. Weiterhin könnte das Förderrohr in Abhängigkeit von der Anwendung relativ zu der vertikalen Ebene geneigt sein. Der Förderrohrauslaß muß in der gezeigten Ausführungsform in die vertikale Richtung zeigen, er könnte jedoch statt dessen aus der vertikalen Ebene wesentlich geneigt sein. Weiterhin könnte die Länge des Förderrohrs von einer Anwendung zur nächsten oder selbst innerhalb derselben Anwendung unterschiedlich sein.

Claims

Pumpe, die umfaßt: ein Pumpengehäuse (12), in dem eine Pumpenkammer (26) ausgebildet ist, ein drehbares Flügelrad (28), das in die Pumpenkammer (26) eingesetzt ist und eine Spirale (30), die in die Pumpenkammer (26) eingesetzt ist, gekennzeichnet durch eine Abdeckung (38), die am Pumpengehäuse (12) und an der Spirale (30) durch Befestigungseinrichtungen (90, 92) befestigt ist, die wahlweise abgenommen werden können, um die Abnahme der Abdeckung (38) und der Spirale (30) vom Pumpengehäuse (12) als Einheit zu ermöglichen und um (2) die Abnahme der Abdeckung (38) vom Pumpengehäuse (12) unter Belassung der Spirale (30) in der Pumpenkammer (26) zu ermöglichen.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zentrifugalpumpe (10) umfaßt, deren Flügelrad (28) einen axialen Einlaß (44) und einen radialen Auslaß (46) besitzt.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schmutzpumpe (10) umfaßt, die so beschaffen ist, daß sie eine Flüssigkeit, in der Feststoffe dispergiert sind, fördert.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen Spiralen-Befestigungseinrichtungen (90) umfassen, die die Abdeckung (38) an der Spirale (30) befestigen und die von der Außenseite der Abdeckung (38) zugänglich sind, um die Abdeckung (38) von der Spirale (30) abzunehmen.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen-Befestigungseinrichtungen (90) Schraubbolzen umfassen, die durch Bohrungen (94) in der Abdeckung (38) verlaufen und in Gewindebohrungen (96) in der Spirale (30) geschraubt sind.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen Abdeckungs-Befestigungsrichtungen (92) umfassen, die am Pumpengehäuse (12) befestigt sind und von außerhalb der Pumpe (10) zugänglich sind, um die Abdeckung (38) vom Pumpengehäuse (12) abzunehmen.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen (92) mit Schlitzen (102) in der Abdeckung (38) zusammenwirken und gelöst und aus den Schlitzen (102) geschwenkt werden können, ohne die Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen (92) vom Pumpengehäuse (12) abzunehmen, wodurch die Abnahme der Abdeckung (38) vom Pumpengehäuse (12) ermöglicht wird.
Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen (92) eine Gewindestange (100), die am Pumpengehäuse (12) befestigt ist, und eine Flügelmutter (104), die auf die Gewindestange (100) geschraubt ist, umfaßt, wobei die Flügelmuttern (104) im allgemeinen T-förmig sind und einen ersten Schenkel (106), der auf die Gewindestange (100) geschraubt ist, und einen zweiten Schenkel (108), der sich wenigstens im allgemeinen senkrecht zum ersten Schenkel (106) erstreckt und ein Paar in Längsrichtung beabstandeter, im allgemeinen dreieckiger Daumeneingriffabschnitte (110) enthält, umfaßt.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine selbstauslösende Zentrifugalpumpe (10) umfaßt und daß die Spirale (30) eine innere radiale Umfangsoberfläche (120), die wenigstens im wesentlichen kreisförmig ist und das Flügelrad (28) umgibt, eine äußere radiale Umfangsoberfläche (122), die wenigstens im allgemeinen toroidförmig ist, sowie ein Förderrohr (128) umfaßt, das sich tangential von der inneren radialen Umfangsoberfläche (120) über eine Länge erstreckt, die ausreicht, um eine Fluidströmung am Einlaß des Förderrohrs (128) mit einem wenigstens im wesentlichen kreisförmigen Muster in eine Fluidströmung am Auslaß des Förderrohrs (128) mit einem Muster, das wenigstens im wesentlichen tangential zu der inneren radialen Umfangsoberfläche (120) ist, umzuwandeln.
Verfahren für den Zusammenbau bzw. die Zerlegung einer Pumpe (10), gekennzeichnet durch die folgenden wahlweisen Schritte: Einsetzen bzw. Entnehmen einer Abdeckung (38) und einer Spirale (30) in ein bzw. aus einem Pumpengehäuse (12) der Pumpe (10) als einteilige Baueinheit, in der die Abdeckung (38) und die Spirale (30) aneinander befestigt sind, oder Einsetzen bzw. Entnehmen der Abdeckung (38) in das bzw. aus dem Pumpengehäuse (12) der Pumpe (10) bei bereits in dem Pumpengehäuse befindlicher Spirale (30) bzw. unter Belassung der Spirale (30) im Pumpengehäuse (12).
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt des Befestigens der Abdeckung (38) an der Spirale (30), damit sie eine Einheit bilden, und dann Befestigen der Einheit am Pumpengehäuse (12).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Befestigens der Abdeckung (38) an der Spirale (30) das Einführen von Schraubbolzen durch die Abdeckung (38) von ihrer äußeren Oberfläche und das Befestigen der Schraubbolzen an der Spirale (30) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Befestigens der Einheit (30, 38) am Pumpengehäuse (28) umfaßt: Positionieren der Einheit (30, 38) in einer Öffnung im Pumpengehäuse (12), anschließend Bewegen von Stangen (100), die am Pumpengehäuse (12) befestigt sind, in eine Position, in der sie sich durch Schlitze (102) erstrecken, und Befestigen von Flügelmuttern (104) an den Stangen (100), um die Flügelmuttern eng gegen die Abdeckung (38) zu ziehen.