DE112004001196T5

DE112004001196T5 - Pumpenlaufrad und Zerkleinerungsplatte für eine Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE112004001196T5
Application number: DE112004001196T
Authority: DE
Inventors: Brandon R. West Jordan Doering; James C. Salt Lake City Harmon; James G. Draper Shaw
Original assignee: Envirotech Pumpsystems Inc
Current assignee: Envirotech Pumpsystems Inc
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-04-20
Also published as: US7080797B2; US7455251B2; US20070090211A1; CN1812840A; US20060255194A1; GB0600506D0; US20050045757A1; GB2419548A; WO2005002732A1; US7234657B2

Abstract

Zentrifugalpumpe vom Zerkleinerungstyp, die aufweist:
ein Pumpengehäuse, das einen Einlass und einen Auslass hat, die darin ausgebildet sind;
eine Antriebswelle, die sich axial durch das Pumpengehäuse erstreckt;
ein Laufrad, das mit der Antriebswelle verbunden ist und innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist, wobei das Laufrad eine Vielzahl von Flügeln hat und mit einem zentralen Auge ausgebildet ist, das zu dem Einlass hin ausgerichtet ist; und
eine Zerkleinerungsplatte, die zwischen dem Einlass des Pumpengehäuses und dem Laufrad angeordnet ist, wobei die Zerkleinerungsplatte einen inneren Durchmesser hat, der durch eine Öffnung in der Zerkleinerungsplatte definiert ist, und mit einer Schneidleiste ausgebildet ist, die sich entlang dem inneren Durchmesser erstreckt, um mit dem Laufrad zusammenzuwirken und eine Schneidwirkung zwischen der Schneidleiste und dem Laufrad an dem zentralen Auge des Laufrads bereitzustellen.

Description

Verweis auf zugehörige Anmeldung: Diese Anmeldung ist eine nicht-vorläufige Anmeldung, die die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung Serien-Nr. 60/482,977 beansprucht, welche am 27. Juni 2003 eingereicht wurde.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung: Die vorliegende Erfindung betrifft Zentrifugalpumpen des Typs, der allgemein als Zerkleinerungspumpen bekannt ist, und die derart aufgebaut sind, dass sie feste Abfallmaterialien, z.B. medizinischen Abfall, Stadtabfall und Nahrungsverarbeitungsabfall, verarbeiten. Genauer betrifft die Erfindung ein Laufrad bzw. ein Flügelrad und eine Zerkleinerungsplatte mit einer Schneidleiste, die zur Verwendung in einer Zerkleinerungspumpe aufgebaut sind.
Beschreibung des Standes der Technik: Verschiedene Industrien beschäftigen sich mit der Verarbeitung oder erfordern die Verarbeitung von festem Abfallmaterial in eine Form, die auf geeignete Art und Weise entsorgt werden kann. Bestimmte feste Abfälle, die zum Beispiel Kunststoffe, Metalle, tierische Nebenprodukte und weitere harte oder faserige bzw. klebrige Materialien stellen eine besondere Herausforderung für die Verarbeitung des Materials in eine entsorgbare Form dar. Zentrifugalpumpen des Typs, der als Zerkleinerungspumpen bekannt ist, werden deshalb typisch in der Verarbeitung dieser festen Abfallmaterialien in eine Größe verwendet, die entsorgt oder weiter verarbeitet werden kann, wie es benötigt wird.
Zerkleinerungspumpen sind typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Laufrad haben, das derart aufgebaut ist, dass es in Berührung mit einem Schneidelement kommt, das be nachbart bzw. anschließend an die Flügel des Laufrads angeordnet ist, um eine Schneidwirkung oder Zerkleinerungswirkung bezüglich des festen Abfallmaterials, das in die Pumpe eintritt, ausüben zu können. Eine Mehrzahl der Zerkleinerungspumpen, die in der Industrie bekannt sind, verwenden ein Hilfslaufrad oder eine Zerkleinerungsklinge, das bzw. die auch mit dem Schneidelement zusammenwirkt, das benachbart zu den Flügeln bzw.
Schaufeln des Pumpenlaufrades angeordnet ist, um beim Zerkleinern oder Schneiden des Abfallmaterials vor dem Eintritt des Materials in das Pumpenlaufrad zu helfen. Beispiele dieser Pumpen sind in dem US-Patent Nr. 3,973,866 von Vaughan, dem US-Patent Nr. 4,840,384 von Dorsch und dem US-Patent Nr. 6,190,121 von Hayward, et al. offenbart.
Wenn ein Hilfslaufrad oder eine Zerkleinerungsklinge verwendet wird, ist die Zerkleinerungsklinge an dem Anschlussende der Antriebswelle gesichert und wird mit dem Pumpenlaufrad gedreht. Die Zerkleinerungsklinge ist von dem Pumpenlaufrad durch eine stationäre Ansaugplatte entfernt und die Antriebswelle erstreckt sich durch die Mitte der Ansaugplatte, um in das Zerkleinerungsmesser einzugreifen. Ähnlich ist ein Spielraum zwischen der Zerkleinerungsklinge und der Ansaugplatte vorgesehen.
Der beschriebene Aufbau von bekannten Zerkleinerungspumpen erzeugt einen zentralen Bereich, der sich in dem Auge des Pumpenlaufrads und um die Nabe der Zerkleinerungsklinge herum befindet, wo festes Material nicht zerschnitten werden kann und ein Fluid nicht angepumpt werden kann, wodurch der Flusswirkungsgrad und der Zerkleinerungswirkungsgrad der Pumpe reduziert werden. Zudem kann sich klebriges bzw. strähniges Material um die Nabe herumwickeln oder um die Nabe der Zerkleinerungsklinge herum in vielen Zerkleinerungspumpen angelagert werden, wodurch der Pumpenwirkungsgrad vermindert wird oder potenziell der Pumpenbetrieb insgesamt angehalten wird. Zudem kann bei dem in der Mitte oder in dem Auge des Laufrads reduzierten Zerkleinerungswirkungsgrad, der sonst auch als "toter Fleck" bekannt ist, das Schneiden nur neben dem Außenseitendurchmesser des Laufrads stattfinden.
Es wäre deshalb von Vorteil, eine Zerkleinerungspumpe bereitstellen zu können, die ein Laufrad und eine zugehörige Zerkleinerungsplatte hat, die dafür ausgelegt sind, die Probleme zu vermeiden, die bei herkömmlichen Zerkleinerungspumpen auftreten, wo Materialien neben dem Auge des Laufrads eingefangen werden, und eine Zerkleinerungspumpe bereitstellen zu können, die verbesserte Flusswirkungsgrade liefert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden ein Laufrad und eine zugehörige Zerkleinerungsplatte, die eine Schneidleiste hat, zur Verwendung in einer Zentrifugalpumpe vom Zerkleinerungstyp derart ausgelegt, dass sie einen Schneidbetrieb entlang der Zentralachse der Pumpe in dem Laufradauge bereitstellen, um ein Einfangen oder Festsetzen von festem Material in dem Zentralbereich vermeiden zu können, wie es bei herkömmlichen Zerkleinerungspumpen bekannt ist. Zudem ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung das Laufrad derart ausgelegt, dass es einen Fluidfluss durch das Auge des Laufrads bereitstellt, um die Flusswirkungsgrade verbessern zu können.
Eine Zerkleinerungspumpe der vorliegenden Erfindung ist mit einer Zerkleinerungsplatte aufgebaut, die mit einer Schneidleiste aufgebaut ist, welche derart angeordnet ist, dass sie mit den Laufradflügeln der Pumpe zusammenwirkt, um ein Zerkleinern und/oder einen Schneidbetrieb von festen Stoffen zu bewirken, die in einem Fluid, das in die Pumpe eintritt, mitgerissen werden. Noch wichtiger ist die Zerkleinerungsplatte mit wenigstens einer Schneidleiste bzw. Schneide aufgebaut, die sich entlang des Radius der Öffnung der Zerkleinerungsplatte erstreckt, wodurch ein wesentlicher Abschnitt des Radius des Pumpenlaufrads überspannt wird, um das Zerkleinern und den Zerkleinerungswirkungsgrad und den Schneidwirkungsgrad verbessern zu können.
Die Schneidleiste ist weiterhin derart aufgebaut, dass sie eine "nabenlose" Anordnung der Zerkleinerungsplatte und des Laufrads bereitstellt, um das Auftreten eines "toten Flecks" in der Mitte des Laufrads in dem Auge vermeiden zu können. Übrigens ist "nabenlos" so gemeint, dass die Pumpe der vorliegenden Erfindung kein sich zentral befindliches, axial sich erstreckendes Element an der Ansaugseite (gerichtet zu dem Pumpeneinlass) des Laufrads hat, das mit der Schneidleiste der Zerkleinerungsplatte oder das mit der Zerkleinerungsplatte verbindet oder das mit dem Auge des Laufrads verbindet und/oder sich axial von dem Auge des Laufrads weg erstreckt, wie in den herkömmlichen Zerkleinerungspumpen bekannt ist. Da die Zerkleinerungspumpe der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen "nabenlos" ist, wie hier definiert wurde, findet das Schneiden und Zerkleinern entlang der gesamten Länge der Schneidleiste statt, einschließlich in dem Auge des Laufrads.
Zudem, da die "nabenlose" Anordnung die herkömmlichen, hemmenden Elemente in der Mitte des Laufrads oder der Zerkleinerungsplatte auf der Ansaugseite beseitigt, gibt es keine Struktur, um die sich herum klebrige oder fasrige feste Stoffe anheften oder aufwickeln können, um einen toten Bereich in der Mitte der Laufradpumpe zu verursachen. Feste Materialien werden folglich effektiv entlang dem gesamten Radius der Öffnung der Zerkleinerungsplatte und entlang eines wesentlichen Teils des Radius des Laufrads zerschnitten und sowohl feste Stoffe als auch ein Fluid werden durch das Auge des Laufrads mit ei nem größeren Wirkungsgrad, als in den Zerkleinerungspumpen des Standes der Technik bekannt ist, durchgepumpt.
Da sich die Schneidleiste der Zerkleinerungsplatte entlang des Radius der Öffnung der Zerkleinerungsplatte erstreckt und einen wesentlichen Abschnitt des Radius des Laufrads überspannt, ist die Schneidleiste stärker und dauerhafter als die Schneidleisten von Zerkleinerungspumpen des Standes der Technik. Das heißt, dass sich in einigen bekannten Zerkleinerungspumpen, die Schneidleisten an einer Zerkleinerungsplatte oder Ansaug- bzw. Einlassplatte verwenden, die Schneidleisten von einer Position neben dem Rand der Zerkleinerungsplatte in Richtung der Mitte der Pumpe neben dem Laufradauge erstrecken, aber kurz vor der Mitte neben dem Auge des Laufrads enden. Folglich können die Schneidleisten beschädigt werden oder abbrechen, wenn sie mit sehr harten festen Stoffen zusammentreffen.
Die Zerkleinerungspumpe der vorliegenden Erfindung enthält weiterhin ein Laufrad, das derart aufgebaut ist, dass es mit der Zerkleinerungsplatte und der Zerkleinerungsleiste zusammenwirkt, um feste Stoffe effizient zerschneiden und zerkleinern zu können, die mit dem Fluid mitgerissen werden. Genauer ist das Laufrad vom Aufbau mit offenem Auge, das irgendwelche sich zentral oder axial erstreckenden Elemente eliminiert, die ansonsten mit festen (für gewöhnlich klebrigen bzw. faserigen) Fasertrümmern bzw. Ablagerungen verstopft werden würden, wodurch ein toter Bereich in der Mitte des Laufrads verursacht werden würde. Der Aufbau des Laufrads mit einem offenen Auge ermöglicht zudem, dass feste Stoffe und Fluide, durch das Auge des Laufrads fließen können, wodurch die Wirkungsgrade im Vergleich zu herkömmlichen Zerkleinerungspumpen verbessert werden können. Das Laufrad der vorliegenden Erfindung kann abdeckungslos sein oder eine Abdeckung haben, die an der Antriebsseite des Laufrads angeordnet ist.
Das Laufrad der vorliegenden Erfindung kann weiterhin mit Schneidelementen aufgebaut sein, die an der Antriebsseite des Laufrads angeordnet sind, um feste Materialien zerschneiden und/oder zerkleinern zu können, die sich zu der Antriebsseite des Laufrads hin bewegen oder in die Antriebsseite des Laufrads eindringen. Die Schneidelemente können neben dem Umfang bzw. dem Rand des Laufrads angeordnet sein oder an oder neben der zentralen Nabe des Laufrads angeordnet sein, wo das Laufrad mit der Antriebswelle verbunden ist, oder an beiden Stellen. Das Laufrad kann auch mit ein oder mehreren Austriebsflügeln aufgebaut sein, die auf der Antriebsseite des Laufrads angeordnet sind, um geschnittene Feststoffe von der zentralen Nabe und der Antriebswelle der Pumpe wegbewegen zu können.
KURZBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen zeigen das, was gegenwärtig als bester Modus zum Ausführen der Erfindung betrachtet wird:
1 ist eine Ansicht des Längsquerschnitts der Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Laufrads, das in der Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3 ist eine Ansicht im Aufriss der Ansaugseite des Laufrads, das in 2 gezeigt ist;
4 ist eine Aufrissansicht der Antriebsseite des Laufrads, das in 2 gezeigt ist;
5 ist eine Querschnittsansicht des Laufrads, die sich entlang der Linie 5-5 von 3 erstreckt;
6 ist eine Aufrissansicht der Ansaugseite einer alternativen Ausführungsform eines Laufrads, das in einer Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
7 ist eine Querschnittsansicht der Laufradausführungsform, die in 6 gezeigt ist, entlang einer Linie 7-7;
8 ist eine Aufrissansicht der Antriebsseite der Laufradausführungsform, die in 6 gezeigt ist;
9 ist eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite der Zerkleinerungsplatte der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine perspektivische Ansicht der Antriebsseite der Zerkleinerungsplatte der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Aufrissansicht der Zerkleinerungsplatte, die in 10 gezeigt ist;
12 ist eine seitliche Aufrissansicht der Zerkleinerungsplatte, die in 11 gezeigt ist, entlang einer Linie 12-12;
13A–13U sind beispielhafte Ansichten, die durch den Einlass der Pumpe in Richtung des Auges des Laufrads schauen und die sequenziell die Bewegung des Laufrads um eine Drehung (Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn) zeigen;
14 ist eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite einer alternativen Ausführungsform der Zerkleinerungsplatte der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine perspektivische Ansicht der Antriebsseite der alternativen Ausführungsformen der Zerkleinerungsplatte, die in 14 gezeigt ist;
16 ist eine Aufrissansicht der Zerkleinerungsplatte der alternativen Ausführungsform, die in 15 gezeigt ist; und
17 ist eine seitliche Aufrissansicht der Zerkleinerungsplatte der alternativen Ausführungsform, die in
16 gezeigt ist, entlang einer Linie 17-17.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Zentrifugalpumpe 10 vom Zerkleinerungstyp in 1 gezeigt. Die Zerkleinerungspumpe 10 weist im Allgemeinen ein Pumpengehäuse 11 auf, das die inneren Arbeitselemente der Pumpe 10 unterbringt und in der Konfiguration und dem Aufbau variieren kann. Beispielsweise kann das Pumpengehäuse 10, das in 1 gezeigt ist, jedoch ein Antriebsgehäuse 12, ein Volutengehäuse 14 und ein Ansauggehäuse 16 enthalten. Das Antriebsgehäuse 12 nimmt im Allgemeinen die Antriebswelle 18 auf, die durch Lager 20, 22 gelagert ist. Das Volutengehäuse 14, das an dem Antriebsgehäuse durch Bolzen 24 gesichert ist, ist mit einem Auslass 26 zum Auslassen der verarbeiteten Fluid- und Feststoffe aus der Pumpe 10 aufgebaut. Das Ansauggehäuse 16, das an dem Volutengehäuse 14 mittels Bolzen 28 gesichert ist, stellt einen Einlass 30 bereit, durch den Fluid und feste Stoffe für die Verarbeitung durch die Pumpe 10 gelenkt werden.
Das Laufrad 32 der vorliegenden Erfindung ist in dem Volutengehäuse 14 angeordnet und ist an dem Anschlussende 34 der Antriebswelle 18 gesichert. In der speziellen Pumpenausführungsform, die in 1 gezeigt ist, befindet sich eine hintere Platte 36 innerhalb des Volutengehäuses 14 und ist gegen das Antriebsgehäuse 12 angeordnet. Die hintere Platte 36 ist mit einer zentralen Öffnung 38 aufgebaut, durch die sich die Antriebswelle 18 erstreckt, um das Laufrad 32 an dem Anschlussende 34 der Antriebswelle 18 sichern zu können. In dieser speziellen Ausführungsform ist die hintere Platte 36 mit einem ringförmigen Kragen 40 aufgebaut, der sich in das Antriebsgehäuse 12 hinein erstreckt. Der ringförmige Kragen 40 stellt weiterhin ein Gehäuse für eine Dichtungsvorrichtung 42 bereit, die die Antriebswelle 18 umgibt.
Das Laufrad 32 ist benachbart zu der hinteren Platte 36 angeordnet. Das Laufrad 32 ist auch benachbart zu einer Zerkleinerungsplatte 46 bzw. Zerkleinerungsscheibe angeordnet, die an der Stelle zwischen dem Volutengehäuse 14 und dem Ansauggehäuse 16, wie nachfolgend vollständiger beschrieben werden wird, gesichert ist. Die Zerkleinerungsplatte 46 ist mit Ansaugöffnungen 48 aufgebaut, durch die sich Fluid und mitgerissene Feststoffe, die in den Pumpeneinlass 30 eintreten, in Richtung des Laufrads 32 bewegen. Die Zerkleinerungsplatte 46 ist mit einer Schneidleiste 50 ausgebildet, die derart angeordnet ist, dass sie mit dem Laufrad 32 zusammenwirkt, wie vollständiger nachfolgend beschrieben wird.
2-5 zeigen eine erste Ausführungsform eines Laufrads 32 der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite 52 des Laufrads 32 oder jene Seite, die in Richtung des Pumpeneinlasses 30 ausgerichtet ist. 3 zeigt die Antriebsseite 56 des Laufrads 32. Wie in 3 gezeigt ist, hat das Laufrad 32 eine zentrale Nabe 54, die sich an der Antriebsseite 56 des Laufrads 32 befindet und die mit einer zentralen Öffnung 58 aufgebaut ist, die derart bemessen ist, dass sie das Anschlussende 34 der Antriebswelle 18 aufnimmt. Eine Vielzahl von Flügeln 60 erstreckt sich radial von der zentralen Nabe 54 weg. Vier Flügel 60 sind darge stellt, aber die Anzahl der Flügel kann größer oder kleiner in der Zahl als die gezeigte sein.
Jeder Flügel 60 ist im Allgemeinen derart aufgebaut, dass er sich radial nach außen von der zentralen Nabe 54 in einer gebogenen Ausrichtung erstreckt, wodurch eine führende Oberfläche 62 an jedem Flügel 60 bereitgestellt wird, was am besten in 2 gezeigt ist. Die führende Oberfläche 62 jedes Flügels 60 kommt in Berührung mit festen Materialien in dem Fluid und bewegt die Feststoffe in Richtung des Auslasses 26 der Pumpe 10. Jeder Flügel 60 hat auch auf der Ansaugseite 52 des Laufrads 32 eine Schneidkante 68, die in Berührung mit der Zerkleinerungsplatte 46 kommt, wie unten stehend vollständiger beschrieben werden wird.
Es ist aus 2 und 3 ersichtlich, dass das Laufrad 32 insbesondere mit einem Laufradauge 70 aufgebaut ist, das aufgrund des Aufbaus der Flügel 60 geöffnet ist. Das heißt, dass ein Durchgangskanal 72 zwischen den gegenüberliegend angeordneten Flügeln 74, 76 ausgebildet ist, der die Bewegung des Fluids in das Laufradauge 70 hinein und durch das Laufradauge 70 hindurch bereitstellt, wodurch die Flusswirkungsgrade in der Pumpe verbessert werden. Die entgegengesetzt gegenüberliegenden Flügel 78, 80 sind mit geschlossenen oder nicht zwischenverbindenden Kanälen 82 aufgebaut, die sich neben dem Laufradauge 70 befinden und die weiterhin die Bewegung des Fluids in das Laufradauge hinein und durch das Laufradauge 70 hindurch unterstützen.
Das Laufrad 32 kann weiterhin mit Schneidelementen aufgebaut sein, die neben dem Umfang des Laufrads 32 angeordnet sind, um einen Schneidbetrieb der Feststoffe bereitstellen zu können, die in die Antriebsseite 56 des Laufrads 32 eindringen können. Eine Vielzahl von Rillen 86 bzw. Vertiefungen kann in der Oberfläche 56 jedes Flügels 60 auf der Antriebsseite ausgebil det sein, wie in 2, 4 und 5 ersichtlich ist. Die Rillen 86 haben radial einen Abstand von der zentralen Nabe 54 und in Richtung des Außenumfangs des Laufrads 32. Wie am besten aus 1 ersichtlich ist, sind die Rillen 86 derart angeordnet, dass sie mit den Zerkleinerungszähnen 88 zusammenwirken, die an der hinteren Platte 36 angeordnet sind und sich axial in Richtung des Laufrads 32 erstrecken. Wenn sich das Laufrad 32 dreht, bewegen sich die Rillen 86 über die Zerkleinerungszähne 88, wodurch eine Schneidwirkung an dem Umfang des Laufrads 32 erzeugt wird, die beim Zerkleinern der Feststoffe in dem Fluid hilft. Genauso geeignet ist es, dass sich axial erstreckende Schneidzähne an dem Laufrad 32 vorgesehen sind, um mit den Rillen zusammenzuwirken, die an der hinteren Platte 36 ausgebildet sind.
Wie am besten aus 1 und 4 ersichtlich ist, kann das Laufrad 32 auch mit Schneidelementen 89 aufgebaut sein, die in der Nachbarschaft der zentralen Nabe 54 angeordnet sind. Das Laufrad 32 kann zum Beispiel mit einer ringförmigen Rille 90 ausgebildet sein, die die zentrale Öffnung 58 der zentralen Nabe 54 kreisförmig umgibt. Die ringförmige Rille 90 ist derart angeordnet, dass sie einen ringförmigen Ring 92 (1) aufnehmen kann, der an der hinteren Platte 36 angeordnet ist und sich axial nach außen in Richtung des Laufrads 32 erstreckt. Das Zusammenwirken des ringförmigen Rings 92, der sich in der ringförmigen Rille 90 bewegt, stellt eine weitere Schneidwirkung neben der zentralen Nabe 54 des Laufrads 32 bereit, wenn festes Material, das eingedrungen ist, den Außenumfang des Laufrads 32 passiert. Weitere Konstruktionstypen der Schneidelemente 89 können neben der Nabe 54 verwendet werden, um zu verhindern, dass sich festes Material um die zentrale Nabe 54 herum anhäuft oder festsetzt. Wieder kann es genauso geeignet sein, ein sich axial erstreckendes Schneidelement oder einen sich axial erstreckenden Zahn oder eine Vielzahl von Zähnen bereitzustellen, die mit einer Rille oder Rillen zusammenwirken, die in der hinteren Platte 36 ausgebildet ist bzw. sind.
2–5 zeigen eine Ausführungsform des Laufrads, die "abdeckungslos" ist oder manchmal als offene Laufradkonstruktion bezeichnet wird. 6, 7 und 8 zeigen eine alternative Ausführungsform des Laufrads 32 der vorliegenden Erfindung, wo die Elemente des Laufrads 32 in dieser Ausführungsform die gleichen wie die in der zuvor beschriebenen Laufradausführungsform von 2–5 sind, wie durch die Verwendung gleicher Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile angemerkt ist. Die alternative Laufradausführungsform von 6–8 hat jedoch eine Abdeckung 96, die zu der Antriebsseite der Pumpe 10 hin ausgerichtet ist. Die Abdeckung 96 umfasst allgemein eine plattenähnliche Stütze bzw. Rückseite für das Laufrad 32 und hat eine äußere Umfangskante 98 bzw. Rand, die so bemessen ist, dass sie in dem Volutengehäuse 14 der Pumpe 10 aufgenommen wird.
Gemäß 7 und 8 ist ersichtlich, dass sich in dieser Ausführungsform die zentrale Nabe 54 des Laufrads 32 axial in Richtung von der hinteren Oberfläche 99 der Abdeckung 96 in einer Richtung weg von den Laufradflügeln 60 erstreckt. Eine Vielzahl von Austriebsflügeln 100 bzw. -schaufeln ist gezeigt, die sich radial von der zentralen Nabe 54 aus oder neben der zentralen Nabe 54 aus erstrecken und sich axial nach außen, weg von der hinteren Oberfläche 99 der Abdeckung 96 erstrecken. Schneidelemente können vorgesehen sein, z.B. Rillen 86, die mit den Schneidzähnen 88 (1) der hinteren Platte 36 zusammenwirken. Die Rillen 86, die gezeigt sind, sind entlang der Länge jedes Austriebsflügels 100 ausgebildet und in Richtung der Umfangskante 98 der Abdeckung 96 ausgebildet. Die Austriebsflügel 100 arbeiten derart, dass sie Fluid und festes Material von der zentralen Nabe 54 des Laufrads wegschleudern und von der Dichtungsvorrichtung 24 wegschleudern, die die An triebswelle 18 in dem Bereich der hinteren Platte 36 umgibt. Ähnlich können Schneidelemente, z.B. die ringförmige Rille 90 und der ringförmige Ring 92, auch in der alternativen Ausführungsform vorgesehen sein.
9–12 zeigen die Zerkleinerungsplatte 46 der vorliegenden Erfindung. Die Zerkleinerungsplatte 46 umfasst im Allgemeinen einen abgeflachten bzw. flachen Ring, der eine definierte Dicke T hat. Die Zerkleinerungsplatte 46 hat eine erste Oberfläche 104, die in Richtung der Ansaugseite der Pumpe 10 ausgerichtet ist, und eine zweite Oberfläche 106, die in Richtung des Laufrads 32 der Pumpe orientiert ist. Wie klarer in der 1 gezeigt ist, ist die Zerkleinerungsplatte 46 in der Pumpe 10 zwischen dem Ansauggehäuse 16 und dem Volutengehäuse 14 angeordnet. Die Zerkleinerungsplatte 46 befindet sich an der Stelle gegen das Volutengehäuse 14 und ist dort mittels Positionsvorsprüngen 108 bzw. -lappen gehalten, die entlang dem Außenumfangsrand 110 der Zerkleinerungsplatte 46 ausgebildet sind und sich radial nach außen davon erstrecken. Die Positionsvorsprünge 108 sind so bemessen, dass sie in zugeordnete Rillen 112 einpassen, die entlang dem Umfangsinnenrand 114 der Ansaugseite des Volutengehäuse 14 (1) ausgebildet sind.
Die Zerkleinerungsplatte 46 hat einen ausgewählten Innendurchmesser 115, der durch eine Öffnung 116 durch die Zerkleinerungsplatte 46 hindurch definiert ist. Die Zerkleinerungsplatte 46 ist weiterhin mit einer Schneidleiste 50 aufgebaut, die den inneren Durchmesser 115 der Öffnung 116 durch die Zerkleinerungsplatte 46 überspannt. Die Schneidleiste 50 durchschneidet die Öffnung 116 der Zerkleinerungsplatte 46, wodurch Einlassöffnungen 48 ausgebildet werden, die durch die Dicke T der Zerkleinerungsplatte 46 hindurch ausgebildet sind. Fluid und Feststoffe, die durch den Einlass 30 der Pumpe fließen, treten durch die Einlassöffnungen 48 in Richtung des Laufrads 32 ein.
Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl nur eine einzelne Schneidleiste 50 gezeigt ist, die Zerkleinerungsplatte 46 mit zwei oder mehr Schneidleisten aufgebaut sein kann, die den inneren Durchmesser 115 der Zerkleinerungsplatte 46 überspannen und parallel zueinander oder in Winkeln zueinander ausgerichtet sind.
Es ist aus 10 und 11 ersichtlich, dass die Schneidleiste 50 eine Auftreffkante 118 hat, die sich entlang des Innendurchmessers 115 der Zerkleinerungsplatte 46 erstreckt. Wenn sich das Laufrad 32 dreht, kommt die Auftreffkante 118 der Schneidleiste 50 in sehr enge Nähe zu der Schneidkante 68 der Flügel 60 des Laufrads 32, um einen Zerkleinerungsbetrieb von Feststoffen bereitstellen zu können, die durch die Einlassöffnungen 48 von dem Pumpeneinlass 30 in Richtung des Laufrads 32 eintreten.
Die Zerkleinerungsplatte 46 kann auch mit mindestens einem geneigten bzw. schrägen Schneidelement 120 aufgebaut sein, das an der zweiten Seite 106 der Zerkleinerungsplatte 46 angeordnet ist. Wenn sich das Laufrad 32 dreht, passiert somit die Schneidkante 68 der Flügel 60 in enger Nähe das geneigte Schneidelement 120, wodurch eine zusätzliche Schneidwirkung entlang der gesamten Oberfläche der zweiten Seite 106 der Zerkleinerungsklinge 46 bereitgestellt wird.
Das Laufrad 32 und die Zerkleinerungsplatte 46 der vorliegenden Erfindung sind dafür ausgelegt, eine verbesserte Feststoffverarbeitung und verbesserte Pumpenwirkungsgrade für bekannte Zerkleinerungspumpenkonstruktionen bereitstellen zu können. Dies wird durch das Bereitstellen einer Schneidleiste 50 ausgeführt, die sich entlang dem Auge des Laufrads erstreckt und ein Zerkleinern an dem Auge des Laufrads derart bereitstellt, dass ein toter Bereich nicht entsteht, wo Fest stoffe nicht zerkleinert werden und wo sie ansonsten sich anhäufen könnten.
Zusätzlich verbessert die Konstruktion des offenen Auges des Laufrads den Fluss von Fluid und Feststoffen durch das Auge des Laufrads und verhindert wiederum, dass ein toter Bereich in der Mitte des Laufrads auftritt. Die Flusswirkungsgrade werden durch die vorliegende Laufradkonstruktion verbessert, da Feststoffe sich nicht in der Mitte des Laufrads anhäufen, was ansonsten einen Flusswiderstand in der Mitte des Laufrads verursachen würde, wie er im Stand der Technik der Zerkleinerungspumpen auftritt. Die Schneidleiste der vorliegenden Erfindung stellt eine stärkere und verbesserte Realisierung des Schneidens an dem Einlass der Pumpe bereit, da sie entsprechend dem Durchmesser des Einlasses bemessen ist bzw. den Durchmesser des Einlasses überspannt.
13A bis 13U zeigen sequenziell eine 360°-Drehung des Laufrads der vorliegenden Erfindung relativ zur Schneidleiste, um weiter erläutern zu können, wie das Auge des Laufrads unbehindert während der Drehung verbleibt, um ein Zerkleinern der mitgerissenen Feststoffe erleichtern und um den Fluss durch die Mitte des Laufrads verbessern zu können.
14–17 zeigen eine alternative Ausführungsform einer Zerkleinerungsplatte 130 der vorliegenden Erfindung, worin gleiche Elemente, die zuvor beschrieben worden sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. 14 erläutert in einer perspektivischen Ansicht die erste Oberfläche 104 der Zerkleinerungsplatte 130 der alternativen Ausführungsform oder die Seite, die in Richtung des Einlasses der Pumpe orientiert ist. Die Zerkleinerungsplatte 130 ist mit einer Schneidleiste 50 aufgebaut, die den Innendurchmesser 115 der Öffnung 116 durch die Zerkleinerungsplatte 46 überspannt. In dieser Ausführungsform ist jedoch die Schneidleiste 50 zusätzlich mit einem sich radial erstreckenden Element 134 aufgebaut, das sich in der Mitte der Schneidleiste 50 befindet und über dem Auge 70 (2) des Laufrads 32 angeordnet ist.
Das sich radial erstreckende Element 134 stellt eine Berührungsoberfläche 136 bereit, die in bestimmten Anwendungen bei der Bewegung des mitgerissenen festen Materials in Richtung der Abschnitte des Laufrads 32 hilft, wo ein stärkeres Zerkleinern oder eine größere Schneidwirkung auf das feste Material ausgeübt werden kann. Wenn beispielsweise der Materialfluss, der verarbeitet wird, ein lappen- beziehungsweise lumpenähnliches Material enthält, kommt das lumpenähnliche Material, das durch den Pumpeneinlass eintritt, in Berührung mit dem sich radial erstreckenden Element 134 und wird radial nach außen zur Berührung mit der Schneidleiste 50 und dem Laufrad 32 in einen Bereich weg von dem Auge des Laufrads gelenkt und ein Zerkleinern des lumpenähnlichen Materials wird verbessert.
Während das sich radial erstreckende Element 134 in 14–17 als im Allgemeinen mit Kreisscheibenform gezeigt wird, kann die Umfangsform und die Radialabmessung stark variieren und kann insbesondere mit einer Umfangsform und/oder Radialumkreisabmessung ausgewählt werden, die am besten für einen bestimmten Typ des mitgerissenen Festmaterials, das verarbeitet werden soll, geeignet ist. Ganz gleich wie die Form oder Abmessung des radial sich erstreckenden Elements 134 sind, ist es mit einer Auftreffoberfläche oder Schneidoberfläche 138 aufgebaut, die wie die Auftreffkante 118 der Schneidleiste 50 mit der Schneidkante 68 der Flügel 60 des Laufrads 32 zusammenwirkt, um eine Zerkleinerungswirkung für Feststoffe bereitstellen zu können.
Die alternative Ausführungsform der Zerkleinerungsplatte 130, die gezeigt ist, unterscheidet sich dadurch, dass sie eine nach innen gerichtete und kreisumfänglich sich erstreckende Schulter 134 hat, die vorgesehen sein kann, um die Zerkleinerungsplatte 130 bezüglich des Pumpengehäuses der Pumpe anzuordnen und festhalten zu können. Die sich erstreckende Schulter 138 kann in Alternative in der Ausführungsform der Zerkleinerungsplatte 46, die in 9–12 gezeigt ist, verwendet werden.
Das Laufrad und die Zerkleinerungsplatte der vorliegenden Erfindung ergeben eine Zerkleinerungspumpe, die das Zerkleinern und die Zerkleinerungspumpenwirkungsgrade erheblich über bekannte Zerkleinerungspumpenkonstruktionen hinaus verbessert hat. Das Laufrad und die Zerkleinerungsplatte der vorliegenden Erfindung kann an eine Vielzahl von Zentrifugalpumpen angepasst werden, um eine effiziente Zerkleinerungspumpe bereitstellen zu können. Die Pumpenkonstruktion, die hier gezeigt und beschrieben wird, erfolgt nur beispielhaft bezüglich der typischen Elemente einer Zentrifugalpumpe und ist nicht so gemeint, dass sie die Konstruktionselemente oder die Konstruktion der Zerkleinerungspumpe auf das beschränkt, was hier erläutert wird. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass bestimmte Konstruktionsänderungen in einer Zentrifugalpumpe implementiert werden können, zum Beispiel der Gehäuseaufbau und die Antriebswellenabmessungen, um eine Zerkleinerungspumpe bereitstellen zu können, wie sie in den vorliegenden Ansprüchen erläutert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Zentrifugalpumpe des Zerkleinerungstyps wird offenbart, die mit einer Zerkleinerungsplatte (46) und einem Laufrad (32) aufgebaut ist, die mit einem offenen Auge oder einer "nabenlosen" Anordnung derart aufgebaut sind, dass die Verarbeitung von Feststoffen durch die Pumpe kein Festsetzen der Feststoffe an oder neben dem Zentrum des Laufrads ergibt, wodurch ansonsten ein toter Bereich erzeugt werden würde. Da der Aufbau der Zerkleinerungspumpe die Entwicklung eines zentralen, toten Bereichs vermeidet, werden die Pumpenwirkungsgrade erheblich verbessert.

Claims

Zentrifugalpumpe vom Zerkleinerungstyp, die aufweist: ein Pumpengehäuse, das einen Einlass und einen Auslass hat, die darin ausgebildet sind; eine Antriebswelle, die sich axial durch das Pumpengehäuse erstreckt; ein Laufrad, das mit der Antriebswelle verbunden ist und innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist, wobei das Laufrad eine Vielzahl von Flügeln hat und mit einem zentralen Auge ausgebildet ist, das zu dem Einlass hin ausgerichtet ist; und eine Zerkleinerungsplatte, die zwischen dem Einlass des Pumpengehäuses und dem Laufrad angeordnet ist, wobei die Zerkleinerungsplatte einen inneren Durchmesser hat, der durch eine Öffnung in der Zerkleinerungsplatte definiert ist, und mit einer Schneidleiste ausgebildet ist, die sich entlang dem inneren Durchmesser erstreckt, um mit dem Laufrad zusammenzuwirken und eine Schneidwirkung zwischen der Schneidleiste und dem Laufrad an dem zentralen Auge des Laufrads bereitzustellen.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, worin das zentrale Auge des Laufrads ein offenes Auge ist, das durch mindestens einen Kanal definiert ist, der sich entlang dem zentralen Auge des Laufrads erstreckt.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, worin das Laufrad weiter mit unverbundenen Kanälen aufgebaut ist, die sich von dem zentralen Auge aus radial erstrecken und sich zwischen den vielzähligen Flügeln befinden.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, worin das Laufrad weiterhin eine Antriebsseite, die weg von der Zerkleinerungsplatte gerichtet ist, und einen Umfang aufweist und worin das Laufrad zudem mit Schneidelementen aufgebaut ist, die an der Antriebsseite des Laufrads in der Nähe des Umfangs angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 4, worin das Laufrad weiterhin eine zentrale Nabe aufweist, die sich an der Antriebsseite befindet, wobei die zentrale Nabe derart aufgebaut ist, dass sie an der Antriebswelle angebracht ist, und worin das Laufrad zudem mit Schneidelementen aufgebaut ist, die an der Antriebsseite in der Nähe der zentralen Nabe angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, worin das Laufrad weiterhin eine Antriebsseite aufweist, die von der Zerkleinerungsplatte weggerichtet ist, und eine zentrale Nabe hat, die sich an der Antriebsseite befindet, die derart aufgebaut ist, dass sie an der Antriebswelle angebracht ist, und weiterhin worin das Laufrad mit Schneidelementen aufgebaut ist, die an der Antriebsseite in der Nähe zu der zentralen Nabe angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, worin das Laufrad weiterhin eine Abdeckung aufweist, die von der Zerkleinerungsplatte beabstandet ist, wobei die Abdeckung eine hintere Oberfläche hat, die von der Zerkleinerungsplatte weggerichtet ist und einen definierten Kreisumfangsrand hat.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, worin das zentrale Auge des Laufrads ein offenes Auge ist, das durch mindestens einen Kanal definiert ist, der sich entlang dem zentralen Auge des Laufrads erstreckt.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 8, worin das Laufrad weiterhin mit unverbundenen Kanälen aufgebaut ist, die sich radial von dem zentralen Auge weg erstrecken und sich zwischen den vielzähligen Flügeln befinden.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, worin das Laufrad weiterhin Schneidelemente aufweist, die an der hinteren Oberflä che der Abdeckung in der Nähe zu dem Kreisumfangsrand angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 10, worin das Laufrad weiterhin eine zentrale Nabe aufweist, die sich nahe zu der hinteren Oberfläche der Abdeckung befindet und für die Anbringung an der Antriebswelle aufgebaut ist, und worin das Laufrad zudem Schneidelemente aufweist, die an der hinteren Oberfläche der Abdeckung in der Nähe der zentralen Nabe angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, worin das Laufrad weiterhin eine zentrale Nabe aufweist, die sich in der Nähe der hinteren Oberfläche der Abdeckung befindet und für die Anbringung an der Antriebswelle ausgelegt ist, und worin das Laufrad zudem Schneidelemente aufweist, die an der hinteren Oberfläche in der Nähe zu der hinteren zentralen Nabe angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, worin das Laufrad weiterhin mindestens einen Austriebsflügel aufweist, der sich an der hinteren Oberfläche der Abdeckung befindet.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 13, worin das Laufrad weiterhin Schneidelemente aufweist, die an der hinteren Oberfläche der Abdeckung angeordnet sind.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, die weiterhin auch eine Vielzahl von Schneidleisten aufweist, die sich entlang des inneren Durchmessers erstrecken.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, worin die Zerkleinerungsplatte weiterhin mit einem sich radial erstreckenden Element aufgebaut ist, das an der Schneidleiste angeordnet ist.
Laufrad für eine Zentrifugalpumpe vom Zerkleinerungstyp, das aufweist: eine zentrale Nabe, die eine sich axial erstreckende Öffnung darin zum Aufnehmen einer Antriebswelle hat; eine Vielzahl von Flügeln, die sich radial von der zentralen Nabe aus zu einem Umfang des Laufrads erstrecken, wobei jeder Flügel einen Schneidrand hat; und ein Auge, das zentral angeordnet ist und mit mindestens einem offenen Kanal ausgebildet ist, der sich entlang dem zentral angeordneten Auge erstreckt und durch den das Fluid entlang dem Auge des Laufrads fließen kann.
Laufrad nach Anspruch 17, das weiterhin unverbundene Kanäle aufweist, die sich zwischen den vielzähligen Flügeln erstrecken und sich radial von neben dem Auge aus erstrecken.
Laufrad nach Anspruch 17, worin das Laufrad weiterhin aufweist eine Antriebsseite, die von dem Auge des Laufrads weggerichtet ist, und worin das Laufrad weiterhin Schneidelemente aufweist, die an der Antriebsseite angeordnet sind.
Laufrad nach Anspruch 19, worin sich die Schneidelemente in der Nachbarschaft bzw. in der Nähe des Umfangs des Laufrads befinden.
Laufrad nach Anspruch 20, worin sich die Schneidelemente auch in der Nähe der zentralen Nabe befinden.
Laufrad nach Anspruch 19, worin sich die Schneidelemente in der Nähe der zentralen Nabe befinden.
Laufrad nach Anspruch 17, das weiterhin eine Abdeckung bzw. Wand aufweist, die mit der Vielzahl von Flügeln ausgebildet ist und von dem Auge des Laufrads beabstandet ist, wobei die Abdeckung eine hintere Oberfläche hat, die die zentrale Nabe umgibt.
Laufrad nach Anspruch 23, das weiterhin eine Vielzahl von Austriebsflügeln aufweist, die entlang der hinteren Oberfläche der Abdeckung angeordnet sind und sich radial nach außen von neben der zentralen Nabe aus erstrecken.
Laufrad nach Anspruch 24, das weiterhin Schneidelemente aufweist, die an der hinteren Oberfläche der Abdeckung angeordnet sind.
Laufrad nach Anspruch 23, das weiterhin Schneidelemente aufweist, die an der hinteren Oberfläche der Abdeckung in der Nähe entweder des Umfangs oder der zentralen Nabe oder einer Kombination aus dem Umfang und den Nachbarschaften der zentralen Nabe angeordnet sind.
Zerkleinerungsplatte zur Verwendung in einer Zentrifugalpumpe vom Zerkleinerungstyp, die aufweist: einen abgeflachten Ring, der eine definierte Dicke, einen Umfangsrand und eine zentrale Öffnung mit einem definierten, inneren Durchmesser hat; und mindestens eine Schneidleiste, die sich entlang des inneren Durchmessers der zentralen Öffnung erstreckt, wobei die mindestens eine Schneidleiste einen Auftreffrand zum Schneiden von festen Materialien hat.
Zerkleinerungsplatte nach Anspruch 27, die weiterhin eine Ansaugseite und eine Antriebsseite hat und weiterhin mindestens ein schräges Schneidelement hat, das an der Antriebsseite angeordnet ist, um mit den Schneidflügeln eines Laufrads zusammenzuwirken.
Zerkleinerungsplatte nach Anspruch 27, die weiterhin ein sich radial erstreckendes Element hat, das sich an der mindestens einen Schneidleiste befindet und eine Berührungsoberfläche bereitstellt.