JP5070039B2 - スクリュー遠心ポンプおよびスクリュー遠心ポンプを使用した、固体添加物で満たされた液体の運搬方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載のスクリュー遠心ポンプに関する。本発明はさらに、請求項８の前提部分に記載のスクリュー遠心ポンプで媒体を運搬するための方法に関する。

スクリューポンプとも呼ばれるスクリュー遠心ポンプは、特許文献１に開示されている。この種のロータリーポンプは、ポンプ本体内で回転可能に配置されてらせん状に延伸する単体ブレードを含む。このポンプは、特に、固体添加物で満たされた液体を運搬する上で、特に、長い繊維状構成要素を含む廃水を運搬する上で適している。

例えば、トレス形成傾向のある高濃度の繊維状固体材料を含む液体をポンプで汲み出す可能性は限定されている。これにより、ポンプ経路での固体構成要素の析出、あるいは、それにより引き起こされる詰まりが起こり、このためにポンプが停止する可能性がある。
スイス特許第３９４８１４号明細書

本発明は、固体添加物で満たされた液体を運搬する際に、さらに有利な特性を有するスクリュー遠心ポンプを提供するという目的に基づいている

この目的は請求項１の特性を有するスクリュー遠心ポンプで満たされる。従属請求項２乃至７は、さらなる有利な実施例に関する。この目的はさらに、請求項８の特性を有する方法により満たされる。

本目的は、特に、入口開口を有するポンプ本体と、ポンプ本体内に配置されて回転方向における回転軸を中心に回転可能なインペラとを備えるスクリュー遠心ポンプで満たすことができるが、このインペラは、らせん状に延伸するブレード入口ベーンエッジを有し、ガイドベーンが、入口開口内領域に配設されたインペラの内部空間内に突出する。

特に有利な設計において、スクリュー遠心ポンプのガイドベーンは、インペラの回転方向において、インペラの中心に向けて内部空間内で流れ方向に徐々に突出するガイドベーンエッジを有する。

本発明によるスクリュー遠心ポンプは、トレス形成傾向のある高濃度の繊維状材料をポンプで排出する場合に、特に有利である。浮遊する繊維状固体材料の固体濃度は、その後、徐々に増加し、これにより、吸引ラインでのボール形成やインペラ経路での摩擦増加が起こる。これと関連して、ある限界値に達すると、水力だけで材料を排出することができなくなり、その結果、スクリュー遠心ポンプが詰まり、遮断される。本発明のスクリュー遠心ポンプは、インペラのねじセクション開始点のらせん状ブレード入口エッジが固定配置された突出ガイドベーンに対して回転し、ブレード入口エッジとガイドベーンとの間の固体塊が回転ブレード入口エッジで嵌合され、ブレード入口エッジに沿った流れ方向で緩和される、および／または圧縮されるよう、ブレード入口エッジとガイドベーンとが協働する。ガイドベーンおよびスクリュー遠心インペラのこのような協働を通して、実質的にポンプ方向に作用する機械的力が、水力に加えて運搬媒体に加えられ、これによりポンプ
経路での固体構成要素の蓄積が防がれる。

さらなる有利な実施例において、回転可能スクリュー遠心インペラにより、ガイドベーンエッジが固定三次元曲線を形成し、ブレード入口エッジが回転可能三次元曲線を形成し、これら２つの三次元曲線が、好ましくは、相互調和し、小さな相互離間をもって、あるいはお互いに接触して、インペラの回転でお互いに通過して移動するため延伸するよう設計される。２つの三次元曲線間にある固体材料は、三次元曲線の延長方向で機械的に動き、これにより、実質的に流れ方向に移動され、流れ方向で緩和され、圧縮される。

さらなる有利な実施例において、ガイドベーンエッジ、および／またはブレード入口エッジは、少なくとも部分的にカッティングエッジを有し、相互移動する三次元曲線間の固体材料も同様に、追加で機械的に弱化する、あるいは粉砕することが可能になる。トレス形成傾向のある固体材料を用いると、トレスもしくは繊維の弱化、緩み、粉砕、あるいは切断をもたらすため、ポンプ経路でのトレス蓄積が防止され、これにより中断することなくスクリュー遠心ポンプの高信頼度の連続運転が確実に行われる。

２つの三次元曲線の相互せん断、分断、クランプ作用により、ガイドベーンエッジおよび／またはブレード入口エッジの設計とは無関係に、紙、コード、木材といった繊維状固体材料、あるいはプラスチック、ゴム、金属あるいはガラスといった固体材料の切断、粉砕、弱化が可能になる。

図１のスクリュー遠心ポンプ１は、ポンプ本体３内に配置されて回転方向４ａで回転軸２ｄを中心に回転可能なスクリュー遠心インペラ２を含む。スクリュー遠心インペラ２はらせん状に延伸するブレード入口エッジ２ａと、さらに外形２ｃとを有する。スクリュー遠心インペラ２はポンプシャフト４に固定結合される。ポンプ本体３は、円錐形吸引ハウジング部３ａと、らせん状ハウジング部３ｂと、入口開口３ｃと、さらに出口開口３ｄとを含む。ガイドベーンエッジ５ａを有する突出ガイドベーン５は、入口開口３ｃ領域内で固定配置され、ポンプ本体３の内部空間と、スクリュー遠心インペラ２の内部空間とで突出する。本文書において、「インペラ２の内部空間」という用語は、ガイドベーン５が少なくとも部分的にこの空間内に延伸して、スクリュー遠心インペラ２の頂部領域、あるいは最大限スクリューセクション６ａ内で、図１で示されるとおり、スクリュー遠心インペラ２がガイドベーン５を外向きに囲むよう、外形２ｃで境界の示される内部空間を意味するものと理解される。スクリュー遠心ポンプ１は、さらにスクリューセクション６ａと遠心セクション６ｂとを含む。ポンプ１で送り出される媒体は流れ方向Ｓに流れる。

図２は、図１においてＡで示された方向の入口開口３ｃの正面図を示すが、インペラ２とともにガイドベーン５もポンプ１内部で識別可能である。インペラ２について、回転軸２ｄに向けて降下し、この中に向けて軸方向に伸び、らせん状に延伸するブレード入口エッジ２ａが明白である。ブレード入口エッジ２ａの最も前のセクションは、ガイドベーン５により直接見えないため、破線が引かれている。

図１および２において、ガイドベーン５は、ガイドベーンエッジ５ａが、回転方向４ａにおいて、インペラ２の内部空間内に向けて径方向および同様に軸方向の両方で、回転軸２ｄ方向で徐々に突出するよう設計される。ガイドベーンエッジ５ａは固定三次元曲線を形成する一方、ブレード入口エッジ３ａはインペラ軸２ｄを中心に回転可能な三次元曲線を形成する。これら２つの三次元曲線は、示された実施例において、ガイドベーンエッジ５ａがガイドベーンエッジセクション５ｂを形成し、ガイドベーンエッジ５ａおよびブレード入口エッジ２ａがインペラ２のそれぞれの位置と関係なくお互いに小さな離間を有する、あるいはお互いに接触するブレードエッジセクション２ｂをブレード入口エッジ２ａが有するよう、相互調和して延伸するように設計される。例えば、この小さな相互離間は
０.１から３０ミリメートルの間の値を取りうる。可能な限り最小の離間を有するこのよ
うな位置については、ブレードエッジセクション２ｂ上のポイントＰ１により、またガイドベーンエッジセクション５ｂ上のポイントＰ２により示される。回転方向４ａでのインペラ２の回転の結果、図１で示される図において、ポイントＰ１，Ｐ２は、実質的に回転軸２ｄの方向Ｑ１で、またガイドベーンエッジ５ａの形に応じて、実質的に図２で示される方向Ｑ２で移動する。このように、ブレードエッジセクション２ｂとガイドベーンエッジセクション５ｂとの間の固体材料は、実質的に方向Ｑ１、すなわち流れ方向Ｓで機械的に運搬される。

ガイドベーン５はポンプ本体で最も多様な様式で配置され、特に流れ方向Ｓでエッジ２ａ，５ａによる相互協働で固体材料が機械的に運搬されるよう、固定ガイドベーンエッジ５ａおよび回転ブレード入口エッジ２ａが協働するよう設計できる。

図２から明らかなとおり、ブレードエッジセクション２ｂはポイントＰ１で接線Ｔ１を有し、ガイドベーンエッジセクション５ｂはポイントＰ２で接線Ｔ２を有し、図示されているとおり、入口開口３ｃから見ると、これら２つの接線Ｔ１，Ｔ２は交角αを有する。交角αは少なくとも１０度になり、好ましくは、３０度から１５０の間、特に６０度から１２０度の間にある。角度αは、好ましくは、ブレード入口エッジ２ａ上、あるいはブレード入口エッジ２ａとガイドベーンエッジ５ａとの間の固体材料の滑りが確実に起こらない角度よりも決して小さくならない。

図３および４は、図２の図面と同様に、２つの詳細図で、２つの異なる延伸三次元曲線、すなわち、図３で約１１０度の角度になり、図４で約９０度になる、ポイントＰ１，Ｐ２における接線Ｔ１，Ｔ２の内側角αを有するブレード入口エッジ２ａおよびガイドベーンエッジ５ａを示す。この角度αは三次元曲線２ａ，５ａの進路で決まり、これにより、スクリュー遠心ポンプ１の設計で、これに応じて選択可能である。三次元曲線２ａ，５ａの進路は、方向Ｑ２でのポイントＰ１，Ｐ２の移動中に角度αが実質的に一定になるような方法で選択できる。このように三次元曲線２ａ，５ａを延伸することを通して、角度αは、方向Ｑ２でのポイントＰ１，Ｐ２の移動中に大きくなる、および／または小さくなることができる。

有利な設計において、セクション２ｂ，５ｂ間にある固体材料を通して弱化もしくは切断を行うため、ブレードエッジセクション２ｂおよび／またはガイドベーンエッジセクション５ｂの少なくとも一部が、エッジ、カッティングエッジ、ブレードとして形成される。
一般に、角度αが大きくなると、固体材料がエッジセクション２ｂ，５ｂに沿って押される、あるいは、それぞれ、角度αが小さくなるよう選択されると、固体材料がエッジセクション２ｂ，５ｂにより容易に分割されるようになる。さらに、適切な成形を通して、実効エッジ２ｂ，５ｂ長さを決めることができる。これにより、ポンプの詰まりを防ぎ、例えば、良好なポンプ効率をさらに達成するため、エッジセクション２ｂ，５ｂおよびその角度αがそれに応じて最適な方式で選択されるよう、固体材料および考えられる添加物に応じてスクリュー遠心ポンプが最適化できる。

図５は、ガイドベーン５に固定接続される耐摩耗性スリーブ７が配設される入口開口３ｃにおけるスクリュー遠心ポンプ１のさらなる実施例を示す。図示されていない取り付け手段によりスリーブ７はポンプ本体３に対して堅固に接続できる。

結合手段が解放されると、スリーブ７、およびガイドベーン５についても動きＲの方向で移動可能である。この配置は、特に、ブレード入口エッジ２ａとガイドベーンエッジ５ａとの間の距離、特に方向ＲあるいはＱ１それぞれのポイントＰ１，Ｐ２の離間が調節可
能であるという利点を有する。ポイントＰ１，Ｐ２の距離が時間経過において作動中に増加するよう、ポンプ動作中にブレード入口エッジ２ａおよび／またはガイドベーンエッジ５ａが磨耗する。スリーブ７はこれにより、ある時間間隔後に移動方向ＲあるいはＱ１それぞれでガイドベーン５の位置を新たにリセットできるようにする。スリーブ７も同様に、スリーブ７を解放状態で回転させ、これにより同じくガイドベーン５の位置を回転させるため、入口開口３ｃ内で同じく回転可能になる、すなわちインペラ軸２ｄに対して回転可能になるよう設計できる。

スクリュー遠心ポンプを示す断面図。 スクリュー遠心ポンプの入口開口を示す正面図。 ブレード入口エッジおよびガイドベーンエッジを示す説明図。 ブレード入口エッジおよびガイドベーンエッジを別の角度から示す説明図。 移動可能に配置されたガイドベーン。

Claims (9)

1. ポンプハウジング（３）と、回転軸（２ｄ）を中心として回転方向（４ａ）に回転可能にして且つ入口開口（３ｃ）から材料を運び去る回転軸（２ｄ）方向にらせん状に延伸するブレード入口エッジ（２ａ）を有するインペラ（２）と、エッジをなすガイドベーンエッジ（５ａ）からなるガイドベーン（５）とを備えるスクリュー遠心ポンプ（１）であって、ガイドベーン（５）が入口開口（３ｃ）の近傍に配置されることと、インペラ（２）のらせん状に延伸するブレード入口エッジ（２ａ）がガイドベーンエッジ（５ａ）を回転方向（４ａ）に包囲するように、ガイドベーンエッジ（５ａ）は、インペラ（２）のらせん状に延伸するブレード入口エッジ（２ａ）によって形成される内部空間内でインペラ（２）の回転軸（２ｄ）方向に徐々に突出し、インペラ（２）位置に応じてブレード入口エッジ（２ａ）と相互離間するか、お互いに接触することを特徴とするスクリュー遠心ポンプ。
2. ガイドベーン（５）が固定設置され、ガイドベーン（５）の固定された位置は、回転軸（２ｄ）方向にて調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー遠心ポンプ。
3. ガイドベーンエッジ（５ａ）がガイドベーンエッジセクション（５ｂ）を有し且つ固定された不動の曲線を形成し、ブレード入口エッジ（２ａ）がブレードエッジセクション（２ｂ）を有し且つ回転軸（２ｄ）を中心に回転する曲線を形成し、ガイドベーンエッジ（５ａ）およびブレード入口エッジ（２ａ）がインペラ（２）位置に応じて相互離間する、あるいはお互いに接触するよう、ブレード入口エッジ（２ａ）がブレードエッジセクション（２ｂ）を有し、これらの固定された不動の曲線および回転軸（２ｄ）を中心に回転する曲線が設計されて延伸することによりブレード入口エッジ（２ａ）上、あるいはブレード入口エッジ（２ａ）とガイドベーンエッジ（５ａ）との間において液体に含まれる繊維状固体材料が入口開口（３ｃ）から離間するように回転軸（２ｄ）方向に運び去られることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー遠心ポンプ。
4. ブレードエッジセクション（２ｂ）に第１のポイント（Ｐ１）とガイドベーンエッジセクション（５ｂ）に第２のポイント（Ｐ２）とを有し、該第１のポイント（Ｐ１）と第２のポイント（Ｐ２）は、ブレードエッジセクション（２ｂ）およびガイドベーンエッジセクション（５ｂ）の２つのポイント（Ｐ１，Ｐ２）間に相互に対する最小の空間を有し、該第１および第２のポイント（Ｐ１，Ｐ２）がインペラ（２）の回転により回転軸（２ｄ）方向に動くことと、
   ブレードエッジセクション（２ｂ）が第１のポイント（Ｐ１）で第１の接線（Ｔ１）を有し、ガイドベーンエッジセクション（５ｂ）が第２のポイント（Ｐ２）で第２の接線（Ｔ２）を有し、該第１および第２の接線（Ｔ１，Ｔ２）が回転軸（２ｄ）に直行する平面において少なくとも１０度の交角（α）を形成することにより、ブレード入口エッジ（２ａ）上、あるいはブレード入口エッジ（２ａ）とガイドベーンエッジ（５ａ）との間において液体に含まれる繊維状固定材料が入口開口（３ｃ）から離間するように運び去られることと、該交角（α）は、回転軸（２ｄ）の径方向外側の位置に配置されることとを特徴とする請求項３に記載のスクリュー遠心ポンプ。
5. 交角（α）が３０度から１８０度未満の間にあることを特徴とする請求項４に記載のスクリュー遠心ポンプ。
6. ブレードエッジセクション（２ｂ）またはガイドベーンエッジセクション（５ｂ）が部分的にカッティングエッジとして形成されることを特徴とする請求項３に記載のスクリュー遠心ポンプ。
7. 前記ガイドベーン（５）は、入口開口（３ｃ）に固定されることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー遠心ポンプ。
8. スクリュー遠心ポンプ（１）を使用して繊維状固体材料で満たされた液体を運搬するための方法であって、エッジをなすガイドベーンエッジ（５ａ）からなるガイドベーン（５）を使用して入口開口（３ｃ）からインペラ（２）の内部空間に材料を配向する工程を含み、該ガイドベーン（５）が入口開口（３ｃ）の近傍に位置されることと、インペラ（２）が回転軸（２ｄ）を中心として回動すると、インペラ（２）のらせん状に延伸するブレード入口エッジ（２ａ）がガイドベーンエッジ（５ａ）を回転方向（４ａ）に包囲するように、ガイドベーンエッジ（５ａ）は、インペラ（２）のらせん状に延伸するブレード入口エッジ（２ａ）によって形成される内部空間内でインペラ（２）の回転軸（２ｄ）方向に徐々に突出し、インペラ（２）位置に応じてブレード入口エッジ（２ａ）と相互離間するか、お互いに接触し、これにより液体に含まれる繊維状固体材料の少なくとも一部分がインペラ（２）のらせん状に延びるブレード入口エッジ（２ａ）に沿ってインペラ（２）の運動により入口開口（３）から離間するように回転軸（２ｄ）方向に運び去られ、液体に含まれる繊維状固体材料がブレード入口エッジ（２ａ）の衝撃により流体の流れる方向（Ｓ）に機械的に移動されるよう、液体が、配向されることを特徴とする方法。
9. ブレード入口エッジ（２ａ）とガイドベーンエッジ（５ａ）との間にある繊維状固体材料が、インペラ（２）の回転によりブレードおよびベーンエッジ（２ａ，５ａ）により機械粉砕されるか、材料が流れる方向（Ｓ）に移動されるよう、インペラ（２）回転時に、ガイドベーン（５）のガイドベーンエッジ（５ａ）およびブレード入口エッジ（２ａ）がお互いに接近および離間を繰り返すことを特徴とする請求項８に記載の方法。

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