JP5993383B2 - 自由流れポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ送りされた液体に含まれる固体のための自由通路が入口と羽根車出口の間に生じる様式で入口から間隔を置いて配置された羽根車を有する自由流れポンプであって、羽根車は、羽根車の中央で突出するハブ本体の前面、及びハブ本体の前面より深く配置され、最大の深さでは羽根車の外周部に達する円板表面によって構成された羽根車基部を備え、円板表面は、内側端部でハブ本体に隣接し、内側端部から羽根車の外周部に延在する開いた羽根前面を備える羽根を装備する、自由流れポンプに関する。

本発明の出願人の欧州特許出願公開第０ ０８１ ４５６号によって知られる、この種類の自由流れポンプは、特に固形物によって汚染された廃水でしばしば用いられる。そのようなポンプでは、羽根車とポンプ入口の間の距離は、入口と羽根車出口の間に自由流れ空間が形成されるように選択され、その自由流れ空間は、おそらくポンプ送りされることができる所定の最大球径の球体のための通路を構成し、それによってポンプ送りされた液体の固体成分による詰りの危険を防止する。

しかし実際には、繊維又は糸、或いは２次元的且つ軟質の材料から構成されるその他の固体からなる、特に組織又は編み地の材料が、羽根車の前部表面に蓄積し、羽根のない空間を通る所望の障害物のない通路をふさぐ傾向にあることがしばしば判明している。より具体的には、そのような材料の短期的、又はさらには永久的な堆積が、羽根車の中央領域で観察されてきた。羽根車の表面の前方でこのように材料が堆積すると、揚程及び効率の望ましくない低下が起こり、又はまず流量が低下し、最終的にはポンプが全体的に詰まることになる。

欧州特許出願公開第０ ０８１ ４５６号

本発明の目的は、序論で示した種類の自由流れポンプを開発し、それによって羽根車の回転表面の前方の２次元材料の堆積を防止し、妨害のないポンプ送り動作を確実にすることである。

この目的は、請求項１の自由流れポンプによって達成される。従属請求項は、好ましい実施例を定義する。

したがって、本発明によれば、自由流れポンプが示唆され、羽根車基部が、少なくともその半径の内側の３分の１の範囲内で、羽根前面の内側端部に対して、羽根前面の内側端部と円板表面の最大の深さとの間の高さの差の、最大でも６分の１より深く配置されない。

驚くべきことに、本発明の文脈では、このようにして生じる羽根車の中央領域での吸引効果の低下と、それによって生じるこの中央領域の周囲の流路の拡大によって、羽根車の前部表面全体にわたって前述の２次元材料の堆積を著しく減少させ、又は完全に防止することも可能であると判明した。

羽根車の構造は、多くの用途において自由流れポンプの詰りのない動作を確実にするために、ポンプ効率の低下を可能な限り低く保つことができるように最適化されることが好ましい。本発明によれば、この点において、円板表面がその最大の深さで羽根車の外周部に達することが必要であることが判明している。このようにして、流れ空間での有用な流れ及び渦流の加速を生成するために必要な圧力の増加を非常に高く保つことができ、したがって自由流れポンプの詰りのない動作の間に比較的高い揚程を達成することができる。

羽根チャネルの入口領域にある２次元的且つ軟質の材料の堆積をさらに減少させるために、羽根車基部が、少なくともその半径の内側の２分の１の範囲内で、羽根前面の内側端部に対して、羽根前面の内側端部と円板表面の最大の深さとの間の高さの差の、最大でも３分の２より深く配置されないことが好ましいことが示唆されている。より好ましくは、羽根車基部は羽根前面の内側端部に対するこの高さの差の、最大でも２分の１より深く配置されない。

非常に高いポンプ効率を維持するために、羽根車の半径の中間の３分の１の範囲内での円板表面の高さの差は、羽根前面の内側端部と円板表面の最大の深さとの間の高さの差の、好ましくは２分の１より大きく、より好ましくは３分の２より大きい。

羽根車を通る効果的な流れは、円板表面が外周部に向かって連続的に傾斜する表面部分を備えることで達成され得る。

好ましくは、この表面部分は、羽根車の半径の少なくとも３分の１、より好ましくは少なくとも２分の１にわたって延在する。最も好ましくは、連続的に傾斜する表面部分は、羽根車の半径の少なくとも３分の２にわたって延在する。そのような羽根車の幾何学的形状により、多くの用途に対して十分であるポンプ効率と、羽根車の表面の前方の２次元材料の望ましくない堆積の防止とを有利に組み合わせることができる。本発明の有利な実施例では、連続的に傾斜する表面部分は、羽根車の外周部に達する。

別法では、円板表面は、羽根車の半径の最大で外側の３分の２にわたって延在し、好ましくは羽根車の半径の最大で外側の２分の１にわたって延在する基本的に平坦な表面部分を含んでもよい。この場合に、平坦な円板表面は、たとえばハブ本体の前面に高さの急激な上昇に沿って直接的に隣接することができる。したがって、たとえば、円板表面は、その半径の中間の３分の１の範囲内で実質的に段になった傾斜を示してもよい。

本発明による羽根車の別の有利な実施例は、円板表面が、ハブ本体の前面に湾曲した表面部分に沿って連続的に隣接することを含んでもよい。湾曲は、羽根車の入口領域での２次元材料の堆積の防止に貢献することができる。特に、凸形状の湾曲を利用することができる。この点で、開いた羽根前面は、ハブ本体にその前面の領域で隣接することができることがさらに有用であり得る。さらに、この点で、ハブ本体の前面が実質的に平坦な構成を有することが有利であり得る。しかし、前面で表面がより急傾斜になった形状を企図することもできる。

揚程と流量の間の関数依存性を特徴づけるＨＱ特性を最適にするために、羽根車の外周部に向かう羽根前面の形状が湾曲していることが有利であり得る。

本発明の別の有利な実施例によれば、少なくとも２つの羽根の高さは、羽根車の外周部に向かって増加する。この様式では、径方向に羽根車を出るポンプ送りされた液体に加わる力が増加するので、このことはポンプ効率の増加に貢献し得る。

本発明のさらなる特性及び利点を例示する図面を参照して、好ましい実施例によって、本発明を以下により詳細に説明される。図面、明細書、及び特許請求の範囲は、多くの特徴を組み合わせて含み、当業者もその特徴をさらに適切な組み合わせで別個に企図し、使用することもできる。

第１の実施例による自由流れポンプを通る子午線断面図である。 図１に示す自由流れポンプのＩＩによる羽根車の正面図である。 図１に示す自由流れポンプのＩＩＩによる羽根車の断面図である。 第２の実施例による自由流れポンプを通る子午線断面図である。 図４に示す自由流れポンプのＶによる羽根車の正面図である。 図４に示す自由流れポンプのＶＩによる羽根車の断面図である。 第３の実施例による自由流れポンプを通る子午線断面図である。 図７に示す自由流れポンプのＶＩＩＩによる羽根車の正面図である。 図７に示す自由流れポンプのＩＸによる羽根車の断面図である。

図１に示す自由流れポンプ１は、正面の入口開口３及び横方向に配置された出口開口４を有するポンプ筐体２を備える。ポンプ筐体２は、羽根車室６を取り囲む。

羽根車室６の中には、ポンプ送りされた液体に含まれる固体に対する自由通路７が、出口開口４に向かって生じるように、入口開口３から距離を置いて羽根車１１が配置される。羽根車１１は、ハブ本体１２を有し、ハブ本体１２の中にシャフト８が固定されている。シャフト８は、長手方向軸線５に沿ってポンプ筐体２の後方部分へ延在し、そこで図示されない駆動部に接続される。

ハブ本体１２は、前方プレート２５を含み、前方プレート２５の自由表面２４は、ハブ本体１２の前面１４の中央部分を形成する。前方プレート２５の表面２４は、実質的に平坦な形状を有する。前方プレート２５は、ねじ９を受け入れるための中央孔部と、穏やかに丸みを帯びた縁部とを有し、穏やかに丸みを帯びた縁部に、ハブ本体１２の平坦な正面表面部分１３が、径方向外側に続く。したがって、ハブ本体１２の前面１４は、実質的に平坦な全体形状を有し、羽根車１１の全半径の３分の１をわずかに越えて延在する。

ハブ本体１２の前面１４は、ハブ本体１２の外壁１５に切り立って接続し、外壁１５と段を形成する。ハブ本体１２の前面１４に隣接するこの表面部分１５は、羽根車の深さの２分の１にわたってポンプ筐体２の長手方向軸線５に対して実質的に平行に延在し、次いで凹形状に湾曲した部分１６が続く。

ハブ本体１２の凹形状に湾曲した表面部分１６は、ほぼ羽根車１１の半径の中間の３分の１にわたって延在し、次いでハブ本体１２の前面１４に対して最大の深さに達する。この点で、凹形状に湾曲した部分１６に、平坦な表面部分１７が続き、平坦な表面部分１７はポンプ筐体２の長手方向軸線５に実質的に垂直に延在する。この平坦な部分１７は、羽根車１１の半径の外側の３分の１の全体にわたって延在し、羽根車１１の外周部に達する。

表面部分１５〜１７によって形成された円板表面１８は、羽根１９を装備する。羽根１９は、長手方向軸線５に実質的に平行なハブ本体１２の部分１５に隣接するその内側端部から、羽根車１１の外周部へそれぞれ延在する。羽根１９は、実質的に高さが一定であるという特徴を有する。羽根１９の高さＨは、平坦な表面部分１７と、ハブ本体１２の前面１４と外壁１５の間の切り立った合流点との間の高さの差Ｈｎに等しく、又はわずかに小さい。

図２は、羽根車１１の羽根車基部を構成する、ハブ本体１２の前面１４、及び、周囲を囲む円板表面１８の上面図を示す。１２個の羽根１９が、等間隔で円板表面１８の周りに配置されている。羽根１９の開いた羽根前面２０は、ハブ本体１２の前面１４と円板表面１８の間の合流点に隣接する。そこから、羽根前面２０は、厚さを一定に保ちながら湾曲した形状で羽根車１１の外周部に延在する。羽根１９の湾曲の方向は、羽根車１の回転方向Ｒと反対になっている。

図３は、図１の断面ＩＩＩによる羽根車１１の断面図を示す。これは、羽根前面２０の内側端部と円板表面１８の最大の深さとの間の高さの差Ｈの２分の１に沿った、羽根車１１を通る断面に相当し、その高さの差は、入口側に最も近い羽根前面２０の内側端部の表面部分からのその距離によって測定される。図３からわかるように、羽根車１１のこの深さ範囲では、円板表面１８は、羽根車１１の半径の中間の３分の１に配置されたハブ本体１２の表面部分１５と同じ高さにある。

上記に説明された自由流れポンプ１は、たとえば布片等で汚染された、ポンプ送りする液体が羽根車室６に詰まることなく通ることができるようにする。２次元材料が羽根車１１の前面に堆積する傾向は、説明された羽根車１１の幾何学的形状によって効果的に防止され得る。

図４に、第２の実施例による自由流れポンプ２１を示す。図１に示す自由流れポンプ１と同様に設計された構成要素は、同じ参照番号で示されている。上記に説明した自由流れポンプ１と比較した自由流れポンプ２１の本質的な違いは、その羽根車２２の異なる幾何学的形状にある。一方で、この羽根車の幾何学的形状により、２次元材料によって羽根車室６が詰まるのを回避できるようにもなり、他方で、自由流れポンプ２１の効率の損失を多くの用途に対して十分に小さく保つことができる。特に、以下の構造的な対策が施される。

羽根車２２は、前面２４が羽根車２２のほぼ半径の３分の１にわたって延在するハブ本体２３を有する。ハブ本体２３の前面２４は、ハブ本体２３の外壁の周囲を囲む凸形状の湾曲２６と連続的な合流点を形成する前方プレート２５の自由表面によって実質的に構成されている。前方プレート２５の自由表面は、ねじ９を受け入れるための中央孔部を備える平坦な中間表面部分と、ハブ本体２３の外壁の凸形状の湾曲２６が隣接する、穏やかに丸みを帯びた外側テーパ部とからなる。平坦な中間の表面部分は、前方プレート２５の半径の３分の２を越えて延在する。

ハブ本体２３の前面２４の周りの円板表面２８は、羽根車２２の半径の外側の３分の２にわたって延在する。円板表面２８は、凸形状に湾曲した表面部分２６と、隣接する凹形状に湾曲した表面部分２７とからなり、その両方がハブ本体２３の外壁に沿って延在する。凸形状に湾曲した表面部分２６は、ここで円板表面２８の半径の約７分の１にしか相当しない。

円板表面２８は、開いた羽根前面３０を備える羽根２９を装備する。羽根前面３０は、その凸形状に湾曲した合流点２６の領域で円板表面２８とハブ本体２３の前面２４に隣接する。そこから、羽根２９が羽根車２２の外周部まで延在する。羽根２９は、高さが一定であるという特徴を示し、その高さＨは、羽根車２２の外周部での凹形状に湾曲した表面部分２７と、円板表面２８に対する凸形状に湾曲した合流点２６との間の高さの差に実質的に相当する。

円板表面２８の最大の深さは、入口側に最も近い羽根前面３０の内側端部の表面部分からの最大の高さの差Ｈと等しい。したがって、円板表面２８は、その外周部に沿ってのみ、その最大の深さに達し、凹形状に湾曲した表面部分２７は羽根車２２の外周部に達する。

したがって、全体的にハブ本体２３の前面２４及び周囲を囲む円板表面２８によって構成された羽根車２２の羽根車基部は、内側の径方向の３分の１では、ハブ本体２３の前面２４のみからなる。したがって、この領域での羽根車基部の高さの変化は、実質的に前方プレート２５の高さの特徴と一致し、前方プレート２５はその外側縁部領域では、高さの差Ｈと比べてわずかな高さの差しか示さない。

図５は、羽根車基部を形成する、ハブ本体２３の前面２４、及び、周囲を囲む円板表面２８の上面図を示す。１２個の羽根２９が、等間隔で円板表面２８の周りに配置されている。ハブ本体２３の前面２４と円板表面２８の間の合流点から始まり、羽根２９は羽根車２２の外周部に延在する。羽根２９の羽根前面３０は、湾曲した形状を示す。

図６は、図４の断面ＶＩによる羽根車２２の断面図を示す。これは、羽根前面２０の内側端部と円板表面２８の最大の深さとの間の羽根前面２０の内側端部に対する高さの差の２分の１に沿った、羽根車２２を通る断面に相当する。図６からわかるように、この深さ範囲では、円板表面２８は、羽根車２２の凹形状に湾曲した表面部分２７の範囲内で羽根車２２の半径の中間にある。

図７に、第３の実施例による自由流れポンプ３２が示される。図１及び図４に示す自由流れポンプ１、２１と同様に設計された構成要素は、同じ参照番号によって示されている。自由流れポンプ２１は、実質的に上記に説明した自由流れポンプ２１に相当するが、羽根車２２の羽根の幾何学的形状がポンプ効率を向上させるために修正されている点で異なっている。

一定の高さの羽根２９に加えて、自由流れポンプ３２の羽根車３３は、可変の高さの羽根３４をさらに備える。それらの内側端部において、可変の高さの羽根３４の開いた羽根前面３５は、円板表面２８とのその凸形状に湾曲した合流点２６の領域でハブ本体２３の前面２４にも隣接する。そこから、羽根３４は、高さが連続的に増加しながら羽根車３３の外周部に延在する。羽根３４の最大の高さの増加３６は、羽根車３３の半径の外側の３分の１にある。そこから羽根車３３の外周部に向かって、羽根３４の高さの増加は減少し、その後その高さは羽根車３３の半径の外側の１０分の１にわたって実質的に一定を保つ。

したがって、羽根３４の高さは、羽根車基部の半径の内側の２分の１にわたって実質的に一定を保つ。次いで、羽根車基部の半径の外側の２分の１において、その後急激に高さが増加し、そこでは、羽根３４の高さは、ハブ本体２５の前面２４に対して円板表面２８の最大の深さの約４分の１増加する。このようにして、ポンプ送りされた液体に含まれる２次元材料に起因する不利な詰りの特性を許容する必要なく揚程の増加及びポンプ効率が達成される。

図８は、羽根車３３の上面図を示す。円板表面２８の周りに、３個の可変の高さの羽根３４が等間隔で配置され、それらの中間に３個の一定の高さの羽根２９がある。可変の高さの羽根３４の自由な羽根前面３５は、特に隣り合う羽根２９及びその湾曲した形状に対する相対的距離に関して、一定の高さの羽根２９の羽根前面３０と実質的に同じ形状特性を有する。

それらの間の一定の高さの羽根２９の配列は、羽根車の回転中にポンプ送りされた液体内のより大きな固体が通過するための自由通路７の開口を一時的に確保する目的に役立つ。

図９は、図７の断面ＩＸによる羽根車３３の断面図を示す。これは、羽根前面３０、３５の内側端部と円板表面２８の最大の深さとの間の高さの差Ｈの２分の１に沿って羽根車３３を通る断面に相当する。図６から図９の比較からわかるように、この断面は図４に示す自由流れポンプ２１の羽根車２２を通る、同等の断面ＶＩと同様である。

上記の説明から、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の保護の範囲を離れることなく、本発明による自由流れポンプの多くの変更形態が当業者には明らかになる。

Claims (10)

1. 入口（３）と羽根車出口の間にポンプ送りされた液体に含まれる固体のための自由通路（７）が生じる様式で前記入口（３）から間隔を置いて配置された羽根車（１１、２２、３３）を有する自由流れポンプであって、前記羽根車が、前記羽根車（１１、２２、３３）の中央で突出するハブ本体（１２、２３）の前面（１４、２４）、及び前記ハブ本体（１２、２３）の前記前面（１４、２４）より深く配置され、最大の深さでは前記羽根車（１１、２２、３３）の外周部に達する円板表面（１８、２８）によって構成された羽根車基部を備え、前記円板表面（１８、２８）は、内側端部で前記ハブ本体（１２、２３）に隣接し、内側端部から前記羽根車（１１、２２、３３）の前記外周部に延在する開いた羽根前面（２０、３０、３５）を備える羽根（１９、２９、３４）を装備する自由流れポンプにおいて、前記羽根車基部が、少なくともその半径の内側の３分の１の範囲内で、前記羽根前面（２０、３０、３５）の前記内側端部に対して、前記羽根前面（２０、３０、３５）の前記内側端部と前記円板表面（１８、２８）の前記最大の深さとの間の高さの差（Ｈ）の最大でも６分の１より深く配置されないことを特徴とする、自由流れポンプ。
2. 前記羽根車基部が、少なくともその半径の内側の２分の１の範囲内で、前記羽根前面（２０、３０、３５）の前記内側端部に対して、前記羽根前面（２０、３０、３５）の前記内側端部と前記円板表面（１８、２８）の前記最大の深さとの間の前記高さの差（Ｈ）の最大でも３分の２より深く配置されないことを特徴とする、請求項１に記載の自由流れポンプ。
3. 前記円板表面（１８、２８）が前記羽根車（１１、２２、３３）の前記外周部に向かって連続的に傾斜する表面部分（１５、１６、２６、２７）を備え、前記表面部分（１５、１６、２６、２７）が、前記羽根車（１１、２２、３３）の半径の、少なくとも３分の１にわたって延在することを特徴とする、請求項１又は２に記載の自由流れポンプ。
4. 前記円板表面（１８、２８）が、湾曲した表面部分（２６）に沿った前記ハブ本体（１２、２３）の前記前面（１４、２４）に連続的に接続することを特徴とする、請求項１から３のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。
5. 前記羽根前面（２０、３０、３５）が、前記ハブ本体（１２、２３）にその前面（１４、２４）で隣接することを特徴とする、請求項１から４のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。
6. 少なくとも２つの羽根（１９、２９、３４）の高さが、前記羽根車（１１、２２、３３）の前記外周部に向かって増加することを特徴とする、請求項１から５のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。
7. 前記羽根前面（２０、３０、３５）が、湾曲した形状を有することを特徴とする、請求項１から６のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。
8. 前記ハブ本体（１２、２３）の前記前面（１４、２４）が、実質的に平坦な形状を有することを特徴とする、請求項１から７のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。
9. 前記羽根車（１１、２２、３３）の半径の中間の３分の１の範囲内で、前記円板表面（１８、２８）の高さの差が、前記羽根前面（２０、３０、３５）の前記内側端部と前記円板表面（１８、２８）の前記最大の深さとの間の前記高さの差（Ｈ）の２分の１より大きいことを特徴とする、請求項１から８のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。
10. 前記羽根車（１１、２２、３３）の半径の中間の３分の１の範囲内で、前記円板表面（１８、２８）が実質的に段形状の傾斜を示すことを特徴とする、請求項１から９のうちの少なくとも一項に記載の自由流れポンプ。

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