SE520417C2 - Pump av centrifugal- eller halvaxiell typ avsedd för pumpning av orensat avloppsvatten - Google Patents

Description

520 417 2.

En avloppspump arbetar ofta upp till 12 tim per dygn, vilket innebär att den totala energiåtgången blir mycket beroende av pumpens verkningsgrad.

Prov har visat att det är möjligt att förbättra verkningsgraden med upp till 50 % för en avloppspump enligt föreliggande uppfinning, jämfört med en konventionell avloppspump. Eftersom livscykelkostnaden för en elektriskt driven pump i normalfallet domineras av energikostnaden ( ca 80 %), är det självklart att denna dramatiska förbättring av verkningsgraden är oerhört betydelsefull. l litteraturen beskrivs utformningen av pumphjulen mycket allmänt, speciellt vad gäller svepningen av skovelframkanterna. Entydiga definitioner av gränser för svepningsgraden saknas.

Prov har visat att utformningen av framkanternas svepvinkelfördelning är mycket betydelsefull för att den nödvändiga självrensningen av pumphjulet skall kunna åstadkommas. Föroreningarnas beskaffenhet kräver alltså helt olika svepvinkel- fördelningar för att god funktion ska uppnås.

Det ges inte i litteraturen någon tydlig vägledning för vad som krävs för att uppnå glidning, dvs transport av föroreningar utåt i radiell riktning längs skovlarnas framkanter. Istället talas i allmänna ordalag om bakåtlutande, trubbiga vinklar, osv, jämför 85435952.

För mindre föroreningar, ex.vis gräs och annat organiskt material, kan en relativt liten svepningsvinkel vara tillräcklig såväl för att åstadkomma den radiella transporten som för att möjliggöra sönderdelning i spalten mellan pumphjul och omgivande pumphus. Det senare sker i praktiken genom att föroreningarna delas i kontakten mellan pumphjul med hög periferihastighet (10 - 25 m/s) och det stationära pumphuset. Denna sönderdelningsprocess kan underlättas genom att pumphuset förses med någon form av avrivare, skäranordning, urtag eller liknande.

F:\USER\FAS222\FAS1\R|\WORD\ANS\ARB21.DOCF:\USER\FAS222\FAS1\RI\WORD\ANS\ARBZ1 DOC 52 o 417 _ , 3 Olika former av urtag , avrivare etc finns tidigare beskrivna i SE-435952 och SE- 375831. Gemensamt för dessa är att de förutsätter att skoveln är placerad bakom en ansats. Detta medför en betydande prestandaförsämring jämfört med om en jämn kontur kan väljas från inlopp till pumphus på det sätt som normalt tillämpas vid konstruktion av högverkningsgradspumpar för icke förorenade vätskor. l SE- 435952 visas en utföringsform med en axiellt riktad slits bakom ovan nämnda ansats. Tanken är då att föroreningar skall matas ut mot spalten genom att skovelframkanterna utformats bakåtsvepta. Denna mycket allmänt beskrivna utföringsform är dock inte anpassad för att pumpa de grova föroreningar som förekommer i avloppsvatten. l SE-375831 beskrivs en lösning enligt den helt omvända principen att föroreningarna skall transporteras bort från spalten, dvs in mot centrum. Detta, i kombination med den tidigare nämnda ansatsen, omöjliggör en matning in i spalten.

Såsom tidigare nämnts är det en förutsättning att svepa skovlarnas framkanter kraftigt bakåt för att möjliggöra transport av avloppsvattnets föroreningar utåt och in i spalten vid periferien. Om detta ej lyckas inträffar mycket snabbt allvarliga driftstörningar. Pumphjul av detta slag beskrivs i SE-9704222-0 och SE-9704223-8.

När föroreningarna glider utåt och når spalten mellan hjul och pumphusvägg, finns emellertid risk för att de, särskilt om de är av grövre art, fastnar vid framkantens periferi eller bakas fast i spalten. l DE-614426 visas ett exempel på en anordning som är avsedd att lösa ovannämnda problem, utan hjälp av den tidigare nämnda ansatsen. Det är här fråga om en centrifugalpump med skarp omlänkning från det axiella inloppet till den radiella delen av strömningskanalen. Skovelframkantens spaltanslutning är här placerad nedströms denna omlänkning, i den radiella delen av kanalen. l nämnda skrift beskrivs en anordning som har ett kraftigt urtag framför skovelframkanten med en minskande höjd fram till en skärkniv, vilket följs av ett spiralformigt spår med rektangulärt tvärsnitt och skarpa hörn och som ökar i bredd F:\USER\FAS222\FAS1\RI\WORD\ANS\ARB21 DOCFI\USER\FÅS222\FAS1\RI\WORD\ANS\ARB21.DOC 520 417 L ~ I . . . 4 mot periferien. Dessutom anges att den grundläggande principen för denna typ av lösning bygger på att den utbytbara skäreggen skall sönderdela föroreningarna. Om denna skärfunktion skulle utebli, exvis för att kniven blivit slö, kan inte den minskande höjden fram till skärkniven få någon annan konsekvens än att föroreningarna pressas samman med risk för blockering där urtaget har sin minsta area, nämligen vid nämnda skärkniv.

Ovannämnda skrift beskriver sålunda en lösning som under vissa förutsättningar möjligen kan ge en självrensande förmåga, men som har andra betydande nackdelar i fråga om verkningsgrad, slitage och livslängd. Dessutom saknas redovisning av de betydelsefulla villkor som gäller för pumphusets framkanter för att det skall vara meningsfullt att försöka tillämpa denna anordning vid pumpning av orensat avloppsvatten.

Föreliggande uppfinning avser en anordning för pumpning av orensatt avloppsvatten som eliminerar de nackdelar som ovan beskriven känd teknik medför.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade figurer.

Fig 1 visar en tredimensionell vy av ett pumphus, fig 2 visar ett radiellt snitt av en schematiskt tecknad pump enligt uppfinningen, fig 3 visar en schematisk axiell vy mot pumphusytan och fig 4 ett cylindriskt snitt genom ett urtag i pumphusytan. l figurerna betecknar 1 ett centrifugalpumphus med cylindriskt inlopp 2. 3 betecknar ett pumphjul med cylindriskt centrumnav 4 och skovel 5. 6 betecknar skovelns framkant, 7 pumphusets vägg, 8 ett urtag i väggen, 9 hjulets rotationsriktning och z hjulets rotationsaxel. 10 och 11 betecknar spårets 8 kanter, 12 en yta i spåret, 13 spårets botten, 14 ett sluttande plan i spåret och h dess djup.

Det principiellt viktiga med uppfinningen är att den inte bygger på principen att föroreningarna skall sönderdelas med hjälp av skärorgan. I stället utnyttjas en betydligt mer robust konstruktion som matar föroreningarna mot periferien. Detta F:\USER\FAS222\FAS1\RI\WORD\ANS\ARB21.DOCF.\USER\FAS222\FAS1\RI\WORD\ANS\ARB21DOC 520 417 _ s innebär att livslängden förbättras avsevärt även vid pumpning av starkt slitande , = - . t v partiklar. Formen är även formstabil vid slitage och medför t o m en minskning av slitaget på pumphusväggen.

Uppfinningen avser en pump med en speciell typ av pumphjul 3 där hjulskovelns eller skovlarnas 5 framkanter 6 är belägna uppströms pumphuset, d v s i pumphusets cylindriska inlopp 2 och där skovelframkanterna ligger i ett plan huvudsakligen vinkelrätt mot hjulets rotationsaxel z.

Enligt uppfinningen anordnas ett eller flera urtag, spår 8, i pumphusets vägg, vilka sträcker sig över pumphjulets motstående yta 7, d v s från det huvudsakliga cylindriska inloppet 2 till den huvudsakliga axiella pumphusytan, med en nedan specificerad form. Spåret eller spåren 8 samverkar med skovelns eller skovlarnas 5 kanter så att en matning sker av föroreningarna i riktning mot pumputloppet.

För att säkerställa matningen genom pumpen, samtidigt som andra fördelar jämfört med andra alternativ uppnås, ges urtaget, spåret 8, en speciell form vad gäller dess geometri och dess svepning i omfångsled. l fig 4 visas formen av ett cylindriskt snitt genom urtaget som karakteriseras av en mjuk anslutning 10 till pumphusytan 7 vid den sida i omfångsled från vilken hjulet passerar. Spårets motstående sida 11 i nämnda cylindersnitt, utgörs av en mot pumphusväggen i huvudsak ortogonalt riktad yta 12, som kontinuerligt övergår i en i huvudsak elliptiskt formad botten 13, vilken har en kännetecknande storaxel som är minst två ggr djupet h. Denna rundning i botten av spåret är betydelsefull genom att slitande partiklar genom sekundärströmning kommer att transporteras bort från pumphusväggen 7 vilket innebär att slitaget på ytan reduceras väsentligt.

Mellan den mjuka anslutningen 10 till pumphusytan 7 och botten 13 av spåret gäller för denna i huvudsak linjära övergång 14 att vinkeln y mot pumphusytan skall ligga i intervallet 2-25 grader, där y definieras som: y = arctan (( Az / (r A6)) F'\USER\FAS222\FAS1\Rl\WORD\ANS\ARB21.DOCFI\USER\FAS222\FAS1\Rl\WORD\ANS\ARB21.DOC ...,t.. . .. .. 0 :w . ., , t - - . .. . . . . ,, ., där Az är axiell förskjutning och r A6 är den tangentiella utbredningen.

Fig 3 visar svepningsvinkeln ß för spåret 8 där: ß=arctan(\l(dr-dr+dz-dz) (r-d6)) där dr, dB och dz är infinitesimala förflyttningar längs kanten av urtaget.

Svepningsvinkeln ß skall enligt uppfinningen ligga i intervallet 10 - 45 grader i hela sin utsträckning för att bästa resultat skall uppnås.

Med hjälp av anordningen enligt uppfinningen uppnås en rad fördelar vid en jämförelse med hittills kända lösningar. Utöver den ovan beskrivna betydelsefulla matningsförmågan kan följande nämnas: Behovet av en speciell permanent eller utbytbar knivfunktion elimineras, eftersom den nämnda matningsfunktionen ej kräver detta.

Det svepta spåret 8 fungerar som en spalttätning som har en direkt verkningsgradshöjande effekt, eftersom läckaget i spalten reduceras.

Ett reducerat slitage av den rotationssymmetriska ytan vid sidan av spåret erhålls, eftersom de slitande partiklarna förmås att lämna området närmast ytan efter passagen genom urtaget. Härigenom bibehålls en god verkningsgrad även vid pumpning av avloppsvatten innehållande stora mängder slitande partiklar.

En lång funktionstid, livslängd, erhålls genom att slitande partiklar i det pumpade mediet ger ett slitage som bevarar den ursprungliga formen hos detaljerna, vilket innebär att funktionen bibehålls , även om en viss nötning äger rum.

Anordningen är anpassad till ett pumphjul med optimal form ur prestandasynpunkt, eftersom spåret 8 givits en sträckning som övergår från axiell till radiell riktning.

F'\USER\FAS222\FAS1\Rl\WORD\ANS\ARB21.DOCF:\USER\FAS222\FASl\Rl\WORD\ANS\ARB21.DOC

Claims (3)

520 417 ? Patentkrav

1. Pump av centrifugal-eller halvaxiell typ avsedd för pumpning av orensat avloppsvatten, innefattande ett pumphus (1) försett med ett cylindriskt inlopp (2) samt ett pumphjul (3) bestående av ett centrumnav (4) och en eller flera skovlar (5) vars framkanter (6) är bakåtsvepta och belägna i inloppsdelen (2) i ett plan huvudsakligen vinkelrätt mot hjulaxeln (z), varvid ett eller flera matande urtag, spår (8), är anordnade i pumphusets (1) vägg i en yta (7) motstående skovlarna (5), vilka spår från inlopp mot utlopp är svepta i omfångsled i hjulets rotationsriktning, kännetecknad därav, att ett cylindriskt snitt B-B genom spåret (8) har en mjuk anslutning till pumphusytan (7) vid den sida i omfångsled från vilken hjulet (3) passerar, med en vinkel (y) mellan spårsnittets lutande del (14) och pumphusytan (7) definierad som: y = arctan (( Az I (r - A9 )), där (y) antar värden i intervallet 2-25 grader.

2. Pump enligt krav 1, kännetecknad därav, att i ett godtyckligt cylindersnitt B-B genom spåret (8) beskrivs dess motstående sida (11) av en mot pumphusväggen (7) huvudsakligen ortogonalt riktad sida (12), som kontinuerligt övergår i en huvudsakligen elliptisk botten (13).

3. Pump enligt krav 2, kännetecknad därav, att storaxeln i den ellips som kännetecknar botten (13) är minst två ggr spårets djup (h). F'\USER\FAS222\FAS1\R|\WORD\ANS\ARB21.DOCFÄU 5ER\FAS222\FAS1\Rt\WORD\ANS\ARB21.DOC