WO2021028246A1 - Abstreifelement für laufradeintrittskanten von abwasserpumpen - Google Patents

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WO2021028246A1
WO2021028246A1 PCT/EP2020/071792 EP2020071792W WO2021028246A1 WO 2021028246 A1 WO2021028246 A1 WO 2021028246A1 EP 2020071792 W EP2020071792 W EP 2020071792W WO 2021028246 A1 WO2021028246 A1 WO 2021028246A1
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WO
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finger
impeller
rotation
angle
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/071792
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Jäger
Mateusz Kaminski
Enrico MÜLLER
Nicolas Petit
Original Assignee
KSB SE & Co. KGaA
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Priority to CA3149426A priority patent/CA3149426A1/en
Priority to BR112022002294A priority patent/BR112022002294A2/pt
Priority to AU2020327570A priority patent/AU2020327570A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
    • F04D29/708—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning specially for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2288—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for comminuting, mixing or separating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/04—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/04—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous
    • F04D7/045—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous with means for comminuting, mixing stirring or otherwise treating

Definitions

  • the invention relates to a sewage pump with a spiral housing with an inlet opening and an impeller with at least one blade, the leading edge assigned to the respective blade extending outwardly curved backwards from the impeller hub
  • Wastewater can contain different types of solids such as fibrous matter, the amount and structure of which can depend on the source of the sewage as well as the season. For example, plastics, hygiene articles, textiles, etc. are common in cities, while wear particles can be contained in industrial areas.
  • fibrous materials such as rags, cloths and the like, which stick to the leading edges of the blades and can wrap themselves around the impeller hub. Such incidents lead to frequent service intervals and a reduced efficiency of the pump.
  • the starting point for the invention is a sewage pump for pumping solid-laden sewage.
  • the sewage pump consists of an impeller with at least one backward-curved impeller blade.
  • the impeller is non-rotatably connected to a rotating shaft and sits in a spiral pump housing with an inlet opening.
  • the inlet opening can be axially aligned and / or cylindrical.
  • the leading edge of the at least one impeller blade extends radially outward from the impeller hub with the aforementioned backward curved blade shape.
  • a finger is firmly connected to the pump housing on the inner wall of the inlet opening. In the transition area of the finger to the inner wall of the inlet port includes a groove to "formed in the suction side wall of the pump housing and extends in the radial and tangential directions in the pump housing wall to the outside.
  • the finger extends radially inward from the inlet inner wall toward the axis of rotation of the impeller.
  • An upper finger surface facing the leading edge runs at a defined distance from the leading edge and essentially parallel to the leading edge, so that the desired wiping effect results from the upper finger surface facing the leading edge or the lateral contact surface of the finger.
  • the interaction of the backward curved leading edge and the fingers facilitates the removal of solids stuck on the leading edge of the impeller.
  • the deposited solids are fed into the groove and conveyed by the rotational movement of the impeller » so that they reach the area of the housing pressure connection via the groove.
  • the impeller and the finger are specially matched to one another for this task.
  • the impeller leading edge to the vertical projection surface of the axis of rotation of the impeller at an angle ⁇ of 5 ° to 75 °. is. This has the effect that, in addition to the rotational movement and the resulting radial force, an axial component also comes into play on the solids in order to scrape off the solids. This optimizes the removal of the stripped solids through the groove.
  • the angle ⁇ can preferably be in a value range between 10 ° to 45 °.
  • the upper finger surface of the finger can also be inclined to the same extent by the angle ⁇ with respect to the vertical projection surface.
  • the upper finger surface and the entry edge do not necessarily have to run exactly parallel, so that deviating angles a to the projection surface are also conceivable here, in particular, it can be provided that the upper finger surface is not made planar, but instead is curved, so that a varying Angle ⁇ for the finger surface and consequently also a varying distance between the leading edge and the upper finger surface can result.
  • the upper finger surface can preferably provide a curvature both in the radial and in the tangential direction. Ideally, the upper finger surface has a cone-like curvature in the radial and tangential directions.
  • the sewage pump can be operated dry or submerged in the pumping medium in any orientation.
  • the volute casing of the pump has a spur and a pressure port.
  • the pump housing can have a separate housing insert in the area of the inlet opening, such as, for example, a suction cover or a wear wall, into which the aforementioned groove can be introduced or the finger can be attached to it.
  • the leading edge of the at least one blade moves at an angle ß to the lateral contact surface of the finger past the upper finger surface.
  • this angle ⁇ should be around 90 ° in order to achieve an optimal wiping effect.
  • the angle! Increase ß in the radial direction outwards.
  • the angle ß should also increase.
  • the radius r suction corresponds to the radius of the cylindrical inlet opening of the housing.
  • the angle can vary essentially uniformly between the aforementioned support points; ideally, the angle between the support points should increase steadily.
  • the upper finger surface of the finger has a distance of 0.05 to 3 mm from the leading edge of the blade, at least in some areas. This ensures that the solids are optimally stripped off the impeller leading edge. If the distance chosen is too large, there is a risk that small solids and fibers will not be caught by the scraper finger.
  • the lateral contact surface of the finger or a tangent to the contact surface in relation to the tangential course of the groove should have a (tangential) angle d with a value between 120 ° and 180 °, preferably between 140 ° and 180 ° and particularly preferably a value have between 160 ° and 180 °.
  • the rule here is that with increasing angle d, the removal of the stripped solids into the groove is made easier. An angle d of 180 ° would be ideal.
  • the finger In order to influence the flow in the inlet of the impeller as little as possible, the finger should have a flow-favorable shape. Good properties are achieved if the finger is designed as a three-surface pyramid with curved side surfaces.
  • the front surface ie the contact surface of the finger
  • the rear surface of the finger is less critical and, if necessary, can also be more inclined to the parallel.
  • the rear surface is designed to be doubly curved, in particular designed to be doubly curved in different directions. This also reduces the area of the finger that influences the flow.
  • the orientation and the specific arrangement of the finger within the inlet are decisive for the efficiency of the wiping action.
  • the position of the finger relative to the spur of the spiral housing and consequently to the pressure port is relevant. It is advantageous if the finger is arranged in the vicinity of the spur, preferably after the spur in the direction of rotation. Such an arrangement has a further advantage, particularly in the case of horizontally standing pumps. Solids such as stones can possibly collect in the lower part of the pump housing or impeller. By arranging the finger 30 in the vicinity of the spur, the latter is positioned outside this danger point.
  • the exact position of the finger can be determined by the angle f, for example.
  • the angle f corresponds to the wrap angle which is defined by the angle of intersection between the vertical and a tangent of the contact surface of the finger that intersects the axis of rotation of the impeller, the tangent preferably being defined by the point of contact that is farthest away from the axis of rotation in the radial direction. handle surface runs.
  • Possible angular values of the angle f are 0 ° to 45 °, preferably between 15 ° to 35 ° and ideally between 20 ° and 30 °.
  • the selected finger length corresponds to at least 30% of the total radius r sa micrograms of the cylindrical inlet opening, preferably at least 50% and ideally between 70% to 80%.
  • the finger provides at least one section designed as a cutting edge, in particular on the side of the front attachment Gripping surface of the finger, the cutting edge however extending perpendicular to the stripping edge, ie parallel to the axis of rotation.
  • the cutting edge is preferably provided in the transition area of the finger to the fastening element of the finger. More . Advantages and properties of the invention result from the exemplary embodiment shown in the figures. Show it:
  • FIG. 1 a perspective view of the sewage pump according to the invention with the pump housing open
  • Figure 2 a vertical section through the sewage pump according to the invention
  • Figure 3a, 3b a detailed view of the housing insert with scraper finger for the waste water pump according to the invention
  • FIG. 4 a detailed view of the impeller of the wastewater pump according to the invention
  • FIGS. 5a to 5d Detailed views of the stripping finger of the wastewater pump according to the invention
  • FIG. 6 a suction-side view of the housing insert of the wastewater pump according to the invention with an inserted impeller.
  • FIG. 7a, 7b sectional views along the axis of rotation R through the housing insert including the impeller according to FIG.
  • FIG. 8 a detailed view of the scraper finger together with the groove according to FIGS. 6 and
  • FIG. 9 a diagram of the normalized radius (rr suction ) versus the angle ⁇ .
  • FIG. 1 shows an exploded view of the wastewater pump 1 according to the invention. This consists of a spiral housing 10, a housing insert on the suction side in the form of a wear wall 12 and the impeller 20 rotating about the axis of rotation R. The direction of rotation is identified by the reference number 2.
  • the impeller 20, shown in detail in FIG. 4, comprises two backward curved blades 21a, 21b, through which the conveying medium is sucked in via the cylindrical inlet opening 15 of the wear wall 12 and conveyed via the conveying chamber 16 of the spiral housing 10 to the pressure port 13 and via this is given.
  • the wastewater to be pumped can be mixed with a large number of different solids, for example fibrous materials that can adhere to certain parts of the pump while the pump is in operation.
  • the scraper finger 30 according to the invention is provided, which is fastened to the cylindrical inner wall of the inlet 15 and extends in the direction of the axis of rotation R.
  • the exemplary embodiment shown in the figures has a separate wear wall 12, but for the implementation of the invention the wear wall 12 could just as well be dispensed with and the finger 30 attached directly to the housing wall in the area of the suction mouth .
  • the design and functioning of the finger 30 will be discussed in greater detail later; first, the construction of the impeller 20 will be described.
  • the course of the leading edges 23 of the blades 21a, 21b shown in FIG. 4 is characteristic of the impeller 20. These begin directly at the impeller hub 22, in particular at the level of the upper, free hub end and extend radially outward, curved backwards .
  • the end faces of the blades 21a, 21b which are directed towards the suction cover and which extend through the inlet 15 are referred to as inlet edges 23.
  • leading edges 23 are also aligned at a defined angle ⁇ to the perpendicular projection surface of the axis of rotation R.
  • FIGS. 7a, 7b show a sectional view through the impeller 20 and the corresponding wear wall 12.
  • the angle a is drawn in here the leading edge 23 of the impeller 20 with respect to the horizontal, which corresponds to a projection surface perpendicular to the axis of rotation R in the chosen form of representation.
  • the selected inclination makes it possible, in addition to the radial force, to apply an additional axial force component to the conveying medium, which optimizes the release of the solids contained therein, which have been captured and stripped off by the finger 30.
  • the angle a should be in the range between 5 ° and 75 ° or 10 ° to 45 °. In the exemplary embodiment shown here, an angle of inclination ⁇ of approximately 25 ° is assumed (see FIGS. 7a, 7b).
  • the scraper finger 30 is mounted on the inner wall of the inlet 15 of the wear wall and extends in the direction of the axis of rotation R.
  • the length of the scraper finger 30 should be at least 30%, preferably at least 50% or at best approx. 70% to 80% of the length Radius of the cylindrical inlet 15, which is hereinafter referred to as rsaug.
  • the finger 30 is shaped like a pyramid with a total of three side surfaces 33, 35a, 35b and the base surface resting on the inner wall of the inlet 15, The upper finger surface 33 facing the leading edges 23 of the impeller 20
  • the other side surfaces ie the lateral contact surface 35a as well as the rear side surface 35b, also have corresponding curvatures, the rear side surface 35b even providing a double curvature in different directions. Compare in particular FIG. 5c.
  • the front contact surface 35a of the Finger 30 inclined at an angle g of 0 ° to 30 ° to the axis of rotation R.
  • the angle g to a parallel line P1 of the axis of rotation R is drawn.
  • the rear surface 35b of the finger 30 is less critical and can be inclined at an angle e with respect to the axis of rotation R or the parallel line P2 to the axis of rotation R of 0 ° by 50 °.
  • the surface 35c can be rounded tangential to the adjoining surfaces 35a » 35b. When this angle definition is taken into account, it is very difficult for solids to adhere to the finger 30.
  • Impeller 20 When the impeller 20 rotates about the axis of rotation R in direction 2, the entry edges 23 of the impeller 20 run towards the lateral contact surface 35 a and then move past the opposite finger surface 33.
  • the transition edge between the lateral contact surface 35a and the upper surface 33 forms the so-called wiping edge, through which solids deposited on the leading edges are wiped off and, due to the radial and axial speed of the conveying medium, are released into the spiral-shaped groove 11, via which they ultimately arrive Impeller 20 can be ejected past through the delivery chamber 16 to the pressure port 13.
  • the distance between the leading edge 23 and the surface 33 or the wiping edge of the wiping finger 30 should be in a range between 0.05 to 3 mm, this distance being able to vary in the radial direction, but should remain within the aforementioned value interval if possible. If the distance chosen is too large, there is the risk that small solids cannot be picked up by the scraper finger 30, whereas a distance chosen too small increases the risk of the scraper finger 30 and the entry edge 23 running into it.
  • the relative position of the stripping finger 30 to the spur 17 of the spiral housing 10 also influences the delivery of the stripped solids to the pressure nozzle 13.
  • the stripping finger 30, as in the sectional view 2, in the direction of rotation 2, ie clockwise in the illustration of FIG. 2, lies directly behind the spur 17. Solids such as stones can possibly collect in the lower part of the pump housing or impeller.
  • the relative position of the stripping finger 30 to the spur 17 can be defined by the angle f shown in FIG. 2.
  • the angle cp corresponds to the wrap angle, which is defined by the angle of intersection between the perpendicular and the straight line G1.
  • the straight line G1 is perpendicular to the axis of rotation R and runs through the point of the lateral contact surface 35a of the scraper finger 30 furthest in the radial direction from the axis of rotation R.
  • Recommended values for the angle f are in the range between 0 ° to 45 °, with a Has turned out angles of 20 ° to 30 ° to be particularly advantageous.
  • the leading edge 23 of the blades 21a, 21b moves past the upper surface 33.
  • the tangent at the lowest point of the upper surface 33 (point of the smallest distance to the leading edge 23) forms the angle ⁇ with the tangent of the leading edge.
  • the angle ⁇ should be approximately 90 °.
  • the angle ⁇ can also increase as the radius r increases, starting from the impeller hub 22. This means that as the radius r increases, the angle ⁇ also increases.
  • the normalized radius (r- rsaug), where rsaug represents the radius of the inlet 15, can be used to assume the course shown in FIG.
  • the angle ⁇ near the center of the impeller 20 can be between 50 ° and 120 ° and at the outer edge is between 85 ° and 160 °.
  • the angle course can be freely selected within this range, but ideally a steadily increasing angle ⁇ should be selected.
  • the lateral contact surface 35a of the finger 30 should also assume an angle d between 180 ° to 120 ° in relation to the tangential course of the groove 11. This angle d is illustrated in FIG. 3 and has the value there approximately 165 °.
  • the finger 30 can be designed with a cutting edge 32 which extends perpendicular to the surface 33 of the finger in the area of the transition to the fastening element 31. Accordingly, the cutting edge runs almost parallel to the axis of rotation R.
  • the stripping finger 30 can be detachably connected to the wear wall 12 or the housing 10, whereby it must be ensured that the fastening element 31 does not protrude into the inlet 15 in order to avoid any influence on the flow properties within the pump.
  • FIG. 9 shows the angular profile ⁇ between the running leading edge 23 of the running wheel 20 and the finger 30.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abwasserpumpe zur Förderung von feststoffbeladenem Abwasser mit einem Spiralgehäuse mit einer Einlassöffnung, einem Laufrad mit wenigstens einer Schaufel, wobei die der jeweiligen Schaufel zugeordnete Eintrittskante von der Laufradnabe rückwärtsgekrümmt nach außen verläuft, und wenigstens einem Finger zum Abstreifen von Verschmutzungen von der Eintrittskante, wobei der Finger an der Einlassinnenwand angeordnet ist und sich in Richtung der Drehachse R des Laufrades erstreckt, und wobei wenigstens eine, in einer saugseitigen Innenwand des Gehäuses eingebrachte Nut vorgesehen ist, und die Eintrittskante des Laufrades und die der Eintrittskante zugewandte obere Fingerfläche einen Winkel α zur senkrechten Projektionsfläche der Drehachse R von 5° bis 75° aufweisen.

Description

Beschreibung
Abstreifelement für Laufradeintrittskanten von Abwasserpumpen
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Die Erfindung betrifft eine Abwasserpumpe mit einem Spiralgehäuse mit einer Einlass- öffnung und einem Laufrad mit wenigstens einer Schaufel, wobei die der jeweiligen Schaufel zugeordnete Eintrittskante von der Laufradnabe rückwärtsgekrümmt nach au- ßen verläuft
Abwasser kann verschiedene Arten von Feststoffen wie Faserstoffen enthalten, deren Menge und Struktur von der Abwasserqueile als auch von der Jahreszeit abhängen kann. Bspw. sind in Städten Kunststoffe, Hygieneartikel, Textilien usw. üblich, während in Industriegebieten Verschleißpartikel enthalten sein können. Erfahrungsgemäß entste- hen die größten Probleme bei Abwasserpumpen durch Faserstoffe wie Lappen, Tücher und dergleichen, die sich an den Eintrittskanten der Schaufeln festsetzen und sich um die Laufradnabe wickeln können. Solche Vorfälle führen zu häufigen Serviceintervallen und einem verminderten Wirkungsgrad der Pumpe.
Es existieren bereits diverse Lösungsansätze, die sich Schneidwerkzeugen oder auch Abstreifwerkzeugen bedienen, um die an den Eintrittskanten festgesetzten Schadstoffe im Pumpenbetrieb entfernen zu können. Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel bestehende Lösungen zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Abwasserpumpe gemäß den Merkmalen des An- spruchs 1 , Vorteilhafte Ausführungen der Abwasserpumpe sind Gegenstand der abhän- gigen Ansprüche.
Ausgangsbasis für die Erfindung ist eine Abwasserpumpe zur Förderung von feststoff- beladenem Abwasser. Die Abwasserpumpe besteht aus einem Laufrad mit wenigstens einer rückwärtsgekrümmten Laufradschaufel. Das Laufrad ist mit einer rotierenden Welle drehfest verbunden und sitzt in einem spiralförmigen Pumpengehäuse mit einer Einlassöffnung. Die Einlassöffnung kann axial ausgerichtet und/oder zylindrisch sein.
Die Eintrittskante der wenigstens einen Laufradschaufel erstreckt sich von der Laufrad- nabe mit der angesprochenen rückwärtsgekrümmten Schaufelform radial nach außen. An der Innenwand der Einlassöffnung ist ein Finger fest mit dem Pumpengehäuse ver- bunden. Im Bereich des Übergangs des Fingers zur Innenwand der Einlassöffnung schließt sich eine Nut an» die in der saugseitigen Seitenwand des Pumpengehäuses ausgebildet ist und in radialer und tangentialer Richtung in der Pumpengehäusewand nach außen verläuft.
Der Finger erstreckt sich von der Einlassinnenwand radial nach innen in Richtung der Drehachse des Laufrades. Eine der Eintrittskante zugewandte obere Fingerfläche ver- läuft mit definiertem Abstand zur Eintrittskante und im Wesentlichen parallel zur Ein- trittskante, so dass sich durch die der Eintrittskante zugewandte obere Fingerfläche bzw. die seitliche Angriffsfläche des Fingers die gewünschte Abstreifwirkung ergibt. Das Zusammenspiel von rückwärts gekrümmter Eintrittskante und Finger begünstigt das Entfernen von auf der Laufradeintrittskante festgesetzten Feststoffen. Mit Hilfe des Fin- gers werden die abgelagerten Feststoffe der Nut zugeführt und durch die Rotationsbe- wegung des Laufrades mitgefördert» so dass diese über die Nut direkt in den Bereich des Gehäusedruckstutzen gelangen. Das Laufrad und der Finger sind für diese Auf- gabe speziell aufeinander abgestimmt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Laufradeintrittskante zur senkrechten Projektionsfläche der Drehachse des Laufrades in einem Winkel a von 5° bis 75° ange- stellt ist. Dies bewirkt, dass zum Abstreifen der Feststoffe neben der Rotationsbewe- gung und resultierenden Radialkraft zusätzlich eine axiale Komponente auf die Fest- stoffe zum Tragen kommt. Dadurch wird das Abfördern der abgestreiften Feststoffe durch die Nut optimiert. Bevorzugt kann der Winkel a in einem Wertebereich zwischen 10° bis 45° liegen.
In nahezu gleichem Maße kann auch die obere Fingerfläche des Fingers gegenüber der senkrechten Projektionsfläche um den Winkel a geneigt sein. Die obere Fingerfläche und die Eintriftskante müssen jedoch nicht zwingend exakt parallel verlaufen, so dass hier auch abweichende Winkel a zur Projektionsfläche vorstellbar sind insbesondere kann vorgesehen sein, dass die obere Fingerfläche nicht planar ausgeführt ist, sondern stattdessen gekrümmt ist, so dass sich hier ein variierender Winkel a für die Fingerflä- che und demzufolge auch ein variierender Abstand zwischen Eintrittskante und oberer Fingerfläche ergeben kann. Bevorzugt kann die obere Fingerfläche sowohl in Radial- als auch in Tangentialrichtung eine Krümmung vorsehen. Idealerweise weist die obere Fingerfläche eine kegelartige Krümmung in Radial- und Tangentialrichtung auf.
Die Abwasserpumpe kann sowohl trocken als auch im Fördermedium untergetaucht in beliebiger Ausrichtung betrieben werden. Das Spiralgehäuse der Pumpe weist einen Sporn sowie einen Druckstutzen auf. Ferner kann das Pumpengehäuse im Bereich der Einlassöffnung einen separaten Gehäuseeinsatz, wie bspw. einen Saugdeckel oder eine Schleißwand aufweisen, in den die vorgenannte Nut eingebracht bzw. an diesem der Finger angebracht sein kann Während des Pumpenbetriebs bewegt sich die Eintrittskante der wenigstens einen Schaufel im Winkel ß zur seitlichen Angriffsfläche des Fingers an der oberen Fingerflä- che vorbei. Idealerweise sollte dieser Winkel ß bei etwa 90° liegen, um eine optimale Abstreifwirkung zu erzielen. Um die Gefahren des Festklemmens von Feststoffen zwi- schen Laufradeintrittskante und Finger zu reduzieren, sollte sich der Winke! ß in Radial- richtung nach außen vergrößern. Dies bedeutet, dass bei größer werdendem Radius {ausgehend von der Laufradnabe) auch der Winkel ß zunehmen sollte. Vorstellbar sind hier Winkelwerte in Radialrichtung bei r/rSaug=012, d.h. im Bereich nahe der Laufrad- nabe, zwischen 50° bis 120° und bei r/rSaug =1 zwischen 85° bis 160 °. Der Radius rSaug entspricht dem Radius der zylindrischen Einlassöffnung des Gehäuses. Zwischen den vorgenannten Stützpunkten kann der Winkel im Wesentlichen gleichmäßig variieren, idealerweise sollte der Winkel zwischen den Stützpunkten stetig ansteigen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die obere Fingerfläche des Fingers zur Eintrittskante der Schaufel zumindest bereichsweise einen Abstand von 0.05 bis 3mm aufweist. Hier- durch wird ein optimales Abstreifen der Feststoffe von der Laufradeintrittskante gewähr- leistet. Ein zu groß gewählter Abstand birgt die Gefahr, dass kleine Feststoffe und Fa- sern nicht vom Abstreiffinger erfasst werden.
Sinnvollerweise sollte die seitliche Angriffsfläche des Fingers bzw. eine Tangente zur Angriffsfläche im Verhältnis zum tangentialen Verlauf der Nut einen (tangentialen) Win- kel d mit einem Wert zwischen 120° und 180°, bevorzugt zwischen 140° und 180° und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 160° und 180° aufweisen. Dabei gilt, dass mit zunehmenden Winkel d das Abführen der abgestreiften Feststoffe in die Nut erleich- tert wird. Ideal wäre ein Winkel d von 180°. Um die Strömung im Einlass des Laufrades möglichst wenig zu beeinflussen, sollte der Finger eine strömungsgünstige Form aufweisen. Gute Eigenschaften stellen sich ein, wenn der Finger als dreiflächige Pyramide mit gekrümmten Seitenflächen ausgebildet ist. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Abstreiffunktion und gegebenenfalls zur Er- zielung einer optionalen Schneidwirkung ist es vorteilhaft, wenn die vordere Fläche, d.h. die Angriffsfläche des Fingers in einen Winkel g von 0° bis 30° gegenüber einer Paralle- len der Drehachse des Laufrades angestelit ist. Die hintere Fläche des Fingers ist weni- ger kritisch und kann gegebenenfalls auch stärker zur Parallelen geneigt sein. Hier empfiehlt sich ein Winkel e der hinteren Fläche des Fingers zur Parallelen der Dreh- achse des Laufrades zwischen 0° bis 50°. Aufgrund der gekrümmten Seitenflächen des Fingers in Verbindung mit den vorgenann- ten definierten Winkelbereichen können sich Feststoffe nur sehr schwer auf der Finger- oberfläche festsetzen. Idealerweise ist die hintere Fläche doppelt gekrümmt ausgestal- tet, insbesondere doppelt in unterschiedliche Richtungen gekrümmt ausgebildet. Dies reduziert zusätzlich die strömungsbeeinflussende Fläche des Fingers.
Die Ausrichtung und die konkrete Anordnung des Fingers innerhalb des Einlasses sind entscheidend für die Effizienz der Abstreifwirkung. Relevant ist in diesem Zusammen- hang die Relativlage des Fingers zum Sporn des Spiralgehäuses und demzufolge zum Druckstutzen. Von Vorteil ist es, wenn der Finger in der Nähe des Sporns angeordnet ist, vorzugsweise in Drehrichtung nach dem Sporn liegt. Ein solche Anordnung hat ins- besondere bei horizontal stehenden Pumpen einen weiteren Vorteil. Festkörper, wie Steine, können sich gegebenenfalls im unteren Teil des Pumpengehäuses bzw. Laufra- des ansammeln. Durch Anordnung des Fingers 30 in der Umgebung des Sporns wird dieser außerhalb dieser Gefahrenstelle positioniert.
Die exakte Position des Fingers lässt sich beispielsweise durch den Winkel f festlegen. Der Winkel f entspricht dem Umschlingungswinkel, der sich durch den Schnittwinkel zwischen der Senkrechten und einer die Drehachse des Laufrades schneidenden Tan- gente der Angriffsfläche des Fingers definiert, wobei die Tangente vorzugsweise durch den in Radialrichtung von der Drehachse am weitesten weg gelegenen Punkt der An- griffsfläche verläuft. Mögliche Winkelwerte des Winkels f liegen 0° bis 45°, bevorzugt zwischen 15° bis 35° und idealerweise zwischen 20° und 30°. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Abwasserpumpe entspricht die gewählte Fingerlänge mindestens 30% des Gesamtradius rsaug der zylindrischen Einlassöffnung, bevorzugt mindestens 50% und idealerweise zwischen 70% bis 80%.
Optional kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Finger wenigstens eine als Schneid- kante ausgeführten Abschnitt vorsieht, insbesondere auf der Seite der vorderen An- griffsfläche des Fingers, wobei sich die Schneidkante jedoch senkrecht zur Abstreif- kante, d.h parallel zur Drehachse erstreckt. Bevorzugt ist die Schneidkante im Über- gangsbereich des Fingers zum Befestigungselement des Fingers vorgesehen. Weitere. Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Figur 1; eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Abwasserpumpe mit geöffnetem Pumpengehäuse,
Figur 2: ein Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Abwasserpumpe,
Figur 3a,3b: eine Detailansicht des Gehäuseeinsatzes mit Abstreiffinger für die er- findungsgemäße Abwasserpumpe
Figur 4: eine Detailansicht des Laufrades der erfindungsgemäßen Abwasser- pumpe,
Figur 5a bis 5d: Detailansichten des Abtreiffingers der erfindungsgemäßen Abwasser- pumpe
Figur 6: eine saugseitige Ansicht auf den Gehäuseeinsatz der erfindungsge- mäßen Abwasserpumpe mit eingesetztem Laufrad Figur 7a, 7b: Schnittansichten entlang der Drehachse R durch den Gehäuseeinsatz samt Laufrad gemäß Figur 6
Figur 8: eine Detailansicht des Abstreiffingers nebst Nut gemäß der Figur 6 und
Figur 9: eine Diagrammdarstellung des normalisierten Radius (r-rSaug) gegen- über dem Winkel ß. Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgennäßen Abwasserpumpe 1 Diese besteht aus einem Spiralgehäuse 10, einem saugseitigen Gehäuseeinsatz in Form einer Schleißwand 12 und dem um die Drehachse R rotierenden Laufrad 20. Die Laufrichtung ist mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Das Laufrad 20, in De- tailaufnahme der Figur 4 zu entnehmen, umfasst zwei rückwärts gekrümmte Schaufeln 21a, 21b, durch die das Fördermedium über die zylindrische Einlassöffnung 15 der Schleißwand 12 angesaugt und über den Förderraum 16 des Spiralgehäuses 10 zum Druckstutzen 13 gefördert und über diesen abgegeben wird. Das zu fördernde Abwasser kann mit einer Vielzahl unterschiedlicher Feststoffe versetzt sein, beispielsweise Faserstoffe, die sich während des Pumpenbetriebs an gewissen Teilen der Pumpe festsetzen können. Aus diesem Grund ist der erfindungsgemäße Ab- streiffinger 30 vorgesehen, der an der zylindrischen Innenwandung des Einlasses 15 befestigt ist und sich in Richtung der Drehachse R erstreckt. Das in den Figuren ge- zeigte Ausführungsbeispiel besitzt zwar eine separate Schleißwand 12, für die Umset- zung der Erfindung könnte jedoch genauso gut auf die Schleißwand 12 verzichtet wer- den und der Finger 30 unmittelbar an der Gehäusewandung im Bereich des Saugmun- des angebracht werden. Auf die Ausgestaltung und Funktionsweise des Fingers 30 soll später noch näher eingegangen werden, zunächst soll die Konstruktion des Laufrades 20 beschrieben werden.
Charakteristisch für das Laufrad 20 ist der Verlauf der in Fig. 4 gezeigten Eintrittskanten 23 der Schaufeln 21a, 21b, Diese beginnen unmittelbar an der Laufradnabe 22, insbe- sondere auf Höhe des oberen, freien Nabenendes und erstrecken sich rückwärts ge- krümmt radial nach aussen. Als Eintrittskanten 23 werden die zum Saudeckel gerichte- ten Stirnflächen der Schaufeln 21a, 21b bezeichnet, die sich durch den Einlass 15 er- strecken.
Diese Eintrittskanten 23 sind ferner in einem definierten Winkel a zur senkrechten Pro- jektionsfläche der Drehachse R ausgerichtet. Zur Verdeutlichung des gewählten Win- kels sei auf die Figuren 7a, 7b verwiesen, die eine Schnittdarstellung durch das Laufrad 20 und die entsprechende Schleißwand 12 zeigen. Eingezeichnet ist hier der Winkel a der Eintrittskante 23 des Laufrades 20 gegenüber der Horizontalen, die in der gewähl- ten Darstellungsform einer senkrechten Projektionsfläche zur Drehachse R entspricht. Die gewählte Neigung ermöglicht es, neben der Radialkraft ergänzend eine axiale Kraft- komponente auf das Fördermedium aufzubringen, was die Abgabe darin enthaltener Feststoffe, die durch den Finger 30 erfasst und abgestreift wurden, optimiert, Deren Ab- gabe erfolgt über eine speziell dafür vorgesehene spiralförmige Nut 11 innerhalb der saugseitigen Schleißwand 12. Idealerweise sollte der Winkel a im Bereich zwischen 5° und 75° bzw. 10° bis 45° liegen. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird von einem Neigungswinkel a von etwa 25° ausgegangen (s. Figur 7a, 7b).
Um die Abstreifwirkung des Fingers 30 zu optimieren, muss dessen Form und Lage in- nerhalb des Einlasses 15 an die konkrete Laufrad- und Gehäusekonstruktion angepasst werden. Der Abstreiffinger 30 wird an der Innenwandung des Einlasses 15 der Schleiß- wand montiert und erstreckt sich in Richtung der Drehachse R. Die Länge des Ab- streiffingers 30 sollte mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50% bzw bestenfalls ca. 70% bis 80% des Radius des zylindrischen Einlasses 15 betragen, der nachfolgend als rsaug bezeichnet wird.
Um die Strömung im Einlass 15 zum Laufrad 20 möglichst wenig durch den Abstreiffin- ger 30 zu beeinflussen, ist der Finger 30 pyramidenartig geformt mit insgesamt drei Sei- tenflächen 33, 35a, 35b und der an der Innenwand des Einlass 15 anliegenden Grund- fläche, Die obere, den Eintrittskanten 23 des Laufrades 20 zugewandte Fingerfläche 33
Ist hierbei nicht planar, sondern mit einer durchgehenden Krümmung versehen, dies so- wohl in Fingerlängsrichtung (Radialrichtung KR siehe Fig. 5b) als auch in Querrichtung (Tangentialrichtung KT siehe Figur 8). In Summe ergibt sich hier eine Art Kegelfläche 33.
Auch die übrigen Seitenflächen, d.h. die seitliche Angriffsfläche 35a als auch die hintere Seitenfläche 35b weisen entsprechende Krümmungen auf, wobei die hintere Seitenflä- che 35b sogar eine doppelte Krümmung in unterschiedliche Richtungen vorsieht. Ver- gleiche hierzu insbesondere Fig. 5c. Zur Erfüllung der Funktion des Abstreifens von Feststoffen und des Zerschneidens von Fasern ist die vordere Angriffsfläche 35a des Fingers 30 in einem Winkel g von 0° bis 30° zur Drehachse R geneigt. In der Fig. 8 ist der Winkel g zu einer Parallelen P1 der Drehachse R eingezeichnet. Die hintere Fläche 35b des Fingers 30 ist weniger kritisch und kann mit einem Winkel e gegenüber der Drehachse R bzw. der Parallelen P2 zur Drehachse R von 0° von 50° geneigt sein. Des Weiteren kann die Fläche 35c tangential zu den angrenzenden Flächen 35a» 35b ver- rundet sein. Bei Berücksichtigung dieser Winkeldefinition können sich nur sehr schwer Feststoffe auf dem Finger 30 festsetzen.
Bei der Rotation des Laufrades 20 um die Drehachse R in Richtung 2 laufen die Ein- trittskanten 23 des Laufrades 20 auf die seitliche Angriffsfläche 35a zu und bewegen sich dann an der gegenüberliegenden Fingerfläche 33 vorbei. Die Übergangskante zwi- schen seitlicher Angriffsfläche 35a und oberen Fläche 33 bildet die sogenannte Abstreif- kante, durch diese auf den Eintrittskanten abgesetzte Feststoffe abgestreift werden und aufgrund der Radial- und Axialgeschwindigkeit des Fördermediums in die spiralförmige Nut 11 abgegeben werden, über diese sie letztendlich am Laufrad 20 vorbei durch den Förderraum 16 zum Druckstutzen 13 ausgestoßen werden.
Der Abstand zwischen der Eintrittskante 23 und der Fläche 33 bzw. der Abstreifkante des Abstreiffingers 30 sollte in einem Bereich zwischen 0,05 bis 3mm liegen, wobei die- ser Abstand in Radialrichtung variieren kann, jedoch möglichst innerhalb des vorge- nannten Werteintervalls bleiben sollte. Ein zu groß gewählter Abstand birgt die Gefahr, dass kleine Feststoffe nicht vom Abstreiffinger 30 erfasst werden können, wohingegen ein zu klein gewählter Abstand das Risiko eines Anlaufens von Abstreiffinger 30 und Eintriftskante 23 erhöht.
Da wie eingangs erläutert die Eintrittskante 23 des Laufrades 20 in einem Winkel a ge- neigt zur senkrechten Projektionsfläche der Drehachse R liegt» sollte auch der Finger 30 bzw. die obere Fläche 33 oder zumindest die Abstreifkante eine entsprechende Nei- gung um den Winkel a aufweisen. Erkennbar ist dies auch in Figur 7b. Die Neigungs- winke! von Eintrittskante 23 und Fläche 33 müssen jedoch nicht zwingend exakt iden- tisch sein, sondern können auch geringfügige Differenzen zeigen. Trotz dieser Winkel- differenzen sollte jedoch der zuvor definierte Abstandswert innerhalb des gewünschten
Wertebereichs liegen. Die relative Position des Abstreiffingers 30 zum Sporn 17 des Spiralgehäuses 10 beein- flusst zudem die Abgabe der abgestreiften Feststoffe an den Drucksfutzen 13. Insbe- sondere bei einer horizontal aufgestellten Pumpe ist es von Vorteil, wenn der Ab- streiffinger 30, wie in der Schnittdarstellung der Fig. 2 gezeigt, in Drehrichtung 2, d.h. in der Darstellung der Fig. 2 im Uhrzeigersinn, unmittelbar hinter dem Sporn 17 liegt. Fest- körper, wie Steine, können sich gegebenenfalls im unteren Teil des Pumpengehäuses bzw. Laufrades ansammeln. Durch Anordnung des Abstreiffingers 30 in der Umgebung des Sporns wird dieser ausserhalb dieser Gefahrenstelle positioniert.
Die Relativposition des Abtreiffingers 30 zum Sporn 17 lässt sich durch den in Fig. 2 eingezeichneten Winkel f definieren. Der Winkel cp entspricht dem Umschlingungswin- kel, der sich durch den Schnittwinkel zwischen der Senkrechten und der Geraden G1 definiert. Die Gerade G1 steht senkrecht auf der Drehachse R und verläuft durch den in Radialrichtung von der Drehachse R entferntesten Punkt der seitlichen Angriffsfläche 35a des Abstreiffingers 30. Empfohlene Werte für den Winkel f liegen im Bereich zwi- sehen 0° bis 45°, wobei sich ein Winkel von 20°bis 30° als besonders vorteilhaft heraus- gestellt hat.
Während des Pumpenbetriebs bewegt sich die Eintrittskante 23 der Schaufeln 21a, 21b an der oberen Fläche 33 vorbei. Die Tangente am tiefsten Punkt der oberen Fläche 33 (Punkt des geringersten Abstands zur Eintrittskante 23) bildet mit der Tangente der Ein- trittskante den Winkel ß. Zur optimalen Arbeitsweise des Fingers 30 sollte der Winkel ß etwa 90° betragen. Um jedoch ein Festklemmen der Faserstoffe zwischen Laufradein- trittskante 23 und Finger 30 zu reduzieren, kann sich der Winkel ß bei zunehmendem Radius r ausgehend von der Laufradnabe 22 auch vergrößern. Dies bedeutet, dass bei größer werdendem Radius r sich auch der Winkel ß vergrößert. Zur einfacheren Dar- stellung kann über den normalisierten Radius (r- rsaug), wobei rsaug den Radius des Einlasses 15 darstellt, der in der Figur 9 abgebildete Verlauf angenommen werden. In dieser Figur ist zu sehen, dass der Winkel ß nahe des Zentrums des Laufrades 20 zwischen 50° und 120° liegen kann und an der äußeren Kante zwischen 85° und 160° liegt. Innerhalb dieses Bereichs ist der Winkelverlauf frei wählbar, jedoch sollte optima- lerweise ein sich stetig anwachsender Winkel ß gewählt werden.
Um die Abstreifwirkung weiter zu optimieren, sollte zudem die seitliche Angriffsfläche 35a des Fingers 30 im Verhältnis zum tangentialen Verlauf der Nut 11 einen Winkel d zwischen 180° bis 120° annehmen. Dieser Winkel d ist in Figur 3 verdeutlicht und hat dort etwa den Wert 165°.
Optional kann der Finger 30 mit einer Schneidkante 32 ausgestaltet sein, die sich senk- recht zur Fläche 33 des Fingers im Bereich des Übergangs zum Befestigungselement 31 erstreckt. Demzufolge verläuft die Schneidkante nahezu parallel zur Drehachse R. Mittels des Befestigungselementes 31 kann der Abstreiffinger 30 lösbar mit der Schleiß- wand 12 bzw. dem Gehäuse 10 verbunden werden, wobei hier darauf zu achten ist, dass das Befestigungselement 31 nicht in den Einlass 15 hineinragt, um so jeden Ein- fluss auf die Strömungseigenschaften innerhalb der Pumpe zu vermeiden.
Die Fig. 9 zeigt den Winkelverlauf ß zwischen der Laufeintrittskante 23 des Laufrades 20 und dem Finger 30.

Claims

Patentansprüche Abstreifelement für Laufradeintrittskanten von Abwasserpumpen
1. Abwasserpumpe (1) zur Förderung von feststoffbeladenem Abwasser mit einem Spiralgehäuse (10) mit einer Einlassöffnung (15), einem Laufrad (20) mit wenigs- tens einer Schaufel (21a, 21b), wobei die der jeweiligen Schaufel (21a, 21b) zuge- ordnete Eintrittskante (23) von der Laufradnabe (22) rückwärtsgekrümmt nach au- ßen verläuft, und wenigstens einem Finger (30) zum Abstreifen von Verschmut- zungen von der Eintrittskante (23), wobei der Finger (30) an der Einlassinnenwand angeordnet ist und sich in Richtung der Drehachse R des Laufrades (20) erstreckt, und wobei wenigstens eine, in einer saugseitigen Innenwand des Gehäuses (10, 12) eingebrachte Nut (11) vorgesehen ist, und die Eintrittskante (23) des Laufra- des (20) und die der Eintrittskante (23) zugewandte obere Fingerfläche (33) einen Winke! a zur senkrechten Projektionsfläche der Drehachse R von 5° bis 75° auf- weisen.
2. Abwasserpumpe (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eintritts- kante (23) des Laufrades (20) in Bezug auf die seitliche Angriffsfläche (35a) des Fingers (30) einen Winkel ß bildet, dessen Wert in Radialrichtung bei r/rSaug=0,2 zwischen 50° bis 120° und bei r/rSaug=1 zwischen 85° bis 160 ° liegt, und vorzugs- weise zwischen diesen Radialpunkten im Wesentlichen gleichmäßig variiert.
3. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die obere Fingerfläche (33) des Fingers (30) zur Eintrittskante (23) der Schaufel (20) zumindest bereichsweise einen Abstand von 0.05 bis 3mm aufweist.
4. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der tangentiale Winkel d zwischen der in Drehrichtung ange- strömten Fläche der Nut (11) und der seitlichen Angriffsfläche (35a) des Fingers im Bereich zwischen 120° und 180°, bevorzugt zwischen 140° und 180° und be- sonders bevorzugt zwischen 180° und 180° liegt
5. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Finger (30) die Form einer dreiflächigen Pyramide mit ge- krümmten Seitenflächen (33, 35a, 35b) aufweist, wobei die vordere Fläche (35a) einen Winkel g von 0° bis 30° gegenüber der Drehachse R bzw. einer Parallelen P1 der Drehachse R und die hintere Fläche (35b) einen Winke! e von 0° bis 50° gegenüber der Drehachse R bzw, einer Parallelen P2 der Drehachse R aufweist
6. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die hintere Fläche (35b) des Fingers (30) in Radialrichtung in wenigstens zwei verschiedene Richtungen doppelt gekrümmt ist.
7. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Finger (30) in der Nähe des Sporns (17) angeordnet ist, vorzugsweise in Drehrichtung (2) unmitelbar oder kurz nach dem Sporn (17) liegt.
8. Abwasserpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Finger (30) mit einem Umschlingungswinkel f im Wertebereich von 0° bis 45°, besonders bevorzugt 15° bis 35° und idealerweise 20° und 30° positioniert ist, wobei der Um- schlingungswinkel f durch den Schnittwinkel der Vertikalen mit einer die Dreh- achse R schneidenden Tangente (G1) der Angriffsfläche (35a) des Fingers (30) definiert ist, wobei die Tangente (G1) vorzugsweise durch den in Radialrichtung am wettest weg liegenden Punkt der Angriffsfläche (35a) zur Drehachse R ver- läuft.
9. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die Fingerlange wenigstens 30% des Radius r der Einlassöffnung be- trägt, bevorzugt mindestens 50% und idealerweise 70% bis 80%.
10. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Finger (30) lösbar mit dem Gehäuse (10) bzw. einem saugseitigen Gehäuseeinsatz (12) verbunden ist, insbesondere mittels eines end- seitig am Finger ausgebildeten Befestigungselementes (31), das mit dem Ge- häuse (10) bzw. dem Gehäuseeinsatz (12) verschraubbar ist, wobei das Befesti- gungselement (31) und dessen Anordnung am Gehäuse (10) bzw. dem Gehäu- seeinsatz (12) derart ausgeführt ist, so dass dieser nicht in die Einlassöffnung (15) des Gehäuses (10) hineinragt.
11. Abwasserpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Finger (30) optional wenigstens einen kleinen, als Schneidkante (32) ausgeführten Abschnitt vorsieht, insbesondere im Übergangs- bereich des Fingers (30) zum Befestigungselement (31) des Fingers (30), wobei sich die Schneidkante (32) besonders bevorzugt parallel zur Drehachse R er- streckt
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