DE2538502A1

DE2538502A1 - Rotorpumpe mit positiver verdraengung

Info

Publication number: DE2538502A1
Application number: DE19752538502
Authority: DE
Inventors: Harry Allen Clifford
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-09-05
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1976-03-18
Also published as: JPS5151002A; CA1029602A; US3938744A; USRE29626E; GB1475242A

Description

Clifford Harry Allen, 13109 Westchester Trail, Chesterland, Ohio 44026, V.St.A.

Rotorpumpe mit positiver Verdrängung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotorpumpe mit Progressiv Hohlraum und positiver Verdrängung,zu der eine drehbare Welle mit Antrieb, ein koaxial zur Welle angeordneter, im wesentlichen rohrförmiger Stator mit einer schraubenförmigen Innenoberfläche und ein in dem Stator befindlicher Rotor mit einer schraubenförmigen, mit der Stator-Innenoberfläche unter Bildung von Pumpenhohlräumen zusammenwirkenden Außenoberfläche gehören. Hierbei handelt es sich um Schraubenpumpen zum Fördern von flüssigen, halbflüssigen und zerkleinerten Materialien; eine derartige Pumpe ist beispielsweise aus der britischen Patentschrift 1 307 015 bekannt.

Derartige Progressiv-Hohlraum-Einrichtungen mit positiver Verdrängung wie die aus der britischen Patentschrift 1 307 015 (nachstehend als "Allen^Pumpen beschrieben) be.-sitzen einen Rotor mit einer äußeren schraubenförmigen Oberfläche, die mit einer umgebenden inneren schraubenförmigen Oberfläche des Stators zusammenwirkt. Dabei hat die Rotoroberfläche einen Gang mehr als die Statoroberfläche und die

KG/gs

609812/0708

doppelte Steigung der Stator-Schraubenlinie. Auf diese Weise werden zwischen den Oberflächen von Stator und Rotor abgedichtete Pumpen-Hohlräume gebildet, die sich axial vorwärts bewegen, während der Rotor rotiert, und die gleichzeitig in der gleichen Richtung mit doppelter oder noch höherer Rotationsgeschwindigkeit umlaufen. Wer mehr über Pumpen dieser Art erfahren will, lese die zuvor genannte britische Patentschrift 1 307 015.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für Alien-Pumpen stellt das Pumpen von Abwässern in Druckabwassersystemen dar. Bei diesen Systemen ist ein Schleifmechanismus erwünscht, damit alle etwa vorhandenen festen Materialien zerkleinert werden, bevor sie den Pumpabschnitt erreichen. Dabei wird möglichst die gleiche rotierende Antriebswelle für den Schleifmechanismus und die Pumpe benutzt. Eine übliche Pumpund... Zerkleinerungseinrichtung für ein Druckabwassersystem besitzt entweder ein Schneidmesse'r oder ein Schleifrad, das am unteren Ende der vertikalen Antriebswelle unterhalb der Oberfläche des Abwassers im Reservoir angebracht ist. Unmittelbar oberhalb des Schleifkopfes befindet sich an der Rotorwelle eine rotierende Pumpeneinheit, entweder eine Zentrifugal-Type oder eine positive Verdrängüngspumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Rotorpumpe der genannten Art die Kopplung zwischen dem umlaufenden Rotor und seiner rotierenden Antriebswelle zu verbessern, und ferner eine verbesserte positive Verdrängungspumpe mit rotierendem Schleifmechanismus zu schaffen, bei der der schraubenförmige Pumpenrotor und der Schleifmechanismus durch die gleiche rotierende Antriebswelle angetrieben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den Kennzeichen der anliegenden Patentansprüche 1 und 9.

Bei einer Rotorpumpe der eingangs genannten Art wandern die

609812/0708

Pumpenhohlräume axial aus, während die Achse des rotierenden Rotors sich auf einem Umlaufkreis um die Achse der treibenden Welle bewegt.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe befindet sich innerhalb des Motors ein flexibles Torsionsrohr, welches den Rotor mit der Welle koppelt. Dieses Rohr ist mit seinem einen Ende mit der Welle und mit seinem anderen Ende mit dem Rotor verbunden und überträgt so ein Drehmoment auf den Rotor, während es sich gleichzeitig flexibel verformt, um die Umlaufbewegung des Rotors in dem Umlaufkreis um die Achse der Welle aufzunehmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispxel der Erfindung verläuft die Antriebswelle vollständig durch den schraubenformigen Rotor hindurch und treibt an ihrem äußeren Ende eine weitere rotierende Last, wie beispielsweise ein rotierendes-Schleifelement zur Zerkleinerung fester oder halbfester Stoffe, die sich in dem zu pumpenden Gut befinden, an.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispxel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Abwasserbehälter für ein Abwasser-System mit positivem Druck, welches eine erfindungsgemäße Schleifund Pumpeinheit enthält;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt in vergrößertem Maßstab durch die Schleif-Pumpeinheit von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf die Einheit von Fig.2, wobei einige Teile aus Gründen der besseren Darstellung abgebrochen sind;

Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 je einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 4-4, 5-5, 6-6, 7-7 bzw. 8-8 von Fig. 2;

Fig. 9 einen Fig. 2 ähnlichen Vertikalschnitt, jedoch mit gegenüber den Fig. 2 und 4 bis 8 um 90° verdrehtem Umlaufrotor;

609812/0708

Fig. 10 einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 10-10 von Fig. 9; und

Fig. 11 eine auseinandergezogene Darstellung des Pumpabsc hnitts der Schleif- und Pump-Einheit von Fig. 9.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Progressiv-Hohlraum-Rotorpumpe in Kombination mit einem Schleif- bzw. Mahlkopf und einem tauchbaren Antriebsmotor, und alle diese Elemente sind in einem abgedichteten Abwasser-Sammelbehälter A untergebracht. In Fig. 1 trägt die Pumpe- und Mahleinheit den Buchstaben B. Der Sammelbehälter A ist Teil eines Druckabwasser-Systems, die einer Abfallaufbereitungs-Einheit dient und Abwässer aufnimmt, die durch Schwerkrafteinfluß in den Abwasser-Sammelbehälter A gelangen und dann in ein zuvor installiertes konventionelles Schwerkraft-Abwasser sy stern gepumpt werden. Als konventionelles, nicht dargestelltes Zubehör zur Einheit B ist ein vom Flüssigkeitspegel abhängiger Ein-Ausschalter, ein Überlauf-Alarm- und Ablauf-Kontroll-Ventil innerhalb des abgedichteten Abwasser-Sammelbehälters A.

Eine senkrechte zylindrische Wand 10 ist oben mit einer ringförmigen Deckplatte 11 verschraubt, in deren Ausnehmung wiederum eine runde Montageplatte festgeschraubt ist, die als Befestigungselement für die Pump- und Mahleinheit B dient. Ein dreizölliges Einlaßrohr 13 führt von der Abfall-Aufbereitungseinheit zur Schwerkraft-Abwasserleitung, und ein 1 1/2-zölliges Ablaßrohr 14 führt zermahlene Abwässer von der Pump- und Mahleinheit B zu einem konventionellen Schwerkraft-Abwassersystem. Ein zylindrisches Gehäuse der Pump- und Mahleinheit B ist mit einem Pumpenkopf 16 über einen Klemmring 17 verbunden, und dieser Pumpenkopf ist mittels vertikal verlaufender Spannschrauben 18 fest mit der Montageplatte 12 verbunden.

Ein innerhalb des zylindrischen Gehäuses 15 angeordnetes zylindrisches Motorgehäuse 19 ist mittels Spannschrauben

60981 2/0708

am Pumpenkopf 16 befestigt. Stromversorgungsleitungen 21 für den nicht dargestellten Motor verlaufen vorzugsweise im Schutz des Gehäuses 15 gegenüber Kontakt mit dem Behälter A durch die Montageplatte 12 hindurch.

Eine Ausgangswelle 23 (Fig.3) des Motors ist mit einer Pumpenwelle 25 mittels einer Kupplung 24 verbunden, welche aus einem halb-elastomeren Material wie Polyurethan besteht, auf diese Weise ausreichend schockabsorbierende Eigenschaften besitzt und die Pumpenwelle 25 vor Spitzenbelastungen schützt, die durch plötzliches Verklemmen des Mahlabschnitts verursacht werden. Zur axialen und radialen Lagerung der Pumpenwelle 25 dient eine dichte geschmierte Kugellager-Einheit 22.

Ein zylindrisches Pumpengehäuse 26 mit einem oberen Flansch 27 ist mittels eines Klemmringes 28 am Pumpenkopf 16 festgeklemmt. Ein Gehäuse 35 für den Mahlabschnitt 30 ist mittels eines weiteren Klemmringes 29 an einem Flansch am unteren Ende des Pumpengehäuses 26 festgeklemmt.

Der Mahlabschnitt 30 enthält einen mittels einer Mutter 32 an der Pumpenwelle befestigten Schneidkopf 31 mit Schneidblättern 33, die in der Weise mit einem Statorring 34 zusammenarbeiten, daß jegliche im Abwasser enthaltenen halbfesten oder festen Stoffe zermahlen werden, wenn das Abwasser von dem Pumpenabschnitt 40 nach aufwärts gesaugt wird. Der Statorring 34 legt an einer nach innen gerichteten, in den Boden eines Mahlgehäuses 35 angearbeiteten Schulter an und wird dort von einem Abstandelement 36 festgehalten, welches sich zwischen dem Schneidring 34 und dem Bodenflansch des Pumpengehäuses 26 befindet. Das Abstandselement 36 besitzt nach innen gehende Radialrippen 37, die mit einer Innenmanschette verbunden sind, welche eine stabilisierende Buchse 38 auf einer gedrehten Nabe 39 für den Schneidkopf 31 unterstützt.

609812/0708

Der Pumpenabschnitt 4 0 enthält eine positiv verdrängende Progressiv-Hohlraum-Schraubenpumpe wie beispielsweise eine Alien-Pumpe, die zum Hindurchpumpen von Abwasser zu einer Auslaßkammer 41 innerhalb des Pumpenkopfes 16 geeignet ist und eine Auslaßöffnung 42 besitzt, die mit einem Krümmer 43 für das Ablaßrohr 14 in Verbindung steht. Die Pumpe besitzt einen im wesentlichen rohrförmigen Stator 45, der vorzugsweise aus Gummi oder einem anderen elastischen Material besteht, und innerhalb dieses Stators befindet sich ein hohler schraubenförmiger Rotor 46. Der Stator ist durch Pressen in das Pumpengehäuse hineingehoben und mittels einer Schulter an jedem Ende zusammen mit der Anordnung geklemmt. Der Stator 45 kann entweder als einschichtiges Element oder aus zwei geformten Hälften ausgebildet sein.

Der Rotor 4 6 besitzt eine äußere schraubenförmige Oberfläche mit annähernd elliptischer Form, im Querschnitt gesehen. Die schraubenförmige Rotoroberfläche besitzt einen Gang mehr als die schraubenförmige Statoroberfläche, mit der sie zusammen wirkt, so daß abgedichtete Pumpenhohlräume 47 gebildet werden und die Gänge eine Steigung haben, die gleich der Anzahl der Gänge des Rotors 46 mal der Steigung der schraubenförmigen Oberfläche von Stator 45 ist. Wenn dann der Rotor 46 rotiert und seine Achse sich auf einem Umlaufkreis um die Achse der Pumpenwelle 25 bewegt, bewegen sich die Pumpenhohlräume 47 in Axialrichtung vorwärts.

Erfindungsgemäß ist der Rotor 46 mit der Pumpenwelle 25 über ein flexibles Torsionsrohr 50 verbunden, dessen eines Ende mit der Welle 25 und dessen anderes Ende mit dem Rotor 46 gekoppelt ist. Das Torsionsrohr 50 ist verformbar, so daß es die Umlaufbewegung des Rotors 46 in dem Umlaufkreis um die Achse der Welle 25 aufnehmen kann. Wie angedeutet, erstreckt sich die Pu enwelle 25 vollständig durch den schraubenförmigen Rotor 46 hindurch und das flexible Torsionsrohr 50 befindet sich überwiegend innerhalb des hohlen Rotors und

609812/0708

schließt dabei die Welle 25 ein. Wie sich aus den Fig. 4-8 entnehmen läßt, gehen die Pumpenhohlräume 47 von einem abgedichteten Ende aus, erreichen dann einen Maximal-Quer schnitt, um sich schließlich in Richtung auf einen Abdichtungspunkt wieder zu verkleinern. Bei dem beschriebenen· und dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erstrecken sich die Pumpenhohlräume 47 über 4/5 der Länge des Rotors 46 und dessen Stators 45, oder mit anderen Worten, Rotor und Stator haben die 1 1/4-fache Länge der Hohlraumlänge .

Die geometrischen und mathematischen Verhältnisse von Rotor und Stator sind ausführlich in der bereits genannten britischen Patentschrift 1 307 015 beschrieben, auf die hier nochmals Bezug genommen wird.

Der schraubenförmige Rotor 46 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, aus Polyurethan oder einem anderen Material geformt sein, welches mit Rücksicht auf die Flexibilität, Festigkeit, Verschleiß-Abrieb-Widerstand und niedrigen Reibungskoeffizienten ausgesucht worden ist. Handelt es sich um einen in der Form hergestellten Rotors, dann kann das flexible Torsionsrohr 50 integral mit dem Rotor und, wie dargestellt, aus dem gleichen Material geformt sein. Die Verbindung zwischen Torsionsrohr 50 und Rotor.. 46 kann am oberen Abschnitt des letzteren erfolgen. Das untere Ende des Torsionsrohres 50 ist mit der Pumpenwelle 25 verbunden. Alternativ dazu kann das untere Ende des Torsionsrohres 50 mechanisch mit der Welle 25 verbunden sein.Falls gewünscht, kann man den Rotor aus einem Metallrohr herstellen, wie in der oben genannten Patentschrift beschrieben; das Metallrohr ist mit einer abriebfesten Beschichtung versehen und dann mit einem separat hergestellten Torsionsrohr verbunden, welches aus einem Material besteht, das die gewünschten physikalischen Eigenschaften besitzt. Hierfür eignet sich beispielsweise hochdichtes Polyurethan. Wie zuvor kann das untere entgegen-

609812/0708

gesetzte Ende des Torsionsrohres durch Kleben, Klemmen oder auf andere Weise mit der Pumpenwelle 25 verbunden sein.

Der Stator 45 kann beispielsweise in der Form aus BUNA-N-Gummi in einer Form mit mehreren Hohlräumen hergestellt und in der Vorrichtung durch Klemmen befestigt sein. Typische Abmessungen für eine Schraubenpumpe mit positiver Verdrängung, wie in der Zeichnung dargestellt, enthält die nachstehende Tabelle:

TABELLE I Pumpen-Abmessungen in cm

Exzentrizität 0,25

Hohlraumlänge 8

Rotor, größerer Durchmesser 4,4 Rotor, kleinerer Durchmesser 3,4 Rotor-Formlänge · 10,7

Stator, größerer Innendurchmesser 4,9 Stator, kleinerer Innendurchmesser 3,9 Stator-Außendurchmes ser 5,7

Stator-Länge 10

Längenverhältnis Stator-/ Hohlraumlänge 3,15

Eine mit diesen Dimensionen versehene Pumpe hat eine Pumpleistung von 16 1/2 Gallonen pro Minute ( eine britische Gallone gleich 4,546 Liter)bei einer Wellen-Drehzahl von 1725 U/min.

Der Gummi-Stator 45 verleiht der gesamten Einheit eine halb-positive Charakteristik, läßt sich also ausgangsseitig sperren, ohne daß dadurch die Leitungen platzen oder die Pumpe zerstört wird. Dies ist ein automatisches Sicherheitsmerkmal für den Fall einer schwer blockierten Auslaßleitung.

609812/0708

Claims

Ansprüche

Μ·) Rotor-Pumpe mit Progressiv-Hohlraum und positiver Verdrängung, zu der eine drehbare Welle mit Antrieb, ein koaxial zur Welle angeordneter, im wesentlichen rohrförmiger Stator mit einer schraubenförmigen Innenoberfläche und ein in dem Stator befindlicher Rotor mit einer schraubenförmigen, mit der Stator-Innenoberfläche unter Bildung von Pumpenhohlräumen zusammenwirkenden Außenoberfläche gehören, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (46) mit der Welle (25) mittels eines flexiblen Elementes (50), dessen eines Ende fest mit der Welle und dessen anderes Ende fest mit dem Rotor verbunden ist, in der Weise gekoppelt ist, daß ein Treibdrehmoment auf den Rotor übertragen und während der Rotordrehung eine Orbitalbewegung des Rotors flexibel ausgeglichen wird.
2. Rotor-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (46) rohrförmig ausgebildet und das flexible Element (50) innerhalb dieses Rotors angeordnet ist.
3. Rotor-Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 'das flexible Element (50) rohrförmig ausgebildet ist und daß sich die Welle (25) durch den Rotor und das flexible Element hindurch erstreckt.
4. Rotorpumpe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Element (50) integral mit dem Rotor (46) zusammengeformt ist.

609812/0708
5. Rotorpumpe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Welle durch den Rotor

(46) hindurch und über diesen hinaus erstreckt, und daß das flexible Element (50) vollständig innerhalb des Rotors positioniert ist.
6. Rotorpumpe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Element an der Welle (25) in der Nähe des Rotorendes befestigt ist, welches am weitesten von der Antriebseinrichtung für die Welle entfernt ist.
7. Rotorpümpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sich über den Rotor (46) hinaus erstreckende Ende der Welle (25) mit einer separaten rotierenden Last (30) verbunden ist, die sie gleichzeitig ,mit dem Rotor antreibt.
8. Rotorpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese separate rotierende Last ein Mechanismus (30) zum Zermahlen und Zerkleinern von festen und halbfesten Stoffen ist, die in dem zu pumpenden Produkt enthalten sind.
9. Eintauchbare Mahlpumpe zum Zerkleinern und Pumpen von halbflüssigen Materialien von einem Reservoir, mit einem stationären Gehäuse, einer drehbaren Welle mit im wesentlichen vertikaler Achse, die an ihrem oberen Ende rotierend antreibbar ist, einem mit dem unteren Ende der Welle operativ gekuppelte rotierenden Mahlelement zum Zerkleinern und Zermahlen von halbflüssigem Material und mit einer Schraubenpumpe mit ProgressXV-Hohlraum und positiver Verdrängung* zu der eine innere schraubenförmxge Oberfla ehe und ein operativ mit der Welle gekoppelter, oberhalb des Mahlelementes innerhalb des Stators befindlicher hohler Rotor mit einer doppelt-schraubenförmxgen Oberfläche gehören, dadurch gekennzeichnet, daß sich um die Welle (25) und durch den Rotor

609812/0708

(46) ein flexibles Torsionsrohr (50) erstreckt, das an seinem einen Ende fest mit der Welle und mit seinem anderen Ende fest mit dem Rotor verbunden ist, so daß während der Rotordrehung mittels der Welle die Rotorachse in der Weise auf einer Umlaufbahn um die Wellenachse bewegt wird, daß zusammen mit dem Stator (45) axial fortschreitende Pumpen-Hohlräüme (47) gebildet werden, welche das flüssige Material unter einem Druck von dem Reservoir aus dem Mahlabschnitt drücken.

609812/0708

Leerseite