JP2010538214A - 遠心ポンプ用の摩耗板 - Google Patents

Abstract

遠心ポンプ内にて使用される摩耗板は、摩耗板の内側ボアに配置された少なくとも１つの切断要素を備える構造とされ、該１つ又は複数の切断要素は、インペラのベーンの切断端縁に衝撃力を付加する位置に配置され且つ、インペラの回転に対する方向に方向決めされており、１つ又は複数の摩耗板の切断要素は処理した流体中の固体を捕捉し且つ、これらの固体が１つ又は複数のインペラベーンにより切断することができる迄、これらの固体をその位置に保持し、摩耗板の切断要素は、自己研磨性であるような更なる構造とされている。
【選択図】図６

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００７年９月４日付けで出願された、米国仮特許出願６０／９６７，４４０号に対する優先権を主張する非仮特許出願である。

本発明は、遠心ポンプ、より具体的には、固体を切断する構造とされた内側ボア端縁を有する遠心ポンプ用の摩耗板に関する。

遠心ポンプは、その内部にインペラが回転し得るように配置された、ポンプケーシングを有する構造とされている。ポンプ効率を最大にするため、インペラは、インペラとポンプケーシングとの間にて最小の許容公差を提供するようポンプケーシングの内面に近接する位置に配置されている。かかるポンプが固体含有物を含む流体を処理するため使用されるとき、固体は、ポンプケーシングの内面を浸食又は摩耗させ、これによりポンプ効率を低下させる傾向となる。

米国特許第６，１３９，２６０号明細書 米国特許第６，４６４，４５４号明細書 米国特許第７，０３７，０６９号明細書

ポンプ業界において、摩耗板が固体の浸食効果を受けるよう摩耗板をインペラとポンプケーシングの内面との間に配置することが知られている。その場合、摩耗板は、摩耗したとき、ポンプケーシングの修理又は交換を行うことを試みるよりも、容易に交換することができる。また、ある型式の遠心ポンプは、摩耗板が浸食されたとき、摩耗板とインペラとの間の空隙を減少させるため、インペラに向けた摩耗板の位置を調節する手段を有する形態ともされている。

摩耗板を有する遠心ポンプが固体を含有する流体、特に、繊維状の固体を含む流体を処理すべく使用されるとき、固体が摩耗板の滑らかな内側ボアの回りに固着することがある。繊維状固体は切断されずに、インペラの端縁により押され且つ転がる傾向となる。次に、蓄積した固体は、インペラと摩耗板との間の過剰な摩耗を生じさせ始め、また、インペラと摩耗板との間の空隙は増大し、これによりポンプ効率を低下させ、また、流体がインペラ内にて再循環するのを許容することになる。

固体がポンプケーシングに与える有害な効果を認識して、固体を押出し且つ入口開口部又はインペラから離れるように導く形態とされ且つインペラに対して配置された摩耗板とすることが既知である。かかる摩耗板の設計の例は、アービウス（Ａｒｂｅｕｓ）に対する米国特許第６，１３９，２６０号明細書及びコトカニエミ（Ｋｏｔｋａｎｉｅｍｉ）に対する米国特許第６，４６４，４５４号明細書に開示されている。これらの発明の摩耗板は、摩耗板とインペラとの間に増大した空間を提供するが、その増大した空間はポンプ効率を低下させるという効果を伴う。

アーノルド（Ａｒｎｏｌｄ）に対する米国特許第７，０３７，０６９号明細書には、単一のベーンら旋型インペラを採用する遠心ポンプ内にて使用される摩耗板が更に開示されており、ここにおいて、摩耗板の摩耗面には、回転軸線に対して垂直であって且つ（又は）、インペラの回転方向と反対の方向に伸びる切欠き及び凹所の形態をした流れ阻止部が設けられている。切欠き及び凹所は、インペラのベーンに沿った流体の流れを阻止し、また、固体をインペラから押出し且つきれいに除去し、排出のため固体をポンプの渦巻き部に向けて動かすように設けられている。流れ阻止部は、固体をインペラベーンから除去し得るように摩耗板上に配置されている。しかし、これらの流れ阻止部は固体を切断したり又はたたき切ったりはしない。

インペラのアイ部分を跨ぎ、インペラのアイ部分にて固体の切断を行うカッターバー又は切断要素を有するチョッパ板を提供することがチョッパ型遠心ポンプにて更に知られている。かかるカッターバー装置は、固体の縮小化及び処理を行う上で有益であるが、固体、特に、繊維状固体がインペラのアイ部分に蓄積する結果ともなる。

このため、固体を含有する流体を処理する遠心ポンプ内にてインペラの切断端縁にて固体を切断する手段を提供し、また、処理した固体の摩耗効果に耐える機能を果たすことのできるかかる手段を摩耗板に提供することも有益であろう。

本発明によれば、遠心ポンプ内にて使用される摩耗板は、少なくとも１つの切断要素、ただし、最も適宜には、複数の切断要素が摩耗板の内側ボア上に配置される構造とされている。切断要素は、インペラに衝撃を加えるように配置され且つ、インペラの回転に対してある方向に方向決めされ、切断要素が固体を捕捉し且つ固体を１つ又は複数のインペラブレードにより切断することができる迄、これら固体をその位置に保持することができるようにされている。

本発明の摩耗板上の切断要素は、摩耗板の内側ボアの回りにて均一に又は不均一に分配し又は隔てることができ、また、固体が摩耗板の内側ボアにて効率的に切断されるようにする任意の形状、寸法、大きさ又は形態を有することができる。摩耗板の内側ボアにおける固体の切断を容易にすることにより、固体は、先行技術の摩耗板が目的とするように、単に、インペラ内に流入するのではなく、処理のためより迅速に縮小化される。更に、摩耗板及びインペラの摩耗は減少し、このため、ポンプの作動寿命が短くなることはない。

本発明の摩耗板の切断要素は、摩耗板の厚さ部分より規定され且つ、非摩耗面（すなわち、インペラから離れた位置に配置された面）から摩耗面（すなわち、インペラに隣接して配置された面）まで伸びる壁を有する更なる形態とされており、この壁は、摩耗板の非摩耗面から摩耗面まで角度が付けられ、これにより摩耗面の摩耗に伴い、切断要素が自己研磨性の端縁を有するようにする。

現在、本発明を実施する最良のモードであると考えされる形態を示す図面において、
インペラ及び摩耗板の相対的な位置決め状態を示す、従来の自吸ポンプの一部を切欠いた斜視図である。 本発明の摩耗板の配置を示す、自吸ポンプの一部を切欠いた斜視図である。 滑らかな内側ボアを有する先行技術の摩耗板の斜視図である。 本発明の摩耗板の斜視図である。 摩耗板と、該摩耗板の摩耗面から見たインペラとの斜視図である。 摩耗板と、該摩耗板の非摩耗面から見たインペラとの斜視図である。 本発明の摩耗板の非摩耗面の平面図である。 摩耗板の切断要素の拡大図である。 線９−９に沿った、図７に示した摩耗板の半径の断面図である。 円錐形の形状の摩耗面を有する、先行技術の摩耗板の斜視図である。 摩耗板の非摩耗面を示す、図１０に示した先行技術の摩耗板の斜視図である。 全体として截頭円錐形の形状をした、本発明の摩耗板の１つの代替的な実施の形態を示す平面図である。 線１３−１３に沿った、図１２に示した摩耗板の断面図である。 図１２に示した摩耗板の非摩耗面の斜視図である。 インペラに隣接する位置にて示した図１２の摩耗板の斜視図である。 摩耗板とインペラとの間の相互作用を示す、図１５に示した摩耗板の非摩耗面の斜視図である。

本発明の摩耗板は、インペラとポンプケーシング又はポンプの別の隣接する構造体との間に配置された摩耗板を採用し又は採用することのできる任意の型式の遠心ポンプに対して適応し得るようにされている。本発明は、本明細書にて、単に一例として、自吸ポンプに関して説明する。当該技術の当業者は、本明細書に基づいて、本発明をその他の型式の遠心ポンプに適応させ得るようにする方法が理解されよう。

図１は、全体として、ポンプケーシング１２と、入口１４と、出口１６とを備える従来の自吸ポンプ１０を示す。インペラ１８は、軸受ハウジング２０の端部にて支持され且つ、回転し得るよう駆動軸２２と接続されている。清浄化組立体２４は、インペラ１８と軸方向に整合されており、また、端部カバー２６と、該端部カバー２６から複数の支柱３０により隔てられた支持リング２８とを備えている。支持リング２８は、摩耗板３２を装着するための手段を提供し、該装着手段は、摩耗板をインペラ１８に隣接する位置に配置する。

図３に最も良く示したように、先行技術の摩耗板３２は、全体として、非摩耗面３４と、インペラに隣接して方向決めされるよう設けられた対向する摩耗面３６との間を伸びる厚さＴを有する平坦板の形態とされている。摩耗板３２には、平坦板の厚さを貫通して伸びる内側ボア３８が形成され、また、該摩耗板には、内側ボア３８を取り囲む内周端縁４０が設けられている。先行技術の摩耗板３２において、内周端縁は、滑らかである。図３は、また、摩耗板３２は、ボルト４４により支持リング２８に固定することが可能であることも示す。

本発明の摩耗板５０は、図２及び図４に示されている。図２において、ポンプの同様の部品は、同様の参照番号にて表示され、また、本発明の摩耗板５０は、同様に清浄化組立体２４の支持リング２８により支持され且つ、インペラ１８に隣接する位置に配置されている。

図４は、この第一の実施の形態において、本発明の摩耗板５０は非摩耗面５２とインペラに隣接して方向決めされるよう設けられた対向する摩耗面５４との間を伸びる厚さＴを有する平坦板として形成されることをより明確に示す。摩耗板５０には、ボルト５６のような、摩耗板５０を清浄化組立体の支持リング２８に装着するための手段が設けられている。

摩耗板５０は、摩耗板５０の中心を貫通するように形成された内側ボア５８を有しており、また、内側ボア５８には、内周端縁６０が形成されている。摩耗板５０の内周端縁６０には、少なくとも１つ、又は図示したように、複数の切断要素６２が形成されている。

図５及び図６に示したように、切断要素６２は、インペラ１８の１つ又は複数のブレード６６と相互作用して摩耗板５０の内周端縁６０にて切断動作を生じさせるよう配置されている。摩耗板５０の内側ボア５８における固体の切断動作は、固体、特に、繊維状材料がインペラ１８により、また、インペラ１８を通って動き得るようより小さく及び（又は）より適宜な形態に処理されることを保証する。

図７に最も良く示すように、切断要素６２は、全体として、内側ボア５８の内周端縁６０に切欠き７０を形成することにより生じる。切欠きは、内周端縁６０から摩耗板５０の外端縁７４に向けて伸びている。隣接して形成された２つの切欠き７０は歯７２を生じさせる。図７に示したように、内側ボア５８に形成された１つ以上の歯７２が存在するようにすることができる。しかし、単一の歯７２が内側ボア５８に形成されるようにしてもよい。更に、図７に示したように、複数の歯７２は、内周端縁６０の回りにて均一に隔てることができる。しかし、これと代替的に、切断要素６２が内周端縁６０の回りにて不均一に隔てられるようにしてもよい。

内周端縁６０に形成された切欠き７０は、内周端縁６０に対して正接角度にて形成され、このため切欠き７０の中心線７６（図７）は図５に示したように、インペラの回転方向に向けて伸びるようにすることが好ましい。切欠き７０の角度は、固体材料を切欠き内に捕捉し易くし、インペラ１８の１つ又は複数のブレード６６により切断することを可能にする。

図７−図９に更に示したように、切欠き７０及び歯７２には、壁面８０が形成されており、該壁面８０は、摩耗板５０の摩耗面５４と対向して面する非摩耗面５２との間の厚さ部分により規定される。切欠き７０は、平面８２に対してある角度にて摩耗板５０の厚さ部分を切断し又は切削することにより形成され、この平面は、摩耗板５０の摩耗面５４及び非摩耗面５２の平面に対して垂直である。すなわち、壁８０の角度Ａは、摩耗板５０の非摩耗面５２から摩耗面５４まで伸びる方向に向けて摩耗板５０の中心８４（図７）に向けて方向決めされている。理解し得るように、摩耗板５０の中心８４は、ポンプ内に配置されたとき、インペラの回転軸線に対して同軸状である。

図８に最も良く示したように、切欠き７０の壁８０の角度Ａは、摩耗面５４により形成された端縁８６を有する歯７２を形成し、この端縁８６は、摩耗板５０の非摩耗面５２により形成された端縁８８よりも大きい。その結果、摩耗板５０の切断要素６２又は歯７２は、インペラと相互作用することにより摩耗板５０が摩耗するとき、自己研磨性がある（当該技術にて、摩耗板５０が摩耗するに伴い、摩耗板５０は、適時にインペラに向けて軸方向に調節されることが理解される）。

平坦板の形態をした、上述した摩耗板５０は、より小型及び特定型式の遠心ポンプ内にて使用するのに適している。より大型又は異なる型式の遠心ポンプにおいて、摩耗板は、全体として截頭円錐形の形状にて形成することができる。図１０及び図１１には、再度、先行技術にて既知の截頭円錐形の摩耗板９０が示されている。摩耗板９０は、平滑な内周端縁９４を有する内側ボア９２を含む。図１０は、截頭円錐形の摩耗板９０の摩耗面９６を示し、また、図１１は、非摩耗面９８を示す。

図１２−図１４は、内側ボア１０２が少なくとも１つの切断要素１０６又は図示したように複数の切断要素１０６が形成された内周端縁１０４を有する、本発明の摩耗板１００の截頭円錐形の実施の形態を示す。図１２は、摩耗板１００の摩耗面１０８を示し、また、図１４は、摩耗板１００の非摩耗面１１０を示す。切断要素１０６は、自己研磨性の能力を提供するよう切断要素を形成することを含む、図７−図９に示した平坦板の実施の形態に関して上述した態様にて形成される。

図１５は、摩耗面１０８がより大型のポンプのインペラ１２０に隣接するよう配置された、本発明の截頭円錐形の摩耗板１００を更に示す。図１６は、摩耗板１００の非摩耗面１１０を示し、また、切断要素１０６がインペラ１２０のブレード１２２と相互作用する状態を示す。図１５及び図１６は、矢印１２６により示したように、インペラ１２０の回転方向に対する切断要素の位置及び方向を示す。図１６の図から、切断要素１０６の間に形成された切欠き１２８は、インペラが回転するとき、インペラブレード１２２の前縁１３０により切断するため固体を効率的に取り込むことを理解することができる。

本発明の摩耗板は、インペラを有する任意の型式の遠心ポンプ、特に、固体材料を含有する流体を処理すべく用いられるポンプにて使用し得るようにすることができる。このように、図示した実施の形態の特定的な詳細に関する説明は、単に一例として示したものであり、何ら限定的なものではない。

Claims (14)

1. 遠心ポンプのインペラに隣接して配置される摩耗板において、
   摩耗面と、対向する非摩耗面と、該摩耗面と非摩耗面との間に規定された厚さとを有する板と、
   前記板の中央に形成されて、内周端縁を有する内側ボアと、
   前記内周端縁に形成された少なくとも１つの切断要素と、を備える、摩耗板。
2. 請求項１に記載の摩耗板において、前記内周端縁の回りに形成された複数の切断要素を有する、摩耗板。
3. 請求項１に記載の摩耗板において、前記板が平坦である、摩耗板。
4. 請求項１に記載の摩耗板において、前記板が截頭円錐形である、摩耗板。
5. 請求項２に記載の摩耗板において、前記切断要素は、前記内周端縁に形成された切欠きを備え、該切欠きは、インペラの回転方向に向けて方向決めされた中心線を有する、摩耗板。
6. 請求項２に記載の摩耗板において、前記切断要素は、自己研磨性である、摩耗板。
7. 請求項６に記載の摩耗板において、前記切断要素は、前記板の前記厚さに形成された垂直面に対してある角度にて形成された壁を有する、摩耗板。
8. 請求項７に記載の摩耗板において、前記壁は、前記非摩耗面から前記摩耗面までの方向に向けて前記板の中心に向けられる、摩耗板。
9. 遠心ポンプにおいて、
   ポンプケーシングと、
   前記ポンプケーシング内に配置されたインペラであって、該インペラに回転を付与し得るように駆動手段と接続された前記インペラと、
   前記インペラに隣接して配置された摩耗板であって、前記インペラに向けて方向決めされた摩耗面と、対向する非摩耗面と、該摩耗面と該非摩耗面との間に規定された厚さとを有し、前記板の中心に形成された内側ボアであって、内周端縁を有し、少なくとも１つの切断要素が該内周端縁に形成された前記内側ボアを更に有する、前記摩耗板とを備える、遠心ポンプ。
10. 請求項９に記載の遠心ポンプにおいて、前記少なくとも１つの切断要素は、複数の切断要素を更に備える、遠心ポンプ。
11. 請求項１０に記載の遠心ポンプにおいて、前記切断要素は、前記内周端縁に形成された切欠きを備え、該切欠きは、インペラの回転方向に向けて方向決めされた中心線を有する、遠心ポンプ。
12. 請求項９に記載の遠心ポンプにおいて、前記少なくとも１つの切断要素は、自己研磨性の形態とされる、遠心ポンプ。
13. 請求項９に記載の遠心ポンプにおいて、前記少なくとも１つの切断要素は、前記板の前記厚さ部分に形成された垂直平面に対してある角度にて形成された壁を有する、遠心ポンプ。
14. 請求項１３に記載の遠心ポンプにおいて、前記少なくとも１つの切断要素の前記壁は、前記非摩耗面から前記摩耗面への方向に前記板の中心に向けて方向決めされる、遠心ポンプ。