(57)【要約】  本発明に係る装置は、流体流中の固形物を低減し、流体圧力を高めるための装置であり、メインポンプインペラの上流にあるハウジング内に粉砕セクション及び誘導セクションを有し、ロータブレードの入口の直径よりも出口における直径が大きいハブを有するロータを備えている。ブレードは、その外周に切欠きが設けられ、ブレードピッチ角は、多項式関数に比例して入口から出口まで除々に大きくなる。ハウジングのアンビルセクションは、誘導セクションより大きい内径を有し、誘導セクションは、ロータより大きい直径を有する。ハウジングと一体のアンビルセクションには一つ又は複数のアンビル羽根が、アインビルセクションの内壁から誘導セクションの内径まで径方向内方に伸び、せん断作用によって固形物を低減させる機能を有する。【選択図】  図１
2010540241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導セクション及び粉砕セクションを有するハウジングを備え、
粉砕セクションを誘導セクションとメインポンプインペラとの間に位置決めすることによって、前記ハウジングがメインポンプインペラの上流で流体流内に導入されるようにし、かつ、
前記粉砕セクションと誘導セクションとを塞ぐようにハウジング内に配置されたロータを備え、
前記ロータが、ハブと、ハブ上に螺旋状に配置された少なくとも一つのロータブレードとを有し、前記ブレードが入口及び出口端部を有し、かつ、第一の多項式関数に比例して入口から出口まで除々に増加するブレードピッチ角を有し、
前記ハブが、出口の位置で、入口のハブ直径より大きい直径を有し、
入口から出口までのハブ直径の変化が、第二多項式関数によって示され、
前記ロータ及びハウジングが総流体流通路を画定する
ことを特徴とする固体物運搬流体処理システム用誘導粉砕装置。
【請求項２】
さらに、ロータ直径を画定する前記少なくとも一つのロータブレードの回転弧を有し、
前記粉砕セクションが、粉砕直径を画定する粉砕壁と、羽根直径を画定する壁から内方に伸びる羽根とを有し、
前記誘導セクションが誘導直径を有し、
羽根直径及び誘導直径が、機械的干渉なしに前記ロータ及びその回転に適合するためにロータ直径より十分に大きく、かつ、前記羽根を通過する回転ロータブレードが、固形物がそれらの間に入った時に固形物に粉砕及びせん断作用を与えるためにロータ直径に十分に近く、
前記ハブ及び前記少なくとも一つのロータブレードが、個別の誘導流体流通路を有し、
前記羽根及び前記粉砕セクションの壁が、個別の粉砕流体流通路を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の誘導粉砕装置。
【請求項３】
少なくとも一つのブレードが、粉砕セクションにあるブレードのアウターエッジに少なくとも一つの切欠きを有し、
それにより、装置を通して流体流で運ばれてきた固形物が、前記切欠きの打撃エッジと前記羽根との間で粉砕及びせん断作用に供されるようにした
ことを特徴とする請求項２に記載の誘導粉砕装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの切欠きが、流体流に向かい径方向に向けられたリーディングエッジを備えた段付き形状である
ことを特徴とする請求項３に記載の誘導粉砕装置。
【請求項５】
出口で装置の経線面に対して垂直な面で測定された流体流通路の総断面積が、下流のインペラ通路のスロートと断面積より大きく、
個々の前記流体流通路の何れかの最小断面積が、下流のインペラ通路のスロートの断面積より小さい
ことを特徴とする請求項４に記載の誘導粉砕装置。
【請求項６】
誘導セクションと粉砕セクションとを有するハウジングを備え、粉砕セクションを誘導セクションとメインポンプインペラとの間に位置決めすることによって、前記ハウジングがメインポンプインペラの上流で流体流内に導入されるようにし、かつ、
前記粉砕セクションと誘導セクションとを塞ぐようにハウジング内に配置されたロータを備え、前記ロータが、ハブと、ハブ上に螺旋状に配置された少なくとも一つのロータブレードとを有し、前記ブレードが入口及び出口端部を有し、かつ、第一の多項式関数に比例して入口から出口まで除々に増加するブレードピッチ角を有し、
前記ハブが、出口の位置で、入口のハブ直径より大きい直径を有し、
入口から出口までのハブ直径の変化が、第二多項式関数によって示され、
前記ロータ及びハウジングが総流体流通路を画定し、
ロータ直径を画定する前記少なくとも一つのロータブレードの回転弧を有し、
前記粉砕セクションが、粉砕直径を画定する粉砕壁と、羽根直径を画定する壁から内方に伸びる羽根とを有し、
前記誘導セクションが誘導直径を有し、
羽根直径及び誘導直径が、機械的干渉なしに前記ロータ及びその回転に適合するためにロータ直径より十分に大きく、かつ、前記羽根を通過する回転ロータブレードが、固形物がそれらの間に入った時に固形物に粉砕及びせん断作用を与えるためにロータ直径に十分に近く、
前記ハブ及び前記少なくとも一つのロータブレードが、個別の誘導流体流通路を有し、
前記羽根及び前記粉砕セクションの壁が、個別の粉砕流体流通路を有し、
少なくとも一つのブレードが、粉砕セクションにあるブレードのアウターエッジに少なくとも一つの段付き形状の切欠きを有し、
それにより、装置を通して流体流で運ばれてきた固形物が、前記切欠きの打撃エッジと前記羽根との間で粉砕及びせん断作用に供されるようにし、
出口で装置の経線面に対して垂直な面で測定された流体流通路の総断面積が、下流のインペラ通路のスロートと断面積より大きく、
個々の前記流体流通路の何れかの最小断面積が、下流のインペラ通路のスロートの断面積より小さい
ことを特徴とする固体物運搬流体処理システム用誘導粉砕装置。
【請求項７】
前記ロータが、前記メインポンプインペラと同じシャフトに設けられている
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項８】
前記少なくとも一つのロータブレードが、複合ロータブレードである
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項９】
さらに、流体流通路の出口端部を流体流通路の入口端部にせつぞくする流体流バイパスを有する
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１０】
さらに、前記ハウジング内にライナーを有する
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１１】
誘導粉砕装置にある体積流量が、下流のメインポンプインペラの要求流量と同じか又はそれより大きい
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１２】
前記ロータ直径が、ロータの全長に亘って均一である
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１３】
羽根直径が、誘導セクション直径と等しい
ことを特徴とする請求項６に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１４】
誘導セクションと粉砕セクションとを有するハウジングを備え、粉砕セクションを誘導セクションとメインポンプインペラとの間に位置決めすることによって、前記ハウジングがメインポンプインペラの上流で、かつ同軸上にある流体流内に導入されるようにし、
前記粉砕セクションと誘導セクションとを塞ぐようにハウジング内に配置され、かつ、メインポンプインペラを備えた共通シャフト上に配置されたロータを備え、前記ロータが、ハブと、ハブ上に螺旋状に配置された少なくとも一つのロータブレードとを有し、前記ブレードが入口及び出口端部を有し、かつ、第一の多項式関数に比例して入口から出口まで除々に増加するブレードピッチ角を有し、
入口から出口までのハブ直径の変化が、第二多項式関数によって示され、
前記ロータ及びハウジングが総流体流通路を画定し、
前記少なくとも一つのロータブレードの回転弧がロータ直径を画定し、
前記粉砕セクションが、粉砕直径を画定する粉砕壁と、羽根直径を画定する壁から内方に伸びる羽根とを有し、
前記誘導セクションが誘導直径を有し、
羽根直径及び誘導直径が、機械的干渉なしに前記ロータ及びその回転に適合するためにロータ直径より十分に大きく、かつ、前記羽根を通過する回転ロータブレードが、固形物がそれらの間に入った時に固形物に粉砕及びせん断作用を与えるためにロータ直径に十分に近く、
少なくとも一つのブレードが、粉砕セクションにあるブレードのアウターエッジに少なくとも一つの段付き形状の切欠きを有し、
それにより、装置を通して流体流で運ばれてきた固形物が、前記切欠きの打撃エッジと前記羽根との間で粉砕及びせん断作用に供されるようにした
ことを特徴とする固体物運搬流体処理システム用誘導粉砕装置。
【請求項１５】
前記ハブ及び前記少なくとも一つのブレードが、個別の誘導流体流通路を形成し、
前記羽根及び前記粉砕セクションの壁が、個別の粉砕流体流通路を形成し、
出口で装置の経線面に対して垂直な面で測定された流体流通路の総断面積が、下流のインペラ通路のスロートの断面積より大きく、
個々の前記流体流通路の何れかの最小断面積が、下流のインペラ通路のスロートの断面積より小さい
ことを特徴とする請求項１４に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのロータブレードが、複合ロータブレードである
ことを特徴とする請求項１４に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１７】
流体流通路の出口端部と流体流通路の入口端部とを接続する流体流バイパスを備えている
ことを特徴とする請求項１４に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１８】
前記ハウジングの内部にライナーを備えている
ことを特徴とする請求項１４に記載の誘導粉砕装置。
【請求項１９】
誘導粉砕装置にある体積流量が、下流のメインポンプインペラの要求流量と同じか又はそれより大きい
ことを特徴とする請求項１４に記載の誘導粉砕装置。
【請求項２０】
ロータ直径が、ロータの全長に亘って一様であり、羽根直径が誘導セクション直径と等しい
ことを特徴とする請求項１４に記載の誘導粉砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００７年３月１０日に出願をした継続中の米国出願第60/977,130号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、固形物運搬流体流システム用の螺旋軸誘導粉砕装置に関し、より詳細には、流体流における回転運動ポンプ用の誘導粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの工業工程が、遠心力ポンプによる流体流の運搬を取り入れている。しばしば、これらの流体流は、ポンプインペラ通路や下流の処理装置の通路を通過するには大きすぎる固形物や固形材料の破片を含有して運んでいる。しばしば、回転粉砕装置が、固形物のサイズを、下流のポンプや装置を通過し得るサイズまで低減させるために用いられる。典型的には、固形物運搬流体流は、他の処理のために上流にある回転粉砕装置を通される。
【０００４】
螺旋軸粉砕装置は、固形物を、ポンプ又は下流の装置を通過できるサイズまで低減させるように開発された、このような種類の装置の一つである。他の種類の粉砕装置は、固形物を粉砕するために固定子の直ぐ近くを通過する回転放射状切断ブレードを利用する。既存の螺旋軸及び回転粉砕装置の持つ問題点は、それらがポンプへの流れを塞いでしまうことにあり、それにより、ポンプ装置内にキャビテーションが生じる可能性があり、ポンプへの有効吸込ヘッド(NPSH)が制限される。
【０００５】
流体をポンピングする時に有効ＮＰＳＨが制限されると、螺旋軸粉砕装置は、しばしば、キャビテーションを避けるために遠心力ポンプのポンプ入口への圧力を高める。誘導装置は、誘導装置でキャビテーションが発生するように液体を加速することによってインペラアイの一で液体の圧力を高め、同時に、流体流をインペラの要求に合わせる。誘導装置のスロートの経線面に垂直な断面領域は、下流にあるインペラ通路のスロートの断面領域より概して大きい。スロートは、任意の二つの対向面の間の最も小さい幅の部分で経線軸に沿った部分として画定される。たとえ誘導装置が、インペラキャビテーションの開始を未然に防ぐために効果的であるとしても、誘導装置を通過する固形物が、下流のインペラに詰まることになり得る。
【０００６】
要約すると、螺旋軸誘導装置はキャビテーションを低減させるには効果的であるが、固形物を低減させるためには効果的でなく、螺旋軸及び径方向粉砕装置は、固形物のサイズを低減させるには効果的であるが、ポンプ入口に流れの障害物を生じさせ、それによって、キャビテーションが生じる可能性を増加させる。
【発明の概要】
【０００７】
一つの特徴によれば、本発明は、固形物運搬流体処理システム用の回転誘導粉砕装置に関し、該装置は、下流のインペラ通路を通過するサイズまで固形物を減少させ、かつ、下流のインペラ入口で利用可能な圧力を増加させる誘導装置として作用する。
【０００８】
この目的を達成するために、本発明の一実施例は、粉砕機能に誘導機能を組み合わせたインライン装置である。この装置は、固定構成部材の内部に配置された回転可能な構成部材を有する。また、この装置は、メインポンプインペラの上流の流体流内に位置決めされる。また、この装置は、その回転軸線が、メインポンプインペラに直線上に並べられ得る。また、メインポンプインペラと同じ回転速度で、同じシャフトによって回転され得る。回転可能な構成部材は、出口、即ち、流体排出端から入口端部までのびるハブを有し得、前記ハブ上には、一つ又は複数のロータブレードが螺旋状に配置され、ハブは、メインポンプインペラに向けて装置を通して流体を押し出すスクリューとして機能する。「出口」及び「入口」の用語は、この明細書を通して、流体流の流れ方向に関して用いられ、具体的には軸方向位置に関して用いられ得る。
【０００９】
ハブは、出口において、入口のハブ直径より大きい直径を有する。入口から出口までのハブの直径の変化は、第一多項式関数によって表され得る。ロータブレードセットは、テーパー状に形成された又は均一の幅の一つ又は複数の螺旋状ブレードを有する。ブレードは、ハブの周りの完全な一回転又は完全な一螺旋回転よりも大きくてもよく、また、ハブの周りを部分的に巻回してのびる僅かなら螺旋のように短くてもよく、リーディングエッジとテイリングエッジとをジグザグにしてハブに沿って軸線方向に分配されていてもよい。一つ又はそれ以上のブレードは、そのリーディングエッジの位置を含むその外側エッジ上に、一つ又は複数の切欠きを有し得る。切欠きは、段付き形状であり得、入口と出口の間で均一の間隔で又は不均一の間隔で、ブレードエッジに沿って軸方向に配置され得る。
【００１０】
各ブレードは、打撃の入口端部ブレードピッチ角と、出口端部ブレードピッチテイリング角とを有し得、ブレードピッチ角は除々に大きくなるか、又は第二の多項式関数に比例して小さい入口ピッチ角から比較的大きい出口ピッチ角に変化する。ロータ流体通路は、隣接するブレード又はブレードの隣接する巻回部とハブとの間の空間によって形成される。
【００１１】
回転可能な構成部材は、固定構成部材の内部に同軸上に配置され得る。前記固定構成部材は、誘導セクション及び粉砕セクションを備えた、又は、それらから成るハウジングであり得る。誘導セクションは、粉砕セクションの上流にあり得る。粉砕セクションは、誘導セクションより大きい内径、即ち、最大内径を有し得る。粉砕セクションは、螺旋状装置、即ち、ロータの出口端部より大きい直径を有し得、かつ、一つ又は複数の粉砕羽根を有し得る。前記粉砕羽根は、粉砕セクションの壁から、隣接する誘導セクションの直径と同じ直径まで内方に向けて径方向に伸びる。流体通路は、隣接する粉砕羽根と粉砕セクションの壁又はライナーとによって形成される。
【００１２】
本発明の範囲内において、上述した羽根付き粉砕セクションと同等の構造物は、誘導セクションと同じ直径を有する粉砕セクションを備え、一連の長手方向又は螺旋状に形成されたスロット又は通路を有し、前記スロット又は通路の壁が羽根として機能する。粉砕セクションにおける螺旋状に形成された羽根、スロット又は通路は、その直径を効果的に増加させ、上述の流体通路を提供し、かつ、第三の多項式関数に比例するピッチ角を有し、ロータブレードと同じ又は異なる回転方向を持つ。
【００１３】
ロータとハウジングは、ロータの入口端部がハウジングの誘導セクション内に位置し、ロータの出口端部がハウジングの粉砕セクション内に位置するように組立てられ、それにより、ロータの出口ブレードの直径が、羽根の直径の範囲内に密接に適合し、回転誘導粉砕装置の排出端部の位置で経線面に垂直な平面で測定した誘導セクション流体通路と粉砕セクション流体通路との組み合わせられた断面領域が、下流のインペラ通路のスロートの断面領域より大きくなるが、個々に測定した装置の流体通路の何れか一つの断面領域は、下流のインペラ通路のスロート領域より小さくなる。さらにまた、誘導セクションの出口におけるブレードピッチ角及びロータの他の特性は、誘導粉砕装置にある総体積流量が、下流のインペラが必要とする流量と等しいか又はそれより大きくなるように設計される。
【００１４】
本発明の他の目標及び目的は、以下の図面及び詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施例の側面図であり、ハウジング内でシャフト端部に装着可能な回転構成部材を示しており、この回転構成部材は、入口端部から出口端部まで拡径する外径を有するハブを備え、前記ハブには螺旋状のロータブレードが設けられ、前記ブレードは、入口端部における細かいピッチから出口端部における粗いピッチまで変化するピッチ角を有し、ハウジングの粉砕セクションにおける羽根と軸方向に整列された外側エッジには段切欠きが形成されている。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、誘導粉砕装置のハウジングの粉砕セクションの部分の横断面図の異なる実施例を示しており、回転ブレードが直ぐ近くを通った時に硬質エッジが、流体流によって運ばれてきた固形物を粉砕しせん断することを説明している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、多くの実施例を受け入れる余地がある。この明細書に記載され、かつ、図面に示される事項は、本発明の説明を目的とするもので、本発明の範囲を限定することを目的とするものではない。
【００１７】
図１には、本発明の一実施例が示されている。この実施例では、ロータ（１）は、メインポンプインペラ（図示せず）の上流に配置されており、その回転軸線がメインポンプインペラと直線上に並べられている。ロータ（１）は、ポンプシャフト（図示せず）の遠位末端に設けられており、シャフトによって、メインポンプインペラと同じ回転速度で回転可能である。別の実施例では、ロータは、同じ速度又は異なる速度で回転する別のシャフトに、何れかの端部で設けられ得る。
【００１８】
複数の螺旋状ブレード（２）、３つより多くても少なくてもよいが、この実施例では３つの螺旋状ブレード（２）が、ロータ（１）の長手方向軸に沿って螺旋状に伸びている。各ブレードは、流体流の軸線方向に関して、入口端ブレード角度、即ち、入口角度と、入口端ブレード角度より大きいテイリングエッジブレード角度、即ち、出口角度を有する。回転ブレードピッチ角度は、測定点における回転軸線に垂直な平面に対して測定され、細かいピッチと同じ小ささで、比較的粗いピッチと同じ大きさである。
【００１９】
この実施例では、ブレード（２）は、その外径に、即ち、ブレードのアウターエッジ一つ又は複数の段切欠き（３）を有する。切欠き（３）は、ブレードの入口端及び出口端の間に軸方向に配置され、この実施例では、各ブレードのアウターエッジの約中間地点に一つの切欠きが配置されている。別の実施例では、複数の切欠きが設けられ得る。全ての又は個々の切欠きの大きさは、図示したものより大きくても小さくてもよい。この実施例では、切欠きの形状は、概して二つの側面が付けられたＶ型スロットの形状であり、一方の側面、即ち、エッジ（３ａ）は、回転流体流及びその中にある何らかの固形物に対する、径方向に向けられた打撃エッジ、即ち、切断エッジとして存在しており、他方の側面、即ち、エッジ（３ｂ）は、回転流体流に対するテイリングエッジである。打撃エッジ（３ａ）は、硬化されるか、又は流体流の中にある固形物の衝突による磨耗に対する抵抗力を持つように構成され得る。ブレード（２）の入口角度は、ブレード（２）の排出角度、即ち、出口角度より小さく、流速を加速させ、及び／又は、入口に対して出口での流体圧力を増加させる傾向にあり、それにより、ロータ部分でキャビテーションを誘発し、メインポンプインペラの下流に隣接した部分におけるキャビテーションを低減させる。入口から出口へのブレード（２）のブレード角度の変化は、多項式関数(polynomial function)に従う。
【００２０】
ハブ（４）は、ロータ（１）と一体であり、入口の直径より出口の直径が大きいという特徴を有する。ブレード（２）の入口からブレード（２）の出口までのハブ（４）の直径の変化は、別の多項式関数(polynomial function)によって特徴付けられる。
【００２１】
ハウジング（５）は、粉砕セクション（７）の上流に誘導セクション（６）を包含している。ロータ（１）は、それが、粉砕セクション（７）を通って誘導セクション（６）の中に伸びるように、ハウジングの内部に配置されている。粉砕セクション（７）は、誘導セクション（６）より大きい平均直径を有し、この実施例では、図２Ａに示すように、一定の直径（７ｄ）を有する。粉砕セクション（７）において、一つ又は複数の粉砕羽根（８）、典型的には、外周に均一に分配された複式羽根が、粉砕セクション（７）の長手方向軸線に沿ってほぼ軸方向に伸びており、かつ、粉砕セクションの内壁から、隣接する誘導セクション（６）の出口端部の直径に等しい図２Ａに直径（８ｄ）で示す入口端部の効果的な羽根直径まで、径方向内方に向けて伸びている。
【００２２】
これらの羽根は、硬質材料で作られ得、硬質エッジを有し得る。羽根の直径は、粉砕セクション（７）の全体にわたって、誘導セクションの直径とは異なり、本発明から逸脱することなく、せん断作用のために、ロータブレードセットの直径に厳密に対応した長さである。羽根ピッチ角度は、装置の軸線に直交する面に対して測定され、測定点において、細かいピッチと同じ小ささで、比較的粗いピッチと同じ大きさである。
【００２３】
図１及び図２Ａを参照すると、ロータ（１）は、ハウジング（５）と同軸であり、かつ、ハウジング（５）の内部に長手方向に位置決めされ、ロータ（１）の上流端、特に、ブレード（２）のアウターエッジ即ち直径が、ハウジング（５）の誘導セクション（６）の壁に、径方向に近接近している。ブレード（２）のアウターエッジの回転の弧によって画定されるロータ（１）の直径は、粉砕セクション（７）の羽根直径（８ｄ）に径方向に近接近しており、言い換えれば、この実施例では、ロータ（１）の直径は、ハウジング（５）の誘導セクションの直径より僅かに小さく、ロータ全体にわたって一定である。別の実施例では、ロータブレードの幅は一定であり得、ロータ直径はハブ直径と同様に変化し得る。
【００２４】
段切欠き（３）は、粉砕羽根（８）の長さの範囲で、粉砕羽根（８）に近接近して回転するように、ブレード（２）上に軸方向に位置決めされており、以下に説明するように、羽根（８）に対する付加的な粉砕及び／又はせん断作用によって固形物を粉状にするための対抗表面を提供する。
【００２５】
動作中、ロータ（１）の入口に入る流体の体積流量は、ブレード（２）のリーディングエッジの迎え角、ロータ（１）の回転速度、並びにブレード（２）の入口端におけるロータ（１）の回転軸に垂直な面においてハブ（４）及びハウジング（５）の誘導セクション（６）の内径によって形成される環状空間の断面積によって決められる。流体は、ブレード（２）のピッチ角度の増加及び、入口から出口にかけての多項式関数に従ったハブ（４）の直径の変化によって生じる誘導流体通路の断面積の低減の両方によって加速され、質量流量は一定に保たれる。流体は、誘導セクション（６）の壁面に、ブレード（２）のロータ直径を径方向に近近接させることにより、アイに戻って再循環することが禁止される。ロータ（１）の経線軸に沿った何れかの地点で流体の局部的な圧力が、流体の蒸気圧より下に落ちると、キャビテーションが生じることになるが、残りの流体は、誘導通路内で流れ続ける。装置内にあるキャビテーションが生じていない質量流量は、ロータ（１）の下流にあるメインポンプインペラが必要としている質量流量になるか、又は、それ以上になり、それにより、メインポンプインペラ内のキャビテーションの発生は未然に防がれる。流体が流れることを許容しながら、誘導セクション内でキャビテーションが発生しているので、メインポンプでのキャビテーションの発生は、低減され得、又は回避され得る。
【００２６】
流体流によって運ばれる固形物は、ロータ（１）の入口に入って、続いて、ロータ（１）のハブ（４）と誘導セクション（６）の壁との間の流体流通路を通って粉砕セクション（７）に入る。粉砕セクション（７）に入った固形物は、流体流及び慣性によって径方向外方に動かされ、ロータ（１）の直径と粉砕セクションの完全直径（７ｄ）とによって形成された環状空間内に動かされることになる。ロータ（１）の回転によって、粉砕羽根（８）に対するロータブレード（２）のせん断作用が生じる。固形物は、粉砕羽根（８）に捕捉され、羽根（２）のせん断作用によって低減される。さらにまた、この実施例では、幾つかの固形物が、回転中に段切欠き（３）によって捕捉されることになり、段切欠き（３）のリーディングエッジ、即ち、打撃エッジ（３ａ）も、固形物に回転係合して、粉砕羽根（８）に対して固形物を動かして粉砕する。この羽根（８）に対向するブレード（２）及び切欠き（３）による固形物の粉砕工程は、固形物が、ロータ（１）及び粉砕セクション（７）を出るのに十分な小ささになるまでロータの回転によって繰返されることになる。
【００２７】
図２Ａ及び図２Ｂには、羽根（８）によって構成された粉砕セクション（７）の一実施例の断面図及び通路（９）を備えた粉砕セクション（７）の別の実施例の断面図を示している。図２Ａにおいては、粉砕セクション（７）は、セクションの壁によって画定されたフル内側粉砕セクション直径（７ｄ）と、羽根（８）のせん断エッジによって画定された小さい羽根直径（８ｄ）とを有している。羽根（８）は、ディスクリート構成部品として形成され得、かつ、粉砕セクション（７）のハウジング内に固定され得、又は、一般的に公知の手段で設けられ得る。図２Ａの羽根（８）と粉砕セクションの壁との間の空間、同様に、図２Ｂの羽根（８）と通路（９）との間の空間は、流体流の通路を形成又は画定する。何れかの又は別の実施例において、羽根又は通路は、別の数であり得、異なる断面を有し得、また、直線状若しくはロータブレード（２）の回転と同じ方向又は反対方向の螺旋状であり得、さらに、別の多項式関数で表され得る均一の又は変化するピッチ角度を有し得る。
【００２８】
本発明の別の実施例がある。例えば、ある実施例では、部分的に直線状で部分的にテーバー状のハブを有する。幾つかの実施例では、一定のコード又は幅を持った一つ又は複数のローダブレードを有し得、他の実施例では、その長さ全体にわたってロータが一定の直径持つように、ハブのテーパーとオフセットできる端から端までがテーパー状のブレードを有し得る。さらに別の実施例では、ハブとロータブレードとの様々な組み合わせでテーパー状に又は直径が変化するロータを備えることができ、この場合、何れか又は両方のテーパーは、多項式関数として説明可能である。さらに別の実施例では、固形物と係合することになるブレードの外側エッジの位置又はその近くに付加的な打撃面を設けて、付加的な切り裂き又はせん断作用を提供する切欠き、スリット、歯又はブレード形状若しくはエッジ外形に対する同等の構造のバリエーションが選択される。ブレードエッジにおけるこのようなバリエーションの数、形状及び配置は可変である。一実施例として、複数の切欠きを連続して繰返して、各ブレードの外側エッジに沿って比較的粗い又は細かい鋸歯パターンが設けられ得る。また、幾つかの実施例では、硬化した挿入物又は表面処理が、切欠き及び／又は羽根及びブレードエッジに適用され得る。
【００２９】
さらに別の実施例として、長さが短い複数の個別のロータブレードがハブの全長に渡って設けられるか又は粉砕セクションの範囲内に複数の羽根が設けられ得、個々のブレード又は羽根のピッチ角は、ハブ又は粉砕セクションの長さ全体にわたるブレード又は羽根のピッチ角を決めるさらに別の多項式関数の関数である。一実施例として、一つのブレード又は羽根のリーディングエッジは、他のブレード又は羽根のテイリングエッジに近接し得、それにより、ブレード又は羽根のテイリングエッジから滑り落ちる固形物が、次のブレード又は羽根のリーディングエッジ上に衝突する。
【００３０】
本発明の別の実施例は、ハウジングの周囲を又はハウジングを通して配置された出口から入口までのリターンバイパス通路又は通路網を有し、これは、低流動脈動を回避するため、又は低減させるために、入口と出口との間の圧力差に応じて作用する。さらに別の実施例は、延性外側ハウジング内に耐摩耗性ライナーを備えた又は耐摩耗性ライナーとして構成されたハウジングを有し、これにより、高い研磨性があり得る材料又は幾つかの材料に有害な材料を扱う時等に、安全性が高められ、より信頼性のある操作が得られ、又、装置が修理可能になる。
【００３１】
本発明は、別の多くの実施例を受け入れる余地がある。例えば、誘導セクションと粉砕セクションとを有するハウジングから成る固形物移送流体処理システム用の誘導粉砕装置がある。前記ハウジングは、その粉砕セクションが、誘導セクションとメインポンプインペラとの間に位置するように、メインポンプインペラの上流で流体流に導入するように適合されている。ロータは、粉砕セクションと誘導セクションとを塞ぐようにハウジング内に配置されている。ロータは、一つのハブと、ハブ上に螺旋状に配置された少なくとも一つのロータブレードとを有し、前記ブレードは、入口端部と出口端部とを有し、かつ、第一の多項式関数に比例して入口から出口に向けて除々に大きくなるブレードピッチ角を有する。ハブは、入口の直径より大きい出口直径を有し、入口から出口までのハブの直径の変化は、第二の多項式関数によって表され得る。ロータ及びハウジングは、一緒に、総流体流通路を画定する。
【００３２】
ロータブレードの回転の弧がロータ直径を画定する。粉砕セクションは、粉砕セクションの直径を画定する粉砕壁を備え、前記粉砕壁は、壁から内側に向かって伸びる複数の羽根を有し、羽根のエッジの直径の範囲内でロータブレードが回転する。誘導セクションは誘導直径を有し、羽根直径と誘導直径は、機械的な干渉なくロータ及びロータの回転に適合するためにロータ直径より十分に大きくなければならず、同時に、羽根エッジの近くを通る回転ロータブレードが、それら間に移動してきた時に固形物に粉砕及びせん断作用を生み出すようにサイズがロータ直径に十分に近くなければならない。
【００３３】
ロータハブ及びロータブレードの壁は、少なくとも一つの個別の誘導流体流通路を形成する。羽根及び粉砕セクションの壁は、個別の粉砕流体流通路を形成する。ロータブレードは、粉砕セクションにおけるブレードの外側エッジ上に少なくとも一つの切欠きを有し得、装置を通って運ばれてきて切欠きと羽根エッジとの間に入った流体流中の固形物に、切欠きの打撃エッジと羽根との間でさらなる粉砕及びせん断作用を与えるようにし得る。切欠きは、段付き形状であり得、かつ、流体流に向かう径方向のリーディングエッジを有し得る。
【００３４】
これらの装置の出口の位置で装置の経線面に対して垂直な面で測定した流体流通路の断面積は、下流のインペラ通路のスロートの断面より大きい。個々の流体流通路の最も狭い断面積は、下流のインペラ通路のスロートの断面積より小さくされ得る。幾つかの実施例では、流体流通路の出口端部を、流体流通路の入口端部に戻すよに接続する流体流バイパスがあり得る。誘導粉砕装置にある体積流量は、下流メインポンプインペラの必要流量と等しいか、それより多い。ロータ直径は、ロータの全長に亘って均一でもよく、均一でなくてもよい。羽根直径は、その長さにわたって、誘導セクションの直径と一様に等しくても、等しくなくてもよい。
【００３５】
当業者は、本発明が目指し得る出願の本質及び範囲を容易に理解するだろう。本発明及びその実施例は、その機能を説明するために用いられた用語のバリエーション、実施例の要素の詳細、及び特許請求の範囲及びその均等物まで包含する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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