(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維パルプ懸濁液を汲み上げ、懸濁液からガスを分離させるポンプであり；
軸線方向の入口（１７）と、懸濁液用の放射状の出口（６）と、ガスの出口（１９）を具備したポンプケーシングチャンバ（４）を有する、ポンプケーシング（１）と；
前記ポンプケーシングチャンバに配置されたポンプ輪（２５）と；
前記ポンプ輪用に駆動シャフト（１０）とを備え；
前記ポンプ輪がハブ（２７）を具備し、前記ハブが、前方ポンプチャンバ部分（４Ａ）と、前記前方ポンプチャンバ部分における前記入口ポンプ前方羽根（３０）と、後方ポンプチャンバ部分（４Ｂ）と、前記後方ポンプチャンバ部分におけるポンプ後方羽根（３２）と、前記前方ポンプチャンバ部分と前記後方ポンプチャンバ部分との間に環状仕切（２８）とを備え、前記環状仕切が前記ハブに結合され、更に前記ハブが前記後方ポンプチャンバ部分において主に放射状外方向に延びる、外側カラー形部分（３６）を備え、前記環状仕切が、外側カラー形部分の前方に且つ、それから間隔を空けて配置され、前記環状仕切（２８）の放射状の広がり部分と外側カラー形部分（３６）が、軸線方向に対して垂直方向に延びて、少なくとも部分的にお互い重なり合うように配置し、更に前記ハブが、前記環状仕切の後側と前記外側カラー形部分上の前側との間で、前記前方ポンプチャンバ部分（４Ａ）の内部から、前記後方ポンプチャンバ部分（４Ｂ）の外部へ、主に放射状部分を形成して延びる、複数の通路（５０）を備え、更にハブ上の前記外側カラー形部分（３６）が、前記ポンプ輪（２５）の軸線方向で前記ポンプ羽根（３２）の後方に、前記ポンプ輪（２５）の外側カラー形部分（３６）を介する貫通孔（５３）を備え；
そして前記駆動シャフト（１０）が更に、軸受部材（１３，１４，１５）を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
隣接する通路（５０）が、前記ポンプ前方羽根（３０）及びポンプ後方羽根（３２）の一つによって、及びポンプ前方羽根とポンプ後方羽根との間の変形部分（３３）によって、互いに画定されることを特徴とする請求の範囲１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記ハブ（２７）が外側カラー形部分（３６）の前方に、前記外側カラー形部分の方向に増す半径を有する、前方部分（３５）から成ることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前方部分（３５）の母線と回転軸（２１）との間の傾斜角度（ａ）が、前記外側カラー形部分（３６）の前側部（３７）の対応する傾斜角度（ｅ）よりも、小さいことを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれかひとつに記載のポンプ。
【請求項５】
前記ハブ（２７）の前方部分（３５）が、前記外側カラー形部分（３６）よりも、軸方向の長さが長いことを特徴とする請求の範囲４に記載のポンプ。
【請求項６】
ハブ（２７）の前方部分（３５）が、回転軸に対して30°〜60°の間の傾斜角度（ａ）を有し；
前記外側カラー形部分（３６）の前記前側部（３７）が、回転軸に対して70°〜90°の間の傾斜角度（ｅ）を有することを特徴とする請求の範囲４または５のいずれか一つに記載のポンプ。
【請求項７】
前記前方部分（３５）の軸線方向の長さが、前記外側カラー形部分（３６）の長さの二倍〜五倍であることを特徴とする請求項５または６に記載のポンプ。
【請求項８】
前記回転軸（２１）に対する前記ハブ（２７）の前方部分（３５）の傾斜角度（ａ）が、35°〜55°の間で；
前記回転軸に対する前記外側カラー形部分（３６）の前側部（３７）の傾斜角度（ｅ）が、65°〜85°の間であることを特徴とする請求の範囲４〜７のいずれか一つに記載のポンプ。
【請求項９】
前記回転軸（２１）に対する前記ハブ（２７）の前方部分（３５）の傾斜角度（ａ）が、40°〜59°の間で；
前記回転軸に対する前記外側カラー形部分（３６）の前側部（３７）の傾斜角度（ｅ）が、70°〜80°の間であることを特徴とする請求の範囲４〜７のいずれか一つに記載のポンプ。
【請求項１０】
回転軸（２１）に対して垂直な放射状平面に対して、外側カラー形部分（３６）の前側部（３７）の傾斜角度（ｂ）が、多くとも20°であることを特徴とする請求の範囲４または５に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記放射状平面に対する後方壁（４２）の傾斜角度（ｃ）が、8°〜17°の間であることを特徴とする請求の範囲１０に記載のポンプ。
【請求項１２】
貫通孔（５３）の少なくとも一部が、ハブ（２７）の前記前方部分（３５）と前記主に放射状に延びる外側カラー形部分（３６）との間の円形変わり目ライン（４６）を直交するポンプホイールの軸線に対し平行に伸びることを特徴とする請求の範囲１〜１１のいずれか一つに記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、懸濁液（suspension）からガスを分離する手段を備えた、繊維パルプ懸濁液用のポンプに関連するものである。特に本発明は、改善したＭＣポンプと称されるもの、すなわち例えば従来のラジアルポンプで汲み上げることができない、8〜15％の相対的に高いパルプ濃度のパルプ懸濁液を汲み上げるポンプに関する。
発明の背景
前記型式のポンプは、1991年8月13日Hoglandに出た米国特許明細書第5 039 320号から知られている。このポンプには、ハブと環状仕切との間に開口があり、それを介して繊維パルプ懸濁液と分離されるべき空気またはガスが、ポンプチャンバ前方部分から後方部分へ放射／軸線方向に通過することができ、そこで軸線方向に移動する構成体は無視できない。これは結果として、ポンプ輪に作用する、相当な軸線方向の力が、ポンプケーシングにおいて生じ、またポンプ輪の駆動軸に装着することをより困難にし、特別な軸受を使用することが必要となる。他に軸線方向で分離されるガス／空気は、繊維パルプの望ましくない内容物を含む。
発明の詳細な説明
本発明の目的は、改善されたポンプ輪を提供することによって、前記の問題を解決することである。
本発明の第一の主要な目的は、改善されたポンプのホイールを提供することによって、上記の問題を解決することである。ポンプは懸濁液用の放射状の出口と軸線方向の入口とガスの出口を具備したポンプケーシングを有するポンプケーシングと、ポンプケーシングチャンバに配置されたポンプ輪を備えている。ポンプ輪はハブを具備している。ハブは前方ポンプチャンバ部分における入口ポンプ前方羽根に面した、前方ポンプチャンバ部分と、後方ポンプチャンバ部分と、後方ポンプチャンバ部分におけるポンプ後方羽根と、前方ポンプチャンバ部分と後方ポンプチャンバとの間の環状仕切を備えている。仕切は、ハブに結合されている。更にハブは、後方ポンプチャンバ部分において主として放射状に外方向へ延びる外側部分を備えている。環状仕切は、仕切と外側カラー形ハブ部分のから間隔を空けて、その前方に、環状仕切の放射状伸長部と外側カラー形ハブ部分が、放射方向で少なくとも部分的に互いに重なり合う。また環状仕切は、環状仕切の後側と外部カラー形ハブ部分における前側との間に、主に放射状の部分を有して、前記前方ポンプチャンバ部分から後方ポンプチャンバ部分の外部分に向かって延びる、通路を具備する。更に環状仕切では、ハブ上のカラー形部分が、ポンプ輪の回転方向に見て、ポンプ羽根の後ろに貫通孔を備える。ポンプはポンプ輪用の駆動シャフトを備え、駆動シャフトはポンプケーシングの一方の端部壁を介して延びる。さらに駆動シャフトは軸受部材を備える。
本発明による第一の主要な概念の第一変形例によると、複数の調節通路が、前方羽根と後方羽根の一つによって、及びポンプ前方羽根とポンプ後方羽根との間の移動部分によって、互いに画定される。
本発明による第一の主要な概念の第二変形例によると、ハブは外部分の前方に前方部分を備え、前方部分が外側カラー形部分の方向に増す直径を有する。
本発明による第一の主要な概念の第三変形例によると、前方部分の母線と回転軸との間の平均傾斜角度が、外側カラー形部分の前側の傾斜の対応する平均角度よりも少ない。第三変形例によると、ハブの前方部分が外側カラー形部分よりも軸線方向の長さが長い。
本発明による第一の主要な概念の第四変形例によると、前記前方部分は回転軸に対する平均傾斜角度が30°〜60°の間で、外側カラー形部分が回転軸に対する平均傾斜角度が、70°〜90°の間である。この第四変形例によると、放射平面に対する平均傾斜角度が5°〜30°の間である。
本発明による第一の主要な概念の第五変形例によると、前方部分の軸線方向の長さは、外側カラー形部分の長さの二倍から五倍である。
本発明による第一の主要な概念の第六変形例によると、回転軸に対する前記ハブの前方部分の平均傾斜角度が、35°〜55°の間であり、回転軸に対する外側カラー形部分の前側の平均傾斜角度が、65°〜85°の間である。
本発明による第一の主要な概念の第七変形例によると、回転軸に対する前記ハブの前方部分の平均傾斜角度が、40°〜59°の間であり、回転軸に対する外側カラー形部分の前側の平均傾斜角度が、70°〜80°の間である。
本発明による第一の主要な概念の第八変形例によると、放射平面に対する平均傾斜角度が、多くて20°である。
本発明による第一の主要な概念の第九変形例によると、放射平面に対する平均傾斜角度が、8°〜17°の間である。
本発明による第一の主要な概念の第十変形例によると、少なくとも幾つかの貫通孔の放射状伸長部が、ハブの前方部分と、主に放射状に延びるカラー形ハブ部分との間で、円形移動ラインに直交する。
本発明による第一の主要な概念の第十一変形例によると、貫通孔が、ポンプ羽根に隣接するように、ポンプ輪の回転方向に見て、ポンプ羽根の後側に備えられ、ポンプ輪の回転方向と反対方向に見て、次のポンプ羽根の前側と貫通孔との間の空間が、いずれかの貫通孔の中空部分であり、その空間は一方のポンプ羽根の後側と、前記次のポンプ羽根の前側との間の空間の主要部分である。
本発明による概念の実施形態に関連して、より一般的に、ハブは後方ポンプチャンバ部分において主に放射状外方向に延びる外部分を有する。環状仕切が、外側ハブ部分の前方に、それから間隔を空けて配置される。環状仕切の内径は、外側ハブ部分の外形よりも小さく、環状仕切の放射状の広がり部分と、外側ハブ部分が、放射方向にお互い部分的に重なり合うようになっている。複数の通路が、環状仕切の後側と、外側ハブ部分と、ポンプ後方羽根との間で、前方ポンプチャンバ部分の内部から後方ポンプチャンバ部分の外部に向かって、主に放射状の部分と共に延びる。
本発明による概念の好ましい実施形態に関連して、ハブは外部分の前方に、外側部分を成すハブの一部分の方向に増す直径を有した前方部分を備え、その部分が好ましくはハブの後方部分を構成する。
好ましい実施形態では、ハブは外側部分の前方に、外側部分を形成するハブ部分の方向へ半径が増す前部を備え、そのハブ部分は好ましくはハブの後部から構成される。更に本発明の特徴と性質は、後記の請求の範囲及び好ましい実施形態の記載によって明らかになる。
図面の説明
以下に好ましい実施形態を、添付図面を参照して説明する。
第１図は、発明の本質ではない詳細部を省略した本発明によるポンプの軸方向断面図である。
第２図は、ポンプの一部を形成する推進機の軸方向断面図である。
第３図は、第２図のIII−III線に沿った推進機の図である。
第４図は、第２図のIV−IV線に沿った推進機の図である。
第５図は、前方から斜めに見た推進機の斜視図である。
第６図は、後方から斜めに見た推進機の斜視図である。
第７図は、パルプ懸濁液及びポンプ内で分離されるガス／空気用の本流通路を示している。
実施形態
第１図におけるポンプの主要部分はポンプケーシング１から成り、その入口部分２がスリーブによって構成され、推進機３、ウォーム５を介する放射状の出口６と合併するポンプチャンバ４、通常９のように設計された真空ポンプを含む回転子ユニット８の範囲とポンプチャンバ４を画定する端部壁７、推進機３と真空ポンプ９用の駆動軸１０、端部壁７を介して延びる駆動軸１０用の符号１１で示された駆動モータそして、駆動軸１０用のローラ軸受１３とボール軸受１４、１５を備える軸受ユニット１２から成る。
入口部分２には、ガス通常は主に空気量を含有し、汲み上げられるパルプ懸濁液用の円筒形入口１７がある。ポンプチャンバ４と真空ポンプ９との間には前記ガス／空気用の一つかそれ以上の通路１９と、符号２０で示される分離されたガス／空気用の出口がある。
ポンプには通常、回転軸２１が水平に装着されている。スタンドは符号２２のように設計されている。本発明に影響のない他の詳細部は、図面には示されていない。ポンプチャンバ４は、ポンプチャンバの前方部分４Ａと後方部分４Ｂに分けられる。ポンプチャンバ４は、前方部分が入口スリーブ２によって画定され、後方部分が端部壁７によって画定され、外側部分はウォーム５によって画定されている。
いわゆる本発明の特別な特徴は、推進機３の設計、更に特別な推進機の全体部分が含まれる第２図〜第６図を参照して詳細に示されるポンプ輪２５の設計である。
推進機３は、ポンプチャンバ４の前記ポンプ輪２５と入口部分２の流動化回転子２６から成り、鋳造一体ユニットで構成される。本発明によれば、流動化回転子２６は前記スウェーデン国特許明細書第467 466号／米国特許明細書第5 039 320号によるものと同じ型式であり、従ってここではより詳しく説明しないが、代わりに前記特許明細書を参照するべきである。
スウェーデン国特許明細書第467 466号／米国特許明細書第5 039 320号に記述されたポンプ輪に類似のポンプ輪２５は、放射状の輪型式であり、ハブ２７と、ポンプチャンバの前方部分４Ａと後方部分４Ｂとの間の環状仕切２８と、それ自体が前方端部２９を備える入口部分２と向かい合った多数のポンプ前方羽根３０と、それ自体が側端部３１を備える端部壁７と向かい合った多数のポンプ後方羽根３２を含み、そのポンプ前方羽根３０及びポンプ後方羽根３２が環状仕切２８と堅固に固定され、ポンプチャンバの前方部分４Ａと、ポンプチャンバの後方部分４Ｂは各々合体する。ポンプ前方羽根３０、ポンプ後方羽根３２はある意味で、それ自体が第３図〜第６図に見られる様に、後部がポンプ輪２５の回転方向に曲げられている。実施形態によれば、ポンプ前方羽根３０はポンプ後方羽根３２より軸線方向に大きく延びており、そして本質的にポンプの容量を画定している。他方、ポンプ後方羽根３２は、それ自体ＭＣポンプと称されるポンプに関連して知られている原理によって望ましい圧力を作るため、それ自体周知の仕方で放射状に大きく延長する。ポンプ前方羽根３０は殆どがその前方端部２９と共に、入口部分２に対して押圧され、ポンプ後方羽根３２は殆どがその側端部３１と共に、端部壁７に対して押圧され、ポンプに望ましい高い効果を与えるため備えられる。各々が対の羽根である各ポンプ前方羽根３０及びポンプ後方羽根３２は、ある意味で本質的に一致して曲げられた回転軸に平行なプレーンの形で配置しており、そして各別の前方羽根が、前方に配置する回転刃の全延長部から成る。前方と後方の羽根との間の変形部分は符号３３のように設計されている。
ハブ２７は、前方円錐形部分３５と後方の外側カラー形部分３６から成る。前方円錐形部分３５はハブ２７の主部から成り、更に詳しくはコーン形頂部の角度が90°の切頭直コーン形であり、コーンの母面が回転軸２１に対して45°の角度で傾斜していることは明らかである。また、外側カラー形部分３６は前方を向いた頂部を備える切頭直コーン形であるが、コーン頂部の角度は前方部分３５のコーン角度よりも大きく；実施形態に関して150°であり、外側カラー形部分３６の前側部３７、またはより詳しくは、その母面は回転軸２１に対して直角な放射状の平面に対してｂ＝15°の角度を形成する。実施形態に関連して、外側カラー形部分３６が単に隣接して、ハブの前方円錐形部分３５の第３の軸方向延長部に対応する軸方向の延長部を有する。ハブ２７は前方へ向かって、端部壁７の貫通開口に延びる円筒形部分３９で終端している。全ての他のポンプ後方羽根３２は、その内側端部によって前記円筒形部分３９に接合される。他の後方羽根３２と円筒形部分との間に、第１図のように隙間３４がある。
本発明に関連して、ポンプチャンバ４の前方部分４Ａと後方部分４Ｂとの間の環状仕切２８は、環状であり、平らな前側部４０を備える。より詳しくは、円錐形に傾斜した後方壁４２を有する内側部分４１と平らな後方側４４を有する外側部分４３から成る。内側部分４１は、ハブの外側カラー形部分３６の前方にある内側円周状端部４５と、ハブの前方円錐形部分３５と外側カラー形部分３６との間のわずか外側の円形変わり目ライン４６から、また外側カラー形部分３６の前方且つ、その外側に位置する環状仕切２８の外側円周状端部４７へ延びる。放射状プレーンに対する後方壁４２の傾斜角度は、本実施形態に関連してｃ＝12°である。
本記載では前方羽根３０は、前方端部２９から環状仕切２８の平らな前側部４０と一致する放射状平面へ延びる、接合されたポンプ前方羽根３０／ポンプ後方羽根３２の一部分として画定される。ポンプ後方羽根３２は、環状仕切の平らな後方側４４と一致する放射状平面から、後方羽根の端部３１へ延びる接合されたポンプ前方羽根３０／ポンプ後方羽根３２の一部として画定されており、ポンプ前方羽根とポンプ後方羽根との間の変形部分３３は、軸線方向にハブ２７と環状仕切２８の内側と、環状仕切の平らな前側部４０、後方側４４と一致する二つの放射状の平面によって限定された範囲として画定される。
従って、環状仕切２８の内側部分４１が、相応じて内方向へ狭くなるくさび形であり得るなら、ハブの外側カラー形部分３６の長手方向断面が外方向へ狭くなるくさび形のように示され得る。それら外側カラー形部分３６と環状仕切２８の内側部分４１−は更にそれらが放射方向に大部分が互いに重なるように配置されている。結果として、第１図、第５図、第６図に多くの通路５０がポンプチャンバ前方部分４Ａと、ポンプチャンバ後方部分５Ｂとの間に形成され、その通路５０は概して、放射方向にポンプチャンバ前方部分４Ａの内側部分から、ポンプチャンバ後方部分４Ｂの外側部分に向かって延びる。それらの通路５０は、外方向へ少し広がり、前方では環状仕切２８の後方壁４２によって、後方ではハブの外側カラー形部分３６の傾斜壁３７によって画定され、そして隣接する通路５０は互いにポンプ前方羽根３０及びポンプ後方羽根３２との間の変形部分３３と、各ポンプ前方羽根３０及びポンプ後方羽根３２の画定部分によって、限定されている。本実施形態に関して、それらの通路５０の傾斜ｄの平均角度、すなわち通路の中心線５１に対する傾斜角度は放射状の平面に対して13.5°である。
更に環状仕切２８は、軸線方向に貫通する多数、本実施形態ではポンプ前方羽根３０とポンプ後方羽根３２の数と同じ６個の孔５３を備えており、孔５３は楕円形で放射方向に配置している。孔５３は楕円形で、前方円錐形部分２７とハブの外側カラー形部分３６との間の変わり目ライン４６の少し内側の位置から、カラー形部分の全円周線の少し内側の範囲まで放射方向に延長しており、ポンプ輪の回転方向から見てポンプ後方羽根３２の後方に配置されている。
従って、本ポンプは通常約8〜10％の平均的な繊維濃度の、従来のポンプでは汲み上げできない繊維懸濁液を汲み上げることを目的としている。入口１７を介して流れる懸濁液を汲み上げ可能にするため、最初にそれ自体幾分か知られているように回転子２６の助成により流動化を行う。回転ポンプ輪２５のポンプ前方羽根３０、ポンプ後方羽根３２によって、流動化懸濁液はウォーム５に投入され、更に放射状の出口６を介して放出される。本流Ａは、ポンプ前方羽根３０によってポンプチャンバ前方部分４Ａを介して流出され、支流Ｂは通路５０を介して、ポンプ後方羽根３２は望ましいポンプ圧を発生させるポンプチャンバ後方部分４Ｂの外側部分に流出される。従って軸線方向の移動構成体がポンプチャンバ４の範囲で相対的に小さくなると、パルプ懸濁液の流れの方向は、ポンプを介する長手方向断面図に示されるように、かなり有力に放射状になる。ポンプ輪３の懸濁液によって軸線方向に働く力は相応して小さくなり、このことは順に軸線方向の軸受における、軸線方向の応力が相対的に小さいことを意味している。従って、ボール軸受１４、１５は例えば構造の観点から考えられる利点である非常に小さな軸線方向及び、放射状の遊びを作る角接触軸受から成る。本発明は、勿論その様な軸受を使用することは限定しないが、例えばポンプが前記スェーデン国特許出願公告明細書第467 466号／米国特許明細書第5 039 320号に記載されている場合のものよりも、設計者が自由にベアリングを選択することが利点である。また、ポンプ羽根後方部分の仕切の貫通孔５３を、ポンプ輪２５の軸線方向に釣合わせている。ハブ２７の後側、ポンプ後方羽根３２の後方に前記孔５３なしで、孔５３によって軽減される下向きの圧力が生発生される。ポンプ輪２５の設計によって、また懸濁液内にある空気、気流または他のガスの非常に良好な分離が行われる。このガスは分離され、好ましくはポンプ輪２５の前方の中心部に蓄積され、そこからＣで示したようにハブの前方円錐形部分３５に沿って、更に通路５０を介して、外側カラー形部分３６の前方表面すなわち前側面３７まで流れ、この部分を迂回して外側カラー形部分３６の後側部とハブの円筒形部分３９に面する端部壁７との間の内方へ流れ、そこから最後に吹き出し開口２０を介して押し出すため、ガスが真空ポンプ９によって端部壁７の開口１９を介して吸い込まれる。また、カラー形部分の外円周形端部を回って通過するガスと合流するため、幾らかのガスは外側カラー形部分３６の孔５３を介して流れる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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