Die vorliegende Erfindung betrifft Kreiselpumpen und im besonderen Verbesserungen für Kreiselpumpen, die allgemein zur Förderung von mittel- bis hochkonsistenten Fasersuspensionen, wie etwa fein gemahlenen zellulosehaltigen Fasersuspensionen, d.h. Papierpulpe, eingesetzt werden.

Bekannte Kreiselpumpen für mittel- bis hochkonsistente Fasersuspensionen, wie etwa die in WO-A-8 700 448 dargestellte Vorrichtung, beispielsweise im Bereich von rund 6 bis 20 Prozent bei Papierpulpe, was eine typische Anwendung für solche Pumpen ist - leiden an einer inhärenten funktionellen Unzulänglichkeit, die die Förderleistung beim Pumpen von Suspensionsmaterial ernsthaft vermindert. Die Fluidisierung der Suspension durch die rotierenden Laufradschaufeln im Eintrittskanal der Pumpe erzeugt eine stark verwirbelte, fluidisierte, ringförmige Pulpeschicht dicht an der Umfassungswand des Eintrittskanals. Durch die Saugwirkung solcher Kreiselpumpen wird bewirkt, daß diese ringförmige Schicht hauptsächlich axial in Richtung der Arbeitsschaufeln im Pumpeninneren fließt, insbesondere dann, wenn die Pumpe mit einer relativ hohen Kapazität arbeitet. Bei niedrigeren Kapazitäten entsteht jedoch eine umgekehrte Strömung oder ein Rückfluß in der fluidisierten Pulpeschicht am nächsten zur Umfassungswand des Eintrittskanals, wodurch der Volumenstrom von Suspension durch die Kreiselpumpe zurückgeht und der Wirkungsgrad des Pumpenaggregats entsprechend herabgesetzt wird.

Folglich bezweckt die Erfindung, eine Kreiselpumpe für mittel- bis hochkonsistente Suspension vorzusehen, wo der Rückfluß von Suspension im Eintrittskanal wesentlich eliminiert ist. Insbesondere bezweckt die Erfindung, solch eine Pumpe zu schaffen, bei der der Wirkungsgrad der Pumpe ohne übermäßige Veränderungen der Grundkonstruktion der Pumpe bedeutend angestiegen ist. Diese Aufgaben werden gemäß den Merkmalen von Anspruch 1, der eine Pumpe beschreibt oder gemäß Anspruch 11, der ein Laufrad beschreibt, erreicht.

Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die Zeichnungen ausschließlich zur Veranschaulichung nicht aber zur Festlegung des Schutzumfangs der Erfindung bestimmt sind, wobei auf beigefügten Patentansprüchen verwiesen wird.

In den Zeichungen, werden die gleichen Bauteile in den verschiedenen Ansichten durch die gleichen Referenznummern bezeichnet. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer fluidisierenden Kreiselpumpe, die gemäß der Erfindung konstruiert ist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer fluidisierenden Kreiselpumpe gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer fluidisierenden Kreiselpumpe gemäß der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung zielt auf Verbesserungen von solchen Kreiselpumpen ab, die allgemein zur Förderung von mittel- bis hochkonsistenten Fasersuspensionen - wie beispielsweise fein gemahlenen zellulosehaltigen Faserstoffsuspensionen, d. h. Papierpulpe, eingesetzt werden. Solche Suspensionen haben typischerweise eine Konsistenz oder Pulpekonzentration von 6 bis 20 Prozent. Durch die verbesserte erfindungsgemäße Pumpe werden bemerkenswerte Steigerungen des Wirkungsgrads gegenüber konventionellen bekannten fluidisierenden Pumpen dieses Typs erreicht. Somit können beim Volumen der zu pumpenden Suspension der Erfindung zufolge leicht Steigerungen in der Größenordnung von 20 % oder noch mehr erreicht werden. Grob genommen verändert die vorliegende Erfindung die bisher allgemein bekannten fluidisierenden Kreiselpumpen, wobei infolge solch einer Veränderung die Suspension gleichzeitig mit der Fluidisierung der aus dem Pumpeneintritt kommenden Fasersuspension axial gerichteten Kräften ausgesetzt wird, die das Fliegen der Fasersuspension ins Pumpengehäuse und dadurch erleichtern. Die erfindungsgemäßen verbesserten Kreiselpumpen sorgen mit anderen Worten für gleichzeitige Fluidisierung und axialen Vorschub der Suspension durch den Eintrittskanal der Pumpe zu den Arbeitsschaufeln und dem Pumpenaustritt hin.

Wie oben beschrieben wurde, kann die Modifikation auf das Laufrad oder eine stationäre Fläche des Pumpengehäuses oder sowohl auf das Laufrad als auch Pumpengehäuse, und/oder andere Organe und Teile der Kreiselpumpe angewandt werden, wie es einem vom Fach aus der vorliegenden Beschreibung einleuchtet. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung, wie eben erläutert wurde, besteht die Veränderung in der Form von einer oder mehreren spiral- oder gewindeähnlichen Flächen, die gegenüber dem konventionell drehbaren Laufrad stationär und/oder so arrangiert sein können, daß sie im Normalbetrieb der Pumpe mit dem Laufrad umlaufen. In den beiden Fällen funktionieren diese spiral- oder gewindeförmigen Flächen in der Art von Förderschnecken, die gleichzeitig mit der Fluidisierung der Fasersuspension die Bildung von Flocken wirksam verhindern und den Rückfluß wesentlich eliminieren, der beim Pumpen von Suspension durch das Pumpengehäuse ein Charakteristikum der Kreiselpumpen gemäß dem Stand der Technik ist.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten fluidisierenden Kreiselpumpe 10 dargestellt. Bei dieser ersten dargestellten Ausführungsform ist die Verbesserung allein auf das Laufrad angewandt, das hier durch die allgemeine Referenznummer 12 bezeichnet ist. Somit kann der Rest der Pumpe 10 jede beliebige bekannte konventionelle oder andere gewünschte Form haben, und ihre in der Fig. dargestellte Konstruktion ist somit nur als Beispiel und zur Erleichterung der Beschreibung bestimmt.

Die Pumpe 10 umfaßt ein Gehäuse 14 mit einem Eintrittskanal 16 an einem Gehäuseende zur Aufnahme der zu pumpenden Suspension und einem Austritt 18, durch den die Suspension zwangsweise abgeführt wird. Das Gehäuse 14 kann gewünschtenfalls durch einen miteinander verbundenen ersten Gehäuseteil 20 und einen zweiten Gehäuseteil 22 gebildet sein, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist. Der Eintrittskanal 16, der im Querschnitt in der Regel hauptsächlich kreisrund ist, grenzt an eine innere Umfassungswand oder -fläche 24. Die Wand 24 hat vorzugsweise, aber nicht unbedingt, eine verhältnismäßig glatte Innenfläche, um die Strömung von Fasersuspension im Eintrittskanal 16 zu erleichtern.

Das Pumpengehäuse 14 nimmt eine Anzahl Lagerelemente 26, 28, und eine Wellendichtung 30 zur Abstützung einer langgezogenen, drehbaren Welle 32 auf, an der das Laufrad 12 befestigt ist. Die Welle 32 wird von einem Motor oder einer entsprechenden Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, die die Welle betriebsmäßig in der durch den Pfeil 33 angegebenen Richtung dreht und dabei das Laufrad 12 entsprechend dreht, das Suspension zwischen Eintrittskanal 16 und Austritt 18 pumpt. Die Verlängerung der drehbaren Welle 32 bildet die Achse 34 von Pumpe, Pumpengehäuse und Laufrad.

Das Laufrad 12 umfaßt, wie konventionell bekannt ist, eine oder mehrere und vorzugsweise mehrere Artbeitsschaufeln 36, die an der Rückplatte 37 des Laufrads befestigt sind und sich langgezogen im allgemeinen radial von der Pumpenachse 34 auswärts erstrecken und beim Umlaufen des Laufrads an erster Stelle zentrifugale Förderung der durch den Eintrittskanal 16 eingeflossenen Suspension durch den Austritt 18 bewirken. Die Rückplatte 37 des Laufrads kann durchgehenden Bohrungen 38 zur Erleichterung der Entfernung von Luft aufweisen, die sich aus der einfließenden Fasersuspension während des Fluidisierungsbetriebs der Kreiselpumpe ausgeschieden hat.

Ferner umfaßt das Laufrad 12 eine Vielzahl fluidisierender Flügel 40, die längs Eintrittskanal 16 in dessem Inneren angeordnet sind und sich hauptsächlich axial auswärts oder vorwärts von den Arbeitsschaufeln 36 erstrecken. Die Kreiselpumpe 10 von Fig. 1 umfaßt vier solcher fluidisierender Flügel, obwohl nur ein einziger Flügel für den wirksamen Betrieb der erfindungsgemäßen Pumpe benötigt wird, und so kann die Anzahl der fluidisierenden Flügel in der Pumpe beispielsweise anhand der Abmessungen und Förderleistung der Pumpe und der gewünschten Drehzahl des Laufrads gewählt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Laufrades wird eine Öffnung 42 und am bevorzugtesten eine im wesentlichen zentral angeordnete Öffnung zwischen den fluidisierenden Flügeln 40 gebildet. Das Vorsehen einer Öffnung 42 erleichtert die Ausscheidung von Luft aus der eintretenden Fasersuspension im Betrieb der Kreiselpumpe 10.

Somit sind die Flügel 40 als hauptsächlich flache Stangen oder Rippen ausgebildet, die auf solche Weise angeordnet sind, daß sie sich von der zentralen Öffnung 42 hauptsächlich radial auswärts erstrecken. Dennoch, wie es einleuchten dürfte, können die Flügel 40 eine Vielzahl alternativer Konfigurationen haben. So kann etwa die zentrale Öffnung 42 weggelassen werden, wobei jeder Flügel mit der Mittelachse 34 zusammentrifft und sich davon radial auswärts erstreckt oder über seine gesamte Länge leicht oder auf andere vorgegebene Weise gekrümmt ist, oder eine gekrümmte oder z.B. spiralförmige Form über seine axiale Erstreckung von den Arbeitsschaufeln 36 an hat. Im letzteren Fall kann die Ausrichtung der Spirale oder anderen Krümmungen der Flügel derart sein, daß sie einen axialen Vorschub der Suspension durch Eintrittskanal 16 entweder zu den Arbeitsschaufeln hin oder weg davon bewirken. Alle solchen Anordnungen, die hier nicht ausdrücklich angeführt sind, aber anhand dieser Beschreibung trotzdem offensichtlich sind, werden vom Schutzumfang der Erfindung erfaßt.

Der vorliegenden Erfindung zufolge trägt das Laufrad 12 desweiteren eine oder mehrere Eintragsschaufeln 44, die an mindestens einem Teil der axialen Erstreckung der fluidisierenden Flügel 40 daran entlang befestigt oder auf andere Weise davon aufgenommen werden. Die Eintragsschaufeln 44 sind radial von den fluidisierenden Flügeln auswärts angeordnet und verlaufen den Eintrittskanal 16 entlang in dessem Inneren in einem Winkel zwischen rund 1 und 89 Grad zur Achse 34. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bildet jedes Paar Eintragsschaufeln 44 eine hauptsächlich wendelartige oder einem spiralförmigen Gewinde ähnliche Fläche, die so angeordnet ist, daß, wenn sie betriebsmäßig mit den Flügeln 40 und dem restlichen Laufrad 12 um die Achse 34 herum dreht, die Eintragsschaufel in der Art eines Schneckenförderers arbeitet und auf die Suspension im Eintrittskanal 16 eine Axialkraft in Richtung Arbeitsschaufeln - d.h. zum Pumpeninneren und Austritt 18 hin ausübt. Diese axial einwärts gerichtete Kraft verhindert und wesentlich eliminiert den axialen Rückfluß von Suspension, was ein charakteristisches Merkmal der Kreiselpumpen gemäß dem Stand der Technik insbesondere (aber nicht ausschließlich) bei niedrigen bis mittleren Förderleistungen ist. Die wesentliche Eliminierung dieses Rückflusses ergibt beim Pumpen von Suspension einen bemerkenswerten Anstieg der Förderleistung, der typisch in der Größenordnung von 20 % liegt.

Eine modifizierte oder zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen fluidisierenden Kreiselpumpe 50 ist in Fig. 2 dargestellt. Vieles an der Pumpe 50 ist oder kann konstruktionell identisch oder nahezu ähnlich mit den entsprechenden Teilen der zuerst beschriebenen Pumpe 10 aus Fig. 1 sein, wie durch die gleichen Bezugsnummern zur Identifizierung der entsprechenden Bauteile angedeutet ist. Der bedeutendste Unterschied zwischen den Pumpen 10 und 50 besteht darin, daß das Laufrad 12' bei der Letzgenannten keine an seinen fluidisierenden Flügeln 40 oder einem anderen Teil des Laufrads befestigte oder auf andere Weise angebrachte Eintragsschaufeln aufweist. Stattdessen sind eine oder mehrere - bei der in der Zeichnung dargestellten Pumpe 50 zwei - hauptsächlich spiral- oder wendelförmige Eintragsschaufeln 52 stationär an der Umfassungswand 24 des Eintrittskanals 16 montiert. Somit erstrecken sich die Schaufeln 52 von der Wand 24 einwärts in das Innere des Eintrittskanals und enden radial auswärts von den Kanten der fluidisierenden Flügel 40, um die Flügel 40 ungehindert mit dem Laufrad 12' umlaufen zu lassen. Hier sind die Eintragsschaufeln wieder in einem Winkel von 1 bis 89 Grad zur Drehachse 34 orientiert.

Im Betrieb der Kreiselpumpe 50 wird Drehbewegung, hauptsächlich um die Achse 34 herum, durch das Umlaufen der fluidisierenden Laufradflügel 40 auf die im Eintrittskanal 16 befindliche Suspension übertragen. Als dessen folge gibt es zwischen der bewegten Suspension und den stationären Eintragsschaufeln 52 eine relative Drehbewegung, wobei die Schaufeln in der Art von Förderern eine axial gerichtete Kraft auf die Suspension ausüben, um die Suspension vorwärts zu den Arbeitsschaufeln 36 und dem Pumpenaustritt 18 hin zu treiben. Auf solche Weise, wie bei der Pumpenform von Fig. 1, wo die Eintragsschaufeln 44 eigentlich mit den Laufradflügeln 40 umlaufen wird die Suspension im Eintrittskanal 16 gleichzeitig durch das fluidisierende Umlaufen der Laufradflügel 40 im wesentlichen um die Achse 34 gedreht und axial den Eintrittskanal entlang zum Pumpeninneren hin durch die stationären Eintragsschaufeln 52 als Folge der relativen Bewegung zwischen der rotierten Suspension und den festen Schaufeln 52 befördert. Rückfluß von Suspension im Eintrittskanal wird entsprechend in diesem Fall sehr wirksam verhindert, weil sich die Eintragsschaufeln 52 bis an die Umfassungswand 24 heranreichen und an ihr anliegen, an welcher Umfassungswand entlang der für die Kreiselpumpen gemäß dem Stand der Technik charakteristische Rückfluß von Suspension am bedeutendsten ist.

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen durch die Nummer 60 gekennzeichneten Kreiselpumpe dargestellt. Diese dritte Ausführungsform der Pumpe ist in Wirklichkeit eine Kombination der primären konstruktionellen Merkmale der Pumpen 10 (Fig. 1) und 50 (Fig. 2), durch die die vorteilhafte Erhöhung des Wirkungsgrads erreicht wird. Somit umfaßt die Kreiselpumpe 60 ein Laufrad 12, das eine oder mehrere erste oder primäre Eintragsschaufeln 44 umfaßt, die an den fluidisierenden Flügeln 40 sich davon radial erstreckend montiert sind, welche Eintragsschaufeln betriebsmäßig mit dem Laufrad umlaufen. Zusätzlich umfaßt die Pumpe 60 eine oder mehrere sekundäre stationäre Eintragsschaufeln 52, die an der Umfassungswand 24 des Eintrittskanals 16 befestigt sind und daran grenzen. Die Eintragsschaufeln 44 und 52 sind auf eine der obenbeschriebenen Weisen angeordnet und können eine der oben in Zusammenhang mit den Pumpen 10 und 50 beschriebenen Formen annehmen, weshalb die Beschreibungen hier nicht wiederholt werden. Wie man sieht, ist die Einbeziehung der rotierbaren am Laufrad 12 aufgenommenen Eintragsschaufeln 44 und der an der Umfassungswand 24 befestigten stationären Eintragsschaufeln 52 besonders wirksam bei der Verhinderung von Rückfluß der Suspension, was ein charakteristisches Merkmal der bisherigen Kreiselpumpen ist und, wie bereits hervorgehoben wurde, den Wirkungsgrad erheblich steigert.