KR20240055565A - 고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링 - Google Patents

Abstract

본 발명의 대상은, 고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링으로서, 절단 헤드와 협력하기 위한 개구를 형성하는 절단 링 베이스 몸체를 포함하고, 절단 링은 펌프의 임펠러의 축 방향 연장부 내에서 펌프에 고정 연결될 수 있고,
펌프의 흡입측 방향으로 임펠러로부터 멀어지는 방향으로 배향된 적어도 외부 절단 에지를 각각 포함하는 복수의 절단 톱니부가 개구 주위의 절단 링 베이스 몸체에 제공되고, 절단 톱니부는 적어도 흡입측 방향으로 외측으로 절단 링 베이스 몸체로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장되고,
적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부에는 각각의 반경 방향 외측으로 연장되는 재료 리세스가 형성되고/되거나,
2개의 적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골에서는 반경 방향으로 외측으로 연장되는 축 방향 함몰부가 절단 링 베이스 몸체에 형성되는, 절단 링이다.

Description

고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링{CUTTING RING FOR SOLIDS-LOADED FLUID OF A PUMP}

본 발명은 고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링으로서, 절단 헤드와 협력하기 위한 개구를 형성하는 절단 링 베이스 몸체를 포함하고, 절단 링은 펌프의 임펠러의 축 방향 연장부 내에서 펌프에 고정 연결될 수 있고, 임펠러로부터 멀어지는, 펌프의 흡입측 방향으로 배향된 각각의 적어도 외부 절단 에지를 갖는 복수의 절단 톱니부가 개구 주위의 절단 링에 제공되고, 절단 톱니부는 절단 링 베이스 몸체로부터 멀어지는 외측으로 적어도 흡입측 방향으로 축 방향으로 연장되는, 절단 링에 관한 것이다.

폐수와 같은 유체에서 고형 혼합물은 펌프나 파이프라인을 막을 수 있다. 이러한 막힘을 방지하기 위해 소위 절단 유닛을 사용하고, 이 절단 유닛은 유체에 장입된 고형물을 잘게 자르기 위해 펌프의 흡입 영역 상류에 위치된다.

종래 기술에 알려진 절단 유닛은 종종 절단 표면 또는 절단 요소라고 하는 고정 부분과, 절단 헤드라고 하는 회전 부분을 갖는다. 절단 유닛의 적용 영역에 따라 원형, 원추형 또는 원통형 절단 표면을 사용할 수 있다. 절단 스크린이라고도 하는 절단 표면은 유체를 펌프의 임펠러 쪽으로 흐르게 하는 개구를 가진다. 절단 표면이 평탄하거나 원추형으로 설계된 경우 이 절단 표면은 절단 판이라고 한다. 절단 표면의 원통형 디자인은 절단 링이라고 한다.

이러한 절단 유닛의 절단 작용은 적어도 새 것 상태에서는 양호하지만, 절단 유닛 자체는 고형물에 의해 막히거나 차단될 수 있고, 또는 고형물은 펌프의 흡입 영역 앞에 쌓여 흡입 영역을 차단할 수 있다. 또한, 펌프의 상류에 배치된 절단 유닛은 일반적으로 펌프로 유입되는 영향으로 인해 펌프의 효율 및 특성에 부정적인 영향을 미친다.

이러한 상황에 기초하여, 본 발명의 목적은, 종래 기술에 알려진 솔루션에 비해 동작이 보다 신뢰성 있고 유지 관리 요건이 적음과 동시에 펌프의 유압 효율이 높은, 고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링을 제공하는 것이다.

따라서, 본 목적은 고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링으로서, 절단 헤드와 협력하기 위한 개구를 형성하는 절단 링 베이스 몸체를 포함하고, 절단 링은 펌프의 임펠러의 축 방향 연장부 내에서 펌프에 고정 연결될 수 있고,

임펠러 방향으로 축 방향으로 배향된 바람직하게는 각각의 내부 절단 에지, 및 임펠러로부터 멀어지는, 펌프의 흡입측 방향으로 배향된 적어도 외부 절단 에지를 포함하는 복수의 절단 톱니부가 개구 주위의 절단 링 베이스 몸체에 제공되고, 절단 톱니부는 바람직하게는 임펠러 방향으로 부분적으로 내측으로 그리고 흡입측 방향으로 부분적으로 적어도 외측으로 절단 링 베이스 몸체로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장하고,

적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부에는 각각의 반경 방향 외측으로 연장되는 재료 리세스가 제공되고/되거나,

2개의 적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골(valley)에는 반경 방향 외측으로 연장되는 축 방향 함몰부가 절단 링 베이스 몸체에 제공되는, 절단 링에 의해 달성된다.

제안된 솔루션의 핵심은 반경 방향 외측으로 연장되는 재료 리세스를 제공하고/하거나 반경 방향 외측으로 연장되는 축 방향 함몰부를 제공하는 것이다. 이러한 조치로 인해 동작 동안 절단 헤드의 외부 직경에 부착되어 함께 회전할 수 있는 고형물이 절단 헤드와 절단 링에 의해 형성된 절단 유닛의 임의의 축 방향 평면에서 절단 작용을 경험한다. 특히, 재료 리세스는 절단 영역을 줄여 마찰을 줄여 더 적은 토크가 필요하고 시동 시와 정상 동작 시 모두에서 펌프를 보다 신뢰성 있게 동작할 수 있다. 절단 에지의 이러한 침투는, 바람직하게는 포켓형 디자인을 갖고 절단 링 베이스 몸체 내로 반경 방향 외측으로 연장되는, 특히 외측으로 연장되는 축 방향 함몰부에 의해 달성된다. 포켓은 바람직하게는 절단 톱니부 사이에 그리고 축 방향 함몰부의 형태로 각각 형성된다. 따라서 동작 시 회전하는 절단 헤드의 절단 에지는 원통형 원주 표면에서 고정된 절단 링의 절단 에지를 지나 스위프(sweep)할 수 있다. 요약하면, 제안된 절단 링은 펌프 입구로 보다 양호하고 방해 없이 유입될 수 있어서 보다 높은 여과 효율을 달성한다.

펌프는 일반적으로 회전 운동과 동적 힘을 사용하여 주로 유체를 매체로 이송하는 유체 흐름 기계로 정의된다. 바람직하게는, 펌프는 회전식 펌프로 설계된다. 회전식 펌프에서, 유체, 즉 매체의 접선 가속도에 더하여 반경 흐름에서 발생하는 원심력을 펌핑에 사용하므로 이러한 펌프를 원심 펌프라고도 한다. 바람직하게는, 펌프는 예를 들어 하수 펌프와 같이 건물의 유압 시스템에 사용될 수 있다.

펌프의 정상 동작에서, 펌프의 모터의 하우징은 펌프 하우징 위에 배열될 수 있고, 펌프 하우징 내에는 모터 샤프트를 통해 모터에 의해 구동되는 임펠러가 유체를 이송하기 위해 제공되고, 모터의 하우징은 펌프 하우징에 고정 연결될 수 있고/있거나 펌프 하우징과 일체로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 모터 샤프트는 모터의 하우징으로부터 구동측의 펌프 하우징 내로 돌출되고/되거나, 임펠러는 구동측의 모터 샤프트에 고정 연결된다.

바람직하게는, 유체는 물 또는 다른 유체 매체, 예를 들어, 폐수를 포함한다. 유체는 임의의 종류의 오염 물질, 특히 배설물, 침전물, 흙, 모래 또는 훨씬 작은 나무 조각, 덤불, 직물, 헝겊 등과 같은 고형물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 모터의 하우징 및/또는 펌프 하우징은 금속, 특히 주철 또는 윤곽 스테인리스강 및/또는 플라스틱으로 제조된다.

바람직하게는, 절단 링 베이스 몸체는 바람직하게는 링 형상으로 구성되고/되거나 금속, 특히 경질 금속으로 제조된다. 절단 헤드는 특히 원형 개구에 삽입되어, 절단 헤드를 회전시킴으로써 절단 헤드 절단 에지가 고형 재료를 잘게 자르기 위한 절단 링의 절단 에지와 협력할 수 있다. 바람직하게는, 복수의 절단 톱니부에는 임펠러를 향해 축 방향으로 배향된 각각의 내부 절단 에지, 및/또는 임펠러로부터 멀어지는, 펌프의 흡입측을 향해 배향된 외부 절단 에지가 제공되고, 절단 링 베이스 몸체로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장되는 절단 톱니부는 부분적으로는 임펠러를 향해 내측으로 연장되고, 부분적으로는 흡입측을 향해 외측으로 연장된다. 절단 톱니부는 바람직하게는 원통형으로 개구 주위에 그룹화된다. 재료 리세스 및/또는 함몰부는 예를 들어 밀링에 의해 후속적으로 포함될 수 있고, 또는 예를 들어 적절하게 설계된 주조 몰드에 의해 절단 링을 제조하는 동안 이미 도입될 수 있다. 바람직하게는, 재료 리세스 영역의 내부 직경은 재료 리세스가 제공되지 않은 영역에서보다 더 크다. 절단 에지에는 재료 리세스가 없는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 재료 리세스의 윤곽은 특히 절단 에지의 윤곽에 평행하게 따른다. 그 결과 균일하게 넓고 이에 따라 또한 균일하게 안정적인 절단 표면이 생성된다. 더욱이, 절단 링의 내부에 절단 링 칼라(cutting ring collar)가 제공될 수 있으며, 이 절단 링 칼라는 절단 링 베이스 몸체로부터 축 방향으로 테이퍼져 내부 절단 톱니부로 병합된다. 바람직하게는, 반경 방향 외측으로 연장되는 재료 리세스가 모든 절단 톱니부에 제공되고/되거나, 반경 방향 외측으로 연장되는 축 방향 함몰부가 각각의 골에 제공된다.

바람직한 추가 개선예에 따르면, 절단 링은 재료 리세스를 포함하고, 재료 리세스는 임펠러의 회전 방향으로 절단 에지 뒤에 제공된다. 바람직하게는, 절단 에지는 재료 리세스 없이 형성되고, 따라서 보다 큰 고형물에 대해서도 안정적이고 저항성이 있다. 한편, 회전 방향으로 절단 에지 뒤의 절단 톱니부 영역의 재료 리세스는 절단 톱니부를 재료 면에서 최적화하여 비용 효율적으로 설계될 수 있도록 한다.

다른 유리한 추가 개선예에 따르면, 내부 및 외부 절단 톱니부가 제공되고, 2개의 외측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골의 외부 절단 에지와, 2개의 내측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골의 내부 절단 에지는 축 방향으로 중첩된다. 이러한 실시예에서, 절단 에지에 의해 중단되지 않는 절단 에지에 의해 형성된 절단 링의 절단 표면에는 반경 방향 원주 칼라가 형성되지 않는다. 따라서 절단 헤드의 외부 직경에 부착되고 동작 동안 함께 회전하는 고형물은 절단 링과 절단 헤드에 의해 형성된 절단 유닛의 임의의 축 방향 평면에서 절단 작용을 받게 된다.

또 다른 바람직한 추가 개선예에 따르면, 내부 및 외부 절단 톱니부가 제공되고, 내부 및 외부 절단 에지가 개구 주위에 파형 또는 사인 곡선 방식으로 축 방향으로 연장되고/되거나, 절단 링 베이스 몸체는 골에서 반경 방향 외측으로 평탄하다. 이를 위해, 내부 및 외부 절단 에지는 바람직하게는 절단 링 베이스 몸체의 법선 방향으로 내측과 외측으로 각각 연장된다. 바람직하게는, 각각의 골은 절단 링 베이스 몸체에 대향하여 제공된 절단 톱니부 및/또는 리세스에 축 방향으로 대응하고, 그래서, 예를 들어, 골 및/또는 리세스가 절단 링 베이스 몸체의 내부에 제공되고, 절단 톱니부가 외부에서 연장된다. 바람직하게는, 절단 링 베이스 몸체는 2개의 인접한 절단 톱니부 사이에 골이 둘러싸이는 골 측에서 반경 방향 외측으로 평탄하다.

다른 유리한 추가 개선예에 따르면, 내부 및 외부 절단 에지가 제공되고, 내부 절단 에지와 외부 절단 에지는 외부 절단 톱니부의 팁과 내부 절단 톱니부의 팁 사이의 축 방향 연장부 내 개구 주위에 각각 형성된다. 개구는 절단 에지에 의해 원주방향으로 둘러싸일 수 있다. 바람직하게는, 내부 절단 톱니부는 설치될 때 절단 헤드의 원통형 칼라 위의 위치까지 축 방향으로 연장된다.

다른 바람직한 추가 개선예에 따르면, 임펠러의 회전 방향으로 절단 에지의 기울기는 절단 링 베이스 몸체로부터 외측으로 절단 톱니부의 팁 쪽으로 평탄하다. 다시 말해, 외부 절단 톱니부는 특히 바람직하게는 절단 각도가 외부 쪽으로 꾸준히 보다 평탄한 방식으로 설계된다. 따라서 거친 고형물은 톱니부 단부에서 특정 절단 효과를 경험하지만 방해받지 않고 다시 미끄러질 수 있다. 반면에, 더 작거나 충분히 미리 잘려진 고형물은 절단 링과 절단 헤드에 의해 형성된 절단 유닛 내로 더 깊이 침투하여, 가파른 절단 각도에 의해 신뢰성 있게 잘려져, 임펠러 방향으로 절단 유닛을 통과한다. 내부 및 외부 절단 톱니부는 같거나 다른 절단 각도를 가질 수 있다.

또 다른 유리한 추가 개선예에 따르면, 내부 및 외부 절단 톱니부가 제공되고, 바깥쪽과 안쪽으로 교대로 배향된 2개, 3개, 4개, 6개 또는 8개의 절단 톱니부가 제공된다. 마찬가지로, 더 많은 수의 절단 톱니부가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 외측으로 배향된 절단 톱니부의 수는 이 영역에서 연장되는 절단 유닛의 절단 세그먼트의 수에 대응하지만, 다른 비율도 가능하다.

다른 바람직한 추가 개선예에 따르면, 절단 링 베이스 몸체는 디스크형으로 구성되고, 절단 톱니부는 베이스 표면으로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장된다. 바람직하게는, 절단 링은 금속, 특히 경질 금속으로 제조된다. 절단 에지는 보강되도록 구성될 수 있다. 절단 에지 및/또는 절단 톱니부는 마모 후에 교체될 수 있도록 교체 가능하도록 설계되는 것도 고려될 수 있다.

또 다른 유리한 추가 개선예에 따르면, 임펠러의 회전 방향으로의 절단 에지의 기울기는 회전 방향과 반대 방향의 기울기보다 가파라서, 절단 헤드와 상호 작용하는 절단 에지의 기울기가 보다 평탄하도록 한다. 임펠러의 회전 방향으로 절단 에지의 기울기는 외측이 20°이고 내측이 10°인 것이 바람직하다. 회전 방향과 반대쪽, 즉 절단 헤드와 협력하는 측에서 외부 절단 에지의 기울기와 절단 각도는 바람직하게는 55°인 반면, 이와 달리, 내부 절단 에지의 절단 각도는 바람직하게는 52.5°이다. 따라서, 반경 방향 측면도에서, 각각의 절단 톱니부는 바람직하게는 삼각형 형상이다. 바람직하게는, 각각의 절단 톱니부는 외측으로 적어도 17mm 돌출된다. 절단 톱니부는 추가로 반경 방향으로 '날카로울' 수 있으며, 예를 들어, 디스크형 절단 링 베이스 몸체에 대해 개구 쪽으로 외측으로 37°로 그리고 내측으로 33°로 평탄할 수 있다. 다른 바람직한 추가 개선예에 따르면, 내부 절단 톱니부는 외부 절단 톱니부보다 더 멀리 절단 링 베이스 몸체로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장된다.

본 발명의 목적은 추가로 전술한 절단 링과, 토크 방지 방식으로 임펠러에 연결된 절단 헤드를 포함하고, 절단 헤드는 파지된 고형물을 잘게 자르기 위해 절단 에지와 협력하는 복수의 절단 헤드 절단 톱니부를 포함하는, 펌프에 의해 달성된다.

이러한 펌프는, 종래 기술에 알려진 설계에 비해 블레이드 또는 이 블레이드에 의해 형성된 블레이드 채널 사이의 유입 교란이 감소되기 때문에 임펠러의 입구 영역에서 더 나은 유입을 허용하여 더 높은 펌프 특성을 초래한다. 제안된 절단 링으로 인해, 절단 헤드의 외부 직경에 부착되어 동작 동안 함께 절단 헤드와 함께 회전하는 고형물은 절단 유닛의 임의의 축 방향 평면에서 절단 작용을 경험하여 더 나은 절단 결과와 막힘 위험이 감소된다.

이하에서는 본 발명은 바람직한 예시적인 실시예에 기초하여 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 절단 헤드의 2개의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 절단 링의 두 개의 사시도(상부) 및 단면도(하부)를 도시한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 임펠러와 절단 헤드의 사시도(좌측) 및 상면도(우측)를 도시한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 부분 단면도를 도시한다. 수중 하수 펌프로 설계된 펌프는 도 2 내지 도 4에 도시된 절단 헤드(1)와 절단 링(2)을 포함하는 절단 유닛을 임펠러(3)의 상류에 포함한다. 펌프의 절단 헤드(1), 절단 링(2) 및 임펠러(3)는 반드시 아래에 설명된 대로 설계될 필요는 없다. 이것은 예를 들어 펌프가 아래에서 설명된 절단 헤드(1)를 가질 수도 있지만 절단 링(2)과 임펠러(3)는 아래에서 설명된 바와 다르게 설계될 수 있음을 의미한다. 이는 절단 링(2)과 임펠러(3)에도 동일하게 적용된다. 이와 관련하여, 예를 들어, 절단 링(2)이 후술된 바와 같이 설계된 경우, 절단 헤드(1)는 후술된 바와 같이 설계될 필요는 없으나, 이렇게 설계하는 것도 가능하다.

도 1의 부분 단면도는 펌프의 펌프 하우징(4)의 일부를 도시하며, 이 위에 펌프의 정상 동작 시 펌프의 모터를 위한 하우징(도시되지 않음)이 제공된다. 모터는 모터 샤프트(도시되지 않음)를 통해 임펠러(3)를 구동하며, 여기서 임펠러는 펌프 하우징(4) 아래에 형성된 흡입측(5)으로부터 고형물이 장입된 유체를 흡입할 수 있다. 이와 관련하여, 이하에서 사용되는 축 방향 및 반경 방향이라는 용어는 모터 샤프트의 축 방향 연장부와 관련이 있다.

절단 헤드(1)는 절단 헤드 나사(6)에 의해 임펠러(3)에 고정 연결되고, 특히 강제 및/또는 형태 맞춤식으로 연결되고, 이에 따라 펌프의 동작 동안 임펠러(3)와 함께 회전한다. 이와 달리, 절단 헤드(1)를 둘러싸는 원통형 절단 링(2)은 복수의 절단 링 나사(7)에 의해 펌프 하우징(4)에 고정 연결된다. 절단 링(2)과 임펠러(3) 사이에 반경 방향 밀봉이 제공된다. 절단 헤드(1)는 흡입측(5)으로 돌출되어, 흡입측(5)으로부터 흡입된 유체가 먼저 절단 헤드(1)와 절단 링(2) 사이에 제공된 간극을 통해 흐른 다음 임펠러(3)를 통해 이송되도록 한다. 절단 링(2)에 대한 절단 헤드(1)의 회전 운동은 유체에 장입된 고형물이 임펠러(3)에 도달하기 전에 잘게 잘려지게 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 절단 헤드(1)의 2개의 사시도를 도시한다. 좌측의 절단 헤드(1)는 흡입측(5)과 관련된 측에서 본 사시도로 도시되어 있고, 우측의 절단 헤드(1)는 임펠러(3)와 관련된 측에서 본 사시도로 도시되어 있다. 절단 헤드(1)는 금속으로 만들어진 원통형 회전 대칭 절단 헤드 베이스 몸체(8)를 가지며, 이 절단 헤드 베이스 몸체를 통해 보어(9)가 축 방향으로 연장되어 임펠러(3)에 부착하기 위한 절단 헤드 나사(6)를 수용한다.

절단 헤드 베이스 몸체(8)와 일체로 형성된 4개의 절단 세그먼트(11)는 일정한 간격으로 배열되어 절단 헤드 베이스 몸체(8)의 원주 표면(10)에 제공된다. 절단 세그먼트(11)는 절단 헤드 베이스 몸체(8)로부터 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 각각 연장된다. 또한, 모든 절단 헤드 베이스 몸체(8)는 임펠러(3)와 반대쪽 흡입측(5)을 향하는 절단 헤드(1)의 유체 입구측(12)으로부터 임펠러(3) 방향으로 축 방향으로 연장되며, 따라서 축 방향으로 연장되는 절단 헤드 절단 에지(13)를 형성한다.

좌측 도면에서 좌측과 우측에 서로 대향하여 180°로 배열된 절단 세그먼트(11) 또는 절단 헤드 절단 에지(13)는 동일한 길이에 걸쳐 축 방향으로, 즉 흡입측(5)을 향하는 절단 헤드(1)의 유체 입구측(12)으로부터 임펠러(3)를 향하는 본질적으로 반대측(14)으로 연장되는 반면, 이와 90° 이격되어 배열된 2개의 절단 세그먼트(11) 또는 절단 헤드 절단 에지(13)는 유체 입구측(12)으로부터 측(14)에 이르지 않는 거리까지 축 방향으로 연장된다. 다시 말해, 절단 헤드 절단 에지(13)의 제1 부분은 절단 헤드(1)의 전체 축 방향 연장부에 걸쳐 실질적으로 또는 완전히 유체 입구측(14)으로부터 연장되고, 절단 헤드 절단 에지(13)의 제2 부분은 절단 헤드(1)의 전체 축 방향 연장부의 일부에 걸쳐서만 유체 입구측(14)으로부터 연장되기 때문에 2개의 절단 헤드 절단 에지(13)는 각각 다른 2개의 절단 헤드 절단 에지(13)에 비해 상이한 길이의 축 방향 연장부를 가진다.

다시 말해, 절단 세그먼트(11)의 제2 부분은 제1 부분에 비해 약 절반만큼 단축되고, 서로 대향하여 배치된 절단 세그먼트(11)는 각각 동일한 디자인을 갖는다. 축 방향 연장부의 절단 세그먼트(11)의 단축된 부분에는 절단 헤드 절단 에지(13)가 없도록 설계된다. 단축된 절단 세그먼트(11)는 절단 헤드(1)의 축 방향 연장부의 약 절반까지 일정한 반경 방향 직경을 가진 다음, 임펠러(3)를 향하는 측(14)을 향해 직경이 물방울 형태로 테이퍼진다. 임펠러(3)를 축 방향으로 향하는 측(14)에서 절단 헤드(1)는 원주 방향의 원통형 칼라(15)를 가지며, 이 칼라는 절단 헤드 베이스 몸체(8)와 일체로 만들어지고, 그 반경 방향 외부 직경과 관련하여 절단 헤드 절단 에지(13)와 같은 높이를 갖는다. 칼라(15)는 측(14)으로부터 유체 입구측(12) 방향으로 가면서 직경이 테이퍼지고, 절단 헤드 베이스 몸체(8) 내로 균일하게 병합된다.

절단 헤드(1)의 회전 방향을 향하는 절단 세그먼트(11)는 절단 헤드 베이스 몸체(8)로부터 각각의 절단 헤드 절단 에지(13)를 향해 가면서 반경 방향으로 오목하게 연장된다. 이와 달리, 절단 헤드(1)의 회전 방향과는 반대쪽을 향하는 절단 세그먼트(11)는 절단 헤드 베이스 몸체(8)로부터 절단 헤드 절단 에지(13)를 향해 반경 방향으로 선형으로 연장된다. 이는 단축된 절단 세그먼트(11)의 눈물방울 모양의 테이퍼진 부분에도 동일하게 적용된다.

추가적인 흐름 최적화를 위해, 절단 세그먼트(11)와 절단 헤드 절단 날(13)은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 임펠러(3)와 반대쪽 절단 헤드(1)의 유체 입구측(12)에서 베벨링(beveled)되어 있다. 파지된 고형물을 잘게 자르기 위해, 절단 헤드 절단 에지(13)를 갖는 전술한 절단 헤드(1)는, 펌프에 고정 제공되고 후술된 복수의 절단 톱니부(16)를 포함하는 절단 링(2)과 협력할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 절단 링(2)의 2개의 사시도(상부) 및 단면도(하부)를 도시한다. 절단 링(2)은 개구(17)를 형성하는 링형 절단 링 베이스 몸체(18)를 포함한다. 도 1에 도시된 설치 상태에서, 절단 헤드(1)는 개구(17)를 통과한다. 전술한 바와 같이, 절단 링(2)은 임펠러(3)의 축 방향 연장부 내에서 개구(17) 주위에 그룹화된 3개의 절단 링 나사(7)에 의해 펌프의 펌프 하우징(4)에 제자리에 고정된다.

임펠러(3) 방향으로 축 방향으로 배향된 각각의 내부 절단 에지(19), 및 임펠러(3)와는 반대쪽 펌프의 흡입측(5)의 방향으로 배향된 외부 절단 에지(19)를 갖는 복수의 절단 톱니부(16)가 개구(17) 주위의 회전 대칭 절단 링 베이스 몸체(18)에 일정한 간격으로 제공되고, 여기서 절단 에지(19)는 절단 헤드가 회전될 때 절단 헤드(1)의 절단 헤드 절단 에지(13)와 상호 작용한다.

3개의 절단 톱니부(16) 각각은 절단 링 베이스 몸체(18)로부터 임펠러(3) 방향으로 펌프 하우징(4) 내 안쪽으로 축 방향으로 연장되고, 3개의 절단 톱니부(16) 각각은 또한 도 1에 도시된 바와 같이 펌프 하우징(4)에서 바깥쪽으로 흡입측(5) 방향으로 연장된다. 유사하게, 바깥쪽과 안쪽으로 교대로 배향된 4개, 8개, 12개 또는 그 이상의 절단 톱니부(16)가 제공될 수 있다. 축 방향 연장부 내에서, 내부 절단 에지(19)와 외측 절단 에지(17)는 개구(17) 주위의 외부 절단 톱니부(16)의 팁과 내부 절단 톱니부(16)의 팁 사이에 각각 형성된다.

외측으로 연장되는 절단 톱니부(16)는 도 3의 아래 단면도에서 디스크형 절단 링 베이스 몸체(18) 아래에 도시되어 있는 반면, 내측으로 연장되는 절단 톱니부(16)는 단면도에서 절단 링 베이스 몸체(18) 위에 도시되어 있다. 도 3의 우측 상부에 있는 사시도는 이 예시에 해당하고, 흡입측(5)에서 본 절단 링(2)의 모습을 나타내는 반면, 좌측 상부의 사시도는 펌프 하우징(4)에서 본 절단 링(2)의 모습을 보여준다.

적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부(16) 각각에서, 반경 방향 외측으로 연장되는 재료 리세스(20)가 임펠러(4)의 회전 방향으로 절단 에지(19) 뒤에 제공된다. 이러한 재료 리세스(20)는 또한 내측으로 연장되는 절단 톱니부(16)에도 제공된다. 이것은 평면도에서 볼 때 파형 또는 사인 곡선 방식으로 개구(17) 주위에 환형으로 연장되는 절단 톱니부(16)의 외부 직경은 동일하지만, 재료 리세스(20) 영역의 내부 직경은 재료 리세스가 없는 절단 톱니부(16) 영역에 비해 확대됨을 의미한다.

대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 2개의 바깥쪽으로 연장되는 절단 톱니부(16) 사이의 골(21)에는 반경 방향으로 바깥쪽으로 연장되는 포켓형 축 방향 함몰부(22)가 절단 링 베이스 몸체(18)에 형성된다. 본 경우에, 포켓형 축 방향 함몰부(22)는 외측으로 연장되는 절단 톱니부(16) 사이의 골과, 내측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골(21) 모두에 형성된다. 함몰부(22)는 더 깊어지면서 골 바닥으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어, 절단 링 베이스 몸체(18)가 골(21)에서 반경 방향 외측으로 평탄해지도록 한다. 재료 리세스(20)와 골(21)은 모든 절단 톱니부(16)와 이들 톱니부 사이에 각각 제공되며, 밀링에 의해 생성되거나 또는 금속 절단 링(2)의 대응하는 주조 몰드에 의해 생성될 수 있다.

특히 도 3의 아래 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 외측으로 연장되는 절단 톱니부(16) 사이의 골(21)의 외부 절단 에지(19)와, 2개의 내측으로 연장되는 절단 톱니부(16) 사이의 골(21)의 내부 절단 에지(19)는 축 방향으로 중첩된다. 이러한 방식으로, 절단 에지(19)에 의해 중단되지 않는 절단 에지(19)에 의해 형성된 절단 링(2)의 절단 표면에는 반경 방향 원주 방향의 칼라가 제공되지 않는다. 임펠러(3)의 회전 방향으로 절단 에지(19)의 절단 각도는 절단 링 베이스 몸체(18)로부터 외측으로 절단 톱니부(16)의 팁을 향해 평탄하다.

절단 헤드 절단 에지(13)를 향하는 외부 절단 톱니부(16) 또는 외부 절단 에지(19)의 절단 각도는 55°인 반면, 내부 절단 톱니부(16)의 절단 각도는 52.5°이다. 임펠러(3)의 회전 방향으로 절단 각도는 더 얕고, 외측에서 20°이고, 내측에서 10°이다. 각각의 절단 톱니부(16)는 절단 링 베이스 몸체(18)로부터 외측으로 적어도 17mm 돌출되며, 내부 절단 톱니부(16)는 외부 절단 톱니부(16)보다 더 큰 정도로 절단 링 베이스 몸체(16)로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장된다. 절단 톱니부(16)는 추가로 반경 방향으로 '날카롭고', 즉 디스크형 절단 링 베이스 몸체(16)에 대해 개구(17) 쪽으로 외부에서 37° 그리고 내부에서 33°로 평탄하다. 또한, 다른 절단 각도와 치수도 고려될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 따른 펌프의 폐쇄된 2-채널 임펠러(3)와 절단 헤드(1)의 반개방 사시도(좌측) 및 반개방 상면도(우측)를 도시한다. 절단 헤드(1)는 또한 도 4에 도시되지 않은 절단 링(2)과 협력하기 위해 축 방향 연장부 내에서 도 4에 도시되지 않은 임펠러(3)에 추가로 고정 연결된다. 절단 헤드(1)는 고형물 재료를 잘게 자르기 위해 특히 축 방향으로 연장되는 절단 헤드 절단 에지(13)를 각각 포함하는 복수의 절단 세그먼트(11)가 있는 절단 헤드 베이스 몸체(8)와 함께 전술된 바와 같이 설계되고, 여기서 절단 헤드 절단 에지(13)는 절단 헤드 베이스 몸체(8)로부터 멀어지는 방향으로 반경 방향으로 연장된다.

디스크형 임펠러(3)는 일반적인 관행에 따라 웜형 방식으로 연장되는 2개의 블레이드(23)를 포함하고, 각각의 블레이드는, 특히, 도 4의 우측에서 볼 수 있는 바와 같이, 중심 임펠러 개구(25)에 있는 절단 헤드(1)를 향하는 선두 에지(24)로부터 임펠러의 외부 반경 방향 에지로 연장된다. 블레이드(23)는 한편으로는 펌프의 모터 샤프트를 수용하기 위해 허브(도시되지 않음)를 포함하는 반경 방향으로 연장되는 지지 디스크(26)에 의해 모터측에서 축 방향으로 둘러싸이고, 다른 한편으로는 반경 방향으로 연장되는 커버 디스크(27)에 의해 흡입측에서 축 방향으로 둘러싸여서, 축 방향으로 연장되는 블레이드(23)들이 서로 평행하게 배열되는 지지 디스크(26)와 커버 디스크(27) 사이에 제공된다. 반경 방향으로 외측 에지에서, 임펠러(3)는 측 방향 평면도에서 볼 때 직사각형 방식으로 지지 디스크(26), 커버 디스크(27) 및 2개의 인접한 블레이드(23) 사이에서 반경 방향으로 개방된다.

특히 도 4의 좌측에서 볼 수 있는 바와 같이, 절단 헤드 절단 에지(13)는 선두 에지(24)로부터 이격되어 배열된다. 또한, 선두 에지(24)는 임펠러 개구(25)의 내부 에지로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 제공된다. 더욱이, 절단 헤드 절단 에지(13)는 임펠러(3)의 회전 방향으로 반경 방향으로 선두에 있고, 특히 도 4의 우측에서 각도(α)로 표시된 바와 같이 선두 에지(24)와 반경 방향으로 중첩되도록 배열된다. 다시 말해, 임펠러(3)의 선두 에지(24)와 절단 헤드 절단 에지(13)는 반경 방향 선 상에 있지 않다. 예를 들어, 각도(α)는 ≤ 2.5°, 5° 또는 10°이고, 특히 α ≤ 2.5°, 5°, 10°, 15°, 20°, 30° 또는 45°이다. 절단 헤드 절단 에지(13)와 선두 에지(24)는 서로 평행하게 연장된다. 반경 방향으로 중첩된다는 것은 특히 선두 에지들이 절단 헤드 절단 에지와 동일한 축 방향 높이 및/또는 적어도 부분적으로 공통인 반경 방향 평면에 배열되는 것을 의미한다. 바람직하게는, 절단 헤드 절단 에지의 축 방향 연장부는 선두 에지의 축 방향 연장부보다 크다.

본 경우에, 앞서 설명된 바와 같이, 2개의 블레이드(23)가 제공되고, 임펠러 개구(25)를 통과하는 절단 헤드(1)는 4개의 절단 헤드 절단 에지(13)를 포함한다. 그러나, 4개의 절단 헤드 절단 에지(13) 중, 단축되지 않은 절단 세그먼트(11)의 절단 헤드 절단 에지(13)만이 블레이드(23)와 상호 작용한다. 축 방향으로 단축된 절단 세그먼트(11)는 흡입측에서 블레이드(23)의 전방에 제공되어, 단축된 절단 세그먼트(11)의 절단 헤드 절단 에지(13)와 블레이드(23)의 중첩이 없도록 한다. 대안적인 실시예에서, 예를 들어 8개의 절단 세그먼트(11)가 제공되는 경우, 임펠러(3)는 적절히 4개의 블레이드(23)를 포함한다. 임펠러(3)의 반경 방향 밀봉을 위해, 도시되지 않은 원통형 밀봉 갭이 임펠러(3)의 흡입측(5)과 펌프 하우징(4) 사이에 제공된다. 절단 링(2)이 임펠러(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸서 원추형 밀봉 갭을 형성하도록 추가 밀봉이 형성된다.

설명된 예시적인 실시예는 단지 예시적인 것이며, 청구범위 내에서 다양한 방식으로 수정 및/또는 보완될 수 있다. 특정 예시적인 실시예에 대해 설명된 각각의 특징은 임의의 다른 예시적인 실시예의 다른 특징과 독립적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 또한 특정 카테고리의 예시적인 실시예에 대해 설명된 임의의 특징은 다른 카테고리의 예시적인 실시예에 대응하는 방식으로 사용될 수 있다.

1: 절단 헤드
2: 절단 링
3: 임펠러
4: 펌프 하우징
5: 흡입측
6: 절단 헤드 나사
7: 절단 링 나사
8: 절단 헤드 베이스 몸체
9: 보어
10: 원주 표면
11: 절단 세그먼트
12: 액체 입구측
13: 절단 헤드 절단 에지
14: 측
15: 칼라
16: 절단 톱니부
17: 개구
18: 절단 링 베이스 몸체
19: 절단 에지
20: 재료 리세스
21: 골
22: 함몰부
23: 블레이드
24: 선두 에지
25: 임펠러 개구
26: 지지 디스크
27: 커버 디스크

Claims (10)

1. 고형물이 장입된 유체를 위한 펌프 절단 링으로서,
   절단 헤드와 협력하기 위한 개구를 형성하는 절단 링 베이스 몸체를 포함하고, 상기 절단 링은 상기 펌프의 임펠러의 축 방향 연장부 내에서 상기 펌프에 고정 연결될 수 있고,
   상기 펌프의 흡입측 방향으로 상기 임펠러로부터 멀어지는 방향으로 배향된 각각의 적어도 외부 절단 에지가 있는 복수의 절단 톱니부가 상기 개구 주위의 절단 링 베이스 몸체에 제공되고, 상기 절단 톱니부는 상기 절단 링 베이스 몸체로부터 외측으로 적어도 흡입측 방향으로 축 방향으로 연장되고,
   적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부 각각에는 반경 방향 외측으로 연장되는 재료 리세스가 형성되고, 상기 재료 리세스는 상기 임펠러의 회전 방향으로 절단 에지 뒤에 제공되고;
   상기 복수의 절단 톱니부는 내부 절단 에지가 있는 내부 절단 톱니부와, 외부 절단 에지가 있는 외부 절단 톱니부를 포함하고, 상기 내부 및 외부 절단 에지는 상기 개구 주위에서 파형 또는 사인파 방식으로 축 방향으로 연장되고/되거나, 상기 절단 링 베이스 몸체는 골에서 반경 방향 외측으로 평탄한, 절단 링.
2. 제1항에 있어서, 2개의 적어도 외측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골에서는 반경 방향으로 외측으로 연장되는 축 방향 함몰부가 상기 절단 링 베이스 몸체에 형성되는, 절단 링.
3. 제1항에 있어서, 2개의 외측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골의 외부 절단 에지와, 2개의 내측으로 연장되는 절단 톱니부 사이의 골의 내부 절단 에지는 축 방향으로 중첩되는, 절단 링.
4. 제1항에 있어서, 상기 개구 주위의 외부 절단 톱니부의 팁과 내부 절단 톱니부의 팁 사이의 축 방향 연장부 내에는 상기 내부 절단 에지와 상기 외부 절단 에지가 각각 형성되는, 절단 링.
5. 제1항에 있어서, 상기 임펠러의 회전 방향으로 상기 절단 에지의 기울기는 상기 절단 링 베이스 몸체로부터 외측으로 상기 절단 톱니부의 팁까지 평탄한, 절단 링.
6. 제1항에 있어서, 바깥쪽과 안쪽으로 교대로 배향된 2개, 3개, 4개, 6개 또는 8개의 절단 톱니부를 포함하는, 절단 링.
7. 제1항에 있어서, 상기 절단 링 베이스 몸체는 디스크형으로 구성되고, 상기 절단 톱니부는 상기 절단 링 베이스 몸체의 하부 면으로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장되는, 절단 링.
8. 제1항에 있어서, 상기 임펠러의 회전 방향으로 상기 절단 에지의 절단 각도는 회전 방향과 반대 방향의 절단 각도보다 얕은, 절단 링.
9. 제1항에 있어서, 내부 및 외부 절단 톱니부를 포함하고, 상기 내부 절단 톱니부는 상기 외부 절단 톱니부보다 더 큰 정도로 상기 절단 링 베이스 몸체로부터 멀어지도록 축 방향으로 연장되는, 절단 링.
10. 펌프로서,
    제1항에 따른 절단 링을 포함하고, 상기 임펠러에 토크 방지 방식으로 연결된 절단 헤드를 포함하고, 상기 절단 헤드는 파지된 고형물 재료를 잘게 자를 때 상기 절단 에지와 협력하는 복수의 절단 헤드 절단 에지를 포함하는, 펌프.