專利名稱：離心泵及其葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心泵及其葉輪。本發(fā)明尤其涉及通過這樣一種方式修改離心泵的葉輪，以便可以以高于最優(yōu)工作點(diǎn)的排量使用所述泵而沒有破壞軸封的風(fēng)險(xiǎn)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在利用離心泵抽取液體或懸浮液時(shí)，當(dāng)葉輪的工作葉片增加對葉輪前液體的壓力時(shí)，液體被帶走到離心泵葉輪后的空間中。因而，該被抽取的液體除了通過泵的壓力出口排出到壓力管道之外，還可能會(huì)利用壓力下的液體填充葉輪后的空間。雖然葉輪和泵后壁之間的液體一般是以葉輪速度的一半旋轉(zhuǎn)(假定在葉輪護(hù)罩上沒有所謂的后葉片或類似肋條)，并且從而當(dāng)產(chǎn)生離心力時(shí)使得在該泵軸區(qū)域中的葉輪后的密封空間內(nèi)存在的壓力減少到某種程度，然而必然還是會(huì)有相當(dāng)大的壓力影響與泵后壁或其后相連接的軸封。因此，所謂后葉片被部分地安置在葉輪護(hù)罩的背面，這些后葉片將已經(jīng)進(jìn)入該空間的液體抽取出來，從而實(shí)質(zhì)上減小了葉輪后的空間內(nèi)的壓力。
然而，該后葉片的尺寸必須被設(shè)計(jì)成使得它們僅在泵的特定排量范圍內(nèi)最優(yōu)工作，從而對于所述排量范圍的任一方向的偏離都會(huì)導(dǎo)致在該后葉片的區(qū)域以及在該密封空間中存在的壓力發(fā)生變化。如果增加泵的輸出，在最差情況下，該后葉片會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，這在最壞情況下也會(huì)使得該密封空間中的液體沸騰，特別是當(dāng)在較高溫度下抽取液體時(shí)。相應(yīng)地，當(dāng)例如通過壓縮閥門而減小排量時(shí)，該葉輪后的壓力會(huì)增加并且應(yīng)力會(huì)增加。同時(shí)，該軸承上的應(yīng)力必然也會(huì)增加。
為了相應(yīng)的目的，即為了平衡在葉輪不同側(cè)存在的壓力，還建議使用平衡孔，該平衡孔是在該葉輪護(hù)罩上鄰近葉輪輪轂處形成的平行于泵軸的孔，通過這些孔，可以使得來自葉輪的壓力較高一側(cè)的液體被排放到較低壓力的區(qū)域。換句話說，在該平衡孔中的流動(dòng)可以是任一方向的。
然而，雖然使用了兩種平衡方法，注意到當(dāng)沿著H，Q(壓頭，排量)曲線圖中的所謂泵特性曲線移動(dòng)時(shí)，即在較高排量方向上向右移動(dòng)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的該平衡不總是能夠足以阻止該密封空間中的壓力降到泵的葉輪前面存在的壓力以下。這是成問題的，因?yàn)樵撁芊饪臻g中的負(fù)壓會(huì)導(dǎo)致當(dāng)液體從封口逃逸時(shí)，該被抽取液體或其他密封液體的潤滑效應(yīng)會(huì)下降。依賴于該密封類型，該液體從封口的逃逸會(huì)引起封口變干，對于一些密封類型，這將很快導(dǎo)致封口破壞。
用于離心泵的其他密封類型是所謂的動(dòng)態(tài)密封，其操作是基于在泵后壁之后的分離腔中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的操作的。在有利的壓力條件下，該轉(zhuǎn)子包括相對于泵葉輪而設(shè)置在其背面上的輻射狀圓盤和葉片，以這種方式在該腔中旋轉(zhuǎn)液體環(huán)以使得所述液體環(huán)密封所述圓盤和該腔壁之間的空間，同時(shí)密封該泵本身。如果這種旋轉(zhuǎn)液體環(huán)受到足夠高的壓差，該液體環(huán)將會(huì)向較低壓力處逃逸。如果在該泵葉輪后方產(chǎn)生低于大氣壓的壓力，那么就會(huì)將該液體環(huán)向該密封腔外抽吸。如果發(fā)生這種情況，就允許空氣從該泵后方流動(dòng)入泵中而不存在問題。空氣也可以以相應(yīng)的方式通過泵的機(jī)械軸封流入到泵中。在最壞情況下，該抽取本身的空氣泄漏效應(yīng)是該空氣會(huì)停止抽取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖通過引入一種新型葉輪而消除根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的離心泵的上述問題和缺點(diǎn)的至少一些，其中以這種方式在該葉輪護(hù)罩上設(shè)置該平衡孔，以使得所述孔在該護(hù)罩正面的開口不但在該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向上位于設(shè)置在該護(hù)罩背面的開口之前，而且比該葉輪護(hù)罩背面的開口更接近泵的軸線。
根據(jù)所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征特性將變得清楚。


下面結(jié)合附圖以示例方式討論本發(fā)明，其中圖1示意性示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的葉輪，清楚地顯示了軸向平衡孔；圖2示出了在H，Q-曲線圖中繪出的具有各種葉輪變體的密封空間的泵特性曲線和壓力曲線；圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的具有傾斜平衡孔的優(yōu)選實(shí)施例的葉輪的軸向視圖；該視圖已經(jīng)沿該平衡孔的中心線而部分切開；和圖4示意性示出了從吸管方向觀察的、根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的葉輪的前視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的離心泵的葉輪10的常規(guī)結(jié)構(gòu)。該圖還示出了泵組件，例如泵渦殼2、所述泵的后壁4和具有軸線8的泵軸6。葉輪10包括具有工作葉片14、平衡孔16和可能的后葉片的護(hù)罩12。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平衡孔的特性特征是，其中心線18平行于泵的軸線8。并且，平衡孔16被設(shè)置成相對接近于泵的軸線8并且位于該工作葉片的壓力面。該葉片的壓力面是指葉片的凸面，即為當(dāng)被抽取時(shí)相對于其壓縮要抽取的液體的面和該要抽取的液體向該壓力開口流動(dòng)所沿著的面。相應(yīng)地，該葉片的負(fù)壓面是指該葉片的凹面，其中當(dāng)該葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)由于所要抽取液體的慣性和離心力而產(chǎn)生低壓區(qū)。上述對于該孔的定位進(jìn)行說明的目的是，為了確保部分液流經(jīng)過該孔流入葉輪10的后側(cè)以增加密封空間S的壓力。
圖2同時(shí)示出了當(dāng)在該離心泵中測試三個(gè)不同的葉輪時(shí)，該離心泵的排量曲線及其密封空間S中存在的壓力，它們都是在相同的H-Q(壓頭-排量)曲線圖中。用實(shí)線表示的均勻遞減的曲線表示具有不同排量的泵壓頭。虛線a-c示意性示出了作為該泵排量的函數(shù)的、該泵的密封空間中的壓力變化。水平軸除了表示該泵壓頭的零值，還表示大氣壓，從而在該水平軸以上存在高于大氣壓的壓力，而在該水平軸以下存在低于大氣壓的壓力。
圖2的曲線示出了在泵的葉輪護(hù)罩上根本沒有平衡孔的情形。從而，該密封空間中的壓力已經(jīng)降低到具有低容積流量Q1的負(fù)值。因而會(huì)發(fā)生上述破壞或泄漏情形。該圖中所示的情形表示，以高于容積流量Q1的容積流量使用該泵將是不安全的，換句話說幾乎在其整個(gè)液壓排量范圍上都是不均勻的。為了校正曲線a的情形，直線軸向平衡孔被設(shè)置成穿過該葉輪護(hù)罩，從而導(dǎo)致曲線b，其與水平軸相交于容積流量Q2，換句話說具有顯著高于容積流量Q1的排量。換句話說，在容積流量Q2保持在左側(cè)即較低一側(cè)的應(yīng)用中，可以安全地使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有后葉片和軸向平衡孔的泵。由于該泵還存在大量的液壓排量，所以能夠適當(dāng)?shù)貙⑴帕繌娜莘e流量Q2向上增加。然而，通過使用該現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行，因?yàn)樵谶@種情況下，該泵的密封空間的壓力會(huì)降低到大氣壓以下，并且泵封口變干或者動(dòng)態(tài)封口泄漏的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)太高。
圖2中的曲線c示出了通過使用根據(jù)本發(fā)明的葉輪而獲得的優(yōu)點(diǎn)。曲線c基本上保持水平直到該泵的最大排量，從而根據(jù)曲線c，該密封空間的壓力在該泵的整個(gè)排量范圍上保持為正，并且沒有或者幾乎沒有該封口變干導(dǎo)致密封破壞或該泵的動(dòng)態(tài)封口空氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
圖3示出了一種解決方案，通過該方案可以獲得圖2中曲線c給出的結(jié)果。該方案包括根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的離心泵的葉輪20，具有葉輪護(hù)罩22，工作葉片24，和可能的后葉片，并且還具有該泵和葉輪的共同軸線8。圖3中結(jié)構(gòu)的新穎之處在于平衡孔26，其中心線28的方向偏離該泵的軸線8。在圖3所示的實(shí)施例中，該截面圖是沿孔26的中心線28得到的。從而可以清楚，雖然圖3表示出該孔被設(shè)置在軸向平面上，但是實(shí)際上該孔26是傾斜的，換句話說，它們是輻射狀和四周環(huán)繞地偏離該軸向平面的。根據(jù)本實(shí)施例本身的平衡孔26的中心線和平衡孔26的共同特性特征是，在葉輪護(hù)罩的面對該泵吸管的一側(cè)的開口30(圖中的左側(cè))比該葉輪護(hù)罩后方即該平衡孔的相對端的開口32更接近泵的軸線8(即具有更小的直徑)。執(zhí)行測試顯示，孔26的入口距離葉輪的軸線8越近，該孔按照其設(shè)計(jì)目的作為平衡孔工作得越好。實(shí)際上，幾乎總是存在用于該泵軸的中心開口在葉輪的中心穿過葉輪輪轂延伸，以防止在該泵的吸管一側(cè)的平衡孔的開口30延伸到泵的軸線8。因而，該開口被設(shè)置得盡可能地接近泵軸的開口。從而，本發(fā)明的一個(gè)主要特征在于，在葉輪護(hù)罩的面對該泵的吸管的一側(cè)的所述開口30被設(shè)置在由自由邊(與葉輪護(hù)罩22相對的邊，即面對泵殼的邊)的輻射狀內(nèi)尖端E形成的旋轉(zhuǎn)圓周內(nèi)部。該圓周的直徑通常是對應(yīng)于該泵的吸管的直徑。所述開口30優(yōu)選地被設(shè)置在工作葉片的前緣區(qū)域，更準(zhǔn)確地說，例如是在工作葉片24在葉輪護(hù)罩22上開始的圓周上。更優(yōu)選地，開口30可以被設(shè)置得距離軸線8更近，如果其余結(jié)構(gòu)(例如軸的開口或葉輪的連接螺母)允許的話。本發(fā)明的特征在于，孔26被部分排列為圓周環(huán)繞，從而使其方向沿著葉輪葉片通道，即沿著該工作葉片之間的空腔，即在該液體的流動(dòng)方向上。換句話說，在葉輪護(hù)罩背面的平衡孔的開口32被設(shè)置成，在該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向上位于平衡孔26的相對端、即該葉輪護(hù)罩的正面的開口30之后，并且在其外部也是輻射狀的。
圖4示出了根據(jù)圖3的葉輪的正視圖。該圖用實(shí)線表示平衡孔26在葉輪護(hù)罩22和葉輪葉片通道34上的位置。該圖顯示，平衡孔26環(huán)繞四周傾斜排列，即每個(gè)孔轉(zhuǎn)向其自身的葉輪葉片通道34。從而，每個(gè)平衡孔同時(shí)在外圍和向外輻射的方向上從葉輪護(hù)罩正面的開口30傾斜。平衡孔26至少基本上在葉輪葉片通道34的方向上穿過葉輪護(hù)罩22的目的是，一方面，液體通過孔26流到后葉片區(qū)域的速度是正確方向，從而該后葉片需要極少的工作就可以把該流動(dòng)液體抽取到葉輪20后的空間之外。另一方面，目的是為了增加通過平衡孔26到后葉片區(qū)域的液體流動(dòng)，從而使得密封空間S內(nèi)的壓力在泵的整個(gè)排量范圍內(nèi)保持為正。
以上說明非常概略地討論了平衡孔及其方向。關(guān)于該孔應(yīng)當(dāng)注意的是，它們可以發(fā)生許多變化，例如形狀。換句話說，所有圓形、橢圓和有角的形狀都可以被討論。該孔的橫截面區(qū)域可以在該孔的整個(gè)長度保持不變，或者它可以至少對于該孔長度的一部分是變化的。此外，必須注意，不論是在以上說明還是在所附權(quán)利要求中，該孔的方向都更傾向于是該孔的中心線或軸線的方向，而不是其任何特定壁的方向。
從以上說明可以看出，研發(fā)了一種新型葉輪，消除了現(xiàn)有技術(shù)中葉輪的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的葉輪使得能夠在高于最優(yōu)工作點(diǎn)的排量使用泵，而沒有破壞密封的風(fēng)險(xiǎn)。雖然這里是通過結(jié)合目前認(rèn)為是優(yōu)選實(shí)施例的示例方式來說明本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不僅限于所公開的實(shí)施例，而是試圖覆蓋在所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)的其特征和其他應(yīng)用的各種組合和/或變體。
權(quán)利要求
1.一種離心泵，包括泵渦殼(2)，所述泵的后壁(4)，泵軸(6)，具有護(hù)罩(22)和穿過所述護(hù)罩(22)延伸的平衡孔的葉輪(20)，所述葉輪(20)被連接到該泵軸(6)并且在所述渦殼(2)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述平衡孔(26)被以這種方式設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)中，以使得所述孔(26)在該葉輪護(hù)罩(22)正面的開口(30)不僅在該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向上位于設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)背面的開口(32)之前，而且還比設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)背面的開口(32)距離該泵的軸線(8)更近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心泵，其特征在于，與設(shè)置在所述葉輪正面的平衡孔開口(30)相比，該葉輪護(hù)罩背面的平衡孔開口(32)被以這種方式環(huán)繞設(shè)置，以使得從正面觀察該葉輪(20)時(shí)，該平衡孔(26)的方向基本上是該葉輪葉片通道(34)的方向。
3.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的離心泵，其特征在于，該葉輪護(hù)罩(22)正面中的平衡孔開口(30)被設(shè)置在當(dāng)該葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)其工作葉片(24)的自由邊的輻射狀內(nèi)尖端E所形成的圓周內(nèi)。
4.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的離心泵，其特征在于，該葉輪護(hù)罩(22)正面中的平衡孔開口(30)被設(shè)置到該工作葉片(24)在該葉輪護(hù)罩(22)上開始的圓周上。
5.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的離心泵，其特征在于，該葉輪護(hù)罩(22)正面中的平衡孔開口(30)被設(shè)置到該工作葉片(24)在該葉輪護(hù)罩(22)上開始的圓周內(nèi)。
6.一種離心泵的葉輪，包括至少一個(gè)護(hù)罩(22)，布置在其前表面上并且使得葉輪葉片通道(34)在其之間的工作葉片(24)，和穿過所述護(hù)罩(22)延伸的平衡孔，其特征在于，所述平衡孔(26)被以這種方式設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)中，以使得該平衡孔(26)在該護(hù)罩(22)前表面的開口(30)被設(shè)置成不僅在該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向上位于該平衡孔(26)在該護(hù)罩(22)背面的開口(32)之前，而且還比該葉輪護(hù)罩(22)背面的開口(32)距離該泵的軸線(8)更近。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉輪，其特征在于，該葉輪護(hù)罩背面的平衡孔開口(32)被在環(huán)繞方向上相對于該葉輪護(hù)罩前表面的平衡孔開口(30)設(shè)置，以使得從該葉輪(20)的正面觀察時(shí)，該平衡孔(26)的方向基本上是該葉輪葉片通道(34)的方向。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求6或7所述的葉輪，其特征在于，該葉輪護(hù)罩(22)前表面中的平衡孔開口(30)被設(shè)置在當(dāng)該葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)其工作葉片(24)的自由邊的輻射狀內(nèi)尖端E所形成的圓周內(nèi)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求6-8中任何一個(gè)所述的葉輪，其特征在于，該葉輪護(hù)罩(22)前表面中的平衡孔開口(30)被設(shè)置到該工作葉片(24)在該葉輪護(hù)罩(22)上開始的圓周處。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求6-9中任何一個(gè)所述的葉輪，其特征在于，該葉輪護(hù)罩(22)前表面中的平衡孔開口(30)被設(shè)置到該工作葉片(24)在該葉輪護(hù)罩(22)上開始的圓周內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離心泵及其葉輪。本發(fā)明尤其涉及以這種方式制造離心泵的葉輪，以使得可以在高于最優(yōu)工作點(diǎn)的排量使用所述泵，而沒有破壞軸封等的風(fēng)險(xiǎn)。一種離心泵，包括泵渦殼(2)，所述泵的后壁(4)，泵軸(6)，具有護(hù)罩(22)和穿過所述護(hù)罩(22)延伸的平衡孔的葉輪(20)，所述葉輪(20)被連接到該泵軸(6)并且在所述渦殼(2)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，其關(guān)鍵特征在于，所述平衡孔(26)被以這種方式設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)中，以使得所述孔在該葉輪護(hù)罩(22)正面的開口(30)不僅在該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向上位于設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)背面的開口(32)之前，而且還比設(shè)置在該葉輪護(hù)罩(22)背面的開口(32)距離該泵的軸線(8)更近。
文檔編號F04D29/18GK1854529SQ20061007723
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者J·阿爾羅思, H·曼尼寧 申請人:蘇舍泵有限公司