專利名稱：改進(jìn)的離心泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與離心泵有關(guān)，更具體地說(shuō)與具有直的徑向延伸葉片所組成葉輪的離心泵有關(guān)。此種形式葉輪應(yīng)用在輸送的液體要求比較低的流量和高的輸出壓力下。
蘇聯(lián)專利918560公開了具有多個(gè)徑向延伸葉片半開式設(shè)計(jì)的離心泵葉輪，這些徑向延伸葉片包括被短葉片分隔開的一系列長(zhǎng)葉片，短葉片以各種不同形式進(jìn)行安置，此專利使短葉片向內(nèi)逐漸變細(xì)以提供短葉片和平行壁之間的通道截面積在整個(gè)葉片長(zhǎng)度方向保持不變，一般，這就是用在本發(fā)明中的一種泵葉輪的形式，雖然本發(fā)明并不包括沿葉片長(zhǎng)度方向上使泵的通道截面恒定不變的構(gòu)思。
通常，以完全封閉的設(shè)計(jì)來(lái)制造一直線徑向葉片泵的葉輪是不實(shí)際的，也就是在葉輪的二個(gè)面用罩蓋封閉起來(lái)，因?yàn)楸玫耐ǖ酪话闶呛苄〉囊灾劣诤茈y用金屬澆鑄方法來(lái)制造。另一方面，以完全開放的設(shè)計(jì)來(lái)制造這種式樣的葉片裝置也是不實(shí)際的，因?yàn)闆](méi)有東西來(lái)支持短葉片而長(zhǎng)葉片會(huì)強(qiáng)度太弱而不能經(jīng)受住在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的應(yīng)力。因此，這種型式葉片葉輪的設(shè)計(jì)師在正常情況下提供的葉輪為半開式設(shè)計(jì)，也就是在正常情況下只在輪轂面有罩蓋，帶有半開式設(shè)計(jì)的葉輪使它較易鑄造，在使用時(shí)，易于保持通道清潔，以防萬(wàn)一所泵的液體中含有碎屑，這些碎屑就可能堵塞葉輪通道。
半開式泵葉輪的設(shè)計(jì)中一個(gè)主要問(wèn)題是所輸送流體的壓力作用一大的軸向負(fù)荷在葉輪上，使葉輸上的軸承系統(tǒng)處于一不希望有的大負(fù)荷之下。以前的設(shè)計(jì)師通過(guò)在罩蓋上開壓力平衡孔用減小加在罩蓋外面上壓力的方法來(lái)減小半開設(shè)計(jì)葉輪的軸向推力，平衡孔一般開在靠近葉輪通道徑向向內(nèi)入口處的葉輪口上，因?yàn)楫?dāng)孔開在更靠近轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)，壓力平衡孔一般會(huì)更有效，據(jù)信把平衡孔通到通道上會(huì)不適當(dāng)?shù)販p低葉輪的液壓性能，為此原因，把平衡孔通到葉輪所輸送液體的通道上是很少見的。
本發(fā)明目的是提供一種半開式具有徑向葉片經(jīng)過(guò)改進(jìn)的泵葉輪。
本發(fā)明另一目的是提供一備有一壓力平衡孔布置的半開式具有徑向葉片的泵葉輪，與沒(méi)有平衡孔相同設(shè)計(jì)的葉輪相比，所開的平衡孔增加了這種葉輪的液壓性能。
本發(fā)明另一目的是提供一具有半開式徑向葉片和壓力平衡孔布置的泵葉輪，壓力平衡孔可在大范圍的直徑內(nèi)不斷減小葉輪直徑以不斷切削和消除部分平衡孔，而同時(shí)，又分布在一定直徑范圍內(nèi)的泵內(nèi)，維持均勻液壓性能。
本發(fā)明還有一目的是提供一具有半開式徑向葉片的泵葉輪，此種葉輪在不會(huì)對(duì)泵的整體性能產(chǎn)生有害的影響下減小此類泵所固有的大軸向推力負(fù)荷。


圖1沿著葉輪軸線所取的泵剖視圖并包含有一按照本發(fā)明制造的葉輪。
圖2是圖1中葉輪的正視圖。
圖3是沿著徑向延伸線3-3所取圖2的剖視圖。
圖4是圖2的一放大部分。
圖5是用說(shuō)明采用本發(fā)明和未采用本發(fā)明泵的液壓性能曲線之間的差別的一坐標(biāo)圖。
附圖所示的泵1是一離心泵，在工業(yè)上稱為立式直線型泵，泵1包括具有一殼體5，一殼蓋6，一入口通道7和一出口通道8的外殼4，而一出口通道適于連到可支撐泵的管路(未示出)的間隔端。泵1還包括在殼體5內(nèi)形成的泵腔10中回轉(zhuǎn)的離心式葉輪9，并分別連到入口7和出口8，泵葉輪9裝在軸11的下端，該軸從葉輪9穿過(guò)殼蓋6垂直向上延伸并被裝在殼蓋6內(nèi)的密封13所包圍。
軸11是一驅(qū)動(dòng)器15的一部分，圖中所示的為一電動(dòng)機(jī)，裝在軸11垂直向下延伸，驅(qū)動(dòng)器還包括一圍繞軸11的一裝配端板17，裝配端板17?？亢椭卧谖挥诒脷どw6和驅(qū)動(dòng)器15之間的支撐架20上，支撐架20包括頂圈22和底圈23之間延伸的幾個(gè)立柱21，支撐架20的底圈23?？吭诒?的殼蓋6上并用螺栓加以固定而頂圈22用螺栓固定到驅(qū)動(dòng)器15的端板17上，支撐架20和泵1形成一個(gè)單一的剛性整體，這樣當(dāng)軸在泵殼5和密封13內(nèi)回轉(zhuǎn)時(shí)，此剛性整體就允許泵使用驅(qū)動(dòng)器的軸承系統(tǒng)來(lái)正確地支撐軸，葉輪包括一中心輪轂25，該輪轂包含有一容納一軸11減小的直徑部分26的軸向孔，葉輪通過(guò)位于軸上部分26的相應(yīng)鍵槽和輪轂25上的孔用一普通的鍵27而銷在軸11上。葉輪9被一普通的泵導(dǎo)流螺旋28固定在軸11上，導(dǎo)流螺旋有擰到軸11端頭內(nèi)相應(yīng)螺孔的螺紋，導(dǎo)流螺旋28在入口通道7的擴(kuò)大部分內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，為的是在流體到達(dá)葉輪9之前造成一正壓，在入口通道7的正壓力已足夠的情況下也可用常規(guī)的緊固件來(lái)代替導(dǎo)流螺旋28。一般來(lái)說(shuō)，上述的結(jié)構(gòu)都是常規(guī)的，不構(gòu)成本發(fā)明的組成部分，除非這種結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施是必要的。
葉輪9繞著軸31轉(zhuǎn)動(dòng)并包括一與輪轂25成一體的罩蓋32，該罩蓋從輪轂25向外沿徑向延伸，而圓周33有從葉輪9的軸線31向外延伸的一半徑，請(qǐng)見圖2。葉輪的前面35包括一中心入口區(qū)36，在此處軸向流動(dòng)的入口流體首先遇到葉輸前面35和一彎曲的翼型為了逐漸把流體從軸向轉(zhuǎn)到徑向，當(dāng)入口流體從徑向向外流出時(shí)。與葉輪面35連成一體的一列長(zhǎng)葉片38在圓周方向繞著葉輪軸成均勻間隔開并沿著徑向延伸，(在圖2中所示的9)，每個(gè)長(zhǎng)葉片38有一個(gè)起始于中心入口區(qū)36的內(nèi)緣39并徑向向外延伸到圓周33，每葉片38的前緣40是平的并向著罩蓋32傾斜，當(dāng)前緣以一小角度從通過(guò)軸線31直角平面從徑向向外延伸，所有長(zhǎng)葉片38的前緣40都位于一設(shè)想錐形的表面，該設(shè)想錐面的頂端就在葉輪9的軸心線上并向前罩蓋32方向發(fā)散，當(dāng)錐面向著圓周33徑向延伸時(shí)。
在各鄰近的長(zhǎng)葉片對(duì)38之間，一對(duì)短葉片32與葉輪的前面35連成一體，在徑向線上延伸并與鄰近長(zhǎng)葉片38和短葉片相互都成均勻間隔，短葉片42的內(nèi)緣43位于離長(zhǎng)葉片38的內(nèi)緣39在徑向向外一段距離并都向外延伸到葉輪9的圓周33。短葉片42的前緣44也都如長(zhǎng)葉片38的前緣40一樣情況位于同一設(shè)想錐面上，長(zhǎng)短葉片的前緣40和44在同一錐面的其中一個(gè)原因是因?yàn)檫@些前緣必須貼著泵腔10的鄰近壁面旋轉(zhuǎn)，為了保持泵的效率，另外一個(gè)原因是因?yàn)檫@些前緣都安置在同一平面內(nèi)(用銑床切削)來(lái)改變泵葉輪大小使所鑄造相同尺寸的葉輪用于不同尺寸的泵中。本發(fā)明也用銑削所鑄造葉輪的圓周33以提供一系列不同直徑的葉輪9，這將在下文進(jìn)一步說(shuō)明。
葉輪9是半開式的因?yàn)樗挥袉我坏恼稚w32，這種葉輪會(huì)引起在葉輪后面46產(chǎn)生一大的軸向推力，因?yàn)樗斔土黧w的出口壓力流入到鄰近后面46的空間而葉輪前面35的壓力不足于產(chǎn)生一如同閉式葉輪(有二個(gè)罩蓋)所產(chǎn)生的反向相似大小的力。減小這種大的軸向推力的一種方法是通過(guò)在鄰近中心入口區(qū)36的葉輪9上開壓力平衡孔47，在泵工作時(shí)，作用在后面46上的壓力流體流過(guò)孔47并與入口流體會(huì)合，靠近中心入口區(qū)36的孔47的合適大小和位置并未過(guò)分減小泵的效率而相反幫助減小了作用在后面46上的流體壓力。
使用伴有短葉片42的長(zhǎng)葉片38就提供了一系列沿徑向方向泵的通道50，每對(duì)長(zhǎng)葉片38之間的面積命名為區(qū)段51，在每個(gè)區(qū)段51中的三個(gè)通道50還可進(jìn)一步分成前通道50A，中通道50B和后通道50C，所選的名字是根據(jù)圖2和圖4中箭頭所示葉輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)方向而定。
本發(fā)明包括在通道50和罩蓋后面46之間在罩上開了附加的小壓力平衡孔，這些孔52還允許壓力流體從靠近后面46的空間流到通道50，與所要輸出的流體相會(huì)合，這就引起作用在后面46的壓力進(jìn)一步減小，出乎發(fā)明人的意外，這樣卻增大了泵的工作效率，這在后面將予以解釋。
如圖2所見，葉輪9以順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)所輸送流體進(jìn)入中心入口區(qū)36時(shí)，流體結(jié)合葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)從徑向向外猛力移動(dòng)引起一流體沿順時(shí)針?lè)较蚵菪蔚暮铣梢苿?dòng)，一開始，流體進(jìn)入在二鄰近長(zhǎng)葉片38之間的區(qū)段51并相對(duì)于順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，繼續(xù)盤旋向左，如圖4箭頭54所示，該流體螺旋形的合成移動(dòng)引起更多流體進(jìn)入到后通道50C，然后進(jìn)入中間通道50B，仍舊有少量流體進(jìn)入到前通道50A，因?yàn)橹挥猩倭苛黧w流入前通道50A，在前通道50A內(nèi)的小平衡孔52比其它二通道50B和50C的小平衡孔52更位于接近中心入口區(qū)，以便讓在后面46的流體能更迅速來(lái)增加在前通道50A的流量，也就是比其它二通道的小平衡孔更接近中心入口區(qū)36，同樣，在中間通道50B內(nèi)的小平衡孔，以同樣原因，比后通道50C的小孔52更接近中心入口區(qū)36，也就是在中間通道50B的流體比在后通道50C的流體更快流過(guò)孔52與所輸送的流體會(huì)合。
在各區(qū)段51的小壓力平衡孔52在通道內(nèi)沿著通道50以等間隔布置，而且在區(qū)段51中通道50內(nèi)，一組孔與其它通道一組孔52相比，它們離軸心線31有不同的距離。
這種布置的一個(gè)理由是在各區(qū)段51沿著葉輪9的半徑均勻地展開壓力平衡孔是為了更均勻釋放在葉輪罩蓋32的后面46的壓力。另一個(gè)原因是當(dāng)葉輪圓周33通過(guò)銑削而減小時(shí)(在后文將予以說(shuō)明)，結(jié)果壓力平衡孔52繼續(xù)沿著后面46均勻展開。
另一個(gè)在決定小壓力平衡孔52所考慮的因素是當(dāng)葉輪的半徑縮小時(shí)，需要有相同數(shù)目的壓力平衡孔開在圓周33上，如圖3所示的布置，在整個(gè)圓周33縮小中，每個(gè)區(qū)段51在圓周上都有一個(gè)小孔，這意味著當(dāng)葉輪9半徑在各區(qū)段51從最靠近中心入口區(qū)36的孔52開始逐漸增加，其中每個(gè)區(qū)段有一孔52總是位于任何半徑所畫成的圓上直到到達(dá)圓周33。
如果小孔52是圓的，那么在通道50就要比圖示多得多的孔以便滿足在每個(gè)區(qū)段有一孔52總是位于任何半徑所畫成的圓上，使用橢圓孔就能減少必須滿足所畫的圓上總是至少有一孔的情況下孔的數(shù)目，如果孔是圓的，較少孔意味著葉輪的強(qiáng)度在更小程度上受影響，事實(shí)上，使用圓孔可能把葉輪9的強(qiáng)度減弱到危險(xiǎn)點(diǎn)，這樣就不能接受，所有這些使得采用伸長(zhǎng)的圓孔是本發(fā)明的特點(diǎn)之一變得十分的明顯。
具有直線徑向延伸葉片的離心泵葉輪有一比較低的比速，此比速正常情況下位于低于600的范圍(見下文比速公式)，這比較低的比速范圍意味著它是一產(chǎn)生大的壓力系數(shù)有比較低流量的泵并且有比較低的效率，這種泵應(yīng)用在要求產(chǎn)生高的壓力而又有比較低的流量所以高的效率并不是優(yōu)先考慮，正常情況下，設(shè)計(jì)一個(gè)泵就是泵所希望不同指標(biāo)之間的一種折衷，并且一般來(lái)說(shuō)，上述泵的應(yīng)用是當(dāng)在比較低的泵成本下獲得一高的壓力作為最重要的考慮之一。
所用的比速公式如下比速＝N/Q/H3/4其中N-葉輪速度(轉(zhuǎn)/分)Q-流量(加侖/分)H-壓頭(揚(yáng)程)(呎)本發(fā)明泵的一般設(shè)計(jì)參數(shù)包括下列速度3550轉(zhuǎn)/分流量16～125加侖/分總壓頭250～750呎最大吸入壓力500磅/吋2(35公斤/公分2)最大殼體工作壓力720磅/吋2沒(méi)有導(dǎo)流輪的凈壓頭4呎到10呎有導(dǎo)流輪的凈壓頭2呎溫度-65°至500°F葉輪直徑6到12吋圖5是一座標(biāo)圖，其中縱坐標(biāo)表示總壓頭(單位為呎)而橫坐標(biāo)表示流量(單位為加侖/分)。曲線58是指在減去小壓力平衡孔52的葉輪9的泵在恒速下所取得的，而曲線59是含有小壓力平衡孔52的葉輪9對(duì)同一泵在相同恒速下取得的。應(yīng)該指出曲線59在相同流量下比曲線58具有更高的壓頭，表明小壓力平衡孔52增加了泵的壓頭能力而不損失泵的總效率，這點(diǎn)是出人意外。
用來(lái)產(chǎn)生圖5中曲線的泵規(guī)格包括一12吋直徑的葉輪，該葉輪在每一長(zhǎng)葉片配有二短葉片前提下共有27葉片，其轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，凈壓頭為4呎，沒(méi)有使用導(dǎo)流輪而且所輸送的流體是80°F的水。
同時(shí)附圖中只示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例并加以詳細(xì)敘述，但本發(fā)明不僅僅局限于具體描述的實(shí)施例而且延伸到用本發(fā)明構(gòu)思所確立的其它實(shí)施例和變化。
權(quán)利要求
1.一離心泵其特征在于一離心泵殼包括一連結(jié)入口和出口之間的葉輪腔，一適于驅(qū)動(dòng)并裝在上述泵殼上的軸，一位于上述葉輪腔內(nèi)并裝在上述軸上的葉輪，上述葉輪包括裝在軸上的中心輪轂，一固定在輪轂上的圓形罩蓋有一圓形周邊并與輪轂軸線在同一軸線上，若干個(gè)較長(zhǎng)葉片固定在罩蓋上并繞著輪轂以等間隔隔開，徑向延伸的一列短葉片，至少一短葉片位于每對(duì)長(zhǎng)葉片之間并繞著輪轂等距間隔開，各短葉片的內(nèi)端位于離鄰近較長(zhǎng)葉片內(nèi)端的徑向向外，每對(duì)鄰近的較長(zhǎng)葉片在它們之間形成了從輪轂向外徑向延伸的一單一通道并流到若干較小通道，這些較小通道由上述的鄰近較長(zhǎng)葉片對(duì)之間并至少有一邊就位于鄰近較長(zhǎng)葉片對(duì)之間的至少被一較短葉片相間隔開所形成以及一系列位于上述罩蓋上且通到上述通道的壓力平衡孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心泵，其特征在于大部分壓力平衡孔通到較小通道內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心泵，其特征在于壓力平衡孔其斷面是非圓形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離心泵，其特征在于上述各橢圓形壓力平衡孔的主直徑沿徑向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心泵，其特征在于在各上述較小通道內(nèi)有一系列壓力平衡孔，這些平衡孔位于沿著上述通道徑向間隔開的位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離心泵，其特征在于在上述各通道中各列的壓力平衡孔，在鄰近的孔之間基本上位于相等的間隔位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離心泵，其特征在于上述泵有助于泵葉輪在給定方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，各對(duì)較長(zhǎng)葉片之間形成的較小通道包括一前通道，該前通道相對(duì)于上述泵葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向而引入到上述較長(zhǎng)葉片對(duì)之間的其它通道并且在此前通道內(nèi)的一列平衡孔的初始位置比位于上述較長(zhǎng)葉片對(duì)之間通道中的平衡孔初始位置在徑向更靠近葉輪軸心線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離心泵，其特征在于壓力平衡孔沿著上述通道均勻定位，這樣的布置以允許葉輪的圓周可加工成更小的直徑而同時(shí)在各較長(zhǎng)葉片對(duì)之間只有一壓力平衡孔通到葉輪的圓周上。
9.一離心泵其特征在于一離心泵殼包括一連結(jié)入口和出口之間的葉輪腔，一適于驅(qū)動(dòng)并裝在上述泵殼上的軸，一位于上述葉輪腔內(nèi)并裝在上述軸上的葉輪，上述葉輪包括裝在軸上的中心輪轂，一固定在輪轂上的圓形罩蓋有一圓形周邊與輪轂軸線在同一軸線上，若干個(gè)較長(zhǎng)葉片固定在罩蓋上，并繞著輪轂以等間隔隔開，徑向延伸的一列短葉片，至少二短葉片位于每對(duì)長(zhǎng)葉片之間并繞著輪轂等距間隔開，各短葉片的內(nèi)端位于離鄰近較長(zhǎng)葉片內(nèi)端的徑向向外，每對(duì)鄰近的較長(zhǎng)葉片在它們之間形成了從輪轂向外徑向延伸的一單一通道并流入至少三個(gè)較小通道，這些較小通道由上述鄰近較長(zhǎng)葉片對(duì)之間并至少有一邊就位于鄰近較長(zhǎng)葉片對(duì)之間的至少被一較短葉片相隔開所形成以及一系列位于上述罩蓋上且通到上述通道的壓力平衡孔。
全文摘要
一離心泵有容納一葉輪的殼體，葉輪裝在一軸上而一圓形罩蓋固定在一葉輪輪轂上，若干較長(zhǎng)徑向葉片固定在罩蓋上并繞著輪轂等距間隔開，一系列短葉片沿徑向延伸，繞著輪轂至少二短葉片位于各長(zhǎng)葉片對(duì)之間而相互間隔開，短葉片內(nèi)端位于離鄰近長(zhǎng)葉片內(nèi)端沿徑向向外，鄰近長(zhǎng)葉片對(duì)之間形成一從輪轂徑向向外的單一通道并流到由鄰近長(zhǎng)葉片和夾在長(zhǎng)葉片中的短葉片之間形成的至少三較小通道，一列橢圓形壓力平衡孔位于罩蓋上并通向上述通道。
文檔編號(hào)F04D15/00GK1040252SQ8910559
公開日1990年3月7日 申請(qǐng)日期1989年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月8日
發(fā)明者查爾斯·C·希爾德, 特里基夫·達(dá)爾 申請(qǐng)人:英格索爾-蘭德公司