CN1012387B - 改进的离心泵 - Google Patents

Abstract

一离心泵有容纳一叶轮的壳体，叶轮装在一轴上而一圆形盖板固定在一叶轮轮毂上，若干较长径向叶片固定在盖板上并绕着轮毂等距间隔开，一系列短叶片沿径向延伸，绕着轮毂至少二短叶片位于各长叶片对之间而相互间隔开，短叶片内端位于离邻近长叶片内端沿径向向外，邻近长叶片对之间形成一从轮毂径向向外的单一通道并流到由邻近长叶片和夹在长叶片中的短叶片之间形成的至少三较小通道，一列椭圆形压力平衡孔位于盖板上并通向上述通道。

Description

本发明是与离心泵有关，更具体地说与具有直的径向延伸叶片所组成叶轮的离心泵有关。此种形式叶轮应用在输送的液体要求比较低的流量和高的输出压力下。

苏联专利918560公开了具有多个径向延伸叶片半开式设计的离心泵叶轮，这些径向延伸叶片包括被短叶片分隔开的一系列长叶片，短叶片以各种不同形式进行安置，专利使短叶片向内逐渐变细以提供短叶片和平行壁之间的通道截面积在整个叶片长度方向保持不变，一般，这就是用在本发明中的一种泵叶轮的形式，虽然本发明并不包括沿叶片长度方向上使泵的通道截面恒定不变的构思。

通常，以完全封闭的设计来制造一直线径向叶片泵的叶轮是不实际的，也就是在叶轮的二个面用盖板封闭起来，因为泵的通道一般是很小的以至于很难用金属浇铸方法来制造。另一方面，以完全开放的设计来制造这种式样的叶片装置也是不实际的，因为没有东西来支持短叶片而长叶片会强度太弱而不能经受住在运行过程中出现的应力。因此，这种型式叶片叶轮的设计师在正常情况下提供的叶轮为半开式设计，也就是在正常情况下只在轮毂面有盖板，带有半开式设计的叶轮使它较易铸造，在使用时，易于保持通道清洁，以防万一所泵的液体中含有碎屑，这些碎屑就可能堵塞叶轮通道。

半开式泵叶轮的设计中一个主要问题是所输送流体的压力作用一大的轴向负荷在叶轮上，使叶输上的轴承系统处于一不希望有的大负荷之下。以前的设计师通过在罩盖上开压力平衡孔用减小加在罩盖外面上压 力的方法来减小半开设计叶轮的轴向推力，平衡孔一般开在靠近叶轮通道径向向内入口处的叶轮口上，因为当孔开在更靠近转动轴时，压力平衡孔一般会更有效，据信把平衡孔通到通道上会不适当地减低叶轮的水力性能，为此原因，把平衡孔通到叶轮所输送液体的通道上是很少见的。

本发明目的是提供一种半开式具有径向叶片经过改进的泵叶轮。

本发明另一目的是提供一备有一压力平衡孔布置的半开式具有径向叶片的泵叶轮，与没有平衡孔相同设计的叶轮相比，所开的平衡孔增加了这种叶轮的水力性能。

本发明另一目的是提供一具有半开式径向叶片和压力平衡孔布置的泵叶轮，压力平衡孔可在大范围的直径内不断减小叶轮直径以不断切削和消除部分平衡孔，而同时，又分布在一定直径范围内的泵内，维持均匀水力性能。

本发明还有一目的是提供一具有半开式径向叶片的泵叶轮，此种叶轮在不会对泵的整体性能产生有害的影响下减小此类泵所固有的大轴向推力负荷。

本发明的一种离心泵，具有一个离心泵壳，它包括一个连结在入口和出口之间的叶轮腔，一个安装在上述泵壳上的适于被驱动的轴，一个位于上述叶轮腔内并装在上述轴上的中心轮毂，一个固定在该轮毂上的圆形盖板，它具有一个与该轮毂轴线同轴的圆形周边，若干个较长叶片绕该轮毂等间隔地固定在该盖板上，一系列较短叶片绕该轮毂等间隔地沿径向延伸，至少有一个较短叶片位于每对较长叶片之间，每一较短叶片的内端位于相邻长叶片的内端径向向外处，每对相邻的较长叶片之间形成了一个从轮毂向外径向延伸的单通道，并通入形成在上述相邻的较长叶片对之间的若干较小通道，这些较小通道至少以一个位于上述相邻较长叶片对之间的较短叶为其至少一个侧边，上述盖板上设有一系列通 向上述通道的压力平衡孔。

图1    沿着叶轮轴线所取的泵剖视图并包含有一按照本发明制造的叶轮。

图2    是图1中叶轮的正视图。

图3    是沿着径向延伸线3-3所取图2的剖视图。

图4    是图2的一放大部分。

图5    是用说明采用本发明和未采用本发明泵的水力性能曲线之间的差别的一坐标图。

附图所示的泵1是一离心泵，在工业上称为立式直线型泵，泵1包括具有一壳体5，一壳盖6，一入口通道7和一出口通道8的外壳4，而一出口通道适于连到可支撑泵的管路（未示出）的间隔端。泵1还包括在壳体5内形成的泵腔10中回转的离心式叶轮9，并分别连到入口7和出口8，泵叶轮9装在轴11的下端，该轴从叶轮9穿过壳盖6垂直向上延伸并被装在壳盖6内的密封13所包围。

轴11是一驱动器15的一部分，图中所示的为一电动机，装在轴11垂直向下延伸，驱动器还包括一围绕轴11的一装配端板17，装配端板17停靠和支撑在位于泵壳盖6和驱动器15之间的支撑架20上，支撑架20包括顶圈22和底圈23之间延伸的几个立柱21，支撑架20的底圈23停靠在泵1的壳盖6上并用螺栓加以固定而顶圈22用螺栓固定到驱动器15的端板17上，支撑架20和泵1形成一个单一的刚性整体，这样当轴在泵壳5和密封13内回转时，此刚性整体就允许泵使用驱动器的轴承系统来正确地支撑轴，叶轮包括一中心轮毂25，该轮毂包含有一容纳一轴11减小的直径部分26的轴向孔，叶轮通过位于轴上部分26的相应键槽和轮毂25上的孔用一普通的键27而销在轴11上。叶轮9放一普通的泵导流螺旋28固定在轴11上，导流螺旋有拧到轴11端头内相应螺孔的螺纹，导流螺旋28在入口通道7的扩大部分内转动，为的是在流体到达叶轮9之前造成一正压 ，在入口通道7的正压力已足够的情况下也可用常规的紧固件来代替导流螺旋28。一般来说，上述的结构都是常规的，不构成本发明的组成部分，除非这种结构对本发明的实施是必要的。

叶轮9绕着轴31转动并包括一与轮毂25成一体的盖板32，该盖板从轮毂25向外沿径向延伸，而圆周33有从叶轮9的轴线31向外延伸的一半径，请见图2。叶轮的前面35包括一中心入口区36，在此处轴向流动的入口流体首先遇到叶输前面35和一弯曲的翼型为了逐渐把流体从轴向转到径向，当入口流体从径向向外流出时。与叶轮面35连成一体的一列长叶片38在圆周方向绕着叶轮轴成均匀间隔开并沿着径向延伸，（在图2中所示的9），每个长叶片38有一个起始于中心入口区36的内缘39并径向向外延伸到圆周33，每叶片38的前缘40是平的并向着盖板32倾斜，当前缘以一小角度从通过轴线31直角平面从径向向外延伸，所有长叶片38的前缘40都位于一设想锥形的表面，该设想锥面的顶端就在叶轮9的轴心线上并向前盖板32方向发散，当锥面向着圆周33径向延伸时。

在各邻近的长叶片对38之间，一对短叶片42与叶轮的前面35连成一体，在径向线上延伸并与邻近长叶片38和短叶片相互都成均匀间隔，短叶片42的内缘43位于离长叶片38的内缘39在径向向外一段距离并都向外延伸到叶轮9的圆周33。短叶片42的前缘44也都如长叶片38的前缘40一样情况位于同一设想锥面上，长短叶片的前缘40和44在同一锥面的其中一个原因是因为这些前缘必须贴着泵腔10的邻近壁面旋转，为了保持泵的效率，另外一个原因是因为这些前缘都安置在同一平面内（用铣床切削）来改变泵叶轮大小使所铸造相同尺寸的叶轮用于不同尺寸的泵中。本发明也用铣削所铸造叶轮的圆周33以提供一系列不同直径的叶轮9，这将在下文进一步说明。

叶轮9是半开式的因为它只有单一的盖板32，这种叶轮会引起在叶轮后面46产生一大的轴向推力，因为所输送流体的出口压力流入到邻近 后面46的空间而叶轮前面35的压力不足于产生一如同闭式叶轮（有二个罩盖）所产生的反向相似大小的力。减小这种大的轴向推力的一种方法是通过在邻近中心入口区36的叶轮9上开压力平衡孔47，在泵工作时，作用在后面46上的压力流体流过孔47并与入口流体会合，靠近中心入口区36的孔47的合适大小和位置并未过分减小泵的效率而相反帮助减小了作用在后面46上的流体压力。

使用伴有短叶片42的长叶片38就提供了一系列沿径向方向泵的通道50，每对长叶片38之间的面积命名为区段51，在每个区段51中的三个通道50还可进一步分成前通道50A，中通道50B和后通道50C，所选的名字是根据图2和图4中箭头所示叶轮9的转动方向而定。

本发明包括在通道50和罩盖后面46之间在罩上开了附加的小压力平衡孔，这些孔52还允许压力流体从靠近后面46的空间流到通道50，与所要输出的流体相会合，这就引起作用在后面46的压力进一步减小，出乎发明人的意外，这样却增大了泵的工作效率，这在后面将予以解释。

如图2所见，叶轮9以顺时针方向转动，当所输送流体进入中心入口区36时，流体结合叶轮的转动从径向向外猛力移动引起一流体沿顺时针方向螺旋形的合成移动，一开始，流体进入在二邻近长叶片38之间的区段51并相对于顺时针转动的叶轮，继续盘旋向左，如图4箭头54所示，该流体螺旋形的合成移动引起更多流体进入到后通道50C，然后进入中间通道50B，仍旧有少量流体进入到前通道50A，因为只有少量流体流入前通道50A，在前通道50A内的小平衡孔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区，以便让在后面46的流体能更迅速来增加在前通道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区36，同样，在中间通道50B内的小平衡孔，以同样原因，比后通道50C的小孔52更接近中心入口区36，也就是在中间通道50B的流体比在后通道50C的流体更快流过孔52与所输送的流体会合。

在各区段51的小压力平衡孔52在通道内沿着通道50以等间隔布置，而且在区段51中通道50内，一组孔与其它通道一组孔52相比，它们离轴心线31有不同的距离。

这种布置的一个理由是在各区段51沿着叶轮9的半径均匀地展开压力平衡孔是为了更均匀释放在叶轮罩盖32的后面46的压力。另一个原因是当叶轮圆周33通过铣削而减小时（在后文将予以说明），结果压力平衡孔52继续沿着后面46均匀展开。

另一个在决定小压力平衡孔52所考虑的因素是当叶轮的半径缩小时，需要有相同数目的压力平衡孔开在圆周33上，如图3所示的布置，在整个圆周33缩小中，每个区段51在圆周上都有一个小孔，这意味着当叶轮9半径在各区段51从最靠近中心入口区36的孔52开始逐渐增加，其中每个区段有一孔52总是位于任何半径所画成的圆上直到到达圆周33。

如果小孔52是圆的，那么在通道50就要比图示多得多的孔以便满足在每个区段有一孔52总是位于任何半径所画成的圆上，使用椭圆孔就能减少必须满足所画的圆上总是至少有一孔的情况下孔的数目，如果孔是圆的，较少孔意味着叶轮的强度在更小程度上受影响，事实上，使用圆孔可能把叶轮9的强度减弱到危险点，这样就不能接受，所有这些使得采用伸长的圆孔是本发明的特点之一变得十分的明显。

具有直线径向延伸叶片的离心泵叶轮有一比较低的比速，此比速正常情况下位于低于600的范围（见下文比速公式），这比较低的比速范围意味着它是一产生大的压力系数有比较低流量的泵并且有比较低的效率，这种泵应用在要求产生高的压力而又有比较低的流量所以高的效率并不是优先考虑，正常情况下，设计一个泵就是泵所希望不同指标之间的一种折衷，并且一般来说，上述泵的应用是当在比较低的泵成本下获得一高的压力作为最重要的考虑之一。

所用的比速公式如下

比速＝N/Q/H^3/4

其中

N-叶轮速度（转/分）

Q-流量（加仓/分）

H-压头（扬程）（英尺）

本发明泵的一般设计参数包括下列：

速度3550转/分

流量16～125加仓/分

总压头250～750英尺

最大吸入压力500磅/英寸（35公斤/公分）

最大壳体工作压力720磅/英寸

没有导流轮的净压头4英尺到10英尺

有导流轮的净压头2英尺

温度-65°至500°F

叶轮直径6到12英寸

图5是一座标图，其中纵坐标表示总压头（单位为英尺）而横坐标表示流量（单位为加仓/分）。曲线58是指-减去小压力平衡孔52的叶轮9的泵在恒速下所取得的，而曲线59是含有小压力平衡孔52的叶轮9对同一泵在相同恒速下取得的。应该指出曲线59在相同流量下比曲线58具有更高的压头，表明小压力平衡孔52增加了泵的压头能力而不损失泵的总效率，这点是出人意外。

用来产生图5中曲线的泵规格包括一12英寸直径的叶轮，该叶轮在每一长叶片配有二短叶片前提下共有27叶片，其转速为3500转/分，净压头为4英尺，没有使用导流轮而且所输送的流体是80°F的水。

同时附图中只示出了本发明的一个实施例并加以详细叙述，但本发明不仅仅局限于具体描述的实施例而且延伸到用本发明构思所确立的其 它实施例和变化。

Claims (9)

1、一种离心泵，具有一个离心泵壳，它包括一个连结在入口和出口之间的叶轮腔，一个安装在上述泵壳上的适于被驱动的轴，一个位于上述叶轮腔内并装在上述轴上的中心轮毂，一个固定在该轮毂上的圆形盖板，它具有一个与该轮毂轴线同轴的圆形周边，若干个较长叶片绕该轮毂等间隔地固定在该盖板上，一系列较短叶片绕该轮毂等间隔地沿径向延伸，至少有一个较短叶片位于每对较长叶片之间，每一较短叶片的内端位于相邻长叶片的内端径向向外处，每对相邻的较长叶片之间形成了一个从轮毂向外径向延伸的单通道，并通入形成在上述相邻的较长叶片对之间的若干较小通道，这些较小通道至少以一个位于上述相邻较长叶片对之间的较短叶为其至少一个侧边，本发明的特征是，上述盖板上设有一系列通向上述通道的压力平衡孔。

2、根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于大部分压力平衡孔通到较小通道内。

3、根据权利要求2所述的离心泵，其特征在于压力平衡孔其断面是非圆形的。

4、根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于上述上非圆形压力平衡孔为椭圆形，其长轴沿径向延伸。

5、根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于在各上述较小通道内有一系列压力平衡孔，这些平衡孔位于沿着上述通道径向间隔开的位置上。

6、根据权利要求5所述的离心泵，其特征在于在上述各通道中各列的压力平衡孔，在邻近的孔之间基本上位于相等的间隔位置。

7、根据权利要求6所述的离心泵，其特征在于当上述泵的叶轮在给定方向旋转时，各对较长叶片之间形成的较小通道包括一前通道，该前通道相对于上述泵叶轮的转动方向而引入到上述较长叶片对之间的其它通道并且在此前通道内的一列平衡孔的初始位置比位于上述较长叶片对之间通道中的平衡孔初始位置在径向更靠近叶轮轴心线。

8、根据权利要求7所述的离心泵，其特征在于压力平衡孔沿着上述通道均匀定位，这样的布置以允许叶轮的圆周可加工成更小的直径而同时在各较长叶片对之间只有一压力平衡孔通到叶轮的圆周上。

9、一种离心泵，具有一个离心泵壳，它包括一个连结在入口和出口之间的叶轮腔，一个安装在上述泵壳上的适于被驱动的轴，一个位于上述叶轮腔内并装在上述轴上的中心轮毂，一个固定在该轮毂上的圆形盖板，它具有一个与该轮毂轴线同轴的圆形周边，若干个较长叶片绕该轮毂等间隔地固定在该盖板上，一系列较短叶片绕该轮毂等间隔地沿径向延伸，至少有二个较短叶片位于每对较长叶片之间，每一较短叶片的内端位于相邻长叶片的内端径向向外处，每对相邻的较长叶片之间形成了一个从轮毂向外径向延伸的单通道，并通入形成在上述相邻的较长叶片之间的至少三个较小通道，这些较小通道至少以一个位于上述相邻较长叶片对之间的较短叶为其至少一个侧边，本发明的特征是，上述盖板上设有一系列通向上述通道的压力平衡孔。

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