CN101702929A - 泵及泵叶轮 - Google Patents

Abstract

一种泵组件，包括限定用于接收待泵吸的流体的入口及用于排出流体的出口的泵壳。操作性地联结到驱动马达的可旋转的叶轮包括与盖板整体形成的多个叶片结构。每个叶片结构包括从盖板轴向延伸的弯曲的轴向叶片区段。复合的多阶梯式辅助叶片从每个轴向叶片区段横向延伸。辅助叶片或翼至少包括第一部分和第二部分，其中第二部分以交错的构造覆盖第一部分，使得第一部分和第二部分的后边缘分隔开以形成阶梯。第二辅助叶片部分包括轴向表面，该轴向表面还形成辅助叶片的工作叶片表面。

Description

泵及泵叶轮

技术领域

本发明总体上涉及泵吸含有固体的流体，更具体地涉及一种提高固体处理泵的效率的泵叶轮。

背景技术

在现有技术中，能够处理含有固体的流体-例如水的泵是已知的。一种能够处理固体的泵称作“涡动”泵。在美国专利No.4,676,718中公开了这种泵的一个示例。诸如在美国专利No.3,898,014和No.6,887,034中公开的离心泵也能够在泵吸废水的应用中处理固体，上述美国专利在此通过引用并入本文。

能够使相对较大的固体通过的泵-诸如涡动泵的特征为在低排出压力下具有高流速。在市场上，已经发现拥有能够在低流速下以较高排出压力操作而不损失固体处理能力的泵是期望的。已开始尝试设计和制造能够在低流速下产生较高排出压力的泵。然而，已经发现在一些应用中这些类型的泵往往需要较大尺寸的马达来防止在大流量应用中马达过载。

发明内容

本发明提供一种新型的改进的泵及泵叶轮。当在涡动型泵中使用该泵叶轮时，该泵叶轮在不损失其固体处理能力的情况下提高了泵的总效率。

根据本发明，泵组件包括提高泵的总效率的叶轮。根据优选实施例，叶轮包括从盖板延伸的两个或更多个叶片。每个叶片包括轴向延伸区段，轴向延伸区段优选是弯曲的。阶梯式的翼或辅助叶片从每个轴向叶片区段横向延伸。辅助叶片包括可具有阶梯式前边缘和/或阶梯式后边缘的第一部分和/或第二部分。

在示出的实施例中，第一翼部分从与其相关的轴向翼区段的顶部边缘横向延伸。第一翼部分包括内侧端，该内侧端优选相对于与其相关的轴向翼区段的内侧端径向向外间隔开。第二翼部分从第一翼部分延伸，并且在一个实施例中，在第一部分的后边缘与第二部分的后边缘之间限定出阶梯。在更优选的实施例中，还在第一部分的前边缘与第二部分的前边缘之间限定出阶梯。

根据本发明，第二翼部分的内侧端与第一部分的内侧端径向向外间隔开。该阶梯构造扩大了泵的眼状部，并减小了泵的必需汽蚀余量(NPSHR)，由此允许泵维持较高的流速。

在示出的优选实施例中，辅助翼随着其从内侧端延续到外周缘而变宽。该构造将形成悬于限定在相邻的轴向叶片区段之间的流动通道之上的结构。

通过公开的叶轮构造，泵能够在较低流速下产生较高的排出压力，同时具有处理相对较大的固体的能力。

通过结合附图阅读下面的详细描述，本发明的附加特征将变得明显并可更全面地理解本发明。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例构造的泵组件的局部剖视侧视图；

图2是根据本发明的一个优选实施例构造的叶轮的立体图，该叶轮可形成图1中示出的泵组件的一部分；

图3是图2中示出的叶轮的俯视图；

图4是该叶轮的侧视图；

图5是图2中示出的叶轮的另一立体图，该叶轮被旋转以示出其底侧；

图6是该叶轮的从图3的线6-6表示的平面观察的剖视图；

图7是该叶轮的从图4的线7-7表示的平面观察的剖视图；

图8是该叶轮的从图4的线8-8表示的平面观察的剖视图；

图9是该叶轮的从图4的线9-9表示的平面观察的剖视图；以及

图10是根据本发明的另一个优选实施例构造的基座式泵的剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个优选实施例构造的泵组件的总体结构。所示出的泵是所谓的涡动泵。然而，本发明的原理可应用于直型离心泵和自吸泵。

所示出的泵组件包括总体上由附图标记10表示的驱动马达，驱动马达可包括电动马达、液压马达、内燃机或者它们的组合物。总体上由附图标记12表示的泵壳通过合适的紧固件附连到马达外壳凸缘14。泵壳12限定腔16，根据本发明的优选实施例构造的叶轮18在腔16中旋转。泵叶轮18操作性地联结到可旋转的驱动轴20，在所示出的实施例中，驱动轴20是驱动马达组件10的一部分。在此应该注意的是，本发明可应用于基座式泵，即包括附连到可旋转地支撑在基座外壳(见图10)中的驱动轴的叶轮的泵。驱动轴依次地通过驱动链或驱动带联结到泵驱动马达。

如图1所示，驱动轴20的下端延伸到腔16中。叶轮18可拆除地附连到驱动轴20的下端(在图1中观察)，并通过诸如螺栓22的合适的紧固件固定到驱动轴20的下端。

泵壳12还限定了与腔16连通的轴向入口24和径向出口26。在操作中，叶轮18的旋转使泵吸物经由轴向入口24被吸入腔16中。泵吸物经由径向出口26从腔16中排出。

图2示出了根据本发明的一个优选实施例构造的叶轮18的总体结构。叶轮18包括圆形的平面盖板30和总体上由附图标记32表示的多个叶片，叶片的多个部分从盖板30轴向地(在图1中观察为向下地)延伸。在所示出的实施例中，叶轮包括四个叶片，但本发明还构想到具有两个或更多个叶片的叶轮。

如图2和图3所示，叶轮18包括位于中心的毂，叶轮通过所述毂附连到马达驱动轴20，马达驱动轴20又限定了叶轮的旋转轴线。毂优选地被键连接。毂36包括尺寸设置为与轴20的直径严密配合的孔36a。当被安装时，键(未示出)被保持在毂键槽38和形成在驱动轴20中的配对键槽(未示出)中。该键抑制叶轮18与驱动轴20之间的相对旋转。诸如螺栓22(图1中示出的)或螺母的合适的紧固件将叶轮18保持在驱动轴20上。

参考图5，盖板30的底侧30a(与叶片32从其延伸的一侧相反的侧面)限定了围绕盖板的内侧表面30a的周缘间隔设置的多个泵出叶片40。所述叶片总体上沿径向定向，但相对于盖板的半径线以一定角度偏置(泵出叶片可以为其它形状)。在操作中，泵出叶片40迫使盖板底侧与泵壳之间的流体向外流。

具体参考图2至图4，所示出的叶轮包括四个等距离间隔的叶片，每个叶片由附图标记32表示。每个叶片32都包括轴向延伸区段32a，轴向延伸区段32a从位于毂36附近的内侧端42a(图3)和终止在盖板30周缘处的周缘端42b(图2)延伸。每个叶片区段32a优选地是弯曲的，并限定工作侧44a和内部非工作侧44b。

如图7中最好地示出的，在一个叶片的工作侧44a与相邻叶片的内部非工作侧44b之间限定出多个弯曲的流动通道50。在操作中，叶轮的旋转使所述流动通道中的流体因离心力的作用而向外流。

根据本发明并参考图2，每个叶片32包括具有阶梯构造的横向延伸的辅助叶片或翼60。在示出的优选实施例中，每个翼60包括从轴向叶片区段32a的上边缘横向延伸的第一部分或区段62。优选地，第一区段62未到达轴向叶片区段32a的内侧端42a(见图3)就终止，并且还具有随着其从叶轮18的眼状区域66(见图2)延续到叶轮的外周缘而变宽的横向尺寸。本发明还构想到下面的构造，其中翼60的第一区段部分62具有与竖直叶片区段32a的内侧端42a大体同时终止的内侧端63。然而，相信通过使第一翼区段62的内侧端63与竖直叶片部的内侧端(最佳视图见图3)间隔开，泵的NPSHR便得以减小。

根据本发明，翼60的第二横向部分72延伸超过第一部分62的终止边缘62a。实际上，第一部分62与第二部分72之间的阶梯构造被限定并且总体上由附图标记76表示。在示出的优选实施例中，第二翼部分72的前边缘或工作边缘72a也与相关的轴向叶片区段32a的工作侧44a间隔开，以便在第一翼部分62与第二翼部分72之间限定出总体上由附图标记80表示的阶梯构造。根据优选实施例，第二翼部分72具有从第一翼部分62的内侧端63径向向外间隔开的内侧端83。相信这种关系进一步减小了泵的NPSHR。

如图2最佳地示出的，从轴向叶片区段32a的上端(在图2中观察)横向延伸的阶梯翼60将会覆盖并部分地封闭限定在相邻的叶片区段32a之间的流动通道50。相信这种覆盖构造将会提高泵的效率，同时不会对泵的NPSHR产生负面影响。

在示出的实施例中，阶梯翼60从每个叶片区段32a的后侧/非工作侧44b延伸。本发明还构想到：从每个叶片的工作侧44a横向延伸的具有类似构造的翼或副叶片，以及翼的前边缘延伸超过叶片的工作侧并且翼的后部延伸超过叶片的非工作侧的构造。

在示出的实施例中，第二翼部分72限定了轴向延伸表面90，轴向延伸表面90实际上限定了辅助叶片部分的工作侧。本发明还构想到第二翼区段72的前边缘72a与轴向叶片区段32a的工作侧44a对齐的构造。在该后述的构造中，翼的第二部分62与第一部分72之间未形成阶梯。本发明还构想到具有相同的轮廓、局部对齐的轮廓或在任何位置都不对齐的轮廓的表面72a、44a。

在此应该注意的是，在示出的实施例中图示了具有第一部分62和第二部分72的翼或辅助叶片。然而，本发明还构想到具有两个或更多个翼部分的翼，这些翼部分可包括阶梯后边缘和阶梯前边缘。本发明还构想到翼部分的前边缘或后边缘之一具有阶梯而非两者都具有阶梯的构造。

在优选实施例中，第一翼部分62的内侧端63和第二翼部分72的内侧端83并不分别延伸成与竖直叶片区段的内侧端42a共同延伸的关系。通过利用翼部分的内侧端的阶梯式间隔，泵的“眼状部”66(图2)被扩大，从而减小了泵的NPSHR。

参考图10，本发明作为基座式泵100的一部分示出。基座式泵100包括限定了叶轮18’在其中旋转的叶轮腔16’的壳体110。叶轮18’的旋转使流体从轴向入口24’被吸入，并在压力下将流体输送到出口(未示出)。

叶轮18’通过紧固件122可拆除地附连到驱动轴120。驱动轴被一对球轴承132、134可旋转地支撑在基座外壳130内。在示出的实施例中，基座外壳130限定了润滑腔136，通过移除填充塞140，可向润滑腔中填充润滑剂。驱动轴的上端通过唇形密封件142密封至外壳130。驱动轴122的下端通过一对间隔开的唇形密封件144、146密封。如果泵吸物或润滑剂经由唇形密封件144、146泄漏，则该泄漏通过限定在密封件144和146与排出通道150a之间的槽150中存在泄漏物而显示出来。

如已知的，驱动轴120的上端120a连接到合适的驱动马达。例如，驱动带轮或链轮(未示出)可固定到驱动轴的上端120a。带轮或链轮可依次通过驱动带或驱动链连接到驱动马达。可替换地，联结件可安装到驱动轴的端部120a，并直接联结到诸如内燃机的驱动马达。在示出的实施例中，驱动轴的端部120a包括键槽160，以便于将驱动轴联结到驱动源。

已经结合涡动泵公开了该叶轮的构造。应该理解的是，所公开的叶轮及其操作原理可应用于离心泵和自吸泵或其它类型的包括邻近叶轮设置的磨损板的泵。

尽管已经比较详细地描述了本发明，但是应该理解的是，在不偏离权利要求中限定的本发明的精神或范围的情况下，本领域技术人员可对本发明进行各种变型。

Claims (12)

1.一种泵组件，包括：

a)泵壳，所述泵壳限定出腔；

b)叶轮，所述叶轮可在所述腔内旋转，以迫使流体从入口流到出口；

c)驱动马达，所述驱动马达用于使所述叶轮旋转；

d)所述叶轮包括多个叶片，每个叶片包括：

i)从盖板延伸的轴向叶片区段；

ii)从所述轴向叶片区段横向延伸的、包括第一翼部分和第二翼部分的阶梯式辅助叶片。

2.如权利要求1所述的泵组件，其中，所述第一翼部分和所述第二翼部分设置为具有阶梯式后边缘。

3.如权利要求1所述的泵组件，其中，所述叶片部分设置为具有阶梯式前边缘。

4.如权利要求1所述的泵组件，其中，所述横向延伸的翼将至少部分地覆盖限定在相邻的轴向叶片区段之间的相关的流动通道。

5.如权利要求1所述的泵组件，其中，所述第一翼部分和所述第二翼部分具有相对于相关的轴向叶片区段的内侧端径向向外间隔开的第一内侧端和第二内侧端。

6.如权利要求1所述的泵组件，其中，每个所述部分具有随着其从内侧端延续到周缘端而逐渐增大的横向尺寸。

7.一种泵组件，包括：

a)泵壳，所述泵壳限定用于接收流体的入口和用于排出流体的出口；

b)可旋转的叶轮，所述叶轮用于迫使从所述入口接收到的流体流到所述出口；

c)驱动马达组件，所述驱动马达组件用于使所述叶轮旋转，所述驱动马达组件包括操作性地连接到所述叶轮的驱动轴；

d)所述叶轮包括与盖板整体形成的多个叶片结构；

e)每个叶片结构包括：

i)从所述盖板轴向延伸的弯曲的轴向叶片区段；

ii)从所述轴向叶片区段横向延伸的复合的辅助叶片；

iii)每个复合的辅助叶片至少包括第一部分和第二部分，所述第二部分以交错的构造覆盖所述第一部分，使得所述第一部分和所述第二部分的后边缘分隔开从而形成阶梯；

iv)所述第二辅助叶片部分包括轴向表面，所述轴向表面从所述第二部分的前边缘向所述第一部分轴向延伸从而限定出工作叶片表面；

v)所述第一部分和所述第二部分中的每个具有从每个部分的内侧端到外周缘边缘测量时逐渐增大的横向尺寸；以及

vi)所述第一部分和所述第二部分具有径向分隔开的内侧端。

8.如权利要求7所述的泵组件，其中，在相邻的竖直叶片区段之间限定出弯曲的流动通道，并且所述辅助叶片至少部分地覆盖相关的流动通道。

9.如权利要求7所述的泵组件，其中，所述叶轮还包括毂结构，所述叶轮通过所述毂结构附连到所述驱动轴，并且所述竖直叶片区段具有位于所述毂结构附近的内侧端。

10.如权利要求9所述的泵组件，其中，所述竖直叶片区段的所述内侧端相对于所述第一部分和所述第二部分的内侧端径向向内间隔开。

11.如权利要求1所述的泵组件，其中，所述轴向叶片区段是弯曲的。

12.如权利要求1所述的泵组件，还包括用于可旋转地支撑附连有所述叶轮的驱动轴的基座外壳，并且还包括用于将所述驱动马达联结到所述驱动轴的联结装置。

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