CN102037248A - 新流体泵 - Google Patents

Abstract

一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互连前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；基本上位于前壁中央的至少一个入口；叶轮，叶轮至少部分位于所述至少一个入口内以使得叶轮的至少一部分向外凸出前壁的至少一部分，其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入装置的流体在通过所述至少一个出口排出装置之前在流体旋转腔内旋转。

Description

新流体泵

技术领域

本发明涉及一种泵。特别是涉及一种流体泵，尤其是一种利用了固体旋转原理的流体泵。

背景技术

泵通常用于广泛而不同的应用。常见的各种泵包括容积式泵(也即那些在圆柱形的筒内包括往复活塞的泵)和非容积式泵(也即那些包括用于将流体抛到扩散通道内的离心叶轮的泵)。

传统的离心流体泵应用旋转的叶轮，在将流体以高速从叶片边缘喷射到一个或多个扩散通道之前首先要吸入流体(例如水或空气)。扩散通道的目的是为了降低由叶轮传递给流体的高动能。这个目的可以通过提供一种具有逐渐增大截面积的扩散通道来实现，逐渐增大的截面积能够使得流体以一种可控的方式来减速。随着流体速度的降低，静压就会增加。

静压增加在很多泵应用中都是需要的，以克服下游流体由于与泵壁，表面，弯头，截面积的改变以及引入的元件例如过滤器而产生的流动阻力。

这些传统的泵具有一些明显缺点。首先，叶轮是将流体(例如水)从叶片的边缘抛进扩散通道的，而不是将它压进扩散通道的。这就意味着扩散器入口必须设置在临近叶片边缘以使得流速在流体进入通道的时候尽可能的高。这种设置方式会导致产生具有大量噪声的尾流碰撞。

传统泵的另外一个缺点是由于在叶轮，壳体，泵体内的通道内频繁的改变截面积，流体速度也会随着流体流过泵而重复的改变。速度的改变一般会导致流体动量的降低，这就意味着需要额外的能量输入以补偿流体动量的损失，从而导致泵的效率降低。

传统泵的另外一个缺点是制造一个或多个传统离心泵所必须的扩散通道花费巨大。

这样，如果有可能提供一种流体泵，该流体泵能够减少或消除传统离心流体泵的至少一些不足的设计特点，将是非常有好处的，从而提供一种具有改进效率并降低噪声的泵。

需要明确一点，如果本申请参考了现有公开文献，这并不代表承认该参考文献在澳大利亚或者其他任何国家是公知技术知识的一部分。

在整个说明书当中，“包含”一词以及该词的语法等价词语都应该被认为是包括的意思，除非在文中作出另外说明。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种流体泵，它可以至少克服一些上述缺点，或者提供有益或商业的选择。

在第一方面，本发明主要涉及一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互连前、后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

至少部分位于所述至少一个入口内的叶轮，以使得叶轮的至少一部分向外延伸出外壳的至少一部分；以及

至少一个出口，

其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入到该装置内的流体在通过所述至少一个出口排出该装置之前在流体旋转腔内旋转。

装置的外壳可以是一个整体外壳、两部分组合外壳或者是一个由多个部分连接在一起形成的多部分组合外壳。典型的外壳是一个由上部和下部组成的两部分外壳，所述的上部和下部一般通过单独的例如螺钉，螺栓或者类似的紧固件紧固在一起。每个外壳部分可具有任意合适的尺寸，形状或构造。在本发明的一些实施例中，第一外壳部分可包含至少一个入口，而第二外壳部分可包含至少一个出口。作为选择，每个外壳部分可同时包含至少一个入口和至少一个出口。

外壳的前、后壁可具有任意合适的尺寸，形状或构造。但是，在本发明的一个优选实施例中，外壳的前、后壁之间基本上具有相同的尺寸和形状。在本发明的一些实施例中，外壳的前、后壁从平面图上来看基本上是圆形的。这样，在本发明的该实施例中，外壳基本上是圆柱形的。

一个或多个入口可以设置在外壳上任意合适的点上。例如，一个或多个入口可设置在外壳的侧壁或前壁上。一个或多个入口可设置在使得流体以与装置的侧壁相切的方式进入装置的位置。

作为选择，一个或多个入口可基本上位于装置前壁的中央。在本发明这样的实施例中，叶轮设置在使得叶轮的至少一部分向外凸出于外壳的至少一部分的位置。

在本发明的另外一个实施例中，该装置可包括一个或多个切线入口和一个或多个基本上位于中央的入口。

正如前面所提到的，外壳的前壁包括一个或多个基本上位于中央的入口。在本发明的一些实施例中，一个或多个入口可与一个或多个入口通道相联通，这样，进入该装置的流体在通过一个或多个入口进入该装置之前要穿过一个或多个入口通道。

一个或多个入口通道可以具有任意合适的尺寸，形状或构造。在本发明的一些实施例中，一个或多个入口通道适于连接到外壳的前壁。作为选择，在本发明的一些实施例中，外壳的前壁可包括位于或邻近所述一个或多个入口的从前壁表面向外凸出的凸起部。在本发明的这些实施例中，凸起部可适于连接到一个或多个入口通道。

在一些实施例中，一个或多个入口通道可与外壳一体形成。在本发明的一些实施例中，一个或多个入口通道可以是与外壳分离单独形成，并且通过合适的技术而适于与其暂时或永久的接合。

叶轮可以是任意合适的形式。但是，在发明的一个优选实施例中，叶轮设置有一个或多个叶片，更好的是具有很多叶片。在本发明的最优实施例中，叶轮设置有很多弯曲叶片。已经惊奇的发现，具有很多弯曲叶片的叶轮可以提高装置的效率。

正如前面所阐述的，叶轮至少部分的位于所述至少一个入口内，这样，叶轮的至少一部分向外延伸出前壁的至少一部分。在本发明的一些实施例中，一个或多个入口设置有凸起部，叶轮至少部分位于凸起部内。作为选择，如果有入口通道，叶轮还可以至少部分位于入口通道内。

正如前面所提到的，外壳的壁用于限定流体旋转腔。在本发明的一些实施例中，通过一个或多个入口被引入到装置内的流体从叶轮注入流体旋转腔。在本发明的一个优选实施例中，流体在流体旋转腔内的旋转是以固体旋转的方式进行的，其中旋转的流体相当于一种固体而非一种流体。优选的，叶轮和流体旋转腔内的旋转流体物质基本上相互同轴的。

实现流体的固体旋转具有多个益处。首先，旋转的流体有效的贮存了动量，则减速或停止流体的旋转需要相当大的力。第二，由于流体是固体形式旋转的，基本上在流体内不存在剪切力，这就意味着在流体内基本上没有湍流。无湍流有助于保持装置的效率。

一个或多个出口可以具有任意合适的尺寸，形状或构造。在本发明的一个优选实施例中，一个或多个出口可以位于与流体旋转腔内流体旋转的方向相切的位置。优选的，一个或多个出口位于外壳的侧壁内。更优选的，一个或多个出口位于远离所述一个或多个入口的侧壁上的一个点以降低流体的湍流。在本发明最优选的一个实施例中，该装置只包括一个出口。

当流体在流体旋转腔内旋转的时候，临近外壳内表面位置的流体的压力最大。这样，通过将出口设置在与外壳的侧壁相切的位置，通过出口排出装置的旋转流体具有用于克服下游阻力的最大压力。

出口与出口通道(例如管道或沟渠)是流体相通的。虽然出口通道可以具有任意合适的形状或构造，但是在本发明的一个优选实施例中，出口通道在其长度的至少一部分上基本上是方形或矩形的截面。在本发明的一些实施例中，出口通道的整个长度上都基本上是方形或矩形截面。

在第二方面，本发明主要涉及一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互联前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

适于使得进入装置的流体发生旋转的旋转部件；

以及至少一个出口，

其中旋转部件的旋转使得通过所述至少一个入口进入装置的流体在通过所述至少一个出口排出装置之前在流体旋转腔内旋转。

旋转部件可以是任意合适的形式，只要能给进入装置的流体施加足够的旋转即可。例如，旋转部件可包括一个或多个叶轮，通过在外壳外部施加磁或电磁引力或斥力即可工作的位于外壳内的一个或多个磁性(或者可磁化的)旋转组件，一个或多个在外壳内切线设置的喷水式推进器，或者其他类似物，或者它们的任意组合。

一个或多个入口可位于外壳上任意合适的点上。例如，一个或多个入口可位于外壳的侧壁或前壁上。一个或多个入口还可设置在使得流体以与装置的侧壁相切的方式进入装置的位置。

作为选择，一个或多个入口可基本上位于装置前壁的中央。

在本发明的另外一个实施例，装置可包括一个或多个切线入口以及一个或多个基本上位于中央的入口。

在第三方面，本发明主要涉及一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互联前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

至少部分位于所述至少一个入口内的叶轮；

以及至少一个出口，

其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入装置的流体在通过所述至少一个出口排出该装置之前在流体旋转腔内旋转，并且前、后壁与所述一个或多个侧壁发生连接处的角是急弯曲线。

一个或多个入口可位于外壳上任意合适的点上。例如，一个或多个入口可位于外壳的侧壁或前壁上。一个或多个入口可设置在使得流体以与装置的侧壁相切的方式进入装置的位置。

作为选择，一个或多个入口可基本上位于装置的前壁的中央。在本发明的这个实施例中，叶轮可被设置为叶轮的至少一部分向外凸出外壳的至少一部分。

在本发明的另外一个实施例中，装置可包括一个或多个切线入口以及一个或多个基本上位于中央的入口。

正如上面所提及的，前壁和后壁与所述一个或多个侧壁连接处的角是急弯曲线。在本发明的一个优选实施例中，急弯曲线的半径小于10mm。更优选的，急弯曲线的半径小于5mm。更进一步优选的，急弯曲线的半径在1mm到2mm。前壁与侧壁之间的急弯曲线半径和后壁与侧壁之间的急弯曲线半径可以相同或不同。但是，在本发明的一个优选实施例中，前壁与侧壁之间的急弯曲线半径和后壁与侧壁之间的急弯曲线半径基本上是相同的。

通过在前壁和后壁与侧壁之间的连接处提供这些急弯曲线，使得流体旋转腔具有大致方形或矩形的截面。已经惊奇的发现，通过为流体旋转腔提供这种基本上圆柱形的结构能够提高装置的效率。

在本发明的第四方面，本发明主要涉及一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互连前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

至少部分位于所述至少一个入口内的叶轮；

至少一个出口，

其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入装置流体在通过所述至少一个出口排出装置之前在流体旋转腔内旋转，并且其中前壁和后壁与所述一个或多个侧壁的连接处的角基本上是直角。

一个或多个入口可位于外壳上任意合适的点上。例如，一个或多个入口位于外壳的侧壁或前壁上。一个或多个入口可设置在使得流体以与装置的侧壁相切的方式进入装置的位置。

作为选择，一个或多个入口可基本上位于装置前壁的中央。在本发明的这个实施例中，叶轮可设置在使得叶轮的至少一部分向外延伸出外壳的至少一部分。

在本发明的另外一个实施例中，装置可包括一个或多个切线入口以及一个或多个基本上位于中央的入口。

在本发明的该实施例中，流体旋转腔的截面优选为方形或矩形。已经惊奇的发现，通过为流体旋转腔设置有这样的几何结构能够提高装置的效率。

在本发明的一些实施例中(对于本发明的所有实施例都是适用的)，该装置可具有一个或多个出口管。一个或多个出口管可以是任意合适的尺寸，形状或构造。在本发明的一个优选实施例中，所述一个或多个出口管的第一端可至少部分的延伸进入流体旋转腔。一个或多个出口管的第二端可延伸进入所述一个或多个出口。作为选择，一个或多个出口管的第二端可延伸超过所述一个或多个出口，例如，至少部分的进入一个或多个出口管道内。

一个或多个出口管的截面可以为任意合适的形式。在本发明的一些实施例中，一个或多个出口管的截面在其长度上是变化的，而在本发明的另外一些实施例中，一个或多个出口管的截面在其长度上基本上不变的。在本发明的一些实施例中，提供了很多出口管，这些出口管的截面在其长度方向都是基本上不变的，或者这些出口管的截面在其长度上都是变化的，或者这些出口管是上面两种形式的组合。

优选的，一个或多个出口管的尺寸为使得通过一个或多个出口管离开流体旋转腔的流体总量不是很大，否则会使得剩余在流体旋转腔内的流体不能继续以固体旋转的原理发生旋转。在本发明的一些实施例中，一个或多个出口管具有翼形(foil-like)截面。

在本发明的一些实施例中，提供了很多出口，每个出口可设置有一个或多个出口管。

在本发明的一些实施例中，一个或多个出口管可以是所述的一个或多个出口。

通过将一个或多个出口管的第一端设置在流体旋转腔内，可以保证比临近外壳壁旋转的流体具有更高旋转速度的腔内流体能够通过所述一个或多个出口排出。在本发明的一些实施例中，穿过一个或多个出口的流体是高速流体和低速流体的组合，其中高速流体是通过一个或多个出口管排出的，而低速流体则是临近外壳壁旋转的那些流体。在本发明的该实施例中，通过一个或多个出口排出装置的流体的平均速度由于填加了通过一个或多个出口管排出的高速流体而得到提高。

在本发明的一些实施例中(对于本发明的所有实施例均适用)，叶轮可包括将流体排入流体旋转腔内的排出部。虽然叶轮的排出部可以位于任意合适的点上，但是在本发明的一个优选实施例中，叶轮的排出部可位于流体旋转腔内。叶轮的排出部可位于流体旋转腔内任意合适的点上，以使得流体可以被排入流体旋转腔内的任意位置。

相对于现有技术来说，本发明提供了众多优点。首先，本发明的简单设计保证了低造价。另外，本发明还显著的降低了与之相关的运转费用。

另外，通过取消了一个或多个扩散通道，本发明相对于现有装置来说降低了噪声。这在以前的思想中是不可能的，因为传统的观念认为如果没有扩散通道，泵内产生的压力是不足的，从而使得泵只能在欠理想的效率下工作。

附图说明

在参考附图的基础上将描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明一实施例装置的平面图；

图2示出了根据本发明一实施例装置的平面截面图；

图3示出了根据本发明一实施例装置的侧视图；

图4示出了根据本发明一实施例装置侧视截面图；

图5示出了根据本发明一实施例装置的透视图；

图6示出了根据本发明一实施例装置的平面截面图；

图7示出了根据本发明一实施例出口管的示意图。

具体实施方式

可以理解，附图的目的只是用于阐述本发明的优选实施例，而并不能理解为将本发明限制在附图所示的特征内。

图1示出了根据本发明一实施例装置10的平面图。装置10包括一个具有圆形前壁11的外壳，一入口12位于前壁的中央。一个包括多个弯曲叶片14的叶轮13位于入口12内。

装置10还包括一个与圆形前壁11成切线设置的出口管道15，出口管道15沿其长度的一部分上是矩形的。

图2示出了装置10的截面图，其中外壳(包括前壁)的上部已经去除。从该图中可以看到，外壳的后壁16包括一个孔17，叶轮(未示出)传动轴(未示出)通过其延伸。

从该图中可以看到由后壁16，侧壁19和前壁(未示出)在该装置10内限定了一个流体旋转腔18。当使用的时候，流体根据固体旋转原理在流体旋转腔18内旋转，这样，具有最大动量的(例如，在腔18内靠近侧壁19旋转的)流体通过出口20被排出装置10。通过出口20排出装置10的流体然后在出口管道15内流动。

图3示出了装置10的侧视图。该图示出了前壁11包括一个环绕入口(被遮掩了)并从前壁11向外延伸的凸起部21。

在该图中，还示出了一个入口通道22。该入口通道22与入口(被遮掩了)是流体相通的。在本发明的该实施例中，入口通道22与该装置10的前壁11一体形成。图4示出了装置10的截面侧视图。在该图中可以看到叶轮13以叶轮13的一部分向外延伸出外壳前壁11的至少一部分的方式设置在入口12内。以这样的方式，通过入口12进入装置10的流体立即具有了旋转，该旋转是由叶轮13在流体进入到流体旋转腔18之前施加给流体的。

前壁11与侧壁19连接处的角23和后壁16与侧壁19连接处的角24是急弯(tightly-radiused)曲线。在图4所示的本发明的实施例中，急弯曲线的半径大约是1.5mm。

急弯曲线的半径应被设置的尽可能小以为流体旋转腔18提供一种利于其中流体发生固体旋转的几何结构。已经惊奇的发现，在前壁11和后壁16与侧壁19连接的角处具有这样的急弯曲线的流体旋转腔18能够在促进流体固体旋转上提高装置10的效率。

在本发明的一些实施例中，角23，24基本上可以是90度。这样的角度可以提供一种提高泵效率的几何结构，并且还可能使得角23，24处的机械应力集中。这样，在角23，24处提供急弯曲线可以在泵效率没有重大损失的情况下解决机械应力集中的问题。

从图4中还可以看到叶轮13具有一个排出部29，通过该排出部29流体被排入流体旋转腔18。叶轮13的排出部29整体位于流体旋转腔18内，并且在图4所示的本发明的实施例中，排出部29被设置的适于将流体以基本上平行于前壁11的方向排入流体旋转腔。

图5示出了根据本发明一个实施例的装置10的透视图。在该图中，可以清楚的看到前壁11上的环绕入口12的凸起部21。另外，出口管道15与出口(被遮掩了)的侧壁19的切线位置关系也可以看到。

从该图中还可以更清楚的看到前壁11，侧壁19和后壁(被遮掩了)为装置10限定了一个基本上圆柱形的外壳.

图6示出了根据本发明另外一个实施例的装置10，在该图中，装置具有出口管25。出口管25具有延伸进入流体旋转腔18的第一端26，用于俘获较高速度的流体，这些流体穿过出口管25并通过出口管15排除装置10。

在图6所示的实施例中，出口管25具有一个延伸超过出口20并进入出口管道15内的第二端27。出口管25的设置使得出口管25和外壳的侧壁19之间产生了一个通道28，通过该通道28，临近侧壁19旋转的较低速度的流体能够通过出口20排出。通过上述的方式，通过出口管道15，较高和较低流速的流体混合着排出了装置10。这样，出口管25就是用于提高流体排出装置10时的平均速度(也即是动量)。

图7示出了出口管25的详细示意图，其中可以看到出口管25是翼形(foil-like)形状。

本领域技术人员可以理解，本发明除了上面特别描述的以外可以进行各种变形和改变。并且可以理解，围绕本发明的各种变形和改变都落在本发明的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互连前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

叶轮，该叶轮至少部分位于所述至少一个入口内以使得叶轮的至少一部分向外凸出于外壳的至少一部分；

以及至少一个出口，

其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入所述装置的流体在通过所述至少一个出口排出所述装置之前在流体旋转腔内旋转。

2.根据权利要求1的装置，其中外壳基本上是圆柱形的。

3.根据权利要求1或2的装置，其中所述至少一个入口基本上位于前壁的中央。

4.根据前述任一权利要求的装置，其中前壁包括位于或邻近所述至少一个入口的从前壁表面向外凸出的凸起部。

5.根据权利要求4的装置，其中叶轮至少部分位于凸起部内。

6.根据前述任一权利要求的装置，其中所述至少一个出口与流体旋转腔内的流体旋转方向相切设置。

7.根据前述任一权利要求的装置，其中所述至少一个出口位于外壳上远离所述至少一个入口的点上。

8.根据前述任一权利要求的装置，其中所述至少一个出口与出口通道是流体相通的，所述出口通道沿其长度的至少一部分的截面基本上是方形或矩形。

9.根据前述任一权利要求的装置，其中叶轮包括位于流体旋转腔内的排出部。

10.一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳包括前壁，后壁以及一个或多个互连前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

旋转部件，该旋转部件适于使得进入装置的流体旋转；

以及至少一个出口，

其中旋转部件的旋转使得通过所述至少一个入口进入所述装置的流体在通过所述至少一个出口排出所述装置之前在流体旋转腔内旋转。

11.根据权利要求10的装置，其中旋转部件包括一个或多个叶轮，磁性或可磁化组件，喷水式推进器，或者它们的任意组合。

12.根据权利要求10或11的装置，其中所述至少一个入口基本上位于前壁的中央。

13.一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互连前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

叶轮，该叶轮至少部分位于所述至少一个入口内；

以及至少一个出口，

其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入所述装置的流体在通过所述至少一个出口排出所述装置之前在流体旋转腔内旋转，且其中前壁和后壁与所述一个或多个侧壁连接处的角是急弯曲线。

14.根据权利要求13的装置，其中急弯曲线的半径小于10mm。

15.根据权利要求13或14的装置，其中急弯曲线的半径小于5mm。

16.根据权利要求13到15中任一的装置，其中急弯曲线的半径是1mm到2mm。

17.根据权利要求13到16中任一的装置，其中在前壁与所述一个或多个侧壁之间的急弯曲线半径和在后壁与所述一个或多个侧壁之间的急弯曲线半径基本上是相同的。

18.根据权利要求13到17中任一的装置，其中所述至少一个入口基本上位于前壁的中央。

19.一种用于抽吸或压缩流体的装置，该装置包括：

外壳，该外壳具有前壁，后壁以及一个或多个互连前壁和后壁以限定流体旋转腔的侧壁；

至少一个入口；

叶轮，该叶轮至少部分位于所述至少一个入口内；

以及至少一个出口，

其中叶轮的旋转使得通过所述至少一个入口进入所述装置的流体在通过所述至少一个出口排出所述装置之前在流体旋转腔内旋转，并且其中前壁和后壁与所述一个或多个侧壁连接处的角基本上是直角。

20.根据权利要求19的装置，其中流体旋转腔的截面是方形或矩形。

21.根据权利要求19或20的装置，其中所述至少一个入口基本上位于前壁的中央。

22.根据前述任一权利要求的装置，其中该装置还包括一个或多个出口管，该出口管具有位于流体旋转腔内的第一端和位于或超出所述至少一个出口的第二端。

23.根据权利要求22的装置，其中所述至少一个出口中的每个均具有一个或多个出口管。

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