CN102822529B - 离心泵和密封装置 - Google Patents

Abstract

离心泵包括：至少一个叶轮构件（4），其适于被驱动进行转动以传输流体；密封装置（20），其固定在所述泵的主体处并且与所述叶轮构件（4）的供给部（8）协作。所述密封装置（20）包括至少一个柔性部（23），所述柔性部（23）成形一个环状唇部（24），所述环状唇部（24）适于在静止配置（24a）和紧密活动配置（24b）之间被弹性驱动，在所述静止配置（24a）时，所述环状唇部（24）与所述供给部（8）的相对外表面（15）被一个具有确定宽度的道（26）间隔开，在所述紧密活动配置（24b）时，所述环状唇部（24）在所传输的流体的推力下受到压力以邻接抵靠在所述外表面（15）上。

Description

离心泵和密封装置

技术领域

本发明涉及一种离心泵，并涉及用于离心泵的密封装置。

背景技术

已知的是，为了将流体从第一高度传输至相对于第一高度更高的第二高度，使用离心泵类型的抽吸构件。离心泵通常包括一个或多个适于待传输的流体穿过的抽吸级，每一抽吸级包括一个叶轮（impeller）构件和一个导叶（diffuser）构件，所述叶轮构件和导叶构件适当地安装在一个轴（称作“泵轴”）上，并且插入到容器（containment）壳内侧。

每一级的叶轮构件通常包括在泵轴的轴线附近的一个区处的流体进口段，和在壳附近的一个周缘区处的流体出口段。更确切地说，叶轮构件包括多个叶片（vane），所述叶片总体是弯曲的，适于限定相应的流出（outflow）通道，从而将流体从进口段驱动至出口段。为了决定流体的传递，叶轮构件适于被泵轴驱动转动，所述叶轮构件被合适地用键固定在所述泵轴上。除叶轮构件的转动运动，再由于叶片的形状，正穿过的流体因而经受基本离心运动，这增大了所述正穿过的流体的流体动态能量，从而从一个级移动至相继的一级，有可能直至抽吸构件的出口或排放端部段。

根据供给方向，从一个抽吸级至相继的一个抽吸级，流体适于适当地运送穿过导叶构件，所述导叶构件与抽吸构件的主体以一种固定的方式相关联。导叶构件通常包括多个扇形体（sector），所述扇形体适于将从所述壳附近的周缘区返回的流体运送至相继抽吸级的叶轮构件的进口段附近的中心区。

为了离心泵的有效运转，重要的是，从较大增压区至较小增压区的流体回流被减小至最低。这种现象决定了不期望的流量（yield）损失，而这种现象主要因流体返回穿过在离心泵的固定部分和移动部分之间所限定的道（meatus）而发生。

因而，为了避免所述效应，重要的是提供如下合适的密封构件，所述密封构件能够以充分有效的方式密封所述道，同时允许有效致动转动部分。

作为一个实施例，从专利EP0257358已知一种液压密封环，该液压密封环适于在单级泵和多级泵中使用，用塑料材料制成，且其内侧成形为适于联接至叶轮构件的进口段的外表面。所述液压密封环还具有径向开口，所述径向开口适于使所述内侧与外侧连通，以使得来自叶轮构件的出口的减少量的液体能够穿过，进而形成一个薄的流体层，用于润滑与滑动动作相关的表面。

适合置于叶轮构件和泵的固定部分之间的密封环的其他解决方案例如在专利申请US2004/0028524A1和专利US5,577,886中示出。

由离心泵传输的流体通常包括水，例如待从底土（subsoil）中所提取（extract）的水。待被传递的液体可包含处于悬浮中的、多种性质和尺寸的固体颗粒。在抽吸步骤中，所述颗粒（主要由沙组成）被水流抽动穿过离心泵的唯一级或多个级。

所述固体颗粒可能危及泵的正确运转，主要由于它们可以进入泵的固定部分和移动部分之间的道。所述颗粒的存在增大了所述泵的固定部分和处于运动中的部分之间的抽动摩擦，造成所述泵的表面损坏。此外，在泵关闭时，当固体颗粒保持堵塞存在于固定构件和移动构件之间的道内侧时，所述固体颗粒被证明是尤其有害的。在这种情况下，一旦开启，它们可能决定阻止泵的致动的阻力，造成泵的所谓的“抱死（seizure）”。所述情况尤其出现在那些意味着电动马达在加速时具有降低性能的应用中。

英国专利1,110,660描述了关于用于离心泵的密封装置的改进，所述密封装置尤其适于必须用包含研磨剂的液体来运作的泵。具体而言，密封环设有大体矩形形状，具有一个唇部，该唇部径向朝向内侧延伸，并且在水动力的作用下，可在该泵停止时的分开远离位置和该泵运作时的密封位置之间移动。

美国专利3,228,342涉及用于离心泵的密封装置，该密封装置包括一个柔性附属物，该柔性附属物可在远离的静态配置（configuration）和密封的动态位置之间移动，适于在泵运转期间阻止流体返回。

至今为止为保证在转动部分和固定部分之间的液压密封而提出的解决方案，在特定扇形体的可靠性迫切需要和所要求的应用的多样性方面都不令人满意。

发明内容

本发明的任务是解决上述问题，设计一种允许获得高流量且可靠运转的离心泵。

本发明的另一范围是提供一种可以多种方式使用的离心泵。

在所述任务中，本发明的另一范围是提供适于用在离心泵中并且保证最佳运转的密封装置。

本发明的再一范围是提供一种如下的离心泵和密封装置，它们具有简单的构思，以及牢固可靠的运转和多种用途，并且具有相对经济的成本。

根据本发明，前述范围通过根据权利要求1的密封装置以及根据权利要求7的离心泵来获得。

附图说明

从根据本发明的离心泵的优选实施方案的详细描述中，本发明的细节将更加明了，所述实施方案是出于示意目的而在附图中示出的，在附图中：

图1示出了根据本发明的离心泵的轴向截面视图；

图2示出了同一泵的一部分的立体图；

图3示出了根据图2中所示的离心泵的一部分的轴向平面的立体截面图；

图4和图5分别示出了适于在手头现有的离心泵中使用的、且在图3的截面中可看到的密封装置的立体图和轴向截面图；

图6a和图6b分别示出了在不活动（inactive）配置和活动（active）配置中的图4和图5所示的密封装置的细节的放大图。

具体实施方式

具体参考所述图，离心泵被整体用1指示。离心泵1适于通过一个或多个抽吸级将一种流体（例如，水）从进口或吸入段2抽吸至出口或排放段3。在示出的实例中，离心泵1包括多个抽吸级，每一抽吸级包括一个叶轮构件4和一个导叶构件5，所述叶轮构件4和所述导叶构件5被包含在圆柱形壳6内侧（参看图1）。显然，可替代地假设泵1是简单的单级，从而包括单个抽吸级。

在图1中示出的实例中，泵1包括依序组装在泵轴7上的四个抽吸级，所述泵轴适于使得四个相应的叶轮构件4转动，每一叶轮构件4适于传递待从相应的轴向供给部8和周缘流出部9抽吸的流体。

更确切地说，通过一种已知方式，每一叶轮构件4适于借助于套筒10被用键整体固定至泵轴7。

叶轮构件4在供给部8处成形为一个管状入口部11，该管状入口部11具有大体平行于套筒10的扩展部。因而，在套筒10和管状部11之间限定了一个对应于所述供给部8的轴向延伸环区。

每一叶轮构件4适于共轴地布置在管状元件12内侧，用于容纳所抽吸的流体，所述管状元件12例如由金属片制成。管状元件12适于以固定的方式共轴关联在所述壳6内侧，邻接相应的内壁。

除了最后的抽吸级之外，在所提供的顺序中，在每一叶轮构件4的下游布置一个相应的导叶构件5，该相应的导叶构件5适于将从布置在上游的叶轮构件4的周缘流出部9离开的流体，运送至相继的抽吸级的叶轮构件4的轴向供给部8。

导叶构件5优选地包括连接装置13，例如借助于外部环形凸起（relief）来实现，该外部环形凸起适于用作邻接部，用于定位在管状元件12的相应边缘的顶部处。导叶构件5还包括用于定位密封装置20的基座14。基座14由例如多个纵向槽口构成。

密封装置20适于置于离心泵1的固定构件和转动构件之间，具体地，在叶轮构件4的供给部8处，在导叶构件5的顶部处（参看图3）。

密封装置20具有盘状环形，并且带有一个中心开口21，用于插在用键固定到泵轴7上的移动部分周围（参看图4）。

如先前所概述的，环20具有用于定位至泵1的固定部分的装置，例如借助于多个齿22来实现，所述齿22适于插入设置在导叶构件5的周缘的轴向槽口14中。事实上，环20适于以覆盖该导叶构件的方式交叠在导叶构件上。为此，可能的是例如，假设盘状环20的平面沿着导叶构件5的走向，形状为朝向中心开口21略微凹陷。

在中心开口21处，环20具有一个环形柔性部23，该环形柔性部23优选地由橡胶制成。柔性部23可以例如通过硫化而形成在环20上，环20优选的是刚性材料，例如金属，由钢制成。

柔性部23包括一个薄的环状唇部24，所述唇部24在中心开口21的边缘处以大体轴向方向延伸。因而，在使用时，环状唇部24从柔性部23的所述边缘在所抽吸流体的流出方向上轴向延伸。环状唇部24具有一个操作表面25，该操作表面25朝向中心开口21取向，并且在使用时（即，当操作表面25与泵1的固定构件和移动构件相关联时），适于被布置为面向在供给部8处的叶轮构件4的套筒10的外表面15。更确切地说，在固定的操作表面25和叶轮构件4的移动外表面15之间，限定了一个具有确定宽度的道26。凭借环状唇部24的薄构造，以及材料（例如，橡胶）的合适柔性，环状唇部24在静止配置24a（这在泵1待机或关闭时发生）和活动配置24b（这在泵1工作时发生）之间是可弹性移动的。更确切地说，当泵未运转时，仅通过泵1的主体内所停滞的液体的静态压力对环状唇部24加压，具体地，环状唇部24处于作用在操作表面25的应力和作用在与该操作表面25相对的表面的应力的平衡状态，从而稳定地进入所述静止配置24a，此时所述操作表面轴向取向以及具体地与套筒10的外表面15间隔开。在所述静止配置24a中，道26具有确定且最大的宽度，例如能够使可能被所抽吸的液体抽动的固体颗粒穿过。在该情况下，道26有利地在设计上被定尺寸为零点几毫米的测量值，优选地定尺寸为径向宽度大于0.15mm，从而还允许具有更大粒度的固体颗粒穿过。在任何情况下，在离心泵1相继重启时，环状唇部24的柔性允许可能置于道26中的任何固体颗粒的轻易穿过，从而避免任何抱死的风险。

在离心泵1运转期间，替代地，环状唇部24除了被静态压力施加应力外，另外还被抽吸流体的动态压力施加应力，尤其是在出现于抽吸级和相继的抽吸级之间的压力递增的作用下，在唇部的与操作表面25相对的表面上作用一个更大的压力。凭借由薄的构造和材料的属性所赋予的柔性，环状唇部24被弹性地推动，并且通过所抽吸液体的流体动态作用而围绕环20的柔性部23的边缘转动，直至达到活动配置24b，此时邻接抵靠外表面15。

因此，在活动配置24b处，道26具有一个最小宽度，基本上为零，例如以实现一个抽吸级和相邻级之间的有效密封。事实上，由于环状唇部24邻接抵靠在套筒10的外表面15上，从较大压力级至较小压力级的液体的回流表现为最小，有利于泵的总流量。

为了进一步增大泵的流量，可能的是，根据图6a和图6b详细示出的优选实施方案，提供以如下一种方式构造的环20的唇部24，即，在活动配置24b，操作表面25邻接抵靠在套筒10的外表面15上，抵靠在相应的连续圆柱形带处。这样，在固定的操作表面25和转动的外表面15之间形成的薄的液体膜（这减小了离心泵1运转期间的摩擦）被证明是有利的。如果操作表面25在截面上包括一个偏斜区域（diverging tract）27，优选地是直线形，例如以成形薄唇部24的相应锥形（flare），就实现了所述效果。具体地，所述锥形或倾斜的程度被以如下一种方式确定，使得：在所述泵运转时，除了薄唇部24的所述转动，再在液体的流体动态作用的影响下，操作表面25在偏斜区域27将其自身布置为平行于套筒10的外表面15（参见图6b）。因而，在相应的平行表面上实现有效接触，对应于轴向延伸部的圆柱形带等于偏斜区域27的延伸部。所述液体膜对联接表面具有所谓的“水层效应”类型的润滑作用。事实上，所述表面在彼此上滑动接触，从而在泵1运转期间，使得固定环20和叶轮构件4之间的抽动摩擦最小化。

柔性部23还具有布置在环状唇部24后面的硬化和保持边缘28。具体而言，所述边缘28适于在部件的传送步骤期间保护环状唇部24的整体性。

在示出的实例中，所述环20具有以规则方式有角度地分开的四个边缘28，但是可提供不同的数目以及不同的布置。

根据本发明的离心泵的运转以及在该离心泵中所使用的密封装置的运转从前述的描述中是易于理解的。

当离心泵1被设置为工作以及被设置在静止状态时，穿过吸入孔进入的液体停滞在泵内侧，从而填充在水的表面下方的所有抽吸级。

因而，当所述泵处于静止状态时，密封装置20的环状唇部24被布置在静止配置，不活动，被定向为轴向方向。具体地，对于放在相应的叶轮构件4上游的密封装置20，限定在套筒10的外表面15和环状唇部24的操作表面25之间的道26是最大且已确定的，从而允许被液体所抽动的可能的固体颗粒的轻易穿过。具体而言，所述情况可避免：由液体所抽动的固体颗粒保持嵌入在道26的相对壁之间，使得泵1难以相继重启，直至完全堵塞所述泵（参看图6a）。

当泵1被致动时，使得马达轴7连同与其一体的叶轮构件4一起转动。对马达轴7的致动触发液体传递穿过相继的抽吸级，直至出口或排放段3，从而通过连接至排放口的合适的管道系统而至少实现期望的用途。

一旦启动离心泵1，可观察到，如果可能的固体颗粒存在于转动构件和固定构件的相应的相对表面之间的道26中，则由于环状唇部24的柔性（柔性提供对于固体颗粒通过的最小阻力），固体颗粒不会嵌入留下而是很容易地流动，避免了抽吸构件的抱死。

当泵在运转时，流出的流体在唇部24上施加连续的动态动作，所述连续的动态动作在所述活动配置24b中找到平衡；在所述活动配置24b处，所述唇部24被转动邻近于套筒10的外表面15。然后，所述转动造成道26的紧密闭合，适于减小流体的回流，同样减小在抽吸级之间存在的水损失。

因而，离心泵获得允许在高流量时可靠运转的机会。所述机会尤其通过如下密封装置20来获得，所述密封装置20适于在环状唇部24在静止配置24a（当泵停止时）和活动位置24b（当泵运转时）之间弹性移动的情况下运行。

密封装置20的唇部24的构造尤其具有优势，唇部24在操作表面25的所述偏斜区域27处设有内喇叭形。事实上，所述构造将移动部分和固定部分之间的抽吸联接部定位在一个连续的圆柱形带处，从而有利于在相向的壁之间形成连续液体膜，这带来具有有利的润滑效果。所述效果最小化地减小了抽吸表面之间的摩擦，优化了泵的流量。

当泵停止时，带有偏斜区域27的唇部24的所述构造也是有利的。事实上，所述构造在泵停止时相对于外表面15是倾斜的而非平行的，这确定了在相对于外表面15的轴向可变的距离处的一个道26：具有定位在减小区中的最小距离，大体集中在偏斜或倾斜区域27的开端。因而，在泵所传递的流体中存在的固体颗粒找到一个更易于流出的通道。

还给出本发明的一个特征在于，唇部24的薄构造和材料（优选地，橡胶）的特征同时突显了其柔性。这样的性质除了在水封（water seal）影响下的泵的运转还在启动步骤中尤其有利。事实上，由于唇部24的柔性，在所述步骤中原本会存在于道26中的可能的颗粒可以很容易地从同一道中流出。换句话说，不同于叶片构件4的外表面15（通常为刚性的），唇部24的操作表面25仅仅对于所述固体颗粒的流出提供最小阻力，降低了所述泵抱死的风险，最小化了在加速时的能量的吸收。由于此，离心泵1表现得与任何类型的电马达一起运转都可靠，还在加速时具有减少的力偶，如在单相电马达的情况下一些应用领域通常所要求的。

实际上，本发明的实施方案、所使用的材料、以及形状和尺寸都可根据要求而改变。

如果每一权利要求中所提及的技术特征后面有参考符号，则包括所述参考符号的目的绝对是为了有助于理解权利要求，因此不应认为所述参考符号以任何方式限制了出于示例目的而由参考符号所标识的每一元件的范围。

Claims (7)

1.与离心泵组合的密封装置，所述离心泵为包括至少一个适于被驱动进行转动以传输流体的叶轮构件(4)的类型，所述密封装置(20)适于被固定在所述泵的主体处并且与所述叶轮构件(4)的供给部(8)协作，所述密封装置(20)包括至少一个柔性部(23)，所述柔性部(23)成形为一个环状唇部(24)，所述环状唇部(24)适于在静止配置(24a)和紧密活动配置(24b)之间被弹性驱动，在所述紧密活动配置(24b)时，所述环状唇部(24)在所传输的流体的推力下受到压力以邻接抵靠在所述供给部(8)的一个相对的外表面(15)上，具有盘状环的所述密封装置(20)包括一个中心开口(21)，所述环状唇部(24)具有薄的形状并且具有从所述中心开口(21)的边缘出来的轴向延伸部，其特征在于，在所述静止配置(24a)时，所述环状唇部(24)与所述相对的外表面(15)被一个具有确定宽度的道(26)间隔开，以及所述环状唇部(24)具有一个导向所述中心开口(21)的操作表面(25)，该操作表面在横截面上包括一个偏斜区域(27)，使得当所述环状唇部(24)处在所述活动配置(24b)时，所述操作表面(25)的偏斜区域(27)转动，并且将其自身布置为平行于所述外表面(15)。

2.根据权利要求1所述的与离心泵组合的密封装置，其特征在于，在所述环状唇部(24)处于所述静止配置(24a)时，所述道(26)具有至少0.15mm的径向宽度。

3.根据权利要求1所述的与离心泵组合的密封装置，其特征在于，所述柔性部(23)由所述盘状环上的硫化橡胶制成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的与离心泵组合的密封装置，其特征在于，所述密封装置包括布置在所述环状唇部(24)后面的保护边缘(28)。

5.根据权利要求3所述的与离心泵组合的密封装置，其特征在于，所述盘状环由钢制成。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的与离心泵组合的密封装置，其特征在于，所述密封装置包括用于相对于所述泵(1)的固定主体定位的装置(22)，其包括布置在所述盘状环的周缘处的多个齿。

7.离心泵，包括根据前述权利要求中的一项或多项所述的密封装置(20)。