CN102852801A - 节段式多级泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使液体输送性能提高的多级泵。多级泵具备旋转轴(1)、固定在旋转轴(1)上的多个叶轮(2)和容纳多个叶轮(2)的泵壳(3)。泵壳(3)具有吸入壳体(10)、排出壳体(30)和中间壳体(50)。在吸入壳体(10)上形成有连接在吸入流路(11a)上的吸入涡形(20)。吸入涡形(20)从吸入流路(11a)延伸至初级叶轮(2)的液体入口。

Description

节段式多级泵

技术领域

本发明涉及节段式多级扩散泵(以下简称为多级泵)，尤其涉及一种多级泵的壳体结构。

背景技术

多级泵具有固定在旋转轴上的多个叶轮(例如，参照专利文献1)。液体从吸入口导入到泵壳内，并通过叶轮依次升压，然后从排出口排出。多级泵用于清水和海水等的各种液体的输送，可以在各种场所使用。

专利文献1：日本特开2000-130400号公报

发明内容

多级泵的液体输送能力极大地依赖于吸入性能(也称为汽蚀(cavitation)性能)和普通性能(也称为一般性能)。一直以来，为了使吸入性能和普通性能提高，进行了多种努力。因此，本发明以提供一种使液体输送性能提高的多级泵为目的。

为了达到上述目的，本发明的一种方式提供一种多级泵，其特征在于，该多级泵具备：旋转轴；固定在所述旋转轴上的多个叶轮；和容纳所述多个叶轮的泵壳，所述泵壳具备：具有吸入流路的吸入壳体；具有排出流路的排出壳体；和配置在所述吸入壳体与所述排出壳体之间的中间壳体，所述吸入壳体具有连接在所述吸入流路上的吸入涡形，该吸入涡形从所述吸入流路延伸至所述多个叶轮的初级叶轮的液体入口。

本发明的优选方式的特征在于，所述多级泵还具备：用于对作用在所述旋转轴上的推力(thrust)进行支承的平衡机构；容纳所述平衡机构的平衡室；和将所述平衡室内的液体导入至所述吸入壳体中的平衡配管，所述吸入壳体具有与所述吸入涡形隔离的侧室，所述平衡配管的一端与所述平衡室连接，而另一端与所述侧室连接。

本发明的优选方式的特征在于，在所述吸入涡形中配置有引导液体流动的引导板。

本发明的优选方式的特征在于，所述排出壳体具有：形成有所述排出流路的排出口；和形成使从所述叶轮排出的液体旋转的环状流路的周壁，所述排出口和所述周壁经由具有弯曲了的截面形状的连接部连接，所述连接部由上游侧弯曲部和下游侧弯曲部构成，所述上游侧弯曲部沿所述叶轮的旋转方向位于所述下游侧弯曲部的上游侧，所述上游侧弯曲部的曲率半径比下游侧弯曲部的曲率半径大。

本发明的优选方式的特征在于，所述排出流路具有其截面积沿着液体的流动方向逐渐缩小的形状。

具有上述结构的吸入壳体能够使多级泵的吸入性能提高。因此，能够使泵的性能提高。进一步地，具有上述结构的排出壳体能够使多级泵的普通性能提高。因此，能够使泵的性能进一步提高。

附图说明

图1(a)是本发明的一个实施方式的多级泵的主视图，图1(b)是从图1(a)的箭头A所表示的方向观察到的图，图1(c)是从图1(a)的箭头B所表示的方向观察到的图。

图2是节段式多级扩散泵的剖视图。

图3是表示吸入壳体的图。

图4是吸入壳体的剖视图。

图5是表示吸入壳体内的液体流动的解析结果的图。

图6是表示以往的吸入壳体内的液体流动的解析结果的图。

图7是表示泵的吸入性能的指标即NPSHR(必要有效吸入压头)的图表。

图8是表示排出壳体的图。

图9是排出壳体的剖视图。

图10是表示排出壳体内的液体流动的解析结果的图。

图11是表示排出流路的截面积的变化的图表。

附图标记说明

1旋转轴

2叶轮

3泵壳

4扩散器

6贯穿螺栓

7螺母

9轴承

10吸入壳体

11吸入口

20吸入涡形

21引导板

22舌部

25侧室

26分隔壁

27、28连接口

30排出壳体

31排出口

41上游侧弯曲部

42下游侧弯曲部

50中间壳体

55轴封机构

65轴承壳体

66冷却管

70平衡机构

75平衡配管

80、81支腿部

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1(a)是本发明的一个实施方式的多级泵的主视图，图1(b)是从图1(a)的箭头A所表示的方向观察到的图，图1(c)是从图1(a)的箭头B所表示的方向观察到的图。图2是多级泵的剖视图。多级泵具有：水平地延伸的旋转轴1；固定在旋转轴1上的多个叶轮2；和容纳这些叶轮2的泵壳3。旋转轴1通过轴承9、9以自由旋转的方式支承。旋转轴1的一端连结在马达等的驱动源上，通过该驱动源使旋转轴1以及叶轮2旋转。

泵壳3具备：具有吸入口11的吸入壳体10；具有排出口31的排出壳体30；和配置在吸入壳体10与排出壳体30之间的中间壳体50。中间壳体50具有使多个环状的壳体构件50a在轴方向上叠置而成的结构。在各个叶轮2的径向外侧配置有扩散器4。在各个壳体构件50a内配置有一组叶轮2以及扩散器4。吸入壳体10、中间壳体50以及排出壳体30通过贯穿螺栓6以及螺母7相互固定。

吸入壳体10以及排出壳体30以能够拆装的方式安装在中间壳体50上。即，吸入壳体10以及排出壳体30能够通过将贯穿螺栓6以及螺母7卸下而从中间壳体50上分离。

该多级泵以能够改变叶轮2的级数的方式构成。在增加叶轮2的级数的情况下，将所希望的数量的叶轮以及与这些叶轮对应的扩散器和壳体构件追加到多级泵上。另一方面，在减少叶轮2的级数的情况下，将所希望的数量的叶轮以及与这些叶轮对应的扩散器和壳体构件从多级泵上卸下。这样，本多级泵能够根据其用途设为所希望的级数。

旋转轴1以将吸入壳体10以及排出壳体30贯穿的方式延伸。在吸入壳体10以及排出壳体30的外侧分别设有轴封机构55、55。作为轴封机构55、55使用机械密封(mechanical sea1)或压盖密封垫(gland packing)等。轴承9、9分别容纳在轴承壳体65、65中。在这些轴承壳体65、65上分别通过螺栓固定有轴承罩67、67。在各个轴承壳体65内填充有润滑油，该润滑油通过冷却管66冷却。

在排出壳体30上设有平衡机构70。该平衡机构70具有与旋转轴1一体旋转的平衡盘(balance disk)71和与该平衡盘71相对地配置的平衡盘片(balance disk sheet)72。该平衡机构70具有如下功能：通过对因叶轮2的吸入侧与排出侧的压力差而产生的推力进行支承，而使作用在旋转轴1上的推力取得平衡。平衡机构70配置在平衡室73内。通过叶轮2而升压的液体从平衡盘71和平衡盘片72之间的微小空隙中通过，并流入到平衡室73中。

在吸入壳体10的内部形成有与多级叶轮2中的初级叶轮邻接的侧室25。在该侧室25中流入有通过初级叶轮而升压的液体的一部分。平衡室73和侧室25通过平衡配管75连结。因此，平衡室73内的压力和侧室25内的压力实质上是相同的。

图3是表示吸入壳体10的图。吸入壳体10具有：在内部形成有吸入流路的吸入口11；和形成有贯穿螺栓6的插入孔12A、13A、14A、15A的四个螺栓台座12、13、14、15。这四个螺栓台座12、13、14、15在旋转轴1的圆周方向上等间隔地设置。

在吸入壳体10上通过紧固螺栓85固定有支腿部80。在支腿部80上形成有供紧固螺栓插入的通孔80a，从而能够通过紧固螺栓将吸入壳体10固定在共用基座上。

图4是吸入壳体10的剖视图。在吸入壳体10上形成有连接在吸入流路11a上的吸入涡形20和侧室25。吸入涡形20和侧室25通过分隔壁26隔离。侧室25与初级叶轮邻接(参照图2)，并且使通过初级叶轮而升压的液体的一部分流入到侧室25中。侧室25内的压力接近初级叶轮的排出压力。

吸入涡形20是涡旋形流路。该吸入涡形20从吸入流路11a延伸至初级叶轮的液体入口。液体从吸入涡形20中通过并被导入至初级叶轮中。在吸入涡形20中配置有引导液体流动的引导板21。该引导板21具有使来自吸入流路11a的液体沿着吸入涡形20旋转的作用。在吸入涡形20的下游端形成有向着初级叶轮的中心突出的舌部22。

图5是表示吸入壳体10内的液体流动的解析结果的图。由图5可知，液体在吸入涡形20内顺畅地流动，从吸入流路11a到叶轮2(初级叶轮)的液体入口形成有均匀的液流。液体一边沿着初级叶轮的旋转方向旋转一边被吸入到初级叶轮中，且在液体的流动中不会发生大的紊乱。其结果为，液体的流入角度变得与初级叶轮的入口角度一致，从而改善了多级泵的吸入性能(即，变成难以发生汽蚀)，同时也改善了泵的性能。进一步地，也降低了噪音和震动。

图6是表示以往的吸入壳体内的液体流动的解析结果的图。在以往的吸入壳体105中未形成有吸入涡形20，而只是沿着中心线设有引导板110、111。液体从引导板110、111的两侧流过，然后被吸入到叶轮112的液体入口中。由图6可知，液体与吸入壳体105的内面或引导板111碰撞，其流动会紊乱。其结果为，液体的流入角度与叶轮112的入口角度不一致，多级泵的吸入性能降低(即，容易引起汽蚀)，并且泵的性能降低。根据具体情况，还会产生大的噪音和激烈的震动。由图5以及和图6的对比可知，具有吸入涡形20的吸入壳体10能够形成均匀的液流，从而能够使吸入性能以及泵的性能提高。

吸入壳体10具有与平衡配管75(参照图2)连接的第一连接口27。该第一连接口27与侧室25连通，平衡室73内的高压液体从平衡配管75内通过而返回到侧室25中。如上所述，因为侧室25通过分隔壁26与吸入涡形20隔离，所以流入到侧室25中的液体不会与吸入涡形20中流动的液体发生碰撞。因此，在吸入涡形20中流动的液体不会发生紊乱。进一步地，因为侧室25内充满了高压液体，所以也难以引起汽蚀。其结果为，能够使吸入性能提高。

吸入壳体10进一步具有与吸入涡形20连通的第二连接口28。从不使在吸入涡形20中流动的液体发生紊乱的观点来看，优选为平衡室73内的液体从第一连接口27通过而返回到侧室25中。但是，根据多级泵的用途和设置场所，也可以将平衡配管75连接到第二连接口28上。第二连接口28也能省略。

图7是表示泵的吸入性能的指标即NPSHR(必要有效吸入压头)的图表。由图7可知，将平衡配管75连接到侧室25上时的NPSHR(由实线表示)在从部分流量区域到过大流量区域为止的全流量区域中，比将平衡配管75连接到吸入涡形20上时的NPSHR(由虚线表示)低。这表示当将平衡配管75连接到侧室25上时，变得在吸入壳体10内难以引起汽蚀。

图8是表示排出壳体30的图。排出壳体30具有：在内部形成有排出流路的排出口31；和形成有贯穿螺栓6的插入孔32A、33A、34A、35A的四个螺栓台座32、33、34、35。这四个螺栓台座32、33、34、35在旋转轴1的圆周方向上等间隔地设置。

在排出壳体30上通过紧固螺栓85固定有支腿部81。在支腿部81上形成有供紧固螺栓插入的通孔81a，从而能够通过紧固螺栓将排出壳体30固定在共用基座上。

图9是表示排出壳体30的剖视图。如图9所示，排出壳体30具有周壁37，该周壁37形成使从叶轮2排出的液体旋转的环状流路36。周壁37与排出口31的连接部具有弯曲了的截面形状，并构成有上游侧弯曲部41和下游侧弯曲部42。上游侧弯曲部41沿由箭头H所示的叶轮2的旋转方向位于下游侧弯曲部42的上游侧。上游侧弯曲部41的曲率半径比下游侧弯曲部42的曲率半径大。

图10是表示排出壳体30内的液体流动的解析结果的图。由图10可知，液体沿着上游侧弯曲部41流动。另一方面，在下游侧弯曲部42的周围，液体停滞。

增大上游侧弯曲部41的曲率半径的理由是为了减慢在周壁37与排出口31的连接部上的流速。已知当高温水在流路中以高速流动时，会促进流路材料腐蚀的现象。这种现象被称为FAC(FlowAccelerated Corrosion、流路加速腐蚀)。因为液体通过旋转的叶轮2升压，所以从排出壳体30通过的液体变成高温。作为结果，具有促进排出壳体30的内壁的腐蚀的危险。在本实施方式中，通过增大上游侧弯曲部41的曲率半径，能够降低在周壁37与排出口31的连接部上的流速。因此，能够防止排出壳体30的局部腐蚀。

进一步地，通过增大上游侧弯曲部41的曲率半径，能够缩小液体从排出口31的内面剥离的区域。其结果为，液体被顺利排出，使泵的性能提高。另一方面，缩小下游侧弯曲部42的曲率半径的理由是为了缩小液体停滞的区域，使从排出流路31a流过的液体的流动不发生紊乱。这样，本实施方式的排出壳体30的形状能够防止促进腐蚀，并且能够使泵的性能提高。

图11是表示排出流路31a的截面积的变化的图表。如图11以及图9所示，排出壳体30的排出流路31a具有其截面积沿着液体的流动方向逐渐缩小的形状。这是为了通过某种程度地提高从排出流路31a流过的液体的速度，从而缩小排出流路31a内的剥离区域。因此，能够进一步使泵的性能提高。

在上述多级泵中使用了四根贯穿螺栓6，但是如果叶轮直径在某种程度上较大的话，则可以使用八根贯穿螺栓。本发明也能适用于具有八根贯穿螺栓的多级泵。

上述实施方式的记载以具有本发明所属技术领域的常用知识的人员能够实施本发明为目的。上述实施方式的各种变形例对于本领域技术人员来说是当然的，本发明的技术思想也适用于其他实施方式。因此，本发明并不限定于所记载的实施方式，还能够在依照由权利要求书所定义的技术思想的最大范围内得到解释。

Claims (7)

1.一种多级泵，其特征在于，其具备：

旋转轴；

固定在所述旋转轴上的多个叶轮；和

容纳所述多个叶轮的泵壳，

所述泵壳具备：具有吸入流路的吸入壳体；具有排出流路的排出壳体；和配置在所述吸入壳体与所述排出壳体之间的中间壳体，

所述吸入壳体具有连接在所述吸入流路上的吸入涡形，该吸入涡形从所述吸入流路延伸至所述多个叶轮的初级叶轮的液体入口。

2.根据权利要求1所述的多级泵，其特征在于，所述多级泵还具备：

用于对作用在所述旋转轴上的推力进行支承的平衡机构；

容纳所述平衡机构的平衡室；和

将所述平衡室内的液体导入至所述吸入壳体中的平衡配管，

所述吸入壳体具有与所述吸入涡形隔离的侧室，

所述平衡配管的一端与所述平衡室连接，而另一端与所述侧室连接。

3.根据权利要求1所述的多级泵，其特征在于，在所述吸入涡形中配置有引导液体流动的引导板。

4.根据权利要求2所述的多级泵，其特征在于，在所述吸入涡形中配置有引导液体流动的引导板。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的多级泵，其特征在于，所述排出壳体具有：形成有所述排出流路的排出口；和形成使从所述叶轮排出的液体旋转的环状流路的周壁，

所述排出口和所述周壁经由具有弯曲的截面形状的连接部而连接，

所述连接部由上游侧弯曲部和下游侧弯曲部构成，所述上游侧弯曲部沿所述叶轮的旋转方向位于所述下游侧弯曲部的上游侧，

所述上游侧弯曲部的曲率半径比下游侧弯曲部的曲率半径大。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的多级泵，其特征在于，所述排出流路具有其截面积沿着液体的流动方向逐渐缩小的形状。

7.根据权利要求5所述的多级泵，其特征在于，所述排出流路具有其截面积沿着液体的流动方向逐渐缩小的形状。

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