CN103534489B - 用于离心泵的工作轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离心泵的工作轮，其带有用于输送含有固体的介质的至少两个叶片(4)。根据本发明，叶片入口角(β1)小于0°。叶片角(β)在第一区段(9)中上升，直至其达到0°的值。在第二区段(10)中进行进一步地上升，直至达到最大值。叶片角(β)在第三区段(11)中再次下降。

Description

用于离心泵的工作轮
技术领域
本发明涉及用于离心泵(Kreiselpumpe)的工作轮(Laufrad)，其带有用于输送含有固体的介质的至少两个叶片(Schaufel)。
背景技术
文件DE 40 15 331 A1说明了一种带有仅仅一个叶片的工作轮。通过铸造方法制造的单叶轮在前盖片与后盖片和叶片之间形成通道，其截面从单叶轮的进口朝出口减小。吸入侧(Saugseite)在旋转角的第一180°上形成相对于旋转轴线同心地布置的半圆。单叶工作轮如此设计，即防止提早的形成气泡且因此防止出现气蚀。叶片顶部具有非常大的曲率半径。该展平部(Abflachung)阻止长纤维的成分的积聚。
与单叶轮相比，带有多个叶片的工作轮的特征在于更高的效率。当然对这种工作轮关于在输送路径中阻止固体的成分的积聚同样提出特别的要求。在多叶片的工作轮中必须采取特别的措施以避免堵塞。
用于废水领域的工作轮的能力尤其利用球体通路(Kugeldurchgang)来检测。利用球体通路来说明工作轮的能力，即输送相应于球体的大的固体。
在文件DE 88 00 074 U1中说明了一种用于离心泵的泵工作轮，其叶片入口角(Schaufeleintrittswinkel)在0°与40°之间。工作轮叶片在此如此设计，即减少气蚀的出现且仍然在过载区域中保证很好的吸入能力。为此，工作轮叶片的流线(Stromlinie)具有在其中叶片角上升直至25°的区段。
在废水技术中，总是使用带有很高的特定转速的常见的离心泵。在常规的工作轮中这导致其滞点特别在部分负载运行时从叶片流入部(Schaufelanströmung)迁移到叶片的压力侧(Druckseite)上。(流体)从压力侧环流叶片的前缘(Eintrittskante)至吸入侧。处在压力侧上的滞点将存在于废水中的纤维紧紧地压紧到叶片的表面上。
在环流叶片的前缘时存在很高的速度的区域。对于其前缘具有很小的曲率半径的工作轮，在该区域中速度特别大。如果静态压力由于很高的流速下降到蒸汽压力(Dampfdruck)之下，那么形成导致气蚀损伤的汽泡。
带有很小的速度的区域联接到高速区域处。在此出现死水。粘附在前缘处的纤维倾向于填塞该死水。由于环流将纤维压到叶片轮廓上，其中，以纤维(来覆盖)的覆盖物(Belegung)可强烈地上升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有很高的效率的工作轮，在其中，避免沉积物以及气蚀的出现。
根据本发明，该目的由此实现，即叶片入口角小于0°，其中，叶片角在第一区段中上升，直至其达到0°的值，然后在第二区段中上升直至最大值，而第三区段中下降。
根据本发明，叶片角在入口处小于0°并且然后上升。这引起叶片轮廓的强烈弯曲。该角度走向保证整个叶片面的均匀的负载。流的滞点从压力侧移动到前缘的最大曲率的区域中，或者甚至移动到吸入侧上。由此减小叶片前缘的负载和将纤维压紧在进入区域中的力。在叶片的吸入侧处形成很高的速度的区域，其有助于分离粘附的纤维。在达到最大的值之后，叶片角重新下降。叶片走向显示成S型(S-Schlag)。
该设计方案的目的在于降低叶片流入边缘的负载和压力侧的滞止压力区域(Staudruckgebiet)。
对于在液压方面无冲击的叶片入流(Schaufelanströmung)，(入流)速度在叶片轮廓前端点(Nasenpunkt)处几乎为零。叶片轮廓被均匀地环流。
而在部分负载运行中得到倾斜的叶片入流，其中，滞点从叶片轮廓前端点迁移至压力侧的叶片侧部。于是部分负载－入流与叶片轮廓线(Schaufelskelettlinie)处成成角度。然后在环流轮廓前端时并且主要在最高曲率的点(前端点)处出现极高的速度。在叶片吸入侧上出现流速的延迟，因此结果是在吸入侧在流方向上在叶片轮廓前端点之后形成分离区域。因此流不再贴靠在叶片处，而是与叶片分离并且在工作轮中减小流经通道的由相邻的叶片限制的截面。可将纤维抽吸到处在前端点之后的分离区域中。
而叶片轮廓和因此叶片角的根据本发明的走向即使在部分负载运行时在部分负载区域中也实现继续的流加速，由此将分离区域保持得很小。因此最高流速的点设在叶片吸入侧的中部的部分中。该解决方案导致由流随带的纤维或类似物不再被压紧在叶片流入边缘处。取而代之在吸入侧的中部的叶片部分中将其通过很高的速度运走。由此防止堵塞工作轮入口。
在本发明的一种优选的实施方案中，叶片角在紧接的第四区段中保持恒定。工作轮在泵的径向的区域中具有恒定小的叶片角。通过吸入侧的负载来降低在压力侧的回流区域的膨胀。小的叶片出口角减小在叶片端部处的负载并且降低在叶片压力侧上的平面的回流区域。
在本发明的一种优选的实施方案(其尤其适合于很高的特定转速)中，叶片角在进入区域中小于－10°。很小的入口角引起在液压方面无冲击的入流。
叶片角在第一区段中上升，直至其达到0°的值。然后在第二区段中进行叶片角的进一步的提高，直至达到最大值。叶片角在第一区段和第二区段中优选以相同的斜度上升。
在本发明的一种有利的实施方案中，叶片角在第一区段和/或第二区段中以大于0.35的斜度上升。强烈的弯曲在中部的叶片平整区域中引起均匀的叶片负载。通过在叶片的前部的部分中的极端的角度上升即使在部分负载时也保持负载分布。由此降低前缘的提高的负载(其通常加强粘附效果)。
如果叶片角自拐点起在第三区段中下降到叶片出口角上，这证实为特别有利。在第四区段中，叶片角优选地保持恒定。
如果工作轮实施为径向轮，这证实为特别有利。在此，叶片出口半径与叶片入口半径的比优选地小于1.5。由此即使在很高的特定转速的情况下也可使工作轮高效地运行。
在传统的工作轮中需要叶片前缘的很大的曲率半径，以避免很高的环流速度和与之相关的气蚀的出现。这造成导致很重的工作轮的材料堆积。基于根据本发明的叶片角走向可使用具有叶片前缘的很小的曲率半径的工作轮。优选地，叶片前缘的曲率半径等于或小于叶片厚度在第四区域中的值。尽管在此出现很高的环流速度，在根据本发明的工作轮中并未产生气蚀损伤。工作轮可由于叶片前缘的很小的曲率半径实施成纤细且轻巧。
使用来输送废水的工作轮优选地包括两个或三个叶片。这种实施方案特别适合于带有很高份额的固体混合物的废水，并且还被称为双通道叶轮或三通道叶轮。在太大数量的叶片的情况下面临堵塞危险。相对于单叶轮，双叶片的或三叶片的工作轮保证更高的效率并且由于缺少的不平衡度和更少地脉冲式的输送保证更好的运行特性。
优选地，工作轮具有盖片并且因此实施成封闭的结构形式。
附图说明
本发明的其它的特征和优点从借助于附图的实施例的说明中和由附图本身得出。其中：
图1显示了通过工作轮的轴向截面，
图2a显示了工作轮的叶片的正视图，
图2b显示了工作轮的叶片的透视性的视图，
图3a显示了叶片角的走向，
图3b显示了轮廓线的一致的图像，
图4a显示了通过工作轮的径向截面，其中，示出了流线的速度，
图4b显示了根据图4a的叶片的进入部分的放大的图示。
具体实施方式
在图1中示出了径向式工作轮的轴向截面。混有固体的混合物的流体通过吸入口1进入到工作轮中。布置在盖片2与承载片3之间的叶片4对流体进行加速。流体从旋转轴线5沿径向向外流。工作轮在大于70的特定转速的情况下运行。在此，叶片出口半径R2与叶片入口半径R1的很小的比已证实为特别有利。在该实施例中，叶片出口半径R2与叶片入口半径R1的比小于1.3。
在图2a和2b中示出了工作轮的叶片4的正视图和透视性的视图。工作轮包括固定在承载片3上的两个叶片4。观看图示，工作轮以顺时针方向回转。叶片前缘6具有很小的曲率半径。在本实施例中，曲率半径为7mm。含有固体的介质由叶片4加速。将在叶片4的压力侧7与吸入侧8之间进行区分。
在图3a中示出了叶片角β的走向。图3b显示了轮廓线的一致的图像。包角(Umschlingungswinkel)ψ描绘在横坐标上。轮廓线的叶片角β描绘在纵坐标上。叶片入口角β1小于0°。叶片角β在第一区段9中持续地上升，直至其达到0°的值。然后在第二区段10中进行进一步的持续的上升，直至叶片角β达到最大值。叶片角β的上升的斜度在第一区段9和第二区段10中是相同的。叶片角β在轮廓线的拐点处达到其最大值。在第三区段11中，叶片角β持续地下降，直至其达到叶片角的值β2。在第四区段12中，叶片角β恒定地保持在叶片出口角的值β2中。
轮廓线的一致的图像显示出半径从叶片入口半径R1开始首先降低到最小值Rmin上，且紧接着进一步上升直至叶片出口半径的值R2。
图4a和4b显示了双叶片的径向截面，其中，示出了具有不同的速度的流线。观看附图，工作轮逆时针方向回转。与传统的工作轮相反，流的滞点13不是处在压力侧7上，而是处在叶片前缘6的最大的曲率的区域中。在叶片4的吸入侧8处形成很高的速度区域14，其有助于分离粘附的纤维。
在根据本发明的工作轮中将减小叶片前缘6的负载。由此降低将纤维压紧在进入区域中的力。通过叶片4的吸入侧的中部的区域的负载而在此处出现很大的速度，由此运走粘附的纤维。

Claims (11)

1.一种用于离心泵的工作轮，其带有用于输送含有固体的介质的至少两个叶片(4)，其特征在于，叶片入口角(β1)小于0°，其中，叶片角(β)在叶片的第一区段(9)中上升，直至其达到0°的值，然后在叶片的第二区段(10)中上升直至最大值，而在叶片的第三区段(11)中下降。
2.根据权利要求1所述的工作轮，其特征在于，所述叶片入口角(β1)小于－10°。
3.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，所述叶片角(β)在所述第一区段(9)和所述第二区段(10)中以相同的斜率上升。
4.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，所述叶片角(β)在所述第一区段(9)和/或所述第二区段(10)中以大于0.35的斜率上升。
5.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，自所述叶片角(β)达到其最大值的拐点起，所述叶片角(β)在第三区段(11)中下降到叶片出口角(β2)上。
6.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，所述叶片角(β)在第四区段(12)中保持恒定。
7.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，所述工作轮实施为径向轮。
8.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，叶片出口半径(R2)与叶片入口半径(R1)的比小于1.5。
9.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，叶片前缘(6)的曲率半径等于或小于叶片厚度在叶片的第四区段(12)中的值。
10.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，所述工作轮最高具有三个叶片(4)。
11.根据权利要求1或2所述的工作轮，其特征在于，所述工作轮具有盖片(2)。
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