CN103557178B - 泥浆泵叶轮 - Google Patents

Abstract

一种泥浆泵叶轮，其包括前罩壳和后罩壳，各罩壳具有带外周缘和中心轴的内主面、在罩壳内主面之间延伸的多个泵叶片、以空间分隔的关系被安装的泵叶片。各泵叶片包括在罩壳的中心轴区域内的前沿和外周缘区域内的后沿，在相邻泵叶片之间具有通道。各通道具有与之关联的排放导向叶片，各排放导向叶片被安装在各自的通道内，并且被布置成较为接近一个或另一个泵叶片，且从至少一个罩壳或各罩壳的内主面延伸。

Description

泥浆泵叶轮

本申请是申请日为2009年5月27日，申请号为200980128563.6，发明名称为“泥浆泵叶轮”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及用于离心式泥浆泵的叶轮。浆料通常是液体与颗粒固体的混合物，并且一般被用于矿物的处理、沙子和砂砾，和/或泥渣工业。

背景技术

离心式泥浆泵通常包括在其内具有泵腔的泵外壳，该泵外壳可为具有被固定在泵腔内用于转动的叶轮的蜗壳结构。驱动轴可操作地被连接到泵叶轮，用于引起它的转动，该驱动轴从一侧进入泵外壳。该泵还包括大体与驱动轴同轴的泵入口，被置于泵外壳与驱动轴相对的一侧。还具有大体位于泵壳周边的排放口。

叶轮总的来说包括轮毂和至少一个罩壳，驱动轴被可操作地被与该轮毂连接。泵叶片设置在罩壳的一侧上，在相邻泵叶片之间具有排放通道（passageway）。在叶轮的一种形式中，配备了两个罩壳，在其间布置有泵叶片。泵叶轮适于以不同速度运转来生成所需要的压头（pressurehead）。

泥浆泵通常需要具有大直径和宽度的叶轮的相对大尺寸。这些泵需要相对地具有大的排放通道以便易于浆料中的较大固体通过，并在浆料通过叶轮时减少浆料的总体速度。泥浆泵部件遭受来自浆料中颗粒物质的重大磨损。因此这种泵叶片的数量较少，例如三片、四片或五片。为了尽量降低磨损，泥浆泵大体以相对低的速度被操作，例如对于很小的泵来说以200rpm至5000rpm的速度被操作。用于泥浆泵部件的材料通常是非常硬的金属或适于被消耗掉并随后被更换的弹性材料。为了在液流和压头方面改变泵的性能，离心式泵可通过泵速度的变化达到这种目标。

离心式泥浆泵通常需要能够用于各种液流和压头条件。离心式泥浆泵的性能可能会因为浆料中的颗粒物质的尺寸、密度和浓度受到不良影响，而且泵的性能还将受到磨损的影响。能够在各种条件范围中操作泥浆泵的需求意味着，因为叶轮中的通道较大，与提供良好的液流导向性的较小且较窄的水泵相比，该泵的性能会发生很大变化，为经过叶轮的液流提供了较少的导向性。取决于浆料中颗粒的具体尺寸和浓度，浆料中的颗粒和液体还会以不同的路径经过叶轮。这种现象会因叶轮的磨损被加剧。由于在叶轮周边处的滑动以及在叶轮入口和出口处的再循环，离心式泵经常遭受液流的损失。当液流较小时在叶轮的排出口处会出现涡旋状的液流状况。这样的现象通常会导致更差的泵性能。

与离心式泵关联的进一步的现象是气穴现象（cavitation），其主要发生在泵的进水口以及叶轮的进水口中，并且能够影响泵的性能，而且如果气穴现象很强或是连续的，甚至可能导致对泵的损坏。如所提及的，离心式泥浆泵部件由很难进行铸造或模塑的硬金属或弹性材料制成并且，同样地，为了简化制造工艺，叶轮罩壳通常被布置为从入口到出口分开恒定距离并大体相互平行。因此，泥浆泵叶轮的出口还受到导致磨损的再循环、涡旋液流和液流状况的影响。

还存在其它类型的采用转动的元件来传送流体的流体机械。这样的机械的例子包括离心式压缩机、涡轮机以及高速水泵。对于这些类型的装置的设计构思和准则完全针对于这样的机械，可更好地被理解，并且应用相对简单。气体（gases）具有低密度并且通常无混入的颗粒，并且可在流体机械中以很高的转速被抽送。由于摩擦力是气体机械中的次要因素，湍流可通过使用多叶片或分流叶片被最小化。由于这些叶片未遭受腐蚀性磨损，这些类型的流体机械中使用的叶片都相对较薄。此外，最重要地，分流叶片功能有效地以与主叶片类似的方式向气流增加或加入能量。该分流叶片通常比主叶片稍短，以便不干扰主叶片前沿处的气流。

副（或分流）叶片通常具有与同主叶片相同的结构，但比主叶片稍短，被置于主叶片之间的大约中间。这些分流叶片将液流分流至较小通道，并且对液流增加更多导向性，因此将湍流减到最小。这种类型的气体机械大体以50,000到100,000rpm量级的最高速度操作。叶片的数量通常相当多，比如说20片，并且可能之间具有分流叶片，因此需要薄的叶片和小的通道。分流或副叶片通常具有与主泵叶片相同的高度，以便当流体通过机械的转动元件时，实现最大的导向性和对流体输入（或输出）最多的能量。

高性能的水泵在某些方面与离心式压缩机或涡轮机类型类似，例如采用一些相同的策略，如较多的叶片数量（大体7片或更多），通过在主叶片之间设置较多数量的分流型叶片来控制湍流和/或平滑出口压力脉冲。在使用中，这造成各叶片的较小压力的脉冲数量较多。水泵不被用于抽吸颗粒并且因此不需要高抗磨损材料。典型的高性能水泵也以比标准水泵更高的速度运转，并且可以10,000至30,000rpm的速度运转。

主泵叶片的数量越多，来自各叶片的压力脉冲越小。为减少来自流体机械的总体压力脉冲，已经公知的是增加叶片的数量将使脉冲平稳，这就是一些水泵和气体压缩机具有大量叶片，以及加入分流叶片使叶片数量翻倍的原因。制造气体压缩机、涡轮机或高性能或高速水泵的设计准则与泥浆泵的设计准则没有关联性。

通过加入更多较薄的叶片或减少经过叶轮的通道尺寸提供额外的导向性或尝试减少湍流在泥浆泵的设计中起反作用。改善这种类型机械的性能的特别做法在被用于泥浆泵时将不能提供任何效果。

离心式泥浆泵是相当独特的流体机械，因为它需要在不同抗磨损材料中平衡设计、磨损和制造能力。如早前讨论的，通常需要开发在各种液流和速度条件下操作的泥浆泵，以便可以在较宽的应用范围中被采用，但是这使得对其设计的优化更加困难。典型的设计很坚固，但是作为流体机械，由于内部的湍流，这样的泵将仍遭受性能和磨损的损失。由于设计约束的特殊性和限制，使用了不同的策略来改善性能，但是这些只取得了很有限的成功。因为所有组件需要具有满足需求的磨损寿命，由叶轮罩壳、主叶片和壳体能给浆料提供的导向性很小，所以将湍流减到最小的设计策略是相当困难的。

泥浆泵的额外复杂性是浆料中的颗粒并不遵循液体的流线。颗粒越大且越重，从液体流线的偏移越严重。因此，加入更多设计用来沿着流线引导流体的叶片（或分流型叶片）将无助于引导颗粒，因为颗粒只会增加湍流和在薄叶片上的磨损，并且这些叶片将很快地被磨损并失去它们在引导流体方面的效果。其性能将不可避免地在短时间内迅速衰退，并且被消耗的动力也将迅速增加，使得机械不能维持其性能。

发明内容

第一方面，披露了泥浆泵叶轮的实施例，其包括前罩壳和后罩壳，各罩壳具有带外周缘和中心轴的内主面，多个泵叶片在罩壳的内主面之间延伸，泵叶片以空间分隔的关系被安装，各泵叶片包括相反的主侧面，其中的一个为抽吸或压力侧面，各泵叶片还包括在中心轴区域内的前沿和在罩壳外周缘区域内的后沿，在相邻泵叶片之间具有通道，各通道具有与之相关联的排放导向叶片或翅片（vanelet），各排放导向叶片被安装在各自的通道内，并且被置于接近一个或另一个泵叶片处，并且从至少一个罩壳或各罩壳的内主面上突起。

在某些实施例中，各排放导向叶片可被设置成较为接近最近的相邻泵叶片的抽吸或压力侧面。排放导向叶片布置成较为接近一个相邻泵叶片可有利地改善泵的性能。在没有排放导向叶片存在的正常环境中，一部分涡旋伸向泵叶片的抽吸面的前面，并且伸入液流排放通道中间的至少一半处。结果，在使用中，涡旋增加了经过叶轮通道的物料液流中的湍流，并且该湍流接着会伸入围绕叶轮的蜗壳区域。增加湍流可引起叶轮和蜗壳表面磨损的增加，并且增加了能量消耗，最终需要操作员将更多能量输入泵中来获得期望的生产能力。虽然发明人推测将排放导向叶片放置在排放通道的大约中心区域内会阻碍或限制紧邻叶轮抽吸叶片抽吸面前方的湍流区域，但已经发现将排放导向叶片置于通道宽度中间对湍流区域的限制只具有很小的影响，并且进一步的实验示出将排放导向叶片安装成较为接近泵叶片能够充分使涡旋区域从泵叶片压力面消除。结果，由于不会自由生成涡旋，涡旋的强度（或剧烈程度）被减小。

泥浆泵的另一个已知的现象是排放再循环，其中在叶轮转动期间液流较小时离开排放通道的浆料物料由于泵蜗壳内的总操作压力被强制返回紧邻叶片排放通道的位置。当这种现象发生时，在正常情况下再循环的浆料与涡旋湍流的液流区域混合，造成了更大且更难以解决的涡旋区域。在适当的位置上设置排放导向叶片来限制紧邻泵叶片前方的湍流区域意味着与再循环排放液流产生较少的相互作用，从而减少两个涡旋区域结合的可能性，否则将进一步减少泵的效率。这还减少了颗粒磨损前罩壳或后罩壳从而引起磨损空腔并在空腔中形成并进一步发展涡旋型液流的可能性。

此外，将排放导向叶片定位成较为接近一个相邻泵叶片可以有利地改善泵性能，使得在使用时排放导向叶片不会妨碍物料自由流过通道，而这对于颗粒浆料流在排放导向叶片位于液流排放通道中间进入一半的情况下会出现。

在某些实施例中，各排放导向叶片可具有与一个罩壳的周缘相邻的外端，排放导向叶片向内延伸并且在与之关联的罩壳的中轴和周缘中间的内端处终止。通过伸向罩壳的周缘，排放导向叶片可在叶轮排放通道内指引液流，并且还可减少紧邻叶轮出口处的分裂液流区域混合进入泵蜗壳中已在转动的液流样式。

在某些实施例中，各排放导向叶片可在长度上比相邻泵叶片短，使得排放导向叶片在使用中不阻碍经过通道的物料的自由液流。在某些实施例中，各排放导向叶片的长度大概是相邻泵叶片长度的三分之一或更短。排放导向叶片通常为长形，有助于在使用过程中使从叶轮排出的流体和固体形成一致的流动路径。

在某些实施例中，各所述排放导向叶片可从后罩壳的内主面上突起。这是因为在正常情况下浆料流进入叶轮时，涡旋区域被集中在邻近后罩壳而非前罩壳处。

在某些实施例中，各排放导向叶片可具有从泵叶片宽度的5％至50％的高度，这里泵叶片的宽度被定义为叶轮的前部和后部罩壳之间的距离。排放导向叶片的厚度可依据抽吸头（pumpinghead）、速度要求和被抽吸的物料以及要求减少主液流中的湍流并且辅助减少再循环量的程度来选择。在某些实施例中，这样的所述排放导向叶片具有从泵叶片宽度的20％至40％的高度。在某些实施例中，各所述排放导向叶片可具有大概在泵叶片宽度的30％至35％的高度。如果排放导向叶片高度太小，则对湍流区域制约的效果不是最佳的，并且如果排放导向叶片高度太大，其结果是干扰并且/或者阻挡主液流，这也不是最佳的。

在某些实施例中，各所述排放导向叶片可从各自最接近的泵叶片被空间分隔开，以便改变物料经过通道的流动，并从而减少湍流并且抑制液流形成的涡旋从上述泵叶片面的偏离或分离。

在某些实施例中，对于其长度的至少一部分，各排放导向叶片可被从各自最接近的泵叶片空间分隔开，其最接近点处的分开距离大概等于排放导向叶片的最大厚度。如果从泵叶片的抽吸面被分隔开的排放导向叶片太小，则经过它们之间的颗粒浆料的液流速度可以很高，并因此增加了相邻表面的腐蚀磨损，这不是最佳的。可以构想的是，在其它实施例中排放导向叶片和相邻泵叶片之间的间隔是可变的，沿着它的长度最小可以变为排放导向叶片最大厚度的75％，并且最多可变为排放导向叶片最大厚度的两倍或三倍。

在叶轮的某些实施例中，罩壳周边的切线和与叶轮泵叶片的前部抽吸面相切的线之间的夹角与罩壳周边的切线和与相邻排放导向叶片的前部面相切的线之间的夹角基本相同。在这样的布置中，排放导向叶片可在叶轮排放通道内指引液流，并还可减少在紧邻叶轮出口处分裂的液流区域混合进入泵蜗壳中已在转动的液流样式。

在某些实施例中，当在水平横截面上观察时，各排放导向叶片通常可具有与主泵叶片相同的形状和宽度。

在某些实施例中，各排放导向叶片根据泵的要求可具有逐渐缩小的高度。这在制造过程中使叶片易于从模具移除。

在某些实施例中，各排放导向叶片根据泵的要求可具有逐渐缩小的宽度。排放导向叶片的逐渐缩小的端部可使浆料物料的液流易于从通道平滑排出。

在某些实施例中，一个或多个的通道可具有与之关联的一个或多个入口导向叶片，该入口导向叶片或各入口导向叶片沿泵叶片的侧面延伸并在与其关联的泵叶片的前沿和后沿中间处的相对端处终止。

在某些实施例中，该入口导向叶片或各入口导向叶片可以是从与之关联的泵叶片主面突出的突出物，并且其伸入各自的通道。

在某些实施例中，该入口导向叶片或各入口导向叶片可以是长形，有助于在使用过程中经过叶轮的流体和固体形成一致的液流路径。

在某些实施例中，泥浆泵叶轮可还包括位于一个或多个罩壳的外面上的副叶片或向心式叶片。

在某些实施例中，所述副叶片可具有倾斜边缘部。

在某些实施例中，叶轮可具有不多于五个泵叶片。在一种形式下叶轮可具有四个泵叶片。在一种形式下叶轮可具有三个泵叶片。

在备选实施例中，叶片可被制成三个罩壳，并且各罩壳可具有从其上突出的排放导向叶片。在一个实施例中排放导向叶片只在后罩壳的内主面上。

第二方面，披露了泥浆泵叶片的实施例，其包括前罩壳和后罩壳，各具有带外周缘和中心轴的内主面，多个泵叶片在罩壳内主面之间延伸，泵叶片以空间分隔的关系被安装，各泵叶片包括相反的主侧面，其中一个为抽吸或压力侧面，泵叶片还包括中心轴区域中的前沿和罩壳外周边区域中的后沿，相邻泵叶片之间具有通道，各通道具有与之关联的排放导向叶片，该排放导向叶片被安装在各自的通道内并被设置成较为接近一个或另一个泵叶片，并且从后罩壳的内主面突出，各排放导向叶片的长度为相邻泵叶片长度的三分之一或更少，所述排放导向叶片的高度大约为泵叶片宽度的30％至35％。

第三方面，披露了蜗壳类型的离心式泥浆泵的实施例，其包括具有入口区域和排放区域的泵壳、位于泵壳内的叶轮和被轴向连接到所述叶轮的驱动轴，其中泵叶轮与在第一方面或第二方面被披露的一样。

第四方面，披露了用于在第一方面或第二方面披露的叶轮的铸模的生产方法的实施例，该方法包括：

-将熔融材料浇注到用于形成铸模的模具中；

-允许熔融材料固化；并且

-将模具至少部分地从得到的固化铸模移除。

第五方面，披露了对在第一方面和第二方面披露的叶轮类型中的排放导向叶片进行更新的方法的实施例，此处导向叶片位于与之关联的罩壳主面处，并伸入各自的排放通道，该方法的步骤包括：

-当导向叶片变成被磨损组件时将其移除；并且

-随后将未磨损的替换导向叶片安装到叶轮上。

第六方面，披露了更新离心式泵叶轮的方法的实施例，该方法的步骤包括：

-当被装配的叶轮变成被磨损组件时将其移除；并且

-随后将在第一方面或第二方面披露的未磨损的替换叶轮类型安装到泵中。

第七方面，披露了用于现有离心式泵的叶轮的实施例，该叶轮适于安装在现有泵壳内作为更新件，以便替换现有叶轮，其中叶轮的配置为在第一方面或第二方面披露的类型。

第八方面，披露了包括至少一个罩壳的叶轮实施例，该罩壳具有带外周缘和中心轴的主面，多个泵叶片从该罩壳的主面突出，泵叶片以空间分隔的关系被安装在主面上，相邻泵叶片之间提供排放通道，各泵叶片包括在中心轴区域内的前沿和在周缘区域内的后沿，各泵叶片包括在叶片的前沿和后沿之间延伸的相反的侧面，一个或多个泵叶片具有一个或多个与之关联的入口导向叶片。

入口导向叶片的使用具有减少叶轮入口处再循环液流状况以及叶轮内的任意涡旋类型的液流状况的优点。所有这些液流状况通常导致了泵性能的恶化，例如由于空腔现象。入口导向叶片为叶轮排放通道内的液流提供了导向性。入口导向叶片还可结合前述的用于排放导向叶片的一些其它优点。

在某些实施例中，该入口导向叶片或各入口导向叶片可为从与之关联的泵叶片侧面突出的突出物，并且其伸入各自的排放通道。在另一个实施例中，该入口导向叶片或各入口导向叶片可为伸进泵叶片侧面的凹进部分（recess），从而形成在使用中流体能够流经的沟道或凹槽。在又进一步的实施例中，叶轮能够具有以凹进部分和突出物形式的入口导向叶片的任意组合，位于泵叶片的不同侧面处。

在某些实施例中，该入口导向叶片或各入口导向叶片可为长形，有助于在使用过程中经过叶轮的流体和固体形成一致的液流路径。

在一种形式中，该入口导向叶片或各入口导向叶片可具有与泵叶片前沿相邻的端部，导向叶片沿泵叶片侧面延伸并在与之关联的泵叶片的前沿和后沿中间的相对端处终止。

在某些实施例中，叶轮可包括两个所述罩壳，所述泵叶轮在两个罩壳之间从其各自的主面延伸。在一种实施例中，该两个罩壳被分隔开，罩壳的主面布置成大体彼此平行。在另一个实施例中，叶轮可具有多于两个的罩壳，例如具有三个罩壳。

在某些实施例中，一个或多个所述泵叶轮可具有与之关联的两个所述入口导向叶片，各自位于泵叶片的各相反侧面处。在又另一个实施例中，依据泵的应用，可具有多于一个的入口导向叶片位于各泵叶片的相应侧面处。在另一个实施例中，各泵叶片在一个侧面上具有与之相关的一个或多个上述入口导向叶片，而在泵叶片的相对侧面上却没有入口侧叶片。

在某些实施例中，从入口导向叶片距离相邻罩壳的位置来看，各所述入口导向叶片大体安装在与之关联的泵叶片的侧面的中心。

在某些实施例中，各所述入口导向叶片可以大致是与之关联的泵叶片的前沿和后沿之间长度的一半，尽管在又进一步的实施例中，根据泵的需要入口导向叶片可比这个长度更短或更长。

在某些实施例中，各入口导向叶片可具有从泵叶片厚度的50％至100％的高度，并且该优选的厚度将依据抽吸头和速度要求以及被抽吸的物料，从这个范围内被选出。

在某些实施例中，各入口导向叶片沿其长度可具有恒定的叶片高度，尽管可以构想在又其它实施例中，叶片高度根据泵的要求可被改变。

在某些实施例中，一个或多个排放通道可具有与之关联的一个或多个排放导向叶片，该排放导向叶片或各排放导向叶片位于至少一个罩壳或各个罩壳的主面处并具有在罩壳的周缘区域中的外边缘，导向叶片向内延伸并在中心轴与罩壳周缘中间的内边缘处终止。

在某些实施例中，该排放导向叶片或各排放导向叶片可为长形，有助于在使用过程中经过叶轮的流体和固体形成一致的液流路径。

在某些实施例中，当在水平横截面上观察时，排放导向叶片通常可具有和主泵叶片相同的形状和宽度。

第九方面，披露了对在第一或第二方面中限定的叶轮类型中入口导向叶片进行更新的方法的实施例，这里导向叶片是从与之关联的泵叶片的侧面突出的突出物，并且其深入各自的排放通道中，该方法的步骤包括：

-当导向叶片变为被磨损组件时将其移除；并且

-随后将未磨损替换导向叶片安装到叶轮上。

第十方面，披露了叶轮的实施例，包括至少一个罩壳，该罩壳具有带外周缘和中心轴的主面、从罩壳的主面突出的多个泵叶轮、泵叶轮以空间分隔的关系被安装在主面上，在相邻泵叶片之间提供排放通道，各泵叶轮包括中心轴区域内的前沿和罩壳周缘区域中的后沿，在相邻泵叶片之间具有通道，各泵叶片包括在叶片的前沿和后侧沿之间延伸的相反侧面，一个或多个泵叶片具有一个或多个与之关联的入口导向叶片，一个或多个通道具有一个或多个与之关联的排放导向叶片，该排放导向叶片或各排放导向叶片位于至少一个罩壳或各罩壳的主面处。

附图说明

尽管还有其它的形式可能落入发明内容中阐述的设备和方法的范围内，现在将通过例子并参考附图来描述方法和设备的特定实施例，其中：

图1说明了依据本实施例的泵叶轮的示范性图解等轴视图；

图2说明了图1中示出的叶轮的另一个等轴视图，示出了更多的下侧细节；

图3说明了图1和2中示出的叶轮的侧面正视图；

图4说明了图1至3示出的叶轮在罩壳中间被剖开的叶轮体的截面视图；

图5说明了依据另一个实施例的叶轮的示范性图解等轴视图；

图6说明了图5中示出的叶轮的侧面正视图；

图7说明了图5和6示出的叶轮在罩壳中间被剖开的叶轮体的截面视图；

图8说明了另一个实施例的叶轮的示范性截面视图；

图9说明了另一个实施例的叶轮示范性的部分横截面视图，其结合泵入口组件的实施例被说明；

图10说明了图9示出的叶轮和泵入口组件的另一个横截面视图；

图11说明了图9和10示出的叶轮从入口侧面观察的透视图；

图12说明了图9至11示出的叶轮从后部侧面观察的透视图；

图13说明了图9至12示出的叶轮的前部侧面正视图；

图14说明了图9至13示出的叶轮的后部侧面正视图；以及

图15说明了图9至14示出的叶轮的侧面正视图；

图16说明了图9至15示出的叶轮在叶轮体被剖开以横切泵叶片和排放导向叶片时的截面视图；

图17说明了依据另一个实施例的叶轮的示范性图解等轴视图；

图18说明了图17示出的叶轮的侧面正视图；

图19A和19B说明了对于附图中示出的叶轮的本实施例中流体流的某些实验计算仿真结果；

图20A和20B说明了对于附图中示出的叶轮的本实施例中流体流的某些实验计算仿真结果；

图21A和21B说明了对于附图中示出的叶轮的本实施例中流体流的某些实验计算仿真结果；

图22A和22B说明了对于附图中示出的叶轮的本实施例中流体流的某些实验计算仿真结果；

图23A和23B说明了对于附图中示出的叶轮的本实施例中流体流的某些实验计算仿真结果。

具体实施方式

现在参考图1至图4，示出了叶轮10的一个实施例，其中叶轮包括前罩壳12和后罩壳14，各罩壳通常具有平面圆盘的形式，各圆盘具有各自的主内面13、15，各自的外面21、22，和各自的外周缘16、17。轮毂11从后罩壳14的外面22延伸，该轮毂11被可操作地连接到驱动轴（未示出），用于引起叶轮围绕其中心轴X-X转动（图3）。

在前罩壳12上提供了叶轮入口18，该入口18与中心轴X-X同轴，中心轴X-X在使用中为叶轮10的转动轴。四个泵叶片30在罩壳12、14的相对的主内面13、15之间延伸，并且沿着所述罩壳12、14的主面13、15均匀分开。如图4所示，各泵叶片30横截面通常为弓形，且包括内前沿32和后沿34以及相对的侧面35和36，侧面35为抽吸或压力侧。当从转动的方向观察时可以说叶片是向后弯曲的叶片。排放通道19在相邻泵叶片30之间提供，物料从叶轮入口18经过排放通道19。各通道19具有入口区域24和位于罩壳12、14的外周缘16、17处的排放区域25，浆料从通道19流向泵排放区域。排放区域25比入口区域24更宽，使得通道19通常为V形。为清楚起见，标识了以上描述的各种特征的附图标记只在一个叶片30上被指示出。

各泵叶片30具有与之关联的两个条状凸起，起到浆料入口导向叶片41、42的作用。各入口导向叶片41、42从泵叶片30的各自的侧面35、36突出。各入口导向叶片41和42被居中安装在与之关联的泵叶片30的各自侧面35和36并且为长形凸起的形式，其本身具有最接近于泵叶片30内前沿32处的内端43，以及沿着各自侧面35、36的大概一半距离处的外端44。在另一个实施例中，导向叶片可比这些图中所示出的更长或更短。

当在横截面上观察时，各入口导向叶片41、42具有泵叶片30的完整厚度的约57％，尽管在进一步的实施例中，导向叶片的高度可在所述泵叶轮完整厚度的50％至100％。尽管在其它实施例中导向叶片可逐渐缩小，但是各导向叶片41、42沿其长度通常为恒定高度。所示出的导向叶片41、42厚度大概是平均泵叶片30完整厚度的约55％，尽管在其它实施例中这可能是不同的。

导向叶片的效果是改变再循环流和泵的特性，因为在叶片区域中的通道比较小，从而减少了流体流混合并再循环回到叶轮入口的机率。

在其它实施例中，入口导向叶片可形成凹槽或凹进部分，布置成以便伸进叶片的材料。这样的凹槽也可起到与在泵叶片侧面设置凸出的入口导向叶片相同的流体导向通道的作用。

实施例还可被构想成具有以凹槽或突出物的形式位于排放通道的入口区域中的泵叶轮处的入口导向叶片的任意组合。

在其它实施例中，入口导向叶片不需要大体置于泵叶片面上的中心，而是可依据环境，被置于靠近一个或另一个罩壳处。

在其它实施例中，入口导向叶片不需要沿泵叶片的各自侧面延伸大概一半举例，而是可依据泵抽吸的流体或浆料，延伸更短或更长的长度。

在其它实施例中，泵叶片的各侧面可以有多于一个的入口导向叶片，或在某些情况下，在限定排放通道的任意两个泵叶片的相对侧面中的一个侧面上没有入口导向叶片。

依据特定实施例，示范性叶轮10A在图5至7中被说明。为了方便起见，相同的附图标记被用于标识在图1至4中被描述的相同部件。此处叶轮10A不具有入口导向叶片，而是具有多个排放导向叶片（或翅片（vanelets））50、51。

排放导向叶片50、51为长形的顶部平坦的突出物，其横截面通常为柱形。该排放叶片50、51分别从各自罩壳12、14的主面13、15延伸，并且被布置在两个相邻泵叶片30之间。该排放导向叶片50、51具有位于与各自的罩壳12、14外周缘16、17相邻的各自的外端53、54。该排放导向叶片50、51还具有位于各自通道19的中途某处的内端55、56。由图7可见，排放导向叶片50、51的内端55、56与叶轮10A的中心轴X-X被分隔开一定的距离。与各通道19相关的排放导向叶片50、51彼此相向，其外表面相互隔开。

各示出的排放导向叶片50、51具有泵叶片30的宽度的约30％的高度，尽管在其他实施例中，导向叶片高度可在所述泵叶片宽度（罩壳12、14之间距离）的5％至50％之间。各导向叶片50、51沿其长度通常为恒定高度，尽管在其它实施例中导向叶片50、51在高度上可逐渐缩小，且在宽度上也可逐渐缩小。

在其它实施例中，排放导向叶片在罩壳的主内面上不需要大体居中置于各泵叶片之间，而是可以根据情况，接近一个或另一个泵叶片30处布置。

在其它的实施例中，排放导向叶片可依据被抽吸的流体或浆料，以比图4至8的实施例示出的更短或更长的距离伸入排放通道。

在其它的实施例中，各罩壳内主面可具有多于一个的排放导向叶片，或在某些情况下，在限定排放通道的任意两个罩壳的相对的内主面中的一个上没有排放导向叶片。

在其它的实施例中，排放导向叶片可具有与主泵叶片不同的横截面宽度，并且甚至可以不必为长形，只要能实现在叶轮排放处浆料液流的期望效果即可。

排放导向叶片将减少在液流较小形成高速涡旋类型液流的可能性。这减少了颗粒磨损前部或后部罩壳，从而导致在其内可生成并发展涡旋类型液流的磨损空腔的可能性。导向叶片还将减少在紧邻叶轮出口处的分裂液流区域混合进入蜗壳中已在转动的液流状态。排放导向叶片将使湍流平滑并减少来自叶轮的液流的湍流进入泵壳或蜗壳。

参考附图的图8，示出了包括入口导向叶片41和42以及排放导向叶片50和51二者组合的叶轮10B的示范性的实施例。

参考图9至16，依据特定实施例示出了进一步的示范性叶轮10C，其中叶轮包括前罩壳12和后罩壳14，它们各具有大体平面圆盘的形式，各圆盘具有各自的主内面13、15，各自的外面21、22和各自的外周缘16、17。轮毂11从后罩壳14的外面延伸，轮毂11可操作地连接到驱动轴（未示出），用于引起叶轮围绕其中心轴X-X的转动。图9和10说明了具有泵入口组件60的叶轮的位置。

叶轮入口18在前罩壳12内被提供，在使用中该入口与叶轮的转动轴的中心轴X-X同轴。四个泵叶片30在罩壳12、14的相对的内主面13、15之间延伸，并且沿着罩壳12、14的主面均匀地分开。如在图16所示出的，各个泵叶片30横截面通常为弓形，并且包括内前沿32和外后沿34以及相对的侧面35和36。在相邻泵叶片30之间提供了排放通道19，物料从叶轮入口18经过排放通道19。如前述的实施例，各通道19具有入口区域24和位于罩壳12、14的外周缘16、17处的排放区域25，浆料经过通道19进入泵排放区域。排放区域25可比入口区域24更宽，使得通道19通常为V形。为清楚起见，标识上述各种特征的附图标记只在一个叶片30上被指示出。

在这个特定的示范性说明中，叶轮10C不具有入口导向叶片，而是具有多个排放导向叶片51。排放导向叶片51为长形的顶部平坦的突出物，其横截面通常为柱形并且两端为锥形。该排放叶片51分别地从后罩壳14的主面15延伸，并且被布置在两个相邻泵叶片30之间。该排放导向叶片51具有各自的外端54，其被与罩壳14的外周缘相邻放置。该排放导向叶片51还具有内端56，其位于各自通道19中的某处。排放导向叶片51的内端56从叶轮10C的中心轴X-X被分隔开一定距离。

所示出的各排放导向叶片51具有叶轮泵叶片30的宽度的约33％的高度，尽管在进一步实施例中导向叶片高度可在所述泵叶片宽度（罩壳之间的距离）的5％至50％之间。各导向叶片51通常沿其长度具有恒定的高度，尽管在其它实施例中导向叶片沿其长度高度可逐渐减小，宽度也可逐渐减小。如同从附图中显而易见的，排放导向叶片51可具有倾斜的周缘。

如图9至16所示，排放导向叶片被安装在各自通道19内，以便与最接近的各自的泵叶片面35分隔开大概一个排放导向叶片厚度D1进入通道19。该排放导向叶片厚度D1以及从泵叶片面35被分隔开的距离D2在图9、10和16中被示出，其中D1和D2在尺寸上大致相等。在这种情况下，叶轮叶片延伸到叶轮泵叶片宽度的约33％的高度。这种叶轮10C和本说明书图4中描述的实施例是一致的。

叶轮10C还包括在罩壳12、14的各自的外面21、22上的向心式（expeller）叶片或副叶片57、58。在后罩壳上的一些叶片58具有不同的宽度。如同从附图中显而易见的，向心式叶片具有倾斜的边缘。

参考图17和18，依据特定实施例示出了另一个示范性叶轮10D，其中叶轮包括前罩壳12和后罩壳14，它们各自具有大体的平面圆盘的形式，各圆盘具有各自的主内面13、15，各自的外面21、22以及各自的外周缘16、17。这些特征在图17中被说明。轮毂11从后罩壳14的外面延伸，轮毂11被可操作地连接到驱动轴（未示出），用于引起叶轮围绕其中心轴X-X转动。叶轮10D与图9至16中所示的叶轮10C在多数方面是相同的，只是前罩壳向心式叶片57的形状和边缘倾斜不同，并且不具有后罩壳叶轮叶片。

实验仿真

使用商业软件ANSYSCFX，执行计算实验来模拟在此描述的叶轮的各种设计中的液流。这种软件采用计算流体力学（CFD）的方法计算被抽吸液流的速度场。该软件能够计算许多其它兴趣变量，然而，与在此示出的图形相关的变量是速度。

对于各个CFD实验，使用相应的CFX模块对结果进行后处理。图中示出了四个平面A、B、C和D的横截面视图，这四个平面对于各实验将相应的叶轮设计以相同的深度垂直于转动轴切开。速度向量在这四个平面上被绘出，以便对流体和浆料颗粒如何运动通过叶轮泵叶片之间形成的沟道进行分析。这些向量的大小与它们的分布密度一起指示出了速度参数的量级，弯曲的向量图形通常指示了涡旋的存在。

速度向量在这些平面内被标出，以便对流体颗粒如何运动通过叶轮泵叶片之间形成的沟道进行分析。

实验1

如图19(a)和19(b)中所示的，示出了标准（“基本”）叶轮，其具有前罩壳和后罩壳以及在罩壳的内主面之间延伸的四个叶轮泵叶片。该叶轮不具有安装在各自通道内的，或者从其中的一个罩壳主面突起的任何排放导向叶片。

在图19(a)和19(b)中示出的叶轮的侧视图示出了四个平面A、B、C和D的位置，这四个平面将相应的叶轮设计垂直于其转动轴切开。

平面A以一定高度被定位在后罩壳上方，该高度小于泵叶轮宽度（泵叶片的宽度被定义为叶轮的前部和后罩壳之间的距离）的约35％。

平面B以一定高度被定位在后罩壳上方，该高度小于泵叶轮宽度的约50％。

平面C以一定高度被定位在后罩壳上方，该高度位于泵叶轮宽度大于50％但少于65％处（前部和后罩壳之间中部处）。

平面D以一定高度被定位在后罩壳上方，该高度大于泵叶轮宽度的约65％。

通过参考在图19(a)和19(b)中被标绘出的速度向量可以看出实验1的结果，这些附图标记了平面A、平面B、平面C和平面D。这些向量的大小以及它们的分布密度指示了速度参数的量级和涡旋的存在。需要被观察的重要区域是位于各泵叶片的压力表面（或抽吸面）前面并伸入泵叶片之间液流排放通道的区域。该相关区域在各速度向量图中由小箭头标绘出。

如在图19(a)和19(b)中可见的，如果我们将涡旋的中心部分想象成锥形体，随着我们逼近前罩壳（从平面A移动到平面D），其直径明显收缩。这是操作的基本条件。

实验2

如图20(a)和20(b)中所示的，示出的叶轮具有前罩壳和后罩壳以及在罩壳的内主面之间延伸的四个泵叶片。在实验2至5中的主泵叶片与实验1中示出的都一样。这种叶轮具有被安装在各相应通道内的排放导向叶片，其从前罩壳和后罩壳二者的内主面凸起，并大体定位在两个泵叶片之间的通道的宽度中间。在这种情况下，叶轮叶片延伸的高度约为叶轮泵叶片宽度的33％。这种叶轮对应于本说明书的图5、6和7所示出的实施例。

在图20(a)和20(b)中示出的叶轮的侧视图示出了四个平面A、B、C和D的位置，这四个平面将相应的叶轮设计垂直于其转动轴在与实验1示出的相同的位置上切开。

通过参考在图20(a)和20(b)中被标绘出的速度向量可以看出实验2的结果，这些附图标记了平面A、平面B、平面C和平面D。这些向量的大小以及它们的分布密度指示了速度参数的量级和涡旋的存在。需要被观察的重要区域是位于各泵叶片的压力表面（或抽吸面）前面并伸入泵叶片之间液流排放通道的区域。该相关区域在各速度向量图中由小箭头标绘出。

如在图20(a)和20(b)中可见的，如果将涡旋的中心部分想象成锥形体，我们之前以为在被示出位置上的排放导向叶片会对涡旋的中心部分在某种程度上产生影响，以限制其从泵叶片的抽吸面分离。然而被标绘的速度向量数据示出这些对偶式的排放导向叶片的影响非常小。这通过图19(a)和19(b)和图20(a)和20(b)分别对比可以看出。

实验3

如图21(a)和21(b)中所示的，示出的叶轮具有前罩壳和后罩壳以及在罩壳的内主面之间延伸的四个泵叶片。这种叶轮具有被安装在各自通道内的排放导向叶片，其从前罩壳和后罩壳二者的内主面突起，并与其最接近的相应泵叶片分开大约一个排放导向叶片的厚度进入通道。在这种情况下，叶轮叶片延伸的高度约为叶轮泵叶片宽度的33％。

在图21(a)和21(b)中示出的叶轮的侧视图示出了四个平面A、B、C和D的位置，这四个平面将相应的叶轮设计垂直于其转动轴在与实验1示出的相同的位置上切开。

通过参考在图21(a)和21(b)中被标绘出的速度向量可以看出实验3的结果，这些附图标记了平面A、平面B、平面C和平面D。这些向量的大小以及它们的分布密度指示了速度参数的量级和涡旋的存在。需要被观察的重要区域是位于各泵叶片的压力表面（或抽吸面）前面并伸入泵叶片之间液流排放通道的区域。该相关区域在各速度向量图中由小箭头标绘出。

如在图21(a)和21(b)中可见的，被定位在最接近于泵叶片的排放导向叶片（或翅片）在涡旋的中心部分上示出了被改善的效果。也就是说，在后罩壳的区域内，涡旋由于存在有排放导向叶片而受到限制。然而，通过与图20(b)中平面D的比较可看出，和实验2相比，实验3中泵叶片前面的涡旋状况差别非常小。这意味着位于前罩壳上并且较为靠近泵叶片的排放导向叶片在限制涡旋上只有很小的效果。发明人相信这种结果可能是由于在前罩壳位置处涡旋的中心直径较小引起的。

实验4

如图22(a)和22(b)中所示的，示出的叶轮具有前罩壳和后罩壳以及在罩壳的内主面之间延伸的四个泵叶片。这种叶轮具有被安装在各自通道内的排放导向叶片，其只从后罩壳的内主面突起并与其最接近的各自的泵叶片隔开大约一个排放导向叶片的厚度进入通道。在这种情况下，叶轮叶片延伸的高度约为叶轮泵叶片宽度的33％。该叶轮对应于本说明书图9至16中示出的实施例。

在图22(a)和22(b)中示出的叶轮的侧视图示出了四个平面A、B、C和D的位置，这四个平面将相应的叶轮设计垂直于其转动轴在与实验1示出的相同的位置上切开。

通过参考在图22(a)和22(b)中被标绘出的速度向量可以看出实验4的结果，这些附图标记了平面A、平面B、平面C和平面D。这些向量的大小以及它们的分布密度指示了速度参数的量级和涡旋的存在。需要被观察的重要区域是位于各泵叶片的压力表面（或抽吸面）前面并伸入泵叶片之间液流排放通道的区域。该相关区域在各速度向量图中由小箭头标绘出。

如在图22(a)和22(b)中可见的，在实验4与实验3比较时，泵叶片前面的涡旋状况之间具有非常小的差别。这意味着实验3中前罩壳上的排放导向叶片在限制涡旋上只有很小的效果或者没有效果。实验4将因此是最佳的设计布置，其使叶轮设计的复杂性减为最小，同时仍然使涡旋的限制效果最佳。

实验5

如图23(a)和23(b)中所示的，示出的叶轮具有前罩壳和后罩壳以及在罩壳的内主面之间延伸的四个泵叶片。这种叶轮具有被安装在各自通道内的排放导向叶片，其只从后罩壳的内主面突起并与其最接近的各自的泵叶片被分隔开大约一个排放导向叶片的厚度进入通道。在这种情况下，叶轮叶片延伸的高度约为叶轮泵叶片宽度的50％。

在图23(a)和23(b)中示出的叶轮的侧视图示出了四个平面A、B、C和D的位置，这四个平面将相应的叶轮设计垂直于其转动轴在与实验1示出的相同的位置上切开。

通过参考在图23(a)和23(b)中被标绘出的速度向量可以看出实验5的结果，这些附图标记了平面A、平面B、平面C和平面D。这些向量的大小以及它们的分布密度指示了速度参数的量级和涡旋的存在。需要被观察的重要区域是位于各泵叶片的压力表面（或抽吸面）前面并伸入泵叶片之间液流排放通道的区域。该相关区域在各速度向量图中由小箭头标绘出。

如在图23(a)和23(b)中可见的，加高的后罩壳导向叶片在涡旋上的作用如平面A和B中所示，之前的期望是会限制涡旋从泵叶片的抽吸面分离。然而，当与实验4中的同等位置处示出的结果比较时，绘出的速度向量数据示出增加导向叶片高度对涡旋中心部分的作用很小，这通过与图22(a)和22(b)的比较可以看出。但是发明人发现较大导向叶片的存在实际上减小了叶轮/泵的组合效率，这表示这种设计是欠佳的。

发明人相信入口导向叶片和排放导向叶片都通过减少在主液流内的湍流将改善性能，并且还辅助减少了再循环量，尤其是当排放导向叶片较为靠近最近的相邻泵叶片的压力或抽吸侧面时。这些效果将减少泵叶轮内部的能量损耗，并因此在压头和泥浆泵的效率方面对于从小液流到大液流的各种液流改善泵的总体性能。对于各种液流改善性能还将提供较少的泵内部的总磨损，从而改善泥浆泵的使用操作寿命。

在此揭示的用于叶轮的材料可从适合被用于如所描述的成形、加工或装配的材料中选出，其包括高铬含量的硬金属或已经过处理（例如回火）使之包含硬化金属微观结构的金属。叶轮可还可使用例如陶瓷其它的耐磨材料制造，或甚至由硬橡胶材料制成。

在此披露的任意的叶轮实施例可用于蜗壳类型的离心式泥浆泵。这样的泵通常包括具有入口区域和排放区域的泵壳，叶轮被置于泵壳内并通过轴向地连接到叶轮的电动驱动轴转动。由于叶轮通常为磨损件，因此会定期打开泵壳，移除并抛弃被磨损的叶轮而用在此披露类型的未磨损叶轮进行替换。被磨损的叶轮可与所提供的新的未磨损叶轮具有不同的设计，只要新的未磨损叶轮可在泵壳内的空间里互换，并可轴向地连接到驱动轴即可。

在某些实施例中，叶轮为由固化熔融金属制造的铸造产品。铸造工艺包括将熔融金属浇注到模具中并允许金属冷却并固化形成所需要的叶轮形状。铸造工艺的复杂性在一定程度上取决于叶轮模具的形状和配置，在一些情况下需要使用将熔融金属引入模具和用于将铸造产品从模具分离的专门技术。

在某些叶轮的实施例中，在使用了一段时间后，或者例如，如果叶片中的一个在使用过程中已经脱落，可能需要将被磨损的入口或排放导向叶片从各自泵叶片或罩壳上其位置处移除和更新。取决于制造材料，叶轮可通过对替换导向叶片的焊接、粘合或某些其它机械固定方式而被修复。

本说明书中参考的任意的在先公开（或从中获得的信息），或任意的已知事物都不作为，也不应作为对该在先公开（或从中获得的信息）或该已知事物构成本说明书涉及的技术领域的公知常识的确认，或认可，或任何形式的暗示。

贯穿本说明书和权利要求书，除非内容需要，否则，措辞“包括”，以及例如“包括了”的变化或“正包括”，将被理解为意味着包括所陈述的事物或步骤或一组事物或步骤，但不排除任意其它的事物或步骤或一组事物或步骤。

在前面描述的优选实施例中，为了清楚起见特殊的技术名词已被列出。然而，本发明并非意图被限定在被选出的专用术语中，并且应该理解各专用术语包括了以类似方法操作来完成类似技术目的的所有的技术等价物。例如“前”，“后”以及类似的术语被用作便于提供参考点的措辞且不应直译为限定性术语。

最终，应该明白的是各种变化、改变和/或附加部分可被合并到各种结构和布置中而不背离本发明的精神或范围。

Claims (23)

1.一种泥浆泵叶轮和泵入口组件的组合，所述泥浆泵叶轮包括：前罩壳和后罩壳，所述前罩壳和后罩壳各自具有带有外周缘和中心轴的内主面；多个泵叶片，其在罩壳的内主面之间延伸，所述泵叶片设置成相互分隔开，各泵叶片包括相反的主侧面，其中一个主侧面为抽吸或压力侧面，所述泵叶片还包括罩壳的中心轴区域内的前沿和外周缘区域内的后沿；并且其中在相邻的泵叶片之间具有通道，各通道具有与之相关的排放导向叶片，各排放导向叶片被设置在相应的通道内，布置成较为靠近一个泵叶片或另一个泵叶片，且从至少一个罩壳或每个罩壳的内主面上突起。

2.如权利要求1所述的组合，其中各排放导向叶片被布置成较为靠近最近的相邻泵叶片的抽吸或压力侧面。

3.如权利要求1或2所述的组合，其中各排放导向叶片具有与罩壳中的一个的周缘相邻的外端，所述排放导向叶片向内延伸，并终止于一内端，该内端位于与所述排放导向叶片相关的罩壳的中心轴与周缘之间的中间位置处。

4.如权利要求3所述的组合，其中各排放导向叶片的长度比相邻的泵叶片短，使得在使用中排放导向叶片不会阻碍物料经过通道自由流动。

5.如权利要求4所述的组合，其中各排放导向叶片的长度约为相邻泵叶片长度的三分之一或更短。

6.如权利要求1所述的组合，其中各所述排放导向叶片从所述后罩壳的内主面上突起。

7.如权利要求1所述的组合，其中各所述排放导向叶片的高度为泵叶片宽度的5％至50％。

8.如权利要求7所述的组合，其中各所述排放导向叶片的高度为泵叶片宽度的20％至40％。

9.如权利要求7或8所述的组合，其中各所述排放导向叶片的高度为泵叶片宽度的30％至35％。

10.如权利要求1所述的组合，其中各所述排放导向叶片和与其最接近的相应泵叶片分隔开，以便改变经过通道的物料流，从而减少湍流，并抑制由物料流形成的涡旋从泵叶片的面上偏移或分离。

11.如权利要求1所述的组合，其中在各排放导向叶片的至少一部分长度上，各排放导向叶片和与其最接近的相应泵叶片分隔开一距离，该距离约等于排放导向叶片的最大厚度。

12.如权利要求1所述的组合，其中当在水平横截面上观察时，各排放导向叶片大体具有与主泵叶片相同的形状和宽度。

13.如权利要求1所述的组合，其中各排放导向叶片的高度逐渐减小。

14.如权利要求1所述的组合，其中各排放导向叶片的宽度逐渐减小。

15.如权利要求1所述的组合，其中所述通道中的一个或多个具有与之相关的一个入口导向叶片或多个入口导向叶片，所述一个入口导向叶片或各入口导向叶片沿泵叶片的侧面延伸，并终止于一相对端，该相对端位于与所述导向叶片相关的泵叶片的前沿和后沿之间的中间位置处。

16.如权利要求15所述的组合，其中所述一个入口导向叶片或各入口导向叶片为从与之相关的泵叶片的主面突出并伸入相应通道的突出物。

17.如权利要求15或16所述的组合，其中所述一个入口导向叶片或各入口导向叶片为长形。

18.如权利要求1所述的组合，其还包括在一个或多个罩壳的外面上的副叶片。

19.如权利要求18所述的组合，其中所述副叶片具有倾斜边缘部。

20.如权利要求1所述的组合，其中所述叶轮具有多于五个的泵叶片。

21.如权利要求1所述的组合，其中所述叶轮具有四个泵叶片。

22.如权利要求1所述的组合，其中沿着排放导向叶片的中心轴从前沿延伸到其后沿的所有点被布置成较为靠近一个泵叶片或另一个泵叶片，且从至少一个罩壳或每个罩壳的内主面上突起。

23.如权利要求1所述的组合，其中所述泵入口组件包括盘形侧壁部和入口管道，所述泵入口组件布置成与所述叶轮的前罩壳相邻，其中所述入口管道与所述中心轴共轴线。