CN105102820A - 泵叶轮 - Google Patents

Abstract

一种用于泵的叶轮，该叶轮包括在使用中绕中心轴线旋转的主体和延伸穿过主体的多个通道，该主体包括前侧和后侧，前侧具有大体上球帽状的或圆顶形的表面，该表面具有在中心轴线附近的顶部区域和在后侧附近的周边外部区域，每个通道具有进口和出口，进口在顶部区域的附近，出口在周边外部区域的附近。

Description

泵叶轮

技术领域

本申请大体上涉及用于泵的叶轮，更具体而言但并不是排他性地涉及用于处理浆料的离心式浆料泵，该浆料通常为液体和颗粒状固体的混合物，并且通常在矿物处理、沙土和砾石和/或疏浚工业中会遇到。

背景技术

离心式浆料泵通常包括其中具有泵室的泵罩，该泵罩可以为螺旋形结构，具有安装成在泵室内旋转的叶轮。驱动轴可操作地连接到泵叶轮，以便使叶轮旋转，驱动轴从一侧进入泵外罩。泵进一步包括泵进口，该泵进口典型地相对于驱动轴是同轴的，并且位于泵罩的与驱动轴相对的一侧处。还存在典型地位于泵罩周边的排放出口。

叶轮典型地包括驱动轴可操作地连接到的毂和至少一个护罩。泵送叶片设置在护罩的一侧上，在相邻的泵送叶片之间形成排放通道。在一种形式的叶轮中，两个护罩配备了设置在二者之间的泵送叶片。泵叶轮适于以不同的速度运行以产生所需的压头。

常规浆料泵易于因为叶轮的结构而产生湍流。因为护罩和泵叶片相对于护罩的位置，常规的叶轮在从横截面中观察时具有大体上正方形的或矩形的形状。该结构易于导致产生具有“马蹄”形的漩涡，这种漩涡易于在相邻的泵送叶片之间的通道中产生并且是导致叶片或护罩上的磨损的原因。

EP146027和US2003/0215343公开了包括电动机的泵，该电动机具有转子，叶轮附接到该转子上。实质上，这些文件中的每一个都是常规的。球形的或部分球形的转子用于容纳形成电动机的一部分的磁体。US3,476,488公开了球形的泵罩，但是叶轮在结构上仍实质上是常规的。

DE344907公开了用于需要反向流的情形的泵，诸如循环加热泵和在过滤器系统中的泵。泵具有泵壳10，泵壳中存在室，用于接收可由驱动轴12旋转的球形叶轮11。该球形叶轮11包括两个半球形部分，每一部分与各自的流通道14相关联，每个通道14能够根据叶轮转动的方向用作流体吸入通道或排放通道。一系列导管设置在叶轮内，从球形叶轮的一侧延伸到另一侧。泵室具有带有凹处的部分31，这有助于流体从一个流体通道流到其他的吸入/排放通道，因此流动方向与叶轮旋转轴线成直角，并且导管中具有90°的弯曲部分。

发明内容

第一方面，实施例公开了用于泵的叶轮，该叶轮包括在使用中绕中心轴线旋转的主体和延伸穿过主体的多个通道，该主体包括前侧和后侧，前侧具有大体上球帽状的或圆顶形的表面，该表面具有在中心轴线附近的顶部区域和在后侧附近的周边外部区域，每个通道具有进口和出口，进口在顶部区域的附近，出口在周边外部区域的附近。

在某些实施例中，通道在进口与出口之间以一个方向弯曲。在某些实施例中，通道表面的至少一部分提供泵送表面。在某些实施例中，当从进口向出口移动时，每个通道相对于中心轴线的距离在径向方向上逐渐增大。

在某些实施例中，进口围绕所述中心轴线间隔开。在某些实施例中，出口围绕周边外部区域间隔开。

在某些实施例中，进口是大体上卵形的或椭圆形的，并具有长轴或主轴，所述长轴或主轴倾斜于中心轴线。

在某些实施例中，出口是大体上卵形的或椭圆形的，并具有长轴或主轴，长轴或主轴大体上跟随周边外部区域的周边。

在某些实施例中，进口具有弯曲的前缘部分。

在某些实施例中，主体包括中心安装件，泵驱动轴可以可操作地安装在该中心安装件上。

在某些实施例中，后侧包括有凹处的表面。在某些实施例中，在有凹处的表面上设置有辅助泵出叶片。在某些实施例中，盖子覆盖所述有凹处的表面。

第二方面，提供了用于与第一方面中描述的叶轮一起使用的泵吸入装置，泵吸入装置包括外段和内段，外段包括具有内表面的导管，内段具有在轮廓上基本类似于部分叶轮表面的内部成型表面。

在某些实施例中，外段的内表面向外扩散或弯曲。在某些实施例中，外段的内表面和内段的内部成型表面在与装置的相对端相邻的区域之间提供连续的弯曲表面。

依照第三方面，提供了一种泵，包括泵壳和安装在该泵壳内如第一方面中描述的叶轮，该泵壳包括主壳体部分和前侧壳体部分，该前侧壳体部分包括如在第二方面中描述的泵吸入装置。

通过结合附图考虑以下详细描述，其他方面、特征和优点将变得很明显，该附图是公开内容的一部分，并且通过举例的方式说明了所公开的申请的原理。

附图说明

附图有助于实施例的理解。

图1是根据本申请的一个实施例的泵叶轮的等距视图；

图2是图1中所示的泵叶轮的第一侧视图；

图3是图1和图2中所示的泵叶轮的第二侧视图；

图4是图1至图3中所示的泵叶轮的正视图；

图5和图6是图1至图4中所示的泵叶轮的剖面视图；

图7是根据进一步的实施例的泵叶轮的剖面视图；

图8是根据进一步的实施例的泵叶轮的剖面视图；和

图9是根据一个实施例的泵组件的局部剖面的示意性视图。

具体实施方式

参考附图中的图9，示出了泵组件50，其包括泵51，该泵51具有安装在泵壳支撑物或基座55的泵壳60。泵壳60包括主壳体部分(或蜗壳)61、前侧壳体部分62和后侧壳体部分63，这些部分组装在一起时提供了位于其中的泵室68。前侧壳体部分62的形式为泵吸入装置70，要泵送的流体通过该泵吸入装置70进入泵室68。后侧壳体部分62提供了密封室罩90。泵叶轮10设置在泵室68内，并且可操作地连接到驱动轴53以便围绕中心轴线X-X旋转。

如附图中所述，叶轮10包括具有前侧14和后侧16的主体12。前侧14具有大体上圆顶形的或球帽状的外表面18(即，设置在给定平面的一侧的球的一部分区域)，该外表面18具有在中心轴线X-X附近的顶部区域20和与后侧16相邻的周边外部区域22。外表面可以例如是大体上半球的形状，但是并不限于该形状。在使用中，顶部区域20是主体12的最前沿的部分，并且在处于组装位置时面向泵入口。如在图8中的虚线轮廓线中所示的一种形式中示意性示出的，叶轮10定位在泵外罩或外壳50内，该外壳50具有入口51和出口52，以及面向入口51的主体顶部区域20。

叶轮10进一步包括延伸穿过叶轮10的主体12的多个通道。在所示的实施例中，存在四个独立的通道25、26、27、28，但是在其他实施例中，也可以存在两个、三个、五个或六个通道。每个通道具有进口和出口；通道25具有进口31和出口35；通道26具有进口32和出口36；通道27具有进口33和出口37；并且通道28具有进口34和出口38。如图1中和图4中可以最佳看到的，进口31、32、33和34位于顶部区域20的附近，并且围绕轴线X-X间隔开。进口的形状为大体上卵形的，并且每个进口具有主轴Y-Y。如图中所示，主轴Y-Y倾斜于中心轴线X-X，并且布置成彼此偏移并且一个接一个地围绕着中心轴线X-X。每个进口具有弯曲的(或过渡式的)前缘39以有助于流体进入。当从进口31、32、33、34移向各自的开口35、36、37、38时，每个通道与中心轴线X-X相距的距离在基本上径向的方向上逐渐增大，例如针对一个示例性通道27在图2中的虚线轮廓可以看到的。参考图1，可以看到通道27的延长部分超过了通道中的弯曲部分。

通道25、26、27、28的形式为管子或管状形式或通路，具有基本上卵形的横截面，当以从进口31、32、33、34移向各自的开口35、36、37、38的方向移动时通道的横截面的面积逐渐递增。在图1至图4中用幻影线示出了穿过叶轮主体12的一个示例性通道25的配置和路径。图2中用幻影线示出了另一个示例性通道27的配置和路径。图3中用幻影线示出了另一个示例性通道26的配置和路径。为了清楚起见，在图1、图2、图3、和图4中分别仅示出一个通道。

如图1和图4中所示，通道25遵循从进口31到出口35的弯曲路径。每个其他通道26、27、28均为类似配置。通道25、26、27、28的横截面面积的逐渐增加模拟泵送叶片与常规叶轮护罩之间形成的通道的成形。在常规叶轮中形成的通道的形状与作为本申请的主题的叶轮的通道25、26、27、28的形状之间的区别在于它们的卵形的横截面，与常规叶轮中的情况相比，这种卵形的横截面被认为会在流体流过通道25、26、27、28时减少涡流的形成，如现在将描述的那样。

在常规叶轮中，可能在泵送叶片的前缘的区域中以及在泵送叶片侧面与叶轮护罩侧表面的结合处产生很强的流漩涡。在常规设备中，在泵送叶片的面与护罩的面之间存在方向的突变或尖锐的棱角。这种尖锐的棱角可能在泵送的流体流过这些边缘时导致涡流的产生，这继而导致在叶轮这些区域中的磨损增大。作为本申请主题的叶轮中的通道25、26、27、28的曲线型的横截面形状不会导致形成同样程度的这种流体涡流。

出口35、36、37和38也是大体上卵形的形状，具有主轴Z-Z。主轴Z-Z布置成一个接一个地环绕在周边外部区域周围并且彼此有偏移。

主体12的后侧16具有形成在其中的凹处或空腔40，如图7和图8中所示，通过该凹处或空腔40可以接收后盖45。如图中所示，后盖45的形状是大体上截头圆锥形的，具有曲面的侧面。辅助叶轮叶片47可以设置在后盖上，如图8中所示。

驱动轴安装件42设置在主体中位于中心轴线X-X处，以便在其上安装驱动轴53(图8)。

如图9中所示，前侧壳体部分62的形式为泵吸入装置70，其包括大体上成形为导管73的形式的外(前)段72和可操作地连接到主壳体部分61的内段74。在所示的形式中，泵吸入装置70是一体化结构的。内段74的内部成型表面77在形状上精确地追随叶轮10的表面18的一部分，使得在组装位置时在二者之间存在较小的间隙。如图9中所示，外段72的内表面从中心轴线X-X向外扩展或者弯曲，并且平滑地连接成型表面77，该成型表面77继而向内弯曲。进口装置的整个内表面提供了终止于端部段75处的平滑、连续弯曲的表面。如图中所示，泵吸入装置70大体上为铃形的，在外段中具有凸面的内表面部分而在内段中具有凹面的内表面部分。

可以相信，与常规泵送叶轮相比，叶轮10能够减少在使用时产生的湍流和涡流，这继而会导致在产生与常规叶轮相类似的水平的水头压力和功效时对叶轮的磨损减少了相当多。已经描述了在泵送通道中涡流的量的减少。此外，将最小化对于球形或圆顶形前侧表面的表面摩擦，因此减少了通常因为在移动叶轮前侧表面上的浆料边界层中夹带的小颗粒而发生的磨损。可以相信，与常规叶轮的泵送叶片相比，在使用中产生的“马蹄”形漩涡将得以很大程度的减弱。

在使用期间，当流体接近球形或圆顶形表面时，因为球面/流体运动特性，交互是最平滑的可能情况。这降低了在流体进入叶轮通道25、26、27、28时的冲击和摩擦。每个通道开口31、32、33、34具有形状为优化的圆形的进入边缘，其具有弯曲(或过渡式的)前缘，以有助于流体进入，这允许流体以最小的流体分离进入通道25、26、27、28。在常规的离心式叶轮中，这种流体分离是引起不希望有的“马蹄”漩涡的起源。

尽管在进入表面上存在高湍流的点，但是这些点没在任何其他湿表面的附近。出于这个原因，它们不会导致在叶轮入孔与喉部衬套之间通常会发生的侵蚀。任何湍流的点最可能与叶轮通道的边缘相关联，由于这些边缘面向前方并且仅有进口流体流入，所以使对相邻物理部件的侵蚀磨损最小化。

叶轮不具有后护罩，出于这个原因，用盖子或后盖覆盖主体中的空腔空间，该盖子或后盖可以是平的或包含如图8中所示的后叶片，这些后叶片是用液压密封叶轮和泵衬里之间的间隙所需要的。

如之前提到的，叶轮通道25、26、27、28的出口也具有卵形的形状，并且它们的边缘具有优化的圆形形状，以减少平滑的过渡叶轮/漩涡。目的是减少由叶轮出口表面与刚离开叶轮通道的流体之间的交互产所生的湍流。

计算机模拟数据

作为本申请的主题的叶轮的形状，与离心泵叶轮的常规设计差异很大，该常规设计包括两个护罩且泵送叶片设置在这两个护罩之间。

通过使用计算机流体动力学(CFD)来模拟进入常规设计的离心泵叶轮中的流体的侵蚀强度的水平。观察到，测得的侵蚀强度的最大值是7000个单位，该最大值尤其是在流体进入叶轮并且拐入泵送叶片通道(即，在叶片的孔眼处)的区域处测得的。

也通过使用计算机流体动力学(CFD)来模拟进入作为本申请的主题的叶轮的流体的侵蚀强度的水平。这里，观察到，测得的侵蚀强度的最大值是3600个单位，该最大值是在流体进入叶轮的通道的叶轮进口边缘处测得的。

该计算机数据指示：对于类似的流泵送条件(包括水头压力和流速)，作为本申请的主题的叶轮的侵蚀水平比常规叶轮设计低49％。

进一步观察到，当作为本申请的主题的叶轮的通道的进口的边缘被制造成相对于叶轮前表面更融为一体时，可以将在边缘区域中的侵蚀强度减少至1700个单位左右，这个侵蚀强度比模拟的第一设计中的等于3600个单位的侵蚀强度还要低。

基于这样的计算机数据，可以相信，作为本申请的主题的叶轮会提供比常规的叶轮设计更长的磨损期限。

在对优选实施例的前述描述中，为了清楚起见采用了特定的术语。然而，本申请并不旨在限制到这样选择的特定术语，并且应理解每个特定术语包括以类似方式操作以完成类似技术目的的所有技术等同物。诸如“前”和“后”、“内”和“外”、“上方”、“下方”、“上”和“下”以及类似词语这样的术语用作便于提供参考点的词语，而不应被解释成限制性术语。

在此说明书中对任何在先的出版物(或来源于该出版物的信息)的参考，或者对已知的任何内容的参考，并不是，并且不应被当作是，确认或承认或以任何形式建议：在先的出版物(或来源于该出版物的信息)，或者已知的内容形成本说明书涉及的技术领域的部分公知常识。

在此说明书中，词语“包括”应理解为“开放的”意义，即，意思为“包含”，因此不限制成“封闭”的意义，即“仅由……组成”的意思。相应的意思适用于相应的词语“包括”、“被包括”出现之处。

此外，前述内容仅仅描述了本申请的一些实施例，在不脱离公开实施例的范围和精神的情况下，可以对这些实施例进行替换、修改、附加和/或改变，这些实施例是说明性的而非限制性的。

此外，本申请是联系当前认为是最实际和优选的实施例的内容描述的，应理解本申请并不限于所公开的实施例，而是相反，本申请旨在覆盖本申请的精神和范围内包括的各种修改和等同结构。同样，以上描述的各个实施例可以与其他实施例相联合地实施，例如，一个实施例的多个方面可以与另一个实施例的多个方面相结合以实现再另一个实施例。进一步地，任何给定组件的每个独立特征或部件可以构成额外的实施例。

部件列表

泵叶轮10

主体12

前侧14

后侧16

圆顶形表面18

顶部区域20

周边外部区域22

中心轴线X-X

通道25262728

进口31323334

出口35363738

前缘39

卵形

主轴Y-Y

主轴Z-Z

凹处/空腔40

驱动轴安装件42

后盖45

辅助叶片47

泵组件50

泵51

泵外壳60

驱动轴53

基座55

主外壳部分61

前侧壳体部分62

后侧壳体部分63

泵室68

泵吸入装置70

排放出口69

密封室罩90

外段72

导管73

内段74

内部成型表面77

内表面78

端部段75

Claims (18)

1.一种用于泵的叶轮，该叶轮包括在使用中绕中心轴线旋转的主体和延伸穿过所述主体的多个通道，该主体包括前侧和后侧，所述前侧具有大体上球帽状的或圆顶形的表面，该表面具有在所述中心轴线附近的顶部区域和在所述后侧附近的周边外部区域，各通道具有进口和出口，所述进口在所述顶部区域的附近，所述出口在所述周边外部区域的附近。

2.如权利要求1所述的叶轮，其中所述通道是弯曲的。

3.如权利要求1或权利要求2所述的叶轮，其中通道表面的至少一部分提供泵送表面。

4.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中所述多个进口围绕所述中心轴线间隔开。

5.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中所述多个出口围绕所述周边外部区域间隔开。

6.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中当从所述进口移动到所述出口时各通道相对于所述中心轴线的距离增大。

7.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中所述进口是大体上卵形的并具有长轴或主轴，所述长轴或主轴倾斜于所述中心轴线。

8.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中所述出口是大体上卵形的并具有长轴或主轴，所述长轴或主轴大体上跟随所述周边外部区域的周边。

9.如权利要求7所述的叶轮，其中所述进口具有弯曲的前缘部分。

10.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中所述主体包括中心安装件，泵驱动轴可以可操作地安装在该中心安装件上。

11.如前述权利要求中任一项所述的叶轮，其中所述后侧包括有凹处的表面。

12.如权利要求11所述的叶轮，包括在所述有凹处的表面上的辅助泵出叶片。

13.如权利要求12所述的叶轮，其中所述主体包括覆盖所述有凹处的表面的盖子。

14.一种泵吸入装置，用于与根据前述权利要求中任一项所述的叶轮一起使用，所述泵吸入装置包括外段和内段，所述外段包括具有内表面的导管，所述内段具有在轮廓上基本类似于部分叶轮表面的内部成型表面。

15.如权利要求14所述的泵吸入装置，其中所述内部成型表面是部分圆顶形的。

16.如权利要求14或权利要求15所述的泵吸入装置，其中所述外段的内表面向外扩散或弯曲。

17.如权利要求16所述的泵吸入装置，其中所述外段的内表面和所述内段的内部成型表面在与所述装置的相对端相邻的区域之间提供连续的弯曲表面。

18.一种泵，包括泵壳和安装在该泵壳内如权利要求1至13中任一项所述的叶轮，该泵壳包括主壳体部分和前侧壳体部分，该前侧壳体部分包括如权利要求14至17中任一项所述的泵吸入装置。