CN105308325A - 齿轮传动流通式皮托管泵 - Google Patents

Abstract

皮托管型离心泵的结构设置有轴向布置的入口和排出口部件，其设置在转子的轴向相对两侧，该转子被安装支撑在旋转套筒和吸入入口之间，且旋转套筒与排出口同心，该旋转套筒通过驱动机构被齿轮驱动。

Description

齿轮传动流通式皮托管泵

交叉引用

本非临时申请要求申请日为2013年3月15日、申请号为61/798,539的美国临时申请的优先权，在此结合该临时申请的全部内容作为参考。

技术领域

本发明大体涉及离心泵，且更具体地涉及具有齿轮传动流通式配置的皮托管类型的改进离心泵。

背景技术

离心泵是已知的且广泛用于多种工业中以泵送流体或者流体混合物的液体/固体成分。离心泵，具体地皮托式离心泵，通常包括具有入口和出口的泵外壳，以及在泵外壳中通过驱动单元旋转的转子组件。在常规皮托管泵中的流体入口和流体排出口被设置成在泵外壳的相同侧以并排的布置而成平行的方向。通常，入口是与流体排出口共轴的。

流体被引导通过泵入口进入转子腔室，且随着转子组件旋转，在离心力的作用下，流体被引导朝向转子腔室的内周围表面。流体被固定皮托管截获，且流体移动通过皮托管的入口并且通过皮托管臂朝向所述泵的排出出口。

皮托管类型的常规离心泵在Erickson等的美国专利第3,822,102号；Brown等的美国专利第3,960,319号；Erickson等的美国专利第4,161,448号；Crichlow的美国专利第4,280,790号；Erickson的美国专利第4,332,521号；以及Erickson的美国专利第4,674,950号中公开。在所述专利中所公开的泵中，流体入口和排出口被设置在泵壳体的相同侧上。转子的入口围绕皮托管的进入转子内部的进入点。常规结构的皮托管泵可具有多种缺点，包括为了最大化泵效率而对泵尺寸和设计的限制，非常重的转子的弱的或低效的平衡，损失抵抗悬垂的转子的动量和密封件泄露问题的能力的轴承负载设计。作为这些限制的结果，可损失泵效率且泵的寿命可被缩短。

在Tarifa等的美国专利第3,791,757号；Readman的美国专利第4,875,826号；Miess的美国专利第2,376,071号；和King的美国专利第3,384,023号中公开了其它类型的皮托管式离心泵。这些专利公开了多种设计的泵，其在转子中应用一个或多个皮托管。其公开了用于将流体引入转子以及将流体从转子排出的多种配置，其通常在泵的单侧成平行方向，或者公开了相对于彼此成垂直角度的流体的流入和流出。Tarifa等的美国专利第3,791,757号和Readman的美国专利第4,875,826号还公开了泵配置，其中流体从转子的一个方向进入转子且从转子的相反侧排出。然而，由于泵的配置，这些设计导致非常或显著低效的NPSH(净正吸入水头)。其还被配置成使得一些泵缺乏有效的液压轴向推力平衡，且很多泵不能够以高速或者充分的压力工作。这些现有技术已知的泵还可是非常复杂的，且因此制造和维护成本很高，且还导致弱的泵性能。

发明内容

在本公开的第一方面，泵组件包括旋转组件，其具有转子和旋转套筒；固定皮托管组件，其具有设置在所述转子中的至少一个皮托管；流体入口，其被设置成沿着所限定的轴线将流体输送至所述转子；和流体排出口，其以所述流体入口的限定轴线被轴向设置且与所述流体入口轴向地间隔开；其中所述转子被支撑安装在所述旋转套筒与所述轴向间隔的流体入口之间。相对于常规的皮托管式泵，本公开的该方面在允许提供增大面积的转子入口而不需要增大密封件的尺寸方面具有优势。因此，该配置减小了泵入口中的速度特征，其改善了NPSH(净正吸入水头)。由于泵配置允许增大转子入口尺寸而不增加密封件尺寸，所以泵能够以更加有利的速度和更高的吸入压力工作。由于增加的密封件尺寸提高了生产成本，所以该泵还是制造更便宜的。

在一些实施方式中，泵组件被配置成其中旋转套筒被围绕所述流体排出口同心设置。

在其它实施方式中，泵组件被配置成其中所述流体排出口包括所述固定皮托管组件的一部分。

在另一实施方式中，泵组件的流体入口还包括吸入轴，其作为部分所述旋转组件而旋转。

在另外的实施方式中，转子包括连接至转子盖而在其间形成转子腔室的转子底部，其中所述至少一个皮托管被设置在该转子腔室中。

在另外的实施方式中，所述转子盖被配置有封闭叶片，其将流体引导进入所述转子腔室。

在另外的实施方式中，还包括连接至所述旋转套筒的驱动机构。

在另外的实施方式中，其中所述驱动机构至少部分地被设置成围绕所述排出出口。

在另外的实施方式中，泵组件还包括具有吸入密封外壳部分和转子外壳部分的泵外壳，以及还包括限定所述流体入口的吸入轴，其中所述吸入轴延伸通过所述泵外壳的吸入密封外壳部分，所述吸入密封外壳部分被布置成提供与设置在所述吸入密封外壳中的密封机构接触的气隙。

在另外的实施方式中，泵组件还包括驱动外壳部分，其被配置成接收与所述旋转套筒接触的驱动机构。

在另外的实施方式中，所述排出出口延伸通过所述驱动外壳部分并且还延伸通过所述泵外壳的排出外壳部分。

在另外的实施方式中，泵组件还包括设置在所述流体入口处的导流器。

在本公开的第二方面，离心泵包括：泵外壳，其具有转子外壳部分；设置在所述转子外壳部分中的转子，所述转子具有由设置在一侧上的转子底部和设置在轴向相对侧上的转子盖所限定的轴向相反两侧，所述转子底部和转子盖被固定在一起以在所述转子中形成闭合腔室；设置在所述闭合腔室中的至少一个皮托管；旋转套筒，其连接至所述转子的一侧并从其延伸离开，所述旋转套筒被连接至驱动机构；流体入口，其从所述转子的一侧延伸，所述流体入口被设置成将流体输送至所述转子盖，以将流体引导至所述闭合腔室；和流体排出口，其从所述转子的轴向相对侧延伸，其中所述流体入口和所述流体排出口分别具有中心轴线，且所述中心轴线被相对于彼此轴向地布置。相对于常规离心泵，该方面的离心泵在允许提供增大面积的转子或流体入口而不需要增大密封件的尺寸方面具有优势。因此，该配置减小了在泵入口中的速度特征，其改进了NPSH(净正吸入水头)。由于泵配置允许增大的转子或流体入口而不增大密封件的尺寸，所以泵能够以更高的速度和在更高的吸入压力下工作。该泵还是制造成本更低的。本公开的离心泵的配置具有以下优点，消除转子腔室在进入转子的入口处的液体泄露。即，在常规皮托管泵中，皮托管的被设置在或进入转子的点还包括转子的入口，且在常规的皮托管配置中，允许一些流体从转子的内部渗漏回至转子入口。来自更高的温度和压力的渗漏流体蒸发，阻挡转子盖入口，特别是在较低NPSH的应用中，在转子入口处的低压下。该泄露还增加了进入转子的入口的流量，从而提高了速度且减弱了NPSH性能。由于在转子中的相反开口在一侧容纳流体入口，在另一侧容纳皮托管的进入点，所以本公开该方面离心泵的额外优点在于具有改进的液压轴向或推力平衡。因此，该配置提供了改进的承载寿命且允许泵承受更高的吸入压力。

在一些实施方式中，所述流体排出口是固定的且连接至所述至少一个皮托管。

在其它实施方式中，所述流体入口还包括连接至所述转子盖的吸入轴。

在另一些实施方式中，所述吸入轴随着所述转子旋转。

在另外的实施方式中，所述泵外壳还包括密封外壳，且所述吸入轴从所述转子的一侧延伸通过所述密封外壳，所述密封外壳提供围绕所述吸入轴的气隙，且气隙与设置在密封外壳中形成的空间中的密封机构接触，防止在密封失效时流体进入驱动外壳。

在一些实施方式中，所述流体排出口从所述转子延伸通过形成在所述泵外壳中的排出外壳。

在另外的实施方式中，离心泵还包括设置在所述旋转套筒和所述泵外壳的所述排出外壳之间的密封机构。

在另外的实施方式中，所述驱动机构是驱动齿轮装置。

在一些其它的实施方式中，所述离心泵还包括设置在所述流体入口处的导流器。

当参考作为本公开的一部分且以示例示出本公开的发明的原理的附图，根据以下具体说明，其他方面、特征和优点将是明显的。

附图说明

附图有助于理解多个实施方式。

图1是根据本公开的泵的第一实施方式的纵向剖视图；

图2是图1所示的泵的分解视图；

图3是根据本公开的泵的第二实施方式的纵向剖视图；

图4是示出了根据本公开的泵与常规皮托管泵相比的操作改进的图示。

具体实施方式

图1和2示出了根据本公开的皮托管组件和泵10的第一实施方式。该泵10包括泵壳体或泵外壳12，其具有第一端14和第二端16，该两端彼此轴向相反地定向。该泵外壳12可被配置有吸入密封外壳部分20，齿轮框架部分22，驱动外壳部分24，排出外壳部分26和转子外壳部分28。

泵10还包括转子30，其被设置在转子外壳部分28中。该转子外壳部分28可被结构设置有腔体29，其中设置有转子30。该转子30具有轴向相反侧，在一些实施方式中，该转子30可由包括一侧的转子底部32以及转子盖34限定，该转子盖34包括轴向间隔开或者相对于转子30的另一侧轴向地设置的相反侧。该转子底部32和转子盖34被固定在一起。

转子盖34具有中间开口，其限定转子入口40，流体经由该转子入口40进入转子30。在一些实施方式中，转子盖34可具有形成在转子盖34内部中的封闭的叶片42。该封闭叶片42可大体径向地定向且有助于将经由转子入口40进入转子30的流体引导或导向朝向转子30的周围内表面。在一些实施方式中，如图1中的虚线所示，将转子盖34配置有通风口43是有利的，以允许转子中拦获的任何气体排出。

泵10包括用于将流体引入转子30以进行泵送的流体入口装置44。该流体入口装置44包括吸入轴46，其从转子入口40延伸通过吸入密封外壳部分20至压盖端盖50，该压盖端盖50例如通过螺栓52被附接至泵外壳12的第一端部14。该吸入轴46对准(registeragainst)转子30的转子入口40，并且通过O形环56被密封在转子盖34上。吸入轴46延伸通过转子外壳部分28的轴向延伸部分60。轴套筒62围绕吸入轴46，从轴套筒46的向内延伸台肩64延伸至齿轮框架部分22的内壁66。迷宫式密封件68被设置在轴套筒62与轴向延伸的部分60之间，且油环70被设置靠在迷宫式密封件68上，从而将转子壳体部分28相对于齿轮框架部分22密封。

吸入轴46由吸入轴承74支撑，吸入轴承74支撑在吸入密封外壳部分20与齿轮框架外壳部分22之间的开口75中。轴承隔离板76被设置靠在吸入轴承74上，且通过紧固环78而被固定定位。

从轴承隔离板76间隔的是吸入密封装置80，其对准压盖端盖50，并且将泵外壳的吸入密封外壳部分20密封。此外，吸入密封外壳部分20在其中具有空间83的构造，以及设置在该空间83中的吸入密封装置90，提供了有利的空气气隙80，其保证在密封装置80的大的故障情况下，泵送流体不会渗透进入泵壳体12的齿轮框架部分22。在常规皮托管泵中的密封装置的设置方式通常在发生较大密封故障时导致泵壳体中的构件的损坏。

带法兰的入口端84被固定至或形成有压盖端盖50，且提供了进入吸入轴46的流体入口的点，其限定了具有中心轴线88的流体入口86。

固定皮托管90被设置在转子30的转子腔室92中。图1中所示的固定皮托管90具有双入口配置；然而，单入口皮托管也可用于泵中。该皮托管90被连接至或形成有排出管94，其限定具有中心轴线98的流体出口96。皮托管90和流体出口96包括皮托管组件。在一个具体的实施方式中，流体出口96的中心轴线98与流体入口86的中心轴线88轴向地对齐且共轴地布置。在其它实施方式中，流体出口96的中心轴线98可与流体入口86的中心轴线88轴向地对齐。

与皮托管90相距一距离的排出管94的端部100被接收在排出端压盖板104中的开口102中，该排出端压盖板104通过诸如螺栓108等而被固定在排出外壳部分26的端部106上。O形环110被设置在排出管94的端部100与排出端压盖板104之间，以在其之间提供密封。可提供额外的排出管道以将排出流体从排出管94引导至下游处理，例如该管道包括带法兰的端部元件112和带法兰的排出出口管116，其中该带法兰的端部元件112具有排出弯头114，而该带法兰的排出出口管116限定最终排出口118。通过将排出管94连接至排出端部压盖板104，该皮托管90是固定的。

驱动机构120被附接至转子30以提供转子30的旋转。图1中所示的驱动机构120包括旋转套筒130，其在一端132被固定至转子底部32，其限定转子30的一个轴向侧。该旋转套筒130的配置是管状的，且被尺寸设置成将排出管94以共轴的配置接收穿过其中，同时允许旋转套筒130围绕固定排出管94而自由旋转。

迷宫式密封件136被设置在旋转外壳部分28的开口与密封环138之间，旋转套筒130和排出管94延伸通过该开口，该密封环138围绕旋转套筒130以将转子外壳部分28相对于驱动外壳部分24密封。轴承140被设置在泵壳体12的驱动外壳部分24和排出外壳部分26之间形成的开口142中，且通过设置在排出外壳部分26中的轴承隔离板148而保持定位，并通过锁定螺母149而锁定。

转子30通过旋转套筒130支撑且位于在转子30一侧的旋转套筒130与转子30的轴向相反侧的流体入口86之间。因此，转子30由轴承68有效地支撑在转子外壳部分28中，且轴承140位于转子外壳部分28与排出外壳部分26之间。两个轴承68、140的位置有利地提供用于非常重的转子30的改进的轴向或推力平衡。通过本公开的配置实现的转子30的平衡提供了显著优于常规悬臂皮托管配置的更好的稳定性，改进的操作平滑性和改进的操作速度。

密封装置150围绕转子套筒130的另一端部152。该密封装置150被接收在排出端部压盖板104中，且将旋转套筒130相对于排出端盖板104居中地设置，以及在其之间提供密封。

驱动机构还包括第一齿轮盘160，其被设置成围绕并固定至旋转套筒130，且被设置在泵壳体12的驱动外壳部分24中。第一齿轮盘160的外表面被结构设置有齿或者已知的类似装置。驱动元件170被提供以引起第一齿轮盘160的旋转，且相继地通过旋转套筒130引起转子30的旋转。如所示，驱动元件170可包括第二齿轮盘172，其与第一齿轮盘160对齐，且被设置在泵壳体12的驱动外壳部分24中。第二齿轮盘172具有外表面174，其被配置有与第一齿轮盘170上的齿或类似装置相互作用的齿或者类似装置，从而将旋转提供至第一齿轮盘160。

第二齿轮盘172被附接至驱动轴176，该驱动轴176被连接至电机(未示出)，其以已知将旋转提供至驱动轴176。驱动轴176的第一端178被承载在泵壳体或外壳12中设置的空间180中，例如在转子外壳部分28中。轴承182环被设置成支撑驱动轴176的第一端178。驱动轴176还被设置成经由形成在驱动外壳部分24中的开口186而穿过泵壳体12定位。

驱动轴176通过第二轴承188被居中地设置且支撑在开口186中。该第二轴承188通过波形弹簧189和驱动端板190而被固定在开口186中。驱动轴密封件192被设置成抵靠驱动端板190，且通过垫片194和锁定螺母196而被保持定位。油盘198可被设置在驱动外壳部分24中，以润滑齿轮盘或者接收多余的润滑流体。尽管这里示出了驱动齿轮，然而还可使用其它类型的驱动件，如锥齿轮装置。

在操作中，流体经由带法兰的入口端84而进入吸入轴46，且被引导通过流体入口86进入转子30的入口60。进入转子盖34的流体碰到转子盖34的封闭叶片42，其加速流体并将流体引至转子30的内周壁，其中流体碰到固定皮托管90的入口200。流体进入皮托管90，且被引导进入流体排出口96用于输送至排出口118。因此，通过该配置，流体在转子30的一侧进入转子30，并且从转子30的与流体入口86轴向间隔开的相反侧流出或排出。

本公开的泵提供了流体入口86和流体出口96，该二者被轴向地设置在泵壳体12的相反端14、16处。在具体的配置中，流体入口86的中心轴线88与流体出口96的中心轴线98共轴。该配置提供了上述的几个优点。在本公开的另外的合适的配置中，驱动机构可与相对于流体入口86共轴地形成旋转套筒相关联，而不是如图1所示地布置驱动机构。其它合适的配置在本公开的范围内。

在图3中所示的本公开的另外的配置中，其基本上与图1中所示的实施方式相似，且因此具有相同的附图标记，本公开的泵可包括导流器220，其被设置在转子30的吸入入口60处。注意，转子盖34的部分被从图示中移除，以为了更加清楚地示出导流器220。该导流器220增加了在转子入口60处的压力，从而减少了在转子盖34的入口处的气穴。该导流器220可以是任何合适的配置，其有助于移动进入和通过吸入入口60的流体的流动方向。该导流器220有助于提高泵的NPSH性能，但是不是在所有的应用中都要求或需要的。

以这里所述所构造的离心泵提供了相对于多种常规的离心皮托管泵的显著优点，其中常规离心皮托管泵的吸入入口和流体排出口被设置在转子的相同侧。图4的图表示出了根据本公开构造的泵与一种离心皮托管泵之间的性能比较的测试结果，在这种离心皮托管泵(即，“现有技术的已知泵”)中，配置有进入转子一侧的流体入口，该流体入口同心地围绕以皮托管臂形式设置在转子相同侧的流体排出口。净正吸入水头(NPSH)是在泵入口处用于泵操作所要求的工作流体的蒸汽压力以上的净正压力。较低的NPSH允许泵在具有较低的水箱和/或水槽高度以及在较低压力下的系统上工作，减少流体系统工作的总成本。该测试结果显示现有技术的已知泵(在图中以较高的平滑线表示)与根据本公开构造的泵(在图中以较低的点线表示)相比具有较高的NPSH轮廓。随着以每分钟的加仑数(GPM)测量的流速增加，本公开的泵的改进的或者较低的NPSH轮廓与现有技术的已知泵相比始终更优。

在前述的一些实施方式的说明中，为了清楚的目的使用具体的术语。然而，本公开不旨在限制于所选择的具体术语，且应理解该具体的术语包括其它等同的技术，其以相似工作以实现相似的技术目的。诸如“左”和“右”，“前”和“后”，“上”和“下”以及类似术语用作方便的词语以提供参考位置，而不构成限制术语。

在本说明书中，词“包括”应理解为其“开放”意义，即“具有”的意思，因此不应被限制为“封闭”意义，即“仅包括”的意思。相应的意思也适用于相应的词“包括”，“包括有”，“含有”等。

此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。

另外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。

Claims (21)

1.一种泵组件，包括：

旋转组件，其具有转子和旋转套筒；

固定皮托管组件，其具有设置在所述转子内的至少一个皮托管；

流体入口，其被设置成沿着限定轴线将流体输送至所述转子；和

流体排出口，其以所述流体入口的所述限定轴线被轴向布置且与所述流体入口轴向间隔开；

其中所述转子被安装支撑在所述旋转套筒与轴向间隔开的所述流体入口之间。

2.如权利要求1所述的泵组件，其中所述旋转套筒关于所述流体排出口同心设置。

3.如权利要求1所述的泵组件，其中所述流体排出口包括所述固定皮托管组件的一部分。

4.如权利要求1所述的泵组件，其中所述流体入口还包括吸入轴，其作为部分所述旋转组件而旋转。

5.如权利要求1所述的泵组件，其中所述转子包括连接至转子盖在其间形成转子腔室的转子底部，所述至少一个皮托管被设置在所述转子腔室内。

6.如权利要求5所述的泵组件，其中所述转子盖配置有封闭叶片，其将流体引导进入所述转子腔室。

7.如权利要求1所述的泵组件，还包括连接至所述旋转套筒的驱动机构。

8.如权利要求7所述的泵组件，其中所述驱动机构至少部分地被设置成围绕所述排出出口。

9.如权利要求1所述的泵组件，还包括具有吸入密封外壳部分和转子外壳部分的泵外壳，并且还包括限定所述流体入口的吸入轴，其中所述吸入轴延伸通过所述泵外壳的所述吸入密封外壳部分，所述吸入密封外壳部分被布置成提供与设置在所述吸入密封外壳中的密封机构接触的气隙。

10.如权利要求9所述的泵组件，还包括驱动外壳部分，其被配置成接收与所述旋转套筒接触的驱动机构。

11.如权利要求10所述的泵组件，其中所述排出出口延伸通过所述驱动外壳部分并且还延伸通过所述泵外壳的排出外壳部分。

12.如权利要求1所述的泵组件，还包括设置在所述流体入口处的导流器。

13.一种离心泵，包括：

泵外壳，其具有转子外壳部分；

设置在所述转子外壳部分内的转子，所述转子具有由设置在一侧上的转子底部和设置在轴向相对侧上的转子盖所限定的轴向相反两侧，所述转子底部和转子盖被固定在一起以在所述转子内形成闭合腔室；

设置在所述闭合腔室中的至少一个皮托管；

旋转套筒，其连接至所述转子的一侧并从其延伸离开，所述旋转套筒被连接至驱动机构；

流体入口，其从所述转子的一侧延伸，所述流体入口被设置成将流体输送至所述转子盖，以将流体引导至所述闭合腔室；和

流体排出口，其从所述转子的所述轴向相对侧延伸，

其中所述流体入口和所述流体排出口分别具有中心轴线，且所述中心轴线被轴向地布置。

14.如权利要求13所述的离心泵，其中所述流体排出口是固定的且连接至所述至少一个皮托管。

15.如权利要求14所述的离心泵，其中所述流体入口还包括连接至所述转子盖的吸入轴。

16.如权利要求15所述的离心泵，其中所述吸入轴随着所述转子旋转。

17.如权利要求15所述的离心泵，其中所述泵外壳还包括吸入密封外壳，且其中所述吸入轴从所述转子的一侧延伸通过所述吸入密封外壳，所述吸入密封外壳提供围绕所述吸入轴的气隙，且该气隙与设置在所述吸入密封外壳中形成的空间中的密封机构接触。

18.如权利要求14所述的离心泵，其中所述流体排出口从所述转子延伸通过形成在所述泵外壳中的排出外壳。

19.如权利要求18所述的离心泵，还包括设置在所述旋转套筒和所述泵外壳的所述排出外壳之间的密封机构。

20.如权利要求13所述的离心泵，其中所述驱动机构是驱动齿轮装置。

21.如权利要求13所述的离心泵，还包括设置在所述流体入口处的导流器。