CN105518308B

CN105518308B - 用于离心式流体机械的转子和离心式流体机械

Info

Publication number: CN105518308B
Application number: CN201480034602.7A
Authority: CN
Inventors: H.曼宁恩
Original assignee: Sulzer Management AG
Current assignee: Sulzer Management AG
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: CN105518308A; RU2659843C2; WO2015000677A1; RU2016101061A3; BR112015032805B1; EP3017197A1; RU2016101061A; US20160138604A1; BR112015032805A2; US9631633B2; EP3017197B1

Abstract

本发明涉及用于离心式流体机械的新颖的转子结构。本发明的转子（10）具有新设计的工作叶片（14），其被附接到转子的轮毂（12），而不需要任何支撑盘或盖。此外，新颖的叶片（14）具有用于有效地冲刷转子（10）后面的密封腔的装置。

Description

用于离心式流体机械的转子和离心式流体机械

技术领域

本发明涉及用于离心式流体机械的转子和离心式流体机械。本发明尤其适用于设计用于离心泵和吹送机的叶轮。

背景技术

在现有技术和本发明的以下描述中，离心泵已被用作离心式流体机械的例子，并且叶轮被用作离心式流体机械的转子的例子。但是必须在思想中要明白的是，本发明可与任何离心式流体机械结合使用，即，具有耦接有转子的旋转轴的任何泵送或吹送设备。因此，除离心泵之外，离心式流体机械还包括离心式吹送机，当然，这仅仅是列举一些最优选的替代方案。

现今，离心泵或流体机械可按它们的转子类型被分类成具有闭式、半开式或全开式叶轮的离心式流体机械。用简要并稍微简化的方式来讲，闭式叶轮是其工作叶片在它们的径向或螺旋延伸侧或边缘处都被盖覆盖的叶轮，半开式叶轮是盖仅位于工作叶片的一个径向或螺旋延伸侧或边缘处的叶轮，而开式叶轮完全没有盖。

传统上，离心泵将填料函式密封件用作它们的轴密封件。但是，现今，各种滑环密封件已被设计成用于执行相同的任务并在叶轮的后侧处占据相同位置。此外，所谓的动态密封件也正在使用。在动态密封件中，当泵运转时利用排斥件（repeller）进行密封，并且当泵不运转时利用静止密封件进行密封。但是，滑环密封件的使用已经变得普及，并且当使用者转向具有变速驱动器的泵时，使其普及度在未来将增加。当前叶轮的构造不能确保安全使用滑环密封件，这是因为用于密封的腔或空间以及叶轮都未被设计成：使得在所有泵操作情况下，密封件都被待泵送液体完全包围。此外，必须根据待泵送的液体选择各种叶轮结构，因而使用者不能确信密封件在所有可能的操作情况下都以可靠方式工作。叶轮包括使得叶轮难以制造并降低叶轮的效率比的结构。此外，目前使用的用于平衡横跨叶轮的轴向力的平衡装置浪费了叶轮的很大一部分效率比。

下面将论述关于不同叶轮结构的各种问题。

EP-A2-2236836可作为论述离心泵的闭式叶轮的文件的例子来提及。作为闭式叶轮（尤其是对于小泵）的第一个问题，其中，叶轮的工作叶片位于两个盖之间，即后盖和前盖，盖占了（蜗壳的前壁和后壁之间的）流动通道的横截面流动面积的相当大的部分。

如果叶轮在后盖（远离泵入口的盖）的后侧处设置有密封环，则通常借助于贯穿后盖至后盖的前侧（即，至工作叶片区域）的平衡孔提供流动连接。在此构造中，待泵送液体从叶轮的压力侧（在工作叶片的尾缘处或附近的区域）流到密封腔，并从该处经由平衡孔流回叶轮的吸力侧（在工作叶片的导缘处或附近的区域）。密封空间形成腔，该腔不能保持清洁，而是悬浮在待泵送液体中的固体物质被接收和聚集在该腔中。通过平衡孔可相对有效地平衡作用于叶轮的轴向力。

如果叶轮在后盖的后表面（背离泵入口）上设置有后叶片，则叶轮可被设计成具有或不具有平衡孔。

如果具有后叶片的这种叶轮不具有贯穿后盖的平衡孔，则密封腔是闭端腔（dead-end chamber），在其中，液体不能改变并且液体中所含的气体通常聚集在密封腔中，导致密封件变干，并且由于后叶片的有效工作，压力降低至沸点以下。因此，当泵在其最有效点之外运转时，轴向力高。

如果具有后叶片的叶轮具有贯穿其后盖的平衡孔，则液体经由平衡孔流到后盖的后侧。此构造确保了更好的液体循环，并且在更宽的生产范围内更好地平衡轴向力。

在US-A-5385442中，作为例子论述了半开式叶轮，有时也被称作半打开式或半闭式叶轮。半开式叶轮具有在叶轮的后盖和分开的静止后壁之间的流动空间，后壁通常是离心式流体机械的壳罩的一部分。在此类离心式流体机械中，后盖也在流动通道的横截面流动面积中占据了相当大的一部分。

半开式叶轮可具有后叶片，从而使得作用于后壁的压力被平衡为接近盖的前侧上的压力。但是，应该理解，仅在泵的单个操作点处，完全平衡轴向力。如果半开式叶轮设置有平衡孔，则可能存在与闭式叶轮相同的问题。并且如果半开式叶轮未设置有平衡孔，则也可能存在与闭式叶轮相同的问题。

如果半开式叶轮未设置有后叶片，则不能平衡轴向力，而是必须使用若干轴承来吸收轴向力。如果此构造不具有穿过盖的平衡孔，则密封腔是闭端腔，在其中，液体不能改变并且液体中所含的气体通常聚集在密封腔中，导致密封件变干。轴向力很高。如果半开式叶轮的盖设置有平衡孔，则密封腔仍是闭端腔，在其中，液体不能改变并且液体中所含的气体通常聚集在密封腔中，导致密封件变干。轴向力高，但稍微低于没有平衡孔的构造中的轴向力。

如果半开式叶轮在其后侧处设置有密封环，则密封腔经由平衡孔与盖的前侧（即，叶轮的吸力侧）具有流体连接。在此类构造中，待泵送液体从叶轮的压力侧（在叶轮外周处）流到密封腔，并从该处经由平衡孔流到叶轮的吸力侧（在叶轮的工作叶片的内周处）。在此情形中，密封腔是不能够保持清洁的腔，而是待泵送液体中悬浮的固体被接收和聚集在腔中。上述结构相对好地平衡轴向力。

开式叶轮是用于液体的流动通道被设置在叶轮支撑盘、蜗壳的前壁及其静止的后壁之间的叶轮。US-3,964,840可作为论述开式叶轮的文件的一个例子被提及。实际上，叶轮支撑盘是具有减小的直径的叶轮的后盖，使得支撑盘向外延伸至距叶轮轮毂一定径向距离处，并支撑工作叶片。通常，由于支撑盘的存在，工作叶片在它们的根部区域，即，在它们的与轮毂连接的端部处，可被制成得相对薄。

开式叶轮的构造可包括不具有平衡孔的支撑盘。在这种构造中，密封腔是闭端腔，在其中，液体不能改变并且液体中所含的气体通常聚集在密封腔中，导致密封件变干。但是，轴向力被相当好地平衡。

作为变型，开式叶轮的构造可包括具有平衡孔的支撑盘。在此构造中，待泵送液体经由平衡孔流到支撑盘的后侧。所述构造确保了更好的液体循环，并且在相对宽的生产范围内相当好地平衡了轴向力。

US-A-3,481,273论述了另一种类型的开式叶轮，其中工作叶片通过根部部分被附接到轮毂，从而使得在这些工作叶片之间存在与轮毂表面具有相同直径的开放区域，即，不存在用于将工作叶片附接到轮毂的支撑盘。

简言之，离心式流体机械的各种传统转子或叶轮结构具有一些缺点，它们复杂化了流体机械的制造和使用，降低了它们的效率比，并且使轴密封件的可靠和无故障操作存在风险。

首先，闭式和半开式叶轮因至少一个盖的存在而具有相对高的摩擦损失和有限的横截面流动面积。此外，盖的存在对效率比有负面影响。

第二，叶轮或转子所受轴向力的存在需要使用较大或较坚固的轴承。

第三，现有技术的叶轮结构（即使是开式叶轮）不能确保有效和可靠地冲刷密封腔。

发明内容

因此，本发明的目的是利用离心式流体机械的新转子结构来消除上述缺点或问题中的至少一个。

本发明的另一个目的是研制一种提高离心式流体机械的效率比的新转子结构。

本发明的另一个目的是提出一种新转子结构，其最小化横跨转子的轴向力，并因此使得能够用小轴承来支撑离心式流体机械的轴。

本发明的另一个目的是提出一种新转子结构，其确保有效地冲刷密封腔，并因此确保轴密封件的长期无故障操作。

本发明的另一个目的是提出一种新转子结构，其引入用于工作叶片的新工作叶片几何形状或截面设计，从而使得工作叶片轻但坚固。

根据以下描述，根据本发明的离心式流体机械的转子的特点特征变得明显，借助于其，上述问题中的至少一个得到解决。

本发明带来许多优点，例如：

通过移除闭式或半开式转子的盖以及开式转子的支撑盘，形成了全开式转子。这种离心式流体机械的流动通道（从入口至出口）进行操作的效率远高于传统泵的效率，这是因为降低了摩擦损失，由此在尽管事实上工作叶片的侧缘周围的泄漏稍微增加的情况下也提高了效率比。

由于转子是全开式并且转子的两个轴向侧的压力相等，因此不需要任何用于平衡轴向力的装置（平衡孔、后叶片）。结果是更好的效率比，并且可使用更小的轴承。

通过移除通常用于传统开式转子中的被布置到工作叶片的后侧的支撑盘或支撑肋，打开了通向密封腔的自由通路。为了在离心式流体机械的所有操作情况下都保持密封腔与转子的主流处于流动连通，转子的轮毂的直径等于或小于旋转密封构件的直径。

通过设计工作叶片在叶片根部区域处的截面，使得叶片朝向密封腔泵送待泵送的新鲜流体，由此形成流体循环并且将密封腔中存在的流体推回转子的主流，从而可改进对密封腔的冲刷。

新的叶片型面，即，工作叶片的截面，不需要支撑盘，并且其制造的成本效益高，这是因为材料仅用在真正需要其的地方。由于结构是打开并且坚固的，因此可通过铸造或机加工来容易地制造转子。

对于上列优点，应该理解的是，本发明的每个实施例可能不会实现每个优点，而仅是其中的一些。

附图说明

下面，参照附图更详细地描述本发明的离心式流体机械的转子和离心式流体机械，在附图中：

图1示意性地图示了根据本发明的优选实施例的转子的前视图，

图2图示了包括图1的转子的离心式流体机械的部分轴向截面，

图3a图示了图1的转子的截面图A-A，其示出了工作叶片的根部部分的示例性形状，

图3b图示了图1的转子的截面图A-A，其示出了工作叶片的根部部分的另一示例性形状，

图3c图示了图1的转子的截面图A-A，其示出了工作叶片的根部部分的另一示例性形状，

图4图示了图2的工作叶片在其尾缘区域处的前视图B-B，

图5图示了图2的工作叶片在其导缘区域处的前视图C-C，

图6a图示了图3a的工作叶片的截面D-D，即，在垂直于工作叶片的导表面并平行于转子轴线的平面中的工作叶片的截面，

图6b图示了图3c的工作叶片的截面E-E，即，在垂直于工作叶片的导表面并平行于转子轴线的平面中的工作叶片的截面，以及

图7图示了图1的转子的另一剖截面视图A-A，其示出工作叶片的后面的优选定向。

具体实施方式

图1图示了根据本发明的优选实施例的转子的前视图。图1的转子特别适合用作离心泵的叶轮。转子10包括轮毂12和从其向外延伸的四个工作叶片14。工作叶片14在其间留下流动腔16，经由流动腔16，流体从流体机械的入口开口前进到其出口开口。本发明的根本特征是流动腔16从转子10的外周或圆周（虚线圆20）至轮毂12的外表面60都是开放的。优选但非必须地，轮毂的外表面是旋转对称（例如，圆锥形或抛物面形）表面。换言之，本发明的开式叶轮不具有从轮毂延伸出的用于支撑工作叶片的任何支撑盘。因此，流体具有沿轮毂12的表面从流体机械的入口（即，转子的前侧）至密封腔（即，转子的后侧）的自由、开放的通道。当然，清楚的是，工作叶片14的数量决不限于四个，而是事实上可以为一个或更多个。此外，清楚的是，工作叶片14可以不仅是弯曲并从轮毂12向外螺旋延伸的，如图1所示，而且，它/它们可以是直的并且从轮毂12径向地或沿倾斜于径向方向的方向延伸。图1还示出了厚度为S的工作叶片14的前缘18。工作叶片14具有导缘22、尾缘24和后缘或后表面（背离流体机械的入口）。虚线圆26图示了离心式流体机械30的密封外壳（图2更好地示出）中关于轮毂12的密封腔的外周，以清楚示出从离心式流体机械30的入口到转子后侧处的密封腔的开放流动区域。

图2图示了包括图1的转子10的离心式流体机械30的局部轴向截面。离心式流体机械30包括蜗壳壳体32，其包括具有在图2的右手侧的入口开口（未示出）的入口导管和具有出口开口（未示出）的出口导管。蜗壳壳体32被附接到壳罩34。蜗壳壳体32和壳罩34在其间留下被称作用于容纳转子10或叶轮的蜗壳的腔。图2还示出了转子10的工作叶片14以及工作叶片14的前缘18、后缘或后面28、导缘22和尾缘24。壳罩34不仅容纳支撑离心式流体机械30的轴36的轴承（未示出），还容纳离心式流体机械30的轴密封件38。

在离心式流体机械30的本实施例中，仅作为例子，轴密封件38由滑环密封件形成。滑环密封件具有静止密封构件和旋转密封构件，两者都具有互相持续接触的专用滑环。左手侧的密封构件，即静止的构件，被不可旋转地固定到壳罩34并且经由O形环密封到壳罩。右手侧的密封构件被固定或耦接到转子10的轮毂12的后端（背离离心式流体机械30的入口开口），使得它与转子10一起旋转。轴密封件38（其实际上可以是用于密封离心式流体机械30的轴36的任何类型的密封件）被所谓的密封腔40包围，密封腔40具有外周26并且被布置在壳罩34中。由于待泵送的流体常常含有固体杂质，因此杂质不可避免地也进入密封腔。根据所使用的密封件38的类型，聚集在密封腔40中和轴密封件38上的固体或多或少地影响轴密封件38的性能和/或磨损。因此，密封腔40必须被箭头F所示的待泵送流体冲刷。

图2还示出了轮毂12，其具有用于将转子10耦接在轴36上的装置。如图所示，所述装置可以是轮毂12中的螺纹孔42。所述装置还可以是贯穿轮毂的中心孔，从而使得轴可被推入到孔中并且利用螺母将转子固定到该轴的端部。后一选择也可使用键或者轴和孔的非圆形截面来防止转子在轴上旋转。

如本说明书之前论述的，当平衡横跨叶轮的轴向力且冲刷密封腔时，大多数或实际上全部已知叶轮或转子结构都存在问题。

通过移除传统开式叶轮的支撑盘并且通过以新颖且创造性的方式设计转子10的轮毂区域，解决了一部分问题并消除了一部分缺点。清楚的是，当移除了支撑盘时，必须修改工作工作叶片14自身的构造，使得工作叶片14能够承载施加于其上的全部负荷，而不存在任何断裂的风险。因此，至少工作叶片14的根部区域（在图3a-3c中被示出为大体梯形或三角形的区域）已经被重新设计，以便比之前更坚固。通过设计转子10的工作叶片14和轮毂12，使得在离心式流体机械30的全部操作情况下都确保了有效地冲刷密封腔40（也在图1中示出，利用虚线圆26），从而解决了另一部分问题。

图1和图2的实施例中所示的转子10的工作叶片14由根部部分44和叶片部分形成。叶片部分的主要任务（实际上是唯一任务）是将流体从离心式流体机械30的入口泵送到出口。工作叶片14的根部部分44用于将工作叶片14的叶片部分紧固到轮毂12，并且辅助泵送流体。换言之，根部部分44接管了现有技术的开式叶轮的支撑盘的任务，即，它关于叶片部分的延伸结构的很大一部分对叶片部分进行支撑。但是，工作叶片14的根部部分44不形成盘式支撑件，而是单独从转子10的轮毂12的表面60延伸的分开的工作叶片专用构件，从而使得在工作叶片14和轮毂12的表面60之间的流动腔16中保持自由和开放。

工作叶片14具有从离心式流体机械30的入口开口接收流体的导缘22和将流体排放到离心式流体机械30的出口开口的尾缘24。工作叶片14还具有朝向出口开口向前推动流体的导表面46和在工作叶片14的相反侧上的尾表面。此外，工作叶片具有面向蜗壳壳体32的前缘18和面向壳罩34的后缘或后面28。根据应用，所述边缘，即，工作叶片的导缘、尾缘、前缘和后缘，可以是矩形或圆形的。例如，当泵送纤维浆时，导缘22以及前缘18和后缘28必须是圆整形状的，以便防止纤维粘附到边缘上。此外，导缘22可以也是被削尖的，即，或多或少楔形的（但仍是圆整形状的），以便提高将流体从离心式流体机械30的入口开口抽吸到工作叶片14的有效区域的抽吸作用。

图3a-3c图示了图1的转子的部分截面A-A，使得工作叶片已被切除。箭头R示出了转子10的旋转方向，更确切地说，已被切除的工作叶片的移动方向。图3a-3c示出了工作叶片14的根部部分44具有大体上梯形或三角形的截面。根部部分44具有被圆整的前缘50，两个侧面；导面52和尾面54，以及后面56。被圆整的前缘50可被看做三角形尖端或梯形的最短边，其在被圆整之后具有厚度，厚度根据本发明的实施例对应于工作叶片14的叶片部分的厚度。更一般地说，在被圆整的前缘50的厚度对应于叶片部分与根部部分44的联接位置处叶片部分14’的厚度。在本说明书中，通过工作叶片的厚度S一般理解为在其叶片部分14’处沿垂直于工作叶片的中心线C_L的方向测量的平均的Z方向尺寸。通过将平均尺寸用作厚度S，从而考虑到了叶片厚度的局部变化，如叶片边缘处的各种圆整形状、球状或锥形区域等。当将截面与右侧的工作叶片14相对比时，可以理解的是，根部部分44的前缘50实际上仅是轮毂12的前表面58和工作叶片14的叶片部分14’的导缘22之间的角部。优选但非必须地，这是根部部分44自身可以被考虑接受流体，从而使得流体之前未接触工作叶片14的叶片部分14’的唯一位置。根部部分44的被圆整的前缘50处以及工作叶片14的导缘处的圆整部分的半径优选但非必须地在(1/4)*S至(1/2)*S之间。工作叶片的根部部分44的截面具有中心线C_L，在本示例性情形中，该中心线大体平行于转子10的轴线并且延伸经过根部部分44的被圆整的前缘50。在后面56处根部部分的宽度或厚度S1（靠近轮毂12，并且沿垂直于图3a示例性地示出的工作叶片的中心线C_L的方向测量）约为2*S…5*S，这取决于转子的大小，即，对于小转子，宽度可更接近2*S，对于大转子，更接近5*S。

当从被圆整的前缘50朝向工作叶片的后面56移动时，根部部分44的导面52和尾面54以角度α（在图3b中示出，角α优选在5和45度之间）彼此分开，由此厚度S1表示工作叶片的根部部分的最大厚度尺寸。如果一个或两个侧面52和54是弯曲的（在图3a、图3b、图3c和图7所示的截面中），则通过利用弯曲侧面的切线表示弯曲侧面的倾斜度，从而来确定倾角α。工作叶片14的根部部分44的后面56已被示出为与转子10的轴线成直角的平面。当然，后面可以是弯曲的，并且也是倾斜的，如果工作叶片向后或向前倾斜的话。但在所有这些情形中，后表面沿大体周向方向延伸。此构造确保了工作叶片的最大强度。如果根部部分的后面相对于其周向方向显著倾斜，则这将意味着从根部部分移除材料和较弱的根部部分，除非叶片宽度增加。但是，这种构造具有其自身的优点，如稍后将解释的。对于工作叶片14的后面56，必须理解的是，根据本发明的优选的额外实施例，当朝向转子10的外周移动时，即，至少在外周处，它逐渐地转变为工作叶片14的后缘28。优选但非必须地，叶片部分14’在其尾缘处具有厚度S。例如，工作叶片14的后缘28可以以导缘22的方式被圆整，或者它可以是矩形的。

图3c更详细地论述了根部部分44的中心线C_L的倾斜度以及在图3a-3c所示的根部部分截面和工作叶片14的尾缘24之间的工作叶片14的实际形状。根部部分44的中心线C_L与转子的轴线A的方向的倾角由角β示出。根据进行的试验，角β可至少在-45度到+45度之间变化。

图3c还论述了图3a-3c所示的根部部分截面和工作叶片14的尾缘24之间的工作叶片14的实际形状。图3c利用工作叶片14的尾表面上的六个虚线过渡曲线T1、T2…T6图示了本发明的各种优选的额外实施例，其中，工作叶片14的厚度从叶片部分14’的厚度开始增加至其后面56处的根部部分44的厚度。换言之，在图3c中，位于曲线T1、T2…T6下方，即，曲线T1、T2…T6和工作叶片14的前缘18之间，的工作叶片14部分优选但非必须地具有基本恒定的厚度S，并且位于曲线T1、T2…T6上方，即，曲线和工作叶片14的后缘或后面56之间，的部分具有增大的厚度S。如图3c所示，根部部分44，即，在工作叶片14的后缘28或后面56处的工作叶片14的增厚部分，可终止于工作叶片14的尾缘24处（曲线T4-T6）或距转子10的轴线A一定距离处（曲线T1-T3）。进行的试验已示出，根部部分44，即，工作叶片的增厚部分，在其后缘28或后面56处应该延伸至与转子10的轴线A相距0.5*r至1.0*r之间的距离，其中r是转子10的半径。根据本发明的可选实施例，根部部分44在其后面56处的厚度从轮毂12至根部部分44的外端逐渐减小，从而使得根部部分在其外端处的厚度等于叶片部分的厚度。

图4图示了图1和图2的工作叶片的尾缘区域处的端视图B-B。换言之，在工作叶片14的尾缘区域处，叶片具有厚度S，并且根据本发明的一个变型，工作叶片的截面是矩形的。根据本发明的另一变型，尾缘区域处的工作叶片14的截面基本上是矩形的，但设置有至少一个圆整的侧缘。根据本发明的另一变型，尾缘区域处的工作叶片的截面是弯曲的，并且具有矩形侧缘。并且根据本发明的另一变型，尾缘区域处的工作叶片的截面是弯曲的，并且具有至少一个圆整的侧缘。

图5图示了图2的工作叶片在其导缘区域处的端视图C-C。换言之，在工作叶片14的导缘区域处，叶片具有厚度S，并且根据本发明的一个变型，工作叶片的截面是矩形的。根据本发明的另一变型，导缘区域处的工作叶片的截面基本上是矩形的，但设置有圆整的前缘。圆整部分的半径优选在(1/4)*S至(1/2)*S之间。根据本发明的另一变型，导缘区域处的工作叶片的截面是弯曲的，并且具有矩形侧缘。并且根据本发明的另一变型，导缘区域处的工作叶片的截面是弯曲的，并且具有圆整的侧缘。如图5所示，工作叶片优选从轮毂大体径向地延伸。但是，叶片也可以沿任一方向稍微倾斜。

图6a在垂直于工作叶片的导表面并平行于转子轴线的平面中图示了图3a的工作叶片的截面D-D。这里，工作叶片14的截面在一定程度上由两部分形成，根部部分44和实际叶片部分14’（具有例如大体恒定的厚度S的部分）。根部部分44具有前部44’、导面52、尾面54和后面56。工作叶片14的叶片部分44’具有导表面46，其优选但非必须地一体结合到根部部分44的导面52中，即，它们一起形成工作叶片14的泵送表面或导表面46（图1）。叶片部分14’还具有尾表面48，在本实施例中，其与根部部分44的尾面54形成135-180度的钝角γ。实际上，在垂直于工作叶片14的导表面46并平行于转子轴线延伸的平面中观看到用于确定所述钝角的尾表面48和尾面54的主要方向。转子部分44在其前部44’处具有厚度S，即，等于叶片部分14’的厚度，并且在其后面56处具有厚度或宽度S1。厚度S1大于S，在靠近轮毂的区域处约为2*S至5*S，从这里，当朝向叶片的尾缘移动时，厚度S1减小至S。

图6b在垂直于工作叶片的导表面46并平行于转子轴线的平面中图示了图3c的工作叶片14的截面E-E，并且示出了采用过渡曲线T6的工作叶片。因此，图6b示出了更远离轮毂的工作叶片14的截面，如朝向轮毂所见的，并且工作叶片14弯成平直的。可见，当形成工作叶片14的增厚部分时，采用曲线T6会致使叶片（对于叶片长度的大部分）从前缘18朝向其后面56具有增加的厚度。图6b示出了工作叶片的泵送表面或导表面46如何具有一定的倾斜度，而尾表面48处的增厚改变了尾表面的倾斜度。这还意味着，当朝向轮毂移动时，叶片在其后面56处的厚度增加。图6b还示出了如何可使工作叶片的前缘18被圆整，如果这被认为是必须的话，例如，当利用离心式流体机械30泵送纤维浆料时。

换言之，工作叶片（对于其大部分长度）可具有大体梯形、三角形或四边形的截面基本形状。代表工作叶片14的前表面和后表面18、28、56或面或边缘（上文使用的所有措辞）的梯形、三角形或四边形的边可或多或少是被圆整的，并且代表工作叶片的导表面和尾表面的另两个边可以不仅是直线的，也可以是曲线的。叶片截面的以上配置既应用于图3a-3c所示的叶片的根部部分，也应用于图6b所示的在其全宽处的叶片。

本发明的工作叶片的全部截面的共同特征是，对于叶片的大部分长度，工作叶片14的前缘18的厚度小于工作叶片14的后缘或后面56的厚度。如之前论述的，工作叶片的后面的增加的厚度从轮毂延伸至距转子轴线0.5r至1r的距离处。

根据以上描述，工作叶片的根部部分的支撑特征已经变得明显。但是根部部分的其他特征，即，其有效地帮助冲刷密封腔的能力尚未详细论述。通过利用专门单独用于每个工作叶片的根部部分替代现有技术的连续支撑盘来布置工作叶片的支撑结构，确保了待泵送的流体进入密封腔。换言之，通过将相邻工作叶片的根部部分布置为彼此相距一定周向距离（可以较小，但仍存在），冲刷流体可容易地沿轮毂表面流到密封腔。

如果需要的话，工作叶片的根部部分的后面可（替代沿周向方向或在径向平面中延伸）被设计为相对于周向方向具有倾角，见图7。因此，后面56与周向方向形成锐角δ，角δ沿转子的旋转方向R开口。因此，后面56相对于径向平面成角度δ地布置。这种倾斜的后面56起作用，从而使得在转子从离心式流体机械的入口接收流体并且流体进入工作叶片区域（即，工作叶片14的两侧上）时，根部部分44的后面56将流体有效地泵送到转子的后侧，即，密封腔中。这也可被表述为，根部部分的后面56升高密封腔中的压力，由此已经存在于密封腔中的流体被迫返回工作叶片区域。通过确保密封腔中的这种连续循环，流体中存在的任何固体都不能聚集在密封腔中，而是容易被冲走。

通过设定轮毂和密封件的尺寸，使得轮毂的直径等于或小于密封件的直径，由此从较小半径朝向较大半径连续地进行流体循环，可进一步改进上述冲刷特征。这在所使用的密封件是必须保持清洁的滑环密封件时尤其重要。在这种情形中，耦接到转子的旋转轮毂的旋转密封构件的直径应该等于或大于轮毂的直径。这确保了沿轮毂表面并在相邻工作叶片的根部部分之间流动的流体也沿旋转密封构件的外周流动，而不会留下流体中的固体可停留的任何盲点。

如从以上描述可见的，已经可能研制出一种用于离心式流体机械的转子装置，该转子的结构非常简单，并且仍然能够与任何其他更复杂的转子一样好地或更好地执行其任务。本发明的转子的制造成本低于现有技术的转子。

虽然已经通过举例方式联系目前被认为最优选的实施例在此描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例，而是意图涵盖在所附权利要求中限定的本发明范围内的其特征和其他应用的各种结合和/或修改。

Claims

1.一种用于离心式流体机械的转子，所述转子（10）具有轮毂（12），所述轮毂具有轴线A和在使用时用于将所述转子（10）耦接在设置有密封腔（40）的所述离心式流体机械（30）的轴（36）上的装置，所述转子（10）还包括从所述轮毂（12）向外延伸的至少一个工作叶片（14），所述工作叶片（14）具有前缘（18）、导缘（22）、尾缘（24）、后面（56）、导表面（46）和尾表面（48），所述后面（56）在使用时面向所述密封腔（40），所述工作叶片（14）由一体地互相结合的根部部分（44）和叶片部分（14’）形成，所述工作叶片（14）仅通过所述根部部分（44）紧固到所述轮毂（12），其特征在于，所述根部部分（44）当联接到所述轮毂（12）时具有大致梯形或三角形的截面，所述截面具有代表了导面（52）、尾面（54）、所述导面（52）和所述尾面（54）之间的被圆整的前缘（50）以及与所述根部部分（44）被圆整的前缘（50）相反的所述后面（56）的边，所述至少一个工作叶片（14）的所述后面（56）与周向方向形成锐角δ，锐角δ沿所述转子（10）的旋转方向R开口，用于朝向所述密封腔（40）泵送用于冲刷所述密封腔（40）的流体。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述根部部分（44）具有延伸经过所述被圆整的前缘（50）的中心线C_L，并且在所述后面（56）处具有沿垂直于所述根部部分（44）的中心线C_L的方向测量的厚度S1，所述厚度S1代表所述工作叶片（14）的所述根部部分（44）的最大厚度尺寸。

3.如权利要求1所述的转子，其特征在于，经圆整的所述前缘（50）具有厚度，其厚度等于在所述叶片部分（14’）与所述根部部分（44）联接的位置处所述叶片部分（14’）的厚度。

4.如权利要求3所述的转子，其特征在于，所述根部部分（44）的厚度S1在靠近所述轮毂（12）的所述后面（56）处等于2*S至5*S，其中，S是所述叶片部分（14’）处所述工作叶片（14）的平均厚度。

5.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述导面（52）和所述尾面（54）在靠近所述轮毂（12）处以5度和45度之间的角α布置。

6.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述中心线C_L相对于轴向方向A以角度β布置，所述角度β的范围是从-45度到+45度。

7.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述工作叶片的所述尾表面（48）处的过渡曲线（T1、T2…T6），所述工作叶片（14）的厚度从过渡曲线（T1、T2…T6）处的厚度增加至所述工作叶片（14）的所述后面（56）处的厚度。

8.如权利要求7所述的转子，其特征在于，在垂直于所述工作叶片（14）的所述导表面（46）并平行于所述转子（10）的轴线A的平面中，在所述工作叶片的所述尾表面（48）和所述尾面（54）的主要方向之间在所述过渡曲线（T1、T2…T6）处具有在135度-180度之间的钝角γ。

9.如权利要求1所述的转子，其特征在于，在垂直于所述工作叶片（14）的所述导表面（46）并平行于所述转子（10）的轴线A的平面中，所述工作叶片（14）具有梯形或三角形截面，所述截面具有代表所述工作叶片（14）的所述前缘（18）或所述导缘（22）、导表面（46）、尾表面（48）和后面（56）的边。

10.如权利要求9所述的转子，其特征在于，代表所述后面（56）和所述工作叶片（14）的所述前缘（18）、所述导缘（22）的所述梯形或三角形截面的边中的至少一个是被圆整的。

11.如权利要求9所述的转子，其特征在于，所述梯形或三角形截面的代表所述导表面（46）和所述尾表面（48）的边中的至少一个是弯曲的。

12.如权利要求3或10所述的转子，其特征在于，被圆整的边缘具有(1/4)*S至(1/2)*S的半径，其中，S是所述叶片部分（14’）处所述工作叶片（14）的平均厚度。

13.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述工作叶片（14）的所述根部部分（44）在其后面（56）处至少延伸至与所述转子（10）的轴线A相距所述转子（10）的半径乘以0.5的距离。

14.一种离心式流体机械，其包括前述权利要求中任一项所述的转子。

15.如权利要求14所述的离心式流体机械，其特征在于，所述离心式流体机械（30）具有轴密封件（38），所述轴密封件具有耦接到所述转子（10）的所述轮毂（12）的旋转密封构件，所述旋转密封构件具有直径，并且所述轮毂（12）具有直径，并且所述轮毂（12）的直径等于或小于所述旋转密封构件的直径。

16.如权利要求14或15所述的离心式流体机械，其特征在于，所述离心式流体机械（30）是离心泵或吹送机。