CN107448413A - 叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流经叶片间流路的流体的能量损失减少，且具有高的泵效率的叶轮。所述叶轮是离心泵所具备的叶轮(10)，具备叶片(11)、轮毂(13)及护罩(15)，在叶片(11)的前缘部(20)，叶片(11)的轮毂(13)侧的半径(ri)是护罩(15)侧的半径(ro)的0.30～0.55倍。

Description

叶轮

技术领域

本发明涉及一种离心泵或者斜流泵所具备的叶轮。

背景技术

离心泵和斜流泵通过驱动机使叶轮旋转，向吸入的流体供给动能，通过泵壳将该动能转换为压力能且排出。例如，在专利文献1公开了一种对叶片的入口角度及叶片的角度进行了研究的叶轮(impeller)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2014－511973号公报

发明所要解决的课题

在这样的离心泵和斜流泵中，要求开发能量损失少且泵效率良好的叶轮的形状。

发明内容

本发明是鉴于上述的情况而提出的，其目的在于提供一种流经叶片间流路的流体的能量损失减少且具有高的泵效率的叶轮。

用于解决课题的手段

为了达成上述的目的，本发明的叶轮的特征在于，是离心泵或者斜流泵所具备的叶轮，所述叶轮具有叶片、轮毂及护罩，在所述叶片的前缘部，所述叶片的所述轮毂侧的半径是所述护罩侧的半径的0.30～0.55倍。

根据上述的结构，在叶片的前缘部，使叶片的轮毂侧相比于叶片的护罩侧相对地位于径向内侧，从而在作为靠近旋转轴心的径向位置的叶片的轮毂侧，能够将流入至叶轮的流体更早地引导至由叶片、轮毂及护罩包围而构成的叶片间流路，因此，与在作为离旋转轴心远的径向位置的叶片的护罩侧将流入至叶轮的流体引导至叶片间流路的情况相比，能够以相同流量、全扬程使轴动力降低，从而使泵效率提高，并能够提高抑制振动的效果。因为在叶片的前缘部流入至叶轮的流体被顺畅地引导至叶片间流路所以在相接于护罩的流体的流动中难以产生紊乱，因为摩擦损失减少所以能够有助于轴动力的降低。

为了达成上述的目的，本发明的叶轮的特征在于，是离心泵或者斜流泵所具备的叶轮，具有叶片和轮毂，在所述叶片的前缘部，所述叶片的所述轮毂侧的半径是吸入套筒侧的半径的0.30～0.55倍，该吸入套筒设为隔着所述叶片而与所述轮毂相对。

根据上述的结构，在叶片的前缘部，使叶片的轮毂侧相比于叶片的设为隔着叶片而与轮毂相对的吸入套筒侧相对地位于径向内侧，从而在作为靠近旋转轴心的径向位置的叶片的轮毂侧，能够将流入至叶轮的流体更早地引导至由叶片、轮毂及吸入套筒包围而构成的叶片间流路，因此，与在作为离旋转轴心远的径向位置的叶片的吸入套筒侧将流入至叶轮的流体引导至叶片间流路的情况相比，能够以相同流量、全扬程使轴动力降低，从而使泵效率提高，并能够提高抑制振动的效果。因为开式叶轮在叶片与吸入套筒之间存在间隙，所以从该间隙产生泄漏。在该泄漏增大时摩擦损失增大轴动力上升。但是，如上所述，构成为在叶片的轮毂侧将流入至叶轮的流体更早地引导至叶片间流路，从而吸入套筒侧的功相对地降低，因此在流体的流动中紊乱减少，泄漏减少。由于泄漏减少，从而能够以相同全扬程、轴动力输送更多的流量，因此能够使泵效率提高。

在本发明中，优选的是，在所述前缘部，所述叶片的所述轮毂侧与所述护罩侧或者所述吸入套筒侧的中间部的半径是所述护罩侧或者所述吸入套筒侧的半径的0.50～0.65倍。

在叶片的前缘部轮毂侧的半径是护罩侧或者吸入套筒侧的半径的0.30～0.55倍时，在前缘部轮毂侧与护罩侧或者吸入套筒侧的中间部的半径是护罩侧或者吸入套筒侧的半径的0.50～0.65倍，关于这样的叶片，至少在前缘部从轮毂侧向护罩侧或者吸入套筒侧的叶片的弯曲在负压面侧设成凸形状，在压力面侧设成凹形状。即，在压力面侧能够确保叶片间流路宽。

在本发明中，优选的是，在所述前缘部，所述叶片的半径从所述轮毂侧向所述护罩侧或者所述吸入套筒侧逐渐地增大。

叶片至少在前缘部将从轮毂侧向护罩侧或者吸入套筒侧的叶片的弯曲在负压面侧设成平滑的凸形状，从而能够一边抑制使吸入至叶轮的流体的流动紊乱一边将流体引导至叶片间流路。

在本发明中，优选的是，在所述前缘部，所述叶片的所述护罩侧或者所述吸入套筒侧的半径与该叶轮的吸入口的半径相等。

使吸入口和叶片的前缘部的护罩侧或者吸入套筒侧接近，从而能够将从吸入口吸入的流体顺畅地引导至叶片间流路。此外，前缘部的护罩侧或者吸入套筒侧的半径若是叶轮的吸入口的半径的0.9～1.2倍左右的范围，则视为两者的半径相等。

在本发明中，优选的是，在所述前缘部，所述叶片的所述护罩侧或者所述吸入套筒侧相对于所述轮毂侧位于旋转方向前方。

在离心泵和斜流泵那样的涡轮泵所具备的叶轮的叶片间流路内，在大致沿着流路流动的主流的基础上，产生起因于叶片间流路内的压力梯度等的二元流、涡流、及流动的剥离等，这成为效率降低的原因之一。叶片构成为在前缘部护罩侧或者吸入套筒侧相对于轮毂侧位于旋转方向前方，从而能够减少成为降低效率的原因的现象的产生，因此能够提高效率。

在本发明中，优选的是，在所述叶片的后缘部，所述叶片的所述护罩侧或者所述吸入套筒侧相对于所述轮毂侧位于旋转方向前方。

在叶片的后缘部，在轮毂侧和护罩侧或者吸入套筒侧在旋转方向上位于相同位置时，在泵壳的舌部通过叶轮产生的流体力在叶片的后缘部从轮毂侧向护罩侧或者吸入套筒侧一次性作用，因此在叶片产生挠曲，通过叶片的挠曲产生的旋转方向的平衡的紊乱，从而不均匀的径向负荷作用于轴承，成为缩短轴承的寿命的原因。

叶片构成为在叶片的后缘部护罩侧或者吸入套筒侧相对于轮毂侧位于旋转方向前方，从而在泵壳的舌部通过叶轮产生的流体力在叶片的后缘部从轮毂侧向护罩侧或者吸入套筒侧依次作用，因此能够使流体顺畅地流出，因此能够抑制上述那样的问题的产生。

在本发明中，优选的是，在隔着该叶轮的旋转轴心而相对的位置具备两片所述叶片。

在叶片的片数多时，泵效率提高，但是，因为叶片间流路变窄，所以异物容易堵塞。另一方面，在叶片是一片时，能够确保叶片间流路宽，但是在绕旋转轴心的平衡产生不均衡，起因于此在排出时产生脉动，泵效率降低。将叶片的片数设成两片，从而叶片间流路与叶片是一片的情况相比变窄，但是一边充分地确保异物的通过性一边使绕旋转轴心的平衡不产生不均衡，因此泵效率提高。

在本发明中，优选的是，异物通过径在76mm以上。

将离心泵和斜流泵使用于污水污物的输送，常常伴随着异物的闭塞的问题。为了输送包含异物的流体，从设备侧的要求来看希望是76mm(约3英寸)以上的异物通过径。因此，将叶轮的异物通过径设成76mm以上，从而能够使在叶片间流路夹着异物的可能性降低。

此外，异物通过径是能够通过叶片间流路的异物的最大直径。异物通过率是从具备叶轮的泵的排出口径和异物通过径推导出的。

附图说明

图1是第一实施方式的叶轮的说明图。

图2是叶片的形状模型的说明图。

图3是泵效率的比较图。

图4是第二实施方式的叶轮的说明图。

符号说明

1：离心泵

10：叶轮

11：叶片

13：轮毂

15：护罩

19：吸入口

20：前缘部

21：后缘部

30：叶轮

31：叶片

33：轮毂

35：吸入套筒

39：吸入口

40：前缘部

C：旋转轴心

r：半径

ri：半径

rm：半径

ro：半径

rs：半径

具体实施方式

一边参照附图一边对本发明的叶轮的实施方式进行说明。

此外，在以下的说明中，将本发明的叶轮是离心泵所具备的离心叶轮的情况作为例子而进行说明。

图1表示离心泵1具备的叶轮10和覆盖叶轮10的泵壳2。叶轮10安装于未图示的电动机的输出轴且绕旋转轴心C旋转。

泵壳2在内部收容叶轮10的状态下连接固定于所述电动机的电动机壳体(未图示)的端部。在泵壳2中，在所述电动机的所述输出轴的旋转轴心C上设有使流体从外部流入的流入口3，在叶轮10的径向外侧设有将吸入的流体向外部排出的流出口4。

在本实施方式中，叶轮10是具有叶片11、轮毂13及护罩15的所谓的闭式叶轮。

轮毂13具备用于将所述电动机的所述输出轴嵌合于该轮毂13的中央的嵌合部16，轮毂面17从稍微从嵌合部16向径向外侧离开的位置向径向外侧弯曲形成。轮毂面17形成为，径向内侧的部分沿着旋转轴心C位于叶轮10的吸入口19侧，随着从径向内侧朝向径向外侧而沿着旋转轴心C远离叶轮10的吸入口19。

护罩15形成为与轮毂13相同直径，在护罩15的中央具备吸入口19，护罩面18从吸入口19向径向外侧弯曲形成。护罩面18形成为，吸入口19侧以沿着旋转轴心C远离轮毂13的方式延伸，随着从径向内侧朝向径向外侧，沿着旋转轴心C靠近轮毂13。

在子午面，叶片11的从作为叶片11与轮毂面17的交线的轮毂13侧至作为叶片11与护罩面18的交线的护罩15侧之间的宽度W，从径向内侧向径向外侧逐渐地变窄。即，从入口宽度W₀向出口宽度W₁逐渐地变窄。此外，用Wm表示叶片11的轮毂13侧与护罩15侧的中间部的宽度。

在本实施方式中，在轮毂面17与护罩面18之间，在隔着旋转轴心C相对的位置配设有两片叶片11。

在前缘部20，叶片11的轮毂13侧的半径ri是护罩15侧的半径ro的大约0.45倍，轮毂13侧与护罩15侧的中间部的半径rm是护罩15侧的半径ro的大约0.58倍，护罩15侧的半径ro与叶轮10的吸入口19的半径rs相等。在前缘部20，叶片11的半径r从轮毂13侧向护罩15侧逐渐地增大。此外，若前缘部20的护罩15侧的半径ro处于叶轮10的吸入口的半径rs的0.9～1.2倍的范围内则视为两者相等。

此外，在前缘部20，叶片11的护罩15侧相对于轮毂13侧位于旋转方向前方，至少在前缘部20，叶片11从轮毂13侧向护罩15侧在负压面11n侧设成平滑的凸形状，压力面11p侧设成平滑的凹形状。此外，从输出轴侧观察，所述电动机的顺时针方向是正转。

在后缘部21，叶片11的护罩15侧相对于轮毂13侧位于旋转方向前方。

叶轮10的由相邻的两片叶片11的压力面11p和负压面11n、压力面11p及负压面11n之间的轮毂面17和护罩面18包围的空间成为叶片间流路22。

在本实施方式中，叶轮10的吸入口19及叶片间流路22的异物通过径在76mm(约3英寸)以上。具备叶轮10的离心泵1的流出口4的直径是150mm。因此，异物通过率成为大约50％。

此外，异物通过径是能够通过叶片间流路22的异物的最大直径，异物通过率是从具备叶轮10的离心泵1的流出口4的直径和异物通过径推导出的。

根据上述那样的结构，在离心泵1的叶轮10旋转时，流体经由流入口3被向吸入口19引导，从吸入口19沿着旋转轴心C被吸入至叶轮10内，从前缘部20被引导至叶片间流路22，流体沿着叶片间流路22流动的流动方向从沿着旋转轴心C的方向变换为沿着径向外侧的方向，流体从后缘部21流出，从流出口4向外部排出。

图2用四个模型表示叶轮的前缘部的形状。

各叶轮具有相同的叶轮外径、相同的叶片片数、以及相同的泵壳形状，仅仅前缘部的形状不同。在图2中，横轴表示将图1所示的叶片11的轮毂13侧设为0将护罩15侧设为1.0时的从前缘部20的轮毂13侧至护罩15侧的宽度W。纵轴表示从图1所示的前缘部20的轮毂13侧至护罩15侧的宽度位置的半径r除以护罩15侧的半径ro而算出的值。

在前缘部，模型1的叶轮的叶片是如下那样的平滑的弯曲形状：轮毂侧的半径ri是护罩侧的半径大约0.63倍，中间部的半径rm是护罩侧的半径的大约0.73倍。

在前缘部，模型2的叶轮的叶片是如下那样的平滑的弯曲形状：轮毂侧的半径ri是护罩侧的半径的大约0.55倍，中间部的半径rm是护罩侧的半径的大约0.65倍。

在前缘部，模型3的叶轮的叶片是如下那样的平滑的弯曲形状：轮毂侧的半径ri是护罩侧的半径的大约0.46倍，中间部的半径rm是护罩侧的半径的大约0.55倍。

在前缘部，模型4的叶轮的叶片是如下那样的平滑的弯曲形状：轮毂侧的半径ri是护罩侧的半径的大约0.36倍，中间部的半径rm是护罩侧的半径的大约0.52倍。

此外，可知上述各叶轮是从模型1向模型4逐渐地轮毂侧相对于护罩侧相对地位于径向内侧的形状。

对这些模型1～4的叶轮进行关于泵效率的解析实验。

在图3中，横轴表示各模型，纵轴表示泵效率Δ％，读取以下的结果。

可知模型2的叶轮的效率与模型1的叶轮的效率相比上升1.8个百分点。

可知模型3的叶轮的效率与模型1的叶轮的效率相比上升3.5个百分点。

可知模型4的叶轮的效率与模型1的叶轮的效率相比上升3.4个百分点。

从以上的结果可知，叶轮10的前缘部20优选模型2～4的形状。即，可知叶轮10优选的是，在叶片11的前缘部20，轮毂13侧的半径ri是护罩15侧的半径ro的0.30～0.55倍，轮毂13侧与护罩15侧的中间部的半径rm是护罩15侧的半径ro的0.50～0.65倍。

如上所述，在叶片11的前缘部20，本发明的叶轮10使叶片11的轮毂13侧相比于叶片11的护罩15侧相对地位于径向内侧，从而在靠近旋转轴心C的径向位置即叶片11的轮毂13侧，能够将流入至叶轮10的流体更早地引导至由叶片11、轮毂13及护罩15包围而构成的叶片间流路22，因此，与在远离旋转轴心C的径向位置即叶片11的护罩15侧将流入至叶轮10的流体引导至叶片间流路22的情况相比，能够以相同流量、全扬程使轴动力降低并使泵效率提高，并且能够提高抑制振动的效果。因为在叶片11的前缘部20流入至叶轮10的流体被顺畅地引导至叶片间流路22，所以在相接于护罩15的流体的流动中难以产生紊乱，摩擦损失减少，因此能够有助于轴动力的降低。

在叶片11的前缘部20，轮毂13侧的半径ri是护罩15侧的半径ro的0.30～0.55倍，在前缘部20，轮毂13侧与护罩15侧的中间部的半径rm是护罩15侧的半径ro的0.50～0.65倍，关于这样的叶片11，至少在前缘部20靠近轮毂13侧和护罩15侧，在负压面11n侧设成凸形状，在压力面11p侧设成凹形状。即，在压力面11p侧能够确保叶片间流路22宽。

叶片11至少在前缘部20靠近轮毂13侧和护罩15侧在负压面侧设成平滑的凸形状，从而能够一边抑制使吸入至叶轮10的流体的流动紊乱一边将流体引导至叶片间流路22。

使吸入口19和叶片11的前缘部20的护罩15侧接近，从而能够将从吸入口19吸入的流体顺畅地引导至叶片间流路22。

在离心泵所具备的叶轮10的叶片间流路22内，在大致沿着流路流动的主流的基础上，产生起因于叶片间流路22内的压力梯度等的二元流、涡流及流动的剥离等，这成为效率降低的原因之一。

叶片11构成为在前缘部20护罩15侧相对于轮毂13侧位于旋转方向前方，从而能够减少成为降低效率的原因的现象的产生，因此能够提高效率。

在叶片11的后缘部21，轮毂13侧和护罩15侧在旋转方向上处于相同位置时，通过叶轮10产生的流体力全部作用于后缘部21，因此在叶片11产生挠曲，通过叶片11的挠曲产生旋转方向的平衡的紊乱，从而不均匀的径向负荷作用于轴承，成为缩短轴承的寿命的原因。

叶片11构成为在叶片11的后缘部21护罩15侧相对于轮毂13侧位于旋转方向前方，从而在叶片11的后缘部21，能够抑制轮毂13侧的静压的上升，所以能够使流体顺畅地流出，因此能够抑制上述那样的问题的产生。

在叶片11的片数多时，泵效率提高，但是，因为叶片间流路22变窄，所以异物容易堵塞。另一方面，在叶片11是一片时，能够确保叶片间流路22宽，但是在绕旋转轴心C的平衡产生不均衡，起因于此在排出时产生脉动，泵效率降低。如本实施方式，将叶片11的片数设成两片，从而叶片间流路22与叶片是一片的情况相比变窄，但是一边充分地确保异物的通过性一边使绕旋转轴心C的平衡不产生不均衡，因此泵效率提高。

在上述的实施方式中，对叶轮是所谓的闭式叶轮的情况进行了说明。但是，如图4所示，本发明的叶轮30也可以是具有叶片31和轮毂33的所谓的开式叶轮。

叶轮30不具有闭式叶轮那样的护罩，叶轮30在叶片31与泵壳2所具备的吸入套筒35之间具有微小的间隙而旋转。这样的叶轮30与闭式叶轮相比在制造和加工容易这点上优异，另外，若花费时间将排出槽设于吸入套筒35等，则即使纤维状的异物落入叶片31的前缘部40，异物也经由该排出槽容易排出，所以这样的叶轮30在异物的通过性上优异。

即使是这样的叶轮30，在叶片31的前缘部40，优选轮毂33侧的半径ri是吸入套筒35侧的半径ro的0.30～0.55倍，轮毂33侧与吸入套筒35侧的中间部的半径rm是吸入套筒35侧的半径的0.50～0.65倍。叶片31优选的是，在前缘部40吸入套筒35侧的半径ro与吸入套筒35的吸入口39的半径rs相等。构成为满足这些条件，从而流经由叶片31、轮毂33及吸入套筒35包围而构成的叶片间流路42的流体的能量损失减少，能够实现高的泵效率。

如上所述，本发明的叶轮30中，在叶片31的前缘部40，使叶片31的轮毂33侧相比于叶片31的设成隔着叶片31与轮毂33相对的吸入套筒35侧而相对地位于径向内侧，从而在作为靠近旋转轴心C的径向位置的叶片31的轮毂33侧，能够将流入至叶轮30的流体更早地引导至由叶片31、轮毂33及吸入套筒35包围而构成的叶片间流路42，因此与在作为远离旋转轴心C的径向位置的叶片31的吸入套筒35侧将流入至叶轮30的流体引导至叶片间流路42的情况相比，能够以相同流量、全扬程使轴动力降低泵效率提高，并能够提高抑制振动的效果。

因为开式叶轮在叶片31与吸入套筒35之间存在间隙，所以从该间隙产生泄漏。在该泄漏增大时摩擦损失增大轴动力上升。但是，如上所述，构成为在叶片31的轮毂33侧能够将流入至叶轮30的流体更早地引导至叶片間流路42，从而吸入套筒35侧的功相对地降低，因此在流体的流动中紊乱减少，泄漏减少。由于泄漏减少，从而能够以相同全扬程、轴动力输送更多的流量，因此能够使泵效率提高。

此外，对于作为开式叶轮的叶轮30未说明的结构与作为上述的闭式叶轮的叶轮10相同。例如，在前缘部40，叶片31的吸入套筒35侧相对于轮毂33侧位于旋转方向前方，叶片31至少在前缘部40从轮毂33侧向吸入套筒35侧在负压面31n侧设成平滑的凸形状，压力面31p侧设成平滑的凹形状。

另外，在以上的说明中，对将本发明的叶轮10、30是离心泵所具备的离心叶轮的情况作为例子进行了说明，但是，本发明的叶轮优选地应用于比速度Ns在100～1000左右的范围的涡轮泵。因此，本发明的叶轮也可以是斜流泵所具备的斜流叶轮。

上述的实施方式不过是本发明的一例，根据该记载本发明不限定于此，各部的具体结构在起到本发明的作用效果的范围内能够适当变更设计。

Claims (9)

1.一种叶轮，是离心泵或者斜流泵所具备的叶轮，其特征在于，

具有叶片、轮毂及护罩，

在所述叶片的前缘部，所述叶片的所述轮毂侧的半径是所述护罩侧的半径的0.30～0.55倍。

2.一种叶轮，是离心泵或者斜流泵所具备的叶轮，其特征在于，

具有叶片和轮毂，

在所述叶片的前缘部，所述叶片的所述轮毂侧的半径是吸入套筒侧的半径的0.30～0.55倍，所述吸入套筒被设为隔着所述叶片而与所述轮毂相对。

3.根据权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，

在所述前缘部，所述叶片的所述轮毂侧与所述护罩侧或者所述吸入套筒侧的中间部的半径是所述护罩侧或者所述吸入套筒侧的半径的0.50～0.65倍。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的叶轮，其特征在于，

在所述前缘部，所述叶片的半径从所述轮毂侧向所述护罩侧或者所述吸入套筒侧逐渐地增大。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的叶轮，其特征在于，

在所述前缘部，所述叶片的所述护罩侧或者所述吸入套筒侧的半径与该叶轮的吸入口的半径相等。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的叶轮，其特征在于，

在所述前缘部，所述叶片的所述护罩侧或者所述吸入套筒侧相对于所述轮毂侧位于旋转方向前方。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的叶轮，其特征在于，

在所述叶片的后缘部，所述叶片的所述护罩侧或者所述吸入套筒侧相对于所述轮毂侧位于旋转方向前方。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的叶轮，其特征在于，

在隔着该叶轮的旋转轴心而相对的位置具备两片所述叶片。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的叶轮，其特征在于，

异物通过径在76mm以上。