CN107567545A - 泵送液体介质的方法、离心泵及其叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶轮和使用该叶轮的离心泵。本发明特别是涉及以如下方式来修改离心泵的叶轮，即：使得在比最佳操作点处的容量高的容量下，可以在没有损坏轴密封件等的风险的情况下使用所述泵。所述叶轮包括至少以盖板（54）的形式径向向外延伸的轮毂（52）、布置在轮毂（52）和盖板（54）的前表面上的至少一个工作叶片（56）、处于盖板（54）的后表面上的至少一个后叶片（60）以及延伸穿过所述轮毂（52）和盖板（54）的至少一个平衡管道（58），所述平衡管道（58）在叶轮轮毂（52）的第一面中的第一开口（64）位于由所述至少一个工作叶片（56）的径向最内部分（56e）形成的圆C内，同时叶轮（50）绕轴线（8）旋转。

Description

泵送液体介质的方法、离心泵及其叶轮

技术领域

本发明涉及借助于离心泵来泵送液体介质的方法、离心泵及其叶轮。本发明特别是涉及以如下方式来修改离心泵的叶轮，即：使得当泵送清洁的液体和例如纤维悬浮液之类的含有固体的液体二者时，可以在没有损坏轴密封件等的风险的情况下使用所述泵。

背景技术

已经知道，当通过离心泵来泵送液体或悬浮液时，当叶轮的工作叶片在将该液体从叶轮前方泵送到叶轮径向外部的蜗壳的同时增加液体的压力时，液体被带入到离心泵的叶轮之后的空间中。在增加蜗壳中的流体压力的同时，旋转的叶轮在叶轮入口中产生吸力，该吸力趋于使叶轮朝向泵的入口移动。同时，除了被排出到泵的压力出口之外，待泵送的液体还趋于填充叶轮之后的空间。尽管叶轮和泵的后壁之间的液体平均来说以叶轮速度的一半旋转（只要在叶轮轮毂或盖板的后面上没有所谓的后叶片或类似的肋；从轮毂延伸的相对较薄的主要径向定向的盘状部分被称为盖板），并且因此，在产生离心力的同时，使在泵的轴的区域中的叶轮之后的密封空间中存在的压力降低至一定程度，然而，相当大的压力自然会影响叶轮之后的空间。因此，由工作叶片产生的负压或吸力以及叶轮盖板之后的流体压力二者都使泵轴的轴承经受朝向泵的入口的力。因此，部分地，所谓的后叶片已被布置在叶轮盖板的后面上，该后叶片向外泵送已进入该空间的液体，由此叶轮之后的空间中的压力被大幅降低。换言之，后叶片被用于通过将轴吸向泵的入口来降低叶轮所经受的泵轴的轴向力。因此，在半开式叶轮中需要后叶片，以在盖板的两侧、即前侧和后侧处具有尽可能相等的压力分布。

然而，后叶片的尺寸可以设定成使得它们仅在泵的一定容量范围中最佳地操作，由此在任一方向上与所述容量范围的偏差导致在后叶片的区域内以及在轴密封空间中存在的压力变化。如果泵的输出增加，则在最坏的情况下，后叶片会产生负压，在最差的情况下，该负压也可使轴密封空间中的液体沸腾，特别是当在较高的温度下泵送液体时。相应地，当例如通过借助阀收缩容量来降低容量时，叶轮之后的压力增加并且应力增加。同时，轴承上的应力自然也增加。

离心泵涉及的另一个问题是在泵的轴密封件处产生的热。实际上无论其类型如何，轴密封件都产生必须被输送出密封件的热。通常，待泵送的液体被用于冲洗密封件并将过量的热输送走。如果密封件开始变热，则密封元件可能直接因热本身或存在于密封腔中的液体沸腾、即蒸发而劣化，随后密封件开始变干。

为了影响上述问题，建议使用平衡孔。这些平衡孔被布置成延伸穿过轮毂或盖板。这些孔传统上是圆柱形的，即它们具有线性轴线和恒定的直径。此外，这些孔被布置成使得它们的线性轴线平行于靠近叶轮的轮毂的泵的轴线。因此，允许液体或悬浮液从压力较高的叶轮侧流动到较低压力的区域。换言之，平衡孔中的流可以根据压力状况而沿任一方向。

JP专利公开58192995论述了一种特定类型的离心泵，即如下的泵，其中，叶轮是封闭式的，并且借助于滑动叶轮密封件在其两个轴向侧上、即前盖板的前侧和后盖板的后侧上密封，该叶轮密封件径向地位于叶轮外周界的直径的大约一半处。穿过叶轮的后盖板布置有孔，这些孔进入叶轮密封件和叶轮的轴之间的后盖板的后侧。这种泵的功能总是使得待泵送的液体在叶轮的后侧处经由滑动叶轮密封件中狭窄的间隙径向向内流向轴。后盖板中的孔的目的在于允许流体从叶轮的后侧流出回到工作叶片之前的叶轮入口。通常通过将到盖板的后侧处的孔的入口布置在比盖板的前侧处的孔的出口要小的半径处来帮助这样的流动，由此实际上，孔作为小的离心泵。该构造使叶轮之后的压力保持较低，从而降低了轴承的轴向载荷。然而，该构造有一些缺点。首先，无论外部叶轮密封件如何，需要在轴和壳体之间传递来自轴密封件的热的能力取决于允许流过叶轮密封件的狭窄间隙的流量。其次，要经由叶轮盖板的后侧处的腔来泵送的液体的再循环意味着能量的损失，这是因为待泵送的液体的一部分、尽管是一小部分必须通过叶轮泵送两次。并且第三，所描述的构造仅能利用清洁的液体，这是因为如果泵送含固体的液体，则随着穿过盖板的孔将存在于盖板的后侧中的液体泵送到盖板的前侧，固体堵塞叶轮密封件，停止液体循环，并且导致轴密封件变干。

此外，尽管两种平衡方法、即后叶片和穿过盖板的孔都在使用，但是已注意到，如US-B2-7,326,029中所论述的，当沿所谓的泵曲线在H，Q（head，capacity）图中移动，即沿更高容量的方向至右侧，根据现有技术的平衡并不总是能够充分地防止密封空间中的压力下降到低于泵的叶轮前存在的压力。这是有问题的，因为密封空间中的负压导致如下事实，即：当液体从密封件逸出时，待泵送的液体或密封件上的其他液体的润滑效果降低。根据密封类型，液体从密封件中逸出可使密封件变干，这在某些密封件类型的情况下非常快速地导致密封件损坏。

上述美国专利提出了一种叶轮，其中平衡孔以如下方式位于叶轮盖板中，即：使得盖板的前面（其上布置有叶轮的工作叶片的面）中的每个孔的开口沿叶轮的旋转方向处于位于后面（其上布置有后叶片的面）中的开口之前，并且比叶轮盖板的后面中的开口要靠近泵的轴线。这些孔仍具有线性轴线和恒定的直径。

然而，尽管该美国专利的倾斜的平衡孔或管道与早前的平行于叶轮的轴线定向的传统的平衡孔相比是很大的改进，但现在已了解到，由于至少以下两个原因，该美国专利的平衡孔可能仍有待改进。

首先，处于盖板的前面中的开口传统上位于工作叶片之间，并且在上述美国专利的泵中，该开口至少部分地处于工作叶片之间。这意味着，在实践中，平衡孔或管道“看到”的压力是工作叶片之间的压力，而不是入口压力（在叶轮之前，叶轮入口处的压力）。换言之，由于工作叶片的功能，工作叶片使待泵送的介质经受离心力分量，通过减小压力，该离心力分量改变工作叶片之间的压力状况。例如，当泵在其最佳操作点之上操作时，叶片通道中的压力、即两个连续工作叶片之间的腔中的压力低于大气压力。这意味着叶轮之后的泵密封件经受减压，这可使密封件变干，并且迟早导致密封失效。

一般来说，离心泵并不总是在它被设计用于的最佳条件下工作，而是或多或少在其最佳操作点之外工作。取决于泵的哪一侧在操作以及距离最佳操作点多远，工作叶片或多或少高效地在工作叶片之间的叶片通道中气蚀（cavitate）和产生蒸气。蒸气的产生在实践中意味着减小了对密封腔的压力和吸力。

为了避免上述叶轮构造中的缺点，本发明提出了将平衡孔定位成使得它们在叶轮盖板的前面处的入口始终处于工作叶片的前缘的周界内，从而使平衡孔对工作叶片的功能不敏感。平衡管道的入口开口“看到”的压力是泵的入口压力，而非受工作叶片影响的压力。

其次，为了避免流体从叶轮盖板后循环回到叶轮入口中，并且为了确保轴密封件的适当冲洗，平衡管道位于叶轮盖板中，使得叶轮盖板的前面处的入口开口处于比叶轮盖板的后面处的出口开口要小的半径处。因此，平衡管道的作用就像将流体从叶轮之前泵送到其后侧的小型离心泵。

上述两个特征确保了在泵的所有操作条件下，平衡管道中的流朝向叶轮盖板的后侧，从那里后叶片进一步将带有传递到流体的热的流体从轴密封件转移到泵蜗壳。

第三，当从液压学角度寻求效率改进时，叶轮的工作叶片应当尽可能靠近叶轮的轴线。这需要将前部开口（处于叶轮的前面处）移动到更靠近叶轮的轴线的平衡孔或管道中，以能够使这些孔/管道对于工作叶片的功能不敏感。移动工作叶片使其起点更靠近叶轮的轴线在实践中意味着从轮毂的前表面去除材料，即使得轮毂更小。然而，由于使得盖板、即轮毂的主要径向的延伸部变得更薄并且前部开口比工作叶片的前缘的内端定位得更靠近轴线，因此有时，不可能在不将轮毂的前面或盖板的前面切开的情况下使线性平衡管道从前部开口延伸到后部开口。此外，在一些情况下，上述将前部开口移动得更靠近叶轮的轴线可能需要以另一种方式来构造轴-叶轮的紧固，这是因为可能没有空间供轴的端部直接延伸穿过叶轮的轮毂。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于设计一种用于离心泵的新型叶轮，使得对叶轮的前侧和后侧处的压力状况的平衡可以更可靠并且对离心泵的操作点较不敏感。

本发明的另一个目的在于设计一种用于离心泵的新型叶轮，借助于该叶轮可以提高叶轮的液压效率。

本发明的又一个目的在于设计一种用于离心泵的新型叶轮，使得工作叶片可以更靠近叶轮的轴线，用于提高叶轮的液压效率。

本发明的再一个目的在于设计一种新型叶轮，使得在泵的所有操作条件下，在轴密封件中产生的热被可靠地输送出密封区域。

本发明的又一个目的在于设计一种新型叶轮，使得平衡管道中的流总是从叶轮入口、即工作叶片的前缘上游的区域至叶轮盖板的后侧。

本发明的再一个目的在于设计一种用于离心泵的新型叶轮，使得平衡管道或实际上其前部开口可以处于叶轮的前面处，在技术上尽可能地靠近叶轮的轴线，由此叶轮之后的密封腔被布置成与泵的入口压力连通，而非在叶片通道中存在的变化的压力。

本发明的又一个目的在于设计这样一种用于离心泵的新型叶轮，该叶轮可被用于可靠地且高效率地泵送清洁液体以及如纸浆和造纸业的纤维悬浮液之类的含固体的液体二者。

本发明的上述目的中的至少一些利用一种借助于离心泵来泵送液体介质的方法来满足，所述泵包括：壳体，所述壳体具有入口通道和具有出口的蜗壳；叶轮，其附接在轴上，以便在所述壳体内旋转；以及轴密封件，其处于所述轴与所述壳体之间、所述叶轮的与所述入口通道相对的后侧处；所述叶轮具有：轮毂；盖板，其从所述轮毂向外延伸，并将所述叶轮分成前侧和后侧；至少一个工作叶片，其处于所述轮毂和所述盖板在所述叶轮的前侧处的第一面上；至少一个后叶片，其处于所述盖板在所述叶轮的后侧处的第二面上；以及至少一个平衡管道，其从所述叶轮的前侧延伸穿过所述轮毂和/或所述盖板至所述叶轮的后侧，所述方法包括以下步骤：

a. 允许所述液体介质在入口压力下沿所述入口通道进入所述泵，

b. 在所述入口压力下在所述工作叶片之前将所述液体介质分成两个流，

i. 第一流传送到所述工作叶片的有效区域，以及

ii. 第二流进入到所述至少一个平衡管道中，

c. 通过所述工作叶片将所述第一流泵送至所述蜗壳中，

d. 允许所述第二流沿所述至少一个平衡管道进入所述叶轮的后侧，使得所述叶轮的后侧处的压力与所述入口压力相等或更高，

e. 将所述第二流传送到所述后叶片的有效区域，

f. 通过所述后叶片将所述第二流泵送至所述蜗壳中，

g. 使所述第一流和所述第二流在所述蜗壳中结合，以及

h. 将所述液体介质从所述蜗壳排出至泵出口。

以相似的方式，本发明的上述目的中的至少一些利用一种用于离心泵的新型叶轮结构来满足，所述叶轮结构至少包括：具有轴线的轮毂；盖板，其从所述轮毂向外延伸，并将叶轮分成前侧和后侧；至少一个工作叶片，其布置在所述轮毂和所述盖板在所述叶轮的前侧处的第一面上；至少一个后叶片，其布置在所述盖板在所述叶轮的后侧处的第二面上；以及至少一个平衡管道，其从处于所述第一面处的第一开口延伸穿过所述轮毂至处于所述叶轮的后侧处的第二开口；所述至少一个平衡管道在所述轮毂的第一面中的第一开口被定位成比处于所述叶轮的后侧处的所述第二开口靠近所述叶轮的轴线，其中，处于叶轮轮毂的第一面中的第一开口位于由所述至少一个工作叶片的径向最内部分形成的圆C内，同时所述叶轮绕所述轴线旋转。

通过所附权利要求，本发明的其他特征变得显而易见。

与现有技术的叶轮相比，本发明的叶轮带来以下优点中的至少一些：

• 工作叶片之间的叶片通道中的压力状况不影响平衡管道的操作，

• 最小化了密封腔室中的压力波动，

• 最小化了轴密封件变干的风险，

• 从轴密封件至待泵送流体的可靠热传递，

• 高效节能泵，这是因为避免了待泵送流体的再循环，以及

• 使用流体动力密封的泵的最佳平衡布置结构。

附图说明

下面参照附图借助于示例来论述本发明的泵送液体介质的方法、离心泵和叶轮，附图中：

图1是传统现有技术的离心泵的示意性轴向剖视图；

图2是根据US-B2-7,326,029的现有技术的离心泵的示意性轴向剖视图；

图3是根据本发明的第一优选实施例的离心泵的示意性轴向剖视图；

图4是根据本发明的离心泵的操作原理的示意图；

图5是根据本发明的第二优选实施例的离心泵的示意性轴向剖视图；

图6是图3的离心泵的示意性径向剖视图；以及

图7是图5的离心泵的示意性径向剖视图。

具体实施方式

图1示意性地图示了根据现有技术的离心泵的叶轮10的常规结构。该图还图示了泵的部件，例如泵蜗壳2、所述泵的后壁4和具有轴线8的泵轴6等。叶轮10包括轮毂12和盖板（shroud）14，该盖板14是轮毂12的盘形的差不多径向的延伸部。所述轮毂和盖板设有：工作叶片16，其布置在轮毂和盖板的前面或第一面上；以及平衡孔18，其从轮毂的前面或第一面延伸穿过轮毂12至轮毂的后面或第二面。轮毂或盖板的后面还设有后叶片20。根据现有技术的平衡孔的特征在于其中心线平行于泵的轴线8，并且孔的直径对其整个长度而言是基本上恒定的。此外，平衡孔18相对靠近泵的轴线8并位于叶轮的叶片通道处。平衡孔的上述定位的目的在于确保液体流的一部分从叶轮的前侧穿过孔至叶轮10的后侧，以提高密封空间22的压力。

图2图示了另一种现有技术的构造，即在US-B2-7,326,029中论述的。该美国专利的泵包括蜗壳2、后壁4以及叶轮30，该叶轮30具有叶轮轮毂32和盖板34、工作叶片36、后叶片40以及泵、轮毂和叶轮二者的轴线8。图2的叶轮结构与图1的叶轮结构的不同之处在于，平衡孔或管道38具有中心线CL，该中心线CL沿与泵或叶轮30的轴线8的方向偏离的方向。在图2中所示的实施例中，剖视图沿孔或管道38的中心线CL截取。因此，显然，尽管图2可能给人的印象是孔或管道位于轴向平面中，但所述孔或管道38实际上可（但不一定）倾斜，换言之，它们可径向以及周向地偏离轴向平面。所述美国专利的平衡孔或管道38的一个特征在于，在轮毂32的面向泵的吸入管道的一侧（图中左侧）上的开口44，即处于轮毂的第一面上的所谓的入口开口，比处于叶轮轮毂32或盖板34之后的开口46接近泵的轴线8（即，处于更小的直径上），该开口46即处于轮毂或盖板的第二面处的平衡孔或管道38的相对端处的所谓的出口开口。通过上面论述的平衡管道的定位，每个平衡管道都作为小型离心泵。所述美国专利的孔或管道38的另一个特征在于，它们被部分地周向定向，使得其方向沿叶轮的叶片通道，即，沿工作叶片36之间的腔，沿液体的流动方向。换言之，平衡孔或管道的处于叶轮轮毂32或盖板34的后面或第二面中的开口46沿叶轮的旋转方向位于在平衡孔或管道36的相对端处、即在叶轮轮毂32或盖板34的前面或第一面中的开口44之后，并且也在开口44的径向外部。

图2还示出了轴密封件48，其在其自身的腔室中布置在轴与泵的后壁/壳体之间。由于轴密封件48与平衡管道44的第二开口或出口开口46（与出口开口46相比，在轴向方向并且特别是在径向方向二者上更靠近叶轮的轴线）相对较远，因此特别是当泵送具有高温使得其容易沸腾的液体时，对移动液体的热传递受到限制，并且存在使密封件变干的风险。

此外，在进行的实验中已了解到，尽管将前部/入口开口和后部/出口开口布置在不同直径处略微有助于平衡，但密封腔40中的压力波动太高，并且存在使密封件变干的风险。进行的实验已表明，与压力波动相关的问题的解决方案是前部/入口开口到平衡管道的正确位置。该位置必须使得第一或前部或入口开口完全地处于由叶轮的前面处的工作叶片的起点（points of origin）形成的圆C（图5和图6中所示）内，这些点即工作叶片的前缘与轮毂的前面或第一面相遇的点。

图3图示了根据本发明的第一优选实施例的离心泵的剖视图。该离心泵包括具有蜗壳2和后壁4的壳体。该离心泵在其壳体内还包括叶轮50、用于旋转叶轮50的轴6、轴密封件48以及轴线8。该叶轮具有：轮毂52和盖板54，该盖板54从轮毂52径向向外延伸并将叶轮分成前侧和后侧；至少一个工作叶片56，其布置在叶轮的前侧处的叶轮的第一面或前面上，即在轮毂52和盖板54的第一面或前面上；至少一个平衡管道58，其穿过轮毂52和盖板54从叶轮的前侧延伸到叶轮的后侧；以及至少一个后叶片60，其处于叶轮50的后侧处的轮毂52/盖板54的后面或第二面上。后叶片60可以延伸盖板54的全部径向范围，但它们也可以仅被布置用于盖板54的径向范围的一部分。轮毂52优选地从盖板54沿与所述至少一个工作叶片56相反的方向具有基本上圆柱形的轴向延伸部，这是因为使所述至少一个工作叶片56和所述至少一个平衡管道58更靠近叶轮50的轴线延伸不可避免地减小叶轮50前部的轮毂52的尺寸，由此，为了适当地附接在轴6上，有时使轮毂52在叶轮50的后侧处延伸。然而，在一些情况下，轮毂可能不需要从盖板的水平延伸。所述至少一个平衡管道58具有：处于叶轮的前侧处的轮毂52的前面或第一面处的前部或第一开口64；以及处于叶轮的后侧处的轮毂52的后面52'和/或盖板54的后面54'处的后部或第二开口66。基本上，该叶轮类似于图2的泵的叶轮，除了如下事实，即：现在所述至少一个工作叶片56已延伸得更靠近叶轮50的轴线8，并且所述至少一个平衡管道58的前部开口64已被移动得甚至更靠近轴线8，径向地位于所述至少一个工作叶片56的径向最内部分56e内，即，径向地位于所述至少一个工作叶片56的前缘与叶轮50的轮毂52的前面或第一面相遇的点内。此外，每个平衡管道58的后部或出口开口66优选地通向盖板54和轮毂52的接合处的肩部区域，使得开口完全地位于盖板54的后面54'中、位于盖板54的后面54'和轮毂52的外部的差不多圆柱形的表面52'二者中或者完全地位于轮毂52的外部的差不多圆柱形的表面52'中。在轮毂没有如上文中先前所论述的轴向延伸部的情况下，有利的是，所述轴的直径延伸到每个平衡管道58的后部或出口开口66，使得它优选地通向盖板54和所述轴的接合处的肩部区域，使得所述开口完全地位于盖板54的后面54'中、位于盖板54的后面54'和所述轴的外部的差不多圆柱形的表面二者中或者完全地位于所述轴的外部的差不多圆柱形的表面中。在一些情况下，所述轴可以在其端部处设置有轴套，所述轴套具有外表面，所述外表面形成出口开口66与之连通的表面。相同的表面，无论它是轮毂延伸部、轴还是轴套的表面，也优选地与密封件48连通，如图3中所示。在后两种情况下，平衡管道可以从叶轮的轮毂进入轴或轴套，使得出口开口在轴或套筒表面中开放。

然而，在本发明的这个实施例中，这些修改需要将所述至少一个平衡管道58重构成具有弯曲、即非线性的构造。需要弯曲的构造，这是因为如果将所述至少一个管道58从前部或第一或入口开口64经由线性路径引至后部或第二开口66，则该管道不能在轮毂/盖板材料内延伸，但将开出一长槽到轮毂/盖板的前面或第一面中。然而，于是将失去使平衡管道在所述至少一个工作叶片的最内部部分内开放的益处。因此，根据图3的优选实施例，所述至少一个平衡管道58由三部分形成：第一线性部分58₁，其沿与叶轮50的轴线8基本上平行的方向从前部或第一开口64延伸到轮毂52中；第二部分，即弯曲部58₂，其使管道58转向径向向外的方向，即沿相对于轴线8的方向倾斜的方向；以及第三线性部分58₃，其处于弯曲部58₂与后部或第二或出口开口66之间。这里，使图3中所示的剖面沿所述至少一个平衡管道58的中心线CL延伸，这仅意味着所述至少一个平衡管道58不一定但是可以位于沿叶轮50的轴线8延伸的平面中。因此，所述至少一个平衡管道58可以一定距离在通过轴线8的平面中延伸。作为又一种选择，所述至少一个平衡管道可不在任何单一的平面中延伸，而是三维弯曲的，即，它们可以例如沿循所述至少一个工作叶片的方向，或者更确切地说沿循叶片通道的方向。

然而，已处于这个阶段，值得了解的是，还可以通过钻出至少两个孔来制造平衡管道，使得不存在实际的弧形弯曲，而是在管道的线性部分之间的一种突转弯曲。

至于平衡管道58的第二或出口开口66的最佳位置，它处于叶轮50的轮毂52的外周界52'处，使得在出口开口66和轮毂表面52'（或者轴表面或轴套表面）之间不留下肩部。这种构造确保了在轴密封件48中产生的热被容易地传送远离密封区域。对轴密封件48的冲洗（flushing）实际上起到如下作用，即：使得进入盖板54的后侧的流体基于泵入口压力和作为泵的平衡管道58而具有相对较高的速度，由此来自轴密封件48之前的空间的流体被抽吸到处于泵的后壁4和盖板54之间的腔。在出口开口66处被抽走的流体用来自相邻周向区域的新的流体来替代，所述相邻周向区域即出口开口66的有效范围之外的区域，在那里径向向外的流动较弱，由此在轴密封件48之前确保了小规模的液体循环。换言之，有利但并非完全必要的是，将轴密封件48布置在平衡管道58的出口开口66所通向的相同的轮毂（或者轴或轴套）表面52'上。然而，由于存在可用于该位置的各种类型的轴密封件，例如包装盒型密封件或机械密封件等，这些轴密封件在轴上的安装彼此差异很大，因此出口开口66相对于密封件48的精确尺寸难以确定。表达在轴密封件之前的轮毂（或者轴或轴套）的表面52'的直径内的任何腔都是不期望的的仅有的两种方式就是说，轴密封件的直径与轮毂或轴或轴套的表面52'的直径基本上相同或比之要长，或者与平衡管道58在轮毂或轴或轴套中的出口开口66相比，轴密封件48被布置在距轴线8相同或更长的距离处。

图4使用图3的附图标记来示意性地图示了本发明的叶轮的操作原理。待泵送的流体沿泵入口从左侧进入叶轮50，并且在叶轮入口（正好在叶轮的工作叶片之前）处被分成两个流，第一或主流传送到或进入工作叶片56的有效区域，所述工作叶片56形成使流体前进到泵蜗壳2的第一离心泵。第二流来到或传送到平衡管道58，该平衡管道58形成使流体朝向泵蜗壳2前进的与工作叶片56并联的第二离心作用元件，即离心泵。在通过平衡管道58、即泵送第二流的平衡管道之后，第二流在被传送到后叶片60的有效区域之前与轴密封件48连通，所述后叶片60作为与工作叶片56并联的第二离心作用元件，并且所述第二流被形成第三离心泵的后叶片60泵送到泵蜗壳2，在那里，使第一流和第二流在从蜗壳排出到泵出口之前结合。换言之，本发明的离心泵实际上由工作叶片56和与工作叶片56并联耦接的两个离心作用装置58和60形成。

图5图示了根据本发明的第二优选实施例的离心泵的剖视图。图5的离心泵包括具有蜗壳2和后壁4的壳体。该离心泵在壳体内还包括叶轮150、用于旋转叶轮150的轴6、轴密封件48以及轴线8。该叶轮具有：轮毂152；从轮毂152径向向外延伸的盖板154；至少一个工作叶片156，其布置在叶轮150的前面或第一面上，即布置在轮毂152和盖板154的前面或第一面上；延伸穿过轮毂152和盖板154的至少一个平衡管道158；以及处于盖板154的后面或第二面154'上的至少一个后叶片160。轮毂152优选地从盖板154沿与所述至少一个工作叶片156相反的方向具有基本上圆柱形的轴向延伸部，这是因为使所述至少一个工作叶片156和所述至少一个平衡管道158更靠近叶轮150的轴线延伸不可避免地减小叶轮150前部的轮毂152的尺寸，由此，为了适当地附接在轴6上，使轮毂152在叶轮150的后侧处延伸。然而，也可能的是，以结合图3更详细地论述的方式，处于叶轮盖板的后侧处的元件是轴或布置在轴上的轴套。所述至少一个平衡管道158具有：处于轮毂152的前面或第一面的轴向中心处的前部或第一开口164；以及处于盖板154的后面154'、轮毂152的外周界处的后部或第二开口166。在存在若干个平衡管道158的情况下，第一或前部开口164是为所有管道所共用的。结合图3的实施例关于第二或出口开口66的定位已公开的内容在此实施例中也适用。换言之，出口开口166可处于盖板154的后面154'中，轮毂152（或者轴或轴套）的基本上圆柱形的外表面152'中或者二者中。此外，相对于出口开口166的位置的轴密封件48的位置可以从图3的教导中得出。

基本上，图5的叶轮150类似于图3的泵的叶轮，除了如下事实，即：现在所述至少一个工作叶片156已延伸得甚至更靠近叶轮150的轴线8，并且所述至少一个平衡管道158的前部或第一或入口开口164已位于叶轮150的轴线8上，并且在自然地若干个平衡管道158合并成一个开口164的情况下，该开口164径向地位于所述至少一个工作叶片156的径向最内部分156e内，即，径向地位于工作叶片156的前缘与叶轮150的轮毂152的前面或第一面相遇的点内。因此，平衡管道158（如果多于一个）具有共同的第一部分158₁，和分开的第二部分、即弯曲部158₂以及第三部分158₃。针对所述至少一个平衡管道158的构造和方向的其余选择类似于图3的实施例中的那些。

图6和图7相应地图示了图3和图5的叶轮的前视图，使得工作叶片56、156（在该叶轮中为五个）被切除。附图用虚线图示了平衡管道58、158在叶轮轮毂52、152和盖板54、154中的位置。这两个实施例的附图示出平衡管道58、158周向倾斜和弯曲地延伸，即，使每个管道转向以沿循工作叶片的大致方向。因此，每个平衡管道从处于叶轮轮毂52、152的前面或第一面中的前部或第一开口64、164沿圆周方向和径向向外的方向二者倾斜并弯曲。换言之，处于叶轮盖板54、154的后面或第二面中的平衡管道58、158的第二开口66、166沿叶轮的旋转方向位于平衡管道58、158的相对端处、即轮毂52、152的前面或第一面中的开口64、164之后，并且还位于其径向外部。一方面，平衡管道58、158至少基本上沿叶轮叶片的方向在叶轮轮毂和盖板中延伸的目的在于，经由管道58、158流动到后叶片区域的液体的速度沿正确的方向，使得需要较少的工作从后叶片将流动的液体泵送出叶轮50、150之后的空间。另一方面，目的在于增加通过平衡管道58、158至后叶片区域的液体流，使得在泵的整个容量范围内，密封空间（结合图1和图2利用附图标记22和42来论述的）中的压力将保持为正。

值得了解的一个特征在于，设有本发明的平衡管道的叶轮不仅可以是半开式叶轮，而且还可以是封闭式叶轮，即，叶轮具有另一盖板，即所谓的前盖板，该盖板布置在工作叶片的面向蜗壳2的边缘上。如果需要，则这样的前盖板可以在其与工作叶片所在的面相对的面上具有所谓的前叶片。然而，从上面的描述清楚的是，无论叶轮类型如何，本发明的叶轮不具有通过参考JP-58192995在说明书的介绍部分中论述的叶轮密封件，这是因为它们导致与例如结合图4所论述的明显不同的离心泵的操作。

上面的描述非常一般地论述了平衡管道及其方向。关于这些管道应当注意的是，它们例如可在它们的方向和形状二者上变化很大。换言之，平衡管道可能在周向方向上（在对应于图6和图7的前视图中）不倾斜，而是径向或略微弯曲的，但在前视图中主要沿径向方向定向。此外，平衡管道在前视图中也可以是线性的，即沿径向或倾斜方向。对于侧视图中的平衡管道（如图3和图5中的那些）的方向，管道58₃或158₃的第三部分的方向取决于叶轮的轮毂的形状以及叶轮的总体尺寸。因此，不能给出精确的尺寸。第一基本上轴向的部分延伸到轮毂中越深，倾斜度相对于轴向方向就越陡峭，并且反之亦然。此外，处于盖板的后面处的后部开口从轴线定位得向外越远，倾斜度就越陡峭。

还应当理解的是，平衡管道对于所有它们的长度而言可以是弯曲的，并且方向和曲率半径可沿弯曲部的长度改变。然而，平衡管道同样也可由在叶轮的轮毂的主体内相遇的两个线性孔洞形成。对于平衡管道的形状，对所有的圆形、椭圆形和有角的剖面形状都可以进行讨论。管道的剖面面积可以在管道的整个长度上是恒定的，或者至少对于管道长度的一部分而言，它可以变化。此外，必须注意的是，在上面的说明书和所附权利要求二者中，管道的方向更多地指管道的中心线或轴线的方向，而不是其任何特定壁的方向。平衡管道的组合的剖面流通面积应当优选为范围在泵的入口开口的面积的5%至20%之间，该面积对应于当旋转时工作叶片的流接收边缘或上游边缘或前缘的外部末端所限制的面积。通过这样的尺寸设定，确保了平衡管道允许介质沿这些管道的自由和无损的流动。通过这种方式确保密封腔中的压力波动最小化。平衡管道的另一尺寸特征在于，其前部或第一开口的径向外部点处于由工作叶片的径向最内部分形成的圆C内，同时叶轮绕轴线旋转。优选地，前部或第一开口的径向外部点形成圆，该圆具有如下直径，即：该直径为由工作叶片的径向最内部分形成的圆C的直径的0.9倍，更优选为0.8倍，最优选为0.7倍。

必须理解的是，附图并不关注叶轮如何被紧固在轴上。一种可行的选择是将叶轮布置在轴上，以便借助于键或类似的连接件而与轴一起旋转，以及借助于螺栓将连接固定成在轴向方向上不可移动，所述螺栓布置成轴向地延伸穿过轮毂的前面至轴的端部处的螺纹盲孔。当然，一种选择是在轴的端部处布置具有较小直径以延伸穿过轮毂的延伸部，使得可以使用螺母来将叶轮轴向不可移动地固定在轴上。并且，第三种选择是使用旋入轴的端部处的螺纹盲孔中的无头螺栓，并使用螺母将叶轮轴向不可移动地固定在轴上。在图5和图7的实施例的情况下，螺栓或轴的延伸部可以被布置在用于平衡管道158的开口164内，然而，要考虑到螺栓或轴的延伸部可能不会对通过平衡管道的流具有任何负面影响。

如从上面的描述可以看到的，已开发了一种新的叶轮，其消除了现有技术的叶轮的至少一些缺点。根据本发明的叶轮使得还能够以高于最佳操作点的容量的容量来使用泵，而没有损坏密封的风险。虽然本文已结合目前被认为是优选实施例的实施例通过示例的方式描述了本发明，但应当理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是意在覆盖落入所附权利要求中限定的本发明的范围内的本发明特征的各种组合和/或修改以及其他应用。

Claims (18)

1.一种借助于离心泵来泵送液体介质的方法，所述泵包括：壳体，所述壳体具有入口通道和具有出口的蜗壳（2）；叶轮（50、150），其附接在轴（6）上，用于在所述壳体内旋转；以及轴密封件（48），其处于所述轴（6）与所述壳体之间、所述叶轮（50、150）的与所述入口通道相对的后侧处；所述叶轮（50、150）：具有轮毂（52、152）；盖板（54、154），其从所述轮毂（52、152）向外延伸，并将所述叶轮（50、150）分成前侧和后侧；至少一个工作叶片（56、156），其处于所述轮毂（52、152）和所述盖板（54、154）的在所述叶轮（50、150）的前侧处的第一面上；至少一个后叶片（60、160），其处于所述盖板（54、154）在所述叶轮（50、150）的后侧处的第二面上；以及至少一个平衡管道（58、158），其从所述叶轮（50、150）的前侧延伸穿过所述轮毂（52、152）和/或所述盖板（54、154）至所述叶轮（50、150）的后侧，所述方法包括以下步骤：

a. 允许所述液体介质在入口压力下沿所述入口通道进入所述泵，

b. 在所述入口压力下在所述工作叶片（56、156）之前将所述液体介质分成两个流，

i. 第一流传送到所述工作叶片（56、156）的有效区域，以及

ii. 第二流进入到所述至少一个平衡管道（58、158）中，

c. 通过所述工作叶片（56、156）将所述第一流泵送至所述蜗壳（2）中，

d. 允许所述第二流沿所述至少一个平衡管道（58、158）进入所述叶轮（50、150）的后侧，使得所述叶轮（50、150）的后侧处的压力与所述入口压力相等或更高，

e. 将所述第二流传送到所述后叶片（60、160）的有效区域，

f. 通过所述后叶片（60、160）将所述第二流泵送至所述蜗壳（2）中，

g. 使所述第一流和所述第二流在所述蜗壳中结合，以及

h. 将所述液体介质从所述蜗壳排出至泵出口。

2.如权利要求1所述的方法，包括在步骤d）之后，从所述轴密封件（48）接收热至所述液体介质。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括在步骤d）中提高所述第二流的压力。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体介质包含固体。

5.一种利用如前述权利要求中任一项所述的方法的用于离心泵的叶轮，包括：具有轴线（8）的至少一个轮毂（52、152）；盖板（54、154），其从所述轮毂（52、152）向外延伸，并将所述叶轮（50、150）分成前侧和后侧；至少一个工作叶片（56、156），其布置在所述轮毂（52、152）和所述盖板（54、154）的在所述叶轮（50、150）的前侧处的第一面上；至少一个后叶片（60、160），其布置在所述盖板（54、154）的在所述叶轮（50、150）的后侧处的第二面（54'、154'）上；以及至少一个平衡管道（58、158），其从处于所述第一面处的第一开口（64、164）延伸穿过所述轮毂（52、152）至处于所述叶轮（50、150）的后侧处的第二开口（66、166）；所述至少一个平衡管道（58、158）在所述轮毂（52、152）的第一面中的第一开口（64、164）被定位成比处于所述叶轮（50、150）的后侧处的所述第二开口（66、166）靠近所述叶轮的轴线（8），其特征在于，处于叶轮轮毂（52、152）的第一面中的第一开口（64、164）位于由所述至少一个工作叶片（56、156）的径向最内部分（56e、156e）形成的圆C内，同时所述叶轮（50、150）绕所述轴线（8）旋转。

6.如权利要求5所述的叶轮，其特征在于，所述至少一个平衡管道（58、158）的处于所述叶轮（50、150）的后侧处的第二开口（66、166）位于所述盖板（54、154）的最小直径处。

7.如权利要求5所述的叶轮，其特征在于，所述至少一个平衡管道（58、158）的处于所述叶轮（50、150）的后侧处的第二开口（66、166）位于所述盖板（154）的第二面（54'、154'）中，位于所述轮毂（52、152）或所述轴或轴套的基本上圆柱形的外表面（52'、152'）中或者位于二者中。

8.如权利要求5所述的叶轮，其特征在于，所述至少一个平衡管道（58）的处于所述轮毂（52）的第一面中的第一开口（64）沿所述叶轮的旋转方向位于所述至少一个平衡管道（58）的处于所述叶轮（50、150）的后侧处的第二开口（66）之前。

9.如权利要求5所述的叶轮，其特征在于，至少两个平衡管道（158）具有位于所述轮毂（152）的第一面的轴向中心处的共同的前部开口（164）。

10.如前述权利要求5-9中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述至少一个平衡管道（58、158）具有非线性的中心线CL。

11.如前述权利要求5-10中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮是半开式的或封闭式的。

12.如前述权利要求5-11中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述圆C具有直径，所述第一开口（64、164）具有形成具有直径的另一个圆的径向最外部点，并且另一个圆的直径优选为所述圆的直径的0.9倍，更优选为0.8倍，最优选为0.7倍。

13.如前述权利要求5-12中任一项所述的叶轮，包括与所述工作叶片（56、156）并联的两个离心作用元件（58、158；60、160），当在使用中时，这两个离心作用元件（58、158；60、160）沿与所述工作叶片（56、156）平行的方向泵送流体。

14.一种离心泵，包括具有入口开口、蜗壳（2）和后壁（4）的壳体、轴（6）以及附接在所述轴（6）上以便与所述轴（6）一起旋转的如前述权利要求5-13中任一项所述的叶轮。

15.如权利要求14所述的离心泵，其特征在于，平衡管道（58、158）具有范围在所述泵的入口开口的面积的5%至20%之间的剖面流通面积。

16.如权利要求15所述的离心泵，其特征在于，所述平衡管道（58、158）具有范围在所述泵的入口开口的面积的5%至20%之间的组合的剖面流通面积。

17.如前述权利要求14-16中任一项所述的离心泵，其特征在于，轴密封件（48）具有与轮毂或轴或轴套的表面（52'）的直径相同或比之要长的直径。

18.如前述权利要求14-16中任一项所述的离心泵，其特征在于，与所述平衡管道（58、158）在轮毂或轴或轴套中的出口开口（66、166）相比，所述轴密封件（48）被布置在距轴线（8）相同或更长的距离处。