CN108026933B - 用于较低制造成本和径向载荷减小的蜗壳设计 - Google Patents

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Abstract

用于泵的蜗壳特征在于蜗壳或壳体，所述蜗壳或壳体具有用于接收被泵送的流体的泵入口、用于提供流体的泵排出口、以及在蜗壳或壳体中形成双蜗壳的蜗壳叶片或壳体叶片。蜗壳具有上部分水角，还具有下部分水角。上部分水角具有喉部面积，该喉部面积的尺寸被设计成不等于并且大于下部分水角喉部面积，使得上部分水角喉部面积和下部分水角喉部面积响应于被泵送的流体的角度扫掠范围而在上部分水角和下部分水角两者处提供基本上相等的流动速度。用于上部分水角的通路的端部的尺寸被设定成具有上部分水角通路面积，上部分水角通路面积不等于并且大于用于下部分水角的通路的对应端部的对应的下部分水角通路面积。

Description

用于较低制造成本和径向载荷减小的蜗壳设计
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月3日提交的临时专利申请No.62/213,739的权益，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术
本发明涉及用于泵的蜗壳；更具体地涉及具有改进的蜗壳设计的泵。
相关现有技术的简单说明
图1示出具有蜗壳壁Vwall的普通或常规双蜗壳Vpa，双蜗壳Vpa具有由标记i表示的泵入口和由标记o表示的泵出口或排出口。常规的双蜗壳Vpa包括形成在其中的壳体叶片CVpa，所述壳体叶片CVpa具有下部分水角c1和上部分水角c2，下部分水角c1和上部分水角c2在蜗壳壁Vwall的相对两侧上并且沿直径分隔开约180°地布置在轴线Ac1,c2上，例如与图1中所示的一致。在图1中，0°、90°、180°、270°的径向角度被指示以向阅读者提供角度径向参照系。图1还包括表示叶轮的外部周缘叶片表面的圆形虚线Iv。图1还以圈出的附图标记1示出了下部分水角喉部面积，以圈出的附图标记2示出了上部分水角喉部面积，以圈出的附图标记3示出了用于下部分水角c1的通路的端部，以及以圈出的附图标记4示出了用于上部分水角c2的通路的端部。在图1中，对于常规的双蜗壳Vpa而言，被标记为1和2的面积是相等的，并且这些下部分水角c1和上部分水角c2被有效地布置成沿直径对置。
在现有技术中，并且与图1中所示的一致，普通的双蜗壳Vpa利用了具有分别被标记为1和2的相等截面积的、典型180度对置的壳体分水角c1和c2。换言之，图1示出对于常规的双蜗壳V而言，形成在壳体叶片CVpa的分水角c1和c2与蜗壳壁Vwall之间的被标记为1和2的截面积是基本上相等的，并且相关联的分水角c1和c2基本上沿直径对置。分别被标记为1和2的这些基本上相等的截面积被理解为是从分水角c1和c2的最远径向边缘到蜗壳Vpa的垂直壁Vwall的邻近部分测量的最小面积。该截面积被称为壳体喉部面积。
已知的例如类似于图1中所示的蜗壳设计Vpa的一个缺点是：对向的壳体舌片的形成导致针对距离泵排出口o最远的分水角或称为上部分水角C2的长的通路长度。这种长的长度增加了壳体的复杂性，并且增加了适当清洁铸件的难度。这导致了附加的成本，以及如果不适当的铸造和清洁将导致泵性能的损失。
鉴于此，需要更好的双蜗壳设计。
发明内容
本发明提供了新的蜗壳设计，其通过在旋转动力泵的操作流量范围中建立改进的压力平衡来减小叶轮上的径向载荷。
通过示例并且根据一些实施例，本发明的特征可以在于：蜗壳所需的总喉部截面积不是如常规已知的双蜗壳(见图1)中的那样被均匀分布。随着一半泵流通过每个通路，由这些相等截面积控制的速度也相等。上部分水角的喉部截面的面积随角度扫掠范围的变化而增加，所述角度扫掠范围从最接近排出口的分水角沿着蜗壳中心线测量。作为角度扫掠范围的结果，在该通路中的流动速率大于常规蜗壳(例如参见图1)中的流动速率。相反地，最接近泵排出口的分水角、即下部分水角的喉部面积随从上部分水角到下部分水角的角度扫掠范围的变化而减小，该通路中的流动速率减小。在本发明中，这些不相等的截面积持续在上部分水角和下部分水角两者处提供大致相等的速度。
两条通路在泵排出口处的面积也随着这两条通路内的不同的流动速率的变化而被平衡。
还使得在这两条通路的端部处——在此处这两条通路在泵排出口中相会——的速度是基本上相等的。实际上，根据本发明的解决方案减少了最远离泵排出口的上部分水角的通路的长度、并且增加了其相关联通路的尺寸。
这两项特征都改善了铸件质量，降低了铸造缺陷的可能性，同时在泵的操作范围内提供了压力平衡并减少了所形成的径向载荷。
此外，由于更短的通路减少了流体摩擦以及在泵排出口处能够更好地匹配两条通路的速度，所以通过壳体的损失减少了。实际上，本发明降低了铸造蜗壳的成本并且改善了铸造蜗壳的质量。
此外，对于分体式壳泵，其中蜗壳以两个半体形成，上部半体由于不具有包含在其中的分水角和通路部分而被极大地简化了，从而降低了型心的成本，简化了制造壳体半体所需的清洁和工具，并且降低了生产铸件的成本。具体实施例
根据本发明的一些实施例可以包括用于泵的蜗壳或采取用于泵的蜗壳的形式，用于泵的蜗壳、诸如双蜗壳泵具有以下特征：
蜗壳壁；
用于接收被泵送的流体的泵入口；
用于提供被泵送的流体的泵排出口；以及
被配置在蜗壳壁上的壳体叶片。
壳体叶片可以被配置成在蜗壳中形成双蜗壳，壳体叶片被配置有最远离泵排出口的上部分水角从而限定了上部分水角喉部面积和用于上部分水角的通路的端部，并且壳体叶片还被配置有最接近泵排出口的下部分水角从而限定了下部分水角喉部和用于下部分水角的通路的对应端部。
上部分水角喉部面积的尺寸可以被设计成不等于并且大于下部分水角喉部面积，从而使得上部分水角喉部面积和下部分水角喉部面积响应于被泵送的流体的角度扫掠范围而在上部分水角和下部分水角两者处提供基本上相等的流动速度。
用于上部分水角的通路的端部的尺寸可以被设定成具有上部分水角通路面积，上部分水角通路面积不等于并且大于用于下部分水角的通道的对应端部的对应下部分水角通路面积，从而使得上部分水角通路面积和下部分水角通路面积随在通路中被泵送的流体的不同流动速率的变化而在泵排出口处被平衡，并且使得从上部分水角通路面积和下部分水角通路面积的相关联的端部被泵送的流体在泵排出口处以基本上相等的速度相会。
根据一些实施例，上部分水角和下部分水角可以以在约108°和约110°之间的范围内的角度α沿径向布置。
还设想了这样的实施例，即其中上部分水角和下部分水角可以以基本上小于180°的角度α沿径向布置，例如与本文描述的一致。
还设想了这样的实施例，即其中上部分水角和下部分水角可以以在90°和120°之间的范围内的角度α沿径向布置，例如也与本文描述的一致。
蜗壳可以被配置为双蜗壳泵的一部分，例如双蜗壳泵可以包括叶轮，该叶轮具有叶轮叶片并且被布置在壳体中的双蜗壳之一中。
实际上，对于本发明而言，上部壳体喉部和下部壳体喉部两者总体上与图1中的常规双蜗壳的两个壳体喉部相似，但是以径向扫掠范围的夹角分布。
相似的速度被保持在喉部截面处，但不一定相等。通过保持蜗壳内的速度和压力平衡，减小了作用在叶轮上的净径向载荷。出口面积也以流动速率的分数分布，并且被控制成在泵排出口中在通路的端部处提供相等的速度。
附图说明
不一定按比例绘制的附图包括：
图1示出本领域已知的用于泵的蜗壳。
图2示出根据本发明的一些实施例的用于泵的新的并且改进的蜗壳。
具体实施方式
图2：基本发明
图2示出了本发明，例如以蜗壳VI的形式用于关于泵(未示出)、诸如双蜗壳泵进行配置。蜗壳VI可以包括一个或多个以下特征：
蜗壳壁Vwall；
用于接收被泵送的流体的泵入口i(进)；
用于提供被泵送的流体的泵排出口o(出)；以及
壳体叶片CVI。
壳体叶片CVI可以被配置在蜗壳壁Vwall上，壳体叶片CVI在蜗壳VI中形成双蜗壳，壳体叶片CVI配置有最远离泵排出口o的上部分水角C2，从而限定了被标记为(圆圈中的)2'的上部分水角喉部面积和用于上部分水角C2的通路(圆圈中的)4'的端部，壳体叶片CVI还配置有最接近泵排出口o的下部分水角C1，从而限定了被标记为(圆圈中的)1'的下部分水角喉部和用于下部分水角C1的通路(圆圈中的)3'的对应端部。
标记为(圆圈中的)2'的上部分水角喉部面积的尺寸可以被设定成不等于并且大于被标记为(圆圈中的)1'的下部分水角喉部面积，使得被标记为(圆圈中的)2'上部分水角喉部面积和被标记为(圆圈中的)1'的下部分水角喉部面积响应于被泵送的流体的角度扫掠范围而在上部分水角C2和下部分水角C1两者处提供基本上相等的流动速度。
用于上部分水角C2的通路的端部4'的尺寸可以被设定成具有上部分水角通路面积，该上部分水角通路面积不等于并且大于用于下部分水角C1的被标记为(圆圈中的)3'的通路的对应端部的对应的下部分水角通路面积，使得随在其中被泵送的流体的不同流动速率的变化、上部分水角通路面积和下部分水角通路面积在泵排出口处被平衡，并且使得从被标记为(相应圆圈中的)3'、4'的上部分水角通路面积和下部分水角通路面积的相关联的端部被泵送的流体在泵排出口o处以基本上相等的速度相会。
在图2中，上部分水角C2和下部分水角C1被示出以在约108°和约110°之间的范围内的角度α沿径向布置。
角度α
此外，设想到这样的实施例并且其被涵盖在本发明的范围内，即，利用以至少基本上小于180°的角度α沿径向布置的上部分水角C2和下部分水角C1，使从被标记为(相应圆圈中的)3'、4'的上部分水角通路面积和下部分水角通路面积的相关联的端部被泵送的流体在泵排出口o处以基本上相等的速度相会。此外，设想到这样的实施例并且其被涵盖在本发明的范围内，即，利用以在100°和120°之间的范围内的角度α沿径向布置的上部分水角C2和下部分水角C1，使从被标记为(相应圆圈中的)3'、4'的上部分水角通路面积和下部分水角通路面积的相关联的端部被泵送的流体在泵排出口o处以基本上相等的速度相会。换言之，本发明的范围旨在包括具有非沿直径方向对置的、而是沿径向布置的上部分水角C2和下部分水角C1的实施例，例如，上部分水角C2和下部分水角C1不以在约108°和约110°之间的范围内的任何特定角度α沿径向布置，但是在此情形中，从被标记为(相应圆圈中的)3'、4'的上部分水角通路面积和下部分水角通路面积的相关联的端部被泵送的流体在泵排出口o处以基本上相等的速度相会。
应用
通过示例，本发明的可能应用可以包括以下：
泵，
风扇，
鼓风机，以及
压缩机。
本发明的范围
此外，本文详细示出和描述的实施例仅通过示例提供；以及本发明的范围不旨在受限于于本文包括的这些部分或元件的特定配置、尺寸和/或设计细节。换言之，本领域的技术人员将认识到，可以对这些实施例进行设计改变，并且以使得到的实施例将与本文公开的实施例不同，但是将仍然在本发明的总体精神内。
应当理解的是，除非本文另有说明，否则关于本文中的特定实施例描述的任何的特征、特点、替代或修改也可以被应用、被使用或被并入本文描述的任何其它实施例。而且，本文的附图不是按比例绘制的。
尽管本发明已经相对于其示例性实施例被描述和被示出，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行前述和各种其它添加和省略。

Claims (2)

1.一种用于泵的蜗壳，包括：
蜗壳壁；
用于接收被泵送的流体的泵入口；
用于提供被泵送的所述流体的泵排出口；以及
被配置在所述蜗壳壁上的壳体叶片，所述壳体叶片在所述蜗壳中形成双蜗壳、并且被配置有最远离所述泵排出口的上部分水角，从而限定上部分水角喉部面积和用于所述上部分水角的通路的端部，所述壳体叶片还被配置有最接近所述泵排出口的下部分水角，从而限定下部分水角喉部和用于所述下部分水角的通路的对应端部；
所述上部分水角喉部面积的尺寸被设计成不等于、并且大于所述下部分水角喉部面积，使得所述上部分水角喉部面积和所述下部分水角喉部面积响应于被泵送的所述流体的角度扫掠范围，而在所述上部分水角和所述下部分水角两者处提供基本上相等的流动速度；
用于所述上部分水角的通路的所述端部的尺寸被设定成具有上部分水角通路面积，所述上部分水角通路面积不等于、并且大于用于所述下部分水角的通路的对应端部的对应的下部分水角通路面积，使得上部分水角通路面积和下部分水角通路面积随在通路中被泵送的所述流体的不同流动速率的变化而在所述泵排出口处被平衡，并且使得从所述上部分水角通路面积和所述下部分水角通路面积的相关联的端部处被泵送的所述流体在所述泵排出口处以基本上相等的速度相会；以及
其中所述上部分水角和所述下部分水角以在108°与110°之间的范围内的角度α沿径向布置。
2.根据权利要求1所述的蜗壳，其中所述蜗壳形成双蜗壳泵的一部分，所述双蜗壳泵具有叶轮，所述叶轮具有叶轮叶片并且被布置在所述蜗壳或壳体中的双蜗壳之一中。
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