CN1087406C - 具有分开的偏置进口叶片的泵轮 - Google Patents

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Abstract

一种用于离心泵的流体叶轮(100)，包括一个大体上呈盘状的轮毂(105)，此轮毂有一个中心和一个边缘、圆形对称部分和能被旋转驱动的机构。第一多重抽吸叶片(110)大体上垂直地从轮毂的第一表面伸出，并且径向向外地从接近轮毂中心的轨迹(210)延伸至接近轮毂边缘的另一个轨迹(150)。这些叶片(110)以小直径叶轮提供了高压头。分开和扭曲的第二多重入口叶片(120)也大体上垂直地从轮毂的第一表面伸出，并径向向外地从接近轮毂中心的另一轨迹(220)延伸至接近轮毂中心的轨迹(210)。通过旋转和预加压流体分开的第二多重叶片(120)提供一种在低的净正吸入压头(NPSH)下具有无空蚀作用抽吸能力的叶轮。可以使用前侧板(180)，它能局部或全部覆盖第一和/或第二多重叶片。

Description

具有分开的偏置进口叶片的泵轮
发明背景
本发明大致涉及单级端吸离心泵，特别涉及用于低流量、高压头应用的场合的具有敞开的和屏蔽的两种叶轮的离心泵。
离心端吸泵是熟知的并有广泛的用途。这种泵有许多不同类型，但没有多少是为需要高压头的低流速场合、同时具有高的效率、好的吸入性能和高的抽吸可靠性(或低维修率)而特别设计的。在大多数情况下，低流速运行要采用比预期应用所需流量大的尺寸的泵来满足。这样提供了所需要的抽吸能力，但这也意谓泵不得不在非设计工况下运行，这样不仅浪费能源，也由于内部流体分离引起高度不稳定的液力负荷而增加了损坏的可能性。另外，由于为了对一给定的叶轮直径使压头达到最大值、同时使稳定的和非稳定的径向和轴向分力保持合理的水力负荷水平，必须达到高压头系数，因此在低流量下产生高压头更是困难。
最普通的泵结构有一个窄宽度的叶轮和少数叶片，这会形成大直径叶轮和大尺寸/高重量的泵。吸力性能对于空穴作用还算好。
为此运行状态设计的一些专用泵有窄的小直径排放壳体以及相应窄的、多叶片、直径最优化的叶轮。对于低流量作业的多叶片叶轮一般没有适合在低的局部吸入压力下运行的入口工况。这是由于刀口角度对流动角度匹配不良以及由于叶片自身引起的入口封闭(或堵塞)。由此，增加了不良气蚀作用的可能性，这引起几个负作用，即：a)泵的压头和效率产生显著衰减，除非通过大大提高给水槽(这增加了槽的安装成本)或通过降低泵电动机速度以提供高的吸入压力；b)由于泵内大的水蒸汽体积会引起压力脉冲，使泵承受高度不稳定液流，甚至浪涌，因此降低了泵的可靠性并增加了维修成本；c)由于空蚀作用，叶轮与其他泵组件，例如耐磨环、吸入叶片、蜗壳舌部或扩散器叶片一起很快被损坏。
促使损坏和效率损失的空蚀作用是由于液压压头在叶轮入口处下降至运行流体的蒸汽压以下造成的。这导致气泡的形成并且气泡随后在叶轮的表面上破裂。无数这样的气泡破裂，每个气泡产生微小振动，局部地腐蚀叶轮的表面，并最终引起叶轮的坑坑洼洼、穿孔和损坏。
DE-A-832548(D1)介绍了一种用于离心泵的流体叶轮，此叶轮包括一个带有一内环形刀片组和一外环形刀片组的轮毂，两个环形刀片组被一个无叶轮刀片的中间区域分隔开。内环(d)的各个刀片示为弯曲状。
对于需要以小功率和高压头运行的泵，最希望的是使设计功率接近运行功率，以便减少所有与非设计工况运行相关的负作用。这样的泵应是最佳化以适于低流量系数、高压头系数、高效和低净正吸入压头(NPSH)。因此推荐在叶轮的出口处采用一个小直径叶轮和大数量具有陡峭刀口角度和窄宽度的叶片，与此同时在入口处采用低叶片封闭(少量叶片)和小的刀口角度。
以上叙述说明了存在于目前离心泵中已知局限性。因此，针对克服一个或多个上述局限性，提供一种可替换方法是有利的。因此，提供一种具有在下文被更充分公开的特点的适当替换方法。
发明概述
在本发明的一个方面，这是通过对离心泵提供一种流体叶轮达到的，此流体叶轮包括：一个轮毂，此轮毂大体呈盘状，带有第一和第二表面；一个中心和一个边缘；一个旋转轴线，围绕此轴线的圆形对称部分；和可被旋转驱动的机构；第一多重叶片，大体上轴向地和垂直地从轮毂的第一表面伸出，并从接近轮毂中心的轨迹向接近轮毂边缘的另一轨迹径向向外延伸；以及与第一多重叶片分开的第二多重叶片，大体上轴向地和垂直地从轮毂的第一表面伸出，并从接近轮毂中心的另一轨迹向接近轮毂中心的轨迹径向向外延伸。
当结合附图考虑时，从下面对本发明的详述中，前面叙述的内容和其他方面会变得明显。
附图简述
图1是一个示意的剖视图，显示了大体为盘状的轮毂横截面以及第一和第二多重叶片的径向范围；
图2是一个叶轮的示意平面图，显示一个敞开的、未屏蔽的叶轮的
实施例；和
图3是一个叶轮的示意平面图，显示一个被屏蔽的叶轮的实施例。
发明详述
上述设计问题通过在叶轮入口采用分开偏置的成排扭曲叶片、同时在出口保持多重叶片原则，以便形成较高排放压头系数而加以解决。这样，叶片入口角度被最佳化，并且通过选择较少的入口叶片而减少了入口的封闭。这样所得到的泵在低吸入压力下运行的能力增大了，并保持了泵的高排放压头能力。下面参照附图特别详尽地说明了本发明的一个优选实施例。叶轮的图不包括泵的外壳及其底座、入口和排放口以及旋转的驱动机构。这些是标准设计而不是权利要求所述的发明部分。
图1和2是一种敞开的叶轮100的示意性说明图，分别显示了离心流体泵叶轮的横截面图(在图2中箭头1-1方向)和平面图，此叶轮有分开的、偏置的和扭曲的入口叶片。最好参照两个图来叙述本发明，图中给出的数字用于标示所有显示情况下的同一部件。在横截面图和平面图中所见的叶轮100有一个圆形对称的盘状轮毂105、第一(顶)表面101、第二(底)表面102、旋转轴线A-A，和一个用于接收旋转驱动件的非圆柱形孔机构103。注意此非圆柱形孔103也可以是从轮毂的第二表面伸出的一根轴，这由应用的空间局限性和设计因素来决定。
第一多重叶片110从接近轮毂中心的大致呈环形的轨迹210向外延伸到接近轮毂边缘的另一个轨迹150，并大体上轴向地和垂直地从轮毂105的第一表面101伸出。如图2中所示，叶轮100逆时针旋转，而且叶片110以这样方式排列，使得当叶轮100旋转时叶片外端尾随内端。这样导致从叶轮100的中心向其边缘压力增大。注意，为易于图解，叶片110被显示为有大体上直的径向构型，但由应用决定，它们也可设计为具有变化的弧度。此外，在叶轮外缘上的刀口角度B2b(见图2)可从大约0°(切向刀口)变化至90°(径向刀口)。
第二多重叶片120也大体上轴向地和垂直地从轮毂105的第一表面101伸出，并从接近轮毂105中心的另一轨迹220向接近轮毂105中心的轨迹210延伸。这些叶片120是扭曲的，并与第一多重叶片110分开，并且因为叶片120的数量最好较少，所以它们与叶片110偏置。也可能有和叶片110一样数量的叶片120，但是为了不过分限制(或堵塞)入口的流径，通常优选的是有较少的入口叶片120。在图2中容易看到对于入口流径的这种可能限制，图中只有1/4抽吸叶片110那么多的入口叶片120。
图1的横截面是沿图2中1-1线截取的，并且两个图用字母a，b，c，d和e标记指示图中可见的局部抽吸叶片110。字母w，x，y和z指示图1中可见的部分入口叶片120。图2也显示叶轮100，此叶轮100有带扇形边缘的轮毂105，此扇形边缘是将叶片110间的边缘截短而形成的，以减少在轮毂上的离心负载。然而，如果某些应用需要，此边缘也可以是完整的圆形。
图3示出一个叶轮200，除了这个叶轮被遮蔽外和图2中一样。遮板180显示有一个内边缘170和一个外边缘190并遮盖叶片110，其中一些叶片110在图中以虚线表示。遮板连接于叶片110(通常与叶轮一起铸造)并且可比图示情况有或多或少的叶片遮盖程度，这取决于总体设计。在运行期间遮板180减小了外壳和叶轮200之间的旋转流体阻力，并且也减小外壳和叶轮200的噪声和磨损，此噪声和磨损是由于敞开的叶轮100在抽吸流体中引发扰动而产生的。如果某些应用场合需要，遮板180也可以覆盖第二多重叶片。
在运行中，叶轮100和200以基本上相同的方式运行。如图2和3所示，叶轮100、200在泵壳(未示出)中逆时针旋转，并从外壳入口(未示出)接收运行的流体。将叶片适当取向时，当然叶轮也可顺时针方向旋转。入口叶片120预先加压流体，有效地提高局部的吸入压头，并从入口向外驱动流体至抽吸叶片110，这增加了流体的速度和压力，并在所期望的高出口压头系数下将流体输送到外壳排放口(未示出)。由于预先加压流体，入口叶片120有效地增加了吸入压头，因此减小或消除了空蚀引起的损坏和抽吸效率损失。这样对每一种应用场合，允许使用合适尺寸的泵，并且由于泵在其设计的参数下运行而更经济。

Claims (12)

1.一种用于具有一个轮毂(105)的离心式泵的流体叶轮(100)，该轮毂大体上呈盘形，带有第一上表面(101)和第二下表面(102)、一个中心和一个边缘、一个旋转轴线、围绕轴线的圆形对称部分，可被旋转驱动的机构，并有第一多重叶片(110)，它们大体上轴向和垂直地从所述轮毂的第一上表面(101)伸出，并从围绕所述旋转轴线的第一内层轨迹径向向外地延伸至围绕所述旋转轴线的第一外层轨迹，其特征在于，改进包括：
第二多重叶片(120)，与所述第一多重叶片(110)分开；所述第二多重叶片大体上轴向和垂直地从所述轮毂的所述第一表面(101)伸出，并从围绕旋转轴线的第二内层轨迹径向向外地延伸至围绕旋转轴线的第二外层轨迹，并且其中第二多重叶片中的每个叶片是扭曲的。
2.一种带有外壳的离心泵，有一个吸入口和一个排出口、一个用于抽取流体的叶轮和一个用于所述叶轮的旋转驱动装置，叶轮轮毂(105)大体上呈盘形，轮毂有一个中心和一个边缘、圆形对称部分、一个可被旋转驱动的机构、并有第一多重叶片(110)，该叶片大体上轴向地和垂直地从轮毂的第一表面(101)伸出，并从围绕旋转轴线的第一内层轨迹径向向外地延伸至围绕旋转轴线的第一外层轨迹，其特征在于，改进包括：
第二多重叶片(120)，与第一多重叶片分开；第二多重叶片从轮毂的第一表面大体上轴向地和垂直地伸出，并从围绕旋转轴线的第二内层轨迹径向向外地延伸至围绕旋转轴线的第二外层轨迹，而且其中第二多重叶片的每个叶片是扭曲的。
3.如权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，第二多重叶片中的叶片数量少于第一多重叶片中的叶片数量。
4.如权利要求1或2所述的叶轮，还包括：
一个大体上平行于轮毂第一表面的遮板(180)，它至少覆盖第一多重叶片，并连接在所述叶片上。
5.如权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，轮毂的边缘延伸至比其在所述叶片下面的直径小的在第一多重叶片的叶片之间的直径处，以便形成扇形的边缘。
6.如权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，第一内层轨迹的半径大体上等于第二外层轨迹的半径。
7.如权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，第二多重叶片中至少一个叶片是绕纵向中心线扭曲的。
8.如权利要求1或2所述的叶轮，还包括一个遮板，它与叶轮轮毂的第一表面轴向偏置，从围绕轮毂中心的第一内层轨迹向外至接近轮毂边缘的位置覆盖第一多重叶片，并连接在所述叶片上。
9.如权利要求4所述的叶轮，其特征在于，遮板至少还覆盖第二多重叶片的一部分。
10.如权利要求8所述的叶轮，其特征在于，遮板至少还覆盖第二多重叶片的一部分。
11.如权利要求4所述的叶轮，其特征在于，侧板还有一个扇形的边缘。
12.如权利要求8所述的叶轮，其特征在于，侧板还有一个扇形的边缘。
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