CN109340123B - 叶轮、组件和为离心式泵更换叶轮的方法 - Google Patents

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Abstract

一种叶轮、组件和为离心式泵更换叶轮的方法，叶轮用于离心式泵中，所述泵包括其中具有腔室的泵壳体、将待泵送物料输送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，所述叶轮被安装在所述腔室内用于在使用中时围绕转动轴线转动，所述叶轮包括前部遮板、后部遮板和在其间的多个泵叶片，每个泵叶片具有前沿和后沿，所述前沿位于叶轮入口附近，在所述前沿和所述后沿之间具有主体部，其中每个泵叶片的叶片前沿的半径Rv在所述叶片的主体部的泵叶片厚度Tv的0.18的0.19倍的范围内。

Description

叶轮、组件和为离心式泵更换叶轮的方法
本申请是申请人于2009年5月27日提交的名称为“叶轮”的第201510940218.X号专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体涉及离心式泵，更具体地但非排他性地涉及用于处理例如浆料等研磨物料的泵。
背景技术
离心式浆料泵，通常可包括抗磨损的硬金属或弹性体衬里和/或壳体，被广泛地应用于采矿业。通常，浆料密度越高或浆料颗粒越大或越硬将导致磨损率越高，并降低泵的寿命。
离心式浆料泵被广泛地应用于从开始的非常粗糙具有高磨损率的浆料的处理(例如磨碎)，到最终的浆料精细得多且磨损率大大降低的处理(例如产生漂浮的尾砂)的矿物处理设备。例如处理较粗糙颗粒进料任务(feed duty)的浆料泵的磨损部件可只具有以周或月计算的寿命，相比之下，进行最终处理的泵具有可持续运行一至两年的磨损件。
用于处理粗糙颗粒浆料的离心式浆料泵的磨损一般在叶轮入口处最为严重，因为固体必须直角转向(从入口管内的轴向液流变成泵的叶轮中的径向液流)，并且这时颗粒惯性和尺寸导致对于叶轮壁和叶轮叶片前沿的更多碰撞和滑动。
叶轮磨损主要发生在叶片和叶轮入口处的前后遮板上。在这些区域的高磨损还可能影响泵的前部衬里的磨损。在转动的叶轮和静止的前部衬里之间存在的小空隙(有时也称为注入口衬套)还将对泵磨损部件的寿命和性能具有影响。这种空隙通常非常小，但一般由于在叶轮前部、叶轮遮板上的磨损或因为叶轮和前部衬里两者上的磨损而增大。
减少液流从泵的高压壳体区域泄漏(通过在叶轮前部和前部衬里之间的空隙进入泵的入口)的一种方法是将突出并且倾斜的唇缘(lip)结合到在叶轮入口处静止的前部衬里上。该叶轮具有匹配这种唇缘的形状。尽管通过使用叶轮的前部上的排出叶片(expelling vanes)可减少经过空隙的液流，经过空隙的液流也可通过设计和保持这种狭窄的空隙而有效地最小化。
某些泵，但不是所有的，可具有将叶轮和前部衬里之间的空隙保持尽量小，而不会由于摩擦引起额外磨损的器件。小空隙通常改善了前部衬里的寿命，但在叶轮入口处仍发生磨损并且没有减少。
在液流从轴向改变成径向方向时，在叶轮入口处的高磨损与液流中的湍流度有关。设计不良的叶轮和泵叶片可大大提高湍流量并因此导致磨损。
在此描述的各种方面可以是可被应用于所有的离心式浆料泵，尤其是在叶轮入口处经历高磨损率的离心式浆料泵或者被用于高浆料温度的应用中的离心式浆料泵。
发明内容
第一方面，披露了用于离心式泵的叶轮的实施例，所述泵包括其中具有腔室的泵壳体、将待泵送物料泵输送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，在使用中时所述叶轮被安装在所述腔室内用于围绕转动轴线转动，所述叶轮包括前部遮板、后部遮板和在其间的多个泵叶片，每个泵叶片具有前沿和后沿，所述前沿位于叶轮入口附近，其中所述前部遮板具有在所述叶轮入口附近的弧形内面，所述弧形内面具有在所述叶轮的外部直径(D2)的0.05至0.16倍范围内的曲率半径(Rs)，所述后部遮板包括内主面和鼻部，所述鼻部具有弯曲轮廓，且鼻部顶端在中心轴线附近，所述中心轴线朝向所述前部遮板延伸，在所述内主面和所述鼻部之间具有弯曲的过渡区域，其中Fr为过渡区域的曲率半径，Fr/D2的比值为从0.32到0.65。
第二方面，披露了用于离心式泵的叶轮的实施例，所述泵包括其中具有腔室的泵壳体、将待泵送物料泵输送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，在使用中时所述叶轮被安装在所述腔室内用于围绕转动轴线转动，所述叶轮包括前部遮板、后部遮板和在其间的多个泵叶片，每个泵叶片具有前沿和后沿，所述前沿位于叶轮入口附近，其中所述前部遮板具有在所述叶轮入口附近的弧形内面，所述弧形内面具有在所述叶轮的外部直径(D2)的0.05至0.16倍范围内的曲率半径(Rs)，所述后部遮板包括内主面和鼻部，所述鼻部具有弯曲轮廓，且鼻部顶端在中心轴线附近，所述中心轴线朝向所述前部遮板延伸，在所述内主面和所述鼻部之间具有弯曲的过渡区域，其中Inr为所述鼻部的弯曲轮廓的曲率半径，Inr/D2的比值为从0.17到0.22。
第三方面，披露了用于离心式泵的叶轮的实施例，所述泵包括其中具有腔室的泵壳、将待泵送物料输送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，在使用中时，所述叶轮被安装在所述腔室内用于围绕转动轴线转动，所述叶轮包括前部遮板、后部遮板和其间的多个泵叶片，在相邻泵叶片之间具有通道，每个泵叶片具有前沿和后沿，所述前沿位于叶轮入口附近，其中所述前部遮板具有在所述叶轮入口附近的弧形内面，所述弧形内面具有在所述叶轮的外部直径(D2)的0.05至0.16倍范围内的曲率半径(Rs)，并且其中一个或多个所述通道具有与其相关联的一个或多个排放导向叶片，所述排放导向叶片各排放导向叶片被定位在所述遮板中的至少一个上的主面上。
第四方面，披露了用于离心式泵的叶轮的实施例，所述泵包括其中具有腔室的泵壳体、将待泵送物料泵输送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，在使用中时所述叶轮被安装在所述腔室内用于围绕转动轴线转动，所述叶轮包括前部遮板、后部遮板和在其间的多个泵叶片，每个泵叶片具有前沿和后沿，所述前沿位于叶轮入口附近，在所述前沿和所述后沿之间具有主体部，其中每个泵叶片的叶片前沿的半径Rv在主体部的泵叶片厚度Tv的0.18的0.19倍的范围内。
第五方面，披露了叶轮的实施例，该叶轮包括前部遮板和后部遮板，所述后部遮板包括具有外周边缘和中心轴线的后部面和内部主面，所述叶轮还包括从所述后部遮板的所述内部主面延伸到所述前部遮板的多个泵叶片，所述泵叶片以相互间隔开的关系布置在所述内部主面上，在相邻泵叶片之间提供排放通道，每个泵叶片包括在所述中心轴线附近的前沿部，和在所述外周边缘附近的后沿部，所述后部遮板还包括具有弯曲轮廓的鼻部，且鼻部顶端在所述中心轴线附近，所述中心轴线朝向所述前部遮板延伸，在所述内主面和所述鼻部之间具有弯曲的过渡区域，其中Inr为所述鼻部的弯曲轮廓的曲率半径，且D2为所述叶轮的直径，Inr/D2的比值为0.02至0.50，其中一个或多个的通道具有与其关联的一个或多个排放导向叶片，所述排放导向叶片或各排放导向叶片被置于所述遮板中的至少一个的主面上。
第六方面，披露了叶轮的实施例，该叶轮包括前部遮板和后部遮板，所述后部遮板包括具有外周边缘和中心轴线的后部面和内部主面，所述叶轮还包括从所述后部遮板的所述内部主面延伸到所述前部遮板的多个泵叶片，所述泵叶片以相互间隔开的关系布置在所述内部主面上，在相邻泵叶片之间提供排放通道，每个泵叶片包括在所述中心轴线附近的前沿部，和在所述外周边缘附近的后沿部，所述后部遮板还包括具有弯曲轮廓的鼻部，且鼻部顶端在所述中心轴线附近，所述中心轴线朝向所述前部遮板延伸，在所述内主面和所述鼻部之间具有弯曲的过渡区域，其中Inose是从包括所述后部遮板的内部主面的平面到与所述中心轴线正交的所述鼻部顶端的距离，且B2为泵叶片的宽度，并且Inose/B2的比值为0.25至0.75，其中一个或多个所述通道具有与其相关联的一个或多个排放导向叶片，所述排放导向叶片或各排放导向叶片被定位于所述遮板中的至少一个的主面上。
第七方面，披露了叶轮的实施例，该叶轮包括前部遮板和后部遮板，所述后部遮板包括具有外周边缘和中心轴线的后部面和内部主面，所述叶轮还包括从所述后部遮板的所述内部主面延伸到所述前部遮板的多个泵叶片，所述泵叶片以相互间隔开的关系布置在所述内部主面上，在相邻泵叶片之间提供排放通道，每个泵叶片包括在所述中心轴线附近的前沿部，和在所述外周边缘附近的后沿部，所述后部遮板还包括具有弯曲轮廓的鼻部，且鼻部顶端在所述中心轴线附近，所述中心轴线朝向所述前部遮板延伸，在所述内主面和所述鼻部之间具有弯曲的过渡区域，其中Fr为所述过渡区域的曲率半径，D2为所述叶轮的直径，并且Fr/D2的比值为从0.20到0.75，其中一个或多个所述通道具有与其相关联的一个或多个排放导向叶片，所述排放导向叶片或各排放导向叶片被定位于所述遮板中的至少一个的主面处。
在某些实施例中，所述内面的曲率半径Rs可在所述叶轮的外部直径D2的0.08至0.15倍的范围内。
在某些实施例中，内面的曲率半径Rs可在叶轮外部直径D2的0.11至0.14倍的范围内。
在某些实施例中，内面的曲率半径Rs可在叶轮外部直径D2的0.12至0.14倍的范围内。
在某些实施例中，Fr/D2的比值可为0.32至0.65。
在某些实施例中，Fr/D2的比值可为0.41至0.52。
在某些实施例中，Inr/D2的比值可为0.10至0.33。
在某些实施例中，Inr/D2的比值可为0.17至0.22。
在某些实施例中，Inose是从包含后部遮板的内主面的平面到与中心轴线正交的鼻部顶端的距离，并且B2是泵叶片宽度，比值Inose/B2为从0.25至0.75。
在某些实施例中，比值Inose/B2为从0.4至0.65。
在某些实施例中，比值Inose/B2为从0.48至0.56。
在某些实施例中，该泵叶片或每个泵叶片上可具有在前沿部和后沿部之间的主体部，叶片的前沿部的锥形过渡长度和前沿的半径Rv在主叶片部的厚度Tv的0.09至0.45倍的范围内。
在某些实施例中，叶片的前沿可以是笔直的，但优选地成形为最佳控制入口角度，该角度可在后部和前部遮板之间变化以在液流进入叶轮通道时实现更低的湍流以及尾流。这种从该前沿半径到全叶片厚度的过渡区域可以是从前沿的半径(Rv)到主体部厚度(Tv)的线性过渡或逐渐过渡的。在一个实施例中，每个叶片可具有在前沿和主体部厚度之间的过渡长度Lt，过渡长度在从0.5Tv到3Tv的范围内，也就是说，过渡长度从叶片厚度的0.5至3倍之间变化。
在某些实施例中，叶片前沿的半径Rv可在主体部厚度Tv的0.125至0.31倍的范围内。
在某些实施例中，叶片前沿的半径Rv可在主体部厚度Tv的0.18至0.19倍的范围内。
在某些实施例中，主体部厚度Tv可在叶轮的外部直径D2的0.03至0.11倍的范围内。
在某些实施例中，主体部泵叶片厚度Tv的半径Rv可在叶轮的外部直径D2的0.055至0.10倍的范围内。
在某些实施例中，每个叶轮可具有在前沿和完整叶片厚度之间的过渡长度Lt，该过渡长度可在0.5Tv至3Tv的范围内。
在某些实施例中，主体部的厚度可在其整个长度上基本恒定。
在某些实施例中，每个泵叶片的叶片前沿的半径Rv可在主体部厚度Tv的0.09至0.45倍的范围内。
在某些实施例中，叶片前沿的半径Rv可在主体部厚度Tv的0.125至0.31倍的范围内。
在某些实施例中，叶片前沿的半径Rv可在主体部厚度Tv的0.18至0.19倍的范围内。
在某些实施例中，每个叶片的主体部厚度Tv可在叶轮外部直径D2的0.03至0.11倍的范围内。
在某些实施例中，每个叶片的主体部厚度Tv可在叶轮外部直径D2的0.055至0.10倍的范围内。
在某些实施例中，每个叶轮可具有在前沿和完整叶片厚度之间的过渡长度Lt，该过渡长度可在0.5Tv至3Tv的范围内。
在某些实施例中，一个或多个通道可具有一个或多个与其相关联的排放导向叶片，该排放导向叶片或每个排放导向叶片位于所述遮板或每个遮板的至少一个的主面上。
在某些实施例中，该排放导向叶片或每个排放导向叶片可以是从与其关联的遮板主面伸出的凸起，并且凸起伸入各自的通道中。
在某些实施例中，该排放导向叶片或每个排放导向叶片可以为长形。
在某些实施例中，该排放导向叶片或每个排放导向叶片可具有与遮板外周边缘相邻的外端部、所述排放导向叶片向内延伸并终止于在与其关联的所述遮板的所述中心轴线和所述外周边缘的中间的内端。
在某些实施例中，提供了两个所述遮板，并且一个或多个的遮板可具有从其主面伸出的排放导向叶片。
在某些实施例中，该排放导向叶片或每个所述排放导向叶片的高度可为泵叶片宽度的5％至50％。
在某些实施例中，其中当从水平横截面中观察时所述排放导向叶片或每个排放导向叶片大体具有与所述主泵叶片相同的形状和宽度。
在某些实施例中，各个排放导向叶片可以具有渐缩的高度。
在某些实施例中，各个排放导向叶片可以具有渐缩的宽度。
在某些实施例中，泵叶片前沿与叶轮中心轴线的角度A1可以是20°至35°。
在某些实施例中，叶轮入口直径D1可以在叶轮外部直径D2的0.25至0.75倍的范围内。
在某些实施例中，叶轮入口直径D1可以在叶轮外部直径D2的0.25至0.5倍的范围内。
在某些实施例中，叶轮入口直径D1可以在叶轮外部直径D2的0.40至0.75倍的范围内。
第八方面，披露了包括如前述实施例中任一个所述的叶轮与前部衬里的组件的实施例，该前部衬里具有突出的唇缘，其与叶轮中心轴线的夹角(A3)在10°至80°的范围内。
第九方面，披露了包括如前述实施例中任一个所述的叶轮与前部衬里的组件的实施例，该前部衬里具有内端和外端，内端的直径D4在外端直径D3的0.55至1.1倍的范围内。
第十方面，披露了包括如前述实施例中任一个所述的叶轮与前部衬里的组件的实施例，在所述叶轮和前部衬里的平行面与垂直于转动轴线的平面之间限定的夹角A2在0°至20°之间。
第十一方面，披露了为离心式泵更换叶轮的方法的实施例，所述泵包括其中具有腔室的泵壳、将待泵送的物料传送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，如前述实施例中任一项所述的叶轮被安装在所述腔室内用于在使用时围绕转动轴线转动，所述方法包括可操作地将所述叶轮连接到所述驱动器的驱动轴上，所述驱动轴伸入所述腔室中。
在某些实施例中，叶轮或叶轮与衬里的组件可包括上述的特定实施例的任意两个或更多方面的组合。
为将叶轮入口区域中的湍流降到最小，该装置理想地结合特性以便将泵的性能上的空穴(cavitation)特征降到最小。这意味着该设计最小化所要求的净进口压头(或净吸压头)(通常称为NPSH)。当泵的进口处的可用压力低于泵需要的时候发生空穴，引起浆料水‘沸腾’，并且形成汽穴(vapour pocket)、尾流和湍流。汽化和湍流将通过移除材料并形成尺寸随时间而增加的磨损针孔和小凹坑，引起泵的入口叶片和遮板的损坏。
进入入口的浆料颗粒可被汽化和湍流从平滑流线被偏转，从而加速磨损率。湍流产生小到大型的螺旋或涡旋类型的流型。当在这些螺旋液流中捕捉到颗粒时，颗粒的速率被大大增加，并且如一般规律，泵组件上的磨损趋向于增加。浆料泵中的磨损率可能与颗粒速率的两次或三次幂相关，因此保持低颗粒速率有助于将磨损减到最小。
某些矿物处理设备(例如铝氧生产设备)需要高运行温度来帮助矿物提炼处理。高温浆料要求泵具有良好的空穴降低(cavitation-damping)特性。泵所要求的NPSH越低，泵将能够保持越良好的性能。具有低空穴特性的叶轮设计将有助于将磨损最小化并将对泵的性能，以及矿物处理设备输出的影响最小化。
在进入泵的进料浆料中减少湍流的方法之一是在浆料从液流的水平方向改变为竖直方向移动时为浆料液流以及它携带的颗粒提供平滑的角度改变。通过设置叶轮的内部通道形状以及前部衬里的轮廓而使入口圆滑。结果该圆滑产生更多的流线型流动和较少的湍流。前部衬里的入口还可圆滑或结合更小的入口直径或喉部，其也能够有助于使浆料的转向液流路径变平滑。
使液流更均匀地转向的其它方式是结合倾斜前部衬里和相匹配的倾斜叶轮前部面。
叶轮入口区域处较低的湍流率将导致较小的总磨损。在矿物处理工业的重型浆料应用中对于泵首要重要的是磨损寿命。如在此前所述的，为在叶轮入口处达到较低的磨损需要特定的尺寸比例组合来产生特定低湍流的几何结构。本发明者惊喜地发现了这种优选的几何结构很大程度上不受叶轮外部直径与入口直径的比例(一般称为叶轮比例)的约束。
已经发现的是以上描述的不同比例或者组合提供了最佳几何结构，以首先产生平滑流型并将进入叶轮通道处的冲击损失(shock loss)降到最小，并其次尽可能地控制通过叶轮通道的湍流量。各种比例是很重要的，因为这些控制从进入叶轮的轴向方向经过90度转向形成径向流的流动，而且还使经过主泵叶片的前沿进入每个叶轮排放通道(也就是每个主泵叶轮之间的通道)的液流变平滑。
尤其是，Rs/D2的尺寸比例在0.05至0.16范围内，且Fr/D2在0.32至0.65的叶轮被发现提供了上述有利的效果。
尤其是，Rs/D2的尺寸比例在0.05至0.16范围内，且Inr/D2在0.17至0.22的叶轮被发现提供了上述有利的效果。
尤其是，具有Rv/Tv的尺寸比例在0.18至0.19范围内的具有泵叶片的叶轮被发现提供了上述有利的效果。
如上所述，通过设置排放导向叶片还实现了进一步的改善。排放导向叶片被认为控制了由于使用过程中经过叶轮通道的物料液流中的涡旋导致的湍流。湍流的增加可导致叶轮和蜗壳表面磨损的增加，以及能量损耗的增加，最终需要操作者向泵中输入更多的能量来获得期望的产量。取决于排放导向叶片的位置选择，紧接在叶轮泵叶片的泵面前方的湍流区域可基本被限制。结果，由于禁止了它们以无制约的方式成长，涡旋的密度(或强度)被减弱。进一步有益的结果是在整个叶轮通道中液流较平滑，减少了湍流，并从而还减少了由于浆料液流中的颗粒导致的磨损。
性能的改善包括通过泵产生的压力在较高液流处降低较少(也就是较少的液流能量损耗－注：具有相同主泵叶片数的传统叶轮具有较陡峭的损耗特性)；绝对效率增长了7％至8％；减少了泵的空穴特性并保留了较平坦的、明显较高的流动性(常规叶轮具有较陡峭的特性)；并且相比传统的叶轮设计，叶轮的磨损寿命增长了50％。
在现有的、传统的设计规范下，总是认为一个性能参数的增长要损失另一个性能参数，例如较高的效率但较短的磨损寿命。本发明通过获得对于所有参数的性能全面改善反驳了这种观点。
全面改善的性能的结果，叶轮可采用‘标准’材料制造，而不需要否则要用来解决局部高磨损问题的特种合金材料。
实验数据说明，这些设计参数和特定尺寸比例的规范可产生相对低的或基本最佳的叶轮磨损，尤其是在叶轮眼入口(入口区域)的周围。
附图说明
尽管还有其它的形式可能落入发明内容中所阐述的设备和方法的范围内，现在将通过例子并参考附图来描述方法和设备的特定实施例，其中：
图1示出了根据一个实施例的结合了叶轮以及叶轮与衬里组合的泵的示范性的概略的部分的横截面侧视图；
图1A示出了图1中叶轮部的细节图；
图2示出了根据另一个实施例的叶轮泵叶片的示范性的概略的横截面的顶视图；以及
图3至图12示出了根据特定实施例的叶轮和入口衬里的示范性的全部和部分截面视图，某些视图示出了叶轮和内部衬里的组合；
图13A示出了根据一个实施例的叶轮和衬里组合的示范性的概略横截面侧视图，示出了衬里入口(1)、叶轮前部遮板(2)、叶轮前部遮板出口(3)和叶轮后部遮板鼻部(4)的不同区域。
图13B示出了根据一个实施例的叶轮和衬里组合的示范性的概略横截面侧视图，其中通过曲线拟合且线性回归模型产生数据点，以示出图13A中所示出的不同区域的内部轮廓。
具体实施方式
参考图1和1A，根据特定实施例示出了示范性的泵10，包括泵壳12、背部衬里14、前部衬里30和泵出口18。内部腔室20适于接收围绕转动轴线X-X转动的叶轮40。
前部衬里30包括柱形送料段32，其中浆料经过该柱形送料段32进入泵腔20。该送料段32中具有通道33，其中通道33的第一、最外端34可运转地连接到馈送管(未示出)，且第二、最内端35与腔室20相邻。前部衬里30还包括与泵可12匹配形成并包围成腔室20的侧壁部分15，侧壁部分15具有内面37。前部衬里30的第二端35处具有突出的唇缘38，该唇缘被布置成与叶轮40紧密配合。
叶轮40包括毂41，其中从该毂伸出多个周向分隔开的泵叶片42。眼状部分(eyeportion)47从毂朝向前部衬里的通道33前向地伸出。泵叶片42包括位于叶轮入口48区域处的前沿43，以及位于叶轮出口49区域处的后沿44。叶轮还包括前部遮板50和后部遮板51，叶片42被布置在前部遮板50和后部遮板51之间。
在图2中示出的部分的叶轮10A的特定实施例中，只示出了一个示范性泵叶片42，其在遮板50和51相对的主内面之间延伸。通常这样的叶轮10A具有多个这样的泵叶片，其围绕所述遮板50、51之间的区域均匀地分隔开，在浆料泵中通常有例如三个、四个或五个泵叶片。为方便说明特征，在这个附图中只有一个泵叶片被示出。如在图2中示出的，示范性泵叶片42通常为弧形横截面并且包括内前沿43和外后沿44，以及相反设置的侧面45和46，侧面45为泵送或加压侧。当从旋转方向观察时，叶片通常称为后向弯曲叶片。为清楚起见，表示上述多个特征的附图标记仅显示在在所示出的一个叶片42上。重要的主要尺寸Lt、Rv和Tv已经在图中示出并在本说明书下文中限定。
根据特定实施例，在图3至12中示出了示范性的叶轮。为了方便，相同的附图标记被用于指示参考图1、1A和2所描述的相同的部件。在图3至12中示出的特定实施例中，叶轮40具有多个排放导向叶片(或叶片部(vanelet))。该排放导向叶片为长形的形式，平顶的凸起55横截面大体为香肠形(sausage shaped)。这些凸起55分别从后部遮板51的主面伸出并且被布置在两个相邻的泵叶片42之间。凸起55被布置在遮板51上，凸起55具有各自的被定位成与遮板51的外周边缘相邻的外端58。排放导向叶片还具有内端60，其位于各自通道的中间某处。各自排放导向叶片55的内端60与叶轮40的中心转动轴X-X分隔开一定距离。尽管通常不是必须的，排放导向叶片也可与每个通道相关联。
每个排放导向叶片以凸起55的形式在附图中被示出，其高度是泵叶片42宽度的大约30-35％，此处泵叶片的宽度被定义为叶轮的前部和后部遮板之间的距离。进一步的实施例中，导向叶片高度可以在所述泵叶片42宽度的5％至50％之间。沿其长度每个导向叶片的高度大体恒定，虽然在其它实施例中，导向叶片在高度上可逐渐减小，在宽度上也可逐渐减小。如从附图中显而易见的，叶片具有斜切的外部边缘。
在图3至12所示的实施例中，每个排放导向叶片可被定位成更靠近于最接近的相邻泵叶片的泵送或加压侧面。更接近一个相邻泵叶片的排放导向叶片的定位可有利地改善泵的性能。这样的实施例还在本申请人在与本申请同日提交的，发明名称为“Slurry PumpImpeller(浆料泵叶片)”的共同待决申请中被披露，其内容通过交叉引用被包括在此文中。
在另一个实施例中，与图3至12所示实施例相比，排放导向叶片延伸到排放通道中的距离可以更短或更长，这取决于将被泵送的流体或浆料。
在又一个实施例中，每个遮板内主面可以各有多于一个的排放导向叶轮，或者在某些情况中，在限定排放通道的任意两个遮板的相对内主面的一个上没有排放导向叶片。
在再另一个实施例中，排放导向叶片的横截面宽度可与主泵叶片不同，并且甚至可以不必是长形的，只要在叶轮排放处的浆料液流实现了期望的效果。
相信排放导向叶片将减少在低液流处形成高速率涡旋类型液流的可能性。这减少了颗粒磨损到前部或后部遮板中可能性，颗粒磨损到前部或后部遮板中导致可在其中可产生并发展涡旋类型液流的磨损空洞。导向叶片还将减少在叶轮中间退出处分离液流区域混入到蜗形的已经在转动的流型中。排放导向叶片将使从叶轮进入泵壳或蜗壳的液流湍流平滑或减少。
叶轮10在各自遮板的外部面还包括排出叶片、或辅助叶片67、68、69。后部遮板67、68的一些叶片具有不同的宽度。如在图中示出的，包括排放导向叶片的所有叶片具有斜切边缘。
附图的图1和图2标识了以下参数：
D1前部遮板和泵叶片前沿的交叉点处的叶轮入口直径；
D2叶轮外部直径，为泵叶片的外直径，在某些示范性实施例中与叶轮后部遮板相同；
D3前部衬里第一端直径；
D4前部衬里第二端直径；
A1叶片前沿和叶轮中心转动轴线之间的角度；
A2叶轮和前部衬里的平行面与垂直于转动轴线的平面之间的角度；
A3前部衬里突出的唇缘与叶轮中心转动轴线的角度；
Rs在注入口衬套和叶轮的前部遮板相对准的位置处(也就是液流离开注入口衬套并进入叶轮处)，叶轮前部遮板曲率半径；
Rv叶轮前沿半径；
Tv泵叶片主部的叶片厚度；
Lt叶片的过渡(transition)长度；
B2叶轮出口宽度；
Inr在毂处叶轮的鼻部(nose)的弯曲外形的曲率半径；
Inose从包含后部遮板的内主面的平面到与中心轴线正交的鼻部顶端的距离；
Fr内主面和鼻部之间的过渡部分的曲率半径。
优选地这些参数中的一个或多个具有在以下范围内的尺寸比例：
D4＝0.55D3至1.1D3
D1＝0.25D2至0.75D2更优选地
0.25D2至0.5D2更优选地
0.40D2至0.75D2。
Rs＝0.05D2至0.16D2,更优选地
0.08D2至0.15D2,更优选地
0.11D2至0.14D2
Rv＝0.09Tv至0.45Tv,更优选地
0.125Tv至0.31Tv,更优选地
0.18Tv至0.19Tv
Tv＝0.03D2至0.11D2更优选地
0.055D2至0.10D2
Lt＝0.5Tv至3Tv
B2＝0.08D2至0.2D2
Inr＝0.02D2至0.50D2,更优选地
＝0.10D2至0.33D2,更优选地
＝0.17D2至0.22D2
Inose＝0.25B2至0.75B2,更优选地
＝0.40B2至0.65B2更优选地
＝0.48B2至0.56B2
Fr＝0.20D2至0.75D2,更优选地
＝0.32D2至0.65D2,更优选地
＝0.41D2至0.52D2.
并且具有在以下范围内的角度:
A2＝0至20°
A3＝10°至80°
A1＝20°至35°
实例
通过常规泵和根据示例性实施例的泵给出了比较实验。在下面阐述了两种泵的各种相关尺寸。
Figure BDA0001815099020000131
Figure BDA0001815099020000141
对于这里上文中所述的示范性新型泵叶轮，比值Rs/D2为0.109；比值Fr/D2为0.415；比值Inr/D2为0.173，并且比值Rv/Tv为0.188。
实例1
新型的和常规的泵均以相同的金矿砂石液流负载和速率运行，常规泵叶轮寿命为1,600至1,700小时并且前部衬里寿命为700至900小时，新型设计的叶轮和前部衬里寿命均为2,138小时。
实例2
新型的和常规的泵均以相同的金矿砂石液流负载和速率运行，由于浆料的高硅砂含量导致了迅速磨损，在以下三个实验中，新型的叶轮和前部衬里呈现的寿命始终是在相同物料中的常规金属部件的1.4至1.6倍。
常规叶轮通常失效于泵叶片上的总体磨损以及后部遮板的穿孔。新型叶轮则显示了非常小的同类磨损。
实例3
新型的和常规的泵均以相同液流负载和速率在铝氧精炼(alumina refinery)中运行，其任务要求高以向设备提供适当的进料，这种任务是在高温下且具有低空穴特性的叶轮设计是非常有利的。
常规叶轮和前部衬里的平均寿命为4,875小时，具有一些叶轮磨损，但通常前部衬里失效于在使用中的穿孔。
新型叶轮和前部衬里寿命为超过6,000小时并且无穿孔。
实例4
新型的和常规的泵均以相同液流负载和速率在铝氧精炼中运行，管道和储蓄罐的剥落(scaling)可由于空穴效应影响泵的生产率。
基于实验，计算出新型叶轮和前部衬里允许生产量额外增加12.5％同时保持未受空穴影响。
实验仿真
使用商业软件进行计算实验，来定义在此披露的不同叶轮设计中的公式。该软件采用标准的线性回归或曲线拟合的方法来定义多项式，该多项式描述在此披露的特定实施例的叶轮遮板内面曲率。
当在通过旋转轴线绘制的平面中的横截面上观察时，每个选定的叶轮的实施例具有四个普通剖面区域，其各具有在图13A中所示的不同的形状特征。图13B为通过使用多项式而产生的特定叶轮形状的特征轮廓。沿着X轴线(其是从叶轮的毂经过叶轮鼻部的中心并与转动轴线X-X共轴延伸的线)，实际叶轮尺寸被取值并除以B2(叶轮出口宽度)来产生标准化的值Xn。沿着Y轴线(其是相对于转动轴线X-X以直角延伸并且在后部遮板的主内面上的线)，实际叶轮尺寸被取值并除以0.5×D2(叶轮外部直径的一半)来产生标准化的值Yn。然后由Xn和Yn的值回归以计算多项式来描述在叶轮入口区域内的弧形内面区域(2)的轮廓，以及叶轮鼻部区域的弯曲轮廓区域(4)的轮廓。
在一个实施例中，D2为550mm，且B2为72mm，轮廓区域(2)被定义为：
yn＝-2.3890009903xn 5+19.4786939775xn 4－63.2754154980xn 3+102.6199259524xn 2－83.4315403428x+27.7322233171
在一个实施例中，D2为550mm，且B2为72mm，轮廓区域(4)被定义为：
y＝-87.6924201323xn 5+119.7707929717xn 4－62.3921978066xn 3+16.0543468684xn 2－2.7669594052x+0.5250083657。
在一个实施例中，D2为1560mm，且B2为190mm，轮廓区域(2)被定义为：
yn＝-7.0660920862xn 5+56.8379443295xn 4－181.1145997000xn 3+285.9370452104xn 2－223.9802206897x+70.2463717260。
在一个实施例中，D2为1560mm，且B2为190mm，轮廓区域(4)被定义为：
yn＝-52.6890959578xn 5+79.4531495101xn 4－45.7492175031xn 3+13.0713205894xn 2－2.5389732284x+0.5439201928。
在一个实施例中，D2为712mm，且B2为82mm，轮廓区域(2)被定义为：
yn＝-0.8710521204xn 5+7.8018806610xn 4－27.9106218350xn 3+50.0122747105xn 2－45.1312740213x+16.9014790579。
在一个实施例中，D2为712mm，且B2为82mm，轮廓区域(4)被定义为：
yn＝-66.6742503139xn 5+103.3169809752xn 4－60.6233286019xn 3+17.0989215719xn 2－2.9560300900x+0.5424661895。
在一个实施例中，D2为776mm，且B2为98mm，轮廓区域(2)被定义为：
yn＝-0.2556639974xn 5+2.6009971578xn 4－10.5476726720xn 3+21.4251116716xn 2－21.9586498788x+9.5486465528。
在一个实施例中，D2为776mm，且B2为98mm，轮廓区域(2)被定义为：
yn＝-74.2097253182xn 5+115.5559502836xn 4－67.8953477381xn 3+19.1100516593xn 2－3.2725057764x+0.5878323997。
在之前描述的特定示范性实施例中，为了清楚起见，特定的术语已经被列出。但是，本发明并非意图受限于所选的特定术语，而是应理解各个特定术语包括了以类似方式操作来完成类似技术目的全部技术等价术语。例如“前”和“后”，“在…上方”和“在…下方”以及类似的术语被用作便于提供参考位置的词汇并不理解为限制性术语。
本说明书中参考的任何在先公开(或从中获得的信息)，或任何的已知内容不是或不应被认为是在先公开(或从中获得的信息)或已知内容形成本说明书所涉及的本领域的公知常识部分的确认，或认可，或任何形式的暗示。
最终，应理解的是各种变化、改变和/或增加可被结合到部件的各种结构和布置中而不背离本发明的精神或范围。

Claims (32)

1.一种叶轮，用于离心式浆料泵中，所述泵包括其中具有腔室的泵壳体、将待泵送物料输送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，所述叶轮被安装在所述腔室内用于在使用中时围绕转动轴线转动，所述叶轮包括前部遮板、后部遮板和在其间的多个泵叶片，每个泵叶片具有前沿和后沿，所述前沿位于叶轮入口附近，在所述前沿和所述后沿之间具有主体部，其中每个泵叶片的叶片前沿的半径Rv在所述叶片的主体部的泵叶片厚度Tv的0.18的0.19倍的范围内。
2.如权利要求1所述的叶轮，其中Inose是从包含所述后部遮板的内主面的平面到与叶轮中心轴线正交的鼻部顶端的距离，并且B2是泵叶片宽度，比值Inose/B2为从0.25至0.75。
3.如权利要求2所述的叶轮，其中Inose/B2的比值为从0.4至0.65。
4.如权利要求2所述的叶轮，其中Inose/B2的比值为从0.48至0.56。
5.如权利要求2至4中任一项所述的叶轮，其中每个泵叶片上具有在前沿部和后沿部之间的主体部，所述叶片的前沿部的渐缩过渡长度和前沿的半径Rv在主叶片部的厚度Tv的0.09至0.45倍的范围内。
6.如权利要求5所述的叶轮，其中叶片前沿的半径Rv在所述主体部的厚度Tv的0.125至0.31倍的范围内。
7.如权利要求5所述的叶轮，其中叶片前沿的半径Rv在所述主体部的厚度Tv的0.18至0.19倍的范围内。
8.如权利要求1所述的叶轮，其中所述主体部的厚度Tv在所述叶轮的外部直径D2的0.03至0.11倍的范围内。
9.如权利要求8所述的叶轮，其中所述主体部的泵叶片厚度Tv在所述叶轮的外部直径D2的0.055至0.10倍的范围内。
10.如权利要求1所述的叶轮，其中每个叶轮具有在所述前沿和完整叶片厚度之间的过渡长度Lt，所述过渡长度在0.5Tv至3Tv的范围内。
11.如权利要求1所述的叶轮，其中所述主体部的厚度在其整个长度上基本恒定。
12.如权利要求1所述的叶轮，其中每个泵叶片的叶片前沿的半径Rv在所述主体部的厚度Tv的0.09至0.45倍的范围内。
13.如权利要求12所述的叶轮，其中所述叶片的前沿的半径Rv在所述主体部的厚度Tv的0.125至0.31倍的范围内。
14.如权利要求12或13所述的叶轮，其中所述叶片的前沿的半径Rv在所述主体部的厚度Tv的0.18至0.19倍的范围内。
15.如权利要求12或13所述的叶轮，其中每个叶片的所述主体部的厚度Tv在所述叶轮的外部直径D2的0.03至0.11倍的范围内。
16.如权利要求15所述的叶轮，其中每个叶片的所述主体部的厚度Tv在所述叶轮的外部直径D2的0.055至0.10倍的范围内。
17.如权利要求12或13所述的叶轮，其中每个叶轮具有在前沿和完整叶片厚度之间的过渡长度Lt，所述过渡长度在0.5Tv至3Tv的范围内。
18.如权利要求1-4任一项所述的叶轮，其中在相邻泵叶片之间具有通道，一个或多个所述通道具有一个或多个与其相关联的排放导向叶片，所述排放导向叶片或每个排放导向叶片位于所述遮板或每个遮板中的至少一个的主面上。
19.如权利要求18所述的叶轮，其中所述排放导向叶片或每个排放导向叶片是从与其相关联的遮板的所述主面伸出的凸起，并且所述凸起伸入各自的通道中。
20.如权利要求18所述的叶轮，其中所述排放导向叶片或每个排放导向叶片为长形。
21.如权利要求20所述的叶轮，其中所述排放导向叶片或每个排放导向叶片具有与所述遮板的外周边缘相邻的外端部，所述排放导向叶片向内延伸并终止于在与其关联的所述遮板的叶轮中心轴线和所述外周边缘的中间的内端。
22.如权利要求18所述的叶轮，其中每个所述遮板具有从其主面伸出的所述排放导向叶片。
23.如权利要求18所述的叶轮，其中每个所述排放导向叶片的高度为泵叶片宽度的5％至50％。
24.如权利要求18所述的叶轮，其中当从水平横截面中观察时所述排放导向叶片或每个排放导向叶片大体具有与所述泵叶片相同的形状和宽度。
25.如权利要求18所述的叶轮，其中各个排放导向叶片具有渐缩的高度。
26.如权利要求18所述的叶轮，其中各个排放导向叶片具有渐缩的宽度。
27.如权利要求1所述的叶轮，其中泵叶片前沿与叶轮中心轴线的角度A1是20°至35°。
28.如权利要求1所述的叶轮，其中所述叶轮的入口直径D1在所述叶轮的外部直径D2的0.25至0.75倍的范围内。
29.一种组件，包括如前述权利要求中任一项所述的叶轮和前部衬里，所述前部衬里具有突出的唇缘，其与叶轮中心轴线的夹角（A3）在10°至80°的范围内。
30.一种组件，包括如权利要求1-28中任一项所述的叶轮和前部衬里，所述前部衬里具有内端和外端，所述内端的直径D4在所述外端的直径D3的0.55至1.1倍的范围内。
31.一种组件，包括如权利要求1-28中任一项所述的叶轮和前部衬里，在所述叶轮和前部衬里的平行面与垂直于转动轴线的平面之间限定的夹角A2在0°至20°之间。
32.一种为离心式浆料泵更换叶轮的方法，所述泵包括其中具有腔室的泵壳、将待泵送的物料传送到所述腔室的入口和将物料从所述腔室排放出去的出口，如权利要求1-28中任一项所述的叶轮被安装在所述腔室内用于在使用时围绕转动轴线转动，所述方法包括可操作地将所述叶轮连接到驱动器的驱动轴上，所述驱动轴伸入所述腔室中。
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