CN1128936C - 泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心式或半轴流式泵，该泵用于泵送流体，主要是泵送污水，根据本发明的泵叶轮包括轮毂(4)，其上设有一个或数个叶片(5)，该叶片的前缘(6)急剧后掠。一个或数个槽(8)设置在环绕泵体(1)内的和所述叶片相对向的表面(7)上。

Description

泵

本发明涉及一种离心式或半轴流式泵，该泵用于泵送流体，主要是泵送污水。

文献中有众多类型用于这一目的的泵和泵叶轮的叙述，但均有某些不足。最重要的是均涉及堵塞和低效率问题。

污水中包含多种类型的污物，其数量和构成取决于排放污物的地区类别和排放季节。在城区，塑料、卫生用品、纺织品等等最普遍；而在工业区则可能排放耐磨颗粒。经验表明，最坏的问题是破布和类似物品、贴附在叶片前缘并进而缠绕在叶轮的轮毂上。这类事件导致频繁地维护和降低使用效率。

在农业和纸浆工业中，使用各种类型的特殊泵，这些泵应能处理禾秆、草、叶和其它各种有机材料。为此目的，叶片前缘均为后掠，以便使污物向外输送至叶片外周边，而不致贴在前缘上。各种类型的切碎方法用以将这些材料切断，从而使其更畅通地流动。在专利文献SE-435952，SE-375831和US-4347035中列有实例。

由于污水中的污物含有其它类型更难处理的污物，并由于污水泵的运行时间一般要长得多，上述那些特殊泵用于泵送污水时并不能满足要求，无论从可靠性的观点还是从效率的观点看均是如此。

一台污水泵每天经常运行12小时，这就意味着，能耗在很大程度上取决于泵的总效率。

试验证明，本发明的污水泵比原有污水泵的效率提高达50％。由于电气驱动泵的寿命成本一般是受总能耗成本控制(C：a 80％)，显然上述引人注目的效率提高是极为重要的。

文献中对泵叶轮设计的叙述极为一般化，特别是关于叶片前缘后掠问题是如此。没有对所述后掠的明确定义。

试验表明，为获得泵叶轮的自清洁能力，后掠角在前缘上分布的设计是非常重要的。各种污物的特点也需要不同的后掠角，以保证泵有良好的工作性能。

文献中并未给出任何信息告诉人们，如何使污物沿叶片前缘，在径向向外滑行、传送。所指出的是一般性叙述诸如前缘应为钝角、向后掠等。可参阅专利文献SE-435952。

当泵送较小污物如草和其它有机物时，采用较小的前缘后掠角，可能足以形成污物的径向传送，并在泵叶轮和泵体之间的槽中被切碎。实际上，这种切碎过程是当叶轮以10～25m/s的圆周速度旋转时，被切污物与叶轮和泵体接触而实现的。这一切碎过程可借助于设置切割装置如槽或类似装置而得以改善。

各种槽口和切割装置在专利文献SE-435952和SE-375831中均有叙述。它们的共同之处是叶片位于肩台的后面。这就意味着，比起泵送清水时所用光滑泵内轮廓具有的高效率的泵来，存在很大的效率损失。

在专利文献SE-435952所示的一种实施例中，肩台后面有一个轴向开口。其理论是：污物将被具有急剧后掠、前缘的叶片向外送往所述开口。该实施例的描述很一般，而且不适用于泵送污水中的重污物。

在专利文献SE-375831中介绍了一种解决方案，该方案采用相反的原理，将污物向远离槽的方向，送向中心。这一事实连同前面提及的肩台，不可能将污物送入槽中。

正如前面所指出，情况是这样，叶面前缘急剧掠，以便可将污物送往并进入外周边的槽中。如果做不到这一点，立即会发生严重的停工。这种型式的泵叶轮在专利文献SE-9704222-0和SE-9704223-8中进行了说明。当污物向外滑行并到达叶片与泵体内壁间的槽时，也还存在污物贴附在前缘外周边和堵塞槽的问题。

专利文献DE-614426中有一种装置用以解决这一问题，它没有前面提及的肩台。泵是一种离心泵，该泵在轴向入口与径向流道之间有一个很尖的连接部。前缘的外周边位于所述径向流道中所述连接部的下游。

还进一步指出了一种装置，该装置在前缘之前设有一立体开口，其高度逐渐降低直至构成一刀刃，后接一螺旋形槽，槽截面为三角形且有尖角，并向外周边逐渐加宽。此外，据说这类解决方案的基本原理是，可更换的切割装置将把污物切碎。假如这样失败，例如切割装置如果变钝，从而降低了高度的槽口将挤压污物并堵塞在空间最小处，即在所述切割装置区域。

于是，上述专利介绍了一种解决办法，其中，在某些情况下，可望获得一种自清洁能力，但这种办法带来涉及效率、耐磨和寿命方面重要缺点。此外，并没有给出有关叶片前缘极重要情况的详细说明，从而对试图应用所述装置泵送污水就没有意义。

本发明涉及一种泵送污水的装置，该装置消除了上述已知解决方案的缺点。

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1为泵体的三维图。图2为本发明所述泵径向截面原理图。图3为泵体端面的轴向示意图。图4为对泵体通过一个槽作圆弧剖切的局部视图。

图中，1表示离心泵泵体，该泵体有圆筒形入口2。3表示泵叶轮，该叶轮设有圆筒形轮毂4和叶片5。6表示叶片前缘，7表示泵体壁，8表示壁上的槽，9表示旋转方向，而Z表示旋转轴线。10和11表示槽8的边，12表示槽内一个面，13表示槽底，而h表示槽深。

本发明的一个重要原理是：被泵送液体中的污物不是用切碎装置切碎。相反，使用了更为坚固可靠的结构将污物向外送到外周边。这就意味着机器寿命可大大提高，特别是在泵送耐磨颗粒时。该设计还是稳定的，这就意味着发生在泵体壁上的磨损会降低。

本发明涉及一种泵，该泵具有一特殊型式的泵叶轮3，其叶片5的前缘6位于泵体的上游，即在圆柱形入口2内，而且前缘位于一垂直于所述叶轮旋转轴线Z的平面内。

根据本发明，在泵体壁上设有一个或几个开口或槽8，该槽在表面7上面向叶轮展开，即从本质上为圆柱形的入口2至离心泵体的内表面，并具有下面所确定的形状。一个或几个槽8与一个或几个叶片上前缘6相结合，使得污物沿泵的出口方向传送。

为保证能经泵输送并确定其与现有技术相比之其它优点，对槽8设计了一种特殊的轨迹和几何形状。

在图4中，表明了对槽所作圆柱剖切的形状，其特征在于，槽与泵体表面7在边缘处平滑连接于10，叶轮从该处经过。在所述的圆柱截面内，槽的另一端11，相对于泵体壁是一个主要为矩形的表面12，该表面连续地变换至大致为椭圆形的底部13，该椭圆形的特征在于，其长轴的长度至少是槽深度的两倍。这种底部圆弧是重要的，由于耐磨颗粒将由辅助流(Secondary Current)从表面7送走，从而在所述表面上的磨损将大为减小。

在槽与表面7平滑连接点10至槽底13之间，是主要为线性过渡的表面14。该过渡表面与表面7之间的夹角γ在2至25度之间，该γ角定义为：

    γ＝arctan(ΔZ/(r·Δθ))

式中ΔZ为轴向距离，r.Δθ为切向延伸量

图3为槽8的扫掠角β，其中 $\mathrm{\β}=\arctan (\sqrt{(\mathrm{dr}\·\mathrm{dr}+\mathrm{dz}\·\mathrm{dz})}/(r\·\mathrm{d\θ}))$

式中dr，dθ和dz为沿槽边的无穷小位移。

根据本发明，扫掠角β沿其整个轨迹取值在10至45度之间，以便获得最佳效果。

借助于本发明，与迄今为止已知的各解决方案相比较，获得了几种好处。下面分别给予说明：

取消了那种特殊的永久性或可更换的切碎装置，这是由于送料作用清除了污物并将其带走。

扫掠角8起槽密封的作用，该槽密封带来直接的效率提高，这是由于减小了经过槽的泄漏。

减小了与槽邻近表面的磨损，这是由于耐磨颗粒经过槽后，被从这一区域带走。这样，在泵送含有耐磨颗粒的污水时，也能保持良好的效率。

获得了长的寿命，这是由于在被泵送的介质中的耐磨颗粒引起一种磨损，该磨损可使各局部都保持其原有的形状。这就意味着，在产生一定程度磨损后，也能保持其良好性能。

此装置适用于一种泵叶轮，该叶轮从性能观点看具有一种最优的形象，这是由于槽8的轨迹由轴向变换至径向。

Claims (4)

1.一种离心式或半轴流式泵，该泵用于泵送污水，该泵包括：一具有圆筒形入口(2)的泵体(1)和一个叶轮(3)，该叶轮包括一中央轮毂(4)和一个或数个叶片(5)，叶片(5)上有后掠前缘(6)，该前缘位于主要垂直于叶轮轴(Z)的平面内的所述入口(2)中，一个或数个送料槽(8)设置在泵体(1)的壁上，即在所述叶片(5)对面的表面(7)上，这些槽位于所述前缘区的上游，其轨迹从泵的入口向出口沿叶轮旋转方向扫掠，其特征在于，

从对槽(8)所作的圆弧剖切(B-B)看出，槽边与泵体表面(7)平滑连接，叶轮(3)从该边经过，槽的倾斜部(14)与泵体表面(7)之间的夹角(γ)定义为：

γ＝arctan(ΔZ/(r·Δθ))，式中γ值在2至25度之间选取，ΔZ为轴向位移，r·Δθ为切向延伸量。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于：

从对槽(8)所作的圆弧剖切(B-B)看出，所述槽(8)的相反一边描述成主要为正交方向的侧边(12)，该侧边连续变换成椭圆形底部(13)。

3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，

槽(8)的所述底部(13)的形状为椭圆，其横轴的长度至少为所述槽深度(h)的两倍。

4.如权利要求1所述的泵，其特征在于，送料槽边上各类的扫掠角(β)，即槽(8)的边缘与圆心在叶轮轴心线上的圆弧之间的夹角， $\mathrm{\β}=\arctan (\sqrt{(\mathrm{dr}\·\mathrm{dr}+\mathrm{dz}\·\mathrm{dz})}/(r\·\mathrm{d\θ}))$

其值沿整个轨迹在10至45度之间选取，式中dr，dθ和dz为沿槽边的无穷小位移。