CN116498595A - 用于制造螺旋桨泵的螺旋桨的方法和螺旋桨泵的螺旋桨 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于制造螺旋桨泵的螺旋桨的方法，其中螺旋桨(1)设计成用于绕轴向方向(A)旋转，其中提供了基础螺旋桨(1a)，其包括从轴向端部(21)沿轴向方向(A)延伸的毂(2)和固定地连接到毂(2)的多个叶片(3)，其中各个叶片(3)包括压力侧(31)、吸力侧(32)、前缘(33)、初始后缘(34)和在叶片(3)的背离毂(2)的端部处从前缘(33)延伸至初始后缘(34)的叶片末端(35)，其中基础螺旋桨(1a)的每个叶片(3)关于轴向方向(A)被修整，并且其中通过沿整个压力侧(31)从毂(2)至叶片末端(35)移除初始后缘(34)的一部分来形成修改的后缘(341)。此外，提出了螺旋桨和螺旋桨泵。

Description

用于制造螺旋桨泵的螺旋桨的方法和螺旋桨泵的螺旋桨

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的独立权利要求的前序部分的用于制造用于螺旋桨泵的螺旋桨的方法。此外，本发明涉及一种用于螺旋桨泵的螺旋桨，其中，所述螺旋桨根据所述方法被制造。

背景技术

螺旋桨泵是具有至少一个叶轮的转子动力泵，其中叶轮被构造为轴向叶轮。该轴流式叶轮也称为螺旋桨。通常，螺旋桨是具有为至少100或甚至至少160的比速(specificspeed)的轴流式叶轮。例如，螺旋桨泵用于必须将大体积的诸如水的液体泵送到相对低的压头(head)的应用中。螺旋桨泵可以设计成将高达7000升/秒的水体积输送到高达12米的压头。对于许多应用，螺旋桨泵被构造为潜水泵，例如用于暴雨水防护、灌溉、水产养殖、工业原水和工艺水处理、污水或废水的输送。

典型地，螺旋桨泵的液压部分包括喇叭口入口，该喇叭口入口具有螺旋桨的耐磨环和布置在螺旋桨下游的扩散器。

为了覆盖全部范围的应用，螺旋桨必须适应于特定的应用。现有技术中已知有两种不同类型的螺旋桨，即，具有多个、例如三个具有倾斜设计的叶片的螺旋桨，这些叶片固定地连接到螺旋桨的毂上而没有任何叶片调节的可能性；以及具有多个、例如三个或四个叶片的螺旋桨，这些叶片中的每个都可相对于其特定的桨距角进行调节。

关于可调节叶片螺旋桨，已经证明为特定应用设置正确桨距角的过程是相当复杂的。所述过程必须在泵组装期间执行。调节过程通常需要迭代过程，直到至少近似地实现期望的性能目标曲线。有时，甚至不可能将螺旋桨精确地调节到期望的工作点，使得期望的工作点与可实现的工作点之间的折衷是必要的。此外，螺旋桨叶片的调节可能显著地增加组装过程的交付周期。

具有固定的、即不可调节的叶片的构造具有缺点，即，必须有相当数量的不同螺旋桨尺寸可用以便覆盖全部应用范围。通常，螺旋桨是铸造的，因此，分别对于螺旋桨的每个和每一个构造或对于每个期望的压头流曲线，特定的模型或铸模必须可用。由于这在实践中是不可行的，所以不同螺旋桨的数量被限制为经济上合理的值。因此，经常需要寻找期望的工作点与不同的可用螺旋桨之间的折衷，这意味着期望的工作点与可用螺旋桨的最佳效率工作点之一不一致。

本发明解决了该问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于制造螺旋桨泵的螺旋桨的方法，该方法允许将螺旋桨的工作点更好地调节至期望的或预定的工作点。此外，本发明的目的是提出这样的螺旋桨和具有所述螺旋桨的螺旋桨泵。

满足这些目的本发明的主题由独立权利要求的特征来表征。

因此，根据本发明，提出了一种用于制造用于螺旋桨泵的螺旋桨的方法，其中，螺旋桨被设计成用于绕轴向方向旋转，其中，提供了基础螺旋桨，其包括从轴向端部沿轴向方向延伸的毂以及固定地连接到毂上的多个叶片，其中，各个叶片包括压力侧、吸力侧、前缘、初始后缘以及在叶片的背离毂的端部处从前缘延伸至初始后缘的叶片末端，其中，基础螺旋桨的叶片中的每个关于轴向方向进行修整，并且其中，通过沿整个压力侧从毂至叶片末端移除初始后缘的一部分来形成修改的后缘。

根据本发明，提出了提供一种基础螺旋桨，其可通过叶片的轴向修整(即，通过去除初始后缘的一部分)而适用于许多不同的应用或许多不同的工作点。

叶片固定地连接到毂，使得叶片不可调节。特别地，叶片的桨距角不能改变而是固定的。因此，与具有可调叶片的构造相比，组装或试运转具有根据本发明制造的螺旋桨的螺旋桨泵的交付周期显著减少，在所述具有可调叶片的构造中，叶片的桨距角必须被调节。

因此，代替需要叶片的桨距角的相当复杂的调节过程的可调节的叶片，根据本发明制造的螺旋桨具有固定的(即，不可调节的)叶片桨距角，并且通过叶片的轴向修整实现了对特定应用的适应。使用轴向修整用于调节允许了工作点到期望或预定工作点的相当更精确的适配。

为了覆盖整个性能范围，提供非常有限数量的不同基础螺旋桨就足够了，例如两个不同的基础螺旋桨，一个用于性能范围的第一区域，并且一个用于性能范围的第二区域，其中第一和第二性能范围在整个性能范围内彼此互补。因此，对于特定的应用，人们必须仅在两个基础螺旋桨之间进行选择，并且然后通过轴向修整将所选择的基础螺旋桨精确地调节到所需的工作点。

这具有相当大的优点，即，仅必须提供非常有限的、例如用于铸造螺旋桨的铸模的两种不同模型。因此，用于铸造螺旋桨的全部努力可以显著地减少，从而导致螺旋桨的更经济和有效的制造过程。

此外，由于基础螺旋桨通过轴向修整而适用于特定应用，因此基础螺旋桨的径向尺寸、特别是(最大)外径保持不变。这具有不需要关于径向方向的调节的优点。例如，不必修改围绕螺旋桨的耐磨环或调节螺旋桨与耐磨环之间的间隙，因为螺旋桨的外径通过轴向修整保持不变。此外，不必修改可设置在螺旋桨下游的扩散器。

可选地，螺旋桨相对于轴向方向的位置可以在轴向修整之后被调节。由于叶片在轴向方向上的延伸通过轴向修整而减小，因此螺旋桨的轴向位置可以被调节，使得螺旋桨和扩散器之间在轴向方向上的距离对于轴向修整之后的螺旋桨来说与基础螺旋桨和扩散器之间的轴向距离相同。因此，螺旋桨的轴向位置可以被调节，使得其总是保持相同，而与在轴向修整期间去除初始后缘的多少部分无关。

优选地，每个修改的后缘通过机加工形成，即，通过诸如铣削、磨削或切削的机加工来执行关于轴向方向的修整(轴向修整)。

优选地，执行轴向修整，使得对于每个叶片，从毂的轴向端部沿着毂到初始后缘测量的第一轴向距离小于从毂的轴向端部沿着毂到修改的后缘测量的第二轴向距离。

为了使螺旋桨适应于特定应用，优选的是提供螺旋桨的工作点，并且调节被定义为第二轴向距离和第一轴向距离之间的差的修整距离，使得实现工作点。

优选地，修改的后缘被形成为使得，叶片末端的长度在毂处减小基本上等于修整距离的量。

优选地，所述修改的后缘被构造为后缘面(后表面，trailing face)，其中所述后缘面是不弯曲的。

进一步优选的措施是，后缘面被构造为包括与轴向方向的修整角，其中，修整角是在后缘面和毂之间测量的，并且其中，修整角是至少90°。

此外，优选地，通过如下步骤来形成修改的后缘：以修整角机加工初始后缘，使得叶片末端的长度在毂处减小等于修整距离的量。因此，轴向修整由两个参数限定，即在毂处测量的修整距离以及修整角。

特别是在需要大的轴向修整的情况下，可能有利的是，在每个叶片处，通过沿着整个修改的后缘去除压力侧的抵靠修改的后缘的一部分来形成最终后缘，使得产生连接压力侧与最终后缘的过渡面。该方法的这个附加的和可选的步骤被称为过度锉削(overfiling)。

优选地，过渡面从毂沿着整个最终后缘延伸，其中过渡面朝向压力侧倾斜。

此外，优选的是，过渡面被构造为非曲面。

进一步优选的措施是，过渡面被构造成包括与轴向方向的锉削角，其中所述锉削角不同于90°。

根据优选的实施例，螺旋桨具有正好三个叶片。在其他优选实施例中，螺旋桨具有正好四个或五个叶片。在又其他的优选实施例中，螺旋桨具有正好两个叶片。

此外，根据本发明，提出了一种用于螺旋桨泵的螺旋桨，其中，所述螺旋桨依照根据本发明的方法被制造。

此外，根据本发明，提出了一种用于输送流体的螺旋桨泵，其中，所述螺旋桨泵包括根据本发明制造的螺旋桨。优选地，螺旋桨泵被构造为潜水泵。

根据优选实施例，螺旋桨泵包括具有用于流体的入口和出口的泵壳体，并且还包括用于使螺旋桨绕轴向方向旋转的泵轴和用于使泵轴旋转的驱动单元，其中，螺旋桨固定地连接到泵轴，并且其中，驱动单元布置在泵壳体内部。

本发明的其他有利措施和实施例将从从属权利要求将变得显而易见。

附图说明

下面将参照本发明的实施例并参照附图更详细地解释本发明。以示意图示出了：

图1是根据本发明的螺旋桨泵的实施例的示意性截面图，

图2示出了根据本发明的螺旋桨的实施例的叶片的轮廓，

图3是用于制造根据本发明的螺旋桨的实施例的基础螺旋桨的透视图，

图4是图3的螺旋桨在轴向修整的步骤之后的透视图，

图5是图4的螺旋桨在形成最终后缘的可选步骤之后的透视图，

图6是用于图示距离的示意图，以及

图7是用于图示修整角的图3的螺旋桨的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的螺旋桨泵的实施例的示意性截面图，所述螺旋桨泵整体上用附图标记100表示。螺旋桨泵100是设计为具有至少一个轴流式叶轮的轴流泵的转子动力泵。在下文中，将轴流式叶轮称为螺旋桨1。通常，螺旋桨1具有为至少100、优选地至少160的比速n_q。特别地，螺旋桨泵100被构造为潜水泵100。例如，螺旋桨泵100可安装在用于输送水的立管中，所述水诸如为清水、废水、污水、工艺水、原水或其他流体。

在本身已知的情况下，螺旋桨泵100包括具有入口120和出口130的壳体110，例如水的流体通过该入口进入螺旋桨泵100，如图1中的箭头I所示，流体通过该出口排出，如箭头O所示。螺旋桨泵100还包括泵轴140，用于使螺旋桨1绕由泵轴140的纵向轴线限定的轴向方向A旋转。螺旋桨1以防扭矩的方式固定地连接到泵轴140。螺旋桨1固定到泵轴140的端部。螺旋桨泵100还包括用于使泵轴140绕轴向方向A旋转的驱动单元150。驱动单元150布置在泵壳体110内部。优选地，驱动单元150被构造为电动马达，例如至少为IE2类效率的高效马达。驱动单元150包括转子，该转子固定地连接到泵轴140或构成泵轴140的一部分。

入口120被构造为用于接收处于吸入压力的流体的喇叭口入口120。提供了围绕螺旋桨1的耐磨环170。螺旋桨1在布置在螺旋桨1下游的扩散器160中输送流体。流体穿过扩散器160并通过出口130离开螺旋桨泵，该出口构造为沿着泵壳体110的周向部分延伸的环形出口130。

在图1中未示出螺旋桨泵100的其他细节，诸如机械密封件以及轴的轴承。这种特征对于本领域技术人员来说是充分已知的。

优选地，潜水螺旋桨泵100被构造为高流量低压头泵100。螺旋桨泵100可构造成例如在50Hz下产生高达7000升/秒的流量到高达十二米的相对低的压头。

螺旋桨1包括从轴向端部21延伸到远端端部22的毂2，在该毂处设置有螺旋桨帽23。螺旋桨1还包括多个叶片3，例如三个叶片3，它们固定地连接到毂2。

螺旋桨1被构造成具有固定的桨距，这意味着叶片3的桨距角不能被调节或改变。一旦螺旋桨1被制造，桨距角就被固定并且不再可调节。优选地，所有叶片3与毂2一体地形成，即，毂2和叶片3被制成为一件。最优选地，包括毂2和叶片3的螺旋桨1在铸造工艺中被制造。毂2和叶片3被模制为单个部件。

现在，将更详细地解释制造螺旋桨1的方法。为了制造螺旋桨1，首先提供包括毂2和期望数量的叶片3(例如三个叶片3)的基础螺旋桨1a，其中叶片3被构造成具有预定的桨距角。图3示出了基础螺旋桨1a的透视图。基础螺旋桨1a可以被构造为如现有技术中用于螺旋桨泵1那样的普通螺旋桨1。多个叶片3中的所有叶片3具有相同的形状，从而仅参考一个叶片3就足够了。

为了更好的理解，图2示出了叶片3的轮廓的示例。该轮廓例如是NACA轮廓(NACA：国家航空咨询委员会)。必须理解的是，图2仅示出了叶片3的轮廓的示例。通常，多个轮廓被组合以产生叶片3，并且所述轮廓倾斜并围绕圆柱形形状(例如毂2)缠绕以产生叶片的形状。然而，参照图2解释的术语通常对于所有轮廓来说是共同的。

基础螺旋桨1a的每个叶片3包括压力侧31、吸力侧32、前缘33、初始后缘34和叶片末端35(图3)，所述叶片末端在叶片3的背离毂2的端部处从前缘33延伸到初始后缘34。叶片3的轮廓还包括弦线C。如本领域中常见的，弦线C是连接前缘33和初始后缘34的假想直线。

在已经提供了基础螺旋桨1之后，执行初始后缘34的轴向修整。轴向修整意味着通过沿着整个压力侧31(或吸力侧32)从毂2到叶片末端35去除初始后缘34的一部分而形成修改的后缘341。图4示出了在轴向修整之后(即，在初始后缘34的一部分已经从毂2到叶片末端35被去除之后)具有修改的后缘341的螺旋桨1。

优选地，修改的后缘341通过机加工形成，例如通过铣削、磨削或切削形成。

通过轴向修整，叶片3的长度减小。例如，由于从前缘33到修改的后缘341的距离小于从前缘33到初始后缘34的距离，因此弦线C的长度减小。叶片3的缩短也可通过其它长度来测量，例如通过接触线来测量，在轴向修整之后，叶片3连接到毂2所沿的接触线更短。此外，在轴向修整之后，沿叶片末端35测量的叶片末端35的长度更小。

在图6的示意图中还示出了叶片3的长度的减小。

关于基础螺旋桨1a，叶片3具有从毂2的轴向端部21沿毂2在轴向方向A上测量的到初始后缘34的第一轴向距离D1。关于螺旋桨1，在轴向修整之后，叶片3具有从毂2的轴向端部21沿毂2在轴向方向A上测量的到修改的后缘341的第二轴向距离D2。第二轴向距离D2大于第一轴向距离D1。第二轴向距离D2和第一轴向距离D1之间的差D2-D1被称为修整距离T。

轴向修整的优点之一是螺旋桨1的径向尺寸没有改变。因此，螺旋桨1与耐磨环170之间的距离或间隙通过轴向修整而保持不变，使得不需要任何附加的调节措施。

轴向修整用于使螺旋桨1的压头流量曲线适应特定应用。通过轴向修整，基础螺旋桨1a的压头流量曲线被修改，例如移位。对于特定应用，工作点是预定或期望的。工作点由螺旋桨1应当操作所处的流量和压头给定。因此，工作点是一对值，其中一个表示流量(每个时间的流体的体积)，并且另一个表示流体应被输送到的压头。借助于轴向修整，螺旋桨1的压头流量曲线被修改，使得压头流量曲线的最佳效率点与期望工作点一致或至少尽可能接近期望工作点。

调节修整距离T，使得螺旋桨1的压头流量曲线的最佳效率点位于期望的工作点处。

修改的后缘341优选地被形成为使得，叶片末端35在毂2处的长度减小基本上等于修整距离T的量。

此外，优选的是，修改的后缘341被构造为后缘面361(参见图4)，其中后缘面361是不弯曲的。

作为另一优选的措施，后缘面361被构造成包括与轴向方向A的修整角α(参见图7)，其中修整角α在后缘面361和毂2之间被测量。优选地，修整角α为至少90°，并且甚至更优选地，修整角α大于90°。为了更好地理解，图7示出了螺旋桨1的示意图，其中示出了修整角α。

在其他实施例中，轴向修整可以被执行成使得，实现小于90°的修整角β，该修整角如图7中的点划线所示，所述点划线表示螺旋桨1的另一实施例的后缘面361′。

使用轴向修整作为使螺旋桨1适应期望工作点的措施具有相当大的优点，即，螺旋桨泵100的整个性能范围可以由少数量的不同的基础螺旋桨1a覆盖，例如仅由两个不同的基础螺旋桨1a覆盖。根据具体应用和螺旋桨泵100应当操作所处的期望工作点，选择其中一个基础螺旋桨1a，并且然后通过轴向修整使其适应期望工作点。覆盖整个性能范围所需的少数量的基础螺旋桨1a导致有利地减少了用于制造基础螺旋桨1a的铸模的所需模型。

根据初始后缘34的多少已经通过轴向修整被去除以形成修改的后缘341，可能有利的是进一步机加工修改的后缘341，例如以恢复或增加螺旋桨泵100的水力效率。

用于在已经执行轴向修整之后增加水力效率的优选措施包括如下步骤：通过沿着整个修改的后缘341去除压力侧31的抵靠修改的后缘341的一部分而在每个叶片3处形成最终后缘342，使得产生连接压力侧31与最终后缘342的过渡面37(见图2)。

这种制造步骤也称为过度锉削。图5示出了在形成最终后缘342的可选步骤之后的图4的螺旋桨1的透视图。

优选地，执行形成最终后缘342的步骤，使得过渡面37从毂2沿着整个最终后缘342延伸，并且使得过渡面37朝向压力侧31倾斜。

在图5和图2中，示出了一种构造，其中最终后缘342形成为面。在其他实施例中，执行过度锉削使得最终后缘342基本上是线而不是面。参照图2中的图示，这意味着倾斜的过渡面37直接连接压力侧31和吸力侧32。因此，在图2中，表示过渡面37的直线将从压力侧31延伸到吸力侧32，使得最终后缘342将在图2中由点表示，即过渡面37和吸力侧32之间的交点表示。

此外，优选的是，过渡面37被构造为非曲面。另外，优选地，过渡面37被构造成包括与轴向方向A的锉削角γ，其中锉削角γ不同于90°，如图5中所示。

关于设置在毂2处的叶片3的数量，对于许多应用，三个叶片3是优选的。对于其它应用，仅两个叶片3的数量或者四个或五个叶片3的数量可能是有利的。

Claims (15)

1.一种用于制造用于螺旋桨泵的螺旋桨的方法，其中，所述螺旋桨(1)被设计成用于绕轴向方向(A)旋转，其中，提供基础螺旋桨(1a)，所述基础螺旋桨包括从轴向端部(21)沿所述轴向方向(A)延伸的毂(2)和固定地连接到所述毂(2)上的多个叶片(3)，其中，每个叶片(3)包括压力侧(31)、吸力侧(32)、前缘(33)、初始后缘(34)和在所述叶片(3)的背离所述毂(2)的端部处从所述前缘(33)延伸到所述初始后缘(34)的叶片末端(35)，其特征在于，所述基础螺旋桨(1a)的叶片(3)中的每个关于所述轴向方向(A)被修整，其中，通过沿着整个压力侧(31)从所述毂(2)到所述叶片末端(35)去除所述初始后缘(34)的一部分来形成修改的后缘(341)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个修改的后缘(341)通过机加工形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对于每个叶片(3)，从所述毂(2)的所述轴向端部(21)沿着所述毂(2)到所述初始后缘(34)测量的第一轴向距离(D1)小于从所述毂(2)的所述轴向端部(21)沿着所述毂(2)到所述修改的后缘(341)测量的第二轴向距离(D2)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，提供用于所述螺旋桨(1)的工作点，并且其中，被定义为所述第二轴向距离(D2)与所述第一轴向距离(D1)之间的差的修整距离(T)被调节，使得实现所述工作点。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述修改的后缘(341)被构造为后缘面(361)，其中，所述后缘面(361)是不弯曲的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述后缘面(361)被构造为包括与所述轴向方向(A)的修整角(α)，其中，所述修整角(α)是在所述后缘面(361)与所述毂(2)之间测量的，并且其中，所述修整角(α)为至少90°。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述修改的后缘(341)通过如下步骤而形成：以所述修整角(α)机加工所述初始后缘(34)，使得所述叶片末端(35)的长度在所述毂(2)处减小等于所述修整距离(T)的量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在每个叶片(3)处，通过如下步骤来形成最终后缘(342)：沿着整个修改的后缘(341)去除所述压力侧(31)的抵靠所述修改的后缘(341)的一部分，使得产生连接所述压力侧(31)与所述最终后缘(342)的过渡面(37)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述过渡面(37)从所述毂(2)沿着整个最终后缘(342)延伸，并且其中，所述过渡面(37)朝向所述压力侧(31)倾斜。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中，所述过渡面(37)被构造为非曲面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述过渡面(37)被构造成包括与所述轴向方向(A)的锉削角(γ)，其中所述锉削角(γ)不同于90°。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述螺旋桨(1)包括正好三个叶片(3)。

13.一种用于螺旋桨泵的螺旋桨，其特征在于，所述螺旋桨(1)根据前述权利要求中任一项被制造。

14.一种用于输送流体的螺旋桨泵，其特征在于，所述螺旋桨泵包括根据权利要求13所述的螺旋桨(1)，其中，所述螺旋桨泵优选地构造为潜水泵。

15.根据权利要求14所述的螺旋桨泵，包括具有用于所述流体的入口(120)和出口(130)的泵壳体(110)，进一步包括用于使所述螺旋桨(1)绕所述轴向方向(A)旋转的泵轴(140)以及用于使所述泵轴(140)旋转的驱动单元(150)，其中，所述螺旋桨(1)固定地连接到所述泵轴(140)，并且其中，所述驱动单元(150)布置在所述泵壳体(110)内部。