CN1833107A

CN1833107A - 用于泵的叶轮

Info

Publication number: CN1833107A
Application number: CNA2004800224810A
Authority: CN
Inventors: J·格利希
Original assignee: Sulzer Pumpen AG
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2024-07-05
Also published as: EP1651869B1; ATE386885T1; WO2005012732A1; BRPI0413265B1; BRPI0413265A; DE502004006266D1; US8444370B2; EP1651869A1; CN100449155C; US20080213093A1

Abstract

一种用于径向泵的叶轮(1)，包括分隔壁(6)，在分隔壁的两侧上均设有多个叶片(2a，2b)。在分隔壁(6)中形成有通道(3)，以便为分隔壁两侧上的叶片(2a，2b)分配所希望的排送流量。

Description

用于泵的叶轮

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于泵、尤其是径向泵的叶轮，一种具有这类叶轮的泵、尤其是径向泵，以及一种这类泵的工作方法。

在具有一个或多个叶轮的叶轮泵中，所有作用在该叶轮或多个叶轮上的轴向力的合力在工作中会达到很高的值。如果不采取额外的措施，那么称为轴向推力的该合力就会经由泵轴传递到轴承上，并且使该轴承承受到相应较大的载荷。从现有技术中已知了用于减小轴向推力的适当的构造措施，例如通过具有叶轮的镜面对称结构的双路流动泵装置，或者在单路流动泵中通过在叶轮的两侧上设置密封间隙以及在叶轮中设置开口，其将抽吸侧与叶轮的背面相连。另一种可能是，泵轴借助于合适的卸载装置如卸载环或卸载活塞来卸载轴向压力。

对于叶轮泵的叶轮特性而言，经常使用比转数n_q，其可以公知的方式从排送流量Q、扬程H和转数n中算出。在具有较小的比转数n_q如小于15分钟^-1、相应的较大扬程如大于50、75或150米以及比较小的输送量如小于100、50或25立方米/小时的泵尤其是这类工作泵中，存在着上面提出的用于轴向推力平衡的措施使用起来受到限制的问题。相对于单路流动结构来说，用于小输送量的泵的双路流动结构意味着存在有显著的额外费用。卸载活塞同样比较昂贵，因此主要用在较大的多级泵中。对于单级工作泵来说，通常在叶轮的两侧上设有密封间隙，并且在叶轮中设有开口。然而，借助于叶轮两侧上的密封间隙和叶轮中的开口来实现轴向推力平衡仅在封闭式叶轮中才可行。在具有较小比转数n_q的封闭式叶轮中存在着制造方面的问题，这是因为这类叶轮的出口宽度处于几毫米的范围内，并且制造具有很小出口宽度的封闭式叶轮在铸造技术上非常困难且成本很高。

封闭式叶轮的另一缺点是，在比转数n_q较小的这类叶轮中，叶轮摩擦损失(也称为叶轮侧向摩擦损失)和泄漏损耗较大。在比转数n_q例如为8分钟^-1时，仅叶轮摩擦损失就达30％或更高。因此，用于较小比转数n_q的封闭式叶轮的效率较低。

由于上面提到的原因，用于比转数n_q小于10或15分钟^-1的叶轮通常设置成半开式的。这在铸造技术方面具有优点，半开式叶轮的轮摩擦比这种封闭式叶轮小得多。然而，用于比转数n_q小于10或15分钟^-1的半开式叶轮具有这样的缺点，即很难实现轴向推力平衡，并且叶轮摩擦损失总是很大。

用于较小比转数n_q的封闭式和半开式叶轮的另一问题是在部分负荷范围中存在趋于不稳定的趋势，即这种叶轮具有不稳定的特征曲线(当排送流量Q趋向于零时对应于下降的特征曲线)，或者仅具有勉强稳定的特征曲线(当排送流量Q趋向于零时对应于无明显上升的特征曲线)。

本发明的任务是提供一种用于泵尤其是径向泵的叶轮，其在比转数n_q小于15分钟^-1时也能实现可靠的轴向推力平衡，可以比较有利地制造，与相应尺寸的封闭式或半开式叶轮相比具有更小的叶轮摩擦损失，并且在部分负荷范围中具有稳定的特征曲线。本发明的另一任务是提供一种具有这类叶轮的泵尤其是径向泵，以及一种这类泵的工作方法。

根据本发明，这些任务通过如权利要求1限定的叶轮、如权利要求8限定的泵以及如权利要求10限定的方法来解决。

本发明的用于泵尤其是径向泵的叶轮包括一个或多个叶片以及额外的分隔壁，在分隔壁的两侧上设有一个或多个叶片。在叶轮的分隔壁中形成有至少一个通道，以便为分隔壁两侧上的叶片分配所希望的排送流量。叶轮优选设有吸入侧，其在叶轮的安装状态下朝向泵的吸入口，并且分隔壁的背离吸入侧的一侧上的叶片优选通过上述至少一个通道与吸入侧相连。

在一种优选实施形式中，叶轮设有轮毂，并且在叶轮的邻接于轮毂的区域中设有多个通道开口。在另一优选实施形式中，叶轮朝向吸入侧或朝向两侧敞开。叶片优选包括缩短的叶片，即所谓的分流叶片。叶轮优选具有处于2-20分钟^-1的范围内、尤其是5-12分钟^-1的范围内的比转数n_q。

优选的是，吸入侧和/或分隔壁的背离吸入侧的一侧上的叶片后缘是倾斜的。有利的是，在吸入侧上叶片设有朝向吸入侧下降的斜面，而分隔壁的背离吸入侧的一侧上的叶片设有平行于轴线的叶片后缘。叶片后缘的斜面可支持预定的循环，这在部分负荷范围中尤其有利。

优选的是，分隔壁两侧上的叶片构造成使得当排送流量Q趋向于零时，在部分负荷下产生了预定的循环，并且叶轮具备持续上升、尤其是持续且明显上升的特征曲线。为此，叶片优选在分隔壁的两侧上不同地构造，例如通过使分隔壁两侧上的叶片具有不同的叶片后缘斜面和/或不同的叶片出口角β₂和/或不同的叶片数量。

本发明还包括一种具有按照上面描述的叶轮的泵，尤其是径向泵。

在根据本发明的具有至少一个叶轮的泵尤其是径向泵的工作方法中，叶轮额外地设有分隔壁，在分隔壁的两侧上均设有一个或多个叶片，还设有至少一个与这两侧相通的通道。在根据本发明的方法中，为分隔壁两侧上的叶片分配了所希望的排送流量，这优选通过将一部分排送流量经由该至少一个通道从分隔壁的一侧引导到另一侧来实现。

本发明的叶轮具有这样的优点，即分隔壁两侧上的叶片的排送流量分配可以实现更可靠的轴向推力平衡。叶轮的优点还包括稳定的特征曲线和稳定的部分负荷状态特性。在敞开的形式中，本发明的叶轮可以达到良好的效率，这是因为尤其是在具有较小比转数的叶轮中占损失中的很大一部分的叶轮摩擦几乎可被忽略。由于敞开的形式，几个毫米的叶片后缘例如可通过铸造和/或铣削而高质量地制造出来。分隔壁两侧上的叶片的排送流量分配导致叶片的宽度减小，这可为铸造性能和叶片的固有频率带来有利的影响。在需要时也可使叶片厚度相对于具有相同扬程和相同排送流量的传统叶轮而言有所减小。

从从属权利要求和附图中可以得出其它有利的实施形式。

下面将借助实施例和附图来更详细地阐述本发明。在图中：

图1a是根据本发明的叶轮的一个实施例的斜视图，

图1b是从正面看去的图1a所示实施例的叶轮，

图2是具有缩短的分隔壁的一种实施变型的详细视图，和

图3是具有根据本发明的叶轮的工作泵的一个实施例。

图1a和1b显示了根据本发明的用于泵尤其是径向泵的叶轮的一个实施例。该实施例的叶轮1包括轮毂4、分隔壁6和通道3，其中在分隔壁的两侧上设有一个或多个叶片2a，2’a，2b，2’b，而通道3如图1a和1b所示地构造为五个通道开口的形式，以便在分隔壁6的两侧上的叶片2a，2’a，2b，2’b上分配所希望的排送流量。在该实施例中，通道开口构造成处于叶轮的邻接于轮毂4的区域中。当然，通道3也可具有其它的构造。符合目的的是，叶轮1具有吸入侧5a，其在叶轮的安装状态下朝向泵的吸入口，并且分隔壁的背离吸入侧的一侧5b上的叶片2b，2’b通过通道3、即在所示示例中通过五个通道开口与吸入侧5a相连。

在该实施例中，叶轮1朝向两侧均敞开。然而也可以使叶轮只朝向一侧如吸入侧5a敞开，或者在需要时封闭。在该实施例中，在通道开口与叶轮周边之间设有缩短的叶片2’a，2’b，即所谓的分流叶片。在一种实施变型中，叶片后缘是倾斜的。在图1a和1b所示的变型中，吸入侧5a上的叶片后缘具有双重斜面，一方面其具有朝向吸入侧5a的斜面，另外还具有压力侧的成型面(逐渐变窄)。如图1a和1b所示，在需要时吸入侧5a上的叶片前缘可设有吸入侧的成型面。当然也可以使背离吸入侧的一侧5b上的叶片后缘具有斜面，或者针对两侧共同地设置整体式斜面，以及设置一侧和/或两侧的平行于轴线的叶片后缘。

在该实施例中，所有叶片2a，2’a，2b，2’b沿径向方向向外笔直地延伸。因此，叶片入口角β₁和叶片出口角β₂两者的第一近似值均为90°。由于叶片后缘的压力侧成型面的原因，吸入侧5a上的实际叶片出口角β₂稍小于90°。然而，也可以设计具有小于或大于90°的叶片出口角β₂的弯曲叶片。有利的是，叶片入口角β₁小于叶片出口角β₂，并且优选小于或等于90°。优选的是，至少一侧、优选是吸入侧5a上的叶片2a，2’a，2b，2’b具有叶片入口宽度b₁，其大于叶片出口宽度b₂。吸入侧5a和背离吸入侧的一侧5b上的叶片入口宽度b₁适当地设定成使得可实现良好的吸入能力。吸入侧5a上的叶片宽度与背离吸入侧的一侧5b上的叶片宽度之比可在较广的范围内选择。在一种典型的实施变型中，两侧上的叶片宽度几乎一样大。

在一种优选的实施变型中，叶轮1具有处于2-20分钟^-1的范围内、尤其是7-12分钟^-1的范围内的比转数n_q。

在图2所示的实施变型中，叶轮包括分隔壁6，其外径小于叶轮的外径。在分隔壁6的两侧上设有叶片2a，2b，它们在外端处相连，使得两个叶片具有共同的后缘7。分隔壁6和叶片2a，2b设置在轮毂4上。另外，在叶轮的与轮毂4邻接的区域中形成有通道3，其与分隔壁6的两侧流体连通。由于该实施变型中的分隔壁6仅延伸过一部分叶片长度，因此该分隔壁也可选择性地称为中间桥接片。

图3显示了具有根据本发明的叶轮的泵、尤其是工作泵的一个实施例。该实施例中的泵10包括叶轮1，尤其是根据上述实施例所述的敞开式叶轮，其具有轮毂4、在其两侧上设有叶片2a，2b的分隔壁6以及通道3，以便在分隔壁6的两侧上的叶片2a，2b上分配所希望的排送流量。泵10还包括外壳11、入口或吸入口12、附设在叶轮1的外侧的环形沟槽17a、扩散嵌件17，以及通到出口或压力套管13的环形腔17b。通过该改进的嵌件17而形成了螺旋形腔或环形腔，其与出口或压力套管13直接相连。通过扩散嵌件17的匹配，就可以平衡具有较小比转数的泵中的明显很大的径向推力。当然，也可采用无可换式嵌件的铸造外壳作为导向装置。

该泵还包括轴14、轴封15如填料盒，以及用于支承轴的轴承16a，16b。在该实施例中，轴承16a，16b构造成球轴承，根据其实施的情况，它们既可吸收径向力又可吸收轴向力。在图3中，例如图中右侧的那个轴承16b构造成专门用来吸收径向力和轴向力，使得可以没有问题地吸收轴向推力的可能但非全部得到平衡的剩余分量。

在本发明的用于泵、例如根据上述实施例所述的具有至少一个叶轮的泵的工作方法的一种优选实施形式中，叶轮1额外地设有分隔壁6，在分隔壁的两侧上设有一个或多个叶片2a，2b，还设有通道3，其与分隔壁6的两侧流体连通。在本发明方法的该实施形式中，可以在分隔壁6的两侧上的叶片2a，2b中分配所希望的排送流量，这是通过使例如为5-75％之间且优选为50％的一部分排送流量经由通道3从分隔壁6的一侧引导到另一侧来实现的。有利的是，叶轮1的排送流量在两侧上的叶片2a，2b中的分配使得可平衡轴向推力。本发明方法的上述实施形式不仅可用在单级泵中，而且可用在多级泵中。

本发明的叶轮具有这样的优点，即排送流量在分隔壁两侧上的叶片上的分配使得可实现简单且实际上充分的轴向推力平衡。此外，上述叶轮还具备稳定的特征曲线和较高的效率。本发明的叶轮不仅可用在单级泵中，而且可用在多级泵中。

Claims

1.一种用于泵尤其是径向泵的叶轮，所述叶轮(1)包括一个或多个叶片(2a，2’a，2b，2’b)，其特征在于，

所述叶轮(1)还包括分隔壁(6)，在所述分隔壁的两侧上设有一个或多个叶片(2a，2’a，2b，2’b)，和

在所述分隔壁(6)中形成有至少一个通道(3)，以便为所述分隔壁两侧上的叶片(2a，2’a，2b，2’b)分配所希望的排送流量。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮(1)设有朝向泵的吸入口的吸入侧(5a)，所述分隔壁(6)的背离吸入侧的一侧(5b)上的叶片(2b，2’b)通过所述至少一个通道(3)与吸入侧(5a)相连。

3.根据权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮(1)设有轮毂(4)，并且在所述叶轮(1)的邻接于轮毂(4)的区域中形成有多个通道开口(3)。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮(1)朝向所述吸入侧(5a)或朝向两侧(5a，5b)敞开，和/或所述叶片(2a，2’a，2b，2’b)还包括缩短的叶片(2’a，2’b)，即所谓的分流叶片。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述吸入侧(5a)和/或所述分隔壁(6)的背离吸入侧的一侧(5b)上的叶片后缘(7)是倾斜的，尤其是使得所述吸入侧(5a)上的叶片(2a，2’a)在径向方向上最短，而所述分隔壁(6)的背离吸入侧的一侧(5b)上的叶片(2b，2’b)设有平行于轴线的后缘。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述分隔壁(6)的两侧上的叶片(2a，2’a，2b，2’b)构造成使得在部分负荷下可产生预定的循环，并且所述叶轮具有在排送流量Q趋向于零时持续上升、尤其是持续且明显上升的特征曲线。

7.根据权利要求6所述的叶轮，其特征在于，所述分隔壁(6)的两侧上的叶片(2a，2’a，2b，2’b)以不同的方式构造，尤其是所述分隔壁(6)的两侧上的叶片(2a，2’a，2b，2’b)设成具有不同的后缘斜面和/或不同的叶片出口角β2和/或不同的叶片数量。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮(1)具有处于2-20分钟-1的范围内、尤其是5-12分钟-1的范围内的比转数nq。

9.一种具有根据权利要求1到8中任一项所述的叶轮(1)的泵，尤其是径向泵。

10.一种用于具有叶轮(1)的泵、尤其是径向泵的工作方法，其特征在于，

所述叶轮(1)还包括分隔壁(6)，在所述分隔壁的两侧上设有一个或多个叶片(2a，2’a，2b，2’b)，还设有至少一个与所述两侧相通的通道(3)，和

尤其是通过使一部分排送流量经由所述至少一个通道(3)从所述分隔壁的一侧引导到另一侧来为所述分隔壁(6)的两侧上的叶片(2a，2’a，2b，2’b)分配所希望的排送流量。