CN1854529A - 离心泵及其叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离心泵及其叶轮。本发明尤其涉及以这种方式制造离心泵的叶轮，以使得可以在高于最优工作点的排量使用所述泵，而没有破坏轴封等的风险。一种离心泵，包括泵涡壳(2)，所述泵的后壁(4)，泵轴(6)，具有护罩(22)和穿过所述护罩(22)延伸的平衡孔的叶轮(20)，所述叶轮(20)被连接到该泵轴(6)并且在所述涡壳(2)内旋转，其关键特征在于，所述平衡孔(26)被以这种方式设置在该叶轮护罩(22)中，以使得所述孔在该叶轮护罩(22)正面的开口(30)不仅在该叶轮的旋转方向上位于设置在该叶轮护罩(22)背面的开口(32)之前，而且还比设置在该叶轮护罩(22)背面的开口(32)距离该泵的轴线(8)更近。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心泵及其叶轮。本发明尤其涉及通过这样一种方式修改离心泵的叶轮，以便可以以高于最优工作点的排量使用所述泵而没有破坏轴封的风险。
背景技术
众所周知，在利用离心泵抽取液体或悬浮液时，当叶轮的工作叶片增加对叶轮前液体的压力时，液体被带走到离心泵叶轮后的空间中。因而，该被抽取的液体除了通过泵的压力出口排出到压力管道之外，还可能会利用压力下的液体填充叶轮后的空间。虽然叶轮和泵后壁之间的液体一般是以叶轮速度的一半旋转(假定在叶轮护罩上没有所谓的后叶片或类似肋条)，并且从而当产生离心力时使得在该泵轴区域中的叶轮后的密封空间内存在的压力减少到某种程度，然而必然还是会有相当大的压力影响与泵后壁或其后相连接的轴封。因此，所谓后叶片被部分地安置在叶轮护罩的背面，这些后叶片将已经进入该空间的液体抽取出来，从而实质上减小了叶轮后的空间内的压力。
然而，该后叶片的尺寸必须被设计成使得它们仅在泵的特定排量范围内最优工作，从而对于所述排量范围的任一方向的偏离都会导致在该后叶片的区域以及在该密封空间中存在的压力发生变化。如果增加泵的输出，在最差情况下，该后叶片会产生负压，这在最坏情况下也会使得该密封空间中的液体沸腾，特别是当在较高温度下抽取液体时。相应地，当例如通过压缩阀门而减小排量时，该叶轮后的压力会增加并且应力会增加。同时，该轴承上的应力必然也会增加。
为了相应的目的，即为了平衡在叶轮不同侧存在的压力，还建议使用平衡孔，该平衡孔是在该叶轮护罩上邻近叶轮轮毂处形成的平行于泵轴的孔，通过这些孔，可以使得来自叶轮的压力较高一侧的液体被排放到较低压力的区域。换句话说，在该平衡孔中的流动可以是任一方向的。
然而，虽然使用了两种平衡方法，注意到当沿着H，Q(压头，排量)曲线图中的所谓泵特性曲线移动时，即在较高排量方向上向右移动时，根据现有技术的该平衡不总是能够足以阻止该密封空间中的压力降到泵的叶轮前面存在的压力以下。这是成问题的，因为该密封空间中的负压会导致当液体从封口逃逸时，该被抽取液体或其他密封液体的润滑效应会下降。依赖于该密封类型，该液体从封口的逃逸会引起封口变干，对于一些密封类型，这将很快导致封口破坏。
用于离心泵的其他密封类型是所谓的动态密封，其操作是基于在泵后壁之后的分离腔中旋转的转子的操作的。在有利的压力条件下，该转子包括相对于泵叶轮而设置在其背面上的辐射状圆盘和叶片，以这种方式在该腔中旋转液体环以使得所述液体环密封所述圆盘和该腔壁之间的空间，同时密封该泵本身。如果这种旋转液体环受到足够高的压差，该液体环将会向较低压力处逃逸。如果在该泵叶轮后方产生低于大气压的压力，那么就会将该液体环向该密封腔外抽吸。如果发生这种情况，就允许空气从该泵后方流动入泵中而不存在问题。空气也可以以相应的方式通过泵的机械轴封流入到泵中。在最坏情况下，该抽取本身的空气泄漏效应是该空气会停止抽取。
发明内容
本发明试图通过引入一种新型叶轮而消除根据现有技术的离心泵的上述问题和缺点的至少一些，其中以这种方式在该叶轮护罩上设置该平衡孔，以使得所述孔在该护罩正面的开口不但在该叶轮的旋转方向上位于设置在该护罩背面的开口之前，而且比该叶轮护罩背面的开口更接近泵的轴线。
根据所附的权利要求，本发明的其他特征特性将变得清楚。
附图说明
下面结合附图以示例方式讨论本发明，其中
图1示意性示出了根据现有技术的叶轮，清楚地显示了轴向平衡孔；
图2示出了在H，Q-曲线图中绘出的具有各种叶轮变体的密封空间的泵特性曲线和压力曲线；
图3示意性示出了根据本发明的具有倾斜平衡孔的优选实施例的叶轮的轴向视图；该视图已经沿该平衡孔的中心线而部分切开；和
图4示意性示出了从吸管方向观察的、根据本发明第二优选实施例的叶轮的前视图。
具体实施方式
图1示意性示出了根据现有技术的离心泵的叶轮10的常规结构。该图还示出了泵组件，例如泵涡壳2、所述泵的后壁4和具有轴线8的泵轴6。叶轮10包括具有工作叶片14、平衡孔16和可能的后叶片的护罩12。根据现有技术的平衡孔的特性特征是，其中心线18平行于泵的轴线8。并且，平衡孔16被设置成相对接近于泵的轴线8并且位于该工作叶片的压力面。该叶片的压力面是指叶片的凸面，即为当被抽取时相对于其压缩要抽取的液体的面和该要抽取的液体向该压力开口流动所沿着的面。相应地，该叶片的负压面是指该叶片的凹面，其中当该叶轮旋转时由于所要抽取液体的惯性和离心力而产生低压区。上述对于该孔的定位进行说明的目的是，为了确保部分液流经过该孔流入叶轮10的后侧以增加密封空间S的压力。
图2同时示出了当在该离心泵中测试三个不同的叶轮时，该离心泵的排量曲线及其密封空间S中存在的压力，它们都是在相同的H-Q(压头-排量)曲线图中。用实线表示的均匀递减的曲线表示具有不同排量的泵压头。虚线a-c示意性示出了作为该泵排量的函数的、该泵的密封空间中的压力变化。水平轴除了表示该泵压头的零值，还表示大气压，从而在该水平轴以上存在高于大气压的压力，而在该水平轴以下存在低于大气压的压力。
图2的曲线示出了在泵的叶轮护罩上根本没有平衡孔的情形。从而，该密封空间中的压力已经降低到具有低容积流量Q1的负值。因而会发生上述破坏或泄漏情形。该图中所示的情形表示，以高于容积流量Q1的容积流量使用该泵将是不安全的，换句话说几乎在其整个液压排量范围上都是不均匀的。为了校正曲线a的情形，直线轴向平衡孔被设置成穿过该叶轮护罩，从而导致曲线b，其与水平轴相交于容积流量Q2，换句话说具有显著高于容积流量Q1的排量。换句话说，在容积流量Q2保持在左侧即较低一侧的应用中，可以安全地使用根据现有技术的具有后叶片和轴向平衡孔的泵。由于该泵还存在大量的液压排量，所以能够适当地将排量从容积流量Q2向上增加。然而，通过使用该现有技术的结构不能进行，因为在这种情况下，该泵的密封空间的压力会降低到大气压以下，并且泵封口变干或者动态封口泄漏的风险会太高。
图2中的曲线c示出了通过使用根据本发明的叶轮而获得的优点。曲线c基本上保持水平直到该泵的最大排量，从而根据曲线c，该密封空间的压力在该泵的整个排量范围上保持为正，并且没有或者几乎没有该封口变干导致密封破坏或该泵的动态封口空气泄漏的风险。
图3示出了一种解决方案，通过该方案可以获得图2中曲线c给出的结果。该方案包括根据本发明的优选实施例的离心泵的叶轮20，具有叶轮护罩22，工作叶片24，和可能的后叶片，并且还具有该泵和叶轮的共同轴线8。图3中结构的新颖之处在于平衡孔26，其中心线28的方向偏离该泵的轴线8。在图3所示的实施例中，该截面图是沿孔26的中心线28得到的。从而可以清楚，虽然图3表示出该孔被设置在轴向平面上，但是实际上该孔26是倾斜的，换句话说，它们是辐射状和四周环绕地偏离该轴向平面的。根据本实施例本身的平衡孔26的中心线和平衡孔26的共同特性特征是，在叶轮护罩的面对该泵吸管的一侧的开口30(图中的左侧)比该叶轮护罩后方即该平衡孔的相对端的开口32更接近泵的轴线8(即具有更小的直径)。执行测试显示，孔26的入口距离叶轮的轴线8越近，该孔按照其设计目的作为平衡孔工作得越好。实际上，几乎总是存在用于该泵轴的中心开口在叶轮的中心穿过叶轮轮毂延伸，以防止在该泵的吸管一侧的平衡孔的开口30延伸到泵的轴线8。因而，该开口被设置得尽可能地接近泵轴的开口。从而，本发明的一个主要特征在于，在叶轮护罩的面对该泵的吸管的一侧的所述开口30被设置在由自由边(与叶轮护罩22相对的边，即面对泵壳的边)的辐射状内尖端E形成的旋转圆周内部。该圆周的直径通常是对应于该泵的吸管的直径。所述开口30优选地被设置在工作叶片的前缘区域，更准确地说，例如是在工作叶片24在叶轮护罩22上开始的圆周上。更优选地，开口30可以被设置得距离轴线8更近，如果其余结构(例如轴的开口或叶轮的连接螺母)允许的话。本发明的特征在于，孔26被部分排列为圆周环绕，从而使其方向沿着叶轮叶片通道，即沿着该工作叶片之间的空腔，即在该液体的流动方向上。换句话说，在叶轮护罩背面的平衡孔的开口32被设置成，在该叶轮的旋转方向上位于平衡孔26的相对端、即该叶轮护罩的正面的开口30之后，并且在其外部也是辐射状的。
图4示出了根据图3的叶轮的正视图。该图用实线表示平衡孔26在叶轮护罩22和叶轮叶片通道34上的位置。该图显示，平衡孔26环绕四周倾斜排列，即每个孔转向其自身的叶轮叶片通道34。从而，每个平衡孔同时在外围和向外辐射的方向上从叶轮护罩正面的开口30倾斜。平衡孔26至少基本上在叶轮叶片通道34的方向上穿过叶轮护罩22的目的是，一方面，液体通过孔26流到后叶片区域的速度是正确方向，从而该后叶片需要极少的工作就可以把该流动液体抽取到叶轮20后的空间之外。另一方面，目的是为了增加通过平衡孔26到后叶片区域的液体流动，从而使得密封空间S内的压力在泵的整个排量范围内保持为正。
以上说明非常概略地讨论了平衡孔及其方向。关于该孔应当注意的是，它们可以发生许多变化，例如形状。换句话说，所有圆形、椭圆和有角的形状都可以被讨论。该孔的横截面区域可以在该孔的整个长度保持不变，或者它可以至少对于该孔长度的一部分是变化的。此外，必须注意，不论是在以上说明还是在所附权利要求中，该孔的方向都更倾向于是该孔的中心线或轴线的方向，而不是其任何特定壁的方向。
从以上说明可以看出，研发了一种新型叶轮，消除了现有技术中叶轮的缺点。根据本发明的叶轮使得能够在高于最优工作点的排量使用泵，而没有破坏密封的风险。虽然这里是通过结合目前认为是优选实施例的示例方式来说明本发明，但是应当理解，本发明并不仅限于所公开的实施例，而是试图覆盖在所附权利要求中定义的本发明的范围内的其特征和其他应用的各种组合和/或变体。
Claims (10)
1.一种离心泵，包括泵涡壳(2)，所述泵的后壁(4)，泵轴(6)，具有护罩(22)和穿过所述护罩(22)延伸的平衡孔的叶轮(20)，所述叶轮(20)被连接到该泵轴(6)并且在所述涡壳(2)内旋转，其特征在于，所述平衡孔(26)被以这种方式设置在该叶轮护罩(22)中，以使得所述孔(26)在该叶轮护罩(22)正面的开口(30)不仅在该叶轮的旋转方向上位于设置在该叶轮护罩(22)背面的开口(32)之前，而且还比设置在该叶轮护罩(22)背面的开口(32)距离该泵的轴线(8)更近。
2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，与设置在所述叶轮正面的平衡孔开口(30)相比，该叶轮护罩背面的平衡孔开口(32)被以这种方式环绕设置，以使得从正面观察该叶轮(20)时，该平衡孔(26)的方向基本上是该叶轮叶片通道(34)的方向。
3.根据前述任何一个权利要求所述的离心泵，其特征在于，该叶轮护罩(22)正面中的平衡孔开口(30)被设置在当该叶轮旋转时其工作叶片(24)的自由边的辐射状内尖端E所形成的圆周内。
4.根据前述任何一个权利要求所述的离心泵，其特征在于，该叶轮护罩(22)正面中的平衡孔开口(30)被设置到该工作叶片(24)在该叶轮护罩(22)上开始的圆周上。
5.根据前述任何一个权利要求所述的离心泵，其特征在于，该叶轮护罩(22)正面中的平衡孔开口(30)被设置到该工作叶片(24)在该叶轮护罩(22)上开始的圆周内。
6.一种离心泵的叶轮，包括至少一个护罩(22)，布置在其前表面上并且使得叶轮叶片通道(34)在其之间的工作叶片(24)，和穿过所述护罩(22)延伸的平衡孔，其特征在于，所述平衡孔(26)被以这种方式设置在该叶轮护罩(22)中，以使得该平衡孔(26)在该护罩(22)前表面的开口(30)被设置成不仅在该叶轮的旋转方向上位于该平衡孔(26)在该护罩(22)背面的开口(32)之前，而且还比该叶轮护罩(22)背面的开口(32)距离该泵的轴线(8)更近。
7.根据权利要求6所述的叶轮，其特征在于，该叶轮护罩背面的平衡孔开口(32)被在环绕方向上相对于该叶轮护罩前表面的平衡孔开口(30)设置，以使得从该叶轮(20)的正面观察时，该平衡孔(26)的方向基本上是该叶轮叶片通道(34)的方向。
8.根据前述权利要求6或7所述的叶轮，其特征在于，该叶轮护罩(22)前表面中的平衡孔开口(30)被设置在当该叶轮旋转时其工作叶片(24)的自由边的辐射状内尖端E所形成的圆周内。
9.根据前述权利要求6-8中任何一个所述的叶轮，其特征在于，该叶轮护罩(22)前表面中的平衡孔开口(30)被设置到该工作叶片(24)在该叶轮护罩(22)上开始的圆周处。
10.根据前述权利要求6-9中任何一个所述的叶轮，其特征在于，该叶轮护罩(22)前表面中的平衡孔开口(30)被设置到该工作叶片(24)在该叶轮护罩(22)上开始的圆周内。
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