CN1938189B - 具有改进流速分布的叶轮叶片 - Google Patents

Abstract

根据本发明，用于离心泵的叶轮具有至少一个叶片，其径向外终端被构造为产生这样一种流速分布，该流速分布控制并且减少由从叶轮排出到泵壳内表面上的的渣浆流体所引起的磨损。与叶轮叶片的传统的直的或凹形边缘相比，本发明的叶轮叶片通常构造为具有径向向外延伸部。向外延伸部的形状可改变，但是该形状被选定以便产生减少泵壳中磨损的流速分布。

Description

具有改进流速分布的叶轮叶片

技术领域

本发明涉及泵叶轮，更特别地是涉及具有这样的叶片的叶轮，其中叶片被特别地构造为选择性地确定叶轮的流速分布，以便在处理渣浆时选择性地减轻泵壳的磨损。

背景技术

旋转动力泵被用于在各种工业中处理液体和渣浆。被处理的流体类型决定了在特定应用中使用的泵的结构类型。即，在泵送清洁液体的时候对泵的要求比处理渣浆时的要求低，其中该渣浆包含大量磨蚀性的并且使泵的内部结构退化的固体或颗粒物。

因此，泵的设计者和工程师们必须考虑将要处理的流体或渣浆的类型，并且选择或设计最适合于应用的叶轮和泵壳。例如，在处理清洁液体(如，水)时，泵壳通常是蜗壳，其形状在横断面上从泵的分水角至靠近泵的出口附近发生改变，并且在该泵壳中的磨损相对较少。

但是在处理渣浆时，泵的设计者必须不仅要从最优化泵的效率的角度，还要从使泵壳磨损最小化的角度，考虑液力表面几何学的影响。因此，在渣浆泵的设计中一直以来通常对清洁液体处理泵的总体蜗形通道形状进行改进，以便提供例如更宽的叶轮出口和具有平行侧面的外壳。

决定对泵壳磨损的另一因素是叶轮叶片的形状。特别地，已经证明，叶轮叶片的外缘对流过泵的流体流速具有显著的影响。已经观察到，在护罩的周边处或附近具有直的外缘的典型的叶片结构产生了一定的流体流速，该流速导致沿着蜗形通道的侧面对泵壳的磨损。

因此，在本领域中提供具有特别设计或构造的叶片的叶轮以便产生更均匀的磨损模式是有利的，从而在处理特别是固体含量高和/或尤其是磨蚀性固体含量高的渣浆时可延长泵壳的总的耐磨损寿命。

发明内容

根据本发明，提供了一种具有至少一个叶片的叶轮，该叶片在其外终端被特别地成形，以便产生在处理渣浆时对泵壳磨损不那么有害的流速。本发明的叶片构造适合于用在任何使用叶轮的旋转动力泵中，但是在这里描述和示出的是与离心渣浆泵相关的使用。

本发明的叶轮包括至少一个叶片，其从相应于泵的中心轴的叶轮中心点或其附近延伸，并且向叶轮的周边径向向外延伸，其中叶片具有限定的外终端。本发明的叶轮可具有一个护罩(通常被称为半开式叶轮)，两个护罩(通常被称为闭式叶轮)，或可以没有护罩(通常称为开式叶轮)。但是，这里描述的本发明具有至少一个护罩，其被布置成朝向泵壳的驱动侧定向(即，与泵的入口相对)。

本发明的叶片的外终端构造有径向向外延伸部，其大致限定了叶片的凸起边缘。在这里使用的术语“凸起”并不意味着局限于传统定义的弯曲表面，而是仅仅意味着叶片的外终端边缘相对于叶轮的中心轴径向向外延伸，而不是直的或向叶轮的中心轴径向向内弯曲；但是，外终端边缘可以是任何形状，包括但不限于半球形、曲线，或由两个或更多个相交线构成。

本发明的叶片的凸起形外终端通常产生可减少泵壳内表面上的磨损的流体流速分布。该叶片的凸起形外终端的形状可被特别地选择以便特定地修改或确定流体流速分布，以使得对于待处理的渣浆的特定类型，泵壳上的磨损可被控制和减少。

附图说明

附图中所显示的在当前被认为是执行本发明的最好模式：

图1是离心泵正视图的代表性视图，示出了典型的蜗形泵壳；

图2是沿示于图1的泵的2-2线得到的横断面的代表性视图；

图3是传统叶轮叶片的横截面的部分视图，示出了直边缘的叶片终端；

图4是另一传统叶轮叶片的横截面的部分视图，示出了凹形的叶片终端；

图5是具有如图3所示的终端的示意代表性的叶片流体流速分布；

图6是具有如图4所示的终端的示意代表性的叶片流体流速分布；

图7是本发明构造的示意代表性的叶片流体流速分布，叶片终端包括向外延伸边缘；

图8是本发明第一实施例的代表性横截面图；

图9是本发明第二实施例的代表性横截面图；

图10是本发明第三实施例的代表性横截面图；

图11是本发明第四实施例的代表性横截面图；

图12是本发明第五和第六实施例的代表性横截面图；

图13是本发明第七实施例的代表性横截面图；

图14是本发明第八实施例的代表性横截面图。

具体实施方式

图1代表性的示出了包括叶轮12和泵壳14的传统离心泵10。穿过泵壳14设置有入口16，其用于将引入的流体输送到叶轮12。在图1中示出的泵壳14是从分水角18延伸至排出口20的蜗壳型外壳。如图1的泵壳14内的箭头所示，并且在图2的断面图中进一步所示，可以看出泵的蜗形通道的横截面积通常从泵10的分水角18向泵10的排出口20增加。

如图2所示，当叶轮12通过驱动轴22旋转时，进入到入口16的流体移动到叶轮12中并且向外排入到泵壳14的蜗形通道24。如图2所示，被排出的流体进一步沿着泵壳14的蜗形通道24从分水角18移向排出口20，并且遭遇泵壳14的逐渐更大的横断面积。

如图1代表性地进一步示出，传统泵的叶轮12具有至少一个叶片30，并且通常是多个叶片30，叶片30从叶轮12的中心32的一点处或其附近的一点向外辐射。如图3更清晰的示出，例如，叶轮12可具有护罩34，它大致形成为具有与泵的中心轴相对应的中心点32的扁平盘。叶片30从护罩34的中心32或其附近向外朝着叶片30所终止的护罩34的周边36延伸。每一个叶片30的具有引导面38，该引导面在流体径向向外地向泵壳14的蜗形通道24排出时受引入的流体的冲击(图2)。

再次参照图3，每一个叶片30的外终端40限定了边缘42，这可由在线Y处所取的叶片30的断面图看出。图3示出了叶片30的第一传统构造，其在叶片30的外终端40处具有直的边缘。如图所示，这种传统类型叶片30的直的外边缘42大致与护罩34的周边36是共界限的。

图4示出了叶轮叶片30的另一传统构造，其中叶片30的外终端40的外边缘44是凹形的，这可从在线X处所取的叶片30的断面图看出。即，外边缘44向内朝护罩34的中心点32弯曲，并且外边缘44的中心46与护罩34的周边36不是共界限的。

已经证明，叶片终端的形状影响排出叶轮的流体的流速，从而影响在处理渣浆时泵壳中所受磨损的类型或模式。如图5所示，例如，已经示出了，具有直的外边缘42的传统叶片产生了这样一种流速分布，其中与流体从轴向侧面48，50之间的叶片中心排出相比，流体在叶片的轴向侧面48，50处或其附近以更高的速度排出。因此，泵壳中的磨损模式在蜗形通道的任一个侧面上以螺旋型型式发生。

如图6所示，由具有凹形外边缘44的传统叶片产生的流速分布与由具有直的外边缘42的叶片产生的流速分布相似，除了在叶片的轴向端部出现或产生流速的双峰值。因此，当通过该泵处理渣浆时，沿着泵壳的蜗形通道观察到双螺旋磨损模式。在图5和6所示的两种传统叶片构造中，在泵的蜗形通道中心发生相对较少的磨损。

鉴于前面的描述，提供具有这样一种外终端的叶片构造是有利的，该外终端被适当地成形以便与传统已知的叶轮叶片相比，产生了在泵壳的蜗形通道中导致更加受控的和更少磨损的流速分布。发明人已经发现，具有例如如图7所示的大致凸起的外边缘62的叶片60产生这样一种流速分布，其中流速横跨泵壳的蜗形通道更均匀地分布，从而与传统的叶片构造通常会出现的情况相比，内部壳表面的磨损更均匀。

图8更清楚地示出了，一般而言本发明的叶轮叶片60具有外终端64，其限定了形状呈凸起的外终端边缘62，其中该外边缘62包括延伸超过护罩34的周边36的径向向外延伸部66。因此，向外延伸部66的半径Rv，即从叶轮34的中心32至叶片60的最外终点68的距离，大于护罩34的半径Rs。正如下面更全面地介绍，终端64的向外延伸部66的形状可以变化，并且可被特别地选定以产生与给定应用的泵送需要相一致的理想流速分布。

但是，图8示出了本发明的第一实施例，其中叶片60的外终端64具有半径为Rv的向外延伸部66，该半径Rv大于护罩34的半径Rs。叶片60的外边缘62还构造成在向外延伸部66的每一侧有半径为R_B的部分70，72，在该实施例中该半径R_B等于护罩34的半径Rs。因此，叶片60具有宽度Wv，而向外延伸部66具有小于叶片60宽度Wv的宽度Wp。应该注意的是，在下面更全面描述的同样适合的替代实施例中，向外延伸部66的宽度Wp可以等于叶片60的宽度Wv。

在如图8所示的本发明的第一实施例中，向外延伸部66从点A至向外延伸部66的终点68并从终点68至点B的形状大致为弧形。因此，仅仅通过示例的方式，向外延伸部66可具有半径Rc。但是，点A，终点68和点B之间的弧线不必具有一致的半径(即弧)。根据公开的内容，本领域的普通技术人员将会理解，形成向外延伸部66的弧线或曲线的尺寸可被适当地改变，以便按照所述那样产生预期的流速分布。在图9的本发明替代实施例中，叶片60的外边缘62包括向外延伸部66，其具有限定了叶片60的半径Rv的终点68。外边缘62还具有位于向外延伸部66的每一侧的部分70，72，其半径R_B小于护罩34的半径Rs。而且，护罩34的半径Rs小于向外延伸部66的半径Rv。向外延伸部66被限定在点A，叶片60的终点68，和点B之间，并且具有宽度Wp。向外延伸部66的宽度Wp小于叶片60的宽度Wv。

在图9的替换实施例中，仅仅以示例方式示出了由两条相交的线构成的向外延伸部66，其中第一线74被限定在点A和叶片60的终点68之间，第二线76被限定在终点68和点B之间。该实施例还用于示出向外延伸部66的形状可以是除如图8所示的弧线或曲线之外的形状，并且可以由多条相交的线构成。而且，本领域的技术人员从公开在这里的内容将会理解，叶片60的外边缘62的形状可以各种方式来适当地改变，以便提供期望的流速分布。

所示出的本发明的叶轮叶片的实施例描绘了叶片60的终点68，其相对于叶片60的宽度Wv居中。但是，应该指出的是，终点68可位于除叶片60和宽度Wv的中心线80之外的其它地方，这根据实现预期的流速分布的需要来决定。

图8和9描绘了本发明的替换实施例，其中在本发明第五实施例的横断面代表性视图中，叶片半径Rv大于护罩半径Rs和/或基圆半径R_B。图10和11示出了本发明的其它可替换实施例。例如，图10示出了一替换实施例，其中叶片半径Rv略小于护罩半径Rs，并且叶片半径Rv和护罩半径Rs都大于基圆半径R_B。

图11示出了另一替换实施例，其中叶片60的半径Rv和护罩34的半径Rs大体上相等，并且它们都大于叶片60的基圆半径R_B。图10和11所示的实施例都可实现预期的流速，该流速在泵壳的蜗形通道上产生较少的磨损。应该注意的是，示于图10和11的凸起形向外延伸部66仅仅通过示例的方式被描绘为半球形形状，并且其它适合的凸起形状或尺寸是适当的和/或有用的。

另外，正如先前指出的，限定向外延伸部66的相对轴向端部的点A和点B的位置可位于从较靠近叶片60的中心线80(图8和9)至如图12所示叶片60的轴向端部82，84之间的任何位置。因此，点A和点B之间的距离D可以为从D＝Wv至大约D＝Wv/3，并且点A和点B到叶片60的中心线80的距离可以相等或不相等。

再次参照示于图12的本发明的实施例，限定为点A和点B的向外延伸部66的轴向端部延伸至叶片60的轴向端部82，84。照此，图12示出的实施例不像图8-11的实施例那样具有侧部70，71，但是向外延伸部66的轴向端部(点A，点B)可被看作是限定了叶片60的基圆半径R_B。因此，在示于图12的本发明的第五实施例中，从叶轮的中心轴32至叶片60的终点68限定的叶片60的半径Rv大于护罩34的半径Rs，而基圆半径R_B等于护罩半径Rs。

在同样示于图12的以阴影线表示的第六替换实施例中，护罩34可延伸超过叶片60的基圆半径R_B一选定的距离，以使得叶轮的周边36’延伸至半径Rs’。叶片60的半径Rv因此大于R_B和Rs’。

在示于图13的第七替换实施例中，叶片60的终点68可以不延伸至护罩34的周边36。因此，在该实施例中，叶片60的向外延伸部66不延伸超出护罩34之外，但是仍然有利地影响叶轮的流速分布。在图13的实施例中，叶片60的半径Rv大于基圆半径R_B，但是小于护罩34的半径Rs。

在示于图14的本发明另一替换实施例中，叶片60的终点68延伸至与护罩34的周边36大体上相等的点处，以使得叶片60的半径Rv和护罩34的半径Rs相等，或者基本上相等，并且基圆半径R_B小于叶片的半径Rv或护罩的半径Rs。而且，尽管示于图12-14的实施例中的凸起形边缘是弧形的，但是向外延伸部66可以是如前所述的任何适当形状。

无论先前所示和描述的叶片60的向外延伸部66的形状如何，该形状的面积可优选地在由Wv(Rv-R_B)限定的面积的约30％至约85％之间。下表仅仅通过示例方式示出了本文描述的变型的一些可能的尺寸范围，但是并不意味着是对范围的穷举限定。

	最小值	最大值	优选值
				Rv	1.02R<sub>B</sub>	1.15R<sub>B</sub>	1.06R<sub>B</sub>
Wp/Wv	0.33	1	0.65
				Rs	R<sub>B</sub>	1.15R<sub>B</sub>	1.05R<sub>B</sub>

本发明的叶轮叶片被构造为可提供选定的流速分布，其控制和/或减少由于从叶轮排向外壳的流体渣浆引起的泵壳磨损。叶轮叶片可改造用于几乎任何类型、尺寸或变型的旋转动力泵。本领域的技术人员参照公开在这里的内容将会理解可做出改变和修改，以利用各种泵中的叶轮叶片来产生预期的流速分布。因此，这里参照的本发明的特定细节或实施例仅仅是示例性的而不是限制性的。

Claims (21)

1.一种用于离心泵的叶轮，包括至少一个构造用于离心泵的叶片，以沿离开叶轮中心轴的方向径向导流，所述至少一个叶片在长度方向沿离开叶轮的中心轴的方向上径向地延伸至所述叶轮的外周边，并且具有沿所述叶片的径向长度延伸的中心线，该中心线位于与所述叶轮的所述中心轴所处平面垂直的平面中，所述至少一个叶片具有位于所述叶轮的所述周边或附近并且关于所述叶片的所述中心线径向对称的外终端，所述外终端具有呈凸起形状的向外延伸部。

2.根据权利要求1所述的叶轮，还包括至少一个护罩，其具有限定所述叶轮的所述周边的周边，所述至少一个叶片从所述护罩向外延伸。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有终点和从所述叶轮的所述中心轴至所述终点的半径Rv，并且其中所述护罩具有从所述中心轴至所述周边的半径Rs，其中Rv等于或大于Rs。

4.根据权利要求3所述的叶轮，其中所述至少一个叶片的所述外终端还包括半径为R_B的部分，其中R_B小于或等于Rs。

5.根据权利要求4所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有弧形形状。

6.根据权利要求4所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有由至少两条线相交形成的外边缘。

7.根据权利要求4所述的叶轮，其中所述至少一个叶片具有宽度Wv，并且其中所述向外延伸部具有宽度Wp，其中Wp小于或等于Wv。

8.根据权利要求7所述的叶轮，其中所述向外延伸部的面积在由Wv(Rv-R_B)限定的面积的30％至85％之间。

9.根据权利要求1所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有弯曲或弧形的外边缘。

10.根据权利要求1所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有由至少两条线相交形成的外边缘。

11.一种用于旋转动力泵的叶轮，包括：

护罩，其具有中心轴和与所述中心轴径向隔开的周边，所述护罩具有半径Rs；

至少一个叶片，其从所述护罩轴向向外延伸，并且从所述中心轴或其附近向所述周边径向延伸一段长度，从而限定所述至少一个叶片的中心线，该中心线所在的平面平行于所述护罩的平面且垂直于所述中心轴所在的平面，所述叶片被构造成沿离开护罩中心轴的方向径向导流，所述叶片沿着所述叶片沿所述护罩的径向延伸部固定至所述护罩，并且具有位于所述护罩的周边或其附近的外终端，所述叶片的所述外终端关于所述叶片的所述中心线径向对称，其中所述外终端包括向外延伸部，其具有从所述中心轴至所述向外延伸部的终点的半径Rv；并且其中Rv等于或大于Rs。

12.根据权利要求11所述的叶轮，还包括平行于所述护罩且与所述护罩间隔的第二护罩，并且其中所述至少一个叶片在所述间隔开的护罩之间延伸。

13.根据权利要求11所述的叶轮，其中所述至少一个叶片的所述外终端还包括具有半径为R_B的部分，其中R_B等于Rs。

14.根据权利要求11所述的叶轮，其中所述至少一个叶片的所述外终端还包括具有半径为R_B的部分，其中R_B小于Rs。

15.根据权利要求11所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有凸起形状。

16.根据权利要求11所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有弯曲的外边缘。

17.根据权利要求11所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有由至少两条相交线构成的外边缘。

18.根据权利要求11所述的叶轮，其中所述至少一个叶片具有宽度Wv，并且其中所述向外延伸部的形状在由Wv(Rv-R_B)限定的面积的30％至85％之间。

19.根据权利要求13所述的叶轮，其中所述至少一个叶片具有宽度Wv，并且其中所述向外延伸部的形状在由Wv(Rv-R_B)限定的面积的30％至85％之间。

20.根据权利要求19所述的叶轮，其中所述向外延伸部具有外边缘，其被成形为产生选定的用于减少泵壳中磨损的流速分布。

21.根据权利要求2所述的叶轮，其中所述至少一个护罩具有从所述中心轴至所述周边的半径Rs，并且其中所述向外延伸部具有终点和从所述叶轮的所述中心轴至所述终点的半径Rv，并且所述向外延伸部具有轴向端部，其限定了从所述至少一个轴向端部至所述中心轴的半径R_B，其中R_B小于Rv和Rs，且Rv小于Rs。

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