CN203308780U

CN203308780U - 离心式叶轮以及泵装置

Info

Publication number: CN203308780U
Application number: CN2013202340691U
Authority: CN
Inventors: 川畑润也; 榎本隆; 伊藤昭二
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-05-03

Abstract

本实用新型涉及离心式叶轮以及泵装置，上述离心式叶轮具有多个叶片（3）、从叶轮入口（1）向叶轮出口（2）输送流体的多个流路（P）以及形成流路（P）的护罩（4）和轮毂（5）。各流路（P）形成于相邻的叶片（3）之间。护罩（4）的曲线（L₃）从叶片入口（A）到叶片（3）的规定的位置（C）为止朝轮毂侧弯曲，从叶片（3）的规定的位置（C）到叶片出口（B）为止朝与轮毂（5）相反侧弯曲。

Description

离心式叶轮以及泵装置

技术领域

本发明涉及离心式叶轮以及泵装置，尤其是涉及在涡流泵等离心泵中使用、借助离心力对流体附加能量而进行升压的离心式叶轮以及具备该叶轮的泵装置。

背景技术

在离心式叶轮中，如图1A以及图1B所示，为了满足所需要的流量以及扬程，对叶片10的入口宽度B₁以及出口宽度B₂、叶轮的入口直径D₀以及出口直径D₂、叶片110的入口角度β₁以及出口角度β₂等进行设计。在现有的离心式叶轮中，在从入口宽度B₁到出口宽度B₂的过程中，叶片110的宽度可以逐渐变化，同样，叶片110的角度也可以从入口角度β₁到出口角度β₂逐渐变化。

图2A以及图2B是以上述方式设计的现有的离心式叶轮的子午面剖视图。如图2A以及图2B所示，离心式叶轮具备配置在护罩120和轮毂130之间的多个叶片110（在图2A以及图2B中仅示出一个叶片110）。叶片110绕离心式叶轮的中心部在周方向等间隔地配置。利用邻接的两个叶片110、护罩120以及轮毂130形成流路140，流体在该流路140内流动。此处，在图2A所示的现有的离心式叶轮中，护罩120侧的曲线形成为整体朝轮毂130侧弯曲的曲线L₁，在图2B所示的现有的离心式叶轮中，护罩120侧形成直线L₂。

然而，当如图2A或者图2B所示护罩120侧形成为曲线L₁或者直线L₂时，当为小流量且高扬程的叶轮、即比速度（Ns）小的叶轮的情况下，流路140的子午面长度变长，整体的子午面截面处的流路宽度变窄。因此，流路140内的流体的相对速度变大，流路140内的摩擦损失变大，叶轮的性能降低。

发明内容

本发明就是鉴于如上的现有技术的问题点而完成的，其目的在于提供一种即便是在比速度小的情况下也能够减小流路内的内部损失并得到良好的性能的离心式叶轮以及具备该离心式叶轮的泵装置。

为了解决如上的现有技术的问题点，本发明的一个方式提供一种离心式叶轮，其特征在于，该离心式叶轮在叶轮入口与叶轮出口之间具有多个叶片，其中，上述多个叶片配置在沿着上述离心式叶轮的轴向排列的护罩与轮毂之间，利用相邻的叶片、上述护罩以及上述轮毂形成流路，在上述离心式叶轮的子午面截面中，构成上述流路的护罩侧的曲线从叶片入口到上述叶片的中央附近的位置为止朝轮毂侧弯曲，从上述叶片的中央附近的位置到叶片出口为止朝与上述轮毂相反侧弯曲，在上述叶片的中央附近的位置的下游侧区域，上述流路变宽，进而在上述叶片出口附近，上述流路变窄，上述离心式叶轮的比速度在280以下，优选在200以下。

本发明的一个优选方式的特征在于，上述叶片的厚度恒定。

根据这种结构，与现有的离心式叶轮相比，能够减小流路内的流体的相对速度。即，在现有的离心式叶轮中，在流路中流动的流体的子午面速度在从叶片入口到叶片出口为止的区域大致恒定。与此相对，在本发明所涉及的离心式叶轮中，从叶片入口到叶片的规定位置（例如叶片的中央附近位置）能够将流路扩宽，因此能够使在该流路中流动的流体的子午面速度大幅减速。因而，能够减小流路内的内部损失，即便在比速度小的叶轮中也能够发挥良好的性能。

本发明的一个优选方式的特征在于，从离心式叶轮的轴向观察，上述轮毂侧与上述护罩侧的流线一致。

本发明的一个优选方式的特征在于，从上述叶片入口到上述叶片的中央附近的位置为止，相邻的叶片之间的距离逐渐增加，从上述叶片的中央附近的位置朝向上述叶片出口相邻的叶片之间的距离变窄。

根据这种结构，与现有的离心式叶轮相比能够将流体的减速区域扩展到下游侧，因此，与现有的离心式叶轮相比能够减小流体与流路之间的摩擦。并且，叶片出口处的速度分布不均得到改善，因此能够减少在流体的内部产生的剪切力，能够减小流路的下游区域的损失。此处，速度分布不均是指在与流体的流动方向垂直的方向上流体的速度不均匀。

本发明的其他方式涉及一种泵装置，其特征在于，该泵装置具备：技术方案1～4中任一项所述的离心式叶轮；收纳上述叶轮的壳体；以及旋转自如的主轴，上述叶轮安装于该主轴。

如上所述，根据本发明，与现有的离心式叶轮相比能够减小流路内的流体的相对速度。因而，能够减小流路内的内部损失，即便是在比速度小的叶轮中也能够发挥良好的性能。

附图说明

图1A是离心式叶轮的主视剖视图，图1B是离心式叶轮的子午面剖视图。

图2A以及图2B是示出现有的离心式叶轮的子午面剖视图。

图3是本发明的一个实施方式的离心式叶轮的子午面剖视图。

图4是图3所示的离心式叶轮的主视剖视图。

图5A是对本发明所涉及的离心式叶轮与现有的离心式叶轮中的流体的相对速度进行比较的曲线图，图5B是对本发明所涉及的离心式叶轮和现有的离心式叶轮的特性进行比较的曲线图。

图6A至图6E是示出本发明所涉及的离心式叶轮的设计例的子午面剖视图，图6A是比速度为120的离心式叶轮，图6B是比速度为140的离心式叶轮，图6C是比速度为200的离心式叶轮，图6D是比速度为240的离心式叶轮，图6E是比速度为280的离心式叶轮。

图7是示出具备本发明所涉及的离心式叶轮的泵装置的一例的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的离心式叶轮的实施方式进行说明。图3是本发明的一个实施方式的离心式叶轮的子午面剖视图，图4是图3所示的离心式叶轮的主视剖视图。如图3以及图4所示，离心式叶轮具备多个叶片3（在图4中仅示出相邻的两个叶片）、护罩（翼梢）4以及轮毂5。叶片3在离心式叶轮的轴向上配置在护罩4与轮毂5之间，并且配置在中央侧的叶轮入口1和外周侧的叶轮出口2之间。上述叶片3绕离心式叶轮的中心部在周方向等间隔地配置，且朝向外侧呈螺旋状地延伸。在相邻的叶片3之间形成有伴随着离心式叶轮的旋转而从叶轮入口1朝叶轮出口2输送流体的多个流路P。即，由相邻的叶片3、护罩4以及轮毂5包围的空间成为流路P。另外，在图3以及图4中仅示出一个流路P。并且，对于本实施方式中的离心式叶轮，如图4所示，从离心式叶轮的轴向观察轮毂5侧和护罩4侧的流线一致，成为二维叶轮。即，叶片3从轮毂5到护罩4相对于轮毂5的表面垂直延伸。

在图3所示的离心式叶轮的子午线截面中，构成流路P的护罩4侧的曲线L₃在从叶轮的叶片入口A到子午面上的叶片3中央附近的位置C（以下称作中央附近位置C）为止的子午面长度M₁的范围中朝轮毂5侧弯曲，从叶片入口A到中央附近位置C流路P变宽。另一方面，在从中央附近位置C到叶片出口B为止的子午面长度M₂的范围中，曲线L₃朝轮毂5的相反侧弯曲，在中央附近位置C的下游侧的区域流路P变宽，进而叶片出口B附近的流路P急速变窄。

通过以这种方式构成，从叶片入口A到中央附近位置C能够扩宽流路P，因此能够使在流路P流动的流体的子午面速度大幅减速，与现有的离心式叶轮相比能够缩小流路P内的流体的相对速度。并且，通过缩窄叶片出口B附近的流路P，能够减小从离心式叶轮排出的流体的流量，能够得到所期望的流量。图5A是对本发明所涉及的离心式叶轮和图1A所示的现有的离心式叶轮中的流体的相对速度进行比较的曲线图，图5B是对特性进行比较的曲线图。在图5A以及图5B中，实线表示本发明，虚线表示现有例。如图5A所示，根据本发明所涉及的离心式叶轮，在从叶片入口A到叶片出口B的范围中，与现有的离心式叶轮相比能够减小流体的相对速度。因而，本发明所涉及的离心式叶轮能够减小流路P内的内部损失，因此即便是在比速度小的叶轮中也能够发挥良好的性能。并且，如图5A所示，在本发明所涉及的离心式叶轮中，叶片出口B处的流体的相对速度与现有的离心式叶轮并无不同，因此，欧拉水头（Euler's Head）也不变，如图5B所示，轴动力并未增加，并且泵效率提高。另外，欧拉水头是指根据欧拉方程求出的理论水头。

并且，在图4的主视剖视图中，相邻的叶片3之间的距离构成为：叶片入口A处的距离a₁小于中央附近位置C处的距离a₂（a₁<a₂），叶片出口B处的距离a₃小于距离a₂（a₃<a₂），从叶片入口A朝向中央附近位置C逐渐增加，从中央附近位置C朝向叶片出口B减少。叶片入口A处的距离a₁以及中央附近位置C处的距离a₂变大，与现有的离心式叶轮相比能够将流体的减速区域扩展至下游侧，因此，与现有的离心式叶轮相比能够进一步减少流体与流路P的摩擦。并且，由于距离a₃小于距离a₂，因此叶片出口B处的速度分布不均得到改善。因而，能够减少在流体的内部产生的剪切力，能够减小流路的下游区域的损失。

本发明所涉及的离心式叶轮的形状能够通过使用三维反解法在设计上再现。三维反解法是规定翼面的载荷分布，并通过数值计算决定满足该载荷分布的翼面形状的设计方法。该三维反解法理论的详细情况记载于公知文献（Zangenh,M.,1991,“A CompressibleThree-Dimensional Design Method for Radial and Mixed FlowTurbomachinery Blades”,Int.J.Numerical Methods in Fluids,Vol.13,pp.599-624）。图6A至图6E是示出本发明所涉及的离心式叶轮的设计例的子午面剖视图，从图6A到图6E比速度依次变大。图6A是比速度为120的离心式叶轮，图6B是比速度为140的离心式叶轮，图6C是比速度为200的离心式叶轮，图6D是比速度为240的离心式叶轮，图6E是比速度为280的离心式叶轮。

在离心式叶轮中，会产生因流体与流路的内周面之间的摩擦导致的摩擦损失、和因速度分布不均而产生的混合损失。一般地，比速度越小则摩擦损失越大。根据本发明，能够减小在流路中流动的流体的相对速度，因此能够减少摩擦损失。因而，本发明所涉及的离心式叶轮在比速度小的叶轮中是有效的，能够将本发明所涉及的离心式叶轮安装于旋转自如的主轴而构成能够发挥良好的性能的泵装置。

图7是示出具备本发明所涉及的离心式叶轮的泵装置的一例的纵剖视图。另外，图7所示的泵装置只是一例，本发明所涉及的离心式叶轮能够应用于任何种类的泵装置。

图7所示的泵装置具备在内部收纳有马达10的马达部12和在内部收纳有本发明所涉及的离心式叶轮14的泵部16。在马达部12以及泵部16的内部插通有主轴18，在主轴18的下端安装有离心式叶轮14。由此，马达部12的马达10的动力传递至泵部16的离心式叶轮14，离心式叶轮14与主轴18一体地旋转。

泵部16具备具有吸入口20以及排出口22的壳体24和收纳在该壳体24内的中间壳体25，上述的离心式叶轮14以其叶轮入口1朝向下方的方式被收纳在壳体24的内部。中间壳体25在其下端部具有开口部25a，由此，中间壳体25的内部与壳体24的内部连通。吸入口20位于壳体24的一侧面，该吸入口20与壳体24的内部连通。并且，吸入口22位于壳体24的相反侧的侧面，该吸入口22与中间壳体25的内部连通。在中间壳体25与马达部12之间安装有用于覆盖中间壳体25的开口的壳体罩26，在该壳体罩26的中央部配置有用于防止泵部16的压力水泄漏而进入马达部12内的机械密封件28。

在这种结构的泵装置中，马达10的动力传递至安装于主轴18的下端的离心式叶轮14，利用离心式叶轮14对壳体24内的流体（液体）赋予动能。因而，当驱动马达10而使离心式叶轮14旋转时，流体从壳体24的吸入口20被吸入壳体24内并被升压，且从排出口22被排出。

至此为止对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述的实施方式，能够在其技术思想的范围内以各种不同的方式实施。

产业上的可利用性

本发明能够利用于离心式叶轮以及泵装置，尤其是能够利用于在涡流泵等离心泵中使用、借助离心力对流体施加能量而使其升压的离心式叶轮以及具备该叶轮的泵装置。

Claims

1.一种离心式叶轮，

该离心式叶轮在叶轮入口与叶轮出口之间具有多个叶片，

上述离心式叶轮的特征在于，

上述多个叶片配置在沿着上述离心式叶轮的轴向排列的护罩与轮毂之间，利用相邻的叶片、上述护罩以及上述轮毂形成流路，

在上述离心式叶轮的子午面截面中，构成上述流路的护罩侧的曲线从叶片入口到上述叶片的中央附近的位置为止朝轮毂侧弯曲，从上述叶片的中央附近的位置到叶片出口为止朝与上述轮毂相反侧弯曲，

在上述叶片的中央附近的位置的下游侧区域，上述流路变宽，进而在上述叶片出口附近，上述流路变窄，上述离心式叶轮的比速度在280以下。

2.根据权利要求1所述的离心式叶轮，其特征在于，

上述离心式叶轮的比速度在200以下。

3.根据权利要求1或2所述的离心式叶轮，其特征在于，

上述叶片的厚度恒定。

4.根据权利要求3所述的离心式叶轮，其特征在于，

从离心式叶轮的轴向观察，上述轮毂侧与上述护罩侧的流线一致。

5.根据权利要求1或2所述的离心式叶轮，其特征在于，

从上述叶片入口到上述叶片的中央附近的位置为止，相邻的叶片之间的距离逐渐增加，从上述叶片的中央附近的位置朝向上述叶片出口，相邻的叶片之间的距离变窄。

6.一种泵装置，其特征在于，

该泵装置具备：

权利要求1～5中任一项所述的离心式叶轮；

收纳上述叶轮的壳体；以及

旋转自如的主轴，上述叶轮安装于该主轴。