專利名稱：離心式葉輪和泵設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心式葉輪和一種泵設(shè)備，尤其涉及一種用于離心泵如蝸形管式離心泵中的離心式葉輪，以通過離心力將動(dòng)能施加到流體上對(duì)流體進(jìn)行增壓，還尤其涉及一種具有這種離心式葉輪的泵設(shè)備。
背景技術(shù)：
在圖1A和1B所示的離心式葉輪中，可對(duì)葉片110的入口寬度B1和出口寬度B2、離心式葉輪的入口直徑D0和出口直徑D2、以及葉片110的入口角β1和出口角β2進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足所需流率和所需泵揚(yáng)程(pump head)。在傳統(tǒng)的離心式葉輪中，需要將葉片110的寬度從入口寬度B1逐漸變化到出口寬度B2，還需要將葉片110的角度從入口角β1逐漸變化到出口角β2。
圖2A和2B為子午面剖視圖，示出了上述結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)離心式葉輪。如圖2A和2B所示，該離心式葉輪具有多個(gè)設(shè)置在輪罩120和轂盤130之間的葉片110(在圖2A和2B中只示出了一個(gè)葉片)。葉片110在離心式葉輪的周向上以等間隔成角度布置。由相鄰兩葉片110、輪罩120和轂盤130形成流路140，使流體能流經(jīng)流路140。在圖2A所示的傳統(tǒng)離心式葉輪中，輪罩120整體彎曲成朝轂盤130突伸以形成曲線L1。在圖2B所示的傳統(tǒng)離心式葉輪中，輪罩130朝轂盤130筆直傾斜，形成直線L2。
但是，如圖2A和2B所示，如果在輪罩120處形成曲線L1或直線L2，則在離心式葉輪的流率小且泵揚(yáng)程高即比速(Ns)小的情況下，流路140的子午長度會(huì)變長，且子午面橫截面內(nèi)整個(gè)流路140的寬度會(huì)變小。結(jié)果，流體流經(jīng)流路140的相對(duì)速度變大，且因此流路140中的磨擦損失增加，這樣降低了葉輪性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明意欲克服上述缺點(diǎn)，因此，本發(fā)明的目的在于提供一種離心式葉輪，其能減少流路中的內(nèi)部損失，以便即使在離心式葉輪比速小的情況下也具有優(yōu)異的性能，本發(fā)明的目的還在于提供一種具有這種離心式葉輪的泵設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種離心式葉輪，包括多個(gè)設(shè)置在葉輪入口和葉輪出口之間的葉片；多個(gè)用于隨著所述離心式葉輪的旋轉(zhuǎn)將流體從所述葉輪入口傳輸?shù)剿鋈~輪出口的流路，每個(gè)所述流路形成于兩個(gè)相鄰的所述葉片之間；以及用于形成所述流路的一個(gè)輪罩和一個(gè)轂盤；其中，在所述離心式葉輪的子午線平面剖面中，形成所述流路的所述輪罩的曲線彎曲成在從葉片入口到所述葉片的一個(gè)預(yù)定位置的區(qū)域內(nèi)朝所述轂盤突伸，且所述曲線彎曲成在從所述葉片的所述預(yù)定位置到葉片出口的區(qū)域內(nèi)朝所述轂盤的相反側(cè)突伸。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，所述葉片的所述預(yù)定位置在子午面中位于靠近所述葉片的中心。
根據(jù)本發(fā)明，與傳統(tǒng)離心式葉輪相比，可減少流體流以流路的相對(duì)速度，具體而言，在傳統(tǒng)的離心式葉輪中，流體流經(jīng)流路的子午速度在從葉片入口到葉片出口的區(qū)域內(nèi)基本恒定，與此相反，在本發(fā)明的離心式葉輪中，在從葉片入口到一個(gè)預(yù)定位置(即靠近葉片中心的位置)的區(qū)域內(nèi)流路變寬，因而大大減少了流體流經(jīng)流路的子午速度，因此，減少了流路中的內(nèi)部損失，因而即使在離心式葉輪的比速較小時(shí)也可以得到優(yōu)異的葉輪性能。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，形成于所述轂盤側(cè)和所述輪罩側(cè)的流線在從所述離心式葉輪軸向上看時(shí)彼此相對(duì)應(yīng)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，所述相鄰兩葉片間的距離從所述葉片入口到所述葉片的預(yù)定位置逐漸增加，并從述葉片的所述預(yù)定位置朝所述葉片出口減少。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的離心式葉輪相比，流體速度減少的區(qū)域可以延伸到流路的下游側(cè)，可以減少流體和流路之間的摩擦，另外，因?yàn)槿~片出口處速度分布的非均勻性得到改善，流體中產(chǎn)生的剪應(yīng)力就減少，因此流路P的下游區(qū)域處的損失減少。這里速度分布的非均勻性指的是在垂直于流體流動(dòng)方向的方向上流體速度的非均勻性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種離心式葉輪，包括多個(gè)設(shè)置在葉輪入口和葉輪出口之間的葉片；多個(gè)用于隨著所述離心式葉輪的旋轉(zhuǎn)將流體從所述葉輪入口傳輸?shù)剿鋈~輪出口的流路，每個(gè)所述流路形成于兩個(gè)相鄰的所述葉片之間；以及用于形成所述流路的一個(gè)輪罩和一個(gè)轂盤；其中，所述相鄰兩葉片間的距離從所述葉片入口到所述葉片的一個(gè)預(yù)定位置逐漸增加，并從述葉片的所述預(yù)定位置朝所述葉片出口減少。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，所述葉片的所述預(yù)定位置在子午面中位于靠近所述葉片的中心。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，形成于所述轂盤側(cè)和所述輪罩側(cè)的流線在從所述離心式葉輪軸向上看時(shí)彼此相對(duì)應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種泵設(shè)備，包括離心式葉輪；用于容納所述離心式葉輪的殼體；以及可旋轉(zhuǎn)的主軸，所述離心式葉輪連接到主軸上。


圖1A為常用離心式葉輪的剖視圖；圖1B為常用離心式葉輪的子午面剖視圖；
圖2A為傳統(tǒng)離心式葉輪的子午面剖視圖，其中葉輪的輪罩彎曲成朝轂盤突伸；圖2B為傳統(tǒng)離心式葉輪的子午面剖視圖，其中葉輪的輪罩朝轂盤筆直傾斜；圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的離心式葉輪的子午面剖視圖；圖4為圖3所示離心式葉輪的剖視圖；圖5A為本發(fā)明離心式葉輪的流體的相對(duì)速度與傳統(tǒng)離心式葉輪的比較圖；圖5B為本發(fā)明離心式葉輪的特征曲線與傳統(tǒng)離心式葉輪的特征曲線比較圖；圖6A到6E為本發(fā)明的離心式葉輪的結(jié)構(gòu)示例，圖6A示出了比速為120的離心式葉輪；圖6B示出了比速為140的離心式葉輪；圖6C示出了比速為200的離心式葉輪；圖6D示出了比速為240的離心式葉輪；圖6E示出了比速為280的離心式葉輪；以及圖7為具有本發(fā)明離心式葉輪的泵設(shè)備示例的垂直剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的離心式葉輪。圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的離心式葉輪的子午面剖視圖，圖4是圖3所示離心式葉輪的剖視圖。
如圖3和圖4所示，離心式葉輪包括多個(gè)葉片3(圖4中只示出了相鄰的兩個(gè)葉片3)、一個(gè)輪罩(末梢)4、以及一個(gè)轂盤5。葉片3沿離心式葉輪的軸向設(shè)置在輪罩4和轂盤5之間，且設(shè)置在位于離心式葉輪中央側(cè)的葉輪入口1和位于離心式葉輪周向側(cè)的葉輪出口2之間。葉片3在離心式葉輪周向上以等間隔成角度布置且螺旋式向外延伸。在相鄰的葉片3之間形成多個(gè)流路P，以便隨著離心式葉輪的旋轉(zhuǎn)，使流體穿過流路P從葉輪入口1傳輸?shù)饺~輪出口2。具體而言，由相鄰的葉片3、輪罩4和轂盤5圍繞成的空間分別構(gòu)成流路P。圖3和圖4中只示出了一個(gè)流路P。如圖4所示，此實(shí)施例的離心式葉輪為二維葉輪，其轂盤5一側(cè)和輪罩4一側(cè)的流線在從離心式葉輪軸向上看時(shí)是彼此相對(duì)應(yīng)的。具體而言，各葉片3在垂直于轂盤5表面的方向上從轂盤5延伸到輪罩4。
在圖3所示離心式葉輪的子午面的剖視圖中，形成流路P的輪罩4的曲線L3彎曲成在子午面中從葉片入口A到靠近葉片3中心的位置C(以下稱為近中心位置C)的子午長度M1的區(qū)域內(nèi)朝轂盤5突伸，從而使流路P從葉片入口A到近中心位置C變寬。曲線L3還彎曲成在從近中心位置C到葉片出口B的子午長度M2的區(qū)域內(nèi)朝轂盤5的相反側(cè)突伸，從而流路P在近中心位置C的下游區(qū)域處變寬，且在葉片出口B附近急劇變窄。
通過這種結(jié)構(gòu)，由于流路P在從葉片入口A到近中心位置C的區(qū)域內(nèi)變寬，流體流經(jīng)流路P的子午速度大大減少，因此流路P中流體的相對(duì)速度與傳統(tǒng)離心式葉輪相比可減少。另外，因?yàn)榱髀稰在葉片出口B附近變窄，從離心式葉輪中排出的流體的流率減少，因而可得到需要的流率。圖5A為本發(fā)明離心式葉輪的流體的相對(duì)速度與傳統(tǒng)離心式葉輪相比的圖，圖5B為本發(fā)明離心式葉輪的特征曲線與傳統(tǒng)離心式葉輪相比的圖。在圖5A和圖5B中，實(shí)線表示本發(fā)明離心式葉輪，虛線表示傳統(tǒng)離心式葉輪。
如圖5A所示，根據(jù)本發(fā)明的離心式葉輪，與傳統(tǒng)離心式葉輪相比，在從葉片入口A到葉片出口B的區(qū)域內(nèi)流體的相對(duì)速度減少，因此，由于流路P中的內(nèi)部損失減少，即使葉輪的比速很小，也可得到優(yōu)異的葉輪性能。另外，如圖5A所示，在本發(fā)明的離心式葉輪中，因?yàn)榕c傳統(tǒng)離心式葉輪相比，在葉片出口B處的流體相對(duì)速度不會(huì)改變，歐拉揚(yáng)程(Euler head)也不會(huì)改變，因此軸輸出功率不會(huì)增加，提高了泵的效率，如圖5B所示。歐拉揚(yáng)程定義為由歐拉方程給出的理論揚(yáng)程。
在圖4所示的剖視圖中，相鄰葉片3之間的距離設(shè)定為使葉片入口A處的距離a1小于近中心位置C處的距離a2(a1＜a2)，且葉片出口B處的距離a3小于距離a2(a3＜a2)，從而相鄰葉片3間的距離從葉片入口A朝近中心位置C逐漸增加，且從近中心位置C朝葉片出口B減少。因?yàn)槿~片入口A處的距離a1和近中心位置C處的距離a2都較大，所以與傳統(tǒng)離心式葉輪相比，流體速度減少的區(qū)域可以延伸到流路P的下游側(cè)。因此，與傳統(tǒng)離心式葉輪相比，本發(fā)明的離心式葉輪可以減少流體和流路P間的流體磨擦。另外，因?yàn)榫嚯xa3小于距離a2，葉片出口B處速度分布的非均勻性得到改善。相應(yīng)地，流體中產(chǎn)生的剪應(yīng)力就減少，因此流路P的下游區(qū)域處的損失減少。
本發(fā)明離心式葉輪的形狀可以使用三維逆向設(shè)計(jì)法來進(jìn)行再現(xiàn)。該三維逆向設(shè)計(jì)法是一種設(shè)計(jì)技術(shù)，其中規(guī)定出葉片負(fù)載分布，且通過數(shù)值計(jì)算來確定能實(shí)現(xiàn)所規(guī)定葉片負(fù)載分布的葉片幾何形狀。三維逆向設(shè)計(jì)法的理論在下列文獻(xiàn)中有詳細(xì)描述Zangeneh，M.，1991，“A Compressible Three-Dimensional Design Method forRadial and Mixed Flow Turbomachinery Blades”.Int.J.NumericalMethods in Fluids，Vol.13，pp.599-624。圖6A到6E為本發(fā)明離心式葉輪結(jié)構(gòu)的示例，并示出了比速從圖6A到圖6E逐漸增加的離心式葉輪的變化例。圖6A示出的離心式中輪的比速為120；圖6B示出的離心式葉輪的比速為140；圖6C示出的離心式葉輪的比速為200；圖6D示出的離心式葉輪的比速為240；圖6E示出的離心式葉輪的比速為280。
在離心式葉輪中，存在著由于在流體和流路內(nèi)表間的流體磨擦而產(chǎn)生的磨擦損失、以及由于流速分布的非均勻性而產(chǎn)生的混合損失。總之，比速越低，磨擦損失越高。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榱黧w流過流路的相對(duì)速度可以較小，所以可減少磨擦損失。因此，本發(fā)明的離心式葉輪在小比速葉輪中也是很有效的，且可以用本發(fā)明離心式葉輪與主軸相連來構(gòu)建具有優(yōu)異泵性能的泵設(shè)備。
圖7為具有本發(fā)明離心式葉輪的泵設(shè)備示例的垂直剖視圖。圖7所示的泵設(shè)備只是本發(fā)明應(yīng)用的一個(gè)示例，本發(fā)明的離心式葉輪可以用于各種泵設(shè)備。
圖7所示的泵設(shè)備包括具有電機(jī)10的電機(jī)部分12，組裝有本發(fā)明離心式葉輪14的泵部分16。主軸18從電機(jī)部分12延伸到泵部分16，且離心式葉輪14固定到主軸18下端部。通過這種結(jié)構(gòu)，由電機(jī)部分12的電機(jī)10產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力通過主軸18傳遞到泵部分16的離心式葉輪14上，從而使離心式葉輪14與主軸18一起旋轉(zhuǎn)。
泵部分16包括具有抽吸口20和排出口22的殼體24，和容置于殼體24中的中間殼體25。離心式葉輪14容置在中間殼體25中，處于離心式葉輪14的葉輪入口1朝下的狀態(tài)。中間殼體25在其下部具有開口部25a，以使中間殼體25的內(nèi)部與殼體24的內(nèi)部相通。抽吸口20位于殼體24的一個(gè)側(cè)部且與殼體24內(nèi)部相通，排出口24位于殼體24的相反側(cè)部且與中間殼體25的內(nèi)部相通。殼體罩26設(shè)在中間殼體25和電機(jī)部分12之間，以罩住中間殼體25的開口。機(jī)械密封28設(shè)在殼體罩26的中部，以防止泵部分16中的增壓流體進(jìn)入電機(jī)部分12。
在具有這種結(jié)構(gòu)的泵設(shè)備中，電機(jī)10的驅(qū)動(dòng)力傳遞給固定到主軸18下端部的離心式葉輪14中，且通過離心式葉輪14的旋轉(zhuǎn)將動(dòng)能施加到殼體24中的流體(液體)上。因此，當(dāng)對(duì)電機(jī)10加能，使離心式葉輪14旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體從抽吸口20吸入殼體24內(nèi)部，并被增壓，然后從排出口22排出。
雖然已參考其實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，與傳統(tǒng)的離心式葉輪相比，流體流經(jīng)流路的相對(duì)速度減少了。因此，可以減少流路中的內(nèi)部損失，且因而即使在離心式葉輪具有小比速時(shí)也可以獲得優(yōu)異的葉輪性能。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明可應(yīng)用于離心式葉輪和泵設(shè)備中，尤其適用于離心泵如蝸形管式離心泵中所用的離心式葉輪中，以通過離心力將動(dòng)能施加給流體，對(duì)流體進(jìn)行增壓，還尤其適用于具有這種離心式葉輪的泵設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種離心式葉輪，包括多個(gè)設(shè)置在葉輪入口和葉輪出口之間的葉片；多個(gè)用于隨著所述離心式葉輪的旋轉(zhuǎn)將流體從所述葉輪入口傳輸?shù)剿鋈~輪出口的流路，每個(gè)所述流路形成于兩個(gè)相鄰的所述葉片之間；以及用于形成所述流路的一個(gè)輪罩和一個(gè)轂盤；其中，在所述離心式葉輪的子午面橫截面中，形成所述流路的所述輪罩的曲線彎曲，從而在從葉片入口到所述葉片的一個(gè)預(yù)定位置的區(qū)域內(nèi)朝所述轂盤突伸，并且所述曲線彎曲成在從所述葉片的所述預(yù)定位置到葉片出口的區(qū)域內(nèi)朝所述轂盤的相反側(cè)突伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心式葉輪，其中，所述葉片的所述預(yù)定位置在子午面中靠近所述葉片的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離心式葉輪，其中，形成于所述轂盤側(cè)和所述輪罩側(cè)的流線在從所述離心式葉輪軸向上看時(shí)彼此相對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的離心式葉輪，其中，所述相鄰兩葉片間的距離從所述葉片入口到所述葉片的預(yù)定位置逐漸增加，并從述葉片的所述預(yù)定位置朝所述葉片出口減少。
5.一種離心式葉輪，包括多個(gè)設(shè)置在葉輪入口和葉輪出口之間的葉片；多個(gè)用于隨著所述離心式葉輪的旋轉(zhuǎn)將流體從所述葉輪入口傳輸?shù)剿鋈~輪出口的流路，每個(gè)所述流路形成于兩個(gè)相鄰的所述葉片之間；以及用于形成所述流路的一個(gè)輪罩和一個(gè)轂盤；其中，所述相鄰兩葉片間的距離從所述葉片入口到所述葉片的一個(gè)預(yù)定位置逐漸增加，并從所述葉片的所述預(yù)定位置朝所述葉片出口減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離心式葉輪，其中，所述葉片的所述預(yù)定位置在子午面中靠近所述葉片的中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的離心式葉輪，其中，形成于所述轂盤側(cè)和所述輪罩側(cè)的流線在從所述離心式葉輪軸向上看時(shí)彼此相對(duì)應(yīng)。
8.一種泵設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的離心式葉輪；用于容納所述離心式葉輪的殼體；以及可旋轉(zhuǎn)的主軸，所述離心式葉輪連接到所述主軸上。
全文摘要
一種離心式葉輪，包括多個(gè)葉片(3)；多個(gè)用于從所述葉輪入口(1)將流體傳輸?shù)剿鋈~輪出口(2)的流路(P)；以及用于形成所述流路(P)的一個(gè)輪罩(4)和一個(gè)轂盤(5)，每個(gè)所述流路(P)形成于兩個(gè)相鄰的所述葉片(3)之間。所述輪罩(4)的曲線(L3)彎曲成在從葉片入口(A)到所述葉片(3)的一個(gè)預(yù)定位置(C)的區(qū)域內(nèi)朝所述轂盤(5)突伸，且所述曲線(L3)彎曲成在從所述葉片的所述預(yù)定位置(C)到葉片出口(B)的區(qū)域內(nèi)朝所述轂盤(5)的相反側(cè)突伸。
文檔編號(hào)F04D29/22GK101027493SQ03820479
公開日2007年8月29日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者川畑潤也, 榎本隆, 伊藤昭二 申請人:株式會(huì)社荏原制作所