專(zhuān)利名稱(chēng)：用于泵的葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于泵、尤其是徑向泵的葉輪，一種具有這類(lèi)葉輪的泵、尤其是徑向泵，以及一種這類(lèi)泵的工作方法。
在具有一個(gè)或多個(gè)葉輪的葉輪泵中，所有作用在該葉輪或多個(gè)葉輪上的軸向力的合力在工作中會(huì)達(dá)到很高的值。如果不采取額外的措施，那么稱(chēng)為軸向推力的該合力就會(huì)經(jīng)由泵軸傳遞到軸承上，并且使該軸承承受到相應(yīng)較大的載荷。從現(xiàn)有技術(shù)中已知了用于減小軸向推力的適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，例如通過(guò)具有葉輪的鏡面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的雙路流動(dòng)泵裝置，或者在單路流動(dòng)泵中通過(guò)在葉輪的兩側(cè)上設(shè)置密封間隙以及在葉輪中設(shè)置開(kāi)口，其將抽吸側(cè)與葉輪的背面相連。另一種可能是，泵軸借助于合適的卸載裝置如卸載環(huán)或卸載活塞來(lái)卸載軸向壓力。
對(duì)于葉輪泵的葉輪特性而言，經(jīng)常使用比轉(zhuǎn)數(shù)nq，其可以公知的方式從排送流量Q、揚(yáng)程H和轉(zhuǎn)數(shù)n中算出。在具有較小的比轉(zhuǎn)數(shù)nq如小于15分鐘-1、相應(yīng)的較大揚(yáng)程如大于50、75或150米以及比較小的輸送量如小于100、50或25立方米/小時(shí)的泵尤其是這類(lèi)工作泵中，存在著上面提出的用于軸向推力平衡的措施使用起來(lái)受到限制的問(wèn)題。相對(duì)于單路流動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，用于小輸送量的泵的雙路流動(dòng)結(jié)構(gòu)意味著存在有顯著的額外費(fèi)用。卸載活塞同樣比較昂貴，因此主要用在較大的多級(jí)泵中。對(duì)于單級(jí)工作泵來(lái)說(shuō)，通常在葉輪的兩側(cè)上設(shè)有密封間隙，并且在葉輪中設(shè)有開(kāi)口。然而，借助于葉輪兩側(cè)上的密封間隙和葉輪中的開(kāi)口來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向推力平衡僅在封閉式葉輪中才可行。在具有較小比轉(zhuǎn)數(shù)nq的封閉式葉輪中存在著制造方面的問(wèn)題，這是因?yàn)檫@類(lèi)葉輪的出口寬度處于幾毫米的范圍內(nèi)，并且制造具有很小出口寬度的封閉式葉輪在鑄造技術(shù)上非常困難且成本很高。
封閉式葉輪的另一缺點(diǎn)是，在比轉(zhuǎn)數(shù)nq較小的這類(lèi)葉輪中，葉輪摩擦損失(也稱(chēng)為葉輪側(cè)向摩擦損失)和泄漏損耗較大。在比轉(zhuǎn)數(shù)nq例如為8分鐘-1時(shí)，僅葉輪摩擦損失就達(dá)30％或更高。因此，用于較小比轉(zhuǎn)數(shù)nq的封閉式葉輪的效率較低。
由于上面提到的原因，用于比轉(zhuǎn)數(shù)nq小于10或15分鐘-1的葉輪通常設(shè)置成半開(kāi)式的。這在鑄造技術(shù)方面具有優(yōu)點(diǎn)，半開(kāi)式葉輪的輪摩擦比這種封閉式葉輪小得多。然而，用于比轉(zhuǎn)數(shù)nq小于10或15分鐘-1的半開(kāi)式葉輪具有這樣的缺點(diǎn)，即很難實(shí)現(xiàn)軸向推力平衡，并且葉輪摩擦損失總是很大。
用于較小比轉(zhuǎn)數(shù)nq的封閉式和半開(kāi)式葉輪的另一問(wèn)題是在部分負(fù)荷范圍中存在趨于不穩(wěn)定的趨勢(shì)，即這種葉輪具有不穩(wěn)定的特征曲線(當(dāng)排送流量Q趨向于零時(shí)對(duì)應(yīng)于下降的特征曲線)，或者僅具有勉強(qiáng)穩(wěn)定的特征曲線(當(dāng)排送流量Q趨向于零時(shí)對(duì)應(yīng)于無(wú)明顯上升的特征曲線)。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于泵尤其是徑向泵的葉輪，其在比轉(zhuǎn)數(shù)nq小于15分鐘-1時(shí)也能實(shí)現(xiàn)可靠的軸向推力平衡，可以比較有利地制造，與相應(yīng)尺寸的封閉式或半開(kāi)式葉輪相比具有更小的葉輪摩擦損失，并且在部分負(fù)荷范圍中具有穩(wěn)定的特征曲線。本發(fā)明的另一任務(wù)是提供一種具有這類(lèi)葉輪的泵尤其是徑向泵，以及一種這類(lèi)泵的工作方法。
根據(jù)本發(fā)明，這些任務(wù)通過(guò)如權(quán)利要求1限定的葉輪、如權(quán)利要求8限定的泵以及如權(quán)利要求10限定的方法來(lái)解決。
本發(fā)明的用于泵尤其是徑向泵的葉輪包括一個(gè)或多個(gè)葉片以及額外的分隔壁，在分隔壁的兩側(cè)上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)葉片。在葉輪的分隔壁中形成有至少一個(gè)通道，以便為分隔壁兩側(cè)上的葉片分配所希望的排送流量。葉輪優(yōu)選設(shè)有吸入側(cè)，其在葉輪的安裝狀態(tài)下朝向泵的吸入口，并且分隔壁的背離吸入側(cè)的一側(cè)上的葉片優(yōu)選通過(guò)上述至少一個(gè)通道與吸入側(cè)相連。
在一種優(yōu)選實(shí)施形式中，葉輪設(shè)有輪轂，并且在葉輪的鄰接于輪轂的區(qū)域中設(shè)有多個(gè)通道開(kāi)口。在另一優(yōu)選實(shí)施形式中，葉輪朝向吸入側(cè)或朝向兩側(cè)敞開(kāi)。葉片優(yōu)選包括縮短的葉片，即所謂的分流葉片。葉輪優(yōu)選具有處于2-20分鐘-1的范圍內(nèi)、尤其是5-12分鐘-1的范圍內(nèi)的比轉(zhuǎn)數(shù)nq。
優(yōu)選的是，吸入側(cè)和/或分隔壁的背離吸入側(cè)的一側(cè)上的葉片后緣是傾斜的。有利的是，在吸入側(cè)上葉片設(shè)有朝向吸入側(cè)下降的斜面，而分隔壁的背離吸入側(cè)的一側(cè)上的葉片設(shè)有平行于軸線的葉片后緣。葉片后緣的斜面可支持預(yù)定的循環(huán)，這在部分負(fù)荷范圍中尤其有利。
優(yōu)選的是，分隔壁兩側(cè)上的葉片構(gòu)造成使得當(dāng)排送流量Q趨向于零時(shí)，在部分負(fù)荷下產(chǎn)生了預(yù)定的循環(huán)，并且葉輪具備持續(xù)上升、尤其是持續(xù)且明顯上升的特征曲線。為此，葉片優(yōu)選在分隔壁的兩側(cè)上不同地構(gòu)造，例如通過(guò)使分隔壁兩側(cè)上的葉片具有不同的葉片后緣斜面和/或不同的葉片出口角β2和/或不同的葉片數(shù)量。
本發(fā)明還包括一種具有按照上面描述的葉輪的泵，尤其是徑向泵。
在根據(jù)本發(fā)明的具有至少一個(gè)葉輪的泵尤其是徑向泵的工作方法中，葉輪額外地設(shè)有分隔壁，在分隔壁的兩側(cè)上均設(shè)有一個(gè)或多個(gè)葉片，還設(shè)有至少一個(gè)與這兩側(cè)相通的通道。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，為分隔壁兩側(cè)上的葉片分配了所希望的排送流量，這優(yōu)選通過(guò)將一部分排送流量經(jīng)由該至少一個(gè)通道從分隔壁的一側(cè)引導(dǎo)到另一側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的葉輪具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即分隔壁兩側(cè)上的葉片的排送流量分配可以實(shí)現(xiàn)更可靠的軸向推力平衡。葉輪的優(yōu)點(diǎn)還包括穩(wěn)定的特征曲線和穩(wěn)定的部分負(fù)荷狀態(tài)特性。在敞開(kāi)的形式中，本發(fā)明的葉輪可以達(dá)到良好的效率，這是因?yàn)橛绕涫窃诰哂休^小比轉(zhuǎn)數(shù)的葉輪中占損失中的很大一部分的葉輪摩擦幾乎可被忽略。由于敞開(kāi)的形式，幾個(gè)毫米的葉片后緣例如可通過(guò)鑄造和/或銑削而高質(zhì)量地制造出來(lái)。分隔壁兩側(cè)上的葉片的排送流量分配導(dǎo)致葉片的寬度減小，這可為鑄造性能和葉片的固有頻率帶來(lái)有利的影響。在需要時(shí)也可使葉片厚度相對(duì)于具有相同揚(yáng)程和相同排送流量的傳統(tǒng)葉輪而言有所減小。
從從屬權(quán)利要求和附圖中可以得出其它有利的實(shí)施形式。
下面將借助實(shí)施例和附圖來(lái)更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。在圖中

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的葉輪的一個(gè)實(shí)施例的斜視圖，圖1b是從正面看去的圖1a所示實(shí)施例的葉輪，圖2是具有縮短的分隔壁的一種實(shí)施變型的詳細(xì)視圖，和圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的葉輪的工作泵的一個(gè)實(shí)施例。
圖1a和1b顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于泵尤其是徑向泵的葉輪的一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例的葉輪1包括輪轂4、分隔壁6和通道3，其中在分隔壁的兩側(cè)上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)葉片2a，2’a，2b，2’b，而通道3如圖1a和1b所示地構(gòu)造為五個(gè)通道開(kāi)口的形式，以便在分隔壁6的兩側(cè)上的葉片2a，2’a，2b，2’b上分配所希望的排送流量。在該實(shí)施例中，通道開(kāi)口構(gòu)造成處于葉輪的鄰接于輪轂4的區(qū)域中。當(dāng)然，通道3也可具有其它的構(gòu)造。符合目的的是，葉輪1具有吸入側(cè)5a，其在葉輪的安裝狀態(tài)下朝向泵的吸入口，并且分隔壁的背離吸入側(cè)的一側(cè)5b上的葉片2b，2’b通過(guò)通道3、即在所示示例中通過(guò)五個(gè)通道開(kāi)口與吸入側(cè)5a相連。
在該實(shí)施例中，葉輪1朝向兩側(cè)均敞開(kāi)。然而也可以使葉輪只朝向一側(cè)如吸入側(cè)5a敞開(kāi)，或者在需要時(shí)封閉。在該實(shí)施例中，在通道開(kāi)口與葉輪周邊之間設(shè)有縮短的葉片2’a，2’b，即所謂的分流葉片。在一種實(shí)施變型中，葉片后緣是傾斜的。在圖1a和1b所示的變型中，吸入側(cè)5a上的葉片后緣具有雙重斜面，一方面其具有朝向吸入側(cè)5a的斜面，另外還具有壓力側(cè)的成型面(逐漸變窄)。如圖1a和1b所示，在需要時(shí)吸入側(cè)5a上的葉片前緣可設(shè)有吸入側(cè)的成型面。當(dāng)然也可以使背離吸入側(cè)的一側(cè)5b上的葉片后緣具有斜面，或者針對(duì)兩側(cè)共同地設(shè)置整體式斜面，以及設(shè)置一側(cè)和/或兩側(cè)的平行于軸線的葉片后緣。
在該實(shí)施例中，所有葉片2a，2’a，2b，2’b沿徑向方向向外筆直地延伸。因此，葉片入口角β1和葉片出口角β2兩者的第一近似值均為90°。由于葉片后緣的壓力側(cè)成型面的原因，吸入側(cè)5a上的實(shí)際葉片出口角β2稍小于90°。然而，也可以設(shè)計(jì)具有小于或大于90°的葉片出口角β2的彎曲葉片。有利的是，葉片入口角β1小于葉片出口角β2，并且優(yōu)選小于或等于90°。優(yōu)選的是，至少一側(cè)、優(yōu)選是吸入側(cè)5a上的葉片2a，2’a，2b，2’b具有葉片入口寬度b1，其大于葉片出口寬度b2。吸入側(cè)5a和背離吸入側(cè)的一側(cè)5b上的葉片入口寬度b1適當(dāng)?shù)卦O(shè)定成使得可實(shí)現(xiàn)良好的吸入能力。吸入側(cè)5a上的葉片寬度與背離吸入側(cè)的一側(cè)5b上的葉片寬度之比可在較廣的范圍內(nèi)選擇。在一種典型的實(shí)施變型中，兩側(cè)上的葉片寬度幾乎一樣大。
在一種優(yōu)選的實(shí)施變型中，葉輪1具有處于2-20分鐘-1的范圍內(nèi)、尤其是7-12分鐘-1的范圍內(nèi)的比轉(zhuǎn)數(shù)nq。
在圖2所示的實(shí)施變型中，葉輪包括分隔壁6，其外徑小于葉輪的外徑。在分隔壁6的兩側(cè)上設(shè)有葉片2a，2b，它們?cè)谕舛颂幭噙B，使得兩個(gè)葉片具有共同的后緣7。分隔壁6和葉片2a，2b設(shè)置在輪轂4上。另外，在葉輪的與輪轂4鄰接的區(qū)域中形成有通道3，其與分隔壁6的兩側(cè)流體連通。由于該實(shí)施變型中的分隔壁6僅延伸過(guò)一部分葉片長(zhǎng)度，因此該分隔壁也可選擇性地稱(chēng)為中間橋接片。
圖3顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的葉輪的泵、尤其是工作泵的一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例中的泵10包括葉輪1，尤其是根據(jù)上述實(shí)施例所述的敞開(kāi)式葉輪，其具有輪轂4、在其兩側(cè)上設(shè)有葉片2a，2b的分隔壁6以及通道3，以便在分隔壁6的兩側(cè)上的葉片2a，2b上分配所希望的排送流量。泵10還包括外殼11、入口或吸入口12、附設(shè)在葉輪1的外側(cè)的環(huán)形溝槽17a、擴(kuò)散嵌件17，以及通到出口或壓力套管13的環(huán)形腔17b。通過(guò)該改進(jìn)的嵌件17而形成了螺旋形腔或環(huán)形腔，其與出口或壓力套管13直接相連。通過(guò)擴(kuò)散嵌件17的匹配，就可以平衡具有較小比轉(zhuǎn)數(shù)的泵中的明顯很大的徑向推力。當(dāng)然，也可采用無(wú)可換式嵌件的鑄造外殼作為導(dǎo)向裝置。
該泵還包括軸14、軸封15如填料盒，以及用于支承軸的軸承16a，16b。在該實(shí)施例中，軸承16a，16b構(gòu)造成球軸承，根據(jù)其實(shí)施的情況，它們既可吸收徑向力又可吸收軸向力。在圖3中，例如圖中右側(cè)的那個(gè)軸承16b構(gòu)造成專(zhuān)門(mén)用來(lái)吸收徑向力和軸向力，使得可以沒(méi)有問(wèn)題地吸收軸向推力的可能但非全部得到平衡的剩余分量。
在本發(fā)明的用于泵、例如根據(jù)上述實(shí)施例所述的具有至少一個(gè)葉輪的泵的工作方法的一種優(yōu)選實(shí)施形式中，葉輪1額外地設(shè)有分隔壁6，在分隔壁的兩側(cè)上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)葉片2a，2b，還設(shè)有通道3，其與分隔壁6的兩側(cè)流體連通。在本發(fā)明方法的該實(shí)施形式中，可以在分隔壁6的兩側(cè)上的葉片2a，2b中分配所希望的排送流量，這是通過(guò)使例如為5-75％之間且優(yōu)選為50％的一部分排送流量經(jīng)由通道3從分隔壁6的一側(cè)引導(dǎo)到另一側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有利的是，葉輪1的排送流量在兩側(cè)上的葉片2a，2b中的分配使得可平衡軸向推力。本發(fā)明方法的上述實(shí)施形式不僅可用在單級(jí)泵中，而且可用在多級(jí)泵中。
本發(fā)明的葉輪具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即排送流量在分隔壁兩側(cè)上的葉片上的分配使得可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且實(shí)際上充分的軸向推力平衡。此外，上述葉輪還具備穩(wěn)定的特征曲線和較高的效率。本發(fā)明的葉輪不僅可用在單級(jí)泵中，而且可用在多級(jí)泵中。
權(quán)利要求
1.一種用于泵尤其是徑向泵的葉輪，所述葉輪(1)包括一個(gè)或多個(gè)葉片(2a，2’a，2b，2’b)，其特征在于，所述葉輪(1)還包括分隔壁(6)，在所述分隔壁的兩側(cè)上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)葉片(2a，2’a，2b，2’b)，和在所述分隔壁(6)中形成有至少一個(gè)通道(3)，以便為所述分隔壁兩側(cè)上的葉片(2a，2’a，2b，2’b)分配所希望的排送流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪，其特征在于，所述葉輪(1)設(shè)有朝向泵的吸入口的吸入側(cè)(5a)，所述分隔壁(6)的背離吸入側(cè)的一側(cè)(5b)上的葉片(2b，2’b)通過(guò)所述至少一個(gè)通道(3)與吸入側(cè)(5a)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的葉輪，其特征在于，所述葉輪(1)設(shè)有輪轂(4)，并且在所述葉輪(1)的鄰接于輪轂(4)的區(qū)域中形成有多個(gè)通道開(kāi)口(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的葉輪，其特征在于，所述葉輪(1)朝向所述吸入側(cè)(5a)或朝向兩側(cè)(5a，5b)敞開(kāi)，和/或所述葉片(2a，2’a，2b，2’b)還包括縮短的葉片(2’a，2’b)，即所謂的分流葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的葉輪，其特征在于，所述吸入側(cè)(5a)和/或所述分隔壁(6)的背離吸入側(cè)的一側(cè)(5b)上的葉片后緣(7)是傾斜的，尤其是使得所述吸入側(cè)(5a)上的葉片(2a，2’a)在徑向方向上最短，而所述分隔壁(6)的背離吸入側(cè)的一側(cè)(5b)上的葉片(2b，2’b)設(shè)有平行于軸線的后緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的葉輪，其特征在于，所述分隔壁(6)的兩側(cè)上的葉片(2a，2’a，2b，2’b)構(gòu)造成使得在部分負(fù)荷下可產(chǎn)生預(yù)定的循環(huán)，并且所述葉輪具有在排送流量Q趨向于零時(shí)持續(xù)上升、尤其是持續(xù)且明顯上升的特征曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉輪，其特征在于，所述分隔壁(6)的兩側(cè)上的葉片(2a，2’a，2b，2’b)以不同的方式構(gòu)造，尤其是所述分隔壁(6)的兩側(cè)上的葉片(2a，2’a，2b，2’b)設(shè)成具有不同的后緣斜面和/或不同的葉片出口角β2和/或不同的葉片數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的葉輪，其特征在于，所述葉輪(1)具有處于2-20分鐘-1的范圍內(nèi)、尤其是5-12分鐘-1的范圍內(nèi)的比轉(zhuǎn)數(shù)nq。
9.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的葉輪(1)的泵，尤其是徑向泵。
10.一種用于具有葉輪(1)的泵、尤其是徑向泵的工作方法，其特征在于，所述葉輪(1)還包括分隔壁(6)，在所述分隔壁的兩側(cè)上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)葉片(2a，2’a，2b，2’b)，還設(shè)有至少一個(gè)與所述兩側(cè)相通的通道(3)，和尤其是通過(guò)使一部分排送流量經(jīng)由所述至少一個(gè)通道(3)從所述分隔壁的一側(cè)引導(dǎo)到另一側(cè)來(lái)為所述分隔壁(6)的兩側(cè)上的葉片(2a，2’a，2b，2’b)分配所希望的排送流量。
全文摘要
一種用于徑向泵的葉輪(1)，包括分隔壁(6)，在分隔壁的兩側(cè)上均設(shè)有多個(gè)葉片(2a，2b)。在分隔壁(6)中形成有通道(3)，以便為分隔壁兩側(cè)上的葉片(2a，2b)分配所希望的排送流量。
文檔編號(hào)F04D29/22GK1833107SQ200480022481
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
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