離心泵通常為特定流速和轉(zhuǎn)速而設(shè)計。在這種條件(稱為最佳效率點)下，葉輪葉片的前部分與進入流對準，如圖1a所示。

超過最佳效率點，各種不同類型的葉片被設(shè)計成用于在不同的泵送條件和狀態(tài)期間的更優(yōu)性能的離心泵中使用。例如，多個專利和申請討論了嘗試改變?nèi)~片設(shè)計以減少正被泵送的固體附接到葉片邊緣中的一個。一個這種申請為美國專利申請公開第2014/0079558 A1號，其示出了特別適用于泵送纖維懸浮液(諸如，造紙原料)的葉輪。葉輪形成有輪葉(vane)，該輪葉具有的圓形或增厚部分的厚度大于輪葉中心區(qū)，以避免纖維粘附到輪葉的邊緣。類似地，GB1412488也通過增厚輪葉的前緣使得直徑大于輪葉其余部分的厚度來解決纖維粘附到該前緣的問題。

美國專利第2,272,469號是公開了具有設(shè)計成消除在葉輪葉片的跟部上捕獲固體的可能性的特定葉輪的離心泵的另一專利。為此，葉片形成有倒圓的相對窄的前緣，該前緣相對于葉輪軸線以一角度傾斜。葉片進而擴展到較大厚度，并且然后在結(jié)合到與葉輪軸線平行的配置中之前變窄。

其它葉片設(shè)計用于減小葉片中的應(yīng)力。在DE4000657中示出了該設(shè)計的一個這種實例，其公開了(特別是在部分負載狀態(tài)期間)有助于減小吸力面上的負壓的用于葉輪的葉片。這通過使吸力面增厚并在初始區(qū)中直到葉片長度的三分之一處給予其凹形輪廓來實現(xiàn)。

盡管這些葉片都被設(shè)計成避免在某些條件下的問題(固體附接到葉片或者固體經(jīng)受可能損壞葉片的條件和壓力)，但都不具體地解決設(shè)計用于各種不同流動條件的最佳性能的葉片的問題。超過最優(yōu)效率點，具體地說在較低流速時，葉片不再與進入流對準。當葉片與進入流之間的角度變得過大時，流動分離將發(fā)生，并且流動將不再沿著葉片輪廓，而是脫離葉片表面，如圖1b所示。流動分離在流動內(nèi)導致高能量損失，這降低了泵的能量效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于葉輪的葉片包括具有前部分和后部分的葉片，前部分具有前緣，后部分具有后緣，前部分和后部分由隔開的壓力面和吸力面結(jié)合以形成外部葉片表面。葉片壓力面由在第一位置對準的第一葉片輪廓的外包絡(luò)形成；并且，通過將第一葉片輪廓圍繞前緣旋轉(zhuǎn)以在葉輪的較低流速條件下匹配進入流的角度，形成葉片吸力面的前部分的至少一部分。

這種具有不對稱厚度且在吸力面上更厚的葉片導致在較大工作范圍內(nèi)更抵抗流動分離的輪廓。葉片周圍的流動分離的這種抵抗或消除導致更有效的葉輪。

根據(jù)一實施例，吸力面的前部分比壓力面的前部分更厚。

根據(jù)一實施例，葉片的后部分在吸力面和壓力面之間具有一致厚度。

根據(jù)一實施例，葉片吸力面的通過旋轉(zhuǎn)第一葉片輪廓鎖形成的部分為前緣與后緣之間葉片長度的約3％至12％。

根據(jù)一實施例，吸力面的后部分由在第一位置對準的第一葉片輪廓的外包絡(luò)形成。

根據(jù)一實施例，吸力面包括過渡部分，在該過渡部分中，葉片輪廓從在前部分處的葉片輪廓過渡到在后部分處的葉片輪廓?？蛇x地，過渡部分為前緣與后緣之間的葉片長度的約30％至70％。

根據(jù)一實施例，葉片從前緣到后緣是彎曲的。

根據(jù)一實施例，其中，在第一位置對準的葉片輪廓與旋轉(zhuǎn)后的葉片輪廓之間的旋轉(zhuǎn)角為約10度至30度。

根據(jù)實施例，葉輪包括至少一個葉片?？蛇x地，葉輪可包括多個葉片，優(yōu)選地為3個至7個葉片?？蛇x地，葉輪可以是離心泵的一部分。進一步可選地，離心泵可以是容器的一部分。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，形成用于葉輪的葉片的方法包括：通過第一葉片輪廓對于一設(shè)定的流動條件而對準來形成葉片的壓力面；通過第一葉片輪廓圍繞前緣旋轉(zhuǎn)以在葉輪的較低流速條件下與進入流對準而形成葉片的吸力面的前部分；通過第一葉片輪廓對于該設(shè)定的流動條件而對準來形成葉片的吸力面的后部分；以及在吸力面的前部分和后部分之間形成過渡部分。

根據(jù)一實施例，葉片的吸力面的前部分包括前緣與后緣之間的葉片寬度的約3％至12％。

根據(jù)實施例，葉片的吸力面的過渡部分包括前緣與后緣之間的葉片寬度的約30％至70％。

附圖說明

圖1a是與進入流對準的現(xiàn)有技術(shù)葉片的視圖。

圖1b是與進入流不對準的現(xiàn)有技術(shù)葉片的視圖。

圖2a是葉輪葉片的截面圖。

圖2b是形成圖2a的葉輪葉片的葉片輪廓的繪圖。

圖2c是圖2b的葉片輪廓的組合繪圖。

圖3是具有多個葉片的葉輪的截面圖。

具體實施方式

圖1a是與進入流對準的現(xiàn)有技術(shù)葉片10的視圖，并且圖1b是與進入流不對準的現(xiàn)有技術(shù)葉片10的視圖。圖1a至圖1b包括箭頭12，其表示葉片10周圍的流。用于葉輪的葉片通常被設(shè)計成在特定轉(zhuǎn)速下與一設(shè)定的進入流速對準，如圖1a所示。當由于不同流速、不同轉(zhuǎn)速或這兩者而發(fā)生葉片不對準的條件時，可能發(fā)生流動分離。該流動分離在葉片與進入流動之間的角度變得過大時發(fā)生，并導致流12不再沿著葉片10輪廓并脫離葉片10表面。如圖1b所示，該流動分離可導致流內(nèi)的高能量損失，這顯著降低葉片和葉輪在其中旋轉(zhuǎn)的泵的能量效率。

圖2a是具有特定輪廓以促進流在泵的工作范圍內(nèi)保持附接到葉片20表面的葉輪葉片20的截面圖。圖2b是形成葉片20的葉片輪廓36、37的繪圖，并且圖2c是圖2b的輪廓的組合繪圖。在使用中，葉片20通常具有彎曲輪廓。然而，為觀察方便，在圖2a至圖2c中葉片20被示出具有筆直輪廓。

葉片20包括具有前緣24的前部分22、具有后緣28的后部分26、過渡部分30、壓力面32和吸力面34。吸力面34和壓力面32形成葉片20的外表面。在所示的實施例中，葉片20是實心葉片，但其它實施例可具有一個或多個內(nèi)部腔體或空間。

葉片20外包絡(luò)(envelope)的前部分22由葉片輪廓36和37形成，如圖2b所示。葉片輪廓36是對準流并確保該流在一設(shè)定的操作條件期間保持附接到葉片表面的葉片輪廓的設(shè)計(處于第一對準位置)。這可基于例如葉輪的預期平均流速和轉(zhuǎn)速。輪廓37的形狀與輪廓36相同并且以約20度的旋轉(zhuǎn)角A_R圍繞前緣24旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)將輪廓對準以抵抗在葉輪的不同流速條件(例如，較低流速條件)下的流動分離。這可簡單地為預期將要經(jīng)歷的較低流速、葉輪的工作范圍或另一范圍的最低流速。然后，在壓力面32上由葉片包絡(luò)36并在吸力面34上由葉片包絡(luò)37形成葉片20的前部分22。前部分可為葉片在前緣24與后緣28之間的3％-12％。

過渡部分30在葉片20的前部分22與后部分26之間通過將從吸力面34從輪廓37過渡到輪廓36而形成。該過渡可以是逐漸的，并且可包括在吸力面34上的彎曲。過渡部分30可構(gòu)成在前緣24與后緣28之間的葉片20的約20％-70％。

后部分26在壓力面32和吸力面34兩者上通過輪廓36(處于第一對準位置)形成。后部分26形成葉片20在前部分22和過渡部分30之后的剩余部分。

在前部分22處輪廓36和37的組合導致在壓力面32與吸力面34之間具有不對稱厚度的葉片20，其中，對于前部分22和過渡部分30，吸力面34比壓力面32更厚。通過以這種方式形成葉片20，葉片20更好地能夠抵抗流動分離。如上所述，在較低流速下，分離通常發(fā)生在葉片的吸力面上(見圖1b)。通過形成具有旋轉(zhuǎn)輪廓37(為不同流動條件而對準)的葉片20的前部分22的吸力面34，葉片20抵抗流動分離并抵抗由流動分離引起的效率下降。在前部分處使用第一對準輪廓36形成壓力面32并使用旋轉(zhuǎn)輪廓37形成吸力面34使得葉片20在葉片20的較大工作范圍內(nèi)更抵抗流動分離。

圖3是具有葉輪42的泵40的截面圖，該葉輪具有多個葉片20。葉輪42包括形狀彎曲的三個葉片20。葉片20均包括具有前緣24的前部分22、具有后緣28的后部分26、過渡部分30、壓力面32和吸力面34。葉片20中的每個均根據(jù)圖2a至圖2c所示的葉片20而形成，其中前部分22在壓力面32上由輪廓36形成并在吸力面34上由旋轉(zhuǎn)后的輪廓37形成，這導致吸力面34在前部分22中更厚的不對稱葉片20厚度。

通過在壓力面32上用輪廓36并在吸力面34上用旋轉(zhuǎn)后的輪廓37形成葉片20外包絡(luò)的前部分22，葉片20可在葉輪42和泵40的更大工作范圍上更好地抵抗流動分離。通過保持沿葉片20的輪廓的流，由流動分離引起的能量損失可被減小或消除，這導致更有效的泵40以及葉輪42的更大的有效工作范圍。葉片20更好地能夠在比為單個流速和轉(zhuǎn)速所設(shè)計和對準的現(xiàn)有葉片更大的范圍內(nèi)抵抗流動分離。另外，當在前緣24處葉片20磨損顯著時，葉片20在前部分22中的額外厚度可抵抗這種磨損并由此增加葉片20、葉輪42和泵40的壽命。

雖然泵40被示出有具有三個葉片20的葉輪42，但葉輪42可具有更多或更少葉片，例如3-7個葉片。另外，圖2a至圖3中葉片20的尺寸、形狀和曲率僅為示例目的而示出，并可在不同系統(tǒng)中變化。例如，葉片可類似于在WO2012/074402A1中示出的那些葉片。葉片20的前部分22、過渡部分30和后部分26的尺寸也可根據(jù)系統(tǒng)需求而變化。雖然輪廓37的旋轉(zhuǎn)角在圖2b中被稱為20度，但這僅用于示例目的。在其它實施例中該角度可變化，并且可例如在10-30度的范圍內(nèi)。

雖然已參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可做出各種改變并且等同物的要素可被替代。另外，在不背離本發(fā)明實質(zhì)范圍的前提下可做出許多修改以使特定狀態(tài)或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導。因此，本發(fā)明旨在不限于所公開的特定實施例，而且本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。