用于離心式流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子和離心式流體機(jī)械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于離心式流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子和離心式流體機(jī)械。本發(fā)明尤其適用于設(shè)計(jì)用于離心栗和吹送機(jī)的葉輪。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的以下描述中，離心栗已被用作離心式流體機(jī)械的例子，并且葉輪被用作離心式流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子的例子。但是必須在思想中要明白的是，本發(fā)明可與任何離心式流體機(jī)械結(jié)合使用，即，具有耦接有轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的任何栗送或吹送設(shè)備。因此，除離心栗之外，離心式流體機(jī)械還包括離心式吹送機(jī)，當(dāng)然，這僅僅是列舉一些最優(yōu)選的替代方案。
[0003]現(xiàn)今，離心栗或流體機(jī)械可按它們的轉(zhuǎn)子類型被分類成具有閉式、半開式或全開式葉輪的離心式流體機(jī)械。用簡要并稍微簡化的方式來講，閉式葉輪是其工作葉片在它們的徑向或螺旋延伸側(cè)或邊緣處都被蓋覆蓋的葉輪，半開式葉輪是蓋僅位于工作葉片的一個(gè)徑向或螺旋延伸側(cè)或邊緣處的葉輪，而開式葉輪完全沒有蓋。
[0004]傳統(tǒng)上，離心栗將填料函式密封件用作它們的軸密封件。但是，現(xiàn)今，各種滑環(huán)密封件已被設(shè)計(jì)成用于執(zhí)行相同的任務(wù)并在葉輪的后側(cè)處占據(jù)相同位置。此外，所謂的動(dòng)態(tài)密封件也正在使用。在動(dòng)態(tài)密封件中，當(dāng)栗運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)利用排斥件(repeller)進(jìn)行密封，并且當(dāng)栗不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)利用靜止密封件進(jìn)行密封。但是，滑環(huán)密封件的使用已經(jīng)變得普及，并且當(dāng)使用者轉(zhuǎn)向具有變速驅(qū)動(dòng)器的栗時(shí)，使其普及度在未來將增加。當(dāng)前葉輪的構(gòu)造不能確保安全使用滑環(huán)密封件，這是因?yàn)橛糜诿芊獾那换蚩臻g以及葉輪都未被設(shè)計(jì)成:使得在所有栗操作情況下，密封件都被待栗送液體完全包圍。此外，必須根據(jù)待栗送的液體選擇各種葉輪結(jié)構(gòu)，因而使用者不能確信密封件在所有可能的操作情況下都以可靠方式工作。葉輪包括使得葉輪難以制造并降低葉輪的效率比的結(jié)構(gòu)。此外，目前使用的用于平衡橫跨葉輪的軸向力的平衡裝置浪費(fèi)了葉輪的很大一部分效率比。
[0005]下面將論述關(guān)于不同葉輪結(jié)構(gòu)的各種問題。
[0006]EP-A2-2236836可作為論述離心栗的閉式葉輪的文件的例子來提及。作為閉式葉輪(尤其是對(duì)于小栗)的第一個(gè)問題，其中，葉輪的工作葉片位于兩個(gè)蓋之間，即后蓋和前蓋，蓋占了(蝸殼的前壁和后壁之間的)流動(dòng)通道的橫截面流動(dòng)面積的相當(dāng)大的部分。
[0007]如果葉輪在后蓋(遠(yuǎn)離栗入口的蓋)的后側(cè)處設(shè)置有密封環(huán)，則通常借助于貫穿后蓋至后蓋的前側(cè)(即，至工作葉片區(qū)域)的平衡孔提供流動(dòng)連接。在此構(gòu)造中，待栗送液體從葉輪的壓力側(cè)(在工作葉片的尾緣處或附近的區(qū)域)流到密封腔，并從該處經(jīng)由平衡孔流回葉輪的吸力側(cè)(在葉輪的導(dǎo)緣處或附近的區(qū)域)。密封空間形成腔，該腔不能保持清潔，而是懸浮在待栗送液體中的固體物質(zhì)被接收和聚集在該腔中。通過平衡孔可相對(duì)有效地平衡作用于葉輪的軸向力。
[0008]如果葉輪在后蓋的后表面(背離栗入口)上設(shè)置有后葉片，則葉輪可被設(shè)計(jì)成具有或不具有平衡孔。
[0009]如果具有后葉片的這種葉輪不具有貫穿后蓋的平衡孔，則密封腔是閉端腔(dead-end chamber)，在其中，液體不能改變并且液體中所含的氣體通常聚集在密封腔中，導(dǎo)致密封件變干，并且由于后葉片的有效工作，壓力降低至沸點(diǎn)以下。因此，當(dāng)栗在其最有效點(diǎn)之外運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸向力高。
[0010]如果具有后葉片的葉輪具有貫穿其后蓋的平衡孔，則液體經(jīng)由平衡孔流到后蓋的后側(cè)。此構(gòu)造確保了更好的液體循環(huán)，并且在更寬的生產(chǎn)范圍內(nèi)更好地平衡軸向力。
[0011]在US-A-5385442中，作為例子論述了半開式葉輪，有時(shí)也被稱作半打開式或半閉式葉輪。半開式葉輪具有在葉輪的后蓋和分開的靜止后壁之間的流動(dòng)空間，后壁通常是離心式流體機(jī)械的殼罩的一部分。在此類離心式流體機(jī)械中，后蓋也在流動(dòng)通道的橫截面流動(dòng)面積中占據(jù)了相當(dāng)大的一部分。
[0012]半開式葉輪可具有后葉片，從而使得作用于后壁的壓力被平衡為接近蓋的前側(cè)上的壓力。但是，應(yīng)該理解，僅在栗的單個(gè)操作點(diǎn)處，完全平衡軸向力。如果半開式葉輪設(shè)置有平衡孔，則可能存在與閉式葉輪相同的問題。并且如果半開式葉輪未設(shè)置有平衡孔，則也可能存在與閉式葉輪相同的問題。
[0013]如果半開式葉輪未設(shè)置有后葉片，則不能平衡軸向力，而是必須使用若干軸承來吸收軸向力。如果此構(gòu)造不具有穿過蓋的平衡孔，則密封腔是閉端腔，在其中，液體不能改變并且液體中所含的氣體通常聚集在密封腔中，導(dǎo)致密封件變干。軸向力很高。如果半開式葉輪的蓋設(shè)置有平衡孔，則密封腔仍是閉端腔，在其中，液體不能改變并且液體中所含的氣體通常聚集在密封腔中，導(dǎo)致密封件變干。軸向力高，但稍微低于沒有平衡孔的構(gòu)造中的軸向力。
[0014]如果半開式葉輪在其后側(cè)處設(shè)置有密封環(huán)，則密封腔經(jīng)由平衡孔與蓋的前側(cè)(SP，葉輪的吸力側(cè))具有流體連接。在此類構(gòu)造中，待栗送液體從葉輪的壓力側(cè)(在葉輪外周處)流到密封腔，并從該處經(jīng)由平衡孔流到葉輪的吸力側(cè)(在葉輪的工作葉片的內(nèi)周處)。在此情形中，密封腔是不能夠保持清潔的腔，而是待栗送液體中懸浮的固體被接收和聚集在腔中。上述結(jié)構(gòu)相對(duì)好地平衡軸向力。
[0015]開式葉輪是用于液體的流動(dòng)通道被設(shè)置在葉輪支撐盤、蝸殼的前壁及其靜止的后壁之間的葉輪。US-3，964，840可作為論述開式葉輪的文件的一個(gè)例子被提及。實(shí)際上，葉輪支撐盤是具有減小的直徑的葉輪的后蓋，使得支撐盤向外延伸至距葉輪輪轂一定徑向距離處，并支撐工作葉片。通常，由于支撐盤的存在，工作葉片在它們的根部區(qū)域，即，在它們的與輪轂連接的端部處，可被制成得相對(duì)薄。
[0016]開式葉輪的構(gòu)造可包括不具有平衡孔的支撐盤。在這種構(gòu)造中，密封腔是閉端腔，在其中，液體不能改變并且液體中所含的氣體通常聚集在密封腔中，導(dǎo)致密封件變干。但是，軸向力被相當(dāng)好地平衡。
[0017]作為變型，開式葉輪的構(gòu)造可包括具有平衡孔的支撐盤。在此構(gòu)造中，待栗送液體經(jīng)由平衡孔流到支撐盤的后側(cè)。所述構(gòu)造確保了更好的液體循環(huán)，并且在相對(duì)寬的生產(chǎn)范圍內(nèi)相當(dāng)好地平衡了軸向力。
[0018]簡言之，離心式流體機(jī)械的各種傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子或葉輪結(jié)構(gòu)具有一些缺點(diǎn)，它們復(fù)雜化了流體機(jī)械的制造和使用，降低了它們的效率比，并且使軸密封件的可靠和無故障操作存在風(fēng)險(xiǎn)。
[0019]首先，閉式和半開式葉輪因至少一個(gè)蓋的存在而具有相對(duì)高的摩擦損失和有限的橫截面流動(dòng)面積。此外，蓋的存在對(duì)效率比有負(fù)面影響。
[0020]第二，葉輪或轉(zhuǎn)子所受軸向力的存在需要使用較大或較堅(jiān)固的軸承。
[0021]第三，現(xiàn)有技術(shù)的葉輪結(jié)構(gòu)(即使是開式葉輪)不能確保有效和可靠地沖刷密封腔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]因此，本發(fā)明的目的是利用離心式流體機(jī)械的新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來消除上述缺點(diǎn)或問題中的至少一個(gè)。
[0023]本發(fā)明的另一個(gè)目的是研制一種提高離心式流體機(jī)械的效率比的新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其最小化橫跨轉(zhuǎn)子的軸向力，并因此使得能夠用小軸承來支撐離心式流體機(jī)械的軸。
[0025]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其確保有效地沖刷密封腔，并因此確保軸密封件的長期無故障操作。
[0026]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其引入用于工作葉片的新工作葉片幾何形狀或截面設(shè)計(jì)，從而使得工作葉片輕但堅(jiān)固。
[0027]根據(jù)所附權(quán)利要求，根據(jù)本發(fā)明的離心式流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)特征變得明顯，借助于其，上述問題中的至少一個(gè)得到解決。
[0028]本發(fā)明帶來許多優(yōu)點(diǎn)，例如:
通過移除閉式或半開式轉(zhuǎn)子的蓋以及開式轉(zhuǎn)子的支撐盤，形成了全開式轉(zhuǎn)子。這種離心式流體機(jī)械的流動(dòng)通道(從入口至出口)進(jìn)行操作的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)栗的效率，這是因?yàn)榻档土四Σ翐p失，由此在盡管事實(shí)上轉(zhuǎn)子側(cè)緣周圍的泄漏