專利名稱：改進的離心泵的制作方法
技術領域：
本發明是與離心泵有關，更具體地說與具有直的徑向延伸葉片所組成葉輪的離心泵有關。此種形式葉輪應用在輸送的液體要求比較低的流量和高的輸出壓力下。
蘇聯專利918560公開了具有多個徑向延伸葉片半開式設計的離心泵葉輪，這些徑向延伸葉片包括被短葉片分隔開的一系列長葉片，短葉片以各種不同形式進行安置，此專利使短葉片向內逐漸變細以提供短葉片和平行壁之間的通道截面積在整個葉片長度方向保持不變，一般，這就是用在本發明中的一種泵葉輪的形式，雖然本發明并不包括沿葉片長度方向上使泵的通道截面恒定不變的構思。
通常，以完全封閉的設計來制造一直線徑向葉片泵的葉輪是不實際的，也就是在葉輪的二個面用罩蓋封閉起來，因為泵的通道一般是很小的以至于很難用金屬澆鑄方法來制造。另一方面，以完全開放的設計來制造這種式樣的葉片裝置也是不實際的，因為沒有東西來支持短葉片而長葉片會強度太弱而不能經受住在運行過程中出現的應力。因此，這種型式葉片葉輪的設計師在正常情況下提供的葉輪為半開式設計，也就是在正常情況下只在輪轂面有罩蓋，帶有半開式設計的葉輪使它較易鑄造，在使用時，易于保持通道清潔，以防萬一所泵的液體中含有碎屑，這些碎屑就可能堵塞葉輪通道。
半開式泵葉輪的設計中一個主要問題是所輸送流體的壓力作用一大的軸向負荷在葉輪上，使葉輸上的軸承系統處于一不希望有的大負荷之下。以前的設計師通過在罩蓋上開壓力平衡孔用減小加在罩蓋外面上壓力的方法來減小半開設計葉輪的軸向推力，平衡孔一般開在靠近葉輪通道徑向向內入口處的葉輪口上，因為當孔開在更靠近轉動軸時，壓力平衡孔一般會更有效，據信把平衡孔通到通道上會不適當地減低葉輪的液壓性能，為此原因，把平衡孔通到葉輪所輸送液體的通道上是很少見的。
本發明目的是提供一種半開式具有徑向葉片經過改進的泵葉輪。
本發明另一目的是提供一備有一壓力平衡孔布置的半開式具有徑向葉片的泵葉輪，與沒有平衡孔相同設計的葉輪相比，所開的平衡孔增加了這種葉輪的液壓性能。
本發明另一目的是提供一具有半開式徑向葉片和壓力平衡孔布置的泵葉輪，壓力平衡孔可在大范圍的直徑內不斷減小葉輪直徑以不斷切削和消除部分平衡孔，而同時，又分布在一定直徑范圍內的泵內，維持均勻液壓性能。
本發明還有一目的是提供一具有半開式徑向葉片的泵葉輪，此種葉輪在不會對泵的整體性能產生有害的影響下減小此類泵所固有的大軸向推力負荷。
圖1沿著葉輪軸線所取的泵剖視圖并包含有一按照本發明制造的葉輪。
圖2是圖1中葉輪的正視圖。
圖3是沿著徑向延伸線3-3所取圖2的剖視圖。
圖4是圖2的一放大部分。
圖5是用說明采用本發明和未采用本發明泵的液壓性能曲線之間的差別的一坐標圖。
附圖所示的泵1是一離心泵，在工業上稱為立式直線型泵，泵1包括具有一殼體5，一殼蓋6，一入口通道7和一出口通道8的外殼4，而一出口通道適于連到可支撐泵的管路(未示出)的間隔端。泵1還包括在殼體5內形成的泵腔10中回轉的離心式葉輪9，并分別連到入口7和出口8，泵葉輪9裝在軸11的下端，該軸從葉輪9穿過殼蓋6垂直向上延伸并被裝在殼蓋6內的密封13所包圍。
軸11是一驅動器15的一部分，圖中所示的為一電動機，裝在軸11垂直向下延伸，驅動器還包括一圍繞軸11的一裝配端板17，裝配端板17停靠和支撐在位于泵殼蓋6和驅動器15之間的支撐架20上，支撐架20包括頂圈22和底圈23之間延伸的幾個立柱21，支撐架20的底圈23停靠在泵1的殼蓋6上并用螺栓加以固定而頂圈22用螺栓固定到驅動器15的端板17上，支撐架20和泵1形成一個單一的剛性整體，這樣當軸在泵殼5和密封13內回轉時，此剛性整體就允許泵使用驅動器的軸承系統來正確地支撐軸，葉輪包括一中心輪轂25，該輪轂包含有一容納一軸11減小的直徑部分26的軸向孔，葉輪通過位于軸上部分26的相應鍵槽和輪轂25上的孔用一普通的鍵27而銷在軸11上。葉輪9被一普通的泵導流螺旋28固定在軸11上，導流螺旋有擰到軸11端頭內相應螺孔的螺紋，導流螺旋28在入口通道7的擴大部分內轉動，為的是在流體到達葉輪9之前造成一正壓，在入口通道7的正壓力已足夠的情況下也可用常規的緊固件來代替導流螺旋28。一般來說，上述的結構都是常規的，不構成本發明的組成部分，除非這種結構對本發明的實施是必要的。
葉輪9繞著軸31轉動并包括一與輪轂25成一體的罩蓋32，該罩蓋從輪轂25向外沿徑向延伸，而圓周33有從葉輪9的軸線31向外延伸的一半徑，請見圖2。葉輪的前面35包括一中心入口區36，在此處軸向流動的入口流體首先遇到葉輸前面35和一彎曲的翼型為了逐漸把流體從軸向轉到徑向，當入口流體從徑向向外流出時。與葉輪面35連成一體的一列長葉片38在圓周方向繞著葉輪軸成均勻間隔開并沿著徑向延伸，(在圖2中所示的9)，每個長葉片38有一個起始于中心入口區36的內緣39并徑向向外延伸到圓周33，每葉片38的前緣40是平的并向著罩蓋32傾斜，當前緣以一小角度從通過軸線31直角平面從徑向向外延伸，所有長葉片38的前緣40都位于一設想錐形的表面，該設想錐面的頂端就在葉輪9的軸心線上并向前罩蓋32方向發散，當錐面向著圓周33徑向延伸時。
在各鄰近的長葉片對38之間，一對短葉片32與葉輪的前面35連成一體，在徑向線上延伸并與鄰近長葉片38和短葉片相互都成均勻間隔，短葉片42的內緣43位于離長葉片38的內緣39在徑向向外一段距離并都向外延伸到葉輪9的圓周33。短葉片42的前緣44也都如長葉片38的前緣40一樣情況位于同一設想錐面上，長短葉片的前緣40和44在同一錐面的其中一個原因是因為這些前緣必須貼著泵腔10的鄰近壁面旋轉，為了保持泵的效率，另外一個原因是因為這些前緣都安置在同一平面內(用銑床切削)來改變泵葉輪大小使所鑄造相同尺寸的葉輪用于不同尺寸的泵中。本發明也用銑削所鑄造葉輪的圓周33以提供一系列不同直徑的葉輪9，這將在下文進一步說明。
葉輪9是半開式的因為它只有單一的罩蓋32，這種葉輪會引起在葉輪后面46產生一大的軸向推力，因為所輸送流體的出口壓力流入到鄰近后面46的空間而葉輪前面35的壓力不足于產生一如同閉式葉輪(有二個罩蓋)所產生的反向相似大小的力。減小這種大的軸向推力的一種方法是通過在鄰近中心入口區36的葉輪9上開壓力平衡孔47，在泵工作時，作用在后面46上的壓力流體流過孔47并與入口流體會合，靠近中心入口區36的孔47的合適大小和位置并未過分減小泵的效率而相反幫助減小了作用在后面46上的流體壓力。
使用伴有短葉片42的長葉片38就提供了一系列沿徑向方向泵的通道50，每對長葉片38之間的面積命名為區段51，在每個區段51中的三個通道50還可進一步分成前通道50A，中通道50B和后通道50C，所選的名字是根據圖2和圖4中箭頭所示葉輪9的轉動方向而定。
本發明包括在通道50和罩蓋后面46之間在罩上開了附加的小壓力平衡孔，這些孔52還允許壓力流體從靠近后面46的空間流到通道50，與所要輸出的流體相會合，這就引起作用在后面46的壓力進一步減小，出乎發明人的意外，這樣卻增大了泵的工作效率，這在后面將予以解釋。
如圖2所見，葉輪9以順時針方向轉動，當所輸送流體進入中心入口區36時，流體結合葉輪的轉動從徑向向外猛力移動引起一流體沿順時針方向螺旋形的合成移動，一開始，流體進入在二鄰近長葉片38之間的區段51并相對于順時針轉動的葉輪，繼續盤旋向左，如圖4箭頭54所示，該流體螺旋形的合成移動引起更多流體進入到后通道50C，然后進入中間通道50B，仍舊有少量流體進入到前通道50A，因為只有少量流體流入前通道50A，在前通道50A內的小平衡孔52比其它二通道50B和50C的小平衡孔52更位于接近中心入口區，以便讓在后面46的流體能更迅速來增加在前通道50A的流量，也就是比其它二通道的小平衡孔更接近中心入口區36，同樣，在中間通道50B內的小平衡孔，以同樣原因，比后通道50C的小孔52更接近中心入口區36，也就是在中間通道50B的流體比在后通道50C的流體更快流過孔52與所輸送的流體會合。
在各區段51的小壓力平衡孔52在通道內沿著通道50以等間隔布置，而且在區段51中通道50內，一組孔與其它通道一組孔52相比，它們離軸心線31有不同的距離。
這種布置的一個理由是在各區段51沿著葉輪9的半徑均勻地展開壓力平衡孔是為了更均勻釋放在葉輪罩蓋32的后面46的壓力。另一個原因是當葉輪圓周33通過銑削而減小時(在后文將予以說明)，結果壓力平衡孔52繼續沿著后面46均勻展開。
另一個在決定小壓力平衡孔52所考慮的因素是當葉輪的半徑縮小時，需要有相同數目的壓力平衡孔開在圓周33上，如圖3所示的布置，在整個圓周33縮小中，每個區段51在圓周上都有一個小孔，這意味著當葉輪9半徑在各區段51從最靠近中心入口區36的孔52開始逐漸增加，其中每個區段有一孔52總是位于任何半徑所畫成的圓上直到到達圓周33。
如果小孔52是圓的，那么在通道50就要比圖示多得多的孔以便滿足在每個區段有一孔52總是位于任何半徑所畫成的圓上，使用橢圓孔就能減少必須滿足所畫的圓上總是至少有一孔的情況下孔的數目，如果孔是圓的，較少孔意味著葉輪的強度在更小程度上受影響，事實上，使用圓孔可能把葉輪9的強度減弱到危險點，這樣就不能接受，所有這些使得采用伸長的圓孔是本發明的特點之一變得十分的明顯。
具有直線徑向延伸葉片的離心泵葉輪有一比較低的比速，此比速正常情況下位于低于600的范圍(見下文比速公式)，這比較低的比速范圍意味著它是一產生大的壓力系數有比較低流量的泵并且有比較低的效率，這種泵應用在要求產生高的壓力而又有比較低的流量所以高的效率并不是優先考慮，正常情況下，設計一個泵就是泵所希望不同指標之間的一種折衷，并且一般來說，上述泵的應用是當在比較低的泵成本下獲得一高的壓力作為最重要的考慮之一。
所用的比速公式如下比速＝N/Q/H3/4其中N-葉輪速度(轉/分)Q-流量(加侖/分)H-壓頭(揚程)(呎)本發明泵的一般設計參數包括下列速度3550轉/分流量16～125加侖/分總壓頭250～750呎最大吸入壓力500磅/吋2(35公斤/公分2)最大殼體工作壓力720磅/吋2沒有導流輪的凈壓頭4呎到10呎有導流輪的凈壓頭2呎溫度-65°至500°F葉輪直徑6到12吋圖5是一座標圖，其中縱坐標表示總壓頭(單位為呎)而橫坐標表示流量(單位為加侖/分)。曲線58是指在減去小壓力平衡孔52的葉輪9的泵在恒速下所取得的，而曲線59是含有小壓力平衡孔52的葉輪9對同一泵在相同恒速下取得的。應該指出曲線59在相同流量下比曲線58具有更高的壓頭，表明小壓力平衡孔52增加了泵的壓頭能力而不損失泵的總效率，這點是出人意外。
用來產生圖5中曲線的泵規格包括一12吋直徑的葉輪，該葉輪在每一長葉片配有二短葉片前提下共有27葉片，其轉速為3500轉/分，凈壓頭為4呎，沒有使用導流輪而且所輸送的流體是80°F的水。
同時附圖中只示出了本發明的一個實施例并加以詳細敘述，但本發明不僅僅局限于具體描述的實施例而且延伸到用本發明構思所確立的其它實施例和變化。
權利要求
1.一離心泵其特征在于一離心泵殼包括一連結入口和出口之間的葉輪腔，一適于驅動并裝在上述泵殼上的軸，一位于上述葉輪腔內并裝在上述軸上的葉輪，上述葉輪包括裝在軸上的中心輪轂，一固定在輪轂上的圓形罩蓋有一圓形周邊并與輪轂軸線在同一軸線上，若干個較長葉片固定在罩蓋上并繞著輪轂以等間隔隔開，徑向延伸的一列短葉片，至少一短葉片位于每對長葉片之間并繞著輪轂等距間隔開，各短葉片的內端位于離鄰近較長葉片內端的徑向向外，每對鄰近的較長葉片在它們之間形成了從輪轂向外徑向延伸的一單一通道并流到若干較小通道，這些較小通道由上述的鄰近較長葉片對之間并至少有一邊就位于鄰近較長葉片對之間的至少被一較短葉片相間隔開所形成以及一系列位于上述罩蓋上且通到上述通道的壓力平衡孔。
2.根據權利要求1所述的離心泵，其特征在于大部分壓力平衡孔通到較小通道內。
3.根據權利要求2所述的離心泵，其特征在于壓力平衡孔其斷面是非圓形的。
4.根據權利要求3所述的離心泵，其特征在于上述各橢圓形壓力平衡孔的主直徑沿徑向延伸。
5.根據權利要求1所述的離心泵，其特征在于在各上述較小通道內有一系列壓力平衡孔，這些平衡孔位于沿著上述通道徑向間隔開的位置上。
6.根據權利要求4所述的離心泵，其特征在于在上述各通道中各列的壓力平衡孔，在鄰近的孔之間基本上位于相等的間隔位置。
7.根據權利要求6所述的離心泵，其特征在于上述泵有助于泵葉輪在給定方向進行旋轉，各對較長葉片之間形成的較小通道包括一前通道，該前通道相對于上述泵葉輪的轉動方向而引入到上述較長葉片對之間的其它通道并且在此前通道內的一列平衡孔的初始位置比位于上述較長葉片對之間通道中的平衡孔初始位置在徑向更靠近葉輪軸心線。
8.根據權利要求7所述的離心泵，其特征在于壓力平衡孔沿著上述通道均勻定位，這樣的布置以允許葉輪的圓周可加工成更小的直徑而同時在各較長葉片對之間只有一壓力平衡孔通到葉輪的圓周上。
9.一離心泵其特征在于一離心泵殼包括一連結入口和出口之間的葉輪腔，一適于驅動并裝在上述泵殼上的軸，一位于上述葉輪腔內并裝在上述軸上的葉輪，上述葉輪包括裝在軸上的中心輪轂，一固定在輪轂上的圓形罩蓋有一圓形周邊與輪轂軸線在同一軸線上，若干個較長葉片固定在罩蓋上，并繞著輪轂以等間隔隔開，徑向延伸的一列短葉片，至少二短葉片位于每對長葉片之間并繞著輪轂等距間隔開，各短葉片的內端位于離鄰近較長葉片內端的徑向向外，每對鄰近的較長葉片在它們之間形成了從輪轂向外徑向延伸的一單一通道并流入至少三個較小通道，這些較小通道由上述鄰近較長葉片對之間并至少有一邊就位于鄰近較長葉片對之間的至少被一較短葉片相隔開所形成以及一系列位于上述罩蓋上且通到上述通道的壓力平衡孔。
全文摘要
一離心泵有容納一葉輪的殼體，葉輪裝在一軸上而一圓形罩蓋固定在一葉輪輪轂上，若干較長徑向葉片固定在罩蓋上并繞著輪轂等距間隔開，一系列短葉片沿徑向延伸，繞著輪轂至少二短葉片位于各長葉片對之間而相互間隔開，短葉片內端位于離鄰近長葉片內端沿徑向向外，鄰近長葉片對之間形成一從輪轂徑向向外的單一通道并流到由鄰近長葉片和夾在長葉片中的短葉片之間形成的至少三較小通道，一列橢圓形壓力平衡孔位于罩蓋上并通向上述通道。
文檔編號F04D15/00GK1040252SQ8910559
公開日1990年3月7日 申請日期1989年7月25日 優先權日1988年8月8日
發明者查爾斯·C·希爾德, 特里基夫·達爾 申請人:英格索爾-蘭德公司