具有正常操作模式和噴射器操作模式的潛入式離心泵的製作方法

2023-04-27 11:47:56

專利名稱：具有正常操作模式和噴射器操作模式的潛入式離心泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於傳輸含有夾帶在液體或泥漿中的固體物質的液體 或泥漿的泵。更具體而言，本發明涉及潛入式離心泵，其中設置有用於 噴射會阻礙泵的正常操作的固體物的裝置。
背景技術：
潛入式泵在其中含有固體物質的液體或泥漿需要被傳輸的情況下 具有多種用途，例如在採礦中、在建築工地、在廢棄物或汙水處理中、 在洪水泛濫地區等。用於這些應用的典型潛入式泵為離心泵，其中通過 旋轉的葉輪泵輪、經泵的吸入側上的軸向入口吸入液體和夾帶於其中的 任何固體物質，並通過藉助於泵的壓力側上的徑向排出的離心作用使液 體和固體物質加速來產生液體傳輸。文獻包含為公知所熟知的離心泵的 許多實施方式。
文獻還包含泵方案的幾個示例，藉助於這些泵方案的示例，液體中 夾帶的固體物質被切碎成小片，這樣其尺寸適於經過泵而不會妨礙其操 作。顯然，此方法僅應用於可在通常依靠在泵操作時相對旋轉的元件所 產生的剪切作用中被切割的固體物質。
然而，潛入式泵還用於含有不適於切削的堅硬固體物質如礦石、金 屬、硬木材和人工合成材料的液體和泥漿。在其中未從液體中篩除或以 其他方式提取出堅硬固體物質的應用中，需使泵構造成容許固體物經過 泵。為達到此目的的任何措施，包括在泵的旋轉構件和靜止構件之間設 置永久間隙，都將牽制泵的容量，並且將無法完全避免超大尺寸固體物 楔入相對旋轉的構件之間的危險。
WO 2007/004943 Al提出了解決此問題的另 一種方法。其7>開了 一 種潛入式離心泵，該潛入式離心泵構造成影響將潛在地妨礙泵操作的固 體物的噴射。葉輪通過允許葉輪相對於位於泵入口處的葉輪座軸向位移 的聯接件被鍵連接到驅動軸的端部。其尺寸在正常操作中不可被推進而 經過泵的固體物會致使葉輪從葉輪座抬升，在它們之間形成間隙，固體物通過該間隙噴射到排出流中。然後葉輪上的壓力差致使葉輪返回其與 葉輪座成封閉旋轉的正常操作。
儘管操作如希望的那樣令人滿意，但仍可對噴射器功能進行改進。

發明內容
因此，本發明旨在提高潛入式離心泵中的噴射器功能。
該目的由如權利要求1所限定的泵組件實現。本發明的實施方式由 從屬權利要求進一步限定。
簡而言之，根據本發明的泵組件包括葉輪，其懸置在驅動軸的端部， 並且被驅動相對於葉輪座旋轉，該葉輪座在正常操作中靜止並限定用於 在旋轉中由葉輪傳輸的液體的軸向進口。該泵組件的特徵在於，葉輪座
安裝(journalled in)在泵殼中，以相對於泵殼沿著相對的旋轉方向進 行有限的旋轉運動，並且在旋轉中由引導裝置控制，以相對於葉輪沿著 相對的軸向進行有限的線性位移。
葉輪座可由於其沿著第一旋轉方向與葉輪一起的旋轉而沿著第一 軸向從葉輪線性位移，並且可由於其克服葉輪旋轉沿著第二旋轉方向的 旋轉而沿著第二軸向朝向葉輪線性位移。
葉輪座由葉輪間接驅動，以沿著第一旋轉方向旋轉。葉輪座沿著第 二旋轉方向的旋轉由施加於葉輪座的偏壓產生。
葉輪座可被作用在葉輪座與泵殼之間的彈性元件所提供的彈力沿 著第二旋轉方向偏壓。彈性元件可設置成沿著葉輪座的圓周方向施加影
響葉輪座沿著第二旋轉方向的旋轉的偏壓，葉輪座由於該偏壓而返回其 正常操作位置。可選地，彈簧元件可設置成沿著葉輪座的軸向施加影響 線性位移的偏壓，葉輪座通過該偏壓在沿著第二旋轉方向的旋轉作用下 返回其正常操作位置。
葉輪座可可選地通過在泵操作中流經葉輪座的液體的動能而沿著 第二旋轉方向被偏壓。為達到此目的，葉輪座在內部形成有導流面。
優選地，葉輪座通過以相等的角間距定位在葉輪座圓周周圍的至少 兩個引導裝置直接或間接地安裝在泵殼中。更優選地，三個引導裝置以相等的角間距布置在圓周周圍。
在舉例說明本發明的所示實施方式中，引導裝置被實現為導銷和凹 槽的組合。導銷可從葉輪座的圓柱形壁沿徑向突出，以接合在形成在泵 殼的圓柱形壁中的相應凹槽中，或者接合在安裝在與葉輪座成同心關係 的泵殼中的引導環中。可選地，導銷可從泵殼朝向中心突出，以接合在 形成在葉輪座外部上的相應凹槽中。
導銷可被實現為被容納以在相應凹槽中滑動的低摩擦銷。可選地， 導銷形成為被容納以沿相應凹槽的上、下壁行進的導輥。如文中所用， "上，，是指當在潛入式泵的操作期間從流動方向看去時的下遊位置。
凹槽包括引導壁，引導壁相對於與葉輪座的縱向中心成直角交叉的 徑向平面成角度延伸。各凹槽優選地在葉輪座與泵殼之間的接合處的圓 周方向具有有限的長度。在一個實施方式中，各凹槽的大體形狀為具有 連接成平行關係的上遊壁和下遊壁的半圓形端部的狹槽。當轉換為平面 圖時，引導壁可為直線形或彎曲形，或者它們的組合。在彎曲凹槽中， 當沿著液體流經葉輪座的方向看去時，彎曲部分的中心優選地位於凹槽 上遊。
引導裝置可選擇被實現為分別形成在葉輪座和泵殼的相對的表面 上或葉輪座和分離的引導環的相對的表面上的互相接合的螺旋構造或 螺紋。
優選兩個、更優選三個螺旋構造或螺紋以相等的角間距分別形成在 葉輪座和引導環的圓周周圍。如果適當，螺紋可為連續的或分段的，具 有以相等的角間距分別位於葉輪座和引導環的圓周周圍的螺紋頭。


以下將參照示出本發明的實施方式的附圖進一步說明本發明。在附
圖中
圖l是局部剖視立體圖，示出處於正常操作模式的根據本發明的泵 組件的一個實施方式；
圖2是與圖1相應的圖，示出處於噴射模式的泵組件；圖3是立體圖，示出形成泵組件的一部分的葉輪座； 圖4是圖3的葉輪座的平面俯視圖5是立體圖，示出形成泵組件的優選實施方式的一部分的葉輪座 引導環；以及
圖6a、圖6b、圖6c和圖6d是包括結合在泵組件中的引導裝置的 可選實施方式的引導環的垂直投影圖。
具體實施例方式
首先參照圖1,離心泵組件容納在泵殼1中。經過泵殼的液體流由 葉輪泵輪2產生，該葉輪泵輪2鍵連接到安裝在泵殼中以由電機(也未 示出)旋轉和驅動的驅動軸(未示出)的端部上。在如箭頭Rl所示旋 轉時，葉輪2產生離心力，該離心力致使泵潛入其中的液體經由泵吸入 側上的軸向進口 3進入泵，以加速通過與泵的壓力側上的更多管道(未 示出)相連通的徑向排出口 4。在圖1中，液體的流動方向由箭頭F表 示。
葉輪2被驅動而相對於葉輪座5旋轉。葉輪葉片7從上圓盤6被支 撐以在如圖1所示的正常操作模式下緊鄰葉輪座的上周邊區域旋轉。
暫時轉到圖3，葉輪座5為包括連接到凸緣部件9的上遊側的圓柱 形部分8的大致旋轉對稱部件。在操作中正對葉輪的上周邊區域10可 成形為如圖所示與應用於葉片7的空間曲率相對應。有利地，可設置突 出到通過葉輪座的液體流中的引導指形銷11以及形成在上周邊區域中 的出口槽12,並用於排出經由泵進口進入葉輪座的固體物質。
回到圖1，葉輪座5安裝在泵殼中並且在正常操作中靜止。然而， 根據本發明，葉輪座可在圖l所示的與正常操作模式相對應的位置與圖 2所示的與噴射操作模式相對應的降低的位置之間相對於葉輪移動。在 葉輪座的降低的位置，如在圖2中可容易地看到，軸向間隙13形成在 葉輪座與葉輪之間。在正常操作模式中過大而不能適當經由出口槽12 通過葉輪與葉輪座之間的固體，將在噴射操作模式中經由該間隙噴射到 液體流中。
如以下將進一步說明，噴射模式通過機械接合葉輪座以及相對於葉輪座旋轉的葉輪的固體物質而初始化。基本上，根據本發明，泵組件設 置有與葉輪相配合的葉輪座，葉輪座被支撐在泵殼中以相對於葉輪進行
有限的位移。位移包括旋轉運動分量和軸向運動分量。
具體而言，通過安裝在泵殼1中的葉輪座5實現噴射操作模式以相 對於泵殼沿著相對的旋轉方向Rl、 R2進行有限的旋轉運動，並且在旋 轉中由引導裝置控制以相對於葉輪2沿著相對的軸向Al、 A2進行有限 的線性位移。在此連接中，"線性"是指葉輪座5的幾何中心的軸向位移。
為達到此目的，葉輪座5可安裝在引導環14中，該引導環14以靜 止方式支撐在與葉輪座5的圓柱形部分8成同心關係的泵殼中。在圖1 和圖2的實施方式中，引導環14被夾持在圓形臺肩15與夾持環17之 間，臺肩15形成在泵殼上並且支撐引導環的下端16，夾持環17在18 螺栓連接到泵殼並藉助於接合引導環上端的凸緣19支撐引導環。圓柱 形裙狀部件20在葉輪座凸緣9的外周周圍成緊密同心關係地從夾持環 17上升，葉輪座凸緣9有利地包括用於插入密封環(未示出)的圓周座 21。
為使葉輪座5免堵地軸向移位，引導裝置設置在葉輪座5與引導環 14之間的接合處。藉助於此類引導裝置的結構和操作，葉輪座可由於其 與葉輪沿著第一旋轉方向Rl的旋轉而從葉輪沿著第一軸向Al線性移 位，並且可由於其克服葉輪旋轉沿著第二旋轉方向R2的旋轉而朝向葉 片沿著第二軸向A2線性移位。
引導裝置可選擇構造成提供葉輪座5的免堵運動。在一個可想到的 實施方式中，引導裝置被實現為在葉輪座與引導環之間的接合處的螺旋 形構造。螺旋形引導裝置可形成為例如單一和連續的梯形螺紋。可選地， 螺旋或螺紋構造可分段以包括至少兩個周長有限的部分，並且在此情況 下優選地分別以相等的角間距設置在葉輪座和引導環的圓周周圍。更優 選地，多個引導裝置包括以相等的角間距設置在圓周周圍的三個引導構 造。另一個可想到的實施方式包括多個——例如兩個或三個——分段或 連續的螺紋，其具有以相等的角間距位於圓周周圍的螺紋頭。還可想到 的是，單個或多個引導裝置可包括本領域的技術人員公知的接合的螺 紋、槽、踵狀物等的任何適當的組合，作為例如卡口式聯接件的元件。
在所示的實施方式中，三個引導裝置22以相等的角間距定位在葉輪座5的圓周周圍。引導裝置22被實現為導銷23和凹槽24的組合。 如圖所示，導銷可從葉輪座的圓柱形部分8的壁沿徑向突出以接合在形 成在引導環14的圓柱形壁中的相應凹槽中。可選地，儘管在圖中未示 出，但如果適當，在其中略去引導環的實施方式中凹槽可替代性地形成 在泵殼中。導銷可選擇從泵殼或從引導環14朝向泵進口的縱向中心突 出，以接合在形成在葉輪座圓柱形部分8外部的相應凹槽(也未示出)中。
導銷23可被實現為被容納以在相應凹槽24中滑動的低摩擦銷。可 選地，導銷可形成為被容納以分別沿相應凹槽的上壁25和下壁26行進 的導輥。
現在轉到圖5和圖6所示的實施方式。各凹槽24可包括相對於與 引導環14的縱向中心1成直角交叉的徑向平面r大體上成角度a延伸 的引導壁25和26。角度a可變化，但不是零度角或卯。角。角度a的 優選範圍為5°到45°。然而，在凹槽24例如如圖6b-6d所示具有大體彎 曲的延伸的情況下可釆用超過45。的角度，以及沿凹槽的長度方向變化 的角度a。
各凹槽優選地沿引導環的圓周方向具有有限長度。優選地，所有凹 槽的長度之和不超過引導環14的周長的一半。在圖4的實施方式中， 各凹槽的形狀大體上為穿過引導環的壁的狹槽24。狹槽形凹槽24具有 連接成平行關係的上壁25和下壁26的半圓形端部。轉換到平面圖，壁 可如圖6a所示為直線形，或者如圖6b-6d所示為彎曲形。當沿著液體 的流動方向看去時，在彎曲凹槽中，彎曲部分的中心C優選地位於彎曲 部分或凹槽上遊。如圖6c和圖6d所示，凹槽/引導壁的彎曲形部分和 直線形部分的組合也是可能的。
可選地，凹槽中的引導壁之一可為直線形而另一個壁為彎曲形，彎 曲形壁可為上壁或下壁中的任一者。
對引導裝置的可行修改包括以有限深度延伸到引導環的材料中、或 者如果可行延伸到泵殼的材料中，或者如果適當延伸到葉輪座的圓柱形 部分8的外表面中的淺槽。
如上所述，葉輪座5由葉輪間接驅動，由於牢固地機械接合的兩個
10元件而沿著第一旋轉方向Rl而與葉輪一起旋轉。然而，葉輪座沿著第 二旋轉方向R2的旋轉由施加於葉輪座的偏壓產生。為達到此目的，葉 輪座可被作用在葉輪座5與引導環14——或者在如上所述省略引導環 的情況為泵殼1——之間的彈性部件提供的彈力而沿著第二旋轉方向偏 壓。彈性部件設置成沿著葉輪座的圓周方向施加影響葉輪座沿著第二旋 轉方向R2的旋轉的偏壓，葉輪座由於該偏壓而返回其正常操作位置。 應當理解，儘管在圖中不可見，但是可例如採用插入葉輪座與引導環之 間的接合處的一個或幾個可拉伸或可壓縮元件的形式實現彈性部件或 彈簧，所述彈性元件或彈簧的一端固定在葉輪座上而其另一端固定在引 導環上。
彈性元件或彈簧可選擇設置成沿著葉輪座的軸向施加影響線性位 移的偏壓，葉輪座通過該偏壓在沿著第二旋轉方向R2旋轉的作用下返 回其正常操作位置。儘管在圖中未示出，但應當理解，此類彈性元件或 彈簧的下端可插入泵殼或引導環中，使用其上端作用在葉輪座的凸緣9 的上遊表面上。
可選地，葉輪座可通過在泵操作中流經葉輪座的液體的動能而沿著 第二旋轉方向R2被偏壓。為達到此目的，葉輪座可在內部形成至少一 個導流面，例如圖4中用虛線表示的傾斜面28。
不構成本發明的一部分且因此未在本文進一步描述的細節的修改 可能處於所附權利要求的範圍內，權利要求也包含對舉例公開的本發明 的修改且其可從本發明推導出來。
權利要求
1.一種泵組件，包括葉輪(2)，所述葉輪(2)懸置在驅動軸的端部，並且被驅動相對於葉輪座(5)旋轉，所述葉輪座(5)在正常操作中靜止並且限定用於在旋轉中由葉輪傳輸的液體的軸向進口，其特徵在於，所述葉輪座(5)安裝在泵殼(1)中，以相對於所述泵殼沿著相對的旋轉方向(R1，R2)進行有限旋轉運動，並且在旋轉中由引導裝置控制，以相對於所述葉輪沿著相對的軸向(A1，A2)進行有限的線性位移。
2. 如權利要求l所述的泵組件，其中，所述葉輪座(5)由於其與 所述葉輪沿著第一旋轉方向(Rl)的旋轉而從所述葉輪(2)沿著第一 軸向(Al)線性位移，並且由於其沿著與所述葉輪旋轉相對的第二旋轉 方向(R2)的旋轉而朝向所述葉輪沿著第二軸向(A2)線性位移。
3. 如權利要求2所述的泵組件，其中，所述葉輪座(5)由所述葉 輪(2)間接驅動以沿著所述第一旋轉方向(Rl)旋轉，而所述葉輪座 沿著所述第二旋轉方向(R2)的旋轉由施加於所述葉輪座的偏壓產生。
4. 如權利要求3所述的泵組件，其中，所述葉輪座被由彈性元件提 供的彈力沿著所述第二旋轉方向偏壓。
5. 如權利要求4所述的泵組件，其中，彈性元件設置成沿著所述葉 輪座的圓周方向施加影響所述葉輪座沿著所述第二旋轉方向的旋轉的 偏壓，所述葉輪座由於所述偏壓而返回其正常操作位置。
6. 如權利要求4所述的泵組件，其中，彈性元件設置成沿著所述葉 輪座的軸向施加影響線性位移的偏壓，所述葉輪座通過所述偏壓在沿所 述第二旋轉方向旋轉的作用下返回其正常操作位置。
7. 如權利要求3所述的泵組件，其中，所述葉輪座內部形成至少一 個導流面(28)，所述葉輪座通過所述導流面(28)藉助於在所述泵的 操作中流經所述葉輪座的液體的動能而沿著所述第二旋轉方向被偏壓。
8. 如上述權利要求中任一項所述的泵組件，其中，所述葉輪座(5) 通過以相等的角間距定位在所述葉輪座的圓周周圍的至少兩個引導裝置(22)直接或間接地(14)安裝在所述泵殼(1)中。
9. 如權利要求8所述的泵組件，其中，三個引導裝置(22)以相等 的角間距布置在所述葉輪座(5)的圓周周圍。
10. 如權利要求9所述的泵組件，其中，所述引導裝置(22)被實 現為導銷(23)和凹槽(24)的組合。
11. 如權利要求10所述的泵組件，其中，所述導銷(23)從所述葉 輪座(5)的外周沿徑向突出以接合在相應的凹槽(24)中，所述凹槽(24)形成在所述泵殼(1)內部，或者形成在安裝到與所述葉輪座(5) 成同心關係的所述泵殼上的分離的引導環(14)的內部。
12. 如權利要求10所述的泵組件，其中，所述導銷(23 )朝向縱向 中心(1)沿徑向從所述泵殼(1)的內周或從安裝到與所述葉輪座(5) 成同心關係的所述泵殼上的分離的引導環(14)的內周突出，以接合在 形成在所述葉輪座(5)外部的相應凹槽中。
13. 如權利要求10至12中任一項所述的泵組件，其中，所述導銷 (23)被實現為被容納以在相應凹槽(24)的上、下引導壁上滑動的低摩擦銷。
14. 如權利要求10至12中任一項所述的泵組件，其中，所述導銷 (23 )被實現為被容納以沿相應凹槽(24 )的上、下引導壁行進的導輥。
15. 如權利要求10至14中任一項所述的泵組件，其中，各凹槽(24 ) 以有限周長並且相對於與所述葉輪座的縱向中心(1)成直角交叉的徑 向平面(r)以角度(a)延伸。
16. 如權利要求15所述的泵組件，其中，所述凹槽(24)的形狀大 體上為狹槽，所述狹槽具有連接成平行關係的上遊和下遊引導壁(25, 26)引導壁的半圓形端部。
17.如權利要求15所述的泵組件，其中，所述凹槽的形狀大體上為狹槽，所述狹槽具有連接上遊和下遊引導壁(25， 26)的半圓形端部，所述上遊和下遊引導壁中至少其一為彎曲形或在其長度上具有彎曲的部分。
18. 如權利要求17所述的泵組件，其中，彎曲凹槽或局部彎曲凹槽 的彎曲部分的中心(C)當沿著液體經過所述葉輪座的流動方向看去時 位於所述凹槽的上遊側上。
19. 如權利要求10至18中任一項所述的泵組件，其中，所述凹槽 形成為貫穿的狹槽。
20. 如權利要求10至18中任一項所述的泵組件，其中，所述凹槽 形成為淺狹槽。
21. 如權利要求1至7中任一項所述的泵組件，其中，所述引導裝 置被實現為分別形成在所述葉輪座(5)和所述泵殼(1)的相對的表面 上或所述葉輪座(5)和分離的引導環(14)的相對的表面上的互相接 合的螺旋構造或螺紋。
22. 如權利要求21所述的泵組件，其中，至少兩個、優選三個螺旋 構造或螺紋以相等的角間距分別形成在葉輪座(5)和引導環(14)的 圓周周圍。
23. 如權利要求22的泵組件，其中，所述螺紋是連續的或分段的， 具有以相等的角間距分別位於葉輪座(5)和引導環(14)的圓周周圍 的螺紋頭。
全文摘要
本發明涉及一種潛入式離心泵組件，該泵組件包括葉輪(2)，該葉輪(2)懸置在驅動軸的端部，並且被驅動相對於葉輪座(5)旋轉，葉輪座(5)在正常操作中靜止並且限定用於由旋轉的葉輪傳輸的液體的軸向進口。該泵組件的特徵在於，葉輪座(5)安裝在泵殼(1)中，以相對於泵殼沿著相對的旋轉方向(R1，R2)進行有限旋轉運動，並且在旋轉中由引導裝置控制，以相對於葉輪沿著相對的軸向(A1，A2)進行有限的線性位移。
文檔編號F04D29/46GK101680453SQ200880015425
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月12日 優先權日2007年5月15日
發明者派屈克·安德森 申請人:Itt製造企業公司