一种部分流泵的单级套件及其多级部分流泵

技术领域

本发明属于流体机械中的叶片泵，涉及部分流泵，及多级部分流泵。

背景技术

叶片泵按叶轮出口液流流出方式分为全部流式叶片泵，俗称离心泵，和部分流式叶片泵，俗称部分流泵或切线泵。离心泵种类繁多，而部分流泵目前只有切线泵一种。部分流泵在高速、高压时的效率及其它性能优于离心泵，是目前高速化唯一适应性产品，但其结构存在切向的喉部及扩散管，径向尺寸过大，难以多级化，阻碍了进一步发展。

目前还没有立式多级部分流泵专利，更没有部分流式的深井泵。对立式多级的部分流泵产品，某厂有图片展示，是类似卧式多级部分流泵，有长的切向扩散管存在，径向尺寸大、结构复杂、造价高、限制了使用范围，其结构不能很好地改造成结构紧凑的多级产品，更不能改造成深井泵。

发明内容

本发明的目的是针对切线泵存在径向尺寸大，不能很好地多级化、小型化的问题，提供一种结构紧凑，径向尺寸小的，又能组装成多级部分流泵的单级套件。

另一个发明的目的是利用上述单级套件组装成体积小，扬程高的多级部分流泵或深井泵。满足高压化的需求。

本发明前一个目的可通过下列技术方案来实现：一种部分流泵的单级套件，包括泵体，开式或半开式叶轮，集流壳，其特征在于：在泵体内设置一个或多个轴向流体出口及其弧形扩散室，两者相互连通。这能有效地缩小泵体的径向尺寸和减小叶轮的径向力有效地将液体的动能转为压力能，有效地引导液体至下一级叶轮进口处。流体为非刚性物体，轴向流体出口也可以偏离轴向一定的角度。弧形扩散室类似于弯曲的喇叭状，类似于弯曲的圆锥台等形状。弧形扩散室主要由泵体内底面，内外工作面及集流壳底面或其凸台组成。

在上述单级套件中，可在轴向流体出口与弧形扩散室之间设置环状喉部。这可增加流道尺寸的稳定性，减少性能参数的波动。喉部都是等截面的，其形状可以是圆环状的，或是向内偏移的环状的，或螺旋形环状的，也可是切向状的。喉部长度一般较短，喉部的形状对性能来说影响不大。如采用耐磨材料也可不设喉部。

在上述单级套件中，集流壳在对应喉部及弧形扩散室处设置凸台。这样可调节喉部尺寸的大小及扩散室的扩散度，使设计更灵活、方便，提高通用化程度。

在上述单级套件中，集流壳在液流进口处设置导流锥面。这可扩大叶轮进口前的过流面积，还可减少叶轮进口侧一面间隙的液体回流。提高了泵的容积效率。

在上述单级套件中，可在泵体上设置级间密封。级间密封可采用间隙密封，橡胶唇形密封、油封等，还可采用聚四氟乙烯密封，或不锈钢壳聚四氟乙烯高级密封。为了减少级间由于压力差引起的泄漏，采用摩擦系数极低的，寿命长的，密封性能好的，线速度高的聚四氟乙烯密封，特别是不锈钢壳聚四氟乙烯高级密封，其性能更优，安装更方便、可靠。在泵体与叶轮轴之间的配合设置小的径向间隙，就形成间隙密封，为了增加耐磨性，可在两者之间设置耐磨套，耐磨套内外都存在小间隙，则性能更佳，同时还可起到叶轮的定心作用。

在上述单级套件中，弧形扩散室工作面的一面或两面采用渐开线或对数螺旋线或阿基米德螺线组成的曲面。根据渐开线性质可知，渐开线各点的法线都指向基圆，而基圆直径一般都小于叶轮的进口直径，当液体流向其内曲面时，有反作用力产生并指向基圆，和液流的惯性力的合力更易指向叶轮的进口处，更易导流到下一级，当液流接触渐开线的外曲面时，也有垂直于表面的反作用产生，会减少切向分量，会减少漩涡产生，这些都会提高水力效率。对数螺旋线(等角螺旋线)和阿基米德螺旋线也有类似的性质，都会使水力效率有所提高。

在上述单级套件中，叶轮型式是介于开式与半开式之间的，叶轮叶片安放角在70°～110°之间的，或再在其外圆部位制成扭曲的叶面。结合机械强度和结构需求，可适当减少叶轮后盖板直径尺寸，使介于开式与半开式之间，这有利于减少后盖板的水力摩擦损失，也有利于小直径泵类的导流性能。根据大小泵的结构需求，叶片可前倾或后倾，其安放角选择70°～110°之间。为了使液流产生一定的轴向分量，导流更顺畅，可以在叶轮外圆部位制成一段扭曲叶面。

在上述单级套件中，泵体、叶轮、集流壳材料可采用高铬合金钢；或表面有耐磨涂层，或氮化处理的不锈钢或双相不锈钢；或高级工程塑料。如采用含铬量超过20％的高铬合金钢；或镀铬、涂陶瓷涂层、涂聚氨脂弹性体涂层及氮化处理的不锈钢或双相不锈钢；或采用聚苯醚，聚砜、聚苯并咪唑等高级工程塑料。

本发明的另一个目的可通过下列技术方案来实现：多级部分流泵，其特征在于：包括多套上述部分流泵的单级套件。结合其它零件组装成多级部分流泵或深井泵。

在上述的多级部分流泵中，各套单级套件可通过多条拉杆压紧，或用机械方式压紧在泵筒内，或泵体、集流壳分别与泵筒焊接成一体。

在上述的多级部分流泵中，在初级叶轮的进口端设置由动环，静环或动环，中间环，静环组成的止推轴承副。为了减少轴向力对配套电机的影响，可在泵中设置抗轴向力的止推轴承副，如设置与叶轮或其延伸件接触的动环，与泵筒的相应零件接触的静环，两者组成平面摩擦副，即形成止推轴承副，有效阻止由叶轮传入的轴向力，提高电机寿命。为了减少动、静环相对运动的速度，可在两环之间增加自由转动的中间环。其材料可选硬度高、有自润滑功能的氮化硅陶瓷或硬质合金等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、切线泵由于泵体外径外存在切向扩散管导致径向尺寸过大，不能很好的制成多级产品，不能向更高压方面发展，本发明解决了这个问题，将切线泵的切向扩散管设置成泵体内的弧形扩散室，有效地缩小径向尺寸，有效地使液体在泵体内就导流到下一级叶轮进口处，从而实现结构紧凑、多级化、小型化、轻型化。这种泵可称为弧线泵，是继切线泵后第二个部分流泵的新泵种。

2、由多套上述的单级套件组成多级部分流泵，特别是组成深井泵，具有体积小、重量轻、扬程高等特点，叶轮叶片的上下侧面是无密封面结构，是有一定的间隙存在，从而可输送含固体颗粒的介质和高粘度液体。即使输送固体颗粒时发生磨损，对本发明的泵影响很少。而离心泵因存在口环密封环节，口环磨损后，泄漏增大，对该泵的性能影响极大。也就是本发明的泵具有耐泥砂，耐颗粒的功能，这方面的性能远超离心泵同类产品。由于变频器的普及，并逐渐小型化、低价格、易操作，有助于泵业向高速化发展。就本发明的深井泵而言，转速可达万转每分钟，泵叶轮与介质的摩擦阻力小于离心泵同类产品，又可带动配套电机向高速、大功率方面发展。对多级泵也是如此，而制造难度小于深井泵，其结构更灵活多变，性能更易发挥，将成为叶片泵发展的主要对象。

附图说明

图1是喉部及弧形扩散室示意图；

图2是部分流泵的单级套件剖面示意图；

图3是叶轮外圆部位的扭曲叶面示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

如图1所示，液流径轴向流体出口8，喉部1，弧形扩散室2，进入下一级叶轮的进口4，弧形扩散室主要由扩散室工作面3组成。

如图2所示，本泵的单级套件包括叶轮5，集流壳6，泵体7，在泵体7上设置一个或多个的轴向流体出口8。液体经过高速旋转的叶轮5，只有部分液体经过轴向流体出口8，喉部1，弧形扩散室2，进入下一级叶轮的进口4，完成一个循环，其余液体随叶轮5在集流壳6内作强制旋转运动。

在集流壳6上设置凸台9，如改变凸台9的大小，便可调节喉部的面积，它是部分流泵的主要参数，能满足相近规格产品的需求，提高通用化程度。在集流壳6上设置导流锥面10，可扩大叶轮进口前的过流面积及使液流平稳过渡，同时又可减少或阻止叶轮进口侧一面间隙11的液体回流，提高了泵的容积效率。

在泵体7上，设置级间密封12，它还可采用高性能的不锈钢壳聚四氟乙烯密封，具有耐磨、耐压、寿命长，耐压高达3.5MPa，有其耐压及其它优良性能，就有效阻止级间泄漏，提高容积效率。

如图3所示，在叶轮5的外圆部位的叶片上设置一段扭曲的叶面19，叶面19的大小及扭曲角度可根据泵的大小转速、结构、用途等选择。

实施例二：

本实施例中的泵包括实施例一中的多套单级套件，结合其它零件，可通过多条拉杆压紧，或用螺纹压紧、压紧后焊接、压紧后销钉止退等机械方式压紧在泵筒13内，或泵体7集流壳6分别与泵筒13焊接成一体。

各种多级泵都会存在一定的轴向力，为了减少轴向力对配套电机的影响，在泵内设置了止推轴承副。如设置了与叶轮空心轴端或相应的轴套14接触的动环16，中间环17，与泵筒13连接的网座15接触的静环18。

通过上述的装配，成为一种多级部分流泵的泵体部件，再与配套电机结合，成为一台完整的泵产品。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发展所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越权利要求书所定义的范围。