专利名称：离心切碎机泵的叶轮和切割元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及公知的切碎机泵式的离心泵，设计其结构使之处理包含必须由泵切割或切碎的较大固体的流体。尤其是本发明涉及一叶轮和相关的切割元件，设计其结构使之能处理夹带的固体并从泵的密封区域排出。
背景技术：
切碎机类型的离心泵用于各种工业场合来处理包含大的固体、比如塑料或畜牧副产品的流体。切碎机泵典型的特征是具有一叶轮，设计叶轮结构使之与位于叶轮轮叶附近的切割元件相接触，来对进入该泵的固体材料实施切割或切碎动作。叶轮和切割结构位于切碎机的吸入侧，处理大小能在泵中移动的固体物的大部分。然而，一些固体也倾向于同时向叶轮的驱动侧移动，向内向泵的驱动轴移动。
当固体向叶轮的驱动侧或背部移动并向内向着驱动轴移动时，碎片卷绕该驱动轴和并阻止泵的操作。尤其是流体包含丝状固体的情况。在叶轮后边的碎片可造成热量的积累和叶轮的磨损，并妨碍密封元件的冷却和润滑。固体材料可渗透密封并进一步造成泵操作的问题。这样巳知类型的切碎机泵使用冲洗装置来清洁叶轮的后面。
其它已知类型的切碎机泵使用如下的叶轮在叶轮的背侧之上或附近设计有切割元件，并绕驱动轴在驱动轴的位置切碎固体材料。所述类型的叶轮和切割元件的例子，在Dorsch的专利号为No.5,460,482的美国专利中公开。一些切碎机泵也绕该轴使用限流套管，以使大的固体远离密封件，如在Dorsch的′482专利中所描述的。然而其它类型的切碎机泵使用一敞开式叶轮，来减少叶轮后面的压力，以便固体不会牵引至叶轮的背侧。
在叶轮的背侧上使用切割元件的现有技术的切碎机泵，需要将切割元件相邻于叶轮毂盘设置和/或设置在紧密靠近驱动轴的位置。这样在流体中的碎片、尤其是丝状材料的碎片，在材料发生任何切碎或切割之前可完全渗透至驱动轴和密封组件。
因此，在离心切碎机泵中设置叶轮和切割元件是有利地，其在碎片到达驱动轴和密封组件之前将碎片从叶轮后面处理和排出，因此改善了泵操作和泵的使用寿命。
发明内容
根据本发明，一叶轮和切割元件相对于泵的驱动轴设置，并且构造成以这种方式相互作用在叶轮驱动侧的周围边缘附近切碎或切割碎片的，来有效减少和排出碎片防止其与驱动轴和任何相关密封组件的接触。虽然此处描述的本发明的叶轮和切割元件用于切碎式离心泵，但该叶轮和切割元件也可以用于不是切碎式泵的离心泵中。
本发明包括一叶轮，该叶轮具有远离泵的入口定位的驱动侧，特别设计其具有切割结构，该切割结构与设置在叶轮驱动侧邻近的切割元件相互作用。该切割结构尤其包括向着叶轮外围设置的切割元件，来提供叶轮周围附近固体的切碎和切割。设计和放置该外围切割元件以便从叶轮的驱动侧、尤其是从驱动轴和任何相关密封组件处排出切碎的碎屑。
叶轮还可包括向着叶轮的中心开口、在叶轮的中轴线附近设置的碎片排出机构，以防止任何剩余或零碎的固体碎屑渗入并将其排出到外围的切割元件之外。设置于叶轮中心轴线附近的碎片排出机构，也可设计成靠近驱动轴设置的迷宫元件，以防止碎片到达泵的驱动轴和密封件处。
本发明进一步包括位于叶轮驱动侧邻近的切割结构，与形成在叶轮驱动侧上形成的切割结构相互作用。相邻设置、相互作用的切割结构可形成泵壳体的一部分，例如形成驱动侧壳体或连接至泵壳的端板结构的一部分。
可选地特别是此处描述地，相邻设置的切割结构可形成为单独的背板的一部分，所述单独的背板位于泵壳和叶轮驱动侧之间。在单独的板状结构上设置能与泵壳连接和分离的相邻的切割结构，具有在切割结构用旧或磨损后能从泵壳拆下背板并易于更换的特殊优点。此处描述的特别合适的背板还具有能为驱动轴和密封组件提供附加密封的结构，以防止任何碎片进入叶轮的驱动侧。
具有切割元件的叶轮和设置在泵壳或背板之上相互作用的切割元件包括可用于各种泵的本发明的叶轮组件。从下面本发明的更为详尽的描述，会使本发明的叶轮组件所提供的操作泵的优点变得显而易见。
附图中示出目前能执行本发明的最佳模式图1是切碎机式离心泵的纵向横截面视图，示出了本发明的叶轮组件；图2是根据本发明的切碎机泵的叶轮和背板的吸入侧的分解透视图；图3是根据本发明的切碎机泵的叶轮和背板的驱动侧的分解透视图；图4是本发明切割元件的侧视图；图5是当组装在泵中时，图2所示叶轮和背板的部分切割透视图；图6是本发明的可选叶轮实施例的驱动侧的分解透视图；和图7是与图6所示叶轮实施例共同使用的背板切割元件的可选实施例的放大视图。
具体实施例方式
图1示出本发明的带有叶轮10和切割元件12的离心切碎机泵的一个示例性结构的纵向横截面图。一般地，离心切碎机泵14包括图1所示的一泵壳，所述泵壳包括一驱动壳体16、固定到驱动壳体16的一蜗形壳体18和固定到蜗形壳体18的一吸入壳体20。
一般地，驱动壳体16接收延伸穿过驱动壳体16并进入蜗形壳体18的驱动轴22。轴承组件24和25一般地位于驱动壳体16内来支持驱动轴22。驱动轴22延伸穿过驱动壳体16，并连接至位于蜗形壳体18内部的叶轮10。
驱动轴22也可延伸穿过在驱动壳体16和叶轮10之间的背板26。如图所示，背板26固定至驱动壳体16的端壁27上，但也可以固定至泵14或泵壳部分的任何适合结构上。背板26可以是提供切割元件的相邻定位以与叶轮10相互作用的任一适合的结构，如随后更加详尽的描述。图1所示的背板26具有一环形凸缘28，环形凸缘28延伸穿过驱动壳体16的端壁27，并容纳一绕驱动轴22设置的密封机构30。
操作中，包含大块固体的流体经由吸入壳体20中的入口32进入泵14。流体和固体块经由位于吸入壳体20和叶轮10之间的一入口或切碎机板34进入。如下更加详尽地描述，叶轮10与切碎机板34相互作用，切割和切碎流体中的固体。流体和固体浆然后流入泵14的蜗室36，并从泵14的出口38排出。
从图1可以看出，流体和固体浆移动进入蜗室36，流体会冲击叶轮10后部40，在此其沿背板26旋转。应当注意图1所示的叶轮10和背板26的大小、尺寸和位置仅仅是示例性的，只用于说明本发明的结构，叶轮10的后部40的轴向延伸进入蜗室36的轴向延伸部分也不限于图1所示那样。尽管如此、流体和碎片可以在叶轮后面移动，并可能渗入泵14的驱动轴22和密封机构30。这样，本发明提供一种结构化的叶轮组件，该叶轮组件具有相关的切割元件，特别设计切割元件使之对开始进入叶轮10后面的碎片提供切割动作。
图2和图3进一步详细描述了本发明的叶轮10的第一实施例。图2是从叶轮10的吸入侧48和眼50观察的叶轮10的透视图。示出叶轮10距泵的背板26一定距离，以说明背板26的细节。图3是与背板26的隔开一定距离示出的叶轮10的驱动侧表面54的透视图，也示出了驱动侧视图。
如图2所示，叶轮10包括多个从叶轮10的眼50向外辐射的轮叶56。各轮叶56有一刃口57，刃口57与切碎机板34紧公差相邻，来实现固体切割。在本发明的特殊实施例中，叶轮10形成有一个屏板58，在装入泵中时屏板58定位成相邻于背板26设置。轮叶56按远离背板26的方向从屏板58轴向向外延伸。屏板58有一圆周边缘60，其限定叶轮10的外围，且其方向向着泵14的蜗室36。
继续参见图2，背板26具有圆盘形正面62，圆盘形正面62具有一中心开口64，驱动轴22延伸穿过中心开口64与叶轮10配合(图1)。如图1所示，背板26有圆周边缘66，一般地该圆周边缘66的大小可容纳在蜗形壳体18之中。如图3最佳示出，背板26进一步地具有一环形凸缘28，环形凸缘28延伸进入驱动壳体16，如图1所示。背板26也包括定位成用来容纳螺栓或其它紧固元件的孔68，以便将背板26紧固到驱动壳体16。
参见图2，背板26设置有位于背板26的圆周边缘66附近的至少一个切割元件12。图2示出两个切割元件12。切割元件12可以是以具有背板切割齿70的短柱72的形式构造。在该实施例中，短柱72容纳在形成在背板26的正面62中的凹槽74内。由适当的紧固元件如螺栓76将短柱72连接至背板26。所以当短柱72磨损时是可以更换的。然而可选地，切割元件12与背板26整体地形成，当磨损时，可更换背板26。
短柱72最适合用本领域已知方法硬化，来增强其耐磨损性，从而延长背板切割齿70的使用寿命。图4是短柱72的侧视图，特别显示短柱72形成有主体78部分，背板切割齿70从主体部分78向外延伸。主体部分78的大小可容纳在背板26的凹槽74内。
参见图3，叶轮10带有一中心开口80，中心开口80可接收驱动轴22的末端部，如图1所示。中心开口80的附近向外辐射的可以是多个排出轮叶82。排出轮叶82沿背板26的方向从叶轮10的驱动侧表面54轴向向外延伸。设置和构造排出轮叶82以方便流体和固体沿远离驱动轴附近的叶轮10的中心的方向运动。
在图3所示本发明的特定实施例中，每个排出轮叶82具有在屏板58的周围或圆周边缘60附近的缺口84。缺口84进一步限定向外延伸部分，该向外延伸部分在叶轮10的驱动侧表面54上形成切割齿86。如图5最佳所示，若在泵组件中叶轮10设置在背板26的邻近，当叶轮10相对于背板26旋转时设置叶轮10的切割齿86在背板切割齿70之间移动。适合对叶轮切割齿86硬化以提高其耐磨损性。
叶轮切割齿86和背板切割齿70的相互作用或啮合，给开始渗入叶轮10的驱动侧表面54和背板26之间的任何碎片提供切割动作。最重要的是，切割动作发生在叶轮10和背板26的周围，从而减少了驱动轴附近的碎片完全进入叶轮10中心的可能。如前提到地，排出轮叶82进一步操作使碎片从叶轮10后面排出。
还应注意的是，此处所述叶轮切割齿86示为排出轮叶82的一部分(即与排出轮叶82径向对齐或延伸)。然而从屏板58轴向延伸的切割齿86可在叶轮的外围附近适当位置形成，而不是排出轮叶82的径向延伸，只要设置它们与背板切割齿70啮合或相互作用。叶轮切割齿86也可是可拆卸连接元件，与背板26上的短柱72的方式相类似。
如图5最佳所示，本发明通过在叶轮10和背板26的中心轴附近、提供标记为迷宫结构90的碎片排出结构，进一步阻止碎片在泵14的驱动轴22或密封机构30的附近渗入。迷宫结构90包括从背板26的正面62向外轴向延伸的环92。如图3最佳所示，叶轮10进一步配置一环形通道94，其中当叶轮10和背板26安装在泵中(图1和5)时环92容纳在环形通道94中。叶轮10进一步配置一围绕叶轮10(图3)的中心开口80的环形圈96，其从叶轮10的驱动侧表面54向外轴向地延伸。
一环形肩台98从中心开口80径向延伸至叶轮10的环形圈96。这样如图1和5最佳所示，那些已经从叶轮10的圆周边缘60或外围向着叶轮10的中心进入地任何碎片，进入具有四个九十度转弯的迷宫结构90，碎片和流体必须在迷宫结构90中移动以到达驱动轴22和密封机构30。因此任何碎片要到达驱动轴22或密封机构30的可能就非常小。
到此用具有一屏板58的叶轮10来描述和说明本发明。图6示出本发明的另一实施例，其中叶轮100敞开，或者没有屏板。在该实施例中叶轮100有多个轮叶56，其从叶轮100的中心轴102向外辐射，并从中心轴102向外辐射时弯曲。在叶轮100的驱动侧表面54上，每个轮叶56可进一步构造成具有沿背板26的方向轴向延伸的排出轮叶82。
缺口84沿排出轮叶82形成在叶轮100的外围附近，从而提供位于叶轮100外围附近的叶轮切割齿86。在该实施例中缺口84是弯曲的，而不是图3所示实施例中的直线式。相应地叶轮切割齿86也是弯曲的。然而如前所述，缺口84和叶轮切割齿86可以是直线的。
图6所示实施例中的背板26与之前图2和3所示背板26大致一致。然而如图7所示，构造短柱104相应地与叶轮100的弯曲的叶轮切割齿86相互作用。这样，短柱104形成有弯曲切割齿106，弯曲通道108使弯曲切割齿106相互间隔，适当构造和弯曲弯曲通道108使之能在叶轮100相对背板26旋转时接收叶轮切割齿86。图6和7所示实施例的短柱104硬化以增加耐磨损性，但是当用旧时可替换。可选地该实施例的背板切割齿106可按前述方式与背板26整体地形成。
如前图2和3所述实施例，无肩叶轮100可在叶轮的中心轴102附近配置碎片排出结构。同样该碎片排出结构可以是一迷宫结构90，迷宫结构90包括一系列环形圈96和缺口94，其产生多个拐角转弯，为到达泵的驱动轴碎片和流体必须克服上述拐角转弯。然而更靠近叶轮100的中心轴102的该碎片排出结构，可以是任何便于从驱动轴附近消除碎片的适当的结构或配置。
在普通操作中，叶轮切割齿86和背板切割齿70、106之间的相互作用最终造成两者均被磨损、并在相互作用的切割元件之间形成间隙。相对于背板轴向地校准叶轮，来减小叶轮切割齿和背板切割齿之间的缝隙。继续运转后，叶轮和背板的切割齿均完全被磨损，于是必须替换叶轮或背板上、叶轮上的切割元件，或者两者都必须替换。
包括具有周边切割结构的叶轮和在泵壳或背板上的相互作用的切割元件的本发明的叶轮组件，特别适用于该切碎机类型的离心泵中，也适用于任何类型的离心或泥浆泵中。因为切碎机泵和离心泵的结构通常变化很大，因此对于本领域普通技术人员来讲改变本发明形成各种泵所作的修改是显而易见的。因此在此对本发明的特别地描述和说明仅仅是示例性的，并不限定于此。
权利要求
1.一种用于离心泵的叶轮组件，包括具有吸入侧、驱动侧、中心开口和圆周边缘的叶轮，所述中心开口用于连接到驱动机构；至少一个位于所述叶轮的所述吸入侧上的轮叶；至少一个靠近所述圆周边缘设置所述叶轮的所述驱动侧上的切割结构；和至少一个与所述叶轮的所述至少一个切割结构相互作用而相邻设置的切割元件，来实现在所述叶轮的所述驱动侧上所述圆周边缘附近对固体的切割。
2.根据权利要求1所述的叶轮组件，其特征在于，所述叶轮还包括靠近所述中心开口设置的碎片排出结构。
3.根据权利要求2所述的叶轮组件，其特征在于，靠近所述中心开口设置的碎片排出结构是一迷宫结构。
4.根据权利要求1所述的叶轮组件，其特征在于，所述至少一个相邻设置的切割元件与泵的泵壳连接。
5.根据权利要求1所述的叶轮组件，其特征在于，所述叶轮组件还包括一背板，该背板配置成连接至泵的泵壳，和所述至少一个相邻设置的切割元件连接至所述背板。
6.根据权利要求5所述的叶轮组件，其特征在于，所述至少一个相邻设置的切割元件还包括一背板切割体，背板切割体具有与所述叶轮的所述切割元件互相啮合的切割齿，所述背板切割体与所述背板一体形成。
7.根据权利要求5所述的叶轮组件，其特征在于，所述至少一个相邻设置的切割元件还包括一背板切割体，背板切割体具有与所述叶轮的所述切割元件互相啮合的切割齿，所述背板切割体以可拆卸地连接结构可拆卸地连接至所述背板。
8.根据权利要求1所述的叶轮组件，其特征在于，所述叶轮还包括一屏板。
9.根据权利要求1所述的叶轮组件，其特征在于，所述叶轮还包括至少一个设置在所述叶轮的所述驱动侧上的排出轮叶，沿远离所述中心开口附近的方向远离所述叶轮的所述驱动侧排出固体。
10.一种离心切碎机泵的叶轮，包括具有中心轴、外围，吸入侧和驱动侧的叶轮；在所述叶轮的所述吸入侧上相对于所述中心轴径向向外延伸的至少一个轮叶；和设置在所述叶轮的所述驱动侧靠近其外围的至少一个切割元件。
11.根据权利要求10所述的叶轮，还包括碎片排出结构，碎片排出结构向着所述中心轴与所述外围间隔设置，来从靠近所述中心轴的区域有效排出所述叶轮的所述驱动侧上的固体。
12.根据权利要求10所述的叶轮，还包括设置在所述驱动侧上的至少一个排出轮叶，来远离所述叶轮的所述中心轴排出固体。
13.根据权利要求12所述的叶轮，其特征在于，所述至少一个切割元件构造成所述至少一个排出轮叶的一部分。
14.根据权利要求1所述的叶轮，还包括通过所述驱动侧形成的一中心开口，从所述中心开口径向延伸的一环形肩台，从所述驱动侧轴向延伸、与所述环形肩台相邻设置的一环形圈，和与所述环形圈相邻、围绕所述环形圈并与所述环形圈径向间隔的一环形通道。
15.据权利要求14所述的叶轮，还包括设置在所述叶轮的所述驱动侧上的至少一个排出轮叶，来沿远离所述中心开口的方向排出固体。
16.一种具有泵壳和驱动机构的离心泵，包括具有连接至泵的驱动机构的中心开口、外围和驱动侧的叶轮，所述叶轮具有从所述叶轮的中心轴向外辐射的至少一个轮叶；至少一个切割结构，该切割结构位于所述叶轮的靠近所述外围的所述叶轮的所述驱动侧上；和相邻所述叶轮的所述至少一个切割结构设置的至少一个切割元件，所述至少一个切割元件构造和设置成与所述叶轮的所述至少一个切割结构相互作用，来实现所述叶轮的所述驱动侧上和外围附近对固体的切割。
17.根据权利要求16所述的离心泵，还包括设置在所述中心开口附近的碎片排出结构。
18.据权利要求17所述的离心泵，其特征在于，设置在所述中心开口附近的碎片排出结构包括一迷宫结构。
19.据权利要求17所述的离心泵，其特征在于，相邻所述叶轮的所述至少一个切割结构设置的所述至少一个切割元件固定到泵壳的一部分上。
20.据权利要求16所述的离心泵，还包括，与所述叶轮的所述驱动侧相邻设置的一背板，其中与所述叶轮的所述至少一个切割结构相邻设置的所述至少一个切割元件设置在所述背板之上。
21.据权利要求20所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个切割元件与所述背板一体形成。
22.据权利要求20所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个切割元件可拆卸地连接至所述背板。
23.据权利要求16所述的离心泵，还包括设置在所述叶轮的所述驱动侧上的至少一个排出轮叶，来沿远离所述中心开口的方向从所述叶轮的所述驱动侧排出固体。
全文摘要
一种泵叶轮和相关切割元件，其特别设计并设置在叶轮的外围附近来减小泵送流体或泥浆中所含固体的尺寸，并从叶轮、驱动轴和相关密封机构排出这种固体。
文档编号F01D5/12GK1826469SQ200480020761
公开日2006年8月30日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年7月18日
发明者布兰登·R·多林, 詹姆斯·C·哈蒙 申请人:环境技术泵设备公司