具有防止气锁的轴向弯曲叶片延伸部的叶轮的制作方法

本申请要求2014年8月6日提交的编号为62/033814(911-017.043-1//M-RLE-X0014)临时专利申请的权益，以引证的方式将该申请的全文并入。

技术领域

本发明涉及一种泵；更具体地涉及一种具有叶轮的离心泵，该叶轮具有用于泵送液体的叶片。

背景技术：

通常，在离心泵中，流体借助由叶轮对其施加的离心力来加速。叶轮是由马达驱动的转盘，转盘的前侧具有从转盘突出的向被泵送的流体传递能量的叶片。叶轮的叶片例如如图1中显示的通常靠近泵入口附近的泵体的内壳延伸。

具体地，图1显示了通常被指示为P1的一个已知离心泵的示例，该离心泵具有叶轮2，该叶轮具有径向弯曲的叶片11。在泵P1中，泵送过程将很可能在泵的叶轮2在其开始转动时未完全浸没在液体中时失灵。可能发生这种事情的情形是在空气被困在泵P1中时。该情形被称为或认为是气锁情形。

如图2中显示的，气锁可能在来自前一个泵送周期的液体停留在离心泵P1的排放管道系统S的管道中的低陷8(图2B)中但不再处于离心泵P1本身的外壳7的泵室13中时发生。例如，比较图2A和图2B中显示的内容，其中，图2A中的泵P1可以推动水穿过包括管道的排放系统S，该管道具有一个或更多个低陷8；并且图2B中的泵P1具有在泵送周期之间被困在一个“低陷”8中的水，该水使得泵P1气锁，因为，空气被困在“低陷”8的上游，这防止水被泵送进入穿过入口1并到达泵P1的泵室或腔13(图1)中。(换言之，泵P1外部的水无法借助排放系统S取代被困在泵室13中的空气。)因为这一点，所以图2B中泵的叶轮2不接触且无法接触泵室13中的任何液体，因此无法迫使被困的空气离开泵P1。叶轮2将保持在空气中无限自旋，并且泵P1将不能执行其预期的用途。

在正常操作期间，在图1中所显示的典型离心泵配置中，液体进入穿过入口1，并且由于因叶轮2的旋转而引起的离心力而被叶轮2加速到其外围，叶轮的旋转从由马达5驱动的马达轴6的动作而产生。主液流离开穿过出口4，到达图2中所显示的排放系统。然而，为了使泵送过程发生，径向弯曲的叶片11必须被物理地浸没在泵室或腔13中的某一液体中。在诸如关于图2B中显示且描述的情形的情况下，例如在前一泵送周期期间从泵P1泵出的液体可能被困在排放系统S的管道中。如图2B中显示的，来自前一泵送周期的液体可能被物理地困在出口软管中的“低陷”8中。低陷8中的该被困液体防止空气离开泵P1的出口4，并且将空气困在由泵外壳或体7的内部和被困液体的软管上游部分有效组成的泵室或腔13的内部。该被困空气的腔例如与图5中显示的情况一致地防止典型的离心泵叶轮2接触泵P1下方的液体并开始泵送过程。

鉴于上述内容，本领域中需要一种具有克服已知叶轮设计的上述“气锁”问题的更佳叶轮设计的泵。

技术实现要素：

装配有防气锁轴向弯曲叶片的叶轮

根据一些实施例，本发明可以采取一种装置的形式，该装置以新且独特的防气锁叶轮为特征，该防气锁叶轮被配置为安装在泵的马达轴上，防气锁叶轮具有径向弯曲的叶片，该叶片被配置为在泵外壳的泵室内部旋转，以将液体从泵室泵送到泵的出口，防气锁叶轮还具有被形成为一组轴向弯曲叶片延伸部的防气锁叶片，该延伸部被配置为：

沿着马达轴的轴线延伸，

在一部分被配置在泵室内部的情况下旋转，

突出穿过入口且在另一部分被配置在入口外部以便浸没在泵下面的要泵送的任意液体中的情况下旋转，

将液体抽送穿过入口进入泵室中，并且

向径向弯曲的叶片提供液体，以便生成迫使任意被截留空气离开外壳的泵室的压力。

本发明还可以包括以下特征中的一个或更多个：

一组轴向弯曲的叶片延伸部可以被配置有通过使用笛卡尔x、y、z坐标系中的参数方程而生成的轴向叶片曲率。用示例的方式，一组轴向弯曲的叶片延伸部可以使用如下一组方程，由t为扫描参数的笛卡尔x、y、z坐标系中的参数方程来定义：

x＝D*cos(at)*e^-bt，

y＝D*sin(at)*e^-bt，以及

z＝h-ctⁿ，

其中，

a、b、c以及n是取决于特定叶轮的常数，

D是轴毂直径，并且

h是延伸部长度。

径向弯曲的叶片可以被配置为提供泵送动力，该泵送动力用于提供要从泵室向出口泵送的液体，并且一组轴向弯曲的叶片延伸部可以被配置为迫使泵下方的液体轴向移动至泵室中且移动至径向弯曲的叶片中，以被泵送。

泵和防气锁叶轮的组合

根据一些实施例，本发明可以采取一种诸如泵的装置的形式，该泵以外壳结合新且独特的防气锁叶轮为特征。

外壳可以包括入口，该入口被配置为接收要泵送的液体；出口，该出口被配置为提供正在被泵送的液体；泵室，该泵室在其中被形成在入口与出口之间；以及轴，该轴被配置为相对于泵室旋转。

与上述内容一致的，防气锁叶轮可以被配置在轴上，并且可以包括径向弯曲的叶片，该叶片被配置为在泵室内部旋转，以将液体从泵室泵送到出口。防气锁叶轮还可以包括被形成为一组轴向弯曲叶片延伸部的防气锁叶片，该延伸部被配置为：沿着轴的轴线延伸，在一部分在泵室内部的情况下旋转，突出穿过入口且在另一部分在入口外部以便浸没在泵下面的要泵送的任意液体中的情况下旋转，将液体抽送穿过入口进入泵室中，并且向径向弯曲的叶片提供液体，以便生成迫使任意被截留空气离开外壳的泵室的压力。

在操作中，一组轴向弯曲的叶片延伸部被配置为延伸出外壳的入口，并且无法在泵的泵室或腔内部经受被困空气情况。

泵可以是离心泵。

根据一些实施例，本发明可以采取包括上述特征的某一组合的装置的形式。

本发明的一个优点是它提供了一种克服已知叶轮设计的上述气锁问题的泵的更佳叶轮设计。例如，根据本发明的叶轮设计以从泵体或外壳的底部突出的防气锁叶片为特征，这解决一些泵否则使用已知叶轮设计可能经历的气锁问题。因为这一点，所以根据本发明的叶轮设计为现有技术提供了重要贡献。

附图说明

附图包括图1至图8，图1至图8不是必须等比例绘制，附图如下：

图1显示了本领域中已知的典型离心泵配置。

图2包括图2A和图2B，其中，图2A显示了本领域中已知可能引起气锁的泵定位，并且其中，图2A显示了气锁情况下图2A中的泵。

图3包括图3A和图3B，图3A和图3B各显示了本领域中已知的、仅具有在泵外壳之内的径向弯曲叶片的典型叶轮，其中，图3A显示了典型叶轮的俯视图，并且其中，图3B显示了典型叶轮的侧视图。

图4包括图4A和图4B，图4A和图4B各显示了根据本发明的一些实施例的、装配有防气锁叶片的叶轮，其中，图4A显示了根据本发明的一些实施例的、装配有防气锁叶片的叶轮的俯视图；并且其中，图4B显示了根据本发明的一些实施例的、装配有防气锁叶片的叶轮的侧视图。

图5显示了泵的底部的部分剖面图，该泵具有内部配置有像图3中显示的典型叶轮的泵外壳，这导致泵外壳之内的径向弯曲叶片在气锁情况下“在空气中自旋”。

图6显示了泵的底部的部分剖面图，该泵具有内部配置有像图4中显示的、装配有防气锁叶片的叶轮的泵外壳，其中，轴向弯曲的叶片延伸部从泵外壳中的底部开口突出到例如泵下面的水中。

图7显示了具有泵外壳的泵的侧视图，该泵外壳具有被完全封闭在泵体或外壳内部的、像图3和图5中显示的典型叶轮。

图8显示了具有泵外壳的泵的侧视图，该泵外壳具有装配有像图4和图6中显示的防气锁叶片的叶轮，该叶片从泵体或外壳的底部突出。

具体实施方式

图4、图6以及图8

如图4、图6以及图8中显示的，本发明可以包括大体被指示为20(图4)的防气锁叶轮或采取该防气锁叶轮的形式，该防气锁叶轮用于配置在大体被指示为P2(图6和图8)的泵中，该泵具有外壳7(图6和图8)。

外壳7可以包括入口1，该入口被配置为接收要泵送的液体；出口4，该出口被配置为提供正在被泵送的液体；泵室13，该泵室在其中被形成在入口1与出口4之间；以及马达轴6，该马达轴6被配置为相对于泵室13旋转(例如，所有部件如图6中显示)。

防气锁叶轮20可以被配置在马达轴6上，并且可以包括大体被指示为22的径向弯曲的叶片，该叶片被配置为在泵室13内部旋转，以将液体从泵室13泵送到出口4(图8)。在图4中，叶轮20被显示有基部21和径向弯曲的叶片22a、22b、22c、22d、22e。

防气锁叶轮22还可以包括大体被指示为24的防气锁叶片，该防气锁叶片被形成为一组轴向弯曲的叶片延伸部24a、24b、24c、24d、24e，该叶片延伸部被配置为沿着马达轴6的轴线A(图6)延伸，在大体被指示为24’(亦称24w/单上撇号)的一部分在泵室13内部的情况下旋转，突出穿过入口1且在另一部分24”(亦称24w/双上撇号)在入口1外部以便浸没在泵P2下面的要泵送的任意液体中的情况下旋转，将液体抽送穿过入口1进入泵室13中，并且向径向弯曲的叶片22a、22b、22c、22d、22e提供液体，以便生成迫使任意被截留空气离开外壳7的泵室13的压力。

用示例的方式，径向弯曲的叶片22a、22b、22c、22d、22e可以被配置为例如如图4A中显示的从防气锁叶轮20的外围或外缘径向弯曲，朝向防气锁叶轮20的中心和马达轴5的轴线A向内螺旋，并且与轴向弯曲的叶片延伸部24a、24b、24c、24d、24e相遇。作为比较，并且用示例的方式，轴向弯曲的叶片延伸部24a、24b、24c、24d、24e可以被配置为例如如图4A中显示的轴向弯曲且围绕或相对于马达轴5的轴线A螺旋，并且从外壳7的入口1向外延伸。

在图4中，防气锁叶轮20被显示有五(5)个径向弯曲的叶片和五(5)个轴向弯曲的叶片延伸部，但本发明的范围不旨在限于该数量的径向弯曲叶片和/或轴向弯曲叶片延伸部。例如，预想以下实施例(且预期本发明的范围包括)：防气锁叶轮20具有多于或少于五个径向弯曲的叶片和/或轴向弯曲的叶片延伸部，例如包括四个径向弯曲的叶片和/或四个轴向弯曲的叶片延伸部，或者六个径向弯曲的叶片和/或六个轴向弯曲的叶片延伸部等。用另外示例的方式，预想以下实施例(且预期本发明的范围包括)：防气锁叶轮20可以包括与轴向弯曲叶片延伸部不同数量的径向弯曲叶片，例如，包括四个径向弯曲的叶片和/或五个轴向弯曲的叶片延伸部，或者五个径向弯曲的叶片和/或四个轴向弯曲的叶片延伸部等。

在操作中，根据本发明的一些实施例，泵P2可以包括具有延伸部或部分24”的防气锁叶轮20，该延伸部或部分突出穿过泵P2的入口1，以便与泵P2下面的液体接触，而不管可能被截留在泵P2内的空气如何。该延伸部或部分24”例如可以如6中显示的被配置有轴向弯曲叶片24a、24b、24c、24d、24e，该轴向弯曲叶片抽送或迫使液体轴向(例如，相对于轴线A)移动至泵室13中。一旦液体在泵室13内部，则径向弯曲的叶片22a、22b、22c、22d、22e可以生成迫使所困空气离开泵送系统的足够压力，并且泵P2可以正常操作。

该组轴向弯曲的叶片延伸部24a、24b、24c、24d、24e可以被配置为例如与图6和图8中显示的一致地从泵P2下方突出穿过泵入口1。轴向弯曲的叶片延伸部24a、24b、24c、24d、24e例如如图6中显示的突出泵入口1，以便浸没到可以在泵P2下方的任意水中。这些轴向弯曲的叶片延伸部24a、24b、24c、24d、24e迫使泵P2下方的水轴向移动至泵室13中，并且进入径向弯曲的叶片22a、22b、22c、22d、22e中。该防气锁叶轮20有效浸没它们并允许它们生成迫使任意被截留空气离开泵送系统的足够压力。图7和图8分别显示了分别根据本发明的一些实施例的、装配有被完全封闭在泵体内部且未显示的典型叶轮的泵P1和具有从泵P2的底部突出的延伸部或部分24”的防气锁叶轮20的外部视图。

延伸部分24”的长度

本发明的范围不旨在限于防气锁叶轮20的延伸部或部分24”从泵P2的底部延伸或突出的任何特定长度或量。例如，取决于特定应用，防气锁叶轮20的延伸部或部分24”可以被配置为从泵P2底部更多或更少地延伸或突出。具体地，在一些应用中，预想以下实施例(且预期本发明的范围包括)：防气锁叶轮20的延伸部或部分24”被配置为从泵P2的底部延伸或突出大约一英寸；在其他应用中，预想以下实施例(且预期本发明的范围包括)：防气锁叶轮20的延伸部或部分24”被配置为从泵P2的底部延伸或突出多于一英寸(例如，两英寸)；并且在又一些应用中，预想以下实施例(且预期本发明的范围包括)：防气锁叶轮20的延伸部或部分24”被配置为从泵P2的底部延伸或突出少于一英寸。

轴向叶片曲率

该组轴向弯曲的叶片延伸部可以以通过使用笛卡尔x、y、z坐标系中的参数方程而生成的轴向叶片曲率而配置。用示例的方式，轴向叶片曲率可以通过使用t为扫描参数的笛卡尔x、y、z坐标系中的以下参数方程来生成：

x＝D*cos(at)*e^-bt，

y＝D*sin(at)*e^-bt，以及

z＝h-ctⁿ，

其中，

a、b、c以及n是取决于特定叶轮的常数，

D是轴毂直径，并且

h是延伸部长度。

然而，本发明的范围不旨在限于上述轴向叶片曲率、或现在已知的任何特定轴向叶片曲率、或笛卡尔x、y、z坐标系中的任何特定预定参数方程。例如，预想以下实施例(且预期本发明的范围包括)：在本发明的精神内使用现在已知或稍后在将来开发的其他轴向叶片曲率以及笛卡尔x、y、z坐标系中的其他预定参数方程。

泵P2的其他组件

如本领域技术人员将理解的，泵P2包括本身不形成本发明的部分且由此详细描述的、附图中显示的其他组件。例如，其他组件可以包括例如如6中显示的轴封3、马达5、马达轴6和/或用于将防气锁叶轮20耦合到马达5的马达轴6的紧固件6a。本领域中已知这些其他组件，并且本发明的范围不旨在限于现在已知或稍后在将来开发的任何特定种类或类型的组件。

可能应用

可能应用包括：可以用于可能气锁的情况的任意离心泵。

本发明的范围

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，可以在不偏离本发明范围的情况下对于本发明的元件进行各种变更，并且可以代替等同物。另外，可以在不偏离本发明必要范围的情况下进行修改，以使特定情况或材料适应本发明的示教。因此，预期本发明不限于这里被公开为对于进行本发明预期的最佳模式的特定实施例。