用于旋转固体处理装备的磨损减少装置的制作方法

相关专利的交叉引用

本申请要求2010年7月21日提交的专利申请号no.61/366，319的权益，特此将其全部内容并入本文作为参考。

本发明涉及一种泵或泵组件、配置或组合；特别是，涉及改进用于其中的叶轮和吸入衬套组合。

背景技术：

在用于固体处理的泵中，寿命减少和提前报废的主要原因在于从叶轮外径到叶轮吸入端的再循环。流体中的固体磨损且腐蚀叶轮和吸入衬套，从而，降低其密封能力并加剧如额外磨损的问题的严重性。

技术实现要素：

根据一些实施方案，本发明以如用于固体处理的泵或泵组件、配置或组合的设备形式实现，包括结合有叶轮的吸入衬套。吸入衬套具有吸入衬套涡纹结构。叶轮包括向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片。吸入衬套涡纹结构和向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片构造为用于处理固体，由此，通过增加从叶轮外围上的高压区域流出的悬浊液的阻力将研磨固体从叶轮/吸入侧衬套间隙排除，并且通过将固体导出叶轮的吸入口而排出试图进入叶轮/吸入侧衬套间隙的固体，从而，基本上阻挡研磨腐蚀以大幅降低磨损，并将叶轮和吸入衬套间的叶轮/吸入侧衬套间隙基本上保持为紧密间隙，由此充分防止因过量渗漏使泵的性能降低。

根据本发明的一些实施方案，吸入衬套涡纹结构以及向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片构造为用于处理固体，该固体基本上具有重量浓度(cw)＜约40％和/或固体粒度分布＜约200微米。

根据一些实施方案，本发明还可包括下列一个或多个特征：

吸入衬套涡纹结构可构造具有下述形式的至少一种：一条涡纹或至少两条重叠的涡纹。

每条重叠的涡纹可构造为从涡纹衬套的内边缘的外周缘开始并在吸入衬套的外边缘或外围终止。

每条重叠的涡纹可构造为从涡纹衬套的内边缘的外周缘开始并在吸入衬套的内边缘和外边缘或外围之间的中间位置终止。

两条重叠的涡纹可构造为从内边缘的外周缘的对置的侧面开始并在外边缘或外围的对置的侧面终止。

叶轮可构造有内边缘和外边缘或外围，以及向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片可从内边缘开始延伸并在外边缘或外围终止。

向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片还可围绕叶轮表面等距间隔。

吸入衬套涡纹结构可构造有外径，至少部分根据所述泵的泵送最佳效率流的百分比而相对于吸入衬套外径调整该吸入衬套涡纹结构的外径的尺寸。

相对于泵衬套外径的吸入衬套涡纹结构的外径的尺寸可与所述泵的泵送最佳效率流的百分比的变化成反比。

当所述泵的泵送最佳效率流的百分比增大时，吸入衬套涡纹结构的外径的尺寸相对于泵衬套外径减小。

当所述泵的泵送最佳效率流的百分比减小时，吸入衬套涡纹结构的外径的尺寸相对于泵衬套外径增大。

文中揭示的本发明有利于将固体从问题区域移除，从而，延长使用寿命并提高泵或泵组件、配置或组合的效率。该技术改进了先前提交的专利申请号wo2005/038260a1中揭示的技术，该先前提交的专利申请对应于美国专利号no.7,766,605，同属于本专利申请的受让人。

例如，实验已经表明，在一些情况下，向前弯曲的泵出叶片具有降低磨损的效果，涡纹结构、泵出叶片结构、固体尺寸分布、和固体体积或重量浓度之间的关系也能达到同样效果：

–对于cw＜约40％，向前弯曲的泵出叶片结合具有涡纹的吸入衬套能明显减少磨损。

–对于d80＜约200微米的固体，向前弯曲的泵出叶片结合具有涡纹的吸入衬套也能明显减少磨损，其中，直径d80应被理解为本质上是大约80％悬浊液颗粒可以通过的筛孔尺寸。

–对于cw＞约50％，向后弯曲的泵出叶片结合具有涡纹的吸入衬套能明显减少磨损。

–当由所述泵泵送的最佳效率流的百分比(％)变化时(如，约50％到80％的qbep范围)，吸入衬套磨损随着涡纹外径相对于吸入衬套外径的减小而减少。

在具有较大重量或体积百分比(％)浓度的悬浊液中，防止吸入侧渗漏至关重要。文中揭示的设计通过增加从叶轮外围上的高压区域流出的悬浊液的阻力将磨损固体从叶轮/吸入侧衬套间隙排除。文中揭示的设计还通过将固体导出叶轮的吸入口而排出试图进入间隙的固体。通过排出和排除固体，可基本上防止磨损腐蚀，并将叶轮和吸入侧衬套之间的间隙基本上保持为紧密间隙，充分防止因过量渗漏使泵的性能降低。

参考下文说明以及附图，本发明的实施例的这些以及其它特征、方面和优点将变得很明显。然而，应明白，所述附图只用于图示说明并不用于限定本发明。

附图说明

附图包括下列各图，所述附图无需按比例绘制：

图1是根据本发明一些具体实施例的包括叶轮(以横截面示出)和吸入衬套的泵或泵组件、配置或组合的一部分的透视图。

图2a是根据本发明一些具体实施例的用于约50％最佳效率点(bep)操作的吸入衬套涡纹结构的平面图。

图2b是根据本发明一些具体实施例的用于约80％最佳效率点(bep)操作的吸入衬套涡纹结构的平面图。

图3a是根据本发明一些具体实施例的向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片的平面图。

图3b是根据本发明一些具体实施例的向后弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片的平面图。

图4是根据本发明一些具体实施例的包括叶轮和吸入衬套的泵或泵组件、配置或组合的一部分的剖视图。

对于示例实施例以下描述，构成其一部分的附图作为参考，附图用于图示可以实现本发明的实施例。同时应明白，在不偏离本发明的范围内作出结构和操作的变化时，也可使用其它实施例。

具体实施方式

图1

图1图示了总地标示为10的叶轮和吸入衬套组合的一部分，根据本发明的一些实施例，其包括叶轮12、吸入衬套14和设置在叶轮12内的轴16。图2a和2b详细地示出了吸入衬套14′，14″的实施例，其分别包括具有总地由箭头144，146标示的吸入衬套涡纹结构的吸入衬套表面140′，140″。图3a和3b详细示出了叶轮12′，12″的实施例，其分别具有叶轮表面120′，120″，该叶轮表面120′，120″包括向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片122或向后弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片124)。在本发明的精神下，还预想到实施例，其中，叶轮具有直的叶轮吸入侧泵出叶片。该组合构造为用于形成图4示出的泵或泵组件、配置或组合的一部分。

根据本发明的一些实施例，吸入衬套涡纹结构142(图1)、144(图2a)、和146(图2b)，以及向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片122构造为用于处理固体，如基本上具有重量浓度(cw)＜约40％和/或固体粒度分布＜约200微米，由此，通过增加从叶轮外围上的高压区域流出的悬浊液的阻力将研磨固体从叶轮/吸入侧衬套间隙排除，并且通过将固体导出叶轮的吸入口而排出试图进入叶轮/吸入侧衬套间隙的固体，从而，基本上防止研磨腐蚀以大幅降低磨损，并将叶轮和吸入衬套之间的叶轮/吸入侧衬套间隙基本上保持为紧密间隙，由此防止因过量渗漏使泵的性能降低。

图2a，2b

图2a示出了总地由箭头144标示的根据本发明的一些实施例用于约50％最佳效率点(bep)操作的吸入衬套涡纹结构，其中，该吸入衬套涡纹结构144包括两条重叠的涡纹144a和144b。

图2b示出了总地由箭头146标示的根据本发明的一些实施例用于约80％最佳效率点(bep)操作的吸入衬套涡纹结构，其中，该吸入衬套涡纹结构146包括两条重叠的涡纹146a和146b。

在图2a和2b中，吸入衬套14′，14″分别具有内边缘ri和外边缘或外围ro。在图2a中，重叠的涡纹144a，144b分别构造为从内边缘ri的外周缘p1开始并在外边缘或外围ro终止。在图2b中，重叠的涡纹146a，146b分别构造为从内边缘ri的外周缘p2开始并在内边缘ri和外边缘或外围ro之间的中间位置il1，il2终止。

在图2a中，两条重叠的涡纹144a，144b构造为从内边缘ri的基本直径对置的侧面s1，s2开始并在外边缘或外围ro的基本直径对置的侧面s1′，s2′终止。同样，在图2b中，两条相叠的涡纹146a，146b构造为从内边缘ri的基本直径对置的侧面s1，s2开始并在相对的中间位置il1，il2终止。通过示例示出图2a，2b中的吸入衬套涡纹结构，但本发明的范围并不局限于此。例如，在本发明的精神下，可以预想到实施例，其包括不同数量的涡纹或不同的涡纹构造。

数学上，涡纹通常理解为从一个中心点出发随着围绕该点的旋转变得越来越远离的曲线。图2a，2b中的涡纹通过示例示出了为实现本发明可使用的涡纹。但是，在本发明的精神下无需过度实验，就可预想到并设计出使用现在已知的或将来研发的其它种类或类型的涡纹的实施例，其包括使用单条涡纹的实施例，该单条涡纹可包括从中心点出发并随着围绕该点的旋转越来越远离的单条曲线，或包括使用多于两条涡纹的实施例，该涡纹可包括分别从中心点出发并随着围绕该点的旋转越来越远离的三条曲线。本发明的范围也意在包括使用一条或多条涡纹的实施例，该涡纹比图2a，2b示出的曲线更迅速或更缓慢地越来越远离该中心点，以及包括使用一条或多条涡纹的实施例，该涡纹比图2a，2b示出的曲线围绕中心点具有更多或更少的旋转而越来越远离该中心点。另外，本发明的范围不局限在涡纹结构中使用的涡纹数量。例如，在本发明的范围内和精神下，可预见使用一条涡纹或至少两条重叠涡纹的实施例，如三条或四条重叠涡纹的实施例。

图3a，3b

图3a中，叶轮12′构造有内边缘ri和外边缘或外围ro，以及向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片122a，122b，122c，……，122l从内边缘ri的外周缘p1开始延伸并在外边缘或外围ro终止。向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片122a，122b，122c，……，122l围绕叶轮表面120′以等距间隔示出。

图3a中，向前弯曲的叶轮吸入侧泵出叶片122a，122b，122c，……，122l通过示例示出，且本发明的范围并不局限于此。例如，预想到包括不同数量叶片的实施例，如少于12个叶片或多于12个叶片。在本发明的精神下无需过度实验，也可预想到并设计出使用现在已知的或将来研发的其它种类或类型的曲线的实施例。

或相较而言，根据本发明的一些实施例，对于cw＞约50％，可使用具有叶轮表面120″的叶轮12″，该叶轮表面120″包括五(5)个向后弯曲的泵出叶片124(见图3b)结合具有涡纹的吸入衬套，如同文中揭示，其也可大幅降低磨损。另外，本发明的范围并不局限于使用的泵出叶片的数量或形状。例如，在本发明的范围内及精神下，可预想到实施例，其中，使用少于五个泵出叶片或多于五个泵出叶片，如两个、或三个、或四个泵出叶片，以及六个、或七个、或八个泵出叶片，还可预想到实施例，其中，使用与图3a所示形状不同的泵出叶片。

图3b中，叶轮12″构造有内边缘ri和外边缘或外围ro，并且五(5)个向后弯曲的泵出叶片124从内边缘ri的外周缘p1开始延伸并在外边缘或外围ro终止。虽然本发明的范围不意在限定各向后弯曲的泵出叶片124之间的任何特定的关系，但图中仍示出了围绕叶轮表面120″等距离间隔的五(5)个向后弯曲的泵出叶片124。另外，本发明的范围不意在限定使用的向后的泵出叶片的数目或形状。例如，可预想到实施例，其中使用少于五个向后的泵出叶片，或多于五个向后的泵出叶片，如两个、或三个、或四个向后的泵出叶片，以及六个、或七个、或八个向后的泵出叶片，还可预想到实施例，其中，使用与图3a所示形状不同的向后的泵出叶片。

图4

图4示出了泵或泵组件、配置或组合的一部分，该部分总地标示为5，具有根据本发明一些实施例设置的叶轮12、吸入衬套14和轴16。叶轮12设置在泵衬套或涡壳7内。在操作时，为了泵送含有固体的液体，发动机(未示出)使叶轮12相对吸入衬套旋转。还可预想到实施例，其中，可使用双壳体设计，例如，使昂贵的硬金属部分容纳在较便宜的材料的外壳中，例如，球墨铸铁。还可预想到实施例，其中，可使用橡胶衬套，并且本发明的范围意在包括其的应用例。

轴/叶轮的配置

在2010年7月20日提交的临时专利申请号no.61/365,947中描述了轴16和叶轮12之间的配置，随后，该专利申请在2011年7月20日以正式实用新型申请号no.13/186,647提交，要求先前提交的临时申请的权益，特此将所述两个申请全部内容并入本文作为参考。

本发明的范围

尽管在具体实施例中描述了本发明的范围，本领域技术人员明白可对这些教导做一些修饰和不同的改变。因此，虽然本发明通过一个或多个优选实施例被具体示出及描述，本领域技术人员明白，在不偏离上述本发明的范围和精神下，可对形式和形状做出一些修饰或改变。