[发明专利]用于离心泵的叶轮、离心泵及其使用

说明书

本发明涉及一种用于离心泵的叶轮（40）、离心泵及其使用。本发明特别是涉及一种用于离心泵的新的闭式叶轮（40）结构。利用本发明的叶轮的离心泵适于泵送清洁液体和包含固体的液体，例如浆料和纸或板材工业的纤维悬浮液。

技术领域

本发明涉及一种用于离心泵的叶轮、一种离心泵及其使用。本发明特别涉及一种用于离心泵的新的闭式叶轮结构。利用本发明的叶轮的离心泵适于泵送清洁的液体和包含固体的液体，例如浆料或纸或板材工业的纤维悬浮液。

背景技术

节能，换言之效率，现今正在变成各种机器和机器元件（包括离心泵和它们的叶轮）的开发和设计中的一个越来越重要的因素。一直以来已知的事实是，离心泵的叶轮承受它泵送的流体的功没有被完全转换成动能和/或势能，而是它的一部分被浪费在发生于流体与旋转的叶轮和静止的泵蜗壳或静止的蜗形壳二者之间的现象中。尤其，这样的现象包括流体与叶轮和泵蜗壳二者的表面之间的表面摩擦以及叶轮和蜗形壳之间的各种泄漏流等。

几年前欧盟也已考虑到泵送的能源方面，当时他们为设定用于能源相关产品的生态设计要求建立了框架。在2012年，欧盟委员会已经引入了用于电动机系统中所用的产品（例如水泵）的实施措施。根据欧盟调研，形成电动机系统的部件的水泵在各种泵送过程中是基本的，并且存在将这些泵送系统的能量效率改进大约20％至大约30％的总成本效益的潜力。即使主要的节约能够通过电机实现，使用高能效的泵也是有助于这种改进的因素之一。因此，水泵是优先级产品，应当建立针对水泵的生态设计要求。

所以，欧盟已给泵的制造商设定目标，以制造具有作为泵的比转数的函数的特定效率的泵。图1示意性地图示了相对于比转数的两种效率曲线，并且图2示意性地图示了比转数及其与基本泵构建的关系。图2实际上教导的是，比转数越高，泵的容量就越大。换言之，小尺寸的泵具有较低的比转数。

比转数（n_s）指通过压头（H）、流量（Q）和速度（n）来表征泵的叶轮的形状的一维值。比转数通过使用下式来计算：

其中，

压头（H）指泵在指定的操作点处产生的以米[m]为单位的水的液压能的增长，

转速（n）指轴的每分钟转数[rpm]，

流量（Q）指通过泵的流体的体积流率[m³/s]，以及

最佳效率点（BEP）指泵的特定操作点，在所述操作点处，所述泵处于利用清洁的冷水测量的最大液压泵效率。

还有一个需要指定的变量，即液压泵效率或仅仅是效率（η），其是在液体穿过泵通过期间转移到所述液体的机械功率和在所述泵的轴处传送到所述泵的机械输入功率之间的比率。

现在返回到图1，实线曲线A示出了欧盟所要求的效率，并且虚线曲线B示出了一系列具有半开式叶轮的现今的泵的效率。一系列泵是指具有相同的基本构建但不同的容量/流量的泵，所述不同的容量/流量被设计成覆盖客户的差不多所有泵送需要（鉴于流量）。值得注意的是，对于泵系列的操作范围（比转数）中的大部分而言，半开式叶轮具有远高于欧盟要求的效率。但是，在比转数范围的低端处，效率曲线B落到欧盟曲线A之下。

因此，看来为了满足欧盟的要求，必须改进具有低比转数的泵的效率。由于上文中已解释了表面摩擦和泄漏流二者明显都是泵送效率降低的原因，所以必须更详细地考虑它们。

为了泵送纯净的水，使用具有闭式叶轮、具有与工作叶片相对的光滑面的盖板以及耐磨环的离心泵也已是惯例。但是，由于离心泵的比转数与效率相关联，所以当研究具有低比转数的泵时，现在已理解的是，它们因两个对效率具有相对较高影响的叶轮相关的因素而具有较低的效率。第一因素是通过耐磨环的相对于总流量而言较高的泄漏流量。并且第二因素是相对于泵所用的总功率在盖板的光滑面上浪费的能量。