[发明专利]磨损小的涡轮机

说明书

本发明涉及一种用来输送带有固体粒子的介质的涡轮机，这种涡轮机的机壳内设置一个或多个叶轮，叶轮带有至少一个轮盘，在外壳和轮盘之间构成一个叶轮侧空间并在轮盘和外壳之间设置一个间隙密封。

这种可以是泵、透平、水泵-水轮机或类似机器的涡轮机在不同的技术领域中应用。为了提高机器的寿命，设计人员长期以来致力于提高其材料遭受磨蚀性粒子磨损的涡轮机的使用寿命。

为此，采取的第一类措施是，使用特别硬的耐磨材料。例如在叶轮泵中，对磨损特别敏感的范围已证明是叶轮侧空间和位于此范围内的密封。如果由于材料磨损使密封的间隙增大，则会增加液压损耗，从而降低效率。此外，在多级涡轮机中，还可能由此而产生导致直至使机组停机的巨烈振动。

EP-B-0 346 677公开的一个措施是，防止有轴密封的空间和轴密封本身产生磨损。该空间位于叶轮后面并通过一个间隙密封与高压的叶轮的空间隔开。

德国专利DE-OS 2210556公开的一种叶轮泵用特别耐磨的壳体部分(例如限定螺旋通道和叶轮侧空间的耐磨板)而提高了机器的寿命。此外，这种机器由于给水不含固体物质，因而叶轮侧空间和密封可不受磨蚀性粒子的影响。

DE-OS-23 44 576描述的另一个措施是，在间隙密封范围内的结构考虑了附加的输送通道，其入口前联一个循环环形室。借助这一措施可消除流入间隙密封的输送介质中的磨蚀性粒子，即磨蚀性粒子在环形室内被分离后通过输送通道输入叶轮侧空间，没有了磨蚀性粒子的水则以准无固体的状态流向间隙密封。这个措施虽然有一定的初始效果，但经短期运行后便减弱了输送通道的作用。因为在间隙入口区内，由于不断流入的介质的粒子的富集度有所增加并从而加速了磨损。

EP-B-0 288 500公开的另一个措施是，在叶轮盖盘的外侧设置辅助叶片，而这些辅助叶片被环形隔板间断，从而使叶轮侧空间内的液流减小。但正如实际试验证明的那样，这一措施也没有防止磨损。

DE-OS 38 08 598试图借助于一个叶轮后接空间的环壁面的一定倾斜度来提高使用寿命。

US-A 1 634 317公开了一种用于泵工作轮的轴向推力平衡装置。为此，在两个叶轮盖盘的不同直径上设置了间隙环形密封。其中一个间隙环形密封总是位于一个盖盘的外圆周上，而与此共同作用的第二个间隙环形密封则设置在另一个盖盘的较小直径上。在构成一个通过液体的间隙的情况下，叶轮的吸入口浸入外壳的一个凸缘中。密封间隙的旋转壁面部分具有附加的叶片。因此，产生的介质流的作用与叶轮出口的压力相反。所以，叶轮侧空间保持很小的压力损失，同时达到有效的轴向推力平衡。

本发明的任务是，从根本上减少或消除上述磨损问题。解决以上任务的技术方案在于，限定叶轮侧空间的静止壁面沿近壁处介质流的方向在间隙密封前具有一个环形凸起，其形状把近壁处的介质流沿叶轮侧空间静止壁朝叶轮的旋转轮盘方向引导并将其导入介质流较高的旋转运动范围，其中，凸起和轮盘之间的间隙至少为2mm。已经证实，磨蚀性粒子总是在固定的，即不旋转的壁面附近径向向内移动。由于通过叶轮的叶轮侧摩擦产生径向向外的输送作用，而且，在公知的叶轮中通过外部的辅助叶片还会加强这种输送作用，所以，静止的壁面处的含有粒子的介质同样是径向向内流动并流向密封。因此，本发明采取的措施是，在静止的隔壁范围内避免径向向内的粒子输送，而且假如这一目的不能完全实现，则在间隙密封前使近壁处的粒子或含有粒子的近壁处的介质流流入输送介质的较高旋转运动的范围中，然后粒子便可不成问题地从这个范围向外输送并离开受危及的壁面。根据涡轮机的功率数据，相对于叶轮外半径，该结构可设在不同的，即对相应的使用目的最适宜的不同半径上。例如在叶轮出口范围内、在紧靠间隙密封或轴密封之前或其之间的范围内，还有轴和间隙密封之间的一个叶轮侧空间内均可这样设置。具有权利要求9所述特征的、本发明的另一个解决办法是，限定叶轮侧空间的静止壁面，沿近壁处的介质流方向，在间隙密封之前具有一个环形空穴，此空穴的形状能把近壁面介质流沿叶轮侧空间静止壁面朝叶轮的旋转轮盘的方向流动并导入介质流的高的旋转运动范围，其中，空穴的深度至少相当于局部边界层厚度的3倍。此外，本发明的各项从属权利要求描述了本发明的其他实施形式，结合附图来详细说明这些实施形式。

在附图中示出了本发明的各个实施例并在下面对其详细说明。附图所示为：

图1带有涡壳的一级叶轮泵的截面图作为涡轮机的一个实施例，

图2带有设在叶轮之后的导向叶轮的多级叶轮泵作为涡轮机，

图3至图25静止和旋转壁面之间的详细结构。