[发明专利]高效流体离心泵

说明书

本发明属于离心泵领域。

离心泵的种类很多，有气体的，液体的，糊状的；有开式的，半开式的，闭式的；有蜗流式的，混流式的；还有单级的，多级的和复级的等等之分。但是在五花八门的离心泵大家族之中却有三个常见的缺点：其一，是机械效率较低；其二，是泵的密封难度较大；其三，是泵轴、电机以及轴承等等另部件容易损坏。

本发明的目的是：除去离心泵的缺点，提高离心泵的功能，它的特征在于：其一，是机械效率比现有技术的离心泵最少提高20％，最多可以提高50％；其二，密封的结构功能提高，使用寿命也可以延长2-3倍。由于密封的功能较好，它不会因漏水造成电机烧毁，滚动轴承毁坏，泵轴、叶轮等另部件的损坏等缺点。

为什么本发明有这么多的优越功能呢？这是因为本发明对离心泵进行了三大改革：

第一，是叶轮的改革：现有技术离心泵的叶轮常见的有星芒式的、渐开线式的和加速式的三大类型。如图1所示：

从图1的叶轮种类中可以看出其中a1、a2、a3属于星芒式的，b1、b2属于渐开线式的，c1、c2、属于加速式的。它们之间各有各的优点和缺点。

图1的a1、a2、a3是星芒式的叶轮，它的优点是：当流体被吸入叶轮后立即产生高速旋转，当流体达到叶轮外径时，流体的旋转速度已达到与叶轮外径线速度相等，而离开叶轮外径，并按叶轮旋转的切线方向进入蜗壳。它的缺点是：当流体被吸入叶轮时，立即被叶片突然冲击式地改变了运动方向，而产生高速旋转。根据运动力学分析，任何物体要改变它的运动方向都要向它施一个适当的力。也就是说：要向它做一定的功，改变的时间越短，速度越快，所需要向它做的功也就越大，因此可以得出结论：星芒式的叶轮所需要消耗功率是比较大的。

图1的b1、b2是属于渐开线式的，它的优点是：当流体被吸入叶轮后，叶片给流体产生两个分力，如图1b1的向量图所示：从该图可以清楚地看出，离心的矢量大于旋转的矢量。因此流体的运动方向改变较小，速度较缓，产生的离心力较大，消耗的功率较小。机械效率相对较高。它的缺点是：当流体离开叶轮外径时线速度较小。

图1的c1、c2是属于加速式的。它的优点是：当流体离开叶轮外径时，流体被叶轮抛出按叶轮旋转的切线方向高速进入蜗槽，而速度大于叶轮外径的线速度。它的缺点与星芒式叶轮相同。

本发明的叶轮是根据现有技术渐开线式的叶轮和加速式的叶轮两者的优点相接合，而设计出来的。如图2所示：

图2的a1、a2、a3属于高压小流量的叶轮设计类型；b1、b2、b3属于中压中流量的叶轮设计类型；c1、c2、c3属于低压大流量的叶轮设计类型。以上三种类型的设计方案都是大同小异的，关键在于长S曲线叶片的设计。该曲线下称：离心加速曲线。设计的具体方案如图3所示；

从图3b长S曲线，即离心加速曲线，可以清楚地看出：当该曲线每转10°时，离心加速和旋转加速的量都是很小的。可以根据A、B、C、D四个向量图的矢量，而得出一个结论是：该离心加速曲线的离心加速度，大于旋转加速度，而每转10°对流体的两个加速度都是非常小的，因此叶轮对流体作功的量也是非常小的，但是当流体离开叶轮外径时，速度已遂暂加速到比叶轮外径线速度还要大一些。这就是该离心加速曲线的优越性。该离心加速曲线的设计方法如下：

①以图3b的O为圆心，以dO为半径划一内圆作为S曲线的起点圆；

②以O为圆心，以D为半径划一大圆，即叶轮外径，亦为S曲线的终点圆；

③以O为圆心，分别以F1、F2、F3、F4为半径，分别划出4个法线圆；

④以内径起点圆G1为起点，与外径圆90°处的G3为终点，划一直线型的法线F5，并在该法线与F2法线交点处设立一个点G2；

⑤以内径起点圆G1为圆心，以do为半径划一园孤相交于法线F2与F5交点处G2为终点的S曲线R1；

⑥以外径90°处G3为圆心，以G2起点为半径划一圆孤R2至外径D1为终点。也就是说：R1是以do为起点相交于G2为终点；R2是以G2为起点相交于D1为终点，而完成S曲线的制作。

do、G2、D1的S曲线必须经过叶轮旋转117°才能将流体抛出叶轮外径，按大于外径D的线速度进入蜗槽。也就是说：流体经过117°的加速才能得到大于叶轮外径的线速度。因为加速的角速度需要经过117°的时间，所以消耗的功率就相对的减少许多。因此叶轮的机械效率也就相对的提高许多。要比现有技术的叶轮提高10％～20％之间。