專利名稱：改進(jìn)的皮托管插入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種皮托管式離心泵，尤其涉及一種用于接觸和除去集聚在泵轉(zhuǎn)子上固體的改進(jìn)的皮托管的入口開口。
背景技術(shù)：
在低流量/高壓力的泵工業(yè)中使用皮托管式離心泵是眾所周知的。皮托管式離心泵通常設(shè)有一個容納在泵的殼體內(nèi)的閉合轉(zhuǎn)子。皮托管組件經(jīng)轉(zhuǎn)子的中心開口設(shè)置并固定在泵的殼體中。一個皮托管組件的皮托管臂設(shè)置在該轉(zhuǎn)子內(nèi)并且相對于泵的軸線沿徑向定位。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞皮托管臂旋轉(zhuǎn)時，該皮托管臂保持靜止不動。
在操作中，流體沿旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)過位于轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)沿徑向定位的流體通道流入到轉(zhuǎn)子內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，這些進(jìn)入到轉(zhuǎn)子的內(nèi)部空間中的流體將吸收動量并承受離心力的作用。
皮托管臂設(shè)有一個容納流體的入口，而且該皮托管的入口開口設(shè)置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)邊緣或者內(nèi)徑附近。當(dāng)流體射向轉(zhuǎn)子的內(nèi)邊緣時，其就會經(jīng)該皮托管的內(nèi)部通道流到皮托管的入口中并通過排放出口排出到泵外。
傳統(tǒng)上，在泵中所使用的皮托管及其設(shè)有的入口開口是澆鑄和機(jī)加工制成的。但，在泵連續(xù)使用之后，尤其是當(dāng)泵輸送研磨流體時，該流體對皮托管的開口的撞擊將引起該入口的磨損甚至嚴(yán)重地影響泵的效率。而且，皮托管臂必須整體被更換，這樣就非常貴而且增加了生產(chǎn)費(fèi)用。
針對皮托管的插入件的研究以及該插入件的優(yōu)點(diǎn)首先出現(xiàn)在發(fā)明人Shaw提出的美國專利No.5,997,243(1999.12.7公開并已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本申請的相同受讓人)中。在此，將美國專利No.5,997,243引入作為參考。專利5,997,243公開了一種皮托管入口的插入件，該插入件允許皮托管的入口開口在因使用而磨損或損壞之后被更換掉。該入口插入件不需要更換整個皮托管臂因而降低了生產(chǎn)費(fèi)用。在專利5,997,243中描述的皮托管插入件提高了泵的效率并降低或者消除了皮托管入口的空穴現(xiàn)象和磨損。
皮托管泵中常出現(xiàn)的另一個問題上面并沒有提及到。即，當(dāng)泵送的流體含有顆粒物質(zhì)或者固體時，流體和固體對皮托管的撞擊將使其受到非常嚴(yán)重的損害，尤其是對頭部造成損害。因此，當(dāng)流體中存在固體時，在離心力的作用下，該固體投射到轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上并且能在轉(zhuǎn)子上聚集起來。該積聚的固體聚集在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上，然后，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而與靜止的皮托管發(fā)生撞擊并增加了對轉(zhuǎn)子的阻礙作用。因此，損失了泵效率。固體對入口的撞擊還使皮托管臂及其入口受到損害。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)皮托管泵用于輸送的液體含有積聚在轉(zhuǎn)子內(nèi)的固體時，希望能提供一種具有較高泵效率的皮托管入口，而且希望提供一種皮托管入口插入件，該插入件能在上述條件下提供較高的泵效率，而且還具有以較低費(fèi)用容易地更換的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種皮托管入口，該皮托管入口能接觸和除去積聚在離心泵轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上的固體，從而提高泵的生產(chǎn)效率。盡管本發(fā)明主要是針對用于除去轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上的固體的皮托管入口插入件來進(jìn)行描述的，但本發(fā)明的設(shè)計和結(jié)構(gòu)特征同樣可應(yīng)用于以傳統(tǒng)方式一體澆鑄的皮托管。
本發(fā)明的皮托管入口通常包括一個開口，將該開口設(shè)置并設(shè)計成能容納來自皮托管泵的轉(zhuǎn)子的邊緣部分的流體；以及一個環(huán)繞著該開口的至少一部分圓周或者邊緣的唇部，將該唇部設(shè)計成接觸和除去易于積聚和粘附在轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上的固體。該皮托管入口的唇部通常指向遠(yuǎn)離該開口的方向，從而提供一個類似鏟子的部分，該部分能夠從轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上鏟除固體。
皮托管入口的唇部還設(shè)有一個彎曲的內(nèi)表面，該內(nèi)表面圍繞該入口的開口而設(shè)置從而將固體引入到皮托管的開口中以便排出。該內(nèi)表面的曲率不僅便于將固體引入到皮托管內(nèi)，而且通過以一種可減少皮托管入口內(nèi)遭受到的通常磨損的方式來有效地偏轉(zhuǎn)固體和液體從而增加了皮托管入口的使用壽命。只要該唇部能接觸和除去轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面上積聚的固體，就可對唇部的大小、形狀、尺寸、角度、延伸范圍和/或圓周延伸范圍進(jìn)行改變，以便減小或者消除對轉(zhuǎn)子的阻礙作用從而提高泵的工作效率。


在附圖中，示出了目前認(rèn)為操作本發(fā)明的最好模式圖1是皮托管式離心泵的一部分的橫截面視圖，示出了設(shè)置在泵內(nèi)的本發(fā)明的皮托管入口；圖2是本發(fā)明皮托管入口的第一個實(shí)施例的前視圖，示出了插入件并觀察到入口的開口；圖3是圖2中的皮托管入口沿3-3線剖開的放大橫截面視圖；圖4是圖2中的皮托管入口插入件的透視圖；圖5是圖2中的皮托管入口沿5-5線剖開的橫截面視圖；圖6是計算機(jī)生成的圖2-5中皮托管入口插入件的三維模型，示出了一個入口的視圖；圖7是圖6中的皮托管入口插入件向下傾斜約45度時由計算機(jī)生成的三維模型；以及圖8是本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一種皮托管式離心泵10，該離心泵通常包括一個容納轉(zhuǎn)子14的泵殼體12和一個皮托管組件16。轉(zhuǎn)子14通過驅(qū)動裝置18可在泵殼體12內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而皮托管組件16通過固定在泵殼體12上或者如圖所示固定在總管20上來保持靜止不動。轉(zhuǎn)子14可被稱作輥筒型，其具有一個內(nèi)部空間22，將皮托管組件16的皮托管臂26設(shè)置在該內(nèi)部空間中。流體通過一個入口(沒有示出)進(jìn)入到泵10中，其中，該入口將流體引入到環(huán)繞著皮托管組件16的環(huán)形空間28內(nèi)。流體從環(huán)形空間28沿著在轉(zhuǎn)子蓋32內(nèi)形成的徑向設(shè)置的通道30流動，并進(jìn)入到轉(zhuǎn)子14的內(nèi)部空間22中。
當(dāng)轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)部空間22內(nèi)流體的速度增加且離心力作用到流體上使得該流體運(yùn)動到轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36上。在該處，流體被一個位于皮托管臂26的外側(cè)或者徑向末端上的入口40阻斷。流體進(jìn)入到入口40的開口42中并且通過一個在皮托管臂26內(nèi)形成的通道(沒有示出)而流動。接著，流體進(jìn)入到皮托管組件16中并通過一個在皮托管組件16的孔內(nèi)形成的排放通道沿徑向流動。
從圖1可以看出，皮托管臂26沿長度方向延伸至轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36附近，這樣，在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36和皮托管臂26的入口40之間就形成一個非常小的間隙46。皮托管臂26的開口42提供了一種使流體進(jìn)入到皮托管臂26內(nèi)的方式，但是一些碰到入口40的流體僅僅是以高速和高壓撞擊了入口40或者開口42的邊緣。由此導(dǎo)致的危險已經(jīng)在文獻(xiàn)中描述過了。
當(dāng)皮托管泵10內(nèi)輸送含有固體或者顆粒物質(zhì)的流體時，由于固體或者顆粒物質(zhì)本身在轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)時將受到徑向向外的力，所以就存在固體或者顆粒物質(zhì)在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36上積聚和聚集的傾向。因此，可以看到，即使在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36和皮托管臂26的入口40之間給定了小間隙46，但是入口40仍然會與積聚的固體層撞擊上，而且，受到阻礙作用的轉(zhuǎn)子14為了保持轉(zhuǎn)速需要相應(yīng)的增加馬力。入口40在固體層上的撞擊還將使皮托管臂26的入口40發(fā)生磨損。結(jié)果，泵效率受到了有害的影響。
為了克服上述問題，本發(fā)明提供了一種皮托管入口40，該皮托管入口可接觸并除去積聚的固體，使轉(zhuǎn)子14可自由地旋轉(zhuǎn)并且不會對泵的工作效率造成有害的影響。尤其是，可將皮托管入口40設(shè)計成能承受其它的與固體層撞擊的破壞性動作。因此，本發(fā)明的皮托管入口40包括一個開口42，環(huán)繞該開口的外周邊緣至少部分設(shè)計有一個唇部50，將該唇部設(shè)計成在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36上接觸固體層。
圖2-7更清楚地示出了本發(fā)明的皮托管入口40，而且示出了本發(fā)明一個插入件52，該插入件用于連接皮托管臂26上形成的入口(圖1)并且磨損時可以更換該插入件。然后，還可以理解到，如圖1所示，本發(fā)明的皮托管入口40還可作為皮托管臂26的一體部分，此時，皮托管臂可作為一個單獨(dú)部件來澆鑄。
圖2示出從開口42側(cè)觀察到的皮托管入口40的視圖。入口40的開口42是由一個外周邊緣54環(huán)繞成的，該邊緣構(gòu)成了入口40的開口42。開口42的外周邊緣54的第一部分56從入口40的圓周壁58向內(nèi)設(shè)置從而形成了一個傾斜的肩部60。傾斜的肩部60與轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36間隔開一距離。然而，傾斜的肩部60設(shè)置成可接觸轉(zhuǎn)子內(nèi)的高速流體，尤其是，可將其設(shè)計成有助于流體流入到開口42中，而且使不能流入到開口42中的流體向遠(yuǎn)離入口40方向偏轉(zhuǎn)從而減小對入口40的損害。傾斜的肩部60的特定角度和/或曲率可以進(jìn)行改變以便滿足特定流體應(yīng)用的需要。
開口42的外周邊緣54的第二部分64從開口的中心向外延伸，以便向外擴(kuò)張或者從開口42及外周邊緣54的底部56向外延伸從而提供了一個唇部50。將唇部50設(shè)置在泵內(nèi)并位于轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36的附近位置上。外周邊緣54的第二部分64接觸積聚在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)圓周表面36上的固體，而且唇部50將有效地挖出這些已經(jīng)積聚的固體。
唇部50還包括一個內(nèi)傾斜表面66，將該表面設(shè)計成可將除去的或者俘獲的固體導(dǎo)入到入口40的開口42內(nèi)，這些固體從開口42經(jīng)皮托管組件排出。內(nèi)傾斜表面66具有一彎曲部分，其不僅易于將固體導(dǎo)入到開口42中，而且易于使固體和液體以減小通常對皮托管入口的損害作用的方式來偏轉(zhuǎn)。結(jié)果，皮托管入口40(及插入件52)的使用壽命增加了。
在外周邊緣54的向內(nèi)設(shè)置的第一部分56過渡到外周邊緣54的向外設(shè)置的第二部分64之處設(shè)有一個外周邊緣54的過渡區(qū)域70。在圖5的橫截面視圖中，進(jìn)一步示出了外周邊緣54的過渡區(qū)域70，與入口40的傾斜肩部60相比，入口40的圓周壁58彎曲較小，從而提供了一個過渡肩部74，而且入口40的內(nèi)表面76還朝外周邊緣54向外彎曲從而提供了一個過渡的內(nèi)傾斜表面78。包含本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)元件還可在圖6和7中計算機(jī)生成的三維模型中示出。
此外，如圖2-7所示，圖示的本發(fā)明皮托管入口40為一個可以連接到皮托管臂上的插入件52，該皮托管臂已經(jīng)澆鑄和/或機(jī)加工出一個開口來容納該插入件52。為了能將該插入件52容納在皮托管臂中，插入件52還設(shè)有一個頸部80，該頸部80的外徑82(圖3和圖5)小于入口40的圓周壁58的外徑84。臺階86抵靠在一個環(huán)繞著在皮托管臂內(nèi)形成的澆鑄或者機(jī)加工的開口的邊緣上。
入口40的唇部50設(shè)計成不僅能挖出積聚在轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上的固體，而且還能將自由移動的固體引導(dǎo)到入口40的開口42中以便同時將這些固體除去。此外，入口40的傾斜肩部60設(shè)計成可提供一種供流體在其上流動的空氣動力表面，從而提高泵的效率。盡管入口40的唇部50，借助于其向外擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)傾斜表面66，對流體和固體在轉(zhuǎn)子內(nèi)圓周面上的運(yùn)動產(chǎn)生了某些阻礙從而減少了泵的效率，但是已經(jīng)證明，由于該阻礙作用引起的泵效率的損失可以通過解決積聚的固體問題來獲得皮托管效率增加和使用壽命提高。
如圖1-7所示，本發(fā)明的第一個實(shí)施例示出了一種具有唇部50的入口40，其中，唇部50繞由外周邊緣54形成的開口42的圓周延伸約180°。但，如圖8的一種變型實(shí)施例所示，唇部50可以繞入口40的開口42延伸約360°從而提供一種相對開口42的整個圓周的挖掘能力。圖8是經(jīng)變型實(shí)施例的入口40的橫截面視圖，而且該視圖與沿入口40的縱軸線90剖開的橫截面位置無關(guān)，都是相同的。
皮托管入口40的唇部50尤其是由于設(shè)置了內(nèi)傾斜表面66，將會更有效地將固體和流體導(dǎo)入到入口40的開口42中并且鏟除積聚在轉(zhuǎn)子的外周邊緣上的固體。但，唇部50的360°延伸范圍增加了流體的阻力并可能因而降低效率。在使用高固體含量的液體中，具有360°唇部50的皮托管入口40與現(xiàn)有的不帶有唇部的皮托管入口相比仍然具有顯著的優(yōu)點(diǎn)并提高了泵的效率。本發(fā)明入口40的唇部50可相對入口40的開口42從5°到360°之間延伸。
本發(fā)明已經(jīng)描述和示出的入口40是由外周邊緣54形成的具有大體上圓形開口42且是由圓周壁58形成的大體上圓形外圓周。然而，入口40及其開口42的形狀和尺寸不一定是圓形的。事實(shí)上，入口40和/或開口42可以是適于使用的任何合適的形狀。作為例子，入口40和開口42可以是卵圓形的形狀。
本發(fā)明的入口40可以利用現(xiàn)有的方法在一個模具中通過澆鑄制成，入口40可以是作為皮托管臂的一部分來一體制成或者以插入件的型式來制成。可替換的是，尤其是針對本發(fā)明包含360°唇部的實(shí)施例而言，入口40可以利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法對棒料進(jìn)行機(jī)加工制成。入口可以由諸如碳化鎢的具有較高抗腐蝕性的任何合適的材料來制成。各種其它的材料同樣都可使用。
將皮托管入口設(shè)計成當(dāng)輸送含有固體的流體，尤其是當(dāng)固體具有沿泵的轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面積聚的一種型式或者集結(jié)物時，能提供較高的泵效率。本發(fā)明的皮托管入口可在形狀和尺寸上進(jìn)行修改以便滿足各種應(yīng)用的需要。因此，本文針對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述僅供參考性而非限定性的。
權(quán)利要求
1.一種用于離心泵的皮托管，包括一個皮托管臂，其沿徑向設(shè)置在離心泵的轉(zhuǎn)子內(nèi)；以及一個在所述的臂內(nèi)形成的入口，將該入口設(shè)置成容納來自泵轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面的流體，所述的入口還包括一個唇部，該唇部設(shè)置成可接觸和除去積聚在轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上的固體并且將該固體導(dǎo)入到所述的入口中以便從泵中排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮托管，其特征在于，所述的入口還包括一個由外周邊緣形成的開口，而且所述的唇部相對所述開口沿所述開口的圓周延伸約5°到360°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的皮托管，其特征在于，所述入口的所述唇部具有一用于將固體導(dǎo)入到所述入口的所述開口中的內(nèi)傾斜表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮托管，其特征在于，所述的入口還包括一個圓周壁和一個由外周邊緣形成的開口，所述的外周邊緣包括一個從所述圓周壁向內(nèi)延伸以提供一種傾斜肩部的第一部分，以及一個相對于所述外周邊緣的所述第一部分向外延伸以提供所述唇部的第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的皮托管，其特征在于，所述的唇部相對所述入口的所述開口沿所述開口的圓周延伸約5°到約350°。
6.一種皮托管入口插入件，包括一個三維主體，該主體具有一個圓形壁和一個容納在一皮托管的入口的開口中的頸部；一個與所述頸部相對設(shè)置的開口，所述的開口是由一個外周邊緣來形成；以及一個在所述開口的至少一部分上形成的唇部，所述的唇部設(shè)置成接觸并除去離心泵的轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周表面上積聚的固體，并且將所述固體引入到所述開口中以便從泵中排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的皮托管入口插入件，其特征在于，所述入口的所述唇部具有一個用于將所述固體引入到所述入口的所述開口中的內(nèi)傾斜表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的皮托管入口插入件，其特征在于，所述唇部相對所述開口沿所述開口的圓周延伸約5°到360°。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的皮托管入口插入件，其特征在于，所述的外周邊緣還包括一個第一部分和一個第二部分，所述的第一部分從所述皮托管入口插入件的所述圓周壁向內(nèi)延伸以提供一種傾斜的肩部，而所述的第二部分相對于所述外周邊緣的所述第一部分向外延伸以提供所述的唇部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的皮托管入口插入件，其特征在于，所述的唇部相對所述開口沿所述開口的圓周延伸約5°到約350°。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的皮托管入口插入件，其特征在于，所述唇部還包括一個用于將所述的固體引入到所述開口中的內(nèi)傾斜表面。
全文摘要
一種用于離心泵的皮托管(26)的皮托管入口(40)，該皮托管入口在輸送含有固體的流體且固體沿泵的轉(zhuǎn)子(14)的內(nèi)表面出現(xiàn)積聚時可提高泵的效率。該皮托管入口可接觸和除去積聚在轉(zhuǎn)子中的固體，以便減小對轉(zhuǎn)子的阻礙作用，從而減少皮托管的磨損并提高泵的效率。
文檔編號F04D1/12GK1551951SQ02817380
公開日2004年12月1日 申請日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者喬爾·奎因, 喬爾 奎因 申請人:環(huán)境技術(shù)泵設(shè)備公司