專利名稱：高效、多級離心泵及其裝配方法
高效、多級離心泵及其裝配方法相關(guān)申請

根據(jù)35U. S. C. § 119，本申請要求美國臨時專利申請No. 61/095863的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請No. 61/095863的申請日為2008年9月10日，該文獻(xiàn)的整個內(nèi)容被本文參引。
背景技術(shù)：
高容量和高流量泵殼體設(shè)計通常需要多個折衷。盡管更大的殼體可以提供更高的泵效率，但是更小的殼體通常用于降低成本。另外，單件式泵殼體通常包括很難接近的鑄件內(nèi)部部分。這些泵殼體成型為對鑄造容易、成本減小、尺寸限制和流動效率的考慮因素進(jìn)行平衡。在高容量和高流量的用途中(例如海水反向滲透(SWRO)用途)，增加幾個百分點的效率將能夠顯著降低能量成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實施例提供了多級泵，用于泵送流體并由馬達(dá)驅(qū)動。多級泵可以包括三個泵級，且三個泵級各自包括前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器。前部殼體和后部殼體可拆卸地環(huán)繞葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器連接。流體可以以大約每秒300升和大約每秒500升之間的流量泵送通過三個泵級，且效率在大約86%和大約91%之間。本發(fā)明的一些實施例提供了用于裝配多級泵的泵級的方法。該方法包括分別鑄造前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器，并機(jī)械加工前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器。該方法還包括拋光前部殼體的第一內(nèi)表面、拋光后部殼體的第二內(nèi)表面、 拋光葉輪和拋光裝有葉片的擴(kuò)壓器。該方法還包括使得前部殼體和后部殼體可拆卸地環(huán)繞葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器連接在一起。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三級泵的剖視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的三級泵的剖視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的三級泵的剖視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單級泵殼體的分解透視圖。圖5A是圖4的單級泵殼體的分解剖視透視圖。圖5B是圖4的單級泵殼體的剖視圖。圖6是使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的泵的海水反向滲透(SWRO)設(shè)備的示意圖。圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的泵的性能的曲線圖。圖8A-8C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的泵的側(cè)視圖、端視圖和局部端視圖。圖9是豎向安裝泵的側(cè)視圖，該豎向安裝泵具有表示為用于本發(fā)明一個實施例的尺寸。圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的泵的前部殼體的透視圖。
圖11是圖10中的前部殼體和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪的透視圖。圖12是圖10中的前部殼體、圖11中的葉輪和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)軸的透視圖。圖13是圖10中的前部殼體、圖11中的葉輪、圖12中的旋轉(zhuǎn)軸和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的擴(kuò)壓器的透視圖。圖14是第一和第二前部殼體、圖12中的旋轉(zhuǎn)軸、圖13中的擴(kuò)壓器和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的后部殼體和螺栓的透視圖。圖15是第一和第二前部殼體、第二葉輪、圖12中的旋轉(zhuǎn)軸、圖14中的后部殼體和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的螺栓的透視圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的第一和第二 前部殼體、第二擴(kuò)壓器、旋轉(zhuǎn)軸、后部殼體和螺栓的透視圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的第一、第二和第三前部殼體、旋轉(zhuǎn)軸、第一和第二后部殼體以及螺栓的透視圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的第一、第二和第三前部殼體、旋轉(zhuǎn)軸、第一、第二和第三后部殼體、螺栓以及出口附件的透視圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三級泵在組裝后的透視圖。圖20是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的出口附件或排放頭的透視圖。圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖20中的排放頭與圖19中的三級泵連接的透視圖。圖22是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，用于圖19中的三級泵的馬達(dá)和圖20中的排放頭的透視圖。圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖22中的馬達(dá)和圖20中的排放頭與管道連接的透視圖。圖24是泵的一個實施例的測試數(shù)據(jù)的圖表。圖25包括用于泵的一個實施例的測試數(shù)據(jù)的三個曲線圖。圖26是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，用于較小反向海水滲透泵的極差控制圖 (range chart)0
具體實施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限為用于在下面的說明書中所述或在下面的附圖中所示的部件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和布置方式。本發(fā)明能夠有其它實施例，能夠以各種方式來實現(xiàn)或?qū)嵤?。還有，應(yīng)當(dāng)理解，這里使用的措辭和術(shù)語是用于說明目的，而并不認(rèn)為是限制。這里使用的“包括”、“包含”、或者“具有”和它們的變化形式的意思是涵蓋后面是列出的項和它們的等效物以及另外的項。除非具體說明或以其它方式限制，術(shù)語“安裝”、“連接”、“支承”和“聯(lián)接”以及它們的變化形式將廣義地使用，包含直接和間接地安裝、連接、支承和聯(lián)接。而且“連接”和“聯(lián)接”并不局限于物理或機(jī)械連接或聯(lián)接。下面的說明使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠形成和使用本發(fā)明的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易地清楚所示實施例的多種變化形式，且這里的總體原理可以用于其它實施例和用途，而并不脫離本發(fā)明的實施例。因此，本發(fā)明的實施例并不局限于所示實施例，而是相應(yīng)于與所述原理和特征一致的最寬范圍。下面的詳細(xì)說明應(yīng)當(dāng)參考附圖來閱讀，其中，在不同附圖中的相同元件具有相同的參考標(biāo)號。并不必須按比例的附圖顯示了選定實施例，且并不限制本發(fā)明實施例的范圍。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里提出的實例具有多種有利的變化形式，并將落在本發(fā)明實施例的范圍內(nèi)。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多級離心泵10。該泵10包括進(jìn)口 12、出口 14、泵級16和基座18。泵10可以與馬達(dá)20連接。在一些實施例中，泵10可以用于泵送流體，例如淡鹽水、海水和/或飲用水。在一個示例中，泵10可以用于海水反向滲透(SWRO)用途。在淡鹽水用途中，泵10可以由不銹鋼 (例如316級不銹鋼)來制造。在海水用途中，泵10可以由雙相不銹鋼制造。在飲用水用途中，泵10可以由延性鐵制造，并可以由涂層來涂覆，該涂層適合國家公共衛(wèi)生基金會(NSF) 飲用水標(biāo)準(zhǔn)。其它合適的材料也可以用于淡鹽水、海水和/或飲用水用途。另外，泵10可以用于豎直或水平定位，且在一些實施例中可以用于抽吸罐或其它泵送容器(未示出)中。 在一些實施例中，泵10可以是具有分體式泵殼的泵和桶式泵。如圖1和2中所示，在一些實施例中，泵10可以在吸入端(即鄰近進(jìn)口 12)被驅(qū)動，與在排出端(即鄰近出口 14)被驅(qū)動的常規(guī)泵不同。通過這種吸入端結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸密封件可以位于泵10的低壓吸入端，而不是在高壓排出端，且一個或更多個靜止密封件可以位于高壓排出端處。與常規(guī)設(shè)計(該常規(guī)設(shè)計需要高壓軸密封件以便防止泄露)相比，布置在低壓吸入端處的密封件能夠增加可靠性。不過，在其它實施例中，泵10可以在排出端被驅(qū)動，如圖2中所示。在一些實施例中，各泵級16可以包括泵殼體22，該泵殼體22分成或者制造為兩個或更多零件，如圖1、2、4、5A和5B中所示。在一些實施例中，泵殼體22的各零件可以通過鑄造處理來制造。圖4和5A顯示了單級泵殼體22的分解圖。圖5B顯示了單級泵殼體 22的剖視圖。泵殼體22可以包括前部殼體24、后部殼體26、裝有葉片的擴(kuò)壓器28和葉輪 30。擴(kuò)壓器28可以是靜止的，葉輪22可以由旋轉(zhuǎn)軸32來驅(qū)動，該旋轉(zhuǎn)軸32與馬達(dá)20的軸連接。泵殼體22還可以包括螺栓33、鍵34、開口環(huán)35、0形環(huán)36、帽37、磨損環(huán)38、螺釘 39和軸承40。在一些實施例中，磨損環(huán)38可以帶有鋸齒。前部殼體24和后部殼體26可以通過緊固件42例如螺栓而連接，如圖1和2中所示。在一些實施例中，螺栓42可以跨過全部泵級16，從而連接全部泵殼體22，如圖1中所示。在其它實施例中，多個螺栓42可以分別與各泵殼體22連接，如圖2中所示。例如，如圖4、5A和5B中所示，后部殼體26可以包括通孔44，前部殼體24可以包括盲孔46，以便接收螺栓42。此外，螺栓(未示出)可以用于分別在前部殼體24和后部殼體26的盲孔50和通孔52處連接附加的泵殼體22。例如，如圖4和5中所示，后部殼體26可以包括通孔52， 前部殼體24可以包括盲孔50，以便接收螺栓(未示出)。在常規(guī)的泵中，泵級通常為單件式設(shè)計，這些泵級通過鑄造處理來制造。例如，圖 3的泵10包括單件式泵級22。圖1、2、4、5A和5B的多件式設(shè)計可以有更高的鑄造質(zhì)量，且尺寸和形狀可以設(shè)置成使得泵殼體22的所有內(nèi)部通道能夠完全進(jìn)入。這種進(jìn)入能夠更好地制備鑄件的表面，特別是擴(kuò)壓器28、前部殼體24和后部殼體26的表面。鑄件和內(nèi)部通道的更好表面光潔度可以大大降低摩擦損失。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，更好的表面光潔度將在較低特定速度泵中增加泵效率。還有，多件式設(shè)計使得泵殼體22能夠分開，并在需要時進(jìn)行檢查、重新拋光和/ 或清潔。此外，與單件式設(shè)計相比，在多件式設(shè)計中，更多內(nèi)部表面可以進(jìn)行機(jī)械加工。在一個實例中，利用多件式設(shè)計可以消除在型芯分開線處的毛刺，因為各零件更容易接近，這使得任何毛刺都露出，并能夠很容易除去它。在多件式設(shè)計的一些實施例中，擴(kuò)壓器28、背部蓋26和前部蓋24都可以進(jìn)行機(jī)械加工。此外，擴(kuò)壓器28、后部蓋26和前部蓋24都可以拋光，以便有更好的表面光潔度。如圖5B中所示，流體可以穿過葉輪20的孔眼54，且葉輪的葉片56可以迫使流體高速通向收集器區(qū)域58。擴(kuò)壓器28可以使得高速流體慢下來，并將它導(dǎo)向下一個泵級16， 從而增加流體的壓力。在一些實施例中，葉輪30可以設(shè)計成減小或消除明顯的軸向流動分量(該軸向流動分量可以降低泵效率)，從而使得泵送的流體能夠基本徑向地流向和進(jìn)入收集器區(qū)域58。與常規(guī)設(shè)計相比(該常規(guī)設(shè)計產(chǎn)生了具有無效軸向分量的流體流)，這可以增加效率。在一些實施例中，葉輪葉片56的角度可以在大約18度和大約22. 5度之間。這些葉輪葉片角度使得泵送的流體能夠作為實心體作用，并更直接地接近擴(kuò)壓器葉片60，從而提高泵的效率。還有，擴(kuò)壓可以在各泵級16的整個長度上進(jìn)行。此外，擴(kuò)壓器28可以有比常規(guī)擴(kuò)壓器更好的表面光潔度(由于所述多件式設(shè)計的原因)，從而進(jìn)一步提高泵效率。一些實施例的多件式設(shè)計還可以使用不同尺寸的葉輪30和擴(kuò)壓器28，從而增加泵10用于不同用途的靈活性。例如，收集器區(qū)域58的通道高度可以通過降低擴(kuò)壓器葉片 60的高度或者插入具有更長葉片60的新擴(kuò)壓器28而進(jìn)行調(diào)節(jié)。在殼體部分22中調(diào)節(jié)擴(kuò)壓器葉片60的高度使得泵10能夠通過允許或限制更多或更少流量而具有用于其用途的最佳效率(即獲得最佳效率的流量點)。在單件式設(shè)計中，這將很難或者不可能實現(xiàn)。另外， 通過能夠更準(zhǔn)確地控制擴(kuò)壓器28和具有更高效率的設(shè)計，泵10可以利用更少的泵級16而獲得更快速度(與常規(guī)泵相比)。因此，泵10可以比常規(guī)的泵更緊湊，同時還獲得類似的泵送壓力和流動特征。在進(jìn)口 14處可以使用各種進(jìn)口附件。如圖1和3中所示，可以使用包括短半徑彎管(例如由Fairbanks Morse制造，商標(biāo)為Turbo-Free )的進(jìn)口附件62。短半徑彎管進(jìn)口附件62也可以幫助泵10獲得更高效率。在一些實施例中，進(jìn)口 14和進(jìn)口附件62可以適應(yīng)美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會/液壓協(xié)會(ANSI/HI)標(biāo)準(zhǔn)9.8。此外，也可以使用各種出口附件63。 進(jìn)口附件62和/或出口附件63可以通過緊固件(未示出)而與前部殼體24或后部殼體 26連接。在一些實施例中，泵10也可以用于能量回收裝置(未示出)，以便進(jìn)一步增加系統(tǒng)效率。泵10可以與驅(qū)動渦輪、容積式泵、活塞型旋轉(zhuǎn)泵等連接。在一個實例中，高壓流體可以壓入泵10的出口中，從而使得泵能夠往回運(yùn)轉(zhuǎn)。從進(jìn)口釋放的流體可以具有與進(jìn)入泵 10出口的流體相比更小的動能，且能量可以通過由流體在泵10中產(chǎn)生的運(yùn)動而回收。此夕卜，一個馬達(dá)20可以用于兩個分開的泵10，其中，一個泵10用作供給泵，另一個泵10用作反推泵。圖6顯示了用于海水反向滲透(SWRO)設(shè)備64中的泵10，該海水反向滲透設(shè)備64 具有能量回收裝置66。低壓海水在進(jìn)口 68處進(jìn)入設(shè)備64，并向著泵10或回收裝置66 (例如壓力交換器)行進(jìn)。泵10使得高壓海水朝著反向滲透(RO)隔膜70輸送。反向滲透隔膜70在設(shè)備出口 72處釋放低壓淡水。高壓廢水流也在出口 74處離開反向滲透隔膜70，并進(jìn)入回收裝置66，然后，它再通過升壓泵76而循環(huán)返回至反向滲透隔膜70。最初被導(dǎo)向回收裝置66的低壓海水也可以作為低壓廢水流而在出口 78處釋放。圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的泵10的泵性能的曲線圖。圖7中所示的泵性能可以是36R0類型豎直定向泵，具有包括三個泵級16的多件式殼體設(shè)計。泵10可以制造為具有以下特征，額定參數(shù)為大約每分鐘1489轉(zhuǎn)(RPM)；進(jìn)口直徑為大約711毫米；出口直徑為大約400毫米；五葉片葉輪具有大約590毫米直徑；大約0. 066平方米的葉輪孔眼；大約51毫米的球體(sphere)；以及大約13葉片的碗形件(bowl)。如圖7中所示，泵10可以達(dá)到90%以上的效率(例如以大約每秒400升的流量)。此外，泵10可以以大約每秒300 升和大約每秒500升之間的流量達(dá)到在大約86%至大約91%范圍內(nèi)的效率。圖8A-8C顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例用于44英寸水平泵10的尺寸。在圖8A-8C 中所示的泵10可以有大約27500磅的裸泵重量。在圖8A-8C中所示的泵的抽吸噴嘴可以從所示位置旋轉(zhuǎn)大約15度間距。圖9是豎向安裝的泵10的側(cè)視圖，具有用于本發(fā)明一個實施例的尺寸。在圖8A-9中所示的尺寸單位為英寸，在括號中為毫米。在一個實施例中， 圖9中所示的泵10可為使用三相、2250馬力馬達(dá) 驅(qū)動的36R0泵，其中輸入電壓為大約6600 伏，交流電的頻率為50赫茲。圖9中所示的泵10可以以大約每分鐘1489轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)， 以便獲得大約每秒400升的流量(每分鐘6340加侖)，且總動壓頭為大約298米。由圖9 中所示的泵100泵送的流體的額定排出壓力可以是大約每平方英寸400磅，泵效率可以為平均大約91%。圖10-23顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的裝配處理的階段。前部殼體24、后部殼體26、葉輪30和裝有葉片的擴(kuò)壓器28可以在裝配處理之前進(jìn)行分別鑄造和機(jī)械加工。前部殼體24、后部殼體26、葉輪30和裝有葉片的擴(kuò)壓器28的內(nèi)表面可以機(jī)械加工和拋光，以便提供可用于流體流的最高效率。圖10顯示了泵10的前部殼體24，該前部殼體24準(zhǔn)備用于組件的第一級。圖11顯示了葉輪30下降至前部殼體24中。如圖11中所示，葉輪30可以包括推力平衡孔。推力平衡孔可以在各泵級16中使得各推力平衡，從而不需要平衡鼓或平衡盤。圖12顯示了葉輪30安裝在前部殼體24中且軸32正降低至葉輪30中。圖13顯示了前部殼體24、葉輪30、軸32和擴(kuò)壓器28降低至前部殼體24中。圖14顯示了第一和第二前部殼體24、軸32、處于第一前部殼體24內(nèi)部的位置中的擴(kuò)壓器28以及后部殼體26。 圖15顯示了裝配后的第一級以及通過定位第二葉輪30而正在裝配的第二級。圖16顯示了通過定位第二擴(kuò)壓器28而裝配的第二級。圖17顯示了通過定位第二后部殼體26而繼續(xù)裝配第二級以及通過定位第三前部殼體24而開始裝配第三級。圖18顯示了通過定位第三后部殼體26而繼續(xù)裝配第三級，并顯示了出口附件(即排放頭)63的一部分。圖19顯示了在與馬達(dá)20連接之前的、裝配的三級泵10。在裝配處理中的該時間點，可以檢查軸32 的直線性。圖20顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的排放頭63的另一部分。圖21顯示了與三級泵10連接的排放頭63以及一段管。圖22顯示了用于三級泵10的馬達(dá)20。圖23顯示了與排放頭63和輸出管連接的馬達(dá)20。圖24是泵10的一個實施例的測試數(shù)據(jù)的表格。圖25包括用于泵10的一個實施例的測試數(shù)據(jù)的三個曲線圖。圖26是用于小型海水反向滲透泵的極差控制圖。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，盡管上面已經(jīng)結(jié)合特殊實施例的實例介紹了本發(fā)明， 但是本發(fā)明并不需要這樣限制，附加權(quán)利要求將包含多種其它實施例、實例、用途以及這些實施 例、實例和用途的變化和改變。這里引用的各專利和文獻(xiàn)的整個內(nèi)容將被本文參引，就象各專利或文獻(xiàn)均單獨作為參考而結(jié)合于該文件中。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點在下面的權(quán)利要求中提出。
權(quán)利要求
1.一種高效的多級泵，用于泵送流體，并由馬達(dá)驅(qū)動，該多級泵包括三個泵級，這三個泵級中的各泵級均包括前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器；前部殼體和后部殼體能夠拆卸地環(huán)繞葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器連接； 流體以大約每秒300升和大約每秒500升之間的流量且以大約86%和大約91%之間的效率而被泵送通過所述三個泵級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級泵，還包括進(jìn)口和出口，其中，馬達(dá)在進(jìn)口處驅(qū)動所述多級泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級泵，還包括短半徑彎管，該短半徑彎管安裝在進(jìn)口上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級泵，其中，所述葉輪包括葉輪孔眼，該葉輪孔眼接收流體；以及葉輪葉片，該葉輪葉片基本徑向向外釋放流體；其中，裝有葉片的擴(kuò)壓器包括將流體朝所述三個泵級中的一個導(dǎo)弓I的擴(kuò)壓器葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級泵，其中葉輪葉片的傾斜角在大約18度和大約22.5度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級泵，其中前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器由不銹鋼制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級泵，其中前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器通過鑄造處理來制造。
8.一種用于裝配多級泵的泵級的方法，該方法包括 分別鑄造前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器；機(jī)械加工所述前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器； 拋光所述前部殼體的第一內(nèi)表面、拋光所述后部殼體的第二內(nèi)表面、拋光所述葉輪和拋光所述裝有葉片的擴(kuò)壓器；以及使得所述前部殼體和后部殼體能夠拆卸地環(huán)繞葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器連接在一起。
全文摘要
一種高效多級離心泵及其裝配方法。泵可以包括三個泵級，這三個泵級的各泵級均包括前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器。前部殼體和后部殼體可拆卸地環(huán)繞葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器連接。在三級泵中，流體可以以大約每秒300升和大約每秒500升之間的流量且以大約86％和大約91％之間的效率來泵送。該方法包括單獨地鑄造、機(jī)械加工和拋光各前部殼體、后部殼體、葉輪和裝有葉片的擴(kuò)壓器。
文檔編號F04D17/02GK102369356SQ200980142565
公開日2012年3月7日 申請日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者A·斯達(dá)諾, M·薩戈 申請人:濱特爾泵集團(tuán)股份有限公司