离心泵以及在这种离心泵中使用的双弯曲转子叶片的制作方法与工艺

本发明涉及一种离心泵，该离心泵特别地用于泵送可能包括土壤的物质的混合物，该离心泵包括：-泵壳体，该泵壳体设置有轴向入口和切向地附接至泵壳体的圆周壁的出口，-转子，该转子附接在泵壳体中，使得该转子能围绕轴向旋转轴线A旋转，该转子设置有：中央凸台(boss)；轴罩，紧固至凸台；抽吸罩(suctionshield)，附接成在轴向上远离轴罩而设置，该抽吸罩具有与泵壳体的轴向入口对准的轴向供应部(axialsupply)；以及多个双弯曲转子叶片(doublebentrotorblade)，所述双弯曲转子叶片被紧固在罩之间，并且每个双弯曲转子叶片均在径向外端与径向内端之间基本(substantially，大致，充分地)横向于旋转轴线A延伸。本发明还涉及一种在这种离心泵中使用的双弯曲转子叶片以及包括这种离心泵的船(vessel)。

背景技术：
离心泵是已知的。可区分出两种泵：具有单弯曲转子叶片的泵(诸如在EP2236836A2和JP8284885中呈现的)，以及具有双弯曲转子叶片的泵。它的实例从欧洲专利申请EP1903216A1和EP1906029是已知的。所述文献涉及与双弯曲转子叶片相关的问题及其解决方案。在图1和图2中示出具有双弯曲转子叶片的这样的离心泵的实例。图1和图2示意性示出了离心泵1，该离心泵包括形状如涡形(volute)(螺旋壳)的泵壳体2。泵壳体2具有圆周壁3和切向地附接至泵壳体2的圆周壁3的喷嘴形出口5。泵壳体2的切向出口5的内表面与圆周壁3的内表面之间的连接处限定已知为分水角(cutwater)4的部分。泵壳体2还具有轴向入口6。转子7附接在泵壳体2中，使得转子可围绕轴向旋转轴线A旋转。转子7具有可紧固至驱动轴(未示出)的中央凸台9。轴罩11从中央凸台9延伸。轴罩11形成用于界定转子7中的流动的第一壁。远离轴罩11而轴向地设置的转子具有抽吸罩12，该抽吸罩限定用于界定转子7中的流动的第二壁。抽吸罩12具有与泵壳体2的轴向入口对准的轴向供应部14。在罩11、12之间紧固有多个(在图1和图2中为三个)转子叶片15。在该例证性实施例中，转子7包括三个转子叶片15。每个转子叶片15均与旋转轴线A基本成径向地延伸。每个转子叶片15均包括径向内端18(前缘)和径向外端17(后缘)。径向外端17和径向内端18从轴罩11延伸至抽吸罩。在转子7的径向外端17与泵壳体2的圆周壁3的内表面之间存在圆周通道19。圆周通道19具有通路表面积(passagesurfacearea，通路表面区域)，该通路表面积从分水角4朝向出口5在圆周方向上略微增大。在图1和图2中表示离心泵1的特征性尺寸。这些特征性尺寸很大程度上决定泵的特性。转子7具有由罩11、12的径向外边缘限定的最外直径Dw。转子7具有在轴罩11和抽吸罩12的相互面向的表面之间延伸的宽度Bw。转子7的径向供应部14限定抽吸直径Dz。入口管可连接至泵壳体2的轴向入口6。离心泵1还具有已知为球形通路Bol的部分，该球形通路由能在转子叶片之间穿过的最大球体的直径限定(如在图1中表示)。转子叶片15为双弯曲转子叶片，这意味着转子叶片在从径向内端18(前缘)至径向外端17(后缘)的第一方向上为弯曲的，并且在与第一方向垂直的第二方向上是弯曲的。在图1中还示出了由泵壳体2的喷嘴形出口5的最窄通路限定的喉直径(throatdiameter)Dk。所述最窄通路位于分水角4的附近。喷嘴形出口5还具有位于其尖端处的压直径(pressdiameter)Dp。在交叉处4与旋转轴线A的高度之间平行于出口5的中心线B延伸的距离由参数T表示。圆周通道19在分水角4的位置处的厚度在图1中由V表示。在运行期间，转子围绕旋转轴线A旋转。在转子叶片15之间，待泵送的主体(mass)在离心力的影响下径向向外地被迫使进入到泵壳体2中。所述主体然后在泵壳体2的圆周方向上被携带(entrain)朝向泵壳体2的切向出口喷嘴5。在离开转子7之后在泵壳体2的圆周方向上被携带的泵送的主体大部分从泵壳体2的切向出口流出。少量的被携带主体进行再循环，即，沿着分水角流回到泵壳体2中。图3示出了以上参照图1和图2所描述的转子7的实例的立体图。所述离心泵1可在挖泥作业中使用。如果离心泵1位于挖泥船(诸如绞吸式挖泥船(cuttersuctiondredger)或耙吸式挖泥船(hoppersuctiondredger))上，则离心泵1必须从海底引出可能包括土壤、石头和/或鹅卵石的物质的松散混合物。在挖泥作业中使用的离心泵的主要特性为1)抽吸容量、2)耐久性以及3)球形通路Bol(参见图1)。在使用中，可能包括石头和/或鹅卵石的物质混合物流经离心泵1。为了防止阻塞，所述石头和/或鹅卵石必须能够穿过离心泵1(Bol)。出于此目的，具有少数叶片的宽离心泵1是合适的。然而，由于离心泵1变宽以及转子叶片15数量减少，离心泵1的抽吸特性和耐久性受到不利的影响。DE10149648A1描述了具有双弯曲转子叶片的泵的实例。该泵与上述泵的设计不同，即，前缘并不从轴罩延伸至抽吸罩，而是在中心轴处开始，并且并不在抽吸罩处结束。在JP8284885A中示出了另一种离心泵。本发明的目的在于提供一种改进的离心泵，该离心泵将相对高的抽吸容量与改进的耐久性及球形通路相结合。

技术实现要素：
根据本发明，所述目的以一种离心泵实现，该离心泵特别用于泵送可能包括土壤的物质混合物，该离心泵包括：-泵壳体，该泵壳体具有轴向入口和切向地附接至泵壳体的圆周壁的出口，-转子，该转子附接在泵壳体中，使得该转子能围绕轴向旋转轴线旋转，该转子设置有：中央凸台；轴罩，紧固至凸台；抽吸罩，附接成在轴向上远离轴罩而设置，所述抽吸罩具有与泵壳体的轴向入口对准的轴向供应部；以及多个双弯曲转子叶片，所述双弯曲转子叶片被紧固在罩之间，并且每个双弯曲转子叶片均在径向外端与径向内端之间基本横向于旋转轴线A延伸，其中，径向内端相对于抽吸罩形成基本直角的角度。径向内端利用基本垂直的连接而在抽吸罩处结束。通过提供径向内端18至抽吸罩12之间的基本垂直的连接，需要的材料更少，从而增大离心泵1的流入面积。根据另一个方面，提供一种在离心泵中使用的双弯曲转子叶片，所述离心泵特别用于抽吸可能包括土壤的物质混合物，所述转子叶片包括径向内端和径向外端，所述转子叶片布置成安装在离心泵中的介于轴罩与抽吸罩之间的安装位置上，径向内端形成为使得在安装位置中该径向内端相对于抽吸罩形成基本直角的角度。根据另一个方面，提供一种船，该船包括如在上文中提供的离心泵。附图说明现在将参照在附图中示出的例证性实施例来更详细地描述本发明，附图中：图1为根据现有技术的离心泵的横截面的前视图，图2为沿着图1中的线II-II的横截面的侧视图。图3为在图1和图2中示出的转子的立体图，图4a和图4b示意性示出了离心泵的一个实施例，图4c示意性示出了现有技术的实例，图5a和图5b示意性示出了另一个实施例，图6a-图6b、图7a-图7b以及图8示意性示出了离心泵的其他实施例，图9a和图9b示意性示出了根据其他实施例的离心泵的一部分的横截面。具体实施方式如在上文中参照图1-图3所述，转子7设置在泵壳体2中，所述转子可旋转地悬置于该泵壳体中。在使用中，主体进入泵壳体2，所述主体通过转子7运送至出口5。在图中，出口5被图示为喷嘴形出口5，但是应当理解的是，该出口也可设置为别的合适的形状，该出口诸如为直的出口5。在图中图示的实施例示出了包括三个转子叶片15的转子。根据所有实施例的转子叶片15为双弯曲转子叶片，这意味着转子叶片在从径向内端18(前缘)至径向外端17(后缘)的第一方向上是弯曲的，并且在与第一方向垂直的第二方向上是弯曲的。径向外端17和径向内端18从轴罩11延伸至抽吸罩12。应当理解的是，可提供任意适当数量的转子叶片15，诸如，例如四个或五个转子叶片15。每个转子叶片15均包括已知为前缘的径向内边缘和已知为后缘的径向外边缘。后缘可为直的，其可能为倾斜的。图4a-图4b示意性图示了在上文中参照图1-图3所描述的离心泵1，其中，转子叶片15的径向内端18通过基本垂直的连接而连接至抽吸罩12。径向内端18相对于抽吸罩12形成基本直角的角度。换言之，径向内端18以基本垂直的方式连接至抽吸罩12。如在图4a中所示，在径向方向上远离旋转轴线A地引导径向内端18的连接至抽吸罩12的端部。抽吸罩12包括位于抽吸罩12的内边缘附近的限定喷嘴的弯曲部，该喷嘴在朝向供应待泵送的主体的方向上突出。该喷嘴形成轴向供应部14。该喷嘴包括内壁，径向内端18连接至该内壁。径向内端18设置有弯曲部，以提供径向内端18与抽吸罩12的内边缘之间的垂直连接。在用于挖泥的离心泵的技术领域中，介于85°到95°范围内的角度或者至少介于88°到92°范围内的角度将被认为是基本垂直的。通过提供径向内端18与抽吸罩12之间的基本垂直的连接，需要的材料更少，从而使离心泵1的流入面积增大。图4b更详细地示出了径向内端18与抽吸罩12之间的连接。如在图4b中可见，由于铸造工艺的原因，铸造曲率41形成在转角中。图4c示出了根据现有技术的连接，其中，径向内端18至抽吸罩之间的角度为锐角，例如为60°。如通过比较图4b与图4c可见，在提供基本垂直的连接时，铸造曲率41是相对小的。这带来离心泵1的更大的流入面积以及增大的抽吸容量。并且，在根据该实施例的离心泵1泵送等量的主体的情况下，主体在泵中的流速可更小，从而减少磨损并且提高决定性的真空以及所需的净正抽吸头(netpositivesuctionhead)。相应地，根据一个实施例，提供一种在离心泵1中使用的双弯曲转子叶片15，所述离心泵特别用于抽吸可能包括土壤的物质混合物，转子叶片15包括径向内端18和径向外端17，转子叶片15布置成安装在离心泵中的介于轴罩11与抽吸罩12之间的安装位置上，径向内端18形成为使得在安装位置中该径向内端相对于抽吸罩12形成基本直角的角度。在图5a和图5b中图示了另一个实施例。根据该实施例，提供离心泵1，其中，在轴罩11与抽吸罩12之间延伸的转子叶片15的径向内端18具有包括位于抽吸罩12附近的第一部分181和位于轴罩11附近的第二部分的基本呈S弯曲的形状，第一部分朝向轴向供应部14凸出，第二部分朝向轴向供应部14凹入。相应地，还提供双弯曲转子叶片15，其中，径向内端18具有包括第一部分181和第二部分的基本呈S弯曲的形状，在安装位置中，第一部分位于抽吸罩12附近，第一部分181相对于离心泵的轴向供应部14为凸出的；在安装之后，第二部分位于轴罩11附近，第二部分182相对于轴向供应部14为凹入的。并不提供基本直的径向内端，而是径向内端18成基本S形，其中，第一部分181在第一方向上是弯曲的并且第二部分182在与第一方向相反的第二方向上是弯曲的。径向内端18可包括基本非弯曲的其他部分，在图5a中示意性图示了所述其他部分的实例。根据图5a，在第一部分181与第二部分182之间提供直的部分。图5b图示了其中弯曲的第一部分181与弯曲的第二部分182直接地彼此连接的实施例。如可见的，S形径向内端18允许径向内端18与抽吸罩12的简单的基本垂直的连接。转子叶片15在从径向内端18延伸至径向外端17的方向上的形状决定从转子叶片15到泵送的主体的能量转移。转子叶片15的不同部分可设置有不同的曲率，这些不同的曲率将不同量的能量转移至泵送的主体。根据一个实施例，提供一种离心泵1，其中，转子叶片15包括沿着径向内端18的条带(strip)185，该条带成形为使得在与相应的径向内端18垂直的方向上，转子叶片15的半径R为相对于旋转轴线A的角度的函数：其中，C1和C2为常数。相应地，提供如这样的形状的转子叶片。在图6a中示意性图示该实施例。在图6b中示意性示出实例角度在图6a中示出并且限定在相对于旋转轴线A成基本垂直(与图6a中的作图平面垂直)的平面中。半径R和角度因此相对于旋转轴线A而共同形成极坐标。对于条带185，适用的是：条带185与位于垂直于旋转轴线A的平面中的同心圆相交(假想的)的角度α是恒定的，所述同心圆定位成同心地围绕旋转轴线A。这在图6a中示出。当从径向内端18测量至径向外端17时，该条带可延伸转子叶片的多达10％的总长度。转子叶片的其余部分(例如条带185与径向外端17之间的部分)可为弯曲的。该弯曲部分的确切形状可设计成实现从转子叶片15到泵送的主体的最佳的能量转移，如将在下文中更详细地阐述的。条带185可被赋予与泵送的主体的流动方向基本平行的取向。这具有这样的优点，即，转子叶片的径向内端18和条带185不将能量或者将相对少的能量转移至泵送的主体，从而减少径向内端18的磨损。此外，径向内端18可能的磨损对离心泵1的特性具有仅仅很小的影响。主体在径向内端18附近的运动方向可取决于离心泵1的特性以及操作参数(每分钟转速、待抽吸的主体的类型等)。因此，在离心泵以最佳效率点(BEP)运行时，条带185的方向可由主体的运动方向决定，所述最佳效率点为泵的效率最高时的流动。对于特定的离心泵，该参数是为本领域技术人员所知的。如上所述，转子叶片15在径向内端18与径向外端17之间的形状可设计成使从转子叶片15到泵送的主体的能量转移最佳。根据在图7a中图示的一个有利实施例，其中，至少转子叶片的与抽吸罩12相邻的部分包括：-第一区段187，在该第一区段中，转子叶片15相对于轴向旋转轴线A的半径(R12)作为角度的函数以第一速率增大，-第二区段188，在该第二区段中，转子叶片15相对于轴向旋转轴线A的半径(R12)作为角度的函数以第二速率增大，以及-第三区段189，在该第三区段中，转子叶片15相对于轴向旋转轴线A的半径(R12)作为角度的函数以第三速率增大，其中，第二速率大于第一速率和第三速率。相应地，还提供了同样地形成的双弯曲转子叶片。R12是指抽吸罩12附近的半径。半径R12为的函数。角度在图7a中示出并且限定在相对于轴向旋转轴线A成基本垂直(与图7a中的作图平面垂直)的平面中。半径R和角度因此相对于轴向旋转轴线A共同形成极坐标。导数而在第一区段187至第二区段188之间的过渡点处，并且在第二区段188至第三区段189之间的过渡点处，图7b示意性图示了作为的函数的R12的曲线图。例如，第二速率可至少局部地高达第一速率和第三速率的1.5倍。如在图7a中可见，第二区段188面向下一个转子叶片15的径向内端18，从而提供增大的球形通路Bol。同样在图7a中显示，半径R作为的函数而持续增大，在第一区段187中，该增大相对低。在使用中，转子叶片15的第一区段187的方向与流动方向平行。第一区段187因此不将能量或将相对少的能量转移至液流。在第二区段188中，半径R作为的函数而相对强烈地增大，从而提供相对大的球形通路Bol。应当注意的是，该形状沿着转子叶片15的与抽吸罩12相邻的边缘设置。由于转子叶片15为双弯曲的，因而转子叶片15的与轴罩11相邻的部分可具有作为的函数而增大的半径R11，增大的量作为的函数而减小。换言之：而R11是指轴罩11附近的半径。该实施例可与沿着径向内端18的非弯曲的条带185的实施例相结合。根据这样的实施例，转子叶片15包括(在从径向内端到径向外端的方向上)非弯曲的条带185、凹入的第一区段188以及凸出的第二区段189。参照图6a-图6b以及图7a-图7b所描述的实施例也可与所描述的其他实施例(诸如，参照图5a-图5b描述的实施例)相结合。根据另一个实施例，转子叶片15包括沿着径向内端18的增厚的条带186，所述增厚的条带186在与转子叶片15的表面垂直的方向上充分地增厚(substantiallythickened，大幅增厚，基本增厚)。图8示意性图示了具有三个转子叶片15的离心泵，每个转子叶片均包括沿着径向内端18的至少一部分延伸的增厚的条带186。所述增厚可扩展至转子叶片15的两侧，即，在转子叶片15的面向旋转轴线A的内侧上以及在转子叶片15的背离旋转轴线A的外侧上，如在图8中所示。在转子叶片15的内侧和/或外侧上提供增厚具有这样的优点，即，转子叶片15的形状更好地匹配泵送的主体的流线。流动分离(flowseparation)主要在转子叶片15的外侧上发生，并且将最可能在径向内端18附近发生。这对离心泵的抽吸容量具有负面影响。这还可造成空泡(cavitation)以及随后离心泵的磨损。通过在转子叶片15的外侧上提供增厚，流动分离得以减少。因此，根据一个实施例，可在转子叶片15的外侧(即，转子叶片15的背离轴向旋转轴线A的一侧)上提供增厚，从而防止或至少减少流动分离。通过在转子叶片15的内侧和/或外侧上提供增厚，转子叶片15得以增强并且包括的材料更多，因而允许转子叶片15在更长的运行时间内经受磨损。图9a和图9b示出了离心泵的其他实施例，其中，抽吸罩12包括内边缘121，该内边缘限定转子7的轴向供应部14，其具有抽吸直径Dz(与图2相似)，并且其中，转子叶片15的径向内端18在抽吸罩12的远离内边缘121的位置上连接至抽吸罩12，其具有大于抽吸直径Dz的直径。内边缘121形成为喷嘴，该喷嘴布置成接收待抽吸的主体。在内边缘121与抽吸罩12的其余部分之间存在弯曲部，径向内端18连接至该弯曲部。通过提供向内抽拉的转子叶片15，轴向供应部14的流通面积(flowarea)略微增大，因为其不再包括转子叶片。因而，局部流速将减小，从而减少空蚀(的风险)，并且抽吸特性将提高。并且，通过提供在远离内边缘121的位置处连接至抽吸罩12的转子叶片15，在径向内端18与抽吸罩12之间形成直角的角度是相对容易的。图9a示出了具有与如在上述实施例中以及在图1-3中所图示的抽吸罩相似的抽吸罩12的一个实施例。图9b示出了以不同方式弯曲的抽吸罩12。在使用中，介质进入转子7，转子7给介质提供动能，该动能随后被转换成静压。以上提供的实施例提供了主要与抽吸特性相关的改进的抽吸特性。根据这些实施例的离心泵具有改进的特性(特别就效率、抽吸特性以及磨损而言)。离心泵可在各种情形中使用，包括具有相对高或低的静水入口压力(hydrostaticinletpressure)的情形。以上描述旨在是例证性的而非限制性的。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离所陈述的权利要求的范围的情况下，可对如上所述的本发明进行修改。