專利名稱：離心泵用葉輪及離心泵的制作方法
技術領域：
在此公開的技術涉及一種適于運送例如污水等的離心泵用葉輪及一種包括該離 心泵用葉輪的離心泵。
背景技術：
迄今為止，在運送污水等時使用離心泵。在離心泵中，作為主要構成因素包括葉輪 和殼體。在葉輪中，在內(nèi)部形成有螺旋狀流路的無堵塞型葉輪作為對含有夾雜物等固態(tài)物 質(zhì)的污水等難以發(fā)生堵塞的葉輪已為眾人所知(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1所公開的離心泵的葉輪具有內(nèi)部流路和外部流路，該內(nèi)部流路從形成 在葉輪下表面上的入口向上方延伸，該外部流路由離心葉片劃分出，使得該外部流路沿外 周面回旋，并與內(nèi)部流路相連接。在該離心泵中，通過粒徑(能夠通過流路的球的最大粒 徑)與泵口徑的百分比設定為100%。專利文獻1 日本公開特許公報特開2005-36778號公報

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明要解決的技術問題-在很多情況下，要求這種污水用泵具備小流量區(qū)域的揚程較高的泵特性。為滿足 這種對泵特性的要求，使葉輪外徑較大是一種有效的方法。然而，若讓葉輪外徑較大，就會 招致泵所需的功率較大。于是，本申請發(fā)明者們注目下述措施，即不僅僅是讓葉輪外徑較 大，而是改變?nèi)~輪的各種因素，來使揚程曲線(顯示噴出量和全揚程之間的關系的曲線)的 斜率較陡，從而以不改變所需的功率的方式使葉輪外徑較大。為采取所述措施，本申請發(fā)明者們想到了使葉輪的出口寬度較窄的方案。這么一 來，噴出流量就變小，因而能夠實現(xiàn)使揚程曲線的斜率較陡。然而，本申請發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，若讓葉輪的出口寬度較窄，通過粒徑就變小，其結果 是出現(xiàn)下述問題，即不能維持通過粒徑為規(guī)定值，例如與泵口徑的百分比為100%等。在此公開的技術在下述方面很有效，即在包括具有螺旋狀內(nèi)部流路和左右揚程 的外部流路的葉輪的離心泵中，在維持通過粒徑為規(guī)定值的狀態(tài)下使小流量區(qū)域的揚程較
尚ο-用以解決技術問題的技術方案-本申請發(fā)明者們想到了在葉輪的橫向剖面上使外部流路所占的比例較小的方案。 這相當于存在于該外部流路內(nèi)而從葉輪中噴出的流體的量比較少。因此，在外徑相等的條 件下，與外部流路所占的比例相對較大的葉輪相比上述葉輪的噴出流量更少。另一方面，因 為未使上述葉輪的出口寬度(相當于旋轉軸方向上的高度)變窄，所以能夠維持通過粒徑 為規(guī)定值。一種示例性離心泵用葉輪，包括葉輪主體和一個離心葉片，在該葉輪主體內(nèi)形成 有內(nèi)部流路，該內(nèi)部流路呈螺旋狀，繞旋轉軸回旋著沿該旋轉軸方向延伸而使在該葉輪主體的一端面上開口的入口及在該葉輪主體的周面上開口的出口連接起來，該離心葉片設置 在所述葉輪主體中，使得所述出口的位置成為該離心葉片的前緣且所述葉輪主體的外周緣 上的規(guī)定位置成為該離心葉片的后緣，并且所述離心泵用葉輪的通過粒徑設定為規(guī)定值。所述離心葉片是沿以所述旋轉軸為中心的圓周方向延伸270°以上的角度范圍而 形成的。由該離心葉片從所述葉輪主體的周面凹陷而劃分出的外部流路與所述出口連接， 并沿所述葉輪主體的周面回旋，所述離心葉片設計為在所述外部流路的旋轉軸方向的中 央高度位置的橫向剖面上，在圓周方向上從所述離心葉片的后緣算起的270°的角度范圍 內(nèi)的所述外部流路的面積與由所述葉輪主體的外周緣包圍的所述葉輪主體的整體面積之 比，即面積比=(外部流路的面積)/ (葉輪主體的整體面積)小于 0.3。-發(fā)明的效果-具有所述結構的葉輪能夠實現(xiàn)在維持通過粒徑為規(guī)定值的狀態(tài)下使小流量區(qū)域 的揚程增高。


圖1是水中泵的縱向剖視圖2是葉輪的立體圖3是葉輪的橫向剖視圖(沿圖5的III-III線的剖視圖)；
圖ζt是葉輪的縱向剖視圖(沿圖3的IV-IV線的剖視圖)；
圖5是葉輪的縱向剖視圖(沿圖3的V-V線的剖視圖)；
圖6是實施例所涉及的水中泵的性能曲線圖(流量系數(shù)-揚程系數(shù))
圖。1是實施例所涉及的水中泵的性能曲線圖(流量系數(shù)-功率系數(shù))
圖6〗是實施例所涉及的水中泵的性能曲線圖(流量系數(shù)-泵效率)。
附圖標記說明
10離心泵
11葉輪(葉輪主體)
12殼體
13水中馬達(馬達部)
18驅動軸(旋轉軸)
34出口
35內(nèi)部流路
36外部流路
37離心葉片
具體實施例方式
一種示例性離心泵用葉輪，包括葉輪主體和一個離心葉片，在該葉輪主體內(nèi)形成 有內(nèi)部流路，該內(nèi)部流路呈螺旋狀，繞旋轉軸回旋著沿該旋轉軸方向延伸而使在該葉輪主 體的一端面上開口的入口及在該葉輪主體的周面上開口的出口連接起來，該離心葉片設置在所述葉輪主體中，使得所述出口的位置成為該離心葉片的前緣且所述葉輪主體的外周緣 上的規(guī)定位置成為該離心葉片的后緣，并且所述離心泵用葉輪的通過粒徑設定為規(guī)定值。所述離心葉片是沿以所述旋轉軸為中心的圓周方向延伸270°以上的角度范圍而 形成的。由該離心葉片從所述葉輪主體的周面凹陷而劃分出的外部流路與所述出口連接， 并沿所述葉輪主體的周面回旋，所述離心葉片設計為在所述外部流路的旋轉軸方向的中 央高度位置的橫向剖面上，在圓周方向上從所述離心葉片的后緣算起的270°的角度范圍 內(nèi)的所述外部流路的面積與由所述葉輪主體的外周緣包圍的所述葉輪主體的整體面積之 比小于0. 3。根據(jù)所述結構，離心葉片設計為在規(guī)定的橫向剖面上，在圓周方向上從離心葉片 的后緣算起的270°的角度范圍內(nèi)的所述外部流路的面積與由葉輪主體的外周緣包圍的葉 輪主體的整體面積(即，由外周緣包圍的圓的面積)之比，即在此的將外部流路的面積除以 葉輪主體的整體面積而得到的值(以下，也簡稱為面積比)小于0.3。補充說明一下，所述 面積比大于0。也就是說，在該葉輪中，外部流路在該葉輪的橫向剖面上所占的比例比較小。 這相當于存在于外部流路內(nèi)而從葉輪中噴出的流體的量比較少。因此，與外徑相等且所述 面積比相對較大的葉輪相比上述葉輪的噴出流量更少。由此，包括具有這種結構的葉輪的 離心泵的揚程曲線的斜率較陡，并且軸功率較低。其結果是，能夠使用與現(xiàn)有技術相比所需 的功率大致相等但是外徑更大的葉輪主體，揚程增高。也就是說，能夠實現(xiàn)使小流量區(qū)域的 揚程增高。還有，根據(jù)所述結構，設定為外部流路的橫向剖面面積較小，而不使出口寬度變 窄。由此，能夠維持通過粒徑為規(guī)定值。因此，根據(jù)具有所述結構的葉輪，能夠實現(xiàn)在維持 通過粒徑為規(guī)定值的狀態(tài)下使小流量區(qū)域的揚程增高。所述通過粒徑可以設定為與泵口徑 的百分比為100%。一種示例性離心泵，包括所述離心泵用葉輪、收納所述離心泵用葉輪的殼體及驅 動所述離心泵用葉輪旋轉的馬達。如上所述，根據(jù)該離心泵，能夠實現(xiàn)使小流量區(qū)域的揚程增高。下面，參考附圖對葉輪的實施方式加以說明。補充說明一下，以下優(yōu)選實施方式的 說明本質(zhì)上只不過是示例而已。如圖1所示，示例性泵是污水處理用水中泵。該水中泵由 離心泵10構成，包括葉輪11、覆蓋葉輪11的殼體12及使葉輪11旋轉的封閉型水中馬達 13。水中馬達13包括由定子14及轉子15構成的馬達16和覆蓋馬達16的馬達殼體 17。在轉子15的中心部分設置有沿上下方向延伸的驅動軸18。該驅動軸18由上部軸承 19及下部軸承20支撐為旋轉自如。驅動軸18的下端部與葉輪11聯(lián)結，驅動軸18向葉輪 11傳遞水中馬達13的旋轉驅動力。殼體12在該殼體12的內(nèi)部具有覆蓋葉輪11的渦形室26。渦形室沈是由在縱 向剖視圖上呈半圓形地彎曲的側壁1 劃分而形成的。該渦形室沈在軸向上的寬度(圖 1中的上下方向上的寬度，換言之，旋轉軸方向上的高度)與后述的葉輪11的出口 34的寬 度(旋轉軸方向上的高度)大致相等。在殼體12的下端一體地形成有向下方突出的吸入部21。在該吸入部21上形成 有向下方開口的吸入口 22。吸入口 22與后述的葉輪11的入口 33連通。另一方面，在殼體12的側部一體地形成有向側邊突出的噴出部23。該噴出部23與渦形室沈連通，在噴出 部23上形成有向側邊開口的噴出口 M。在本實施方式中，越靠近噴出部23的下游側，噴 出部23的流路直徑就越大，但不局限于此，也可以設定流路直徑為一定不變的值。噴出部 23的入口(與渦形室沈連接的連接口)的直徑與后述的葉輪11的出口 34的直徑大致相 等。也就是說，噴出部23設定為通過粒徑與葉輪11的內(nèi)部流路35的通過粒徑相等，該泵 的通過粒徑設定為與泵口徑的百分比為100%。在該泵中，噴出部23的最小口徑相當于泵 口徑。補充說明一下，噴出部23的通過粒徑只要在內(nèi)部流路35的通過粒徑以上即可。如圖2 圖5所示，葉輪11具有包括上端面及下端面以及在這兩面之間的周面的 近似圓筒形狀。補充說明一下，圖3中的交叉影線(cross-hatching)不是表示剖面，而是表 示后述的外部流路36。在葉輪11的下端面上形成有向下方開口的入口 33，另一方面，在葉 輪11的周面上形成有向側邊開口的出口 34。還有，葉輪11在其內(nèi)部具有繞旋轉軸回旋著 沿該旋轉軸方向延伸的內(nèi)部流路35，該內(nèi)部流路35使入口 33及出口 34彼此連接。因此， 內(nèi)部流路35的流路中心在軸向上的位置有變化。如圖3所示，出口 34向內(nèi)部流路35所延 伸的方向開口。包括入口 33和出口 34的內(nèi)部流路35構成為通過粒徑成為根據(jù)比離心泵 10還靠近上游側的管道的直徑設定的值。在此，內(nèi)部流路35的直徑設定為比較大的值，以 讓通過粒徑成為規(guī)定值。在葉輪11的外周面上形成有該外周面向直徑方向的內(nèi)方凹陷而形成的外部流路 36。該外部流路36不是沿旋轉軸方向延伸的流路，而是該外部流路36的流路中心位于與 葉輪11的旋轉軸垂直相交的垂直面上。如圖3所示，外部流路36在出口 34與內(nèi)部流路35 的下游側連接。外部流路36回旋葉輪11的半周以上的長度。具體而言，外部流路36的下 游端延伸到出口 34的附近，由此外部流路36沿以旋轉軸為中心的圓周方向延伸270°的角 度范圍。補充說明一下，在270°以上且小于360°的范圍內(nèi)適當?shù)卦O定外部流路36的長 度即可。該外部流路36是由葉片37劃分出的。該葉片37是所謂的徑流式(radialflow) 葉片(離心葉片)。該離心葉片37對外部流路36內(nèi)的水進行升壓，向外周側(徑向外側) 噴出該水。在此，離心葉片37不僅劃分出外部流路36，用其內(nèi)側的面也劃分出內(nèi)部流路35。 離心葉片37是沿以旋轉軸為中心的圓周方向延伸270°以上的角度范圍而形成的。在本實 施方式中，特意設定為該離心葉片37是延伸270°的角度范圍而形成的，由此外部流路36 延伸270°的角度范圍，如上所述。還有，在本實施方式中，離心葉片37的出口角設定為比 較小的值。具體而言，出口角約為10°。還有，將離心葉片37的前緣位置設定在徑向的比較外側的位置，由此使所述外部 流路36的橫向剖面面積比較小。也就是說，離心葉片37設定為在外部流路36的旋轉軸 方向的中央高度位置的橫向剖面上，外部流路36的橫向剖面面積(圖3中劃了交叉影線的 區(qū)域的面積)與由葉輪11的外周緣包圍的葉輪整體面積(圖3中的圓的面積)之面積比， 即將外部流路36的面積除以葉輪的整體面積而得到的值(面積比)小于0. 3。如上所述， 在該葉輪11中，設定外部流路36的橫向剖面面積為比較小的值，因而存在于該外部流路36 內(nèi)的流體的量較少。由此，該葉輪11的噴出流量較少，揚程曲線的斜率較陡，并且軸功率較 低，如下所述。補充說明一下，也可以是這樣的，即通過適當?shù)馗淖冇脕韯澐植嫵赏獠苛?路36的設計函數(shù)，從而使該外部流路36的形狀變化，使所述面積比小于0. 3，來代替改變前緣的位置。在此，在該葉輪11中，用來劃分并構成內(nèi)部流路35的設計函數(shù)和用來劃分并構成 外部流路36的設計函數(shù)互不相同，因而在通常設計下，內(nèi)部流路35和外部流路36在內(nèi)部 流路35的出口 34附近不平滑地連接。然而，在本實施方式中，因為離心葉片37的端部附 近(圖3中符號100所指的位置附近)已倒角，所以內(nèi)部流路35和外部流路36平滑地連 接。因此，該葉輪11的離心葉片37的前緣比較不明顯。補充說明一下，在圖3所示的葉輪 11中，圖3中沿縱向延伸的點劃線與離心葉片37的外側面交叉的位置就相當于離心葉片 37的前緣。在葉輪11中比外部流路36還靠近上側的部位，形成有在整個周上都向側邊突出 的第一凸緣部38。還有，在比外部流路36還靠近下側的部位，形成有同樣在整個周上都向 側邊突出的第二凸緣部39。第二凸緣部39將葉輪11內(nèi)上下隔開而構成形成有入口 33的 下側部分和形成有出口 ；34的上側部分。也就是說，該葉輪11是入口 33與出口 34之間由 第二凸緣部39隔開的閉式葉輪。在此，如圖4等所示，該葉輪11的第一凸緣部38與第二 凸緣部39之間的間隔設定為與所述出口 34的寬度(旋轉軸方向上的高度)相等。補充說明一下，在葉輪11的上端面的中心部分設置有輪轂部31，在該輪轂部31中 形成有用來讓驅動軸18的頂端插入的安裝孔32。所述離心泵10如下所述噴出污水。也就是說，水中馬達13使葉輪11旋轉，葉輪 11從位于該葉輪11的下側的入口 33向上方吸取污水。已被吸入的污水通過葉輪11內(nèi)的 內(nèi)部流路35，流經(jīng)出口 34而到達外部流路36。離心葉片37向外周側噴出已到達外部流路 36的污水。覆蓋葉輪11的殼體12接收已被噴出的污水。污水在流過渦形室沈內(nèi)后流經(jīng) 噴出口 M被排向泵外部。接著，對具體實施的實施例加以說明。圖6 圖8分別示出了包括已使所述面積 比變化的各個葉輪11的離心泵10的性能曲線。圖6示出了相對于流量系數(shù)的揚程系數(shù)； 圖7示出了相對于流量系數(shù)的功率系數(shù)；圖8示出了相對于流量系數(shù)的泵效率。補充說明 一下，圖6 圖8中的凡例是共同的，僅在圖6中示出了凡例。在此，各個葉輪11設定為 其外徑、出口 34的寬度、離心葉片37的后緣位置及出口角(10° )彼此相等，而離心葉片 37的前緣位置互不相同，由此使離心葉片37的橫向剖面形狀互不相同，從而使外部流路36 的橫向剖面面積，進而使所述面積比互不相等。也就是說，通過使離心葉片37的前緣位置 位于徑向外側，則外部流路36的橫向剖面面積變得相對較小，面積比減小，另一方面，通過 使離心葉片37的前緣位置位于徑向內(nèi)側，則外部流路36的橫向剖面面積變得相對較大，面 積比增大。補充說明一下，0. 252及0. 230的面積比分別相當于實施例。0. 375的面積比相 當于現(xiàn)有例，0. 203的面積比相當于比較例。由圖6 圖8的結果可見，通過將面積比從0.375開始逐漸減小而依次成為 0. 252,0. 230及0. 203，則揚程曲線的斜率逐漸變陡，功率系數(shù)逐漸下降。但是，若讓面積比 變得過小，零流量揚程便會下降，泵效率整體上會下降(參照點X)。因此，由本實施例可見， 若要使揚程曲線的斜率較陡且使功率系數(shù)較低，就優(yōu)選設定面積比為小于0. 30且0. 23以 上的值。因此，在此示例的葉輪11和離心泵10，通過設定面積比為小于0. 3的值，來使揚程 曲線的斜率較陡，并使軸功率下降。因此，能夠使用與現(xiàn)有技術相比所需的功率大致相等但是外徑更大的葉輪11，揚程隨之增高。其結果是，該離心泵10能夠實現(xiàn)使小流量區(qū)域的揚 程增高。還有，設定離心葉片37的出口角為比較小的值，這也有助于讓揚程曲線的斜率變 陡。因此，在此示例的葉輪11和離心泵10，設定所述面積比為比較小的值和設定出口角為 比較小的值(在此例中，約為10° )這兩個措施相結合，揚程曲線的斜率變得更陡，因而能 夠以更高的水平實現(xiàn)使離心泵10在小流量區(qū)域的揚程增高。-產(chǎn)業(yè)實用性-如上所述，在此公開的技術對運送流體的離心泵很有用，例如對運送含有夾雜物 等的污水的污水處理用泵等很有用。
權利要求
1.一種離心泵用葉輪，包括葉輪主體和一個離心葉片，在該葉輪主體內(nèi)形成有內(nèi)部流 路，該內(nèi)部流路呈螺旋狀，繞旋轉軸回旋著沿該旋轉軸方向延伸而使在該葉輪主體的一端 面上開口的入口及在該葉輪主體的周面上開口的出口連接起來，該離心葉片設置在所述葉 輪主體中，使得所述出口的位置成為該離心葉片的前緣且所述葉輪主體的外周緣上的規(guī)定 位置成為該離心葉片的后緣，并且所述離心泵用葉輪的通過粒徑設定為規(guī)定值，其特征在 于所述離心葉片是沿以所述旋轉軸為中心的圓周方向延伸270°以上的角度范圍而形成 的，由該離心葉片從所述葉輪主體的周面凹陷而劃分出的外部流路與所述出口連接，并沿 所述葉輪主體的周面回旋；所述離心葉片設計為在所述外部流路的旋轉軸方向的中央高度位置的橫向剖面上， 在圓周方向上從所述離心葉片的后緣算起的270°的角度范圍內(nèi)的所述外部流路的面積與 由所述葉輪主體的外周緣包圍的所述葉輪主體的整體面積之比小于0. 3。
2.根據(jù)權利要求1所述的離心泵用葉輪，其特征在于所述通過粒徑與泵口徑的百分比為100%。
3.—種離心泵，包括離心泵用葉輪、收納所述離心泵用葉輪的殼體及驅動所述離心 泵用葉輪旋轉的馬達，所述離心泵用葉輪包括葉輪主體和一個離心葉片，在該葉輪主體內(nèi) 形成有內(nèi)部流路，該內(nèi)部流路呈螺旋狀，繞旋轉軸回旋著沿該旋轉軸方向延伸而使在該葉 輪主體的一端面上開口的入口及在該葉輪主體的周面上開口的出口連接起來，該離心葉片 設置在所述葉輪主體中，使得所述出口的位置成為該離心葉片的前緣且所述葉輪主體的外 周緣上的規(guī)定位置成為該離心葉片的后緣，并且所述離心泵用葉輪的通過粒徑設定為規(guī)定 值，其特征在于所述離心葉片是沿以所述旋轉軸為中心的圓周方向延伸270°以上的角度范圍而形成 的，由該離心葉片從所述葉輪主體的周面凹陷而被劃分出的外部流路與所述出口連接，并 沿所述葉輪主體的周面回旋；所述離心葉片設計為在所述外部流路的旋轉軸方向的中央高度位置的橫向剖面上， 在圓周方向上從所述離心葉片的后緣算起的270°的角度范圍內(nèi)的所述外部流路的面積與 由所述葉輪主體的外周緣包圍的所述葉輪主體的整體面積之比小于0. 3。
4.根據(jù)權利要求3所述的離心泵，其特征在于所述通過粒徑與泵口徑的百分比為100%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心泵用葉輪及離心泵。離心泵用葉輪(11)，包括葉輪主體和一個離心葉片(37)，在該葉輪主體內(nèi)形成有內(nèi)部流路(35)，該離心葉片(37)設置在葉輪主體中，使得出口(34)的位置成為該離心葉片(37)的前緣且葉輪主體的外周緣上的規(guī)定位置成為該離心葉片(37)的后緣。離心葉片(37)設計為由離心葉片(37)劃分出的外部流路(36)中在圓周方向上從離心葉片(37)的后緣算起的270°的角度范圍內(nèi)的部分的面積與由葉輪主體的外周緣包圍的葉輪主體的整體面積之比小于0.3。
文檔編號F04D1/04GK102099584SQ20098012788
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月18日
發(fā)明者岡崎泰英, 沖添晃政, 安藤昭宏, 榎本純也, 清水寬正, 田中伸和, 真下悟史, 竹內(nèi)一喜, 舩坂新, 西泰行 申請人:新明和工業(yè)株式會社