CN116635635A - 泵送多相悬浮物的离心泵和用在离心泵中的气体去除装置 - Google Patents

泵送多相悬浮物的离心泵和用在离心泵中的气体去除装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵(10)，该泵包括：‑泵壳体(11)，其具有悬浮物入口(12)和悬浮物出口(13)以及在入口(12)和出口(13)之间的流动通道(110)，‑轴(14)，其通过轴承安装以便绕其中心轴线(A‑A)旋转，‑叶轮(18)，其可通过轴(14)旋转，与入口(12)对齐并且布置成在流动通道(110)中绕轴线(A‑A)旋转，‑用于气体去除的气体收集开口(20)，其布置在流动通道(110)中，‑流动通道(110)的入口端部(120)设置有包括气体收集开口(20)的若干静态叶片(2)，这些叶片(2)从流动通道(110)的内壁(111)朝向流动通道(110)的中心径向地延伸，这些叶片(2)位于叶轮(18)的上游。本发明还涉及一种对应的气体去除装置。

Description

泵送多相悬浮物的离心泵和用在离心泵中的气体去除装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵。更具体地，本发明涉及一种用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵，该泵包括：
-泵壳体，其具有悬浮物入口和悬浮物出口以及在入口和出口之间的流动通道，
-轴，其通过轴承安装以便绕其中心轴线A-A旋转，
-叶轮，其可通过轴旋转，与入口对齐并且布置成在流动通道中绕轴线A-A旋转，
-用于气体去除的气体收集开口，其布置在流动通道中。
本发明还涉及一种用在离心泵中的气体去除装置。
背景技术
现有技术文件EP 0298693A2公开了一种离心泵，其在图1中总体上由附图标记10示出。该泵包括主壳体11，该主壳体包括悬浮物(例如，浆状物)入口12和大致横向于入口12的悬浮物出口13。轴14通过轴承或类似物(未示出)安装以便绕轴线A-A旋转，该轴与入口12大致对齐。轴14是中空的，其中具有多个长形槽15、16，这些槽15、16大致(不过通常不完全)平行于轴线A-A，并允许中空轴14的内部和外部之间进行连通。在描绘的实施例中，浆状物中的气体将在轴14处收集，穿过开口15进入轴14中，且然后将通过槽16穿行出来并通过出口13与浆状物一起排放出来。
本发明的目的在于提供一种能够泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵，其中气体可以被高效地分离并且泵可以以高的净效率和低的净正吸入压头操作，使得与现有技术的解决方案相比性能得到了明显改善。
本发明的目的还在于减小在一些现有技术的解决方案中由气体去除引起的轴的轴向轴承载荷。
本发明的目的还在于提供一种可以容易地进行清洁或去除可能的堵塞物的气体去除布置结构。
本发明的目的还在于提供一种能够泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵，其中泵的气体去除布置结构可以容易地被构造到就悬浮物类型、气体含量、稠度(consistency)和压力而言的各种操作条件。
发明内容
本发明的目的可以基本上得到满足，如独立权利要求中和描述本发明的不同实施例的更多细节的其他权利要求中所公开的。
根据本发明的实施例，提供了一种用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵，该泵包括：
-泵壳体，其具有悬浮物入口和悬浮物出口以及在入口和出口之间的流动通道，
-轴，其通过轴承安装以便绕其中心轴线A-A旋转，
-叶轮，其可通过轴旋转，与入口对齐并且布置成在流动通道中绕轴线A-A旋转，
-用于气体去除的气体收集开口，其布置在流动通道中，
流动通道的入口端部设置有包括气体收集开口的若干(a number of，或为“一数量的”)静态叶片，这些气体收集开口连接到被构造成穿过这些叶片的气体通道，这些叶片从流动通道的内壁朝向流动通道的中心径向地延伸，这些叶片位于叶轮的上游。
具有该气体去除布置结构的离心泵提供了一种高效的方式来在流动通道的起点处从多相悬浮物中去除气体，使得气体不会进入泵的叶轮并降低效率。由于叶片位于叶轮的上游，因此从叶轮到叶片的距离取决于几个因素，诸如气体的相对量、流速、压力、转速和其他流动特性。该距离可在从非常短(即，密切接近小于0.1*D(其中D代表入口的直径)到入口直径(1*D)或以上(诸如，2至3*D)的距离的范围内。根据本发明的离心泵的效率性能得到了明显改善。该布置结构还减少了轴的轴承的轴向载荷，因为在一些现有技术构型中，叶轮设置有通向叶轮背侧的气体去除开口。这在叶轮的前侧和背侧之间引起了压力差，因此对叶轮且进一步对轴的轴承产生相等的轴向载荷。
根据本发明的实施例，提供了一种用在离心泵中的气体去除装置。气体去除装置包括管状元件，该管状元件具有第一轴向端部和第二轴向端部以及在这些端部之间的流动通道，气体去除装置被构造成联接到离心泵的入口，气体去除装置包括从流动通道的内壁朝向流动通道的中心径向地延伸的静态叶片，并且这些叶片设置有气体收集开口，气体去除装置被构造成位于离心泵的叶轮的轴向上游。根据实施例，叶片从管状元件径向地延伸，该管状元件被构造到流动通道的入口端部。该气体去除装置实际上可以安装或附接到能够泵送多相悬浮物的任何离心泵，条件是管状元件包括可附接到泵壳体的环形圈或法兰。
根据本发明的实施例，气体收集开口连接到气体通道，这些气体通道被构造成穿过(多个)叶片以用于引导气体远离流动通道。可存在仅一个开口和气体通道，或者存在多个气体开口和气体通道，或者存在连接到一个气体通道的多个气体开口。气体收集开口连接到用于收集气体的***，诸如管道或导管的网络。用于收集气体的***在悬浮物中的气体和泵的外部之间提供压力差。气体由于压力差所致而被引导离开，该压力差可以是入口通道和泵壳体的外侧之间的自然压力差，或者是通过提供真空***以穿过气体通道产生足够的压力差实现的辅助压力差。
根据本发明的实施例，叶片沿悬浮物的流动方向具有环形、椭圆形、三角形或翼形的外横截面。设计叶片形状的一个方面是固体材料不应积聚在叶片的前缘上。气体收集开口适当地设置在叶片的后缘处以降低固体材料积聚的风险，并且还因为就后缘而言流体压力是低的，因此它改善了气体去除的效果。出于同样的原因，气体收集开口也可在使用时相对于流动方向设置在叶片的背侧处。出于类似的原因，还可能的是，气体收集开口设置在径向地面向中心轴线A-A的叶片端部处。
仍然根据本发明的实施例，气体收集开口和后面的气体通道可保持没有任何固体物质残留，使得一定量的多相悬浮物(最合适为液体，诸如稀释水)沿逆流方向被推挤到气体通道并进一步被推挤到气体收集开口。如果对液体利用高压或高冲击，则可能的堵塞物被推挤回到流动通道。
本发明的实施例是一种泵，其被设计成用于具有0.1至18重量％(wt％)的纤维素纤维稠度的多相悬浮物或具有0.1至20wt％的稠度的其他多相悬浮物。
在本专利申请中呈现的本发明的示例性实施例将不被解释为对所附权利要求的适用性构成限制。动词“包括”在本专利申请中用作开放式限制，其不排除尚未记载的特征的存在。除非另有明确陈述，否则从属权利要求中记载的特征可相互自由组合。被认为是本发明的特性的新颖特征特别地在所附权利要求中阐述。
附图说明
在下文中，将参考所附的示例性示意图来描述本发明，在附图中：
图1图示了根据EP0298693A2的现有技术的离心泵，
图2图示了根据本发明的实施例的离心泵的横截面概览。
图3图示了根据本发明的另一个实施例的离心泵的横截面概览。
图4图示了根据本发明的实施例的离心泵的概览。
图5A和图5B图示了本发明的气体去除装置的实施例。
图6图示了本发明中所利用的静态叶片的可能横截面的一些实施例。
具体实施方式
图1示意性地描绘了现有技术文件EP 0298693A2的实施例。它公开了一种离心泵，其总体上由附图标记10示出。该泵包括主壳体11，该主壳体包括悬浮物(例如，浆状物)入口12和大致横向于入口12的悬浮物出口13。轴14通过轴承或类似物(未示出)安装以便绕轴线A-A旋转，该轴与入口12大致对齐。轴14是中空的，其中具有多个长形槽15、16，这些槽15、16大致(不过通常不完全)平行于轴线A-A，并允许中空轴14的内部和外部之间进行连通。在描绘的实施例中，浆状物中的气体将在轴14处收集，穿过开口15进入轴14中，且然后将通过槽16穿行出来并通过出口13与浆状物一起排放出来。
在图2中，呈现了根据本发明的实施例的离心泵的横截面概览。呈现了用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵10，该泵包括：
-泵壳体11，其具有悬浮物入口12和悬浮物出口13以及在入口12和出口13之间的流动通道110，
-轴14，其通过轴承安装以便绕其中心轴线A-A旋转，
-叶轮18，其可通过轴14旋转，与入口12对齐并且布置成在流动通道110中绕轴线A-A旋转，
-用于气体去除的气体收集开口20，其布置在流动通道110中，
-流动通道110的入口端部120设置有包括气体收集开口20的若干静态叶片2，这些叶片2从流动通道110的内壁111朝向流动通道110的中心径向地延伸，这些叶片2位于叶轮18的上游。
气体收集开口20连接到被构造成穿过叶片2的气体通道21。根据实施例，这些气体收集开口设置在叶片的后缘处，如也在图2中所示的。该后缘位置出于几个原因而是有利的，其效果是防止堵塞，并且由于该区域处的压力变化所致，它对于气体去除也是最佳的。叶片2还可被构造成使得这些气体收集开口设置在径向地面向中心轴线A-A的叶片端部处。适当地，叶片2的数量是1至6个，优选地2至4个叶片。叶片2在流动通道110的入口端部120处附接到泵壳体11。
在图3中，呈现了根据本发明的另一个实施例的离心泵的横截面概览。呈现了用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵10，该泵包括：
-泵壳体11，其具有悬浮物入口12和悬浮物出口13以及在入口12和出口13之间的流动通道110，
-轴14，其通过轴承安装以便绕其中心轴线A-A旋转，
-叶轮18，其可通过轴14旋转，与入口12对齐并且布置成在流动通道110中绕轴线A-A旋转，
-用于气体去除的气体收集开口20，其布置在流动通道110中，
-流动通道110的入口端部120设置有包括气体收集开口20的若干静态叶片2，这些叶片2从流动通道110的内壁111朝向流动通道110的中心径向地延伸，这些叶片2位于叶轮18的上游。
图3中所示的实施例在其他方面类似于图2的实施例，但是图3的实施例还包括沿流动方向布置在叶片2的上游的可旋转导流器(inducer，或为“导流轮”)4。导流器4和叶轮18可通过如图3中所示的公共轴14或通过单独的轴或旋转器件(图中未示出)旋转。在图3的具有用于叶轮18和导流器4两者的公共轴14的实施例中，叶片2可任选地在叶片2端部处设置有气体收集开口20，使得在叶片2端部和轴14之间提供间隙以便气泡层进入到间隙并进一步进入到气体收集开口20。由于在多相悬浮物的旋转流中，气相有找到其去往流中心的路径的倾向，因此气体收集开口的这个位置非常有效。导流器4的功能是将多相悬浮物朝向流动通道110和叶轮18馈送。
在图4中，呈现了本发明的实施例，即用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵10，该泵包括：
-泵壳体11，其具有悬浮物入口12和悬浮物出口13以及在入口12和出口13之间的流动通道110，
-轴14，其通过轴承安装以便绕其中心轴线旋转，
-叶轮，其可通过轴14旋转，与入口12对齐并且布置成在流动通道110中绕轴线旋转，
-用于气体去除的气体收集开口，其布置在流动通道110中，
-流动通道110的入口端部120设置有包括气体收集开口的若干静态叶片2，这些叶片2从流动通道110的内壁111朝向流动通道110的中心径向地延伸，这些叶片2位于叶轮的上游但位于导流器4的下游。图4示出了实施例，其中叶片2从管状元件23径向地延伸，该管状元件被构造到流动通道110的入口端部120。管状元件23包括可附接到泵壳体11的环形圈或法兰。
在图5A和图5B中，呈现了用在离心泵中的气体去除装置的实施例。气体去除装置包括管状元件23，该管状元件具有第一轴向端部和第二轴向端部以及在这些端部之间的流动通道110，气体去除装置被构造成联接到离心泵的入口，气体去除装置包括从流动通道110的内壁111朝向流动通道110的中心径向地延伸的静态叶片2，并且这些叶片2设置有气体收集开口20，这些气体收集开口20经由气体通道21连接到用于收集气体的***3，气体去除装置被构造成位于离心泵的叶轮的轴向上游。
在图6中，呈现了针对叶片2横截面的一些可能的实施例。叶片2可沿悬浮物的流动方向具有环形、椭圆形、三角形或翼形的外横截面。形状的选择高度取决于多相悬浮物的性质，不同的悬浮物需要不同的形状。从该横截面图中可以注意到一些实施例，即气体收集开口20可如何连接到被构造成穿过叶片2的气体通道21。在这些实施例中，气体收集开口20设置在叶片的后缘处。同样其他可能性是可获得的，但这些在图上已被注意到正确地起作用并且很少倾向于堵塞。另一种可能性是气体收集开口在使用时相对于流动方向F设置在叶片2的背侧B处。在图6中，该背侧是根据环形叶片2和椭圆形叶片2来图示的。流动方向F用箭头指示，且背侧B是叶片3的定位成与流动侧相对并且位于两条平行线之间的表面区域，这两条平行线都与叶片相切并平行于流动方向。
虽然在本文中已经结合目前被认为是最优选实施例的实施例通过示例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是旨在涵盖其特征的各种组合或修改以及包括在如在所附权利要求书中限定的本发明的范围内的数个其他应用。当这种组合在技术上可行时，可结合另一个实施例使用结合以上任何实施例提及的细节。
零件列表
10泵
11泵壳体
110流动通道
111内壁
12入口
120入口端部
13出口
14轴
15槽
16槽
18叶轮
2叶片
20气体收集开口
21气体通道
23管状元件
3用于收集气体的***、真空***
4导流器
A-A中心轴线
B背侧
F流动方向。

Claims (16)

1.一种用于泵送包含液体、固体材料和气体的多相悬浮物的离心泵(10)，所述泵包括：
-泵壳体(11)，其具有悬浮物入口(12)和悬浮物出口(13)以及在所述入口(12)和所述出口(13)之间的流动通道(110)，
-轴(14)，其通过轴承安装以便绕其中心轴线(A-A)旋转，
-叶轮(18)，其能够通过所述轴(14)旋转，与所述入口(12)对齐并且布置成在所述流动通道(110)中绕所述轴线(A-A)旋转，
-用于气体去除的气体收集开口(20)，其布置在所述流动通道(110)中，
其特征在于，所述流动通道(110)的入口端部(120)设置有包括所述气体收集开口(20)的若干静态叶片(2)，所述气体收集开口连接到被构造成穿过所述叶片(2)的气体通道(21)，所述叶片(2)从所述流动通道(110)的内壁(111)朝向所述流动通道(110)的中心径向地延伸，所述叶片(2)位于所述叶轮(18)的上游。
2.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述叶片(2)沿所述悬浮物的流动方向具有环形、椭圆形、三角形或翼形的外横截面。
3.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述气体收集开口(20)设置在所述叶片(2)的后缘处。
4.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述气体收集开口(20)在使用时相对于所述流动方向(F)设置在所述叶片(2)的背侧处。
5.根据权利要求1或4所述的离心泵(10)，其特征在于，所述气体收集开口(20)设置在径向地面向所述中心轴线(A-A)的所述叶片(2)端部处。
6.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述叶片(2)从管状元件(23)径向地延伸，所述管状元件被构造到所述流动通道(110)的所述入口端部(120)。
7.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述叶片(2)在所述流动通道(110)的所述入口端部(120)处附接到所述泵壳体。
8.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，可旋转导流器(4)沿流动方向布置在所述叶片(2)的上游。
9.根据权利要求8所述的离心泵(10)，其特征在于，所述导流器(4)和所述叶轮(18)能够通过公共的所述轴(14)或通过单独的轴(14)或旋转器件旋转。
10.根据权利要求5或9所述的离心泵(10)，其特征在于，所述叶片(2)在所述叶片(2)端部处设置有气体收集开口(20)，使得在所述叶片(2)端部和所述轴(14)之间提供间隙以便气泡层进入到所述间隙并进一步进入到所述气体收集开口(20)。
11.根据权利要求6所述的离心泵(10)，其特征在于，所述管状元件(23)包括能够附接到所述泵壳体(11)的环形圈或法兰。
12.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述气体收集开口(20)连接到用于收集气体的***(3)。
13.根据权利要求12所述的离心泵(10)，其特征在于，用于收集气体的所述***(3)被构造成用于在所述悬浮物中的气体和所述离心泵(10)的外部之间提供压力差。
14.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，所述泵(10)被设计成用于具有0.1至18重量％(wt％)的纤维素纤维稠度的多相悬浮物或具有0.1至20wt％的稠度的其他多相悬浮物。
15.根据权利要求1所述的离心泵(10)，其特征在于，叶片(2)的数量是1至6个，优选地2至4个叶片(2)。
16.一种用在离心泵(10)中的气体去除装置，其特征在于，所述气体去除装置包括管状元件(23)，所述管状元件具有第一轴向端部和第二轴向端部以及在所述端部之间的流动通道(110)，所述气体去除装置被构造成联接到离心泵(10)的入口(12)，所述气体去除装置包括从所述流动通道(110)的内壁(111)朝向所述流动通道(110)的中心径向地延伸的静态叶片(2)，并且所述叶片(2)设置有气体收集开口(20)，所述气体收集开口连接到被构造成穿过所述叶片(2)的气体通道(21)，所述气体去除装置被构造成位于所述离心泵(10)的叶轮(18)的轴向上游。
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