技术领域
[0001] 本
发明总体涉及泵，更具体地且非排他地涉及处理浆料的离心式泵。
背景技术
[0002] 离心式浆料泵通常包括具有泵腔的
泵壳，在泵腔中设置有安装在
叶轮轴上用于转动的叶轮。该叶轮轴从泵壳的后侧或驱动侧进入泵腔。排放口从泵壳的外周切向地延伸并用于从泵腔排放液流。
[0003] 在图1至4示出了离心式泵的常规泵壳的一种形式。图1和2为以微小差异的正侧视
角示出的泵壳的透视图。图3为壳体横截面的侧剖视图，而图4为沿着图3的X-X线截取的剖视图。
[0004] 泵壳10包括周壁部12，在周壁部12中具有泵腔14和相对的侧面15和16(图4)。在使用过程中，叶轮被安装在泵壳内用于转动。在壳体的一个侧面上提供了通往泵腔14的进料口，并且安装了叶轮的
驱动轴通过另一侧面延伸。在周壁部12区域内的泵腔14为蜗壳形、偏心圆形或任意其它适合的形状。排放口13从周壁部14延伸，具有分
水角19，其在使用中通常用于将排放口液流从泵腔的再循环流中分离。
[0005] 离心式泵的其它形式中，可提供封装如图1至4所示的泵壳的
外壳。在整个
说明书中，当使用术语“泵壳”时，所指的是环绕
泵叶轮的腔，并且在腔中的叶轮在使用中能够转动。在无衬里的泵中，“泵壳”也是泵的外部壳体。在有衬里的泵中，“泵壳”可以是衬层或衬里(也称为蜗壳)，其本身被外部壳体结构环绕。无衬里的泵通常被用在低磨损条件下，例如，用于泵送液体或非
研磨的固液混合物。在有衬里的泵中，衬里或蜗壳是在使用过程中暴露于运动中的被研磨浆料的磨损件，并且最终需要被更换，而使泵的外部壳体或罩壳不受损坏。
[0006] 泵壳可由例如白口
铁的硬金属，或者例如
橡胶的弹性材料形成。泵壳还可包括安装在泵壳10的各自侧面15、16处的侧面衬里。
[0007] 如在图4中最能看出，在常规的泵壳中，周壁部12的区域中分水角19为拱形，具有以锥形融合部分形式在排放口13和泵腔14之间从拱形分水角的端部延伸的转变区17。分水角19是壳体最靠近叶轮外周的部分，其作用是帮助液流分配进入排放口13并将绕泵腔的周边区域(也就是位于泵腔内周壁部12的内表面和叶轮的外周之间的区域)的重复循环减到最小。
[0008] 在使用中，离心式浆料泵在正常操作期间需要在较大的液流和压
力头范围内操作，而且甚至可以通过可变速率驱动以达到液流和压力的大操作范围。取决于泵的速率，脱离转动的叶轮进入蜗壳区域的浆料流和颗粒将脱离蜗壳进入排放口(图3中的液流B)，或者液流和颗粒将围绕蜗壳再次循环(图3中的液流A)。离心式浆料泵的最佳效率点(BEP)被定义为在特定转动速率下产生最高操作效率的液流。由于逼近分水角的液流与分水角成正确液流角度，使得分水角将在分水角两侧上以平滑
流线更加不均匀地分离
流体，在BEP处围绕蜗壳的再循环量(液流A)最小。
[0009] 由于可能发生的组件
加速侵蚀磨损，在采矿应用中离心式浆料泵中的液流一般不会高于BEP液流。而是，选择离心式浆料泵使得在任一运行速度处时液流在BEP液流的30％和100％之间。在这些操作条件下，能够增加围绕蜗壳再循环度(液流A)，这也可导致蜗壳内更多的
湍流，尤其是在蜗壳的分水角区域处。由于逼近分水角的液流更加湍动，因此速度不均匀，也不具有匹配分水角角度的平滑液流。
[0010] 在蜗壳中的再循环液流受到分水角19和图3和4所示的转变区17的影响。采用拱形的转变区，在运行中，可能在蜗壳的任一侧上形成两个大的漩
涡流的涡旋图形，其然后在分水角区域处相互作用，并在分水角区域的进一步下游处在大体围绕蜗壳中心线处。这些涡旋流可导致浆料颗粒具有更高的
能量和速度，引起分水角区域周围的材料磨损和
腐蚀，因为该区域最接近叶轮并且也是液流A和液流B的分割点。
[0011] 如上文中提到的，离心式浆料泵，在一种形式上一般可包括外部壳体，其具有由抗磨损的弹性体化合物(elastomer compound)模制的内部衬里。在这种形式中，外部壳体和衬里传统上被制造为两个部件或两半，它们被位于壳体外周处的
螺栓保持在一起。这两个部件通常沿垂直于泵叶轮的转动轴线的平面接合。
[0012] 在装配时，这两个部件形成具有前侧面和后侧面的外壳，前侧面内有入口，这两个部件构成了泵腔，泵腔内设置有安装在叶轮轴上用于转动的叶轮。在某些
实施例中叶轮轴从后侧面进入泵腔，并且在外壳的周侧边缘或周壁部设置了出口。
[0013] 如上文中所述，分水角将在泵腔内循环的液流与经出口排放的液流分开。液流可具有在叶轮转动时由于叶轮的泵送
叶片经过分水角而施加的压强
波动。由于液流的性质，该分水角在其相反侧面上具有不等的压力分布。压力的脉冲可引起橡胶振动，引起橡胶衬里的
接触表面和/或泵壳内部橡胶的接触表面磨损。橡胶振动还导致了橡胶内的滞后损耗，由于耗损带来的
温度升高，使橡胶易于断裂和强度减小。
发明内容
[0014] 第一方面，公开了离心式泵的泵壳的实施例，该泵壳包括主泵腔，具有：
[0015] 进料口，被布置成在使用过程中将物料流引入主泵腔；
[0016] 排放口，从主泵腔延伸，并被布置成在使用过程中将物料流从主泵腔排出；以及[0017] 过渡表面，在主泵腔的内周表面和排出口内周表面之间延伸，过渡表面被布置成将排放出口中工作排出物料流从在主泵腔中的工作再循环物料流分离；
[0018] 其中过渡表面具有分水角，其具有包括突出部的成形部分，突出部从否则为大体圆形、拱形或U形过渡表面不规则地延伸，并被配置成使得在使用中在主泵腔中被泵送的工作物料流引起的速率和/或湍流被减少。
[0019] 这样的过渡表面配置可使蜗壳的任一侧上漩涡流涡旋图形的发生率减小，引起分水角区域中和分水角区域周围物料磨损和腐蚀降低。这样的液流的减少具有对可导致更差的泵送性能的产生条件进行抑制的优点。
[0020] 分水角被布置成将液流分配到排放口并使进入主泵腔的再循环物料流减少。在某些实施例中，过渡表面还可包括至少一种融合或过渡区域以在分水角与主泵腔和排放口的内周表面之间提供平滑锥形。
[0021] 在某些实施例中，突出部本身可具有例如大体呈圆角的边缘。该突出部可能具有例如
凸块形或浅凹形，或者类似舌形，尽管也可能有其它实现所期望的工作流动状态的形状。在某些实施例中，该突出部可伸入排放口本身。
[0022] 在某些实施例中，主泵腔可包括两个相对的
侧壁部，且突出部大体居中地布置在所述侧壁部之间。在某些实施例中，取决于特定应用的环境，突出部可不大体居中
定位，而是偏离中心或被布置成从侧壁部之一延伸。
[0023] 在某些实施例中，突出部可以是弹性体的、金属的或任意其它可提供适当抗磨损特性的适合材料。
[0024] 在某些实施例中，通过采用任何合适的固定或连接技术，突出部可被添加(retrofit)在
现有技术的泵壳过渡表面上来形成成形部分。
[0025] 在某些实施例中，主泵腔可为大体蜗壳形。在一个实施例中，泵壳可以是衬里的形式，用于具有外壳的泵。
[0026] 在某些实施例中，泵壳包括两个侧部件，这两个部件可被装配在一起以便形成泵壳，其中每个侧部件包括主泵腔、排放口和分水角的一部分，并且其中所述分水角的每个部分具有与之相关联的加强部。
[0027] 在某些实施例中，加强部包括在分水角的该部分之一上的凸起和在分水角的该部分之另一上的配合工作的凹槽，当侧部件被装配在一起时，凸起可被接纳到凹槽中。
[0028] 在某些实施例中，分水角包括前缘，所述加强部与该分水角的前缘间隔开。
[0029] 在某些实施例中，当装配在一起时所述凸起延伸到所述凹槽中，足以适应使用中所述泵壳的任何磨损。
[0030] 在某些实施例中，所述加强件与所述泵腔的所述内周表面间隔开，并且还与所述排放口的所述内周表面间隔开。
[0031] 在某些实施例中，在横截面中观察时，所述凹槽和所述凸起为大体矩形，具有在所述分水角的方向上延伸的纵向轴线。
[0032] 在某些实施例中，所述加强件包括
插件和在所述分水角的各部分上的凹槽，所述插件具有可接纳在各自凹槽内的相反布置的端部。
[0033] 在某些实施例中，插件由塑料、陶瓷或金属材料形成。
[0034] 第二方面，公开了离心式泵的泵衬里的实施例，包括两个侧部件，所述两个部件能够被装配在一起，使得所述泵衬里包括主泵腔、通向所述主泵腔的入口和从所述主泵腔延伸的排放口，所述主泵腔和所述排放口各具有内周表面，过渡部具有在所述泵腔和所述排放口的所述内周表面之间的过渡表面，所述过渡部包括分水角，其中各所述侧部件包括所述主泵腔，所述排放口和所述过渡部的一部分，并且其中所述过渡部的各部分具有与之相关联的加强件。
[0035] 加强件降低了作用在橡胶衬里磨损的液流、振动和压强的影响，尤其是在分水角区域处。加强件还减少了分水角部分折断和破裂的
风险。
[0036] 在某些实施例中，所述加强件包括在所述过渡部的所述部分之一上的凸起和所述过渡部的所述部分之另一上的配合工作的凹槽，当所述侧部件被装配在一起时，所述凸起能被接纳在所述凹槽内。
[0037] 在某些实施例中，所述分水角包括前缘，所述过渡部中的所述加强件与所述分水角的所述前缘间隔开。
[0038] 在某些实施例中，当装配在一起时所述凸起延伸到所述凹槽中，足以适应使用中所述衬里的任何磨损。
[0039] 在某些实施例中，所述加强件与所述泵腔和排放口的所述内周表面间隔开。
[0040] 在某些实施例中，在横截面中观察时，所述凹槽和所述凸起为大体矩形，具有在所述分水角的方向上延伸的纵向轴线。
[0041] 在某些实施例中，所述加强件包括插件和在所述分水角的各部分上的凹槽，所述插件具有可接纳在各自凹槽内的相反布置的端部。
[0042] 在某些实施例中，插件由塑料、陶瓷或金属材料形成。
[0043] 第三方面，揭示了离心式泵的实施例，该离心式泵包括如前述实施例中的任一个所述的泵壳，具有在其中主腔，进料口和排放口，叶轮被装配在主腔内并且被安装在叶轮轴上用于转动。
[0044] 在某些实施例中，泵壳为衬里的形式，布置在外壳内。
[0045] 第四方面，公开了将衬里装配在如上所述的泵内的方法的实施例，其中衬里被装配在主腔内。
附图说明
[0046] 尽管还有其它的形式可落入发明内容中阐述的装置范围内，现在将通过例子并参考附图来描述特定实施例，其中：
[0047] 图1和2是上文中所描述的常规泵外壳的透视图；
[0048] 图3示出了在图1和2中示出的泵外壳的侧剖视图；
[0049] 图4示出了沿图3中X-X线截取的剖视图；
[0050] 图5是根据一个实施例的离心式泵壳体的示意性透视图；
[0051] 图6示出了在图5中所示的泵外壳的侧剖视图；
[0052] 图7示出了图6中沿Y-Y线截取的剖视图；
[0053] 图8是根据另一个实施例的泵壳体的示意性透视图；
[0054] 图9示出了图8中所示的泵壳体的侧剖视图；
[0055] 图10示出了图9中沿Z-Z线截取的剖视图；
[0056] 图11示出了在图9的叶轮的实施例中所示的平面A-A上的流体流动的一些实验计算仿真结果，但是没有到位的分水角突出部；
[0057] 图12示出了在图9的叶轮的实施例中所示的平面A-A上的流体流动的一些实验计算仿真结果；
[0058] 图13示出了泵衬里的进一步示范性透视图；
[0059] 图14示出了图11示出的泵衬里的剖视图；
[0060] 图15示出了根据一个实施例的一对衬里部件中的一个的透视图；
[0061] 图16示出了根据一个实施例的一对衬里部件中的另一个的透视图；
[0062] 图17示出了图13所示的部件的侧视图；以及
[0063] 图18示出了图14所示的部件的侧视图。
具体实施方式
[0064] 参考图5至图7，示出了泵壳30的实施例，在其中具有主泵腔34。该泵壳30为大体蜗壳形，类似于小
汽车轮胎。在所示的该实施例中，泵壳30以衬里的形式，在使用中被布置在泵的外部壳体结构内，并且在泵壳30内叶轮能够被转动。
[0065] 泵壳30具有位于相反侧面中的大体圆形开口31和32，其中的一个作为进料口32，用于将物料流引入主泵腔34。另一个开口31用于引入驱动轴(未示出)，驱动轴以转动的方式驱动安装在泵腔34内部的叶轮(未示出)。该泵壳还包括具有内周表面37的周壁部36和从周壁部36切向延伸的排放口38，该排放口具有内周表面39。主泵腔34大体是蜗壳形的并且在所表示的实施例中，在围绕周边的任意点处为如图7所示出的大体半圆形横截面。在图10示出并简短描述的另一个实施例中，主泵腔34大体是蜗壳形的，并且在所示的该实施例中，在围绕周边的任意点处横截面大体是U形。
[0066] 图5至图7示出的泵壳30还包括在主泵腔34的内周表面37和排放口38的内周表面39之间延伸的过渡表面或区段40。该过渡表面或区段提供了在流经泵腔30的螺旋或周向长度的路径和经排放口38的流体排放之间的过渡。该过渡表面或区段40包括分水角41和两个布置成在分水角41与主泵腔34和排放口38的各自内周表面37、39之间延伸出的融合(blend)或过渡区域(或合并区域)45。该分水角41具有大体圆形表面形式，具有从其延伸的凸起(protrusion)或突出部(projection)。如图5和图7所示，当从端横截面观察时，该凸起或突出部为居中布置在主泵腔的侧
墙壁之间隆起的凸块、膨出部或浅凹42的形式。凸块或浅凹42不规则地(irregularly)延伸，作为否则为拱形的或平滑的分水角41的一部分，而且通常具有呈圆角的边缘。在其它形式中，该突出部可类似舌状，或甚至尖角形状。
[0067] 过渡表面或区段40(包括具有膨出部42和转变区域45的分水角41)适用于将经排放口38移出的工作
浆液物料流从主泵腔34中的再循环物料流中分离。分水角41被布置为将物料流分配到排放口38而减少在主泵腔34中再循环物料流。应相信分水角的凸起或突出部以及融合或过渡区段可减少在蜗壳形的两侧产生的涡旋流量，并减少涡旋流的程度，这一起减少了分水角区域内的湍流量。较低的速度和较小的弯曲度能够导致与运动中的矿物浆料接触的泵组件较少的腐蚀磨损。
[0068] 在图5至图7所述的实施例中，尤其参考图6，分水角41部分地伸入排放口38，这已经被发现是有利的布置。
[0069] 分水角的凸起或突出部还被认为能够在泵送液流或固液混合物的过程中减少两个涡形在两个侧面上同时形成的可能性。分水角区域中较平滑且较小的涡流有助于只形成一个主要的涡旋图案，但具有较低的强度。由于一个较弱的涡旋导致的磨损和腐蚀将产生较小的磨损而因此组件寿命较长。在蜗壳的分水区域中较低的涡旋和湍流水平还在较大的液流操作条件范围内改善了泵的性能和效率。
[0070] 参考图8至图10，所示的进一步的实施例的泵壳30A中具有主泵腔34。该泵壳30A为大体蜗壳形，类似于轮胎。在所示的实施例中，泵壳30A以衬里形式在使用中被布置在泵的外部壳体结构内，并且在泵壳30A中叶轮能被转动。如上文中所述，主泵腔34大体为蜗壳形，并且在所示的实施例中，围绕其周边的任意点的横截面为大体U形。为方便起见，在图5至图7以及图8至图10中相同的附图标记被用于标识相似的部件。
[0071] 分水角本身和/或从分水角延伸的凸起或突出部可由适合于被如所述成形、形成和安装的任意材料制成，例如弹性体材料；或者高铬含量的硬金属或经过某种方式处理(例如被回火)而包含硬化金属微结构的金属；或者在暴露于颗粒材料流时能够提供适当的耐磨损特性的耐磨陶瓷材料。
[0072] 在某些实施例中，通过使
用例如销连接、
焊接、胶黏剂胶接粘合等任意适当的固定或接合技术，凸起或突出部能够用于改进现有技术中泵壳的过渡表面40来形成成形部分(profiled section)。在某些环境下，在使用一段时间之后或者如果在使用中凸起的部分例如被折断，被磨损的凸起可从其在分水角的
位置上拆卸下来并进行更新。取决于制造的材料，凸起能够通过与上面描述相同的成形技术被修复。
[0073] 用于在此公开的泵壳的材料可选自适于所述成形、形成或装配的材料，包括高铬含量的硬金属或经过某种处理(例如回火)而包含硬化金属微结构的金属。该壳体还能够由例如陶瓷的其它耐磨材料来制造，或者如果该壳体作为在泵的蜗壳衬里，甚至可由硬橡胶材料制造。
[0074] 在此公开的壳体的任何实施例被使用在蜗壳类型的离心式浆料泵中。这样的泵通常包括具有进料区域和排放区域的泵壳，以及被置于泵壳内的叶轮，叶轮通过轴向连接到叶轮的动力驱动轴而转动。由于蜗壳衬里通常是磨损件，因此周期性地，泵外部壳体结构被打开，并且磨损的蜗壳形衬里被拆卸下来并被丢弃，而更换上在此公开的类型的未磨损的蜗壳衬里。磨损的蜗壳衬里可与所提供的新的、未磨损的衬里具有不同设计，只要新的、未磨损蜗壳衬里可与泵外部壳体内空间互换以便允许更新。
[0075] 在某些实施例中，壳体是
铸造产品，由固体化的熔融金属制成。该铸造处理包括将熔融金属浇注到模具中并允许金属冷却和
固化，以形成所需要的形状。铸造处理的复杂度在一定程度上取决于铸模的形状和结构，在某些情况中，为引入熔融金属并和为将铸造产品从模具分离，需要使用专
门的技术。
[0076] 实验仿真
[0077] 使用商业
软件ANSYS CFX进行计算实验，来仿真在此公开的不同泵壳设计中的流动。这种软件采用计算
流体力学(CFD)方法以求解被泵送液流的速度场。该软件能够求解许多其它感兴趣的变量，然而，速度是与在此示出的图形相关的变量。
[0078] 对于各个CFD实验，结果使用相应的CFX模块进行后处理。图11(实验1)示出了切开常规泵壳的平面A-A的横截面视图，其在图9示出的泵壳类型上的分水角下游15度角的径向平面上，但没有形成于其上的分水角凸起。图12(实验2)示出了切开具有分水角凸起的泵壳实施例的平面A-A的横截面视图，其在图9示出的泵壳类型上的分水角下游15度角的径向平面上，并且其特征在于分水角包括凸起。速度矢量在这些平面上被画出以便分析液流和浆料颗粒如何运动穿过在两个相对(前和后)叶轮遮板之间形成的通道，并进入横截面为U形的泵壳内的环形空间。这些矢量的尺寸与它们的分布
密度一起指示了速度参数的大小，并且弯曲的矢量图形大体指示涡旋的存在。
[0079] 实验1
[0080] 图11示出的流动侧视图中，矢量的分布密度指示速度参数的大小和涡旋的存在。观察的重要区域是位于各图的最高边缘的区域，那里是流体接触泵壳内表面处。应注意箭头的密度。在各速度矢量图中相关区域由标记为G的箭头指出。叶轮遮板之间的区域还存在大量的湍流，如标记为H的箭头指出。
[0081] 实验2
[0082] 图12示出的流动侧视图中，位于各图的最高边缘区域的流体接触泵壳内表面处的矢量的分布密度小于在图11中(实验1)所示出的。图12的相关区域在各速度矢量图中由标记为J的小箭头指出。这表示与图3示出的没有分水角凸起的常规类型相比，在图9中示出的泵壳的内表面涡旋更少(且从而磨损更小)。当与常规壳体的图11中箭头H标记的区域比较时，在叶轮遮板之间的区域中存在的湍流少得多，如标记为K的箭头所指示。
[0083] 现在参考图13和图14，示出了包括两个相对的侧部件26和28的泵衬里30B，这两个侧部件可在外周边缘处被装配在一起。泵衬里30B由弹性体材料制成并适于被包围在外部刚性泵壳内。为方便起见，如先前的图5至图10，在图13至图18中相同的附图标记被用于标识相似的特征。
[0084] 在泵衬里30B内具有主泵腔34，并在相对的侧面上具有开口31和32，其中一个作为进料口31，用于将物料流引入主泵腔34。另一个开口32用于引入驱动轴(未示出)，用于以转动的方式驱动安装在泵腔34内的叶轮(未示出)。泵衬里还包括具有内周表面37的周壁部36以及具有内周表面39的排放口38。主泵腔34大体为蜗壳形。
[0085] 泵衬里30B还包括过渡表面或区段40，其在主泵腔34的内周表面37和排放口38的内周表面39之间延伸。该过渡表面或区段40包括分水角41和两个布置成在分水角41与主泵腔34和排放口38的各自内周表面37、39之间延伸的融合或过渡区域(或合并区域)45。该分水角41具有大体圆形表面形式，形成具有从其延伸的凸起或突出部的前缘或自由边缘44。自由边缘或前缘靠近叶片在泵腔内转动时的经过处。如图13和图14所示，在从端横截面观察时，突出部为隆起的凸块、膨出部或浅凹42，被居中地布置的主泵腔侧壁之间。凸块、膨出部或浅凹42作为否则为拱形的或平滑的分水角41的一部分不规则地延伸，而且通常具有呈圆角的边缘。
[0086] 过渡表面或区段40适用于将经排放口38移出的工作浆液物料流从主泵腔34中的再循环物料流中分离。分水角41被布置为将物料流分配到排放口38并减少在主泵腔34中再循环物料流。
[0087] 如在图15至18中示出的，在分水角41的区域中提供了加强件50，并且如图所示包括在过渡部的一个部件的表面56上的突出部52和在过渡部的另一个部件表面58上的配合工作的凹槽54，当两个侧部件被装配在一起时突出部可被接纳在凹槽内。在另一种形式中，过渡部的每个部件上都提供了凹槽，当两个侧部件被装配在一起时，插件(例如接合销或类似部件)可被接纳在两个凹槽内。过渡部中的加强件从分水角41的前缘间隔开。插件可由塑料、陶瓷或金属材料形成。突出部或凹槽在装配时伸入凹槽使得它的自由端从过渡部的该部件的外部表面间隔开。在所有形式中，加强件从泵腔34和排放口38的内周表面37、39被间隔开。从横截面观察，凹槽和所述突出部为具有在分水角方向上延伸的纵向轴线的大体矩形。
[0088] 在前述的优选实施例中，为了清楚起见，已经使用特定的术语。但是，本发明并非旨在受限于所选的特定术语，且应理解各个特定术语包括了以类似方式操作来完成类似技术目的全部技术等价术语。例如“前面的”和“后面的”，“以前”和“以后”以及类似的术语被用作便于提供参考点的词汇并不解释为限制性词汇。
[0089] 本说明书中参考的任意的在先公开(或从中获得的信息)，或任意的已知事物不作为在先公开(或从中获得的信息)或已知事物形成本说明书涉及的领域公知常识部分的确认，或认可，或任何形式的暗示。
[0090] 最终，应该明白的是各种变化、改变和/或附加部分可被合并到各种结构和布置中而不背离本发明的精神或范围。
