离心泵的制作方法

1.本技术涉及离心泵领域，特别涉及高转速、高扬程的深井用多级离心泵。


背景技术：

2.深井用离心泵总体上包括电机总成和具有被泵轴驱动而旋转的一个或多个叶轮组件的泵体总成。传统的离心泵的泵轴转速一般在1300rpm左右，若要离心泵输出的水的扬程达到130m，通常离心泵的高度可能达到3m，所以，这种深井泵体积大、非常笨重。
3.深井用离心泵大多用于农业浇灌，使用环境通常在井下110m
‑
500m不等的深度。在高山等自然环境恶劣的应用中，操作非常不方便。特别是，仅仅对于离心泵的搬运来说，工作人员需要人力抬到山顶，这可能需要几个小时、甚至一天的时间，将庞大、笨重的离心泵安装到几百米深的井底以及后续可能的维修都非常困难。这很大程度上限制了离心泵的应用。
4.希望能够提高泵的效率，减小泵的体积和重量，以解决或至少部分地改善上述问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种新式离心泵结构，其通过减少离心泵内的旋转部件和静止部件之间的摩擦耗能而提高了离心泵的效率，从而大大减小了泵的体积和重量。
6.根据本技术，提供了一种离心泵，包括：
7.泵轴；
8.被泵轴驱动而绕轴向方向旋转的叶轮组件，所述叶轮组件包括限定出接合泵轴的轴孔的叶轮毂，和附接到所述叶轮毂并且从叶轮毂的外周面的上部分径向向外螺旋形延伸的叶轮，叶轮毂限定出具有第一径向宽度的外环形旋转接合面和具有大于第一径向宽度的第二径向宽度的内环形旋转接合面，所述外环形旋转接合面和内环形旋转接合面分别具有比形成叶轮毂的材料的硬度高的第一硬度和第二硬度；
9.轴向地支撑叶轮组件并且保持静止的叶轮轴向支撑组件，所述叶轮轴向支撑组件限定出静止接合面，所述静止接合面具有小于所述第一硬度和第二硬度的第三硬度，并且包括与所述外环形旋转接合面接合的外环形静止接合部分和与所述内环形旋转接合面接合的内环形静止接合部分，其中，在所述内环形静止接合部分内包括从所述静止接合面凹陷的多个槽口。
10.在一个实施例中，所述外环形旋转接合面通过环绕着所述叶轮毂的外周面的下部附接的护套提供，所述内环形旋转接合面通过附接到所述叶轮毂的下端面的抗磨附件提供。
11.在一个实施例中，所述抗磨附件被嵌置于形成在所述叶轮毂的下端面上的凹槽内，或者附接于所述叶轮毂的下端面。
12.在一个实施例中，所述叶轮轴向支撑组件包括由具有所述第三硬度的材料形成的
静止支撑件，所述静止支撑件限定允许泵轴穿过的轴孔并且包括所述静止接合面。
13.在一个实施例中，所述多个槽口从所述静止支撑件的限定所述轴孔的内周面径向向外延伸。
14.在一个实施例中，所述多个槽口沿围绕轴向方向的周向方向均匀间隔开布置。
15.在一个实施例中，所述多个槽口从所述静止接合面凹陷到所述静止支撑件内的深度为所述静止支撑件的轴向厚度的四分之一至二分之一之间。
16.在一个实施例中，所述离心泵包括多个所述叶轮组件。
17.在一个实施例中，在所述叶轮组件是离心泵最下方的第一叶轮组件时，所述叶轮轴向支撑组件是进口座支撑组件。
18.在一个实施例中，在所述叶轮组件是除最下方的第一叶轮组件之外的其它叶轮组件时，所述叶轮轴向支撑组件是导叶腔体组件，所述导叶腔体组件还包括限定出导叶通道的外壳体和内壳体，限定出所述静止接合面的静止支撑件被附接到所述内壳体。
19.在一个实施例中，所述静止支撑件被直接附接到所述内壳体，或者经由中间件附接到所述内壳体。
20.在一个实施例中，所述导叶腔体组件的外壳体和内壳体一体地形成，或者被单独地形成。
21.在一个实施例中，所述护套沿所述叶轮毂的外周面的下部轴向延伸的长度对应于所述内壳体的环绕着所述叶轮毂的内周面沿轴向方向延伸的长度。
22.在一个实施例中，离心泵还包括下述特征中的至少一个：
23.所述外环形旋转接合面是不锈钢表面；
24.所述内环形旋转接合面是钨钢表面；
25.所述静止接合面是陶瓷表面。
26.在一个实施例中，所述第一径向宽度在1
‑
5mm之间。
27.本技术的离心泵包括多个叶轮级组，每一个叶轮级组包括进行高速旋转运动的叶轮组件和对叶轮组件起轴向支撑作用的静止不动的叶轮轴向支撑组件，其中叶轮组件提供具有第一较高硬度且第一较小径向宽度的外环形旋转接合面和具有第二较高硬度且具有第二较大径向宽度的内环形旋转接合面，叶轮轴向支撑组件提供包括与上述外环形旋转接合面相接合的外环形静止接合部分和与内环形旋转接合面的内环形静止接合部分的静止接合面，静止接合面具有较低硬度。
28.离心泵操作过程中，叶轮组件的外环形旋转接合面首先与硬度较低的静止接合面接合，并且由于其径向宽度非常小，所以外环形旋转接合面首先通过将后者磨损的方式形成密封。之后叶轮组件的较“宽”的内环形旋转接合面再与硬度较低的静止接合面接合，进而形成密封。其中叶轮组件的外环形旋转接合面具有非常小的径向宽度，使得其与静止接合面的外环形静止接合部分之间的接触大致为线接触，这样叶轮组件和叶轮轴向支撑组件之间能够快速进入径向宽度较大的内环形轴向支撑接触，进入稳定工作状态。此外，为了减少在大径向宽度的内环形旋转接合面和内环形静止接合面之间产生的阻碍旋转的分子力，减少因此而造成的能量损失，本技术在由叶轮组件轴向支撑组件提供的内环形静止接合部分上述设置有多个凹陷式槽口，提高了离心泵的效率。
附图说明
29.下面将参考附图、结合本技术的示例性实施例详细描述本技术的前述和其它特征、优势和益处。应理解，附图并未按比例绘制，仅仅用于示意本技术的原理，而不意于将本技术限制于图示的详细结构。另外，图中示出的零部件不必须存在本技术的所有实施方式中，图示未示出的零部件有可能存在于本技术的某些实施方式中。
30.图1是本技术的示例性离心泵的部分分解的立体图，其中重点示意了离心泵的泵体总成的叶轮级组的布置；
31.图2示出了在图1的离心泵中被标注出的叶轮级组b3的叶轮组件和叶轮轴向支撑组件的结构细节的剖视图；
32.图3a
‑
3c为图1和2的叶轮轴向支撑组件中的静止支撑件的不同视图。
具体实施方式
33.下面参考附图具体描述本技术的离心泵。贯穿各附图，结构或功能相同或相似的部分具有相同的附图标记。
34.参考图1，本技术的离心泵总体上包括马达总成10和泵体总成20。马达总成10主要包括马达壳体和容置于马达壳体内、能够输出高转速的马达。马达总成10的构造和结构细节不是本技术的重点，为了突出重点，图1中仅示意性示出了马达总成10，并未示出其内部细节。泵体总成20包括泵套筒22和容置于泵套筒22内的至少一个、例如多个叶轮级组。泵轴11从马达总成10内伸出，将马达输出的旋转运动传递至泵体总成20内的各叶轮级组的叶轮组件。泵轴11限定出包括向上方向和向下方向的轴向方向z。
35.本技术的离心泵使用时通常竖直放置。所以本技术的描述中使用的方向性术语都以组装在离心泵中后并且竖直放置时的工作状态为参考。例如“上”部或“上”方、或“下”部或“下”方分别指部件在组装到离心泵中之后并且在组装好的离心泵处于竖直工作状态时该部件的上部或上方、或下部和下方。
36.在轴向方向z上，从下向上，泵体总成20依次包括：最靠近马达总成10的进水区段，例如，在图1的分解图中，该区段包括泵套筒22的包括进水孔31的进水部段32，容置于泵套筒22的进水部段32内的各部件，包括、但不限于将泵轴11连接到马达输出轴的连接结构等；由多个上下串联布置的叶轮级组b1
‑
b5构成的叶轮区段，例如，在图1的5级示例性离心泵的分解图中，该区段包括泵套筒22的中间部段34，和容置于泵套筒22的中间部段34内的各叶轮级组b1
‑
b5，其中与进水区段相邻的为第一叶轮级组b1，第二至第五叶轮级组b2，b3，b4和b5从下向上依次串联布置；以及位于进水区段相反端的出水区段，例如，在图1的分解图中，该区段包括泵套筒22的出水部段36，容置于泵套筒22的出水部段36内的各部件，例如出水口腔体组件42，图中未示出的可选的单向阀组件等等。
37.在离心泵操作过程中，马达驱动泵轴11旋转，水经由进水区段的进水孔31进入离心泵内，串联布置的叶轮级组中的叶轮组件高速旋转将水输送至出水区段，经由出水口腔体组件42离开离心泵。
38.典型地，在如图示的包括多个叶轮级组b1
‑
b5的离心泵中，对于除与进水区段相邻的第一叶轮级组b1之外的其它叶轮级组b2
‑
b5来说，每一个叶轮级组包括被泵轴11驱动而一同旋转的叶轮组件100，环绕着叶轮组件100的下部并且提供轴向支撑作用的导叶腔体组
件200，以及环绕着叶轮组件100的上半部并对其提供支撑的支撑体组件300。第一叶轮级组b1、即最下方叶轮级组由于与泵体总成20的进水区段相邻并连接因而具有稍稍不同的结构，该第一叶轮级组b1的叶轮组件100同样包括环绕其上部的支撑体组件300，不同的是，叶轮组件100的下部由结构稍稍不同于上述导叶腔体组件200的进口座组件200
′
轴向支撑。
39.对第一叶轮级组b1的叶轮组件100提供轴向支撑的进口座组件200
′
虽然与对其它叶轮级组b2
‑
b5的叶轮组件100提供轴向支撑的导叶腔体组件200结构不同，但用于第一叶轮级组b1的进口座组件200
′
和第一叶轮级组b1的叶轮组件100之间的轴向接合和支撑结构与用于其它叶轮级组b2
‑
b5的导叶腔体组件200和它们的叶轮组件100之间的轴向接合和支撑结构是相同的。鉴于此，在本文的描述中，用于第一叶轮级组b1的进口座组件200
′
和用于其它叶轮级组b2
‑
b5的导叶腔体组件200被统称为“叶轮轴向支撑组件”。本技术的重点即在于每一个叶轮级组b1
‑
b5中高速旋转运动的叶轮组件100与静止不动的叶轮轴向支撑组件200
′
或200之间的接合结构。
40.具体来讲，在本技术中，对于每一个叶轮级组b1
‑
b5来说，高速旋转运动的叶轮组件100提供具有第一硬度和第一径向宽度的内环形旋转接合面和具有第二硬度和第二径向宽度的外环形旋转接合面，静止不动的叶轮轴向支撑组件200
′
或200提供具有第三硬度的静止接合面，其中第二径向宽度远远小于第一径向宽度。本文中，术语“径向宽度”指环形结构在垂直于轴向方向z的横截面中外环半径和内环半径之间的差。在离心泵操作过程中，内环形旋转接合面和外环形旋转接合面都与静止接合面接合、接触并相对密封地进行摩擦运动，其中第一硬度和第二硬度都大于第三硬度，并且第一硬度和第二硬度可以相等或者不等。在本技术提供的示例性实施例中，第一硬度由钨钢材料的旋转接合件提供；第二硬度由不锈钢材料的护套提供；第三硬度由陶瓷材料的静止支撑座提供。本领域内的技术人员应了解，上述材料仅仅式示例，并且本技术不限制于上述材料。此外，在本技术中，静止接合面在与内环形旋转接合面接触的内环形静止接合部分内设置有沿周向方向布置的多个槽口。
41.下面参考图2详细地描述本技术的原理。
42.图2的剖视图中示出了图1中标注出的叶轮级组b3中包含的叶轮组件100和叶轮轴向支撑组件、即导叶腔体组件200。
43.叶轮组件100主要包括叶轮毂110、叶轮120和叶轮座130。叶轮毂110呈大致筒形，限定出允许离心泵的泵轴11穿过并与其接合的轴孔112。通常，叶轮毂110与泵轴11可以经由键接合方式相接合，图2中示意性示出了轴孔112中的键槽。
44.叶轮120从叶轮毂110的外周面114的上部分径向向外并且朝向上端螺旋形延伸。叶轮座130位于叶轮120径向外面并且环绕着叶轮120的外周。叶轮120和叶轮座130之间形成允许水流经的叶轮通道125。在本技术的一个实施例中，叶轮120和叶轮毂110一体地形成，叶轮座130以本领域内任何已知的方式附接于叶轮120的外周以随叶轮120一起旋转。本领域内技术人员可以理解，叶轮毂110、叶轮120和叶轮座130可以分别单独地形成，然后附接到一起，或者其中的至少两者或三者一体地形成。
45.叶轮毂110的外周面114的下部分附接有护套140，叶轮毂110的下端面附接有抗磨附件150。护套140和抗磨附件150附接到叶轮毂110的外周面114和下端面的方式可以包括、但不限于过盈配合、利用紧固件连接等本领域内任何已知的连接方式。如上述，护套140可以由不锈钢材料形成；抗磨附件150可以由钨钢或类似材料制成。在本技术中，在轴向方向
上，护套140的下端面142与抗磨附件150的下端面152齐平，但优选稍稍延伸超出抗磨附件150的下端面152。护套140的下端面142和抗磨附件150的下端面152分别提供上述外环形旋转接合面和内环形旋转接合面。在如图示抗磨附件150以嵌置方式固持于形成在叶轮毂110的下端面上的凹槽中的实施例中，分别由护套140的下端面142和抗磨附件150的下端面152提供的外环形旋转接合面和内环形旋转接合面是径向分离开的。然而，可以设想，如果抗磨附件150被附接于并且延伸覆盖叶轮毂110的整个下端面时，则分别由护套140的下端面142和抗磨附件150的下端面152提供的外环形旋转接合面和内环形旋转接合面可以是连续的。
46.叶轮轴向支撑组件200包括适于与叶轮级组100的支撑件组件300(仅在图1中示出了)机械接合的外壳体210，紧密环绕叶轮级组100的下部、即叶轮级组100的护套140的内壳体220，导叶230在内壳体220和外壳体230之间螺旋形延伸，形成允许水流经的导叶通道225。每一个叶轮级组100的导叶通道225与叶轮通道125流体连通，并且相邻叶轮级组100的叶轮通道125与导叶通道225流体连通，使得水能够从泵体总成20的进水区段进入、流经由上下串联布置的各叶轮级组100的各导叶通道225和叶轮通道125、经由出水区段流出。
47.在图示实施例中，中间件240被固定地附接于内壳体220，直接支撑接触叶轮组件100的静止支撑座250附接于中间件240上并且在离心泵操作过程中保持静止不动。中间件240和静止支撑座250分别限定出允许泵轴穿过的轴孔242和252。静止支撑座250包括用作上述静止接合面的上表面254。
48.如图2所示，在叶轮组件100和叶轮轴向支撑组件200的装配状态，护套140的下端面142和抗磨附件150的下端面152均接合静止支撑座250的上表面254，换句话说，静止支撑座250的上表面254包括与护套140的下端面142接合的外环形静止接合部分和与抗磨附件150的下端面152接合的内环形静止接合部分。与外环形旋转接合面和内环形旋转接合面相对应地，静止支撑座250的上表面254的外环形静止接合部分和内环形静止接合部分也是不连续的。然而，在未示出的其他实施例中，它们可以是连续的。
49.在离心泵操作过程中，护套140的下端面142和抗磨附件150的下端面152同时、或者优选优先于抗磨附件150的下端面152接合静止支撑座250的上表面254。在护套140的径向宽度t(图2)足够小情况下，例如在1
‑
5mm之间、优选在2
‑
4mm、更优选3mm，可以认为护套140与静止支撑座250之间的接触是环形“线”接触，这使得高速旋转的护套140将静止支撑座250的上表面254、即外环形静止接合部分迅速磨损，从而在径向宽度较大的内环形静止接合部分和内环形旋转接合面之间的接触形成密封之前、在叶轮组件100和叶轮轴向支撑组件200之间迅速形成密封。
50.随着静止支撑座250的上表面254的外环形静止接合部分被磨损，叶轮组件100的抗磨附件150的下端面152与静止支撑座250的上表面254、具体为内环形静止接合部分之间的接触逐渐紧密，同时叶轮组件100受到的轴向力全部传递至叶轮轴向支撑组件200，抗磨附件150的下端面152与静止支撑座250的上表面254形成实质上密封的摩擦接触。
51.密封接合的端面152和表面254在相对高速旋转、进而在其间形成真空时容易在形成此两个端面的材料之间产生阻碍两者相对运动的分子结合力，为了消除或者至少很大程度上减小此不希望的力的生成，本技术在相互接合的端面152和表面254中硬度较小的一者、即静止的端面254上形成缺口式槽口262，槽口262的形成破坏了相互接合的表面之间形成的真空，影响了上述分子力的形成，有利于减小阻碍两者之间相对旋转的阻力，相应地减
少了能量损失，提高了离心泵的效率。
52.图3a
‑
c清楚地示出了形成在静止支撑座250的上表面254上的槽口262。其中，图3a为静止支撑座250的立体图，图3c为静止支撑座250的俯视图，图3b为沿图3c的线x
‑
x的剖视图。
53.从图中可以看出，多个槽口262沿围绕轴向方向z的周向方向设置于静止支撑座250的上表面254上，优选围绕着轴孔252均匀布置。槽口262从上表面254向下凹陷到静止支撑座250内部，从限定轴孔252的内周面径向向外延伸，终止于外环形静止接合部分径向向内的位置，或者基本上位于与抗磨附件150的下端面152相接合的内环形静止接合部分内。
54.槽口262的数量不限于图示的8个，可以是沿周向方向均匀布置的任意多个。
55.槽口262的形状也不限制于图示的大致长圆形。在图示的示例性实施例中，槽口262具有大致平行的侧面272，大致弧形的径向外端面274和大致下凹状的弯曲底表面276。可选地，槽口262可以具有圆形，椭圆形，任意多边形，任意不规则形状，或者前述中任两意两个或更多个的组合形状。
56.槽口262的延伸方向也不限于图示的径向方向，而是可以根据实际需要修改为螺旋形延伸、沿周向方向延伸、沿任意方向倾斜延伸、蜿蜒曲折地延伸等。
57.槽口262的尺寸也可以根据需要进行设置。在图示实施例中，槽口262的径向延伸尺寸被限制于内环形静止接合部分内。槽口262延伸到静止支撑座250内的深度d可以为静止支撑座250总厚度d的四分之一至二分之一之间，优选大约三分之一。
58.本领域内的技术人员还应了解，在不偏离本技术的原理的情况下，本技术并不限制于如图中所示地静止支撑座250完全嵌置于中间件240的凹部内的结构，静止支撑座250可以部分地嵌置于中间件240内，或者可以附接于中间件240的上表面。可选地，中间件240可以省略，使得静止支撑座250可以直接附接于内壳体220。在一个实施例中，静止支撑座250可以是直接嵌置于内壳体220内部的环形件。
59.本领域技术人员还应理解，静止支撑座250和抗磨附件150不限于图示的环形平面结构，而是可以才有任何合适的结构，只需提供具有本技术所属硬度、材料和尺寸特征的环形旋转或静止接合面或接合部分即可。例如静止支撑座250和抗磨附件150可以具有任何其它形状或结构，比如可以包括用于附接到内壳体220或叶轮毂110的钩或任何其它接合特征。
60.如前面所述，不锈钢材料的护套140和钨钢材料的抗磨附件150到叶轮毂110的附接方式以及中间件240和静止支撑座250到内壳体220的附接方式可以根据需要进行改变，不限于图示的细节。
61.还可以设想，不同于图示的由陶瓷材料形成的静止支撑座250的上表面254与叶轮组件100相接合，可以使用施用(例如喷涂)了一定厚度的陶瓷材料的中间件240的向上表面(如果不设置静止支撑座250的情况下)、或者利用施用(例如喷涂)了一定厚度的陶瓷材料的内壳体220的向上表面(如果不设置中间件240和静止支撑座250的情况下)来提供与叶轮组件100相接合的轴向支撑面。同理，叶轮组件100的不锈钢护套140和抗磨附件150也可以省略，通过向叶轮毂110的某些部分施用或喷涂相应材料的涂层来提供图示的下端面142和下端面152。
62.在图示的实施例中，叶轮组件100的护套140还配置成有效地间隔开高速旋转的叶
轮毂110与导叶腔体组件200的内壳体220的环绕着叶轮毂100的内周面222(图2)。由此，护套140沿轴向方向z延伸的长度基本上对应于或大致相当于内壳体220沿环绕叶轮毂110的轴向长度。
63.本技术虽然参考图1的包括5个叶轮级组的离心泵进行了描述，但本技术绝不仅限于包括5个叶轮级组的离心泵，离心泵可以包括可以一个、两个、三个、四个、六个或更多个叶轮级组。
64.尽管在上面参考图中示出的实施例描述了本实用新型，但是对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是，其他实施例和示例可以执行相似的功能和/或获得相似的结果。由此设想所有这样的等效实施例和示例都在本实用新型的精神和范围之内，并且出于所有目的旨在由以下非限制性的权利要求覆盖。