吸入衬套和包括该衬套的离心泵的制作方法

1.本公开涉及衬套(liner，衬里)和包括该衬套的离心泵。更具体地，本公开涉及特别适合于处理浆液的吸入衬套和包括该吸入衬套的离心泵。


背景技术：

2.离心泵是本领域已知的用于泵送流体的泵，可用于不同的应用，例如用于处理浆液。通常，用于处理浆液的离心泵包括支撑在轴上的叶轮，该轴通过外部电机进行旋转。叶轮安装在壳体内，该壳体具有流体入口和排出被泵送的流体的出口(通常被称为排出口)。使用时，来自入口的流体流向叶轮的中心，叶轮的旋转迫使流体流向壳体的外围区域来通过出口排出。由叶轮旋转产生的离心力与叶轮叶片对流体的动力作用一起在泵内产生压力梯度，在靠近叶轮中心(也称为孔眼(eye))处产生较低的压力，在靠近叶轮排出口和外径处产生较高的压力。因此，压力从叶轮的孔眼并且径向向外增加。这种压力变化通常会导致流体通过叶轮与泵壳之间的间隙再循环，该间隙通常称为机头间隙(nose gap，泵头间隙)。考虑到这种再循环会降低泵的性能，并且在处理含有固体颗粒的液体时会增加叶轮以及壳体的磨损，因此是不可取的。这种磨损问题在处理磨浆液(abrasive slurries)时尤其明显。
3.一种类型的用于处理浆液的离心泵包括衬套，用于为叶轮的吸入侧上的壳体提供磨损保护。这种衬套通常由耐磨材料(例如高铬合金，high chrome alloy)制成。另一种常见的衬套材料是天然橡胶。为避免通过机头间隙进行再循环，调整衬套与叶轮之间的轴向距离，这样使得机头间隙最小化，而不允许衬套接触叶轮。由于例如高铬合金的热裂纹或天然橡胶的裂缝，这种接触会导致衬套过早磨损。
4.尽管这种类型的衬套布置在提高泵效率的同时可以在一定程度上减少再循环，从而减少叶轮和衬套的磨损，但其仍然容易受到流体再循环的影响，在泵的泵送性能和泵部件的耐久性方面存在缺陷。因此，完全或至少尽可能多地防止再循环是有利的。
5.此外，用于调整这种离心泵(通常用于处理浆液)的衬套以使机头间隙最小化的过程通常是手动进行的，需要有经验的操作员仔细听特定的声音，以确认已经到达衬套相对于叶轮的适当位置。这是一项费时费力的工作。


技术实现要素：

6.目的是单独地或以任何组合方式减轻、缓解或消除本领域中的一个或多个上述缺陷和缺点，并至少解决上述问题。
7.根据本公开的第一个方面，提供了一种用于处理浆液的离心泵的吸入衬套，该离心泵包括容纳在壳体中的叶轮，该吸入衬套包括能够布置在离心泵的壳体中的柱状部分和从柱状部分沿径向向外突出的法兰部分。法兰部分能够布置为当被安装在离心泵中时，吸入衬套的法兰部分的前端表面的至少一部分抵接叶轮的前端的至少一部分，由此密封吸入衬套与叶轮之间的轴向间隙，至少法兰部分的前端表面由低摩擦聚合物制成。
8.吸入衬套的优点在于，当吸入衬套被安装在离心泵中时，由于其允许完全密封吸
入衬套与叶轮之间的机头间隙，即抵接叶轮，因此防止液体在其中再循环。在无再循环或再循环减少的情况下，吸入衬套和叶轮前端的磨损减少，从而提高了这些部件的耐久性和使用寿命。这在处理含有固体颗粒的磨浆液或重浆液(heavy slurries)时特别有利。
9.通过提供具有法兰部分的吸入衬套，其中，至少法兰部分的前端表面由低摩擦聚合物制成，发明人惊奇地发现，吸入衬套可以被布置为抵接叶轮从而完全密封衬套与叶轮之间的轴向间隙(通常也被称为机头间隙)，而不会使部件遭受过度磨损。低摩擦聚合物优选具有高机械强度，以承受泵运行期间正在旋转的叶轮施加在其上的动态压力。此外，低摩擦聚合物允许吸入衬套抵接叶轮，而不会随着叶轮的旋转在泵的运行期间由于吸入衬套的低摩擦聚合物与叶轮之间的接触区域产生的过多热量而劣化。
10.在一实施例中，低摩擦聚合物是高性能热塑性塑料。在一实施例中，高性能热塑性塑料是半结晶热塑性塑料。这类材料具有特别高的耐温性和耐化学物质性，这是有利的。高性能热塑性塑料的例子有聚苯硫醚(pps)、聚醚醚酮(peek)和聚醚酮(pek)。根据优选的实施例，低摩擦聚合物为peek。提供低摩擦系数和高机械性能的其他聚合物材料也可以用于本公开概念内的吸入衬套中，例如超高分子量聚乙烯(uhmwpe)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚酰胺、酚醛树脂和聚甲醛(pom)。
11.根据一实施例，整个吸入衬套由低摩擦聚合物制成。这提供了以单件的方式容易且高效地制造的衬套。
12.根据一实施例，吸入衬套由涂覆有低摩擦聚合物的金属制成。金属衬套为吸入衬套提供机械稳定性，而低摩擦聚合物的涂层为叶轮提供低摩擦，从而减少磨损，这是有利的。
13.根据一实施例，法兰部分的前端表面的至少一部分能够布置为与叶轮的前端的至少一部分平齐，由此密封法兰部分与叶轮之间的轴向间隙。这对不需要任何复杂的表面几何形状、例如会导致潜在的应力集中的吸入衬套是有利的。提供法兰部分的平齐表面进一步有利于吸入衬套的制造。
14.根据一实施例，前端表面的能够被布置为与叶轮的前端的一部分抵接的部分是弯曲的，该弯曲形状对应于叶轮的前端的反向弯曲形状。只要法兰部分的前端表面的一部分抵接叶轮的前端的一部分，则法兰部分的前端表面和叶轮的前端也可以是其他形状(如拼图形状(jigsaw，交错形状))。
15.根据一实施例，当吸入衬套被安装在离心泵中时，法兰部分的前端表面部分能够被布置为抵接叶轮的前端的至少一部分，该法兰部分的前端表面部分沿着前端表面的圆周延伸。这提供了机头间隙的周向密封，防止由泵处理的液体再循环。
16.根据本公开的第二方面，提供了一种用于处理浆液的离心泵，该离心泵包括：叶轮；叶轮轴；容纳叶轮的壳体，该壳体包括入口和出口；以及本文所公开的吸入衬套。吸入衬套的柱状部分被布置为沿壳体的内壁，吸入衬套的法兰部分被布置为至少部分地抵接叶轮的前端。
17.离心泵的优点在于，通过将吸入衬套布置为与叶轮抵接，可以防止被泵送的液体(例如浆液)再循环，同时还可以减少泵部件的磨损，如前文仅关于吸入衬套所描述的。此外，提供使吸入衬套能够操作为与叶轮抵接有助于将吸入衬套安装在壳体中并抵接叶轮。由于允许衬套接触叶轮，因此更容易控制吸入衬套相对于叶轮的位置以达到期望的位置，
这是有利的。
18.根据一实施例，吸入衬套的柱状部分被布置为沿壳体入口的内壁。这为壳体在离心泵入口处提供了磨损保护。
19.根据一实施例，离心泵还包括驱动衬套(通常也被称为后衬套)，其具有前端表面，前端表面被布置为抵接叶轮的后端表面，其中至少后衬套的前端表面包含低摩擦聚合物。这为叶轮背面上的壳体与叶轮之间的轴向间隙提供了密封，防止磨粒通过，从而降低叶轮和壳体的磨损。
20.第二方面的效果和特征很大程度上类似于与第一方面有关的上述描述的效果和特征。关于第一方面提到的实施例很大程度上与第二方面兼容。还应注意，除非另有明确说明，否则本发明概念涉及特征的所有可能组合。
21.本公开的进一步的适用范围将从下面给出的具体实施方式中变得显而易见。然而，应当理解，在指示本公开的优选实施例的同时，具体实施方式和具体示例仅以示例的方式给出，因为对于本领域技术人员来说，通过这种详细的描述，本公开范围内的各种变化和修改将变得显而易见。
22.因此，应当理解，由于这样的装置和方法可以变化，因此本公开不限于所描述的装置的特定组成部分或所描述的方法的步骤。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是限制性的。必须注意，除非上下文另有明确规定，如说明书和所附权利要求中使用的，冠词“a(一个)”、“an(一个)”、“the(该)”和“said(所述)”旨在表示存在一个或多个元件。因此，例如，对“一个单元(a unit)”或“该单元(the unit)”的引用可以包括若干装置等。此外，词语“包括(comprising)”、“含有(including)”和“包含(containing)”及类似词语不排除其他元件或步骤。
附图说明
23.将参照附图通过示例的方式更详细地描述本公开，附图显示了本公开的当前优选实施例。
24.图1示出了根据本公开的一实施例的具有吸入衬套的离心泵的立体的局部切除的剖视图。
25.图2示出了根据本公开的一实施例的吸入衬套的立体图。
26.图3示出了根据本公开的一实施例的布置在离心泵中的吸入衬套的横截面细节图。
27.图4示出了根据本公开另一实施例的布置在离心泵中的吸入衬套的横截面细节图。
具体实施方式
28.下面将参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的当前优选实施例。然而，本公开可以以许多不同形式实施并且不应被解释为限于本文所述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
29.图1示出了根据本公开的一实施例的用于处理浆液的离心泵1。离心泵1包括壳体2、叶轮3和叶轮轴4，叶轮轴4保持叶轮3，延伸穿过壳体2，并延伸到壳体2的外部，在此处布
置有驱动叶轮的电机(未示出)。因此，叶轮3被容纳在壳体2内。叶轮，其是闭式叶轮，包括前端14(也常被称为前护罩)和驱动端15(也被称为后端15或后护罩)。壳体2包括用于被泵送的液体的入口6和用于排出被泵送的液体的出口7(在本文中也称为排出口7)。入口6布置在壳体2的面向叶轮3的前端14的侧壁上，并与叶轮3的中心对齐，从其轴向延伸。壳体2的包括入口6的侧壁在下文中被称为壳体2的吸入侧，并包括吸入板18。壳体2还包括背面，背面包括背板19，背板19布置为与吸入侧相对。此处，排出口7从壳体2的顶部切向延伸。然而，排出口7可以从壳体2的任何部分切向延伸。
30.离心泵1还包括吸入衬套8，该吸入衬套被布置成沿壳体2的吸入侧的内壁。
31.图2中示出了根据本公开的一实施例的吸入衬套8的较近视图。吸入衬套8包括柱状部分10和法兰部分11。如图1所示，柱状部分10呈圆柱形状，可布置在离心泵1的壳体2中。更具体地，在图1所示的实施例中，吸入衬套8的柱状部分10被布置成沿壳体2的内壁16(此处为入口6的内壁)。法兰部分11在其一端处从柱状部分10沿径向向外突出。法兰部分11包括前端表面12，远离吸入衬套8的柱状部分10。在所示实施例中，吸入衬套8是由低摩擦聚合物制成的一体式。然而，在本公开的概念内也可以设想提供分段式的吸入衬套。
32.再次参考图1，吸入衬套8的法兰部分11布置在离心泵1的壳体2中。更具体地，法兰部分11在叶轮3的前端14与壳体2的在其吸入侧的内壁之间的轴向间隙沿径向延伸。法兰部分11的前端表面12的一部分被布置为抵接叶轮3的前端14的一部分，如图3中最佳可见，图3提供了图1所示的离心泵1的详细视图。这里，法兰部分11的前端表面12的径向内部25抵接叶轮3的前端14的中心部分26。
33.吸入衬套8与叶轮3的抵接为叶轮3与壳体2之间的轴向间隙提供密封。在图3所示的吸入衬套8的示例性实施例中，法兰部分11的前端表面12的径向内部25与叶轮3的前端14的中心部分26平齐，使得上述轴向间隙被密封。然而，在本公开的概念范围内，也可以提供具有包括不规则性(irregularities，凹凸)(与叶轮3的前端14中的最终的不规则性匹配)的前端表面12的法兰部分11。
34.吸入衬套8还包括多个紧固座22，每个紧固座22被布置为用于接收紧固件23，该紧固件用于将吸入衬套8调整并紧固到壳体2上。如图2所示，紧固座22优选围绕吸入衬套8的法兰部分11的径向延伸部分均匀地分布，使得吸入衬套8均匀地紧固到壳体2上。因此，当布置在离心泵1中时，吸入衬套8的前端表面12的与叶轮的一部分前端14的抵接的部分对叶轮3施加均匀分布的压力。
35.与吸入衬套8类似，壳体2的吸入板18包括紧固件座24，该紧固件座与吸入衬套8的法兰部分11的紧固座22对齐。每个紧固件座24被布置为接收紧固件23，以将吸入衬套8调整并紧固到壳体2上。紧固件23可以是适合将吸入衬套8紧固到壳体2上的任何类型的紧固件。在本公开所示的实施例中，每个紧固件23包括与壳体2的相应紧固件座24和吸入衬套8的紧固座22螺纹啮合的螺栓，以及用于进行调整和紧固的螺母。本领域技术人员认识到，在本公开的概念范围内，也可以提供适用于将吸入衬套8紧固和调整到壳体2的其他类型的紧固件。
36.此外，图1所示的离心泵1的示例性实施例还包括驱动衬套9。驱动衬套9布置在包括壳体2的背板19的后侧的内壁上，并在壳体2与叶轮3之间的轴向间隙中沿径向延伸。驱动衬套9包括前端表面20，该前端表面抵接叶轮3的驱动端面21以密封两者之间的间隙。驱动
衬套9能够以如前所述的相应方式相对于吸入衬套8被紧固和调节。
37.图4示出了布置在离心泵100中的吸入衬套80的另一示例性实施例。在本实施例中，吸入衬套80包括沿吸入衬套80的法兰部分11的前端表面12和柱状部分10的内壁部分的由低摩擦聚合物制成的涂层81。作为用于低摩擦聚合物制成的涂层的基材82，可使用任何适用于离心泵处理浆液的机械条件的材料。仅作为示例，基材82可以是高铬合金。在本公开的概念范围内，也可以是包括仅覆盖吸入衬套80的法兰部分11的前端表面12的涂层的吸入衬套，或吸入衬套的被布置为抵接叶轮的前端14的一部分的环形部分或圆周部分。
38.本领域技术人员认识到本公开并不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内可以进行多种修改和变化。
39.例如，吸入衬套8的法兰部分11的前端表面12可以不是基本上平的或直的，而是可以包括与叶轮3的前表面14，或者至少是叶轮的沿径向延伸的前表面14的中心部分26互补的突起或凹陷。这也适用于驱动衬套9的前端表面20。
40.此外，在一实施例中，吸入衬套8、80可以是圆盘的形式，其中柱状部分限定了被泵送的液体的入口，并且法兰部分从柱状部分沿径向延伸。
41.此外，通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实施要求保护的发明时可以理解和实现对已公开实施例的变型。