[发明专利]导流器粉碎装置

说明书

相关申请的交叉引用

本发明主张2007年10月3日申请的美国临时专利申请序列号60/977,130的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用在承载固体颗粒(solds-ladened)的流体流动系统中的螺旋轴向导流器(inducer)/粉碎(comminution)装置；尤其是涉及一种在流体流动中用于旋转动力泵的导流器/粉碎装置。

背景技术

许多工业生产过程中都包括利用离心泵输送流体流。这些流体流中通常都携载着或包含有(过大的以至于无法通过泵叶轮流道或下游工艺设备中的流道的)固体颗粒、相对较为固态的材料的碎片。通常运用旋转粉碎装置将固体颗粒的尺寸减小到能够通过下游的泵和设备。通常，承载有固体颗粒的流体流以穿过上游的旋转粉碎装置的路径发送以再进行进一步的处理。

螺旋轴向粉碎机是一种这样类型的装置：其已被开发用于将固体颗粒的尺寸减小到可以通过泵和下游设备。另一种类型的粉碎机运用了在极接近于定子处通过的旋转式侧面铣刀(radial cutter)叶片来粉碎固体颗粒。采用现有的螺旋轴向的和旋转的粉碎机的问题在于它们妨碍了朝向泵的流动，由此在泵装置中产生了对泵可使用的汽蚀余量或净正吸入压头(NPSH)有限制的潜在的气穴作用(cavitation)。

当在汽蚀余量的可用性受限制的情况下进行流体泵吸时，通常将螺旋-轴向导流器用作离心泵，以提高对泵入口处的压力，从而避免气穴作用的发生。导流器通过加速液体的方式来提高在叶轮进口(impeller eye)处液体的压力，从而当满足叶轮对流体流的需求的同时使得能够在导流器上发生空穴作用。与导流器进料口的子午面相垂直的横截面积通常比下游的叶轮流道的横截面积更大。进料口(throat)被定义为沿着子午线的轴线方向在任意两个相对置表面之间具有最小节距的部段。虽然导流器能有效地防止叶轮空穴作用的冲击，但是穿过导流器的固体颗粒仍可能进入并在下游的的叶轮中被卡住。

总之，能有效减小空穴作用的螺旋-轴向导流器在消减固体颗粒方面效果不佳，并且螺旋-轴向和径向粉碎机虽然能有效地减小固体颗粒的尺寸，但是其在流体流动中引起了泵入口的阻塞并由此增加了发生空穴作用的可能性。

发明内容

本发明一方面涉及用于承载固体颗粒的流体处理系统的一种旋转导流器粉碎装置，其将会减小固体颗粒的尺寸到能够穿过下游的叶轮流道的程度，而且用作一种用于增大下游的叶轮入口处可用压力的导流器。

为此，本发明中的一个实施例是一种将粉碎功能与导流器功能相结合的串列式(in-line)装置。它具有设置在固定部件中的可转动部件。它被定位在主泵叶轮的上游的流体流中。它可以具有与主泵叶轮相对齐的旋转轴线。它可以与主泵叶轮利用相同的轴杆以相同的转速进行旋转。可转动部件可以具有一个从出口或流体排出端延伸至入口端的轮毂，在轮毂上安置着呈螺旋形布置的转子叶片或转子叶片组，其如同螺旋桨般推动流体朝着主泵叶轮入口的方向穿过本装置。本说明书中各处所使用的术语“出口”和“入口”的含义应恰当地解释为相对于流体流动的方向，且可以是相对于轴向定位的、相对于特定的参照部件而特定的，均应该是易于明显地从上下文中判断出的。

轮毂可以在出口处具有比入口处更大的直径。轮毂的直径在从入口到出口的变化可以通过一种第一多项式函数来表示。转子叶片组可以是一个或多个呈锥形的或宽度均一的螺旋叶片。叶片可以相对较长，如超过整个螺旋线或能够绕轮毂完全回转；或者叶片可以相对较短，比如呈仅绕轮毂而部分回转地延伸的仅小角度的螺旋，并且以前缘和后缘相交错的形式沿着轮毂轴向分布。一或多个叶片可以被构造成在它的外侧边缘上包括其前缘处具有一个或多个切口。所述切口可以呈阶梯状并且可以沿着叶片边缘轴向地定位、均匀地或不均匀地在入口与出口之间间隔开。

每个叶片可以具有一输入端、叶片节距迎角(blade pitch angle of attack)和一个出口端叶片节距后缘角，所述叶片节距角按照一种第二多项式函数而从一个低入口节距角到一个相对的较高的出口节距角以渐增地或其它的方式发生改变。邻近的叶片或叶片的相邻匝与轮毂之间的空间形成了转子流体通道。