[发明专利]用于输送高粘性流体的泵

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于输送高粘性流体的泵。

背景技术

用于泵送高粘性流体的泵用在许多不同行业中，例如在用于输送烃类流体的油气加工行业中。此处，这些泵用于不同的应用中，例如从油田提取原油、通过管线或在炼油厂内运输油或其它烃类流体。而且在例如食品业或化学工业的其它行业中，常常也需要输送高粘性流体。

流体的粘度是对于流动流体中所产生的内部摩擦的量度和流体的特征性质。在本申请的框架内，术语“粘度”或“粘性”用来指定流体的运动粘度，且应如此来理解术语“高粘性流体”，即流体具有至少10^-4 m²/s（其是100厘沲（cSt））的运动粘度。

为泵送高粘性流体，利用离心泵是已知的。用离心泵泵送高粘性流体比（例如）泵送水需要明显更大的泵功率。流体的粘度变得越高，泵所需的功率越大，以递送所需的泵送体积。尤其是在油气行业中，主焦点（至少是在过去）已经在于泵送体积（即，由泵产生的流）和泵的可靠性上，而非泵的效率。然而，现今是力求对泵的更有效使用。需要使由泵进行递送的动力（尤其是液压动力）与驱动泵所需的功率具有可能的最大的比值。这种需求主要基于渐增的环保意识和有责任地处理可用资源，以及基于渐增的能量成本。

为改进用于泵送高粘性流体的泵的效率，已知的是使用特定叶轮设计，尤其是具有高扬程系数的叶轮。能够例如通过增大叶片出口角或叶片的数量或叶轮出口宽度来增大叶轮的扬程系数。尽管有这些措施，但仍需要甚至更多地改进用于泵送高粘性流体的泵的效率。

发明内容

因此，本发明的目标是提出一种用于输送高粘性流体的新型泵，其具有更好的效率，即，在泵送流体时由泵递送的动力与供应到泵以驱动该泵的功率的比值增加。

满足此目标的本发明的主题的特征在于独立权利要求中的技术特征。

因此，根据本发明，提出一种用于输送高粘性流体的泵，其包括：壳体，其具有用于流体的至少第一入口和出口；叶轮，其用于将流体从入口输送到出口，其中，所述叶轮布置在可旋转轴上以围绕轴向方向进行旋转，并且包括面向泵的第一入口的前盖板，其中，壳体具有固定的叶轮开口，该叶轮开口用于接收叶轮的前盖板并且具有直径，其中，所述前盖板与固定的所述叶轮开口形成在轴向方向上具有长度的间隙，其中，间隙的长度与叶轮开口的直径的比值至多是0.092。

特别地，本发明基于以下发现：当泵送高粘性流体时，通过将叶轮前盖板与固定的叶轮开口之间的间隙设计成显著短于现有技术中已实现的长度，可提高泵效率。

需要所述间隙（其有时也称为迷宫，labyrinth）以将叶轮的高压侧（更具体地，侧室）与泵的入口密封开来。叶轮布置在固定的叶轮开口中，该叶轮开口是泵的相对于壳体固定的一部分并且适于接收叶轮。在安装状态下，叶轮位于所述叶轮开口中，使得在叶轮前盖板的外周向表面与固定的叶轮开口的内周向表面之间存在间隙或迷宫。此间隙在轴向方向上具有长度，所述长度提供在位于叶轮高压侧上的侧室与泵的入口（其是泵的低压侧）之间的密封。

在泵的操作期间，产生回流，其从叶轮的高压侧（对于单级泵而言，其是在泵出口附近的区域）穿过侧室，并且穿过前盖板与固定的叶轮开口之间的间隙流回到叶轮的低压侧。

间隙或迷宫分别设计为径向游隙密封或迷宫，即其提供相对于径向方向的游隙。因此，穿过间隙的主流是在轴向方向上，即平行于轴。这必须与垂直于轴或相对于轴倾斜地延伸的轴向游隙密封或迷宫加以区别，因此，穿过轴向游隙密封的主流是在径向方向上或相对于径向方向倾斜。在轴向游隙密封中，轴向方向上的游隙在固定部分和旋转部分于轴向方向上发生相对运动时发生改变，其中，在径向游隙密封中，径向方向上的游隙在固定部分和旋转部分于径向方向上发生相对运动时发生改变。

基本的发现是：由于本发明提出的间隙（即，迷宫）的短的轴向长度，所以跨越间隙的功率损耗尤其因为侧室中阻力的减小而减少。另一方面，可预期：间隙的缩短将引起密封作用减小，因此增加泵中的回流。然而，回流速率的增大降低泵效率，且因此与改进效率相抵触。因此，意外的发现在于：通过关于轴向方向来缩短间隙，尽管有回流速率提高的风险，但是整体泵效率增加。

根据本发明，间隙的长度应不超过叶轮开口的直径的0.092倍。

间隙的最佳长度取决于若干因素，例如流体的粘度。因此，根据特定的应用，可优选的是，间隙的长度与叶轮开口的直径的比值至多是0.073，且优选地至多是0.055。