一種典型的現(xiàn)有技術(shù)離心泵如圖1和2所示。所述泵10的葉輪22具有多個(gè)葉輪葉片24。葉輪22安裝在軸28上?？尚D(zhuǎn)的葉輪22和軸28安裝在泵殼體12中。電機(jī)或其它動力源（未示出）用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸28。

通過旋轉(zhuǎn)葉輪22和軸28，流體被泵送通過離心泵。這種旋轉(zhuǎn)在泵的進(jìn)口13（也稱為泵的吸入側(cè)）產(chǎn)生吸力，使流體進(jìn)入泵中。然后，葉輪22迫使流體徑向向外通過葉輪22，經(jīng)過葉輪葉片24的出口尖端25，并進(jìn)入通向排出口16的排出環(huán)形空間17。如圖1和圖2所示，排出環(huán)形空間17具有蝸殼形狀。然而，其它離心泵使用具有均勻橫截面的排出環(huán)形空間。排出口16連接到輸出管或?qū)Ч埽ㄎ词境觯?，或者與輸出管或?qū)Ч芰黧w連通，流體通過該輸出管或?qū)Ч鼙槐盟汀１玫倪M(jìn)口13通常連接到管道或?qū)Ч埽ㄎ词境觯?，流體通過該管道或?qū)Ч芰飨螂x心泵。

流體主要以下文中稱為“一次流體流（或一次流，主流）”的流動模式通過泵。如圖2所示，通過泵10的一次流P從進(jìn)口13流向葉輪22，同時(shí)基本上保持與泵軸28的縱向中心線平行。一次流隨后在通過葉輪22時(shí)經(jīng)歷大約90度的方向變化，其中流體徑向向外朝向排出環(huán)形空間17推進(jìn)。然后，流體通過排出環(huán)形空間流到排出口并流出泵。

一種典型的現(xiàn)有技術(shù)離心泵利用旋轉(zhuǎn)葉輪和固定殼體之間的至少一個(gè)受控泄漏接縫（間隙）來減少由于摩擦引起的磨損。通常，大多數(shù)泵都使用吸入側(cè)控制的泄漏間隙30和輪轂側(cè)控制的泄露間隙32。可控泄漏間隙允許少量流體在其運(yùn)動表面和靜止表面之間通過或“泄漏”，以減少摩擦。

通過輪轂側(cè)受控泄漏間隙32的泄漏流導(dǎo)致一部分流體進(jìn)入葉輪22的輪轂側(cè)和殼體12之間的腔體33（見圖3）。必須允許該流體回流到葉輪22的吸入口，以便水力平衡葉輪22。因此，葉輪通常包括一個(gè)或多個(gè)允許這種流動的平衡孔34。在泵正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速下，通過平衡孔的流量不會產(chǎn)生任何重大問題。然而，如圖3所示，在泵流量較低時(shí)，平衡孔泄漏流在泵進(jìn)口13和葉輪吸入孔口18處引起湍流，通常稱為泄漏流再循環(huán)（回流），這大大降低了泵的整體效率。

泄漏流也通過吸入側(cè)受控泄漏間隙30發(fā)生。這種泄漏流是由排出環(huán)形空間17中的流體和泵進(jìn)口13中的流體之間的壓差引起的。排出環(huán)形空間17處的壓力高于泵進(jìn)口13處的壓力，從而產(chǎn)生朝向泵進(jìn)口13的泄漏流。吸入側(cè)受控泄漏間隙30用于控制該吸入側(cè)泄漏流。然而，如圖3所示，在泵流量較低時(shí)，吸入側(cè)受控泄漏流也在泵進(jìn)口13和葉輪吸入孔口18中引起湍流（泄漏流再循環(huán)），這也會降低泵的效率。關(guān)于泄漏流對泵效率影響的其它信息，可參見《Centrifugal and Axial Flow pumps》，Stepanoff，A.J.，第2版，John Wiley & Sons，第10章。

在足夠低的泵流量下，泄漏流再循環(huán)可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的不良后果。泄漏流再循環(huán)引起的問題包括軸斷裂、密封壽命短、軸承故障、高振動、噪音運(yùn)行、流動不穩(wěn)定（即喘振）以及葉輪葉片壓力側(cè)的汽蝕損壞。

除了泄漏流再循環(huán)，另外還有兩種類型的再循環(huán)，吸入再循環(huán)和排出再循環(huán)，都會對離心泵的性能產(chǎn)生不利影響。這些類型的再循環(huán)可能引發(fā)類似于由泄漏流再循環(huán)引起的問題。吸入再循環(huán)是一種流動反轉(zhuǎn)，其中流體在進(jìn)口13的中心流向泵，而沿著進(jìn)口13的外圍的流體反轉(zhuǎn)并遠(yuǎn)離泵流動。排出再循環(huán)是葉輪葉片出口尖端25處的流動反轉(zhuǎn)?！禦ecirculation in Centrifugal Pumps》中對吸入和排出再循環(huán)進(jìn)行了詳細(xì)討論，F(xiàn)raser，W.H.，Winter Annual Meeting of ASME, Nov. 15-20, 1981.

現(xiàn)有技術(shù)側(cè)重于阻止吸入和排出再循環(huán)。例如，Cliborn的美國專利No. 2865297示出了一種裝置，該裝置將流體從泵出口重新注入到葉輪入口，以防止吸入和排出再循環(huán)。McCoy的美國專利No. 4492516改進(jìn)了Cliborn的做法，使用了一種用于控制流體重新注入的角度和方向的設(shè)備及方法。Cliborn和McCoy都將其各自發(fā)明的范圍限制為解決吸入和排出再循環(huán)問題。

另一種阻止吸入再循環(huán)的裝置是誘導(dǎo)輪（即安裝在葉輪前端的螺旋狀裝置），其用于增強(qiáng)流體進(jìn)入葉輪的流動。Jackson的美國專利No. 3504986和Berman的美國專利No. 3723019披露了使用誘導(dǎo)輪來消除吸入再循環(huán)。然而，誘導(dǎo)輪消除再循環(huán)效應(yīng)的原理與Cliborn和McCoy的排放流體回注裝置類似，即通過增加葉輪的泵流量來消除再循環(huán)效應(yīng)。

另一種通常用于最小化再循環(huán)效應(yīng)的方法是以人為的高流量運(yùn)行泵。特別是在需要低流程流量的情況下，通過在排出口16和泵進(jìn)口13之間連通的再循環(huán)管線（未示出）來實(shí)現(xiàn)**限度地減少再循環(huán)效應(yīng)所需的高流量。因此，盡管泵的流量很高，但再循環(huán)僅允許釋放維持流程流量所需的那一部分泵送流體。

在上述所有情況下，通過采用回注或誘導(dǎo)輪來增加泵通過葉輪的流量或從出口到進(jìn)口的循環(huán)流動，使再循環(huán)效應(yīng)最小化。然而，由于需要消耗額外的能源和設(shè)備，這些方法效率低下。因此，需要一種在不需要使用額外的能源和設(shè)備的情況下，在低泵流量下糾正泄漏流再循環(huán)效應(yīng)的方法。本發(fā)明提供了用于改善離心泵產(chǎn)生泄漏流再循環(huán)的固有阻力的裝置。

本發(fā)明涉及三個(gè)單獨(dú)的裝置，它們可以單獨(dú)使用也可以組合使用，用于將離心泵的受控泄漏流引導(dǎo)到其一次流的方向上，從而減少或消除泄漏流再循環(huán)效應(yīng)，即使在低泵流量下也是如此。**個(gè)裝置是可以連接到葉輪上的導(dǎo)向裝置，用于將平衡孔泄漏流導(dǎo)向一次流的方向上。第二個(gè)裝置是可以連接到殼體或葉輪上的分流裝置，用于將吸入側(cè)泄漏流引導(dǎo)到一次流。第三個(gè)裝置是耐磨環(huán)誘導(dǎo)裝置，用于提高葉輪入口流的壓力，同時(shí)引導(dǎo)吸入側(cè)泄漏流沿一次流流動。

在本發(fā)明中，用于重新定向葉輪平衡孔泄漏流的導(dǎo)向裝置連接到葉輪吸入側(cè)泵的中心軸上，并通過葉輪固定裝置固定。導(dǎo)向裝置可以包括從中心軸延伸并保持在葉輪平衡孔上方的某個(gè)固定間隙處的護(hù)罩?；蛘?，導(dǎo)向裝置可以直接連接到葉輪輪轂上，或者葉輪本身可以結(jié)合葉輪平衡孔設(shè)計(jì)，其使平衡孔泄漏流與一次流路徑一致。

在本發(fā)明中，用于重新定向吸入側(cè)泄漏流的分流裝置連接到泵的殼體，并且延伸以至少覆蓋泵殼體和葉輪的前緣之間的間隙?；蛘?，分流裝置可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的方式連接到葉輪上，或者體現(xiàn)在殼體設(shè)計(jì)中。

誘導(dǎo)裝置利用吸入側(cè)泄漏流來提高吸入側(cè)入口流的壓力，通過設(shè)計(jì)納入吸入側(cè)受控泄漏間隙中。在本發(fā)明中，所述殼體具有用于接收葉輪前緣的空腔或凹槽。由此產(chǎn)生的泄漏間隙設(shè)計(jì)使泄漏流速度大于泵進(jìn)口處的流體速度，并且泄漏流的方向與一次流的方向基本平行。泄漏和進(jìn)口流體流之間的摩擦力允許較高速度的泄漏流夾帶較低速度的進(jìn)口流體，從而提高葉輪吸入孔處的進(jìn)口流體壓力，從而降低泵進(jìn)口處所需的凈正吸入壓頭（NPSHR）- NPSHR是泵進(jìn)口所需的最小流體壓力，以防止泵腔內(nèi)局部低壓點(diǎn)引起的泵送流體閃蒸。誘導(dǎo)裝置防止一次流體從葉輪外蓋板分離（脫流），從而**限度地減少由這種分離引起的再循環(huán)的影響。

通過參考以下詳細(xì)說明和附圖，可以更好地理解所提出的離心泵改造的實(shí)際運(yùn)行情況：

圖1是沿圖2中1-1線截取的現(xiàn)有技術(shù)的典型蝸殼型離心泵的截面圖；

圖2是沿圖1中2-2線截取的現(xiàn)有技術(shù)的典型蝸殼型離心泵的橫截面圖，并說明了通過該泵的流體一次流的方向；

圖3示出了葉輪平衡孔和泵吸入側(cè)受控泄漏流的來源以及由此產(chǎn)生的再循環(huán)效應(yīng)的截面圖；

參照圖1和圖2，流體的一次流（由虛線P表示）通過泵進(jìn)口13進(jìn)入泵10。在這一點(diǎn)上，流體被推向排出環(huán)形空間17，在排出環(huán)形空間處流體處于比在泵進(jìn)口13處更大的壓力下。這種壓差是通過旋轉(zhuǎn)葉輪22來實(shí)現(xiàn)的，葉輪22包括圍繞中心軸28對稱定向的多個(gè)葉片24。葉輪22以高速排出流體。泵殼體12的作用是通過逐漸擴(kuò)張的蝸殼或擴(kuò)散體（未顯示）來降低該速度并將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。

圖3描述了泵排出流中較高的壓力如何形成受控的泄漏流，該泄漏流流向流體壓力較低的泵進(jìn)口13。通常，這種泄漏流通過三個(gè)不同的路徑（用虛線A、B和C表示）返回到葉輪吸入孔側(cè)。一個(gè)路徑A是通過吸入側(cè)受控泄漏間隙30。高壓流體從其內(nèi)端30b進(jìn)入吸入側(cè)泄漏間隙，經(jīng)泄漏間隙流向其外端30a，進(jìn)入泵進(jìn)口端口13。

第二個(gè)路徑B，經(jīng)常在離心泵中發(fā)現(xiàn)，通過輪轂側(cè)受控泄漏間隙32和葉輪平衡孔34。較高的壓力流體從輪轂側(cè)可控泄漏間隙32的內(nèi)端32b進(jìn)入輪轂側(cè)可控泄漏間隙32，經(jīng)泄漏間隙向外端32a流入輪轂側(cè)空腔33，并通過葉輪平衡孔34離開。

第三個(gè)路徑C，在許多離心泵中發(fā)現(xiàn)，從排出口16通過管道38到達(dá)填料函36。從填料函36流出的流體通過軸套29和襯套39之間的間隙37進(jìn)入輪轂側(cè)空腔33，隨后通過葉輪平衡孔34進(jìn)入葉輪吸入孔18。

在泵流量較低的情況下，每一種泄漏流都可能導(dǎo)致泵進(jìn)口13和葉輪吸入孔18處破壞性流動湍流（即泄漏流再循環(huán)）。本發(fā)明包括三個(gè)單獨(dú)或共同降低泵流量的裝置，在該裝置上觀察到由于泄漏流再循環(huán)造成的破壞性流動湍流。

圖4示出了本發(fā)明用于重新定向葉輪平衡孔泄漏流B和C的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置是通過中心軸28上的固定螺母27連接到葉輪22的吸入孔側(cè)的環(huán)形護(hù)罩40。所述護(hù)罩40延伸到至少覆蓋葉輪平衡孔34，同時(shí)保持在所述平衡孔34上方的某個(gè)固定間隙處。當(dāng)泄漏流B和C從平衡孔34流出時(shí)，它沖擊護(hù)罩40。泄漏流B和C隨后被徑向向外流向葉輪出口的環(huán)形空間17。平衡孔泄漏流的這種分流減少了泵進(jìn)口13和葉輪吸入孔18處的湍流，從而減少了葉輪平衡孔再循環(huán)效應(yīng)。

如圖5所示，本發(fā)明用于重新定向吸入側(cè)受控泄漏流A的分流裝置是剛性連接在殼體上的細(xì)長護(hù)罩42。通常，吸入側(cè)護(hù)罩42將延伸至少超過殼體吸入側(cè)壁19與葉輪前緣23之間的間隙20，該間隙20接收從泄漏間隙的外端30a流出的吸入側(cè)泄漏流A。所述導(dǎo)向裝置的形狀和取向?qū)⑹刮雮?cè)泄漏流與所述泵的一次流相一致。

圖6示出了耐磨環(huán)誘導(dǎo)裝置48，用于控制吸入側(cè)泄漏流的方向并降低葉輪吸入孔處的NPSHR。泄漏流從葉輪吸入孔側(cè)內(nèi)徑上的耐磨環(huán)53和從吸入側(cè)壁19延伸并靠近葉輪吸入側(cè)內(nèi)徑上的殼體耐磨環(huán)52之間的間隙51流出。相比之下，用于傳統(tǒng)的吸入側(cè)泄漏間隙30（見圖2）的耐磨環(huán)通常位于葉輪的吸入側(cè)外徑上。因此，當(dāng)泄漏流離開傳統(tǒng)間隙的外端30a（見圖3）時(shí)，其方向和流速（由排出口16和泵進(jìn)口13之間的壓差產(chǎn)生）基本上垂直于泵進(jìn)口13處的一次流（“葉輪入口流”），并且其動能在泵進(jìn)口13中隨機(jī)耗散。

采用耐磨環(huán)誘導(dǎo)裝置48，泄漏流的方向和速度與葉輪進(jìn)口流平行。由于耐磨環(huán)誘導(dǎo)裝置兩端的高壓差，泄漏流速將遠(yuǎn)大于葉輪進(jìn)口流速。由于兩種流動方向相同，高速泄漏流中固有的動能將傳遞到葉輪進(jìn)口流。動能的這種傳遞將使葉輪吸入孔18處的葉輪進(jìn)口流的壓力略微增加，因此，減少了泵進(jìn)口13處的NPSHR。此外，耐磨環(huán)誘導(dǎo)裝置48使泄漏流與沿著葉輪的外蓋板31的一次流一致，從而防止一次流與葉輪的外蓋板31分離。這兩種耐磨環(huán)誘導(dǎo)效應(yīng)都可以**限度地減少通常發(fā)生在低泵流量時(shí)的湍流。