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蛘吲c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?。泵的進(jìn)口13通常連接到管道或?qū)Ч埽ㄎ词境觯黧w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，葉輪通常包括一個或多個允許這種流動的平衡孔34。在泵正常運行轉(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，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，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)明涉及三個單獨的裝置，它們可以單獨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固定間隙處的護(hù)罩?；蛘撸瑢?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，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。或者，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際運行情況：

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來實現(xiàn)的，葉輪22包括圍繞中心軸28對稱定向的多個葉片24。葉輪22以高速排出流體。泵殼體12的作用是通過逐漸擴張的蝸殼或擴散體（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)明包括三個單獨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，同時保持在所述平衡孔34上方的某個固定間隙處。當(dāng)泄漏流B和C從平衡孔34流出時，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，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)生在低泵流量時的湍流。