CN101413513A - 一种变流叶轮及使用该叶轮的变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变流叶轮，该叶轮包括安装于泵壳内的前盘、后盘和叶片，后盘安装于转轴上，叶片上套设有节流器，所述节流器包括隔板，隔板上开设有与叶片的厚度及形状相适应的开槽，叶片穿入开槽中，隔板连接有调节装置，所述隔板在调节装置带动下可在叶片的轴向前后移动，隔板将叶片分为有效工作区和无效工作区，通过改变叶轮的结构，利用装于泵壳内部的隔板的前后移动来进行流量的控制，本设计结构简单，制造成本低，其流量范围可在较大幅度实现无级调节，节能效果好，制造成本低。

Description

一种变流叶轮及使用该叶轮的变速器

技术领域

本发明涉及一种变流量的叶轮，以及应用该变流量叶轮的泵和变速器。

背景技术

我们工作、生活中无处不在使用泵，其作用是将原动机转动的机械能转变为流体的压能及动能，从而使流体达到流动的目的。甚至如水力发电机中的水轮机也是泵的逆转使用。而其中的叶轮是实现机械能转换为流体能量的主要部件；它负责将原动机拖动叶轮旋转的动能，通过叶片对流体做功从而使流体获得压能及动能。

而在使用中我们经常需要改变泵的流量来切合实际的应用需求。改变泵的流量的方式一般有：出入口阀门调节、转速调节及改变泵结构等方式。但它们在应用中都存的一些问题：如出入口阀门调节方式会产生较大的能量损耗及容易产生汽蚀；转速调节方式一般需使用变频器，其价格较高并有电能转换的损耗；改变泵结构的调节方式在现时已有的设计中都存在结构复杂、容易出现故障、调节范围不大等的情况。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、能效高、流量调节范围宽、维护方便的变流叶轮及应用变流叶轮的变速器。

本发明所采用的技术方案是：

一种变流叶轮，该叶轮包括安装于泵壳内的前盘、后盘和叶片，后盘安装于转轴上，叶片上套设有节流器，所述节流器包括隔板，隔板上开设有与叶片的厚度及形状相适应的开槽，叶片穿入开槽中，隔板连接有调节装置，所述隔板在调节装置带动下可在叶片的轴向前后移动，隔板将叶片分为有效工作区和无效工作区。

本发明的进一步改进，所述隔板的外周设有折向无效工作区并将叶片的无效工作区和后盘封闭在内的中空桶形筒壁，桶形筒壁的后端开设有轴孔，该轴孔与转轴通过密封件滑动密封。

本发明还涉及一种利用该变流叶轮制成的变速器，它包括密封的泵壳，所述泵壳内腔的左、右侧设有主叶轮和输出叶轮，该主叶轮为安装有节流器的变流叶轮。

本发明的有益效果是：通过改变叶轮的结构，利用装于泵壳内部的隔板的前后移动来进行流量的控制，本设计结构简单，制造成本低，其流量范围可在较大幅度实现无级调节，节能效果好，制造成本低；进一步，本发明在隔板的外周设有折向无效工作区并将叶片的无效工作区和后盘封闭在内的中空桶形筒壁，将节流器设计成封闭的桶形，防止在运行时无效叶片内流体产生扰动，对叶轮的效率及稳定性等产生影响。

此外，利用该变流叶轮制成的变速器，它将主叶轮和输出叶轮安装在泵壳内，主叶轮利用节流器来控制，工作时只要调节变流叶轮的流量，就能改变输出叶轮的转速，实现转速的连续可调，能有效减少流体流动时的阻力，提高工作效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是变流叶轮的结构原理分解图；

图2是变流叶轮的结构原理组合图；

图3是变流叶轮原理剖视图；

图4是桶形节流器的结构示意图；

图5是桶形节流器的变流叶轮结构示意图；

图6是环形桶状节流器的结构示意图；

图7是形桶状节流器的变流叶轮结构示意图；

图8是变流叶轮用作变流泵的实施图；

图9是变流泵的侧视图；

图10是变流叶轮用作变速器的实施图。

具体实施方式

参照图1至3、图8、图9，一种变流叶轮，该叶轮包括安装于泵壳1内的前盘21、后盘22和叶片23，后盘22安装于转轴31上，叶片23上套设有节流器，所述节流器包括隔板41，隔板41上开设有与叶片23的厚度及形状相适应的开槽42，叶片23穿入开槽42中，隔板41连接有调节装置，所述隔板41在调节装置带动下可在叶片23的轴向前后移动，隔板41将叶片23分为有效工作区231和无效工作区232。

对于离心式叶轮，如果其在直径、叶片长度、弯曲度、厚度等等各种参数都相同的情况下，叶片的宽度决定了叶轮所能产生流量的大小，其叶片宽度与流量成正比。叶片宽度越宽叶轮所能产生的流量也越大。本发明通过对离心式叶轮的改进，使其能调节叶片的宽度，从而制作出能调节叶轮流量的变流叶轮。其中核心内容是节流器。在隔板41上开有与叶片23大小和位置相同的开槽42，使叶片23能从开槽42中插入隔板41中，隔板41能在叶片上于前盘及后盘之间作轴向前后滑动。这样叶片23在宽度上被隔板41分为有效工作区231和无效工作区232，叶轮转动时流体只能流过隔板41前端的叶片；而隔板41后端的叶片被阻挡，流体无法流入叶片而不起作用。

当叶轮在转速不变的情况下：当隔板41向后滑动时，叶片有效工作区231的宽度增加，流体流量也相应增加；当隔板41向前滑动时，叶片有效工作区231的宽度减少，流体流量也减少。当节流器完全滑动到最前端时，叶片完全被阻挡，此时叶片有效工作区的宽度为零，流体不能通过叶片，这时即使叶轮还是在转动，但没有流体流过，使整个叶轮处在空载的状态。

变流叶轮的特性就是通过节流器对叶片的有效工作区宽度进行调节，使叶轮在转速不变的情况下，流体流量能在0％-100％范围内连续调节。

进一步的优选方式，如上所述的节流器虽然可以对叶片进行分隔，但从有效工作区所流出的流体会有部分回流至后端的无效工作区，从而在转动时会对回流的流体产生一定的扰动，对叶轮的效率及稳定性等产生影响。因此本设计在隔板41的外周设有折向无效工作区并将叶片的无效工作区和后盘22封闭在内的中空桶形筒壁43，将节流器设计成桶形形状，参照图4、图5所示，桶形筒壁43的后端开设有轴孔44，该轴孔44与转轴31通过密封件滑动密封。这样桶形节流器就能完全分隔流体与无效工作区的叶片接触，防止无效工作区的叶片在转动时对回流的流体产生扰动。如图8所示，所述调节装置包括调节杆51与推进器52，推进器52通过轴承53与节流器连接，调节杆51的一端固定于推进器52上，另一端伸出泵壳1的外部；除此以外，所述调节装置也可与桶状的节流器的外周滑动连接，调节其轴向的推进量。

桶形节流器的特点是：节流器将叶片分隔，接近前盘的前端为有效工作区，接近后盘的后端为无效工作区，节流器由后盘向前盘推进时流量减少。所以桶形节流器也可称前推式节流器。

另一种实施方式，参照图6、图7所示，所述隔板41的外周设有折向无效工作区并将叶片的无效工作区和前盘21封闭在内的环形筒壁。将节流器设计成环形桶状。其环形部分夹着前盘及叶片的无效工作区。隔板则位于后部，流体从中心部位流入并经接近后盘的有效工作区流出。它同样能分隔流体与叶片的无效工作区。该节流器将叶片分隔，接近前盘的前端为叶片的无效工作区，接近后盘的后端为有效工作区，隔板由前盘向后盘推进时流量减少。所以该环形桶状节流器也可称后推式节流器。

本技术可用于各种离心式泵和风机当中，在不改变原动机转速的情况下实现流量的连续可调，并能实现空载启动。同时还可以将其逆转使用，由流体流动带动叶轮转动，它能根据流体压力及所带负载大小的变化，通过调节流量的大小调节叶轮的转速，使其稳定在某一转速上。它可用于水力及风力发电当中用于稳定发电机转速。

利用变流叶轮的变流的功能，还可以做成无级调速的变速器，参照图10所示，它由两个叶轮组合在一个泵壳内组成，其包括密封的泵壳6，所述泵壳6内腔的左、右侧设有主叶轮7和输出叶轮8，该主叶轮7为安装有节流器71的变流叶轮。工作时，输入转动力带动主叶轮7转动并推动泵壳内的流体流动，主叶轮7中心部位的流体经叶片离心流出后再经过叶轮的外缘，然后从输出叶轮8的外缘流经输出叶轮8的叶片后再补充到中心处，流体流出输出叶轮后流回主叶轮7中形成一个循环，在此过程中输出叶轮8在流体的推动下产生转动力并转动。这样只要调节变流叶轮的流量，就能改变输出叶轮的转速，实现转速的连续可调。本设计也可将主叶轮及输出叶轮都使用变流叶轮，其可调速的范围就变得非常大，工作效率高。本叶轮变速器可用于汽车的变速器及其它需要变速的设备中；并且大大降低了变速器的生产成本。

进一步，所述泵壳6内腔为环形腔61，使泵壳的结构更合理，更加符合流体动力学。

进一步，本设计的主叶轮7、输出叶轮8是具有与环形腔61的形状相适应的圆弧形，主叶轮7的前盘和输出叶轮8的前盘分别设有开口相对的C形腔72、82，工作时在两个相对的C形腔所围成的腔体内部的流体不需参与流动循环，由于两个相对的C形腔所所占的空间较大，在工作时流体在主叶轮和输出叶轮所形成的流道之间循环流动时更加顺畅，使变速器的结构更合理。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种变流叶轮，该叶轮包括安装于泵壳(1)内的前盘(21)、后盘(22)和叶片(23)，后盘(22)安装于转轴(31)上，其特征在于：叶片(23)上套设有节流器，所述节流器包括隔板(41)，隔板(41)上开设有与叶片(23)的厚度及形状相适应的开槽(42)，叶片(23)穿入开槽(42)中，隔板(41)连接有调节装置，所述隔板(41)在调节装置带动下可在叶片(23)的轴向前后移动，隔板(41)将叶片(23)分为有效工作区(231)和无效工作区(232)。

2.根据权利要求1所述的一种变流叶轮，其特征在于：所述隔板(41)的外周设有折向无效工作区并将叶片的无效工作区和后盘(22)封闭在内的中空桶形筒壁(43)，桶形筒壁(43)的后端开设有轴孔(44)，该轴孔(44)与转轴(31)通过密封件滑动密封。

3.根据权利要求2所述的一种变流叶轮，其特征在于：所述调节装置包括调节杆(51)与推进器(52)，推进器(52)通过轴承(53)与节流器连接，调节杆(51)的一端固定于推进器(52)上。

4.根据权利要求1所述的一种变流叶轮，其特征在于：所述隔板(41)的外周设有折向无效工作区并将叶片的无效工作区和前盘(21)封闭在内的环形筒壁。

5.一种使用权利要求1、2或者3所述变流叶轮的变速器，其特征在于：它包括密封的泵壳(6)，所述泵壳(6)内腔的左、右侧设有主叶轮(7)和输出叶轮(8)，该主叶轮(7)为安装有节流器(71)的变流叶轮。

6.根据权利要求5所述的一种变速器，其特征在于：所述泵壳(6)内腔为环形腔(61)。

7.根据权利要求6所述的一种变速器，其特征在于：所述主叶轮(7)、输出叶轮(8)具有与环形腔(61)的形状相适应的圆弧形，主叶轮(7)的前盘和输出叶轮(8)的前盘分别设有开口相对的C形腔(72、82)。

8.根据权利要求5、6或者7所述的一种变速器，其特征在于：所述输出叶轮(8)同样为安装有节流器的变流叶轮。

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