CN102032193B - 冲压焊接半开式叶轮离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲压焊接半开式叶轮离心泵，包括泵体，安装于泵体开口端的泵后盖、电机，以及设于泵体内的叶轮，叶轮安装于泵轴上，由电机驱动旋转，泵体上设有进水管和出水管，所述的进水管与泵轴同轴安装于泵体轴向面的外侧，所述叶轮为半开式结构，由叶片、轮毂和后盖板组成，所述叶片的前端面与靠近该前端面的泵体轴向面分别为一垂直于泵体轴向的平面，前端面与轴向面形成端面密封；在垂直于进水管轴线以泵体直径构成的平面上，出水管轴线不经过泵体中心，与泵体的径向方向夹角α满足：0°＜α＜18°，该径向方向为出水管轴线与泵体交点至泵体中心的半径方向。本发明冲压工艺生产方便，流道通畅，提高了泵的水力效率、强度和钢度。

Description

冲压焊接半开式叶轮离心泵

技术领域

本发明涉及一种泵，尤其是一种冲压焊接半开式叶轮离心泵。

背景技术

冲压焊接成型的离心泵由于结构轻巧、节省材料、效率高、无污染、成本低廉等优点因而受到消费者的普遍欢迎。而现有技术中，冲压焊接半开式叶轮离心泵还存在着一些不足，尤其是叶轮入口处的密封问题，一直未得到很好的解决。由于强度、刚度、加工精度等方面的不足，工作时叶轮径向跳动大，因而叶轮入口处的密封结构往往精度不易保证，容易损坏，不能有效地防止泄漏。

申请人早先申请的申请号为200610033320.2的中国专利公开了一种“冲压焊接食品泵”，该泵由泵壳、叶轮、和后盖组成，叶轮位于泵壳和后盖组成的密封空间里面，泵壳上设有进口管和出口管，所述泵壳与进口管相连的轴向面为斜凹槽形，泵壳的径向面则为圆柱形，所述的泵壳外端设置有进口管支架，所述进口管支架一端与泵壳外侧焊接，另一端与进口管外表面焊接。该冲压焊接食品泵虽然在叶轮和泵壳之间形成一端面密封结构使得其密封性能提高，但是，该结构还存在着以下缺点：1)对泵壳结构复杂，制造工艺要求提高，加大了泵壳的制造难度、成本和制造时间；2)由于叶轮和泵壳之间配合的端面是一个倾斜面，这样就要求叶片前端面必须与泵壳的前壳体平行，增加了叶轮叶片的生产难度。

另外，关于对泵壳冲压工艺结构的改进，如国家知识产权局2006年7月12日授权公告的CN1800643号中国发明专利，公开了一种冲压焊接深井泵，包括离心泵部件和射流泵部件，所述离心泵部件由金属板冲压、焊接成型，其包括设置有进水管、回水管、出水管的离心泵泵体、设置于泵体内的叶轮、后盖，所述射流泵部件由喷嘴、射流泵泵体、喉部件组成，射流泵泵体连接喷嘴和喉部件，使得从喷嘴喷出的水进入喉部件，所述离心泵部件通过进口管道和回流管道与射流泵部件连接。

上述泵壳结构虽然也得到了改进，但是由于采用梯形断面周壁，泵的水力效率并没有达到最优化，强度和钢度也存在一些缺陷，使用寿命短，加工成本高。该泵体对固体颗粒或粘性流体的速度损失很大，对液体的影响也不小。本领域研究人员知道，若将出水管方向沿泵壳切线方向设计，则能减少液体在泵壳内的冲击损失，但对泵壳强度要求很高、工艺结构大为复杂。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种通过改进半开式的叶轮和泵壳结构，从而提高半开式叶轮入口处密封效果，改变出泵壳水管位置及其他部分结构以增大水力效率的冲压焊接半开式叶轮离心泵。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种冲压焊接半开式叶轮离心泵，包括泵体，安装于泵体开口端的泵后盖、电机，以及设于泵体内的叶轮，叶轮安装于泵轴上，由电机驱动旋转，泵体上设有进水管和出水管，所述的进水管与泵轴同轴安装于泵体轴向面的外侧，所述叶轮为半开式结构，由叶片、轮毂和后盖板组成，所述叶片的前端面与靠近该前端面的泵体轴向面分别为一垂直于泵体轴向的平面，前端面与泵壳轴向面之间的距离不大于2毫米，形成端面密封；在垂直于进水管轴线以泵体直径构成的平面上，出水管轴线不经过泵体中心，与泵体的径向方向夹角α满足，0°＜α＜18°，该径向方向为出水管轴线与泵体交点至泵体中心的半径方向。

所述的泵体由一金属板整体冲压成型，泵体周壁形状为沿径向向外逐渐增大的螺旋线型，由所述的出水管连接螺旋线的始点和终点。

所述泵体周壁的轴向断面形状为由直线和分别与直线两端相切的两弧形段构成的结构，该直线为一条平行于泵轴的直线，泵体周壁轴向断面宽度保持不变，直线两端相切的两弧形段优选为对称结构。

所述泵体周壁的螺旋线由多段不同直径的圆弧构成。优选至少为八段不同直径的圆弧，段数越多越好。当为八段不同直径的圆弧构成时，每段圆弧弧度为∏/4，该结构更易于冲压工艺生产，钢板冲压更均匀、泵壳强度更高；而且流道也更通畅，泵的水力效率更高。

所述的平行于泵轴的直线，在沿螺旋线径向向外逐渐增大的每段圆弧上，其长度逐渐减小，两边圆弧连接，前端的圆弧的一边与周壁顶端相切，另一边与泵体的前部相切，圆弧的半径逐渐增大，泵体前端倾角β的变化范围在20°～50°之间。

这种的泵体结构，不仅使得泵体的流道更加通畅，提高了水泵的效率，而且更加适应冲压工艺，使得泵体的厚度变化更加均匀，泵体的强度更好，可靠性更高。

所述的叶片由一块金属板冲压成形的一横截面为

的结构，

形叶片的一边固定在叶轮的后盖板上，另一边突出于后盖板面形成工作叶片，工作叶片沿泵体轴向方向的宽度恒定不变，不仅制造工艺简单、成本低，而且易于与泵体轴向面构成端面密封。形叶片无底角的一面为工作面，另一面为背面，这样不仅可增加叶片的强度和刚度，而且液体在叶轮中的流动更通畅，泵的效率更高。

由于半开式叶轮泵输送的多为含固体颗粒或者粘稠的液体，根据这类液体在叶轮机械中的运动特点，容易在叶片进口处出现堵塞、在出口出现抽吸的状况。为了改进这种工作状况，本发明采用加大叶片进口液体过流性能的设计方案，具体结构为：(1)采用正冲角，即加大叶片进口角度，从而增加叶片进口过流面积，减少叶片的排挤，减小叶片的弯曲；(2)叶片型线采用变曲率的曲线，曲线的曲率在叶片进口处最大，然后逐步减小，在出口处曲率最小。这种叶型设计方法可减小固体或粘性流体在叶片进口处的堵塞、增大叶片的进口面积，过流性能更好。

或者，所述的叶片也可以在径向方向采用多段相内切的圆弧构成，叶片曲率分段减小，从进口至出口方向各段圆弧的曲率由大变小。优选的为三段相内切的圆弧构成，叶轮内径D1、外径D2、半径为r1的第一段圆弧与半径为r2的第二段圆弧切点处的直径为DC1，半径r2的第二段圆弧与半径为r3的第三段圆弧切点处的直径为DC2，其中：DC2＜2*(D1+D2)/3，DC1＜(D2+D1)/3。

所述泵体轴向面的外侧设有一支撑所述进水管的进水管支架，所述进水管支架一端与所述泵体轴向面的外侧固定连接，另一端套合于所述进水管上并与之固定连接。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明所述的泵体结构，首先由于泵体轴向面为一平面结构，采用冲压焊接工艺制造，成形更加简单方便，既降低了生产成本，又克服了铸造工艺的污染、耗电、耗材等诸多缺点；其次，由于采用半开式叶轮结构，叶片前端面与泵体轴向面为平行的平面结构，两平面之间的距离不大于2毫米，配合形成端面密封结构，流体的通过性更好；同时，叶片型线采用的曲线的曲率在叶片进口处最大，然后逐步减小的变曲率曲线，或者采用多段圆弧构成的曲面，能保证在输送液流较稠或含固体颗粒时，在通过该叶轮时也不容易堵塞，因此该离心泵不仅适用范围广，可用于抽取各种液体；密封盖板制造、装配简单、实用，成本低、密封效果好，保证水泵可靠、高效地运行；最后新型的泵壳出水管偏泵体中心结构更易于流道通畅，泵的水力效率更高、强度和钢度更好。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明所述的离心泵结构示意图；

图2是本发明所述的离心泵泵体示意图；

图3是本发明所述的泵体周壁径向形状示意图；

图4是本发明所述的泵体周壁对应图3中各部分比较示意图；

图5是本发明叶轮叶片结构示意图；

图6是本发明叶轮叶片另一结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，包括泵体1，安装于泵体开口端的泵后盖2、电机3，以及设于泵体1内的叶轮4，叶轮4安装于泵轴31上，由电机3驱动旋转，泵体1上设有进水管11和出水管12，所述的进水管11与泵轴31同轴安装于泵体轴向面13的外侧，所述叶轮4为半开式结构，由叶片41、轮毂42和后盖板43组成，所述叶片41的前端面与靠近该前端面的泵体轴向面14分别为一垂直于泵体轴向的平面，叶片41的前端面与泵体轴向面之间的距离不大于2毫米，形成端面密封；如图3所示，在垂直于进水管轴线m(参阅图1)以泵体直径构成的平面上，出水管轴线L不经过泵体中心O，与泵体的径向方向夹角α满足，0°＜α＜18°，该径向方向为出水管轴线L与泵体1交点C至泵体中心O的半径方向。在该垂直于进水管轴线以泵体直径构成的平面上，以出水管轴线L与泵体交点C至泵体中心O的直径方向为Y轴，以垂直于Y轴的另一直径为X轴，交点为泵体中心O，出水管轴线L与Y轴夹角α满足0°＜α＜18°，优选α为10°；从另一种角度看，在上述以泵体直径构成的平面上，该出水管的设计为偏移进水管轴线的垂直线一定距离，出水管向泵体圆周切线方向偏离。上述偏移夹角的方向与叶轮转动的方向对应，即出水管设计为对应叶轮转动流体射出的切线方向。

在考虑液体中含固体颗粒或粘性流体时，把固体颗粒或粘性流体当作是无粘性的理想液体的运动、不连续边界条件。由于固体颗粒或粘性流体的影响，使液体的速度场和过流通道发生某种畸变，同时使固体颗粒或粘性流体也获得一定的能量而产生运动。当固体颗粒或粘性流体运动速度比液体慢的时候，固体颗粒或粘性流体对液体的过流通道产生“相对阻塞”，使液体的过流通道“相对缩小”，液体的畸变速度升高；反之，则产生“相对抽吸”，使液体的过流通道“相对扩大”，液体的畸变速度降低。

离心泵泵壳体的主要作用是回收能量，把叶轮出口的动能逐步变成压力能。泵壳体中的固体或粘性的运动是均匀扩散、逐步减速的，其速度落后于液体，对液体流道产生相对阻塞的作用。故泵壳体的粘性流畸变为方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{31}-V_{32}=K_3\\ V_{3c}^2-V_{31}^2=K_3^2\\ K_3={\left({2\mathrm{gh}}_3\right)}^{\frac{1}{2}}\end{array}\right.$

式中V₃₁  泵壳体粘性流或固体边界层水流畸变速度；

V₃₂      泵壳体粘性流或固体的平均速度；

V_3c      泵壳体理想流体的平均速度；

K₃       泵壳体粘滞系数或固体特性系数；

g        重力加速度；

h        固体或粘性引起的附加阻力损失。

泵壳体粘性流体或固体运动的当量直径Δd_i3为：

$\mathrm{\Δ}{d}_{i3}={\left({4d}_{3c}\mathrm{\δ}\right)}^{\frac{1}{2}}$

式中δ为固体或粘性边界层的厚度。

当粘性或固体作为动边界条件，其相对阻塞直径Δd′_i3为：

$\mathrm{\Δ}{d_{i3}}^{\′}={(V_{3c}/V_{31}-)}^{\frac{1}{2}}{d}_{3c}$

泵壳体的流线方程为：

tgδ＝V_r/V_u＝const

式中const表示为一常数。

由于固体颗粒或粘性流体的速度落后与液体，对液体流道相对阻塞，因此，理论上，出水管与泵体呈切线安装是最有出水效率的，但是由于该设计中对于出水管与泵体的强度要求太高，因此实际是很难这样制造的，但是，可以将出水管安装的角度贴近切线设计。本发明出水管的偏移设计与泵壳体的螺旋线尾部的连接更流畅，这样有两大效果：

1、固体颗粒或粘性流体的速度的速度损失更小，对液体的相对阻塞的影响也更小；

2、液体的流通更通畅，水力效率更高。

所以，当出水管设计偏移进口轴线的垂直线一定距离时，能大幅提高水泵的性能。

如图1和图2所示，本发明所述的泵体1是由一金属板整体冲压成型，正对进水管11的泵体轴向面14设计为一垂直于泵体轴向的平面，叶片41前端面整体也为一平面，与泵体轴向面14之间的距离不大于2毫米，形成端面密封结构，因此叶片41轴向宽度均相同，加工生产相对简单，也不需要精确计算泵体轴向面14的弯曲弧度，成型简单方便。如图3所示，泵体周壁13形状为沿径向向外逐渐增大的螺旋线型，由所述的出水管12连接螺旋线的始点A和终点B。该螺旋线由多段不同直径的圆弧构成，段数越多越好，至少为八段，本实施例为八段不同直径的圆弧L1朙8，由出水管过渡连接始点A和终点B，由始点A的圆弧段L1直径最小，至终点B的圆弧段L7直径最大，L8段为出水管安装位置(图中未示出)，每段圆弧弧度为∏/4，该多段不同直径的圆弧其弧度数可以相同也可以不同。该结构更易于冲压工艺生产，流道也更通畅，泵的水力效率更高。

如图4所示，所述的泵体周壁13轴向断面的形状为由直线131和分别与直线两端对称相切的两弧形段132构成的结构，该直线131为一条平行于泵轴的直线，泵体周壁轴向断面宽度|OW|保持不变。图4中X’轴表示泵体周壁轴向宽度，Y’轴表示泵体周壁点距离泵轴所在直线的距离，其中，曲线H1朒8分别对应圆弧L1朙8周壁断面的形状，曲线H8表示出水管位置圆弧段周壁断面的形状，每段曲线均由直线131和两弧形段132构成。

如图4所示，所述的平行于泵轴的直线131，在沿螺旋线向外逐渐增大的每段圆弧上(参阅图3)，其长度逐渐减小(参阅图4由曲线H1上的直线部分至H8的直线部分)，两边圆弧连接，圆弧的半径逐渐增大(参阅图4由曲线H1上的圆弧部分至H8的圆弧部分)，其中前端的圆弧的一边与周壁顶端相切，另一边与泵体前部相切，切角β在20°～50°之间。

这种泵体的结构形式不仅使得泵体的流道更加通畅，提高了水泵的效率，而且更加适应冲压工艺，使得泵体的厚度变化更加均匀，泵体的强度更好，可靠性更高。

如图5所示，本发明所述的叶片41由一块金属板冲压成形的一横截面为的结构，“

”形叶片的一边412固定在叶轮的后盖板43上，另一边突出于后盖板面形成工作叶片411，工作叶片411沿泵体轴向方向的宽度恒定不变，不仅制造工艺简单、成本低，而且易于与泵体轴向面构成端面密封。

形叶片无底角的一面为工作面，另一面为背面，这样不仅可增加叶片的强度和刚度，而且液体在叶轮中的流动更通畅，泵的效率更高。

由于半开式叶轮泵输送的多为含固体颗粒或者粘稠的液体，根据这类液体在叶轮机械中的运动特点，容易出现在叶片进口出现堵塞、出口出现抽吸的状况，为改进这种工作状况，本发明采用加大叶片进口液体过流性能的设计方案。具体结构为：(1)采用正冲角，即加大叶片进口角度，从而增加叶片进口过流面积，减少叶片的排挤，减小叶片的弯曲；(2)叶片型线采用变曲率的曲线，曲线的曲率在叶片进口处最大，然后逐步减小，在出口处曲率最小。这种叶型设计方法可减小固体或粘性流体在叶片进口处的堵塞、增大叶片的进口面积，过流性能更好。

或者，所述的叶片也可以为在径向方向采用多段相内切的圆弧构成，叶片曲率分段减小，从进口至出口方向各段圆弧的曲率由大变小。如图6所示，当为三段相内切的圆弧构成时，叶轮内径D1、外径D2、半径为r1的第一段圆弧与半径为r2的第二段圆弧切点处的直径为DC1，半径r2的第二段圆弧与半径为r3的第三段圆弧切点处的直径为DC2，其中：DC2＜2*(D1+D2)/3，DC1＜(D2+D1)/3。

如图1和2所示，所述泵体轴向面14的外侧设有一支撑所述进水管11的进水管支架15，所述进水管支架15一端与所述泵体轴向面14的外侧连接，另一端套合于所述进水管11上并与之固定连接。

本发明所述的泵体结构，首先由于泵体轴向面为一平面结构，采用冲压焊接工艺制造，成形更加简单方便，既降低了生产成本，又克服了铸造工艺的污染、耗电、耗材等诸多缺点；其次，由于采用半开式叶轮结构，叶片前端面与泵体轴向面为平行的平面结构，两平面配合形成端面密封结构，流体的通过性更好；同时，叶片型线采用的曲线的曲率在叶片进口处最大，然后逐步减小的变曲率曲线，或者采用多段圆弧构成的曲面，能保证在输送液流较稠或含固体颗粒时，在通过该叶轮时也不容易堵塞，因此该离心泵不仅适用范围广，可用于抽取各种液体；密封盖板制造、装配简单、实用，成本低、密封效果好，保证水泵可靠、高效地运行；最后新型的泵壳出水管偏泵体中心结构更易于流道通畅，泵的水力效率更高、强度和钢度更好。

Claims (9)

1.一种冲压焊接半开式叶轮离心泵，包括泵体，安装于泵体开口端的泵后盖、电机，以及设于泵体内的叶轮，叶轮安装于泵轴上，由电机驱动旋转，泵体上设有进水管和出水管，所述的进水管与泵轴同轴安装于泵体轴向面的外侧，所述叶轮为半开式结构，由叶片、轮毂和后盖板组成，其特征在于：所述的叶片由一块金属板冲压成形的一横截面为的结构，

形叶片的一边固定在叶轮的后盖板上，另一边突出于后盖板面形成工作叶片，工作叶片沿泵体轴向方向的宽度恒定不变，

形叶片无底角的一面为工作面，另一面为背面；所述叶片的前端面与靠近该前端面的泵体轴向面分别为一垂直于泵体轴向的平面，前端面与轴向面之间的距离不大于2毫米，形成端面密封；在垂直于进水管轴线以泵体直径构成的平面上，出水管轴线不经过泵体中心，与泵体的径向方向夹角α满足，0°＜α＜18°，该径向方向为出水管轴线与泵体交点至泵体中心的半径方向，该出水管为偏移进水管轴线的垂直线一定距离，其中，该进水管轴线的垂直线为出水管轴线与泵体交点至泵体中心的半径方向所在的直线，出水管向泵体圆周切线方向偏离，偏移夹角的方向为对应叶轮转动流体射出的切线方向。

2.根据权利要求1所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述的泵体由一金属板整体冲压成型，泵体周壁形状为沿径向向外逐渐增大的螺旋线型，由所述的出水管连接螺旋线的始点和终点。

3.根据权利要求2所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述泵体周壁的轴向断面形状为由直线和分别与直线两端相切的两弧形段构成的结构，该直线为一条平行于泵轴的直线，泵体周壁轴向断面宽度保持不变。

4.根据权利要求2所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述泵体周壁的螺旋线是由多段不同直径的圆弧构成的。

5.根据权利要求3所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述的平行于泵轴的直线，在沿螺旋线径向向外逐渐增大的每段圆弧上，其长度逐渐减小，两边圆弧连接，前端的圆弧的一边与周壁顶端相切，另一边与泵体的前部相切，圆弧的半径逐渐增大，泵体前端倾角β的变化范围在20°～50°之间。

6.根据权利要求1所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述叶片的型线采用变曲率的曲线，曲线的曲率从进口至出口方向由大渐小，在出口处曲率最小。

7.根据权利要求1所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述的叶片在径向方向为多段相内切的圆弧构成，叶片曲率分段减小，从进口至出口方向各段圆弧的曲率由大变小。

8.根据权利要求7所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述的叶片为三段相内切的圆弧构成，叶轮内径D1、外径D2，半径为r1的第一段圆弧与半径为r2的第二段圆弧切点处的直径为DC1，半径r2的第二段圆弧与半径为r3的第三段圆弧切点处的直径为DC2，其中：DC2<2*（D1+D2）／3，DC1<（D2+D1）／3。

9.根据权利要求1所述的冲压焊接半开式叶轮离心泵，其特征在于：所述泵体轴向面的外侧设有一支撑所述进水管的进水管支架，所述进水管支架一端与所述泵体轴向面的外侧固定连接，另一端套合于所述进水管上并与之固定连接。

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