CN107617822A - 一种用于超疏水表面叶轮的加工设备及其叶轮 - Google Patents

Abstract

一种用于超疏水表面叶轮的加工设备及其叶轮，加工设备包括用于夹持叶轮的固定支架、用于驱动叶轮旋转的驱动设备、用于在叶轮表面加工超疏水表面的激光刻蚀设备、用于吸取粉尘颗粒的吸尘装置以及用于控制整个加工过程的控制器，驱动设备安装在所述固定支架上，激光刻蚀设备安装在驱动设备上；吸尘装置的吸尘口对准固定支架的工作区；驱动设备的控制端、激光刻蚀设备的控制端以及吸尘装置的控制端分别与控制器的相应引脚电连；叶轮包括叶轮本体，叶轮本体包括叶轮前盖板、叶轮后盖板和若干叶轮片，叶轮片的表面刻蚀出若干用于改善叶轮片表面润滑特性的凹槽。本发明的有益效果是：避免人工干扰，拆卸方便；叶轮减小黏性阻力和水力损失。

Description

一种用于超疏水表面叶轮的加工设备及其叶轮

技术领域

本发明涉及一种用于超疏水表面叶轮的加工设备及其叶轮。

背景技术

叶轮是离心泵的核心部分，叶轮上的叶片起到对流体做功的作用，传统工艺中，叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。而最新的理论证实，非光滑表面可以改变流体在固体表面的流线，如形成二次涡、改变湍流拟序结构，实现减振减阻。所以将非光滑表面应用至泵的叶轮有着很好的经济价值和研究意义。

很多特殊场合也需要泵来泵送液体，化工生产中的腐蚀性介质输送、离子膜烧碱项目中的氯水废水处理和加酸工艺等众多行业，需要长期输送硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸、王水、强碱、强氧化剂、有机溶剂、还原剂等强腐蚀介质，这就使得这些场合中的泵需要有极好的耐腐蚀能力。同时，低温泵中输送的低温介质，往往会在泵的叶轮表面凝结，这对叶轮的强度和寿命都会造成一定的影响。由此可见，叶轮还有很大的改进空间，通过材料、形状等方面的改善，以实现抗结冰、耐腐蚀、减阻效果。

超疏水表面技术近几年蓬勃发展，并广泛应用于工业、军事和医学领域。水滴在稳定超疏水表面上的静态接触角大于150°，水滑动角小于10°。较大的静态接触角意味着水滴在固体表面上的接触面积相对较小，较小的水滑动动角意味着只要表面稍微倾斜，水滴便会从固体表面上滑落，所以超疏水表面球形水滴不会渗入内部，这也就使得腐蚀性介质不会渗入固体表面内部形成腐蚀性破坏，同时水滴不会停留在固体表面而在低温下冻结，使得超疏水表面具有极好的防腐蚀性和抗结冰能力。同时，超疏水表面的纳米级非光滑结构，可以改善流场的边界层，形成二次旋涡，使流体与叶轮之间的摩擦由滑动摩擦转为旋涡与叶轮之间的滚动摩擦，可以实现减阻的目的。

根据以上的描述，在叶轮表面进行超疏水表面的加工，是一种提高离心泵抗腐蚀、抗结冰能力和提高效率的新颖和可行的思路，设计出加工叶轮超疏水表面的设备，并对叶轮进行超疏水表面改型，有很高的经济应用价值和科学研究价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种能够提高离心泵叶轮抗腐蚀、抗凝结能力，提高离心泵效率和抗汽蚀能力的超疏水表面改型思路，并设计能够在叶轮表面实现超疏水表面加工的设备，以提供工业生产和科学研究中需要的超疏水表面叶轮。

本发明所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：包括用于夹持叶轮的固定支架、用于驱动叶轮旋转的驱动设备、用于在叶轮表面加工超疏水表面的激光刻蚀设备、用于吸取粉尘颗粒的吸尘装置以及用于控制整个加工过程的控制器，所述固定支架上设有用于安装叶轮的工作区，所述驱动设备安装在所述固定支架上，所述的激光刻蚀设备安装在所述驱动设备上，并且所述激光刻蚀设备的枪头对准待加工的叶轮表面；所述吸尘装置的吸尘口对准固定支架的工作区；所述驱动设备的控制端、激光刻蚀设备的控制端以及所述吸尘装置的控制端分别与所述控制器的相应引脚电连；

所述固定支架包括固定底座、可移动底座、轴承支架、主轴、轴头端盖以及主轴直齿轮，所述固定底座与所述可移动底座滑动连接，所述可移动底座的侧面设有沿其轴向布置的齿条，并且所述齿条与可移动底座滑动方向一致；所述可移动底座上固装轴承支架，所述轴承支架与水平架设其上的主轴转动连接，其中主轴沿轴承支架的移动方向布置，主轴的动力输出端安装待加工叶轮，主轴的动力输出端贯穿待加工叶轮中心通孔后配装用于限制待加工叶轮周向以及轴向移动的轴头端盖；所述主轴直齿轮的动力输入端插入所述主轴直齿轮的中心孔，并且二者键连接，实现主轴与主轴直齿轮的同步转动；

所述驱动设备包括机体、第一电机、第二电机、直线电机以及摇杆，第一电机、第二电机以及直线电机均安装在所述机体上，所述机体的底部固接在固定支架上；所述第一电机的第一输出轴通过传动齿轮组与所述可移动底座侧面的齿条啮合，以驱动可移动底座轴向移动；所述第二电机的第二输出轴键连接输出直齿轮，其中所述输出直齿轮与所述主轴直齿轮啮合，以驱动主轴的同步旋转；所述直线电机的动子与所述摇杆的第一端铰接，所述摇杆的第二端与所述激光刻蚀设备相连，实现摇杆以第一端铰接处为中心的上下摆动；

所述激光刻蚀设备包括用于提供刻蚀能源的激光发射器以及用于在待加工叶轮表面刻蚀的红外激光枪，所述激光发射器的下部安装红外激光枪，并且所述激光发射器的发射的激光经红外激光枪射出；所述红外激光枪包括套筒、枪体、滑块和枪头，所述套筒垂直安装在激光发射器的激光发射端，并且所述套筒位于待加工叶轮正上方；所述枪体的上部嵌套在套筒内部，并与之滑动连接；所述滑块固定在枪体外部，并且所述滑块与所述摇杆的第二端铰接，实现枪体的伸长和缩短；

所述吸尘装置的吸尘口对准待加工的叶轮；

所述控制器包括人机交互界面、数据传输模块以及数据处理模块，所述人机交互界面的信号输出端与所述数据传输模块的信号输入端电连，所述数据传输模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连，所述第一电机的控制端、第二电机的控制端、直线电机的控制端、激光发射器的控制端以及吸尘装置的控制端分别与所述所述数据处理模块的相应的信号输出端电连。

所述可移动底座的底面沿其轴向设有滑槽，所述固定底座上设有能卡入滑槽内且与之配合的凸起。

所述可移动底座的上表面对称安装两个轴承支架，并且每个轴承支架的上端均嵌有一个用于支撑主轴的轴承，并且两个轴承水平同轴。

所述传动齿轮组包括输入锥齿轮、输出锥齿轮、传动轴以及传动直齿轮，所述输入锥齿轮安装在所述第一输出轴上，并与之键连接；所述传动轴的底部与所述固定底座转动连接，所述输出锥齿轮、所述传动直齿轮固装在传动轴上，实现输出锥齿轮、所述传动直齿轮以传动轴为中心的同步转动；所述输出锥齿轮与所述输入锥齿轮啮合；所述传动直齿轮与所述可移动底座侧面的齿条啮合。

所述第一电机安装在机体的底部，所述第二电机安装在机体的中部，所述直线电机安装在机体的顶部，并且所述第一电机的第一输出轴、第二电机的第二输出轴均水平布置。

所述主轴为二级阶梯轴，其中主轴的大端为叶轮安装端，小端为齿轮安装端，所述叶轮安装端的端面上设有第一螺栓孔，所述轴头端盖上设有第二螺栓孔，所述轴头端盖通过螺栓安装在所述叶轮安装端的端部。

根据本发明所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备制造的叶轮，其特征在于：包括叶轮本体，所述叶轮本体包括叶轮前盖板、叶轮后盖板和若干叶轮片，所述叶轮前盖板、所述叶轮后盖板均为盘状结构，且二者平行布置；所述叶轮片沿盘状结构周向均匀夹装在叶轮前盖板与叶轮后盖板之间；所述叶轮片的表面通过激光刻蚀出若干用于改善叶轮片表面润滑特性的微纳米结构。

所述激光刻蚀采用超短飞秒激光脉冲轰击金属表面，这样的超高能激光脉冲可以在金属表面刻蚀出大量细纹，构成了密集分布且高低不平的微纳米结构，改变了金属表面的润湿性质，所述的微纳米结构宽度可以达到10～50μm，深度可以达到5～10μm，表面自由能小于水(72mN/m)，采用T字型或者蘑菇型的异型结构设计，进一步改进了周期性阵列疏水表面单元结构，辅以表面微观结构的调整，可以实现叶轮表面的超疏水表面改型。

所述叶轮片为扭曲叶片、弯曲叶片或直叶片。

本发明所述的叶轮超疏水表面改型，对叶轮表面进行激光刻蚀加工超疏水表面，得到的超疏水表面的水接触角大于150°，水滑动角小于10°，超疏水表面最初是在自然界的一些动植物身上发现的，如蝴蝶翅膀表面呈现出三级纳米超疏水结构，表现出显著的各向异性，使得蝴蝶在飞行中可以免除露水沾湿翅膀以及低温引起的翅膀结冰。蝴蝶翅膀的研究促进了对生物表面润湿性机理的探索，也作为超疏水表面的仿生模板，制备智能仿生超疏水表面和多功能材料。由于较大的水接触角和很小的水滑动角，叶轮中的流体与叶轮固体表面的接触面积相对较小，而叶轮独特的扭曲或弯曲结构，也使得叶轮中的流体不会粘附在叶轮表面而是从固体表面上滑落，所以在超疏水表面叶轮上的流体水滴不会渗入叶轮固体表面内部，这也就使得腐蚀性介质不会渗入叶轮固体表面内部形成腐蚀性破坏，同时低温介质也不会粘附在叶轮表面而在凝结，使得具有超疏水表面的叶轮具有极好的抗腐蚀能力和抗结冰能力。同时超疏水表面的水滑动角是决定减阻效果的重要因素，制备超疏水表面的水管或者输油管道，可以减小输送介质在管道中运动的摩擦阻力，以降低管道运输的成本；而在船舶表面制备超疏水表面，可以降低舰船的流体阻力，节约能源消耗，同样的，超疏水表面的叶轮使表面形成存留大量空气的空隙，使输送的流体与叶轮固体表面的实际接触面是由液一固界面与液一气界面两种界面组成的，液滴只能与离散的表面凸起相接触，大大减小了流体与固体表面的接触面积，而液一气界面的摩擦系数远远小于液一固界面的摩擦系数，因此超疏水表面叶轮可以减小输送的流体的阻力，提高离心泵效率。传统工艺中，加工叶轮进口部分，使其越光滑，水力损失减小，可以明显提高泵的抗空化能力，而超疏水表面处理的叶轮符合非光滑表面减阻理论，可以比光滑表面更高效地减小黏性阻力和水力损失，实现更好的抗空化能力。

本发明的有益效果是：1)对待加工的叶轮的样式和尺寸有很强的包容性，可以是开式叶轮，半开式叶轮或闭式叶轮，叶片形式可以是扭曲叶片，弯曲叶片或直叶片，对叶轮半径尺寸有较大的适用范围，可以通过不同尺寸的轴套进行配合；2)由于激光刻蚀使用的是高能脉冲激光束，数字化控制的加工系统可以避免人工操作而造成的工件损坏和人员受伤，同时可以极大程度上提高效率。每次当前叶轮加工完毕后，只需旋下轴头端盖上的螺栓，取下轴头端盖，便可快捷简便的更换工件，进行下一轮加工；3)根据不同的叶轮结构和尺寸，编写相应的程序输入进控制系统，控制系统便可依据叶轮的尺寸和结构控制三个电机的工作与停止，控制主轴、枪头和可移动底座移动，以实现智能的控制，对叶轮进行更精确的加工，脱离了人力可能造成的失误和损害。

附图说明

图1：是超疏水表面疏水性原理图；

图2：是叶轮的示意图；

图3：是图2的任意一处放大图(以A处为例)；

图4：是超疏水表面叶轮加工装置正向视图；

图5：是超疏水表面叶轮加工装置反向视图；

图6：是激光刻蚀设备原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，包括用于夹持叶轮的固定支架1、用于驱动叶轮旋转的驱动设备2、用于在叶轮表面加工超疏水表面的激光刻蚀设备3、用于吸取粉尘颗粒的吸尘装置4以及用于控制整个加工过程的控制器5，所述固定支架1上设有用于安装叶轮的工作区，所述驱动设备2安装在所述固定支架1上，所述的激光刻蚀设备3安装在所述驱动设备2上，并且所述激光刻蚀设备3的枪头对准待加工的叶轮6表面；所述吸尘装置4的吸尘口对准固定支架1的工作区；所述驱动设备2的控制端、激光刻蚀设备3的控制端以及所述吸尘装置4的控制端分别与所述控制器5的相应引脚电连；

所述固定支架1包括固定底座11、可移动底座12、轴承支架13、主轴14、轴头端盖15以及主轴直齿轮16，所述固定底座11与所述可移动底座12滑动连接，所述可移动底座12的侧面设有沿其轴向布置的齿条121，并且所述齿条121与可移动底座12滑动方向一致；所述可移动底座12上固装轴承支架13，所述轴承支架13与水平架设其上的主轴14转动连接，其中主轴14沿轴承支架13的移动方向布置，主轴14的动力输出端安装待加工叶轮6，主轴14的动力输出端贯穿待加工叶轮6中心通孔后装配用于限制待加工叶轮周向以及轴向移动的轴头端盖15；所述主轴直齿轮16的动力输入端插入所述主轴直齿轮16的中心孔，并且二者键连接，实现主轴14与主轴直齿轮16的同步转动；

所述驱动设备2包括机体21、第一电机22、第二电机23、直线电机24以及摇杆25，第一电机22、第二电机23以及直线电机24均安装在所述机体21上，所述机体21的底部固接在固定支架1上；所述第一电机22的第一输出轴221通过传动齿轮组26与所述可移动底座12侧面的齿条啮合，以驱动可移动底座轴向移动；所述第二电机23的第二输出轴231键连接输出直齿轮232，其中所述输出直齿轮232与所述主轴直齿轮16啮合，以驱动主轴的同步旋转；所述直线电机24的动子与所述摇杆25的第一端铰接，所述摇杆25的第二端与所述激光刻蚀设备3相连，实现摇杆25以第一端铰接处为中心的上下摆动；

所述激光刻蚀设备3包括用于提供刻蚀能源的激光发射器31以及用于在待加工叶轮表面刻蚀的红外激光枪32，所述激光发射器31的下部安装红外激光枪32，并且所述激光发射器31的发射的激光经红外激光枪32射出；所述红外激光枪32包括套筒321、枪体322、滑块323和枪头324，所述套筒321垂直安装在激光发射器31的激光发射端，并且所述套筒321位于待加工叶轮6正上方；所述枪体322的上部嵌套在套筒321内部，并与之滑动连接；所述滑块323固定在枪体322外部，并且所述滑块323与所述摇杆25的第二端铰接，实现枪体322的伸长和缩短；

所述吸尘装置4的吸尘口对准待加工的叶轮6；

所述控制器5包括人机交互界面、数据传输模块以及数据处理模块，所述人机交互界面的信号输出端与所述数据传输模块的信号输入端电连，所述数据传输模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连，所述第一电机的控制端、第二电机的控制端、直线电机的控制端、激光发射器的控制端以及吸尘装置的控制端分别与所述所述数据处理模块的相应的信号输出端电连。

所述可移动底座12的底面沿其轴向设有滑槽，所述固定底座11上设有能卡入滑槽内且与之配合的凸起。

所述可移动底座12的上表面对称安装两个轴承支架13，并且每个轴承支架13的上端均嵌有一个用于支撑主轴的轴承，分别为第一轴承131和第二轴承132，并且两个轴承水平同轴，叶轮6和与之接近的第一轴承131之间、第一轴承131和主轴直齿轮16之间、主轴直齿轮16和主轴直齿轮一侧末端的第二轴承132之间都安装有轴套，以实现各段的轴向固定。

所述传动齿轮组26包括输入锥齿轮261、输出锥齿轮262、传动轴263以及传动直齿轮264，所述输入锥齿轮261安装在所述第一输出轴221上，并与之键连接；所述传动轴263的底部与所述固定底座11转动连接，所述输出锥齿轮262、所述传动直齿轮264固装在传动轴263上，实现输出锥齿轮262、所述传动直齿轮264以传动轴为中心的同步转动；所述输出锥齿轮262与所述输入锥齿轮261啮合；所述传动直齿轮264与所述可移动底座12侧面的齿条121啮合。

所述第一电机22安装在机体21的底部，所述第二电机23安装在机体21的中部，所述直线电机24安装在机体21的顶部，并且所述第一电机22的第一输出轴221、第二电机23的第二输出轴231均水平布置。

所述主轴14为二级阶梯轴，其中主轴的大端为叶轮安装端，小端为齿轮安装端，所述叶轮安装端的端面上设有第一螺栓孔，所述轴头端盖上设有第二螺栓孔，所述轴头端盖通过螺栓安装在所述叶轮安装端的端部，并通过叶轮安装端的键槽与待加工叶轮键连接，实现待加工叶轮的周向固定，并通过叶轮安装端的键槽或轴套与待加工叶轮键连接，实现待加工叶轮的周向和径向固定将待加工的叶轮装配在主轴叶轮安装端后，将轴头端盖装配在轴头后，旋上螺栓，即可实现叶轮的轴向固定；当前叶轮加工完毕后，旋下螺栓取下轴头端盖，换上下一待加工叶轮，再依次安装好轴头端盖，旋上螺栓，即可快速更换待加工叶轮；在所述主轴的另一端靠近轴头的位置，通过键槽与一较大的主轴直齿轮周向固定，所述直齿轮同时与驱动设备的输出直齿轮啮合，当直齿轮输出轴转动时，带动控制系统输出直齿轮转动，与之啮合的主轴直齿轮随之转动以驱动主轴，实现叶轮的周向转动，在叶轮的不同叶片表面加工超疏水表面；主轴的叶轮安装端靠近叶轮的位置和安装直齿轮一侧的主轴末端，都装配有轴承和轴承支架，以实现主轴轴向和径向的固定，同时作为主要的机体机架具有承载作用。

根据本发明所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备制造的叶轮6，其特征在于：包括叶轮本体，所述叶轮本体包括叶轮前盖板61、叶轮后盖板62和若干叶轮片63，所述叶轮前盖板、所述叶轮后盖板均为盘状结构，且二者平行布置；所述叶轮片沿盘状结构周向均匀夹装在叶轮前盖板与叶轮后盖板之间；所述叶轮片的表面刻蚀出若干用于改善叶轮片表面润滑特性的微纳米结构。

待加工叶轮为需要加工成超疏水表面的叶轮，可以是开式、半开式或者闭式叶轮，所述叶轮片为扭曲叶片、弯曲叶片或直叶片，尺寸的范围也较大，只需在装置的加工范围内即可，这是因为控制器控制各个电机，可以实现较大范围内的叶轮表面的加工，使得对叶轮的要求不会很苛刻，适用性良好。

结合附图1和附图2，超疏水表面的水接触角，即θ_CB是很大的，均大于150°，这样的固体表面为超疏水表面；当表面结构疏水性较强时，液滴并不能完全浸润粗糙表面，而使空气存在于表面微纳米结构的凹槽里，阻挡了液滴和固体表面之间的接触。将超疏水表面技术应用于叶轮，可以使叶轮具有同样的微纳米级微观结构，这样非光滑的表面超疏水微观结构，可以改变叶轮表面的物理模式，使离心泵内部的流体与叶轮固体表面的接触模式由简单的固-液接触模式转变为固-液，气-液混合模式，这种混合模式一方面改善了叶轮内部流体的流动状态，通过涡垫效应和扩展边界层等方法减小了叶轮内部固体壁面与流体的黏性阻力，减小阻力的同时增加了效率；另一方面，减小了固体壁面与流体的接触面积，当输送的流体是腐蚀性介质时，就会相应的增加了叶轮的抗腐蚀能力，提高了使用寿命，流体也不会在叶轮表面停留，在输送低温介质时，也避免了低温流体在叶轮表面凝结，相应的增加了叶轮的抗结冰能力。这样的超疏水表面更是符合非光滑表面减阻理论，减小了叶轮的摩擦阻力和水力损失，在提高离心泵效率的同时，还增加了抗汽蚀能力。因此，制备超疏水表面叶轮可以提高离心泵的抗腐蚀，抗空化，抗凝结能力，还能一定程度上提高效率，减小水力损失，具有很高的理论意义和生产实际意义。

本发明所述的叶轮超疏水表面改型，对叶轮表面进行激光刻蚀加工超疏水表面，得到的超疏水表面的水接触角大于150°，水滑动角小于10°，超疏水表面最初是在自然界的一些动植物身上发现的，如蝴蝶翅膀表面呈现出三级纳米超疏水结构，表现出显著的各向异性，使得蝴蝶在飞行中可以免除露水沾湿翅膀以及低温引起的翅膀结冰。蝴蝶翅膀的研究促进了对生物表面润湿性机理的探索，也作为超疏水表面的仿生模板，制备智能仿生超疏水表面和多功能材料。由于较大的水接触角和很小的水滑动角，叶轮中的流体与叶轮固体表面的接触面积相对较小，而叶轮独特的扭曲或弯曲结构，也使得叶轮中的流体不会粘附在叶轮表面而是从固体表面上滑落，所以在超疏水表面叶轮上的流体水滴不会渗入叶轮固体表面内部，这也就使得腐蚀性介质不会渗入叶轮固体表面内部形成腐蚀性破坏，同时低温介质也不会粘附在叶轮表面而在凝结，使得具有超疏水表面的叶轮具有极好的抗腐蚀能力和抗结冰能力。同时超疏水表面的水滑动角是决定减阻效果的重要因素，制备超疏水表面的水管或者输油管道，可以减小输送介质在管道中运动的摩擦阻力，以降低管道运输的成本；而在船舶表面制备超疏水表面，可以降低舰船的流体阻力，节约能源消耗，同样的，超疏水表面的叶轮使表面形成存留大量空气的空隙，使输送的流体与叶轮固体表面的实际接触面是由液一固界面与液一气界面两种界面组成的，液滴只能与离散的表面凸起相接触，大大减小了流体与固体表面的接触面积，而液一气界面的摩擦系数远远小于液一固界面的摩擦系数，因此超疏水表面叶轮可以减小输送的流体的阻力，提高离心泵效率。传统工艺中，加工叶轮进口部分，使其越光滑，水力损失减小，可以明显提高泵的抗空化能力，而超疏水表面处理的叶轮符合非光滑表面减阻理论，可以比光滑表面更高效地减小黏性阻力和水力损失，实现更好的抗空化能力。

所述主轴在叶轮端加工出第一螺栓孔以安装轴头端盖固定叶轮，所述叶轮也是安装在主轴上实现周向、轴向固定的；所述轴头端盖加工有第二螺栓孔，可以通过螺栓固定在主轴的叶轮端，当前叶轮加工完毕后，可以旋下螺栓，取下轴头端盖，即可简单便捷的更换待加工叶轮；所述主轴直齿轮通过键槽与主轴实现周向固定，并随驱动装置的输出直齿轮啮合，实现转动控制主轴转动，以加工叶轮不同角度的部位。第一电机电机驱动将动力输送给可移动底座的齿条，以驱动可移动底座轴向移动；所述第二电机将动力输送给主轴直齿轮，以驱动主轴转动控制叶轮转动；所述直线电机可以推动摇杆，以使与摇杆另一侧铰接的滑块移动，驱动红外激光头伸缩，以加工叶轮内部较深区域。所述激光刻蚀设备的枪体可以由直线电机驱动滑块以实现伸长和缩短，以控制枪头到达叶轮不同位置，实现超疏水表面的加工；在制备超疏水表面的方法中，激光刻蚀是相对成熟的一种，其成本较低、效率高、可控性良好的特点使之成为应用最广泛的制备超疏水表面的技术，所以本发明采用高能脉冲激光束在零件表面刻蚀出宽度为10～50μm、深度为5～10μm的微细小的微纳米结构，以改善材料表面润滑特性；所述激光刻蚀设备的红外激光头安装在激光系统上，滑块随直线电机工作而控制枪体在套筒中的移动实现红外激光头向叶轮内部或外部移动，对叶轮进行广域的数控加工；所述激光系统为红外激光头提供能源支持；所述吸尘系统可以吸收超疏水表面加工时产生的粉尘，防止粉尘对装置的干扰和破坏。吸尘装置可以吸取超疏水表面激光刻蚀时产生的粉尘颗粒，防止粉尘对加工装置造成干扰和损害。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：包括用于夹持叶轮的固定支架、用于驱动叶轮旋转的驱动设备、用于在叶轮表面加工超疏水表面的激光刻蚀设备、用于吸取粉尘颗粒的吸尘装置以及用于控制整个加工过程的控制器，所述固定支架上设有用于安装叶轮的工作区，所述驱动设备安装在所述固定支架上，所述的激光刻蚀设备安装在所述驱动设备上，并且所述激光刻蚀设备的枪头对准待加工的叶轮表面；所述吸尘装置的吸尘口对准固定支架的工作区；所述驱动设备的控制端、激光刻蚀设备的控制端以及所述吸尘装置的控制端分别与所述控制器的相应引脚电连；

所述固定支架包括固定底座、可移动底座、轴承支架、主轴、轴头端盖以及主轴直齿轮，所述固定底座与所述可移动底座滑动连接，可移动底座面向驱动设备的侧边设有沿其轴向布置的齿条，并且所述齿条与可移动底座滑动方向一致；所述可移动底座上固装轴承支架，所述轴承支架与水平架设其上的主轴转动连接，其中主轴沿轴承支架的移动方向布置，主轴的动力输出端安装待加工叶轮，主轴的动力输出端贯穿待加工叶轮中心通孔后配装用于限制待加工叶轮周向以及轴向移动的轴头端盖；所述主轴直齿轮的动力输入端插入所述主轴直齿轮的中心孔，并且二者键连接，实现主轴与主轴直齿轮的同步转动；

所述驱动设备包括机体、第一电机、第二电机、直线电机以及摇杆，第一电机、第二电机以及直线电机均安装在所述机体上，所述机体的底部固接在固定支架上；所述第一电机的第一输出轴通过传动齿轮组与所述可移动底座侧面的齿条啮合，以驱动可移动底座轴向移动；所述第二电机的第二输出轴键连接输出直齿轮，其中所述输出直齿轮与所述主轴直齿轮啮合，以驱动主轴的同步旋转；所述直线电机的动子与所述摇杆的第一端铰接，所述摇杆的第二端与所述激光刻蚀设备相连，实现摇杆以第一端铰接处为中心的上下摆动；

所述激光刻蚀设备包括用于提供刻蚀能源的激光发射器以及用于在待加工叶轮表面刻蚀的红外激光枪，所述激光发射器的下部安装红外激光枪，并且所述激光发射器的发射的激光经红外激光枪射出；所述红外激光枪包括套筒、枪体、滑块和枪头，所述套筒垂直安装在激光发射器的激光发射端，并且所述套筒位于待加工叶轮正上方；所述枪体的上部嵌套在套筒内部，并与之滑动连接；所述滑块固定在枪体外部，并且所述滑块与所述摇杆的第二端铰接，实现枪体的伸长和缩短；

所述吸尘装置的吸尘口对准待加工的叶轮；

所述控制器包括人机交互界面、数据传输模块以及数据处理模块，所述人机交互界面的信号输出端与所述数据传输模块的信号输入端电连，所述数据传输模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连，所述第一电机的控制端、第二电机的控制端、直线电机的控制端、激光发射器的控制端以及吸尘装置的控制端分别与所述所述数据处理模块的相应的信号输出端电连。

2.如权利要求1所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：所述可移动底座的底面沿其轴向设有滑槽，所述固定底座上设有能卡入滑槽内且与之配合的凸起。

3.如权利要求2所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：所述可移动底座的上表面对称安装两个轴承支架，并且每个轴承支架的上端均嵌有一个用于支撑主轴的轴承，分别为第一轴承和第二轴承，并且两个轴承水平同轴，叶轮和与之接近的第一轴承之间、第一轴承和主轴直齿轮之间、主轴直齿轮和主轴直齿轮一侧末端的第二轴承之间都安装有轴套，以实现各段的轴向固定。

4.如权利要求2所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：所述传动齿轮组包括输入锥齿轮、输出锥齿轮、传动轴以及传动直齿轮，所述输入锥齿轮安装在所述第一输出轴上，并与之键连接；所述传动轴的底部与所述固定底座转动连接，所述输出锥齿轮、所述传动直齿轮固装在传动轴上，实现输出锥齿轮、所述传动直齿轮以传动轴为中心的同步转动；所述输出锥齿轮与所述输入锥齿轮啮合；所述传动直齿轮与所述可移动底座侧面的齿条啮合。

5.如权利要求2所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：所述第一电机安装在机体的底部，所述第二电机安装在机体的中部，所述直线电机安装在机体的顶部，并且所述第一电机的第一输出轴、第二电机的第二输出轴均水平布置。

6.如权利要求1所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：所述主轴为二级阶梯轴，其中主轴的大端为叶轮安装端，小端为齿轮安装端，所述叶轮安装端的端面上设有第一螺栓孔，所述轴头端盖上设有第二螺栓孔，所述轴头端盖通过螺栓安装在所述叶轮安装端的端部，并通过叶轮安装端的键槽或轴套与待加工叶轮键连接，实现待加工叶轮的周向和径向固定。

7.如权利要求1所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备，其特征在于：所述机体为倒L型结构，其中机体的凹腔处容纳部分主轴，主轴两端的待加工叶轮以及主轴直齿轮分别落在凹腔外部。

8.根据权利要求1～7任意一项权利要求所述的一种用于超疏水表面叶轮的加工设备制造的叶轮，其特征在于：包括叶轮本体，所述叶轮本体包括叶轮前盖板、叶轮后盖板和若干叶轮片，所述叶轮前盖板、所述叶轮后盖板均为盘状结构，且二者平行布置；所述叶轮片沿盘状结构周向均匀夹装在叶轮前盖板与叶轮后盖板之间；所述叶轮片的表面刻蚀出若干用于改善叶轮片表面润滑特性的微纳米结构。

9.如权利要求8所述的叶轮，其特征在于：所述的微纳米结构宽度可以达到10～50μm，深度可以达到5～10μm，表面自由能小于水，采用T字型或者蘑菇型的异型结构。

10.如权利要求8所述的叶轮，其特征在于：所述叶轮片为扭曲叶片、弯曲叶片或直叶片。