CN108291556A - 离心泵及其径向叶轮 - Google Patents

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Abstract

具有径向叶轮的离心泵具有第一本体部分和第二本体部分以及多个叶轮叶片。叶轮叶片围绕旋转轴线周向地间隔开，并且与第一本体部分和第二本体部分协作以限定多个流动通道。每个叶轮叶片具有轴向前缘和轴向后缘。每个叶轮叶片的至少一部分具有沿着径向叶轮的旋转轴线成型的倾斜度，使得轴向后缘在沿着叶轮叶片具有所述倾斜度的部分在子午点处从轴向前缘开始在第一周向上偏移。还提供了一种用于形成径向叶轮的方法。

Description

离心泵及其径向叶轮
发明领域
本发明涉及离心泵，尤其涉及离心泵的径向叶轮和用于形成径向叶轮的相关方法。
背景技术
美国专利第6,139,274号公开了一种离心泵的径向叶轮，其适于通过半模模塑而成，所述半模可相对于径向叶轮的轴线轴向地相对移动。模具被构造成使得第一通道表面和至少一个转子叶片的位于第一通道表面的最小直径之外的部分由一个半模形成，而第二通道表面和所述至少一个转子叶片的位于第二通道表面的最大直径内的部分由另一个半模形成。这种配置消除了对垂直于径向叶轮的旋转轴线设置的一个或多个模芯的需要，并且因此允许径向叶轮通过相对简单和廉价的模具形成。
遗憾的是，以这种方式构造径向叶轮仅限于具有叶轮叶片的径向叶轮，同时该叶轮叶片在周向上不具有倾斜度(相对于径向叶轮的旋转轴线)。叶轮叶片的倾斜度与叶轮叶片的周向上的轮廓吻合，使得叶轮叶片的侧面相对于径向叶轮的旋转轴线倾斜或成角度，以匹配叶轮和流入液体的相对运动。因此，美国专利第6,139,274号中描述的成形工艺不能使用，因为形成在模具型腔中的径向叶轮会将半模锁定在一起。
发明内容
本部分对公开内容进行概括性介绍，并不是对其整个范围或全部特征的全面披露。
在一种形式中，本教导提供了具有径向叶轮的离心泵，该径向叶轮具有第一本体部分、第二本体部分和多个叶轮叶片。第一本体部分具有轮毂和第一护罩。轮毂限定旋转轴线。第一护罩固定联接到轮毂上，从轮毂开始沿着旋转轴线在第一轴向方向上延伸，并且在径向方向上离轮毂越来越远。第二本体部分具有环形凸缘和第二护罩。环形凸缘围绕轮毂同心布置。第二护罩固定联接到环形凸缘，并且从环形凸缘开始沿着旋转轴线在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上延伸。第二护罩限定入口孔。叶轮叶片将第一本体部分联接到第二本体部分。叶轮叶片围绕旋转轴线周向地间隔开，并且与第一本体部分和第二本体部分协作以限定多个流动通道。每个叶轮叶片具有位于入口孔内的轴向前端，和终止于环形凸缘的外围边缘的后端。每个叶轮叶片还具有轴向前缘和轴向后缘。叶轮叶片具有径向弯曲轮廓，使得每个叶轮叶片在其前端与后端之间围绕旋转轴线在第一周向上弯曲。每个叶轮叶片的至少一部分还具有沿着旋转轴线成型的倾斜度，使得轴向后缘在沿着叶轮叶片具有倾斜度的部分在子午点处从轴向前缘开始在第一周向上偏移。第一护罩具有外周表面，所述外周表面具有第一直径。入口孔具有第二直径。第一直径小于或等于第二直径的90％。
在另一种形式中，本教导提供了一种用于制造离心泵的方法。该方法包括提供具有第一和第二模芯的模具，该模具限定型腔，型腔配置成限定径向叶轮，径向叶轮具有第一本体部分、第二本体部分和多个叶轮叶片，第一本体部分具有轮毂和第一护罩，轮毂限定旋转轴线；第一护罩固定联接到轮毂上，从轮毂开始沿着旋转轴线在第一轴向方向上延伸，并且在径向方向上离轮毂越来越远；第二本体部分具有环形凸缘和第二护罩，环形凸缘围绕轮毂同心布置，第二护罩固定联接到环形凸缘，并且从环形凸缘开始沿着旋转轴线在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上延伸；第二护罩限定入口孔，叶轮叶片将第一本体部分联接到第二本体部分，叶轮叶片围绕旋转轴线周向地间隔开，并且与第一本体部分和第二本体部分协作以限定多个流动通道；每个叶轮叶片具有位于入口孔内的前端，和终止于环形凸缘的外围边缘的后端，每个叶轮叶片还具有轴向前缘和轴向后缘，叶轮叶片具有径向弯曲轮廓，使得每个叶轮叶片在其前端与后端之间围绕旋转轴线在第一周向上弯曲；其中每个叶轮叶片的至少一部分还具有沿着旋转轴线成型的倾斜度，使得轴向后缘在沿着叶轮叶片具有倾斜度的部分在子午点处从轴向前缘开始在第一周向上偏移；用材料填充型腔以形成径向叶轮的第一本体部分和第二本体部分以及叶轮叶片；使第一模芯相对于第二模芯平行于旋转轴线移动以打开模具；使径向叶轮相对于第二模芯绕旋转轴线旋转；以及从模具中移除径向叶轮。第一护罩具有外周表面，所述外周表面具有第一直径，入口孔具有第二直径，并且第一直径小于或等于第二直径的90％。
根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于选定实施例的说明目的，而不是所有可能的实施方式，并不意在限制本公开的范围。
图1A是根据本公开的教导构造的径向叶轮的后视图；
图1B和图1C分别是从前方和后方取向的图1A的径向叶轮的透视图；
图2是沿着图1A的线2-2截取的横截面图；
图3是图1A的径向叶轮的侧视图；
图4是沿着图1A的线4-4截取的横截面图；
图5是图1A的径向叶轮的正视图；
图6A是沿着图5的线6A-6A截取的横截面图；
图6B是沿着图5的线6B-6B截取的横截面图；
图6C是沿着图5的线6C-6C截取的横截面图；
图6D是沿着图5的线6D-6D截取的横截面图；
图6E是沿着图5的线6E-6E截取的横截面图；
图7是包含图1A的径向叶轮的离心泵的横截面图；
图8是用于制造图1A的径向叶轮的模具的横截面图；并且
图9是图8的放大部分。
在附图的多个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
参照图1A至图3，根据本公开的教导构造的示例性径向叶轮总体由附图标记10表示。径向叶轮10可以具有第一本体部分12、衬套14、第二本体部分16和多个叶轮叶片18。第一本体部分12和第二本体部分16以及叶轮叶片18配置成通过铸造或模制一体成形。
第一本体部分12可以具有轮毂22和第一护罩24。轮毂22配置成安装在离心泵(未示出)的轴(未示出)上，并且限定旋转轴线26。第一护罩24固定联接到轮毂22上，从轮毂开始沿着旋转轴线26在第一轴向方向上延伸，并且在径向方向上离轮毂22越来越远。第一护罩24可以以任何期望的方式配置，但是在具体示例中，第一护罩24是截头圆锥形的并且从轮毂22向外分叉。第一护罩24具有外周表面28，所述外周表面具有第一直径D1。可选地，可以通过第一护罩24形成一个或多个压力平衡孔30。如本领域已知的那样，使用压力平衡孔30来平衡在离心泵(未示出)运转期间产生在径向叶轮10上的推力载荷。可选地，压力平衡孔30可以设置在帮助径向叶轮10围绕旋转轴线26旋转地平衡(即，使径向叶轮10的重心与旋转轴线26对齐)的位置处。
衬套14容纳在轮毂22中并且可以以任何期望的方式固定联接到轮毂上。在所提供的示例中，衬套14由具有非圆形横截面形状(例如，大致八角形)的棒材形成，其中a包括围绕衬套14的外周形成的平坦部32(图2)，轮毂22被包覆模制到衬套14上，使得形成轮毂22的材料包封衬套14的至少一部分并且粘合到衬套14。在所提供的示例中，衬套14上的平坦部32被包封在形成轮毂22的材料中，并因此进一步将衬套14可旋转地联接到轮毂22以阻止二者之前的相对旋转。衬套14配置成安装在离心泵的轴上并且可以限定安装孔34，安装孔可以配置成以任何期望的方式(例如滑动配合或干涉配合)接合轴。可选地，安装孔34可以限定多个内螺纹(未示出)，所述内螺纹可以螺纹结合到轴上的多个外螺纹(未示出)上。
第二本体部分16可以具有环形凸缘40、第二护罩42和第三护罩44。环形凸缘40围绕轮毂22同心布置。第二护罩42固定联接到环形凸缘40，并且从环形凸缘开始沿着旋转轴线26在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上延伸。第二护罩42限定具有第二直径D2的入口眼或入口孔46。第二直径D2大于第一直径D1。优选地，第一直径D1小于或等于第二直径D2的90％。可选的第三护罩44可以从环形凸缘40沿着旋转轴线26在第二方向上延伸，并且可以围绕第二护罩42同心布置。
参照图1A、图2和图4，叶轮叶片18可以将第一本体部分12联接到第二本体部分16。尽管可以使用任何数量的叶轮叶片18，但是使用等于或大于5且小于或等于10的叶轮叶片的配置通常是最有效的。叶轮叶片18的布置在环形凸缘40的入口侧(即，布置在入口孔46中的叶轮叶片18的部分)的部分可以被称为“内叶片部”，而叶轮叶片18的布置在环状凸缘40的出口侧的部分可以被称为“外叶片部”。叶轮叶片18可以围绕旋转轴线26周向地间隔开，并且与第一本体部分12和第二本体部分16协作以限定多个流动通道50。每个叶轮叶片18具有位于入口孔46内的轴向前端52，和终止于环形凸缘40的外围边缘56的后端54。每个叶轮叶片18还具有轴向前缘60(图5-7)和轴向后缘62(图5-7)。如果采用压力平衡孔30，则每个压力平衡孔30与相关的一个流动通道50相交。
参考图1A、4和5，叶轮叶片18形成有径向弯曲轮廓(例如，螺旋轮廓)，使得每个叶轮叶片18在第一周向上围绕旋转轴线26在其前端52和后端54之间弯曲。如图5和6E所示，每个叶轮叶片18的至少一部分还具有沿着旋转轴线26成型的倾斜度，使得轴向后缘62在沿着叶轮叶片18具有倾斜度的部分在子午点处从轴向前缘60开始在第一周向上偏移。在所提供的具体示例中，倾斜度仅设置在布置在第二直径D2(图4)内的内叶片部上，并且倾斜度的大小随着到环形凸缘40的外围边缘56的距离的减小而增加。应该认识到，另外地或替代地，倾斜度可以形成在外叶片部上。
在图7中，示出了示例性离心泵100的横截面图。所示出的泵100与传统的内燃机102可操作地相关联，并配置成产生排放到内燃机的水套(未特别示出)中的冷却液流。
泵100包括泵壳体110、轴112、轴承114和轴密封件116。轴112容纳在泵壳体110中，并且被轴承114支撑以相对于泵壳体110围绕旋转轴线26旋转。径向叶轮10可以联接到轴112以与其一起旋转。可以采用任何期望的装置将径向叶轮10固定到轴112上，例如螺母120，螺母120可以螺纹结合到轴112的外螺纹部122，以提供通过轮毂22施加到轴肩124的夹紧力，轴肩124形成在轴112上以将径向叶轮10的轮毂22不可旋转地联接到轴112。
在图8和9中，示出了用于形成图1的径向叶轮10的示例性模具200。模具200包括第一半模组件202和第二半模组件204，并且限定型腔206，型腔206配置成形成径向叶轮10的第一和第二本体部分12和16(图2)以及叶轮叶片18(图2)。如果诸如衬套14的部件要被结合到径向叶轮10中，则模具200可以包括各种特征以在模制/铸造操作期间将这些部件保持在位。
第一半模组件202可以沿着径向叶轮10的旋转轴线26相对于第二半模组件204移动。第一半模组件202可以包括配置成限定在径向叶轮10的第一侧上的各个特征的第一模芯212，例如第一护罩24(图2)，环形凸缘40(图2)的第一侧，以及叶轮叶片18(图2)的从环形凸缘40(图2)的第一侧延伸的部分。第二半模组件204可以包括配置成限定在径向叶轮10的与第一侧相反的第二侧上的各个特征的第二模芯214，例如第二护罩42和第三护罩44(图2)，环形凸缘40(图2)的第二侧，以及叶轮叶片18(图2)的从环形凸缘40(图2)的第二侧延伸的部分。
模具200的型腔206可以填充(例如注入)熔融材料，例如合适的塑料或金属材料，以形成径向叶轮10的第一和第二本体部分12和16以及叶轮叶片18。在注入型腔206的材料凝固之后，可打开模具200以移除径向叶轮10。模具200的打开包括沿着径向叶轮10的旋转轴线26在第一和第二半模组件202和204之间的相对运动，还可以包括围绕旋转轴线26在第一和第二模芯212和214之间的相对旋转。可以理解的是，由于在叶轮叶片18的构造中使用倾斜度，所以第一芯部212被锁定到径向叶轮10，使得仅仅通过沿着径向叶轮10的旋转轴线26在第一和第二半模组件202和204之间的相对运动打开模具200不能够推出径向叶轮10。为了将径向叶轮10从第一半模组件202“解锁”，需要在第一模芯212和径向叶轮10之间提供相对旋转。这可以通过协调围绕旋转轴线26的旋转运动与沿着旋转轴线26相对于径向叶轮10轴向运动的第一和第二模芯212和214中的任意一个来实现。在所提供的示例中，在第一半模组件202中采用了旋转凸轮机构，但是应当理解的是，可以使用各种其他机构，例如传动装置或者采用马达和链条的驱动装置。虽然在所提供的示例中，只有第一模芯212相对于径向叶轮10既可以轴向移动也可以旋转运动，但是可以理解的是，在替代方案中(例如当内叶片部和外叶片部均具有倾斜度时)，第一和第二模芯212和214都可以沿着旋转轴线26在相反的轴向方向上移动，以及围绕旋转轴线26在相反的旋转方向上运动。还可以理解的是，如果仅为内叶片部和外叶片部中的一个提供倾斜度，则可以打开模具，然后通过相对于相关联的一个半模转动径向叶轮10来移除径向叶轮10，无论是手动或通过机器人等机构。
出于说明和描述的目的提供了对实施例的上述描述。其目的不是穷尽或限制本公开。具体实施例的各个元件或特征通常不限于该具体实施例，而是在适用的情况下可互换并且可以在选定实施例中使用，即使没有具体示出或描述。同样的情况在很多方面也可能有所不同。这样的变化不被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (14)

1.一种离心泵(100)，包括：
具有第一本体部分(12)、第二本体部分(16)和多个叶轮叶片(18)的径向叶轮(10)；
所述第一本体部分(12)具有轮毂(22)和第一护罩(24)，所述轮毂(22)限定旋转轴线(26)，所述第一护罩(24)固定联接到所述轮毂(22)上，从所述轮毂开始沿着所述旋转轴线(26)在第一轴向方向上延伸，并且在径向方向上离所述轮毂(22)越来越远；
所述第二本体部分(16)具有环形凸缘(40)和第二护罩(42)，所述环形凸缘(40)围绕所述轮毂(22)同心布置，所述第二护罩(42)固定联接到所述环形凸缘(40)，并且从所述环形凸缘开始沿着所述旋转轴线(26)在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上延伸，所述第二护罩(42)限定入口孔(46)；并且
所述叶轮叶片(18)将所述第一本体部分(12)联接到所述第二本体部分(16)，所述叶轮叶片(18)围绕所述旋转轴线(26)周向地间隔开，并且与所述第一本体部分(12)和所述第二本体部分(16)协作以限定多个流动通道(50)，每个所述叶轮叶片(18)具有位于所述入口孔(46)内的轴向前端(52)，和终止于所述环形凸缘(40)的外围边缘(56)的后端(54)，每个所述叶轮叶片(18)还具有轴向前缘(60)和轴向后缘(62)，所述叶轮叶片(18)具有径向弯曲轮廓，使得每个所述叶轮叶片(18)在其前端(52)与后端(54)之间围绕所述旋转轴线(26)在第一周向上弯曲，其中每个所述叶轮叶片(18)的至少一部分还具有沿着所述旋转轴线(26)成型的倾斜度，使得所述轴向后缘(62)在沿着所述叶轮叶片(18)具有所述倾斜度的部分在子午点处从所述轴向前缘(60)开始在所述第一周向上偏移；
其中所述第一护罩(24)具有外周表面(28)，所述外周表面(28)具有第一直径(D1)，其中所述入口孔(46)具有第二直径(D2)，并且其中所述第一直径(D1)小于或等于所述第二直径(D2)的90％。
2.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，所述叶轮叶片(18)的具有倾斜度的所述部分限于所述叶轮叶片(18)的设置在所述入口孔(46)内的一部分。
3.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，所述径向叶轮(10)还包括容纳在所述轮毂(22)中的衬套(14)。
4.根据权利要求3所述的离心泵(100)，其中，所述衬套(14)至少部分地包封到形成所述轮毂(22)的塑料材料中。
5.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，所述叶轮叶片(18)的数量在5和10(包含本数)之间。
6.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，所述径向叶轮(10)的所述第二本体部分(16)还包括第三护罩(44)，所述第三护罩(44)从所述环形凸缘(40)沿着所述旋转轴线(26)在所述第二方向上延伸，并且围绕所述第二护罩(42)同心布置。
7.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，所述第一护罩(24)是截头圆锥形的并且从所述轮毂(22)向外分叉。
8.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，所述倾斜度的大小随着到所述环形凸缘(40)的所述外围边缘(56)的距离的减小而增加。
9.根据权利要求1所述的离心泵(100)，还包括泵壳体(110)和轴(112)，所述轴(112)可旋转地安装到所述泵壳体(110)，所述径向叶轮(10)联接到所述轴(112)以与其一起旋转。
10.根据权利要求1所述的离心泵(100)，其中，通过所述第一护罩(24)形成一个或多个压力平衡孔(30)，每个所述压力平衡孔(30)与相关的一个所述流道(50)相交。
11.一种用于制造离心泵(100)的方法，所述方法包括：
提供具有第一模芯(212)和第二模芯(214)的模具(200)，所述模具(200)限定型腔(206)，所述型腔(206)配置成限定径向叶轮(10)，所述径向叶轮具有第一本体部分(12)、第二本体部分(16)和多个叶轮叶片(18)，所述第一本体部分(12)具有轮毂(22)和第一护罩(24)，所述轮毂(22)限定旋转轴线(26)，所述第一护罩(24)固定联接到所述轮毂(22)上，从所述轮毂开始沿着所述旋转轴线(26)在第一轴向方向上延伸，并且在径向方向上离所述轮毂(22)越来越远；所述第二本体部分(16)具有环形凸缘(40)和第二护罩(42)，所述环形凸缘(40)围绕所述轮毂(22)同心布置，所述第二护罩(42)固定联接到所述环形凸缘(40)，并且从所述环形凸缘开始沿着所述旋转轴线(26)在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上延伸，所述第二护罩(42)限定入口孔(46)，所述叶轮叶片(18)将所述第一本体部分(12)联接到所述第二本体部分(16)；所述叶轮叶片(18)可以围绕所述旋转轴线(26)周向地间隔开，并且与所述第一本体部分(12)和所述第二本体部分(16)协作以限定多个流动通道(50)，每个所述叶轮叶片(18)具有位于所述入口孔(46)内的轴向前端(52)，和终止于所述环形凸缘(40)的外围边缘(56)的后端(54)，每个所述叶轮叶片(18)还具有轴向前缘(60)和轴向后缘(62)，所述叶轮叶片(18)具有径向弯曲轮廓，使得每个所述叶轮叶片(18)在其前端(52)与后端(54)之间围绕所述旋转轴线(26)在第一周向上弯曲，其中每个所述叶轮叶片(18)的至少一部分还具有沿着所述旋转轴线(26)成型的倾斜度，使得所述轴向后缘(62)在沿着所述叶轮叶片(18)具有所述倾斜度的部分在子午点处从所述轴向前缘(60)开始在所述第一周向上偏移；其中所述第一护罩(24)具有外周表面(28)，所述外周表面(28)具有第一直径(D1)，其中所述入口孔(46)具有第二直径(D2)，并且其中所述第一直径(D1)小于或等于所述第二直径(D2)的90％；
用材料填充所述型腔(206)以形成所述径向叶轮(10)的所述第一本体部分(12)和所述第二本体部分(16)以及所述叶轮叶片(18)；
使所述第一模芯(212)相对于所述第二模芯(214)平行于所述旋转轴线(26)移动以打开所述模具(200)；
使所述径向叶轮(10)相对于所述第二模芯(214)绕所述旋转轴线(26)旋转；以及
从所述模具(200)中移除所述径向叶轮(10)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在填充所述型腔(206)之前，所述方法还包括：
将衬套(14)安装到所述模具(200)上；以及
关闭所述模具(200)，使得所述衬套(14)设置在所述型腔(206)中。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一模芯(212)和第二模芯(214)沿着所述旋转轴线(26)在相反的轴向方向上移动，以及围绕所述旋转轴线(26)相对于所述径向叶轮(10)在相反的旋转方向上运动以打开所述模具(200)。
14.根据权利要求11所述的方法，其中当所述第一模芯(212)相对于所述第二模芯(214)移动时，使所述叶轮(10)围绕所述旋转轴线(26)相对于所述第二模芯(214)旋转以打开所述模具(200)。
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