CN110056534A - 一种叶轮及水泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种叶轮及水泵。一种叶轮，其特征在于：包括底座、轮毂和若干叶片，所述轮毂位于所述底座上，包括由上至下相连且同轴线的第一部分和第二部分，第二部分的下底面大于其上底面，所述若干叶片从轮毂的外表面向外辐射状延伸，包括自上至下依次连接的叶片顶部、叶片中部和叶片底部，叶片顶部的宽度和叶片底部的宽度均大于叶片中部的宽度。本发明的叶轮在水泵的相同泵盖和电机条件下，可以降低水泵功耗且提高低压启动能力；在扬程流量相同的情况下，该新型叶轮体积更小，节省材料，且水泵效率提高。
Description
技术领域
本发明属于水泵技术领域，尤其涉及一种叶轮及水泵。
背景技术
现有技术的洗衣机洗碗机等的排水工作，通常采用离心水泵作为动力源。所述的离心水泵包括泵壳、叶轮、转轴以及驱动叶轮转动的电机；所述的泵壳设有进水口和出水口；现有的叶轮(如图1所示)安装在转轴上并置于泵壳腔内。洗衣机和洗碗机洗涤后的污水从泵壳的进水口进入离心水泵的泵壳腔，电机驱动转轴并带动叶轮转动。外界的污水不断地从进水口吸入，经叶轮带动从泵壳的出水口甩出。
由于家用电器排水泵一般都有防异物要求，所以泵盖腔的直径和高度值比叶轮的直径和高度值要大很多，以便留有足够大的空间让异物通过，这就导致排水泵水力效率很低，耗电高而且浪费材料。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种叶轮，在水泵的相同泵盖和电机条件下，该叶轮可以降低水泵功耗且提高低压启动能力；在扬程流量相同的情况下，该新型叶轮体积更小，节省材料，且水泵效率提高。
本发明采取的技术方案如下：
一种叶轮，其特征在于：包括底座、轮毂和若干叶片，所述轮毂位于所述底座上，包括由上至下相连且同轴线的第一部分和第二部分，第二部分的下底面大于其上底面，所述若干叶片从轮毂的外表面向外辐射状延伸，每一叶片包括自上至下依次连接的叶片顶部、叶片中部和叶片底部，叶片顶部的宽度和叶片底部的宽度均大于叶片中部的宽度。
本发明的叶轮，其轮毂和每一叶片与常规的轮毂、叶片形状不同。当叶轮应用于水泵时，叶轮的第一部分用于与水泵的转轴固定，第二部分的下底面大于其上底面，即第二部分可以是对称的棱台体、棱台壳体或圆台体、圆台壳体；离心水泵的流体运动区域是泵盖腔中除叶轮之外的空间，如果泵盖不变，由于轮毂的第二部分的特定形状，与传统轮毂相比则减小了流体的运动空间，从而增大腔内压力，提高水泵效率；另一方面，由于轮毂和叶片的特定形状，在相同流量下，使本发明的叶轮直径可以做到更小，叶轮直径小则使叶片所受的扭力矩(水给予叶轮的阻力)减小，对于相同电机来说，可以提高水泵的低压启动性能。
作为一种实施方式，所述第一部分呈圆筒状，所述第二部分呈圆台壳体状。该实施方式限定了轮毂的具体形状，由于轮毂的外表面呈弧面，能进一步减少因流体冲击产生的能量损失。
进一步地，所述叶片顶部包括顶板和自所述顶板向所述叶片中部延伸所形成的内凹的弧形支撑肋，所述叶片底部包括底板和自所述底板向所述叶片中部延伸所形成的内凹的弧形支撑肋。
作为一种实施方式，所述叶片中部呈平板状，叶片的横截面呈工字形或X字形。当顶板和底板上都不开导流槽时，叶片的横截面呈工字形；当顶部和底部都具有导流槽时，叶片的横截面呈X字形。
作为一种优选实施方式，所述叶片还具有多个导流槽，每个导流槽自所述顶板向下开设或自所述底板向上开设，使所述叶片俯视或仰视呈Y字形且开口朝外。通过导流槽的设置，水泵效率可以进一步提高，且对于注塑成型的叶轮非常有益，这样一方面使叶轮在注塑时既可以节约用料且方便拔模，另一方面由于叶片顶部和叶片底部的注塑厚度减小，可以避免叶片在注塑成型后再产生叶片缩水、变形等问题，避免了后续外观变化产生的不良，可以提高叶片成型后的强度且提高了叶轮的使用寿命。导流槽可以仅设置在叶片顶部，也可以仅设置在叶片底部，也可以设置在所有的叶片顶部和叶片底部，还可以设置于部分叶片的顶部和/或部分叶片的底部，以设置在所有的叶片顶部和叶片底部为最佳。
作为一种优选实施方式，叶片的顶面和叶片的底面均为垂直于轮毂轴线的平面，所述叶片中部居中地垂直于所述叶片顶面和叶片底面，所述叶片的横截面左右、上下对称，所述叶片中部的厚度与所述弧形支撑肋厚度相等。
作为一种优选实施方式，每一叶片在高度方向上自所述轮毂的底端向上延伸，将叶片高度记为H2，第二部分的高度记为H3，0.75H2≤H3≤H2。该优选实施方式可以获得水泵的最佳扬程。
作为一种实施方式，所述叶轮由部件一和若干个部件二连接而成，所述部件一包括底座、轮毂和从所述轮毂向外辐射状延伸的若干叶片支撑座，所述叶片支撑座包括所述叶片底部和连接于所述叶片底部之上的第一支撑板，所述部件二与所述叶片支撑座一一对接共同构成所述叶片。采用这种结构形式的叶轮，制造时可以使部件一和部件二分别注塑成型，然后再将部件二与部件一装配连接起来，还可以再加上粘合剂将两者粘接固定；从另一方面，由于叶轮被分为可拆卸的两部分连接而成，能够方便地通过选择不同的部件二的尺寸参数以达到改变流量和效率的控制范围的目的。
进一步地，所述叶片支撑座还包括第一叶片顶部和支撑于所述第一叶片顶部之下的第二内支撑板，所述叶片支撑座具有朝向轮毂的径向外侧方向的第一连接面和位于所述第一支撑板朝向上方的第二连接面，所述部件二包括第二叶片顶部和支撑于所述第二叶片顶部之下的第二外支撑板，每个第二叶片顶部和每个第一叶片顶部径向嵌接形成所述叶片顶部，所述第二外支撑板分别与第一支撑板上下嵌接、与第二内支撑板径向嵌接形成所述叶片中部。作为一种具体实施方式，相互嵌接的各个面上可以设置有若干对相对适配的栓体/凸棱和凹坑。
本发明还提供一种水泵，其特征在于，包括所述的叶轮。
本发明的叶轮及水泵，具有以下有益效果：
(1)本发明的叶轮，具有特定的结构和形状，与常规叶轮相比，提高了水泵的低压启动性能，具体表现为低压启动时的响应时间缩短；
(2)在水泵的扬程和流量相同的情况下，本发明的叶轮体积更小，节省材料、节约空间，同时水泵效率得到提高；
(3)本发明的叶轮还可以进一步地使叶片的截面形成X形，即叶片上开设导流槽，水泵效率可以进一步提高，且这样使叶轮在注塑时既可以节约用料，又方便拔模，另一方面由于降低了叶片厚度，可以避免在注塑成型后再产生叶片缩水、变形等问题，避免了后续外观变化产生的不良，提高了叶片强度和提高了叶轮的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术的叶轮立体示意图；
图2为实施例1的叶轮的一种实施方式立体结构示意图；
图3为实施例1的叶轮的另一种实施方式立体结构示意图；
图4为图2的叶轮正面视图；
图5为图4的B-B剖视图；
图6为图2的叶轮的仰视图；
图7为图2的叶轮的俯视图；
图8为图7的C-C剖视图；
图9为实施例1的叶轮的一种实施方式分解示意图；
图10为实施例2的水泵分解结构示意图；
其中：10-叶轮，11-底座，12-轮毂，12.1-第一部分，12.2-第二部分，12.3-第三部分，13-叶片，13.1-叶片顶部，13.11-顶板，13.12-弧形支撑肋，13.1a-第一叶片顶部，13.1b-第二叶片顶部，13.2-叶片底部，13.21-底板，13.22-弧形支撑肋，13.3-叶片中部，13.5-导流槽，14-部件一，14.1-叶片支撑座，14.11-第一支撑板，14.12-第一连接面，14.13-第二连接面，14.14-第二内支撑板，15-部件二，15.1-第二外支撑板，16-凹槽，17-凸棱，18-凹坑，19-栓体，20-泵盖，30-泵体。
具体实施方式
实施例1
如图2～3所示，本实施例的叶轮10，包括底座11、轮毂12和若干叶片13，轮毂12位于底座11上，包括由上至下相连且同轴线的第一部分12.1和第二部分12.2，第二部分12.2的下底面大于其上底面，若干叶片13从轮毂12的外表面向外辐射状延伸，每一叶片13包括自上至下依次连接的叶片顶部13.1、叶片中部13.3和叶片底部13.2，叶片顶部13.1的宽度和叶片底部13.2的宽度均大于叶片中部13.3的宽度。底座11可以是圆筒状(图2)也可以是圆盘状(图3)，视叶轮的具体应用场景而确定，当然也可以是其他形状。
本实施例的叶轮，其轮毂12和每一叶片与常规的轮毂、叶片形状不同。当叶轮应用于水泵时，叶轮的第一部分12.1用于与水泵的转轴固定，第二部分12.2的下底面大于其上底面，即第二部分12.2可以是对称的棱台体、棱台壳体或圆台体、圆台壳体；离心水泵的流体运动区域是泵盖腔中除叶轮之外的空间，如果泵盖不变，由于本实施例的轮毂，与传统轮毂相比则减小了流体的运动空间，从而增大腔内压力，可以提高水泵效率；另一方面，由于轮毂和叶片的特定形状，在相同流量下，使本发明的叶轮直径可以做到更小，叶轮直径小则使叶片所受的扭力矩(水给予叶轮的阻力)减小，对于相同电机来说，可以提高水泵的低压启动性能。
如图4～8，作为一种实施方式，第一部分12.1可以是圆筒状，第二部分12.2可以是圆台壳体状。该实施方式限定了轮毂的具体形状，由于轮毂的外表面呈弧面，能进一步减少因流体冲击产生的能量损失，同时叶片的形状也进一步保证了水泵效率的提高。
进一步地，进一步地，叶片顶部13.1包括顶板13.11和自所述顶板13.11向叶片中部13.3延伸所形成的内凹的弧形支撑肋13.12，叶片底部13.2包括底板13.21和自所述底板向所述叶片中部延伸所形成的内凹的弧形支撑肋13.22。作为一种实施方式，如图4～8，轮毂12还可以包括连接于第二部分12.2与底座11之间的第三部分12.3，第三部分12.3呈圆筒状，第三部分12.3的高度与底板13.2的边缘厚度相等，在这种实施方式中，第三部分12.3作为第二部分12.2与底座11连接的过渡部分，在其他实施方式中，也完全可以不设第三部分12.3，直接由第二部分12.2与底座11连接。
作为一种实施方式，叶片中部13.3可以是板状，叶片的横截面呈工字形或X字形。当顶板13.1和底板13.2上都不开导流槽时，叶片的横截面呈工字形(未图示)；当顶部13.1和底部13.2都具有导流槽时，叶片的横截面呈X字形(如图8)。
作为一种优选实施方式，叶片13还具有多个导流槽13.5，每个导流槽13.5自顶板13.11向下开设或自底板13.21向上开设，使叶片13俯视或仰视呈Y字形且开口朝外。通过导流槽13.5的设置，水泵效率可以进一步提高，且对于注塑成型的叶轮非常有益，这样一方面使叶轮在注塑时既可以节约用料且方便拔模，另一方面由于叶片顶部和叶片底部的注塑厚度减小，可以避免叶片在注塑成型后再产生叶片缩水、变形等问题，避免了后续外观变化产生的不良，可以提高叶片成型后的强度且提高了叶轮的使用寿命。导流槽可以仅设置在叶片顶部，也可以仅设置在叶片底部，也可以设置在所有的叶片顶部和叶片底部，还可以设置于部分叶片的顶部和/或部分叶片的底部，以设置在所有的叶片顶部和叶片底部为最佳(如图2～3所示)。
作为一种优选实施方式，叶片13的顶面和叶片13的底面均为垂直于轮毂轴线的平面，叶片中部13.3居中地垂直于叶片顶面和叶片底面，叶片13的横截面可以是左右、上下对称，叶片中部13.3的厚度与所述弧形支撑肋13.12或13.21厚度相等。
作为一种优选实施方式，每一叶片13在高度方向上自轮毂12的底端向上延伸，将叶片高度记为H2，第二部分12.2的高度记为H3，0.75H2≤H3≤H2。H2和H3满足上述关系的优选实施方式可以使水泵获得最佳扬程。
如图9所示，作为一种实施方式，叶轮10由部件一14和若干个部件二15连接而成，部件一14包括底座11、轮毂12和从轮毂12向外辐射状延伸的若干叶片支撑座14.1，叶片支撑座14.1包括叶片底部13.2和连接于叶片底部13.2之上的第一支撑板14.11，部件二15与叶片支撑座14.1一一对接共同构成所述叶片13。采用这种结构形式的叶轮，制造时可以使部件一和部件二分别注塑成型，然后再将部件二与部件一装配连接起来，还可以再加上粘合剂将两者粘接固定；从另一方面，由于叶轮被分为可拆卸的两部分连接而成，能够方便地通过选择不同的部件二的尺寸参数以达到改变流量和效率的控制范围的目的。作为一种具体实施方式，叶片支撑座14.1还包括第一叶片顶部13.1a和支撑于第一叶片顶部13.1a之下的第二内支撑板14.14，叶片支撑座14.1具有朝向轮毂的径向外侧方向的第一连接面14.12和位于第一支撑板14.11朝向上方的第二连接面14.13，部件二15包括第二叶片顶部13.1b和支撑于第二叶片顶部13.1b之下的第二外支撑板15.1，每个第二叶片顶部13.1b和每个第一叶片顶部13.1a径向嵌接形成所述叶片顶部13.1，第二外支撑板15.1分别与第一支撑板14.11上下嵌接、与第二内支撑板14.14径向嵌接形成叶片中部13.3。具体地，可以是相互嵌接的各个面上设置有若干对相对适配的栓体和凹坑，例如叶片支撑座14.1上设有凹槽16，第一连接面14.12上设置凸棱17，部件二15的第二支撑外板15.1的底面与第二连接面14.12设置有若干对相互适配的栓体19和凹坑18，使部件二15与部件一14固定起来，当然，也可以是分别设置凸棱17和凹槽16，然后在凸棱上再设置栓体19，在凹槽上再设置凹坑18。在其他实施方式中当然还可采用其他方式嵌接。
实施例2
如图10所示，本实施例的水泵包括实施例1的叶轮10，还包括泵盖20和泵体30。
如下表1，示出了在其他条件不变的情况下，当现有技术的叶片改成本实施例1的横截面呈X形且轮毂改成本实施例1的第一部分圆筒状和第二部分圆台壳体状时，水泵在流量、效率上的性能参数，该方案相对于现有技术的叶轮可提高水泵21.7％的效率。表1中，W是叶片顶板的横向宽度，R是弧形支撑肋的圆弧半径，H1是叶片顶板的边缘厚度，H2是叶片高度。
表1
在其他实施例中，可以通过W、R、H1、H2等参数进行调整，使水泵符合不同的流量和效率要求。
如下表2，当现有技术的叶片改成本实施例1的横截面呈X形且轮毂改成本实施例1的第一部分圆筒状和第二部分圆台壳体状时，在流量相同的情况下，保持电机及其电磁力不变，进行低压启动测试，发现新叶轮的低压启动响应时间低于原有低压启动响应时间，低压启动性能更好。
表2
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种叶轮，其特征在于：包括底座、轮毂和若干叶片，所述轮毂位于所述底座上，包括由上至下相连且同轴线的第一部分和第二部分，第二部分的下底面大于其上底面，所述若干叶片从轮毂的外表面向外辐射状延伸，每一叶片包括自上至下依次连接的叶片顶部、叶片中部和叶片底部，叶片顶部的宽度和叶片底部的宽度均大于叶片中部的宽度。
2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述第一部分呈圆筒状，所述第二部分呈圆台壳体状。
3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于：所述叶片顶部包括顶板和自所述顶板向所述叶片中部延伸所形成的内凹的弧形支撑肋，所述叶片底部包括底板和自所述底板向所述叶片中部延伸所形成的内凹的弧形支撑肋。
4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于：所述叶片中部呈平板状，叶片的横截面呈工字形或X字形。
5.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于：所述叶片还具有多个导流槽，每个导流槽自所述顶板向下开设或自所述底板向上开设，使所述叶片俯视或仰视呈Y字形且开口朝外。
6.根据权利要求5所述的叶轮，其特征在于：叶片的顶面和叶片的底面均为垂直于轮毂轴线的平面，所述叶片中部居中地垂直于所述叶片顶面和叶片底面，所述叶片的横截面左右、上下对称，所述叶片中部的厚度与所述弧形支撑肋厚度相等。
7.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于：每一叶片在高度方向上自所述轮毂的底端向上延伸，将叶片高度记为H2，第二部分的高度记为H3，0.75H2≤H3≤H2。
8.根据权利要求3～7任一所述的叶轮，其特征在于：所述叶轮由部件一和若干个部件二连接而成，所述部件一包括底座、轮毂和从所述轮毂向外辐射状延伸的若干叶片支撑座，所述叶片支撑座包括所述叶片底部和连接于所述叶片底部之上的第一支撑板，所述部件二与所述叶片支撑座一一对接共同构成所述叶片。
9.根据权利要求8所述的叶轮，其特征在于：所述叶片支撑座还包括第一叶片顶部和支撑于所述第一叶片顶部之下的第二内支撑板，所述叶片支撑座具有朝向轮毂的径向外侧方向的第一连接面和位于所述第一支撑板朝向上方的第二连接面，所述部件二包括第二叶片顶部和支撑于所述第二叶片顶部之下的第二外支撑板，每个第二叶片顶部和每个第一叶片顶部径向嵌接形成所述叶片顶部，所述第二外支撑板分别与第一支撑板上下嵌接、与第二内支撑板径向嵌接形成所述叶片中部。。
10.一种水泵，其特征在于，包括权利要求1～9任一所述的叶轮。
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