CN111520326A - 一种用于磁流变抛光的离心泵 - Google Patents

一种用于磁流变抛光的离心泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及精加工技术领域，具体涉及一种用于磁流变抛光的离心泵；所采用的技术方案为：一种用于磁流变抛光的离心泵，包括泵头，所述泵头内设有叶轮，所述泵头上端设有储液罐，所述储液罐用于存储磁流变抛光液；所述泵头进液口与储液罐连通，所述储液罐顶部设有若干灌液口，所述灌液口用于连接磁流变抛光液回收器和灌入储磁流变抛光液。本发明能够减少抛光液中磁性颗粒的团聚和沉降，实现多类型、宽粘度范围磁流变抛光液的高效稳定泵送，为获得稳定去除函数、更高的去除效率和高抛光表面质量提供技术支撑。

Description

一种用于磁流变抛光的离心泵
技术领域
本发明涉及精加工技术领域，具体涉及一种用于磁流变抛光的离心泵。
背景技术
在重大光学工程对高精度光学元件的迫切需求下，磁流变抛光作为一种先进的光学加工技术得到了广泛的运用。磁流变抛光是利用磁流变抛光液在梯度磁场下形成的“柔性抛光模”来进行确定性去除材料达到加工的目的，具有超精度、高效率、低缺陷等优点，适用于多种几何形状光学零件的抛光，尤其在非球面、自由曲面以及高陡度共形光学元件加工中得到广泛应用。
在磁流变抛光机床中，磁流变抛光循环系统承担着磁流变抛光液的泵送功能，决定了磁流变抛光液的泵送效率和稳定性，从而影响了磁流变抛光的去除效率和去除函数稳定性。由于蠕动泵传送抛光液流量存在脉动，导致抛光缎带去除特性的不稳定，现在大多数磁流变抛光循环系统的传送泵采用离心泵。
近年来，磁流变抛光技术正在向超硬材料和较软材料抛光应用方面拓展。由于磁流变抛光液剪切屈服应力较低，为了保证其加工效率和加工精度，需要使用高粘度和较稀的磁流变抛光液。然而，现有磁流变抛光机床循环系统中的离心泵在泵送以上两类抛光液时存在泵送效率不高、泵送流量稳定性差、泵送粘度稳定性低等问题。为了突破磁流变抛光用离心泵的高效稳定泵送难题，有必要针对其主要性能进行结构优化。
发明内容
针对上述现有用于磁流变抛光用离心泵在面对低粘度、高粘度磁流变抛光液时存在泵送效率较低、稳定性差的技术问题，本发明提供了一种用于磁流变抛光的离心泵，能够减少抛光液中磁性颗粒的团聚和沉降，实现多类型、宽粘度范围磁流变抛光液的高效稳定泵送，为获得稳定去除函数、更高的去除效率和高抛光表面质量提供技术支撑。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于磁流变抛光的离心泵，包括泵头，所述泵头内设有叶轮，所述泵头上端设有储液罐，所述储液罐用于存储磁流变抛光液；所述泵头进液口与储液罐连通，所述储液罐顶部设有若干灌液口，所述灌液口用于连接磁流变抛光液回收器和灌入储磁流变抛光液。
本发明在使用时，先通过灌液口给储液罐灌入磁流变抛光液，然后再将灌液口连接磁流变抛光液回收器、将泵头的出液口与抛光液喷射装置相连，然后通过驱动组件驱动泵头内的叶轮旋转即可实现抛光液的循环。
在抛光液在循环的过程中，从储液罐的下端出口进入到泵头的进液口，然后再通过泵头内的叶轮加压，由泵头的出液口送出，避免了抛光液在输送过程中一部分能量被用于克服其重力势能，相对于现有的离心泵从下端进液增加了抛光液的动能。并且泵头上端设置储液罐，可完全避免抛光液在储液罐中的沉降问题；灌液口连接磁流变抛光液回收器，能够利用回流的磁流变抛光液液流冲击作用将附着在储罐液罐壁上的抛光液带入泵头，保证了抛光液性质的稳定。
同时，由于抛光液从泵头上端进入经叶片加压后直接从出液口排出，不存在流道突然扩大、流道突然缩小(泵头隔舌处)和直角转弯(出流段拐角处)等区域，不会造成抛光液在流动过程中脱离壁面而形成旋涡或二次流，避免抛光液产生局部损失(包括冲击损失)。另外，储液罐直接设置在泵头上，减小了抛光液泵送时的沿程损失。
另外，本发明在泵头上端设置储液罐大大增加了泵送循环系统中抛光液的容量，满足了高效率磁流变抛光对抛光液大流量泵送的要求。也便于布置检测抛光液状态的传感器、添加搅拌桨、补充抛光液等，确保了磁流变抛光操作的友好性。
作为泵头的具体实施方式，所述泵头包括蜗壳和底壳，所述蜗壳和底壳可拆卸连接，以便于泵头的拆卸和清洗。
作为叶轮的具体实施方式，所述叶轮为双面叶轮，以防止抛光液沉降，同时提高抛光液流动的稳定性和泵送效率；也避免了抛光液沉积在叶片和泵体之间的空隙处，卡住和磨损叶轮。
优选的，所述蜗壳和底壳的流道均为阿基米德螺旋流道，以增大流道的曲率，从而消除小曲率结构带来的影响，有利于提高抛光液泵送效率和泵送流量稳定性。
优选的，所述储液罐内部空腔为倒锥流线型，避免了抛光液存在流动死角，促进了泵送循环过程中的排液，克服了由于结构因素导致抛光液易于沉淀、团聚的问题，有利于提高磁流变抛光光学元件的表面质量。
优选的，所述储液罐外部为圆柱形，从而减小储液罐加工的材料损耗。
进一步的，所述灌液口适配有灌液盖，所述灌液盖中部设有回流盖。以通过灌液盖密封灌液口，并通过回流盖密封未接入抛光液循环系统的灌液口
具体而言，还包括驱动组件，所述驱动组件包括叶轮轴，所述叶轮轴下端穿过储液罐与叶轮固定连接，所述叶轮轴上端与储液罐上端转动连接。
进一步的，所述叶轮轴上还设有机械密封，所述机械密封用于密封叶轮轴与储液罐的轴孔之间的空隙，以防止储液罐中的磁流变抛光液上窜，继而保护驱动组件的轴承和电机。
作为储液罐的具体实施方式，所述储液罐包括顶盖，所述灌液口开设在顶盖上，即将储液罐分为上端的顶盖和位于下端的主体部分，以便于储液罐的加工制造，也便于储液罐的拆卸和清洗。
本发明的有益效果：
1、本发明在泵头上端设置储液罐，可完全避免抛光液在储液罐中的沉降问题；灌液口连接磁流变抛光液回收器，能够利用回收的磁流变抛光液液流的冲击作用将附着在储罐液罐壁上的抛光液带入泵头，保证了抛光液性质的稳定。并且减少了泵送循环系统中的传送管长度，从而减小了沿程损失，缓解了抛光液在管内的堵塞状况。
2、本发明在泵头上端设置储液罐大大增加了泵送循环系统中抛光液的容量，满足了高效率磁流变抛光对抛光液大流量泵送的要求。
3、本发明的储液罐采用倒锥流线型结构作为底部结构，克服了由于结构因素导致抛光液易于沉淀、团聚的问题，有利于提高磁流变抛光光学元件的表面质量。
4、所述蜗壳和底壳的流道均为阿基米德螺旋线型流道，增大了流道的曲率，从而消除小曲率结构带来的影响，有利于提高抛光液泵送效率和泵送流量稳定性。
5、储液罐顶部设有顶盖，且顶盖上分别采用灌液盖和回流盖进行密封处理，避免了外界污染物的进入、抛光液水分的散失，提高了磁流变抛光液的使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的底壳和叶轮组件结构示意图；
图3为本发明的蜗壳仰视示意图；
图4为本发明的储液罐俯视示意图；
图5为本发明的顶盖俯视示意图；
图6为本发明的出液口法兰示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-电机，2-灌液盖，3-储液罐，4-蜗壳，5-底壳，6-出液口法兰，7-顶盖，8-回流盖，9-电机安装法兰，10-联轴器，11-上轴承，12-下轴承，13-叶轮轴，14-叶轮，15-底壳流道，16-底壳密封槽，17-底壳装配凹槽，18-机械密封，19-下轴承端盖，20-上轴承端盖，21-蜗壳进液口，22-蜗壳流道，23-蜗壳装配凸台，24-储液罐出液口，25-灌液口，26-轴孔，27-第一密封槽，28-第二密封槽，29-泵头出液口，30-法兰装配凸台。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
一种用于磁流变抛光的离心泵，包括泵头，所述泵头内设有叶轮14，所述泵头上端设有储液罐3，所述储液罐3用于存储磁流变抛光液；所述泵头进液口与储液罐3连通，所述储液罐3顶部设有若干灌液口25，所述灌液口25用于连接磁流变抛光液回收器和灌入磁流变抛光液。还包括驱动组件，所述驱动组件包括叶轮轴13，所述叶轮轴13下端穿过储液罐3与叶轮14固定连接，所述叶轮轴13上端与储液罐3上端转动连接。
作为泵头的具体实施方式，所述泵头包括蜗壳4和底壳5，所述蜗壳4和底壳5可拆卸连接，以便于泵头的拆卸和清洗。同时在泵头的一侧设有出液口法兰6，以方便连接传送管。在所述储液罐3、蜗壳4、底壳5和出液口法兰6的接触面都采用在密封槽内放置密封圈的方式密封，以防止磁流变抛光液外泄。另外，储液罐3、蜗壳4、底壳5和出液口法兰6的接触面皆设计有凸台和凹槽，方便装配定位。
作为叶轮14的具体实施方式，所述叶轮14为双面叶轮14，以防止抛光液沉降，同时提高抛光液流动的稳定性和泵送效率；也避免了抛光液沉积在叶片和泵体之间的空隙，防止卡住和磨损叶轮14。
优选的，所述蜗壳4和底壳5的流道均为阿基米德螺旋线型流道，以增大流道的曲率，从而消除小曲率结构带来的影响，有利于提高抛光液泵送效率和泵送流量稳定性。
优选的，所述储液罐3内部空腔为倒锥流线型，避免了抛光液存在流动死角，促进了泵送循环过程中的排液，克服了由于结构因素导致抛光液易于沉淀、团聚的问题，有利于提高磁流变抛光光学元件的表面质量。
优选的，所述储液罐3外部为圆柱形，从而减小储液罐3加工的材料损耗。
进一步的，所述灌液口25适配有灌液盖2，所述灌液盖2中部设有回流盖8。以通过灌液盖密封灌液口25，而通过回流盖8密封未接入抛光液循环系统的灌液口25。
进一步的，所述叶轮轴13上还设有机械密封18，所述机械密封18用于密封叶轮轴13与储液罐3的轴孔26之间的空隙，以防止储液罐3中的磁流变抛光液上窜，继而保护驱动组件的轴承和电机1。
作为驱动组件的具体实施方式，驱动组件的电机1的转轴与叶轮轴13通过联轴器10进行连接；叶轮轴13通过上轴承11和下轴承12来保证其与电机1转轴的同轴度，且通过上轴承端盖20和下轴承端盖19来分别固定上轴承11和下轴承12的位置。
作为储液罐3的具体实施方式，所述储液罐3包括顶盖7，所述灌液口25开设在顶盖7上，即将储液罐3分为位于上端的顶盖7和位于下端的主体部分，以便于储液罐3的加工制造,也便于储液罐3的拆卸和清洗。
本发明在使用时，先通过灌液口25给储液罐3灌入磁流变抛光液，然后再将灌液口25连接磁流变抛光液回收器、将泵头的出液口与抛光液喷射装置相连，然后通过驱动组件驱动泵头内的叶轮14旋转即可实现抛光液的循环。
在抛光液循环的过程中，从储液罐3的下端出口进入到泵头的进液口，然后再通过泵头内的叶轮14加压，由泵头的出液口送出，避免了抛光液在输送过程中一部分能量被用于克服其重力势能，相对于现有的离心泵从下端进液的方式，增加了抛光液的动能。并且泵头上端设置储液罐3，可完全避免抛光液在储液罐3中的沉降问题；灌液口25连接磁流变抛光液回收器，能够利用回收的磁流变抛光液液流的冲击作用将附着在储罐液罐壁上的抛光液带入泵头，保证了抛光液性质的稳定。
同时，由于抛光液从泵头上端进入经叶片加压后直接从出液口排出，不存在流道突然扩大、流道突然缩小(泵头隔舌处)和直角转弯(出流段拐角处)等区域，不会造成抛光液在流动过程中脱离壁面而形成旋涡或二次流，避免抛光液产生局部损失(包括冲击损失)。另外，储液罐3直接设置在泵头上，减小了抛光液泵送时的沿程损失。
另外，本发明在泵头上端设置储液罐3大大增加了泵送循环系统中抛光液的容量，满足了高效率磁流变抛光对抛光液大流量泵送的要求。也便于布置检测抛光液状态的传感器、添加搅拌桨、补充抛光液等，确保了磁流变抛光操作的友好性。
因此本发明能够减少抛光液中磁性颗粒的团聚和沉降，实现多类型、宽粘度范围磁流变抛光液的高效稳定泵送，为获得稳定去除函数、更高的去除效率和高抛光表面质量提供技术支撑。
而现有的离心泵泵体结构中小曲率流道较多，抛光液在流动过程中容易在这些区域与流道壁面发生冲撞，降低流速并粘附在壁面上；由于这些抛光液不再参与循环流动，其水分会逐渐散失并形成硬块，造成局部管道堵塞(尤其是泵壳异型连接处、溢流孔等狭窄区域)并产生划伤；清洗时也容易残留磁流变抛光液，在抛光液变干后会形成硬块堵塞某些局部的管道(尤其是泵壳异型连接处、溢流孔等狭窄区域)并产生划伤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于磁流变抛光的离心泵，包括泵头，所述泵头内设有叶轮(14)，其特征在于，所述泵头上端设有储液罐(3)，所述储液罐(3)用于存储磁流变抛光液；
所述泵头进液口与储液罐(3)连通，所述储液罐(3)顶部设有若干灌液口(25)，所述灌液口(25)用于连接磁流变抛光液回收器和灌入储磁流变抛光液。
2.根据权利要求1所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述泵头包括蜗壳(4)和底壳(5)，所述蜗壳(4)和底壳(5)可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述叶轮(14)为双面叶轮。
4.根据权利要求2所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述蜗壳(4)和底壳(5)的流道均为阿基米德螺旋线型流道。
5.根据权利要求1所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述储液罐(3)内部空腔为倒锥流线型。
6.根据权利要求5所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述储液罐(3)为圆柱形。
7.根据权利要求1所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述灌液口(25)适配有灌液盖(2)，所述灌液盖(2)中部设有回流盖(8)。
8.根据权利要求1所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，还包括驱动组件，所述驱动组件包括叶轮轴(13)，所述叶轮轴(13)下端穿过储液罐(3)与叶轮(14)固定连接，所述叶轮轴(13)上端与储液罐(3)上端转动连接。
9.根据权利要求8所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述叶轮轴(13)上还设有机械密封(18)，所述机械密封(18)用于密封叶轮轴(13)与储液罐(3)的轴孔(26)之间的空隙。
10.根据权利要求1所述的用于磁流变抛光的离心泵，其特征在于，所述储液罐(3)包括顶盖(7)，所述灌液口(25)开设在顶盖(7)上。
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