CN112855606B - 一种可伸缩式叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可伸缩式叶轮，包括叶轮轴及安装在叶轮轴上的前盖板和后盖板，其特征在于，所述前盖板的前端面设有若干前叶片，所述前盖板与后盖板之间设有一安装腔，该安装腔内安装有尾叶组件；所述尾叶组件包括安置于安装腔内、且套设在叶轮轴外的调节齿轮；等分分布于调节齿轮周向上、且与调节齿轮相啮合的齿条；安装于齿条尾端处的尾叶片；设置于安装腔内、且供齿条沿自身长度方向移动的导向通道；开设于安装腔的腔壁上、且与导向通道相连通的通孔。本发明的可伸缩式叶轮设置了包括前叶片和可伸缩的尾叶片的叶片结构，能够改变叶轮叶片结构的直径和曲率半径，从而达到不同工况的要求。

Description

一种可伸缩式叶轮
技术领域
本发明属于离心泵叶轮技术领域，涉及一种可伸缩式叶轮。
背景技术
离心泵结构简单，体积小，流量稳定，作为必不可少的流体输送设备，在工业生产，促进科技发展中扮演者重要的角色。然而离心泵在输送浆体时，来流质量不均匀，开始时极容易对叶轮产生轴向不平衡压力，造成泵内振动，损害泵轴。当输送液体中固相体积分数增加时，常常对叶轮和蜗壳造成损害，大大降低了使用寿命。大多数离心泵通过控制来流来进行不同工况的运转，大大增加了投入成本。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可伸缩式叶轮，该可伸缩式叶轮设置了包括前叶片和可伸缩的尾叶片的叶片结构，能够改变叶轮叶片结构的直径和曲率半径，从而达到不同工况的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可伸缩式叶轮，包括叶轮轴及安装在叶轮轴上的前盖板和后盖板，所述前盖板的前端面设有若干前叶片，所述前盖板与后盖板之间设有一安装腔，该安装腔内安装有尾叶组件，所述尾叶组件包括：安置于安装腔内、且套设在叶轮轴外的调节齿轮，该调节齿轮的齿轮轴孔与叶轮轴之间为间隙配合或转动配合，调节齿轮与后盖板相对固定连接；
等分分布于调节齿轮周向上、且与调节齿轮相啮合的齿条，各齿条的轴线与调节齿轮周缘相切，各齿条包括位于安装腔内、且与调节齿轮上轮齿相啮合的前端，及穿过安装腔、且延伸至安装腔外的尾端；
安装于齿条尾端处的尾叶片；
设置于安装腔内、且供齿条沿自身长度方向移动的导向通道；
开设于安装腔的腔壁上、且与导向通道相连通的通孔。
本发明的有益效果是：本发明的可伸缩式叶轮通过设置包括前叶片和可伸缩的尾叶片的叶片结构，能够改变叶轮叶片结构的直径和曲率半径，从而达到不同工况的要求。该可伸缩式叶轮通过尾叶组件实现尾叶片的伸缩，具体地通过齿条与调节齿轮的齿轮配合。通过调节齿轮转动改变齿条伸出安装腔外的长度，然后将调节齿轮与后盖板相对固定，使得在叶轮运行过程中调节齿轮与前盖板和后盖板保持相对静止，保证齿条伸出安装腔外的长度保持不变，因此通过该尾叶组件可以容易地改变叶轮直径，以满足不同工况要求。此外，由于该可伸缩式叶轮包括前叶片和尾叶片的两级结构，使得流体由于离心力作用在前叶片和尾叶片的间隙处产生分流，从而使作用在蜗壳上的流体冲击错开，减轻蜗壳所受的冲击力。与现有技术相比，本发明的可伸缩式叶轮可以降低流体对蜗壳和叶片的冲击，并且该可伸缩式叶轮的结构设计和布局合理，可以满足不同工况要求，而且装卸操作简单，便于后期清理、维护和维修。
进一步设置为：所述导向通道包括设置于安装腔内、且与齿条上齿背表面相贴合的导向平面，该导向平面与齿条长度方向保持一致、以限制齿条紧贴调节齿轮啮合且沿该导向平面移动。
采用上述技术方案，在安装腔内设置与齿条上齿背表面相贴合的导向平面，该导向平面能够限定住齿条沿其长度方向移动，便于齿条近处安装腔。
进一步设置为：所述尾叶片的中部与齿条连接端的端部为转动配合，且尾叶片和齿条连接端间通过紧固螺栓连接。
采用上述技术方案，可以改变尾叶片相对于叶轮中心的角度，从而可以容易改变该叶轮叶片结构的曲率半径，使得该可伸缩式叶轮可以进一步满足不同工况要求。具体地，使用时，根据使用工况和叶轮性能，转动尾叶片以改变尾叶片相对于叶轮中心的角度，然后再用紧固螺栓将尾叶片与齿条连接端固定，使得容易改变尾叶片相对于叶轮中心的角度，从而使该叶轮叶片结构的曲率半径发生变化，当需要调整尾叶片的角度时再取下紧固螺栓进行调整即可。
进一步设置为：所述尾叶片的数量与前叶片的数量相一致，且尾叶片与前叶片的位置一一对应匹配，则尾叶片长度方向上的一端延伸至所匹配前叶片的叶顶位置。
采用上述技术方案，使得尾叶片与前叶片相抵，整体叶轮叶片结构更紧凑，从而减少流体在叶轮中能量损耗。
进一步设置为：所述调节齿轮的齿面位置开设有至少6个前定位孔，各前定位孔均匀环绕调节齿轮的中心分布；所述后盖板上开设有3个后定位孔，各后定位孔均匀环绕后盖板的中心分布。
采用上述技术方案，通过前定位孔与后定位孔的配合来实现调节齿轮与后盖板相对固定。具体地，当转动调节齿轮至合适位置时，用螺栓贯穿此时相对应的前定位孔与后定位孔，从而将调节齿轮与后盖板固定，保证调节齿轮在叶轮工作时与后盖板固定。
进一步设置为：所述后盖板的中心为圆心，则安装腔上各通孔距该圆心的距离均相等、且各通孔对称环绕圆心设置，安装腔内各齿条的尾端均朝向同一个方向设置。
采用上述技术方案，保持整体叶轮叶片结构的叶片朝向，有利于流体在叶轮内流动，使得该叶轮能够更高效地工作。
进一步设置为：该可伸缩式叶轮还包括有减震装置，该减震装置包括与叶轮轴固定的减震底座，该叶轮轴上套设有减震弹簧，该减震弹簧夹设于减震底座和后盖板之间；该减震底座和后盖板上均开设有环绕叶轮轴周向设置、且供减震弹簧端部安装用的环形凹槽。
采用上述技术方案，在该叶轮上设置减震装置，以对来流引起的较大轴向力进行卸荷，维持整个泵内装置的稳定性，降低叶轮由于不均匀冲击给泵轴带来的挠动。优选地，在叶轮轴上设置减震底座，在该减震底座和后盖板之间设有套设在叶轮轴上的减震弹簧，使用时可以将该减震底座固定在泵底座上。
进一步设置为：所述前盖板的直径为D1，所述后盖板的直径为D2，所述尾叶片的伸缩位移为h，h≤(D2-D1)/2。
在本发明的可伸缩式叶轮的情况下，尾叶片的伸缩位移取决于齿条伸出前盖板的长度，即h≤(D2-D1)/2，直径的合理设置，使得该叶轮能够更高效地工作。
进一步设置为：所述尾叶片是翼型叶片，该尾叶片的数量为3个；所述前叶片的数量为N，3≤N≤5。
尾叶片采用翼型结构，使得流体在经过尾叶片头部时产生分流和旋涡，有助于改变流体的运动轨迹，使其远离叶片，减少对蜗壳的直接冲击，降低叶轮和蜗壳的损耗。特别是在运送浆料的情况下，流体经过尾叶片时会产生有助于固体颗粒远离叶片的旋涡，减少固体颗粒对叶片的冲击磨损和滑动磨损。
进一步设置为：所述叶轮轴前端设有紧固螺帽，该紧固螺帽是锥型紧固螺帽，锥角为60度；所述尾叶片背面设有第二防腐橡胶层并紧贴后盖板。
采用上述技术方案，利用锥型紧固螺帽对来流进行剪切，减缓来流对叶轮的直接冲击。特别是在运送浆料的情况下，锥型螺帽的剪切效果更为明显。优选地，锥型紧固螺帽的直径大于调节齿轮的直径，减少来流对调节齿轮的冲击，以对调节齿轮起到更好的保护作用。锥型紧固螺帽的锥角太小或太大，难以起到缓解冲击的作用。在尾叶片背面设有第二防腐橡胶层并且紧贴后盖板，减少尾叶片在离心泵运行过程中的振动，并且加强了叶轮流道的密封性，提高输送效率。
附图说明
图1为本发明的叶轮的结构示意图；
图2为本发明的叶轮的尾叶组件和后盖板的结构示意图；
图3为本发明的叶轮的后盖板背面的结构示意图；
图4为本发明的叶轮的结构示意图，无紧固螺帽；
图5为本发明的减震装置的结构示意图；
叶轮轴2、紧固螺帽21、前盖板3、前叶片31、安装腔32、导向通道321、导向平面322、通孔323、后盖板4、调节齿轮41、前定位孔411、后定位孔42、齿条43、尾叶片44、紧固螺栓45、环形凹槽46、减震底座61、减震弹簧62。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为了描述的方便，前盖板3和后盖板4的前端面是指正对来流方向的一侧，后面是指背对来流方向且与前端面相对的一侧。
实施例，如图1至图5所示，一种可伸缩式叶轮包括叶轮轴2及设置在叶轮轴2上的前盖板3和后盖板4。前盖板3的前端面设有3个前叶片31，前叶片31与前盖板3一体成型并且可以随前盖板3而转动。前盖板3与后盖板4之间还设有尾叶组件，尾叶组件包括安置于安装腔32内、且套设在叶轮轴2外的调节齿轮41，调节齿轮41的齿轮轴孔与叶轮轴2之间为间隙配合或转动配合；等分分布于调节齿轮41周向上、且与调节齿轮41相啮合的齿条43，各齿条43的轴线与调节齿轮41周缘相切且朝向同一个方向设置，各齿条43包括位于安装腔32内、且与调节齿轮41上轮齿相啮合的前端，及穿过安装腔32、且延伸至安装腔32外的尾端；安装于齿条43尾端处的3个尾叶片44，尾叶片44是翼型叶片，且尾叶片44与前叶片31的位置一一对应匹配，则尾叶片44长度方向上的一端延伸至所匹配前叶片31的叶顶位置，使得尾叶片44与前叶片31相抵，整体叶轮叶片结构更紧凑，从而减少流体在叶轮中能量损耗；设置于安装腔32内、且供齿条43沿自身长度方向移动的导向通道321，导向通道321包括设置于安装腔32内、且与齿条43上齿背表面相贴合的导向平面322，该导向平面322与齿条43长度方向保持一致；开设于安装腔32的腔壁上、且与导向通道321相连通的通孔323。后盖板4的中心为圆心，则安装腔32上各通孔323距该圆心的距离均相等、且各通孔323对称环绕圆心设置。
其中，调节齿轮41与后盖板4相对固定连接，调节齿轮41的齿面位置开设有6个前定位孔411，各前定位孔411均匀环绕调节齿轮41的中心分布；后盖板4上开设有3个后定位孔42，各后定位孔42均匀环绕后盖板4的中心分布。通过前定位孔411与后定位孔42的配合来实现调节齿轮41与后盖板4相对固定，当转动调节齿轮41至合适位置时，用螺栓贯穿此时相对应的前定位孔411与后定位孔42，从而将调节齿轮41与后盖板4固定，保证调节齿轮41在叶轮工作时与后盖板4固定。此外，尾叶片44的中部与齿条43连接端的端部为转动配合，且尾叶片44和齿条43连接端间通过紧固螺栓45连接。使用时，根据使用工况和叶轮性能，转动尾叶片44以改变尾叶片44相对于叶轮中心的角度，然后再用紧固螺栓45将尾叶片44与齿条43连接端固定，使得容易改变尾叶片44相对于叶轮中心的角度，从而使该叶轮叶片结构的曲率半径发生变化，当需要调整尾叶片44的角度时再取下紧固螺栓45进行调整即可。
因此，使用时，根据实际运行工况等，可以通过转动调节齿轮41来改变齿条43的位移，并通过转动尾叶片44来改变尾叶片44相对于叶轮中心的角度，即改变尾叶片44距叶轮中心的距离(换句话说，该叶轮的直径)和曲率半径(换句话说，该叶轮的曲率半径)，然后用螺栓穿过前定位孔411与后定位孔42，将调节齿轮41与后盖板4固定连接，并用紧固螺栓45将尾叶片44与齿条43固定连接，使得在叶轮运行过程中调节齿轮41与后盖板保4持相对静止，从而使齿条伸出安装腔32的长度保持不变，即尾叶片44距叶轮中心的距离不变。
该可伸缩式叶轮还设有减震装置，该减震装置包括与叶轮轴2固定的减震底座61，该叶轮轴2上套设有减震弹簧62，该减震弹簧62夹设于减震底座61和后盖板4之间；该减震底座61和后盖板4上均开设有环绕叶轮轴2周向设置、且供减震弹簧62端部安装用的环形凹槽46。安装时，减震弹簧62处于不完全压缩状态，而当叶轮处于工作状态时，减震弹簧62无宏观形变，从而对来流的冲击载荷进行卸荷，并且减小高速旋转时产生的压力脉动，加强减震装置的稳定性。
叶轮轴2前端设有紧固螺帽21，紧固螺帽21是锥型紧固螺帽21，并且锥角为60度。锥型紧固螺帽21随叶轮做高速旋转，对来流尤其是浆料产生剪切效果，使来流变得更加均匀，对来流进行一个轴向冲击的卸荷，减少来流对叶轮的直接冲击，从而减小叶轮的磨损。
此外，为了提高该可伸缩式叶轮的密封性，尾叶片44背面设有防腐橡胶层并且紧贴后盖板4，防腐橡胶层减少尾叶片44在离心泵运行过程中的振动，并且加强了叶轮流道的密封性，提高输送效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可伸缩式叶轮，包括叶轮轴及安装在叶轮轴上的前盖板和后盖板，其特征在于，所述前盖板的前端面设有若干前叶片，所述前盖板与后盖板之间设有一安装腔，该安装腔内安装有尾叶组件，所述尾叶组件包括：
安置于安装腔内、且套设在叶轮轴外的调节齿轮，该调节齿轮的齿轮轴孔与叶轮轴之间为间隙配合或转动配合，调节齿轮与后盖板相对固定连接；
等分分布于调节齿轮周向上、且与调节齿轮相啮合的齿条，各齿条的轴线与调节齿轮周缘相切，各齿条包括位于安装腔内、且与调节齿轮上轮齿相啮合的前端，及穿过安装腔、且延伸至安装腔外的尾端；
安装于齿条尾端处的尾叶片；
设置于安装腔内、且供齿条沿自身长度方向移动的导向通道；
开设于安装腔的腔壁上、且与导向通道相连通的通孔。
2.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述导向通道包括设置于安装腔内、且与齿条上齿背表面相贴合的导向平面，该导向平面与齿条长度方向保持一致、以限制齿条紧贴调节齿轮啮合且沿该导向平面移动。
3.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述尾叶片的中部与齿条连接端的端部为转动配合，且尾叶片和齿条连接端间通过紧固螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述尾叶片的数量与前叶片的数量相一致，且尾叶片与前叶片的位置一一对应匹配，则尾叶片长度方向上的一端延伸至所匹配前叶片的叶顶位置。
5.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述调节齿轮的齿面位置开设有至少6个前定位孔，各前定位孔均匀环绕调节齿轮的中心分布；所述后盖板上开设有3个后定位孔，各后定位孔均匀环绕后盖板的中心分布。
6.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述后盖板的中心为圆心，则安装腔上各通孔距该圆心的距离均相等、且各通孔对称环绕圆心设置，安装腔内各齿条的尾端均朝向同一个方向设置。
7.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，还包括有减震装置，该减震装置包括与叶轮轴固定的减震底座，该叶轮轴上套设有减震弹簧，该减震弹簧夹设于减震底座和后盖板之间；该减震底座和后盖板上均开设有环绕叶轮轴周向设置、且供减震弹簧端部安装用的环形凹槽。
8.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述前盖板的直径为D1，所述后盖板的直径为D2，所述尾叶片的伸缩位移为h，0<h≤(D2-D1)/2。
9.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述尾叶片是翼型叶片，该尾叶片的数量为3个；所述前叶片的数量为N，3≤N≤5。
10.根据权利要求1所述的可伸缩式叶轮，其特征在于，所述叶轮轴前端设有紧固螺帽，该紧固螺帽是锥型紧固螺帽，并且锥角为60度；所述尾叶片背面设有第二防腐橡胶层并紧贴后盖板。
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