CN113482968A - 一种轻量化设计的叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻量化设计的叶轮，叶轮包括金属材质的多个叶片、后盖板和轴套，轴套位于后盖板圆心位置，叶片环绕轴套阵列排布；由上述部件构成叶轮的金属骨架，对金属骨架外表面进行增加表面粗糙度处理；在粗糙度处理处理后的金属骨架的外部涂覆高分子材料，获得轻量化设计的叶轮。本申请所设计的叶轮在实现轻量化的同时，利用紧紧的包裹在金属骨架的外侧的高分子材料，可以起到良好的防腐蚀效果，又能达到增强叶轮自身强度的目的。

Description

一种轻量化设计的叶轮
技术领域
本发明型涉及液体输送(泵)、节能减排领域，尤其涉及一种轻量化设计的叶轮。
背景技术
泵作为重要的流体输送设备及能量转换装置，广泛应用于工农业生产、海洋船舶、石油化工、航空航天和居民生活等的各个领域，每年消耗在水泵机组上的电能占全国总电耗的21％以上，水泵的高效节能研究，将减少泵的能源损耗，对实现高效节能有着重要的意义。叶片泵的效率和稳定性是关键的性能指标，而叶轮作为其核心的旋转水力过流部件，很大程度上决定着整个叶片泵的稳定性和效率。水泵叶轮高效节能的设计方法很多，主要集中在结构水利设计方面，本专利关注转子叶轮的轻量化设计，在泵的转子系统转速需要发生变化时，需要输入额外能量使转子系统产生转速变化。从物理学的动能公式可知，在转子的转速发生同样变化时，质量较小的转子系统，所需要的能量要小于质量较大的转子系统。所以叶轮的轻量化设计，可以有效减少水泵运行过程中，转速变化时的能量损失。
传统叶轮材料，大多采用金属结构，其特点是结构成型性差、重量大、耐腐蚀性差，较大重量的叶轮转速变化时能量损失较大；随着轻量化高分子材料的广发应用，许多叶轮采用了高分子轻量化材料，这种材料的使用，极大的克服了水泵转子系统重量大和易腐蚀问题，转子系统的轻量化，极大的减少了水泵在启动和转子系统转速变化时的能量损耗，起到高效节能的目的。但是轻量化高分子材料，由于本身强度的局限性，在受力较大情况下，转子系统强度不能满足使用要求，产生结构破坏。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种轻量化设计的叶轮，采用金属与高分子材料相互耦合，使得两种不同收缩率的材料，在不同温度下能够有效结合，将嵌件注塑和二次注塑的工艺结合使用，使制造出来的叶轮具有结构强、重量轻、抗腐蚀能力强等特性。因为转子系统重量轻，可以减少泵转子系统在转速变化时的能量损失，实现高效节能目的，同时将高分子材料紧紧的包裹在金属骨架的外侧，既可以起到良好的防腐蚀效果，又能达到增强叶轮自身强度的目的。
本发明所采用的技术方案如下：
一种轻量化设计的叶轮，叶轮包括金属材质的多个叶片、后盖板和轴套，所述轴套位于后盖板圆心位置，叶片环绕轴套阵列排布；由所述部件构成叶轮的金属骨架，对所述金属骨架外表面进行增加表面粗糙度处理；在粗糙度处理处理后的金属骨架的外部涂覆高分子材料。
进一步，通过酸碱腐蚀或喷砂的方式对金属骨架的外表面进行处理，增加表面粗糙度，同时增加金属与高分子材料间的贴合面积，提高贴合结构的抓紧效果。
进一步，在后盖板上加工有多个过胶孔，相邻过胶孔之间的等间距分布。
进一步，过胶孔是六边形结构，且过胶孔每个内角采用圆角结构，用于减少六边形金属孔的应力集中，增加过胶孔的强度。
进一步，高分子材料包裹金属骨架的方法为：先对金属骨架采用嵌件注塑工艺，在金属骨架的外部进行高分子材料的覆盖，针对未被覆盖的金属骨架部位，故对再金属骨架进行一次二次注塑工艺；最后所有的金属骨架将会被高分子材料紧密包裹。
进一步，嵌件注塑前，需要对金属骨架预加热，加热温度比模具温度高出5摄氏度，再进行嵌件注塑。
进一步，对叶轮的高分子材料表面进行高光镜面处理，降低高分子材料外边面的粗糙度，减少流场的边界层效应，减少由于叶轮表面粗糙产生的湍流，从而减少流体在流动过程中的能量损耗。
进一步，所述叶片、后盖板和轴套是由金属材料一体化成型制备而成获得金属骨架。
进一步，由金属材料分成制得叶片、后盖板和轴套这三部分，将这三部分通过焊接或者键合等工艺，将分开的零件链接到一起，组装后获得金属骨架。
进一步，在上述叶轮上配有前盖板，所述前盖板采用金属与高分子材料耦合结构或者纯高分子材料结构，将前盖板与叶轮连接后获得闭式叶轮结构。
本发明的有益效果：
本发明的目的是针对现有轻量化叶轮存在的强度问题，提出的一种既能满足较高强度要求、同时又能满足轻量化目标的叶片泵叶轮。本发明在混流泵、轴流泵和半开式、开式的离心泵叶轮优势更为明显。叶轮结构内部通过金属骨架支撑，增强叶轮的强度，叶轮的外部用高分子轻量化材料包裹，使内部金属与外界隔绝，防止金属氧化；包裹在金属骨架外部的高分子材料可以起到增加强度功能，同时又可以使叶轮的重量减轻，起到高效节能目的。
本发明将金属嵌入高分子材料制作叶轮，可以有效的减轻叶轮自身重量，降低安装、运输成本；在叶片泵转子系统转速变化时，可以有效减少泵的能量损耗，实现高效节能；将塑料包裹在金属外侧，隔绝金属与外界流体介质接触，起到防腐蚀作用；用金属作为骨架，与传统纯高分子材料结构相比，强度更高，温度适应性更好；将金属结构外侧包裹高分子材料，与纯金属结构相比，具有更好的减振性能和耐腐蚀效果。高分子材料的模具表面更容易进行高光镜面处理，从而降低高分子材料外边面的粗糙度，减少流场的边界层效应，减少由于叶轮表面粗糙过高产生的湍流，从而减少流体在流动过程中的能量损耗。同时，根据需求，可以在叶轮表面增加一些导向筋，对流体流动起到良好的导向作用，减少湍流，提高水力性能。
附图说明
图1为本发明所述一种轻量化设计的叶片泵叶轮等轴测视图；
图2为本发明所述一种轻量化设计的叶片泵叶轮背视图；
图3为本发明所述一种轻量化设计的叶片泵叶轮正视图；
图4为本发明所述一种轻量化设计的叶片泵叶轮A-A剖视图；
图5为本发明所述一种轻量化设计叶片泵叶轮的金属骨架等轴侧视图；
图6为本发明所述一种轻量化设计叶片泵叶轮的金属骨架过胶孔正视图；
图7为本发明所述一种轻量化设计叶片泵叶轮的高分子材料等轴侧视图；
图8为本发明所述一种轻量化设计叶片泵封闭式叶轮等轴侧视图；
图中，1是叶片，2是后盖板，3是轴套，4是金属骨架，5是高分子材料，6是过胶孔，7是前盖板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所设计的一种轻量化设计的叶轮如图1和图2所示，以半开式叶轮为例，该叶轮包括多个叶片1、后盖板2和轴套3；所述轴套3位于后盖板2圆心位置，叶片1环绕轴套3阵列排布。其中，叶片1、后盖板2，轴套3为由金属材料一体化成型制备而成获得金属骨架4；也可以由金属材料分成制得叶片1、后盖板2和轴套3这三部分，将这三部分通过焊接或者键合等工艺，将分开的零件链接到一起，组装后获得金属骨架4。金属骨架4外表面进行增加表面粗糙度处理，可以通过酸碱腐蚀或喷砂等方式增加表面粗糙度，可以增加金属与高分子材料5间的贴合面积，提高贴合结构的抓紧效果。在粗糙处理后的金属骨架4外部进行高分子材料包裹，在本实施例中，高分子材料5可以选择PPS GF40、PPGF30、PPO GF20或PA66GF30等。
如图3和图4所示叶轮A-A剖视图，在后盖板2上加工有多个过胶孔6(如图5所示)，高分子材料5通过过胶孔6，紧紧地包裹在金属骨架外侧；过胶孔6是六边形结构(如图6)，六边形结构有助于阻止高分子材料和金属之间发生相对转动，提高两种不同材料耦合的稳定性，同时在六边形的尖角处，增加圆角结构，可以减少六边形金属孔的应力集中，增加过胶孔的强度。过胶孔6的尺寸可控制在内切圆直径3.5mm左右，通常需要40mm左右间距布置一个过胶孔。过胶孔6的位置可以根据结构的不同而变化。用金属骨架4作为支撑，起到加强支撑作用，再通过耦合结构设计(增加表面粗超度和过胶孔设计)，将所述高分子材料5包裹在金属骨架4的外面，起到辅助支撑作用，同时起到防腐蚀作用。
高分子材料5包裹金属骨架4的过程为：首先需要嵌件注塑工艺，在嵌件注塑前，需要对金属骨架4预加热，加热温度比模具温度高出5摄氏度，再进行嵌件注塑，这样可以保证在嵌件注塑时，嵌件金属的温度不至于过低，使高分子材料5过早冷却，能更好的增加高分子材料5和金属骨架4之间的贴合效果。由于该工艺能力的限制，金属骨架4的一部分金属作为嵌件的固定点，不能被高分子材料5全部覆盖，为了将未被覆盖的金属骨架4部位被高分子材料5填埋起来，需要将该零件再进行一次二次注塑工艺，之后，所有的金属骨架4将会被高分子材料5紧密包裹。
如图7所示，高分子材料5包裹在金属骨架4的外面，起到辅助支撑作用，同时起到防腐蚀作用。相对纯金属结构的闭式叶轮表面，高分子材料5的模具表面更容易进行高光镜面处理，降低高分子材料外边面的粗糙度，减少流场的边界层效应，减少由于叶轮表面粗糙产生的湍流，从而减少流体在流动过程中的能量损耗。同时，根据需求，可以在叶轮表面增加一些导向筋，对流体流动起到良好的导向作用，减少湍流，有效减少能量损耗，提高水力性能这在纯金属结构的闭式叶轮结构和很难实现。
如图8所示，当叶轮为闭式结构时，闭式结构会配有前盖板7，所述前盖板7可以根据需求设计成金属与高分子材料耦合结构或者纯高分子材料结构，然后将前盖板与叶轮通过紧固件链接、焊接或键合等工艺方式进行链接。
此外，本实施例中所展示的是一种离心泵叶轮结构，类似结构可以扩展到混流泵叶轮和轴流泵叶轮。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量化设计的叶轮，其特征在于，叶轮包括金属材质的多个叶片(1)、后盖板(2)和轴套(3)，所述轴套(3)位于后盖板(2)圆心位置，叶片(1)环绕轴套(3)阵列排布；由所述部件构成叶轮的金属骨架(4)，对所述金属骨架(4)外表面进行增加表面粗糙度处理；在粗糙度处理处理后的金属骨架(4)的外部涂覆高分子材料(5)。
2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，通过酸碱腐蚀或喷砂的方式对金属骨架(4)的外表面进行处理，增加表面粗糙度，同时增加金属与高分子材料(5)间的贴合面积，提高贴合结构的抓紧效果。
3.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，在后盖板(2)上加工有多个过胶孔(6)，相邻过胶孔(6)之间的等间距分布。
4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，过胶孔(6)是六边形结构，且过胶孔(6)每个内角采用圆角结构，用于减少六边形金属孔的应力集中，增加过胶孔的强度。
5.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，高分子材料(5)包裹金属骨架(4)的方法为：先对金属骨架(4)采用嵌件注塑工艺，在金属骨架(4)的外部进行高分子材料5的覆盖，针对未被覆盖的金属骨架(4)部位，故对再金属骨架(4)进行一次二次注塑工艺；最后所有的金属骨架(4)将会被高分子材料(5)紧密包裹。
6.根据权利要求5所述的叶轮，其特征在于，嵌件注塑前，需要对金属骨架(4)预加热，加热温度比模具温度高出5摄氏度，再进行嵌件注塑。
7.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，对叶轮的高分子材料(5)表面进行高光镜面处理，降低高分子材料外边面的粗糙度，减少流场的边界层效应，减少由于叶轮表面粗糙产生的湍流，从而减少流体在流动过程中的能量损耗。
8.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片(1)、后盖板(2)和轴套(3)是由金属材料一体化成型制备而成获得金属骨架(4)。
9.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，由金属材料分成制得(1)、后盖板(2)和轴套(3)这三部分，将这三部分通过焊接或者键合等工艺，将分开的零件链接到一起，组装后获得金属骨架(4)。
10.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，在上述叶轮上配有前盖板(7)，所述前盖板(7)采用金属与高分子材料耦合结构或者纯高分子材料结构，将前盖板(7)与叶轮连接后获得闭式叶轮结构。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114571644A (zh) * 2022-02-22 2022-06-03 浙江大学 一种具有全氟表面的复合式闭式叶轮

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62240498A (ja) * 1986-04-09 1987-10-21 Nippon Pillar Packing Co Ltd ポンプのインペラ
CN2199337Y (zh) * 1994-10-10 1995-05-31 旅顺长城不锈钢厂 钢塑复合机械密封稀酸泵
CN2272953Y (zh) * 1996-08-22 1998-01-21 邱德良 稀硫酸槽体外循环立式泵
CN2294365Y (zh) * 1997-08-05 1998-10-14 谢国光 复合管道
CN2338577Y (zh) * 1998-05-06 1999-09-15 东泰(成都)工业有限公司 金属复合管件
JPH11277571A (ja) * 1998-03-31 1999-10-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 樹脂製部材と金属製部材の結合力強化一体成形方法
RU2003134200A (ru) * 2003-07-01 2005-05-10 Сергей Николаевич Кущенко (UA) Двухдисковое рабочее колесо лопастной гидравлической машины
CN103133405A (zh) * 2011-11-24 2013-06-05 高玉森 装有超高分子量聚乙烯保护层的泥砂泵叶轮
CN206159720U (zh) * 2016-10-28 2017-05-10 深圳职业技术学院 一种金属骨架塑料复合弯头
CN210196121U (zh) * 2019-05-04 2020-03-27 上海邦聚工程材料技术有限公司 一种含金属骨架的复合陶瓷叶轮

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62240498A (ja) * 1986-04-09 1987-10-21 Nippon Pillar Packing Co Ltd ポンプのインペラ
CN2199337Y (zh) * 1994-10-10 1995-05-31 旅顺长城不锈钢厂 钢塑复合机械密封稀酸泵
CN2272953Y (zh) * 1996-08-22 1998-01-21 邱德良 稀硫酸槽体外循环立式泵
CN2294365Y (zh) * 1997-08-05 1998-10-14 谢国光 复合管道
JPH11277571A (ja) * 1998-03-31 1999-10-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 樹脂製部材と金属製部材の結合力強化一体成形方法
CN2338577Y (zh) * 1998-05-06 1999-09-15 东泰(成都)工业有限公司 金属复合管件
RU2003134200A (ru) * 2003-07-01 2005-05-10 Сергей Николаевич Кущенко (UA) Двухдисковое рабочее колесо лопастной гидравлической машины
CN103133405A (zh) * 2011-11-24 2013-06-05 高玉森 装有超高分子量聚乙烯保护层的泥砂泵叶轮
CN206159720U (zh) * 2016-10-28 2017-05-10 深圳职业技术学院 一种金属骨架塑料复合弯头
CN210196121U (zh) * 2019-05-04 2020-03-27 上海邦聚工程材料技术有限公司 一种含金属骨架的复合陶瓷叶轮

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙方红 等: "《工程训练》", 31 August 2016, 冶金工业出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114571644A (zh) * 2022-02-22 2022-06-03 浙江大学 一种具有全氟表面的复合式闭式叶轮

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