CN116464663A - 一种叶轮及泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体运输设备技术领域，特指一种叶轮及泵。泵包括电机、泵体以及叶轮，叶轮安装在电机的主轴上，并位于泵体内。叶轮包括轴连接部、若干轴流叶片以及叶轮环罩，叶轮环罩与所述轴连接部一起形成压水室；叶轮环罩的内壁与所述轴流叶片的外边沿固定连接。本发明由于叶轮环罩的设计，使得进口部分压水室位于叶轮自身内部，并和叶轮一起高速转动，在抽吸液体时，泥沙等小杂质会和液体一起直接同叶轮内通道流过，不经过叶轮环罩和泵体之间的间隙，这样就避免了泵叶轮与泵体之间的泥砂冲击磨损，提高泵体和叶轮的使用寿命，有效地解决泵在有泥砂防汛场合使用时泵体和叶轮的使用可靠性的问题。

Description

一种叶轮及泵

技术领域

本发明属于流体运输设备技术领域，特指一种叶轮及泵。

背景技术

目前，轴流泵/混流泵具有低扬程、排量大、效率高等优点被广泛应用于防汛、排涝中。轴流泵和混流泵的区别主要在于叶轮，轴流泵的叶轮的叶片类似于电风扇的叶片，工作时，水流的进方向与主轴方向一致，而混流泵的叶轮的叶片带有一定角度，使得水流的进出方向与主轴方向呈一定的夹角，但夹角不会很大，所以轴流泵和混流泵的结构原理和应用场景基本一致。

以轴流泵为例，如图9-10所示，现有技术的轴流泵包括泵体1’、叶轮2’、电机支撑架23’以及电机2’，为了方便搬运、减轻其劳动强度，大部分轴流泵的泵体均由较轻的铝合金材料制成，由于铝合金材料不耐磨，在长时间抽吸泥沙的污水时，叶轮2’所在的泵体1’内壁会因为泥沙的冲击而磨损，导致叶轮2’外径和泵体1’内壁的间隙越来越大，直到泵体1’穿孔报废。如图9所示，泵体1’的穿孔处形成断裂口100，而图10则是叶轮2’外径磨损之后，与泵体1’之间形成了更大的间隙。同时，随着该间隙越来越大，叶轮增压后的高压水会从这个间隙泄漏、回流，导致轴流泵的抽水效率也会慢慢变低，影响排涝、防汛、救灾的进展。虽然，不锈钢制的泵体会比铝合金的要耐磨些，但也经不起泥砂磨损。

据了解，轴流泵经常出现在排涝、防汛等使用场景中，这些场景的水源往往会附带大量的泥沙，工作时，泵体和叶轮之间的部位就被泥沙冲击，高速旋转的叶轮像砂轮机一样的打磨，严重磨损叶轮外缘以及泵体内壁，一般连续作业两三天后，泵体的下端侧壁很快会出现被泥沙磨蚀出现小孔或者断裂面，导致轴流泵无法正常使用，这也是轴流泵损坏最多的原因。

中国实用新型专利CN215595900U公开了一种防汛轴流泵及其泵体，其在泵体的内部嵌装了一个不锈钢耐磨环套，来减轻泵体的磨损，但是其叶轮的外侧与泵体结合处仍然会磨损，也会导致上述间隙变大，产品寿命有待提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、效率高的叶轮及泵。

本发明的目的是这样实现的：

一种叶轮，包括：轴连接部，用于安装在主轴上；若干叶片，周向设置在所述轴连接部的外侧；以及叶轮环罩，套装在所述叶片的外侧，并与所述轴连接部一起形成压水室；其中，叶轮环罩的内壁与所述叶片的外边沿固定连接。

本发明进一步设置有，所述叶轮环罩的轴向长度L，所述叶片的轴向高度H，L≤H。

本发明进一步设置有，在所述轴连接部的出液端延伸设置有叶轮毂，叶轮毂内形成螺母安装腔，所述叶片分布在所述轴连接部和叶轮毂外壁上。

本发明进一步设置有，所述轴连接部、叶轮毂、若干叶片以及叶轮环罩一体成型。

本发明进一步设置有，所述叶片为叶片或者混流叶片。

一种泵，包括：电机，具有电机壳以及从电机壳顶部伸出的主轴；泵体，与所述电机固定连接，其内设置有叶轮安装腔；以及叶轮，安装在所述主轴的伸出端上，并位于所述叶轮安装腔内。其中，所述叶轮为上述的叶轮，所述叶轮环罩的外壁和所述叶轮安装腔的内壁之间存在间隙。

本发明进一步设置有，所述叶轮安装腔的内壁上开设有用于容纳所述叶轮环罩的环形凹槽；所述环形凹槽的底面和叶轮环罩的外侧面之间形成所述间隙，所述环形凹槽上端的泵体内径小于等于所述叶轮环罩的外径，且大于等于所述叶轮环罩的内径。

本发明进一步设置有，所述叶轮环罩的上端与环形凹槽的上侧壁之间设置一个空隙，所述空隙使得间隙和泵体的内腔之间连通并形成拐角空间。

本发明进一步设置有，所述泵体的下端设置有环形挡板，用于阻挡所述间隙的下端；或者，所述叶轮安装腔的内壁上设置有至少一个弹性挡圈，弹性挡圈位于所述间隙内，并用于阻挡杂质进入间隙。

本发明进一步设置有，所述泵体内设置有若干导叶，所述导叶的中部设置有一端开口的圆形外罩，所述外罩外壁和所述导叶一体成型，所述外罩位于所述叶轮的上端，所述外罩的开口与所述叶轮的叶轮毂开口正对。

本发明进一步设置有，还包括用于连接电机和泵体的电机支撑架，所述电机支撑架具有用于连接泵体的上安装环、用于连接电机的下安装环以及连接两者的若干支撑筋，所述电机支撑架形成进水结构，并在其外侧设置有包裹进水结构的过滤网罩。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

1、本发明由于叶轮环罩的设计，使得压水室位于叶轮自身内部，并和叶轮一起高速转动，在抽吸液体时，泥沙等小杂质会和液体一起直接同叶轮内部流过，不经过叶轮环罩和泵体之间的间隙，这样叶轮和泵体之间就基本没有泥砂引起的磨损，就没有泵体和叶轮的使用寿命问题，就有效地解决泵在有泥砂防汛场合使用时泵体和叶轮的使用寿命短的问题。相比于传统的结构，本发明间隙的轴向长度变长了，不容易泄漏、回流，减小了损耗。

2、本发明设置有环形凹槽、环形挡板、弹性挡圈等杂质阻挡结构，有效防止泥沙等小杂质进入间隙，保证泵正常运转。

附图说明

图1是本发明泵的结构示意图。

图2是本发明第一种叶轮安装在泵体内的剖视图。

图3是本发明叶轮的正面结构示意图。

图4是本发明叶轮的背面结构示意图。

图5是本发明第二种叶轮安装在泵体内的剖视图。

图6是本发明第三种叶轮安装在泵体内的剖视图。

图7是根据表1绘制的测试泵的流量与扬程、功率、效率之间的曲线图。

图8是根据表2绘制的测试泵的流量与扬程、功率、效率之间的曲线图。

图9是现有技术中泵体进液端侧壁产生断裂口的结构示意图。

图10是现有技术中叶轮外径磨损的结构示意图。

图中标号所表示的含义：

1-泵体；2-电机；3-叶轮；4-间隙；5-环形挡板；6-弹性挡圈；7-螺母；8-空隙；

11-进液口；12-出液口；14-外罩；15-导叶；16-上出口接环；161-出口密封环槽；17-下连接环；171-螺纹孔；18-过滤网罩；19-环形凹槽；

21-电机壳；22-主轴；23-电机支撑架；231-上安装环；232-下安装环；233-支撑筋。

31-轴连接部；32-叶片；33-叶轮环罩；34-压水室；35-叶轮毂；

100-断裂口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

如图1所示，一种泵，特指轴流泵或者混流泵，包括泵体1、电机2、电机支撑架23以及叶轮3。

泵体1具有从上往下依次连通的出液口12、叶轮安装腔以及进液口11。所述泵体1由轻量化材料制成，所述轻量化材料优为铝合金或者不锈钢。

如图2所示，所述泵体1内设置有若干导叶15，用于液体引流。所述导叶15的中部设置有一端开口的外罩14，所述外罩14外壁和所述导叶一体成型，所述外罩14呈圆形，所述泵体1、外罩14以及导叶15一体成型。

所述泵体1的上端外侧成型有用于安装出液管路的上出口接环16，上出口接环16上开设有用于安装密封圈的出口密封环槽161。所述泵体1的下端外侧成型有用于安装电机2的下连接环17，所述下连接环17上开设有若干螺纹孔171。

所述电机2为永磁同步电机，其具有电机壳21以及从电机壳21顶部伸出的主轴22。所述叶轮3安装在所述主轴22的伸出端，并位于所述叶轮安装腔内，用于与所述泵体1配合，实现液体抽吸。

所述泵体1通过电机支撑架23安装在所述电机2上。

具体地，所述电机支撑架23具有用于连接泵体1的上安装环231、用于连接电机2的下安装环232以及连接两者的若干支撑筋233。所述上安装环231连接泵体1的下连接环17，通过螺钉和螺纹孔171实现固定连接。

本实施例中，所述上安装环231大于所述下安装环232，所述支撑筋233分布的两者的四周，并形成一中空的倒锥台结构，其用于支撑泵体1的同时，也有利于液体流动，形成进水结构，并在其外侧设置有包裹进水结构的过滤网罩18，用于防止大型杂质进入进液口11。

如图3-4所示，叶轮3包括轴连接部31、叶轮毂35、若干叶片32以及叶轮环罩33。所述轴连接部31、叶轮毂35、若干叶片32以及叶轮环罩33一体成型。

轴连接部31开设有安装孔，所述轴连接部31先与主轴22键连接，然后再通过螺母7固定安装。

在所述轴连接部31的上端延伸设置有叶轮毂35，叶轮毂35内形成螺母安装腔，所述安装腔为内小外大的喇叭状，当叶轮3安装时，所述螺母7位于所述螺母安装腔内。

所述叶片32周向设置在所述轴连接部31和叶轮毂35外壁上。本实施例的叶片32的数量一般有3、4、5、6片等等，具体数量根据泵的大小而定。

叶轮环罩33为环形，套装在所述叶片32的外侧，并与所述轴连接部31、叶轮毂35一起形成压水室34，部分或者全部的所述叶片32位于所述压水室34内。叶轮环罩33的内壁与所述叶片32的外边沿固定连接，可以是一体成型，也可以是焊接。

所述叶轮环罩33的轴向长度L。所述叶片32的轴向高度H，即为一个叶片32在轴向投影的长度。优选地，H/3≤L≤H，更优选为L＝H/2。

选取L＝H/2的半圈叶轮和L＝H的整圈叶轮，先后放入同一台泵(额定流量为400m3/h，额定转速为3100转/分钟)内进行试验。

表1半圈叶轮的试验数据

表2整圈叶轮的试验数据

根据表1和表2的试验数据，主要取泵的实际流量到达额定流量时的数据对比，即主要对比表1的序号9的数据以及表2的序号7数据，发现安装半圈叶轮(L＝H/2)的泵的扬程(H)、效率(EFF)、功率(P1)等参数明显高于安装整圈叶轮(L＝H)的泵的参数，说明半圈叶轮(L＝H/2)的效果更好。

所述叶轮环罩33位于所述叶片32的下端部【即位于叶轮3的进液端】，并对应所述泵体1的下端部，因为在此处，泥沙等杂质对泵体1和叶轮3之间的影响最大，越到叶轮3和泵体1的上端【即出液端】，其影响越小。

另外，所述叶轮环罩33的轴向长度L不宜超过所述叶片32的轴向高度H，不然会严重影响泵的工作效率。

所述叶轮安装腔的内壁上开设有用于容纳所述叶轮环罩33的环形凹槽19。所述环形凹槽19的底面和叶轮环罩33的外侧面之间形成所述间隙4。

所述环形凹槽19上端的泵体1内径小于等于所述叶轮环罩33的外径，且大于等于所述叶轮环罩33的内径。

优选地，所述环形凹槽19上端的泵体1内径等于所述叶轮环罩33的内径，从而包裹所述间隙4的上端部。此时，所述环形凹槽19的上侧壁径向深度＝间隙宽度D+叶轮环罩33的厚度。

为了防止叶轮3和泵体1接触，所述叶轮环罩33的上端与环形凹槽19的上侧壁之间设置一个空隙8，所述空隙8使得间隙4和泵体1的内腔之间连通并形成拐角空间，拐角空间增加了高压水回流的阻力，有利于阻挡高压水回流并进入间隙4，保证泵的效率。

优选地，所述叶轮环罩33的轴向长度L等于所述叶片32的轴向高度H/2。本实施例中，环形凹槽19的轴向长度与所述叶轮环罩33的轴向长度L相适配。

当叶轮3安装在泵体1的叶轮安装腔后，所述叶轮环罩33的外壁和所述叶轮安装腔的内壁之间存在间隙4，所述间隙4的宽度D一般为0.5-1mm，优选为0.5mm。所述间隙4的轴向长度取决于所述叶轮环罩33和泵体1的轴向重合长度。本实施例中，所述叶轮3完全安装在泵体1内，那么所述间隙4的轴向长度等于叶轮环罩33的轴向长度L。

传统压水室由固定的泵体和高速转动的传统叶轮组成，两者之间形成传统间隙，泥砂等小杂质很容易进入该传统间隙，叶轮外缘的线速度很高，泥砂在这中间相对传统压水室内壁和叶轮之间作砂轮打磨一样，从而磨损泵体和叶轮，严重影响使用寿命。

而本发明由于叶轮环罩33的设计，使得部分压水室位于叶轮3自身内部，并和叶轮3一起高速转动，在抽吸液体时，泥沙等小杂质会和液体一起直接同叶轮3内部流过，不经过叶轮环罩33和泵体1之间的间隙4，就没有泵叶轮与泵体之间的泥砂冲击磨损，这样就可以保证泵体和叶轮3的使用寿命。

另外，该传统间隙的宽度D’一般也是0.5mm，但其间隙的轴向长度一般为叶片的厚度，一般为3-4mm，由于传统间隙轴向长度比较短，很容易导致高压水从传统间隙回流，影响泵的效率。

而本发明的所述间隙4的轴向长度等于叶轮环罩33的轴向长度L，L一般在20mm以上，相比于传统的结构，使得间隙变长很多，这样就不容易泄漏、回流，减小了损耗。换句话来说，有利于保证泵的效率，实现了机械能到动能的高效转换。

另外，所述间隙4的上端还设置有空隙8，两者效果叠加，高压水就更不容易泄漏、回流。

为了方便安装叶轮3，所述环形凹槽19下端的泵体1端部内径小于相等叶轮环罩33的外径。相当于所述泵体1下端内侧一体成型有用于阻挡所述间隙4的下端的环形挡板5。在不干涉叶轮转动的情况下，优选地，所述环形挡板5的内径等于所述叶轮环罩33的外径。

本实施例的过滤网罩18用于过滤大型的杂质，但泥沙等小杂质还会进入泵，99％以上的小杂质都会随着叶轮排出。但是，由于叶轮3出液端的水压比较大、水流比较快，间隙4内的液体会受到一定的影响而流动，流动速度不快，会有小杂质有很小的几率进入泵体1和叶轮3之间的间隙，有可能会引起卡阻。所述环形挡板5的设计，既方便叶轮3的装入叶轮安装腔，又阻挡了间隙的端部，可以防止泥沙等杂质进入，一举两得。

优选地，所述外罩14位于所述叶轮3的上端，所述外罩151的开口与所述叶轮的叶轮毂35开口正对，并形成一个腔室。优选地，所述芯的开口直径和所述叶轮毂35的开口直径相等。所述腔室的设计可以减轻泵的重量，同时还可防止叶轮3的出液端的水冲击外罩14和叶轮毂35的端面而产生压力损失。本发明的叶轮毂35和外罩14之间的间隙很小，两者的外壁可以有效的引导水流流出。

当叶片32为轴流叶片时，叶轮为轴流叶轮，泵为轴流泵。

当叶片32为混流叶片时，叶轮为混流叶轮，泵为混流泵。

由于轴流叶轮和混流叶轮的结构上，除叶片有一点区别之外，其他结构基本一致，所述叶轮环罩33的结构均可以应用于所述轴流叶轮和混流叶轮上，可以起到相同的效果，本发明请求保护上述两种叶轮及其对应的泵。

实施例二：

本实施例和实施例一基本相同，其不同点在于：防止杂质进入间隙的结构不同。

如图5所示，所述泵体1的下端分体设置有环形挡板5，环形挡板5上设置有与螺纹孔171对应的通孔。所述环形挡板5安装在所述电机支撑架23的上安装环231和泵体1的下连接环17之间。

所述环形挡板5的内径小于等于所述叶轮环罩33的外径，且大于等于所述叶轮环罩33的内径。这尺寸既可以阻挡所述间隙4的端部，又不影响叶轮3的进水截面积。

优选地，本实施例环形挡板5的内径等于所述叶轮环罩33的内径。

实施例三：

本实施例和实施例一基本相同，其不同点在于：防止杂质进入间隙的结构不同。

如图6所示，所述环形凹槽19的底部开设有至少一个安装槽，安装槽内对应设置有弹性挡圈6，并用于阻挡杂质进入间隙4。

弹性挡圈6优选为O型圈，弹性挡圈6位于所述间隙4内，弹性挡圈6的内径稍大于叶轮环罩33的外径，这样，当叶轮3正常转动时，不会碰到弹性挡圈6。当叶轮3发生轴向偏移时，接触一侧的弹性挡圈6后，可以被弹性挡圈6反推回正常位置。

当弹性挡圈6设置有一个时，所述弹性挡圈6位于所述环形凹槽19的下端。

当弹性挡圈6设置有两个时，一个所述弹性挡圈6位于所述环形凹槽19的下端，另一个所述弹性挡圈6位于所述环形凹槽19的上端。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叶轮，其特征在于，包括：

轴连接部(31)，用于安装在主轴上；

若干叶片(32)，周向设置在所述轴连接部(31)的外侧；以及

叶轮环罩(33)，套装在所述叶片(32)的外侧，并与所述轴连接部(31)一起形成旋转的压水室(34)；

其中，叶轮环罩(33)的内壁与所述叶片(32)的外边沿固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种叶轮，其特征在于：所述叶轮环罩(33)的轴向长度L，所述叶片(32)的轴向高度H，L≤H。

3.根据权利要求1所述的一种叶轮，其特征在于：在所述轴连接部(31)的出液端延伸设置有叶轮毂(35)，叶轮毂(35)内形成螺母安装腔，所述叶片(32)分布在所述轴连接部(31)和叶轮毂(35)外壁上。

4.根据权利要求3所述的一种叶轮，其特征在于：所述轴连接部(31)、叶轮毂(35)、若干叶片(32)以及叶轮环罩(33)一体成型。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种叶轮，其特征在于：所述叶片(32)为轴流叶片或者混流叶片。

6.一种泵，其特征在于，包括：

电机(2)，具有电机壳(21)以及从电机壳(21)顶部伸出的主轴(22)；

泵体(1)，与所述电机(2)固定连接，其内设置有叶轮安装腔；以及

叶轮(3)，安装在所述主轴(22)的伸出端上，并位于所述叶轮安装腔内。

其中，所述叶轮(3)为权利要求1-5任一项所述的叶轮，

所述叶轮环罩(33)的外壁和所述叶轮安装腔的内壁之间存在间隙(4)。

7.根据权利要求6所述的一种泵，其特征在于：所述叶轮安装腔的内壁上开设有用于容纳所述叶轮环罩(33)的环形凹槽(19)；

所述环形凹槽(19)的底面和叶轮环罩(33)的外侧面之间形成所述间隙(4)，所述环形凹槽(19)上端的泵体(1)内径小于等于所述叶轮环罩(33)的外径，且大于等于所述叶轮环罩(33)的内径。

8.根据权利要求7所述的一种泵，其特征在于：所述叶轮环罩(33)的上端与环形凹槽(19)的上侧壁之间设置一个空隙(8)，所述空隙(8)使得间隙(4)和泵体(1)的内腔之间连通并形成拐角空间。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种泵，其特征在于：所述泵体(1)的下端设置有环形挡板(5)，用于阻挡所述间隙(4)的下端；

或者，所述叶轮安装腔的内壁上设置有至少一个弹性挡圈(6)，弹性挡圈(6)位于所述间隙(4)内，并用于阻挡杂质进入间隙(4)。

10.根据权利要求6所述的一种泵，其特征在于：所述泵体(1)内设置有若干导叶(15)，所述导叶(15)的中部设置有一端开口的外罩(14)，所述外罩(14)外壁和所述导叶一体成型，

所述外罩(14)位于所述叶轮(3)的上端，所述外罩(151)的开口与所述叶轮的叶轮毂(35)开口正对。