CN1172092C - 叶轮装置 - Google Patents

Abstract

一种叶轮装置，它包括：叶轮(10)，该叶轮(10)具有一对盘装置(12，14)，它们适于单个连接到一个驱动轴，以由驱动轴带动绕一轴旋转；以及叶片装置(15)，它位于该对盘装置(12，14)之间并适于和该对盘装置(12，14)一起旋转。该叶轮装置还包括用于向叶轮(10)施加平行于叶轮(10)轴的力的装置，以使得该对盘装置(12，14)和中间的叶片装置(15)夹紧在一起；所述盘装置中的一个具有一外部环形部分，该环形部分为锥形，从而当平行于叶轮轴施加力以使该对盘装置和中间的叶片装置夹紧在一起时，该锥形的环形部分被向下推，并使得靠着另一个盘装置或叶片装置向外变形。

Description

叶轮装置

技术领域

本发明涉及一种通常用来泵吸液体的叶轮装置。特别地，本发明涉及叶轮元件装置。

背景技术

典型的叶轮装置包括一个安装在中心驱动轴上或与之可操纵地连接的叶轮外壳。一个叶轮附着在轴上，位于外壳内。叶轮典型地包括上下盖盘，在应用中叶轮用压制金属元件制造，叶片盘位于各自的盖盘之间。作为选择，叶轮的叶片可以与一个或两个盖盘制成一体。待抽吸的流体在其中一侧被吸入叶轮外壳。轴旋转使得叶轮装置旋转从而在叶轮外壳内部产生高压和低压流体区域并通过装置推动流体。

根据泵不同的应用，泵可以是单级型即有一个叶轮装置，或者是多级型即有多个串联在同一根轴上的叶轮装置，该轴穿过每一个叶轮外壳。

典型地，叶轮装置的下盖盘包括一个与盖盘制成一体的中央凸起。中央凸起确定了一个孔并容纳叶轮装置的驱动轴。典型地，凸起被键入到驱动轴上，从而驱动轴直接驱动下盖盘。叶片盘和上盖盘有明显大于驱动轴的中央孔，位于下盘凸起的上面。叶片盘和上盖盘通过例如在叶片上焊接、粘合或铆合等手段固定到下盖盘上。这样，当下盖盘由驱动轴带动旋转时，承担整个叶轮的载荷。

当叶轮在工作时，特别在加速/减速时，如启动或发动机制动或者将一个外来物体引入泵的外壳中，这样的载荷分配会导致许多问题。由于下盖盘仅仅被驱动，整个叶轮的惯性载荷被传递到下盖盘的驱动零件上。相应地该盘必须更强以承受这些载荷，通常这会使驱动零件更加笨重、更加昂贵。

在一个叠层的压制金属叶轮中，典型地下盘由厚规格材料制造，以补偿额外的载荷。一个压铸的叶轮中，在驱动的周围附近加上了额外的厚度。

以这种方式制造叶轮装置费时费力，在焊接时，要求在下盖盘和叶片盘之间，  在叶片盘和上盖盘之间需要大量点焊。这些盘必须可靠地固定在一起，防止出现滑动和盘之间的流体流。

在塑料叶轮的情况中，焊接可导致叶轮装置的轴向长度发生变化。焊接过多时，该长度减少，导致叶轮流出减少。焊接不足时，叶轮轴向长度增加，可能导致驱动电机过载。

以铆钉方式机械固定，会由于腐蚀导致失效，也称为导致腐蚀问题，因为在铆钉后，材料更加易遭受强度引入的腐蚀。

叶轮元件的永久固定将阻止拆卸和装置中单个元件在变破或有缺陷时的所需的更换。

上述缺点在多级型泵中理所当然地更加突出，特别是，单个元件轴向长度的变化被按比例放大，除了会出现前面描述的性能变化之外，还导致密封元件配套中的装配问题。

因此本发明的目的之一是提供一种叶轮装置，它至少能部分地缓解上述一个或多个缺点。

发明内容

根据本发明的叶轮装置包括：

叶轮，该叶轮包括：一对盘装置，它们适于单个连接到驱动轴上，以由该驱动轴带动绕一轴旋转；和叶片装置，位于该对盘装置之间，适于和该对盘装置一起旋转；其特征在于：所述叶轮装置还包括用于向叶轮施加平行于叶轮轴的力的装置，以使得该对盘装置中和中间的叶片装置夹紧在一起；所述盘装置中的一个具有一外部环形部分，该环形部分为锥形，从而当平行于叶轮轴施加力以使该对盘装置和中间的叶片装置夹紧在一起时，该锥形的环形部分被向下推，并使得靠着另一个盘装置或叶片装置向外变形。

有利地，该对盘装置确定了叶轮的上下盖盘。每一个上下盖盘和叶片装置最好包括一个适合安装驱动轴的中央孔。驱动轴最好键入到各中央孔中，这样每个盘装置和叶片装置由驱动轴独立驱动。中央孔以及驱动轴外表面的相应部分可以形成为相对的平面对，或者例如是八边形或六边形。

有利地，叶片装置确定了流体流过的路径，并位于上下盖盘之间。盘装置中的一个或两个盘与叶片装置结合在一起。最好，叶片装置与下盖盘一体形成。可替代地，叶片装置可以是一个独立的位于上下盖盘之间的叶片盘。

最好，该驱动轴包括一个直径比轴的键入部分直径大的部分从而形成一个台阶。当叶轮装配好后，下盖盘与台阶相邻并被挤压靠着台阶。

叶轮装置最好进一步包括一个通常成圆柱形的隔套装置。隔套装置的一端最好被容纳在上盖盘的中央部。隔套没有被上盖盘容纳的一端要么作为多级泵中串联的下一个叶轮的下盖盘的支撑，要么用来支撑紧固螺母，这取决于叶轮在泵中的位置。

在本发明的一个实施方式中，用来向叶轮施加力的装置是由带台阶的轴、紧固螺母和该对盘装置中至少一个盘组合成的。

在此实施方式中，围绕该中央孔的上盖盘的外部环状部分从中央孔向下向外逐渐变细。当外力通过紧固螺母施加到上盖盘，逐渐变细的部分被向下推并导致向外变形，靠着相邻的下盖盘或叶片装置。

在此情形中，该中央孔的下盖盘的外部环状部分也可以从中央孔向上向外逐渐变细。当外力通过紧固螺母施加到下盖盘，逐渐变细的部分被向上推并导致向外变形，靠着相邻的上盖盘或叶片装置。

上下盖盘中的一个或两个变形有助于维持压力从而维持叶轮元件的密封。

驱动轴的一端最好包括与紧固螺母上的螺纹相应的螺纹或类似物。紧固螺母与驱动轴相配，当它被拧紧时，各个隔套和叶轮装置中的叶轮盘被夹紧靠在驱动轴另一端的台阶部分。

本发明还涉及一种液体泵，该泵包括一个叶轮外壳，其具有一个入口和一个出口；以及至少一个根据本发明实施方式的叶轮装置，其位于入口和出口之间并可操纵的推动液体从入口到出口。

最好，泵包括多个叶轮装置，它们串联布置在入口和出口之间。

附图说明

下面将通过实施例并结合附图描述本发明，其中：

图1是根据本发明的第一种实施方式的叶轮装置的等比例分解图；

图2是图1中的叶轮装置构造后的等比例分解图；

图3是结合了图1中的叶轮装置的多级泵的局部侧横截面视图；

图4是根据本发明的第二种实施方式的叶轮装置的等比例分解图；

图5是图4中的叶轮装置装配后的等比例分解图；

图6是图5中的叶轮装置的侧横截面视图；

图7是根据本发明的第二种实施方式的叶轮装置的侧横截面视图；

图8是图7中的叶轮装置的等比例分解图。

具体实施方式

参照附图，图1表示了根据本发明的第一种实施方式的叶轮装置的主要元件。所表示的叶轮装置包括一个叶轮10，它含有上下盖盘12、14和叶片盘15。在说明书范围内，术语“上”和“下”不表示元件或装置的特定方位，或特定相对位置，而在此领域实践中通常用于区分或表明在使用时一种可能的布置。

叶片盘15可按照任何传统方式构造。叶片盘15的叶片可一体形成在下盖盘的内表面，这样它是上下盖盘的中间层。叶片在上下盖盘之间延伸，形成通路，从而流体可从叶轮中心流到叶轮外边缘。叶片典型的是渐开线，高速旋转时，在叶轮装置内部产生高压和低压区域，从而推动流体通过装置。

叶片盘15典型的是压制金属构造，然而在本设计中，它可由相对较软的聚合材料来代替制造，从而改善了叶轮元件之间的密封。

如图3所示，叶轮10被容纳在叶轮外壳34中。外壳34包括供可旋转的驱动轴28通过的中央孔，或“眼”35。图3中表示的外壳34’用来隔离泵外壳内部和多级型泵中串联的各个叶轮之间的不同压力区域。

图3中的箭头表示流体在叶轮中流动的方向。叶轮装置包括各种密封，如23，它们保证容纳叶轮装置的泵基本上是不漏的。

图3表示了一个多级型泵中叶轮元件相互之间的通常方位。可以理解的是，为了清晰起见，图3中的元件的比例在轴向被放大了。如图所示，在本实施方式中，下盖盘14是一个扁平环形板，叶片盘15适合于确定如上所述的许多叶片。下盖盘14、叶片盘15和上盖盘12都包括一个确定了中央孔22的中央部21。上盖盘的中央部21凹进去或有适当形状使得能够容纳隔套16的末端，如下所述，而上盖盘的外部25覆盖在叶片盘15的叶片上面。当叶轮装配后，盖盘12、14和叶片盘15的中央部21面对面接触，而叶片盘夹在另外两个盖盘之间。两个盖盘和叶片盘的直径大小一致。

一个轴环隔套16起着双重作用，一是用来隔离在多级泵中串联的相邻的叶轮装置，二是如下文所述作为供螺母32安装的一个装置。隔套16一般是圆柱形并有一个上端18和一个下端17。下端17位于上盖盘12的中央部21中。驱动轴28轴向延伸穿过轴环隔套16中空的内部。

在本发明的一个实施方式中，隔套16的下端17可以形成扩口的或截头圆锥形的部分19。扩口的或截头圆锥形的部分19从下端17径向延伸到环形端面20，在图3中得到最好的说明。在此实施方式中，扩口的或截头圆锥形的部分19起到隔板的作用，消除各个元件之间的间隙。当一个力施加到轴环隔套16的上端18时，截头圆锥部19被向下推，并导致向外变形，靠着上盖盘的衬面，产生一个反轴向载荷。该载荷帮助维持施加到叶轮元件的压力，从而将它们维持在一个基本密封的关系，同时也作为锁定螺母32的一个制动，阻止意外脱离。

如上所述，轴28被键入从而容纳叶轮盘。该键入区域在图3中用“A”标注。轴28的一端29不是被键入的，其直径比“A”部大，产生一个环形台阶30。当叶轮盘位于驱动轴28上时，叶轮装置的下盖盘14靠着台阶30。轴28的相对端31带有螺纹或类似物以安装螺母32。

为了装配叶轮装置，按顺序将下盖盘14、叶片盘15和上盖盘12放置到轴28上，下盖盘14靠着台阶30。接着将隔套16放置到轴上，使得下端17由上盖盘12容纳。如果泵是多级型的，多个叶轮装置将依次安装到轴上，而隔套16总是最后放置到轴上。接着将螺母32拧紧到轴上，挨着暴露的隔套16的上端18，从而挤压隔套16和后面的隔套朝向台阶30。其结果是，叶轮盘紧紧地挤压在一起，形成一个叶轮装置。当需要拆卸或更换一个或多个叶轮盘时，可拆去螺母32，根据需要拆去或更换叶轮盘。

图4到6表示了根据本发明的第二种实施方式的叶轮装置。在这些图中，同样的附图标记(加上了100)用来表示与第一种实施方式中类似的特征。

参照图4，叶轮装置110包括一个叶轮，它含有上下盖盘112、114。在浇铸或铸造时，叶片115与下盖盘114形成一体。叶片115形成在下盖盘114的与上盖盘112相对的表面上，从而叶片位于这对上下盖盘112、114之间。叶片115为流体形成了如上所述从叶轮中心到叶轮外边缘的通路。叶轮装置110容纳在与图3表示的叶轮外壳34基本一致的一个叶轮外壳内部。

如图4和6所示，下盖盘114大致是一个扁平环形板，叶片115形成在其一个表面上。下盖盘114包括一个确定了中央孔122的中央部121。中央孔122容纳一个可旋转的驱动轴(未示出)。在此实施方式中，中央孔122为六边形。中央驱动轴的外表面最好也为六边形，这样下盖盘能够键入到驱动轴上旋转。

上盖盘112也包括一个中央孔122。中央孔122的内壁43确定了一个六边形，它与用于下盖盘114的驱动轴的外表面对应。从中央孔径向隔开的是一个环形法兰44，它沿驱动轴轴向延伸。许多支撑元件46横跨在环形法兰44和中央孔122之间的环形区域45中，它们将环形法兰44连接到中央孔122。环形区域45基本上敞开，允许流体流到叶轮装置110的内部。这些支撑元件46最好是附加的叶轮片，从而提高叶轮的效率。

在图6中已经很好地表明，上盖盘112不是一个扁平环形板。代替的是，上盖盘112的外部125从中央孔122向下向外逐渐变细。如下面将要说明的，上盖盘112是预先加载的。当叶轮装配到驱动轴后，中央孔122适合面对面接触。

在多级型泵中，后面的叶轮装置串联在驱动轴上。这些多重叶轮装置由一个轴环隔套隔开(未示出)。轴环隔套通常为圆柱形管。轴环隔套位于驱动轴上串联的相邻上下盖盘之间，它起着双重作用，一是用来隔离在多级泵中串联的相邻的叶轮装置，二是作为固定螺母(如图3中所示的32)的一个装置。如第一种实施方式所述，(参照图3)驱动轴28的一端29的直径比轴的键入“A”部大，这样产生一个环形台阶30。当叶轮盘位于驱动轴28上时，叶轮装置的下盖盘114靠着台阶30。轴28的相对端带有螺纹或类似物以安装螺母32。轴环隔套可能与叶轮装置的一或两个盖盘形成一体。

上盖盘112的锥形外部125和本发明的第一种实施方式的扩口的或截头圆锥形的部分19一样起到隔板的作用。当一个力施加到中央部121的上环形表面47时，(该力来自隔套或螺母32，具体取决于叶轮装置在叠层中的位置)，锥形部125被向下推，并导致向外变形，靠着上盖盘114的叶片115。加载帮助维持施加到叶轮元件之间的压力，消除各个元件之间的间隙。

图7和8表示了本发明的第三种实施方式，和在第一种实施方式一样，叶片盘215形成一个单独的元件，包括一个确定了中央孔222的中央部221。在此实施方式中，下盖盘214的外部225从中央孔122向上向外逐渐变细。

在上述这些实施方式中，上下盖盘212、214还包括中央部221和中央孔222，上下盖盘的直径一致。

在图7中已经很好地表明，下盖盘214的外部225向上向外朝向叶片盘225时逐渐变细。除了在发明上述第二种实施方式描述的预先加载的上盖盘212之外，下盖盘214也是预先加载的。

当一个力施加到下盖盘215的中央部221的下环形表面247时，锥形部225被向前推，并导致向外变形，靠着叶片盘215。

使用上下盖盘214、215从两侧给叶轮装置加载，进一步增加了施加在叶轮装置元件之间的压力并基本上消除了各个元件之间的间隙。

第二种和第三种实施方式的叶轮装置110、210采用与本发明第一种实施方式中的叶轮装置相同的方式安装。下盖盘、叶片盘和上盖盘依次置于驱动轴上，这样下盖盘靠着台阶30安装。然后把隔套放在轴上，如果是多级型泵，依次把叶轮装置和隔套装在轴上。然后把螺母32紧固到轴上靠着上盖盘的上表面或者隔套。当螺母32被拧紧，叶轮盘就被紧紧压在一起，上盖盘的锥形部分和/或下盖盘被迫变形，从而形成一个叶轮装置。

可以理解如果需要，本发明的叶轮装置可以容易和较迅速的安装和拆卸。因为每一个叶轮元件是单个键入到驱动轴的，不再需要各元件之间的机械固定，  自然而然产品就更可靠。此外，整个叶轮装置的载荷不是由一个盘承受，因而叶轮的驱动零件承受较少的压力，同时，各叶轮元件以基本密封的方式夹在一起。

能够理解的是，说明书中公布和确定的发明延展到所有可选择的由两个或多个与文字和图形中的提到的单个或其等效的零件的组合。所有这些不同的组合组成本发明可选择的发明。

Claims (19)

1.一种叶轮装置，包括：

叶轮，该叶轮包括：

一对盘装置，它们适于单个连接到驱动轴上，以由该驱动轴带动绕一轴旋转；和

叶片装置，位于该对盘装置之间，适于和该对盘装置一起旋转；

其特征在于：所述叶轮装置还包括用于向叶轮施加平行于叶轮轴的力的装置，以使得该对盘装置中和中间的叶片装置夹紧在一起；所述盘装置中的一个具有一外部环形部分，该环形部分为锥形，从而当平行于叶轮轴施加力以使该对盘装置和中间的叶片装置夹紧在一起时，该锥形的环形部分被向下推，并使得靠着另一个盘装置或叶片装置向外变形。

2.根据权利要求1的叶轮装置，其特征在于：该对盘装置形成了叶轮的上、下盖盘。

3.根据权利要求2的叶轮装置，其特征在于：所述叶片装置确定了流体流过的路径；该叶片装置位于所述上、下盖盘之间。

4.根据权利要求3的叶轮装置，其特征在于：所述两个盘装置与叶片装置结合在一起。

5.根据权利要求3的叶轮装置，其特征在于：所述叶片装置与上盖盘一体形成。

6.根据权利要求3的叶轮装置，其特征在于：所述叶片装置与下盖盘一体形成。

7.根据权利要求3的叶轮装置，其特征在于：所述叶片装置是一个独立的位于上、下盖盘之间的叶片盘。

8.根据前述任一权利要求的叶轮装置，其特征在于：该对盘装置和叶片装置包括一个适于安装所述驱动轴的中央孔。

9.根据权利要求8的叶轮装置，其特征在于：所述驱动轴键入到各中央孔中，这样每个盘装置和叶片装置都由该驱动轴独立驱动。

10.根据权利要求8的叶轮装置，其特征在于：各个中央孔以及驱动轴外表面的相应部分处形成有相对的平面对。

11.根据权利要求8的叶轮装置，其特征在于：各个中央孔以及驱动轴外表面的相应部分处是八边形或六边形。

12.根据权利要求9的叶轮装置，其特征在于：所述驱动轴包括一个直径比轴的被键入部分的直径大的部分，从而形成一个台阶。

13.根据权利要求12的叶轮装置，其特征在于：用来向叶轮施加力的装置是由带台阶的轴、紧固螺母和该对盘装置中的至少一个盘组合成的。

14.根据权利要求13的叶轮装置，其特征在于：用来向叶轮施加力的装置包括该对盘装置中的两个盘。

15.根据权利要求13或14的叶轮装置，其特征在于：围绕所述中央孔的上盖盘的外部环状部分从中央孔向下向外逐渐变细，这样当外力通过紧固螺母施加到上盖盘上时，逐渐变细的部分被向下推并导致靠着相邻的下盖盘或叶片装置向外变形。

16.根据权利要求13的叶轮装置，其特征在于：围绕所述中央孔的下盖盘的外部环状部分从中央孔向上向外逐渐变细，这样当外力通过紧固螺母施加到下盖盘上时，逐渐变细的部分被向上推并导致靠着相邻的上盖盘或叶片装置向外变形。

17.根据权利要求13的叶轮装置，其特征在于：所述驱动轴的一端具有与紧固螺母上的螺纹相对应的螺纹或类似物，该紧固螺母使用时与驱动轴相配并被拧紧，这样各个隔套和叶轮装置中的叶轮盘靠着所述驱动轴的台阶部分被夹紧。

18.一种液体泵，该泵包括；

一个叶轮外壳，具有一个入口和一个出口；

至少一个如权利要求1至17中任一项所限定的叶轮装置，其位于所述入口和出口之间，并可操作推动液体从入口到出口。

19.根据权利要求18的泵，包括多个叶轮装置，该多个叶轮装置串联布置在所述入口和出口之间。

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