CN1816475A - 硬材料叶轮及其构造方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了由非常硬的材料制造叶轮铸件的方法，其中，选择性构造的芯核的结构可以制造一种叶轮铸件，该叶轮铸件不需要机加工就可以接收驱动轴，并且消除了现有技术中已知的使用铅基轴承或软插件来接收驱动轴的需要，由此制造出一种制造成本明显降低而且可以保护环境的由非常硬的材料制成的离心泵叶轮。

Description

硬材料叶轮及其构造方法和装置

技术领域

本发明涉及工业应用中的离心泵的叶轮。更特别的是，本发明涉及由非常硬的材料制成的叶轮，该叶轮在传统上是构造有一个铅基轴承(lead babbitt)来接收驱动轴。本发明提供适用于消除轴承的结构和方法，从而提供一种制造时保护环境而且成本更低的叶轮。

背景技术

一些工业过程涉及极其有研磨作用的材料的泵吸。这种工业过程包括，例如原污水处理和采矿和挖泥，其中，被泵吸的泥浆含有高研磨作用的固体。如果处理泥浆的所有泵最终都受到磨损和磨蚀，那么那些用来处理高研磨作用泥浆的泵易于受到更快而且更大的磨蚀。

响应于通过处理这些高研磨作用的泥浆引起的磨损，泵叶轮已经由更加耐磨的材料来制成，以承受磨损。例如许多这种叶轮，由非常硬的材料来制成，这些材料被选择成比绝大多数的一般的研磨作用砂粒即硅砂还要硬。因此，这些材料通常被选择成具有大于在布氏硬度等级上的570Bhn的硬度，或者等于它。具有大于570Bhn的硬度的材料包括镍铬冷硬铸铁和高铬合金。在泵叶轮成形中使用硬材料明显提高了叶轮的寿命，但是也在制造叶轮过程中产生了困难。

通常，泵叶轮通过连接到马达的驱动轴在泵壳中旋转。叶轮一般形成有一个中心空腔或开口，驱动轴终端延伸到其中或穿过其延伸。叶轮与驱动轴的连接部分的精确设计和构造在叶轮类型和式样之间大大地改变。由软金属材料制成的叶轮通常被机加工，以形成中心空腔，该空腔可以容纳驱动轴端部。但是，由非常硬的材料(即，大于570Bhn)制成的叶轮很难于机加工，因此存在将驱动轴固定到叶轮的问题。

对于非常硬的材料制成的叶轮，传统的做法是，在叶轮中心空腔中形成轴承，以接收驱动轴终端。轴承通常是铅，铅基轴承的软度允许其顺应驱动轴，以提供轴承与驱动轴之间的全面接触。轴承可以形成一个给定的轮廓，以容纳驱动轴。

在已知的铸造技术中，叶轮在一个模子中制成，该模子的形状适合于在叶轮中产生一个中心空腔。铸件的中心空腔具有不精确的大小和光洁度，因为形成在中心空腔中的轴承对任何大小或光洁度上的不精确度进行补偿，所以这种不精确的大小和光洁度也是可以容许的。一旦叶轮熔料硬化，而且铸件从模子移开，中心空腔就适合于形成轴承。确定空腔中心，并且将一个柱状器具或心轴放在空腔中心。然后将熔化的铅绕着心轴灌入空腔中。当铅硬化时，心轴被移开。轴承可以形成一个特定的形状，该形状至少部分地通过对驱动轴端部机加工而获得。

由叶轮材料的极大硬度迫使的使用铅基轴承的需要，导致明显的附加劳动，这增加了制造硬材料叶轮的时间和成本。而更加重要的事实在于，铅基轴承不能用在许多应用中，因为铅会渗入正处理的水中并且污染这些水。此外，铅基轴承的成形过程就是一种非常有毒的非常危险的过程，所以牺牲很大。

安装非常硬的材料的叶轮到驱动轴的另一种方法是在灌入熔料以形成叶轮之前就提供软金属插件到叶轮模子的中心。这种软金属插件可以构造成能提供与叶轮的接触，并且适合于容纳驱动轴，但是也需要机加工，以接收驱动轴。当被泵吸的流体类型不相容于轴承铅时，使用软插件。但是，使用软插件也会增加制造叶轮的成本和劳动，因为制造插件需要机加工，而且将插件形成到驱动轴也需要附加的机加工。

这样，在该技术领域中，有利的是，提供适用于由硬材料制造叶轮的装置，这种装置能消除对铅基轴承或容纳驱动轴的任何其它类型插件的需要，并且消除对叶轮或驱动轴机加工的需要，明显降低制造成本，简化制造过程，并且提供由非常硬的材料制成的更加保护环境的叶轮。

发明内容

根据本发明，由非常硬的材料形成的离心泵叶轮以这样一种方式被制成，即，这种方式消除了对铅基轴承或其它插件的需要，而且还消除对叶轮机加工以接收驱动轴的需要，由此降低制造成本，并且制造一种保护环境的叶轮。本发明这种叶轮特别地构造成可以接收驱动轴终端，以提供叶轮和驱动轴之间的全面接触，从而提高驱动轴和叶轮的工作寿命。虽然这种形成本发明硬材料叶轮的结构和方法适用于任何类型或式样的硬材料叶轮，但是本发明在这里是参考涡流型叶轮进行描述的，这种涡流型叶轮只是作为本发明一个示例性应用。

根据本发明，由布氏硬度数量等于或大于570Bhn的非常硬的材料，或其等同物形成的叶轮通过以下方法制造，该方法提供具有中心空腔的叶轮，该中心空腔适合于接收马达驱动轴终端，而不需要机加工或形成轴承。

由非常硬的材料制造叶轮的现有技术方法制造出一种具有不精确大小和光洁度的中心空腔的叶轮。这种不精确性在现有技术的铸造方法中不是很关键的，因为机加工和在中心空腔中形成轴承都可以补偿这种不精确性。在本发明中，可以通过在铸造过程中形成具有选定结构和光洁度的叶轮中心空腔来消除使用轴承，软插件和对叶轮铸件进行机加工，因此在铸造叶轮后，中心空腔就适合于接收驱动轴。在本发明方法中，使用的叶轮模子具有选定结构和光洁度的芯核，这使得叶轮铸件的中心开口适合于接收驱动轴的终端。对铸件进行机加工或者使用铅基轴承的需要被消除。

用来形成叶轮铸件的本发明芯核包括一个大体上呈圆柱形的形式，该形式构造成适合于连接到其中可以形成叶轮模子以铸造叶轮的箱。芯核的结构被选择成可以确定铸造叶轮中的接收驱动轴的中心开口的最终结构。该芯核的结构是变化的，但是形成有一个在用于接触驱动轴的叶轮中心开口中提供至少一个接触表面的部分。该芯核也形成有一个以以下方式形成叶轮的部分，这种方式有利于在组装泵时，将驱动轴连接到叶轮。该芯核也可以选择性地由提供理想光洁度给叶轮中心开口内壁的材料形成。

由上述方法形成的本发明叶轮可以以多种方法构造，以接收给定轮廓的驱动轴。多种轮廓可以被使用，与现有技术叶轮和驱动轴装置相比较，这可以提高叶轮和驱动轴的工作寿命。根据本发明，芯核的各种实施例和通过这些芯核制造的叶轮在这里进行描述。

附图说明

在下面的附图中，显示了当前被认为是实现本发明的最佳实施例的实施方式。

附图1是现有技术的涡流叶轮泵的横截面图，该图显示了对铅基轴承的使用。

附图2是附图1所示类型的涡流叶轮的吸入侧的正视图。

附图3是根据本发明用来形成本发明叶轮的芯核(core)的透视图。

附图4是本发明芯核的第一实施例的正视图。

附图5是附图4所示的芯核的正视图，该芯核沿其轴线逆时针地转动了九十度。

附图6是附图4所示芯核沿其线6-6获得的横截面图。

附图7是本发明叶轮的径向横截面图，该叶轮的中心开口通过附图4-6中所示的芯核结构构成。

附图8是附图7所示叶轮沿其线8-8获得的轴向横截面图。

附图9是附图7所示叶轮沿其线9-9获得的轴向横截面图。

附图10是本发明芯核的第二实施例的正视图。

附图11是附图10所示芯核实施例沿其线11-11获得的轴向横截面图。

附图12是叶轮的径向横截面图，其中心开口通过附图10和11所示的芯核实施例形成。

附图13是附图12所示叶轮沿其线13-13获得的轴向横截面图。

附图14是本发明芯核的第三实施例的正视图。

附图15是附图14所示芯核沿其线15-15获得的轴向横截面图。

附图16是叶轮的径向横截面图，其中心开口通过附图14和15所示的芯核实施例形成。

附图17是附图16所示叶轮沿其线17-17获得的轴向横截面图。

附图18是本发明芯核的第四实施例的正视图。

附图19是附图18所示芯核沿其线19-19获得的轴向横截面图。

附图20是叶轮的径向横截面图，其中心开口通过附图18和19所示的芯核形成。

附图21是附图20所示叶轮沿其线21-21获得的轴向横截面图。

附图22是叶轮一个替换实施例的轴向横截面图，该叶轮通过附图18和19所示的芯核形成。

附图23是本发明芯核的第五实施例的正视图。

附图24是附图23所示芯核沿其线24-24获得的轴向横截面图。

附图25是叶轮的轴向横截面图，其中心开口通过附图23和24所示的芯核形成。

附图26是本发明芯核的第六实施例的正视图。

附图27是本发明叶轮的径向横截面图，其中心开口通过附图26所示的芯核形成。

附图28是本发明叶轮的第七实施例的轴向横截面图。以及

附图29是用来形成附图28所示叶轮的本发明芯核的第七实施例的正视图。

具体实施方式

为了参考的目的，附图1显示了一种已知的离心泵10，该离心泵具有涡流型叶轮12。该离心泵大体上包括一个具有吸入侧磨损板16的泵壳14和一个封闭叶轮12的驱动侧壳18。在这个特定种类的泵10中，叶轮12被抱在吸入侧磨损板20中，该吸入侧磨损板被固定到驱动侧壳18。一个驱动轴22延伸穿过驱动侧壳18，并且被一个支承系统24支撑，该支承系统位于一个支承壳26中。一个密封装置28(只部分地被显示)也在驱动侧壳18处围住驱动轴22。

附图1和2所示的叶轮12构造有许多竖立的叶片30，这些叶片各自从吸入侧轮毂32延伸到周围的肋34。杯形部36形成在相邻的叶片30和周围的肋34之间。杯形部36接收穿过泵入口38进入泵10的流体。

一个开口40穿过叶轮12中心形成，以容纳驱动轴22。更特别的是，该开口40可以被认为具有一个驱动侧部分42和一个形成在叶轮轮毂32中的吸入侧部分46，所述驱动侧部分的尺寸适于接收驱动轴22的终端44。开口40的吸入侧部分46的尺寸大体上适于接收一个锁紧螺帽装置48和一个螺钉50，该螺钉通过锁紧螺帽装置48固定，并且以螺纹连接方式与所示的驱动轴22的终端44接合。

附图1所示的现有技术叶轮12以该技术领域中的公知的传统方式进行制造，该方式涉及一种模子的形成，熔料被灌入该模子中以形成叶轮壳。该模子包括两个半部，并且通过以下方式被制成，即，将叶轮的木制模型和/或塑料模型固定到一个平台，然后将一个箱子放在该模型周围。该模型确定叶轮的外轮廓，而且可以制造一个中心空腔，该中心空腔适合于以后限定叶轮的中心开口40。

包含粘合剂的液态型砂被压紧到模箱的这两个半部中并且包围叶轮模型。当液态型砂硬化时，将叶轮模型从模子半部移开，从而留下一个叶轮型腔。由型砂制成的芯核被连接到箱子的两个半部中之一，并且位于叶轮型腔的中心空腔的中心。该芯核具有通用的形状和不精确的尺寸。然后，将叶轮模子的两个半部与连接到箱子的位于中心的芯核固定在一起，并且将熔料例如镍铬冷硬铸铁灌入模子中，以形成叶轮铸件。在熔料冷却后，模子的这两个半部从铸造的叶轮周围移开，并且芯核也被移开。

在这点上应该注意的是，在这种现有技术的铸造技术中，芯核借助于其定位的方式和连接到叶轮模子，没有完全地固定于模子中，当熔料被灌入叶轮模子中时，芯核可以移动。在这个行业中，允许芯核从叶轮中心线移动正或负十六分之一英寸，因为它可以由下面要描述的铅基轴承进行补偿，并且允许叶轮旋转而不会有不利影响。如果芯核移动大于这个数量，那么会产生不能使用的叶轮铸件，因为当旋转时叶轮会摆动。

这里描述的传统铸造方法在现有技术叶轮铸件12中产生一个中心开口40，该开口具有不精确的轮廓，大小和内部光洁度，从而使其不适合于接收驱动轴22的终端44。但是，通过使用如图1所示的相对软的铅基轴承54，可以对中心开口40的不精确度进行补偿，这允许轴承54顺应驱动轴22。中心开口40可以铸造有一个特定的轮廓，在该实施例中，该轮廓包括许多轴向和径向的凹槽58，这些凹槽可以接收铅基轴承。

一个形状类似于驱动轴22的终端44的心轴型工具，被放在开口44中。然后，将熔铅绕着心轴型工具灌入开口中。熔铅充满形成在叶轮12中的轴向和径向凹槽58，并且硬化形成轴承54。心轴型工具被移开，由此产生的开口可以接收驱动轴22的终端44。在现有技术叶轮12中，软的铅基轴承54顺应驱动轴22的终端44的形状。在一段时间后，铅基轴承54最终会变形或退化，并且不能再起作用。然后就必须灌入一个新的铅基轴承54，以继续使用叶轮。

根据本发明，叶轮由非常硬的材料以以下方式进行制造，即，这种方式消除了对叶轮进行加工或使用轴承的需要，由此使叶轮的制造过程能保护环境，而且制造成本大大降低。本发明的叶轮通过以先前描述的传统方式由型砂制备一个两部分叶轮模子而制造。但是，在本发明中，一个选择性构造的和精确成型的芯核被用在叶轮模子中，以便于由此产生的叶轮铸件具有一个中心开口，该中心开口精确地构造，以使其适合于直接连接到驱动轴。由此消除了加工中心开口或使用轴承的需要。除了选择性地被构造以外，芯核由一种选定的材料制成，这种材料可以产生叶轮中心开口的相当光滑的表面，或者内壁，从而进一步消除任何机加工或抛光的需要。

附图3显示了用在本发明工艺中的示例性芯核60。该芯核60显示为由型砂制成，但是芯核60可以由任何其它的材料包括陶瓷材料制成，这种材料能形成选定的轮廓，并且能承受与用来形成叶轮的熔化材料的接触。而且，用来形成芯核60的这种材料可以特别地被选择来产生叶轮铸件中心开口中的内表面，这个内表面具有理想的光洁度特性。这样，例如，具有特定的颗粒尺寸的型砂可以被特别地选择来获得叶轮铸件中的理想光洁度。

作为形成芯核60的一个示例性方法，模子或芯核箱是使用两个铸铁板形成的，这两个铸铁板被适当地加工以形成芯核箱的结构部件。这两个铸铁板被钻孔和固定，而且这两个半部的配合表面被磨削，以确保当芯核箱的两个半部被分离，然后被再连接时，这两个半部会精确地配合。

一个空腔或型腔被机加工到芯核箱的各个半部中，与最终芯核结构的一个横向半部相对应。芯核箱的两个半部被连接，空腔或型腔的形状被检查，以确保型腔会精确地产生最终芯核的理想的形状或结构。然后，在芯核箱半部上进行另外的机加工，以使型砂可以吹到芯核箱中。

芯核箱被安装在加热芯核箱两个半部的机器中。然后将含有粘合剂的液态型砂吹到芯核箱中。铸铁芯核箱的加热引起粘合剂固化型砂。然后分开芯核箱的两个半部，并且移开最终的型砂芯核。然后，最终的芯核60，例如附图3所示的芯核，就适合于用在叶轮铸件的成型过程中。

大体上显示在图7中并且在下面会更加充分地描述的本发明叶轮可以是在一种砂模或其它适当成型的模子中进行铸造。这种包括两个半部的模子通过以下方式来形成，即，将一个叶轮的木制模型或塑料模型固定在一个平台上，然后将一个以传统模子成型方法做好的箱子包围在模型上。但是，根据本发明，在制造这种叶轮模子的过程中使用的叶轮模型特别地被构造成可以产生两个中心空腔，当熔料被灌入模子中以形成叶轮铸件时，该空腔可以接收芯核60的端部，以将芯核60固定在叶轮型腔的中心。

参考附图3，可以看到，芯核60的第一端62有一个长的圆柱形部分63与之相联，而芯核60的第二端64有一个截头圆锥体形状的部分65与之相联。圆柱形部分63和截头圆锥体形状的部分65分别构成第一芯核印模(print)66和第二芯核印模68。在一个特别适当的实施例中，第一芯核印模66的长度可以介于第二芯核印模68的长度的三到大约5倍之间。用来形成模箱中的叶轮型腔的模型被特别地构造成，可以在模子半部中形成位于中心的轴向对齐的芯核印模空腔，以容纳第一芯核印模66和第二芯核印模68，如下所述。

当铸造叶轮时，将模箱的下半部放在一个表面上，并且将第一芯核印模66放在形成于模箱那半部中的芯核印模空腔中。第一芯核印模66的选定形状，长度和锥形确保芯核60会在模箱中并且沿着模子的中心线牢固地进行定位，以防止芯核60移动。然后，将模箱第二半部放在模箱下半部上，对齐形成于模箱第二或上半部中的芯核印模空腔，以接收第二芯核印模68。此外，第二芯核印模68的选定形状，长度和锥形有利于将顶模半部准确定位和对齐在下模半部上，并且确保芯核60沿着由模子提供的叶轮型腔的中心线进行固定。而且，在将模子的顶半部放在模子的下半部上期间，第一芯核印模66的长度和锥形给芯核60提供了对齐和固定。

因此，这种选择性构造的芯核60在硬材料叶轮铸造技术中提供了改进，因为它确保在适合于直接接收驱动轴的叶轮铸件中形成精确地位于中心的中心开口。不需要对叶轮的中心开口进行补偿，例如机加工或使用轴承和软插件，来确保叶轮会恰当地接收驱动轴或确保叶轮会正确地旋转。

附图7显示了通过本发明上述方法铸造的一个本发明叶轮70。该叶轮70与附图1所示现有技术叶轮10在整体形状上很相似，只是新叶轮70的中心开口72是根据本发明以不同方式构成，这会在下面更加充分地进行描述。本发明的涡流叶轮70具有一个中心开口72，该中心开口与现有技术叶轮10相似，可以表示为具有一个尺寸适合于接收驱动轴22的驱动侧部分74，和一个形成在叶轮70轮毂78中的吸入侧部分76。中心开口72的驱动侧部分74的轮廓选择为适合于容纳驱动轴22，而且驱动侧部分74的轮廓由芯核60的特定轮廓提供，这会在下面更加充分地进行描述。

再参考附图3，本发明芯核60包括至少一个构造区域，该构造区域选择性地成形，并且大小适合于确定铸造叶轮70的中心开口72的轮廓和大小。因此，芯核60的第一区域80规定了中心开口72的驱动侧部分74的轮廓和大小。第一区域80的轮廓可以根据驱动轴终端的形状和中心开口72与驱动轴的理想接触情况而变化。

芯核60的第二区域82也可被提供来确定中心开口72的吸入侧部分76的轮廓。根据附图7所示涡流型叶轮，芯核60的第二区域82可以形成有一个具有选定圆周大小的第一圆柱形部分88和一个具有小于第一圆柱部分88的圆周大小的第二圆柱部分90。由此产生的叶轮铸件提供有一个吸入侧部分76，该吸入侧部分容纳如图1所示类型的螺钉和锁紧螺帽装置。应该注意的是，一些硬材料叶轮可以不形成有这里显示的涡流型叶轮中所示的吸入侧部分76，用来形成这种叶轮的芯核就缺少所描述的第二区域82。

附图4-6显示了本发明芯核60的第一实施例，其中，芯核60的第一区域80具有一个第一选定轮廓。应该注意的是，从此以后，最终确定叶轮70中心开口72吸入侧部分76的轮廓和大小的芯核60的第二区域82的轮廓和大小在下面描述的芯核60和叶轮70的各个实施例中都被认为是相同的。

在附图4中，芯核60的第一区域80具有一个形状上大体呈锥形以接收形状类似的驱动轴的轮廓。更加特别的是，第一区域80的轮廓由第一锥形部分92，第二锥形部分94和第三锥形部分96组成。在一个优选实施例中，第一锥形部分92的表面93和第三锥形部分96的表面95都位于一个平面97中，该平面以角度α与穿过芯核60轴线98的平面相交。最适当的是，平面97的这个角度α可以是从大约五度到大约十度。但是，第一锥形部分92的表面93和第三锥形部分96的表面95不需要都位于一个平面中。

第二锥形部分94的表面99与第一锥形部分92和第三锥形部分96的表面93、95分别隔开。第二锥形部分94的表面99位于一个平面100中，该平面以角度β与穿过芯核60轴线98的平面相交。如果优选的是，第二锥形部分94的表面99与表面93、95平行，那么，角度β等于角度α，因此角度β的范围可以是从大约五度到大约十度。

如图5和6所示，一个平的齿状部分101形成在芯核60的第二锥形部分94中。因此，第二锥形部分94就没有完全在其整个长度上呈锥形，如图6所示。芯核60的这个平的齿状部分101在铸造叶轮中提供了一个平表面，以用于接触形成于驱动轴终端中的相应平表面。附图7显示了中心开口72驱动侧部分74的轮廓，该中心开口由附图4-6所示的芯核60的轮廓产生。由此产生的中心开口72具有一个第一锥形表面102和一个与第一锥形表面102在远离叶轮70和驱动轴22的轴线106的方向上隔开的第二锥形表面104。

如图8和9中所看到的一样，芯核60的平齿状部分101在叶轮70的中心开口72中产生一个相应的平表面108，这个平表面108在径向内部与中心开口72的第一锥形表面102大体上隔开。驱动轴22有一个相应的拉平表面110。在附图7-9中可以看到，驱动轴22在接触点112和114处接触中心开口72的第一锥形表面102，接触点112和114位于第二锥形表面104的任一侧上。驱动轴22和叶轮70之间在中心开口72的接触点112和114处的摩擦提供了一个用于旋转叶轮70的主要驱动机构。在接触点112和114处的叶轮的粗糙铸件允许叶轮嵌入驱动轴22的金属中，从而为旋转叶轮70提供更大的抓持可能。中心开口72的平表面108与驱动轴22的拉平表面110之间的接触为旋转叶轮70提供另一个驱动机构。因此这种结构提高了叶轮和驱动轴的工作寿命。

附图10显示了本发明芯核60的第二替换实施例，其中，第一区域80形状上也是大体呈锥形，而且轮廓由第一锥形部分116，第二锥形部分117和第三锥形部分118组成。优选的是，第一锥形部分116的表面119和第三锥形部分118的表面120可以位于对附图4所示第一芯核实施例所描述的同一表面中。第二锥形部分117的表面121与第一锥形部分116和第三锥形部分118的表面119、120分别隔开。附图10所示芯核60的第二实施例与附图4所示的类似，只是第一区域80构成为没有平表面。附图11还显示了第二锥形部分117在轴向横截面上具有一个圆形圆周。

附图12显示了一个叶轮70，该叶轮具有中心开口72的驱动侧部分74，该中心开口由附图10所示的芯核60形成。由此产生的中心开口72构造有一个第一锥形表面124和一个在远离叶轮70和驱动轴22的轴线106的方向上与第一锥形表面124隔开的第二锥形表面126。驱动轴22构造有一个锥形终端127(也就是说没有拉平表面)，该终端的锥形角度基本上与中心开口72的第一锥形表面124相同。因此，驱动轴22在至少两个点，即第一接触点128和第二接触点130上与中心开口72的第一锥形表面124接触，这两个点位于第二锥形表面126任一侧上，可以为旋转叶轮70提供更大的抓持可能。

附图14显示了本发明芯核60的第三实施例，其中，芯核的第一区域80大体上呈锥形，形成一个锥形部分132。这个锥形部分132具有一个表面134，该表面位于一个平面136中，该平面136以角度α与穿过芯核60轴线98形成的平面相交。这个角度α可以为大约五度到大约十度。图15中可以最好地看出，一个齿状平表面138形成在这个锥形部分132表面134中。

附图16显示了本发明的叶轮70，其中心开口72由附图14和15所示的芯核60形成。中心开口72的驱动侧部分74构造有一个锥形表面140和一个沿着其一部分形成的平表面142。驱动轴22的终端144类似地构造有一个锥形形状，该锥形形状具有一个拉平表面部分146，该拉平表面部分146被定位成，当驱动轴22连接到叶轮70时，可以接触驱动侧部分74的平表面142。如在图16和17中所看到的一样，叶轮70的这个实施例实质上在中心开口72的驱动侧部分74和驱动轴22的终端144之间的除了中心开口72的平表面142的一侧的点148以外的任何位置产生接触。同样地，与先前描述的其它实施例相比，驱动轴22和叶轮70之间的配合更加关键地在于芯核60的精确度配置。

附图18和19显示了本发明芯核60的第四实施例，其中，芯核60的第一区域80构造有一个基本上呈圆柱形的部分150。在这个实施例中，第一区域80还构造有一个线性突出部152，该突出部从圆柱部分的表面154向外延伸，并且延伸圆柱部分150的选定长度156。在所示实施例中，线性突出部152延伸圆柱部分150的整个长度156，但是可以小于整个长度156。附图18和19中所示芯核60的轮廓产生中心开口72的一个驱动侧部分74，该中心开口基本上呈圆柱形，并且如图20所示，具有一个形成于驱动侧部分74表面162中的键槽160。

在如图20和21所示的本发明叶轮70的这个实施例中，驱动轴22的终端166基本上在轴向横截面上呈圆形，并且形成有一个键槽168，该键槽168定位成与形成于叶轮70中的键槽160对齐。在组装时，一个这里显示为构成一个具有矩形横截面的杆的键170被插入，以被接收在叶轮70键槽160和驱动轴22键槽168中。在这个实施例中，中心开口72的表面162与驱动轴22终端166的外表面172进行接触，从而在旋转叶轮70过程中提供一个主要驱动机构。在叶轮70和驱动轴22之间延伸的键170提供另一个驱动机构。

附图22显示了将附图20所示的叶轮70与驱动轴22连接的另一个装置。在这个实施例中，驱动轴22的终端176在轴向横截面上呈圆柱形，并且形成有一个键条178，该键条从驱动轴22终端176的外表面180向外延伸。该键条178尺寸和形状适合于接收在叶轮70的键槽160中。此外，叶轮70的表面162与驱动轴22终端176的外表面180进行接触，从而为旋转叶轮70提供一个主要驱动机构。键条178和键槽160的相互作用提供另一个驱动机构。

附图23和24显示了本发明芯核60的第五实施例，其中，芯核60构造有一个基本上呈圆柱形的部分184。一个线性沟槽186沿着圆柱部分184的选定长度188形成，从圆柱部分的表面190向内延伸。该沟槽186显示为延伸于圆柱部分184的整个长度188，但是该沟槽186可以延伸小于整个长度188。附图24在轴向横截面上显示了附图23所示芯核60的第一区域80的轮廓。

附图25显示了本发明叶轮70的一个轴向横截面图，其中，中心开口72的驱动侧部分74由附图23和24所示的芯核60形成。驱动侧部分74形成有一个基本上呈圆形的表面192，但是还构造有一个键条194，该键条由芯核60的沟槽186产生在铸件186中。驱动轴22的终端196因此构造有一个键槽198，该键槽尺寸适合于接收形成在叶轮70中的键条194。叶轮70中心开口驱动侧部分74表面192与驱动轴22终端196外表面200的接触，可以在旋转叶轮70的过程中提供一个主要驱动机构。键条194在驱动轴22键槽198中的相互作用为旋转提供另一个驱动机构。

因为本发明的芯核成形方法允许芯核比现有技术方法中可能的方法更加精确地成形或构造，所以应该注意的是，芯核60的第一区域80的成形方式可以不同于先前所述的芯核的第四和第五实施例中所示的在轴向横截面上的圆柱形成形方式。就是说，当在轴向横截面上看时，芯核的第一区域80可以是任何合适的尺寸，大小或形状，包括正方形、矩形、三角形、六边形、椭圆形、双叶形，等等。

此外，关于使用键条或键和键槽作为另一个驱动机构的本发明这些实施例，应该注意的是，芯核60的第一区域80不必限制到先前所述的圆柱形部分。例如，如图26所示，芯核60的第一区域80可以在形状上呈锥形，并且可以构造有线性突出部202，由此产生一个具有附图19所示的轴向横截面的芯核60，或者具有线性沟槽204(在附图26中显示成虚线)的芯核60，由此产生一个具有附图24所示的轴向横截面的芯核60。

由附图26所示芯核60铸造的叶轮70显示在附图27中，并且具有结合附图20描述的结构的相同的一般元件，只是中心开口72的驱动侧部分74在形状上呈锥形，并且构造成适于接收一个驱动轴22，该驱动轴具有一个在形状上类似地呈锥形的终端206，并且具有一个键槽来接收形成在叶轮中的键条，或者如图所示，作为替换，具有一个键条208来相互作用地与形成在所示叶轮70中的键槽210配合。

附图16所示实施例显示了一个叶轮70，该叶轮具有一个中心开口72轮廓，该轮廓包括一个平表面142，该平表面只是部分地沿着中心开口72的锥形部分140的长度延伸。附图28中所示的替换实施例中，平表面220延伸的长度基本上等于中心开口72的锥形部分222的长度。在铸造叶轮70中心开口72的过程中使用的芯核60显示在附图29中，其中，芯核60的第一区域80大体上呈锥形，并且成形有一个锥形部分224，该锥形部分与附图14中所示的芯核实施例类似。但是，平表面226沿着这个锥形部分224的长度228形成。在轴向横截面中，这个锥形部分224看起来如图15中所示。再参考附图28，驱动轴22的终端144类似地构造有一个锥形端，该锥形端具有一个拉平表面部分230，该拉平表面部分230定位成可以接触叶轮70驱动轴部分74的平表面220。叶轮70的轴向横截面如图17所示。

这里公开的芯核成形方法和叶轮铸件可以用来形成由非常硬的材料(即大于570Bhn)制成的任何类型或轮廓的叶轮，并且不限制到用于在这里只作为示例描述过的杯形涡流叶轮的成形过程中。这样，芯核的轮廓和由此产生的叶轮中心开口轮廓可以修正和改变成适用于离心泵的叶轮的任何类型或式样。因此，这里对芯核和叶轮轮廓的具体细节的参考只是用作例子，而不用作限制。

Claims (38)

1.一种用于离心泵的叶轮，包括：

一个由非常硬的材料形成的轮毂铸件，其具有在布氏硬度等级上等于至少570Bhn的硬度，所述轮毂具有一个驱动侧和一个吸入侧以及一个在它们之间延伸的轴线；

至少一个叶片，相对于所述轮毂进行定位，以接收用于处理的液体；

一个在所述轮毂的所述驱动侧铸造的中心开口，具有选定的轮廓和大小，用于接收马达驱动轴端部，而不需要机加工或轴承。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其中，所述中心开口构造有一个第一锥形表面，该锥形表面在朝着所述轮毂的所述轴线的方向上从所述驱动侧朝着所述吸入侧延伸。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其中，所述第一锥形表面位于一个平面上，该平面以介于五度和十度之间的角度与穿过所述轴线形成的平面相交。

4.根据权利要求3所述的叶轮，其中，所述中心开口还构造有一个平的部分，该部分具有一个在朝着所述轴线的方向上从所述第一锥形表面隔开的表面。

5.根据权利要求2所述的叶轮，其中，所述中心开口还构造有一个第二锥形表面，该锥形表面在远离所述轮毂的所述轴线的方向上从所述第一锥形表面沿轴向隔开。

6.根据权利要求5所述的叶轮，其中，所述第二锥形表面位于一个平面上，该平面以范围从大约五度到大约十度的角度与所述轴线相交。

7.根据权利要求5所述的叶轮，其中，所述中心开口如果还构造有沿着所述第二锥形表面一部分形成的平的部分，那么所述平的部分具有一个在朝着所述轮毂的所述轴线的方向上从所述第二锥形表面隔开的表面。

8.根据权利要求2所述的叶轮，其中，所述中心开口还构造有一个突出部，该突出部在朝着所述轮毂的所述轴线的方向上延伸远离所述第一锥形表面，所述突出部延伸一个介于所述轮毂所述驱动侧和所述轮毂所述吸入侧之间的距离。

9.根据权利要求2所述的叶轮，其中，所述中心开口还构造有一个形成在所述第一锥形表面中的沟槽，该沟槽延伸一个介于所述轮毂所述驱动侧和所述轮毂所述吸入侧之间的距离。

10.根据权利要求1所述的叶轮，其中，所述中心开口构造有至少一个内表面，该内表面基本上平行于所述轴线，并且所述中心开口还构造有一个键条，该键条从所述中心开口的所述至少一个内表面朝着所述轴线突出。

11.根据权利要求10所述的叶轮，其中，所述中心开口在轴向横截面上基本上呈圆形。

12.根据权利要求1所述的叶轮，其中，所述中心开口构造有至少一个内表面，该内表面基本上平行于所述轮毂的所述轴线，并且所述中心开口还构造有一个沟槽，该沟槽形成在所述中心开口的所述至少一个内表面中。

13.根据权利要求12所述的叶轮，其中，所述中心开口在轴向横截面上基本上呈圆形。

14.一种用于铸造离心泵叶轮的中心开口部分的芯核，包括：

一个大体上呈圆柱形的主体，具有选定长度，具有一个第一端和一个第二端，所述第一端用于连接到叶轮模子，而所述第二端从用于连接到叶轮模子的所述第一端隔开；

一个中心轴线，在所述第一端和所述第二端之间延伸；和

一个第一区域，位于所述第一端和所述第二端之间，选择性地构造成确定由非常硬的材料制成的叶轮铸件的定位成可以接收马达驱动轴的中心开口的那部分的轮廓和大小。

15.根据权利要求14所述的芯核，还包括一个第二区域，该第二区域选择性地构造成可以确定叶轮铸件中心开口吸入侧部分的轮廓和大小。

16.根据权利要求14所述的芯核，其中，所述第一区域构造有一个第一锥形部分。

17.根据权利要求16所述的芯核，其中，所述第一区域的所述第一锥形部分具有一个第一表面，该第一表面位于一个平面中，该平面以介于大约五度和大约十度之间的角度与穿过所述中心轴线形成的平面相交。

18.根据权利要求17所述的芯核，其中，所述第一区域还构造有一个平的部分，该平的部分具有一个表面，该表面在朝着所述中心轴线的方向上从所述第一锥形部分的所述第一表面隔开。

19.根据权利要求16所述的芯核，其中，所述第一区域还构造有一个第二锥形部分，该第二锥形部分定位成邻近所述第一锥形部分，所述第二锥形部分具有一个第二表面，该第二表面从所述第一锥形部分的所述第一表面隔开。

20.根据权利要求19所述的芯核，其中，所述第二锥形部分的所述第二表面位于一个平面中，该平面以介于大约五度和大约十度之间的角度与穿过所述中心轴线形成的平面相交。

21.根据权利要求19所述的芯核，其中，所述第一区域的所述第二锥形部分还构造有一个平的部分，该平的部分具有一个表面，该表面在朝着所述中心轴线的方向上从所述第二锥形部分的所述第二表面隔开。

22.根据权利要求16所述的芯核，其中，所述第一锥形部分还构造有一个突出部，该突出部从第一锥形部分的所述第一表面向外延伸，并且沿着所述第一锥形部分的所述第一表面延伸一个轴向距离。

23.根据权利要求16所述的芯核，其中，所述第一锥形部分还构造有沟槽，该沟槽从第一锥形部分的所述第一表面向内延伸，并且沿着所述第一锥形部分的所述第一表面延伸一个轴向距离。

24.根据权利要求14所述的芯核，其中，所述芯核的第一区域构造有至少一个表面，该表面基本上平行于所述中心轴线，并且所述芯核的第一区域还构造有一个突出部，该突出部在远离所述中心轴线的方向上从所述至少一个表面向外突出。

25.根据权利要求24所述的芯核，其中，所述第一区域在轴向横截面上基本上呈圆形。

26.根据权利要求14所述的芯核，其中，所述芯核的所述第一区域构造有至少一个表面，该表面基本上平行于所述中心轴线，并且所述芯核的第一区域还构造有一个沟槽，该沟槽在朝着所述中心轴线的方向上从所述至少一个表面向内延伸。

27.根据权利要求26所述的芯核，其中，所述第一区域在轴向横截面上基本上呈圆形。

28.根据权利要求14所述的芯核，其中，所述芯核由型砂制成。

29.根据权利要求14所述的芯核，其中，所述芯核由陶瓷制成。

30.根据权利要求14所述的芯核，还包括一个第一芯核印模和一个第二芯核印模，所述第一芯核印模位于所述芯核的所述第一端部，所述第二芯核印模位于所述芯核的所述第二端部，所述第一芯核印模具有的长度是所述第二芯核印模长度的大约三倍到大约五倍。

31.根据权利要求30所述的芯核，其中，所述第一芯核印模基本上呈圆柱形，具有一个圆周表面，该圆周表面在从所述芯核的所述第一端部朝着所述第二端部的方向上以远离所述中心轴线的角度呈锥形。

32.根据权利要求31所述的芯核，其中，所述第二芯核印模具有一个圆周表面，该圆周表面在从所述芯核的所述第二端部朝着所述第一端部的方向上以远离所述中心轴线的角度呈锥形。

33.根据权利要求32所述的芯核，其中，所述第一芯核印模的圆周表面的所述锥形角度小于所述第二芯核印模的所述圆周表面的所述锥形角度。

34.一种用于铸造离心泵叶轮的方法，包括：

提供一个叶轮模子，该叶轮模子限定离心泵叶轮的外部形状和轮廓，所述模子形成有一个具有选定长度的第一芯核印模空腔和一个具有选定长度的第二芯核印模空腔，所述第一芯核印模空腔的长度大于所述第二芯核印模空腔的所述长度；

提供一个芯核，该芯核选择性地构造成限定叶轮铸件中心开口的轮廓，所述芯核具有一个第一芯核印模和一个第二芯核印模以及在它们之间延伸的中心轴线；

将所述芯核的所述第一芯核印模定位在所述叶轮模子的所述第一芯核印模空腔中；

将所述芯核的所述第二芯核印模定位在所述叶轮模子的所述第二芯核印模空腔中；

将熔料绕着所述芯核灌入所述模子中，以形成叶轮铸件，所述熔料具有在巴氏硬度等级上等于至少570Bhn的硫化硬度；

当所述熔料硬化时，将所述叶轮铸件从所述模子移开，并且移开所述芯核；和

将所述铸造叶轮构造成的所述中心开口配合到马达的驱动轴。

35.根据权利要求34所述的方法，还提供一个芯核，该芯核由型砂形成，型砂具有一个选定颗粒尺寸，以确定铸造叶轮的中心开口的表面光洁度。

36.根据权利要求34所述的方法，还在所述芯核中提供一个具有一个长度的第一芯核印模和一个具有一个长度的第二芯核印模，所述第一芯核印模的长度是介于所述第二芯核印模长度的大约三倍到大约五倍之间。

37.根据权利要求36所述的方法，还在所述芯核中提供一个第一芯核印模，该第一芯核印模具有一个圆周表面，该圆周表面在从所述芯核第一端朝着所述芯核第二端的方向上以远离所述中心轴线的角度呈锥形，而且还在所述芯核中提供一个第二芯核印模，该第二芯核印模具有一个圆周表面，该圆周表面在从所述芯核第二端朝着所述芯核第一端的方向上以远离所述中心轴线的角度呈锥形。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述第一芯核印模的所述圆周表面的所述锥形角度小于所述芯核的所述第二芯核印模的所述圆周表面的所述锥形角度。

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