CN217558569U - 一种应用于家用电器的离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于家用电器的离心泵，包括具有轴向的吸入口和径向或切向的吐出口的泵盖、与泵盖相迎盖合形成压水室的泵体、容置于压水室内的离心式叶轮和同轴传动该叶轮的U形铁心单相永磁同步电动机，所述离心式叶轮为半开式叶轮，其后盖板前端面周向均布凸出有径向式叶片，后盖板中心凸起形成柱状轮毂,叶片内周侧与轮毂连接为一体，轮毂顶端离后盖板前端面的高度为H₁，叶轮出口直径为D₂，叶轮的叶片进口宽度为b₁，则有：H₁≧b₁≧H₁‑5mm，32mm≦D₂≦44mm。该方案使得纤维等易缠绕物及固体颗粒容易被叶片导流出吐出口而不会堵塞，使得离心泵在工作时的效率得到提高。

Description

一种应用于家用电器的离心泵

技术领域

本实用新型涉及一种离心泵，所述离心泵适用于家用电器，特别是洗衣机或洗碗机的排水，IPC分类可属于F04D 29/22，F04D 29/24。

背景技术

洗衣机、洗碗机等家用电器通常采用单相永磁同步电机驱动的离心泵排水，由于这些家用电器需排出的液体通常含有纤维易缠绕物或颗粒状固体，会缠绕叶轮或堵塞流道，导致离心泵效率下降，甚至不能正常工作。

现有技术该电动机驱动的排水泵，可见于本申请人公开号为CN202954990U、CN202954989U、CN202602396U、CN202550703U、CN102182711A、CN102223011A和CN102094832A的中国专利申请。

公知常识和术语可参见机械工业出版社1997年第2版《机械工程手册》和《电机工程手册》、机械工业出版社2014第1版《泵理论与技术》以及国家标准GB/T 7021《离心泵名词术语》。

发明内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种用于家用电器的离心泵，所述离心泵的叶轮及配合结构经过特殊设计，能够避免缠绕及流道堵塞，提高离心泵的效率及排水可靠性。

本实用新型解决技术问题技术方案是一种应用于家用电器的离心泵，包括具有轴向的吸入口和径向或切向的吐出口的泵盖、与泵盖相迎盖合形成压水室的泵体、容置于压水室内的离心式叶轮和同轴传动该叶轮的U形铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述离心式叶轮为半开式叶轮，其后盖板前端面周向均布凸出有径向式叶片，后盖板中心凸起形成柱状轮毂,轮毂的外周直径为d_h，叶片内周侧与轮毂连接为一体，轮毂顶端离后盖板前端面的高度为 H₁，叶轮外周直径为D₂，叶轮的叶片进口宽度为b₁，则有：H₁≧b₁≧H₁-5mm，33mm≦D₂≦44mm。

实验表明，由于叶轮的叶片内侧与轮毂相连，其高度亦不高于轮毂顶端，纤维等易缠绕物易被叶片导流出叶片流道而不会缠绕叶轮。同时，由于叶轮进口直径D_j缩小为与d_h相等，为减少叶轮的外周直径即叶轮出口直径D_2，创造了条件。实验数据表明，本实用新型减少叶轮的外径D₂至为：32mm≦D2≦44mm，可以满足洗衣机、洗碗机等家用电器的排水性能要求，而且减少叶轮的外径D₂，可以使得离心泵在工作时的效率得到提高，离心泵需要的定子铁心叠厚及漆包线用量可以减少，降低了离心泵的成本。

进一步地，所述轮毂的外轮廓为由上至下直径逐渐增大的圆台状。有利于纤维等易缠绕物被叶片导出。

进一步地，所述吸入口的直径为D_S，则有：d_h<D_S≦0.75×D₂。离心泵具有较大的进口流速，可以有效排出较大体积的固体颗粒。

进一步地，所述压水室的直径为D₃，压水室的宽度为b_3，则有：1.1×D₂≦D₃≦1.6×D₂； 2.0×b₁>b₃>1.6×b₁。该压水室与叶轮的配合间隙设计，可以满足家用电器排水性能要求，而且可以有效排出较大体积的固体颗粒，提高离心泵的可靠性。

进一步地，所述吐出口的直径D_d不大于吸入口的直径D_S。离心泵吐出口具有较大的出水流速，可以有效排出较大体积的固体颗粒。

进一步地，所述叶轮的叶片出口宽度为b₂，叶轮叶片出口宽度b₂不大于叶轮叶片进口宽度b₁。使得叶片顶端从轮毂向外逐渐向下倾斜，更有利于纤维等易缠绕物被叶片导出吐出口。

进一步地，所述吐出口的中心线与叶片出口宽度的中心线的距离h不大于0.3×b₂。可以减少叶轮导流液体的局部损失，保证离心泵的排水性能。

本实用新型的技术方案和效果将在具体实施方式中结合附图作进一步的说明。

附图说明

图1是现有技术离心泵基本机械结构的主视图。

图2是本实用新型离心泵的叶轮的结构示意图。

图3是本实用新型离心泵的叶轮的主视图。

图4是本实用新型离心泵实施例的轴向剖视图。

图5是本实用新型离心泵实施例的径向剖视图。

附图标记

永磁转子1，绕组2，铁心3，吸入口103，吐出口104，离心式叶轮105，泵盖106，泵体107，轴承108，转子筒171，后盖板1051，叶片1052，轮毂1053，压水室201。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种用于家用电器的的离心泵，包括：

——U形电动机(图1示出其永磁转子1、定子铁心3)及其经一启动机构同轴传动的离心式叶轮105。离心式叶轮105为注塑成型的半开式叶轮，具有4个径向式叶片(叶片数也可以为3、5或6，采用奇数片更有利于降低振动噪声)。

——环绕叶轮起压水室作用的泵盖106，其具有轴向的吸入口103和切向的吐出口104；当然也可以设计为径向的吐出口，以适应U形电动机在无定向控制时旋转方向不确定的情况；

——支承或/和封闭所述永磁同步电动机、叶轮105和泵盖106的泵体107、轴承108等附件；

——与泵体107一体注塑形成的转子筒171，插于所述永磁同步电动机的定、转子间起隔水作用。

其中泵体107与泵盖106相迎盖合形成容纳叶轮105的环形压水室201，环形压水室201 与吸入口103和吐出口104连通。

U形电动机通电后会产生交变磁场，永磁转子1在交变磁场作用下旋转，从而带动叶轮 105旋转，水从吸入口103进入压水室201内，叶轮105转动时将压水室201中的水从吐出口104排出，如此循环往复，达到排水的效果。

本实施例离心泵的叶轮如图2、图3所示，为了保证顺畅输送含有固体颗粒、纤维等易缠绕物的液体，叶轮采用仅有后盖板1051或部分后盖板(后盖板未延伸至叶轮外径)的半开式叶轮，叶片1052为径向式叶片，周向均布凸起于后盖板前端面，后盖板前端中心凸起形成柱状的轮毂1053，叶轮105通过轮毂1053与永磁转子1的转轴套接固定，轮毂1053外周直径为d_h。为避免纤维等易缠绕物进入叶轮进口后挂在叶片内周，优选地将叶片1052内周侧与轮毂1053外周连接为一体，这相当于将叶轮进口直径D_j缩小至与d_h相等，使得叶片1052内周与轮毂1053外周之间没有径向间隙。进一步地，将叶轮的叶片进口宽度b₁(叶轮进口处叶片顶端至后盖板前端面的距离)设计为不大于轮毂1053前端离后盖板前端的高度H₁，优选设计为：H₁≧b₁≧H₁-5mm，实验表明，该设计使得纤维等易缠绕物易被叶片导流出叶片流道而不会缠绕叶轮。

由于叶轮进口直径D_j缩小为与d_h相等，若保持同样叶片轴向截面积，离心泵的排水性能基本可以得到保持，这样就为减少叶轮105的外径即叶轮出口直径D_2，创造了条件，如图3所示实施例，叶轮出口直径D₂亦即为叶轮叶片的外周轮廓圆直径(后盖板未延伸至叶轮外径时)。实验数据表明，减少叶轮出口直径D₂至为：32mm≦D₂≦44mm，可以满足洗衣机、洗碗机等家用电器的排水性能要求。上述使用场景下，如图3所示，一般将叶轮叶片出口宽度b₂(叶轮出口处叶片顶端至后盖板前端面的距离)设计等于叶轮叶片进口宽度b₁，在有些实施例中，将叶轮叶片出口宽度b₂设计为小于叶轮叶片进口宽度b₁，使得叶片顶端从轮毂向外逐渐向下倾斜；将轮毂1053外轮廓设计为由前端至后端直径逐渐增大的圆台状(此时轮毂的外周直径 d_h为轮毂前端的最小直径)，均更有利于纤维等易缠绕物被叶片导出。

由于叶轮的圆盘摩擦损失与叶轮出口直径D₂的五次方成反比，因此减少叶轮出口直径D₂，可以使得离心泵在工作时的效率得到提高，离心泵需要的定子铁心叠厚及漆包线用量可以减少，降低了离心泵的成本。

如图4所示，本实用新型离心泵吸水室的吸入口103的直径,即泵吸水室进口直径D_S,其由合理的进口流速确定。考虑到洗衣机、洗碗机等家用电器，特别是洗碗机洗涤后的待排出液体含有较大体积的固体颗粒，因此需要较大的进口流速，这样吸入口103的直径D_S尽量不要设计太大_，实验结果表明，当进口直径d_h<D_S≦0.75×D₂时，离心泵具有较大的进口流速，可以有效排出较大体积的固体颗粒。一般地，吸水室设计为直锥形吸水室。

进一步的设计如图4和图5所示，压水室201是一种各个断面的面积相等的环形压水室，压水室201内腔圆直径为D₃，压水室宽度为b₃。为有效排出较大体积的固体颗粒，压水室与叶轮需要较大的配合间隙，一般应大于固体颗粒(如饭粒)的外廓最大尺寸，这样不易造成流道堵塞，另外根据洗衣机、洗碗机等家用电器应用的离心泵的流量及扬程要求，其比转速范围一般在150-200之间，压水室宽度b₃优选为：2.0×b₁>b₃>1.6×b₁，同时将压力室的断面面积S＝b₃×(D₃-D₂)/2设计为不大于吸入口103的断面面积π×D_S ²/4,有利于保持较大的液体流出速度，可以输送较大体积的固体颗粒。本申请人根据上述关系及洗衣机、洗碗机等家用电器应用的离心泵的流量及扬程要求初步设计了不同尺寸叶轮对应的压水室尺寸，并进行测试验证。

测试要求：大体按国家标准GB/T23105-2008《家用和类似用途电动水泵》中6.6条运行，驱动电动机为U形铁心单相永磁同步电动机，电动机转速为3000rpm(对应50Hz电源)或 3600rpm(对应60Hz电源)，循环水含有一定数量的毛发、棉絮、沙粒、PP塑料颗粒等固体和纤维等易缠绕物杂质，运行时间为3000小时，试验过程中出现1、叶轮堵转或泵管路堵塞导致泵效率下降至初始效率的60％；2、不满足洗衣机、洗碗机等家用电器的离心泵的设计流量及扬程要求，即判定为不合格，试验结束。试验结果如下表所示：

根据实验结果及设计相关约束关系，得出用于家用电器的的离心泵的叶轮105尺寸及与环形压水室201的尺寸优选关系如下表：

叶轮直径D<sub>2</sub>(mm)	压水室201内腔直径D<sub>3</sub>(mm)	压水室宽度b<sub>3</sub>(mm)
			32mm-44mm	1.1×D<sub>2</sub>≦D<sub>3</sub>≦1.6×D<sub>2</sub>	2.0×b<sub>1</sub>&gt;b<sub>3</sub>&gt;1.6×b<sub>1</sub>

如图5所示，本实用新型离心泵吐出口104的直径D_d，即为泵出口直径，吐出口104的截面面积可以认为与压力室201的第Ⅷ断面相等，由于压水室201是一种各个断面的面积相等的环形压水室，因此，泵吐出口104的截面面积设计为π×D_d ²/4同样不大于吸入口103的断面面积π×D_S ²/4，即泵吐出口的直径D_d不大于吸入口的直径D_S。当然，吐出口104的管路可以制作成扩散管形状，这样有利于将速度能转化为压力能，同时减少管路中的损失。如图 4所示，叶轮在压水室的轴向位置，一般设计为使得叶片出口宽度的中心线与吐出口104的中心线的轴向距离h不大于0.3×b₂，优选保持在同一径向截面上，这样可以减少叶轮导流液体的局部损失。

此外，可按照以下设计特点对离心泵进行设计调整：

——叠片铁心的叠厚宜按照泵负载功率有所调整，通常与叶轮尺寸(主要是叶轮直径和叶片宽度)和转速正相关；

——永磁转子多使用铁氧体制成，长度比叠片铁心叠厚增加4～20倍气隙长度(表磁高者取大值)；当然也可以使用铷铁硼等稀土永磁材料制成，其长度宜比铁心叠厚小；

——绕组匝数按所使用的电源调整，与额定电压大体成正比，与额定频率大体成反比；

——“U”字形叠片除极靴之外的部分一般按等宽磁路设计，当为提高冲裁材料利用率等需按非等宽磁路设计时，通常对磁路较短的段按偏窄设计；

如上述,本实用新型一优选实施例的离心泵的设计为:

——叶轮105：轮毂直径d_h为8mm，轮毂顶高H₁为11.5mm，叶轮出口直径D₂为36mm；叶片为径向式叶片，叶片进口宽度b₁＝叶片出口b₂为11.5mm，叶片数为5；

——泵盖106：吸入口103的直径D_S为17mm；吐出口104的直径D_d为17mm；

——压水室201：压水室201内腔直径D₃为50mm_，压水室宽度b₃为19mm；

——永磁转子1：使用磁性材料为铁氧体，外径C＝19mm，长度为20mm；

——定子叠片铁心3：叠厚为12mm；“U”字形的尺寸为：外沿宽度A＝37mm，外沿高度B＝60mm±0.5mm，叠片磁路宽度D＝12mm±1mm；

——定子绕组使用国家标准的聚酯或聚氨酯漆包圆铝线。

本实施例的离心泵的H₁＝b₁，D₂＝36mm，D_S＝D_d＝0.47×D₂，b₃＝1.65×b₁，D₃＝1.39×D₂。实验表明，本实施例的离心泵可以解决因纤维等缠绕叶轮或固体杂物堵塞流道，导致离心泵效率下降甚至不能正常工作问题，另外也减少了叶轮的外径，使得离心泵需要的定子铁心叠厚或漆包线用量可以减少，降低了离心泵的成本。

以上所述实施例、设计例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于家用电器的离心泵，包括具有轴向的吸入口和径向或切向的吐出口的泵盖、与泵盖相迎盖合形成压水室的泵体、容置于压水室内的离心式叶轮和同轴传动该叶轮的U形铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述离心式叶轮为半开式叶轮，其后盖板前端面周向均布有径向式叶片，后盖板中心凸起形成轮毂,轮毂的外周直径为d_h，所述叶片的内周的全部与轮毂连接为一体，轮毂前端离后盖板前端面的高度为H₁，叶轮出口直径为D₂，叶轮的叶片进口宽度为b₁，则有：H₁≧b₁≧H₁-5mm，32mm≦D₂≦44mm。

2.按照权利要求1所述应用于家用电器的离心泵，其特征在于，所述轮毂的外轮廓为由前至后直径逐渐增大的圆台状。

3.按照权利要求1所述应用于家用电器的离心泵，其特征在于，所述吸入口的直径为D_S，则有：d_h<D_S≦0.75×D₂。

4.按照权利要求1所述应用于家用电器的离心泵，其特征在于，所述电动机转速为3000rpm或3600rpm，所述压水室的直径为D₃，压水室的宽度为b_3，则有：1.1×D₂≦D₃≦1.6×D₂；2.0×b₁>b₃>1.6×b₁。

5.按照权利要求3所述应用于家用电器的离心泵，其特征在于，所述吐出口的直径D_d不大于吸入口的直径D_S。

6.按照权利要求1或5任一所述应用于家用电器的离心泵，其特征在于，所述叶轮的叶片出口宽度为b₂，叶轮叶片出口宽度b₂不大于叶轮叶片进口宽度b₁。

7.按照权利要求6所述应用于家用电器的离心泵，其特征在于，所述吐出口的中心线与叶片出口宽度的中心线的距离h不大于0.3×b₂。

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