專利名稱：沖壓焊接半開式葉輪離心泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種泵，尤其是一種沖壓焊接半開式葉輪離心泵。
背景技術：
沖壓焊接成型的離心泵由于結構輕巧、節(jié)省材料、效率高、無污染、成本低廉等優(yōu) 點因而受到消費者的普遍歡迎。而現(xiàn)有技術中，沖壓焊接半開式葉輪離心泵還存在著一些 不足，尤其是葉輪入口處的密封問題，一直未得到很好的解決。由于強度、剛度、加工精度等 方面的不足，工作時葉輪徑向跳動大，因而葉輪入口處的密封結構往往精度不易保證，容易 損壞，不能有效地防止泄漏。 申請人:早先申請的申請?zhí)枮?00610033320. 2的中國專利公開了一種"沖壓焊接 食品泵"，該泵由泵殼、葉輪、和后蓋組成，葉輪位于泵殼和后蓋組成的密封空間里面，泵殼 上設有進口管和出口管，所述泵殼與進口管相連的軸向面為斜凹槽形，泵殼的徑向面則為 圓柱形，所述的泵殼外端設置有進口管支架，所述進口管支架一端與泵殼外側焊接，另一端 與進口管外表面焊接。該沖壓焊接食品泵雖然在葉輪和泵殼之間形成一端面密封結構使 得其密封性能提高，但是，該結構還存在著以下缺點1)對泵殼結構復雜，制造工藝要求提 高，加大了泵殼的制造難度、成本和制造時間；2)由于葉輪和泵殼之間配合的端面是一個 傾斜面，這樣就要求葉片前端面必須與泵殼的前殼體平行，增加了葉輪葉片的生產(chǎn)難度。 另外，關于對泵殼沖壓工藝結構的改進，如國家知識產(chǎn)權局2006年7月12日授 權公告的CN1800643號中國發(fā)明專利，公開了一種沖壓焊接深井泵，包括離心泵部件和射 流泵部件，所述離心泵部件由金屬板沖壓、焊接成型，其包括設置有進水管、回水管、出水管 的離心泵泵體、設置于泵體內(nèi)的葉輪、后蓋，所述射流泵部件由噴嘴、射流泵泵體、喉部件組 成，射流泵泵體連接噴嘴和喉部件，使得從噴嘴噴出的水進入喉部件，所述離心泵部件通過 進口管道和回流管道與射流泵部件連接。 上述泵殼結構雖然也得到了改進，但是由于采用梯形斷面周壁，泵的水力效率并 沒有達到最優(yōu)化，強度和鋼度也存在一些缺陷，使用壽命短，加工成本高。該泵體對固體顆 ?；蛘承粤黧w的速度損失很大，對液體的影響也不小。本領域研究人員知道，若將出水管方 向沿泵殼切線方向設計，則能減少液體在泵殼內(nèi)的沖擊損失，但對泵殼強度要求很高、工藝 結構大為復雜。 有鑒于此特提出本實用新型。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種通過改進半開 式的葉輪和泵殼結構，從而提高半開式葉輪入口處密封效果，改變出泵殼水管位置及其他 部分結構以增大水力效率的沖壓焊接半開式葉輪離心泵。 為解決上述技術問題，本實用新型采用技術方案的基本構思是一種沖壓焊接半 開式葉輪離心泵，包括泵體，安裝于泵體開口端的泵后蓋、電機，以及設于泵體內(nèi)的葉輪，葉輪安裝于泵軸上，由電機驅動旋轉，泵體上設有進水管和出水管，所述的進水管與泵軸同軸 安裝于泵體軸向面的外側，所述葉輪為半開式結構，由葉片、輪轂和后蓋板組成，所述葉片 的前端面與靠近該前端面的泵體軸向面分別為一垂直于泵體軸向的平面，前端面與泵殼軸 向面之間的距離不大于2毫米，形成端面密封；在垂直于進水管軸線以泵體直徑構成的平 面上，出水管軸線不經(jīng)過泵體中心，與泵體的徑向方向夾角a滿足，0° < a < 18° ，該徑 向方向為出水管軸線與泵體交點至泵體中心的半徑方向。 所述的泵體由一金屬板整體沖壓成型，泵體周壁形狀為沿徑向向外逐漸增大的螺 旋線型，由所述的出水管連接螺旋線的始點和終點。 所述泵體周壁的軸向斷面形狀為由直線和分別與直線兩端相切的兩弧形段構成 的結構，該直線為一條平行于泵軸的直線，泵體周壁軸向斷面寬度保持不變，直線兩端相切 的兩弧形段優(yōu)選為對稱結構。 所述泵體周壁的螺旋線由多段不同直徑的圓弧構成。優(yōu)選至少為八段不同直徑的
圓弧，段數(shù)越多越好。當為八段不同直徑的圓弧構成時，每段圓弧弧度為n /4，該結構更易
于沖壓工藝生產(chǎn)，鋼板沖壓更均勻、泵殼強度更高；而且流道也更通暢，泵的水力效率更高。 所述的平行于泵軸的直線，在沿螺旋線徑向向外逐漸增大的每段圓弧上，其長度
逐漸減小，兩邊圓弧連接，前端的圓弧的一邊與周壁頂端相切，另一邊與泵體的前部相切，
圓弧的半徑逐漸增大，泵體前端傾角13的變化范圍在20。 50°之間。 這種的泵體結構，不僅使得泵體的流道更加通暢，提高了水泵的效率，而且更加適
應沖壓工藝，使得泵體的厚度變化更加均勻，泵體的強度更好，可靠性更高。 所述的葉片由一塊金屬板沖壓成形的一橫截面為"L"的結構，"L"形葉片的一邊
固定在葉輪的后蓋板上，另一邊突出于后蓋板面形成工作葉片，工作葉片沿泵體軸向方向
的寬度恒定不變，不僅制造工藝簡單、成本低，而且易于與泵體軸向面構成端面密封。"L"
形葉片無底角的一面為工作面，另一面為背面，這樣不僅可增加葉片的強度和剛度，而且液
體在葉輪中的流動更通暢，泵的效率更高。 由于半開式葉輪泵輸送的多為含固體顆粒或者粘稠的液體，根據(jù)這類液體在葉輪 機械中的運動特點，容易在葉片進口處出現(xiàn)堵塞、在出口出現(xiàn)抽吸的狀況。為了改進這種工 作狀況，本實用新型采用加大葉片進口液體過流性能的設計方案，具體結構為(l)采用正 沖角，即加大葉片進口角度，從而增加葉片進口過流面積，減少葉片的排擠，減小葉片的彎 曲；(2)葉片型線采用變曲率的曲線，曲線的曲率在葉片進口處最大，然后逐步減小，在出 口處曲率最小。這種葉型設計方法可減小固體或粘性流體在葉片進口處的堵塞、增大葉片 的進口面積，過流性能更好。 或者，所述的葉片也可以在徑向方向采用多段相內(nèi)切的圓弧構成，葉片曲率分段 減小，從進口至出口方向各段圓弧的曲率由大變小。優(yōu)選的為三段相內(nèi)切的圓弧構成， 葉輪內(nèi)徑Dl、外徑D2、半徑為rl的第一段圓弧與半徑為r2的第二段圓弧切點處的直徑 為DCl，半徑r2的第二段圓弧與半徑為r3的第三段圓弧切點處的直徑為DC2，其中DC2 < 2*(Dl+D2)/3， DC1 < (D2+Dl)/3。 所述泵體軸向面的外側設有一支撐所述進水管的進水管支架，所述進水管支架一 端與所述泵體軸向面的外側固定連接，另一端套合于所述進水管上并與之固定連接。 采用上述技術方案后，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果。[0019] 本實用新型所述的泵體結構，首先由于泵體軸向面為一平面結構，采用沖壓焊接 工藝制造，成形更加簡單方便，既降低了生產(chǎn)成本，又克服了鑄造工藝的污染、耗電、耗材等 諸多缺點；其次，由于采用半開式葉輪結構，葉片前端面與泵體軸向面為平行的平面結構， 兩平面之間的距離不大于2毫米，配合形成端面密封結構，流體的通過性更好；同時，葉片 型線采用的曲線的曲率在葉片進口處最大，然后逐步減小的變曲率曲線，或者采用多段圓 弧構成的曲面，能保證在輸送液流較稠或含固體顆粒時，在通過該葉輪時也不容易堵塞，因 此該離心泵不僅適用范圍廣，可用于抽取各種液體；密封蓋板制造、裝配簡單、實用，成本 低、密封效果好，保證水泵可靠、高效地運行；最后新型的泵殼出水管偏泵體中心結構更易 于流道通暢，泵的水力效率更高、強度和鋼度更好。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的描述。
圖1是本實用新型所述的離心泵結構示意圖； 圖2是本實用新型所述的離心泵泵體示意圖； 圖3是本實用新型所述的泵體周壁徑向形狀示意圖； 圖4是本實用新型所述的泵體周壁對應圖3中各部分比較示意圖； 圖5是本實用新型葉輪葉片結構示意圖； 圖6是本實用新型葉輪葉片另一結構示意圖。
具體實施方式如圖1至圖3所示，本實用新型所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，包括泵體1，安 裝于泵體開口端的泵后蓋2、電機3，以及設于泵體1內(nèi)的葉輪4，葉輪4安裝于泵軸31上， 由電機3驅動旋轉，泵體1上設有進水管11和出水管12，所述的進水管11與泵軸31同軸 安裝于泵體軸向面13的外側，所述葉輪4為半開式結構，由葉片41、輪轂42和后蓋板43組 成，所述葉片41的前端面與靠近該前端面的泵體軸向面14分別為一垂直于泵體軸向的平 面，葉片41的前端面與泵體軸向面之間的距離不大于2毫米，形成端面密封；如圖3所示， 在垂直于進水管軸線m(參閱圖1)以泵體直徑構成的平面上，出水管軸線L不經(jīng)過泵體中 心0，與泵體的徑向方向夾角a滿足，0° < a < 18° ，該徑向方向為出水管軸線L與泵 體1交點C至泵體中心0的半徑方向。在該垂直于進水管軸線以泵體直徑構成的平面上， 以出水管軸線L與泵體交點C至泵體中心0的直徑方向為Y軸，以垂直于Y軸的另一直徑 為X軸，交點為泵體中心O，出水管軸線L與Y軸夾角a滿足0° < a < 18° ，優(yōu)選a為 10° ;從另一種角度看，在上述以泵體直徑構成的平面上，該出水管的設計為偏移進水管軸 線的垂直線一定距離，出水管向泵體圓周切線方向偏離。上述偏移夾角的方向與葉輪轉動 的方向對應，即出水管設計為對應葉輪轉動流體射出的切線方向。 在考慮液體中含固體顆?；蛘承粤黧w時，把固體顆粒或粘性流體當作是無粘性的 理想液體的運動、不連續(xù)邊界條件。由于固體顆?；蛘承粤黧w的影響，使液體的速度場和 過流通道發(fā)生某種畸變，同時使固體顆粒或粘性流體也獲得一定的能量而產(chǎn)生運動。當固 體顆粒或粘性流體運動速度比液體慢的時候，固體顆?；蛘承粤黧w對液體的過流通道產(chǎn)生 "相對阻塞"，使液體的過流通道"相對縮小"，液體的畸變速度升高；反之，則產(chǎn)生"相對抽
5吸"，使液體的過流通道"相對擴大"，液體的畸變速度降低。 離心泵泵殼體的主要作用是回收能量，把葉輪出口的動能逐步變成壓力能。泵殼 體中的固體或粘性的運動是均勻擴散、逐步減速的，其速度落后于液體，對液體流道產(chǎn)生相 對阻塞的作用。故泵殼體的粘性流畸變?yōu)榉匠探M為
&1 - 「32
式中V31泵殼體粘性流或固體邊界層水流畸變速度；
V32泵殼體粘性流或固體的平均速度；
V3c泵殼體理想流體的平均速度；
K3泵殼體粘滯系數(shù)或固體特性系數(shù)；
g重力加速度；
h固體或粘性引起的附加阻力損失。 泵殼體粘性流體或固體運動的當量直徑Ad。為
式中s為固體或粘性邊界層的厚度。
當粘性或固體作為動邊界條件，其相對阻塞直徑Ad' 為
《=(^,31-l)k
泵殼體的流線方程為
tg S = Vr/Vu = const 式中const表示為一常數(shù)。
由于固體顆粒或粘性流體的速度落后與液體，對液體流道相對阻塞，因此，理論 上，出水管與泵體呈切線安裝是最有出水效率的，但是由于該設計中對于出水管與泵體的 強度要求太高，因此實際是很難這樣制造的，但是，可以將出水管安裝的角度貼近切線設 計。本實用新型出水管的偏移設計與泵殼體的螺旋線尾部的連接更流暢，這樣有兩大效 1、固體顆粒或粘性流體的速度的速度損失更小，對液體的相對阻塞的影響也更 小； 2、液體的流通更通暢，水力效率更高。 所以，當出水管設計偏移進口軸線的垂直線一定距離時，能大幅提高水泵的性能。 如圖1和圖2所示，本實用新型所述的泵體1是由一金屬板整體沖壓成型，正對進 水管11的泵體軸向面14設計為一垂直于泵體軸向的平面，葉片41前端面整體也為一平 面，與泵體軸向面14之間的距離不大于2毫米，形成端面密封結構，因此葉片41軸向寬度 均相同，加工生產(chǎn)相對簡單，也不需要精確計算泵體軸向面14的彎曲弧度，成型簡單方便。 如圖3所示，泵體周壁13形狀為沿徑向向外逐漸增大的螺旋線型，由所述的出水管12連接 螺旋線的始點A和終點B。該螺旋線由多段不同直徑的圓弧構成，段數(shù)越多越好，至少為八 段，本實施例為八段不同直徑的圓弧Ll曬8，由出水管過渡連接始點A和終點B，由始點A 的圓弧段L1直徑最小，至終點B的圓弧段L7直徑最大，L8段為出水管安裝位置(圖中未示出)，每段圓弧弧度為n/4，該多段不同直徑的圓弧其弧度數(shù)可以相同也可以不同。該結 構更易于沖壓工藝生產(chǎn)，流道也更通暢，泵的水力效率更高。 如圖4所示，所述的泵體周壁13軸向斷面的形狀為由直線131和分別與直線兩端 對稱相切的兩弧形段132構成的結構，該直線131為一條平行于泵軸的直線，泵體周壁軸向 斷面寬度|0W|保持不變。圖4中X'軸表示泵體周壁軸向寬度，Y'軸表示泵體周壁點距離 泵軸所在直線的距離，其中，曲線Hl肭8分別對應圓弧Ll曬8周壁斷面的形狀，曲線H8表 示出水管位置圓弧段周壁斷面的形狀，每段曲線均由直線131和兩弧形段132構成。 如圖4所示，所述的平行于泵軸的直線131，在沿螺旋線向外逐漸增大的每段圓弧 上(參閱圖3)，其長度逐漸減小(參閱圖4由曲線Hl上的直線部分至H8的直線部分)，兩 邊圓弧連接，圓弧的半徑逐漸增大(參閱圖4由曲線Hl上的圓弧部分至H8的圓弧部分)， 其中前端的圓弧的一邊與周壁頂端相切，另一邊與泵體前部相切，切角P在20° 50°之 間。 這種泵體的結構形式不僅使得泵體的流道更加通暢，提高了水泵的效率，而且更
加適應沖壓工藝，使得泵體的厚度變化更加均勻，泵體的強度更好，可靠性更高。 如圖5所示，本實用新型所述的葉片41由一塊金屬板沖壓成形的一橫截面為"L"
的結構，"L"形葉片的一邊412固定在葉輪的后蓋板43上，另一邊突出于后蓋板面形成工
作葉片411，工作葉片411沿泵體軸向方向的寬度恒定不變，不僅制造工藝簡單、成本低，而
且易于與泵體軸向面構成端面密封。"L"形葉片無底角的一面為工作面，另一面為背面，這
樣不僅可增加葉片的強度和剛度，而且液體在葉輪中的流動更通暢，泵的效率更高。 由于半開式葉輪泵輸送的多為含固體顆?；蛘哒吵淼囊后w，根據(jù)這類液體在葉輪
機械中的運動特點，容易出現(xiàn)在葉片進口出現(xiàn)堵塞、出口出現(xiàn)抽吸的狀況，為改進這種工作
狀況，本實用新型采用加大葉片進口液體過流性能的設計方案。具體結構為(l)采用正沖
角，即加大葉片進口角度，從而增加葉片進口過流面積，減少葉片的排擠，減小葉片的彎曲；
(2)葉片型線采用變曲率的曲線，曲線的曲率在葉片進口處最大，然后逐步減小，在出口處
曲率最小。這種葉型設計方法可減小固體或粘性流體在葉片進口處的堵塞、增大葉片的進
口面積，過流性能更好。 或者，所述的葉片也可以為在徑向方向采用多段相內(nèi)切的圓弧構成，葉片曲率分 段減小，從進口至出口方向各段圓弧的曲率由大變小。如圖6所示，當為三段相內(nèi)切的圓弧 構成時，葉輪內(nèi)徑Dl、外徑D2、半徑為rl的第一段圓弧與半徑為r2的第二段圓弧切點處的 直徑為DCl，半徑r2的第二段圓弧與半徑為r3的第三段圓弧切點處的直徑為DC2，其中 DC2 < 2*(Dl+D2)/3， DC1 < (D2+Dl)/3。 如圖1和2所示，所述泵體軸向面14的外側設有一支撐所述進水管11的進水管 支架15，所述進水管支架15 —端與所述泵體軸向面14的外側連接，另一端套合于所述進水 管ll上并與之固定連接。 本實用新型所述的泵體結構，首先由于泵體軸向面為一平面結構，采用沖壓焊接 工藝制造，成形更加簡單方便，既降低了生產(chǎn)成本，又克服了鑄造工藝的污染、耗電、耗材等 諸多缺點；其次，由于采用半開式葉輪結構，葉片前端面與泵體軸向面為平行的平面結構， 兩平面配合形成端面密封結構，流體的通過性更好；同時，葉片型線采用的曲線的曲率在葉 片進口處最大，然后逐步減小的變曲率曲線，或者采用多段圓弧構成的曲面，能保證在輸送
7液流較稠或含固體顆粒時，在通過該葉輪時也不容易堵塞，因此該離心泵不僅適用范圍廣， 可用于抽取各種液體；密封蓋板制造、裝配簡單、實用，成本低、密封效果好，保證水泵可靠、 高效地運行；最后新型的泵殼出水管偏泵體中心結構更易于流道通暢，泵的水力效率更高、 強度和鋼度更好。
權利要求一種沖壓焊接半開式葉輪離心泵，包括泵體，安裝于泵體開口端的泵后蓋、電機，以及設于泵體內(nèi)的葉輪，葉輪安裝于泵軸上，由電機驅動旋轉，泵體上設有進水管和出水管，所述的進水管與泵軸同軸安裝于泵體軸向面的外側，所述葉輪為半開式結構，由葉片、輪轂和后蓋板組成，其特征在于所述葉片的前端面與靠近該前端面的泵體軸向面分別為一垂直于泵體軸向的平面，前端面與軸向面之間的距離不大于2毫米，形成端面密封；在垂直于進水管軸線以泵體直徑構成的平面上，出水管軸線不經(jīng)過泵體中心，與泵體的徑向方向夾角α滿足，0°＜α＜18°，該徑向方向為出水管軸線與泵體交點至泵體中心的半徑方向。
2. 根據(jù)權利要求1所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述的泵體由一 金屬板整體沖壓成型，泵體周壁形狀為沿徑向向外逐漸增大的螺旋線型，由所述的出水管 連接螺旋線的始點和終點。
3. 根據(jù)權利要求2所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述泵體周壁的 軸向斷面形狀為由直線和分別與直線兩端相切的兩弧形段構成的結構，該直線為一條平行 于泵軸的直線，泵體周壁軸向斷面寬度保持不變。
4. 根據(jù)權利要求2所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述泵體周壁的 螺旋線是由多段不同直徑的圓弧構成的。
5. 根據(jù)權利要求3所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述的平行于泵 軸的直線，在沿螺旋線徑向向外逐漸增大的每段圓弧上，其長度逐漸減小，兩邊圓弧連接， 前端的圓弧的一邊與周壁頂端相切，另一邊與泵體的前部相切，圓弧的半徑逐漸增大，泵體 前端傾角P的變化范圍在20。 50°之間。
6. 根據(jù)權利要求1所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述的葉片由一 塊金屬板沖壓成形的一橫截面為"L"的結構，"L"形葉片的一邊固定在葉輪的后蓋板上， 另一邊突出于后蓋板面形成工作葉片，工作葉片沿泵體軸向方向的寬度恒定不變，"L"形 葉片無底角的一面為工作面，另一面為背面。
7. 根據(jù)權利要求6所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述葉片的型線 采用變曲率的曲線，曲線的曲率從進口至出口方向由大漸小，在出口處曲率最小。
8. 根據(jù)權利要求6所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述的葉片在徑向方向為多段相內(nèi)切的圓弧構成，葉片曲率分段減小，從進口至出口方向各段圓弧的曲率 由大變小。
9. 根據(jù)權利要求8所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述的葉片為三段相內(nèi)切的圓弧構成，葉輪內(nèi)徑Dl、外徑D2，半徑為rl的第一段圓弧與半徑為r2的第二段 圓弧切點處的直徑為DCl，半徑r2的第二段圓弧與半徑為r3的第三段圓弧切點處的直徑為 DC2，其中:<formula>formula see original document page 2</formula>
10. 根據(jù)權利要求l所述的沖壓焊接半開式葉輪離心泵，其特征在于所述泵體軸向面 的外側設有一支撐所述進水管的進水管支架，所述進水管支架一端與所述泵體軸向面的外 側固定連接，另一端套合于所述進水管上并與之固定連接。
專利摘要本實用新型公開了一種沖壓焊接半開式葉輪離心泵，包括泵體，安裝于泵體開口端的泵后蓋、電機，以及設于泵體內(nèi)的葉輪，葉輪安裝于泵軸上，由電機驅動旋轉，泵體上設有進水管和出水管，所述的進水管與泵軸同軸安裝于泵體軸向面的外側，所述葉輪為半開式結構，由葉片、輪轂和后蓋板組成，所述葉片的前端面與靠近該前端面的泵體軸向面分別為一垂直于泵體軸向的平面，前端面與軸向面形成端面密封；在垂直于進水管軸線以泵體直徑構成的平面上，出水管軸線不經(jīng)過泵體中心，與泵體的徑向方向夾角α滿足0°＜α＜18°，該徑向方向為出水管軸線與泵體交點至泵體中心的半徑方向。該結構沖壓工藝生產(chǎn)方便，流道通暢，提高了泵的水力效率、強度和鋼度。
文檔編號F04D29/42GK201502532SQ20092031132
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權日2009年9月24日
發(fā)明者任宏啟, 彭少華, 梁元敏, 霍春源 申請人:陽江市新力工業(yè)有限公司