叶轮及具有该叶轮的离心泵的制作方法

1.本发明涉及一种液体的输送设备，尤其设计一种应用于水泵的叶轮，本发明还涉及一种带有叶轮的水泵。


背景技术：

2.燃气热水器的零冷水功能可以让用户家打开水龙头就有热水使用，但是这需要有水泵让水循环起来，让机器加热管内冷水。同时，有些用户家水流量小水压小，这也用到水泵增加水流量。所以水泵性能对用户热水使用的舒适性起到关键作用。
3.现有的热水器普遍采用离心泵，其包括泵体、设于泵体转子上的叶轮及设于叶轮外周的蜗壳，该蜗壳具有与中心腔对应的进水端口及用于承接叶轮出水端的输出端口，如图8和图9所示，叶轮2包括第一盖板21、第二盖板22及设于第一盖板21和第二盖板22之间的多个呈弧形的叶片23，第一盖板21的中部形成中空的进水腔2a，边缘形成出水端2b，叶片23均采用沿圆周方向均匀布置的结构形式，且每个叶片23的长度和角度相同，每个流道流出的液体流量相同。
4.目前提高水泵的性能的主要方法是提高水泵功率，那么在保持功率的前提下，如何提供泵的效率和扬程则是本领域技术人员的一个重要研究内容。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能提高做功效率的叶轮。
6.本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能提高做功效率的离心泵。
7.本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种叶轮，包括第一盖板、第二盖板及设于前述第一盖板和第二盖板之间的多个呈弧形的叶片，前述的第一盖板上设有进水口，前述第一盖板和第二盖板的边缘之间形成出水端，其特征在于所述的叶片包括主叶片及间隔布置的分流叶片，前述主叶片的内端靠近第一盖板内圈，外端靠近第一盖板外缘，前述分流叶片的外端靠近第一盖板外缘；
8.前述的主叶片(231)满足如下条件：
9.所述主叶片的主叶型中弧线上的点的位置由方程θ1＝a(r/r2–
r3/r2)b来确定，参数a的取值范围是80～95，参数b的取值范围是0.5～0.7；
10.所述主叶片的主叶型中弧线采用极坐标表示，以叶轮旋转轴在xy平面的投影点作为极点o，极点o与主叶型中弧线的点的连线为极轴r，θ1表示主叶型中弧线上的点的极角；
11.主叶型中弧线的内缘点所处半径为r3，叶轮外径为r2，r3和r2的比值范围为0.3～0.5，主叶型中弧线的外缘点所处半径为r4，r4和r2的比值为0.9～1.0；
12.前述的分流叶片满足如下条件：
13.所述分流叶片的分流叶型中弧线由主叶片的部分主叶型中弧线沿周向旋转角度θ2生成，分流叶型中弧线内缘点所处半径为r5，主叶型中弧线的外缘点所处半径为r6，r5与
径r2的比值范围为0.6～0.8，r6与r2的比值范围为0.9～1.0；
14.角度θ3为以极点o为圆心，半径为r5的圆弧与相邻两个叶片的叶型中弧线的交点与极点o连接线形成的夹角，角度θ2与角度θ3的比值范围为0.4～0.6。
15.作为优选，所述r3和r2的比值范围为0.38～0.44。
16.作为优选，所述r4和r2的比值为0.98。
17.作为优选，所述参数a的取值范围是82.5～91.5。
18.作为优选，所述参数b的取值范围是0.55～0.65。
19.作为优选，所述r5与径r2的比值范围为0.67～0.72。
20.作为优选，所述r6与径r2的比值范围为0.95～0.98。
21.作为优选，所述角度θ2与角度θ3的比值范围为0.48～0.53。
22.作为优选，所述主叶片和分流叶片均为等厚度，所述主叶片的厚度为h1，所述分流叶片的厚度为h2，h1与h2的比值范围为0.4～0.7。
23.本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种离心泵，其特征在于包括泵体、设于泵体转子上的叶轮及设于叶轮外周的蜗壳，该蜗壳具有与进水口对应的进水端口及用于承接叶轮出水端的输出端口。
24.作为优选，为便于制造及提高强度，所述叶轮的第二盖板与转子为一体件，所述的叶片一面固定于第一盖板上，另一面与第二盖板可拆卸连接。当然，第二盖板和转子也可以分体连接。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明增加了分流叶片，整体叶片数增加可以增加水压，又由于分流叶片只处于主叶片的后半段，叶轮进水口处水流流通面积不会减少，不会对进水口处产生堵塞效果；同时由于在主叶片的外缘处一般都处于扩压段，容易产生流动分离，降低叶轮的做功能力，增加分流叶片相当于在主叶片的后半段将流道一分为二，降低了其扩压度，抑制了流动分离的产生，保证其做功能力。分流叶片还可以对后半段的流体产生作用力，对其流向进行改变，使其按照更加理想的方向流动，从而在整体上增加其做功能力，进而对应的离心泵的扬程增加。
26.主叶片和分流叶片的长度倾斜角度作了进一步优化，截面叶轮域速度云图对比中，可以看出主叶片工作面的低速区基本消失，同时出口处的射流区也基本消失。原本主流叶片工作面的低速区向分流叶片与上一主流叶片的背面偏移，并且主流叶片背面前缘处的速度降低。
27.截面蜗壳域速度云图对比中，可以看出分流叶片出口速度明显增加，并在蜗壳域内转化为压力能。在蜗壳出口处，低速区减小，并且速度梯度减弱。分流叶片使叶轮出口速度增加并且叶轮出口速度的周向分布更加均匀，在一定程度上降低了蜗壳内部的速度梯度。
附图说明
28.图1为实施例结构示意图。
29.图2为图1的部分分解图。
30.图3为图2中叶轮的分解图。
31.图4为图3中部分叶轮另一视角的放大图。
32.图5为叶轮极坐标示意图。
33.图6为主叶片参数说明图。
34.图7为分流叶片参数说明图。
35.图8为现有技术中叶轮结构示意图。
36.图9为现有技术中部分叶轮另一视角结构示意图。
37.图10为现有技术中叶片参数示意图一。
38.图11为现有技术中叶片参数示意图二。
39.图12为现有技术中叶片参数示意图三。
40.图13为对比例1的截面叶轮域速度云图。
41.图14为对比例2的截面叶轮域速度云图。
42.图15为实施例的截面叶轮域速度云图。
43.图16为对比例1的截面蜗壳域速度云图。
44.图17为对比例2的截面蜗壳域速度云图。
45.图18为实施例的截面蜗壳域速度云图
具体实施方式
46.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
47.如图1、图2和图3所示，本实施例中的离心泵包括泵体1、叶轮2及设于叶轮2外周的蜗壳3，叶轮2设于泵体1的转子11上。
48.本实施例中的叶轮2包括第一盖板21、第二盖板22及设于第一盖板21和第二盖板22之间的多个呈弧形的叶片23，第一盖板21设有进水口2a，第一盖板21和第二盖板22的边缘之间形成出水端2b，第二盖板22能与转子11连接。叶轮2的第二盖板22与转子11为一体件，叶片23一面固定于第一盖板21，另一面与第二盖板22可拆卸连接。
49.蜗壳3具有与中心腔对应的进水端口31及用于承接叶轮2出水端的输出端口32。蜗壳3通过螺杆4密封地连接于泵体1上。
50.结合图4～图7所示，本实施例中的叶片23包括主叶片231及间隔布置的分流叶片232，主叶片231的内端靠近第一盖板21内圈，外端靠近第一盖板21外缘，分流叶片232的外端靠近第一盖板21外缘。
51.主叶片231满足如下条件：
52.主叶片231的主叶型中弧线上的点的位置由方程θ1＝a(r/r2–
r3/r2)b来确定，参数a的取值范围是80～95，82.5～91.5为优选，
53.参数b的取值范围是0.5～0.7，0.55～0.65为优选。
54.主叶片231的主叶型中弧线采用极坐标表示，以叶轮2旋转轴在xy平面的投影点作为极点o，极点o与主叶型中弧线的点的连线为极轴r，θ1表示主叶型中弧线上的点的极角；叶轮2旋转方向与极角扩大方向相反；
55.主叶型中弧线的内缘点所处半径为r3，叶轮2外径为r2，r3和r2的比值范围为0.3～0.5，0.38～0.44为优选。
56.主叶型中弧线的外缘点所处半径为r4，r4和r2的比值为0.9～1.0；本实施例中为0.98。
57.分流叶片232满足如下条件：
58.分流叶片232的分流叶型中弧线由主叶片231的部分主叶型中弧线沿周向旋转角度θ2生成，分流叶型中弧线内缘点所处半径为r5，主叶型中弧线的外缘点所处半径为r6，r5与径r2的比值范围为0.6～0.8，0.67～0.72为优选，r6与r2的比值范围为0.9～1.0，0.95～0.98为优选。角度θ3为以极点o为圆心，半径为r5的圆弧与相邻两个叶片23的叶型中弧线的交点与极点o的连线形成夹角，角度θ2与角度θ3的比值范围为0.4～0.6，0.48～0.53为优选。
59.主叶片231和分流叶片232均为等厚度，主叶片231的厚度为h1，分流叶片232的厚度为h2，h1与h2的比值范围为0.4～0.7。
60.如图8、图9和图10所示，本实施例中叶轮参数如下：中心腔内径r1为7.5mm，叶轮外径r2为21mm，r3为8.8mm，r4为20.5mm。θ1为38.7
°
，r5为14.3mm，r6为20.1mm，θ2为51.4
°
，θ3为25.7
°
。
61.对比例1，如图8～12所示，本实施例中的叶轮包括第一盖板21、第二盖板22及设于第一盖板21和第二盖板22之间的多个呈弧形的叶片23，的第一盖板21的中部形成中空的进水腔2a，边缘形成出水端2b，本实施例中的叶片23为等长。
62.本实施例中的中心腔内径r1为7.5mm，叶轮外径r2为21mm，叶片工作面有两段圆弧组成，分别是r7和r8，r7为15mm，r8为15.3mm，叶片背面有三段圆弧组成，分别为r9、r10和r11，r9为3.8mm，r10为14.7mm，r11为13.5mm，叶片背面直线段m为1.4mm，对应的圆心角为40
°
。
63.对比例2，本实施例中的叶轮的叶片中没有分流叶片，只有主叶片，其他结构和参数参见实施例1。
64.试验分析如下：
65.参考图13所示，为对比例1的截面叶轮域速度云图。
66.参考图14所示，为对比例2的截面叶轮域速度云图。对主叶片进行优化后，出口处的射流区和尾迹区减小，但是由于优化方案的扬程增加，叶片载荷增大，因此叶片工作面的低速区增加，叶片背面的流速增大。
67.参考图15，为实施例的截面叶轮域速度云图。从中可以看出，增加分流叶片后，主叶片工作面的低速区基本消失，同时出口处的射流区叶基本消失。原本主流叶片工作面的低速区向分流叶片与上一主流叶片的背面偏移，并且主流叶片背面前缘处的速度降低。
68.参考图16所示，为对比例1的截面蜗壳域速度云图。
69.参考图17所示，为对比例2的截面蜗壳域速度云图。从中可以看出，叶片优化后，出口速度明显增加，并在蜗壳域内转化为压力能。在蜗壳出口处，优化叶片方案的低速区减小，并且速度梯度减弱。
70.参考图18所示，为实施例的截面蜗壳域速度云图。从中可以看出，分流叶片使叶轮出口速度增加并且叶轮出口速度的周向分布更加均匀，在一定程度上降低了蜗壳内部的速度梯度。
71.结论：本实施例相当于增加了叶片数，但是普通的直接增加叶片数的话，单个流道的流通面积会会减小，当叶片数增加的比较明显的时候，虽然压力上去了，但是流量会大幅度降低。增加分流叶片，由于其只处于原始叶片的后半段，不会对进口处产生堵塞效果，同时由于在长叶片的尾缘处一般都处于扩压段，容易产生流动分离，降低叶轮的做功能力(压
力)，增加分流叶片相当于在原叶片的后半段将流道一分为二，降低了其扩压度，抑制了流动分离的产生。同时分流叶片可以对后半段的流体产生作用力，对其流向进行改变按照更加理想的方向流动，从而在整体上增加其做功能力，到时扬程增加。
72.以60w泵为例，对比例1中的扬程为13m，采用本实施例中改进后的叶轮后扬程能提高到15m。

技术特征：
1.一种叶轮，包括第一盖板(21)、第二盖板(22)及设于前述第一盖板(21)和第二盖板(22)之间的多个呈弧形的叶片(23)，前述的第一盖板(21)上设有进水口(2a)，前述第一盖板(21)和第二盖板(22)的边缘之间形成出水端(2b)，其特征在于所述的叶片(23)包括主叶片(231)及间隔布置的分流叶片(232)，前述主叶片(231)的内端靠近第一盖板(21)内圈，外端靠近第一盖板(21)外缘，前述分流叶片(232)的外端靠近第一盖板(21)外缘；前述的主叶片(231)满足如下条件：所述主叶片(231)的主叶型中弧线上的点的位置由方程θ1＝a(r/r2–
r3/r2)
b
来确定，参数a的取值范围是80～95，参数b的取值范围是0.5～0.7；所述主叶片(231)的主叶型中弧线采用极坐标表示，以叶轮(2)旋转轴在xy平面的投影点作为极点o，极点o与主叶型中弧线的点的连线为极轴r，θ1表示主叶型中弧线上的点的极角；主叶型中弧线的内缘点所处半径为r3，叶轮(2)外径为r2，r3和r2的比值范围为0.3～0.5，主叶型中弧线的外缘点所处半径为r4，r4和r2的比值为0.9～1.0；前述的分流叶片(232)满足如下条件：所述分流叶片(232)的分流叶型中弧线由主叶片(231)的部分主叶型中弧线沿周向旋转角度θ2生成，分流叶型中弧线内缘点所处半径为r5，主叶型中弧线的外缘点所处半径为r6，r5与径r2的比值范围为0.6～0.8，r6与r2的比值范围为0.9～1.0；角度θ3为以极点o为圆心，半径为r5的圆弧与相邻两个叶片(23)的叶型中弧线的交点与极点o连接线形成的夹角，角度θ2与角度θ3的比值范围为0.4～0.6。2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述r3和r2的比值范围为0.38～0.44。3.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述r4和r2的比值为0.98。4.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述参数a的取值范围是82.5～91.5。5.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述参数b的取值范围是0.55～0.65。6.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述r5与径r2的比值范围为0.67～0.72。7.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述r6与径r2的比值范围为0.95～0.98。8.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述角度θ2与角度θ3的比值范围为0.48～0.53。9.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述主叶片(231)和分流叶片(232)均为等厚度，所述主叶片(231)的厚度为h1，所述分流叶片(232)的厚度为h2，h1与h2的比值范围为0.4～0.7。10.一种具有权利要求1～9中任一一项权利要求所述的叶轮的离心泵，其特征在于包括泵体(1)、设于泵体(1)的转子(11)上的叶轮(2)及设于叶轮(2)外周的蜗壳(3)，该蜗壳(3)具有与进水口(2a)对应的进水端口(31)及用于承接叶轮(2)出水端的输出端口(32)。11.根据权利要求10所述的离心泵，其特征在于所述叶轮(2)的第二盖板(22)与转子(11)为一体件，所述的叶片(23)一面固定于第一盖板(21)上，另一面与第二盖板(22)可拆卸连接。

技术总结
一种叶轮，包括第一盖板、第二盖板及设于前述第一盖板和第二盖板之间的多个呈弧形的叶片，前述的第一盖板的中部形成中空的进水腔，边缘形成出水端，前述的第二盖板能与转子连接，其特征在于所述的叶片包括主叶片及间隔布置的分流叶片，前述主叶片的内端靠近第一盖板内圈，外端靠近第一盖板外缘，前述分流叶片的外端靠近第一盖板外缘。本发明公开了一种离心泵。增加了分流叶片，整体叶片数增加可以增加水压，又不会对进口处产生堵塞效果；同时分流叶片还可以对后半段的流体产生作用力，对其流向进行改变按照更加理想的方向流动，从而在整体上增加其做功能力，进而对应的离心泵的扬程增加。程增加。程增加。


技术研发人员：谭洵 张陈诗 周高云 梁钟 王军
受保护的技术使用者：宁波方太厨具有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/19