用于离心泵的叶轮的制作方法

1.本技术涉及一种叶轮，具体涉及一种用于离心泵的叶轮。


背景技术：

2.抽水机种类很多，一般常用的为低压卧式离心泵、空气压缩机和离心泵三种。离心水泵构造简单，体积小，装卸方便，出水量大，出水均匀，起动迅速，水量易于调节，而且能吸送含砂的水。但其吸程不大，一般为7至9米，只适用于地下水位浅的井。空气压缩机构造简单，不受水位高低的限制，可以输送含砂的水，井管略弯曲时不影响抽水。但是空气压缩机的工作效率一般只有15至25％，浪费动力过多，而且出水不够均匀。深井水泵能吸取深层水，而且出水均匀。抽水机的选择，主要根据地下水的静止水位、井的设计出水量、水位降以及井管口径等因素决定。
3.离心泵的原理是将电机和泵组合成一体，浸入地下水井中进行抽吸和输水。离心泵被广泛应用于农田排灌、工矿企业、城市给排水和污水处理等。离心泵对输水管道无特殊要求。钢管井、灰管井以及土井都能使用离心泵。只要能承受住所选离心泵扬程的压力，无论是钢管、胶管、塑料管都可以与离心泵相连接。离心泵的安装、使用、维护方便简单，占地面积小、不需建造泵房。目前的轻型离心泵的重量较轻，安装和移动更加方便。
4.离心泵工作原理类似于多级泵，不同之处在于离心泵的电机设置在泵的最底部。在安装离心泵之前，必选预先给离心泵中加满水。在离心泵被安装到位后，其依靠电机带动泵轴及叶轮高速旋转以产生吸引力，把进水口周围的水吸入到泵体中，经由多个叶轮的泵送达到离心泵的标称扬程。离心泵的标称扬程由多个叶轮的扬程叠加而成。
5.现有的离心泵的电机的转速通常小于3000rpm。为了提高泵送效率和扬程，有必要提高电机的转速。然而，由于离心泵的电机通常借助于输出轴直接将转矩传递到泵体，在电机转速很高的情况下，泵体中的叶轮组件的转速也会很高。对于同一叶轮，其离心力的大小与其转速成正比。在叶轮组件的离心力超过其设计极限的情况下，叶轮组件容易在高速旋转过程中损坏，从而影响离心泵的安全性和使用寿命。


技术实现要素：

6.为了防止叶轮在高速旋转过程中损坏，延长离心泵的安全性和使用寿命，有必要开发一种加固的叶轮。
7.为此，本技术提出了一种用于离心泵的叶轮，离心泵包括：提供旋转运动的电机组件，被电机组件的输出轴驱动的泵轴，和泵体组件，其中，泵体组件包括泵套筒和容置于泵套筒内的多个叶轮级组，叶轮级组包括：在轴向方向上附接到一起而限定出叶轮腔的支撑壳体和导流壳体，以及容置于叶轮腔内被泵轴驱动而随其同步旋转的叶轮，其特征在于，叶轮包括：限定出与泵轴接合的中心孔的毂部，和从毂部径向向外并且轴向向上延伸的锥形壁，从锥形壁的下表面螺旋形延伸的叶片，以及被附接到叶片的外周的叶轮座，叶轮座在其下端限定出外部支撑端面并且包括设置在叶轮座的外周面上的叶轮加固套。
8.根据可选的实施方式，叶轮座包括渐缩部分和连接在渐缩部分的外径较小的一端的竖直部分。
9.根据可选的实施方式，加固套包括沿渐缩部分延伸的锥形套部分以及沿竖直部分延伸的竖直套部分。
10.根据可选的实施方式，加固套的硬度大于叶轮座的硬度。
11.根据可选的实施方式，加固套由硬质合金制成。
12.根据可选的实施方式，加固套借助于超声波焊接附着至叶轮座。
13.根据可选的实施方式，叶轮借助于超声波焊接固定至叶轮座。
14.根据可选的实施方式，叶轮级组的导流壳体包括具有允许泵轴延伸穿过的中心孔的中心部，与支撑壳体轴向接合的外围部和在中心部和外围部之间螺旋形延伸的导叶，中心部、外围部和导叶限定出叶轮级组的导流通道。
15.根据可选的实施方式，叶轮座、锥形壁以及叶片限定出离心通道，毂部限定出垂直于轴向方向的中心支撑端面，中心支撑端面通过叶轮的毂部或者嵌置于毂部下端的中心动密封环限定，导流壳体包括与中心支撑端面始终抵接接触的中心抵接端面，以及导流通道与离心通道流体连通。
16.根据可选的实施方式，中心动密封环由钨钢构成。
17.根据本技术的叶轮配置有采用硬度较高的材料制成的加固套，能够有效防止现有技术中通常会发生的叶轮容易在高速旋转过程中损坏的问题，从而有效延长离心泵的安全性和使用寿命。
附图说明
18.下面将参考附图、结合本技术的示例性实施例详细描述本技术的前述和其它特征、优势和益处。应理解，附图并未按比例绘制，仅仅用于示意本技术的原理，而不意于将本技术限制于图示的实施例。
19.图1是本技术的示例性离心泵的纵剖面图；以及
20.图2是图1的离心泵的叶轮级组的纵截面图。
具体实施方式
21.在此描述的本技术的实施方式被定义为叶轮，其可以在以下描述的实施方式中付诸实践。然而，这些实施方式可以以许多不同的形式示例和实现，并且不限于在此阐述的实施例。本技术不限于所公开的实施方式。相反，提供实施方式的这些说明性实施例，使得本技术将是彻底和完整的。
22.应当理解，附图仅是出于说明的目的而设计的，而不是作为对本技术公开的实施方式的限制的定义。此外，附图不一定按比例绘制，并且除非另外指出，否则它们仅旨在概念性地示出本技术所述的结构。
23.图1是本技术的示例性离心泵的纵剖面图。总体上，离心泵包括马达组件和泵体组件20。马达组件包括马达壳体和容置于马达壳体内、能够输出高转速的马达、例如电动马达。为马达的运转提供辅助功能的辅助系统，例如冷却系统，也设置于马达壳体内。泵体组件20包括泵套筒22和容置于泵套筒22内的多个叶轮级组200。马达的输出轴通过离心泵的
泵轴11驱动离心泵中各叶轮级组200的叶轮70旋转。在图示实施例中，泵轴11采用的是六齿泵轴。
24.在本技术中，为方便描述，泵轴11延伸的方向被定义为轴向方向，周向方向围绕着轴向方向延伸。本技术的离心泵在使用过程中通常竖直放置，所以轴向方向也称为竖直方向，在轴向方向上朝向电机组件的方向/端部称为下方/下端，相反的方向/端部称为上方/上端。在垂直于轴向方向的平面中，以限定出轴向方向的泵轴11的中心轴线为基准，从泵套筒22朝向泵轴11的中心轴线的方向称为径向向内，相反，从泵轴11的中心轴线朝向泵套筒22的方向称为径向向外。
25.返回参考图1，在轴向方向上，从下向上，泵体组件20依次包括进水区段30，由多个叶轮级组构成的叶轮区段50和出水区段40，下面详细描述各区段的结构。
26.在进水区段30中，在泵套筒22上设置有沿周向方向分布的进水孔32，并且，在进水区段30中，锥壳体34设置于在泵套筒22内。锥壳体34被配置为朝向电机组件开口的倒锥体，包括允许泵轴11穿过的中心孔。将泵轴11连接到电机组件的输出轴并且支撑泵轴11的泵轴连接部设置于由锥壳体34的朝向电机组件的内表面37形成的空间33内。锥壳体34的相反的外表面39与泵套筒22限定出与进水孔32流体连通以便接收从离心泵外面经由进水孔32进入的水的水空间35。根据本技术，进水孔32包括沿泵套筒22的周向方向间隔开分布的多个进水孔组，每一个进水孔组包括密集分布的多个进水孔。
27.下面描述叶轮区段50所包括的、安装于泵套筒22内的多个叶轮级组200。图示的离心泵的叶轮区段50包括4个叶轮级组200，当然，离心泵的叶轮级组的个数不限制为4，而是可以根据实际需求改变。
28.叶轮区段50中的叶轮级组200包括静止不动的支撑壳体60和导流壳体250。在轴向方向上，导流壳体250相比于支撑壳体60更靠近电机组件和进水区段30，也就是说，在离心泵处于竖直配置的使用过程中，导流壳体250位于支撑壳体60的下面。叶轮级组200中的支撑壳体60和导流壳体250在轴向方向上彼此接合，附接在一起，共同限定出在轴向方向上贯通的叶轮腔，并且在竖直方向上相邻布置的两个叶轮级组200中上一叶轮级组200的导流壳体250与下一叶轮级组200的支撑壳体60附接在一起。叶轮级组200还包括位于叶轮腔内的叶轮70，叶轮70与泵轴11接合并且被泵轴11驱动而同步旋转。在离心泵领域中，叶轮70与泵轴11通常通过花键接合方式接合在一起，泵轴11包括沿周向方向均匀分布的六个键齿111。
29.图2是图1的离心泵的叶轮级组的纵截面图。叶轮70包括圆筒形的毂部72和从毂部72、例如其上端附近径向向外并且轴向向上延伸的锥形壁74(与锥壳体34的延伸方向相反，因而也称为“正锥形壁”)，从锥形壁74的下表面79螺旋形延伸的叶片76，叶轮座78被固定地附接到叶片76的外周。叶轮70的毂部72、锥形壁74、叶片76和叶轮座78共同限定出允许水流经的离心通道75。根据本技术的原理，叶轮座78和叶轮70的其他部分可以一体地形成，也可以分开形成、之后通过诸如超声焊接等任何合适的方法附接到一起。叶轮70的叶轮座78包括筒形基部782和从筒形基部782的上端径向向外并且轴向向上倾斜延伸的正锥形壁784。
30.毂部72限定出中心孔71，中心孔71适于与泵轴11花键接合从而泵轴11驱动叶轮70使叶轮70随泵轴11同步旋转。毂部72的下端限定轴向向下、即朝向中心支撑端面73，叶轮座78、具体为其筒形基部782限定出外部支撑端面77。外部支撑端面77包括平行于轴向方向的一个径向端面和垂直于轴向方向的两个轴向端面。
31.叶轮70还包括设置在叶轮座78的外周面上的叶轮加固套781。加固套781包括沿正锥形壁784延伸的锥形套部分以及沿筒形基部782延伸的竖直套部分。加固套781的硬度大于叶轮座78的硬度。加固套781由硬质合金(例如不锈钢)制成，并且借助于超声波焊接附着至叶轮座78。由于加固套781采用硬度较高的硬质合金制成，因此能够保持叶轮座78的形状，继而保持叶轮70的形状，从而有效防止叶轮组件容易在高速旋转过程中损坏的问题，有效延长离心泵的安全性和使用寿命。
32.叶轮级组200的导流壳体250包括具有允许泵轴11延伸穿过的中心孔的中心部252，外周部254，以及在中心部252和外周部254之间呈辐射状延伸的导叶256。导流通道55通过导流壳体250的中心部252和外周部254以及相邻的外部静密封环98限定。
33.在朝向叶轮70的向上方向上，导流壳体250的中心部252限定出中心抵接端面262，中心抵接端面262被配置成始终与中心支撑端面73抵接接触。
34.在离心泵的非运转状态下，叶轮70装配在由支撑壳体60和导流壳体250的轴向叶轮腔中。中心支撑端面73与中心抵接端面262抵接接触，使导流壳体250对叶轮70提供支撑作用。
35.在离心泵的运转状态下，叶轮70随泵轴11(图2中未示出)高速旋转，水在叶轮70旋转产生的离心力的作用被从导流壳体250限定的导流通道吸入，进入叶轮70的离心通道75，之后被甩入下一个叶轮级组200的导流通道55。
36.叶轮70的叶轮座78的外周、具体为其正锥形壁784的上端外周和支撑壳体60之间限定出允许水中的杂质、例如泥沙向下沉淀的环形缝隙。离心通道75中流动的水流中的泥沙经过环形缝隙之后进入由叶轮级组200的支撑壳体60、导流壳体250和叶轮座78共同限定的杂质收集空间。
37.在离心泵的高速运转状态下，中心支撑端面73与中心抵接端面262始终保持抵接。除对叶轮70提供支撑之外，此抵接还接收来自叶轮70的轴向力，而轴向力的传递使得相互接触的两个端面73和262产生摩擦。为了降低由此摩擦对离心泵的功率和效率造成的影响，可以对端面73和262进行任何表面处理措施。在一个实施例中，可以对端面73和262施用抗磨擦涂层。在图示实施例中，不是简单地对表面施加抗磨擦涂层，而是分别向叶轮70和导流壳体250设置由抗磨擦材料制成的附加部件来提供端面73和262。例如，在图2中，陶瓷制成的中心动密封环92被嵌置于毂部72内用以提供摩擦端面73，由钨钢制成的中心静密封环94被嵌置于导流壳体250内用以提供摩擦表面262。
38.如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。如本文所使用的，术语“或”将被解释为数学或，即包括性的析取；除非另有明确说明，否则不作为数学异或(xor)。另外，单数形式“一个”，“一种”和“该”应被解释为“至少一个”，因此，除非另外明确指出，否则还可能包括多个相同种类的实体。还将理解，术语“包括”和/或“包含”指定存在所陈述的特征、动作、整体、步骤、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、动作、整体、步骤、操作、元素、部件和/或其组合。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。