专利名称：多级式钣金泵的浮动式叶轮结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，尤指一各适用于沈水泵的钣金制多级泵，其叶轮上设有止推轴承结构且可沿着旋转轴进行小距离之滑移，使叶轮于旋转时能在钣金泵的泵壳内保持适当的位置，以避免叶轮于轴向滑移时与泵壳发生剧烈摩擦并可方便组装。
目前的多级式离心泵浦(例如沈水泵)多是将数个设有泵送流道导叶体的泵壳组与旋转叶轮依序串接组合在一旋转轴上，借由旋转轴带动叶轮使其在泵壳壳体内部进行相对旋转运动，达到将泵壳内部之流体加压泵送的目的。传统以模具铸造制成的多级式泵浦壳体结构由于较为笨重、材料特性较差、不易形成流道导致泵送效率较低等缺点，因此现今已渐渐被钣金制之泵壳壳体结构所取代。
对于钣金制之多级式离心泵浦来说，由于导叶体与泵壳壳体为固定不动，而叶轮则是在壳体内进行高速旋转运动。然而，由于钣金泵壳壳体在冲压工艺下无法达到完美的加工精度，且钣金制之壳体也相对较易产生变形。因此，当数个壳体组被施以轴向加压以便组装定位于旋转轴上并达到密封止漏效果时，不仅各个壳体组的制造公差累积，且其各个泵壳壳体于压力下或多或少还产生不同程度的变形，而此种冲压加工精度与泵壳壳体变形量的不易控制，将增加叶轮于泵壳壳体内部定位的不确定性，使得叶轮在旋转时有可能与壳体内侧或导叶体发生摩擦而降低泵送效率与使用寿命。更何况，即使在组装时没有问题，一旦该泵浦正式运转时，其泵送流体的压力(尤其是叶轮出口压力高时)更会对叶轮产生一轴向推力(推向进口侧)，且又因为各个泵壳壳体所承受的泵送流体的压力并不相同(愈近泵浦流体出口压力愈大)其对于泵壳壳体的变形量亦不相同，而影响到叶轮的定位而可能与泵壳产生剧烈摩擦。反之，当泵送流体为大流量时，每一组叶轮所产生的压力较低，有可能造成由轴向流入叶轮之流体冲力大于泵送压力对叶轮背盖产生之轴向推力，此时，叶轮的受力将成为由进口侧推向背侧而使叶轮向后移动，所以仍有可能产生剧烈摩擦。
有人曾针对使用塑料材质叶轮的多级式离心泵浦加以改进设计，使其塑料材质叶轮呈一浮动式状态，亦即，叶轮于组装后仍在轴向上可自由滑动一适当程度，因此，在进行数个泵壳组的组装时，不需太在意叶轮于轴向上的定位，于是其组装的困难度与成本均大幅降低。例如，中国台湾专利申请号第86221555号专利案便是其中一例。然而，此种针对塑料材质叶轮的结构，因为其仰赖塑料材质叶轮来直接当作轴承与摩擦件来使用，倘若直接转用于钣金泵之钣金叶轮上时，将导致叶轮因金属与金属之间快速剧烈的摩擦而损坏。所以，常用针对塑料材质叶轮所设计的浮动式叶轮结构无法适用于多级式钣金泵上，而存有进一步改进的必要。
其他有关多级式离心泵的参考资料，请参考US.4,877,372、US.5,082,425、US.5,344,678、US.5,425,618、US.5,201,848US.5,234,317、US.5,133,639、EP(欧洲专利)0492575A1、EP.0257358A2、PCT.WO 94/23211、DE.4446193C2。然而，其中没有任何一项公知专利相同于本案的结构特徵。
本实用新型之主要目的，在于提供一种多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其不仅可解决叶轮的轴向定位问题而且使组装更为容易，且更针对钣金制之叶轮结构设计若干独特的轴套与止推环结构，来达到轴承与止推轴承的功效，使叶轮在运转时完全不会产生金属与金属之间的剧烈摩擦。
本实用新型之另一目的，在于提供一种多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，于叶轮上所设置之轴套与止推环上，还设置有若干凹沟结构，可使轴套与止推环于旋转摩擦时所产生的细屑、或是泵送流体中所含的砂粒，均可借由该凹沟结构迅速排离轴套或是止推环的摩擦面，而可降低摩擦系数、提高泵送效率、并延长轴套与止推环的使用寿命。
为达到上述目的，本实用新型之多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，该多级式钣金泵由数个(数级)钣金泵壳组依序串接组合于一旋转轴上所构成，每一个(级)钣金泵壳组均是由包括以钣金制成之一叶轮及一导叶泵壳所构成，在泵壳内并设有一导叶体，旋转轴可带动叶轮于泵壳内旋转，并因此将流体由叶轮之一入流口吸入并经导叶体泵送向下一级之泵壳组；该浮动式叶轮结构的特徵在于于钣金制叶轮上增设有一叶轮毂及一叶轮前止推环；叶轮毂包括有由塑料注射一体成型之叶轮毂钣金部与叶轮毂塑料部，叶轮毂钣金部为金属材料其可供焊接固定于该叶轮背盖上，叶轮毂塑料部为塑料材质其具有一轴孔以供套合于该旋转轴并与其同步旋转；以及，叶轮前止推环包括有由塑料注射一体成型的止推环钣金部与止推环塑料部，止推环钣金部为金属材料其可供焊接固定于该叶轮前盖之入流口外周缘，止推环塑料部为塑料材质；所述数个钣金泵壳组串接组合于一旋转轴时，该叶轮可沿旋转轴之轴向上自由移动一适当距离，并且，当旋转轴带动叶轮于泵壳中旋转时，即高压泵送流体时，叶轮可因泵送流体的压力而朝向叶轮入流口侧方向移动，并促使叶轮前止推环之止推环塑料部承靠于相邻另一钣金泵壳组的泵壳表面，而提供一类似止推轴承的作用，使本实用新型之钣金制叶轮在运转时完全不会产生金属与金属之间的剧烈摩擦。
较佳是，该钣金泵壳组中还包括有一旋转轴套及一导叶毂。旋转轴套为塑料材质所制成且套合于旋转轴上并与其同步旋转，所述数个钣金泵壳组串接组合于一旋转轴上时，该旋转轴套之一端邻近于叶轮毂之叶轮毂塑料部。导叶毂包括有由塑料注射一体成型的导叶毂钣金部与导叶毂塑料部，导叶毂钣金部为金属材料其可供焊接固定于该导叶体较近旋转轴之内边缘，导叶毂塑料部为塑料材质其设有一中心孔以供套合于该旋转轴套上，旋转轴套可在旋转轴的带动下而与导叶毂进行相对旋转运动。并且，于叶轮毂的叶轮毂塑料部与导叶毂的导叶毂塑料部之间，还设置有一中空环状电木片，该电木片套合于旋转轴上。因此，当进行低压大流量之流体泵送，使叶轮因入流口之流体冲力而后退时，导叶毂塑料部前侧、电木片、与叶轮毂塑料部后侧之间形成塑料与电木片的抵顶面，可大幅降低摩擦系数。
较佳是，于导叶毂塑料部朝向叶轮毂之侧的表面上、该叶轮毂之叶轮毂塑料部较接近导叶毂之侧的表面上、以及止推环塑料部朝向较远离止推环钣金部之侧的表面上，均设有若干沿径向呈辐射放射状延伸的狭长凹沟。而叶轮毂塑料部之内侧表面上则设有若干沿轴向延伸的狭长凹沟。使各元件旋转摩擦时所产生的细屑、或是泵送流体中所含的砂粒，均可借由该凹沟结构迅速排离摩擦面，而可降低摩擦系数、提高泵送效率、并延长轴套与止推环的使用寿命。
以下结合附图详细说明本实用新型的较佳实施例。其中
图1为本实用新型之多级式钣金泵的浮动式叶轮结构的一较佳实施例图。
图2A、2B为本实用新型之浮动式叶轮结构之叶轮毂的剖面图与正视图。
图3A、3B为本实用新型之浮动式叶轮结构之叶轮毂前止推环的剖面图与正视图。
图4A、4B为本实用新型之浮动式叶轮结构的旋转轴套的剖面图与正视图。
图5A、5B为本实用新型之浮动式叶轮结构之导叶毂的剖面图与正视图。
图6A、6B为本实用新型之浮动式叶轮结构的电木片的剖面图与正视图。
图7为本实用新型之叶轮前止推环的另一实施例装置于叶轮上的剖面示意图。
图8为多级式钣金泵之浮动式叶轮结构的另一较佳实施例的剖面示意图。
图9为图8中耐磨件63之一较佳实施例正视图。
请参阅
图1，为本实用新型之多级式钣金泵的浮动式叶轮结构的一较佳实施例。该多级式钣金泵由数个(或称为数级)钣金泵壳组6(图中仅表示其中两相邻泵壳组6)依序串接组合于一旋转轴5上所构成，则该泵壳组6由包括一导叶泵壳(包括泵壳外壳61、泵壳内壳62、及一导叶体8)、一叶轮7、及一止漏环9等元件所构成，旋转轴5可带动叶轮7于泵壳61、62内旋转，并因此将流体由叶轮7前侧(
图1右侧)之一入流口71吸入并泵送经后方(
图1左方)之导叶体8后流向下一个(级)泵壳组。由于前述之旋转轴5、泵壳61、62、止漏环9、及导叶体8的细部结构并非本实用新型之要求特徵所在，因此于以下说明中将不加以赘述。
本实用新型之特点主要有于该浮动式叶轮结构，如
图1至图6所示，于本实用新型之浮动式叶轮结构的一较佳实施例中，该钣金制叶轮7除了一般所具有之一前盖711、一背盖712、及数个叶片(未编号)结合于前盖711与背盖712之间等元件之外，于钣金制叶轮7上还包括一叶轮毂72、一叶轮前止推环73、一旋转轴套74、一导叶毂75、及一电木片76。
如
图1与图2A、2B所示，叶轮毂72包括有由塑料注射一体成型之叶轮毂钣金部721与叶轮毂塑料部722。叶轮毂钣金部721为金属材料(以不锈钢为较佳)其可供焊接固定于该叶轮7之背盖712，叶轮毂塑料部722为塑料材质(以公知之PBT或是工程塑钢材质为较佳)其具有一轴孔724以供套合于该旋转轴5并与其同步旋转，以传递动力。该叶轮毂72之叶轮毂钣金部721之构形是对应配合于叶轮7较近旋转轴5之内边缘形状所设计。叶轮毂72之叶轮毂塑料部722较接近导叶毂75之侧的表面上，设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之狭长凹沟723。
如图3A、3B所示，叶轮前止推环73包括有由塑料注射一体成型之止推环钣金部731与止推环塑料部732。止推环钣金部731为金属材料其可供焊接固定于该叶轮7前盖711之近入流口71外周缘附近。止推环塑料部732为塑料材质。该叶轮前止推环73之止推环钣金部731之构形是对应配合于叶轮7较近入流口71侧外周缘的形状所设计。并且，于止推环塑料部732朝向较远离止推环钣金部731之侧的表面上，设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之狭长凹沟733。
当将数个钣金泵壳组6串接组合于一旋转轴5上时，该叶轮7可沿旋转轴5之轴向上自由移动一适当距离，并且，当旋转轴5带动叶轮7于泵壳中旋转时，叶轮7将因泵送流体的压力而朝向叶轮入流口71侧方向移动，并促使叶轮前止推环73之止推环塑料部732承靠于相邻另一钣金泵壳组6的泵壳外壳61表面，而提供一类似止推轴承的作用。因此，当本实用新型之叶轮7运转时，止推环塑料部732可作为一止推轴承，使钣金材质之叶轮7与泵壳61完全不会产生金属与金属之间的剧烈摩擦，而可克服公知技术的缺点。
如图4所示，该旋转轴套74具有一轴孔741，其为塑料材质所制成且套合于旋转轴5上并与其同步旋转，当将数个钣金泵壳组6串接组合于一旋转轴5上时，该旋转轴套74之一端是邻近于叶轮毂72之叶轮毂塑料部722。
如图5A、5B所示，该导叶毂75包括有由塑料注射一体成型之导叶毂钣金部751与导叶毂塑料部752，导叶毂钣金部751为金属材料其可供焊接固定于该导叶体8上，导叶毂塑料部752为塑料材质其设有一中心孔754以供套合于该旋转轴套74上，旋转轴套74可在旋转轴5的带动下而与导叶毂75进行相对旋转运动。导叶毂钣金部751的构形是对应配合于导叶体8较近旋转轴5之内周缘形状设计。并且，于导叶毂塑料部752朝向叶轮毂72之侧的表面上，设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之凹沟753。此外，于导叶毂塑料部752朝向旋转轴套74之侧(内侧)的表面上，则设有若干沿轴向呈平行延伸之狭长凹沟754。借由此种构造，导叶毂75与旋转轴套74将会在旋转轴5旋转时产生相对旋转运动，而提供轴承作用。显然，亦可选择将前述该平行延伸之狭长凹沟754改设置在旋转轴套74之外侧表面上(图中未示)而可具有相同的效果。
如图6A、6B所示，该电木片76是呈一中空环状结构，其设置于叶轮毂72的叶轮毂塑料部722与导叶毂75的导叶毂塑料部752之间，且可与旋转轴5同步旋转。因此，当进行低压大流量之流体泵送使叶轮7因入流口71之流体冲力而后退时，导叶毂塑料部752前侧、电木片76、与叶轮毂塑料部722后侧之间形成塑料与电木片的抵顶面，提供类似止推轴承的作用，不至于产生金属与金属之间的摩擦，可大幅降低摩擦系数。
请参阅图7，为本实用新型之叶轮前止推环73a之另一实施例装置于叶轮上的剖面示意图。于该较佳实施例中，该叶轮前止推环73a也同样包括有由塑料注射一体成型之止推环钣金部731a与止推环塑料部732a，于止推环塑料部732a上也同样设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之狭长凹沟(此图未示)。不同的是，于图7的示之实施例中，在止推环钣金部731a较外缘处(半径较大处)还设有一弹性结构734，而止推环钣金部731a与叶轮7前盖711相互焊接固定的位置，是在弹性结构734更外缘(半径更大)之焊接区域735，而止推环钣金部731a较弹性结构734更内缘(半径较小)的部分则不焊接而呈一自由状态。借由此种结构，当叶轮7于运转或受到泵送流体的高压时，即使叶轮7本身并未与旋转轴呈百分之百垂直的状态，然而因本实用新型之止推环钣金部731a内缘是成一自由状态，因此可进行小幅度的角度校正，使止推环塑料部732a得以完全平贴于相邻一组(级)的钣金泵壳壳体上，以降低摩擦力。
如图所示，于该较佳实施例中，该旋转轴5呈六角柱状，且叶轮毂72之轴孔724、及旋转轴套74之轴孔741，均设计成六角状以对应套合于六角柱状之旋转轴5上，使叶轮毂72与旋转轴套74可受旋转轴5所带动旋转。然而，于本实用新型中，此处所提之六角柱状之旋转轴5仅为本实用新型之传动方式的一较佳实施例，并非唯一实施例。凡是任何常用之传动方式，例如借由方键或是卡榫、凸齿结构来结合叶轮毂与旋转轴套于旋转轴上并与其同步旋转者，均应属于本实用新型之可实施范围。
并且，于导叶毂塑料部752、叶轮毂72之叶轮毂塑料部722、以及止推环塑料部732的适当表面(即，会受到相对摩擦运动之表面上)，均分别各设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之狭长凹沟753、723、733。而导叶毂塑料部752之内侧表面上则设有若干沿轴向延伸之狭长凹沟752。使各元件(尤指塑料部分)旋转摩擦时所产生的细屑、或是泵送流体中所含的砂粒，均可借由这些凹沟结构迅速排离摩擦面，而可降低摩擦系数、提高泵送效率、并延长各轴套与止推环的使用寿命。
请参阅图8及图9，为本实用新型之多级式钣金泵的浮动式叶轮结构的另一较佳实施例。其大部分元件相同于前述实施例，故相同或类似的元件将给予相同的名称及编号，然而，若有改变不同之元件则将在原编号后另增加一英文字母以便区别，且不重复赘述其结构与功效，而新增之元件则以新名称及编号加以识别。如图8所示之较佳实施例中，其最大的不同点是在外壳61b之前端内周缘611与内壳62前端周缘621之间更增设置有一陶瓷耐磨件63，而该前端内边缘611的内径亦对应增大以容纳该耐磨件63。并且，叶轮前止推环73b之止推环塑料部732则由止推环钣金部731b向前突伸出朝向该耐磨件63，使得当叶轮7于受到高压泵送流体的推动而浮动位移向前一级泵壳组时，该止推环塑料部732b将抵靠于该陶瓷耐磨件63。可借由陶瓷与塑料之间相对较低的摩擦系数来降低泵浦运转时之摩擦噪音并提高泵送效率，且陶瓷的耐磨性较佳亦使得泵浦的使用寿命得以延长。如图9所示，为该陶瓷材料耐磨件63，于本较佳实施例中可以紧配的方式装配于外壳61b之前端内周缘611中，且于耐磨件63之外周缘631以及该前端内边缘611之间均可分别设计成相互对应嵌合之凹凸齿状结构，不仅借由对于该前端内周缘611二次加工形成该凹凸齿状结构可提高加工尺寸精度，且此种前端内周缘611与耐磨件63之外周缘631之间的凹凸齿状嵌合方式更可增加结合的稳固及可靠度。
显然，以上所述是通过数个较佳实施例详细说明本实用新型，而非限制本实用新型之范围，而熟悉此技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的改变及替换，应视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，该多级式钣金泵由数个(数级)钣金泵壳组依序串接组合于一旋转轴上所构成，每一个(级)钣金泵壳组均由包括以钣金制成之一叶轮及一导叶泵壳所构成，于泵壳内并设有一导叶体，旋转轴可带动叶轮于泵壳内旋转，该浮动式叶轮结构的特徵在于所述钣金制叶轮上还设有一叶轮毂及一叶轮前止推环；所述叶轮毂包括有由塑料注射一体成型之叶轮毂钣金部与叶轮毂塑料部，叶轮毂钣金部为金属材料其可供焊接固定于该叶轮之背盖，叶轮毂塑料部为塑料材质其具有一轴孔以供套合于该旋转轴并与其同步旋转以传递动力；所述叶轮前止推环包括有由塑料注射一体成型之止推环钣金部与止推环塑料部，止推环钣金部为金属材料其可供焊接固定于该叶轮之前盖近入流口处，止推环塑料部为塑料材质；所述数个钣金泵壳组串接组合于一旋转轴，该叶轮可沿旋转轴之轴向上自由移动一适当距离，所述旋转轴可带动叶轮于泵壳中旋转，叶轮由于泵送流体的压力而朝向叶轮入流口侧方向移动，并促使叶轮前止推环之止推环塑料部承靠于相邻另一钣金泵壳组的泵壳表面。
2.如权利要求1所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述钣金泵壳组还包括有一旋转轴套，为塑料材质所制成且套合于旋转轴上并与其同步旋转，所述数个钣金泵壳组可串接组合于一旋转轴，该旋转轴套之一端是邻近于叶轮毂之叶轮毂塑料部；以及，一导叶毂，包括有由塑料注射一体成型之导叶毂钣金部与导叶毂塑料部，导叶毂钣金部为金属材料其可焊接固定于该导叶体，导叶毂塑料部为塑料材质其设有一中心孔以供套合于该旋转轴套上，旋转轴套可在旋转轴的带动下而与导叶毂进行相对旋转运动。
3.如权利要求2所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述叶轮毂的叶轮毂塑料部与导叶毂的导叶毂塑料部之间，设置有一中空环状之电木片，该电木片套合于旋转轴上。
4.如权利要求2所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述导叶毂塑料部朝向叶轮毂之侧的表面上，设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之凹沟。
5.如权利要求2所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述导叶毂塑料部朝向旋转轴套之内侧表面上设有若干沿轴向延伸之狭长凹沟。
6.如权利要求2所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述叶轮毂之叶轮毂塑料部较接近导叶毂之侧的表面上，设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之狭长凹沟。
7.如权利要求1所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述止推环钣金部较外缘处(半径较大处)可设有一弹性结构，而止推环钣金部与叶轮前盖焊接固定的位置，是在弹性结构更外缘(半径更大)之一焊接区域，而止推环钣金部较弹性结构更内缘(半径较小)的部分则不焊接而呈一自由状态。
8.如权利要求1所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述止推环塑料部朝向较远离止推环钣金部之侧的表面上，设有若干沿径向呈辐射放射状延伸之狭长凹沟。
9.如权利要求2所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述旋转轴为六角柱状，所述叶轮毂之轴孔、及旋转轴套之中心孔，均设计成可对应套合于六角柱状之旋转轴上，即叶轮毂与旋转轴套可受旋转轴所带动旋转。
10.如权利要求1所述的多级式钣金泵的浮动式叶轮结构，其特征在于，所述泵壳之前端内周缘可设置有一陶瓷耐磨件，而叶轮前止推环之止推环塑料部则突伸朝向该耐磨件一适当长度，即叶轮被泵送流体的压力推动而浮动位移向相邻一级泵壳组时，该止推环塑料部将抵靠于该陶瓷耐磨件上。
专利摘要一种多级式钣金泵的浮动式叶轮结构,其设有一叶轮毂及一叶轮前止推环。叶轮毂包括有叶轮毂钣金部与叶轮毂塑料部,叶轮毂钣金部焊接于叶轮内周缘,叶轮毂塑料部套合于旋转轴受其带动旋转。叶轮前止推环包括有止推环钣金部与止推环塑料部,止推环钣金部焊接于叶轮前缘。叶轮运转时,止推环塑料部承靠于另一钣金泵壳的表面而起止推轴承作用,因此运转时不会产生金属间的剧烈摩擦。于叶轮毂与止推环的塑料部上还设有若干凹沟。该结构可降低摩擦系数、提高泵送效率、并延长使用寿命。
文档编号F04D1/00GK2409357SQ0023189
公开日2000年12月6日 申请日期2000年3月21日 优先权日2000年3月21日
发明者简焕然, 欧宝荫, 高淑芬, 廖荣钊 申请人:财团法人工业技术研究院