泵以及具有所述泵的排水循环系统和家用电器的制作方法

本实用新型涉及一种泵，特别是用于洗衣机、洗碗机等家用电器的排水循环一体泵。

背景技术：

现有已知的循环排水一体泵通常采用双泵结构，一个泵驱动排水，另一泵驱动循环，两泵共同使用同一泵壳。这种构造无疑提高了泵壳制作成本，同时增加了采用这种双泵结构的家用电器(如洗衣机或者洗碗机)的电能损耗。此外，这种构造对机器内部安装空间要求较大，无形中增加了机器内部管路铺设的复杂程度，同时导致机器本身体积的增大，并带来制造成本的增加。公开号为CN204458396U的中国专利文献公开了一种用于家用电器的循环排放泵，其包括电机、泵壳、叶轮、加热装置及过滤器等。此构造即为使用双泵结构的典型，其排水部分与循环部分仍采用相对独立的结构，虽然排水部分与循环部分共用一个泵壳，但是这样的泵壳整体结构较大，无疑具有制造难度及成本大的问题，且该构造的排水效率与采用两个单泵结构相比并无明显改善。

目前需要提供一种新的泵结构，其具有良好而高效率的循环排水性能，同时制造成本低廉。

技术实现要素：

本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种排水循环一体泵，其通过重新设计泵壳泵腔结构、设置具有弧形面的挡块结构、并设计泵腔与叶轮间配合间隙等，在保证双出水管道工作不相互干扰的情况下，还具有提高泵工作效率、降低泵的功耗及成本等优势。

根据本实用新型的一个方面，提出了一种泵，其包括：

泵壳，其限定泵腔；

叶轮，位于所述泵腔内且能够沿两个方向旋转；

进水管道，液体沿所述进水管道通过泵壳进水口进入泵腔；

第一出水管道，当叶轮沿第一方向旋转时，液体沿第一出水管道离开泵腔；

第二出水管道，当叶轮沿第二方向旋转时，液体沿第二出水管道离开泵腔；

其中，第一出水管道和第二出水管道从泵壳的两侧向同一方向延伸，且第一出水管道具有比第二出水管道更大的横截面积；

其中，泵壳的内部轮廓采用蜗壳状设计，以用于形成蜗壳形泵腔。

如上特征能够以单个泵实现两种出水模式。同时，以简单的泵结构提高泵腔效率，降低制造成本且节约空间。

可选地，所述第一出水管道为排水管道，用于排出废弃液体，所述第二出水管道为循环管道，用于从泵腔排出液体以用于循环利用。

如上特征能够以单个泵实现排水循环一体化。

可选地，泵壳的外部轮廓包括第一圆弧部分和第二圆弧部分。

可选地，第一圆弧部分和第二圆弧部分具有不同半径。

通过双圆拼瓣形式的泵壳外部轮廓能够通过简单的结构形式实现两出水管道的不同直径设计的设计排布。

可选地，第一出水管道与第一圆弧部分相交，且第二出水管道与第二圆弧部分相交，其中第一圆弧部分的半径大于第二圆弧部分的半径。

通过上述特征，泵壳的双圆拼瓣的上述外部轮廓设计利于根据不同管道的出水量要求而合理设计管道直径。

可选地，第一和第二圆弧部分的圆心与泵壳进水口的中心重合。

通过上述特征，实现了简单且优化的泵壳外部轮廓设计。

可选地，第一圆弧部分和第二圆弧部分的圆心中仅一个与泵壳进水口的中心重合，且第一圆弧部分和第二圆弧部分的圆心中的另一个位于比泵壳进水口的中心更靠近第一或第二出水管道的位置。

通过上述特征，实现了简单且优化的泵壳外部轮廓设计，且能够满足不同出水管道要求不同排水量和效率的场合。

可选地，排水循环一体泵包括挡块，所述挡块具有弧形面，弧形面的圆心与泵壳进水口中心重合。

通过上述特征，利用具有弧形面的挡块，极大地减小了排水和循环功能之间的干扰。

可选地，弧形面与叶轮之间具有间隙b，所述间隙b满足：

0.01R₃≤b≤0.02R₃

其中R₃为叶轮外半径。

通过使得间隙b满足上述条件，可以避免液流堵塞及其带来的噪音、振动、汽蚀等问题。同时蜗壳型腔与循环侧挡块舌尖部处间距小，形成更高出水压力，提升循环管效率

可选地，所述挡块具有分别从第一出水管道内壁和第二出水管道内壁延伸的第一侧壁和第二侧壁。

挡块的上述设计有助于进一步实现排水及循环功能的不干扰效果。例如，挡块的弧形面与叶轮间隙处形成较大正压区域，从而叶轮旋转时，在离心力作用下，液体沿着叶轮旋转方向流动，从一管道排出，而另一管道在挡块的作用下压力较小，在一定扬程下不排水。

可选地，泵壳的蜗壳状内部轮廓与挡块的弧形面、第一侧壁和第二侧壁共同形成蜗壳形型腔。

根据如上特征，提供了蜗壳形型腔，其能够极大提高泵的出水效率。

可选地，第一侧壁经过第一出水管道内壁与泵腔内壁的交接点，且沿与弧形面相切的平面延伸，第二侧壁经过第二出水管道内壁与泵腔内壁的交接点，且沿与弧形面相切的平面延伸。

通过上述特征，实现了挡块的简单且优化的设计，有利于泵腔损失的降低和泵腔效率的提高。

可选地，所述蜗壳形型腔中心位于泵壳进水口中心处。

通过上述特征，实现了简单且优化的蜗壳形型腔设计。

可选地，第一侧壁与弧形面形成第一舌尖部，第二侧壁与弧形面形成第二舌尖部，第一舌尖部和第二舌尖部包含倒角特征部。

通过上述特征，实现了挡块的简单且优化的设计，且具有制造便利性。

可选地，所述挡块与泵壳一体形成。

可选地，第一侧壁或第二侧壁所在平面与弧形面的切点距出水管道中心的距离大于2mm。

可选地，第一侧壁或第二侧壁所在平面与弧形面的切点距出水管道中心的距离小于3mm。

通过上述特征，实现了挡块与泵壳、出水管道结构之间的优化设计。

可选地，第一出水管道或第二出水管道与进水管道之间的角度为90゜-180゜。

通过上述特征，排水及循环管道方向的设置使得整个泵腔出水效率较高。

可选地，第一出水管道或第二出水管道与进水管道之间的角度为90°。

通过上述特征，排水及循环管道方向一致而排水与循环管道与进水口间角度成90゜，使得整个泵腔出水效率最高。

根据本实用新型的另一方面，提出一种排水循环系统，其包括：

根据本实用新型的第一方面所述的排水循环一体泵；

电机，具有电机轴，所述电机轴能够带动叶轮沿两个方向旋转。

根据本实用新型的再一方面，提出一种家用电器，其包括如本实用新型的前一方面所述的排水循环系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。其中，附图仅仅用于展示本实用新型的一些实施例，而非将本实用新型的全部实施例限制于此。

图1是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了泵的基本结构；

图2是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了泵壳的双圆拼瓣结构；

图3是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了蜗壳形泵腔；

图4是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了进水管道与两个出水管道之间的位置关系；

图5是以另一角度展示了排水循环一体泵的示意图，并特别展示了进水管道与两个出水管道之间的位置关系；

图6是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了蜗壳形设计中的基准点设置；

图7是展示了泵壳与电机壳密封端面到泵腔内端面的高度的视图；

图8是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别说明了叶轮的内侧和外侧；

图9是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了挡块的具体结构；

图10是根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵的示意图，其特别展示了挡块与叶轮之间的位置关系；

图11是根据本实用新型的实施例的排水循环系统的示意图，所述排水循环系统采用了根据本实用新型前述实施例的泵；

图12展示了表示水流速度系数K₃与比转速n_s之间关系的示例性曲线；

图13展示了根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵进行排水操作时的压力云图；

图14展示了根据本实用新型的实施例的排水循环一体泵进行循环操作时的压力云图。

具体实施方式

为了使得本实用新型的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本实用新型具体实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本实用新型的实施例中，通过所公开的泵泵送的液体可以为水，但亦可为其他液体或溶液。特别是，尽管本实用新型中的一些部件的名称中出现了“水”的字样，例如“出水管道”、“进水管道”，“排水管道”、“排水循环”等，但并不代表本实用新型中的操作液体必须为水。即，例如，“进水管道”、“出水管道”可以用于纳入或排出除水之外的其他液体。

如附图1-5所示，泵1包括泵壳2以及由泵壳2限定的泵腔7。泵壳2包括进水管道4、第一出水管道5和第二出水管道6。其中，进水管道4用于将水或其他液体从泵腔7之外途经泵壳进水口11引入泵腔7，所述泵壳进水口11是液体进入泵腔7的圆形入口，下文中提及的基圆即从该泵壳进水口抽象出的圆。第一和第二出水管道5、6采用同向设置，二者从泵壳的两侧向同一方向延伸。更具体地，第一和第二出水管道5、6二者从泵壳的两侧朝向同一方向延伸且二者的管道中心线大致平行。第一和第二出水管道5、6可具有不同的横截面积。通常，第一和第二出水管道5、6分别为排水管道及循环管道，所述排水管道用于排出废水或其他液体，即将废水或其他液体从泵腔7排出、并随后进一步从安装有该泵的装置排出。而所述循环管道在需要排出循环水或液体的场合使用，即循环管道将水或其他液体从泵腔7排出、且随后在安装有该泵的装置内循环。优选地，如附图所示，排水管道5的直径大于循环管道6，以满足排水管道侧相比于循环管道侧更大的流量要求。由于该构造，可以以单个泵实现排水循环功能，因此该泵1可称为排水循环一体泵。在下文的实施例中，出于示例简洁的目的，将第一出水管道5和第二出水管道6分别称为排水管道5和循环管道6，但亦可以采取互换构造，即第一出水管道5为循环管道，第二出水管道6为排水管道。

叶轮3位于泵腔7内，其可在两个方向上旋转并用于带动泵腔7内的液体旋转。在附图1所示的实施例中，当叶轮3沿顺时针旋转时，液体(特别是废弃的液体)从排水管道离开泵腔7，当叶轮3沿逆时针方向旋转时，液体从循环管道6离开泵腔，用于再循环。

如图4-5所示，排水管道5与进水管道4之间的角度设置为90゜-180゜。优选地，将排水管道5与进水管道之间的角度设置成90゜，以有助于提高整个泵腔出水效率。根据实际使用要求，亦可将排水管道5(或循环管道6)与进水管道设置为处于其他角度。优选如图5所示，排水管道5和循环管道6的至少一部分(即，至少其从泵壳延伸出的部分)的管道中心线布置于基圆所在平面，或在所述平面下方。

上述排水循环一体泵1可安装到如图11所示的排水循环系统。排水循环系统可包括泵组件及电机组件。泵组件包括上述排水循环一体泵1以及封盖组件，其中封盖组件可包括封盖、密封垫、内支架等，封盖、密封垫用于密封所述泵。排水循环一体泵的泵壳与封盖组件以螺纹方式连接。电机组件与泵组件以螺钉方式紧固连接。电机组件包括电机22及相应轴承、连接件、支撑件等。

电机22具有电机轴，其能够带动叶轮3旋转进行正反转。为此，电机轴可以直接铆进叶轮中，也可以以其他方式与叶轮固定在一起。电机可以是能够进行正反转的无刷永磁直流电机。优选地，电机可以采用铁芯为敞开式、转子为1对极磁体的单相同步电机结构。

泵壳2的外部轮廓优选采用双圆拼瓣形式。具体地，泵壳的外部轮廓至少包括半径为R₁的第一圆弧部分9和半径为R₂的第二圆弧部分10，其中，R₂≤R₁。优选地，排水管道5与第一圆弧部分9相交，且循环管道6与第二圆弧部分10相交。

两个圆弧部分9、10可以同心，亦可不同心。若两个圆弧部分9、10同心，优选使得两个圆弧部分9、10的圆心与基圆圆心(即泵壳进水口11中心)重合。在这样的构造下，分布在泵两侧的循环管道6与排水管道5的出水效率相对平衡。若两个圆弧部分9、10不同心，两个圆弧部分的圆心可以都不与基圆圆心重合，或两个圆弧部分之一的圆心可以与基圆圆心重合。若两个圆弧部分的圆心之一与基圆圆心重合，则优选可令两个圆弧部分的圆心中的另一个位于比基圆圆心(即泵壳进水口的中心)更靠近第一或第二出水管道的位置。例如，根据实际应用场合，若要求排水管道5具有较高效率，则循环管道圆弧部分的中心(在图2的实施例中即半径为R₂的圆弧部分的圆心)与基圆圆心重合，排水管道5侧圆弧部分的圆心(在图2的实施例中即半径为R₁的圆弧部分的圆心)偏向循环管道侧。若在实际应用场合中要求循环管道6具有较高效率，则反向设置即可。优选地，具有较小半径R₂的圆弧部分用于循环管道侧，具有较大半径R₁的圆弧部分用于排水管道侧，以满足排水管道侧相比于循环管道侧更大的流量要求。

最佳如图2以及图9-10所示，泵腔7内设置有挡块8，挡块8可以单独形成并固定到泵壳2，也可以与泵壳2一体形成。

挡块8具有弧形面12，弧形面12的圆心优选与叶轮中心和泵壳进水口11的中心重合。弧形面12与叶轮之间具有防干涉间隙b。若叶轮3与挡块8之间的间隙b过大，则挡块舌尖部15、16(参见图9-10，且在下文中详述)处压力减小，导致泵腔效率降低。若叶轮与挡块8间的间隙b过小，则易造成液流堵塞，引起噪音及振动，在挡块舌尖处易发生汽蚀，降低泵壳寿命。优选地，防干涉间隙b满足如下限定条件：

0.01R₃≤b≤0.02R₃

其中R₃为叶轮外半径。

通过使得间隙b满足上述条件，可以避免液流堵塞及其带来的噪音、振动、汽蚀等问题，且提高泵腔效率。

在确定间隙b之后，弧形面12的半径R₄可根据如下公式确定：

1.01R₃≤R₄≤1.02R₃

挡块8还具有两个侧壁，即第一侧壁13和第二侧壁14。第一侧壁13与弧形面12形成第一舌尖部15，第二侧壁14与弧形面12形成第二舌尖部16。第一和第二舌尖部15、16优选具有倒角部。

最佳如图9所示，第一侧壁13经过第一出水管道(排水管道)内壁与泵腔内壁的交接点I₁，且沿与弧形面12相切的平面延伸。第二侧壁14经过第二出水管道(循环管道)内壁与泵腔内壁的交接点I₂，且沿与弧形面12相切的平面延伸。第一侧壁13所在平面与弧形面12的切点距第一出水管道5的中心的距离优选大于2mm，例如为2-3mm，或也可以采用其他尺寸，例如大于3mm。类似地，第二侧壁14所在平面与弧形面12的切点距第二出水管道6的中心的距离优选大于2mm，例如为2-3mm，或也可以采用其他尺寸，例如大于3mm。

为满足上述限定条件，挡块8的尺寸设计可以通过如下过程进行：以相应出水管道(循环管道6或排水管道5)内壁与泵腔内壁交接点I₁，I₂为起点，做直线与挡块8的弧形面12相切，若切点II₁，II₂距离距相应出水管道中心距离小于预定尺寸(如2mm，3mm等)，则在弧形处找一点III(图中未示出)距离相应出水管道中心距离为该预定尺寸，点III与交接点I₁或I₂间连线为挡块的侧面。若切点II₁，II₂距离出水管中心距离大于上述预定尺寸，则按照实际切线状态设置可得挡块的侧壁。

泵壳的内部轮廓采用蜗壳状设计。泵壳的蜗壳状内部轮廓、挡块8的弧形面12、第一侧壁13和第二侧壁14共同形成蜗壳形型腔，特别如图3所示。设计时，将蜗壳型腔中心选定在基圆圆心处。以泵腔中心为原点，选取多个基准点，以将型腔均分为若干等分，如图6，选取了分别位于D1-D8处的8个点，从而将型腔均分为8等分。型腔起始点(D1处)位于双圆拼瓣中心线上且靠近排水和循环管道6处。对于泵壳出水口处的基准点(图6中的D8处)，其泵壳出水流量Q及扬程H已知，因此可根据如下方法计算出此处型腔点至蜗壳型腔中心距离D₈：

其中Q为泵壳出水流量(m³/s)，H为泵壳出水口扬程(m)，R为基圆半径，K₃为水流速度系数，a值为泵腔高度值，即泵壳与电机壳密封端面18到泵腔内端面17的高度，如图7所示。

根据设计精度等需求，也可以将基准点的数量设置为12个，或其他数量。

上述公式中水流速度系数K₃可以通过比转速n_s而间接获取。

其中，比转速可通过如下公式计算：

其中n为涡轮转速(r/min)

在通过计算得到比转速之后n_s，通过经验公式或通过查询工程手册，可获知水流速度系数K₃。图12示例了表示水流速度系数K₃与比转速n_s之间关系的一个示例性曲线。

进而，第i个基准点处圆心距可通过如下公式计算得到

在通过如上公式得到全部点的位置后，将各点之间以圆弧光滑过渡从而得此处型腔。

下文中以两个圆弧部分9、10的圆心重合的情形为例，说明本方案的泵实现循环排水的过程。其中参考叶轮旋转方向定义叶轮叶片的内外侧：当叶轮旋转时，在叶轮旋转方向上靠前的叶轮叶片侧定义为叶片内侧19，另一侧限定为叶片外侧20。参考图8，其标示了逆时针转动时的叶轮叶片内外侧。

当电机22带动叶轮3逆时针转动时，排水管道5正常出水工作，循环管道6在一定扬程下不出水，例如对于家用洗衣机，可以通过设置泵和管道的尺寸而使得循环管道6在出水口高于30cm的情况下无液体流出。具体地，叶轮3逆时针旋转时，在离心力的作用下，叶轮叶片内侧19为高压区，外侧20为低压区。内侧19首先接近挡块8，由于挡块8的弧形面12与叶轮3的间隙较小，压力损失低，在两者间隙处形成较大正压区域，尤其在挡块8的舌尖部15、16延伸方向压力较大。叶轮3旋转时，在离心力作用下，液体沿着叶轮旋转方向流动，从排水管道5排出，循环管道6在挡块8的作用下压力较小，对循环管道6侧不会形成较大出水压力，在一定扬程下不排水，不形成干扰效果。另一方面，由于泵腔为蜗壳型，且R₂≤R₁，泵腔压力在循环管道侧损失较小，叶轮旋转作用下，在排水管道5侧形成较大的排水压力，能够提升排水效率。

基于相同的原理，当电机22带动叶轮3顺时针转动时，循环管道6正常出水工作，排水管道5在一定扬程下不出水。以家用洗衣机为例，可以通过设置泵和管道的尺寸，使得排水管道5在出水口高于50cm的情况下无液体流出。

图13-14分别展示了排水和循环时的压力云图，可以看出具有如上特征的泵在各种使用状态下都具有较高的泵腔出水效率。

因此，本方案的排水循环一体泵能够保证双出水管道工作不相互干扰，同时通过重新设计泵壳泵腔结构、设计挡块结构、设计泵腔与叶轮间配合间隙等，极大提高了泵工作效率，降低了泵的功耗及成本。

根据本实用新型所述的泵可应用于多种家用电器，例如但不限于洗衣机、洗碗机等，但所述泵亦可用于其他应用，例如需要双排水模式的工业电器等。

以上所述的内容仅是本实用新型的示范性实施方式，而非用于限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。

附图标记列表

1 泵

2 泵壳

3 叶轮

4 进水管道

5 第一出水管道(排水管道)

6 第二出水管道(循环管道)

7 泵腔

8 挡块

9 第一圆弧部分

10 第二圆弧部分

11 泵壳进水口

12 弧形面

13 第一侧壁

14 第二侧壁

15 第一舌尖部

16 第二舌尖部

17 内腔端面

18 端面密封面

19 叶片内侧

20 叶片外侧

22 电机

R 基圆半径

R₁ 第一圆弧部分的半径

R₂ 第二圆弧部分的半径

R₃ 叶轮外半径

R₄ 弧形面的半径

a 泵腔高度值

b 弧形面与叶轮之间的间隙

I₁ 排水管道内壁与泵腔内壁的交接点

I₂ 循环管道内壁与泵腔内壁的交接点

II₁ 第一侧壁所在平面与弧形面的切点

II₂ 第二侧壁所在平面与弧形面的切点