专利名称：离心泵的叶轮结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离心泵的叶轮结构，尤指一种可避免叶轮入流口处产生紊流以提高泵送效能、并可轻易进行叶片体的精确定位的叶轮结构。
目前的离心泵的叶轮结构，其设计制造上的考虑重点中，叶轮的泵送效能与叶片体的组装与定位问题是颇受到重视的。由于叶轮于入流口侧的表面平顺度直接关系到流道顺畅度与泵送效能，因此，如何避免在叶轮入流口侧产生高低表面造成紊流，是离心泵叶轮设计的一重要课题。也由于一叶轮上装设有至少六个以上的叶片体，且叶片体又是呈现不规则的涡形结构，所以在组装时的定位上较不容易，一旦叶片体的定位不精确，也将会直接导致叶轮泵送效能的降低。
并且，已知的叶片体背盖，由于是以钣金冲压制成，其大面积的背盖外缘不仅结构强度相对较差，且易产生皱折现象(平面度较差)，此种效应在叶轮(泵)的比速率(Specific Speed)较小时更为明显。现有技术均需以增厚背盖的方式来加强强度，并另以成本较高的车削加工方式来进行二次加工以增进背盖外缘的精密度，此将更进一步降低竞争力，所以仍有进一步改良的空间。
如美国专利第5,082,425号披露的叶轮结构，是在背盖(vanedcover plate)上设置若干弧状皱折(corrugation)结构，该弧状皱折的位置与外型约略对应于叶片体(vane)的底部(base)，因此只要将叶片体对准弧状皱折所形成的凹陷处便可进行叶片体的定位工作。但是，由于此种弧状皱折的设计困难且需要相对较为精密的加工过程，且即使叶片体定位后仍须复杂的治具将叶片体保持固定在该定位上以进行焊接工作，此将大幅增加背盖的设计与制造加工成本，并不利于产品的市场竞争力。并且，美国专利5,082,425号的叶轮结构，其叶轮的叶片体前端近入流口侧，仍无法完全覆盖贴平于叶轮毂(hub)前缘以及叶轮吸入部(suction port)，造成其入流口附近的叶轮表面因叶片体(vane)与叶轮毂(hub)及吸入部(suction port)的结合而产生高高低低的不平滑表面，流体于流经比一位置时极易产生紊流现象。一般熟知离心泵的人士均知，在叶轮入流口处若发生紊流，其对于泵送效能的影响是远大于叶轮的末端(较大外径端)的，所以美国专利第5,082,425号的叶轮结构虽具有定位上的精确度，欲未能解决紊流产生导致泵送效能降低的问题。
德国专利DE 44 46 193 C2号所揭露的叶轮结构，是由多个薄片状的涡型叶片体以激光焊接的方式结合在前、背盖之间以形成该叶轮。此种方式可解决叶片体于叶轮入流口侧的结合面所产生的高低不平滑表面及紊流现象，可因此获得较美国专利第5,082,425号更佳的泵送效能。然而，其最大的缺点，除了在于其叶片体无法以传统点焊方式结合于叶轮上，而需以雷射焊接进行其制造成本大幅增加之外，其叶片体的定位问题也相对地更为棘手，因此亦仍有进一步改进余地。
本实用新型的主要目的，是提供一种离心泵的叶轮结构，它具有叶轮输入流口侧表面平顺且不易产生紊流、泵送效能相对较高、无件结构简单、制造容易成本相对较低，且叶片体的定位容易但精确度却相对较高等优点。
为达上述的目的，在本实用新型的离心泵的叶轮结构的一较佳实施例中，该叶轮包括一叶轮毂、结合于该叶轮毂的背盖、其前端设有一入流口的前盖、以及多个叶片体，各个叶片体均具有固定于前盖的前结合片、固定于背盖的后结合片、以及介于前结合片与后结合片之间的叶片，借助多个叶片体结合于该前、背盖之间以将前、背盖之间的空间分隔成多个涡形的泵送流道，该叶轮结构的特征在于在叶片体的前结合片较接近入流口的一端，设计有一切口部，使在叶片体的前结合片结合固定于前盖上时，前结合片具切口部的端部并不会凸出至前盖近入流口的周缘，可使得当叶轮旋转泵送流体时，流体可较为顺畅地自入流口进入叶轮中而较不易产生阻流；在叶片体之后结合片较接近轴心的一端，设计有一弧状前缘，该前缘恰可贴近于叶轮毂的外缘以供初步定位，且此结构亦可保持叶轮于入流口近叶轮毂之处保持流道平顺状态而避免紊流产生；并且，于后结合片的前端接近该弧状前缘处设有一叶片体平衡孔，其位置恰对应于背盖上所设之一平衡孔上，而于后结合片的后端附近则设有一定位孔，借助该叶片体平衡孔以及定位孔，可使叶片体能轻易精确地定位于前、背盖之间，且于组装时只要以预先设计好的治具(可具有凸拴)分别穿过该叶片体平衡孔以及定位孔，便实质已完成叶片体的精确定位，十分简易方便且成本低。
较佳者，在叶片体的后结合片的弧状前缘附近，进一步设有一径向切边，其位于弧状前缘远离叶片之侧，并且，当多个叶片体被定位于前、背盖之间时，各叶片体的径向切边均沿轴心的径向方向延伸，且后一个叶片体的弧状前缘的前端(其有一径向切角)恰可微靠或接近于前一个叶片体的径向切边，以避免干涉并防止紊流产生。
较佳者，在背盖的外周缘，借助冲压工艺形成一外缘折边结构，除可避免背盖的外周缘发生皱折外，更兼具增强背盖结构强度及尺寸精度的功效。
较佳者，该叶轮还包括有一后密封环，其结合于背盖及叶轮毂上，于后密封环对应于背盖的平衡孔的位置处亦设置有后密封环平衡孔，其进一步包括于后密封环结合于叶轮毂的部分，通过冲压形成一凹凸齿状的内环结构，以增进后密封环与轴心之间的同心度及结合精度。
附图的简要说明
图1为本实用新型的离心泵的叶轮结构的一较佳实施例的立体外观图。
图2为如
图1所示的叶轮结构的剖面示意图。
图3为如
图1所示的叶轮结构的前视图。
图4为本实用新型的叶轮结构的一叶片体上视平面图。
图5为图4所示的叶片体的立体视图。
图6为本实用新型的后密封环的后视图。
较佳实施例说明请参阅
图1、图2及图3，其中显示了本实用新型的离心泵的叶轮1结构的一较佳实施例，该叶轮1可套合于一旋转轴心(图中未示)上，借由轴心带动叶轮1于一泵壳(图中未示)内旋转以达到泵送流体的目的。其中，
图1是为本实用新型的离心泵的叶轮1结构的一较佳实施例的立体外观图，图2是为剖面示意图，而图3则为此较佳实施例的前视图。
在本较佳实施例中，该叶轮1结构包括一叶轮毂10、一背盖20、一后密封环30、一前盖40、以及多个叶片体50。前盖40之前端(图2的左侧端)设有一入流口41。前述的背盖30、后密封环20、前盖40、以及叶片体50等元件是以钣金制成为较佳，但也可能是以铸造或CNC加工制成者。前述各元件之间，再以适当的结合方式(例如焊接、胶合等)相互固定而组成该叶轮1。
该叶轮毂10具有一轴孔11，可借助一方键(图中未示)套固于一轴心(图中未示)上并受其带动旋转。
该背盖30结合于叶轮毂10，于背盖30的适当位置处设有若干小孔径的背盖平衡孔31，以令背盖30之前、后两侧(图2所示的左、右两侧)的流体压力可得适当平衡，而避免压差过大。并且，在背盖30的外周缘可借助二次冲压工艺形成一外缘折边32结构，除可避免背盖30的外周缘发生皱折现象外，更兼具增进背盖30结构强度及尺寸精度的功效。此处之所以需设计该外缘折边32，主要是因为该平面环状的背盖30是由钣金所制成，有时容易在边缘发生细微的皱折起伏(不平整)而影响到后续装配时的尺寸精确度。本实用新型借助二次冲压，即，先借助第一次冲压工艺形成背盖30(不含外缘折边32)的主要结构部分，然后再进行第二次冲压并同时加以整形，来形成其外周缘的该外缘折边32。除了外缘折边32结构本身有助于结构强度的提升外，其二次加工整形亦同时使得背盖30外周缘的尺寸、平面度与精确度大增。同理，在本实用新型的另一较佳实施例中，亦可选择在前盖40的外缘增设一外缘折边(图中未示)，而具有与背盖之外缘折边相同的功效。
该后密封环20被固定于叶轮毂10及背盖30，如图6所示，后密封环20是借助二次冲压而形成的凹凸齿状的内环21结构，以套合于叶轮毂10的定位上，且后密封环20于对应于背盖30的背盖平衡孔31的位置处亦设置有若干后密封环平衡孔22，以供流体通过。由于本实用新型的后密封环20的内环21结构是以二次冲压制成(第一次冲压形成后密封环20的外观主体、第二次冲压形成该凹凸齿状内环21结构并同时进行整形)，所以尺寸精度较佳，与叶轮毂10之间的装配定位亦更容易。并且，当后密封环20与轴心(图中未示)组装时，该凹凸齿状内环21结构更可确保密封环20与轴心之间的同心度、以及叶轮出口与轴心之间的径向垂直度，因此与叶轮的流体泵送效能亦有密切关联。
多个叶片体50是结合于该前、背盖40、30之间，以将前、背盖40、30之间的空间分隔成多个涡形的泵送流道。各个叶片体50均包括一固定于前盖40的前结合片51、固定于背盖30的后结合片52、以及连接于前结合片51与后结合片52之间的叶片53，而使得叶片体50的剖面形成一类似Z字型(或反Z字型)的构型。
如图4及图5所示，在叶片体50的后结合片52较接近叶轮毂10(轴心)之一端，包括有一弧状前缘521及一径向切边523。该弧状前缘521的外型大致配合叶轮毂10外缘的尺寸形状，且其延伸长度恰配合于叶片体50的数量而将叶轮毂10外缘加以等分(例如，本较佳实施例的叶片体50数量为六个，所以弧状前缘521的长度恰约可包围叶轮毂10外缘的60度左右的角度部分)，其恰可贴近于叶轮毂10的外缘以供最初步的定位，且可保持叶轮输入流口近叶轮毂10的部分的平面平滑度以避免紊流的发生。并且，在该弧状前缘521附近设有一叶片体平衡孔524，其位置恰对应于背盖30上的背盖平衡孔31上，后结合片52于较远离弧状前缘521的端(即后端)附近则设有一定位孔522。借助该弧状前缘521与叶片体平衡孔524，可令叶片体50能轻易精确地定位于前、背盖40、30之间。如此，当进行叶片体50与背盖30的组装结合时，仅需将各叶片体50的各叶片体平衡孔524分别对准各背盖平衡孔31(也可以图中未示的具有预先定位的定位销的治具，由背盖30后侧以图中未示的定位销分别穿过定位孔522与叶片体平衡孔524)，便可轻易达到叶片体50两端的精确定位工作，如此便可十分轻易且精确地将叶片体50组装、定位于背盖30上，非常容易且成本低。
在弧状前缘521紧邻于叶片53的叶片前缘531的部分设有一径向切角(未编号)，而径而切边523则是位于弧状前缘521远离叶片前缘531之侧。借助此种结构，当多个叶片体50被定位于前、背盖40、30之间时，各叶片体50的径向切角与径向切边523将均沿轴心的径向方向延伸，且后一个叶片体50的径向切角恰可微靠(或接近)于前一个叶片体50的径向切边523(如图3所示)，不仅避免干涉的发生，且更可保持叶轮入流口端(即，叶片前缘531的两端位置)近轴心处的光滑平面度以避免紊流发生。本实用新型借助叶片体50对应于背盖平衡孔31位置的地方设置叶片体平衡孔524，以及定位孔522的设计，并搭配弧状前缘521的定位结构，将使得本实用新型的叶片体50的组装定位的精确度大增，但组装程序却相对更容易，且元件(例如背盖)结构也反而更简单化，完全克服了现有技术的缺陷。
此外，本实用新型于叶片体50之前结合片51较接近叶片前缘531(或入流口41)之一端，设有一切口部511，使叶片体50的前结合片51结合固定于前盖40上时，前结合片51具有切口部511的该端并不会凸出至前盖40近入流口41的周缘，所以叶片前缘531与前盖40相接处附近可呈现平顺的表面，可使得当叶轮1旋转泵送流体时，流体可较为顺畅地自入流口41进入叶轮1中，而较不易产生阻流与紊流。如图4所示，该前结合片51的切口部511的位置与大小，于本较佳实施例中，是以轴心的中心点0分别朝向“径向”方向延伸，使得叶片前缘531与前结合片51的切口部511边缘之间呈现一夹角α。于本较佳实施例中，该α夹角的角度以介于10-30度角左右为佳。
由于本实用新型的离心泵的叶轮1结构，其各元件的构形均十分简单，且各叶片体50借由叶片体平衡孔524、定位孔522、弧状前缘521与径向切边523等结构的设计，使得本实用新型的叶片体50的组装工作不仅十分简易且定位精确，更大幅降低紊流产生的机会，所以本实用新型无论于制造或是组装上均相对较为容易、精密且成本较低。此外，由于叶片体50的切口部511、弧状前缘521以及径向切边523等的设计，更使得本实用新型于叶片前缘531两端与前盖40及叶轮毂10前端相结合的处附近，均可呈现平滑表面状态，使泵送流体得以顺畅流过，于紊流的防止效果更佳、泵送效能更高，完全克服现有技术的缺失。
当然，以上所述是利用一较佳实施例详细说明本实用新型，而非限定本实用新型的范围，而且本领域的技术人员皆能明了的是，许多适当改变及调整，仍不失本实用新型的要义所在，亦不脱离本实用新型的精神和范围。
权利要求1.一种离心泵的叶轮结构，可套合于一旋转轴心上，由轴心带动叶轮旋转以达泵送流体的目的；该叶轮包括一叶轮毂、一结合于该叶轮毂的背盖、其前端设有一入流口的一个前盖、以及多个叶片体，各个叶片体均包括一固定于前盖的前结合片、一固定于背盖的后结合片、以及一介于前结合片与后结合片之间的叶片，通过把多个叶片体结合于该前、背盖之间以将前、背盖之间的空间分隔成多个涡形的泵送流道，该叶轮结构的特征在于在叶片体的前结合片较接近入流口的一端，有一切口部，使得当叶片体的前结合片结合固定于前盖上时，前结合片具有切口部的该端并不会凸出至前盖近入流口的周缘，可使得当叶轮旋转泵送流体时，流体可较为顺畅地自入流口进入叶轮中而较不易在该位置处产生阻流与紊流；在叶片体的后结合片较接近轴心的一端，设有一弧状前缘，该前缘恰可贴近于叶轮毂的外缘，且于叶片体的两端附近分别设有一接近于该弧状前缘附近的叶片体平衡孔以及一定位孔，叶片体平衡孔的位置恰对应于背盖上所设之一平衡孔上，借助定位孔与叶片体平衡孔可使叶片体能轻易精确地定位于前、背盖之间。
2.如权利要求1所述的离心泵的叶轮结构，其特征在于叶片体的后结合片的弧状前缘附近进一步地包括位于弧状前缘紧邻于叶片的部分的一径向切角以及位于弧状前缘远离叶片之侧的一径向切边，并且当多个叶片体被定位于前、背盖之间时，各叶片体的径向切角与径向切边均沿轴心的径向方向延伸，且后一个叶片体的径向切角恰可微靠或接近于前一个叶片体的径向切边。
3.如权利要求1所述的离心泵的叶轮结构，其特征在于在背盖的外周缘借助冲压工艺形成有一外缘折边结构，除可避免背盖的外周缘发生皱折现象外，更兼具增强背盖结构强度及尺寸精度的功效。
4.如权利要求1所述的离心泵的叶轮结构，其特征在于该叶轮进一步包括一后密封环，该密封环结合于背盖及叶轮毂上，在后密封环对应于背盖的平衡孔的位置处亦设置有后密封环平衡孔，在后密封环结合于叶轮毂的部分，借助冲压形成一凹凸齿状之内环结构，以提高密封环与轴心的同心度以及叶轮与轴心于径向的垂直度。
5.如权利要求1所述的离心泵的叶轮结构，其特征在于该前结合片的切口部的位置与大小，以轴心之中心点沿径向方向延伸，而使得叶片前缘与前结合片的切口部边缘之间呈现一夹角α，该α夹角的角度介于10-30度之间。
专利摘要一种离心泵的叶轮结构,包括:一叶轮毂、一背盖、一前盖、以及多个叶片体。各叶片体均具有一前结合片其固定于前盖、一后结合片固定于背盖、以及一叶片介于前、后结合片之间。前结合片近入流口之端设有切口部,使得在叶片体结合于前盖时,前结合片前端不会凸出至前盖周缘,后结合片较接近轴心的一端设有弧状前缘,该前缘恰可贴近于叶轮毂外缘,借助切口部与弧状前缘的设计,可保持叶轮入流口侧的表面平顺度而不易产生紊流。
文档编号F04D29/22GK2407166SQ0020034
公开日2000年11月22日 申请日期2000年1月10日 优先权日2000年1月10日
发明者简焕然, 欧宝荫, 高淑芬, 陈景富 申请人:财团法人工业技术研究院