叶轮的制作方法

专利名称：叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵叶轮等中的叶轮。
背景技术：
在安装于旋转轴的泵叶轮中，需要经得住施加于旋转轴的转矩和施加 于叶片的流体压力的结构。另外，为了制作用于得到的高流体性能的曲面 形状，叶轮通常使用铸件。以往的泵叶轮的例子记载于专利文献l中。在
该公报的图6中记载有泵叶轮，在此，叶轮主体通过键与旋转轴嵌合，电 动机的旋转力从旋转轴通过键向圆筒状轴套传递。在圆锥状轮毂安装有多 片叶片，向叶轮传递的旋转力处于克服施加于叶片表面的流体压力的关 系，负荷施加于轮毂和轴套的接合部。叶轮主体由铸件制作，因此，通过 局部地厚壁化叶轮的轮毂和轴套的接合部，能够制作出高强度的结构。专利文献1日本特开平10—47297号公报。
然而，难以用铸件制作廉价且轻量的叶轮。为了实现轻量化，如专利 文献1那样，考虑材料使用树脂等轻量的原材料，或用金属材料薄壁化的 方法。对叶轮也要求长的产品寿命，因此，需要使用耐腐蚀性高的不锈钢 等金属材料，使用廉价的同一板厚的金属材料作为主结构材料。
通过将叶轮制罐化，能够实现薄壁且轻量的结构，但薄壁的板结构与 铸件结构相比，轮毂和轴套的接合部的强度显著降低。在厚壁的结构中不 能实现轻量化，因此，在薄壁的板结构中寻求提高了轮毂和轴套的接合部 的强度的结构。

发明内容
本发明的第一目的在于提供增强轮毂和轴套的接合部的方法。另一方 面，由于增强轮毂和轴套的接合部，有时叶片根部的强度反而降低。在本发明中，作为第二对策，提供防止叶片根的强度降低的结构。
为了实现上述目的，本发明的制罐泵叶轮，其具备传递电动机的旋
转力的圆筒状的轴套；大致圆锥形状的轮毂；轮毂和轴套的接合部；在轮 毂上安装的多片叶片，其特征在于，将以增强轮毂和轴套的接合部为目的 的板接合焊接在所述轮毂的内表面和所述轴套的外表面上来进行配置。
所述板为了增强轴套的主要目的，优选配置的位置为轮毂和轴套的接 合部附近。在此，板的位置优选配置于比轮毂上的叶片的前缘侧根的前端 部的位置靠近轮毂和轴套的接合部的一侧，板的轮毂侧的焊接部位位于不 与轮毂上的叶片根部重叠的位置。另外，在轮毂上的叶片根部和板的位置 重叠的结构中，优选将板和轮毂的焊接部位配置于从在叶片根部整体中由 流体压力和离心力产生最大应力的位置远离的位置。
配置的板有以下两种，即没有开口部，不使流体流通的形状(以下 称密闭型)、和有开口部且使流体通过的形状(以下称开放型)，根据叶轮 的形状、尺寸、运行条件、焊接施工性、使用环境等而选定。密闭型有圆 板状形状、和经得住高的压力的壳(shell)形状，尤其在叶轮的轮毂内外 的压力差大的情况下采用壳形状。
在开放型中，在板设置有间隙或孔等开口部。特别是，出于防止板的 追加引起的叶片根部的应力的增加的目的，形成为在轮毂上的叶片根部附 近，在板上开设了半圆或半椭圆状开口部的形状。以相同的目的，将矩形 或圆弧形状的多片板配置于轮毂上的与叶片根部不重叠的位置。在这些开 放型的结构中，能够避免叶片根部和板在轮毂上重叠的情况，能够将板配 置于从轮毂和轴套的接合部远离的位置，能够实现考虑了焊接施工性的任 意的结构。
在轮毂开设了用于减少轮毂内外的压力差的圆形状的平衡孔的叶轮 中，包括为了确保叶轮内外的流路，将板的安装位置设在平衡孔和轮毂与 轴套的接合部之间的密闭型板；以及在轮毂与轴套的接合部和板之间开设 平衡孔，在板上开设开口部的开放型结构。在后者的开放型结构中，即使 是开设了所述半圆或半椭圆状的开口部的板形状，也能够确保通过平衡孔 的流路，另外，用矩形或圆筒形状的罩接合了平衡孔和板的结构也能够确 保流路。发明效果
根据本发明可知，在泵的叶轮中，能够增强承受离心力和流体压力的 轮毂和轴套的接合部，与以往的铸件制相比，能够得到轻量、高强度的叶 轮形状。
在轮毂上，叶片根部和板的安装部位重叠的结构中，由于结构上的不 连续性，产生叶片根部的应力增加的部位。特别是，密闭型的板受到高的 压力差，因此，在板的安装部位应力增加特别大，但在开放型的板中，通 过在叶片根部开设了开口部的形状，从而能够增强轮毂，而且还能够降低 叶片根部的应力增加。
通常，焊接部与母材金属部相比，腐蚀容易进行，需要焊接部的精加 工处理或涂敷等耐腐蚀对策。在密闭型中，轮毂和轴套的接合部的内侧的 焊接部位没有暴露于流体中，因此，不需要耐腐蚀对策。另外，在密闭型 中，轮毂和轴套的接合部的内侧不直接受到高的压力，因此，在轮毂和轴 套的接合部的内侧的精加工处理中可以选择强度低的条件。


图1是表示本发明的实施例1的泵叶轮的局部截面和板的正面的图。
图2是该泵叶轮根部的应力分布图。
图3是表示本发明的实施例2的泵叶轮的局部截面和板的正面的图。 图4是表示本发明的实施例3的泵叶轮的局部截面和板的正面的图。 图5是表示本发明的实施例4的泵叶轮的局部截面和板的正面的图。 图6是表示本发明的实施例5的泵叶轮的局部截面和板的正面的图。 图7是表示本发明的实施例6的泵叶轮的局部截面和板的正面的图。 图8是放大表示本发明的实施例7的叶轮的截面、板的正面、及轮毂
和轴套的接合部的图。
图9是放大表示本发明的实施例8的叶轮的截面、板的正面、及轮毂
和轴套的接合部的图。
图10是放大表示本发明的实施例9的叶轮的截面、板的正面、及轮
毂和轴套的接合部的图。
图中l一叶片；2 —轮毂；3 —轴套；4一轮毂和轴套的接合部；5 —板；6 —叶片根位置；7 —应力值；8 —开口部；9一圆筒罩；IO —平衡孔。
具体实施例方式
以下，基于

本发明的实施方式。此外，在以下的附图中，以 斜流泵为例进行说明，但只要是具有叶片的制罐旋转机械，就可以同样适 用本发明。另外，在以下的附图中，示出封闭式叶轮的例子，但也可以同 样适用于开放式叶轮。实施例1
图i是示出表示从叶轮的一点划线的中心线开始的上半部分的部分截
面、和板5的正面的图。叶轮是多片叶片1通过焊接安装于圆锥形状的轮 毂2的外表面而构成。将通过键(未图示)嵌合于旋转轴的圆筒状轴套3 和轮毂2进行焊接的部位成为轮毂和轴套的接合部4。在此，叶片l、轮 毂2、轴套3为铁系材料，具体而言，使用不锈钢。在制罐叶轮中，与以 往的铸件制相比，轮毂和轴套的接合部4的壁厚薄，需要提高支撑施加于 叶片l的流体压力、离心力、叶轮内外的压力差的轮毂和轴套的接合部4 的强度，利用焊接配置板5而增强。
所述板5在比安装于所述轮毂2的外表面的所述叶片1的所述缘侧根 部la的位置靠近所述接合部4的一侧，配置于由A表示的范围，且所述 板5、所述轮毂内表面的接合部位和所述叶片的所述轴套外表面上的根部 不在所述轮毂2的内外表面重叠。这是因为，在所述轮毂上的内外表面， 施加于叶片1的根的流体压力、离心力引起的应力与施加于板5的接合部 位的应力不重叠，应力不会局部集中于轮毂2。
在此，说明关于本实施例中的板5的配置位置相关的应力。图2的(a) 是板5的位置与轮毂2上的叶片1的根部重叠的情况的叶轮剖视图。图2 的(b)和图的2 (c)是表示图2的(a)的叶片根在箭头BC上的位置的 应力分布的示意图，图2的(b)是追加板5之前的应力分布，图2的(c) 是追加板5之后的应力分布。此外，在该图中，6表示从轮毂2的箭头B 到C方向的位置，7表示应力的大小。如图2的(c)所示，由于板5的 追加引起的结构上的不连续性，使板5的安装位置D的应力值局部变高。 板追加前的最大应力值E和板追加后的最大应力值F表示E<F的关系的情况居多。在这种情况下，通过板5的追加，增强轮毂和轴套的接合部4，
但叶片1的根部的应力反而上升，因此，表示叶片根部的强度降低。能够
用叶片根部的最大应力值F确保设计强度的情况下，能够在叶轮内部的任 意的位置设置板5，但在本实施例中，尤其在与叶片根部(图2的箭头BC 上)不重叠的位置即图1的A的范围内设置板5。通过本对策，能够抑制 叶片根部的应力上升。
此外，如图2的(a)所示，所述轮毂外表面上的所述叶片根部和所述 轮毂内表面上的所述板的安装位置D在所述轮毂2上的内外表面不重叠的 情况下，优选由流体压力与离心力对所述叶片根部产生最大应力的位置 (由G表示的范围)、和所述轮毂2的内表面(背面)的所述板5的安装 位置D在所述轮毂的内外表面不重叠，两应力相互协调而不突出。实施例2
图3是表示叶轮的截面和板5的正面的图。所述图l和图2的板5是 将圆筒状轴套3和板5大致垂直地焊接的例子。在焊接缝中，相互焊接的 板所成的角度越接近大致直角，强度就越高，另外，还提高焊接施工性。 在图3的本实施例中，成为将圆筒状轴套3和板5倾斜地焊接，将轮毂2 和板5大致正交地焊接，由此提高了轮毂2侧板5的焊接强度的结构。根 据该结构可知，能够提高比轴套3板厚薄且强度弱的轮毂2和板5的强度， 能够得到轻量 高强度的叶轮形状。
实施例3
图4是表示叶轮的截面和板5的正面的图。在本实施例中，作为提高 板5的轮毂2侧和轴套3侧两者的焊接强度的对策，将板5形成为板5与 轮毂2侧和轴套3两者大致正交地，在圆弧的径向的中央弯曲的形状。此 外，形成为在板5的径向的中央弯曲的肋状，因此，呈强度方面优越的壳 (shell)形状，在具有相同的强度的情况下，可以使用板厚薄的板5，有 助于轻量化。另外，板5与轮毂2和轴套3大致垂直地焊接，因此，强度 变高。
实施例4
图5是表示叶轮的截面和板5的正面的图。轮毂2的外部通过叶片1 的旋转而维持为高的压力，因此，在叶轮(轮毂2)内部和外部之间压力差大，高压力还施加于所述图1、 3、 4所示的密闭型板5。在本实施例中，作为经得住压力的结构为配置了强度比平板形状优越的壳(shell)形状的板5的结构。得到与所述实施例3相同的效果。实施例5
图6是表示本发明的具有板5的叶轮的截面和叶片1与板5的位置关系的正面的图。在本实施例中，为了增强轮毂2和轴套3的接合部4，在叶轮内部焊接配置板5，但为了避免叶片1的轮毂侧根部和板5在轮毂2上重叠，在轮毂侧根部和板5交叉的部分的板5上局部地开设开口部8。通过设置该开口部8，能够同时实现轮毂2和轴套3的接合部4的增强和叶片根部的应力增加的降低。另外，能够将板5的位置远离叶片根部的同时，设置于交叉而重叠的任意的位置，因此，只要是设置于从轮毂2和轴套3的狭窄的接合部4远离的宽敞的位置，即可提高焊接施工性。在此，作为开口部8的形状，可以选择半圆、半椭圆、矩形、梯形等形状。实施例6
图7是表示叶轮的截面和板5的正面的图。为了与所述图6相同地，避免叶片1的轮毂侧根部和板5在轮毂2上重叠，设置开口部8。在此，在所述图6中，在一片板上开设与叶片片数相同的数量的开口部8，但在本实施例中，其特征在于，在周向上分割的多片板5上与叶片根部不重叠地相互错开而形成配置开口部8。
实施例7
图8是放大表示叶轮的截面、板5的正面、及轮毂和轴套的接合部4的图。在板5开设了与所述图6相同的开口部8的形状，且在本实施例中，其特征在于，设置圆筒罩9。圆筒罩9是与板5和轮毂2接合，叶片根部在轮毂上不与板5重叠的结构。在所述图6、 7中，流体通过开口部8，因此，高的压力施加于轮毂和轴套的接合部4的内侧，另外，轮毂和轴套的接合部4的内侧的焊接部暴露于流体，因此，需要进行考虑了强度提高和腐蚀对策的设计。但是，在本实施例中，通过设置圆筒罩9，具有轮毂和轴套的接合部4的内侧不受到高的压力差，且不需要考虑轴套部内侧的腐蚀对策的效果。
实施例8图9是放大表示叶轮的截面、板5的正面、及轮毂和轴套的接合部4的图。在本实施例中，在轮毂2设置平衡孔10，减轻叶轮(轮毂2)内外的压力差。在追加了密闭型板5的所述1、 3、 4、 5、 8等的叶轮结构中，不能确保通过平衡孔10的流路。在本实施例中，通过在比平衡孔10的位置靠近轮毂和轴套的接合部4的一侧配置板5，从而除了具有轮毂2和轴套3的接合部4的内侧不与流体接触的密闭型，且不需要考虑轴套部内侧的腐蚀对策的效果之外，还具有能够确保叶轮内外的流路的效果。实施例9
图IO是放大表示叶轮的截面、板5的正面、及轮毂和轴套的接合部4的图。在本实施例中，是以与轮毂2的外侧的平衡孔IO对置的方式，在轮毂2的内侧的位置设置了开口部8的结构，并且是为了减轻在轮毂2和板5之间的紊流，用圆筒罩9直接连接开口部8和平衡孔10的结构。圆筒罩9与板5、平衡孔10接合，与所述密闭型的板5相同地，轮毂和轴套的接合部4的内侧不受到高的压力差，另外，不需要考虑轮毂和轴套的接合部4的内侧的腐蚀对策。
权利要求
1. 一种叶轮，其是泵的叶轮，具备传递电动机的旋转力的圆筒状的轴套；大致圆锥形状的轮毂；所述轮毂和所述轴套端面或外表面的接合部；在所述轮毂的外表面安装的多片叶片，其特征在于，在所述轮毂和所述轴套的接合部，将增强用板接合在所述轮毂的内表面和所述轴套的外表面上来进行配置。
2. 根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，在比安装于所述轮毂的外表面的所述叶片的根部的位置靠近所述轮 毂和所述轴套的接合部的一侧配置有所述板，所述板与所述轮毂内表面的 接合部位、和所述叶片在所述轮毂外表面上的根部在所述轮毂上的内外表面不重叠。
3. 根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，在所述板与所述轮毂内表面的接合部位、和所述叶片在所述轮毂外表 面上的根部在所述轮毂上的内外表面重叠的情况下，由于流体压力和离心 力而在所述叶片的根部产生最大应力的位置、和所述板与所述轮毂内表面 的接合部位在所述轮毂上的内外表面不重叠。
4. 根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述板具有曲面结构，与圆锥形状的所述轮毂的内表面和圆筒形状的 所述轴套的外表面的至少任一个正交。
5. 根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于， 所述板具有截面为壳形状的曲面结构。
6. 根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，具有通过在所述板的所述轮毂侧设置半圆、半椭圆、矩形、梯形状等 开口部，而使所述轮毂外表面上的所述叶片根部和所述轮毂内表面上的板 接合位置在所述轮毂上的内外表面不重叠的结构。
7. 根据权利要求6所述的叶轮，其特征在于，利用矩形或圆筒罩接合所述板的开口部和所述轮毂面，所述轮毂和所 述轴套的接合部的内侧不与流体接触。
8. 根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮在所述轮毂具有圆形状的孔即平衡孔，在比所述平衡孔靠近 所述轮毂和所述轴套的接合部的一侧配置有所述板，所述轮毂和所述轴套 的接合部的内侧不与流体接触。
9. 根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮在所述轮毂具有圆形状的孔即平衡孔，在比所述平衡孔靠近 所述轮毂和所述轴套的接合部的一侧配置有所述板，所述轮毂和所述轴套 的接合部的内侧不与流体接触。
10. 根据权利要求8所述的叶轮，其特征在于，在所述板设置开口部，用矩形或圆筒罩接合所述轮毂上的所述平衡孔 和所述板上的开口部，所述轮毂和所述轴套的接合部的内侧不与流体接 触。
全文摘要
本发明提供提高轮毂和轴套的接合部的强度的同时，抑制了叶片根部的应力增加的制罐泵叶轮。为了增强轮毂和轴套的接合部(4)，在叶轮内部接合板(5)。为了避免在轮毂(2)中，叶片(1)的根部和板(5)的重叠引起的应力增加，在轮毂(2)的叶片根部附近，在板(5)开设开口部(8)。在此，可以选择半圆、半椭圆、矩形、梯形等形状作为开口部(8)的形状。另外，作为板形状，可以选择平板、壳(shell)结构、弯曲结构。
文档编号F04D29/00GK101545499SQ20091000647
公开日2009年9月30日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年3月26日
发明者千叶由昌, 成濑友博, 林幸志, 田中定司, 田中行平, 福地贵树, 风间刚 申请人:株式会社日立工业设备技术