离心泵的制作方法
【专利摘要】本发明涉及离心泵，具体地，本发明的实施例包括一种离心泵组件，该离心泵组件包括限定腔的泵壳、位于腔内的叶轮以及固定到叶轮的轴。所述泵壳包括内表面，该内表面具有被配置为增大流过所述内表面的流体流的湍流的几何图案。所述叶轮包括一个或多个叶片和围带。所述泵壳的内表面和叶轮的围带限定泄漏路径。
【专利说明】离心泵
[0001]相关申请的交叉引用
本专利申请要求2012年7月26日提交的美国临时专利申请序列号61/676，024的优先权，该美国申请的全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0002]本发明的示例性实施例涉及泵组件，更具体地涉及具有提高的效率的离心泵组件。
【背景技术】
[0003]轴驱动式离心泵通常用于汽车发动机冷却。通过使水或其它流体轴向进入泵中并且径向地排出到一个或多个蜗壳中来操作离心泵。通常通过发动机曲轴直接或间接地机械驱动所述轴，因此所述轴以与发动机速度成比例的速度旋转。一般而言，离心泵包括在容器中旋转的叶轮。叶轮包括附接到叶轮叶片的边缘的围带，该围带用于帮助引导流体从泵中心的低压区域流动到泵外缘的高压区域。
[0004]通常，离心泵包括位于紧靠围带处的泵腔和在泵腔和围带之间形成的泄漏路径。由于在此分界面处泄漏流体，因此泵的液压效率主要受围带和泵腔之间的空隙影响。因此，通常最小化围带和泵腔之间的空隙。然而，制造公差限制了空隙可以被最小化的程度。
[0005]一般而言，泵的设计影响泵的效率。泵效率的提高意味着在驱动泵时消耗较少的动力，并且可以提高燃料经济性。此外，泵中的非理想流体流动会在流场中导致流动分离，这降低了泵流量并且会由于空穴作用而导致不期望的泵噪声。
【发明内容】
[0006]在一个示例性实施例中，一种离心泵组件包括限定腔的泵壳。所述泵壳包括内表面，该内表面具有被配置为增大流过所述内表面的流体流的湍流的几何图案。离心泵组件还包括位于腔中的叶轮，所述叶轮包括一个或多个叶片以及围带。离心泵组件进一步包括固定到叶轮的轴。泵壳的内表面和叶轮的围带限定泄漏路径。
[0007]在另一示例性实施例中，一种离心泵组件包括限定腔的泵壳，其中，泵壳包括内表面。离心泵组件还包括位于腔中的叶轮，所述叶轮具有一个或多个叶片以及围带。离心泵组件还包括固定到叶轮的轴。泵壳的内表面和叶轮的围带的外表面限定泄漏路径。泵壳的内表面和围带的外表面中的至少一个包括被配置为最大化泄漏路径中的流体流的湍流的几何图案。
[0008]方案1.一种离心泵组件，包括:
限定腔的泵壳，其中，泵壳包括内表面，该内表面具有被配置为增大流过所述内表面的流体流的湍流的几何图案；
位于腔中的叶轮，其中，叶轮包括一个或多个叶片和围带；以及 固定到叶轮的轴； 其中，泵壳的内表面和叶轮的围带限定泄漏路径。
[0009]方案2.根据方案I所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴棱。
[0010]方案3.根据方案I所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴迷宫密封环。
[0011]方案4.根据方案I所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括朝向围带突起的多个凸起。
[0012]方案5.根据方案4所述的离心泵组件，其中，所述多个凸起具有半球形状、金字塔形状或圆锥形状。
[0013]方案6.根据方案I所述的离心泵组件，其中，所述几何形状被配置为最大化泄漏路径中的流体流的湍流，其中，增大泄漏路径中的流体流的湍流致使流体流的体积减小。
[0014]方案7.—种离心泵组件，包括:
限定腔的泵壳，其中，泵壳包括内表面；
位于腔中的叶轮，其中，叶轮包括一个或多个叶片和围带；
固定到叶轮的轴；
其中，泵壳的内表面和叶轮的围带的外表面限定泄漏路径；并且其中，泵壳的内表面和围带的外表面中的至少一个包括被配置为最大化泄漏路径中的流体流的湍流的几何图案，其中，增大泄漏路径中的流体流的湍流致使流体流的体积减小。
[0015]方案8.根据方案7所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴棱。
[0016]方案9.根据方案7所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴迷宫密封环。
[0017]方案10.根据方案7所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括朝向围带突起的多个凸起。
[0018]方案11.根据方案7所述的离心泵组件，其中，通过铸造铝来形成所述泵壳，并且在铸造过程中形成所述几何图案。
[0019]方案12.根据方案7所述的离心泵组件，其中，通过铸造铝来形成所述泵壳，并且通过机械加工泵壳来形成所述几何图案。
[0020]通过本发明的结合附图进行的以下详细描述，本发明的以上特征和优点以及其它特征和优点是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]其它目的、特征、优点和细节仅通过举例方式在对实施例的下述详细描述中得以显现，所述详细描述参阅附图进行，其中:
图1是离心泵组件的截面侧视图；
图2是图1的离心泵组件的泵壳的平面图；
图3是根据一个示例性实施例的离心泵组件的截面侧视图；
图4是根据一个示例性实施例的泵壳的立体图；
图5是根据另一示例性实施例的泵壳的平面图；以及 图6是根据又一示例性实施例的泵壳的平面图。【具体实施方式】
[0022]以下描述本质上仅是示例性的，并且并非意在限制本发明及其应用或用途。应该理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件或特征。
[0023]现在参照图1，该图示出了离心泵组件100。离心泵组件100包括泵壳110，泵壳110包括腔112和一个或多个蜗壳114。此外，离心泵组件100包括可旋转轴104和防止流体穿过轴104从腔112中流出的密封件106。离心泵组件100还包括位于腔112内的叶轮120，使得轴104延伸穿过叶轮120的孔隙122。叶轮120被装配到轴104上，以便与轴104一起旋转。叶轮120包括叶片124和围带126。围带126被固定到叶轮120并且被配置为与叶轮120—起旋转。叶轮120的围带126被安置为靠近腔112的内表面116。围带126与腔112的内表面116的间隔限定泄漏路径140。泵的液压效率主要受泄漏路径140中的流体流量影响。因此，通常最小化围带126和腔112的内表面116之间的空隙，以最小化通过泄漏路径140的流体流量。通常，如图2所最佳示出的，内表面116具有基本光滑的表面。
[0024]在示例性实施例中，腔112的内表面116包括被配置为增大泄漏路径140中的流体流的湍流的几何图案。通过增大通过泄漏路径140的流体流的湍流，可以减小通过泄漏路径的流体体积并且可以提高泵100的容积效率。在示例性实施例中，附加到腔的内表面116上的几何图案不会减小围带和腔的内表面之间所需的最小物理间隔。在示例性实施例中，可以使用多种不同的几何形状来增大泄漏路径中的流体流的湍流。
[0025]现在参照图3，该图示出了根据一个示例性实施例的离心泵组件200的截面。离心泵组件200是轴驱动离心式自动水泵，但是所主张的本发明不限于此。离心泵组件200包括泵壳210，泵壳210包括腔212和一个或多个蜗壳(未示出)。此外，离心泵组件200包括可旋转轴204和防止流体穿过轴204从腔212中流出的密封件206。离心泵组件200还包括位于腔212内的叶轮220，使得轴204延伸穿过叶轮220的孔隙222。叶轮220被装配到轴204上，以便与轴204—起旋转。叶轮220包括叶片和围带226。围带226被固定到叶轮220并且被配置为与叶轮220 —起旋转。叶轮220的围带226被安置为靠近腔212的内表面216。围带226与腔212的内表面216的间隔限定泄漏路径240。
[0026]在示例性实施例中，腔212的内表面216包括几何图案230。在示例性实施例中，几何图案230可以包括被配置为增大泄漏路径240中的流体流的湍流的多种不同几何形状。通过增大泄漏路径240中的流体流的湍流，可以减小通过泄漏路径的流体体积并且可以提高泵的液压效率。在替代的示例性实施例中，被配置为增大泄漏路径240中的流体流的湍流的几何图案可以位于与腔212的内表面216相邻的围带226的外表面上。在另一示例性实施例中，被配置为增大泄漏路径240中的流体流的湍流的几何图案可以位于围带226的外表面和腔212的内表面216两者上。在示例性实施例中，腔212的内表面216和围带226的几何图案形成迷宫式密封。一般而言，迷宫式密封通过形成受控制的流体漩涡进而限制流体穿过腔室的通路来提供非接触式密封，该受控制的漩涡通过流过尖锐的边缘或流过曲折的通道而得到。
[0027]现在参照图4，该图示出了根据示例性实施例的泵壳310。如图所示，内表面316包括被配置为增大流经内表面316的流体流的湍流的几何图案330。在示例性实施例中，几何图案330可以包括朝向叶轮的围带向上突起的同轴棱332形式的一系列尖锐边缘。在示例性实施例中，棱332的尖锐边缘致使泄漏流与每个角落局部分离，这限制了有效的流动横截面积并因此降低泄漏流的量。
[0028]现在参照图5,该图示出了根据另一示例性实施例的泵壳410。如图所示，内表面416包括被配置为增大流经内表面416的流体流的湍流的几何图案430。在示例性实施例中，几何图案430可以包括被附接以形成朝向叶轮的围带向上突起的螺旋的一系列同轴迷宫环432。在示例性实施例中，环432的顶缘致使泄漏流与每个角落局部分离，这限制了有效的流动横截面积并因此降低泄漏流的量。
[0029]现在参照图6，该图示出了根据另一示例性实施例的泵壳510。如图所示，内表面516包括被配置为增大流经内表面516的流体流的湍流的几何图案530。在示例性实施例中，几何图案530可以包括朝向叶轮的围带向上突起的多个凸起532。在示例性实施例中，凸起532可具有图示的阶梯形状或者可具有平滑表面。在示例性实施例中，凸起532致使泄漏流在每个凸起532处局部地重新定向，这增大流动路径的长度并导致压降，由此降低泄漏流的量。在示例性实施例中，可以以多种布局布置多个凸起532，并且多个凸起532中的每个可以具有多种不同形状。例如，凸起532可以具有半球形状、金字塔形状、圆锥形状或任何其它合适的形状。在示例性实施例中，可以优化内表面516上的多个凸起532的布置和形状，以最大化凸起532在流经内表面516的流体流上引起的湍流。
[0030]本领域普通技术人员应该理解，图4-6所示的设置腔的内表面上的几何形状仅是为了示例性目的而提供的，并且本发明的范围不受限于所示的几何形状。
[0031]在示例性实施例中，通过增大离心泵组件的泄漏路径中的流体流的湍流，可以提高离心泵的效率。例如，通过降低泄漏路径中的流体流量，可以在不需要额外动力来操作泵的情况下增加流过蜗壳的流体流的量。尽管降低泄漏流量可以提高泵的容积效率，但是仍可能对其机械效率有不利影响。然而，已经发现容积效率的提高大于机械效率的损失，并且因此总液压效率可以提高1_2%。
[0032]在示例性实施例中，泵壳可以是铸铝的，并且几何图案可以在铸造过程中形成或者可以在铸造完泵壳之后机械加工到泵壳的内表面中。在其它示例性实施例中，泵壳可以由复合材料制成，并且几何图案可以在制造过程中形成在泵壳的内表面上。
[0033]尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明进行各种改变并且可以对本发明的元件进行等价替代。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以对本发明进行各种改型，以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明将不受限于作为计划执行本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而是将包括落在本申请的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种离心泵组件，包括: 限定腔的泵壳，其中，泵壳包括内表面，该内表面具有被配置为增大流过所述内表面的流体流的湍流的几何图案； 位于腔中的叶轮，其中，叶轮包括一个或多个叶片和围带；以及 固定到叶轮的轴； 其中，泵壳的内表面和叶轮的围带限定泄漏路径。
2.根据权利要求1所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴棱。
3.根据权利要求1所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴迷宫密封环。
4.根据权利要求1所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括朝向围带突起的多个凸起。
5.根据权利要求4所述的离心泵组件，其中，所述多个凸起具有半球形状、金字塔形状或圆锥形状。
6.根据权利要求1所述的离心泵组件，其中，所述几何形状被配置为最大化泄漏路径中的流体流的湍流，其中，增大泄漏路径中的流体流的湍流致使流体流的体积减小。
7.一种离心泵组件，包括: 限定腔的泵壳，其中，泵壳包括内表面； 位于腔中的叶轮，其中，叶轮包括一个或多个叶片和围带； 固定到叶轮的轴； 其中，泵壳的内表面和叶轮的围带的外表面限定泄漏路径；并且其中，泵壳的内表面和围带的外表面中的至少一个包括被配置为最大化泄漏路径中的流体流的湍流的几何图案，其中，增大泄漏路径中的流体流的湍流致使流体流的体积减小。
8.根据权利要求7所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴棱。
9.根据权利要求7所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括一系列同轴迷宫密封环。
10.根据权利要求7所述的离心泵组件，其中，所述几何图案包括朝向围带突起的多个凸起。
【文档编号】F04D29/42GK103573642SQ201310318558
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】D.R.斯塔利, R.S.麦卡尔平, R.M.比特纳 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司