可動葉片式軸流泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供可動葉片式軸流泵，其目的是在可動葉片式軸流泵中提高泵效率，并且增大泵的穩(wěn)定動作范圍。在可動葉片式軸流泵（100）中，隔開間隔地設(shè)在葉輪輪轂（2）外周側(cè)的若干個葉輪葉片（1），可繞對各葉片設(shè)定的葉片回轉(zhuǎn)軸（6）轉(zhuǎn)動。在葉輪輪轂的下游側(cè)配置著導(dǎo)引葉片輪轂（4），該導(dǎo)引葉片輪轂（4）具有在周方向隔開間隔地配置著的若干個導(dǎo)引葉片（3）。導(dǎo)引葉片所在部分的導(dǎo)引葉片輪轂的外徑大于葉輪輪轂的最小外徑、小于葉輪輪轂的最大外徑。
【專利說明】可動葉片式軸流泵
[0001]本發(fā)明專利申請是申請?zhí)枮?00810211039.2、申請日為2008年8月20日、發(fā)明名稱為“可動葉片式軸流泵”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及軸流式泵，特別涉及可動葉片式軸流泵。
【背景技術(shù)】
[0003]專利文獻(xiàn)I記載了已往的一例可動葉片式軸流泵。在該公報記載的泵中，如其圖1所示，葉片軸嵌合在葉輪輪轂上，葉輪葉片能以葉片軸的中心線為轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動。葉輪葉片的輪轂側(cè)即流路內(nèi)徑側(cè)，與球面狀的部件形成為一體，在從該部件鼓出的部分，在外徑方向?qū)⑷~片部的一部分切斷。另一方面，在葉輪葉片的尖端側(cè)即流路外徑側(cè)，把泵殼及吸入殼體形成為球面狀，與這些殼體形成很小間隙地將葉輪葉片的尖端形成為球面狀或剖面圓形狀，可使葉輪葉片的轉(zhuǎn)動靈活。
[0004]專利文獻(xiàn)2記載了已往的另一例可動葉片式軸流泵。該公報記載的泵與專利文獻(xiàn)I同樣地，葉輪的內(nèi)徑側(cè)與球面狀的基材形成為一體。但是，與專利文獻(xiàn)I記載的葉輪葉片不同，把從基材鼓出的部分形成為剖面圓形狀，把基材嵌合著的葉輪輪轂形成為球面狀。在葉輪與葉輪輪轂之間形成很小的間隙，可以使葉輪的轉(zhuǎn)動靈活。在上述這些泵中，由于都是使葉輪葉片或葉輪轉(zhuǎn)動，所以，從小水量區(qū)域到大水量區(qū)域，都可進(jìn)行有效的泵運轉(zhuǎn)。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平7-238899號公報
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開昭58-197499號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在上述專利文獻(xiàn)I和2記載的葉輪葉片和葉輪中，將輪轂面和尖端面形成為與輪轂或殼體同心的球面，使葉輪葉片和葉輪能繞其軸心轉(zhuǎn)動。但是，在形成為曲率比尖端側(cè)大的球面的輪轂側(cè)，當(dāng)流體流過葉輪葉片或葉輪時，流動可能會脫離輪轂面。
[0008]如果流動脫離了葉片面，則與輪轂面和尖端面在軸方向剖面為直線的固定葉片式軸流泵相比，葉輪葉片或葉輪的輪轂側(cè)的損失增大，導(dǎo)致可動葉片式軸流泵的性能降低。這樣，在已往的可動葉片式軸流泵中，雖然容許泵的效率降低，但穩(wěn)定動作的范圍增大。
[0009]本發(fā)明是鑒于上述已往技術(shù)中的問題而作出的，其目的是在可動葉片式軸流泵中，提高泵效率和增大穩(wěn)定動作范圍。本發(fā)明的另一目的是不損害可動葉片的可動性，抑制可動葉片處的流動脫離。另外的目的是降低可動葉片部的損失，減少可動葉片式泵的能量消耗。至少實現(xiàn)上述目的中的任一個。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的可動葉片式軸流泵中，隔開間隔地設(shè)在葉輪輪轂外周側(cè)的若干個葉輪葉片，可繞對各葉片設(shè)定的葉片回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，其特征在于，葉輪葉片的內(nèi)徑端形狀是圓弧形狀，葉輪輪轂外周面的子午面形狀是曲線形狀，該曲線形狀的曲率，t匕在與葉輪葉片的內(nèi)徑端圓弧的中心位置相同的中心位置、將葉輪輪轂的子午面形狀形成為圓弧時的圓弧的曲率小。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的可動葉片式軸流泵中，隔開間隔地設(shè)在葉輪輪轂外周側(cè)的若干個葉輪葉片，可繞對各葉片設(shè)定的葉片回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，其特征在于，在葉輪輪轂的下游側(cè)配置導(dǎo)引葉片輪轂，該導(dǎo)引葉片輪轂具有在周方向隔開間隔地配置著的若干個導(dǎo)引葉片，導(dǎo)引葉片所在部分的導(dǎo)引葉片輪轂的外徑等于或大于葉輪輪轂的最小外徑且等于或小于葉輪輪轂的最大外徑。
[0012]另外，在上述特征中，葉輪輪轂的外徑最好是上游端比下游端小，導(dǎo)引葉片輪轂的、導(dǎo)引葉片安裝部的外徑最好比上述葉輪輪轂的下游端外徑大。另外，最好使導(dǎo)引葉片輪轂的外徑從葉輪輪轂的下游端外徑朝流動方向漸漸增大，設(shè)置縮流區(qū)域。另外，具有安裝著導(dǎo)引葉片外徑端的大致圓筒形殼體，該殼體的與上述葉輪葉片相向的內(nèi)周面的子午面剖面形狀和葉輪葉片的外徑端形狀是同心圓的形狀。另外，葉輪葉片的外徑端形狀也可以是曲率比殼體內(nèi)周面的曲率小的曲面。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，在可動葉片式軸流泵中，由于位于內(nèi)徑側(cè)的輪轂的外徑曲率比葉片的輪轂側(cè)的曲率大，所以，可抑制流動在輪轂側(cè)脫離葉片面，提高泵效率及增大穩(wěn)定動作范圍。另外，可以不損害可動葉片的可動性地抑制可動葉片處的流動脫離。另外，由于可動葉片部的損失減小，所以，可動葉片式軸流泵的能量消耗也減少。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明可動葉片式軸流泵的一實施例的子午面形狀圖。
[0015]圖2是本發(fā)明可動葉片式軸流泵的另一實施例的子午面形狀圖。
[0016]圖3是本發(fā)明可動葉片式軸流泵的另一實施例的子午面形狀圖。
[0017]圖4是本發(fā)明可動葉片式軸流泵的另一實施例的子午面形狀圖。
[0018]圖5是本發(fā)明可動葉片式軸流泵的另一實施例的子午面形狀圖?！揪唧w實施方式】
[0019]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明可動葉片式軸流泵的幾個實施例。圖1用子午面剖面圖表示可動葉片式軸流泵100的一實施例。圓筒形狀的殼體10內(nèi)，收容著筒狀的內(nèi)筒部
11。內(nèi)筒部11借助導(dǎo)引葉片3保持在殼體10中。
[0020]內(nèi)筒部11，在流動方向的上游側(cè)端部，具有鈍頭形狀的前面罩12。在與前面罩12相接的軸方向下游側(cè)，配置著葉輪輪轂2。在葉輪輪轂2的軸方向下游側(cè)，配置著導(dǎo)引葉片輪轂4，該導(dǎo)引葉片輪轂4具有外徑一定的圓筒部4a和外徑漸減的縮窄部4b。導(dǎo)引葉片3的內(nèi)徑側(cè)固定在圓筒部4a的外表面上，導(dǎo)引葉片3的外徑側(cè)固定在殼體10的內(nèi)壁上。導(dǎo)引葉片3有若干片、例如6片，以大致相等的間隔配置在周方向。
[0021]內(nèi)筒部11中，葉輪輪轂2可轉(zhuǎn)動，與該葉輪輪轂2連接著的主軸5從導(dǎo)引葉片輪轂4的后端伸出。在該主軸5上連接著驅(qū)動葉輪輪轂2的原動機(jī)即馬達(dá)(圖未示)。在葉輪輪轂2外周側(cè)的周方向若干部位，安裝著葉輪葉片I。該葉輪葉片I可在與內(nèi)筒部11的軸方向垂直的方向轉(zhuǎn)動，即、可繞軸流泵100的半徑方向軸線(葉片回轉(zhuǎn)軸)6轉(zhuǎn)動。
[0022]可動葉片式軸流泵100的子午面剖面中的、葉輪輪轂2的外徑是圓弧形，圓弧的半徑是R5。R5的圓弧中心在葉片回轉(zhuǎn)軸6上，在葉片回轉(zhuǎn)軸6與軸流泵100的中心軸13的交點的葉輪葉片I的相反側(cè)延伸。葉輪輪轂2的上游側(cè)端部的外徑與前面罩12的后端部外徑大致相同，葉輪輪轂2的下游側(cè)端部的外徑與導(dǎo)引葉片輪轂4的前端部外徑大致相同。因此，葉輪輪轂2的形狀是，葉片回轉(zhuǎn)軸6的部分朝流路最為突出。
[0023]安裝在葉輪輪轂2上的葉輪葉片I中，使該葉輪葉片I轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸14在葉輪輪轂2側(cè)即內(nèi)徑端側(cè)稍稍露出到流路中。葉輪葉片I的內(nèi)徑側(cè)端部位于轉(zhuǎn)動軸14的露出部的外徑側(cè)。這里，葉輪葉片I的內(nèi)徑側(cè)端部也是半徑為R6的圓弧形，其中心在葉片回轉(zhuǎn)軸6上。葉輪葉片I內(nèi)徑端的圓弧半徑R6比葉輪輪轂2的外周半徑R5大。
[0024]葉輪葉片I的外徑側(cè)端部也形成為圓弧形，其圓弧的中心是葉片回轉(zhuǎn)軸6與軸流泵100的中心軸的交點。該圓弧的半徑是R4。殼體10的內(nèi)周面被切削成半徑為R3的圓弧形，該半徑R3的圓弧的中心是葉片回轉(zhuǎn)軸6與軸流泵100的中心軸13的交點。這里，葉輪葉片I的外徑端圓弧半徑R4比殼體10的內(nèi)周形成圓弧的半徑R3稍小一點點。另外，葉輪葉片I的軸方向長度是內(nèi)徑端側(cè)比外徑端側(cè)長，葉輪葉片I的子午面形狀近似于梯形。
[0025]在這樣構(gòu)成的本實施例軸流泵100中，為了使葉輪葉片I能繞葉片回轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動，把葉輪葉片I內(nèi)徑端的曲率R6做得比葉輪輪轂2外徑面的曲率R5大，所以，在葉輪葉片I的后部或后方，控制流動8，可防止流動不沿著圓筒部11的外周面形狀而產(chǎn)生脫離。因此，在葉輪葉片I的出口的內(nèi)徑側(cè)(輪轂側(cè))，可以避免形成因流動的脫離而導(dǎo)致葉輪葉片I不充分工作的區(qū)域。通過流動的改善，從葉輪葉片I的上游側(cè)(入口)到下游側(cè)(出口)的全部區(qū)域，葉輪葉片I都能充分地工作。
[0026]即，根據(jù)本實施例，能更有效地對水供給能量，提高軸流泵的效率。另外，在葉輪葉片I的下游側(cè)產(chǎn)生的剝離使流動紊亂，對導(dǎo)引葉片3會產(chǎn)生不良影響，但是，在本實施例中，由于防止了該流動的紊亂，所以可避免該不良影響。另外，導(dǎo)引葉片3的輪轂側(cè)的損失也降低。這樣，可以減少可動葉片式軸流泵100的能量消耗。
[0027]在上述實施例中，是把葉輪葉片I的根部側(cè)和葉輪輪轂2的外周都形成為圓弧形，并且，改變?nèi)~輪葉片I根部側(cè)的R的中心和葉輪輪轂2外周的R的中心位置。但是，葉輪輪轂的外周形狀并不限定于此，也可以做成為曲率比葉輪葉片I根部側(cè)的R小的球面或橢圓球面、或近似于這些球面的自由曲面。
[0028]但是，做成為上述自由曲面時，為了保持可動葉片式軸流泵的功能、即葉輪葉片I的可動性，必須使葉輪葉片I根部側(cè)的曲率比與其相向的葉輪輪轂2的曲率大。這樣，可以使得通過葉輪葉片I的流體在輪轂側(cè)不沿葉輪輪轂2的外周面流動而產(chǎn)生的脫離區(qū)域的流動，沿著葉輪輪轂2的外周面流動。
[0029]這樣，葉輪葉片I出口側(cè)且輪轂側(cè)的流動得到改善，從葉輪葉片I的入口到出口的全部區(qū)域，葉輪的旋轉(zhuǎn)動力高效地供給到作為動作流體的水上，可動葉片式軸流泵的效率提高。另外，已往，通過了葉輪葉片I的流動中，有時因脫離而產(chǎn)生紊流，本實施例中由于可防止或減少該紊流，所以，可避免紊流的影響波及到配置在葉輪葉片I下游側(cè)的導(dǎo)引葉片
3。因此，導(dǎo)引葉片3的輪轂側(cè)的損失也減小，可動葉片式軸流泵的能量消耗減少。
[0030]在上述實施例中，是把葉輪葉片I的尖端側(cè)加工成R4的圓弧形，把殼體10的內(nèi)周面也加工成R3的圓弧形，但是，也可以與輪轂側(cè)同樣地，將它們做成為曲率小的自由曲面。把葉輪葉片I的尖端側(cè)形狀，從同心球面做成為曲率小的自由曲面時，可以使通過葉輪葉片I的流動，在尖端側(cè)成為比已往接近直線的流動。另外，使葉輪葉片I繞回轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)、改變方向時，由于葉輪葉片I的尖端不是同心球面，所以，葉輪葉片I的尖端和與該尖端相向的殼體10的內(nèi)周面間的間隙變化。[0031]如果將葉輪葉片I的尖端側(cè)間隙擴(kuò)大，則泄漏流動增大。為此，有時可動葉片式軸流泵的效率也降低為將曲率減小而得到的損失的減小以上。葉輪葉片I的尖端的位置是葉輪葉片I的最大外徑位置，是主軸5旋轉(zhuǎn)時的周方向速度最大的位置。由于在尖端的位置周速最大，所以，葉輪葉片I的2個表面即壓力面和負(fù)壓面的壓力差，也是在尖端位置最大或接近于最大。
[0032]因此，對可動葉片式軸流泵的效率的影響，比對葉輪葉片I輪轂側(cè)的流動泄漏的影響大。據(jù)此，葉輪葉片I的輪轂面采用曲率大的自由曲面時，考慮到間隙的泄漏流動引起損失的增加，決定葉輪葉片I和殼體10內(nèi)周面的曲率等。
[0033]下面，參照圖2說明本發(fā)明的另一實施例。圖2是可動葉片式軸流泵的子午面剖面圖。本實施例與上述實施例的不同之處是，把葉輪葉片I的輪轂側(cè)形狀和葉輪輪轂2的外周面形狀，做成為同心球面。葉輪輪轂2的外周，在軸方向形成為Rl的圓弧面，葉輪葉片I的輪轂面形成為R2的圓弧面。葉輪葉片I能以葉片回轉(zhuǎn)軸6為中心旋轉(zhuǎn)。
[0034]在本實施例中，除了上述特征外，還具有下述特征:葉輪輪轂2的外周直徑，在葉輪葉片I的配置位置上游側(cè)是D1，在葉輪葉片I的配置位置下游側(cè)是D3。直徑D3等于或大于直徑D1。根據(jù)本實施例，與上述實施例同樣地，通過了葉輪葉片I的流動，即使在輪轂側(cè)也沿葉輪輪轂2的外周面流動，可避免因脫離產(chǎn)生的流動損失。這樣，可減少可動葉片式軸流泵的能量消耗。
[0035]下面，參照圖3和圖4，說明本發(fā)明可動葉片式軸流泵的其它實施例。這些圖是可動葉片式軸流泵的子午面剖面圖。適于這樣的泵，即，泵的運轉(zhuǎn)范圍，從小水量區(qū)域到大水量區(qū)域，可在更大的范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。
[0036]采用上述各實施例的泵擴(kuò)大動作范圍時，必須使葉輪葉片I繞葉片回轉(zhuǎn)軸6作大的回動動作。這時，如果不加大葉輪葉片I的輪轂面與葉輪輪轂2外周面之間的間隙，則葉輪葉片I的輪轂與葉輪輪轂2干擾。結(jié)果，雖然不像葉輪葉片I的尖端側(cè)那樣，但即使是葉輪葉片I的輪轂側(cè)，如果間隙增大，泄漏流動也增加，可動葉片式軸流泵的損失增大。
[0037]為了解決該問題，在本實施例中，做成為能減少葉輪葉片I的輪轂側(cè)間隙中的漏泄流動的形狀。具體地說，把葉輪葉片I的輪轂側(cè)形狀做成半徑R2的圓弧形，把與其對應(yīng)的葉輪輪轂2的外周的子午面剖面形狀做成為半徑Rl (R1〈R2)的圓弧形。半徑R1、R2的圓弧的中心，在主軸5的中心軸線上位于同一位置。當(dāng)然，葉輪葉片I可繞葉片回轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動。
[0038]在葉輪葉片I的下游，沿周方向大致等間隔地配置著若干片導(dǎo)引葉片3。導(dǎo)引葉片3的輪轂直徑或?qū)б~片輪轂4的外徑，比葉輪輪轂2的與葉輪葉片I相向部分的最小徑大。即，配置在可動葉片式軸流泵的中心線側(cè)的葉輪輪轂2的外徑，從位于葉輪葉片I上游側(cè)的直徑Dl朝流動方向漸漸增大，在葉片回轉(zhuǎn)軸6部，成為最大直徑2XR1，然后漸漸減小，成為最小直徑D2。在導(dǎo)引葉片輪轂4的入口側(cè)，成為等于或稍大于D2的外徑。在與導(dǎo)引葉片3相向的部分，直徑比D2大，成為等于或小于2X Rl的直徑。
[0039]在圖3所示的實施例中，導(dǎo)引葉片輪轂4的外徑，在流動的上游側(cè)，是比葉輪輪轂2的最小直徑D2稍大一點點的圓筒形，從過了導(dǎo)引葉片3的部分開始，直徑漸漸減小。在圖4所示實施例中，導(dǎo)引葉片輪轂4的外徑，從與位于葉輪輪轂2下游側(cè)的直徑D2大致相同的外徑漸漸增大，在導(dǎo)引葉片3部，成為同一直徑的圓筒形。過了導(dǎo)引葉片3后，與圖3所示實施例同樣地，導(dǎo)引葉片輪轂4的外徑漸漸減小。
[0040]這樣地構(gòu)成導(dǎo)引葉片輪轂4的外徑時，在圖3實施例中，可以減小通過了葉輪葉片I的流動在輪轂側(cè)脫離而變成紊流的區(qū)域。因此，可以避免在葉輪葉片I的出口側(cè)的輪轂側(cè)產(chǎn)生的剝離引起的紊流波及到導(dǎo)引葉片3，可減小導(dǎo)引葉片3的輪轂側(cè)的損失。因此，可減小可動葉片式軸流泵的能量消耗。
[0041]另外，在圖4所示實施例中，為了進(jìn)一步減小從葉輪葉片I到導(dǎo)引葉片3的流動區(qū)域中的能量消耗，把設(shè)在葉輪下游的導(dǎo)引葉片3的輪轂側(cè)形狀做成為上述形狀，設(shè)置了縮流區(qū)域。可以進(jìn)一步減小因在葉輪葉片I的出口側(cè)的輪轂側(cè)產(chǎn)生的剝離而造成的紊流區(qū)域。與此同時，在葉輪葉片I出口側(cè)的輪轂側(cè)產(chǎn)生的剝離引起的紊流被整流，可以避免紊流波及到導(dǎo)引葉片3。
[0042]圖5的子午面剖面，表示把圖4所示導(dǎo)引葉片3及導(dǎo)引葉片輪轂4與圖1所示實施例的葉輪葉片I和葉輪輪轂2組合而構(gòu)成可動葉片式軸流泵的例子。葉輪葉片I的輪轂面是半徑為R5的圓弧形，葉輪輪轂2的外徑的子午面形狀是半徑為R6的圓弧形。半徑R5和半徑R6的圓的中心，不在同一位置。另外，葉輪葉片I的輪轂形狀，除了圓弧形外，也可以是橢圓形或與其類似的自由曲面。
[0043]導(dǎo)引葉片輪轂4的入口側(cè)外徑，與葉輪輪轂2的出口側(cè)外徑D2大致相同，并做成為形成了朝著水流動方向漸漸增大的縮流區(qū)域的形狀。另外，如圖3的實施例所示，導(dǎo)引葉片輪轂4的外徑在入口側(cè)是大致一定的外徑，該一定的外徑也可等于或小于葉輪輪轂2的最大外徑2 XRl。
[0044]根據(jù)本實施例，可以減少通過了葉輪葉片I的流動在輪轂側(cè)不沿著葉輪輪轂2的外周面形狀流動而朝外徑側(cè)流的脫離區(qū)域，并且，可以整流通過了葉輪葉片I的紊流，可避免該紊流波及到導(dǎo)引葉片。因此，可以減小可動葉片式軸流泵的能量消耗。
【權(quán)利要求】
1.一種可動葉片式軸流泵，隔開間隔地設(shè)在葉輪輪轂的外周側(cè)的若干個葉輪葉片，能夠繞對各葉片設(shè)定的葉片回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，其特征在于，在上述葉輪輪轂的下游側(cè)配置著導(dǎo)引葉片輪轂，該導(dǎo)引葉片輪轂具有在周方向隔開間隔地配置著的若干個導(dǎo)引葉片，上述導(dǎo)引葉片所在部分的上述導(dǎo)引葉片輪轂的外徑大于上述葉輪輪轂的最小外徑且等于或小于上述葉輪輪轂的最大外徑，上述導(dǎo)引葉片輪轂的外徑從上述葉輪輪轂的下游端外徑朝流動方向漸漸增大，而設(shè)置了縮流區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的可動葉片式軸流泵，其特征在于，上述葉輪輪轂的外徑是上游端比下游端小。
3.如權(quán)利要求1所述的可動葉片式軸流泵，其特征在于，上述導(dǎo)引葉片輪轂的、導(dǎo)引葉片安裝部的外徑，比上述葉輪輪轂的下游端外徑大。
4.如權(quán)利要求1所述的可動葉片式軸流泵，其特征在于，具有安裝著上述導(dǎo)引葉片的外徑端的大致圓筒形的殼體，該殼體的與上述葉輪葉片相向的內(nèi)周面的子午面剖面形狀和上述葉輪葉片的外徑端形狀是同心圓的形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的可動葉片式軸流泵，其特征在于，上述葉輪葉片的外徑端形狀是曲率比上述殼體的內(nèi)周面的曲率小的曲面。
【文檔編號】F04D29/18GK103758780SQ201410053634
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2007年9月25日
【發(fā)明者】井上康弘, 原田一郎 申請人:株式會社日立制作所