離心泵的制作方法
【專利摘要】本發明涉及離心泵，具體地，本發明的實施例包括一種離心泵組件，該離心泵組件包括限定腔的泵殼、位于腔內的葉輪以及固定到葉輪的軸。所述泵殼包括內表面，該內表面具有被配置為增大流過所述內表面的流體流的湍流的幾何圖案。所述葉輪包括一個或多個葉片和圍帶。所述泵殼的內表面和葉輪的圍帶限定泄漏路徑。
【專利說明】離心泵
[0001]相關申請的交叉引用
本專利申請要求2012年7月26日提交的美國臨時專利申請序列號61/676，024的優先權，該美國申請的全部內容通過引用合并于此。
【技術領域】
[0002]本發明的示例性實施例涉及泵組件，更具體地涉及具有提高的效率的離心泵組件。
【背景技術】
[0003]軸驅動式離心泵通常用于汽車發動機冷卻。通過使水或其它流體軸向進入泵中并且徑向地排出到一個或多個蝸殼中來操作離心泵。通常通過發動機曲軸直接或間接地機械驅動所述軸，因此所述軸以與發動機速度成比例的速度旋轉。一般而言，離心泵包括在容器中旋轉的葉輪。葉輪包括附接到葉輪葉片的邊緣的圍帶，該圍帶用于幫助引導流體從泵中心的低壓區域流動到泵外緣的高壓區域。
[0004]通常，離心泵包括位于緊靠圍帶處的泵腔和在泵腔和圍帶之間形成的泄漏路徑。由于在此分界面處泄漏流體，因此泵的液壓效率主要受圍帶和泵腔之間的空隙影響。因此，通常最小化圍帶和泵腔之間的空隙。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，泵的設計影響泵的效率。泵效率的提高意味著在驅動泵時消耗較少的動力，并且可以提高燃料經濟性。此外，泵中的非理想流體流動會在流場中導致流動分離，這降低了泵流量并且會由于空穴作用而導致不期望的泵噪聲。
【發明內容】
[0006]在一個示例性實施例中，一種離心泵組件包括限定腔的泵殼。所述泵殼包括內表面，該內表面具有被配置為增大流過所述內表面的流體流的湍流的幾何圖案。離心泵組件還包括位于腔中的葉輪，所述葉輪包括一個或多個葉片以及圍帶。離心泵組件進一步包括固定到葉輪的軸。泵殼的內表面和葉輪的圍帶限定泄漏路徑。
[0007]在另一示例性實施例中，一種離心泵組件包括限定腔的泵殼，其中，泵殼包括內表面。離心泵組件還包括位于腔中的葉輪，所述葉輪具有一個或多個葉片以及圍帶。離心泵組件還包括固定到葉輪的軸。泵殼的內表面和葉輪的圍帶的外表面限定泄漏路徑。泵殼的內表面和圍帶的外表面中的至少一個包括被配置為最大化泄漏路徑中的流體流的湍流的幾何圖案。
[0008]方案1.一種離心泵組件，包括:
限定腔的泵殼，其中，泵殼包括內表面，該內表面具有被配置為增大流過所述內表面的流體流的湍流的幾何圖案；
位于腔中的葉輪，其中，葉輪包括一個或多個葉片和圍帶；以及 固定到葉輪的軸； 其中，泵殼的內表面和葉輪的圍帶限定泄漏路徑。
[0009]方案2.根據方案I所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸棱。
[0010]方案3.根據方案I所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸迷宮密封環。
[0011]方案4.根據方案I所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括朝向圍帶突起的多個凸起。
[0012]方案5.根據方案4所述的離心泵組件，其中，所述多個凸起具有半球形狀、金字塔形狀或圓錐形狀。
[0013]方案6.根據方案I所述的離心泵組件，其中，所述幾何形狀被配置為最大化泄漏路徑中的流體流的湍流，其中，增大泄漏路徑中的流體流的湍流致使流體流的體積減小。
[0014]方案7.—種離心泵組件，包括:
限定腔的泵殼，其中，泵殼包括內表面；
位于腔中的葉輪，其中，葉輪包括一個或多個葉片和圍帶；
固定到葉輪的軸；
其中，泵殼的內表面和葉輪的圍帶的外表面限定泄漏路徑；并且其中，泵殼的內表面和圍帶的外表面中的至少一個包括被配置為最大化泄漏路徑中的流體流的湍流的幾何圖案，其中，增大泄漏路徑中的流體流的湍流致使流體流的體積減小。
[0015]方案8.根據方案7所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸棱。
[0016]方案9.根據方案7所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸迷宮密封環。
[0017]方案10.根據方案7所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括朝向圍帶突起的多個凸起。
[0018]方案11.根據方案7所述的離心泵組件，其中，通過鑄造鋁來形成所述泵殼，并且在鑄造過程中形成所述幾何圖案。
[0019]方案12.根據方案7所述的離心泵組件，其中，通過鑄造鋁來形成所述泵殼，并且通過機械加工泵殼來形成所述幾何圖案。
[0020]通過本發明的結合附圖進行的以下詳細描述，本發明的以上特征和優點以及其它特征和優點是顯而易見的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]其它目的、特征、優點和細節僅通過舉例方式在對實施例的下述詳細描述中得以顯現，所述詳細描述參閱附圖進行，其中:
圖1是離心泵組件的截面側視圖；
圖2是圖1的離心泵組件的泵殼的平面圖；
圖3是根據一個示例性實施例的離心泵組件的截面側視圖；
圖4是根據一個示例性實施例的泵殼的立體圖；
圖5是根據另一示例性實施例的泵殼的平面圖；以及 圖6是根據又一示例性實施例的泵殼的平面圖。【具體實施方式】
[0022]以下描述本質上僅是示例性的，并且并非意在限制本發明及其應用或用途。應該理解，在所有附圖中，相應的附圖標記表示相似或相應的部件或特征。
[0023]現在參照圖1，該圖示出了離心泵組件100。離心泵組件100包括泵殼110，泵殼110包括腔112和一個或多個蝸殼114。此外，離心泵組件100包括可旋轉軸104和防止流體穿過軸104從腔112中流出的密封件106。離心泵組件100還包括位于腔112內的葉輪120，使得軸104延伸穿過葉輪120的孔隙122。葉輪120被裝配到軸104上，以便與軸104一起旋轉。葉輪120包括葉片124和圍帶126。圍帶126被固定到葉輪120并且被配置為與葉輪120—起旋轉。葉輪120的圍帶126被安置為靠近腔112的內表面116。圍帶126與腔112的內表面116的間隔限定泄漏路徑140。泵的液壓效率主要受泄漏路徑140中的流體流量影響。因此，通常最小化圍帶126和腔112的內表面116之間的空隙，以最小化通過泄漏路徑140的流體流量。通常，如圖2所最佳示出的，內表面116具有基本光滑的表面。
[0024]在示例性實施例中，腔112的內表面116包括被配置為增大泄漏路徑140中的流體流的湍流的幾何圖案。通過增大通過泄漏路徑140的流體流的湍流，可以減小通過泄漏路徑的流體體積并且可以提高泵100的容積效率。在示例性實施例中，附加到腔的內表面116上的幾何圖案不會減小圍帶和腔的內表面之間所需的最小物理間隔。在示例性實施例中，可以使用多種不同的幾何形狀來增大泄漏路徑中的流體流的湍流。
[0025]現在參照圖3，該圖示出了根據一個示例性實施例的離心泵組件200的截面。離心泵組件200是軸驅動離心式自動水泵，但是所主張的本發明不限于此。離心泵組件200包括泵殼210，泵殼210包括腔212和一個或多個蝸殼(未示出)。此外，離心泵組件200包括可旋轉軸204和防止流體穿過軸204從腔212中流出的密封件206。離心泵組件200還包括位于腔212內的葉輪220，使得軸204延伸穿過葉輪220的孔隙222。葉輪220被裝配到軸204上，以便與軸204—起旋轉。葉輪220包括葉片和圍帶226。圍帶226被固定到葉輪220并且被配置為與葉輪220 —起旋轉。葉輪220的圍帶226被安置為靠近腔212的內表面216。圍帶226與腔212的內表面216的間隔限定泄漏路徑240。
[0026]在示例性實施例中，腔212的內表面216包括幾何圖案230。在示例性實施例中，幾何圖案230可以包括被配置為增大泄漏路徑240中的流體流的湍流的多種不同幾何形狀。通過增大泄漏路徑240中的流體流的湍流，可以減小通過泄漏路徑的流體體積并且可以提高泵的液壓效率。在替代的示例性實施例中，被配置為增大泄漏路徑240中的流體流的湍流的幾何圖案可以位于與腔212的內表面216相鄰的圍帶226的外表面上。在另一示例性實施例中，被配置為增大泄漏路徑240中的流體流的湍流的幾何圖案可以位于圍帶226的外表面和腔212的內表面216兩者上。在示例性實施例中，腔212的內表面216和圍帶226的幾何圖案形成迷宮式密封。一般而言，迷宮式密封通過形成受控制的流體漩渦進而限制流體穿過腔室的通路來提供非接觸式密封，該受控制的漩渦通過流過尖銳的邊緣或流過曲折的通道而得到。
[0027]現在參照圖4，該圖示出了根據示例性實施例的泵殼310。如圖所示，內表面316包括被配置為增大流經內表面316的流體流的湍流的幾何圖案330。在示例性實施例中，幾何圖案330可以包括朝向葉輪的圍帶向上突起的同軸棱332形式的一系列尖銳邊緣。在示例性實施例中，棱332的尖銳邊緣致使泄漏流與每個角落局部分離，這限制了有效的流動橫截面積并因此降低泄漏流的量。
[0028]現在參照圖5,該圖示出了根據另一示例性實施例的泵殼410。如圖所示，內表面416包括被配置為增大流經內表面416的流體流的湍流的幾何圖案430。在示例性實施例中，幾何圖案430可以包括被附接以形成朝向葉輪的圍帶向上突起的螺旋的一系列同軸迷宮環432。在示例性實施例中，環432的頂緣致使泄漏流與每個角落局部分離，這限制了有效的流動橫截面積并因此降低泄漏流的量。
[0029]現在參照圖6，該圖示出了根據另一示例性實施例的泵殼510。如圖所示，內表面516包括被配置為增大流經內表面516的流體流的湍流的幾何圖案530。在示例性實施例中，幾何圖案530可以包括朝向葉輪的圍帶向上突起的多個凸起532。在示例性實施例中，凸起532可具有圖示的階梯形狀或者可具有平滑表面。在示例性實施例中，凸起532致使泄漏流在每個凸起532處局部地重新定向，這增大流動路徑的長度并導致壓降，由此降低泄漏流的量。在示例性實施例中，可以以多種布局布置多個凸起532，并且多個凸起532中的每個可以具有多種不同形狀。例如，凸起532可以具有半球形狀、金字塔形狀、圓錐形狀或任何其它合適的形狀。在示例性實施例中，可以優化內表面516上的多個凸起532的布置和形狀，以最大化凸起532在流經內表面516的流體流上引起的湍流。
[0030]本領域普通技術人員應該理解，圖4-6所示的設置腔的內表面上的幾何形狀僅是為了示例性目的而提供的，并且本發明的范圍不受限于所示的幾何形狀。
[0031]在示例性實施例中，通過增大離心泵組件的泄漏路徑中的流體流的湍流，可以提高離心泵的效率。例如，通過降低泄漏路徑中的流體流量，可以在不需要額外動力來操作泵的情況下增加流過蝸殼的流體流的量。盡管降低泄漏流量可以提高泵的容積效率，但是仍可能對其機械效率有不利影響。然而，已經發現容積效率的提高大于機械效率的損失，并且因此總液壓效率可以提高1_2%。
[0032]在示例性實施例中，泵殼可以是鑄鋁的，并且幾何圖案可以在鑄造過程中形成或者可以在鑄造完泵殼之后機械加工到泵殼的內表面中。在其它示例性實施例中，泵殼可以由復合材料制成，并且幾何圖案可以在制造過程中形成在泵殼的內表面上。
[0033]盡管已經參照示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該理解，在不脫離本發明范圍的情況下，可以對本發明進行各種改變并且可以對本發明的元件進行等價替代。此外，在不脫離本發明的基本范圍的情況下，可以對本發明進行各種改型，以使特定情況或材料適應本發明的教導。因此，本發明將不受限于作為計劃執行本發明的最佳實施方式而公開的特定實施例，而是將包括落在本申請的范圍內的所有實施例。
【權利要求】
1.一種離心泵組件，包括: 限定腔的泵殼，其中，泵殼包括內表面，該內表面具有被配置為增大流過所述內表面的流體流的湍流的幾何圖案； 位于腔中的葉輪，其中，葉輪包括一個或多個葉片和圍帶；以及 固定到葉輪的軸； 其中，泵殼的內表面和葉輪的圍帶限定泄漏路徑。
2.根據權利要求1所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸棱。
3.根據權利要求1所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸迷宮密封環。
4.根據權利要求1所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括朝向圍帶突起的多個凸起。
5.根據權利要求4所述的離心泵組件，其中，所述多個凸起具有半球形狀、金字塔形狀或圓錐形狀。
6.根據權利要求1所述的離心泵組件，其中，所述幾何形狀被配置為最大化泄漏路徑中的流體流的湍流，其中，增大泄漏路徑中的流體流的湍流致使流體流的體積減小。
7.一種離心泵組件，包括: 限定腔的泵殼，其中，泵殼包括內表面； 位于腔中的葉輪，其中，葉輪包括一個或多個葉片和圍帶； 固定到葉輪的軸； 其中，泵殼的內表面和葉輪的圍帶的外表面限定泄漏路徑；并且其中，泵殼的內表面和圍帶的外表面中的至少一個包括被配置為最大化泄漏路徑中的流體流的湍流的幾何圖案，其中，增大泄漏路徑中的流體流的湍流致使流體流的體積減小。
8.根據權利要求7所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸棱。
9.根據權利要求7所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括一系列同軸迷宮密封環。
10.根據權利要求7所述的離心泵組件，其中，所述幾何圖案包括朝向圍帶突起的多個凸起。
【文檔編號】F04D29/42GK103573642SQ201310318558
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2012年7月26日
【發明者】D.R.斯塔利, R.S.麥卡爾平, R.M.比特納 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司