專利名稱：一種離心式仿生耦合泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及農業(yè)或工業(yè)用流體機械，特別涉及一種離心式仿生耦合泵。 技術背景水泵是廣泛應用于在國民經濟中的通用機械。根據有關數據統(tǒng)計，在中國，水泵的 耗電量約占全國總發(fā)電量的20%，其耗油量約占全國總油耗的5%，現在，水泵已經成為除 電機之外，應用最為廣泛的通用機械。因此，提高水泵的運行效率，節(jié)能降耗勢在必行。由 于大多數類型的水泵是比較成熟的機械，從設計角度出發(fā)提高泵效率1 %都非常困難，而水 泵運行如果偏離設計的高效點，實際運行的效率遠不止降低1%。因此，需要一種全新的理 念來提高泵的效率。

實用新型內容本實用新型提供一種離心式仿生耦合泵，目的在于不改變原設計水利模型的基礎 上，利用仿生耦合理論，采用仿生耦合技術來達到離心式水泵增效節(jié)能目的。本實用新型的上述目的是這樣實現的一種離心式仿生耦合泵，主要有葉輪和泵殼組成，所述的葉輪采用仿生耦合葉輪 與普通泵殼組合、仿生耦合泵殼與普通葉輪組合或者是仿生耦合葉輪與仿生耦合泵殼組 合，所述的仿生耦合葉輪或仿生耦合泵殼上布置有仿生非光滑結構，仿生非光滑結構為肋 條狀或凹坑形，肋條狀或凹坑形非光滑結構順著葉輪流道和泵殼內導流葉片的上下表面 的具體形狀分布；所述的肋條狀的橫斷面為正三角形，邊長為0. 5 1. 3mm，肋條之間的距 離為0. 5 3. 9mm ；所述的凹坑狀的凹坑半徑為0. 5 1. 3mm,凹坑之間的間距為0. 5 3. 9mm。所述的仿生非光滑結構上敷有一層厚度為0. Imm 0. 5mm、邵氏硬度值在A30 A70之間的PTU材料、聚氨酯材料或是樹脂材料，噴涂采用熱敷或采用旋轉式噴涂的方式進 行。所述的仿生耦合葉輪的仿生非光滑結構布置在葉輪背面或側面，或布置在起于進 水口，止于出水口。所述的肋條狀仿生非光滑結構加工在葉輪的側面，邊長取0. 5 1. 3mm，肋條之間 的距離為0. 5 3. 9mm，將邵氏硬度為50的樹脂材料敷于仿生非光滑結構上。所述的肋條 狀仿生非光滑形態(tài)加工在葉輪的背面，肋條的邊長為0. 5 1. 3mm，距為0. 5 3. 9mm，將邵 氏硬度為A50的聚氨酯材料敷于仿生非光滑結構上。所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于，所述的肋條狀或是凹坑狀仿生非光 滑結構沿泵殼內表面導流葉片的上下表面的具體形狀分布而定，肋條狀非光滑結構的邊長 為0. 5 1. 3mm,肋條之間的距離為0. 5 3. 9mm,凹坑的半徑為0. 5 1. 3mm,間距為0. 5 3. 9mm，將邵氏硬度為A50的聚氨酯材料敷于導流葉片上下表面的仿生非光滑結構上。所述的仿生耦合葉輪或仿生耦合泵殼采用鑄造工藝或采用電火花加工工藝完成
3非光滑表面的加工。離心式仿生耦合泵是由仿生耦合葉輪和仿生耦合泵殼組合而成的。仿生耦合葉輪 是在傳統(tǒng)葉輪表面上，加工有各種形態(tài)的仿生非光滑形態(tài)，并在其表面上噴涂有一定厚度 的PTU材料、聚氨酯材料或是樹脂材料耦合而成，參閱圖1，2所示。仿生耦合泵殼是在傳統(tǒng) 泵殼導流葉片的上下表面加工有各種形態(tài)的仿生非光滑結構，同樣也在仿生非光滑形態(tài)上 噴涂有PTU材料、聚氨酯材料或是樹脂材料耦合而成的。本實用新型是從水泵葉輪與流體介質之間的相互作用力學與運動學關系出發(fā)，采 用現代仿生學原理、仿生耦合理論而實用新型的?？茖W家們通過對某些生活在流體介質中 的生物如海豚等研究發(fā)現，海豚其實際游泳速度與其生理所能提供的能力之間存在巨大差 別，這是由于海豚具有“自適應性”皮膚所致。海豚皮膚具有三層結構，最外面是表皮，其上 有薄而光滑的角質膜；中間層是真皮層，像海綿一樣，長有許多乳突，中空的乳突間充滿著 血液或體液，這些乳突在運動中能承受很大的壓力；最里面由交錯的膠質和彈性纖維組成， 中間充滿了脂肪細胞，當海豚快速游動時，隨著水的阻力增加，海豚的皮膚由光滑逐漸變?yōu)?相應的非光滑形態(tài)，此時，光滑表皮，具有彈性的皮下組織以及纖維結節(jié)形成優(yōu)異的耦合狀 態(tài)，這種耦合狀態(tài)可以有效的降低阻力。模仿海豚皮膚的結構、材料、功能，將這種優(yōu)異的仿 生耦合理念應用到離心式水泵上，開發(fā)出適合離心式水泵的新型節(jié)能、綠色、環(huán)保的水泵具 有重要的指導意義。本實用新型具有以下效果采用現代工程仿生耦合技術，提高了離心泵效率、有效 的防止了離心式泵汽蝕現象，提高了離心泵的耐腐蝕性。仿生耦合泵工作時，由于涂敷在葉 輪或是泵殼的PTU、樹脂或是聚氨酯等材料材料，在負高壓時產生彈性變形，吸收了部分能 量，并在負高壓峰值后釋放這部分能量，可以有效的減小能量損失，從而提高了效率。當水 流強烈沖擊葉片時，變形后的PTU、樹脂或是聚氨酯等材料耦合水泵葉輪表面非光滑結構， 吸收了部分葉輪流道內部的紊流能量，對橫向和縱向的湍流猝發(fā)都有抑制作用，起到穩(wěn)定 紊流、推遲轉捩的目的，從而達到增效節(jié)能的目的。當工作介質不是清水而是其它具有腐蝕 性的介質時，由于這些具有很好的耐腐蝕性，防止腐蝕性的介質和離心泵的葉輪和泵殼直 接接觸，有效地提高離心泵的耐腐蝕性。在水泵入口處，水在負壓下被高速吸入葉輪中，此 時，水流狀態(tài)極不穩(wěn)定，當葉輪內局部產生高負壓時，會產生汽蝕(通常發(fā)生在葉輪進口稍 后的地方)，汽蝕時產生的氣泡，流動到高壓處時，其體積減小以致破滅，稱為汽蝕潰滅，這 會對離心泵的基材產生很大的沖擊作用，極大的降低了離心泵的性能，由于這些材料的存 在，也能夠有效的預防這種汽蝕現象的發(fā)生。

圖1是肋條狀仿生耦合水泵示意圖。圖2是肋條狀仿生非光滑結構加工在葉輪背面的示意圖。圖3是凹坑性非光滑耦合水泵剖面示意圖。圖4是凹坑型非光滑結構加工在葉輪側面的示意圖。圖5是仿生耦合水泵與傳統(tǒng)水泵流量-效率對比圖。圖6是仿生耦合水泵與傳統(tǒng)水泵流量-揚程對比圖。圖中1.是肋條狀非光滑結構，2.為葉輪的背面，3.為PTU、樹脂或是聚氨酯等材料，4、為非光滑結構之間的間距，5.為凹坑型非光滑結構加工在葉輪的側板上，6.為葉輪 的側板。
具體實施方式
以下結合實例進一步說明本實用新型的具體內容及其實施方式。以200 QJ5046型離心式水泵為例，具體說明實施過程，以非光滑形狀為肋條狀和 凹坑型為例來說明仿生耦合葉輪的加工過程。根據離心式水泵葉輪的工作原理，非光滑單 元主要布置在水泵葉輪的背面和側面兩種地方。非光滑單元的尺寸，對于橫截面為正三角 形的肋條指的是邊長，對于凹坑型非光滑單元指的是凹坑的半徑，非光滑之間的間距為邊 長或是半徑的1-3倍。非光滑單元的具體形態(tài)、布置位置及尺寸參閱圖1至圖4所示。這 些非光滑單元采用雕刻直接加工或是鑄造的方式直接加工在水泵葉輪的側面或是背面上。 參閱圖1至圖4所示，其次，采用旋轉噴涂或是熱敷的方式在非光滑表面上貼附有厚度為 0. 1-0. 5mm，邵氏硬度為A50的PTU、樹脂或是聚氨酯(通常這些材料與鑄鐵表面能夠很好的 貼和在一起，且具有很好耐磨性)。實施例1 肋條狀仿生非光滑形態(tài)加工在葉輪的側面，肋條狀非光滑結構的橫斷面為正三角 形，邊長為0. 9mm，肋條之間的距離為2. 7mm，將邵氏硬度為50的樹脂材料貼附在水泵的葉 輪，在整個流量段內，與未采用仿生耦合設計的傳統(tǒng)水泵相比，在整個有效流量段內O00 QJ50-26型離心式水泵的有效流量段位40m3 60m3)效率均得到提高，如圖5所示，在流量 為55m3時，效率提高2%左右，在流量為65m3，效率提高了 5%。實施例2 凹坑狀仿生非光滑形態(tài)加工在葉輪的側面，凹坑半徑為0. 5mm,凹坑之間的間距為 Imm,敷有邵氏硬度為A50的PTU材料，與未采用仿生耦合設計的傳統(tǒng)水泵相比，在有效流量 段內，效率均得到提高，在流量為60m3，效率提高2 %左右，在整個流量段內，揚程均得到提 高，如圖6所示，尤其是在流量為60m3，揚程提高了 1. 75m左右，提高幅度達到6. 7%。實施實例3 肋條狀仿生非光滑形態(tài)，加工在葉輪的背面，肋條的邊長為1. 3mm,間距為2. 6mm, 敷有邵氏硬度為A50的聚氨酯材料，與未采用仿生耦合設計的傳統(tǒng)水泵相比，在有效流量 段內，效率，在流量為60m3時，效率提高了接近2%，在整個流量段內，揚程均得到提高，揚程 平均提高3. 4m，提高幅度達13. 11%。以上三種實施實例的仿生耦合水泵與未經耦合設計的傳統(tǒng)水泵的效率-流量曲 線圖、揚程-流量曲線圖如圖5、圖6所示。
權利要求1.一種離心式仿生耦合泵，主要有葉輪和泵殼組成，其特征在于所述的葉輪采用仿 生耦合葉輪與普通泵殼組合、仿生耦合泵殼與普通葉輪組合或者是仿生耦合葉輪與仿生耦 合泵殼組合，所述的仿生耦合葉輪或仿生耦合泵殼上布置有仿生非光滑結構，仿生非光滑 結構為肋條狀或凹坑形，肋條狀或凹坑形非光滑結構順著葉輪流道和泵殼內導流葉片的上 下表面的具體形狀分布；所述的肋條狀的橫斷面為正三角形，邊長為0. 5 1. 3mm，肋條之 間的距離為0. 5 3. 9mm ；所述的凹坑狀的凹坑半徑為0. 5 1. 3mm,凹坑之間的間距為0.5 3. 9mm。
2.根據權利要求1所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于所述的仿生非光滑結 構上敷有一層厚度為0. lmm-0. 5mm、邵氏硬度值在A30-A70之間的PTU材料、聚氨酯材料或 是樹脂材料，噴涂采用熱敷或采用旋轉式噴涂的方式進行。
3.根據權利要求1或2所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于所述的仿生耦合 葉輪的仿生非光滑結構布置在葉輪背面或側面，或布置在起于進水口，止于出水口。
4.根據權利要求3所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于所述的肋條狀仿生非 光滑結構加工在葉輪的側面，邊長取0. 5 1. 3mm，肋條之間的距離為0. 5 3. 9mm，將邵氏 硬度為A50的樹脂材料敷于仿生非光滑結構上。
5.根據權利要求1或2所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于所述的凹坑狀仿 生非光滑形態(tài)加工在葉輪的背面，凹坑的半徑為0. 5 1. 3mm,間距為0. 5 3. 9mm，將邵氏 硬度為A50的聚氨酯材料敷于仿生非光滑結構上。
6.根據權利要求1或2所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于所述的肋條狀或 是凹坑狀仿生非光滑結構沿泵殼內表面導流葉片的上下表面的具體形狀分布而定，肋條狀 非光滑結構的邊長為0. 5 1. 3mm，肋條之間的距離為0. 5 3. 9mm，凹坑的半徑為0. 5 1.3mm,間距為0. 5 3. 9mm,將邵氏硬度為A50的聚氨酯材料敷于導流葉片上下表面的仿生 非光滑結構上。
7.根據權利要求1及2所述的一種離心式仿生耦合泵，其特征在于所述的仿生耦合 葉輪或仿生耦合泵殼采用鑄造工藝或采用電火花加工工藝完成非光滑表面的加工。
專利摘要本實用新型公開了一種離心式仿生耦合泵，主要是由葉輪和泵殼組成，葉輪采用仿生耦合葉輪與普通泵殼組合、仿生耦合泵殼與普通葉輪組合或者是仿生耦合葉輪與仿生耦合泵殼組合，仿生耦合葉輪或仿生耦合泵殼內的導流葉片上布置有仿生非光滑結構，仿生非光滑結構為肋條狀或凹坑形，肋條狀或凹坑形非光滑結構順著葉輪流道和泵殼內的導流葉片的形狀分布；肋條狀的橫斷面為正三角形，邊長為0.5～1.3mm，肋條之間的距離為0.5～3.9mm；所述的凹坑狀的凹坑半徑為0.5～1.3mm，凹坑之間的間距為0.5～3.9mm。離心式仿生耦合泵解決了現有離心式水泵效率低，容易發(fā)生汽蝕等現象。改善了離心式水泵的性能，提高了現有水泵的效率及揚程。
文檔編號F04D1/00GK201908846SQ20112000298
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權日2011年1月7日
發(fā)明者任露泉, 卜兆國, 廖庚華, 李文淵, 田麗梅, 陳慶海 申請人:吉林大學