[发明专利]离心泵的三维塑胶叶轮的制造方法及其结构

说明书

本发明涉及一种使用模具成型生产离心泵的三维塑胶叶轮的制造方法及其构造，包含一扭曲叶片模具与一叶轮出口模具，该扭曲叶片模具用以成型该叶轮的各叶片的扭曲叶片，该叶轮出口模具用以成型各叶片的后端部与该叶轮的环形外后盖板及该叶轮的环形外前盖板，使环形外后盖板、环形外前盖板与该些叶片于同一成型步骤一次性地成型为一体。

技术领域

本发明关于一种泵叶轮的制造方法，特别是一种针对工程塑胶材质的泵叶轮的制造方法，适合应用于具有高效率三维流道的塑胶叶轮的生产，可采用射出成型或移转成型等方法，并可解决传统二维叶轮容易生产却低效率的问题。

背景技术

节约能源与减少二氧化碳排放的议题被各国所重视，提升动力机械设备效率也成为各从业者努力的方向，国际能源总署(International Energy Agency,IEA)统计，泵用电量约占马达用电的19％，且自2015年起，欧盟规定水泵的最小能效指标(MinimumEfficiency Index，MEI)须大于或等于0.4，因此从业者无不致力于开发高效率泵，但同时也必须考虑到生产经济性。

参考文献1，Paul Cooper所着并由McGRAW-HILL于2001年发行的《PUMP HANDBOOK》的第三版2.1节(Centrifugal pump theory)、其图9(Optimum geometry as a functionofBEP specific speed)及图10(Efficiency of centrifugal pumps versusspecificspeed)，说明了在泵产业普遍使用的参数，称为比转速(specific speed)的定义如下：该文献中也提到泵叶轮几何、操作区域(流量Q，扬程H)的关系，离心泵比转速大约落在380～1750之间，比转速愈大的叶轮，叶片扭曲的程度愈大，文献中也提到，二维叶片是典型的低比转速叶片，且二维叶片在轴向(z轴)各个位置均有相同线形(shape)，所以叶片上缘曲线(shroud edge)与下缘曲线(hub edge)将会重叠，反之，三维叶片上缘曲线(shroud edge)与下缘曲线(hub edge)会有不同线形(shape)及叶片角(blade angle)。

该参考文献1的图19(conformal transformation of blade shape)说明了由叶片流线展开图是由保角变换方法(conformal transformation method)绘制，可以明确地定义出不同流线由出口到进口间在流线坐标上的叶片角(blade angle)变化，可以看出叶片出口角度相同，但愈靠近进口端，上缘曲线(shroud edge)与下缘曲线(hub edge)的叶片角(blade angle)差异愈大，叶片扭曲愈大。

离心式叶轮(centrifugal impeller)是转动流体机械的一个重要元件，可用于输送含液体或气体的流体，可应用于风机(wind turbine)或泵(pump)。泵的离心式叶轮被安装于涡卷泵壳(volute)内，流体由涡卷泵壳的进口流入，并从叶轮的轴心的进口处轴向地进入叶轮。叶轮的内部具有多个由弧形的叶片(blade)所构成的径向或斜向的叶片流道(blade flow channel)。转轴驱动叶轮旋转，并通过离心力(centrifugal force)与科氏力(Coriolis Force)将机械能经由这些叶片传递给流体，以提高流体的流速与压力。随着叶片的导引，流体的运动方向从轴向转成径向，且流体在离开叶片流道后进入涡卷泵壳的涡卷流道，其高速动能经由涡卷流道的扩散回收为静压，并从涡卷泵壳的出口排出。

在轴向方向上，离心式叶轮的叶片的前后分别设置有前盖板(shroud)与后盖板(hub)，用以限制流体于叶片流道中的流动。后盖板是直接连结转轴，以将轴动力传递给叶片。前盖板是用来限制流体的流动，还可增加叶片的整体强度及承担涡卷泵壳内侧与叶片流道之间的压差。