1.本实用新型涉及磁流变抛光技术领域，具体而言，涉及一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵。


背景技术：

2.磁流变抛光是利用磁流变液的流变性来进行加工的一种确定性可控柔性光学制造技术。与传统抛光技术相比，该技术具有加工精度高、收敛效率快和加工表面缺陷少等显著工艺特点，能够高效、低成本地解决平面及非球面的超精密加工难题，被誉为光学制造界的革命性技术，具有良好的应用前景。磁流变抛光液循环系统是磁流变抛光机床的核心单元，担负着磁流变抛光液的循环、搅拌、温度控制、流量控制、粘度控制，决定了磁流变抛光液的泵送效率和泵送稳定性。磁流变抛光用离心泵作为整个循环系统的动力源，其性能对磁流变抛光效果具有重大影响。
3.现有专利cn111515763a，专利名称“一种分体式泵送循环装置”，公开了包括储液罐和搅拌桨，所述储液罐的输出端用于通过传送管与磁流变抛光用离心泵泵体的输入端连接，储液罐的输入端用于通过传送管与磁流变抛光用离心泵泵体的输出端连接；所述搅拌桨用于搅拌储液罐内的磁流变抛光液。
4.上述专利及现有搅拌罐与离心泵结合的磁流变抛光液循环系统均存在一个共同的问题：根据搅拌混合机理和搅拌流动型态分析，在搅拌罐中，通过搅拌桨叶的旋转把机械能传给流体带动其流动，使搅拌罐不同区域的流体进行强制对流，属于宏观混合。而轴向流的流动方向平行于搅拌轴，流体在桨叶的推动下向下方流动，碰到搅拌罐底面后再翻上来，形成轴向循环流，是促进宏观混合的主要动力。因此，在缓解抛光液颗粒软凝聚以及大颗粒沉降过程中起主要作用的流动型式是轴向流动。径向流动主要实现搅拌桨叶周围的抛光液均匀混合，切向流动会削弱混合效果。无论是轴向流搅拌桨还是径向流搅拌桨，当其安装在搅拌罐的中心位置，高速搅拌粘度不太高的液体时，都会产生切向流动。当搅拌罐壁面光滑且无挡板，罐内抛光液会沿着沿圆周方向做整体旋转运动，并在在离心力作用下涌向罐壁，使周边部分的液面沿罐壁上升，中心部分的液面下降，形成一个大旋涡，这种流动形态称为“打漩”。打漩时，抛光液只是随着桨叶旋转而不产生轴向或径向运动，流体从桨叶周围至桨叶区的流量很小，几乎没有混合的机会，容易导致抛光液发生固液分离。随着搅拌转速的加大，其液面会逐渐下凹，搅拌罐内有效容积不断降低。当液面旋涡中心下凹到与桨叶接触时，外界的空气会在桨叶的带动下被吸入抛光液，引起其发生密度变化。另外，由于桨叶所接触的是密度较小的气液混合物，搅拌效果会大大降低并产生机械振动。
5.因此，如何解决上述问题成为本领域人员研究的重点。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵，以解决现有技术不足的问题。
7.本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：
8.一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵，包括：
9.搅拌机构总成，其包括搅拌罐和设置于搅拌罐内的螺旋型搅拌桨，所述搅拌罐的底部偏心设置有搅拌出液口，搅拌罐内部为倒锥流线型空腔；
10.以及离心机构总成，其包括离心泵，所述离心泵设置有泵体入液口和泵体出液口，所述泵体入液口高于泵体出液口，且泵体入液口与搅拌出液口之间通过入液管连接，泵体出液口通过可拆卸的回流管连接搅拌罐。
11.进一步地，所述搅拌机构总成还包括固定台，所述固定台设置有若干定位槽，所述搅拌罐的底部设置有与所述定位槽匹配的凸台，搅拌罐通过凸台插入所述定位槽内与固定台固定。
12.进一步地，所述搅拌罐上端设置有可拆卸的顶盖，所述顶盖上设置有搅拌电机，所述搅拌电机通过搅拌联轴器与螺旋型搅拌桨连接。
13.进一步地，所述螺旋型搅拌桨包括搅拌轴和搅拌桨叶，所述搅拌轴自上而下依次设置有搅拌上轴承端盖、搅拌上轴承、搅拌下轴承端盖、搅拌下轴承以及搅拌密封环。
14.进一步地，所述搅拌轴采用硬铝制成，并在外径面包覆一层聚四氟乙烯，所述搅拌桨叶采用聚四氟乙烯制成。
15.进一步地，所述顶盖上设有若干灌液口，所述灌液口适配有灌液口塞，所述灌液口塞中部设有回流口，回流口适配有回流口塞，回流口连接回流管。
16.进一步地，所述离心泵内设置有转轴、离心叶轮和压水室，所述离心叶轮设置于转轴末端、并位于压水室内。
17.进一步地，所述离心机构总成还包括离心电机，所述离心电机通过离心联轴器与转轴连接，且转轴上自下而上设置有离心密封环、离心下轴承、离心下轴承端盖、离心上轴承以及离心上轴承端盖。
18.进一步地，所述泵体出液口处设置有法兰槽，所述法兰槽内设置有密封法兰，所述密封法兰与泵体出液口之间设置有法兰密封圈。
19.进一步地，搅拌罐和离心泵均设置有侧边孔。
20.本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
21.本实用新型搅拌罐外部为圆柱型，内部空腔为采用出液口偏心设置的倒锥流线型，可避免在搅拌磁流变抛光液过程中出现“打漩”现象，还可避免磁流变抛光液存在流动死角，促进了泵送循环过程中的排液，克服了由于结构因素导致磁流变抛光液易于沉淀、团聚的问题。另外，回流的磁流变抛光液液流冲击作用可将附着在搅拌罐罐壁上的抛光液带入离心泵泵体中，保证了抛光液性质的稳定。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1是本实用新型实施例1提供的一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵的结
构示意图；
24.图2是转轴和螺旋型搅拌桨的结构示意图；
25.图3是搅拌罐顶盖的结构示意图；
26.图4是搅拌罐的轴侧图；
27.图5是搅拌罐的仰视图；
28.图6是固定台的结构示意图；
29.图7是离心泵的结构示意图。
30.图标：1-搅拌电机，2-回流口塞，3-灌液口塞，4-顶盖，5-搅拌罐，6-固定台，7-底盖，8-密封法兰，9-回流管，10-离心泵，11-入液管，12-离心电机，13-搅拌联轴器，14-搅拌上轴承端盖，15-搅拌上轴承，16-搅拌下轴承端盖，17-搅拌下轴承，18-搅拌密封环，19-搅拌轴，20-底盖密封圈，21-离心叶轮，22-转轴，23-离心密封环，24-离心下轴承，25-离心下轴承端盖，26-离心上轴承，27-离心上轴承端盖，28-离心联轴器，29-法兰密封圈，30-灌液口，31-搅拌轴孔，32-搅拌出液口，33-凸台，34-定位槽，35-叶轮轴孔，36-泵体入液口，37-压水室，38-压水室流道，39-泵体出液口，40-搅拌桨叶。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.实施例1
34.参见图1至图7所示，本实施例提供了一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵，包括搅拌机构总成和离心机构总成，所述搅拌机构总成和离心机构总成设置于同一底盖7上。
35.所述搅拌机构总成包括搅拌电机1、搅拌罐5、螺旋型搅拌桨以及固定台6，所述固定台6固定于底盖7，固定台6的上端面设置有若干定位槽34，所述搅拌罐5的底部设置有与所述定位槽34匹配的凸台33，搅拌罐5通过凸台33插入所述定位槽34内与固定台6固定，以限制搅拌罐5移动。所述搅拌罐5内设置有所述的螺旋型搅拌桨，该搅拌桨包括搅拌轴19和搅拌桨叶40。所述搅拌罐5的顶端通过螺钉固定连接有顶盖4，所述搅拌电机1安装于所述顶盖4上，搅拌电机1的输出端通过搅拌联轴器13与搅拌轴19连接，同时在搅拌轴19自上而下依次设置有搅拌上轴承端盖14、搅拌上轴承15、搅拌下轴承端盖16、搅拌下轴承17以及搅拌密封环18，通过在搅拌轴19上设置有双轴承结构，保证其与搅拌电机1输出轴的同轴度，从而确保了搅拌轴19和搅拌桨叶40的稳定旋转，而搅拌密封环18的设置可以密封搅拌轴孔31与搅拌轴19之间的间隙，以防止磁流变抛光液上窜，继而保护搅拌电机1。
36.此外，磁流变抛光液在抛光过程中温度会逐渐升高，对被接触物有磨蚀和腐蚀作
用，且具有一定的铁磁性，冷却后容易团聚并粘附在被接触物上形成硬块。为了兼顾机械强度、耐高温、耐腐蚀、抗老化性能、无磁性、无粘和性价比等因素，采用硬铝来制作搅拌轴19，并在搅拌轴19外包覆一层聚四氟乙烯，同时采用聚四氟乙烯来制作搅拌桨叶40。又考虑到水基磁流变抛光液的零场粘度基本上在1.5pa
·
s以内，属于中等粘度的固液两相悬浮液。其中固体颗粒含量较大，在温度较低和搅拌不充分情况下容易发生凝聚，粘度随之大幅上升。另外，抛光液还具有剪切稀化特性，适合采用剪切力小和粘度适用范围大的搅拌桨进行搅拌。螺旋式搅拌桨属于轴流型搅拌桨，剪切力较低，对非牛顿流体的剪切稀化作用较小，引起湍流强度较小，排液量较高，有利于提高搅拌罐5内磁流变抛光液的固体悬浮和流动混合效果。采用螺旋式搅拌桨不仅能保证搅拌罐5内上、中、下层磁流变抛光液的循环流动，还能让搅拌桨轴附近和靠近罐壁区域的磁流变抛光液得到有效的交换，最终实现搅拌罐5内磁流变抛光液的全面均匀混合。另外，搅拌桨叶40数越少，不仅使搅拌桨在旋转过程中的机械稳定性越差，还会减少其推动力，因此，在搅拌桨的设计过程中选择了叶片数为4片的搅拌桨。
37.所述搅拌罐5的底部偏心设置有搅拌出液口32，搅拌罐5外形为圆柱体状，其内部为倒锥流线型空腔，参见图4，所谓的倒锥流线型即口部比底部略大，且底部略微带有一定倾斜角度，且出液口32位于底部较低的一端，能有效防止搅拌罐5内出现“打旋”现象的发生。所述顶盖4设有若干灌液口30，所述灌液口30适配有灌液口塞3，所述灌液口塞3中部设有回流口，回流口适配有回流口塞2。
38.所述离心机构总成包括离心电机12和离心泵10，所述离心电机12设置于离心泵10的顶端，离心泵10和底盖7通过螺钉连接，以便于离心泵10的拆卸和清洗。同时，所述离心泵10和底盖7通过底盖密封圈20进行密封，避免磁流变抛光液的泄漏和能量损失。所述离心泵10内设置有转轴22、离心叶轮21和压水室37，所述转轴22下端穿过叶轮轴孔35与压水室37中的离心叶轮21通过螺钉连接，通过离心叶轮21的增速和压水室37的加压来提高磁流变抛光液的机械能。所述离心电机12的输出端通过离心联轴器28与转轴22连接，所述转轴22自下而上设置有离心密封环23、离心下轴承24、离心下轴承端盖25、离心上轴承26以及离心上轴承端盖27。同样的通过在转轴22上设置双轴承结构，保证其与离心电机12输出轴的同轴度，从而确保了转轴22和离心叶轮21的稳定旋转，而离心密封环23的设置可以密封转轴22孔与转轴22之间的间隙，以防止磁流变抛光液上窜，继而保护离心电机12。
39.所述离心泵10的泵体入液口36设置在上端，泵体出液口39设置在下端，所述搅拌出液口32通过入液管11连接入液口，磁流变抛光液可在重力作用下从搅拌罐5自动流入离心泵10中，避免了启动时提前灌泵的麻烦，所述泵体出液口39处设置有法兰槽，所述法兰槽内设置有密封法兰8，所述密封法兰8与泵体出液口39之间设置有法兰密封圈29，所述密封法兰8处可拆卸的连接有回流管9，所述回流管9与回流口连接。
40.所述顶盖4和离心泵10皆设置有侧边孔，可观察电机轴转向和密封情况，防止离心叶轮21反转导致离心泵丧失泵送动力，同时防止由于在搅拌罐5中加入过量磁流变抛光液或磁流变抛光液“打漩”而窜入电机将其损坏。
41.进一步的，离心泵的泵送流量稳定性与磁流变抛光液的流动状态有极大关系，在搅拌罐内流动时，有层流、过渡流、湍流三种状态。磁流变抛光液为层流状态时，其流量稳定性较好；磁流变抛光液为过渡流状态时，流量存在较小脉动；磁流变抛光液为湍流状态时，
流量稳定性较差。其状态可用搅拌雷诺数re来判断，如表1所示。
42.表1雷诺数与流动状态的关系
[0043][0044]
搅拌雷诺数re的定义为：
[0045][0046]
式中：r
e-搅拌雷诺数，d-搅拌罐直径(mm)，n-搅拌桨转速(r/min)，ρ-液体的密度(kg/m3)，μ-液体的粘度(mpa
·
s)。
[0047]
另外，搅拌过程中引起的轴向循环流越剧烈，搅拌桨叶的抽吸作用影响越强，搅拌罐的出液量越少，离心泵泵送效率越低。为了保证泵送效率和泵送流量稳定性，应根据搅拌罐直径，以及磁流变抛光液的密度和粘度，在较低的速度范围内调节搅拌桨转速，使磁流变抛光液的流动状态保持在过渡流，甚至是层流范围内从而提高磁流变抛光液的总体循环流动，使固液相得到均匀混合。
[0048]
而当磁流变抛光液流入弯曲流道时，会引起流体脱离壁面，形成旋涡区，造成局部损失。此外，由于磁流变抛光液高粘性的作用，流道壁面附近的抛光液流速小，在内外压力差的作用下，会沿管壁从外侧向内侧流动，同时，管中心的抛光液会向外侧壁面流去，形成螺旋状横向流动，使抛光液产生能量损失，降低离心泵10的泵送效率。另外，由于抛光液在经过弯角之后各部分的流速重新分配，导致其固液两相间的相对运动加快，并导致进一步摩擦和撞击，降低离心泵10的泵送流量稳定性和泵送粘度稳定性。
[0049]
弯曲流道的局部损失系数ζ可按以下计算：
[0050][0051]
式中，ζ-局部损失系数，d-管径，r-弯曲流道中线的曲率半径，θ-管道的弯曲角度。
[0052]
由公式(2)可知磁流变抛光液在弯曲流道处的局部损失取决于流道的直径、曲率半径和流道的弯曲角度。因此在设计流道时，为了减小局部损失，尽量避开了转弯角度过大的死弯。
[0053]
进一步的，当磁流变抛光液在等截面直径流道中流动时，由于其高粘度特性和流道壁面粗糙度的影响将在抛光液与壁面间以及抛光液各分子间产生摩擦力，这种切应力会对抛光液运动造成沿程阻力损失。当磁流变抛光液处于层流流动时，其流动阻力来源于磁流变抛光液各流层间的内摩擦力；当磁流变抛光液处于湍流流动时，流动阻力来源于两个方面：一方面是层流底层的内摩擦力；另一方面是湍流核心区内流体质点掺混、碰撞等动量
交换发生的附加阻力。但无论是层流还是湍流流动沿程损失，都可以用达西－魏斯巴赫公式进行计算：
[0054][0055]
式中，λ-沿程阻力系数，l-流道长度，d-流道直径，v-流速。
[0056]
由公式(3)可知，沿程阻力损失大小随着流道长度、流速以及抛光液粘度的增加而增加；随着流道直径的增加而减小。磁流变抛光液进行湍流运动时的沿程阻力损失受流道的粗糙度k影响较大；而抛光液进行层流运动时，流体运动速度较慢，与流道壁面碰撞不大，因此流道的粗糙度k对阻力、摩擦系数无影响，λ只与re有关。因此在设计流道时，为了减小沿程损失，选择在一定范围内减小流道长度并增大流道直径。
[0057]
由上述内容可知，本实施例提供的一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵10用于磁流变抛光液循环系统时，先通过入液管11将搅拌出液口32和泵体入液口36相连；然后将回流管9从泵体出液口39处取下，用一根输液管的一端连接泵体出液口39，另一端与抛光液喷射装置相连；再使用回流管9将磁流变抛光液循环系统的回收泵和灌液口30相连；
[0058]
循环系统工作前，先从灌液口30向干净无杂质的搅拌罐5中加入磁流变抛光液。在保证传送管连接正确的情况下，依次启动回收泵和离心泵10。
[0059]
循环系统工作时，螺旋型搅拌桨通过控制搅拌电机1的转速提高对不同粘度磁流变抛光液的匀化效果，温度传感器监测磁流变抛光液温度从而通过调节水冷机的温度来稳定磁流变抛光液温度。磁流变抛光液由离心泵10泵入输液管中并通过喷嘴喷向抛光轮；然后，磁流变抛光液由旋转的抛光轮带入抛光区；磁流变抛光液旋转一周后，回收器将离开抛光区的磁流变抛光液回收到管路中并由回收泵泵入搅拌罐5里。
[0060]
综上所述，本实施例提供的一种带有搅拌功能的磁流变抛光用离心泵，具有如下优点：
[0061]
1、本实用新型结合常规磁流变抛光泵送循环系统的设计原理，适用于磁流变抛光机床中抛光液的匀化、供给和循环。
[0062]
2、顶盖4的良好密封效果，以及灌液口塞3和回流口塞2的搭配使用，减少了磁流变抛光液的水分散失，并在一定程度上避免空气中的杂质混入磁流变抛光液中，保证了磁流变抛光液的性质稳定和使用寿命。从而提高了磁流变抛光质量。
[0063]
3、搅拌罐5外部为圆柱型，内部空腔为采用出液口偏心设置的倒锥流线型，可避免在搅拌磁流变抛光液过程中出现“打漩”现象，还可避免磁流变抛光液存在流动死角，促进了泵送循环过程中的排液，克服了由于结构因素导致磁流变抛光液易于沉淀、团聚的问题。另外，回流的磁流变抛光液液流冲击作用可将附着在搅拌罐5罐壁上的抛光液带入离心泵10中，保证了抛光液性质的稳定。
[0064]
4、搅拌罐5的储液量大，大大提高了循环系统中磁流变抛光液的容量，满足了高效率磁流变抛光对抛光液大流量泵送的要求。另外，也便于布置冷却装置、检测抛光液状态的传感器和补充抛光液等，确保了磁流变抛光操作的友好性。
[0065]
5、采用螺旋型四叶片搅拌桨对搅拌罐5中的磁流变抛光液进行主动搅拌，避免了团聚或粗大颗粒混入抛光液中，影响磁流变抛光去除特性的稳定性和一致性，保证了抛光质量。另外，还可根据磁流变抛光液的粘度值来调节搅拌电机1转速以达到更好的匀化效
果，适应粘度在宽范围调节抛光液的泵送循环，从而满足了多种材料的磁流变抛光需求。搅拌时形成轴向循环流，磁流变抛光液湍流程度不高。相较于浸入式离心泵采用罐体旋转的被动匀化式结构，该桨与抛光液的接触面积更大，能够保证储液罐中部的抛光液得到搅拌，并使近壁区的抛光液进行强迫对流，更高效地实现固相在液相中的的均匀悬浮，从而保证了磁流变抛光液的全面匀化效果。
[0066]
6、该离心泵10的转轴22长度较短，叶轮的径向颤动较小，从而减小了泵送过程中的流量脉动，使泵送流量稳定性得到了提高。
[0067]
7、离心泵10的入液口设置在上端，出液口设置在下端，磁流变抛光液可在重力作用下从搅拌罐5自动流入离心泵10中，避免了启动时提前灌泵的麻烦。另外，所述离心泵10中磁流变抛光液由上吸入，由侧面排出，降低了扬程损失，提高了电机效率。同时，离心泵10内流道曲率半径较大，局部损失小。另外，离心泵10内部流道较短，减小了沿程损失，从而实现磁流变抛光液的高效稳定泵送。
[0068]
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。