洗碗机洗涤泵和排水泵的优化设计

洗碗机洗涤泵和排水泵的优化设计

陈永照

惠而浦(中国)股份有限公司 安徽 合肥 231283

摘要：随着社会的发展，人们的生活节奏不断加快，对生活品质也有了更高的追求。在日常生活中，人们为了获得高品质的生活，开始使用洗碗机。基于此，文章介绍了洗碗机洗涤泵和排水泵开发难点，并且针对研发过程的问题进行逐个击破，最终将产品推向可以生产使用的目的，进而提高人们的生活品质，促进我国经济的可持续发展。

关键词：洗碗机；洗涤泵；排水泵

引言：洗碗机是用来自动清洗碗、筷、盘、碟、刀、叉等餐具的设备，随着生活水平的提高，越来越多的消费者选择使用洗碗机来替代烦琐的手工洗碗工作，洗碗机的需求量得到大幅度的提升。人们逐渐对洗碗机提出了更高的要求，但是现在市场上的洗碗机一般设置有洗涤泵和排水泵，且洗涤泵和排水泵是分开设置的，在采购洗碗机物料的时候需要与不同的厂家采购，同时还要把洗涤泵和排水泵安装在洗碗机上，造成安装复杂、安装步骤多的情况，很多洗碗机厂家由此提出了一种洗涤泵和排水泵优化的洗碗机模式。

1洗碗机洗涤泵和排水泵开发难点分析

1.1洗涤泵和排水泵正反转问题

根据目前市场需求，在洗碗机洗涤泵和排水泵的项目优化过程中，面临的第一个难点就是洗涤泵和排水泵正反转的问题。由于洗涤泵和排水泵是连成一体的，当电机正转的时候洗涤泵工作，排水泵不工作；当电机反转的时候洗涤泵不工作，排水泵工作。目前需要使用电容运转单相异步交流电机进行开发该项目，单相异步电动机有两个定子绕组，一个是主绕组，即工作绕组，产生主磁场；另一个是副绕组，即辅助绕组(启动绕组)，用来与主绕组共同作用而产生旋转磁场，使电动机产生启动转矩。这两个绕组在空间上相差90°，通常是启动绕组串联一个适当容量的电容器。要想单相异步电动机反转就必须改变旋转磁场的方向，使旋转磁场反转。而要改变磁场的旋转方向就需要将两个绕组(工作绕组和启动绕组)中任一个绕组的电流相位发生180°改变。

1.2洗碗机洗涤泵和排水泵的电机功率损耗问题

当电机正转，洗涤模式下，洗涤泵的进水管和出水管有水循环，排水泵反转并且不起作用；排水模式下，排水泵的进水管和出水管有水循环，洗涤泵反转并且不起作用。在进行电脑CFD仿真分析洗涤模式运行过程中发现，洗涤泵里面的水循环正常工作，排水泵将排水口封堵，腔体里面如果是水，排水泵叶轮在腔体里面运转的过程中对水进行冲击，并且水体不能排出，导致排水口压力过高，并且电机在排水泵侧一直做无用功，电机功率损失30%，当排水口压力点超过止水阀的压力点，会将止水阀冲破，损坏止水阀。如果将排水泵的腔体里面的水排出后再封堵排水口，排水泵里面只有空气，电脑CFD仿真分析发现排水泵的进水口位置空气有回流，并且排水泵叶轮一直在工作，电机功率损失15%。

1.3洗涤泵加热问题

洗涤泵加热的问题。目前洗涤泵的加热组件，包括温控装置和加热装置。温控装置包括至少一个熔断器、与熔断器连接的连接电线、设于连接电线端头的接线端子；加热装置包括加热座和加热管，加热管两端伸出两个安装头，加热管与加热座连接且安装头伸出加热座上表面，加热管安装头以下的部分位于加热座下方，安装头通过引线与熔断器连接；熔断器为薄片状，熔断器通过压接件设于加热座上。以上装置异常就会产生加热不正常的故障。

2洗碗机洗涤泵和排水泵优化设计方案

2.1改变电容器的接线方法

对于单相电容式电动机，将启动电容器从一个绕组改接到另一个绕组上即可实现电动机的正反转。这种方法改变转向，电路简单，适用于频繁正反转的场合。比如，家用洗衣机。但是这种方法有一定的局限性，它只适用于启动绕组与工作绕组的技术参数(线圈匝数、粗细等)都相同的电动机。通过改变电容器的接线方法来实现电机的正反转，这个电容称之为移相电容，主要是为了获得定子的两个绕组旋转磁场获得90°的相位差。当定时器与右边的电容引脚端子连接时，这样就把电容C串在LZ绕组(正转绕组)上这时候电流在移相电容的作用下，电流ILZ超前ILF相位90°，从而实现了正转。经过一段时间后，定时器又把电容左边接线端子连接起来，把电容C串接到LF绕组(反转绕组)上。这时电流在移相电容的作用下，电流ILF超前ILZ相位90°从而实现了反转。

2.2使用电磁阀

在解决洗涤模式下，洗涤泵的进水管和出水管有水循环，排水泵没有水循环；排水模式下，排水泵的进水管和出水管有水循环，洗涤泵没有水循环的问题，先尝试使用电磁阀设计，在洗涤泵和排水泵的出水口位置加上电磁阀。电磁阀里面的弹簧默认是向下压着电磁阀的动铁芯，使密封件压紧出水位置，使电磁阀默认关闭状态，电磁阀通电220VAC、50Hz交流电后，动铁芯被磁场吸引，将弹簧向上压缩，水路打开。当洗碗机进入洗涤模式中，洗涤泵电磁阀打开，排水泵电磁阀关闭；当洗碗机进入排水模式中，排水泵电磁阀打开，洗涤泵电磁阀关闭，在实际实验过程中，由于电磁阀的结构是使用垂直方向水体回流，泵体扬程损失42％，并且在洗涤模式下，排水泵叶轮一直工作，将排水泵进水管不断抽真空，由于排水泵进水管是橡胶件，橡胶件一直在压缩，会影响其使用寿命，该方案优劣并存。现阶段仍在不断的电脑仿真和打样试验中，期望研发出一种新的结构，可以解决在洗涤泵工作的时候，排水泵不工作；排水泵工作的时候，洗涤泵不工作的问题。

2.3增加发热管结构

在洗涤泵的泵头上增加发热管加热功能。循环泵头是1800W功率发热管铸铝融合在泵头上，当发热管通入220VAC、50Hz交流电后，发热管工作，使水体在泵壳腔体里面加热。水体在腔体里面，使用动静密封将水电分离，保证用户使用过程中用电安全。

2.4设计叶轮的子午线结构

洗涤泵中的流体流动属于复杂的三维黏性湍流流动，文章假设流体为不可压缩流体，并且忽略介质温度变化的影响，因此在研究内部流动时，只需要考虑连续性方程和动量方程。采用雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方程对内部流动进行数值模拟。设计好叶轮的子午线结构可以将流体的扬程和流量提高。根据宝尔德新结构洗碗机泵流量扬程测试数据与亚威科洗涤泵的流量和扬程测试数据可知，在流量为52.18L/min的扬程达到2.14m，与亚威科的洗涤泵性能基本一致。

结语：

综上所述，文章解决了电机正反转问题；解决了电机在正转过程中洗涤泵侧工作、排水泵侧不工作的问题；电机反转过程中排水泵工作、洗涤泵不工作的问题。这种洗涤泵和排水泵的设计可以缩短和整合洗碗机内部管路，使洗碗机在外部尺寸不改变的情况下，压缩内部安装空间，从而加大碗筷放置空间，使洗碗机由原来只能放置13套碗碟提高到放置16套碗碟的空间。

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