離心泵蝸殼的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種離心泵蝸殼，包括內腔和隔舌，其特征在于：在所述內腔中設置兩擋板，兩所述擋板和隔舌將所述內腔分割成三個分布均勻的蝸室。每個蝸室產生的徑向力呈120°對稱分布，能夠起到平衡徑向力的作用。本實用新型可廣泛應用于高揚程、大流量泵站中大型離心泵中。
【專利說明】離心泵蝸殼
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種離心泵蝸殼，特別是關于一種應用于高揚程、大流量泵站中的消除徑向力的大型離心泵蝸殼。
【背景技術】
[0002]水泵的徑向力是指葉輪四周的流場對葉輪產生的半徑方向的作用力。對于蝸殼式離心泵，在標準工況下，葉輪周圍的液體壓力是對稱分布的，通常情況下，理論徑向力為零。但是在水泵的實際運行當中，實際工況是不會與設計的理論工況相同的，所以，設計的徑向力平衡被打破，產生徑向力。當流量小的時候，徑向力指向隔舌的位置，當流量偏大的時候，指向隔舌相反的方向。
[0003]徑向力不但使泵軸受到交變應力的作用，同時使得泵軸的繞度增加，其大小直接影響水泵運行的穩定性。同時，對于旋轉著的軸，徑向力是個交變載荷，較大的徑向力會使軸因疲勞而破壞。嚴重時，可導致葉輪和密封環、軸套與泵蓋或泵體接觸產生偏磨現象，另夕卜，徑向力的作用會使軸封間隙變得不均勻，而軸封間隙過大是導致某些泵泄漏的主要原因。由于徑向力與葉輪的出口直徑、葉輪的出口寬度成正比。因此它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大，同時也隨著揚程的增加而增大。所以，徑向力的平衡是十分重要的，特別是對于尺寸較大、揚程較高的泵。
[0004]離心泵蝸殼泵的徑向力平衡，傳統方法采用雙蝸殼來實現，在雙蝸殼中每一蝸室雖沒有完全消除徑向力，但兩個蝸室相隔180對稱布置，作用于葉輪上的徑向力是互相平衡的。但是對于高揚程大流量的大型離心泵而言，分隔成兩個臥室后，臥室還是相對較大，徑向力互相平衡作用產生的誤差較大，使得徑向力的減小的效果有限，仍然存在徑向力較大的問題。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠明顯減小大尺寸離心泵的徑向力、改善蝸殼內流態的離心泵蝸殼。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:一種離心泵蝸殼，包括內腔和隔舌，其特征在于:在所述內腔中設置兩擋板，兩所述擋板和隔舌將所述內腔分割成三個分布均勻的蝸室。
[0007]兩所述擋板中，其中一所述擋板的形狀與起點位于與所述隔舌呈逆時針120°的蝸殼進口處且過蝸殼中心對稱截面的流線的形狀一致，另一所述擋板的形狀與起點位于與所述隔舌呈順時針120°的蝸殼進口處且過蝸殼中心對稱截面的流線形狀一致。
[0008]兩所述擋板的厚度為蝸殼出口直徑的1/25?1/23。
[0009]兩所述擋板的重疊區域的長度為靠近蝸殼出口一側的所述擋板長度的1/10，靠近蝸殼出口一側的所述擋板與所述隔舌的重疊區域的長度為所述隔舌到蝸殼出口距離的一半。
[0010]兩所述擋板滿足粗糙度要求:Ra〈6.3 μ m?
[0011]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本實用新型在內腔中設置兩弧形擋板將內腔分割成三個分布均勻的蝸室，能夠使每個蝸室產生的徑向力呈120°對稱分布，從而起到平衡徑向力的作用。2、本實用新型擋板采用過蝸殼中心對稱截面的流線形狀，可以保證蝸殼內部流場沿流線流動，不遭到破壞，減小由水流沖擊、渦流產生的摩擦損失。3、本實用新型擋板厚度采用蝸殼出口直徑的1/25?1/23，該厚度大致為單擋板蝸殼中的擋板厚度的2/3，能夠保證結構剛度，又不會因過厚而導致流速升高的增加摩擦損失。4、本實用新型兩擋板的重疊區域以及擋板與隔舌的重疊區域均經過篩選而確定，能夠兼顧和平衡兩方面的損失(蝸殼內部脫流損失、蝸殼內壁與水流摩擦損失)，以保證綜合損失最小。本實用新型可廣泛應用于高揚程、大流量泵站中大型離心泵中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0013]圖2為徑向力二力呈180°對稱示意圖。
[0014]圖3為徑向力三力呈120°對稱示意圖。
[0015]圖4是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼中心對稱截面流線分布對比示意圖；
[0016]其中:圖(a)是本實用新型的中心對稱截面流線分布示意圖；圖(b)是單擋板雙蝸室蝸殼中心對稱截面流線分布示意圖；
[0017]圖5是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼過葉輪中心與蝸殼出口平行的過流截面流線分布對比示意圖；
[0018]其中:圖(a)是本實用新型的過葉輪中心與蝸殼出口平行的過流截面流線分布示意圖；圖(b)是單擋板雙蝸室蝸殼的過葉輪中心與蝸殼出口平行的過流截面流線分布示意圖；
[0019]圖6是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼的各項性能對比示意圖；
[0020]其中:圖(a)是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼的效率對比示意圖；圖(b)是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼的揚程對比示意圖；圖(C)是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼的平均徑向力對比示意圖；圖(d)是本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼的徑向力脈動幅值對比示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0022]如圖1所示，本實用新型離心泵蝸殼包括內腔I和隔舌2，在內腔I中設置兩擋板3、4，兩擋板3、4和隔舌2將內腔I分割成三個分布均勻的蝸室，每個蝸室產生的徑向力呈120°對稱分布，起到平衡徑向力效果。
[0023]上述實施例中，擋板3的形狀與起點位于與隔舌2呈逆時針120°的蝸殼進口處且過蝸殼中心對稱截面的流線的形狀一致；擋板4的形狀與起點位于與隔舌2呈順時針120°的蝸殼進口處且過蝸殼中心對稱截面的流線的形狀一致。上述流線形狀是通過對該離心泵設計工況進行數值模擬計算所得到的，這樣可以保證蝸殼內部流場沿流線流動，不遭到破壞，減小由水流沖擊、渦流產生的能量損失。
[0024]上述實施例中，擋板3、4厚度可采用蝸殼出口直徑的1/25?1/23，該厚度大致為單擋板蝸殼中的擋板厚度的2/3。擋板3、4厚度如果太薄會影響該擋板的強度，如果太厚會減小蝸殼的過流面積，造成流速升高而增加摩擦損失。因此擋板厚度需在滿足結構剛度的基礎上，盡量取薄，經過多次厚度的選擇和驗證，本實施例擋板厚度能保證結構剛度，且厚度在滿足結構剛度基礎上，取值最小。
[0025]上述實施例中，兩擋板3、4的重疊區域的長度采用擋板3長度的1/10，擋板3月隔舌2的重疊區域的長度采用隔舌2到出口距離的一半。這樣設置是因為:若兩擋板3、4重疊區域過短會導致脫流，致使內部流動混亂，產生渦流，增加蝸殼內部的損失；若兩擋板3、4重疊區域過長，則擋板3、4長度變長，占用蝸殼內墻的面積增大，致使水流與蝸殼的接觸面積變大，進而摩擦損失也相應增大。經過多次計算比較分析，采用上述數值，能夠兼顧和平衡兩方面的損失，保證了綜合損失最小。
[0026]上述實施例中，擋板3、4的粗糙度應滿足:Ra〈6.3 μπι，以減少摩擦損失。
[0027]本實用新型的原理如下:
[0028]離心泵蝸殼是按設計流量設計的，此刻液體在葉輪周圍壓水室中的速度和壓力是均勻的，軸對稱的，故作用于葉輪上的徑向合力為零，理論上在設計流量下無徑向作用力。由于設計是在許多假定的條件下進行的，與實際流動有偏差，所以即使是在設計流量下其葉輪外圍的速度和壓力也不是均勻的，軸不對稱的，故其徑向力也不為零。當離心泵在偏離設計流量條件下運行時，蝸殼形線與實際葉輪出流的流線出現偏離，造成葉輪外圍的速度和壓力不均勻，不對稱分布，其偏離設計流量越大，這種葉輪外圍的速度和壓力不均勻和不對稱越嚴重。單擋板雙蝸室蝸殼可以在一定程度上改善偏離設計流量情況下的葉輪外圍的速度和壓力不均勻和不對稱性，但對于大型離心泵而言，其雙蝸室依然偏大，單蝸室流體產生的徑向力依然較大。單擋板蝸殼把流體分為兩部分，對葉輪產生兩個呈180°對稱的徑向力，如圖2所示，理論上可以起到平衡徑向力的效果。但是實際運行時，產生的兩個力大小并不完全相等，且方向也會偏離180°。使得兩個臥室內流體對葉輪的徑向力合理不能完全抵消，誤差較大，葉輪周圍的流速和壓力的分布還有改進的空間。三蝸室蝸殼將蝸殼按流動特性分為三個部分，對葉輪產生的3個呈120°對稱的徑向力，如圖3所示，其單個臥室內流體體積小于單擋板蝸殼單個蝸室內的體積，故其單個徑向力小于單擋板蝸殼。且三力呈120°對稱的方向雖會有一定程度偏離，但其偏離誤差從理論上來說優于二力呈180°對稱。而且液體離開葉輪后受更好的引導和束縛，破壞了蝸殼中渦流形成的條件，使流動更加均勻，特別對于小流量情況，可以明顯改善流道的擴散情況，使葉輪外圍的速度和壓力不均勻和不對稱性得到進一步的改善。故從理論上來說雙擋板蝸殼對于徑向力的減小效果優于單擋板離心泵蝸殼，CFD流動模擬計算也證明了這一點。
[0029]圖4給出本實用新型與傳統的單擋板雙蝸室蝸殼中心對稱截面流線分布的對比情況。圖5給出本實用新型與傳統的單擋板雙蝸室蝸殼過轉輪中心與蝸殼出口平行的過流截面流線分布的對比情況。從圖4中可以看到，本實用新型蝸殼內水流在雙擋板的引導下，流線相比單擋板雙蝸室蝸殼分布更加均勻，流態得到了的改善。從圖5(b)可以看出，過流截面存在較大的渦流，大渦的存在，使壓力脈動劇烈，致使葉輪四周流體產生的壓力分布不均，從而導致徑向力脈動幅值增大。通過增加擋板對流動加以引導，從圖5(a)中可以看出，渦流情況得到改善，渦的尺寸明顯減小，改善了壓力脈動，從而大大降低了徑向力脈動幅值。
[0030]經數值模擬驗證，本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼相比，其徑向力和脈動幅值均有了明顯的降低，圖6給出了相同流量下本實用新型與單擋板雙蝸室蝸殼在效率、揚程、平均徑向力和徑向力脈動幅值的對比情況。在小流量時，本實用新型的平均徑向力和徑向力脈動幅值均明顯小于單擋板雙蝸室蝸殼；在整個工況內，本實用新型的最大平均徑向力和徑向力幅值均小于單擋板雙蝸室蝸殼。蝸殼內壁和流場產生的摩擦損失，與水流的速度的平方和蝸殼內壁的面積成正比，因此隨著擋板的增多，蝸殼內壁面積增大，使摩擦損失增加，尤其在大流量工況時，隨著水流速度的增加，可能導致水泵的效率的下降。從圖中可以看出，增加了一個擋板后，效率和揚程與單板蝸殼相比并無明顯變化，在小流量時甚至優于單擋板蝸殼，在大流量時雖然有所降低，但是降低程度不大。因此增加擋板后并沒有影響該水泵的能量特性，但是大幅度提高了穩定性。 申請人:也對三擋板四蝸室蝸殼進行了研宄，其減小徑向力效果相比雙擋板四蝸室蝸殼并不明顯，但是能量特性卻下降明顯。故其他多擋板蝸殼對徑向力的減小效果不能顯著提高，且能量特性也不能得到保證。因此雙擋板三蝸室蝸殼在大型離心泵應用中為消除徑向力且不影響能量特性的合理選擇。
[0031]本實用新型僅以上述實施例進行說明，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有所變化的。在本實用新型技術方案的基礎上，凡根據本實用新型原理對個別部件進行的改進或等同變換，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種離心泵蝸殼，包括內腔和隔舌，所述內腔中設置有兩擋板，其特征在于:其中一所述擋板的形狀與起點位于所述隔舌呈逆時針120°的蝸殼進口處且過蝸殼中心對稱截面的流線形狀一致；另一所述擋板的形狀與起點位于所述隔舌呈順時針120°的蝸殼進口處且過蝸殼中心對稱截面的流線形狀一致；兩所述擋板重疊區域的長度為靠近蝸殼出口一側的所述擋板長度的1/10，且所述靠近蝸殼出口一側的擋板與所述隔舌重疊區域的長度為所述隔舌到蝸殼出口距離的一半；進而使兩所述擋板和隔舌將所述內腔分割成三個分布均勻的蝸室。
2.如權利要求1所述的離心泵蝸殼，其特征在于:兩所述擋板的厚度為蝸殼出口直徑的 1/25 ?1/23。
3.如權利要求1或2所述的離心泵蝸殼，其特征在于:兩所述擋板滿足粗糙度要求:Ra<6.3 μ mD
【文檔編號】F04D29/66GK204200683SQ201420211569
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】朱文若, 高忠信, 陸力, 張飛 申請人:北京中水科水電科技開發有限公司, 中國水利水電科學研究院