CN105332950B - 一种具有低噪声特性的离心泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离心泵，特指一种具有低噪声特性的离心泵，属于流体机械领域。所述离心泵包括蜗壳，其特征在于：蜗壳隔舌的圆弧边中点和蜗壳隔舌的圆弧圆心的连线与垂直方向的夹角定义为隔舌角φ，该夹角和叶片出口角β的匹配关系对离心泵的噪声性能具有十分明显的影响，当φ=[(β‑5°)~(β+5°)]时，离心泵可以获得较好的低噪声性能，此时的离心泵称为低噪声离心泵。

Description

一种具有低噪声特性的离心泵
技术领域
本发明涉及一种离心泵，特指一种具有低噪声特性的离心泵，属于流体机械领域。
背景技术
离心泵是一种通用机械，在国民经济的各个领域中都扮演着重要的角色，其高效、安全稳定的运行是离心泵设计追求的最终目标；蜗壳是离心泵的重要构成部分，其主要作用是将从叶轮出流的液体收集起来，并且消除流体的旋转作用，由于蜗壳的过水断面面积不断增加，因此其还可以有效地将液体的动能转化成压能，从而降低流动的损失；同时当叶轮周期性能通过蜗壳隔舌时，将产生较大的压力脉动，此种现象称为叶轮-隔舌的动静干涉作用，该作用是离心泵振动噪声的重要来源，而在某些领域（石化、核电）对离心泵的振动噪声性能有严格的要求，过高的振动噪声严重危害到泵的稳定、安全运行，因此低噪声性能也是离心泵设计时必须重点考虑的内容。
目前离心泵设计过程中一般重点考虑泵的效率，以达到节约能耗的目的，通过优化叶轮、蜗壳的几何结构参数使离心泵能达到最高的工作效率；离心泵设计过程中低噪声主动控制方面，目前的研究还主要集中在优化叶轮的几何参数包括叶片数、叶片进出口安放角、包角、叶片型线等，以使离心泵具有较低的振动噪声水平。另一个途径是通过提出一些特殊结构的叶轮、蜗壳以达到低噪声设计目的；例如江苏大学袁寿其提出的一种具有长短叶片结构的离心泵叶轮，杨敏官提出一种离心泵侧壁式压水室结构都具有明确的低噪声设计目的；叶轮-隔舌的动静干涉作用是离心泵噪声的重要来源，因此隔舌的形状、角度将对离心泵振动噪声产生影响，但在离心泵设计过程中，隔舌与叶轮的匹配特性则往往被忽略。因此本发明从改善隔舌和叶轮的匹配特性出发，通过定义隔舌角，以及其和叶片出口角的关系，从而达到低噪声离心泵设计的目的。本发明将为低噪声离心泵的设计提供新的解决途径。
发明内容
为了降低离心泵的振动噪声水平，本发明从降低叶轮-隔舌动静干涉作用出发，通过改善蜗壳隔舌角及其和叶片出口角的匹配关系，从而得到一种具有低噪声特性的离心泵，进一步降低了离心泵振动噪声水平。该蜗壳结构简单、合理，具有易实施等特性，可以有效减弱叶轮出流液体与隔舌的冲击作用，从而进一步改善离心泵的振动噪声水平。
本发明提出一种具有低噪声特性的离心泵，包括蜗壳，其特征在于：蜗壳隔舌的圆弧边中点和蜗壳隔舌的圆弧圆心的连线与垂直方向的夹角定义为隔舌角φ，该夹角和叶片出口角β的匹配关系对离心泵的噪声性能具有十分明显的影响，当φ=[(β-5°)~(β+5°)]时，离心泵可以获得较好的低噪声性能，此时的离心泵称为低噪声离心泵。
该蜗壳和叶轮同心安装，蜗壳进口边直径D2大于叶轮出口直径D1，两者的比值取值范围为D2/D1=1.05~1.2；隔舌圆弧边中点与叶轮中心点的连线和水平方向的夹角θ定义为隔舌安放角，其取值范围为15°~45°；叶片出口角，叶轮出口绝对液流角，叶轮出口绝对速度的圆周分量，叶轮出口轴面速度，叶轮出口圆周速度，n为泵的转速，b为叶轮出口宽度，因此叶片出口角由离心泵叶轮的几何结构参数和性能参数包括流量、转速及隔舌安放角共同决定。
本发明的优点是：从降低叶轮出口流体与隔舌的撞击作用出发，通过改善隔舌角与叶片出口角的匹配关系，使流体得以平顺地通过隔舌，进而减弱流体与隔舌的冲击作用，达到降低离心泵噪声的目的，此种结构蜗壳的离心泵为低噪声离心泵。同时本发明还具有结构简单、合理、加工方便等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的具有低噪声特性的离心泵轴面投影图。
图2为本发明的具有低噪声特性的离心泵平面投影图。
图中1为叶轮，2为叶片，3为叶轮出口边，4为蜗壳，5为蜗壳进口边，6为隔舌圆弧边，7为隔舌圆弧边的中点，8为圆弧圆心，9为叶轮中心点。
具体实施方式
图1给出了本发明的具有低噪声特性的离心泵轴面投影图，由图1可知：蜗壳进口边5直径大于叶轮出口边3直径，且D2/D1=1.12；由图2给出了具有低噪声特性的离心泵平面投影图，由图可知：隔舌圆弧边的中点7和叶轮中心点9连线与水平方向的夹角取为20°。
下面结合离心泵性能及几何参数说明叶片出口角的计算方法，本例中离心泵流量为Q=55m3/h，转速n=1450r/min，叶轮出口直径D1=260mm,叶轮出口宽度为b=16mm，叶片出口安放角β2=30°，隔舌安放角θ=20°。
计算过程如下：
叶轮出口圆周速度为：。
叶轮出口轴面速度为：。
叶轮出口绝对速度的圆周分量为：。
叶轮出口绝对液流角为：。
叶片出口角：。
因此：φ=β±5°=11.2°~21.2°。
即：隔舌角为11.2°~21.2°时，蜗壳与叶轮的匹配特性最佳，离心泵的振动噪声水平较低，此时蜗壳具有低噪声特性。
理论分析认为：离心泵叶轮流出的流体和蜗壳隔舌的撞击作用是泵振动噪声的重要来源，因此减弱该撞击作用可以有效地降低离心泵的振动噪声水平；本发明从优化叶轮出流流体撞击隔舌的角度出发，通过改善叶轮-蜗壳的匹配特性，进而达到低噪声设计的目的。
通过数值计算（CFD）验证后发现：和常规设计的离心泵相比，采用此种方法设计的离心泵可以有效地降低离心泵内部的压力脉动水平，压力脉动幅值减小5-10%，进而降低离心泵的振动噪声能量，因此本发明提出的此种结构的离心泵具有低噪声特性。

Claims (3)

1.一种具有低噪声特性的离心泵，包括蜗壳，其特征在于：蜗壳隔舌的圆弧边中点和蜗壳隔舌的圆弧圆心的连线与垂直方向的夹角定义为隔舌角φ，该夹角和叶片出口角β的匹配关系对离心泵的噪声性能具有十分明显的影响，当φ=[(β-5°)~(β+5°)]时，离心泵可以获得较好的低噪声性能，此时的离心泵称为低噪声离心泵。
2.根据权利要求1所述的一种具有低噪声特性的离心泵，其特征是：蜗壳进口边直径D2大于叶轮出口直径D1，两者的比值取值范围为D2/D1=1.05~1.2。
3.根据权利要求1所述的一种具有低噪声特性的离心泵，其特征是：所述叶片出口角，隔舌圆弧边中点与叶轮中心点的连线和水平方向的夹角θ定义为隔舌安放角，其取值范围为15°~45°；叶轮出口绝对液流角 ，叶轮出口绝对速度的圆周分量，叶轮出口轴面速度，叶轮出口圆周速度，n为泵的转速，b为叶轮出口宽度；Q为流量。
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