CN106224291B - 一种能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，包括具有内腔的本体，内腔中设置有能将该内腔分隔为进水蜗室与出水蜗室的隔舌，本体一侧面的上部向外延伸形成有一凸台，该凸台的底部边缘成型为向外拱起的第一圆弧面，流道顶部的本体侧面成型为向内拱起的第二圆弧面，该第二圆弧面的上边沿与第一圆弧面的下边沿相切连接，内腔的内表面形成有与第一圆弧面、第二圆弧面相对应的流线型渐扩段。本发明中进水蜗室及出水蜗室下部与叶轮流道相切，减少了因空间突变而引起的回流和局部阻力及工质液体在凸台处因产生旋涡、流动分离导致的流动阻力，减小了泵内工质液体因旋涡之间或者旋涡与壁面相互作用所造成的能量损失，提升了旋涡泵的效率。

Description

一种能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构

技术领域

本发明涉及旋涡泵技术领域，具体指一种能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构。

背景技术

旋涡泵又称为摩擦泵、再生泵，是一种量大面广、能量消耗巨大的通用机械，最早出现在二十世纪20年代，由西门和亨施公司创造并推广，是一种具有放射状叶片叶轮的特殊叶片泵，凡是有液体流动的地方几乎都有泵在工作。旋涡泵具有结构简单、高扬程等特点，因而广泛应用于家庭和国民经济的各个领域中。旋涡泵工作时液体从吸入口流入叶轮，经叶轮加速后又流回流道，并把能量传递给流道内的液体，如此多次重复后由压水室出口流出。旋涡泵流道内液体能量的增加是通过低品质的动能向较高品质的压能转化而实现的，液体在流道和叶轮之间反复冲撞，使得相当一部分动能转化为热能，旋涡泵的这一工作特点决定了它的效率不可能很高；同时，泵体内部的流体流动是一种复杂的三维非定常湍流运动，随着运行工况变化而变化，常伴有流动分离、汽蚀等流动现象。正因为如此，旋涡泵内部流动紊乱，导致泵的效率低下。

目前国内外学者对旋涡泵的设计及内部流动方面做了大量的研究和实验，尤其是对叶轮和叶轮流道部分的研究，占据了绝大部分，而忽略了进水蜗室和出水蜗室对旋涡泵整体性能的影响，现有市场上的旋涡泵在进水蜗室和出水蜗室的设计上存在很多不合理的地方，例如，如图1、2所示，现有旋涡泵体中一般具有水平和竖直两块挡板，目的是通过加强气液分离而提高自吸能力，但实验证明，这两块挡板并未起到理论上预期的作用，反而会使出水腔体内的流动更加混乱无序，在两块挡板与泵壳壁面形成的区域内产生高速旋涡；且目前旋涡泵在叶轮流道和出水蜗室的连接部分都采用接近直角的过渡段，这会产生后向台阶回流与局部损失，即台阶引起流动分离、旋涡的生成和脱落、旋涡之间和旋涡与固壁之间的相互作用，导致旋涡泵内部的流体流动更为紊乱，能效低下，一般在40％以下，进而影响泵的整体效率。

因此，对于目前旋涡泵的结构，有待于做进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效降低流体流动阻力、提高泵效率的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，包括具有内腔的本体，所述内腔中设置有能将该内腔分隔为进水蜗室与出水蜗室的隔舌，所述本体下部具有分别与进水蜗室、出水蜗室相连通的用以安装叶轮的流道，所述进水蜗室的一侧开有进水口，所述出水蜗室的顶部开有出水口，其特征在于：所述本体一侧面的上部向外延伸形成有一凸台，该凸台的底部边缘成型为向外拱起的第一圆弧面，所述流道顶部的本体侧面成型为向内拱起的第二圆弧面，该第二圆弧面的上边沿与所述第一圆弧面的下边沿相切连接，所述内腔的内表面形成有与第一圆弧面、第二圆弧面相对应的流线型渐扩段。

作为改进，所述第一圆弧面及第二圆弧面的圆弧角度为45～90°，所述第一圆弧面及第二圆弧面的圆弧半径为凸台厚度的0.5～2倍。采用这样的结构，可使进水蜗室在进口处空间最大，而后逐渐缩小，中间无明显突变，有利于流体的流动；而如果圆弧角度小于45°，则圆弧段相应增长，容易导致流体与壁面发生碰撞，影响流体输送效果，造成效率损失；如果圆弧角度大于90°，则凸台的高度会相应增大，可能会影响电机的安装，造成泵的装配不便。

作为优选，所述本体上位于进水口下方的侧壁自上而下逐渐向内收缩并与流道边缘相切布置。采用这样的结构，可进一步降低流体与本体内壁的碰撞，降低效率损失。

进一步改进，所述隔舌至少包括有自上而下依次连接的第一平面板、第一圆弧形面板及第二平面板，所述第一平面板自进水口内壁的顶部向内腔中延伸，所述第一圆弧形面板的上端与第一平面板的下端相切连接并朝向内腔方向拱起，所述第一圆弧形面板的下端与第二平面板的上端相切连接，所述第二平面板的下端延伸至流道的上表面。采用上述结构，可在横向上扩大进水蜗室上部的空间，使流体更加自然顺畅的流入流道，减少隔舌结构与流体之间的碰撞，进而提高流体输送效果。

再进一步，所述第一平面板与进水口内壁之间形成150～170°的夹角，所述第一圆弧形面板对应进水口的中下部布置，且该第一圆弧形面板的圆弧角度为80～85°。

优选地，所述隔舌位于出水蜗室中的下侧面成型为向进水蜗室方向拱起的第三圆弧面，该第三圆弧面的圆弧角度为40～45°。该结构便于减少隔舌结构对流入出水蜗室中流体的碰撞及阻力。

在上述各方案中，所述出水蜗室中设置有自下而上逐渐向出水口方向延伸的导流板，且该导流板与隔舌之间的距离自下而上逐渐增大。该导流板在保证自吸能力的同时，起到导流的作用，同时减少了工质液体与壁面碰撞所造成的能量损失，使效率得到提升。

优选地，所述导流板的高度为出水蜗室高度的0.5～0.8倍。CFD分析的结果显示，导流板的高度过低达不到理想的导流效果，而导流板的高度过高其性能不会得到进一步提高，还会造成材料浪费。

进一步优选，所述出水蜗室顶部的内表面成型为一平面。采用这样的结构，可有效抑制出水蜗室顶部旋涡的产生。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在本体上部设置了向外延伸的凸台，且该凸台与流道之间采用反向相切的第一圆弧面、第二圆弧面连接，同时，内腔中形成有与第一圆弧面、第二圆弧面相对应的流线型渐扩段，该结构使进水蜗室及出水蜗室下部与叶轮流道相切，内腔自上而下宽度变化平缓，使工质液体在内腔中流动顺畅，减少了因空间突变而引起的回流和局部阻力；同时，流线型渐扩段的设置降低了工质液体在凸台处因产生旋涡、流动分离导致的流动阻力，减小了泵内工质液体因旋涡之间或者旋涡与壁面相互作用所造成的能量损失，提升了旋涡泵的效率；另外，本发明的结构简单合理、易于加工、成本低廉，便于大范围应用。

附图说明

图1为本发明背景技术的结构示意图

图2为图1剖视图；

图3为本发明实施例的结构示意图；

图4为图3剖视图；

图5为图3的侧面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图3～5所示，本实施例的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构包括具有内腔10的本体1，内腔10中设置有能将该内腔10分隔为进水蜗室11与出水蜗室12的隔舌13，本体1下部具有分别与进水蜗室11、出水蜗室12相连通的用以安装叶轮的流道14，进水蜗室11的一侧开有进水口111，出水蜗室12的顶部开有出水口121。

在本实施例中，本体1一侧面的上部向外延伸形成有一凸台15，该凸台15的底部边缘成型为向外拱起的第一圆弧面151，流道14顶部的本体1侧面成型为向内拱起的第二圆弧面152，该第二圆弧面152的上边沿与第一圆弧面151的下边沿相切连接，内腔10的内表面形成有与第一圆弧面151、第二圆弧面152相对应的流线型渐扩段100。第一圆弧面151的圆弧角度α及第二圆弧面152的圆弧角度β为45～90°，α可以与β相等或不相等，第一圆弧面151及第二圆弧面152的圆弧半径为凸台15厚度H的0.5～2倍。上述结构可使进水蜗室11在进口处空间最大，而后逐渐缩小，中间无明显突变，使进水蜗室11及出水蜗室13下部与叶轮流道14相切，内腔10自上而下宽度变化平缓，使工质液体在内腔10中流动顺畅，减少了因空间突变而引起的回流和局部阻力，有利于流体的流动。如果上述圆弧角度小于45°，则圆弧段相应增长，容易导致流体与壁面发生碰撞，影响流体输送效果，造成效率损失；如果圆弧角度大于90°，则凸台15的高度会相应增大，可能会影响电机的安装，造成泵的装配不便。

如图4所示，本体1上位于进水口111下方的侧壁16自上而下逐渐向内收缩并与流道14边缘相切布置，以降低流体与本体1内壁的碰撞，降低效率损失。如图5所示，隔舌13包括有自上而下依次连接的第一平面板131、第一圆弧形面板132及第二平面板133，第一平面板131自进水口111内壁的顶部向内腔10中延伸，第一圆弧形面板132的上端与第一平面板131的下端相切连接并朝向内腔10方向拱起，第一圆弧形面板132的下端与第二平面板133的上端相切连接，第二平面板133的下端还连接有能使隔舌13至流道14的上表面平滑过渡连接的弧形面板134。第一平面板131与进水口111内壁之间形成150～170°的夹角δ，第一圆弧形面板132对应进水口111的中下部布置，且该第一圆弧形面板132的圆弧角度为80～85°。上述结构可在横向上扩大进水蜗室11上部的空间，使流体更加自然顺畅的流入流道14，减少隔舌13结构与流体之间的碰撞，进而提高流体输送效果。

在本实施例中，出水蜗室12中设置有自下而上逐渐向出水口121方向延伸的导流板17，且该导流板17与隔舌13之间的距离自下而上逐渐增大。该导流板17在保证自吸能力的同时，起到导流的作用，同时减少了工质液体与壁面碰撞所造成的能量损失，使效率得到提升。导流板17的高度为出水蜗室12高度的0.5～0.8倍。CFD分析的结果显示，导流板17的高度过低达不到理想的导流效果，而导流板17的高度过高其性能不会得到进一步提高，还会造成材料浪费。隔舌13位于出水蜗室12中的下侧面成型为向进水蜗室11方向拱起的第三圆弧面135，该第三圆弧面135的圆弧角度为40～45°，以便于减少隔舌13结构对流入出水蜗室12中流体的碰撞及阻力。

如图5所示，出水蜗室12顶部的内表面成型为一平面122，以有效抑制出水蜗室12顶部旋涡的产生。

Claims (9)

1.一种能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，包括具有内腔(10)的本体(1)，所述内腔(10)中设置有能将该内腔(10)分隔为进水蜗室(11)与出水蜗室(12)的隔舌(13)，所述本体(1)下部具有分别与进水蜗室(11)、出水蜗室(12)相连通的用以安装叶轮的流道(14)，所述进水蜗室(11)的一侧开有进水口(111)，所述出水蜗室(12)的顶部开有出水口(121)，其特征在于：所述本体(1)一侧面的上部向外延伸形成有一凸台(15)，该凸台(15)的底部边缘成型为向外拱起的第一圆弧面(151)，所述流道(14)顶部的本体(1)侧面成型为向内拱起的第二圆弧面(152)，该第二圆弧面(152)的上边沿与所述第一圆弧面(151)的下边沿相切连接，所述内腔(10)的内表面形成有与第一圆弧面(151)、第二圆弧面(152)相对应的流线型渐扩段(100)。

2.根据权利要求1所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述第一圆弧面(151)及第二圆弧面(152)的圆弧角度为45～90°，所述第一圆弧面(151)及第二圆弧面(152)的圆弧半径为凸台厚度(H)的0.5～2倍。

3.根据权利要求1所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述本体(1)上位于进水口(111)下方的侧壁(16)自上而下逐渐向内收缩并与流道(14)边缘相切布置。

4.根据权利要求1所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述隔舌(13)至少包括有自上而下依次连接的第一平面板(131)、第一圆弧形面板(132)及第二平面板(133)，所述第一平面板(131)自进水口(111)内壁的顶部向内腔(10)中延伸，所述第一圆弧形面板(132)的上端与第一平面板(131)的下端相切连接并朝向内腔(10)方向拱起，所述第一圆弧形面板(132)的下端与第二平面板(133)的上端相切连接，所述第二平面板(133)的下端延伸至流道(14)的上表面。

5.根据权利要求4所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述第一平面板(131)与进水口(111)内壁之间形成150～170°的夹角，所述第一圆弧形面板(132)对应进水口(111)的中下部布置，且该第一圆弧形面板(132)的圆弧角度为80～85°。

6.根据权利要求4所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述隔舌(13)位于出水蜗室(12)中的下侧面成型为向进水蜗室(11)方向拱起的第三圆弧面(135)，该第三圆弧面(135)的圆弧角度为40～45°。

7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述出水蜗室(12)中设置有自下而上逐渐向出水口(121)方向延伸的导流板(17)，且该导流板(17)与隔舌(13)之间的距离自下而上逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述导流板(17)的高度为出水蜗室高度的0.5～0.8倍。

9.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的能改善旋涡泵内流体流动状况的泵体结构，其特征在于：所述出水蜗室(12)顶部的内表面成型为一平面(122)。