CN114278613B - 高效离心泵用双蜗壳以及高效离心泵用双蜗壳水力设计方法 - Google Patents

高效离心泵用双蜗壳以及高效离心泵用双蜗壳水力设计方法 Download PDF

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本发明涉及一种高效离心泵用双蜗壳以及高效离心泵用双蜗壳水力设计方法，其解决设计双蜗壳时如何保证效率的前提下平衡径向力的技术问题，其对双蜗壳的基圆直径、进口宽度、蜗壳隔舌安放角进行了精确定义，并对隔板的起始位置以及形状进行了定义，在一定的程度上达到了在保证效率的前提下最大程度的平衡泵运行过程中产生的径向力的目的。本发明广泛用于双蜗壳式双吸泵设计制造技术领域。

Description

高效离心泵用双蜗壳以及高效离心泵用双蜗壳水力设计方法
技术领域
本发明涉及双蜗壳式双吸泵设计制造技术领域，具体而言，涉及一种高效离心泵用双蜗壳以及高效离心泵用双蜗壳水力设计方法。
背景技术
大流量离心泵在运转中会产生作用于叶轮上的径向力，使轴受交变应力，产生定向的挠度。大型双吸泵发生泵轴的损坏和密封环的损坏就是由于径向力过大导致的，因此大流量的泵都会采用双蜗壳的结构。双蜗壳式双吸泵作为一种高效离心泵，不仅继承了单蜗壳双吸离心泵高扬程、大流量、平衡轴向力等优点，还可以有效地减少泵运行过程中产生的叶轮径向力，改善泵站***的振动情况。但目前对双蜗壳泵径向力的研究还不够深入，并且双蜗壳基本尺寸的确定还是依靠经验设计方法，并不能根据设计过程中泵的基本参数进行精确定义。而且双蜗壳在平衡径向力是在损失效率的基础上进行的，牺牲效率不符合目前提倡的节能环保要求。因此，如何在不牺牲效率指标，保证效率的前提下平衡径向力是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明就是为了解决设计双蜗壳时如何保证效率的前提下平衡径向力的技术问题，提供了一种高效离心泵用双蜗壳以及高效离心泵用双蜗壳水力设计方法。
本发明公开了一种高效多工况双蜗壳水力设计方法，对双蜗壳的基本参数进行了精确定义，并对隔板的起始位置以及形状进行了定义，在一定的程度上达到了在保证效率的前提下最大程度的平衡泵运行过程中产生的径向力的目的。
本发明提供一种高效离心泵用双蜗壳水力设计方法，包括以下步骤：
通过以下公式计算双蜗壳的基圆直径D3：
上式中，D3表示双蜗壳的基圆直径，单位是米；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
通过以下公式计算双蜗壳进口宽度b3：
双蜗壳进口宽度b3的计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
通过以下公式计算蜗壳隔舌安放角
蜗壳隔舌安放角计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
双蜗壳结构中隔板的位置根据设计泵扬程来确定，当设计泵扬程≤80m时，隔板的初始位置位于第7断面，结束于第9断面；当设计泵扬程＞80m时，隔板的初始位置位于第5断面，结束于第9断面。
优选地，隔板的起始位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计，隔板的结束位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计。
本发明还提供一种高效离心泵用双蜗壳，双蜗壳的基圆直径D3通过以下公式计算得出：
上式中，D3表示双蜗壳的基圆直径，单位是米；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
双蜗壳的进口宽度b3通过以下公式计算得出：
双蜗壳进口宽度b3的计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
双蜗壳的蜗壳隔舌安放角通过以下公式计算得出：
蜗壳隔舌安放角计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
双蜗壳结构中隔板的位置根据设计泵扬程来确定，当设计泵扬程≤80m时，隔板的初始位置位于第7断面，结束于第9断面；当设计泵扬程＞80m时，隔板的初始位置位于第5断面，结束于第9断面。
优选地，隔板的起始位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计，隔板的结束位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计。
本发明的有益效果是，公开一种全新的高效离心泵用双蜗壳水力设计方法，在保证效率的前提下最大程度的平衡泵运行过程中产生的径向力。
本发明进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
图1是双蜗壳水力图。
图2是图1中A方向的局部图；
图3是图2中D方向的局部图；
图4是CFD软件仿真分析流道的界面。
附图中符号说明：图1中B方向的局部视图与图2相同，图1中C方向的局部视图与图2相同。20.叶轮，30.进口延伸段，40.出口延伸段，50.吸入室，60.压出室。
具体实施方式
双蜗壳水力结构包括螺旋段、扩散段和隔板这三部分。本发明公开的高效多工况双蜗壳水力设计方法，是通过对双蜗壳的基本参数进行精确定义，以及对隔板的起始位置以及形状进行了定义，改善双蜗壳结构，实现了在保证效率的前提下最大程度的平衡泵运行过程中产生的径向力。
通过以下公式计算双蜗壳的基圆直径D3：
上式中，D3表示双蜗壳的基圆直径，单位是米；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分。
通过以下公式计算双蜗壳进口宽度b3：
上式中，b3表示双蜗壳进口宽度，单位是米；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分。
通过以下公式计算蜗壳隔舌安放角
上式中，表示蜗壳隔舌安放角，单位是度；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分。
双蜗壳结构中的隔板是造成离心泵效率损失的重要因素，为了减小效率损失，对隔板的布置及形状进行改进。双蜗壳结构中的第1断面、第2断面、第3断面、第4断面、第5断面、第6断面、第7断面、第8断面、第9断面、第10断面和第11断面通过常规方法确定。针对隔板的起始位置，是根据设计泵扬程的不同而进行改变的，参考图1，当设计泵扬程≤80m时，隔板的初始位置位于第7断面，结束于第9断面；当设计泵扬程＞80m时，隔板的初始位置位于第5断面，结束于第9断面。如图2所示，隔板的起始位置采用V型隔板设计，并且V型隔板设计的厚度由两端向中间逐渐递减，如图3所示。隔板的结束位置也采用V型隔板设计，并且V型隔板设计的厚度由两端向中间逐渐递减。
至此，完成离心泵用双蜗壳的设计。
下面通过仿真实验对比通过本发明双蜗壳水力设计方法形成的双蜗壳与传统设计方法形成的双蜗壳以及单蜗壳在效率、径向力方面的性能。通过CFD软件进行仿真实验，数值模拟的基本参数为流量Q＝800m3/h，扬程H＝56m，转速n＝1480r/min，比转速ns＝88(80≤ns＜160)，两侧叶片背靠背对称布置，压出室为单蜗壳机构；全流道分为5大部分，即叶轮、吸入室、压出室以及进口延伸段和出口延伸段，采用CFD软件自带的网格划分模块进行网格划分；计算时，环境参考压力取一个标准大气压，边界条件采用总压进口和质量流量出口，进口总压为1bar，湍流模型采用k-ε模型。吸入室与叶轮水力不变，只变更压出室水力设计，计算结果如下表1。
表1：
类别 效率 叶轮出口径向力
传统设计方法形成的单蜗壳 87.5％ X：368N Y：668N
传统设计方法形成的双蜗壳 86.3％ X：-168N Y：-78N
本发明设计方法形成的双蜗壳 87.1％ X：-268N Y：-99N
备注：传统设计方法是关醒凡编著的《现代泵理论与设计》教科书中涉及的设计方法。
从表1的计算结果可以看出，较单蜗壳比较而言，效率87.1％略微小于87.5％，径向力大幅减小，满足效率要求的情况下，平衡了径向力。而传统设计形成双蜗壳较单蜗壳比较，虽然径向力大幅度减小，但其效率下降1.2％，效率下降较多。
以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。

Claims (4)

1.一种高效离心泵用双蜗壳水力设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过以下公式计算双蜗壳的基圆直径D3：
上式中，D3表示双蜗壳的基圆直径，单位是米；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
通过以下公式计算双蜗壳进口宽度b3：
所述双蜗壳进口宽度b3的计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
通过以下公式计算蜗壳隔舌安放角
所述蜗壳隔舌安放角计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；
双蜗壳结构中隔板的位置根据设计泵扬程来确定，当设计泵扬程≤80m时，隔板的初始位置位于第7断面，结束于第9断面；当设计泵扬程＞80m时，隔板的初始位置位于第5断面，结束于第9断面。
2.根据权利要求1所述的高效离心泵用双蜗壳水力设计方法，其特征在于，所述隔板的起始位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计，所述隔板的结束位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计。
3.一种高效离心泵用双蜗壳，其特征在于，所述双蜗壳的基圆直径D3通过以下公式计算得出：
上式中，D3表示双蜗壳的基圆直径，单位是米；ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
所述双蜗壳的进口宽度b3通过以下公式计算得出：
所述双蜗壳进口宽度b3的计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；n表示设计泵转速，单位是转/分；
所述双蜗壳的蜗壳隔舌安放角通过以下公式计算得出：
所述蜗壳隔舌安放角计算公式中，ns表示设计泵比转速；Q表示设计泵流量，单位是米3/秒；H表示设计泵扬程，单位是米；
双蜗壳结构中隔板的位置根据设计泵扬程来确定，当设计泵扬程≤80m时，隔板的初始位置位于第7断面，结束于第9断面；当设计泵扬程＞80m时，隔板的初始位置位于第5断面，结束于第9断面。
4.根据权利要求3所述的高效离心泵用双蜗壳，其特征在于，所述隔板的起始位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计，所述隔板的结束位置采用厚度由两端向中间逐渐递减的V型隔板设计。
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