一种离心泵的双蜗壳结构

摘要

本发明涉及流体机械领域，特别是涉及一种离心泵的双蜗壳结构，包括蜗壳、设于蜗壳内的蜗室和设于蜗壳出口处的扩散管、蜗壳与扩散管接触处设有隔舌、蜗壳内设有隔板，隔板将蜗室分隔成两个蜗壳通道，隔板的首端为尖角，隔板的尾缘为尖角。隔板首端的尖角消除了由于隔舌的存在使两个流道前端压力分布产生很大差别从而导致的叶轮所受径向力增大的弊端，隔板尾缘的尖角克服了传统双蜗壳在隔板尾缘流动损失严重，发生流动分离的现象，提高了流体的扬程，从而提高了效率。

权利要求

1.一种离心泵的双蜗壳结构，其特征在于，包括蜗壳(5)、设于蜗壳(5)内的蜗室(1)和设于蜗壳(5)出口处的扩散管(4)、蜗壳(5)与扩散管(4)接触处设有隔舌(2)、蜗壳(5)内设有隔板(3)，隔板(3)将蜗室(1)分隔成两个蜗壳通道，隔板(3)靠近扩散管(4)的一侧为尾缘，另一侧为首端，隔板(3)的首端为尖角状，尖角角度为锐角；尖角的厚度为隔板(3)最大厚度的1/2；所述尖角顶点位于蜗壳(5)的中截面上；隔板(3)的首端的尖角顶点与隔舌(2)关于蜗壳(5)的基圆圆心对称；隔板(3)的尾缘为尖角状，尖角顶点位于蜗壳(5)的中截面上；隔板(3)的首端的尖角大小为50°～60°；隔板(3)的尾缘的尖角大小为40°～50°；隔板(3)的粗糙度为Ra<6.3μm。

说明书

一种离心泵的双蜗壳结构

技术领域

[0001] 本发明涉及流体机械领域，特别是涉及一种应用于离心泵的双蜗壳结构。

背景技术

[0002] 当前研究的蜗壳形式多为常规单蜗壳，由于双蜗壳结构可以使泵内部流动更加对称，径向力相比较于单蜗壳结构大为减弱，泵的运行更为稳定，因而应用较为广泛。

[0003] 双蜗壳形式由两个单独的流道对称布置，两个对称的喉部面积之和等于单蜗壳的喉部面积。双蜗壳有以下特点，径向力基本保持平衡，泵运行平稳；双蜗壳泵的效率和单蜗壳相近，在最优工况比单蜗壳低l％～1.5％，在非设计工况比单蜗壳约高2％，高效范围广；双蜗壳由于是双层流道，铸造困难，在流量小于90mVh下，不宜采用双蜗壳流道，适合应用于大流量的条件下。

[0004] 离心泵在偏离设计工况和零流量下运行时会产生径向力，对于泵轴来说，径向力是一个交变载荷，当产生的径向力过大时会造成泵轴的振动，从而引起泵的振动，增加泵的不稳定性。所以离心泵的径向力的平衡是非常重要的，尤其是对大流量高扬程的泵。常规的双蜗壳在理论上是能够很好地平衡径向力的，但是由于隔舌以及不对称泵体的存在，实际上双蜗壳并不能完全平衡径向力。尤其对于大流量高扬程的泵来说，在低于额定流量工况下即使带有双蜗壳结构，叶轮所受径向力仍然较大。设计工况下，理论上流体在有叶轮周围压水室内的速度与压力是均匀、对称的，故作用在叶轮上的合力为零。但实际上，在蜗壳隔舌附件存在流体冲击，会对流场形成扰动，叶轮受到的径向力并不是为零的。当离心泵在偏离设计流量条件下运行时，蜗壳形线与实际叶轮出流的流线出现偏离，造成叶轮外围的速度和压力不均匀，不对称分布，其偏离设计流量越大，这种叶轮外围的速度和压力不均匀和不对称越严重，所展现的径向力就越高。双蜗壳可以通过将叶轮外的流道即蜗壳分成两个蜗壳形成对称结构来消除径向力，但这未考虑到隔舌的特殊结构对径向力的影响，隔舌在第一个通道的前端，隔舌的存在两个流道前端压力分布产生很大差别，叶轮所受径向力增大。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种离心泵的双蜗壳结构，以克服现有技术中双蜗壳叶轮所受径向力大的问题。

[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：

[0007] 一种离心泵的双蜗壳结构，包括蜗壳、设于蜗壳内的蜗室和设于蜗壳出口处的扩散管、蜗壳与扩散管接触处设有隔舌、蜗壳内设有隔板，隔板将蜗室分隔成两个蜗壳通道，隔板靠近扩散管的一侧为尾缘，另一侧为首端，隔板的首端为尖角状，所述尖角顶点位于蜗壳的中截面上。

[0008] 进一步的，隔板的首端的尖角顶点与隔舌关于蜗壳的基圆圆心对称。

[0009] 进一步的，隔板的尾缘为尖角状，尖角顶点位于蜗壳的中截面上。

[0010] 进一步的，尖角角度为锐角。

[0011] 进一步的，隔板的首端的尖角大小为50°～60°。

[0012] 进一步的，隔板的尾缘的尖角大小为40°～50°。

[0013] 进一步的，尖角的厚度为隔板最大厚度的1/2。

[0014] 进一步的，隔板的粗糙度为Ra<6.3μm。

[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0016] 本发明在隔板首段设置一定角度的尖角，能够在一定程度上消除由于隔舌的存在使两个流道前端压力分布产生很大差别从而导致的叶轮所受径向力增大的弊端，使得隔板首端流场与隔板附近流场更加相似，使得整个蜗壳流场更加对称；隔板尾缘设置的一定角度的尖角，能够很好的减小所在流域的冲击损失和流动损失，改善了离心泵的特性曲线，提高了流量扬程和效率。本发明可应用于大流量高扬程离心泵。

附图说明

[0017] 图1为本发明提供的一种离心泵双蜗壳的结构示意图；

[0018] 图2为本发明提供的一种离心泵双蜗壳的径向力在首端隔舌尖角不同角度下与流量的关系；

[0019] 图3a和3b分别是本发明提供的首段和尾缘都为尖角状的离心泵双蜗壳和只有首段为尖角状的双蜗壳在中截面上的流线图；

[0020] 图4为本发明提供的一种离心泵的双蜗壳的扬程在尾缘隔舌尖角不同角度时与流量的关系；

[0021] 图5是同一离心泵使用本发明的双蜗壳结构与传统双蜗壳的效率对比图；

[0022] 图6是同一离心泵使用本发明的的双蜗壳结构与传统双蜗壳的流体扬程对比图；

[0023] 图7是同一离心泵使用本发明离心泵的双蜗壳与传统双蜗壳叶轮所受的平均径向力的对比图。

[0024] 其中，1-蜗室，2-隔舌，3-隔板，4-扩散管，5-蜗壳。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

[0026] 如图1所示，图1为一种应用于离心泵的双蜗壳结构示意图，包括蜗壳5，设于蜗壳5内的蜗室1和设于蜗壳5出口处的扩散管4，蜗壳5上端与扩散管4与蜗壳5上端接触处设有隔舌2，蜗壳5内设有隔板3，隔板3将蜗室1分隔成两个蜗壳通道，隔板3的首端为尖角，隔板3的首端的尖角顶点、隔舌2和蜗壳5基圆圆心在同一条直线上；隔板3的尾缘为尖角，隔板3的尾缘的尖角顶点与隔舌2在一条直线上，隔板3的首端为尖角大小为50°～60°，隔板3的尾缘为尖角大小为40°～50°。

[0027] 参见图2，为一种离心泵的双蜗壳中叶轮的径向力在首端隔舌尖角不同角度时与流量的关系。从图中可以看出，在流量相同时，叶轮的径向力在隔板3首端尖角角度为30°、40°和50°时呈减少趋势，在隔板3首端尖角角度为50°、60°和70°有增大的趋势，到50°时达到最小值，从图中又可以看出，叶轮的径向力在隔板3首端尖角角度为60°低于40°，所以叶轮的径向力的最低值在50°-60°之间取得。图2也说明了本发明中通过削尖隔板3首端能够在一定程度上消除由于隔舌2的存在使两个流道前端压力分布产生很大差别从而导致的叶轮所受径向力增大的弊端。

[0028] 参见图3，图3a和3b分别是本发明离心泵双蜗壳和传统双蜗壳在中截面上的流线图，从图3(b)可以看出，传统双蜗壳在隔板尾缘流动损失严重，发生流动分离，甚至产生涡旋；通过把隔板3尾缘做成一定角度，改善了此处的流场，减小了不必要的流动损失，从图3(b)可以看出，隔板尾缘流动损失严重，产生流动分离的现象得到了明显改善。

[0029] 参见图4，图4为本发明提供的一种离心泵双蜗壳的扬程在尾缘隔舌尖角不同角度时与流量的关系，从图中可以看出，在流量相同时，离心泵双蜗壳中流体扬程在隔板3的尾缘尖角角度为40°-50°时达到最大。这说明本发明中采用削尖隔板3的尾缘能够有效的减小流动损失，且通过设置隔板3的尾缘尖角角度为40°-50°能够最大程度的提高流体扬程。

[0030] 参见图5、6和7，图5、6和7分别是同一离心泵使用本发明改进的离心泵双蜗壳与传统双蜗壳的效率、扬程和叶轮所受的平均径向力的对比图；经数值模拟验证，使用离心泵双蜗壳与使用传统双蜗壳相比，其径向力和水力性能均有了明显改善，水力性能方面，小流量下和额定流量下，两者无明显差别，但在大流量下，由于隔板尾缘尖角对流动的改善，离心泵双蜗壳泵的效率和扬程比传统双蜗壳要高；径向力方面，由于隔板首端尖角的存在，离心泵双蜗壳泵叶轮所受径向力明显小于传统双蜗壳泵。由此可见，本发明提供的离心泵双蜗壳解决了传统双蜗壳结构的不足，改善了叶轮所受的径向力，并在大流量的条件下，提高了效率。