一种大型工程泵蜗壳的设计方法及其蜗壳技术

本发明专利技术公开了一种大型工程泵蜗壳的设计方法及其蜗壳，其包括蜗壳出口、扩散段(2)、喉部(3)、活动导叶(5)、固定导叶(6)、出口导叶(7)、隔舌(8)，活动导叶的外周设置有多个固定导叶，出口导叶大体上与压水室进口基圆D3相切，出口导叶的进口端具有截面I，隔舌处具有截面II，在流动方向上从截面II到截面I，蜗壳为环形蜗壳，蜗壳的流道横截面流通面积基本相同。采用带固定导叶及活动导叶的环形蜗壳结构，根据给定工况，基于蜗壳速度系数法确定蜗壳的几何参数，包括压水室进口基圆直径D

【技术实现步骤摘要】
一种大型工程泵蜗壳的设计方法及其蜗壳
本专利技术涉及水利工程泵蜗壳、离心泵蜗壳
，具体涉及一种大型工程泵蜗壳的设计方法及其蜗壳。
技术介绍
近年来，我国水利水电工程得到了长足的发展，在满足我国电力能源供需要求的同时为我国可持续发展战略的落实打下坚实的基础。蜗壳是离心泵重要的过流部件，对泵的效率指标有很大影响。流体由叶轮进入蜗壳时，由于叶轮与蜗壳隔舌/舌部间隙较小，会发生强烈的相互作用，在常规螺旋型蜗壳隔舌区域造成高幅低频压力脉动；同时，由于螺旋型蜗壳的几何结构是不对称形式，当扬程和流量较高时，会产生较大的压力脉动和径向力，产生较大的振动或是噪音，影响大型水利工程泵的运行稳定性。针对这一问题，中国专利申请公开号CN201218236Y公开了一种高速水泵蜗壳，含有一个具有渐开线或阿基米德蜗线的扁蜗圆形蜗底和连续侧壁构成连续蜗道及泵设有泵进出水口的蜗壳，该蜗壳的中心为进水口，连续侧壁为挡水板，增强了扬程高度和水的流量，具有重量轻、耐腐蚀、制造容易和成本低的特点；中国专利申请公开号CN111894903A公开了一种系列化单级离心泵蜗壳及设计方法，当设计不同泵流量同叶轮外径时，靠泵盖侧的泵体轴向壁厚可以相同，泵盖可以设计成通用形状。压水室采用轴向不对称断面，以中心线为基准，其中靠泵盖侧的断面为矩形，另一侧为直角梯形，有效减小了转轴的扰度，提高了密封的可靠性，降低了泵的振动。但是这样虽然提高了生产效率，提高机械强度，一定程度上降低压力脉动，但是采用梯形或矩形截面泵压头和效率较低。因此，需要设计一种既能广泛应用又有较小的压力脉动及径向力能够稳定、高效地运行的大型水利工程泵蜗壳结构。传统蜗壳的结构，包括蜗壳体，蜗壳体内设有水流通道，水流通道一般由压水室和扩散段组成。压水室的起始端为隔舌，压水室和扩散段的连接处为喉部，扩散段的出口处为泵体出口；传统压水室以叶轮外圆外侧的设计基圆为基准，由隔舌部位开始沿叶轮旋转方向向泵扩散段入口的喉部逐渐增大的一组断面联接组成，压水室横截面采用偏心椭圆、梯形或半圆弧形的截面，以提高泵的泵压头和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种大型工程泵蜗壳的设计方法及其蜗壳，能够降低泵运行过程中的压力脉动及径向力，加强泵各个工况下的运行安全性和稳定性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种大型工程泵的蜗壳，其包括蜗壳出口(1)、扩散段(2)、喉部(3)、固定式多流道(4)、活动导叶(5)、固定导叶(6)、出口导叶(7)、隔舌/舌部(8)、流道间隙(9)，压水室的出口端设有扩散段，扩散段的出口端具有蜗壳出口，压水室与扩散段之间的连接部为喉部，叶轮外周设有扩压器，扩压器包括多个沿周向分布的活动导叶，扩散段与蜗壳壁之间构成隔舌，其特征在于：活动导叶(5)的外周设置有多个固定导叶(6)，固定导叶将蜗壳流道分隔为固定式多流道，出口导叶的中线/轴线与扩散段的中线/轴线共线/平行，出口导叶大体上与压水室进口基圆D3相切，固定导叶的出口端与与其相邻的径向内侧的固定导叶的进口端或压水室进口基圆D3之间具有流道间隙(9)，出口导叶的进口端具有截面I，隔舌处具有截面II，在流动方向上从截面II到截面I，蜗壳为环形蜗壳，蜗壳的流道横截面流通面积基本相同。进一步地，所述蜗壳采用大体上偏心的椭圆形截面环形蜗壳，在椭圆形长轴方向上，椭圆形偏心的长的部分的尺寸为短的部分的尺寸的2-4倍。进一步地，所述固定导叶(6)为弧形导叶，固定导叶具有不同的圆心角，且在流动方向上从截面II到截面I，圆心角逐渐增大；在流动方向上从截面II到截面I，下游的圆心角为上游的圆心角的1.05-1.25倍。进一步地，在流动方向上从截面II到截面I，流道间隙(9)逐渐增大；且在流动方向上从截面II到截面I，下游的流道间隙为上游的流道间隙的1.05-1.2倍。进一步地，所述固定导叶(6)具有下游端/尾缘端(61)，下游端呈渐缩的锥形或弧形，下游端具有第一凹槽(62)、第二凹槽(63)，多个第一凹槽设置于下游端的径向内侧面，多个第二凹槽设置于下游端的径向外侧面；第一凹槽、第二凹槽为半圆形结构。进一步地，所述第一凹槽(62)的数量大于第二凹槽(63)的数量，且第一凹槽的数量是第二凹槽数量的1.5-3.0倍。进一步地，扩散段为泵体出口，扩散段为自喉部至蜗壳出口，水流通道面积逐渐增大，扩散段断面包括由矩形和/或圆弧组成的形状；喉部位置的压水室的断面形状与扩散段的端面形状相同且重合，该结构以保证压水室与扩散段平滑过渡。一种大型工程泵的蜗壳的设计方法，其特征在于，采用带固定导叶及活动导叶的环形蜗壳结构，根据给定工况，基于蜗壳速度系数法确定蜗壳的几何参数，包括压水室进口基圆直径D3，泵压水室进口宽度B3，蜗室的外轮廓线半径R，活动导叶数Z1，固定导叶数Z2，，扩散角θ；其包括如下设计步骤：(1)设计压水室进口基圆直径D3：D3＝D2+2b2式中：b2-活动导叶半径，mm；D2-泵叶轮外径，mm；D3-泵压水室进口基圆直径，mm；(2)设计泵压水室进口宽度B3：B3＝B2+0.05D3式中：B2-泵叶轮出口轴向宽度，mm；D3-泵压水室进口基圆直径，mm；B3-泵压水室进口宽度，mm；(3)设计蜗室的外轮廓线半径R：式中：AI-蜗壳第I截面的面积值，mm；R-蜗室的外轮廓线半径，mm；(4)设计活动导叶数Z1：Z1＝8～14式中：Z1-活动导叶数，个；(5)设计固定导叶数Z2：Z2＝3～5式中：Z2-固定导叶数，个；(6)设计扩散段扩散角：式中：AI-蜗壳第I截面的面积值，mm；DS-蜗壳出口直径，mm；L-蜗壳扩散段长度，mm；θ-扩散角，°；采用θ取6°～12°。本专利技术具有有益技术效果是：(1)采用环形蜗壳的结构，与典型的螺旋蜗壳相比，环形蜗壳具有对称的过流流道，并且在隔舌和叶轮出口之间有较大的间隙，用环形蜗壳代替传统的蜗壳能降低泵压力脉动以及径向力，提高运行稳定性。叶轮外周与蜗壳隔舌之间的间隙增加了，其优点是减少了水流在蜗壳隔舌上的碰撞，隔舌与叶轮间隙的增加可以减少压力脉动和整体径向力。(2)通过进一步设计固定导叶具有不同的圆心角，且在流动方向上从截面II到截面I，圆心角逐渐增大。在流动方向上从截面II到截面I，流道间隙逐渐增大。能够进一步降低泵运行过程中的压力脉动及径向力，减少固定导叶出口处的角部涡流，减少环形蜗壳的压力波动及压力损失，加强泵各个工况下的运行安全性和稳定性。本专利技术通过第一凹槽、第二凹槽的设计，能够进一步减少固定导叶出口处的角部涡流，减少环形蜗壳的压力波动及压力损失，从而加强泵各个工况下的运行安全性和稳定性。(3)在蜗壳内设有双排导叶(活动导叶、固定导叶)将叶轮甩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型工程泵的蜗壳，其包括蜗壳出口(1)、扩散段(2)、喉部(3)、固定式多流道(4)、活动导叶(5)、固定导叶(6)、出口导叶(7)、隔舌/舌部(8)、流道间隙(9)，压水室的出口端设有扩散段，扩散段的出口端具有蜗壳出口，压水室与扩散段之间的连接部为喉部，叶轮外周设有扩压器，扩压器包括多个沿周向分布的活动导叶，扩散段与蜗壳壁之间构成隔舌，其特征在于：活动导叶(5)的外周设置有多个固定导叶(6)，固定导叶将蜗壳流道分隔为固定式多流道，出口导叶的中线/轴线与扩散段的中线/轴线共线/平行，出口导叶大体上与压水室进口基圆D3相切，固定导叶的出口端与与其相邻的径向内侧的固定导叶的进口端或压水室进口基圆D3之间具有流道间隙(9)，出口导叶的进口端具有截面I，隔舌处具有截面II，在流动方向上从截面II到截面I，蜗壳为环形蜗壳，蜗壳的流道横截面流通面积基本相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种大型工程泵的蜗壳，其包括蜗壳出口(1)、扩散段(2)、喉部(3)、固定式多流道(4)、活动导叶(5)、固定导叶(6)、出口导叶(7)、隔舌/舌部(8)、流道间隙(9)，压水室的出口端设有扩散段，扩散段的出口端具有蜗壳出口，压水室与扩散段之间的连接部为喉部，叶轮外周设有扩压器，扩压器包括多个沿周向分布的活动导叶，扩散段与蜗壳壁之间构成隔舌，其特征在于：活动导叶(5)的外周设置有多个固定导叶(6)，固定导叶将蜗壳流道分隔为固定式多流道，出口导叶的中线/轴线与扩散段的中线/轴线共线/平行，出口导叶大体上与压水室进口基圆D3相切，固定导叶的出口端与与其相邻的径向内侧的固定导叶的进口端或压水室进口基圆D3之间具有流道间隙(9)，出口导叶的进口端具有截面I，隔舌处具有截面II，在流动方向上从截面II到截面I，蜗壳为环形蜗壳，蜗壳的流道横截面流通面积基本相同。


2.如权利要求1所述的一种大型工程泵的蜗壳，其特征在于，所述蜗壳采用大体上偏心的椭圆形截面环形蜗壳，在椭圆形长轴方向上，椭圆形偏心的长的部分的尺寸为短的部分的尺寸的2-4倍。


3.如权利要求2所述的一种大型工程泵的蜗壳，其特征在于，所述固定导叶(6)为弧形导叶，固定导叶具有不同的圆心角，且在流动方向上从截面II到截面I，圆心角逐渐增大；且在流动方向上从截面II到截面I，下游的圆心角为上游的圆心角的1.05-1.25倍。


4.如权利要求3所述的一种大型工程泵的蜗壳，其特征在于，在流动方向上从截面II到截面I，流道间隙(9)逐渐增大；且在流动方向上从截面II到截面I，下游的流道间隙为上游的流道间隙的1.05-1.2倍。


5.如权利要求4所述的一种大型工程泵的蜗壳，其特征在于，所述固定导叶(6)具有下游端/尾缘端(61)，下游端呈渐缩的锥形或弧形，下游端具有第一凹槽(62)、第二凹槽(63)，多个第一凹槽设置于下游端的径向内侧面，多个第二凹槽设置于下游端的径向外侧面；第一凹槽、第二凹槽为半圆形结构。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李晓俊，宁望辉，马建峰，林言丕，朱祖超，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33