[發明專利]一種適用于多級離心泵的蝸殼及其設計方法

在審

• 申請號: 201711281640.4
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108071614A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 余躍;童水光;吳偉杰;唐寧;童哲銘;從飛云
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F04D29/42
• 分類號: F04D29/42
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

本發明提供一種適用于多級離心泵的蝸殼，包括蝸殼主體、蝸殼擴增管和過渡部分，蝸殼擴散管位于蝸殼主體的一側，蝸殼擴增管的長度延伸至與其起點呈180°角的蝸殼主體的另一側，過渡部分設置在蝸殼主體的上部，用于多級離心泵的級與級之間的連接。本發明還提供一種上述蝸殼的設計方法。本發明結合流體力學的科學分析和傳統經驗設計，根據多級離心泵要求的性能參數，準確合理地設計了蝸殼的形狀和蝸殼擴散管的管徑及螺旋路徑，大大增加了能量的利用率，提高離心泵的效率。

技術領域

本發明涉及屬于流體機械領域，涉及多級離心泵，具體涉及一種新型多級離心泵蝸殼及其設計方法。

背景技術

多級離心泵至少有兩級串聯，比單級離心泵可實現更高的揚程。多級離心泵效率較高，能夠滿足高揚程、高流量工況的需要，被廣泛應用于礦用排水、城市給排水、農田灌概、石油化工、森林消防、高層建筑等國民經濟的各個行業。離心泵年均耗電量約占總發電量的10%以上，其中多級離心泵又占了主要耗電部分，所以對多級離心泵進行優化設計不僅對提高離心泵性能,增效節能具有重大意義，也產生巨大的社會效益和經濟效益。

多級離心泵在運行過程中，除了和單級離心泵一樣，水流經過入口、葉輪、蝸殼等部件時會產生摩擦、碰撞、二次流、回流、漩渦等復雜流動現象，引起能量的損失，在級與級之間的過渡部分，更由于流體轉向大，沖擊損失也非常嚴重。其中蝸殼是離心泵的運行中的重要部件。蝸殼的作用有收集流體，并且盡可能的將動能轉換為出口的總壓，除了保證蝸殼內沖擊損失小流線順暢，蝸殼出口和到下級蝸殼入口的過渡也需要保證能力損失較小。

發明內容

本發明首先要解決的技術問題是提供一種適用于多級離心泵的蝸殼，能夠改善多級離心泵級與級之間的流線分布和減少流體沖擊損失。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種適用于多級離心泵的蝸殼，包括蝸殼主體、蝸殼擴增管和過渡部分，蝸殼擴散管位于蝸殼主體的一側，蝸殼擴增管的長度延伸至與其起點呈180°角的蝸殼主體的另一側，過渡部分設置在蝸殼主體的上部，用于多級離心泵的級與級之間的連接。

進一步地，蝸殼主體沿其周向被均分為八個主體段，蝸殼擴增管被分為與蝸殼主體一側的四個主體段相對應的四個擴增管段，主體段和擴增管端的面積根據速度系數法計算得到。

進一步地，過渡部分起到吸水室的作用，過渡部分的擴散角度和基圓直徑要求確保經過的流體具有渦旋。

本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種上述蝸殼的設計方法，該方法具體包括以下步驟：

（1）計算蝸殼主體的斷面面積；

（2）計算蝸殼擴增管的斷面面積；

（3）計算蝸殼擴增管的螺旋路徑；

（4）計算過渡部分的擴增角度和基圓直徑。

進一步地，計算蝸殼主體的斷面面積具體包括：

（1.1）將蝸殼主體沿其周向均分為八個主體段，段與段之間通過隔斷線劃分；

（1.2）根據速度系數法，分別求得各個主體段的斷面的面積。

進一步地，計算蝸殼擴增管的斷面面積具體包括：

（2.1）將蝸殼擴增管沿隔斷線的延長線分為四個擴增管段；

（2.2）根據速度系數法，分別求得各個擴增管段的斷面面積。

進一步地，計算擴散管的螺旋路徑具體包括：

（3.1）根據計算流體模擬仿真，把擴散管最外側一個斷面的中心距離蝸殼中心的距離作為關鍵設計變量；

（3.2）根據改變不同設計變量的的數值，求得離心泵的最高效率值，從而得到擴散管的螺旋路徑。