[发明专利]一种适用于多级离心泵的蜗壳及其设计方法

说明书

本发明提供一种适用于多级离心泵的蜗壳，包括蜗壳主体、蜗壳扩增管和过渡部分，蜗壳扩散管位于蜗壳主体的一侧，蜗壳扩增管的长度延伸至与其起点呈180°角的蜗壳主体的另一侧，过渡部分设置在蜗壳主体的上部，用于多级离心泵的级与级之间的连接。本发明还提供一种上述蜗壳的设计方法。本发明结合流体力学的科学分析和传统经验设计，根据多级离心泵要求的性能参数，准确合理地设计了蜗壳的形状和蜗壳扩散管的管径及螺旋路径，大大增加了能量的利用率，提高离心泵的效率。

技术领域

本发明涉及属于流体机械领域，涉及多级离心泵，具体涉及一种新型多级离心泵蜗壳及其设计方法。

背景技术

多级离心泵至少有两级串联，比单级离心泵可实现更高的扬程。多级离心泵效率较高，能够满足高扬程、高流量工况的需要，被广泛应用于矿用排水、城市给排水、农田灌概、石油化工、森林消防、高层建筑等国民经济的各个行业。离心泵年均耗电量约占总发电量的10%以上，其中多级离心泵又占了主要耗电部分，所以对多级离心泵进行优化设计不仅对提高离心泵性能,增效节能具有重大意义，也产生巨大的社会效益和经济效益。

多级离心泵在运行过程中，除了和单级离心泵一样，水流经过入口、叶轮、蜗壳等部件时会产生摩擦、碰撞、二次流、回流、漩涡等复杂流动现象，引起能量的损失，在级与级之间的过渡部分，更由于流体转向大，冲击损失也非常严重。其中蜗壳是离心泵的运行中的重要部件。蜗壳的作用有收集流体，并且尽可能的将动能转换为出口的总压，除了保证蜗壳内冲击损失小流线顺畅，蜗壳出口和到下级蜗壳入口的过渡也需要保证能力损失较小。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种适用于多级离心泵的蜗壳，能够改善多级离心泵级与级之间的流线分布和减少流体冲击损失。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种适用于多级离心泵的蜗壳，包括蜗壳主体、蜗壳扩增管和过渡部分，蜗壳扩散管位于蜗壳主体的一侧，蜗壳扩增管的长度延伸至与其起点呈180°角的蜗壳主体的另一侧，过渡部分设置在蜗壳主体的上部，用于多级离心泵的级与级之间的连接。

进一步地，蜗壳主体沿其周向被均分为八个主体段，蜗壳扩增管被分为与蜗壳主体一侧的四个主体段相对应的四个扩增管段，主体段和扩增管端的面积根据速度系数法计算得到。

进一步地，过渡部分起到吸水室的作用，过渡部分的扩散角度和基圆直径要求确保经过的流体具有涡旋。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种上述蜗壳的设计方法，该方法具体包括以下步骤：

（1）计算蜗壳主体的断面面积；

（2）计算蜗壳扩增管的断面面积；

（3）计算蜗壳扩增管的螺旋路径；

（4）计算过渡部分的扩增角度和基圆直径。

进一步地，计算蜗壳主体的断面面积具体包括：

（1.1）将蜗壳主体沿其周向均分为八个主体段，段与段之间通过隔断线划分；

（1.2）根据速度系数法，分别求得各个主体段的断面的面积。

进一步地，计算蜗壳扩增管的断面面积具体包括：

（2.1）将蜗壳扩增管沿隔断线的延长线分为四个扩增管段；

（2.2）根据速度系数法，分别求得各个扩增管段的断面面积。

进一步地，计算扩散管的螺旋路径具体包括：

（3.1）根据计算流体模拟仿真，把扩散管最外侧一个断面的中心距离蜗壳中心的距离作为关键设计变量；

（3.2）根据改变不同设计变量的的数值，求得离心泵的最高效率值，从而得到扩散管的螺旋路径。