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(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111425169.8 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 中交疏浚技 术装备国家工程研究中 心有限公司 地址 200092 上海市杨 浦区许昌路12 96号2 楼203室 (72)发明人 曹蕾 郭涛 吴腾伟 胡京招 (74)专利代理 机构 上海科律专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 31290 代理人 叶凤 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) F04D 29/22(2006.01) F04D 29/42(2006.01) F04D 29/66(2006.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳及 设计方法 (57)摘要 本发明涉及流体机械领域。 提出了一种设计 削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳结构方法, 包 括设于蜗壳内的蜗室(1)和设于蜗壳出口处的扩 散管(3), 蜗壳与扩散管通过隔舌(2)过渡连接, 其特征在于: 在蜗壳内设有隔板(5), 隔板将蜗室 分隔成两个蜗壳通道, 隔板首末端均采用翼型头 部形状过渡; 所述隔板(5)曲线采用以叶轮外缘 同心的环形曲线, 隔板起点在蜗壳第 Ⅳ截面, 终 点位置在蜗壳第 Ⅷ截面。 本发明可消除了由叶轮 引起的交变弯曲应力, 延长 了其疲劳寿命。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114186361 A 2022.03.15 CN 114186361 A 1.一种设计削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳结构方法, 包括设于蜗壳内的蜗室(1) 和设于蜗壳出口处的扩散管(3), 蜗壳与扩散管通过隔舌(2)过渡连接, 其特 征在于: 在蜗壳内设有 隔板(5), 隔板将蜗室分隔成两个蜗壳通道, 隔板首末端均采用翼型头部 形状过渡; 所述隔板(5)曲线采用以叶轮外缘同心的环形曲线, 隔板起点在蜗壳第 Ⅳ截面, 终点位 置在蜗壳第 Ⅷ截面, 隔板设计的目标函数如下: 其中, 以环形隔板半径R为变量, 对每个R的设计结果分别开展泵内设计流量下的流场数值模 拟计算(数值模拟方法为基于商业软件Fluent的常规方法); 为通过数值模拟计算得到的设计流量下叶轮水力径向力时均 值; G为叶轮自重; η(R)和H(R)分别为通过数值模拟计算得到的设计流量下泵的效率与扬程; η0和H0分别为原 单蜗壳泵在设计流量下的效率与扬程; 上述 公式(1)中, 考虑计算误差以及实际设计中变量 R的不连续性, 以1%的叶轮重力作为平衡效果裕度; 上述公式(2)、 公式(3)中以5%作为泵 的效率与扬程的变化裕度。 2.如权利要求1所述方法, 特征是, 所述Fr、 η、 H是数值模拟结果, 采用公式(1)、 (2)、 (3) 判定这些模拟结果是否符合预期的判定条件; 每调整一次R, 都进行一次数值模拟, 得到一 组Fr、 η、 H, 当结果同时满足三个公式, 就认为当前选择的R是最终设计结果。 3.由如权利要求1或者2所述方法设计得到的离心泵, 特征是, 保持原有水力性能, 同时 以叶轮径向力平衡叶轮重力, 即在设计流量下使叶轮产生大小与叶轮重力相同, 且方向与 重力相反的水力径向力。权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 114186361 A 2一种削弱泵轴交 变应力的离心泵双蜗壳及设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及流体机 械领域。 背景技术 [0002]离心泵的压水室能够起到将叶轮流出的高速流体的动能转换为压能、 消除速度环 量、 形成轴对称流动的作用。 压水室有螺 旋形、 环形、 准环形等 不同形式。 [0003]离心泵通常采用的螺旋形压水室是按设计流量设计的, 流体在叶轮周围压水室中 的速度和压力是均匀的、 轴对称的, 因此作用于叶轮上的合力为零, 即理论上无径向力作 用。 [0004]环形压水室常用于对通过性能要求较高的杂质泵, 这种结构的隔舌间隙很大, 不 易堵塞, 但设计流量下叶轮与泵壳中液流冲撞较大。 准环形压水室介于螺旋形与环形压水 室之间, 既能尽可能满足设计流 量下液流出流 规律, 隔舌处又有较大的通过性。 [0005]实际情况下, 即便采用螺旋形蜗壳, 设计流量下, 叶轮也总会受到一定程度的径向 力, 不少学者提出采用双蜗壳结构来平衡叶轮径向力, 即在压水室中与隔舌位置相对的 180°位置处对称布置一块隔板, 隔板曲线方程采用螺旋线方程, 将压水室分割为中心对称 的双流道, 每个流道包围叶轮流道18 0°。 双蜗壳结构水泵不仅具备了单蜗壳水泵高扬程、 高 效率等优点, 而且还 具备了平衡水泵叶轮部 分径向力的特点。 隔板的提出, 是针对解决泵内 流体径向力问题, 即直接利用隔板消除流体径向力。 [0006]以往的研究大多针对尺度较小的离心泵, 且仅关注叶轮本身的水力载荷特性。 [0007]对于大型离心泵, 如挖泥船用离心式泥泵, 叶轮重力很大, 使得泵轴危险截面 处承 受明显的弯矩, 轴上各点处的弯曲应力 在随轴旋转过程中存在压应力 ‑拉应力‑压应力的循 环过程, 即存在一定幅值的交变 应力, 对泵轴的疲劳寿命带来 不可忽视的不利影响。 发明内容 [0008]本发明的目的在于从消除泵轴交变应力的角度出发, 提出了一种全新的蜗壳隔板 设计思路, 通过设置隔板使叶轮 自重和叶轮受到的水力径向力相 抵消。 本发明方案针对大 型离心泵, 具体是挖泥 船用离心式泥泵, 叶轮重力很大, 本发明克服泵轴危险截面处承受的 弯矩, 解决轴上各点处的弯曲应力 在随轴旋转过程中存在压应力 ‑拉应力‑压应力的循环过 程带来的危害, 即消除掉交变 应力, 提高泵轴的疲劳寿命。 [0009]本发明蜗壳以准环形单隔舌蜗壳为基础, 借鉴环形蜗壳可以产生较大径向力的特 点, 创新地设计出以水力径向力平衡叶轮重力的隔板结构。 [0010]本发明是通过以下技 术方案来实现: [0011]一种设计削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳结构方法, 包括设于蜗壳内的蜗室 (1)和设于蜗壳出口处的扩散管(3), 蜗壳与扩散管通过隔舌(2)过渡连接, 其特 征在于: [0012]在蜗壳内设有隔板(5), 隔板将蜗室分隔成两个蜗壳通道, 隔板首末端均 采用翼型 头部形状过渡;说 明 书 1/4 页 3 CN 114186361 A 3
专利 一种削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳及设计方法
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