一种多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室及其设计方法与流程

1.本发明涉及多级泵技术领域，具体为一种多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室及其设计方法。


背景技术：

2.螺旋式压水室用于多级泵结构中，具有水流动状态理想，不易产生涡流，减少了水力损失，泵效率高，高效范围宽广等优点。但该种结构在运转的过程中会产生作用于叶轮上的径向力，使轴受交变应力，产生定向的饶度，从而产生振动问题，而振动会导致许多泵故障的现象，如转子碰磨、转子裂纹、密封磨损过快、轴承损坏、基础振动和噪声等问题。现有技术在设计多级泵的压水室时通过设计螺旋式双蜗壳压水室来减小径向力的产生，螺旋式双蜗壳压水室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，现有设计方法设计的双蜗壳压水室并不能完全平衡径向力，并且设计出的螺旋式双蜗壳压水室由于是双层流道叠加构成，生产铸造困难。


技术实现要素：

3.(一)技术方案
4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室的设计方法，包括以下步骤：
5.s1：按水泵的设计参数计算出流道的各断面面积，流道断面共有七组，分别为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、
ⅵ
、
ⅶ
断面；
6.s2：按照d3＝(1.03～1.08)*多级泵叶轮外径，确定基圆直径d3；
7.s3：按照b3＝(1.6～2)*叶轮出口宽度，确定蜗室宽度b3；
8.s4：按照设计参数的比转速n
s
的大小，确定隔舍的安放角度α3；
9.s5：确定扩散管高度l，在保证扩散角和安装要求的条件下，尽量取小值，以减小泵的尺寸；
10.s6：从隔舍开始分别做ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、
ⅵ
、
ⅶ
断面图；
11.s7：从隔舍到断面
ⅶ
用圆弧连接起来，保证所有流道要光滑过渡，顺畅；
12.s8:把从隔舍到断面
ⅶ
以蜗室中心点旋转180
°
形成第二组隔舍到
ⅶ’
断面，以保证所有参数和几何尺寸完全一样，形成完全对称的流道。
13.进一步优选，所述s1中流道断面的计算过程如下：
14.l1:确定涡室断面的平均速度式中h:该泵的单级扬程；k3：速度系数，所述速度系数由设计参数的比转速n
s
推算；
15.l2：计算第ⅳ断面面积fⅳ，即fⅳ＝(q/2v3)*1.1，式中q：该泵的设计流量；
16.l3：其他断面积的计算：fⅰ＝0.25*fⅳ、fⅱ＝0.50*fⅳ、fⅲ＝0.75*fⅳ、f
v
＝(1.15～1.2)*fⅳ、f
ⅵ
＝(1.3～1.4)*fⅳ、f
ⅶ
＝(1.5～1.6)*fⅳ。
17.进一步优选，所述s4中n
s
范围在40～360，隔舍的安放角度范围α3范围在0～45
°
，且n
s
与α3正相关。
18.进一步优选，所述s6中断面连接的圆弧之间相互之间保持相切。
19.还包括一种多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室的设计方法设计的多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室，包括壳体，所述壳体内部中设有两条流道，所述两条流道在蜗室中心角互为180
°
的对称位置上设有两组隔舍和两组扩散管，所述的两条流道、两组流道和两组扩散管的所有参数与几何形状完全一致。
20.进一步优选，所述流道分为七段，且每段流道断面连接的圆弧相切。
21.(二)有益效果
22.本发明提供了一种多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室及其设计方法，具备以下有益效果：
23.基于对消除径向力的考虑，本发明在设计螺旋式压水室时，采用了最优的水力平衡方式，即螺旋式压水室采用对称布置流道设计方案，对称流道螺旋式压水室，在螺旋式压水室中设有两条流道，两条流道在蜗室中心角互为180
°
的对称位置上设有两组隔舍和两组扩散管，在完全对称的条件下，该压水室制造简单。两条流道、两组隔舍和两组扩散管的所有参数与几何形状完全一致，这样叶轮在工作时会在叶轮中心180
°
的对称位置上产生大小相等方向相反的径向力，因大小相等和方向相反，两力相互抵消，起到了泵在运作过程中自动平衡径向力的作用。使得本发明具有自动平衡径向力；减少的多级泵工作时振动带来许多故障问题；提高泵的效率，延长泵的使用寿命的优点。
附图说明
24.图1为多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室的主视剖视结构示意图；
25.图2为图1a
‑
a方向的剖视图。
26.图中：1壳体、2隔舍、3扩散管。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
32.本发明实施例提供一种多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室的设计方法，包括以下步骤：
33.s1：按水泵的设计参数计算出流道的各断面面积，流道断面共有七组，分别为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、
ⅵ
、
ⅶ
断面；
34.s2：按照d3＝(1.03～1.08)*多级泵叶轮外径，确定基圆直径d3；
35.s3：按照b3＝(1.6～2)*叶轮出口宽度，确定蜗室宽度b3；
36.s4：按照设计参数的比转速n
s
的大小，确定隔舍2的安放角度α3；
37.s5：确定扩散管3高度l，在保证扩散角和安装要求的条件下，尽量取小值，以减小泵的尺寸；
38.s6：从隔舍2开始分别做ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、
ⅵ
、
ⅶ
断面图；
39.s7：从隔舍2到断面
ⅶ
用圆弧连接起来，保证所有流道要光滑过渡，顺畅；
40.s8:把从隔舍2到断面
ⅶ
以蜗室中心点旋转180
°
形成第二组隔舍2到
ⅶ’
断面，以保证所有参数和几何尺寸完全一样，形成完全对称的流道。
41.s1中流道断面的计算过程如下：
42.l1:确定涡室断面的平均速度式中h:该泵的单级扬程；k3：速度系数，速度系数由设计参数的比转速ns推算；
43.l2：计算第ⅳ断面面积fⅳ，即fⅳ＝q/2v3*1.1，式中q：该泵的设计流量；
44.l3：其他断面积的计算：fⅰ＝0.25*fⅳ、fⅱ＝0.50*fⅳ、fⅲ＝0.75*fⅳ、f
v
＝(1.15～1.2)*fⅳ、f
ⅵ
＝(1.3～1.4)*fⅳ、f
ⅶ
＝(1.5～1.6)*fⅳ。
45.s4中n
s
范围在40～360，隔舍2的安放角度范围α3范围在0～45
°
，且n
s
与α3正相关。
46.n
s
与与α3的关系如下表
[0047][0048]
s6中断面连接的圆弧之间相互之间保持相切。
[0049]
还包括该多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室的设计方法设计的多级泵自动平衡径向力的螺旋式压水室，包括壳体1，壳体1内部中设有两条流道，两条流道在蜗室中心角互为180
°
的对称位置上设有两组隔舍2和两组扩散管3，的两条流道、两组隔舍2和两组扩散管3的所有参数与几何形状完全一致。
[0050]
流道分为七段，且每段流道断面连接的圆弧相切。
[0051]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。