一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法技术

本发明专利技术涉及疏浚高压冲水泵水力设计技术领域，一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法。为减小耙吸挖泥船高压冲水泵的叶轮径向力，提高运行稳定性，一种双出口双蜗壳的高压冲水泵及蜗壳设计方法，蜗壳采用轴对称布置的双出口设计，蜗壳流道采用螺旋形，螺旋段包角120

【技术实现步骤摘要】
一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法


[0001]本专利技术涉及耙吸挖泥船高压冲水泵水力设计领域，属于高压冲水泵、流体力学等跨


技术介绍

[0002]高压冲水泵是耙吸挖泥船上的重要设备，有两种运行工况，一种是挖泥工况，高压冲水泵通过管路给耙头上喷嘴供水，用来增加耙头的破土能力，提升耙头挖掘性能，高压冲水泵特点是压力高，流量相对较小；一种是稀释泥舱工况，高压冲水泵通过管路给泥舱的喷嘴供水，用来稀释泥舱沉淀的泥浆，方便泥浆通过抽舱系统排岸，此时高压冲水泵特点是压力相对较低，流量相对较大。由于高压冲水泵需要兼顾两个流量
‑
扬程点，且两个工况点相差较大，即使通过优化设计和转速调节也无法让两个工况点同时位于高压冲水泵的高效运行区，当运行工况偏离高效区较大时，叶轮的不平衡径向力增加，造成高压冲水泵的振动异响，甚至设备损坏。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了减小离心式高压冲水泵的叶轮不平衡径向力，提供了一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法，蜗壳设计为轴对称双出口，流道型线为对数螺旋线，可减小叶轮的不平衡径向力，降低振动发生可能性，提高运行稳定性。
[0004]本专利技术需要保护的技术方案是：
[0005]一种双出口的高压冲水泵蜗壳，该蜗壳的过流部分包括隔舌、螺旋段、扩散段、出口法兰(这部分结构涉及组成部件、位置关系，连接关系都已属于现有技术)，为悬臂式离心泵的螺旋形蜗壳。
[0006]上述双出口的高压冲水泵蜗壳通过以下方法设计得到。
[0007]一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法，所述蜗壳螺旋段为对数螺旋线型流道，螺旋段包角120
°‑
160
°
，隔舌安放角20
°‑
45
°
，扩散段与螺旋段相切，蜗壳流道的两个隔舌、两个螺旋段、两个扩散段及两个出口法兰均呈180
°
的轴对称布置。流道宽度为叶轮流道宽度与叶轮前后盖板厚度值以及叶轮盖板与衬板的间隙值之和，流道断面为圆角矩形，圆角半径20
‑
70mm，沿着隔舌到扩散段方向圆角半径逐渐增大；螺旋段的壁面型线方程如下：
[0008][0009]其中，r3为蜗壳基圆半径，取1.03
‑
1.08倍的叶轮半径，单位mm；θ为螺旋段在圆周方向的角度，隔舌为起始0
°
，α为隔舌安放角，图1中为30
°
，螺旋段末即第6断面为终点(也就是说，第6断面为螺旋线的终点)，为螺旋线包角，图1中为150
°
，r(θ)分别为螺旋段壁面中心上任一点到泵中心的距离，单位mm。
[0010]螺旋段的流道断面为圆角矩形，断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，圆角半径r4按照以下方程变化：
[0011][0012]最终蜗壳螺旋段流道由流道断面按照型线放样得到，第6断面与蜗壳出口圆面放样得到扩散段流道，蜗壳出口直径取蜗壳宽度的1.3倍后圆整到标准GB/T9113.1
‑
2000法兰尺寸，扩散段外侧壁面与螺旋段外侧壁面相切，扩散段流道和螺旋段流道相交得到隔舌，蜗壳由流道并向外侧加厚并180
°
轴对称阵列后得到。
[0013]上述公式(1)(2)，此关系式的确立是本专利技术技术方案关键的、核心的技术贡献。
[0014]上述设计方法获得的高压冲水泵蜗壳，用于构建双出口高压冲水泵。所述双出口高压冲水泵包括蜗壳5、叶轮6、前泵盖7、后泵盖8、轴封装置9、泵轴10、轴承筒11、轴承座12，其中：泵轴10与叶轮6通过螺纹或者键连接，叶轮6位于蜗壳5以及前泵盖7和后泵盖8共同组成的腔体内，蜗壳5通过螺栓固定在前泵盖7和后泵盖8上，轴封装置9位于泵轴10的端部，泵轴10位于轴承筒11内部，轴承筒11固定在轴承座12上，且轴承座12通过螺栓与后泵盖8连接，轴承座12通过螺栓固定在船体甲板上。
[0015]上述设计方法获得的高压冲水泵蜗壳，应用于耙吸挖泥船的挖泥和冲舱工况施工。实施时，本专利技术的双出口蜗壳配置离心式闭式叶轮，与前泵盖、后泵盖、轴封装置构成离心泵的泵内腔。
[0016]泵轴与叶轮的轮毂通过键或螺纹连接。蜗壳由泵盖支撑并固定，叶轮前后盖板厚度值取20
‑
40mm，叶轮盖板与两侧耐磨衬板的总间隙值取3mm，叶轮为离心式闭式叶轮，叶片数为4
‑
8之间的偶数。
[0017]本专利技术的双出口蜗壳，流道呈180
°
轴对称布置，减轻泵的不平衡径向力，流道型线为对数螺旋线，提高效率，减轻磨损；本专利技术蜗壳能够解决耙吸船高压冲水泵的振动问题，提高设备运行稳定性。
附图说明
[0018]图1为蜗壳流道型线示意图
[0019]图2为蜗壳流道断面示意图
[0020]图3为蜗壳三维图
[0021]图4为双出口高压冲水泵三维装配图
[0022]图5为本实施例高压冲水泵两个工况转速的性能曲线
[0023]图中：
[0024]1‑
隔舌，2
‑
螺旋段，3
‑
扩散段，4
‑
出口法兰。
[0025]5‑
蜗壳，6
‑
叶轮，7
‑
前泵盖，8
‑
后泵盖，9
‑
轴封装置，10
‑
泵轴，11
‑
轴承筒组件，12
‑
轴承座。
具体实施方式
[0026]本专利技术的悬臂式高压冲水泵蜗壳流道外壁型线被设计成对数螺旋线，符合液体流动规律；蜗壳设计成2个出口呈180
°
轴对称布置，减小不平衡径向力，能够解决耙吸挖泥船高压冲水泵的振动问题，提高挖泥船在不同工况下的设备运行稳定性。下面结合附图对本专利技术作进一步说明：
[0027]实施例
[0028]图1所示，蜗壳螺旋段流道外壁面型线，叶轮直径D2为1250mm，蜗壳基圆直径D3取1.04倍D2，即蜗壳基圆直径D3为1300mm；根据方程(1)，当θ＝0
°
,30
°
,60
°
,90
°
,120
°
,150
°
时，计算得到6个断面的螺旋线型线坐标如下表。蜗壳出口直径D5取图2蜗壳流道宽度B3的1.3倍，即D5＝1.3B3＝1.3
×
263＝324mm，圆整D5为300mm。断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，根据方程(2)得到矩形断面的圆角半径r值见下表；螺旋段的断面按照壁面型线方程(1)蜗壳螺旋段流道r(θ)型线轨迹放样后，向外侧方向加厚60mm。
[0029][0030][0031]图1中F1
‑
F6为蜗壳螺旋段的流道断面，其断面形状如图2所示。
[0032]图2所示，本专利技术蜗壳的螺旋段流道断面为矩形断面，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法，其特征在于，所述蜗壳的两个隔舌、两个螺旋段、两个扩散段及两个出口法兰均呈180
°
的轴对称布置；蜗壳的螺旋段的壁面型线方程：r(θ)为螺旋段壁面中心上任一点到泵中心的距离，单位mm；其中，r3为蜗壳基圆半径，单位mm；θ为螺旋段在圆周方向的角度，为螺旋线包角，取值120
°‑
160
°
；流道断面为圆角矩形，断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，圆角半径r4取20
‑
70mm，圆角半径r4按照以下方程变化：2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，应用时，所述蜗壳螺旋段为对数螺旋线型...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄海飞，刘明明，曹蕾，胡京招，武永顶，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：