渣漿泵蝸殼水力設計探討

孟振英， 雷 明

（陽泉水泵廠有限責任公司，山西 陽泉 045000）

引言

渣漿泵因輸送固液兩項流體而得名，其水力設計由葉輪和蝸殼兩大部分組成，由于輸送流體的特殊性，為了減少損失，獲得較大能量，消除漩渦磨損，延長其使用壽命，除葉輪水力設計為核心外，蝸殼水力設計也十分重要。

通過多年摸索實踐，總結了一種蝸殼水力設計繪型方法，此方法能快速準確地繪型，用二維的方法得到三維的光滑流面。使蝸殼水力損失最小。

蝸殼水力平面圖型線為極坐標形成的螺旋線，針對渣漿泵，其過流斷面針對渣漿泵輸送介質的特殊性一般采用等寬而不等高的矩形斷面，出口擴散管采用直錐管，直錐管與螺旋體在八段面垂直相貫。

1 設計繪型方法

下面結合一實例，詳細說明用計算機CAD軟件設計繪型的步驟：

1）確定蝸殼第Ⅷ斷面面積。

依據葉輪有效出口面積與蝸殼斷面面積比原理或速度系數法［1，2］，確定蝸殼第Ⅷ斷面的面積為FⅧ＝28 796mm2，依據葉輪出口寬度、前后蓋板厚度、前后背葉片高度和兩邊間隙值四數據之和，確定蝸殼寬度B3＝162mm。

2）計算第1—7斷面面積FⅠ—FⅧ。

3）求Ⅷ、Ⅰ斷面極值A8、A1及圓角半徑R8、R1。

用解析幾何推導出如下計算公式：

式中：Ri為i（i＝1，2，3，…，8）斷面圓角半徑，mm；Ai為i斷面極值即基圓直徑至極點的距離，mm；B3為蝸殼寬度，mm；Fi為i計算斷面面積，mm2。

考慮A8應大于FⅧ／B3＝155.5mm，確定A8＝183mm，代入公式1得R8＝44.5mm。

考慮A1應大于FⅠ／B3＝22.2mm，確定A1＝22.5mm，代入式（1）得R1＝11mm。

根據算得數據，畫Ⅷ、Ⅰ斷面如下頁圖1所示。

圖1 Ⅷ、Ⅰ斷面圖（mm）

4）做直角坐標系，并依據第Ⅰ、Ⅷ斷面極值Ai（高度值）與間隔角，畫螺旋線展開直角坐標系，如圖2，可得出中間各極角對應的極值Ai。

圖2 螺旋線展開直角坐標系

5）計算各斷面的圓角半徑。

由式（1）推導出如下計算公式：

代入已求出的各斷面面積Fi及極值Ai，得各斷面的圓角半徑Ri見表1。

表1 斷面極值Ai和圓角半徑Ri mm

6）繪制極角與各圓角半徑的直角坐標系。

圖3 極角與各斷面圓角半徑的直角坐標系

從以上坐標系可以看出，極角對應的圓角半徑變化規律為單調上升光滑曲線，沒有拐點，水力損失很小。

7）根據求得的極值Ai、圓角半徑Ri、寬度B3，畫出Ⅰ—Ⅷ斷面圖形（見圖4中蝸殼Ⅰ—Ⅷ斷面圖），用CAD面域功能求各斷面面積，并計算誤差，見表2。

表2 斷面實繪面積及誤差

從上表可看出此法所繪各斷面面積與計算面積誤差非常小（均小于0.18%），遠遠小于誤差3%～5%的一般要求。

8）繪制蝸殼螺旋線、出口錐形型線和Ⅸ—Ⅸ斷面型線，見42頁圖4。

圖4是完整的蝸殼水力圖，從圖4可以看出，其螺旋線與各斷面型線很光滑，能保證流體在流道中流動損失很小，得到較高的水力效率，同時對流道壁面磨損也很小，從而延長其使用壽命，達到高效節能的效果。

圖4 蝸殼水力圖（mm）

2 結論

1）蝸殼液流型線幾何計算準確，過流斷面過渡光滑，液體流速均勻，損失降低到最小，獲得水力效率最大。

2）可以用于輸送其他流體的矩形斷面流道蝸殼設計。

3）計算得到幾何數據，采用計算機CAD繪圖快捷、準確。

［1］ 袁壽其.低比轉速離心泵理論與設計［M］.北京：機械工業出版社，1997.

［2］ 關醒凡.現代泵技術手冊［M］.北京：中國宇航出版社，1995.