渣漿泵蝸殼水力設(shè)計(jì)探討

孟振英， 雷 明

（陽泉水泵廠有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

引言

渣漿泵因輸送固液兩項(xiàng)流體而得名，其水力設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)為核心外，蝸殼水力設(shè)計(jì)也十分重要。

通過多年摸索實(shí)踐，總結(jié)了一種蝸殼水力設(shè)計(jì)繪型方法，此方法能快速準(zhǔn)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(biāo)形成的螺旋線，針對(duì)渣漿泵，其過流斷面針對(duì)渣漿泵輸送介質(zhì)的特殊性一般采用等寬而不等高的矩形斷面，出口擴(kuò)散管采用直錐管，直錐管與螺旋體在八段面垂直相貫。

1 設(shè)計(jì)繪型方法

下面結(jié)合一實(shí)例，詳細(xì)說明用計(jì)算機(jī)CAD軟件設(shè)計(jì)繪型的步驟：

1）確定蝸殼第Ⅷ斷面面積。

依據(jù)葉輪有效出口面積與蝸殼斷面面積比原理或速度系數(shù)法［1，2］，確定蝸殼第Ⅷ斷面的面積為FⅧ＝28 796mm2，依據(jù)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(shù)據(jù)之和，確定蝸殼寬度B3＝162mm。

2）計(jì)算第1—7斷面面積FⅠ—FⅧ。

3）求Ⅷ、Ⅰ斷面極值A(chǔ)8、A1及圓角半徑R8、R1。

用解析幾何推導(dǎo)出如下計(jì)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(diǎn)的距離，mm；B3為蝸殼寬度，mm；Fi為i計(jì)算斷面面積，mm2。

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

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

根據(jù)算得數(shù)據(jù)，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(biāo)系，并依據(jù)第Ⅰ、Ⅷ斷面極值A(chǔ)i（高度值）與間隔角，畫螺旋線展開直角坐標(biāo)系，如圖2，可得出中間各極角對(duì)應(yīng)的極值A(chǔ)i。

圖2 螺旋線展開直角坐標(biāo)系

5）計(jì)算各斷面的圓角半徑。

由式（1）推導(dǎo)出如下計(jì)算公式：

代入已求出的各斷面面積Fi及極值A(chǔ)i，得各斷面的圓角半徑Ri見表1。

表1 斷面極值A(chǔ)i和圓角半徑Ri mm

6）繪制極角與各圓角半徑的直角坐標(biāo)系。

圖3 極角與各斷面圓角半徑的直角坐標(biāo)系

從以上坐標(biāo)系可以看出，極角對(duì)應(yīng)的圓角半徑變化規(guī)律為單調(diào)上升光滑曲線，沒有拐點(diǎn)，水力損失很小。

7）根據(jù)求得的極值A(chǔ)i、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(jì)算誤差，見表2。

表2 斷面實(shí)繪面積及誤差

從上表可看出此法所繪各斷面面積與計(jì)算面積誤差非常小（均小于0.18%），遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)損失很小，得到較高的水力效率，同時(shí)對(duì)流道壁面磨損也很小，從而延長其使用壽命，達(dá)到高效節(jié)能的效果。

圖4 蝸殼水力圖（mm）

2 結(jié)論

1）蝸殼液流型線幾何計(jì)算準(zhǔn)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(shè)計(jì)。

3）計(jì)算得到幾何數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)CAD繪圖快捷、準(zhǔn)確。

［1］ 袁壽其.低比轉(zhuǎn)速離心泵理論與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

［2］ 關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：中國宇航出版社，1995.