抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室及离心泵的制作方法

本发明涉及离心泵技术领域，特别是涉及一种抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室及具有其的离心泵。

背景技术：

20世纪90年代以前，关于离心泵的研究往往集中于能量特性。近年来，随着离心泵机组向大型化发展，特别是机组的能量特性达到较优的水平后，离心泵机组运行稳定性越来越受到重视。目前，投产运行的一些大型泵机组出现了不同程度的噪音、振动等与水力不稳定性有关的现象，严重影响了机组的安全运行。

数值计算和现场试验表明，离心泵机组的振动来自于过流部件中的非定常涡流以及涡流引起的结构振动。在压水室径向截面上存在着旋转方向相反、强度交替变化的一个涡对，这一对漩涡的强度与压水室运行的工况相关，虽然设计工况下涡流强度较小，但变工况时强度将会增大，影响压水室稳定工作。因此，压水室过水断面上型线的具体分布对涡流的产生和发展具有非常重要的影响。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室，所述离心泵非对称压水室的结构简单、易于加工和制造。

本发明的另一个目的在于提出一种离心泵，所述离心泵上设有上述抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室。

根据本发明第一方面实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室，所述压水室内具有流道，所述流道包括大流道和小流道，所述大流道与所述小流道同向延伸且并排布置，在垂直于所述流道的过水断面上所述大流道与所述小流道连通且所述大流道的面积大于所述小流道的面积。

根据本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室，可以引导和限制所述流道内涡流的产生和发展，有效抑制压水室内的二次涡，减小压水室内涡流强度。

另外，根据本发明上述实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室还具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，垂直于所述流道的过水断面的流道型线至少包括大圆弧、中间圆弧和小圆弧，所述大圆弧、所述中间圆弧和所述小圆弧依次光滑连接而成，所述大圆弧构成所述大流道的至少一部分，所述小圆弧构成所述小流道的至少一部分。

进一步地，所述流道型线由所述中间圆弧的圆心位置(x_m,h)和所述中间圆弧的半径r_m唯一确定。

在本发明的一些实施例中，以蜗室进口的两端连线形成的蜗室进口边b₃为水平参考轴，以蜗室进口边b₃的一个端点为原点(0,0)形成的平面直角坐标系中，取所述中间圆弧的圆心所在位置(x_m,h)，连接所述中间圆弧的圆心与蜗室进口边b₃的一个端点(0,0)形成第一直线段，连接所述中间圆弧的圆心与蜗室进口边b₃的另一个端点(b₃,0)形成第二直线段，以所述中间圆弧的圆心所在位置(x_m,h)为圆心、以半径r_m画圆，所述圆夹在所述第一直线段和所述第二直线段之间的劣弧即为所述中间圆弧，当x_m＞b₃/2时，以所述第一直线段与所述中间圆弧的交点和所述端点(0,0)的连线为直径朝背离所述蜗室进口边b₃画圆弧形成为所述大圆弧，以所述第二直线段与所述中间圆弧的交点和所述端点(b₃,0)的连线为直径朝背离所述蜗室进口边b₃画圆弧形成为所述小圆弧。

根据本发明的一些实施例，所述大圆弧与所述中间圆弧外相切，且所述小圆弧与所述中间圆弧外相切。

进一步地，所述流道型线还包括蜗室进口边，所述中间圆弧的圆心与所述蜗室进口边间隔开，所述中间圆弧的半径小于所述中间圆弧的圆心与所述蜗室进口边的间距，且所述中间圆弧为朝所述蜗室进口边凸出的劣弧，所述大圆弧为以所述蜗室进口边的一个端点为端点并朝背离所述蜗室进口边外凸的半圆弧，所述小圆弧为以所述蜗室进口边的另一个端点为端点且朝背离所述蜗室进口边外凸的半圆弧。

根据本发明的一些实施例，所述压水室包括环状段和沿直线方向延伸并沿所述环状段的切向连接所述环状段的扩散段，所述流道沿所述环状段延伸并延伸到所述扩散段的端部，所述流道位于所述环状段内的部分朝向所述环状段的内侧敞开，所述流道位于扩散段内的部分沿所述扩散段的轴线延伸。

进一步地，在所述压水室的扩散段的平直面上沿流道布置有多个V型沟槽，每个V型沟槽的槽宽b为1mm，深度d为0.85mm。

进一步地，所述多个V型沟槽始于压水室的所述环状段与所述扩散段相切连接的部分，所述多个V型沟槽沿槽宽方向上的总长度为所述扩散段沿轴线方向长度的1/2至2/3，所述多个V型沟槽在所述扩散段的平直面上沿垂直于所述流道的方向延伸。

根据本发明第二方面实施例的离心泵，包括压水室，所述压水室为上述所述的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室的立体示意图；

图2是根据本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室的过水断面示意图；

图3是根据本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室沿流道断面上V型沟槽的局部放大图。

附图标记：

1是大流道，2是小流道，3是蜗室进口边，4是大圆弧，5是中间圆弧，6是小圆弧，7是V型沟槽，8是环状段，9是扩散段。b₃是蜗室进口边长度，x_m是中间圆弧的圆心横向距离，h是中间圆弧的圆心纵向距离，r₁、r_m、r₂分别是大圆弧、中间圆弧、小圆弧的半径，b是沟槽宽度，d是沟槽深度。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

设计和开发不同截面形状的压水室，是离心泵研究中的重要内容。本发明提出的非对称压水室及其型线设计方法，是抑制离心泵压水室涡流、提高泵机组运行稳定的有效途径。

下面结合图1至图3详细描述根据本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室100。

参照图1，具体而言，根据本发明第一方面实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室100，压水室100内具有流道，所述流道包括大流道1和小流道2，大流道1与小流道2同向延伸，也就是说，大流道1与小流道2的延伸方向相同，而且大流道1与小流道2并排布置。在垂直于所述流道的过水断面上，大流道1与小流道2连通，而且大流道1的面积大于小流道2的面积。大流道1的通流面积大于小流道2的通流面积，压水室100呈非对称的结构。由此，非对称压水室100可以引导和限制所述流道内涡流的产生和发展，有效抑制压水室内的二次涡，减小压水室内涡流强度。

根据本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室100，可以引导和限制所述流道内涡流的产生和发展，有效抑制压水室内的二次涡，减小压水室内涡流强度。

参照图2并结合图1，根据本发明的一些具体实施例，垂直于所述流道的过水断面的流道型线至少包括大圆弧4、中间圆弧5和小圆弧6，大圆弧4、中间圆弧5和小圆弧6依次光滑连接而成，大圆弧4构成大流道1的至少一部分，小圆弧6构成小流道2的至少一部分。垂直于所述流道的过水断面的流道型线为非对称型线，可以引导和限制所述流道内涡流的产生和发展，有效抑制压水室内的二次涡，减小压水室内涡流强度。

当然，在本发明的其他实施例中，垂直于所述流道的过水断面的流道型线可以包括多段圆弧，所述多段圆弧依次光滑连接而成。

进一步地，所述流道型线由中间圆弧5的圆心位置(x_m,h)和中间圆弧5的半径r_m唯一确定。也就是说，通过中间圆弧5的圆心位置(x_m,h)和中间圆弧5的半径r_m可以唯一确定所述流道型线。这样使得所述流道型线易于确定，还使得压水室100的结构简单、易于加工和制造。

参照图2并结合图1，在本发明的一些具体实施例中，以蜗室进口的两端连线形成的蜗室进口边b₃为水平参考轴，以蜗室进口边b₃的一个端点(例如，图2中蜗室进口边3的左端点)为原点(0,0)形成的平面直角坐标系中，取中间圆弧5的圆心所在位置(x_m,h)，连接中间圆弧5的圆心与蜗室进口边b₃的一个端点(0,0)形成第一直线段，连接中间圆弧5的圆心与蜗室进口边b₃的另一个端点(b₃,0)(例如，图2中蜗室进口边3的右端点)形成第二直线段，以中间圆弧5的圆心所在位置(x_m,h)为圆心、以半径r_m画圆，所述圆夹在所述第一直线段和所述第二直线段之间的劣弧即为中间圆弧5。

其中，当x_m＞b₃/2时，以所述第一直线段与中间圆弧5的交点和端点(0,0)的连线为直径朝背离蜗室进口边b₃画圆弧形成为大圆弧4。这里，记所述第一直线段与中间圆弧5的交点为第一点，所述第一点和所述端点(0,0)连线形成的第一平直线段为大圆弧4的直径，以所述第一平直线段的中点为大圆弧4的圆心。以第二直线段与中间圆弧5的交点和端点(b₃,0)的连线为直径朝背离蜗室进口边b3画圆弧形成为小圆弧6。这里，记所述第二直线段与中间圆弧5的交点为第二点，所述第二点和所述端点(b₃,0)连线形成的第二平直线段为小圆弧6的直径，所述第二平直线段的中点为小圆弧6的圆心。由此，基本确定了所述流道型线的形状和位置。

根据本发明的一些具体实施例，大圆弧4与中间圆弧5外相切，且小圆弧6与中间圆弧5外相切。也就是说，大圆弧4与中间圆弧5是相切的，且大圆弧4与中间圆弧5之间是外切的关系；且小圆弧6与中间圆弧5是相切的，小圆弧6与中间圆弧5是外切的关系。这样，通过大圆弧4、中间圆弧5以及小圆弧6便于进一步确定所述流道型线的位置。

进一步地，结合图2，所述流道型线还包括蜗室进口边3，中间圆弧5的圆心与蜗室进口边3间隔开，中间圆弧5的半径r_m小于中间圆弧5的圆心与蜗室进口边3的间距，即r_m<h，这样可以为大流道1和小流道2的连通提供有利条件。而且中间圆弧5为朝蜗室进口边3凸出的劣弧，大圆弧4为以蜗室进口边3的一个端点为端点并朝背离蜗室进口边3外凸的半圆弧，小圆弧6为以蜗室进口边3的另一个端点为端点且朝背离蜗室进口边3外凸的半圆弧。这样可以确保大流道1和小流道2的连通，从而保证压水室100的使用性能。

其中，结合图2，可以是大圆弧4为以蜗室进口边3的一个端点(例如，蜗室进口边3的左端点)为端点并朝背离蜗室进口边3外凸的半圆弧，小圆弧6为以蜗室进口边3的另一个端点(例如，蜗室进口边3的右端点)为端点且朝背离蜗室进口边3外凸的半圆弧。

也可以是大圆弧4为以蜗室进口边3的一个端点(例如，蜗室进口边3的右端点)为端点并朝背离蜗室进口边3外凸的半圆弧，小圆弧6为以蜗室进口边3的另一个端点(例如，蜗室进口边3的左端点)为端点且朝背离蜗室进口边3外凸的半圆弧。大圆弧4和小圆弧6可以根据x_m与b₃/2的大小关系进一步确定。

进一步地，如图1所示，压水室100包括环状段8和扩散段9，扩散段9沿直线方向延伸，并且扩散段9与环状段8的切向连接，而且所述流道延伸到扩散段9的自由端面，所述流道位于环状段8内的部分的流道型线的蜗室进口边3敞开以形成朝向环状段8的内侧(例如，图1中邻近环状段8中心的一侧)敞开的形状，所述流道位于扩散段9内的部分的流道型线的蜗室进口边3封闭以在扩散段9形成平直面。由此，可以减小压水室100中扩散段的阻力。

结合图1，根据本发明的一些具体实施例，压水室100包括环状段8和扩散段9，扩散段9沿直线方向延伸，并且扩散段9沿环状段8的切向连接环状段8，所述流道沿环状段8延伸并延伸到扩散段9的端部，所述流道位于环状段8内的部分朝向环状段8的内侧敞开，所述流道位于扩散段9内的部分沿扩散段9的轴线延伸。由此，可以减小压水室100中扩散段的阻力。

其中，扩散段9作为整个压水室的出口，流体沿环状段8的内侧进入压水室，在环状外壳引导下最终从扩散段9流出压水室。

参照图3并结合图1，根据本发明的一些具体实施例，在压水室100的扩散段9的平直面上沿所述流道布置有V型沟槽7，V型沟槽7为多个，每个V型沟槽7的槽宽b为1mm，深度d为0.85mm。由此，通过V型沟槽7可以减弱近壁区的动量交换，从而减小流动阻力。

其中，槽宽b可以在0.8mm至1.2mm的范围内，V型沟槽7的槽宽b与V型沟槽7的边长可以相等或不相等。例如，在如图3所示的本发明的实施例中，V型沟槽7的夹角可以为60度。

另外，通过V型沟槽7与所述流道型线的配合，使得当压水室100应用在离心泵上时，可以提高离心泵运行的稳定性。

进一步地，参照图3并结合图1，多个V型沟槽7始于压水室的环状段8与扩散段9相切连接的部分，多个V型沟槽7沿槽宽方向上的总长度为扩散段9沿轴线方向长度的1/2至2/3，多个V型沟槽7在扩散段9的平直面上沿垂直于所述流道的方向延伸。这样通过多个V型沟槽7可以减弱近壁区的动量交换，从而减小流动阻力。

例如，如图1至图3所示，多个V型沟槽7在扩散段9上的覆盖范围可以为扩散段9沿轴线方向长度的1/2至2/3(例如1/2、3/5或2/3等)。进一步地，多个V型沟槽7在扩散段9的平直面上的覆盖范围可以为扩散段9沿轴线方向长度的1/2至2/3。其中，多个V型沟槽7在扩散段9的平直面上沿垂直于所述流道的方向延伸，且可以延伸至蜗室进口的两端，即前述的蜗室进口边的两端。

根据本发明第二方面实施例的离心泵(未示出)，包括压水室，所述压水室为上述所述的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室100。由此，通过在所述离心泵上设置上述第一方面实施例的离心泵非对称压水室100，可以抑制涡流的发展，提高所述离心泵运行的稳定性。

另外，还使得所述离心泵的结构简单，抑制涡流效果明显。

本发明公开了一种抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室100及具有其的离心泵。压水室100内流道分为相互连通的大流道1和小流道2。过水断面上的流道型线，由大圆弧4、中间圆弧5、小圆弧6依次光滑连接组成。所述流道型线可以由中间圆弧5的圆心位置和半径这三个参数唯一确定。在压水室扩散段上沿流道布置有V型沟槽7。非对称型线可以引导和限制流道内涡流的产生和发展，有效抑制压水室内的二次涡，减小压水室内涡流强度，V型沟槽7可以减弱近壁区的动量交换，从而减小流动阻力，两者相结合可以提高离心泵运行的稳定性。压水室过水断面上的非对称型线由三个参数唯一确定，设计简单，易于加工和制造，适用于任何类型的离心泵。

本发明所要解决的技术问题是提供一种离心泵压水室100，该压水室100可以抑制涡流的发展，提高离心泵运行的稳定性。

有鉴于此，本发明第一方面实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室100，压水室100内流道分为相互连通的大流道1和小流道2。

在本发明的一个实施例中，过水断面上的流道型线，由大圆弧4、中间圆弧5、小圆弧6依次光滑连接组成。所述流道型线可以由中间圆弧5的圆心位置和半径这三个参数唯一确定。

在本发明的一个实施例中，以过水断面上蜗室进口宽度b₃为参考，在如图2所示的平面直角坐标系中，取中间圆弧圆心所在位置为(x_m,h)，连接圆心与蜗室进口边左端点(0,0)和右端点(b₃,0)，以半径为r_m做这两条线所夹的劣弧即为中间圆弧5。分别连接蜗室进口边3的左、右端点与中间圆弧5的左、右端点，并分别以该线段的中点为圆心，其长度的一半为半径做半圆如图所示。当x_m＞b₃/2时，左侧圆弧即为大圆弧，右侧圆弧即为小圆弧。

参照图3并结合图1，在本发明的一个实施例中，在扩散段9的平直面上沿流道布置V型沟槽7，每个V型沟槽7的宽度b为1mm，深度d为0.85mm。

有鉴于此，本发明第二方面实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室，包括上述的任一种抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室。

本发明实施例的离心泵的有益效果为：结构简单，抑制涡流效果明显。

如图1和图2所示，压水室100内流道分为相互连通的大流道1和小流道2。过水断面上的流道型线，由大圆弧4、中间圆弧5、小圆弧6依次光滑连接组成。整条型线可以由中间圆弧5的圆心位置和半径这三个参数唯一确定。

如图2所示，以过水断面上蜗室进口宽度b₃为参考，在如图2所示的平面直角坐标系中，取中间圆弧圆心所在位置为(x_m,h)，连接圆心与蜗室进口边3左端点(0,0)和右端点(b₃,0)，以半径为r_m做这两条线所夹的劣弧即为中间圆弧5。分别连接蜗室进口边3的左、右端点与中间圆弧5的左、右端点，并分别以该线段的中点为圆心，其长度的一半为半径做半圆如图2所示。当x_m＞b₃/2时，左侧圆弧即为大圆弧4，右侧圆弧即为小圆弧6。

参照图3和图1，在扩散段9的平直面上沿流线布置V型沟槽7，每个V型沟槽的宽度b为1mm，深度d为0.85mm。

过水断面上的非对称型线可以引导和限制流道内涡流的产生和发展，有效减小涡流强度。V型沟槽可以减弱近壁区的动量交换，从而减小流动阻力。根据设计过程，可知非对称型线和V型沟槽适用于任何类型的离心泵。因此，本发明实施例的抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室结构简单，易于加工和制造，适用于任何类型的离心泵。

本发明还提出一种离心泵，该离心泵包括上述的任一种抑制涡流和扩散段减阻的离心泵非对称压水室。基于类似的结构，本发明实施例的离心泵的有益效果为：结构简单，抑制涡流效果明显。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。