一种具有矩形齿泵前腔结构的离心泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及离心栗，特指一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，在栗的前栗盖与叶轮前盖板之间的腔体增设相互配合的矩形齿。
【背景技术】
[0002]栗作为流体机械的重要组成部分，被广泛用于各个行业中，提高栗的效率，改善叶轮的工作条件及环境具有重要的社会价值和迫切的实际需要。前腔是属于栗腔的一部分，叶轮出口、蜗壳进口以及叶轮进口相连，其流动不仅直接受到这三者的影响，也会对这三者的流动产生影响。前腔内产生的涡旋、回流等流动结构不仅损耗了流体的能量，增加了叶轮做工的负担，同时产生的脉动能量作用于固体壁面也会诱发振动。
[0003]传统的栗设计中不仅没有针对前腔的设计路线，并且对前腔的流动特性关注程度不高。而最近的研究表明，栗腔内的流场分布具有非轴对称性，其流场结构比由转子-定子组成的封闭壳体内的流场结构复杂得多，但二者的速度场沿轴向的变化；前腔内的流动特性会对叶轮的运转产生阻力；栗腔内的流体会对叶轮产生额外的压力，是叶轮所受径向力增大。所以，研究前腔内的流动特性不仅可以减弱其对叶轮的影响，也可以对容积泄漏的控制提出可行的方法，同时也间接地改善叶轮的入流条件，使得叶轮的工作环境趋于平Ilo
[0004]本发明针对前腔内的流动特性提出了一种矩形齿形式的结构，以减小容积泄漏、改善前腔内的流动特性为直接目的，间接改善叶轮的工作环境以及叶轮进口的入流条件。该结构不仅提高了栗的效率，同时也改善了栗运行过程中的损耗问题，具有重要的实用价值。
【发明内容】
[0005]为改善栗前腔内的流体流动特性对于叶轮的影响，以及减小前腔的容积泄漏和水力损失，本发明在栗前腔内增设了一组相互配合的矩形齿，不仅增大流体泄漏的阻力，同时也在一定程度上消除了前腔内的旋涡和回流，降低了水力损失，提高了效率。
[0006]本发明是一种具有相互配合的矩形齿栗前腔结构的离心栗。
[0007]在栗的前腔内增设相互配合的矩形齿，其子午截面形状为矩形，叶轮前盖板外侧每两个矩形齿之间契合一个前栗盖内侧的矩形齿；叶轮前盖板外侧的矩形齿与前栗盖内侧的矩形齿尺寸大小相等；前盖板外侧矩形齿齿顶与栗前盖之间的轴向间隙，等于栗前盖内侧矩形齿的齿顶与前盖板之间的轴向间隙，该间隙大小的取值范围由推荐公式T1= (0.1~ 0.2) X b得出，其中b为前腔在子午截面中的轴向宽度；并且每个矩形齿的径向宽度为δ，δ依据公式δ = (0.8-1.0) Xbs得出，其中bs为相应矩形齿所在前盖板的厚度；在叶轮与蜗壳装配后，相邻的矩形齿之间相互配合，则每两个矩形齿之间的径向间隙均相等，即为τ 2 = (0.2 ~ 0.3) X δ ; δ为矩形齿的径向宽度，叶轮前盖板外侧的矩形齿齿数为Ζ1，前栗盖内侧的矩形齿齿数为Ζ2，Zl与Ζ2相互配合，I Ζ1-Ζ2 I = (O，1)，推荐Zl= (4 ~10)，以上参数的设定可以在一定程度上降低铸造加工等成型手段的难度。
[0008]本发明的优点是:由叶轮出口流出的高能量流体会从前腔经过口环进入叶轮进口，与叶轮进口处的低能量流体混合，产生扰动和能量损失，而在前腔内设置一组相互配合的矩形齿后，流入前腔的流体经过矩形齿形时会受到阻力，降低了容积泄漏，且经过矩形齿的流体会极大地降低能量，减小了与叶轮进口处的低能量流体混合时产生的扰动。并且本发明中涉及的密封的加工精度要求中等，不会明显加大铸造或其它加工成型难度。本发明以前腔流动特性的影响为关注点，提出了相互配合的矩形齿前腔结构，超越了传统设计。
【附图说明】
[0009]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0010]图1是本发明的子午面剖面图；
其中，I 栗前盖
2 前盖板
图2是本发明的叶轮正视图；
图3是本发明的蜗壳剖视图，观察方向是由栗后盖向栗进口。
【具体实施方式】
[0011]本发明以离心栗为例，在前腔内增设的相互配合的矩形齿如图1所示；该结构由环状矩形齿相互配合组成，其交错分布于前栗盖内侧与叶轮前盖板外侧，每一个矩形齿的径向尺寸大小相等，即为S，δ取(0.8~1.0)x bs中的一个数值，这里取4 mm，其中bs为相应矩形齿所在前盖板的厚度，本例中bs = 5 mm ;且每个矩形齿的齿顶与其相邻的矩形齿的齿根之间的轴向距离均相等，即为T1, ^取(0.1 ~ 0.2) X b中的一个数值，这里取I _，其中b为前腔在子午截面中的轴向宽度，本例中b = 10 mm;每两个矩形齿之间的径向距离大小为τ2，12取(0.2 ~ 0.3) X δ中的一个数值，这里取I mm;如图2与图3所示，叶轮前盖板外侧的矩形齿齿数为Z1，前栗盖内侧的矩形齿齿数为Z2，Z1与Z2相互配合，I Z1-Z2 I = (O，1);Z1与Z2的取值依据比转速ns而定，当ns较小时，叶轮外径与进口直径的比值较大，前盖板环形部分的径向尺寸增大，可容纳的矩形齿增多；当ns较大时，叶轮外径与进口直径的比值较小，前盖板环形部分的径向尺寸减小，可容纳的矩形齿减少；本例中 ZI =8，Z2=7o
[0012]当叶轮运转时，由叶轮出口流出的高能量流体由于叶轮进出口的压力差而进入前腔，并沿着环状矩形齿的间隙流动，叶轮前盖板外侧的矩形齿随着叶轮的旋转而旋转，而前盖板内侧的矩形齿保持静止，在矩形齿之间流动的流体受到二者动静干涉的作用而使流动受阻，从而减小了容积泄漏，降低了流体所携带的压能，因而当流体流过迷宫密封时，不仅速度大幅降低，且压力也明显下降，经过口环后与叶轮进口的低能量流体混合，此时产生的扰动远小于无本发明涉及的前腔结构时的扰动，且损失的能量也远低于传统设计下的损失。
[0013]本例通过三维造型软件进行造型，并通过ICEM进行六面体结构网格划分，再经CFD平台进行数值模拟，定常计算采用基于k-epsilon的standard瑞流模型，SIMPLE算法，非定常计算采用LES以及S頂PLE算法，得到结果:相比传统设计的离心栗，具有本
【发明内容】
中涉及到的前腔为迷宫密封的离心栗其容积效率点提升了 3.5%，且在叶轮的进、出口部位的压力脉动幅值降低了 7%，故本发明在提高离心栗效率，改善离心栗运行性能方面具有良好的效果。
【主权项】
1.一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:在离心栗的前腔内增设了一组相互配合的环状矩形齿，不仅增大流体泄漏的阻力，同时也在一定程度上消除了前腔内的旋涡和回流，降低了水力损失，提高了效率。2.如权利要求1所述的一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:所述矩形齿的子午截面形状为矩形，叶轮前盖板外侧每两个矩形齿之间契合一个前栗盖内侧的矩形齿；叶轮前盖板外侧的矩形齿与前栗盖内侧的矩形齿尺寸大小相等；前盖板外侧矩形齿齿顶与栗前盖之间的轴向间隙，等于栗前盖内侧矩形齿的齿顶与前盖板之间的轴向间隙；每两个矩形齿之间的径向间隙均相等。3.如权利要求2所述的一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:所述前盖板外侧矩形齿齿顶与栗前盖之间的轴向间隙大小的取值范围由推荐公式T1= (0.1 ~0.2) X b得出，其中b为前腔在子午截面中的轴向宽度。4.如权利要求2所述的一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:每个矩形齿的径向宽度为δ，δ依据公式δ = (0.8~1.0) Xbs得出，其中bs为相应矩形齿所在前盖板的厚度。5.如权利要求2所述的一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:在叶轮与蜗壳装配后，相邻的矩形齿之间相互配合，则每两个矩形齿之间的径向间隙均相等，即为τ2= (0.2 ~ 0.3) X δ ； δ为矩形齿的径向宽度。6.如权利要求2所述的一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:叶轮前盖板外侧的矩形齿齿数为Ζ1，前栗盖内侧的矩形齿齿数为Ζ2，Ζ1与Ζ2相互配合，I Ζ1-Ζ2 | =(O ,Do7.如权利要求6所述的一种具有矩形齿栗前腔结构的离心栗，其特征在于:Zl=4~10。
【专利摘要】本发明涉及离心泵，特指一种具有矩形齿泵前腔结构的离心泵。在离心泵的前泵盖与叶轮前盖板之间的腔体（前腔）内增设了一组相互配合的环状矩形齿，不仅增大流体泄漏的阻力，同时也在一定程度上消除了前腔内的旋涡和回流，降低了水力损失，提高了效率。
【IPC分类】F04D29/22, F04D29/42, F04D1/00
【公开号】CN105240280
【申请号】CN201510720975
【发明人】高波, 王震, 张宁, 杨丽
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月30日