一种双吸泵吸水室形状的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种双吸泵吸水室形状的优化方法，其特征是包括以下步骤：步骤1：利用制图软件，过水泵的中心点O及水泵出口的水平中心线KJ，做一压水室剖视图等；步骤2、确定在压水室剖视图上的吸水室内壁轮廓线NQ′QQ″P″PP′M，即吸水室轮廓图；步骤3、在压水室剖视图上确定PQ断面轮廓线；步骤4、确定吸水室中心剖面O-O′-K的旋转投影线；步骤5、确定隔舌断面轮廓图；步骤6、绘制三维图。本发明方法可以获得优化的双吸泵吸水室形状，与同类流量扬程的S泵,SAP泵比较，独具体积小，效率高，抗气蚀性能好，形状规则，易于生产制造等优点。
【专利说明】一种双吸泵吸水室形状的优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于离心泵的设计方法，具体涉及一种双吸泵吸水室形状的优化方法 。
【背景技术】
[0002]目前国内对双吸泵的吸水室的研究和设计，仍然停留在半螺旋吸水室的研究。然而半螺旋吸水室的形状复杂，对模具制作和铸造的技术要求比较高，图纸存在多义性(图纸为断面图加布局图构成，断面之间的过渡没有严格规定)。从而带来了一系列的问题，国内制造很难完全满足设计水泵时候的效率和气蚀要求。为了提高吸水室的效率和抗气蚀性能，目前一般是通过改良的办法，如在半螺旋型吸水室内加导流片，改为全螺旋形和改变半螺旋形吸水室隔舌的位置等。这些方法仍然不能解决效率低下，抗气蚀性能低，体积大，形状不规则，图纸存在多义性等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种双吸泵吸水室形状的优化方法，以获得形状规则，效率高，抗气蚀性能高，体积小的双螺旋吸水室。
[0004]实现本发明目的采用的技术方案如下:
本发明提供的双吸泵吸水室形状的优化方法，包括以下步骤。
[0005]步骤1:
(1)、利用制图软件，过水泵的中心点O及水泵出口的水平中心线KJ，做一压水室剖视图，在该压水室剖视图的基础上，过中心点O点做垂线交压水室外壁于B点得竖直中心线0B,过中心点O点做水平线交压水室外壁于K点得直线OB^，在压水室外壁上选择一点C得直线OC，使OC= (0Β+0Β' ) /2，过直线OC做一 O-C剖视图；
(2)、在O-C剖视图的外壁直线段的两端点上取E点和F点；
(3)、以叶轮进口直径D1、叶轮轮毂直径dl、口环位置的宽度L作为已知参数。
[0006]步骤2、确定在压水室剖视图上的吸水室内壁轮廓线N ?τ QQ" P" P Pi Μ，即吸水室轮廓图:
(1)、延长直线EF交直线OB'的延长线于F'点得直线OF'，以直线OF'为半径，以O点为圆心作弧线F' G；
(2)、吸水室进口直径D的取值范围为1.1~1.4倍D1，或用户根据现场实际情况确定，吸水室的进口根据经济流速在D的取值范围内进行圆整；
(3)、设该泵进出口在同一水平线上，以利于安装；
(4)、以D/2为间距，作与中心线JK平行的直线WΜ"和直线K N"，其中直线W Μ〃交弧线F' G于M点，过M点作垂线交中心线JK的延长线于K’点和交直线N' N"于N点；
(5)、过O点作直线PQ，并使0P=0Q，且直线PQ与水平线OBi的夹角为α，α的取值范围为O~60°，直线PQ的取值范围为1.6~1.7D1 ；
(6)、分别作直线00'、PP'、QQ'垂直于直线PQ;(7)、过r点作圆弧ro/，分别与直线r j、oo'相切于r点和o'点；
(8)、过M点作圆弧MP'，分别与直线MM'、PP'相切于M点和P'点；
9)、过N点作圆弧NQ'，分别与直线NN'、QQ'相切于N点和Q'点；
(10)、过直线00'延长线上的一点S作与直线PQ平行的直线P"Q"得直线0S，并使 0S= D1/ (2+ e )，e的取值范围为3?10mm ;
(11)、过P点作圆弧PP"分别切于直线PP'、P"Q"于点P和点P"，过Q点作圆弧 QQ"分别切于直线QQ'、P" Q"于点Q和点Q"；
(12)、NQ' QQ" P" P P' M所围成的轮廓线，即为在压水室剖视图上的吸水室内壁 轮廓线，也即吸水室轮廓图。
[0007]步骤3、在压水室剖视图上确定PQ断面轮廓线：
(1)、过直线PQ做一P-Q剖视图，在P-Q剖视图中作口环位外边线U' V ；
(2)、在泵轴上的口环位置宽度L段，任意取一点W，过W作射线WT与轴线0X的夹角 为3，@的取值范围为15?25°，射线WT交口环位外边线U' V于U"点；
(3)、作直线UV平行于直线PQ，使直线UV到口环位外边线U'V的距离为L1，并且交 射线WT于W"点；
(4)、将四边形UU'U" W"分别在角点U、U'、" W"以半径R1、R2、R3圆角，调整L1 和半径R1、R2、R3，使圆角后围城的面积Sc=k* Ji (Dl2-dl2)/4, k的取值范围为0. 3?0. 4 ;
(5)、四边形UU'U" W"分别在角点U、U'、" W"以半径R1、R2、R3圆角所围城的轮 廓线，即为PQ断面轮廓线。
[0008]步骤4、确定吸水室中心剖面0-0' -K的旋转投影线：
(1)、在压水室剖视图上，将过点00'K曲线的剖面旋转投影到上视面上做0-0' -K旋 转剖视图；
(2)、以0为圆心，以ON为半径作圆弧交直线OF'的延长线于a'点得直线a'F'；
(3)、作与直线a'F/平行的直线af'，使得直线af'到直线a' F/的距离为D/2，连 接点f'和点F'作直线f' F'垂直于直线OF'；
(4)、作与直线EF平行的直线ef?，使得直线ef切圆弧R1于f点；
(5)、过f'点作圆弧R4，使之与af'和ef均相切；
(6)、af,ef以及R1和R3的连线即为吸水室中心剖面0-0' -K'的旋转投影线。
[0009]步骤5、确定隔舌断面轮廓图：
(1)、在吸水室轮廓图上，过0点向直线P〃Q〃作射线0u，射线0u与竖直中心线0B的夹 角为Y，Y的取值范围为0?60°，射线0u即为隔舌所在位置；
(2)、隔舌断面轮廓线形状的确定，隔舌沿泵轴方向的长度为L2，使隔舌的顶点i落在 u, V/所在的竖直平面内；
(3)、隔舌向泵中心的拔模角度0为10。，舌尖的面倒角半径R5的大小根据工艺确定， 隔舌根部与吸水室内部的圆角R4与R1保持一致。
[0010]步骤6、绘制三维图：
(1)、在上视面上绘制af'feRlR3轮廓线，并绕泵轴旋转360°形成曲面；
(2)、在前视面上绘制MP'PP〃Q〃QQ' N轮廓线，拉伸轮廓线到曲面，并剪裁；
(3)、在射线0u的垂直面上绘制ij'jkk'轮廓线，拉伸轮廓线，并剪裁；(4)、从吸水室进口到隔舌，以R=D/2到R=Rl,均匀变半径倒角；
(5)、与压水室外壳做布尔运算，并根据工艺倒角，完成双吸泵吸水室形状的优化。[0011]本发明方法中，作为优选:
所述步骤2 (2)、(5)、(10)中，D的取值范围为1.143~1.333D1，α的取值范围为45°，直线PQ的取值范围为1.6D1，ε的取值范围为5mm。
[0012]所述步骤3 (2)、(4)中，β的取值范围为20°，k的取值范围为0.35。
[0013]所述步骤5 (I) — (3)中，Y的取值范围为45°，L2根据口环位的长度L和工艺调整±20，舌尖的面倒角半径R5为5mm。
[0014]本发明方法的特点是，利用计算机制图软件绘图获得优化的双吸泵吸水室形状，其形状无论从前视图还是旋转剖视图，以及变半径倒角来看，都是光滑过渡的，从CFD分析的结果来看速度分布均匀，无漩涡。与同类流量扬程的S泵，SAP泵比较，独具体积小，抗气蚀性能好的优点。采用本发明方法设计的双吸泵吸水室，体积小，效率高，抗气蚀性能好，形状规则，易于生产制造。
[0015]下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是压水室剖视图。
[0017]图2是吸水室轮廓图。
[0018]图3是P-Q剖视图。
[0019]图4是0-0' -K旋转剖视图。
[0020]图5是隔舌断面轮廓图。
[0021]图6是三维图一。
[0022]图7是三维图二。
【具体实施方式】
[0023]本发明提供的双吸泵吸水室形状的优化方法，包括以下步骤。
[0024]步骤1，参见图1:
1)、利用制图软件过水泵的中心点O及水泵出口的水平中心线KJ，做一压水室剖视图，在该压水室剖视图的基础上，过中心点O点做垂线交压水室外壁于B点得竖直中心线0B，过中心点O点做水平线交压水室外壁于B'点得直线OB'，在压水室外壁上选择一点C得直线0C，使OC= (0Β+0Β! )/2,过直线OC做一 O-C剖视图；
2)、在O-C剖视图的外壁直线段的两端点上取E点和F点；
3)、以叶轮进口直径D1、叶轮轮毂直径dl、口环位置的宽度L作为已知参数。
[0025]步骤2、确定在压水室剖视图上的吸水室内壁轮廓线N QQ" P" P Pi Μ，即吸水室轮廓图，参见图2:
1)、延长直线EF交直线OB'的延长线于F'点得直线OF'，以直线OF'为半径，以O点为圆心作弧线F' G ；
2)、吸水室进口直径D的取值范围为1.1~1.4倍D1，优选为1.143~1.333D1，或用户根据现场实际情况确定D，现场实际情况确定的D与其取值范围不宜相差太远，吸水室的进口根据经济流速在D的取值范围内进行圆整；
3)、设该泵进出口在同一水平线上，以利于安装； 4)、以D/2为间距，作与中心线JK平行的直线WM"和直线K N"，其中直线W M〃交弧线F' G于M点，过M点作垂线交中心线JK的延长线于K'点和交直线N' N"于N点；
5)、过O点作直线PQ，并使OP=OQ,且直线PQ与水平线OBi的夹角为α，α的取值范围为O~60°，优选为45°，直线PQ的取值范围为1.6~1.7D1，优选为1.6D1 ;
6)、分别作直线00'、PP'、QQ'垂直于直线PQ;
7)、过K'点作圆弧K'O'，分别与直线K' J、00'相切于K'点和O'点；
8)、过M点作圆弧MP'，分别与直线MT、PP'相切于M点和P'点；
9)、过N点作圆弧NQ'，分别与直线NN'、QQ'相切于N点和Qi点；
10)、过直线00'延长线上的一点S作与直线PQ平行的直线P"Q"得直线OS，并使OS= Dl/ (2+ ε )，ε的取值范围为3~10_，优选为5_ ；
11)、过P点作圆弧PP"分别切于直线PP'、P"Q"于点P和点P"，过Q点作圆弧QQ"分别切于直线QQ'、P" Q"于点Q和点Q"；
12 )、N Qi QQ" P" P Pi M所围成的轮廓线，即为在压水室剖视图上的吸水室内壁轮廓线，也即吸水室轮廓图。
[0026]步骤3、在压水室剖视图上确定PQ断面轮廓线，参见图3:
1)、过直线PQ做一P-Q剖视图，在P-Q剖视图中作口环位外边线⑴r ；
2)、在泵轴上的口环位置宽度L段，任意取一点W，过W作射线WT与轴线OX的夹角为β，β的取值范围为15~25°，优选为20°，射线WT交口环位外边线⑴N'于U"点；
3)、作直线UV平行于直线PQ，使直线UV到口环位外边线U'Ψ的距离为LI，并且交射线WT于W"点；
4)、将四边形UU'U" W"分别在角点U、W、" W"以半径Rl、R2、R3圆角，调整LI和半径R1、R2、R3，使圆角后围城的面积Sc=k* Ji (Dl2-dl2)/4, k的取值范围为0.3~0.4，优选为0.35，使得湿周最小，也即接近于圆形为佳；
5)、四边形UU'U" W"分别在角点U、U'、" W"以半径R1、R2、R3圆角所围城的轮廓线，即为PQ断面轮廓线。
[0027]步骤4、确定吸水室中心剖面O-CV -K的旋转投影线，参见图4:
1)、在压水室剖视图上，将过点00'K曲线的剖面旋转投影到上视面上做O-CV -K旋转剖视图；
2)、以O为圆心，以ON为半径作圆弧交直线OF'的延长线于a'点得直线a'Fi ；
3)、作与直线a'F'平行的直线af'，使得直线af'到直线a' F'的距离为D/2，连接点P和点Fi作直线f' Fi垂直于直线OF'；
4)、作与直线EF平行的直线ef，使得直线ef切圆弧Rl于f点；
5)、过f'点作圆弧R4，使之与af'和ef均相切；
6 )、af' ef以及Rl和R3的连线即为吸水室中心剖面O-CV -K'的旋转投影线。
[0028]步骤5、确定隔舌断面轮廓图，参见图5:1 )、在吸水室轮廓图上，过O点向直线P〃Q〃作射线Ou，射线Ou与竖直中心线OB的夹角为? , Y的取值范围为O~60°，优选为45°，射线Ou即为隔舌所在位置； 2)、隔舌断面轮廓线形状的确定，隔舌沿泵轴方向的长度为L2，使隔舌的顶点i落在U, V'所在的竖直平面内为优，并根据口环位的长度L和工艺调整±20，L2过短则影响气蚀性能；
3)、隔舌向泵中心的拔模角度Θ为10。，舌尖的面倒角半径R5的大小根据工艺确定，优选为5mm，隔舌根部与吸水室内部的圆角R4与Rl保持一致。
[0029]步骤6、绘制三维图，参见图6、图7:
1)、在上视面上绘制af'feRlR3轮廓线，并绕泵轴旋转360°形成曲面；
2)、在前视面上绘制MPiPP//Q//QQ/ N轮廓线，拉伸轮廓线到曲面，并剪裁；
3)、在射线Ou的垂直面上绘制ij'jkk'轮廓线，拉伸轮廓线，并剪裁；
4)、从吸水室进口到隔舌，以R=D/2到R=Rl,均匀变半径倒角；
5)、与压水室外壳做布尔运算，并根据工艺倒角，完成双吸泵吸水室形状的优化。
【权利要求】
1.一种双吸泵吸水室形状的优化方法，其特征是包括以下步骤: 步骤1: (1)、利用制图软件，过水泵的中心点O及水泵出口的水平中心线KJ，做一压水室剖视图，在该压水室剖视图的基础上，过中心点O点做垂线交压水室外壁于B点得竖直中心线OB,过中心点O点做水平线交压水室外壁于K点得直线OB^，在压水室外壁上选择一点C得直线OC，使OC= (0Β+0Β' ) /2，过直线OC做一 O-C剖视图； (2)、在O-C剖视图的外壁直线段的两端点上取E点和F点； (3)、以叶轮进口直径D1、叶轮轮毂直径dl、口环位置的宽度L作为已知参数； 步骤2、确定在压水室剖视图上的吸水室内壁轮廓线N QQ" P" P Pi Μ，即吸水室轮廓图: (1)、延长直线EF交直线OB'的延长线于F'点得直线OF'，以直线OF'为半径，以O点为圆心作弧线F' G ； (2)、吸水室进口直径D的取值范围为1.1~1.4倍D1，或用户根据现场实际情况确定，吸水室的进口根据经济流速在D的取值范围内进行圆整； (3)、设该泵进出口在同一水平线上，以利于安装； (4)、以D/2为间距，作与中心线JK平行的直线Μ’Μ"和直线K N"，其中直线W Μ〃交弧线F' G于M点，过M点作垂线交中心线JK的延长线于K'点和交直线N' N"于N点； (5)、过O点作直线PQ，并使0P=0Q，且直线PQ与水平线OBi的夹角为α，α的取值范围为O~60°，直线PQ的取值范围为1.6~1.7D1 ； (6)、分别作直线00'、PP'、QQ'垂直于直线PQ; (7)、过K'点作圆弧K'O'，分别与直线K' J、00'相切于K'点和O'点； (8)、过M点作圆弧MP'，分别与直线MT、PP'相切于M点和P'点； 9)、过N点作圆弧NQ'，分别与直线NN'、QQ'相切于N点和Qi点； (10)、过直线00'延长线上的一点S作与直线PQ平行的直线P"Q"得直线OS，并使OS= Dl/ (2+ ε )，ε的取值范围为3~IOmm ; (11)、过P点作圆弧PP"分别切于直线PP'、P" Q"于点P和点P"，过Q点作圆弧QQ"分别切于直线QQ'、P" Q"于点Q和点Q"； (12)、NQ1 QQ" P" P Pi M所围成的轮廓线，即为在压水室剖视图上的吸水室内壁轮廓线，也即吸水室轮廓图； 步骤3、在压水室剖视图上确定PQ断面轮廓线: (1)、过直线PQ做一P-Q剖视图，在P-Q剖视图中作口环位外边线⑴Vi ； (2)、在泵轴上的口环位置宽度L段，任意取一点W，过W作射线WT与轴线OX的夹角为β，β的取值范围为15~25°，射线WT交口环位外边线⑴Ψ于U"点； (3)、作直线UV平行于直线PQ，使直线UV到口环位外边线U'Ψ的距离为LI，并且交射线WT于W"点； (4)、将四边形UU'U" W"分别在角点U、W、" W"以半径R1、R2、R3圆角，调整LI和半径R1、R2、R3，使圆角后围城的面积Sc=k* Ji (Dl2-dl2)/4, k的取值范围为0.3~0.4 ; (5)、四边形UU'U" W"分别在角点U、U'、" W"以半径R1、R2、R3圆角所围城的轮廓线，即为PQ断面轮廓线；步骤4、确定吸水室中心剖面O-CV -K的旋转投影线: (1)、在压水室剖视图上，将过点00'K曲线的剖面旋转投影到上视面上做O-CV -K旋转剖视图；(2)、以O为圆心，以ON为半径作圆弧交直线OF'的延长线于a'点得直线a'Fi ； (3)、作与直线a'F'平行的直线af'，使得直线af'到直线a' F'的距离为D/2，连接点P和点Fi作直线f’ Fi垂直于直线OF'； (4)、作与直线EF平行的直线ef，使得直线ef切圆弧Rl于f点； (5)、过f'点作圆弧R4，使之与af'和ef均相切； (6)、af,ef以及Rl和R3的连线即为吸水室中心剖面0-0’ -K'的旋转投影线； 步骤5、确定隔舌断面轮廓图: (1)、在吸水室轮廓图上，过O点向直线P〃Q〃作射线0u，射线Ou与竖直中心线OB的夹角为Y，Y的取值范围为O~60° ,射线Ou即为隔舌所在位置； (2)、隔舌断面轮廓线形状的确定，隔舌沿泵轴方向的长度为L2，使隔舌的顶点i落在U, V'所在的竖直平面内； (3)、隔舌向泵中心的拔模角度Θ为10°，舌尖的面倒角半径R5的大小根据工艺确定，隔舌根部与吸水室内部的圆角R4与Rl保持一致； 步骤6、绘制三维图: (1)、在上视面上绘制af'feRlR3轮廓线，并绕泵轴旋转360°形成曲面； (2)、在前视面上绘制MPiPPWQQi N轮廓线，拉伸轮廓线到曲面，并剪裁； (3)、在射线Ou的垂直面上绘制ij'jkk'轮廓线，拉伸轮廓线，并剪裁； (4)、从吸水室进口到隔舌，以R=D/2到R=Rl,均匀变半径倒角； (5)、与压水室外壳做布尔运算，并根据工艺倒角，完成双吸泵吸水室形状的优化。
2.根据权利要求1所述的双吸泵吸水室形状的优化方法，其特征是所述步骤2(2)、(5)、(10)中，D的取值范围为1.143~1.333D1，α的取值范围为45°，直线PQ的取值范围为1.6D1, ε的取值范围为5mm。
3.根据权利要求1或2所述的双吸泵吸水室形状的优化方法，其特征是所述步骤3(2)、(4)中，β的取值范围为20°，k的取值范围为0.35。
4.根据权利要求3所述的双吸泵吸水室形状的优化方法，其特征是所述步骤5(I) —(3)中，Y的取值范围为45°，L2根据口环位的长度L和工艺调整±20，舌尖的面倒角半径R5为5mm。
【文档编号】G06F17/50GK103530476SQ201310514941
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】余学军, 刘洪福, 张智勇 申请人:长沙山水节能研究院有限公司