一种具有性能调节功能的蜗壳及蜗壳泵的制作方法

[0001]
本发明涉及一种蜗壳及蜗壳泵，更具体地说，涉及一种具有性能调节功能的蜗壳及蜗壳泵。


背景技术：

[0002]
蜗壳泵具有结构简单、性能优越、便于安装与检修等优点，广泛应用发电、供水、石化等领域，其中蜗壳作为蜗壳泵中最重要的过流部件之一，主要作用降低液体流速，实现动能到压能的转换，最大程度减小液体在蜗壳内的涡损。
[0003]
然而，当泵运转工况偏离设计工况一段区间后，叶轮出口液体流速与蜗壳内液体流速不等，彼此撞击，破坏叶轮内压力的均匀性，叶轮上径向力及水力损失均大幅度增大，进而引发机组振动、性能下降等一系列问题，最终导致泵无法运行。
[0004]
常见的蜗壳结构如cn205639047u所示，其具有外壁、内壁及隔板。如 cn205639047u的附图所示，该隔板设置于蜗壳内部且不可调节。然而实际工程中，经常需要蜗壳泵具有性能调节功能，以满足管路系统复杂、多变的运行工况。
[0005]
为了增加蜗壳泵稳定运行区间，通常采用变频器配和变频电机的方案对泵运行转速进行调控，进而实现蜗壳泵性能调节的目的，这种方案性能调节范围大，但成本高昂，对电机及变频器的要求较高。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种具有性能调节功能的蜗壳及蜗壳泵。
[0007]
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008]
一种具有性能调节功能的蜗壳，包括：外壁，蜗壳的外壁开有凹槽；内壁，蜗壳的内壁具有可选的基圆直径；活动隔舌，活动隔舌沿可调节的安放角、螺旋角安装在蜗壳；其中，活动隔舌的尾部固定在凹槽处，隔舌头部伸入到蜗壳的内部，且基圆直径相切于活动隔舌的头部。
[0009]
进一步地，基圆直径为270-290mm。
[0010]
进一步地，活动隔舌的安放角为0-21
°
。
[0011]
进一步地，活动隔舌的螺旋角为0-27
°
。
[0012]
进一步地，外壁表面的一部分为平面，凹槽设置于平面处。
[0013]
进一步地，凹槽为矩形，凹槽至蜗壳的内部设有通孔，且通孔轴向呈圆弧状。
[0014]
进一步地，隔舌整体为圆弧状，且隔舌的上表面、下表面形状与蜗壳内部的通孔的形状相一致。
[0015]
为实现上述目的，本发明包括一种蜗壳泵，其应用本发明的蜗壳。
[0016]
进一步地，还包括叶轮，叶轮设置于蜗壳内，蜗壳内壁的基圆直径大于叶轮的出口外径，使得内壁和叶轮之间形成环形间隙。
[0017]
在上述技术方案中，本发明的蜗壳具有可以快速拆卸、更换、安装的隔舌，通过更换不同设计参数的隔舌以实现蜗壳泵的性能调节，扩大蜗壳泵的运行区间，提高蜗壳泵运行的稳定性。
附图说明
[0018]
图1a为本发明的蜗壳切分数个断面水力示意图之一；
[0019]
图1b为本发明的蜗壳切分数个断面水力示意图之二；
[0020]
图2是本发明的蜗壳参数示意图；
[0021]
图3a-3c分别是本发明蜗壳的活动隔舌方案示意图；
[0022]
图4是示意本发明的流量-扬程性能曲线；
[0023]
图5是示意本发明流量-效率性能曲线；
[0024]
图6、图7分别是本发明的蜗壳及蜗壳泵安装示意图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0026]
参照图1a图1b和图2，本发明公开一种蜗壳结构，蜗壳1的整体外壁为圆弧形，其形状类似于蜗牛的外壳，因此命名为“蜗壳”。蜗壳1的主要结构包括外壁、内壁和活动隔舌2。蜗壳1的外壁开有凹槽，蜗壳的内壁具有可选的基圆直径d3。活动隔舌2沿可调节的安放角螺旋角α0安装在蜗壳，活动隔舌2的尾部固定在凹槽处，活动隔舌2头部伸入到蜗壳的内部，且基圆直径相切于活动隔舌2的头部。
[0027]
如图1所示，蜗壳1具有一个入水口和一个出水口，以入水口的中心点为基准，图1将蜗壳1切分为多个断面，分别从断面ⅰ至
ⅷ
。蜗壳1具有一个隔舌，其位于断面ⅰ和
ⅷ
之间。图1a、图1b和图2仅仅表示了一个固定的隔舌位置，但本发明的隔舌2是可活动的，由后续的其他附图来具体表示。
[0028]
作为本发明的一种优选实施方式，如图1a、图1b和图2所示，蜗壳1在接近隔舌处的断面为断面ⅰ，然后沿逆时针方向依次为断面ⅱ、断面ⅲ、断面ⅳ、断面
ⅴ
、断面
ⅵ
、断面
ⅶ
、断面
ⅷ
。8个断面将蜗壳平均分为8等分，每份的夹角为45
°
。每一个蜗壳断面由隔舌至出口，其间的断面逐渐变化，可以保证蜗壳整个壁面的光滑性，每个断面型线由两段直线和一段圆弧组成，形状近似三角形，一方面有利于蜗壳内液体流态，另一方面直线区域更有利于活动隔舌2的安装，确保活动隔舌2 与蜗壳1内壁之间间隙最小化，有效避免间隙过大造成水力损失。
[0029]
继续参照图1a图1b，在本实施例中，蜗壳1的出水口的直径为150mm，断面 i至断面
ⅷ
的直径分别为138mm、146mm、153mm、160mm、168mm、175mm、178mm。本领域的技术人员应当理解，上述尺寸只是本发明众多实施方式中的一种，其他的断面划分方式、蜗壳尺寸选择均可以符合本发明的宗旨。
[0030]
如图2所示，基圆直径d3、隔舌安放角隔舌螺旋角α0是蜗壳设计的三个主要参数，其值与蜗壳泵性能紧密相关。
[0031]
蜗壳泵还包括叶轮，叶轮设置于蜗壳内，蜗壳内壁的基圆直径大于叶轮的出口外径，使得内壁和叶轮之间形成环形间隙。具体而言，基圆直径d3相切于隔舌头部，其值大于
叶轮出口外径，使得二者之间形成环形间隙，该间隙值大小对蜗壳泵性能十分关键，间隙值过小，容易因液流堵塞引发机组噪音及振动，间隙值过大，其内部形成液流环增强，消耗能量增大，机组效率下降。
[0032]
隔舌安放角为活动隔舌2头部所在径向平面与第
ⅷ
断面之间夹角，将蜗壳中螺旋线部分与扩散管部分分割开来，隔舌安放角的值直接关系到螺旋线区域与扩散段区域连接的光滑性。
[0033]
隔舌螺旋角α0为螺旋线切线与基圆切线的夹角，隔舌螺旋角α0的值可以有效控制液体对活动隔舌2的冲击，使得蜗壳内液体流态更符合流动规律。
[0034]
因此，本发明主要通过更换活动隔舌2的方式对蜗壳中的基圆直径d3、隔舌安放角隔舌螺旋角α0三个主要设计参数进行调整，进而实现蜗壳泵性能调节的目的。同时，在不同运行工况下，基圆直径d3、隔舌安放角隔舌螺旋角α0最优值及三者之间最佳匹配关系也随之变化，本发明通过更换不同参数的活动隔舌2还可以实现多个运行工况下d3、α0最优化，增大蜗壳泵高效区的宽度。
[0035]
作为本发明的一种优选实施方式，基圆直径d3的选择范围为270-290mm，隔舌安放角的选择范围为0-21
°
，隔舌螺旋角α0的选择范围为0-27
°
。本领域的技术人员应当理解，上述参数选择只是本发明众多实施方式中的若干选择，其他的基圆直径d3、隔舌安放角和隔舌螺旋角α0参数范围的选择同样可以实现本发明的技术目的和技术效果。
[0036]
本发明以现有的某型号蜗壳泵为对照，该蜗壳泵叶轮外径为265mm，转速为 1450r/min，原始蜗壳为整体铸造而成，蜗壳基圆直径为280mm，隔舌安放角为7
°
，隔舌螺旋角α0为8
°
。
[0037]
如图3a-3c所示，本发明设计了不同参数的活动隔舌2配合蜗壳的外壁1来代替上述的原始蜗壳。本发明活动隔舌2的方案共有16种，方案a、b、c、d适配的基圆直径为270mm，方案e、f、g、h适配的基圆直径为280mm,方案i、j、k、o适配的基圆直径为290mm，隔舌安放角隔舌螺旋角α0如图3a-3c所示。
[0038]
方案a：
[0039]
基圆直径d3为270mm，隔舌安放角为0
°
，隔舌螺旋角α0为7
°
。
[0040]
方案b：
[0041]
基圆直径d3为270mm，隔舌安放角为7
°
，隔舌螺旋角α0为14
°
。
[0042]
方案c：
[0043]
基圆直径d3为270mm，隔舌安放角为14
°
，隔舌螺旋角α0为21
°
。
[0044]
方案d：
[0045]
基圆直径d3为270mm，隔舌安放角为21
°
，隔舌螺旋角α0为27
°
。
[0046]
方案e：
[0047]
基圆直径d3为280mm，隔舌安放角为0
°
，隔舌螺旋角α0为1
°
。
[0048]
方案f：
[0049]
基圆直径d3为280mm，隔舌安放角为7
°
，隔舌螺旋角α0为8
°
。
[0050]
方案g：
[0051]
基圆直径d3为280mm，隔舌安放角为14
°
，隔舌螺旋角α0为12
°
。
[0052]
方案h：
[0053]
基圆直径d3为280mm，隔舌安放角为21
°
，隔舌螺旋角α0为14
°
。
[0054]
方案i：
[0055]
基圆直径d3为290mm，隔舌安放角为0
°
，隔舌螺旋角α0为0
°
。
[0056]
方案j：
[0057]
基圆直径d3为290mm，隔舌安放角为7
°
，隔舌螺旋角α0为2
°
。
[0058]
方案k：
[0059]
基圆直径d3为290mm，隔舌安放角为14
°
，隔舌螺旋角α0为4
°
。
[0060]
方案o：
[0061]
基圆直径d3为290mm，隔舌安放角为21
°
，隔舌螺旋角α0为7
°
。
[0062]
由上述列表可见，方案f与原始蜗壳及其隔舌的参数一致，但显然本发明的技术方案可以提供多种不同参数下基圆直径d3、隔舌安放角隔舌螺旋角α0的选择。因此，相较于现有技术不可调节的隔舌，本发明的蜗壳及其蜗壳泵可以实现在同一个蜗壳、蜗壳泵内进行活动隔舌的参数调节。
[0063]
另一方面，本领域的技术人员应当理解，上述基圆直径d3、隔舌安放角隔舌螺旋角α0的参数组合方式只是本发明众多实施方式中的若干选择，其他的基圆直径d3、活动隔舌2安放角和活动隔舌2螺旋角α0的参数组合方式选择同样可以实现本发明的技术目的和技术效果。
[0064]
参照图4的流量-扬程性能曲线和图5的流量-效率性能曲线，其中剖面线区域为上述方案a-o性能曲线分布区间。由图4和图5可以看出：与原始蜗壳相比，本发明通过更换不同参数的活动隔舌2，增大了蜗壳泵的运行区间，在同一运行工况下，扬程最大调节范围可达11％。另一方面，本发明蜗壳和蜗壳泵的高效区宽度也有所扩大，以效率值85％作为基准，高效区扩大了15％。
[0065]
作为本发明的一种优选实施方式，参照图6和图7，本发明蜗壳的外壁1由第ⅱ截面至扩散段之间为一平面，该平面与第ⅱ截面相切，并且在该平面上加工有矩形凹槽。
[0066]
如图6和图7所示，凹槽四周加工螺纹孔，活动隔舌2通过矩形凹槽止口定位，通过螺钉4固定在蜗壳的外壁1之上，二者之间的密封性通过密封垫片5保证。蜗壳凹槽至蜗壳内部加工有通孔，该通孔轴向呈圆弧状，这样更有利于活动隔舌2安装、拆卸，便于后期维护与检修。
[0067]
继续参照图6和图7，活动隔舌2整体为圆弧状，隔舌的上表面、下表面形状与蜗壳内部的通孔的形状相一致，即在隔舌上、下表面加工有蜗壳内部一致的斜面，可以保证活动隔舌2与蜗壳内壁之间间隙最小化。
[0068]
综上所述，本发明的蜗壳及蜗壳泵具有如下优点：
[0069]
1、本发明结构简单、成本低廉，具有较好的经济性；
[0070]
2、本发明蜗壳可以在不拆解泵及管路的情况直接进行隔舌的拆卸、更换、安装，具有较好的操作性及维修性；
[0071]
3、与常规蜗壳相比，本发明蜗壳通过安装多种设计参数的隔舌对泵性能进行调节，大大增加蜗壳泵运行区间及运行稳定性。
[0072]
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。