一种双吸泵吸水室形状的优化方法
技术领域
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
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
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。
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:
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B′点得直线OB′,在压水室外壁上选择一点C得直线OC,使OC=(OB+OB′)/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d1、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NQ′QQ″P″PP′M,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M′M"和直线N′N",其中直线M′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OB′的夹角为α,α的取值范围为0~60°,直线PQ的取值范围为1.6~1.7D1;
(6)、分别作直线OO′、PP′、QQ′垂直于直线PQ;
(7)、过K′点作圆弧K′O′,分别与直线K′J、OO′相切于K′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OO′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=D1/(2+ε),ε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″PP′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WW′与轴线0X的夹角为β,β的取值范围为15~25°,射线WW′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WW′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*π(D12-d12)/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-O′-K的旋转投影线:
(1)、在压水室剖视图上,将过点O-O′-K曲线的剖面旋转投影到上视面上做O-O′-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′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O-O′-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Ou,射线Ou与竖直中心线OB的夹角为γ,γ的取值范围为0~60°,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R1保持一致;
步骤6、绘制三维图:
(1)、在上视面上绘制af′feR1R3轮廓线,并绕泵轴旋转360o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=R1,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。
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。
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。
所述步骤5(1)—(3)中,γ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。
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。
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
附图说明
图1是压水室剖视图。
图2是吸水室轮廓图。
图3是P-Q剖视图。
图4是O-O′-K旋转剖视图。
图5是隔舌断面轮廓图。
图6是三维图一。
图7是三维图二。
具体实施方式
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:
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OB,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OC,使OC=(OB+OB′)/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d1、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NQ′QQ″P″PP′M,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M′M"和直线N′N",其中直线M′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OB′的夹角为α,α的取值范围为0~60°,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OO′、PP′、QQ′垂直于直线PQ;
7)、过K′点作圆弧K′O′,分别与直线K′J、OO′相切于K′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OO′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=D1/(2+ε),ε的取值范围为3~10mm,优选为5mm;
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″PP′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,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WW′与轴线0X的夹角为β,β的取值范围为15~25°,优选为20°,射线WW′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WW′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*π(D12-d12)/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;
步骤4、确定吸水室中心剖面O-O′-K的旋转投影线,参见图4:
1)、在压水室剖视图上,将过点O-O′-K曲线的剖面旋转投影到上视面上做O-O′-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′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O-O′-K的旋转投影线;
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γ,γ的取值范围为0~60°,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R1保持一致;
步骤6、绘制三维图,参见图6、图7:
1)、在上视面上绘制af′feR1R3轮廓线,并绕泵轴旋转360o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=R1,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。