CN103530476B - 一种双吸泵吸水室形状的优化方法 - Google Patents
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Abstract
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N？Q′QQ″P″P？P′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。
Description
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。
Claims (4)
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。
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（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。
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| JP2006333779A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Kotobuki Kogei Kk | ろ過装置 |
| CN102966601A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-03-13 | 江苏大学 | 一种泵用半螺旋吸水室水力设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 大型半螺旋吸入室双吸泵优化设计;付强等;《核动力工程》;20121015;第33卷(第5期);第111-115页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103530476A (zh) | 2014-01-22 |
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