CN220204195U - 一种双出口蜗壳及其高压冲水泵 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及耙吸挖泥船高压冲水泵水力设计领域，提出一种双出口蜗壳及其高压冲水泵。所述蜗壳为螺旋形蜗壳，蜗壳流道的两个隔舌、两个螺旋段、两个扩散段及两个出口法兰均呈180°的轴对称布置。由该蜗壳构建的双出口高压冲水泵为悬臂式离心泵，包括蜗壳、叶轮、前泵盖、后泵盖、轴封装置、泵轴、轴承筒、轴承座。本申请双出口蜗壳及其高压冲水泵，可应用于耙吸挖泥船的挖泥和冲舱工况施工，可减小叶轮的不平衡径向力，解决耙吸挖泥船高压冲水泵的振动问题，提高挖泥船在不同工况下的设备运行稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及耙吸挖泥船高压冲水泵水力设计领域，属于高压冲水泵、流体力学等跨技术领域。
背景技术
高压冲水泵是耙吸挖泥船上的重要设备，有两种运行工况，一种是挖泥工况，高压冲水泵通过管路给耙头上喷嘴供水，用来增加耙头的破土能力，提升耙头挖掘性能，高压冲水泵特点是压力高，流量相对较小；一种是稀释泥舱工况，高压冲水泵通过管路给泥舱的喷嘴供水，用来稀释泥舱沉淀的泥浆，方便泥浆通过抽舱系统排岸，此时高压冲水泵特点是压力相对较低，流量相对较大。由于高压冲水泵需要兼顾两个流量-扬程点，且两个工况点相差较大，即使通过优化设计和转速调节也无法让两个工况点同时位于高压冲水泵的高效运行区，当运行工况偏离高效区较大时，叶轮的不平衡径向力增加，造成高压冲水泵的振动异响，甚至设备损坏。
发明内容
本申请为了减小离心式高压冲水泵的叶轮不平衡径向力，提供了一种双出口的高压冲水泵蜗壳，蜗壳设计为轴对称双出口，流道型线为对数螺旋线，可减小叶轮的不平衡径向力，降低振动发生可能性，提高运行稳定性。
本申请需要保护的技术方案是：
一种双出口蜗壳，其特征在于，为螺旋形蜗壳，蜗壳流道的两个隔舌、两个螺旋段、两个扩散段及两个出口法兰均呈180°的轴对称布置。
所述蜗壳螺旋段为对数螺旋线型流道。
螺旋线包角120°-160°，隔舌安放角α为20°-45°，扩散段与螺旋段相切。
应用时，蜗壳匹配的叶轮为离心式叶轮，叶片数为4-8之间的偶数。
蜗壳的螺旋段的结构特点，符合壁面型线方程： r(θ)为螺旋段壁面中心上任一点到泵中心的距离，单位mm；其中，r3为蜗壳基圆半径，单位mm；θ为螺旋段在圆周方向的角度，/>为螺旋线包角，取值120°-160°。
流道断面为圆角矩形，断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，圆角半径r4取20-70mm，圆角半径r4满足以下方程变化：
一种由所述蜗壳构建的双出口高压冲水泵，为悬臂式离心泵，包括蜗壳5、叶轮6、前泵盖7、后泵盖8、轴封装置9、泵轴10、轴承筒11、轴承座12，其中：
泵轴10与叶轮6连接，叶轮6位于蜗壳5以及前泵盖7和后泵盖8共同组成的腔体内，蜗壳5通过螺栓固定在前泵盖7和后泵盖8上，轴封装置9位于泵轴10的端部，泵轴10位于轴承筒11内部，轴承筒11固定在轴承座12上，且轴承座12通过螺栓与后泵盖8连接，轴承座12通过螺栓固定在船体甲板上。
泵轴与叶轮的轮毂通过键或螺纹连接。
蜗壳由前后泵盖支撑并固定，叶轮前后盖板厚度值取20-40mm，叶轮盖板与两侧耐磨衬板的总间隙值取3mm，叶轮为离心式闭式叶轮。
本申请蜗壳和高压冲水泵，应用于耙吸挖泥船的挖泥和冲舱工况施工。实施时，本申请的双出口蜗壳配置离心式闭式叶轮，与前泵盖、后泵盖、轴封装置构成离心泵的泵内腔。
泵轴与叶轮的轮毂通过键或螺纹连接。蜗壳由泵盖支撑并固定，叶轮前后盖板厚度值取20-40mm，叶轮盖板与两侧耐磨衬板的总间隙值取3mm，叶轮为离心式闭式叶轮，叶片数为4-8之间的偶数。
本申请的双出口蜗壳，流道呈180°轴对称布置，减轻泵的不平衡径向力，流道型线为对数螺旋线，提高效率，减轻磨损；本申请蜗壳能够解决耙吸船高压冲水泵的振动问题，提高设备运行稳定性。
附图说明
图1为双出口高压冲水泵三维装配图；
图2为蜗壳三维图；
图3为蜗壳流道型线示意图；
图4为蜗壳流道断面示意图。
图中：
1-隔舌，2-螺旋段，3-扩散段，4-出口法兰，
5-蜗壳，6-叶轮，7-前泵盖，8-后泵盖，9-轴封装置，10-泵轴，11-轴承筒组件，12-轴承座。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本申请的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的，并非是限定本申请可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本申请各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
实施例
如图1所示，一种双出口高压冲水泵：
所述双出口高压冲水泵包括蜗壳5、叶轮6、前泵盖7、后泵盖8、轴封装置9、泵轴10、轴承筒11、轴承座12，其中：泵轴10与叶轮6通过螺纹或者键连接，叶轮6位于蜗壳5以及前泵盖7和后泵盖8共同组成的腔体内，蜗壳5通过螺栓固定在前泵盖7和后泵盖8上，轴封装置9位于泵轴10的端部，泵轴10位于轴承筒11内部，轴承筒11固定在轴承座12上，且轴承座12通过螺栓与后泵盖8连接，轴承座12通过螺栓固定在船体甲板上。
如图2所示，蜗壳5的过流部分由隔舌1、螺旋段2、扩散段3、出口法兰4围成，且前述四个部分为一体铸造。
本申请双出口高压冲水泵的蜗壳5通过以下方法设计得到。
一种双出口的高压冲水泵蜗壳设计方法，所述蜗壳螺旋段为对数螺旋线型流道，螺旋线包角120°-160°，隔舌安放角20°-45°，扩散段与螺旋段相切，蜗壳流道的两个隔舌、两个螺旋段、两个扩散段及两个出口法兰均呈180°的轴对称布置。流道宽度为叶轮流道宽度与叶轮前后盖板厚度值以及叶轮盖板与衬板的间隙值之和，流道断面为圆角矩形，圆角半径20-70mm，沿着隔舌到扩散段方向圆角半径逐渐增大；螺旋段的壁面型线方程如下：
其中，r3为蜗壳基圆半径，取1.03-1.08倍的叶轮半径，单位mm；θ为螺旋段在圆周方向的角度，隔舌为起始0°，α为隔舌安放角，图3中为30°，螺旋段末即第6断面为终点(也就是说，第6断面为螺旋线的终点)，为螺旋线包角，图3中/>为150°，r(θ)分别为螺旋段壁面中心上任一点到泵中心的距离，单位mm。
螺旋段的流道断面为圆角矩形，断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，圆角半径r4按照以下方程变化：
最终蜗壳5螺旋段流道由流道断面按照型线放样得到，第6断面与蜗壳出口圆面放样得到扩散段流道，蜗壳出口直径取蜗壳宽度的1.3倍后圆整到标准GB/T9113.1-2000法兰尺寸，扩散段外侧壁面与螺旋段外侧壁面相切，扩散段流道和螺旋段流道相交得到隔舌，蜗壳由流道并向外侧加厚并180°轴对称阵列后得到。
本申请的悬臂式高压冲水泵蜗壳5流道外壁型线被设计成对数螺旋线，符合液体流动规律；蜗壳设计成2个出口呈180°轴对称布置，减小不平衡径向力，能够解决耙吸挖泥船高压冲水泵的振动问题，提高挖泥船在不同工况下的设备运行稳定性。
如图3所示，蜗壳5螺旋段流道外壁面型线，叶轮直径D2为1250mm，蜗壳基圆直径D3取1.04倍D2，即蜗壳基圆直径D3为1300mm；根据方程(1)，当θ＝0°,30°,60°,90°,120°,150°时，计算得到6个断面的螺旋线型线坐标如下表。
蜗壳出口直径D5取图4蜗壳流道宽度B3的1.3倍，即
D5＝1.3B3＝1.3×263＝324mm，圆整D5为300mm。断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，根据方程(2)得到矩形断面的圆角半径r值见下表；螺旋段的断面按照壁面型线方程(1)蜗壳螺旋段流道r(θ)型线轨迹放样后，向外侧方向加厚60mm。
图3中F1-F6为蜗壳螺旋段的流道断面，其断面形状如图4所示。
图4所示，本申请蜗壳的螺旋段流道断面为矩形断面，其中叶轮吸口直径500mm，叶轮流道出口宽度为200mm，叶轮前盖板与后盖板厚度均为30mm，叶轮与泵腔总间隙3mm，则蜗壳流道宽度B3＝200+30+30+3＝263mm。
与单出口蜗壳相比，实施例开发设计的高压冲水泵可抵消叶轮的不平衡径向力，且泵效率提高约2％，提高了耐磨性。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。
Claims (8)
1.一种双出口蜗壳，其特征在于，为螺旋形蜗壳，蜗壳流道的两个隔舌、两个螺旋段、两个扩散段及两个出口法兰均呈180°的轴对称布置；
所述蜗壳螺旋段为对数螺旋线型流道；
螺旋线包角120°-160°，隔舌安放角α为20°-45°，扩散段与螺旋段相切。
2.如权利要求1所述的双出口蜗壳，其特征在于，应用时，蜗壳匹配的叶轮为离心式叶轮，叶片数为4-8之间的偶数。
3.如权利要求1所述的双出口蜗壳，其特征在于，
蜗壳的螺旋段的结构特点，符合壁面型线方程： r(θ)为螺旋段壁面中心上任一点到泵中心的距离，单位mm；其中，r3为蜗壳基圆半径，单位mm；θ为螺旋段在圆周方向的角度，/>为螺旋线包角，取值120°-160°。
4.如权利要求3所述的双出口蜗壳，其特征在于，流道断面为圆角矩形，断面高度h为r(θ)与基圆半径r3的差值，圆角半径r4取20-70mm，圆角半径r4满足以下方程变化：
5.如权利要求1所述的双出口蜗壳，其特征在于，隔舌安放角α取值30°。
6.如权利要求1所述的双出口蜗壳，其特征在于，螺旋线包角取值150°。
7.一种由如权利要求1-6任一所述蜗壳构建的双出口高压冲水泵，其特征在于，为悬臂式离心泵，包括蜗壳(5)、叶轮(6)、前泵盖(7)、后泵盖(8)、轴封装置(9)、泵轴(10)、轴承筒(11)、轴承座(12)，其中：
泵轴(10)与叶轮(6)连接，叶轮(6)位于蜗壳(5)以及前泵盖(7)和后泵盖(8)共同组成的腔体内，蜗壳(5)通过螺栓固定在前泵盖(7)和后泵盖(8)上，轴封装置(9)位于泵轴(10)的端部，泵轴(10)位于轴承筒(11)内部，轴承筒(11)固定在轴承座(12)上，且轴承座(12)通过螺栓与后泵盖(8)连接，轴承座(12)通过螺栓固定在船体甲板上。
8.如权利要求7所述的双出口高压冲水泵，其特征在于，
泵轴与叶轮的轮毂通过键或螺纹连接；
蜗壳由前后泵盖支撑并固定，叶轮前后盖板厚度值取20-40mm，叶轮盖板与两侧耐磨衬板的总间隙值取3mm，叶轮为离心式闭式叶轮。
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| CN202320252549.4U CN220204195U (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种双出口蜗壳及其高压冲水泵 |
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