JP2022189718A - Design method of large-scale construction pump volute and the volute - Google Patents

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祖超 朱
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Abstract

To provide a design method of a large-scale construction pump volute which can reduce pressure pulsation and a radial force at an operation of a pump, and can improve operation safety and stability at each opening condition of the pump, and the volute.SOLUTION: A large-scale construction pump volute includes a volute outlet, a diffusion segment (2), a throat part (3), a movable guide vane (5), a fixed guide vane (6), an outlet guide vane (7), and a partitioning tongue (8). A plurality of the fixed guide vanes are arranged at an external periphery of the movable guide vane, the outlet guide vane substantially tangentially contacts with a base circle D3 of an inlet of a pressurization water chamber, an inlet end of the outlet guide vane has a cross section I, a partitioning tongue end has a cross section II, the volute is an annular volute extending up to the cross section I from the cross section II in a flow direction, and circulation areas of the cross sections of a volute flow passage are substantially the same.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水利工事用ポンプボリュート、遠心ポンプボリュートの技術分野に関し、具体的には大型工事用ポンプボリュートの設計方法及びそのボリュートに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to the technical field of pump volutes for water use works and centrifugal pump volutes, and more specifically to a method of designing pump volutes for large-scale works and their volutes.

近年、中国の水利水力発電プロジェクトは十分に発展しており、中国の電力エネルギーの需給要求を満たすとともに、中国の持続可能な発展戦略の実行のために堅固な基礎を築いた。ボリュートは遠心ポンプの重要な過流部品であり、ポンプの効率指標に大きな影響を及ぼす。流体が羽根車からボリュートに入ると、羽根車とボリュートの仕切り舌/舌部との隙間が小さいため、強い相互作用が発生し、従来の螺旋状ボリュートの仕切り舌領域で高振幅・低周波の圧力脈動をもたらす。また、螺旋状ボリュートの幾何的構造は非対称であるため、揚程と流量が高い場合、大きい圧力脈動及び径方向力が発生し、大きい振動や騒音が発生し、大型水利工事用ポンプの運転安定性に影響を与える。この問題に対して、中国実用新案公開番号CN201218236Yは、高速水ポンプボリュートを開示し、インボリュートまたはアルキメデススパイラルを有するフラットボリュートの円形ボリュートボトム及び連続側壁からなる連続したボリュート通路と、ポンプの給水口及び排水口が設けられたボリュートとを含み、該ボリュートの中心は給水口であり、連続側壁は止水板であり、揚程の高さ及び水の流量を増加させ、重量が軽く、耐食性があり、製造が容易で、コストが低いという特徴がある。中国特許出願公開番号CN111894903Aは、シリアル化された単段遠心ポンプのボリュート及び設計方法を開示し、異なる流量及び同じ羽根車の外径を設計する場合、ポンプカバー側に近いポンプボディの軸方向肉厚は、同じであってもよく、ポンプカバーは汎用形状に設計され得る。加圧水室は、軸方向の非対称断面を用い、中心線を基準とし、ポンプカバー側に近い断面は矩形であり、もう一側は直角台形であり、回転軸の摂動度を効果的に低減し、密封の信頼性を向上させ、ポンプの振動を低減させる。このように、生産効率を向上させ、機械的強度を向上させ、圧力脈動をある程度低下させるが、台形又は矩形断面を用いると、ポンプの圧力水頭及び効率が低い。従って、広く応用できるとともに、圧力脈動が小さく、径方向力が安定し、効率的に運転できる大型水利工事用ポンプボリュート構造を設計する必要がある。 In recent years, China's water conservancy and hydropower projects have developed well, meeting China's power energy supply and demand requirements and laying a solid foundation for the implementation of China's sustainable development strategy. The volute is an important turbulence component of centrifugal pumps, and has a great influence on the efficiency index of pumps. When the fluid enters the volute from the impeller, a strong interaction occurs due to the small gap between the impeller and the partition tongue/tongue of the volute, resulting in high amplitude and low frequency in the partition tongue region of the conventional helical volute. result in pressure pulsations. In addition, since the geometric structure of the helical volute is asymmetrical, when the head and flow rate are high, large pressure pulsation and radial force are generated, resulting in large vibration and noise. affect. To this problem, Chinese Utility Model Publication No. CN201218236Y discloses a high-speed water pump volute, a continuous volute passage consisting of a circular volute bottom and a continuous sidewall of a flat volute with an involute or Archimedean spiral, a pump water inlet and a a volute provided with a water outlet, the center of the volute is a water inlet, the continuous side wall is a water stop plate, which increases the lifting height and water flow rate, is light in weight and corrosion resistant; It is characterized by easy manufacturing and low cost. Chinese Patent Application Publication No. CN111894903A discloses the volute and design method of a serialized single-stage centrifugal pump, when designing different flow rates and the same impeller outer diameter, the axial wall of the pump body close to the pump cover side The thickness can be the same and the pump cover can be designed with a universal shape. The pressurized water chamber uses an axially asymmetric cross-section, with the center line as the reference, the cross-section near the pump cover side is rectangular, and the other side is a right-angled trapezoid, effectively reducing the degree of perturbation of the rotating shaft, Improves sealing reliability and reduces pump vibration. In this way, the production efficiency is improved, the mechanical strength is improved, and the pressure pulsation is reduced to some extent, but the pressure head and efficiency of the pump are low when the trapezoidal or rectangular cross section is used. Therefore, it is necessary to design a pump volute structure for large-scale irrigation works that can be widely applied, has small pressure pulsation, has stable radial force, and can be operated efficiently.

従来のボリュートの構造は、ボリュート本体を含み、ボリュート本体内に水流通路が設けられ、水流通路は、一般的に、加圧水室及び拡散セグメントからなる。加圧水室の開始端は仕切り舌であり、加圧水室と拡散セグメントとの接続箇所はスロート部であり、拡散セグメントの出口はポンプボディ出口である。従来の加圧水室は、羽根車外円の外側の設計基礎円を基準とし、仕切り舌部位から羽根車の回転方向に沿ってポンプの拡散セグメントの入口のスロート部に向かって大きくなる1組の断面を連結して構成され、加圧水室の横断面は、偏心楕円、台形又は半円円弧状の断面を用い、ポンプの圧力水頭及び効率を向上させる。 A conventional volute structure includes a volute body with water flow passages provided therein, the water flow passages generally consisting of a pressurized water chamber and a diffusion segment. The starting end of the pressurized water chamber is the partition tongue, the connection point between the pressurized water chamber and the diffusion segment is the throat, and the outlet of the diffusion segment is the pump body outlet. A conventional pressurized water chamber has a set of cross-sections that are based on the design base circle outside the outer circle of the impeller and that increase from the partition tongue portion toward the throat portion of the inlet of the diffusion segment of the pump along the rotational direction of the impeller. The cross-section of the pressurized water chamber, which is constructed in conjunction, uses an eccentric elliptical, trapezoidal or semicircular arc-shaped cross-section to improve the pressure head and efficiency of the pump.

中国実用新案公開第CN201218236Y号公報Chinese Utility Model Publication No. CN201218236Y

本発明は、従来技術の不足を解消するために、ポンプの運転中の圧力脈動及び径方向力を低減させ、ポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させることができる、大型工事用ポンプボリュートの設計方法及びそのボリュートを提供することを目的とする。 The present invention solves the deficiencies of the prior art by reducing the pressure pulsation and radial force during operation of the pump, and improving the operational safety and stability of the pump in each operating condition. It is an object of the present invention to provide a method of designing a construction pump volute and its volute.

上記目的を実現するために、本発明で用いられる技術的解決手段は以下のとおりである。 In order to achieve the above objects, the technical solutions used in the present invention are as follows.

ボリュート出口(1)、拡散セグメント(2)、スロート部(3)、固定式多流路(4)、可動案内羽根(5)、固定案内羽根(6)、出口案内羽根(7)、仕切り舌/舌部(8)、及び流路隙間(9)を含み、加圧水室の出口端に拡散セグメントが設けられ、拡散セグメントの出口端はボリュート出口を有し、加圧水室と拡散セグメントとの間の接続部はスロート部であり、羽根車の外周にディフューザが設けられ、ディフューザは、周方向に分布する複数の可動案内羽根を含み、拡散セグメントとボリュート壁との間に仕切り舌が構成される、大型工事用ポンプのボリュートであって、可動案内羽根(5)の外周に複数の固定案内羽根(6)が設けられ、固定案内羽根は、ボリュート流路を固定式多流路に仕切って、出口案内羽根の中線/軸線は拡散セグメントの中線/軸線と共線/平行し、出口案内羽根は加圧水室の入口の基礎円D3とほぼ正接し、固定案内羽根の出口端とそれに隣接する径方向内側の固定案内羽根の入口端又は加圧水室の入口の基礎円D3との間に流路隙間(9)があり、出口案内羽根の入口端は断面Iを有し、仕切り舌端は断面IIを有し、ボリュートは、流れ方向に断面IIから断面Iまで環状ボリュートであり、ボリュートの流路の横断面の流通面積はほぼ同じである、ことを特徴とする。 Volute outlet (1), diffusion segment (2), throat (3), fixed multi-channel (4), movable guide vane (5), fixed guide vane (6), outlet guide vane (7), partition tongue / A diffusion segment is provided at the outlet end of the pressurized water chamber, comprising a tongue (8), and a channel gap (9), the outlet end of the diffusion segment having a volute outlet, between the pressurized water chamber and the diffusion segment. The connecting part is the throat part, and a diffuser is provided on the outer periphery of the impeller, the diffuser includes a plurality of movable guide vanes distributed in the circumferential direction, and a partition tongue is configured between the diffusion segment and the volute wall. A volute for a large construction pump, a plurality of fixed guide vanes (6) are provided on the outer periphery of a movable guide vane (5), and the fixed guide vanes partition the volute flow path into fixed multi-flow paths and exit The median/axis of the guide vanes is collinear/parallel to the median/axis of the diffusion segment, the outlet guide vanes are approximately tangent to the base circle D3 of the inlet of the pressurized water chamber, the outlet ends of the stationary guide vanes and the diameters adjacent thereto. There is a channel gap (9) between the inlet end of the fixed guide vane on the direction inner side or the base circle D3 of the inlet of the pressurized water chamber, the inlet end of the outlet guide vane has section I and the dividing tongue end has section II and the volute is an annular volute from section II to section I in the flow direction, and the flow area of the cross section of the channel of the volute is approximately the same.

さらに、前記ボリュートは、ほぼ偏心した楕円形断面の環状ボリュートを用い、楕円形の長軸方向において、楕円形の偏心の長い部分の大きさは短い部分の大きさの2~4倍である Further, the volute employs an annular volute of substantially eccentric elliptical cross-section, wherein the length of the eccentric long portion of the ellipse is 2 to 4 times the size of the short portion of the ellipse in the major axis direction of the ellipse.

さらに、前記固定案内羽根(6)は、円弧状案内羽根であり、固定案内羽根は異なる円心角を有し、円心角は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなり、流れ方向に断面IIから断面Iまで、下流の円心角は上流の円心角の1.05~1.25倍である。 Further, the fixed guide vane (6) is an arc-shaped guide vane, and the fixed guide vanes have different centric angles, and the centric angle increases from section II to section I in the flow direction, and the flow From section II to section I in the direction, the downstream centroid angle is 1.05-1.25 times the upstream centroid angle.

さらに、流路隙間(9)は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなり、流れ方向に断面IIから断面Iまで、下流の流路隙間は、上流の流路隙間の1.05~1.2倍である。 Furthermore, the channel gap (9) increases in the flow direction from section II to section I, and from section II to section I in the flow direction, the downstream channel gap is 1.05 of the upstream channel gap. ~1.2 times.

さらに、前記固定案内羽根(6)は下流端/尾縁端(61)を有し、下流端は先細いテーパ状または円弧状であり、下流端は第1の凹溝(62)、及び第2の凹溝(63)を有し、複数の第1の凹溝は下流端の径方向内側面に設けられ、複数の第2の凹溝は下流端の径方向外側面に設けられ、第1の凹溝、第2の凹溝は半円形構造である Furthermore, said fixed guide vane (6) has a downstream end/tailing edge (61), the downstream end being tapered or arcuate, the downstream end having a first concave groove (62) and a first 2 grooves (63), a plurality of first grooves are provided on the radial inner surface of the downstream end, a plurality of second grooves are provided on the radial outer surface of the downstream end, 1 concave groove, the second concave groove has a semi-circular structure

さらに、前記第1の凹溝(62)の数は第2の凹溝(63)の数よりも多く、第1の凹溝の数は第2の凹溝数の1.5~3.0倍である。 Further, the number of the first grooves (62) is greater than the number of the second grooves (63), and the number of the first grooves is 1.5 to 3.0 of the number of the second grooves. Double.

さらに、拡散セグメントはポンプボディ出口であり、拡散セグメントはスロート部からボリュート出口に向かうにつれて、水流通路の面積が大きくなり、拡散セグメントの断面は、矩形及び/又は円弧からなる形状を含み、スロート部位置での加圧水室の断面形状は拡散セグメントの端面形状と同じでありかつ重なり、該構造は、水室と拡散セグメントとの円滑な遷移を保証する。 Further, the diffusion segment is a pump body outlet, the area of the water flow passage increases as the diffusion segment goes from the throat to the volute outlet, the cross section of the diffusion segment includes a shape consisting of a rectangle and/or an arc, and the throat The cross-sectional shape of the pressurized water chamber at the position is the same as and overlaps the end face shape of the diffusion segment, the structure ensuring a smooth transition between the water chamber and the diffusion segment.

大型工事用ポンプのボリュートの設計方法であって、固定案内羽根及び可動案内羽根つきの環状ボリュート構造を用い、所定の運転条件に応じて、ボリュート速度係数法に基づいて、加圧水室の入口の基礎円直径D、ポンプ加圧水室の入口幅B、ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径R、可動案内羽根の数Z、固定案内羽根の数Z、拡散角θを含むボリュートの幾何学的パラメータを決定し、 A method for designing a volute for a large construction pump, which uses an annular volute structure with fixed guide vanes and movable guide vanes, and according to predetermined operating conditions, based on the volute velocity coefficient method, the base circle of the inlet of the pressurized water chamber Geometric parameters of the volute, including the diameter D 3 , the inlet width B 3 of the pump pressurized water chamber, the radius R of the outer contour of the volute chamber, the number of movable guide vanes Z 1 , the number of fixed guide vanes Z 2 and the divergence angle θ. to determine

= D+2bのように、加圧水室の入口の基礎円直径Dを設計するステップ(1)であって、 Step ( 1 ) of designing the base circle diameter D3 of the inlet of the pressurized water chamber, such that D3 = D2 + 2b2 ,

式において、
- 可動案内羽根の半径、mmであり、
- ポンプインペラーの外径、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口の基礎円直径、mmである、ステップ(1)と、
=B+0.05Dのように、ポンプ加圧水室の入口幅Bを設計するステップ(2)であって、
In the formula,
b 2 - radius of the movable guide vane, mm;
D 2 - external diameter of the pump impeller, mm;
D 3 - is the base circle diameter of the inlet of the pump pressurized water chamber, mm, step (1);
Step ( 2 ) of designing the inlet width B3 of the pump pressurized water chamber such that B3=B2 + 0.05D3 ,

式において、
- ポンプインペラー出口の軸方向幅、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口の基礎円直径、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口幅、mmである、ステップ(2)と、

Figure 2022189718000002

のように、ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径Rを設計するステップ(3)であって、 In the formula,
B 2 - axial width of pump impeller outlet, mm;
D 3 - base circle diameter of the inlet of the pump pressurized water chamber, mm;
B 3 - the inlet width of the pump pressurized water chamber, mm, step (2);

Figure 2022189718000002

Step (3) of designing the radius R of the outer contour of the volute chamber as

式において、
- ボリュートの第I断面の面積値、mmであり、
R - ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径、mmである、ステップ(3)と、
=8~14のように、可動案内羽根の数Zを設計するステップ(4)であって、
In the formula,
A I - is the area value of the I cross section of the volute, mm;
R - the radius of the outer contour of the volute chamber, mm, step (3);
Step (4) of designing the number of movable guide vanes Z 1 such that Z 1 =8 to 14,

式において、
- 可動案内羽根の数、個である、ステップ(4)と、
=3~5のように、固定案内羽根の数Zを設計するステップ(5)であって、
In the formula,
Z 1 - is the number of movable guide vanes, step (4);
Step (5) of designing the number of fixed guide vanes Z 2 such that Z 2 =3 to 5,

式において、
- 固定案内羽根の数、個である、ステップ(5)と、

Figure 2022189718000003

のように、拡散セグメントの拡散角を設計するステップ(6)であって、 In the formula,
Z 2 - is the number of fixed guide vanes, step (5);

Figure 2022189718000003

Step (6) of designing the diffusion angle of the diffusion segment as:

式において、
- ボリュートの第I断面の面積値、mmであり、
- ボリュート出口の直径、mmであり、
L - ボリュートの拡散セグメントの長さ、mmであり、
θ - 拡散角、°であり、
θを6°~12°とするステップ(6)とを含む、ことを特徴とする大型工事用ポンプのボリュートの設計方法。
In the formula,
A I - is the area value of the I cross section of the volute, mm;
D S - the diameter of the volute outlet, mm;
L - the length of the diffusion segment of the volute, mm;
θ - the divergence angle, in degrees;
A method for designing a volute of a pump for large-scale construction, comprising a step (6) of setting θ to 6° to 12°.

本発明は、以下の有益な技術的効果を有する。
(1)、環状ボリュートの構造を用い、環状ボリュートは、従来の螺旋状ボリュートに比べて、対称的な過流流路を有し、仕切り舌と羽根車出口との間に大きい隙間があり、従来のボリュートの代わりに環状ボリュートを用いることで、ポンプの圧力脈動及び径方向力を低減させ、運転安定性を向上させることができる。羽根車の外周とボリュート仕切り舌との間の隙間が増加し、その利点は、ボリュート仕切り舌における水流の衝撃を減少させ、仕切り舌と羽根車との隙間が増加するため、圧力脈動及び全体の径方向力を減少できるのである。
The present invention has the following beneficial technical effects.
(1) Using the structure of an annular volute, the annular volute has a symmetrical vortex flow path and a large gap between the partition tongue and the impeller outlet, compared with the traditional spiral volute; By using an annular volute instead of a conventional volute, the pressure pulsation and radial force of the pump can be reduced and the operational stability can be improved. The gap between the impeller circumference and the volute partition tongue is increased, the advantage of which is that the impact of the water flow on the volute partition tongue is reduced and the gap between the partition tongue and the impeller is increased, thus reducing the pressure pulsation and overall Radial forces can be reduced.

(2)、さらに設計することによって、固定案内羽根は異なる円心角を有し、円心角は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなる。流路隙間は、流れ方向に断面IIから断面に向かうにつれて大きくなる。ポンプの運転中の圧力脈動及び径方向力をさらに低減させ、固定案内羽根出口での角部渦流を減少させ、環状ボリュートの圧力変動及び圧力損失を減少させ、ポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させることができる。本発明は、第1の凹溝、第2の凹溝の設計により、固定案内羽根出口での角部渦流をさらに減少させ、環状ボリュートの圧力変動及び圧力損失を減少させ、それによりポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させることができる。 (2) By further designing, the fixed guide vanes have different centric angles, and the centric angles increase from section II to section I in the flow direction. The channel gap increases in the direction of flow from cross-section II toward the other cross-sections. Further reduce the pressure pulsation and radial force during operation of the pump, reduce the corner vortex at the outlet of the fixed guide vane, reduce the pressure fluctuation and pressure loss in the annular volute, and improve the operational safety under each operating condition of the pump. It can improve performance and stability. The present invention further reduces the corner vortex at the fixed guide vane outlet through the design of the first recessed groove, the second recessed groove, and reduces the pressure fluctuation and pressure loss of the annular volute, thereby Driving safety and stability under driving conditions can be improved.

(3)、ボリュート内に2列の案内羽根(可動案内羽根、固定案内羽根)が設けられることによって、羽根車から振り切られた高速液体を集め、次段の羽根車の入口又は排出チャンバーまで均一に案内し、案内羽根において液体の一部の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換することができ、それにより、ポンプの効率を向上させる。2列の案内羽根を用いることで、固定案内羽根なし又は単列の固定案内羽根に比べて、水力性能が大幅に向上する。ボリュートの横断面が偏心楕円形断面を用いることを配慮した上で、横断面形状による遠心ポンプの水力性能への影響を分析し、環状ボリュートにおける楕円形の横断面形状は、台形、半円形又は矩形よりも高いポンプの圧力水頭を与えることが分かる。 (3) By providing two rows of guide vanes (movable guide vanes, fixed guide vanes) in the volute, the high-speed liquid shaken off from the impeller is collected and uniformly distributed to the inlet of the next stage impeller or the discharge chamber. and convert some of the kinetic energy of the liquid into pressure energy in the guide vanes, thereby improving the efficiency of the pump. The use of two rows of guide vanes significantly improves hydraulic performance compared to no fixed guide vanes or a single row of fixed guide vanes. Considering that the cross section of the volute uses an eccentric elliptical cross section, we analyzed the influence of the cross section shape on the hydraulic performance of the centrifugal pump. It can be seen that the rectangle gives a higher pump pressure head.

図1は本発明のポンプの環状ボリュートの構造概略図である。FIG. 1 is a structural schematic diagram of the annular volute of the pump of the present invention. 図2は環状ボリュートの局所と螺旋状ボリュートの局所との比較図であり、(a)は環状ボリュートであり、(b)螺旋状ボリュートである。FIG. 2 is a comparison diagram of a locality of an annular volute and a locality of a helical volute, where (a) is an annular volute and (b) is a helical volute. 図3は螺旋状ボリュートの断面と環状ボリュートの断面との比較図である(Aは螺旋状ボリュート、Bは環状ボリュートである)。FIG. 3 is a comparison diagram of a cross section of a helical volute and a cross section of an annular volute (A is a helical volute, B is an annular volute). 図4は環状ボリュートのポンプの性能と螺旋状ボリュートのポンプの性能との比較図である。FIG. 4 compares the performance of an annular volute pump with that of a helical volute pump. 図5は本発明の固定案内羽根の別の実施形態の局所拡大構造の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of the local expansion structure of another embodiment of the fixed guide vane of the present invention.

本発明の実施形態の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下、本発明の実施形態の図面を併せて、本発明の実施形態の技術的解決手段を明確かつ完全に説明する。説明された実施形態は、すべての実施形態ではなく、本発明の一部の実施形態であることは明らかである。本発明の実施形態によれば、当業者が創造的な労働を行わずに得た他のすべての実施形態は、本発明の保護の範囲に属する。 In order to make the objectives, technical solutions and advantages of the embodiments of the present invention clearer, the following will clearly and completely describe the technical solutions of the embodiments of the present invention together with the drawings of the embodiments of the present invention. explain. Apparently, the described embodiments are some, but not all embodiments of the present invention. According to the embodiments of the present invention, all other embodiments obtained by persons skilled in the art without creative work fall within the protection scope of the present invention.

以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.

図1~2に示すように、ボリュート出口1、拡散セグメント2、スロート部3、固定式多流路4、可動案内羽根5、固定案内羽根6、出口案内羽根7、仕切り舌/舌部8、及び流路隙間9を含み、加圧水室の出口端に拡散セグメント2が設けられ、拡散セグメント2の出口端はボリュート出口1を有し、加圧水室と拡散セグメント2との間の接続部はスロート部3であり、羽根車の外周にディフューザが設けられ、ディフューザは、周方向に分布する複数の可動案内羽根5を含み、拡散セグメント2とボリュート壁との間に仕切り舌8が構成される、大型工事用ポンプボリュートの設計方法及びそのボリュートであって、可動案内羽根5の外周には、ボリュート流路を固定式多流路4に仕切りする複数の固定案内羽根6が設けられ、出口案内羽根7の中線/軸線は拡散セグメント2の中線/軸線と共線/平行し、出口案内羽根7は加圧水室の入口の基礎円D3とほぼ正接し、固定案内羽根6の出口端とそれに隣接する径方向内側の固定案内羽根6の入口端又は加圧水室の入口の基礎円D3との間に流路隙間9があり、出口案内羽根7の入口端は断面Iを有し、仕切り舌8端は断面IIを有し、ボリュートは、流れ方向に断面IIから断面Iまで環状ボリュートであり、ボリュートの流路の横断面の流通面積は同じである、ことを特徴とする。 As shown in FIGS. 1-2, a volute outlet 1, a diffusion segment 2, a throat 3, a fixed multichannel 4, a movable guide vane 5, a fixed guide vane 6, an outlet guide vane 7, a partition tongue/tongue 8, and a flow passage gap 9, a diffusion segment 2 is provided at the outlet end of the pressurized water chamber, the outlet end of the diffusion segment 2 has a volute outlet 1, and the connection between the pressurized water chamber and the diffusion segment 2 is the throat 3, a diffuser is provided on the outer periphery of the impeller, the diffuser comprises a plurality of movable guide vanes 5 distributed in the circumferential direction, and a partition tongue 8 is configured between the diffuser segment 2 and the volute wall. A method of designing a pump volute for construction work and its volute, wherein a plurality of fixed guide vanes 6 are provided on the outer periphery of a movable guide vane 5 for partitioning the volute channel into fixed multi-channels 4, and an outlet guide vane 7 The median/axis is collinear/parallel to the median/axis of the diffusion segment 2, the outlet guide vanes 7 are substantially tangent to the base circle D3 of the inlet of the pressurized water chamber, the outlet ends of the fixed guide vanes 6 and adjacent thereto. There is a channel gap 9 between the inlet end of the radially inner fixed guide vane 6 or the base circle D3 of the inlet of the pressurized water chamber, the inlet end of the outlet guide vane 7 has a cross section I, and the end of the partition tongue 8 is It has a cross-section II and is characterized in that the volute is an annular volute from cross-section II to cross-section I in the direction of flow, and the flow area of the cross-section of the flow path of the volute is the same.

さらに、図3に示すように、ボリュートは、ほぼ偏心した楕円形断面の環状ボリュートBを用い、楕円形の長軸方向(X軸方向)に、楕円形の偏心の長い部分の大きさは、短い部分の大きさの2~4倍、好ましくは2.5倍である。 Furthermore, as shown in FIG. 3, the volute uses an annular volute B with a substantially eccentric elliptical cross section, and the size of the long eccentric portion of the ellipse in the long axis direction (X-axis direction) of the ellipse is 2 to 4 times the size of the short portion, preferably 2.5 times.

さらに、固定案内羽根6は、円弧状案内羽根であり、固定案内羽根6は、同じ又は異なる円心角を有する。好ましくは、固定案内羽根6は異なる円心角を有し、円心角は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなる。具体的には、流れ方向に断面IIから断面Iまで、下流の円心角は上流の円心角の1.05~1.25倍である。 Furthermore, the fixed guide vanes 6 are arcuate guide vanes, and the fixed guide vanes 6 have the same or different centric angles. Preferably, the fixed guide vanes 6 have different angles of centricity, the angles of centricity increasing from section II to section I in the flow direction. Specifically, from section II to section I in the flow direction, the downstream centroid angle is 1.05 to 1.25 times the upstream centroid angle.

さらに、流路隙間9は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなる。具体的には、流れ方向に断面IIから断面Iまで、下流の流路隙間9は上流の流路隙間9の1.05~1.2倍である。 Furthermore, the channel gap 9 increases from cross-section II to cross-section I in the flow direction. Specifically, from section II to section I in the flow direction, the downstream channel gap 9 is 1.05 to 1.2 times the upstream channel gap 9 .

図1に示すように、ボリュートは、流れ方向に横断面IIから横断面Iまで、ほぼ同じ横断面の流通面積を有し、次に、羽根車外円とボリュート仕切り舌8との間の隙間が増加し、その利点は、固体粒子のボリュート舌における衝撃を減少させ、仕切り舌と羽根車との隙間が増加するため、圧力脈動及び全体の径方向力を減少できるのである。 As shown in FIG. 1, the volute has approximately the same cross-sectional flow area from cross-section II to cross-section I in the flow direction, and then the gap between the impeller outer circle and the volute partition tongue 8 is The advantage is that the impact of solid particles on the volute tongue is reduced and the gap between the partition tongue and the impeller is increased, thus reducing pressure pulsations and overall radial forces.

拡散セグメント2はポンプボディ出口であり、拡散セグメントはスロート部3からボリュート出口1に向かうにつれて、水流通路の面積が大きくなり、拡散セグメントの断面は、矩形及び/又は円弧からなる形状を含む。スロート部3における加圧水室の断面形状は拡散セグメント2の端面形状と同じでありかつ重なり、該構造は、加圧水室と拡散セグメントとの円滑な遷移を保証する。 The diffusion segment 2 is a pump body outlet, the diffusion segment has a water flow passage area that increases from the throat portion 3 toward the volute outlet 1, and the cross section of the diffusion segment includes a rectangular and/or arc shape. The cross-sectional shape of the pressurized water chamber at the throat 3 is the same as and overlaps the end face shape of the diffusion segment 2, which structure ensures a smooth transition between the pressurized water chamber and the diffusion segment.

図2に示すように、従来の螺旋状ボリュートに比べて、環状ボリュートは、より大きくかつより均一な流通横断面積を有する。ボリュートの横断面積が小さいと、ポンプの揚程曲線にハンプピークが発生するため、パイプシステムのサージが発生してしまう。定格運転条件で、ボリュートの過流面積が大きくなるにつれて、水力性能がやや低下する。ポンプの運転が定格運転条件からずれるとき、ボリュートの流動面積が大きいと、水力性能が改善され、また、ボリュートの流動面積が増加するにつれて、高効率領域は広くなる。 As shown in FIG. 2, compared to conventional helical volutes, annular volutes have a larger and more uniform cross-sectional area of flow. A small volute cross-sectional area results in a hump peak in the pump head curve, resulting in surge in the pipe system. At rated operating conditions, hydraulic performance decreases slightly as the swept area of the volute increases. A large volute flow area improves hydraulic performance when pump operation deviates from rated operating conditions, and the high efficiency region widens as the volute flow area increases.

ボリュートは、従来の台形又は半円形のボリュート断面を用いるのではなく、ほぼ偏心した楕円形断面を用いることによって、ボリュートにおける圧力脈動を低減させるのに有利である。 The volute is advantageous in reducing pressure pulsations in the volute by using a substantially eccentric elliptical cross-section rather than using a conventional trapezoidal or semi-circular volute cross-section.

図4(a)に示すように、環状ボリュートを用いることによって、低流量範囲内に径方向力を減少させることができ、同様に、ポンプが最適な効率点以下で運転すると、これらのボリュートはより高い揚程と効率が生じる。これらのボリュートでは、大きい羽根先隙間により、羽根車羽根とボリュート仕切り舌との相互作用が減少し、従って、羽根車の周りの圧力分布がより均一になる。設計際、一定の断面積ボリュートにより、羽根車の周りの圧力分布が不均一であるため、最小径方向力点は、設計流量ではなく、低流量となる。 By using annular volutes, as shown in FIG. 4(a), radial forces can be reduced in the low flow range; Higher lift and efficiency result. With these volutes, the large tip clearance reduces the interaction between the impeller blades and the volute partition tongue, thus making the pressure distribution around the impeller more uniform. As designed, due to the non-uniform pressure distribution around the impeller due to the constant cross-sectional area volute, the minimum radial force point is at low flow rather than the design flow.

図4(b)における径方向力の分布は四角形に示され、羽根車羽根の角度と一致する。また、流量の増加に伴い、四角形が時計回りに回転し、ボリュートの流動面積の増加により、軸に作用する径方向力の大きさを減少させることができ、特に公称流量及び大流量の条件下で、ポンプの振動を減少させ、それにより、ポンプの運転安定性を向上させることができる。 The radial force distribution in FIG. 4(b) is shown as squares, which correspond to the angles of the impeller blades. In addition, as the flow increases, the square rotates clockwise, and the increase in the flow area of the volute can reduce the magnitude of the radial force acting on the shaft, especially under nominal and large flow conditions. , the vibration of the pump can be reduced, thereby improving the operational stability of the pump.

図4(c)に示すように、変動強度係数の環状ボリュートにおける折れ線分布から、一般的に係数が流量の増加とともに増加することがわかる。また、複数の線はすべて4つのピークを示し、羽根車羽根の数と一致し、4つのピークの等価偏角は90°であり、最大圧力脈動はボリュートの仕切り舌の後の約30°に発生し、羽根車の後縁とボリュート仕切り舌との間の相互作用がボリュートにおける圧力脈動の要因であることを意味する。また、ボリュートの流動面積の増加は、ポンプの作動状態に関係なく、ボリュートにおける圧力脈動を減少させる。 As shown in FIG. 4(c), it can be seen from the polygonal line distribution of the fluctuation strength coefficient in the annular volute that the coefficient generally increases as the flow rate increases. Also, all of the lines show four peaks, consistent with the number of impeller blades, the equivalent deflection angle of the four peaks is 90°, and the maximum pressure pulsation is about 30° after the partition tongue of the volute. , implying that the interaction between the impeller trailing edge and the volute partition tongue is responsible for the pressure pulsation at the volute. Also, increasing the flow area of the volute reduces pressure pulsations in the volute regardless of pump operating conditions.

好ましくは、さらに設計することによって、固定案内羽根6は異なる円心角を有し、円心角は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなる。流路隙間9は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなる。ポンプの運転中の圧力脈動及び径方向力をさらに低減させ、固定案内羽根出口での角部渦流を減少させ、環状ボリュートの圧力変動及び圧力損失を減少させ、ポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させることができる。 Preferably, by further design, the stationary guide vanes 6 have different centric angles, which increase from section II to section I in the flow direction. The channel gap 9 increases from the cross section II to the cross section I in the flow direction. Further reduce the pressure pulsation and radial force during operation of the pump, reduce the corner vortex at the outlet of the fixed guide vane, reduce the pressure fluctuation and pressure loss in the annular volute, and improve the operational safety under each operating condition of the pump. It can improve performance and stability.

図5に示すように、一実施形態において、固定案内羽根6は下流端/尾縁端61を有し、下流端/尾縁端61は先細いテーパ状または円弧状であり、下流端61は第1の凹溝62及び第2の凹溝63を有し、複数の第1の凹溝62は下流端61の径方向内側面に設けられ、複数の第2の凹溝63は下流端61の径方向外側面に設けられる。第1の凹溝62、第2の凹溝63は半円形構造である。第1の凹溝62、第2の凹溝63を設計することによって、固定案内羽根出口での角部渦流をさらに減少させ、環状ボリュートの圧力変動及び圧力損失を減少させ、それにより、ポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させる。 As shown in FIG. 5, in one embodiment, the stationary guide vane 6 has a downstream/trailing edge 61, the downstream/trailing edge 61 being tapered or arcuate, and the downstream edge 61 being It has a first groove 62 and a second groove 63 , the plurality of first grooves 62 are provided on the radial inner surface of the downstream end 61 , and the plurality of second grooves 63 are provided on the downstream end 61 . provided on the radially outer surface of the The first groove 62 and the second groove 63 have a semicircular structure. By designing the first recessed groove 62, the second recessed groove 63, the corner vortex at the fixed guide vane exit is further reduced, and the pressure fluctuation and pressure loss of the annular volute are reduced, thereby improving the pump performance. Improve driving safety and stability in each driving condition.

さらに、第1の凹溝62の数は第2の凹溝63の数よりも多く、好ましくは、第1の凹溝62の数は第2の凹溝63の数の1.5~3.0倍である。 Furthermore, the number of the first grooves 62 is greater than the number of the second grooves 63, and preferably the number of the first grooves 62 is equal to the number of the second grooves 63, 1.5 to 3.5. 0 times.

大型工事用ポンプのボリュートの設計方法であって、固定案内羽根及び可動案内羽根つきの環状ボリュート構造を用い、所定の運転条件に応じて、ボリュート速度係数法に基づいて、加圧水室の入口の基礎円直径D、ポンプ加圧水室の入口幅B、ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径R、可動案内羽根の数Z、固定案内羽根の数Z、拡散角θを含むボリュートの幾何学的パラメータを決定し、 A method for designing a volute for a large construction pump, which uses an annular volute structure with fixed guide vanes and movable guide vanes, and according to predetermined operating conditions, based on the volute velocity coefficient method, the base circle of the inlet of the pressurized water chamber Geometric parameters of the volute, including the diameter D 3 , the inlet width B 3 of the pump pressurized water chamber, the radius R of the outer contour of the volute chamber, the number of movable guide vanes Z 1 , the number of fixed guide vanes Z 2 and the divergence angle θ. to determine

= D+2bのように、加圧水室の入口の基礎円直径Dを設計するステップ(1)であって、 Step ( 1 ) of designing the base circle diameter D3 of the inlet of the pressurized water chamber, such that D3 = D2 + 2b2 ,

式において、
- 可動案内羽根の半径、mmであり、
- ポンプインペラーの外径、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口の基礎円直径、mmである、ステップ(1)と、
=B+0.05Dのように、ポンプ加圧水室の入口幅Bを設計するステップ(2)であって、
In the formula,
b 2 - radius of the movable guide vane, mm;
D 2 - external diameter of the pump impeller, mm;
D 3 - is the base circle diameter of the inlet of the pump pressurized water chamber, mm, step (1);
Step ( 2 ) of designing the inlet width B3 of the pump pressurized water chamber such that B3=B2 + 0.05D3 ,

式において、
- ポンプインペラー出口の軸方向幅、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口の基礎円直径、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口幅、mmである、ステップ(2)と、

Figure 2022189718000004

のように、ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径Rを設計するステップ(3)であって、 In the formula,
B 2 - axial width of pump impeller outlet, mm;
D 3 - base circle diameter of the inlet of the pump pressurized water chamber, mm;
B 3 - the inlet width of the pump pressurized water chamber, mm, step (2);

Figure 2022189718000004

Step (3) of designing the radius R of the outer contour of the volute chamber as

式において、
- ボリュートの第I断面の面積値、mmであり、
R - ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径、mmである、ステップ(3)と、
=8~14のように、可動案内羽根の数Zを設計するステップ(4)であって、
In the formula,
A I - is the area value of the I cross section of the volute, mm;
R - the radius of the outer contour of the volute chamber, mm, step (3);
Step (4) of designing the number of movable guide vanes Z 1 such that Z 1 =8 to 14,

式において、
- 可動案内羽根の数、個である、ステップ(4)と、
=3~5のように、固定案内羽根の数Zを設計するステップ(5)であって、
In the formula,
Z 1 - is the number of movable guide vanes, step (4);
Step (5) of designing the number of fixed guide vanes Z 2 such that Z 2 =3 to 5,

式において、
- 固定案内羽根の数、個である、ステップ(5)と、

Figure 2022189718000005

のように、拡散セグメントの拡散角を設計するステップ(6)であって、 In the formula,
Z 2 - is the number of fixed guide vanes, step (5);

Figure 2022189718000005

Step (6) of designing the diffusion angle of the diffusion segment as:

式において、
- ボリュートの第I断面の面積値、mmであり、
- ボリュート出口の直径、mmであり、
L - ボリュートの拡散セグメントの長さ、mmであり、
θ - 拡散角、°であり、
θを6°~12°とするステップ(6)とを含む。
In the formula,
A I - is the area value of the I cross section of the volute, mm;
D S - the diameter of the volute outlet, mm;
L - the length of the diffusion segment of the volute, mm;
θ - the divergence angle, in degrees;
and step (6) with θ between 6° and 12°.

ポンプの体積及び排出パイプの直径を減少させ、パイプの損失を減少させ、それによりポンプの揚程を低減させ、ポンプの電力を減少させ、エネルギーを節約し、運転コストを低減させるために、排出口径を吸入口径未満にすることができる。ポンプの出口の直径を初歩的に確定した後、基準パイプ直径シリーズに従って丸める。ポンプの大きさを減少させるために、拡散管/拡散セグメントの高さLは、拡散角、加工及びボルト接合を確保した上で、できるだけ小さい値を用いる。 In order to reduce the volume of the pump and the diameter of the discharge pipe, reduce the loss of the pipe, thereby reducing the lift of the pump, reducing the power of the pump, saving energy and reducing operating costs, the discharge caliber can be less than the inlet diameter. After rudimentary determination of the diameter of the outlet of the pump, it is rounded according to the standard pipe diameter series. In order to reduce the size of the pump, the diffusion tube/diffusion segment height L should be as small as possible while ensuring diffusion angle, machining and bolting.

本発明は、以下の有益な技術的効果を有する。 The present invention has the following beneficial technical effects.

(1)、環状ボリュートの構造を用い、環状ボリュートは、従来の螺旋状ボリュートに比べて、対称的な過流流路を有し、仕切り舌と羽根車出口との間に大きい隙間があり、従来のボリュートの代わりに環状ボリュートを用いることで、ポンプの圧力脈動及び径方向力を低減させ、運転安定性を向上させることができる。羽根車の外周とボリュート仕切り舌との間の隙間が増加し、その利点は、ボリュート仕切り舌における水流の衝撃を減少させ、仕切り舌と羽根車との隙間が増加するため、圧力脈動及び全体の径方向力を減少できるのである。 (1) Using the structure of an annular volute, the annular volute has a symmetrical vortex flow path and a large gap between the partition tongue and the impeller outlet, compared with the traditional spiral volute; By using an annular volute instead of a conventional volute, the pressure pulsation and radial force of the pump can be reduced and the operational stability can be improved. The gap between the impeller circumference and the volute partition tongue is increased, the advantage of which is that the impact of the water flow on the volute partition tongue is reduced and the gap between the partition tongue and the impeller is increased, thus reducing the pressure pulsation and overall Radial forces can be reduced.

(2)、さらに設計することによって、固定案内羽根は異なる円心角を有し、円心角は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなる。流路隙間は、流れ方向に断面IIから断面に向かうにつれて大きくなる。ポンプの運転中の圧力脈動及び径方向力をさらに低減させ、固定案内羽根出口での角部渦流を減少させ、環状ボリュートの圧力変動及び圧力損失を減少させ、ポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させることができる。本発明は、第1の凹溝、第2の凹溝の設計により、固定案内羽根出口での角部渦流をさらに減少させ、環状ボリュートの圧力変動及び圧力損失を減少させ、それによりポンプの各運転条件での運転安全性及び安定性を向上させることができる。 (2) By further designing, the fixed guide vanes have different centric angles, and the centric angles increase from section II to section I in the flow direction. The channel gap increases in the direction of flow from cross-section II toward the other cross-sections. Further reduce the pressure pulsation and radial force during operation of the pump, reduce the corner vortex at the outlet of the fixed guide vane, reduce the pressure fluctuation and pressure loss in the annular volute, and improve the operational safety under each operating condition of the pump. It can improve performance and stability. The present invention further reduces the corner vortex at the fixed guide vane outlet through the design of the first recessed groove, the second recessed groove, and reduces the pressure fluctuation and pressure loss of the annular volute, thereby Driving safety and stability under driving conditions can be improved.

(3)、ボリュート内に2列の案内羽根(可動案内羽根、固定案内羽根)が設けられることによって、羽根車から振り切られた高速液体を集め、次段の羽根車の入口又は排出チャンバーまで均一に案内し、案内羽根において液体の一部の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換することができ、それにより、ポンプの効率を向上させる。2列の案内羽根を用いることで、固定案内羽根なし又は単列の固定案内羽根に比べて、水力性能が大幅に向上する。ボリュートの横断面が偏心楕円形断面を用いることを配慮した上で、横断面形状による遠心ポンプの水力性能への影響を分析し、環状ボリュートにおける楕円形の横断面形状は、台形、半円形又は矩形よりも高いポンプの圧力水頭を与えることが分かる。 (3) By providing two rows of guide vanes (movable guide vanes, fixed guide vanes) in the volute, the high-speed liquid shaken off from the impeller is collected and uniformly distributed to the inlet of the next stage impeller or the discharge chamber. and convert some of the kinetic energy of the liquid into pressure energy in the guide vanes, thereby improving the efficiency of the pump. The use of two rows of guide vanes significantly improves hydraulic performance compared to no fixed guide vanes or a single row of fixed guide vanes. Considering that the cross section of the volute uses an eccentric elliptical cross section, we analyzed the influence of the cross section shape on the hydraulic performance of the centrifugal pump. It can be seen that the rectangle gives a higher pump pressure head.

上記実施形態は、本発明についての説明であって、本発明に対する限定ではなく、本発明の原理及び精神から逸脱することなく、これらの実施形態を種々の変更、修正、置換及び変形することができ、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって限定されることが理解される。 The above-described embodiments are illustrative of the present invention and are not limitations on the present invention, and various alterations, modifications, substitutions and variations of these embodiments may be made without departing from the principles and spirit of the present invention. It is understood that the protection scope of the present invention is limited by the appended claims and their equivalents.

ボリュート出口1、拡散セグメント2、スロート部3、固定式多流路4、可動案内羽根5、固定案内羽根6、出口案内羽根7、仕切り舌/舌部8、流路隙間9、D2羽根車外径、D3加圧水室の入口の基礎円直径、Rボリュートチャンバーの外輪郭線の半径、下流端/尾縁端61、第1の凹溝62、第2の凹溝63


Volute outlet 1, diffusion segment 2, throat 3, fixed multi-channel 4, movable guide vane 5, fixed guide vane 6, outlet guide vane 7, partition tongue/tongue 8, channel gap 9, D2 impeller outer diameter , the base circle diameter of the inlet of the D3 pressurized water chamber, the radius of the contour line of the R volute chamber, the downstream edge/trailing edge 61, the first groove 62, the second groove 63.


Claims (8)

ボリュート出口(1)、拡散セグメント(2)、スロート部(3)、固定式多流路(4)、可動案内羽根(5)、固定案内羽根(6)、出口案内羽根(7)、仕切り舌/舌部(8)、及び流路隙間(9)を含み、加圧水室の出口端に拡散セグメントが設けられ、拡散セグメントの出口端はボリュート出口を有し、加圧水室と拡散セグメントとの間の接続部はスロート部であり、羽根車の外周にディフューザが設けられ、ディフューザは、周方向に分布する複数の可動案内羽根を含み、拡散セグメントとボリュート壁との間に仕切り舌が構成される、大型工事用ポンプのボリュートであって、
可動案内羽根(5)の外周に複数の固定案内羽根(6)が設けられ、固定案内羽根は、ボリュート流路を固定式多流路に仕切って、出口案内羽根の中線/軸線は拡散セグメントの中線/軸線と共線/平行し、出口案内羽根は加圧水室の入口の基礎円D3とほぼ正接し、固定案内羽根の出口端とそれに隣接する径方向内側の固定案内羽根の入口端又は加圧水室の入口の基礎円D3との間に流路隙間(9)があり、出口案内羽根の入口端は断面Iを有し、仕切り舌端は断面IIを有し、ボリュートは、流れ方向に断面IIから断面Iまで環状ボリュートであり、ボリュートの流路の横断面の流通面積はほぼ同じであることを特徴とする、大型工事用ポンプのボリュート。
Volute outlet (1), diffusion segment (2), throat (3), fixed multi-channel (4), movable guide vane (5), fixed guide vane (6), outlet guide vane (7), partition tongue / A diffusion segment is provided at the outlet end of the pressurized water chamber, comprising a tongue (8), and a channel gap (9), the outlet end of the diffusion segment having a volute outlet, between the pressurized water chamber and the diffusion segment. The connecting part is the throat part, and a diffuser is provided on the outer periphery of the impeller, the diffuser includes a plurality of movable guide vanes distributed in the circumferential direction, and a partition tongue is configured between the diffusion segment and the volute wall. It is a volute for large construction pumps,
A plurality of fixed guide vanes (6) are provided around the outer circumference of the movable guide vanes (5), the fixed guide vanes divide the volute channel into fixed multi-channels, and the median/axis of the exit guide vanes are diffusion segments collinear/parallel to the median/axis line, the outlet guide vane is substantially tangent to the base circle D3 of the inlet of the pressurized water chamber, the outlet end of the fixed guide vane and the inlet end of the adjacent radially inner fixed guide vane or There is a channel gap (9) between the base circle D3 of the inlet of the pressurized water chamber, the inlet end of the outlet guide vane has a cross section I, the dividing tongue end has a cross section II, the volute is in the flow direction A volute for a large construction pump, characterized in that the section II to section I is an annular volute, and the cross-sectional flow areas of the volute flow passages are substantially the same.
前記ボリュートは、ほぼ偏心した楕円形断面の環状ボリュートを用い、楕円形の長軸方向において、楕円形の偏心の長い部分の大きさは短い部分の大きさの2~4倍であることを特徴とする、請求項1に記載の大型工事用ポンプのボリュート。 The volute uses an annular volute with a substantially eccentric elliptical cross-section, and in the major axis direction of the ellipse, the size of the long eccentric part of the ellipse is 2 to 4 times the size of the short part of the ellipse. The volute of the pump for large-scale construction work according to claim 1. 前記固定案内羽根(6)は、円弧状案内羽根であり、固定案内羽根は異なる円心角を有し、円心角は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなり、流れ方向に断面IIから断面Iまで、下流の円心角は上流の円心角の1.05~1.25倍であることを特徴とする、請求項2に記載の大型工事用ポンプのボリュート。 Said fixed guide vane (6) is an arc-shaped guide vane, the fixed guide vane has different centric angles, the centric angle increases in the flow direction from section II to section I, and in the flow direction The volute of large construction pump according to claim 2, characterized in that from section II to section I, the downstream centroid angle is 1.05-1.25 times the upstream centroid angle. 流路隙間(9)は、流れ方向に断面IIから断面Iに向かうにつれて大きくなり、流れ方向に断面IIから断面Iまで、下流の流路隙間は、上流の流路隙間の1.05~1.2倍であることを特徴とする、請求項3に記載の大型工事用ポンプのボリュート。 The channel gap (9) increases in the direction of flow from cross-section II to cross-section I, and from cross-section II to cross-section I in the flow direction, the downstream channel gap is 1.05 to 1.05 to 1 of the upstream channel gap. 4. The volute of a large construction pump according to claim 3, characterized in that it is .2 times. 前記固定案内羽根(6)は下流端/尾縁端(61)を有し、下流端は先細いテーパ状または円弧状であり、下流端は第1の凹溝(62)、及び第2の凹溝(63)を有し、複数の第1の凹溝は下流端の径方向内側面に設けられ、複数の第2の凹溝は下流端の径方向外側面に設けられ、第1の凹溝、第2の凹溝は半円形構造であることを特徴とする、請求項4に記載の大型工事用ポンプのボリュート。 Said fixed guide vane (6) has a downstream/tailing edge (61), the downstream end being tapered or arcuate, the downstream end having a first concave groove (62) and a second A plurality of first grooves are provided on the radially inner surface of the downstream end, and a plurality of second grooves are provided on the radially outer surface of the downstream end. 5. The volute of a pump for large-scale construction according to claim 4, wherein the concave groove and the second concave groove have a semi-circular structure. 前記第1の凹溝(62)の数は第2の凹溝(63)の数よりも多く、第1の凹溝の数は第2の凹溝数の1.5~3.0倍であることを特徴とする、請求項5に記載の大型工事用ポンプのボリュート。 The number of the first grooves (62) is greater than the number of the second grooves (63), and the number of the first grooves is 1.5 to 3.0 times the number of the second grooves. The volute of the large construction pump according to claim 5, characterized in that there is a volute. 拡散セグメントはポンプボディ出口であり、拡散セグメントはスロート部からボリュート出口に向かうにつれて、水流通路の面積が大きくなり、拡散セグメントの断面は、矩形及び/又は円弧からなる形状を含み、スロート部位置での加圧水室の断面形状は拡散セグメントの端面形状と同じでありかつ重なり、該構造は、加圧水室と拡散セグメントとの円滑な遷移を保証することを特徴とする、請求項5に記載の大型工事用ポンプのボリュート。 The diffusion segment is a pump body outlet, the area of the water flow passage increases as the diffusion segment goes from the throat to the volute outlet, the cross section of the diffusion segment includes a rectangular and/or arc shape, and is at the throat position. Large construction according to claim 5, characterized in that the cross-sectional shape of the pressurized water chamber of is the same as and overlaps the end face shape of the diffusion segment, said structure ensuring a smooth transition between the pressurized water chamber and the diffusion segment volute of the pump. 固定案内羽根及び可動案内羽根つきの環状ボリュート構造を用い、
所定の運転条件に応じて、ボリュート速度係数法に基づいて、

加圧水室の入口の基礎円直径D、ポンプ加圧水室の入口幅B、ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径R、可動案内羽根の数Z、固定案内羽根の数Z、拡散角θを含むボリュートの幾何学的パラメータを決定し、
= D+2bのように、加圧水室の入口の基礎円直径Dを設計するステップ(1)であって、
式において、
- 可動案内羽根の半径、mmであり、
- ポンプインペラーの外径、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口の基礎円直径、mmである、ステップ(1)と、
=B+0.05Dのように、ポンプ加圧水室の入口幅Bを設計するステップ(2)であって、
式において、
- ポンプインペラー出口の軸方向幅、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口の基礎円直径、mmであり、
- ポンプ加圧水室の入口幅、mmである、ステップ(2)と、

Figure 2022189718000006

のように、ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径Rを設計するステップ(3)であって、
式において、
- ボリュートの第I断面の面積値、mmであり、
R - ボリュートチャンバーの外輪郭線の半径、mmである、ステップ(3)と、
=8~14のように、可動案内羽根の数Zを設計するステップ(4)であって、
式において、
- 可動案内羽根の数、個である、ステップ(4)と、
=3~5のように、固定案内羽根の数Zを設計するステップ(5)であって、
式において、
- 固定案内羽根の数、個である、ステップ(5)と、

Figure 2022189718000007

のように、拡散セグメントの拡散角を設計するステップ(6)であって、
式において、
- ボリュートの第I断面の面積値、mmであり、
- ボリュート出口の直径、mmであり、
L - ボリュートの拡散セグメントの長さ、mmであり、
θ - 拡散角、°であり、
θを6°~12°とするステップ(6)とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の大型工事用ポンプのボリュートの設計方法。
Using an annular volute structure with fixed guide vanes and movable guide vanes,
Depending on the given operating conditions, based on the volute velocity factor method,

The basic circle diameter D 3 of the inlet of the pressurized water chamber, the inlet width B 3 of the pump pressurized water chamber, the radius R of the contour line of the volute chamber, the number Z 1 of the movable guide vanes, the number Z 2 of the fixed guide vanes, and the diffusion angle θ. determine the geometric parameters of the containing volute,
Step ( 1 ) of designing the base circle diameter D3 of the inlet of the pressurized water chamber, such that D3 = D2 + 2b2 ,
In the formula,
b 2 - radius of the movable guide vane, mm;
D 2 - external diameter of the pump impeller, mm;
D 3 - is the base circle diameter of the inlet of the pump pressurized water chamber, mm, step (1);
Step ( 2 ) of designing the inlet width B3 of the pump pressurized water chamber such that B3=B2 + 0.05D3 ,
In the formula,
B 2 - axial width of pump impeller outlet, mm;
D 3 - base circle diameter of the inlet of the pump pressurized water chamber, mm;
B 3 - the inlet width of the pump pressurized water chamber, mm, step (2);

Figure 2022189718000006

Step (3) of designing the radius R of the outer contour of the volute chamber as
In the formula,
A I - is the area value of the I cross section of the volute, mm;
R - the radius of the outer contour of the volute chamber, mm, step (3);
Step (4) of designing the number of movable guide vanes Z 1 such that Z 1 =8 to 14,
In the formula
Z 1 - is the number of movable guide vanes, step (4);
Step (5) of designing the number of fixed guide vanes Z 2 such that Z 2 =3 to 5,
In the formula
Z 2 - is the number of fixed guide vanes, step (5);

Figure 2022189718000007

Step (6) of designing the diffusion angle of the diffusion segment as:
In the formula
A I - is the area value of the I cross section of the volute, mm;
D S - the diameter of the volute outlet, mm;
L - the length of the diffusion segment of the volute, mm;
θ - the divergence angle, in degrees;
The method for designing a volute of a large construction pump according to claim 1, characterized by comprising a step (6) of setting θ to 6° to 12°.
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CN116305669A (en) * 2023-05-18 2023-06-23 陕西空天信息技术有限公司 Method, device, equipment and medium for acquiring design parameters of axial flow impeller

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114925481B (en) * 2022-06-30 2023-04-28 江苏大学 Energy efficiency index-based performance improvement method for centrifugal pump in hydraulic model library
CN116335948B (en) * 2023-04-28 2024-03-08 江苏大学流体机械温岭研究院 Fire pump for fire extinguishing system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060177305A1 (en) * 2005-02-07 2006-08-10 Hoang Khanh C Centrifugal volute pump with discontinuous vane-island diffuser
JP2012072735A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Kobe Steel Ltd Centrifugal compressor
CN208364486U (en) * 2018-06-14 2019-01-11 安徽虎渡科达流体机械有限公司 A kind of high-speed centrifugal blower inlet guide vane and diffuser vane joint debugging mechanism
US10801357B2 (en) * 2019-02-20 2020-10-13 Switchblade Turbo, Llc Turbocharger with a pivoting sliding vane for progressively variable A/R ratio
CN110701110A (en) * 2019-10-30 2020-01-17 江苏大学 Volute type centrifugal pump with movable guide vanes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116305669A (en) * 2023-05-18 2023-06-23 陕西空天信息技术有限公司 Method, device, equipment and medium for acquiring design parameters of axial flow impeller

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