（热能工程专业论文）低比转速渣浆泵的性能研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文首先介绍了渣浆泵的几种设计方法，分析比较之后，确定了一种互为补 充的方法，然后根据这种设计思想，对某电厂渣浆泵进行优化设计。鉴于渣浆泵 型线会影响到其性能，并且低比转速渣浆泵型线扭曲的程度不大，型线比较特别， 所以对此次设计的型线也进行了比较分析，得到一种型线方程的新思想。最后对 所设计渣浆泵使用g a m b i t 软件进行叶轮的构体，并用f l u e n t 软件进行流场的三 维数值模拟分析。对模拟结果进行了较为深入地探讨，分析了各种因素对渣浆泵 性能的影响，最后对低比转速渣浆泵的设计提出合理建议。 关键词：渣浆泵，优化，设计，数值模拟 a b s t r a c t t h i sp a p e r f i r s t l y i n t r o d u c e ds e v e r a lm e t h o d so n d e s i g n i n gs l u r r yp u m p ， i d e n t i f i e dac o m p l e m e n t a r ya p p r o a c ha f t e rc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，a n dt h e nh a db e e n o p t i m i z e dd e s i g na c c o r d i n gt ot h i sd e s i g nc o n c e p t i nv i e wo fs l u r r yp u m pl i n e sw i l l a f f e c ti t sp e r f o r m a n c e ，i m p e l l e rl i n ee q u a t i o no fl o ws p e e ds l u r r yp u m ph a sl i t t l e d e g r e eo fd i s t o r t i o na n dv e r ys p e c i a l ，c o m p a r e da n da n a l y z e do nt h i sd e s i g ni m p e l l e r l i n e ，g o tan e wi d e a so fl i n ee q u a t i o no ft h ei m p e l l e r f i n a l l yt h ed r a w i n gm e a n so f p a n en e t h a db e e na d o p t e dt ot h ec o n f i g u r a t i o no ft h ei m p e l l e ro nt h ed r a w i n g s o f t w a r eg a m b i tf o rt h i sd e s i g np u m p ，t h r e ed i m e n s i o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o nh a d b e e no p e r a t e db ym a k i n gu s eo ff l u e n t d i s c u s s e do ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t t h o r o u g h l y , t h ei n f l u e n c eo fe a c hk i n do ff a c t o rt os l u r r yp u m pw a sa n a l y z e db yt h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t f i n a l l yp u tf o r w a r dt h er e a s o n a b l ep r o p o s a lt ot h ed e s i g n o ft h es l u r r yp u m p h eq i a n y u ( t h e r m a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gs h u a n g y i n k e yw o r d s ：s l u r r yp u m p ，o p t i m i z a t i o n ，d e s i g n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文首先介绍了渣浆泵的几种设计方法，分析比较之后，确定了一种互为补 充的方法，然后根据这种设计思想，对某电厂渣浆泵进行优化设计。鉴于渣浆泵 型线会影响到其性能，并且低比转速渣浆泵型线扭曲的程度不大，型线比较特别， 所以对此次设计的型线也进行了比较分析，得到一种型线方程的新思想。最后对 所设计渣浆泵使用g a m b i t 软件进行叶轮的构体，并用f l u e n t 软件进行流场的三 维数值模拟分析。对模拟结果进行了较为深入地探讨，分析了各种因素对渣浆泵 性能的影响，最后对低比转速渣浆泵的设计提出合理建议。 关键词：渣浆泵，优化，设计，数值模拟 a b s t r a c t t h i sp a p e r f i r s t l y i n t r o d u c e ds e v e r a lm e t h o d so n d e s i g n i n gs l u r r yp u m p ， i d e n t i f i e dac o m p l e m e n t a r ya p p r o a c ha f t e rc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，a n dt h e nh a db e e n o p t i m i z e dd e s i g na c c o r d i n gt ot h i sd e s i g nc o n c e p t i nv i e wo fs l u r r yp u m pl i n e sw i l l a f f e c ti t sp e r f o r m a n c e ，i m p e l l e rl i n ee q u a t i o no fl o ws p e e ds l u r r yp u m ph a sl i t t l e d e g r e eo fd i s t o r t i o na n dv e r ys p e c i a l ，c o m p a r e da n da n a l y z e do nt h i sd e s i g ni m p e l l e r l i n e ，g o tan e wi d e a so fl i n ee q u a t i o no ft h ei m p e l l e r f i n a l l yt h ed r a w i n gm e a n so f p a n en e th a db e e na d o p t e dt ot h ec o n f i g u r a t i o no ft h ei m p e l l e ro nt h ed r a w i n g s o f t w a r eg a m b i tf o rt h i sd e s i g np u m p ，t h r e ed i m e n s i o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o nh a d b e e no p e r a t e db ym a k i n gu s eo ff l u e n t d i s c u s s e do ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t t h o r o u g h l y , t h ei n f l u e n c eo fe a c hk i n do ff a c t o rt os l u r r yp u m pw a sa n a l y z e db yt h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t f i n a l l yp u tf o r w a r dt h er e a s o n a b l ep r o p o s a lt ot h ed e s i g n o ft h es l u r r yp u m p h eq i a n y u ( t h e r m a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gs h u a n g y i n k e yw o r d s ：s l u r r yp u m p ，o p t i m i z a t i o n ，d e s i g n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文低比转速渣浆泵的性能研究，是本 人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：乏马垄垒 日 期：学位论文作者签名：j ：翻垒 日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 期： 导师签名： 日 期： 埤 御8 冬t ti 量韭一，7 一茸盟堕边 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及其意义 第一章绪论 在火力发电厂中，主机必须配合辅机才能使整个机组正常或高效运转，从而 生产电能。特别是锅炉给水泵、磨煤机、送引风机、循环水泵等关键设备，技术 要求高，直接影响到整个电站运行的可靠性及经济性。但由于我国长期存在“重 主机轻辅机一的思想，目前在发电行业中辅机的运行效率低、可靠性差的问题比 较严重。 而泵作为发电厂重要辅机设备之一，对于火力发电厂的安全、经济生产起着 重要的作用，泵在火力发电厂的热力系统中，宛如人体内的心脏一样，促使工质 不断地在循环系统中工作，它要求任何一台泵都应无故障地输送流体。否则任意 一台泵的事故，都将使电厂的生产中断，造成无法弥补的损失。 因此对电厂辅机设备泵的性能要求也就显得尤为重要了。然而据资料统计， 目前国内泵的耗电量约占全国耗电总量的2 5 左右。所以提高泵的技术指标，节 约能耗，对提高整个电厂经济效益有着不可忽视的作用。 而低比转速渣浆泵在泵类中属于耗材、耗能大户，虽然在电力系统中的应用 主要体现在火力发电厂的水力除灰系统中和火力发电厂湿式石灰石洗涤法脱硫系 统中，以及大量的应用在水力发电厂中。但其效率低、寿命短的缺点带来的损耗 也很严重，为此也正在引起各国工业部门的重视。知其然更要知其所以然，分析 原因可知，造成其寿命短，效率低的主要因素有以下两点： ( 1 ) 当叶轮与泵体的间隙在磨损作用下逐渐增大时，将导致容积效率下降。 同时，过流表面随着磨损的发展将凹凸不平，进而失去原设计表面，使水力效率 降低。 ( 2 ) 过流件表面磨损后凹凸不平，促进了水流的局部扰动和空化的发展，叶 轮的不对称磨损将造成机械的不平衡。这些因素都会使泵振动加剧，缩短轴承及 机械密封的寿命。 低比转速渣浆泵与普通离心泵相比，低比转速渣浆泵又有其特殊性。低比转 速渣浆泵一般是指比速疗t 3 0 8 0 i 9 】的离心泵，它具有流量小、扬程高的特点。 正是这样的特殊性决定了设计方法的特殊性。仅仅采用普遍的一元理论设计的泵 的叶型和流道不能适应能量最有效的转换，使流道内流动状态恶化，造成泵的效 率低，使用寿命短，运行噪声大，振动大1 1 3 】。这种方法显然已经无法满足工程上对 泵本身性能及使用寿命等各方面的要求，因此有必要探寻一套适用于这种特殊渣 华北电力大学硕士学位论文 浆泵的设计方法，设计出安全、高效、寿命长的满足需求的高效泵。 然而对渣浆泵进行水力设计优化和试验研究则是提高渣浆泵性能和寿命的有 效途径。在固液两相流渣浆泵的设计上，由于固体颗粒的存在导致叶轮中两相流 动的复杂化，以致直到目前为止，渣浆泵的水力设计还没有广泛认可的理论计算 公式，而仍然依靠经验公式和具体工况条件进行。 以国家的行业政策为指导，以工程的应用为背景，本课题拟进行低比转速渣 浆泵的设计及性能研究，使泵体与实际运行条件相适应，以提高低比转速渣浆泵 的性能，取得较好的科学研究及工程应用价值，为工程实践做参考。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内研究动态 在国内，低比转速渣浆泵设计方法的研究，随着国民经济的发展和科学技术 的进步，才逐渐发展起来。我国对渣浆泵的研究工作从8 0 年代初才开始，无论理 论研究水平还是试验研究水平，与国外相比均有很大差距。 8 0 年代中期，刘湘文根据自己多年积累的试验数据和设计经验，参照水泵的 计算公式和一些国外资料，在我国较早地提出了离心式渣浆泵系数设计法。该设计 方法是一种利用实验系数的经验公式法，比较有效和可靠。其设计要点包括： ( 1 ) 叶轮外径计算公式； ( 2 ) 叶片宽度计算公式； ( 3 ) 叶片出口角度的选取； ( 4 ) 叶片入口角度计算公式； ( 5 ) 叶片型线采用双圆弧曲线或者对数曲线。 由于该设计方法主要是针对渣浆泵的设计提出的，因此对渣浆泵的设计很有 价值，而用于对其它类型渣浆泵的设计还有待完善之处。但由于该设计方法提出 较早，后来在渣浆泵的设计中也经常用于参考。 何希杰推导了渣浆泵基本方程式，分析了固相和液相在叶轮内的运动及其与 外特性的关系，提出了优化的数学模型。 张赐豪应用两相流理论对1 2 p n 型渣浆泵的水力部件进行了改进设计：用杜 兰德( d u r a n d ) 公式计算叶轮进口流速，并以此确定叶轮进口直径，叶片出口宽度 及选取合理的叶片出口角度。 两相流理论设计的叶轮叶片形状基本上适应了固体颗粒的运动，磨损方面， 特点是愈磨愈亮，而不像以前那样叶轮被磨成鱼鳞坑状或海绵状。泵对现场工况 的变化有较强的适应能力，铸铁叶轮寿命也得到很大的提高。 2 华北电力大学硕士学位论文 1 2 2 国外研究动态 国外离心式渣浆泵的研究，大体上可以分为三个发展阶段： 第一阶段，从3 0 年代到6 0 年代；在这段时间里，主要从分析固体颗粒在叶 轮中的运动入手，提出计算公式。有三个代表性研究成果。1 9 3 7 年，奥布雷恩等 对固体颗粒在离心泵叶轮内的运动进行了分析，并通过试验，研究了颗粒粒径和 渣浆体积浓度对泵性能的影响，提出了砂水混合物在叶轮内运动的物理模型。1 9 4 2 年，费而班克提出了输送固液混合物时泵的理论扬程表达式也是渣浆泵的基本方 程式。1 9 6 2 年，太田启吉良将离心式砂泵叶轮和泵体内的流动作为弯曲流道及其 流管外面外加压力的问题进行了分析，利用图解法示出固体颗粒在叶轮内不同时 刻的运动状态和轨迹。 第二阶段，从6 0 年代到8 0 年代；采用先进的测试手段( 如高速摄影) 观察颗 粒在叶轮内的运动，用以验证提出的颗粒运动方程，进而试验研究确定数学模型。 1 9 6 3 年，板谷树、西川孝雄用高速摄影机对固体颗粒在砂泵叶轮内的运动轨迹进 行拍照，并进行了分析。1 9 7 5 年，扎里亚分析了固体颗粒受力和对泵性能的影响， 得出了泵送混合物时水头与泵转速、混合物流量、固体颗粒密度、粒径和叶轮出 口宽度等参数之间的经验公式和泵效率与混合物容重，粒径和叶轮直径之间的经 验公式。 第三阶段，从8 0 年代初到现在。在这个阶段，主要利用有限元等方法运用计 算机等工具对泵内运动情况进行分析计算。1 9 8 0 年，m 罗科，f 雷哈特提出叶轮 有效运转寿命由最大局部磨损来确定。叶轮最终设计是最佳水力型式和最佳腐蚀 型式兼顾的方案。1 9 8 3 年，b 卡列林提出叶轮叶片磨损强度随着泥沙颗粒尺寸逐 渐增加而增强。粒径增加会引起叶片进口区的显著磨损。1 9 8 6 年，罗科等人利用 有限元法计算了环形压出室内的水力损失，指出水头损失与压出室的形状、流量、 浓度和从叶轮流入的边界条件等因素密切相关。 1 3 课题研究内容 本课题的主要研究内容是对低比转速渣浆泵进行初步造型设计及性能研究。 渣浆泵没有固定的设计方法可循，对此查阅相关资料，设计方法主要有三种： 两相流设计法、经验系数设计法和速度比系数设计法。虽然速度系数法是应用在 介质为清水时的设计理论，设计渣浆泵的经验不是很丰富，目前也没有现成的手 册可以参考，但鉴于速度比系数理论比较成熟完善，用于设计渣浆泵时，由于介 质差异，可能会存在设计效果不理想。所以本文计划在用速度比系数确定叶轮主 要参数的过程中用两相流设计法和经验系数设计法相互补充设计，对设计的叶片 3 华北电力大学硕士学位论文 型线加以验证研究，然后建立泵体c a d 模型，用f l u e n t 软件进行流场的模拟， 得出模拟的性能结果，再同设计要求的性能相比较，如有差距，寻找差距的原因， 并反复修改改进，如差距较大或时间允许，尝试三种方法结合重新确定叶轮参数， 直到设计出符合要求的渣浆泵。 具体研究工作如下： 设计方法相互补充确定叶轮参数； 叶轮叶片绘型，因为此类低比转速泵叶型比较特殊，对其直接绘型方程 进行研究； 运用g a m b i t 软件构体，f l u e n t 软件模拟性能分析。 设计工作时间紧迫，任务繁重，设计泵本身就是一个很复杂和繁琐的过程， 如叶轮型线的绘制过程至少需要一周的时间，而每改变一种算法甚至一个参数都 需要重新绘制线型和用g a m b i t 构体，工作量之大很难预测，所以有些设想的步骤 可能真正做起来会有一定难度，预期目标能否全部实现还有待于进一步努力证实。 4 华北电力大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章低比转速渣浆泵的设计方法介绍 离心式渣浆泵的工作原理和离心式水泵的工作原理相同，但因运行工质不同， 其设计方法与清水泵的设计方法有些许区别。加上泵内固液两相流动的复杂性， 人们在研究泵内两相流动规律和建立渣浆泵合理的设计方法等方面遇到了很多困 难。许多学者对渣浆泵的设计原理进行了探讨【3 3 1 ，并提出了一些实用的设计方法。 2 2 两相流设计法 2 0 世纪8 0 年代以来，研究者将固液两相流理论应用于渣浆泵的水力设计中， 逐步形成了渣浆泵的两相流设计法。 此种设计方法主要有如下两个特点： a 效率高 由于渣浆泵的自由通过直径加大，叶片数减小，同时内部间隙加大，加上固 体的撞击和磨损，摩擦系数加大，机械效率和容积效率必然下降，通常容积效率 和机械效率变化范围不大，占的比重也比较小，所以水力效率的变化是主要的， 直接影响泵的效率，但是按照两相流设计的渣浆泵叶型和流道是按照水流的真正 速度场设计的，能够最有效地转换能量，而且在一定条件下，水力效率不仅不会 下降，反而会有所上升，使渣浆泵输送介质的效率在很大范围内都高于清水。当 然如果固体的浓度很高，流量百分比很大，绕流阻力损失占的比重加大，就不一 定仍然高于清水，但是实验结果表明，当浆液的重量浓度达到5 0 左右的时候， 效率仍然高于清水的效率。 b 使用寿命长 按两相流设计的渣浆泵可以有效地转换能量，减轻磨蚀。从汽蚀破坏的角度 来看，两相流设计泵的叶型和流道是按两相流中水流速度场进行计算的，其压力 场也是可以控制的，因此按两相流设计的渣浆泵在实际变工况运行中，很少会发 生两相流汽蚀破坏，而是越磨越光滑，不会出现鱼鳞状或蜂窝状的破坏形式。 渣浆泵的两相流设计法因其上述的特点，在实际中得到了广泛的应用，目前 主要的两相流设计法包括畸变速度设计法和固液速度比设计法。 5 华北电力大学硕士学位论文 2 2 1 畸变速度设计法 这种设计法是由蔡保元【4 l 提出来的，他把固体作为水流运动的边界条件，由 于固体的影响，在泵的进口，固体对液体产生“相对堵塞；在泵的出口，固体对 液体产生“相对抽吸，从而使水流的速度场发生某种畸变。在设计渣浆泵的叶型 和流道时，应根据两相流水流的畸变速度场来设计。 1 泵吸入室的设计 在泵吸入室中，固液混合物中的固体对流道产生相对阻塞作用，使过流面积 “相对缩小 ，从而引起液流速度比产生畸变。泵吸入室的两相流工作方程式为 圪一k k( 2 1 ) 嘭昨一砰( 2 - 2 ) 式中 吒、k 、分别为两相a i l 拘：g a i 、固体、清水的速度； k 吸入室处固体特性系数，其计算式如下： k 2(一3pc ) v z ij 式中广重力加速度； d 颗粒当量直径，d = , a j v 2 d ； r 吸入室的固体颗粒归算系数； n - 一固体堆积的体积浓度； d 一吸入室的等效直径； p ”固体密度； p 浆体密度； c ，迎流方向绕流阻力系数； c ，垂直于迎流方向的紊流阻力系数； 噍颗粒当量直径，吐= 展卅2 d o ； 鼠吸入室的固体颗粒归算系数； m 固体堆积的体积浓度； d n 吸入室的等效直径。 式( 2 - 1 ) 是两相流的输送方程式，式( 2 2 ) 是两相流水流的畸变方程式。 2 叶轮的设计 在离心力和绕流阻力对抗的作用下，泵叶轮中固、液两相的速度产生了差异。 在叶轮的入口，固体对叶轮入口相对阻塞【3 ，液体速度大于固体速度；在叶轮的 出口，固体对液体相对抽吸，固体速度大于液体速度。叶轮的工作方式为： 6 华北电力大学硕士学位论文 一一k 吗一吃一砰 k 一 式中 v m m 、，两相流的水流、固体、清水的轴面速度分量； 泵轮旋转的角速度； 冠叶轮的旋转半径； d ，固体颗粒的轴面投影粒径； e 固体颗粒轴面迎流阻力系数。 3 压水室的设计 按等速计算，则压水室两相流的水流畸变速度为： v l k ( 2 9 h ) ”- a v 式中k ，螺旋形蜗室的速度系数； av叶片出口出液流的圆周滑移量。 蜗壳第八断面处的过流面积为： 磊= 0 v 。, 1 0 一1 ) j 式中 1 为固体“相对阻塞的堆积体积浓度； ，7 为泵的效率。 2 2 2 固液速度比设计法 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) ( 2 - 7 ) 这种设计法以许洪元1 5 li 加】提出的固液速度比设计原理为基础，该理论认为， 泵流道中的固液两相流动为分离流动。由于固体和液体密度不同，在泵流道的不 同部位，固液两相有不同的速度场。由于固相和液相之间的速度比不同，固液两 相的浓度比也随之变化。定义： 固液两相流速度比：k = 匕 固液两相流浓度比：k c j q 式中圪、”分别是固相和液相的速度； c 、g 分别是固液两相流的输送( 体积) 浓度和当地( 体积) 浓度。 由两相流动研究推导得的固液速度比方程为： k c ：+ ( 1 一c ) k ( 2 - 8 ) 1 吸水室进口直径 么- ( 1 一c ) k ( k c ) 】班( 吲彤) 啦( 2 - 9 ) 2 叶轮设计 7 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 叶轮进口直径 d o - 0 刮k ) 1 1 k 摆 ( 2 1 0 ) ( 2 ) 叶轮出口直径 d 2 一罢p 厄丽】( 2 - 1 1 )石甩l 。 j 式中b 。磐立掣盟l ； z 【1 一c y ，t a n 2 y 叶轮出口液相轴面流速，其求解式为： y 。 笠g 二9 2 望 。 ( k c ) ，7 ，万d z b 2 k 2 一一渣浆泵输送浆体时的理论扬程( 米浆柱) 。 ( 3 ) 叶片表面型线 叶片表面型线采用变角螺旋线较为理想，也可以采用双圆弧曲线，因为双圆 弧曲线制造工艺简单，并且运行效率较高。双圆弧的中间圆半径，：的大小可根据 下式确定： 。o 5 ( r 2 ) 帖+ 0 5 ( + 吒) ( 2 - 1 2 ) 式中 、吒叶轮进、出口处半径。 3 压水室的设计 为了兼顾水力效率和抗磨性能，采用“准螺旋型涡室一，涡室第八断面的面积 可由下式计算： 磊一( 1 + g ) 1 j q 吩( 2 1 3 ) 式中 吩压水室的流速，可由v 3 = k a ( 2 9 h m ) 0 j 确定； 巧压水室的速度系数； 以泵的设计扬程( 米浆柱) 。 2 3 经验系数设计法 经验系数设计法1 1 2 】是通过对已有渣浆泵水力模型进行数理统计和回归分析 而形成的一种经验设计法，也是渣浆泵设计中十分常用的设计方法。它要求设计 者具有丰富的设计经验，利用经验设计法设计的渣浆泵在许多行业都得到了广泛 的应用。 8 华北电力大学硕士学位论文 2 3 1 渣浆泵叶轮的设计 1 叶轮进口直径哦 叶轮进口直径可按下式确定 d o = ( q 肛) 乃 ( 2 1 4 ) 式中叶轮进口速度系数，k o = 3 5 4 5 ； 叶片进1 = i 直径可取q 一岛。 2 叶轮出口直径风 定义单元水力尺寸公式为：o o - ( q 加妒 ( 2 1 5 ) ( 1 ) 当对抗磨性要求较高时，按下式计算叶轮外径 d ：0 0 = k 2 ( n , 1 0 0 ) - 。 5 ( 2 1 6 ) 式中砭叶轮出口速度系数。k - - 9 o 9 6 强磨蚀条件时取较小值，反之取 较大值； 万泵的比转速。 ( 2 ) 当对效率要求较高时 h 苫8 5 m ，ns 时按下式计算叶轮外径s 8 0 o d d o - 8 3 4 3 4 ( n ，1 0 0 ) 删1 3 ( 2 1 7 ) 日 2 ( 2 - 3 8 ) 对比转速较高或尺寸较小的泵取大值，反之取小值。 ( 2 ) 蜗形体进1 ：3 宽度玩 确定蜗形体进口宽度b 3 时，主要考虑使叶轮前、后盖板与蜗形体侧壁之间有 足够的间隙以利于回收部分圆盘损失功率。若不包括叶轮前、后盖板厚度在内的 叶轮出口宽度为6 ，可取 以= 也+ 0 0 观 ( 2 3 9 ) ( 3 ) 舌角 蜗形体隔舌的舌角口3 一般取a 3 一口2 = t g 一( ：屹：)( 2 4 0 ) ( 4 ) 隔舌起始角 一般将通过隔舌起点( 即蜗形体与基圆相交的点) 的断面称为0 断面，见图2 - 1 ， 8 断面与o 断面之间的夹角称为隔舌起始角。理论上隔舌起点应放在第八断面 的基圆上，但是泵的咒。增加后，蜗形体中的速度减慢，蜗形体断面面积增加，径 向尺寸增加，会使隔舌变的很薄，或影响蜗形体的扩散管在此区域的形状。因此咒。 增大后，也应适当增加。如表2 4 所示为隔舌起始角随比转速的经验数值。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 几 3 0 8 09 0 1 3 01 4 0 2 2 02 3 0 3 6 0 0 。1 5 。1 5 。2 2 5 。2 5 。3 8 。3 8 。4 5 。 ( 5 ) 蜗形体各断面面积的计算 计算蜗形体各断面面积时，是把蜗形体中的圆周方向平均速度看作常数来设 计的。计算时先根据n ，在蜗形体和导叶中的速度系数图中查得墨，求出各断面中 的平均速度 v l | k l 一2 9 hq - 4 1 ) 式中 u 蜗形体各断面中的平均速度( m s ) ； h 一泵的扬程( m ) ； 广重力加速度，g = 9 8 1 m s 2 ； 墨速度系数。 通过第八断面的流量为 q 8 一鼍产q ( 2 - 4 2 ) 式中 隔舌起始角( 。) ； q 一泵的流量( m 3 s ) 。 第八断面面积由下式求得t 只= q 8 v , ( 2 - 4 3 ) 其他各断面的面积可按下式计算，即 - ( , 3 6 0 一) 磊 ( 2 4 4 ) 式中 包角为c p 的某断面面积( m 2 ) ； 妒某断面的包角( 。) ； 层第八断面的面积( m 2 ) 。 ( 6 ) 扩散管 蜗形体扩散管部分的作用在于降低泵压出口的液流速度，使液体一部分动能 转变为压力能，减少压出管路的水力损失。 扩散管的进口可看作是蜗形体的第八断面( 见图2 1 ) ，其出1 2 1 是泵的压出口。 设计计算扩散管的长度和压出口直径d 。时，原则上长度应尽可能小，并应照 顾到泵压出口法兰尺寸符合法兰标准，法兰位置适当，便于n t 和装拆法兰螺栓。 1 5 华北电力大学硕士学位论文 另外，为了减小扩散损失，扩散角应在8 。1 2 。的范围内。 由于第八断面是梯形，而泵的压出口是圆形，所以只能求出蜗形体扩散管的 当量扩散角，其计算式如下： 培三一百o , - o , ( 2 - 4 5 ) 式中口扩散管当量扩散角； d 。压出1 3 直径： 扩散管直径； d 8 第八断面当量直径，起计算式为d 8 = 4 , q - 。 在计算时先根据结构选定扩散管长度l ，算出q ，再根据有利的0 值最后计 算出d ，标准直径。如需把d ，放大到泵吸入口直径皿，则应另加一扩散短管。 2 4 2 2 梯形断面蜗形体的绘型 ( 1 ) 蜗形体1 8 断面的绘制 用作图法绘制梯形断面如图2 2 所示： 氐 风 叭 也 佟 融 卜、 旷 i 工 工 蟛矧上 寸 i 卜 刚 i b 3p 图2 2 蜗形体各梯形断面的绘制 断面绘制过程中，有时甚至要多次修改，每修改一次都要用求积仪或用方格 纸来量一次面积，而且测量的面积存在误差。为此推荐下述计算方法以确定圆角 后的梯形断面。 这个方法规定蜗形体外壁由直线形成，梯形断面的用以圆角的圆弧圆心均位 于通过坟端点的垂直线上。 用计算法绘制梯形断面如图2 3 所示： 1 6 华北电力大学硕士学位论文 图2 3 用计算法绘制梯形断面 如上图2 - 3 所示，圆角后的某梯形面积应等于已经求得的某断面面积4 ，即 心一2 ( 4 + 4 + 鸣) ( 2 4 6 ) 式中矩形面积 扇形面积 4 = 三h a 。丝立石，z 3 6 0 0 三角彤回积 4 一互1 ，俾一，) c o s ) ， 因为 留y 。百h 培9 0 产。i 一， ， 所以 ，撇y 增竿 式中，在确定蜗形体侧壁斜度时已给定，令 c 吲f g 竿 可得 r c h 式中c 是由角度，确定的。 1 7 ( 2 4 7 ) ( 2 4 8 ) ( 2 - 4 9 ) ( 2 5 0 ) ( 2 5 1 ) ( 2 5 z ) ( 2 5 3 ) 华北电力大学硕士学位论文 于是扇形向积4 和二角形向积4 司分别表不为 4 = 等h 2 ( 2 - 5 4 ) 3 甜 呜。丢伽2 ( 1 一c ) c o s ) ，( 2 - 5 5 ) 将4 、4 、4 的值代入公式得 4 = 岛驯等彬+ c o c ) c o s ) ， t - 1 2 ( 2 - 5 6 ) 令 型旦幼c z + c o c ) c o s ，：b( 2 5 7 ) 3 6 0 。 7 。 、 可得 b h 2 + 0 3 - t 一4 = 0 日= - b 3 + b r 3 2 + 4 b a , ( 2 5 8 ) 2 b 、7 公式( 2 - 5 8 ) 中，屯是已被确定的数值，b 是) ，的函数，) ，已被确定，所以b 也 是确定的值。这样只要给出某断面的面积4 ，就可求得某断面的高度h ，也可求 出某梯形断面的圆角半径r 。 但) 蜗形体平面图的绘制( 如图2 4 所示) a h；2寒彦 11n ，八 婚岁、 v i i 图2 - 4 蜗形体平面图 1 8 。断孑罢：二挈絮竺型面与竺轴面成角，并与基圆色交于一觚即为 三誓善意2 盂：? ? 鼍慧竺蔓霍重合；赢毒丢苫_ 磊。藩：罢宅 翥芸霉：竺亨霎篓萋圭州免。和i 断面相运太三_ 姜磊支；叫裂嚣移至4 0 。，0 则可使0 和i 断面重合。 一八厶思人7 删横逝， 圆外：兰姜毒笔遮；黧譬圆的交点为起点，在相应的射线上分别向基 蓦竺詈了锻做轩徜酗被、t ：i = 端嚣喜徽善 的顶点i 、i i , i i i 1 。1 1 i 。_ 2 一r “8 1 哥刭廿u 息即为断面 此直塞芏三! 篙烹i 兰雾竺曼警要竺圭! ) 一侧作一条直线与。轴面射线口；角，在 訾三蓑老芸：罢竺鼎它詈竺譬离k 为革径蔷i 箍茹嚣雩鬈嚣 嚣罗嚣誓篥竺霎：翼兰要茎三堕二谲篇磊磊兰兹： 的，切点不一定在断面上，如此直画到断面。”困“叫凶弧厶。刚膛是利切 中求篡罂芝警蓁等乏“愁黎确毒尺寸a ，枷5 ( 0 3 堋，又用前述计算 毒言塞蓦薯芸三耄q 宇兰：譬要岂呈妻心并绘出q ，u 苡q 。焉并名亲茎霎霉萎芙 竺罂二：裟竺直线与矗；蒜。7 蒜。鼻蓑嚣鬻含 脸麓：- 徽詈戮袈? 蝴呦联磊；二赢鬻 ( 3 ) 扩散管中间断面的绘制，如图2 5 所示。 一“”u 列硼彤降删干圆圆。 图2 - 5 蜗形体的扩散管 的断言，萎誓：霎：竺兰答二c 窭蜗誓竺的断面和吐出口之间确定若干个等距离 的断面。然后画扩散管中间断面，将扩散管的主苫藩；三芸# 墨喜茎言；言詈 1 9 华北电力大学硕士学位论文 作若干条射线，将各射线对应扩散管进口断面和出口断面之间的长度按扩散管长 度的等分数作同样的若干等分，将相应的等分点圆滑地连接起来，就得到相应的 中间断面。最后要检查通过隔舌起始点的断面面积，应使 a o _ o q 屹 式中 4 o 通过隔舌起始点的断面0 0 的面积( 肌2 ) ； q 一泵的流量( 坍3 s ) ； 匕蜗形体各断面中的平均速度( m s ) 。 2 4 3 吸入室的设计方法 ( 2 5 9 ) 吸入室泛指泵进1 3 ( 吸入口) 到叶轮进口前的一段流道( 空间) 。吸入室的功能 是把液体按要求的条件引入叶轮。吸入室的速度较小，因而水力损失和压水室相 比要小得多，但是吸水室中的流动状态直接影响叶轮中的流动情况，对泵额定效 率也有一定的影响，尤其对泵的汽蚀性能影响较大。因此，吸入室应保证叶轮进 口前液流分布均匀，液流运动的速度方向符合要求，并应尽可能地减小吸入室中 的水力损失。按照吸入室的形状可分为锥管吸入室、环形吸入室和半螺旋形吸入 室三种。单级单吸低比转速灰浆泵多采用锥管吸水室。 锥管吸入室是一种最简单的吸入室，在单级泵中用得最广。由于这种吸入室 实际上只是一个锥管，很易设计。锥管吸入室的进口直径为泵的进口直径皿，出 口直径一般即等于叶轮的进口直径d ；，锥管吸入室的锥度为7 。1 8