專利名稱：一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法及該方法制作的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵的優(yōu)化方法及其產(chǎn)品，特別是關(guān)于一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的 優(yōu)化方法及該方法制作的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
雙蝸殼式雙吸泵作為一種新形式的泵，其不僅繼承了單蝸殼式雙吸泵高揚(yáng)程、大 流量、平衡軸向力等優(yōu)點(diǎn)，理論上還可以有效地減少泵運(yùn)行過程中產(chǎn)生的葉輪徑向力，改善 泵站系統(tǒng)的振動(dòng)情況。
目前，不管是實(shí)驗(yàn)室中的真機(jī)或者模型試驗(yàn)，還是CFD數(shù)值模擬法，大多數(shù)還停留 在對(duì)給定的某一雙蝸殼泵進(jìn)行水力性能、壓力脈動(dòng)、徑向力的分析，尚無對(duì)由單蝸殼轉(zhuǎn)化為 雙蝸殼的主要部件——隔板——進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。因此，隔板位置、形狀對(duì)雙吸泵 的水力特性及葉輪徑向力的影響效果尚不明確。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異和計(jì)算流體動(dòng) 力學(xué)的迅速發(fā)展，通過對(duì)過流部件的全三維流道數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)泵的水力性能及得到流場(chǎng) 中的非對(duì)稱性受力，已成為可能。到目前為止，尚無對(duì)雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法進(jìn)行 數(shù)值模擬的研究，而不合理的隔板設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致泵的揚(yáng)程和效率大幅度減小，進(jìn)而無法滿足 泵的實(shí)際工作要求。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法及該方 法制作的產(chǎn)品，其能在保持泵的原有水力性能的條件下，最大程度地減少葉輪徑向力，為實(shí) 際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方 法，其包括以下步驟1)以蝸殼基圓最低端為起點(diǎn)，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)180° 225° 之間選取若干個(gè)位置作為隔板的起始位置；幻分別將各起始位置構(gòu)成的雙蝸殼式雙吸泵 進(jìn)行三維造型及網(wǎng)格化分，將劃分好的網(wǎng)格模型導(dǎo)入到CFD商業(yè)軟件——ANSYS-CFX中進(jìn) 行數(shù)值模擬計(jì)算，采用雷諾時(shí)均法和SSTk-ω湍流模型，并根據(jù)雙蝸殼雙吸泵的實(shí)際運(yùn)行 工況范圍，將進(jìn)口流量條件、出口壓力條件、和假設(shè)壁面為水力光滑壁面并按對(duì)數(shù)律給定無 滑移邊界條件作為參數(shù)和初始條件輸入模型進(jìn)行模擬；幻根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到各 起始位置下，雙蝸殼式雙吸泵與單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨 流量分布圖；4)通過分析流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖，選取 雙蝸殼式雙吸泵的各流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線中與單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效 率曲線最相近，以及葉輪徑向力最小的曲線所對(duì)應(yīng)的起始位置，作為雙蝸殼式雙吸泵隔板 的起始位置；5)以蝸殼基圓最低端為起點(diǎn)，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)270°到擴(kuò)散管的擴(kuò)散 段之間選取若干位置作為隔板的終止位置；6)采用與步驟幻相同的數(shù)值模擬方法對(duì)由隔 板各終止位置構(gòu)成的雙蝸殼式雙吸泵分別進(jìn)行模擬；7)根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到 各終止位置下，雙蝸殼式雙吸泵與未加隔板的單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖；8)通過分析流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流 量分布圖，選取雙蝸殼式雙吸泵的各流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線中與單蝸殼泵的流量-揚(yáng) 程、流量-效率曲線最相近，以及葉輪徑向力最小的曲線所對(duì)應(yīng)的終止位置，作為雙蝸殼式 雙吸泵隔板的終止位置；9)雙蝸殼式雙吸泵隔板的起始位置到終止位置之間采用圓弧過 渡，圓弧過渡采用的曲線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程
其中，R3為蝸殼的基圓半徑；e為自然對(duì)數(shù)少為以基圓的圓心為頂點(diǎn)，以隔舌所在 截面和蝸殼內(nèi)任一截面為邊所構(gòu)成的夾角·Μ、:^￡2 ’ α 3為葉輪出口的絕對(duì)速度角，Q為設(shè)計(jì)流量，b為葉輪的出口寬度，A=M，1(2為常數(shù)，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，Ht為理論揚(yáng)ω程，ω為葉輪角速度；10)雙蝸殼式雙吸泵隔板優(yōu)化完成。
所述步驟4)中，確定的隔板的起始位置為隔舌繞基圓旋轉(zhuǎn)180° ；所述步驟8)中， 確定的隔板的終止位置為上述起始位置繞基圓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180°。
采用上述雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法制作的雙蝸殼式雙吸泵隔板及雙蝸殼 式雙吸泵。
所述隔板的起始位置為隔舌繞基圓旋轉(zhuǎn)180°，所述隔板的終止位置為上述起始 位置繞基圓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180° ；所述隔板弧度的曲線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于將蝸殼內(nèi)隔板的 最佳起始位置設(shè)置為隔舌繞基圓旋轉(zhuǎn)180°，因此，可以將蝸殼內(nèi)部分為對(duì)稱的兩個(gè)流道， 阻止葉片出口高速液流與低速液流的相遇撞擊，使液流可較平穩(wěn)地繞過隔板頭部從而流入 蝸殼內(nèi)部。2、本發(fā)明由于將蝸殼內(nèi)隔板的終止位置設(shè)置為隔板起始位置繞基圓旋轉(zhuǎn)180°， 因此，可以使隔板兩側(cè)同時(shí)受到液流的動(dòng)反力的作用，有效地平衡葉輪徑向力，同時(shí)避免在 蝸殼的擴(kuò)散管產(chǎn)生渦流區(qū)使液體能量損失增加，導(dǎo)致泵的泵揚(yáng)程和效率下降，使該雙蝸殼 式雙吸泵保持原有的水力性能。3、本發(fā)明由于采用對(duì)數(shù)螺旋線方程，將隔板的起始位置和 終止位置進(jìn)行圓弧過渡，因此，符合沿封閉周線的速度環(huán)量等于零的設(shè)計(jì)理論，具有在設(shè)計(jì) 流量和非設(shè)計(jì)流量時(shí)，隔板對(duì)葉輪徑向力的削減效果最為明顯的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的方法操作 方便，能夠?yàn)閷?shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠在保持泵的原有水力性能的 條件下，最大程度地減少葉輪徑向力，因此，本發(fā)明可廣泛用于雙蝸殼式雙吸泵的產(chǎn)品設(shè)計(jì) 中。


圖1是本發(fā)明雙蝸殼式雙吸泵的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是圖1的A-A剖視示意圖
圖3是本發(fā)明將蝸殼劃分截面示意圖
圖4是本發(fā)明隔板起始位置優(yōu)化方案的結(jié)構(gòu)示意圖
圖5是本發(fā)明隔板起始位置優(yōu)化方案的外特性曲線圖
圖6是本發(fā)明隔板起始位置優(yōu)化方案的葉輪徑向力隨流量分布圖
圖7是本發(fā)明隔板終止位置優(yōu)化方案的結(jié)構(gòu)示意圖
圖8是本發(fā)明隔板終止位置優(yōu)化方案的外特性曲線圖
圖9是本發(fā)明隔板終止位置優(yōu)化方案的葉輪徑向力隨流量分布圖
圖10是本發(fā)明最終確定的隔板位置示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1、圖2所示，雙蝸殼式雙吸泵包括蝸殼1，蝸殼1內(nèi)設(shè)置有葉輪2，葉輪2入口 設(shè)置半螺旋型吸入室3。蝸殼1包括蝸形體4和擴(kuò)散管5，沿蝸形體4的旋轉(zhuǎn)弧度，以及擴(kuò) 散管5的擴(kuò)散段設(shè)置有一隔板6，隔板6將蝸殼1的內(nèi)部分成兩個(gè)流道。水流經(jīng)半螺旋型吸 入室3進(jìn)入葉輪2，經(jīng)葉輪2帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后流入蝸殼1，水流通過蝸形體4內(nèi)的兩個(gè)流道旋轉(zhuǎn) 流動(dòng)后，經(jīng)擴(kuò)散管5流出。
本發(fā)明的目的是在保持雙蝸殼式雙吸泵原有水力性能的前提條件下，最大程度地 削減葉輪2的徑向力，而達(dá)到該目的主要需要考慮的影響因素是鍋殼1內(nèi)，隔板6設(shè)置的 起始位置和終止位置。
基于上述目的，本發(fā)明方法包括以下步驟
1)如圖3所示，以蝸形體4的底部結(jié)束位置作為截面VIII，截面VIII繞蝸形體4 的基圓7向隔舌8的方向旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)45°做一截面，依次為截面I、II、III、IV、V、VI、VII。
2)如圖4所示，在截面IV到截面V之間，包括截面IV和截面V的位置，選取若干 個(gè)位置作為隔板6的起始位置。本實(shí)施例中，選取的隔板6的起始位置為兩個(gè)，分別為將 蝸殼1截面IV的位置作為起始位置一 H1,將隔舌8繞基圓7旋轉(zhuǎn)180°的位置作為起始位~- H2ο
3)分別將由隔板6的各起始位置構(gòu)成的雙蝸殼式雙吸泵分別進(jìn)行三維造型及網(wǎng) 格化分，將劃分好的網(wǎng)格模型導(dǎo)入到CFD商業(yè)軟件——ANSYS-CFX中進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，采 用雷諾時(shí)均法(RANs)和SSTk-ω湍流模型，根據(jù)雙蝸殼雙吸泵的實(shí)際運(yùn)行工況范圍，邊界 條件采用進(jìn)口流量條件、出口壓力條件，以及假設(shè)壁面為水力光滑壁面，并按對(duì)數(shù)律給定無 滑移邊界條件，進(jìn)行數(shù)值模擬。
4)如圖5、圖6所示，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到各起始位置下，雙蝸殼式雙 吸泵與未加隔板的單蝸殼泵的外特性曲線圖、葉輪徑向力隨流量分布圖。通過外特性曲線 圖中的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線比較，可看出在不同的流量下，起始位置二壓的揚(yáng)程、 效率與未加隔板的單蝸殼泵基本持平，即保持泵的原有水力性能；同時(shí)由葉輪徑向力隨流 量分布圖可看出，起始位置二吐的葉輪徑向力平均減少到單蝸殼徑向力的1/2，為起始位置 -H1時(shí)的葉輪徑向力的1/4。
由此可得出采用起始位置二 H2,即隔舌8繞基圓7旋轉(zhuǎn)180°作為隔板6的起始 位置時(shí)，雙蝸殼式雙吸泵既保持泵的原有水力性能，同時(shí)又最大程度地削減了葉輪徑向力。 至此隔板6的起始位置可以確定。
5)如圖7所示，在蝸殼1的截面VI位置到擴(kuò)散管5的擴(kuò)散段之間選取若干位置 作為隔板的終止位置。本實(shí)施例中，隔板6的終止位置列舉了三個(gè)，分別為以起始位置二 H2 繞基圓7旋轉(zhuǎn)90°作為終止位置一 F1，以起始位置二 H2繞基圓7旋轉(zhuǎn)180°作為終止位置二 F2，將擴(kuò)散管5的1/3處作為終止位置三F3。
6)采用與步驟幻相同的數(shù)值模擬方法對(duì)由隔板6的各終止位置構(gòu)成的雙蝸殼式 雙吸泵分別進(jìn)行模擬。
7)如圖8、圖9所示，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到各終止位置下，雙蝸殼式雙 吸泵與未加隔板的單蝸殼泵的外特性曲線圖、葉輪徑向力隨流量分布圖。通過外特性曲線 圖中的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線比較可看出，在不同的流量下，隔板6的任一終止位置 都會(huì)使泵的揚(yáng)程、效率有所下降，其中終止位置二 F2和終止位置三&處的揚(yáng)程、效率下降較 少，終止位置一 F1處的揚(yáng)程、效率下降較多。由葉輪徑向力隨流量分布圖可看出，終止位置 一 F1的葉輪徑向力遠(yuǎn)高于終止位置二 F2和終止位置三F3的葉輪徑向力；終止位置二 F2的 葉輪徑向力分布較均勻，平均減少到單蝸殼徑向力的1/2 ；終止位置三F3的葉輪徑向力平 均也減少到單蝸殼徑向力的1/2，但在小流量工況下⑴^ IOOOmVh)的葉輪徑向力遠(yuǎn)高于 終止位置二 F1和終止位置三F2。
由此可得出采用終止位置二F2,即起始位置二H2繞基圓旋轉(zhuǎn)180°作為隔板6的 終止位置時(shí)，雙蝸殼式雙吸泵既保持泵的原有水力性能，同時(shí)又最大程度地削減了葉輪徑 向力。至此隔板6的終止位置可以確定。
8)如圖10所示，由上述步驟可以確定蝸殼1內(nèi)隔板6的起始位置為隔舌8繞基圓 7旋轉(zhuǎn)180° ；終止位置為該確定的起始位置繞基圓7旋轉(zhuǎn)180°。隔板6的起始位置到終止位置之間采用圓弧過渡，圓弧過渡采用的曲線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程
=Vgci3ip
其中，R3為蝸殼1的基圓半徑；e為自然對(duì)數(shù)少為以基圓7的圓心為頂點(diǎn)，以隔舌 8所在截面和蝸殼1內(nèi)任一截面為邊所構(gòu)成的夾角^a3，α 3為葉輪2出口的絕對(duì)速度角，Q為設(shè)計(jì)流量，b為葉輪2的出口寬度，^2差，K2為常數(shù)，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋?‘Ht為理論揚(yáng)程，ω為葉輪角速度。
9)雙蝸殼式雙吸泵隔板優(yōu)化完成。
采用上述優(yōu)化方法，可以得到本發(fā)明雙蝸殼式雙吸泵隔板結(jié)構(gòu)，即在蝸殼1內(nèi)設(shè) 置隔板6，隔板6的起始位置為隔舌8繞基圓7旋轉(zhuǎn)180°，該起始位置繞基圓7繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 180°為隔板6的終止位置，隔板6的起始位置和終止位置之間采用圓弧過渡，圓弧過渡采 用的曲線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程
R = R/8^
其中，R3為蝸殼1的基圓半徑；e為自然對(duì)數(shù)少為以基圓7的圓心為頂點(diǎn)，以隔舌 8所在截面和蝸殼1內(nèi)任一截面為邊所構(gòu)成的夾角 ，屯、=^~2’ α 3為葉輪2出口的絕對(duì)速度角，Q為設(shè)計(jì)流量，b為葉輪2的出口寬度，^2 =^ K2為常數(shù)，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，?‘Ht為理論揚(yáng)程，ω為葉輪角速度。
上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法，其包括以下步驟1)以蝸殼基圓最低端為起點(diǎn)，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)180° 225°之間選取若干個(gè) 位置作為隔板的起始位置；2)分別將各起始位置構(gòu)成的雙蝸殼式雙吸泵進(jìn)行三維造型及網(wǎng)格化分，將劃分好的 網(wǎng)格模型導(dǎo)入到CFD商業(yè)軟件——ANSYS-CFX中進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，采用雷諾時(shí)均法和 SSTk-ω湍流模型，并根據(jù)雙蝸殼雙吸泵的實(shí)際運(yùn)行工況范圍，將進(jìn)口流量條件、出口壓力 條件、和假設(shè)壁面為水力光滑壁面并按對(duì)數(shù)律給定無滑移邊界條件作為參數(shù)和初始條件輸 入模型進(jìn)行模擬；3)根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到各起始位置下，雙蝸殼式雙吸泵與單蝸殼泵的流 量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖；4)通過分析流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖，選取雙蝸殼 式雙吸泵的各流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線中與單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線最 相近，以及葉輪徑向力最小的曲線所對(duì)應(yīng)的起始位置，作為雙蝸殼式雙吸泵隔板的起始位 置；5)以蝸殼基圓最低端為起點(diǎn)，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)270°到擴(kuò)散管的擴(kuò)散段之間 選取若干位置作為隔板的終止位置；6)采用與步驟幻相同的數(shù)值模擬方法對(duì)由隔板各終止位置構(gòu)成的雙蝸殼式雙吸泵分 別進(jìn)行模擬；7)根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到各終止位置下，雙蝸殼式雙吸泵與未加隔板的單 蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖；8)通過分析流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖，選取雙蝸殼 式雙吸泵的各流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線中與單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線最 相近，以及葉輪徑向力最小的曲線所對(duì)應(yīng)的終止位置，作為雙蝸殼式雙吸泵隔板的終止位 置；9)雙蝸殼式雙吸泵隔板的起始位置到終止位置之間采用圓弧過渡，圓弧過渡采用的曲 線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程其中，R3為蝸殼的基圓半徑；e為自然對(duì)數(shù)少為以基圓的圓心為頂點(diǎn)，以隔舌所在截面 和蝸殼內(nèi)任一截面為邊所構(gòu)成的夾角W=^T2 , α 3為葉輪出口的絕對(duì)速度角，Q為設(shè)計(jì)流量，b為葉輪的出口寬度，& =^l，K2為常數(shù)，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋琀t為理論揚(yáng)程，ωω ‘為葉輪角速度；10)雙蝸殼式雙吸泵隔板優(yōu)化完成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟 4)中，確定的隔板的起始位置為隔舌繞基圓旋轉(zhuǎn)180° ；所述步驟8)中，確定的隔板的終止 位置為上述起始位置繞基圓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180°。
3.采用如權(quán)利要求1或2所述雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法制作的雙蝸殼式雙吸泵 隔板及雙蝸殼式雙吸泵。
4.如權(quán)利要求3所述的雙蝸殼式雙吸泵隔板，其特征在于所述隔板的起始位置為隔 舌繞基圓旋轉(zhuǎn)180°，所述隔板的終止位置為上述起始位置繞基圓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180° ；所述隔 板弧度的曲線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙蝸殼式雙吸泵隔板的優(yōu)化方法及該方法制作的產(chǎn)品，其包括以下步驟選取由隔板的若干起始位置和若干終止位置構(gòu)成的雙蝸殼式雙吸泵分別進(jìn)行三維造型及網(wǎng)格化分，將劃分好的網(wǎng)格模型導(dǎo)入到ANSYS-CFX軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，得到各起始和各終止位置下，雙蝸殼式雙吸泵與單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線圖和葉輪徑向力隨流量分布圖；通過分析曲線圖和分布圖，選取雙蝸殼式雙吸泵的各流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線與單蝸殼泵的流量-揚(yáng)程、流量-效率曲線最相近，以及葉輪徑向力最小的曲線所對(duì)應(yīng)的起始位置和終止位置，對(duì)應(yīng)作為雙蝸殼式雙吸泵隔板的起始位置和終止位置；將起始位置到終止位置之間采用圓弧過渡，圓弧過渡采用的曲線方程為對(duì)數(shù)螺旋線方程優(yōu)化完成。
文檔編號(hào)F04D29/42GK102032217SQ201010622168
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者呂騰飛, 王福軍, 肖若富 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)