(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111425169.8 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 中交疏浚技 术装备国家工程研究中 心有限公司 地址 200092 上海市杨 浦区许昌路12 96号2 楼203室 (72)发明人 曹蕾　郭涛　吴腾伟　胡京招　 (74)专利代理 机构 上海科律专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 31290 代理人 叶凤 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) F04D 29/22(2006.01) F04D 29/42(2006.01) F04D 29/66(2006.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳及 设计方法 (57)摘要 本发明涉及流体机械领域。 提出了一种设计 削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳结构方法， 包 括设于蜗壳内的蜗室(1)和设于蜗壳出口处的扩 散管(3)， 蜗壳与扩散管通过隔舌(2)过渡连接， 其特征在于： 在蜗壳内设有隔板(5)， 隔板将蜗室 分隔成两个蜗壳通道， 隔板首末端均采用翼型头 部形状过渡； 所述隔板(5)曲线采用以叶轮外缘 同心的环形曲线， 隔板起点在蜗壳第 Ⅳ截面， 终 点位置在蜗壳第 Ⅷ截面。 本发明可消除了由叶轮 引起的交变弯曲应力， 延长 了其疲劳寿命。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114186361 A 2022.03.15 CN 114186361 A 1.一种设计削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳结构方法， 包括设于蜗壳内的蜗室(1) 和设于蜗壳出口处的扩散管(3)， 蜗壳与扩散管通过隔舌(2)过渡连接， 其特 征在于： 在蜗壳内设有 隔板(5)， 隔板将蜗室分隔成两个蜗壳通道， 隔板首末端均采用翼型头部 形状过渡； 所述隔板(5)曲线采用以叶轮外缘同心的环形曲线， 隔板起点在蜗壳第 Ⅳ截面， 终点位 置在蜗壳第 Ⅷ截面， 隔板设计的目标函数如下： 其中， 以环形隔板半径R为变量， 对每个R的设计结果分别开展泵内设计流量下的流场数值模 拟计算(数值模拟方法为基于商业软件Fluent的常规方法)； 为通过数值模拟计算得到的设计流量下叶轮水力径向力时均 值； G为叶轮自重； η(R)和H(R)分别为通过数值模拟计算得到的设计流量下泵的效率与扬程； η0和H0分别为原 单蜗壳泵在设计流量下的效率与扬程； 上述 公式(1)中， 考虑计算误差以及实际设计中变量 R的不连续性， 以1％的叶轮重力作为平衡效果裕度； 上述公式(2)、 公式(3)中以5％作为泵 的效率与扬程的变化裕度。 2.如权利要求1所述方法， 特征是， 所述Fr、 η、 H是数值模拟结果， 采用公式(1)、 (2)、 (3) 判定这些模拟结果是否符合预期的判定条件； 每调整一次R， 都进行一次数值模拟， 得到一 组Fr、 η、 H， 当结果同时满足三个公式， 就认为当前选择的R是最终设计结果。 3.由如权利要求1或者2所述方法设计得到的离心泵， 特征是， 保持原有水力性能， 同时 以叶轮径向力平衡叶轮重力， 即在设计流量下使叶轮产生大小与叶轮重力相同， 且方向与 重力相反的水力径向力。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114186361 A 2一种削弱泵轴交 变应力的离心泵双蜗壳及设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及流体机 械领域。 背景技术 [0002]离心泵的压水室能够起到将叶轮流出的高速流体的动能转换为压能、 消除速度环 量、 形成轴对称流动的作用。 压水室有螺 旋形、 环形、 准环形等 不同形式。 [0003]离心泵通常采用的螺旋形压水室是按设计流量设计的， 流体在叶轮周围压水室中 的速度和压力是均匀的、 轴对称的， 因此作用于叶轮上的合力为零， 即理论上无径向力作 用。 [0004]环形压水室常用于对通过性能要求较高的杂质泵， 这种结构的隔舌间隙很大， 不 易堵塞， 但设计流量下叶轮与泵壳中液流冲撞较大。 准环形压水室介于螺旋形与环形压水 室之间， 既能尽可能满足设计流 量下液流出流 规律， 隔舌处又有较大的通过性。 [0005]实际情况下， 即便采用螺旋形蜗壳， 设计流量下， 叶轮也总会受到一定程度的径向 力， 不少学者提出采用双蜗壳结构来平衡叶轮径向力， 即在压水室中与隔舌位置相对的 180°位置处对称布置一块隔板， 隔板曲线方程采用螺旋线方程， 将压水室分割为中心对称 的双流道， 每个流道包围叶轮流道18 0°。 双蜗壳结构水泵不仅具备了单蜗壳水泵高扬程、 高 效率等优点， 而且还 具备了平衡水泵叶轮部 分径向力的特点。 隔板的提出， 是针对解决泵内 流体径向力问题， 即直接利用隔板消除流体径向力。 [0006]以往的研究大多针对尺度较小的离心泵， 且仅关注叶轮本身的水力载荷特性。 [0007]对于大型离心泵， 如挖泥船用离心式泥泵， 叶轮重力很大， 使得泵轴危险截面 处承 受明显的弯矩， 轴上各点处的弯曲应力 在随轴旋转过程中存在压应力 ‑拉应力‑压应力的循 环过程， 即存在一定幅值的交变 应力， 对泵轴的疲劳寿命带来 不可忽视的不利影响。 发明内容 [0008]本发明的目的在于从消除泵轴交变应力的角度出发， 提出了一种全新的蜗壳隔板 设计思路， 通过设置隔板使叶轮 自重和叶轮受到的水力径向力相 抵消。 本发明方案针对大 型离心泵， 具体是挖泥 船用离心式泥泵， 叶轮重力很大， 本发明克服泵轴危险截面处承受的 弯矩， 解决轴上各点处的弯曲应力 在随轴旋转过程中存在压应力 ‑拉应力‑压应力的循环过 程带来的危害， 即消除掉交变 应力， 提高泵轴的疲劳寿命。 [0009]本发明蜗壳以准环形单隔舌蜗壳为基础， 借鉴环形蜗壳可以产生较大径向力的特 点， 创新地设计出以水力径向力平衡叶轮重力的隔板结构。 [0010]本发明是通过以下技 术方案来实现： [0011]一种设计削弱泵轴交变应力的离心泵双蜗壳结构方法， 包括设于蜗壳内的蜗室 (1)和设于蜗壳出口处的扩散管(3)， 蜗壳与扩散管通过隔舌(2)过渡连接， 其特 征在于： [0012]在蜗壳内设有隔板(5)， 隔板将蜗室分隔成两个蜗壳通道， 隔板首末端均 采用翼型 头部形状过渡；说　明　书 1/4 页 3 CN 114186361 A 3