渣浆泵蜗壳水力设计探讨

孟振英， 雷 明

（阳泉水泵厂有限责任公司，山西 阳泉 045000）

引言

渣浆泵因输送固液两项流体而得名，其水力设计由叶轮和蜗壳两大部分组成，由于输送流体的特殊性，为了减少损失，获得较大能量，消除漩涡磨损，延长其使用寿命，除叶轮水力设计为核心外，蜗壳水力设计也十分重要。

通过多年摸索实践，总结了一种蜗壳水力设计绘型方法，此方法能快速准确地绘型，用二维的方法得到三维的光滑流面。使蜗壳水力损失最小。

蜗壳水力平面图型线为极坐标形成的螺旋线，针对渣浆泵，其过流断面针对渣浆泵输送介质的特殊性一般采用等宽而不等高的矩形断面，出口扩散管采用直锥管，直锥管与螺旋体在八段面垂直相贯。

1 设计绘型方法

下面结合一实例，详细说明用计算机CAD软件设计绘型的步骤：

1）确定蜗壳第Ⅷ断面面积。

依据叶轮有效出口面积与蜗壳断面面积比原理或速度系数法［1，2］，确定蜗壳第Ⅷ断面的面积为FⅧ＝28 796mm2，依据叶轮出口宽度、前后盖板厚度、前后背叶片高度和两边间隙值四数据之和，确定蜗壳宽度B3＝162mm。

2）计算第1—7断面面积FⅠ—FⅧ。

3）求Ⅷ、Ⅰ断面极值A8、A1及圆角半径R8、R1。

用解析几何推导出如下计算公式：

式中：Ri为i（i＝1，2，3，…，8）断面圆角半径，mm；Ai为i断面极值即基圆直径至极点的距离，mm；B3为蜗壳宽度，mm；Fi为i计算断面面积，mm2。

考虑A8应大于FⅧ／B3＝155.5mm，确定A8＝183mm，代入公式1得R8＝44.5mm。

考虑A1应大于FⅠ／B3＝22.2mm，确定A1＝22.5mm，代入式（1）得R1＝11mm。

根据算得数据，画Ⅷ、Ⅰ断面如下页图1所示。

图1 Ⅷ、Ⅰ断面图（mm）

4）做直角坐标系，并依据第Ⅰ、Ⅷ断面极值Ai（高度值）与间隔角，画螺旋线展开直角坐标系，如图2，可得出中间各极角对应的极值Ai。

图2 螺旋线展开直角坐标系

5）计算各断面的圆角半径。

由式（1）推导出如下计算公式：

代入已求出的各断面面积Fi及极值Ai，得各断面的圆角半径Ri见表1。

表1 断面极值Ai和圆角半径Ri mm

6）绘制极角与各圆角半径的直角坐标系。

图3 极角与各断面圆角半径的直角坐标系

从以上坐标系可以看出，极角对应的圆角半径变化规律为单调上升光滑曲线，没有拐点，水力损失很小。

7）根据求得的极值Ai、圆角半径Ri、宽度B3，画出Ⅰ—Ⅷ断面图形（见图4中蜗壳Ⅰ—Ⅷ断面图），用CAD面域功能求各断面面积，并计算误差，见表2。

表2 断面实绘面积及误差

从上表可看出此法所绘各断面面积与计算面积误差非常小（均小于0.18%），远远小于误差3%～5%的一般要求。

8）绘制蜗壳螺旋线、出口锥形型线和Ⅸ—Ⅸ断面型线，见42页图4。

图4是完整的蜗壳水力图，从图4可以看出，其螺旋线与各断面型线很光滑，能保证流体在流道中流动损失很小，得到较高的水力效率，同时对流道壁面磨损也很小，从而延长其使用寿命，达到高效节能的效果。

图4 蜗壳水力图（mm）

2 结论

1）蜗壳液流型线几何计算准确，过流断面过渡光滑，液体流速均匀，损失降低到最小，获得水力效率最大。

2）可以用于输送其他流体的矩形断面流道蜗壳设计。

3）计算得到几何数据，采用计算机CAD绘图快捷、准确。

［1］ 袁寿其.低比转速离心泵理论与设计［M］.北京：机械工业出版社，1997.

［2］ 关醒凡.现代泵技术手册［M］.北京：中国宇航出版社，1995.