[发明专利]一种系列化单级离心泵蜗壳及设计方法

说明书

本发明公开了一种系列化单级离心泵蜗壳及设计方法，包括蜗壳本体，蜗壳本体内设有水流通道，水流通道包括相互连通的压水室和扩散段，压水室的起始端为隔舌，压水室和扩散段的连接处为喉部，所述压水室由隔舌处向喉部位置逐渐增大的一组断面联接组成，压水室断面一侧为直角梯形，另一侧为矩形，矩形靠近泵盖一侧，整个压水室断面组成直角梯形。本发明提供了一种系列化单级离心泵蜗壳及设计方法，当设计不同泵流量同叶轮外径时，靠泵盖侧的泵体轴向壁厚可以相同，泵盖可以设计成通用形状。

技术领域

本发明涉及单级离心泵蜗壳领域，尤其是涉及一种系列化单级离心泵蜗壳及设计方法。

背景技术

离心泵是依靠动力轴输入的旋转动能将叶轮入口的低压液体变为叶轮出口的高压和高速液体，在蜗壳内收集并降速扩压转化为压力能，驱动流体输送。泵的蜗壳起到收集旋转叶轮外圆周围送出的液体，将高速的液流进行低损耗降速，转换为压力能，送向泵出口扩散段。扩散段进一步降速扩压，降低流速，扩大压力，减少泵出口的流动损耗。单级蜗壳式离心泵的结构由泵体、叶轮组成的水力部件，泵盖、密封垫、动密封、紧固螺栓等组成的承压部件，含有转轴的轴承箱，以及动力机械和联轴器、安装底座等组成。

离心泵的流量扬程水力性能需满足装置工况的需求。而装置和工况往往各不相同，这样就会导致需要无数个不同设计的水力部件。为适应不同装置和不同流量扬程工况的需求，同时又避免规格太多导致生产制造成本较大，单级蜗壳式离心泵水力部件按额定流量和额定扬程分档设计规格，每个规格满足一定范围内的工况需求。其中按额定扬程分档一般是按叶轮外径分档，因为泵的扬程与叶轮外径密切相关，且按叶轮外径分档的好处是，通过泵体开口的孔径分档，不同流量的叶轮可以采用同一个孔径，即泵盖的配合孔径可以相同，有利于泵盖的通用化。

同时，为降低离心泵的制造成本提高生产效率，单级离心泵通常按系列化设计，一个系列的离心泵包含数个按轴径分档的通用轴承箱部件和密封部件，外露部分的密封部件位于泵盖端部和轴承箱之间，其尺寸是一定的，参考API610标准有最小空间要求。每个轴承箱部件按最大承载能力（应力和变形）适配系列内一部分水力部件。但是因为同一轴承箱所配套的水力部件流量有大小，对于流量较小的泵，叶轮出口流道宽度和泵体压水室进口宽度较小，压水室断面面积较小，可以做成简单的矩形断面；流量较大的泵，为减少液体与压水室壁面的摩擦损失，降低压水室中的液体流速，从而提高泵的效率，将压水室断面轴向宽度沿径向方向逐步扩大，形成梯形断面。但由于泵体端部需要与泵盖联接密封并承受压力，需要在泵体与泵盖的联接端部开螺纹孔以安装联接螺栓。螺纹孔的底部需保留一定的壁厚防止渗漏，如美国API610标准，就规定了承压泵体螺纹孔底部的壁厚不小于螺纹孔径的一半。而这圈螺纹孔恰恰位于压水室梯形断面部位外侧，因此在螺纹孔直径一定的情况下，泵体端部的最小有效轴向厚度也确定了。

这样导致的结果是：流量越大的泵体，压水室梯形断面的轴向宽度越大，泵体流道中心到与泵盖的联接端面的轴向尺寸越大；而流量较小的泵体的压水室断面轴向宽度较小，泵体流道中心到与泵盖的联接端面的轴向尺寸可以较小，也可以与同一轴系的流量最大的泵体的轴向尺寸一致。如果两者泵体的轴向尺寸做成一致，则较小流道的泵体与泵盖联接端部将有较大的轴向实体厚度，既容易造成泵体的铸造缩松缺陷，同时也浪费了泵体的材料，还使得叶轮的轴向悬臂不必要地加大，加大了转轴的扰度，降低了泵的运转可靠性。而如果两者泵体的轴向尺寸做成不一致，则由于配套的是同一个轴系，两型泵的流道中心到轴承箱定位端的距离一致，则需要依靠中间不同轴向尺寸的泵盖进行联接，泵盖无法通用，生产管理和制造成本较高，同时叶轮的轴向悬臂量还是按最大流量的泵而定，加大了转轴的扰度，影响机械密封端面的垂直度而降低密封能力，且悬臂增加会提高泵的振动值，降低了泵运转的可靠性。因此，需要设计一种系列化单级离心泵蜗壳及设计方法，使泵体上靠泵盖一侧的通流表面为垂直于轴中心线的平面，用于设置联接用螺纹孔的实体轴向厚度根据设计规则是确定的，无需考虑压水室流道断面形状，当设计不同泵流量同叶轮外径时，靠泵盖侧的泵体轴向壁厚可以相同，泵盖可以设计成通用。