探究广一离心泵蜗壳设计原理

    为了使广一离心泵有较高的效率，必须使蜗壳的液流按轴对称流动，才能保证叶轮内液体作稳定的相对运动。因此，要求从叶轮中流出来的液体不受外力矩作用，按其惯性作自由流动，这就是蜗壳型线设计的目的之一。

    假设自叶轮流出的液体不受外力作用，则液流对转轴中心的动量矩保持不变，故有

    CRuR=C2UD2/2=常数

式中  CRu—叶轮外任意半径R处液流绝对速度CR的圆周向分速。

    根据连续性定律，蜗壳任意半径尺处的径向分速CR，为

    CRr=Q/2πRbr

如果蜗壳宽度不变，bR=b3(b3为蜗壳人口宽度)，则在定常流动时，可得

    CRr =常数

    由此可见，液流若在平行板式的蜗壳内作自由流动，其轨迹的方向角不变，为一条对数螺旋线。只要蜗壳的壁面符合螺旋线的形状，液体在这种压出室中的流动就不受外力作用，便可保证在设计工况下，液体在叶轮中的相对运动稳定。由CRrR=常数可见，随着尺的增加，对应的CRu与cRr均将减小，故液流速度CR及动能头c杀／29也将减小，逐渐转换为静压能。若使动能充分转换，液流必须经过较长的路程，这样，蜗壳径向尺寸过大，流动损失也较大。因此，实际设计时，通常限制螺旋线的包角不大于3600，且用逐渐扩大的扩张形截面代替等矩形截面，以减小径向尺寸，这样液流的方向角d就不再是常数，而是随半径R增大减小。但是，轴面宽度的扩张角不大于60°。

 液流在通过蜗壳的螺旋线部分时，实际上只有小部分动能转变为静压能，为此，在

螺旋线末端加一扩压管，使80％～85％的动能转换为静压能。扩压管的扩张角为80°～12°，其长度与进口截面直径比不大于2.5～3。

    由于液体从叶轮中是均匀地流出，所以，蜗壳中的流量是沿流道均匀地增加，任意截面处的流量是截面位置角的函数。

    蜗壳喉部面积的大小对泵性能影响很大，对同一叶轮，如果蜗壳喉部断面，即蜗壳第八断面的面积过小，则H-Q曲线变陡，最高效率点向小流量移动，效率降低；如面积过大，则H-Q曲线较平坦，最高效率点向大流量方向移动，效率略有提高，为此，截面面积的大小可由选取合适的蜗壳喉部流速决定，C8可按下式决定

    C8=KC8(2gh)0.5

式中，Kc8为蜗壳中液流速度系数，以对现有性能良好的广一离心泵蜗壳进行统计为依据制得的。

    G8决定后，就可按下式计算出蜗壳最大截面处的面积F8(喉部面积)：

    F8=QD／C8

    这样，蜗壳各截面的面积可按下式近似，计算：

    Fφ=φF8／360

    这种方法设计的蜗壳是等速变向蜗壳，蜗道主要起收集液体和导向作用，在其后的扩压管中才将大部分动能转变为静压能。其主要优点是：制造比较方便，泵性能曲线高效率区比较宽广，车削叶片后泵效率变化比较小，缺点是：单蜗壳泵在非设计工况下运转时会产生不平衡的径向力。