一种降低离心泵压力脉动的椭圆型隔舌结构
技术领域
本实用新型涉及流体机械领域的一种离心泵内部结构，尤其涉及了一种降低离心泵压力脉动的椭圆型隔舌结构。
背景技术
离心泵作为一种重要的流体输送机械，在化工、石油、电力、冶金、煤炭和航天航空等领域应用越来越广泛。据统计，泵的耗电量约占全国总发电量的15％。离心泵运行的稳定性对整个工作系统具有重要的意义。但在离心泵工作过程中，流体在离心泵内部的流动复杂，其脉动诱导振动和噪声严重影响设备本身及周边环境，使得离心泵的稳定运行受到严重影响。
离心泵内部的噪声和振动主要由蜗壳和叶轮的动静干涉引起的，尤其蜗壳隔舌更是影响离心泵内部流场的压力脉动、径向力的一个非常重要的因素。传统设计一般只考虑改变叶轮外径或蜗壳基圆直径等方式来改善内部流体的流动情况，但是效果并不理想。
实用新型内容
针对现有技术存在不足，本实用新型提供了一种降低离心泵压力脉动的椭圆型隔舌结构，减少离心泵内部压力脉动达到减振降噪的效果。
本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
所述的离心泵包括蜗壳和叶轮，叶轮偏心布置于蜗壳内部的容腔内，蜗壳容腔的内轮廓线为螺旋线，蜗壳一侧设有上出口，容腔上部靠近上出口的一侧形成隔舌，所述的隔舌的内轮廓线沿从容腔到上出口底部的方向依次布置成正弦曲线和椭圆线。
所述的正弦曲线一端和蜗壳容腔的内轮廓线相切衔接，正弦曲线另一端和椭圆线的一端相切衔接，椭圆线的另一端连接到上出口的底部边缘连接。
所述的隔舌的内轮廓线主体为椭圆线，椭圆线和蜗壳容腔的内轮廓线之间通过正弦曲线过渡。
所述的正弦曲线按照xy轴的二维坐标系和以下公式确定，并取正弦曲线的第1个和第2个周期的部分：
式中，t—蜗壳(1)容腔内轮廓线的螺旋线的最大曲率；
r—叶轮基圆半径，mm；
n—离心泵的转速，r/min；
Q—离心泵的额定流量，m3/s；
H—离心泵的额定扬程，m；
L—正弦曲线两端之间的直线距离，mm；
A—正弦曲线振幅，mm。
所述的二维坐标系以B为原点和以连线BD方向为x轴，以垂直于连线BD方向为y轴。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的有益效果是根据不同工作要求的离心泵，利用流体离心运动规律所得的参数设计隔舌形线，隔舌头部的椭圆形线能有效减少隔舌处的压力脉动从而降低振动和噪声；椭圆曲线和螺旋线之间的正弦形线能有效降低流体湍流度，提升离心泵的整体效率。
本实用新型能有效降低离心泵内的压力脉动，尤其是压力脉动最为严重的隔舌处的优化效果较为明显，使叶轮和隔舌的动静干涉影响降至较低水平，有效降低离心泵运作时的噪声和振动，对于高比转速离心泵的优化效果更佳。
附图说明
图1为隔舌形线整体设计示意图；
图2为本实用新型所述离心泵与标准离心泵压力波动对比图；
图3为本实用新型所述离心泵与标准离心泵压力脉动频谱图。
图中：蜗壳(1)、叶轮(2)、隔舌(3)、正弦曲线(4)和椭圆线(5)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
如图1所示，离心泵包括蜗壳1和叶轮2，叶轮2偏心布置于蜗壳1内部的容腔内，蜗壳1容腔的内轮廓线为螺旋线，蜗壳1一侧设有上出口，容腔上部靠近上出口的一侧形成隔舌3，隔舌3的内轮廓线连接在从容腔到上出口底部的方向之间。
本实用新型的实施例及其实施情况如下：
如图1所示，本实例中以闭式结构的离心泵，参数为：额定流量46.3m3/h，额定扬程480.6m，叶轮转速14400r/min，叶轮外径116mm，蜗壳基圆半径62mm。蜗壳出口宽度80mm。
按照本发明的离心泵与标准离心泵进行仿真数值模拟试验，在标准离心泵和本设计离心泵的蜗壳流道内环形布置12个监测点并进行非定常数值模拟计算。
通过试验结果的分析，如图2所示，在流量取0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q四个工况点下对标准离心泵和本设计离心泵进行定常数值模拟计算。H1和η1为标准离心泵的扬程和效率，H2和η2为本设计离心泵的扬程和效率。标准离心泵在0.6Q时扬程为514.92m效率为43.82％；0.8Q时扬程为515.329m效率为50.45％；1.0Q时扬程为512.538m效率为55.77％，1.2Q时扬程为506.193m效率为57.23％。本设计离心泵在0.6Q时扬程为533.35m效率为43.17％；0.8Q时扬程为534m效率为53.12％；1.0Q时扬程为531m效率为58.04％；1.2Q时扬程为510m效率为60.81％。可以看出本设计离心泵的扬程整体高于标准离心泵。而本设计离心泵的效率在小工况流量下略低于标准离心泵，但随着流量增大，在大多数工况下其效率要高于标准离心泵。
通过试验结果分析，如图3所示，数值为每个监测点压力值与该监测点在一个周期内的平均压力之差，可以看出本设计离心泵的整体压力波动小于标准离心泵。如图3所示，对各个监测点提取非定常数值模拟计算时每个步长的压力数据，进行快速傅里叶变换。可以看出本设计离心泵的低频和高频脉动较标准离心泵均得到很大的改善。各监测点幅值均降低。且在频率为6000左右的幅值变化非常明显，具有较好的一致性。且本设计离心泵在同一频率带的不同点的改善也很明显，尤其是动静干涉作用影响最强，脉动幅值最大的隔舌处改善效果最为明显。
因此，本实用新型提出的隔舌结构相较于传统的离心泵有较好的降低压力脉动、提高效率和减振降噪的性能。特别对于高速离心泵的优化效果更佳。
所述实例为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。
