泥浆泵涡壳的研制

2013-05-19 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

基于流体力学的理论,介绍了某泥桨泵涡室的水力设计各参数的选取和计算方法,用SolidWorks实体造型软件绘出泥桨泵涡壳图,输出了工程图。

作者: 周国新*孙斐来源: 万方数据
关键字: 涡壳水力设计实体造型

0 前言

    泥浆泵是绞吸式挖泥船的核心设备,蜗壳是泥浆泵的重要组成部分,良好的蜗壳可以为导向喷嘴提供周向均匀的参数分布,减小固液两相流对叶轮叶片的冲击,延长其使用寿命。本文的中心内容是设计涡室,然后利用SolidWorks实体造型软件绘出泥浆泵涡壳图,最后输出工程图。

    1 涡室的水力设计

    1.1 涡室的作用

    (1)收集从叶轮中流出的液体,并输送到排除口或下一级叶轮吸人口。
    (2)保证流出叶轮的流动是轴对称的,从而使叶轮具有稳定的相对运动,以减少叶轮的水利损失。
    (3)降低液流速度,使速度能转换成压能。
    (4)消除液体从叶轮流出的旋转运动,以避免由此造成的水力损失。

    1.2 涡室主要结构参数的确定

    吸水室位于叶轮之前,压水室位于叶轮之后,它们和叶轮一起构成泵的过流部件。通常说的压水室是螺旋形压水室,环形压水室和导叶等的总称。因为流出叶轮的液体,其绝对速度很大,且具有很大的旋转分量。但液体通过压水室后,绝对速度变小,旋转分量等于零或是很小的值,因而压水室是转换能量的过流部件。

    当液体从叶轮流出后,进人 2个平行的平板之间,当忽略液体的勃性摩擦力,这种液流不受任何外力作用,因而遵从速度矩保持定理。因此,压水室的形状,最好按这种流动规律来设计。

    (1)基圆直径D3

    切于隔舌头部的圆成为基圆,要使基圆直径稍大于叶轮外径,从而使隔舌与叶轮间有适当的间隙,如果该间隙过小,容易因液流堵塞而引起噪声和振动。但如果间隙过大,除增加径向尺寸外,因间隙处存在旋转的液流环,消耗一定的能量,间隙越大,泵的效率下降越多,因此,通常取D3=(1.03~1.05)*D2,即

    D3=1.05D2=391mm

    (2)涡室进口宽度b3

    b3通常大于包括前后盖板的叶轮宽度 b3,至少要有一定间隙,以补偿叶轮的串动和制造误差。目前,有些涡室的b3取得相当宽,这样,使叶轮前后盖板带动旋转的液体可以顺畅地进人压水室,从而回收一部分圆盘摩擦功率,提高了泵的效率,另外,可适应不同宽度的叶轮,提高产品的通用性。在通常情况下

    B2=b2+4=153mm
    b3=B2+7=160mm

    1.3 涡室的几何绘图

    为了便于计算和绘图,涡室通常取8个彼此成45°的断面,即用8个轴面切割涡室。设计时先计算第VIII断面,其他断面以第VIII断面为基础进行确定。采用速度系数法进行设计。事实上,速度系数法是一种广义的相似换算法,它是根据统计的性能良好的速度系数进行设计,和叶轮速度系数法类似。涡室断面的平均速度

    通过第VIII断面的流量

    第VIII断面的面积
    泥浆泵涡壳的研制autocad design图片3

其他断面的面积,按涡室各断面速度相等确定

泥浆泵涡壳的研制autocad design图片4
表 1为涡形体各断面面积。

泥浆泵涡壳的研制autocad design图片5

    在本次设计中,此泵采用矩形涡室,因此,涡室宽度 b为常数。

    涡室各断面的半径如表2。

泥浆泵涡壳的研制autocad design图片6

根据涡室的断面面积以及各断面的半径值,可以绘制出图 1。

泥浆泵涡壳的研制autocad design图片7

用传统的方法绘制泥浆泵叶轮图比较繁琐,不仅要计算大量的数据,而且要绘制大量的图纸,尤其工作轮廓面是空间不可展曲面,数学模型极其复杂,很难用常规的机械制图方法绘制。在这种情况下,借助于计算机进行辅助设计就比较方便。在三维造型软件中,SohdWorks的功能比较强大,操作比较简洁。本次设计选择 solidwokrs进行二次开发,提高了产品的设计效率和所建三维模型的精度,为以后的零件加工和分析提供了重要的原始数据和数控编程依据。涡壳的三维结构如图2所示。在装配体中的位置可通过爆炸图显示,如图3所示(按爆破方向为:密封盖-前盖板-密封圈-传动轴-叶轮-涡壳),为方便企业中使用,也可以生成工程三视图,如图4所示。

泥浆泵涡壳的研制autocad技术图片8