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。