蜗室

蜗室是把扩压器后面或叶轮后面的气体收集起来，传输到压缩机外部去，使气体流向气体输送管道或流到冷却器中进行冷却。此外，在汇集气体的过程中，由于蜗室外径的逐渐增大和通流截面逐渐扩大，也对气流起到一定的降速扩压作用。

简介蜗室作为压缩机的基本元件之一，承担着收集压缩介质、引导介质流向并进一步扩压的作用，其结构好坏直接影响着蜗室内气体流动和压缩机整机的效率。因此，研究压缩机排气蜗室内流动，优化排气蜗室的设计对提高设计质量有着重大的意义。

压缩机焊接机壳蜗室型线设计对于蜗室型线的设计基于两个认识前提1：

①蜗室中不同截面处的流量是不同的，在任意截面处，气体的容积流量是与位置角成正比的；

②如果蜗室的型线能保证气体自由流动，这时蜗壳壁对气流即不发生作用（理想状态下，实际上是应该努力消减这种相互作用），则在不考虑粘性的情况下，气体在蜗室内的运动将遵循动量矩不变定律。确定蜗室的型线主要有下面两种方法：一种是蜗室的型线按气体自由流动的轨迹来设计，这样，蜗室外壁和气流之间没有相互的作用，气体在蜗室中的流动规律便为动量矩不变规律（不计摩擦的影响）。根据动量矩不变，可得到速度沿径向分布规律，然后由通过截面的流量来求得截面积大小和蜗室外壁的直径。另一种方法为给定蜗室内各截面的平均速度Cm的变化规律，再由通过截面的流量来计算截面积的大小和确定蜗室外壁的型线。

相关研究采用双流道蜗室减振降噪对于单流道螺旋型蜗室，其线型关于叶轮中心轴是不对称的。 蜗室的这种非轴对称性造成了蜗室和叶轮流道内速度场和压力场的分布不均匀， 从而使叶轮产生不可平衡的径向力。由于泵内的速度和压力有脉动，因此叶轮受到的径向力也是脉动的。可见，要从根本上消除或降低叶轮的径向力就必须改变蜗室的单螺旋结构。

一种简单可行的方法是将单螺旋线型蜗室变为双螺旋线型蜗室，或称双流道蜗室，即在单螺旋线绕过叶轮轴心 180°后再拷贝一次同样的螺旋线，如图1所示。

由于双螺旋线型关于叶轮轴中心是对称的，可使叶轮内外的流动接近轴对称， 故采用双螺旋蜗室可大大减小叶轮受到的径向力。 Agostinelli 等人（1960）对单螺旋蜗室、双螺旋蜗室及改进的同心圆蜗室配同一叶轮的 3 个泵进行了叶轮径向力的试验，测试结果表明：采用双流道蜗室的叶轮径向力比标准单螺旋蜗室大大降低，降幅超过 50%，且径向力随流量的变化很小而不像单螺旋蜗室那样一旦偏离设计工况就急剧升高。

双蜗室离心泵了解发现，国产的大型双吸离心泵几乎都是单蜗室泵，即采用螺旋形压水室。造成使用螺旋形压水室的原因有两方面，其一是设计方法，一般对于大型泵可靠的设计方法是相似换算，即选取一个各方面性能优良、泵型和比转数相同的小泵作为模型泵，相似放大流道尺寸，通常小泵是单蜗室也就造成了大泵也是单蜗室；其二是追求泵的高效率，因担心使用双蜗室等其他结构会增加过流表面，增大水力损失而降低效率。当然单蜗室泵具有制造比较方便、泵性能曲线高效区域比较宽、车削叶轮后泵效率降低比较小等优点，所以多数大型离心泵仍采用单蜗室结构2。

单蜗室泵在偏离设计工况运行时，水力上会产生与泵轴垂直方向的径向力。特别是大型泵在启动（零流量）时，将产生很大的径向推力作用于叶轮上，造成过度增加轴的挠度，这能引起密封环的快速磨损，或者对于使用粘性材料的密封环将发生咬合粘接，造成事故。挠度过大会造成泵轴与电机轴偏心，使电机窜轴。同时，径向力对于转动轴是一个交变载荷，在轴承跨度较大的双吸泵内，由于金属材料的疲劳，常常发生泵轴的损坏。大型单蜗室泵在启动时会形成较大的径向力，它可造成密封环磨损或粘接以及电机窜轴等问题，这一点是不容忽视的，应尽量避免频繁启动和偏离设计工况运行，以防形成过大的径向力。

采用双蜗室泵体能在大、小流量工况下改善效率，原因在于叶轮出口周围的压力分布比单蜗室中更加均匀，叶轮出流情况更好。在双蜗室中速度头转化为压力能发生在扩散管中，引导第一个蜗室中的液体流出的流道（第二个蜗室的外侧）是等断面的，否则效率降低会超过1%。

所以，大型离心泵设计为双蜗室能为高效安全运行创造条件。

设计大型离心泵时，可采用结构对称的双蜗室压水室，能基本平衡径向力，消除因轴产生挠度而引起的问题，扩大泵的运行范围，提高容积效率。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学