1　研究背景

具有螺旋形压水室的泵，在设计标准工况下，认为叶轮周围的液体压力是对称分布的，理论上径向力为零。由于设计是在许多假定的条件下进行的，与实际流动有偏差，所以即使是在设计流量下其叶轮外围的速度和压力也不是均匀的，不是轴对称的，故其径向力也不为零。当离心泵在偏离设计流量条件下运行时，蜗壳形线与实际叶轮出流的流线出现偏离，造成叶轮外围的速度和压力不均匀、不对称分布，其偏离设计流量越大，这种叶轮外围的速度和压力不均匀、不对称越严重。当流量小的时候，径向力指向隔舌的位置，当流量偏大的时候，径向力指向隔舌相反的方向。径向力不但使泵轴受到交变应力的作用，同时使得泵轴的扰度增加，其大小直接影响水泵运行的稳定性。由于径向力与叶轮的出口直径和宽度成正比，因此它的影响将随着泵尺寸和扬程的增加而增大。所以特别是对于尺寸较大、扬程较高的泵，径向力的平衡是十分重要的。

离心泵蜗壳泵的径向力平衡，传统方法采用双蜗壳来实现[1]。袁丹青等[2]通过对比单蜗壳和双蜗壳下的叶轮受到的径向力，得出双蜗壳能有效地平衡径向力。刘宜等[3]则对单-双蜗壳泵隔舌区径向力进行对比，相比较于单蜗壳泵，双蜗壳泵能有效地平衡径向力。从研究可以看出，相对于单蜗壳，双蜗壳可以有效地起到平衡径向力的作用。

目前国内外研究者对离心泵叶轮周向压力分布和双蜗壳离心泵对径向力平衡做了大量研究[4]。单隔板双蜗室蜗壳可以在一定程度上改善偏离设计流量工况下叶轮外围的速度和压力不均匀、不对称性。但对于大型离心泵而言，其双蜗室蜗壳，蜗壳流体产生的径向力依然较大。单隔板蜗壳把流体分为两部分，对叶轮产生两个呈180°对称的径向力，理论上可以起到平衡径向力的效果。但是实际运行时，特别是偏设计工况，产生的两个力大小并不完全相等，且方向也会偏离180°。使得两个蜗室内流体对叶轮的径向力不能完全抵消，依然存在较大的径向力和压力脉动，叶轮周围的流速和压力的分布还有改进的空间。

针对上述问题，本文提出了一种能够明显减小大尺寸离心泵的径向力、改善蜗壳内流态的三蜗室离心泵蜗壳，并且通过CFD数值模拟，研究了双蜗室和三蜗室蜗壳内部流动的特点，进行了效率、扬程和径向力的对比分析。