（熱能工程專業(yè)論文）大容量火電機(jī)組立式斜流泵的性能研究.pdf

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 本文主要內(nèi)容包括以下兩方面 1 結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)葉片加厚的新方法進(jìn)行研 究探索 并將該方法應(yīng)用于實(shí)際工程中 驗(yàn)證了其可靠性和準(zhǔn)確性 2 基于三維 雷諾時(shí)均的n a v i e r s t o k e s 方程和標(biāo)準(zhǔn)的k 一 湍流模型 采用標(biāo)準(zhǔn)的s i m p l e c 算法 利用f l u e n t 中提供的多重參考系 m r f 模型 保持立式混流泵葉輪不變 分別對(duì) 蝸殼喉部面積不同時(shí)的泵內(nèi)流場(chǎng) 進(jìn)行數(shù)值模擬 繪制出相應(yīng)喉部面積下對(duì)應(yīng)的泵 性能曲線 總結(jié)蝸殼喉部面積變化對(duì)泵性能曲線影響的規(guī)律 對(duì)立式混流泵性能改 進(jìn)提供確實(shí)的依據(jù) 關(guān)鍵詞 軸面截線 加厚 斜流泵 喉部面積 數(shù)值模擬 a b s t r a c t t h em a i nc o n t e n t so ft h i s p a p e ri n c l u d i n gf o l l o w i n gt w oa s p e c t s t h ef i r s t a s p e c t o n en c wm e t h o do fb l a d et h i c k e n i n gw a ss t u d i e da c c o r d i n gt oaa c t u a lp r o j e c t a n di t sr e l i a b i l i t ya n da c c u r a c yw e r cv e r i f i e dt h r o u g ha p p l i e di nt h ea c t u a lp r o j e c t t h e s e c o n da s p e c t t h ei n t e r n a lf l o wf i e l do fv e r t i c a lm i x e d f l o wp u m po fd i f f e r e n tt h r o a t a r e a sa n dt h es a m ei m p e l l e r s w a ss i m u l a t e db a s e do nn a v i e r s t o k e so ft h r e e d i m e n s i o n r e y n o l d st i m e a v e r a g e da n ds t a n d a r dt u r b u l e n tm o d e lo f 七一占 t h r o u g hs t a n d a r dm e t h o d o fs i m p l e ca n dm r fm o d e l t h ep e r f o r m a n c ec u l t co fe a c ht h r o a ta r e aw a sd r e w a n d t h ei n f l u e n c el a wo ft h r o a ta r e ao nt h ep e r f o r m a n c eo fv e r t i c a lm i x e d f l o wp u m pw a s s u m m a r i z e d i no r d e rt op r o v i d es e v e r a lr e l i a b l er e f e r e n c ef o rt h ei m p r o v e m e n to f v e r t i c a lm i x e d f l o wp u m p s s h e nz h i g u o t h e r m a le n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f l i a n gs h u a n g y i n k e yw o r d s s e c t i o nl i n e t h i c k e n m i x e df l o wp u m p t h ea r e ao fd e p a r t m e n to ft h r o a t n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 本文主要內(nèi)容包括以下兩方面 1 結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)葉片加厚的新方法進(jìn)行研 究探索 并將該方法應(yīng)用于實(shí)際工程中 驗(yàn)證了其可靠性和準(zhǔn)確性 2 基于三維 雷諾時(shí)均的n a v i e r s t o k e s 方程和標(biāo)準(zhǔn)的k 一 湍流模型 采用標(biāo)準(zhǔn)的s i m p l e c 算法 利用f l u e n t 中提供的多重參考系 m r f 模型 保持立式混流泵葉輪不變 分別對(duì) 蝸殼喉部面積不同時(shí)的泵內(nèi)流場(chǎng) 進(jìn)行數(shù)值模擬 繪制出相應(yīng)喉部面積下對(duì)應(yīng)的泵 性能曲線 總結(jié)蝸殼喉部面積變化對(duì)泵性能曲線影響的規(guī)律 對(duì)立式混流泵性能改 進(jìn)提供確實(shí)的依據(jù) 關(guān)鍵詞 軸面截線 加厚 斜流泵 喉部面積 數(shù)值模擬 a b s t r a c t t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ri n c l u d i n gf o l l o w i n gt w oa s p e c t s t h ef i r s t a s p e c t o n en e wm e t h o do fb l a d et h i c k e n i n gw a ss t u d i e da c c o r d i n gt oaa c t u a lp r o j e c t a n di t sr e l i a b i l i t ya n da c c u r a c yw c r cv e r i f i e dt h r o u g ha p p l i e di nt h ea c t u a lp r o j e c t t h e s e c o n da s p e c t t h ei n t e r n a lf l o wf i e l do fv e r t i c a lm i x e d f l o wp u m po fd i f f e r e n tt h r o a t a r e a sa n dt h es a m ei m p e l l e r s w a ss i m u l a t e db a s e do nn a v i e r s t o k e so ft h r e e d i m e n s i o n r e y n o l d st i m e a v e r a g e da n ds t a n d a r dt u r b u l e n tm o d e lo f 七 占 t h r o u g hs t a n d a r dm e t h o d o fs i m p l e ca n dm r fm o d e l t h ep e r f o r m a n c ec u r v co fe a c ht h r o a ta r e aw a sd r e w a n d t h ei n f l u e n c el a wo ft h r o a ta r e ao nt h ep e r f o r m a n c eo fv e r t i c a lm i x e d f l o wp u m pw a s s u m m a r i z e d i no r d e rt op r o v i d es e v e r a lr e l i a b l er e f e r e n c ef o rt h ei m p r o v e m e n to f v e r t i c a lm i x e d f l o wp u m p s s h e nz h i g u o t h e r m a le n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f l i a n gs h u a n g y i n k e yw o r d s s e c t i o nl i n e t h i c k e n m i x e df l o wp u m p t h ea r e ao fd e p a r t m e n to ft h r o a t n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 聲明尸明 本人鄭重聲明 此處所提交的碩士學(xué)位論文 大容量火電機(jī)組立式斜流泵的性能 研究 是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間 在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取 得的研究成果 據(jù)本人所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位 或證書(shū)而使用過(guò)的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作 了明確的說(shuō)明并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名 日期 沙8 1 蔓 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有權(quán)保管 并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件 學(xué)?？梢圆捎糜坝?縮印或其它復(fù)制手 段復(fù)制并保存學(xué)位論文 學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱 學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為 目的 復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文 同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表 傳播學(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容 涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定 作者簽名 聿蘭窆i 習(xí) 1 日期 盤(pán)絲 支 導(dǎo)師簽名 e l期 趔堡 蘭 r 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 選題背景及其意義 1 1 1 選題背景 1 4 i 第二章引言 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) 我國(guó)十分重視電力工業(yè)的發(fā)展 建國(guó)初就確 立了電力工業(yè)的先行地位 五十多年來(lái) 全國(guó)發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)增加到4 億千瓦左右 電力工業(yè)隨著國(guó)家的不斷強(qiáng)大而發(fā)展 初步建立起以國(guó)有資產(chǎn)為主體的相對(duì)比較完 整的電力工業(yè)體系 這是電力工業(yè)生產(chǎn)力得到長(zhǎng)足發(fā)展的重要?dú)v史階段 在看到我國(guó)電力工業(yè)取得了巨大的成就同時(shí) 更應(yīng)審視自己與可持續(xù)發(fā)展的要 求和世界先進(jìn)水平相比還有明顯差距 目前我國(guó)電力工業(yè)節(jié)能存在主要問(wèn)題 電力 節(jié)能體制和機(jī)制不健全 對(duì)電力節(jié)能缺乏有效的行業(yè)管理 監(jiān)督 服務(wù) 對(duì)節(jié)能的 認(rèn)識(shí)不足 偏重節(jié)能工作的局部經(jīng)濟(jì)效益 輕社會(huì)和資源可持續(xù)利用的全局 綜合 效益 偏重增量發(fā)展 輕存量節(jié)約 在電力規(guī)劃 建設(shè) 生產(chǎn) 使用全過(guò)程的節(jié)能 重視程度不平衡 偏重發(fā)電側(cè)節(jié)約 輕需求側(cè)管理 法規(guī)配套性不夠 尤其是節(jié)能 優(yōu)惠政策難以得到有效落實(shí) 如節(jié)能電價(jià) 節(jié)能投資政策不落實(shí) 由于歷史原因和 以上多種原因 造成我國(guó)電力裝備和技術(shù)水平落后 在各種產(chǎn)業(yè)中 機(jī)電產(chǎn)業(yè)耗電量最大 泵是我國(guó)三大機(jī)電產(chǎn)品 汽車(chē) 機(jī)床 泵 之一 其耗電量約占全國(guó)耗電總量的2 5 火電廠中的循環(huán)水泵是火電廠廠用 電的主要消耗源 以我國(guó)3 0 0 m w 機(jī)組為例 目前這些機(jī)組的廠用電率為5 3 5 5 8 而循環(huán)水泵的耗電率高達(dá)1 5 1 9 約占整臺(tái)機(jī)組廠用電的3 0 其運(yùn) 行的經(jīng)濟(jì)性 可靠性與世界先進(jìn)水平尚有一定差距 電廠立式斜流循環(huán)水泵屬于混流泵的范疇 混流泵已應(yīng)用于農(nóng)田灌溉 防澇排 洪 水利工程 污水處理 電站冷卻系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域 它是一種比轉(zhuǎn)數(shù)較高的泵型 其比轉(zhuǎn)數(shù)療 范圍一般3 0 0 6 0 0 左右 在結(jié)構(gòu)和性能方面 它是介于離心泵和軸流 泵之間的泵 兼收離心泵和軸流泵兩方面的優(yōu)點(diǎn) 補(bǔ)償了兩方面的缺點(diǎn) 混流泵的 開(kāi)發(fā) 生產(chǎn)和應(yīng)用 與離心泵 軸流泵相比還有相當(dāng)?shù)牟罹?它的一系列優(yōu)點(diǎn)還未 被更多的人所認(rèn)識(shí) 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)中尚未完全發(fā)揮它的作用 目前 加強(qiáng)混 流泵的研究和開(kāi)發(fā)是非常重要的 尤其是研制高效節(jié)能 結(jié)構(gòu)先進(jìn) 運(yùn)行平穩(wěn)可靠 的大型高比轉(zhuǎn)數(shù)的混流泵 以便達(dá)到電廠循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行 節(jié)能降耗的目的 由 于中國(guó)泵類產(chǎn)品的性能與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比 水泵能量指標(biāo)相差5 1 0 普遍出 現(xiàn)實(shí)測(cè)性能低于設(shè)計(jì)制造性能 造成泵出力不足 揚(yáng)程偏低 泵效低 電耗高 揚(yáng) 程曲線易出現(xiàn)駝峰 使運(yùn)行工況不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題 這些問(wèn)題嚴(yán)重危害到電廠的經(jīng) 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 濟(jì)性 同時(shí) 對(duì)于能源的消耗也比正常運(yùn)行時(shí)大 1 1 2 選題意義 混流泵的設(shè)計(jì)除了滿足流量 揚(yáng)程的基本要求外 最重要的是效率的好壞 它 關(guān)系到能源的消耗 也影響生產(chǎn)成本的高低與產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力 近些年以來(lái) 隨著計(jì) 算機(jī)和c f d 技術(shù)的迅速發(fā)展 數(shù)值計(jì)算方法已經(jīng)成為研究水泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律的一種 重要手段 由于它具有消耗少 時(shí)間短 省人力物力等特點(diǎn) 便于優(yōu)化設(shè)計(jì) 比實(shí) 驗(yàn)研究更自由 更靈活 更經(jīng)濟(jì) 還能夠?qū)?shí)驗(yàn)難以測(cè)量的數(shù)據(jù)做出估計(jì) 以及具 有很好的重要性 條件易于控制 可以不斷地改進(jìn) 模擬計(jì)算 更改進(jìn) 更模擬計(jì) 算 和逼真性等優(yōu)點(diǎn) 這對(duì)探索影響混流泵效率的因素 提高整機(jī)的效率有重要的 指導(dǎo)意義 1 2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 近些年來(lái) 國(guó)內(nèi)外對(duì)混流泵研究主要包括理論及內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算 數(shù)值模擬 下 文對(duì)這些研究現(xiàn)狀作一些簡(jiǎn)單評(píng)述 5 1 1 2 1 理論及內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算回顧與現(xiàn)狀 著名數(shù)學(xué)家歐拉e u l e r 在一些假設(shè)條件下推出了葉片泵e u l e r 方程 即l g u 2 v 2 u l v 1 1 該方程將葉輪流道中三維空間的流動(dòng)簡(jiǎn)化為流體微團(tuán)沿著液流流道中心線的 運(yùn)動(dòng) 建立了泵的理論揚(yáng)程h 和葉輪前后流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)屹之間的定量關(guān)系 2 5 0 年 來(lái) 一直是葉片泵設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 這也是一元流動(dòng)理論形成的基礎(chǔ) 雖有一定的 局限性 但以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正了的e u l e r 方程及一元理論仍是計(jì)算水泵葉輪的基礎(chǔ) 在軸對(duì)稱流動(dòng)理論提出后不久 h 絡(luò)倫茨根據(jù)流體工作場(chǎng)的概念提出了葉片 式機(jī)械二元流動(dòng)理論 二元理論認(rèn)為 葉輪內(nèi)軸面速度y 沿著過(guò)流斷面是不均勻的 即軸面液流為二元流動(dòng) 二元理論更為真實(shí)的反映了葉輪內(nèi)部流動(dòng)狀況 實(shí)際應(yīng)用 中適用于設(shè)計(jì)高比轉(zhuǎn)數(shù)的混流泵葉片和混流式轉(zhuǎn)輪 我國(guó)學(xué)者吳仲華教授曾對(duì)葉輪機(jī)械內(nèi)三元流動(dòng)的理論和計(jì)算作出過(guò)歷史性的 奠基工作 1 9 5 2 年 他提出了著名的葉輪機(jī)械兩類相對(duì)流面的普遍理論 把一個(gè)復(fù) 雜的三元流動(dòng)問(wèn)題分解為兩類二元流動(dòng)問(wèn)題來(lái)求解 使數(shù)學(xué)處理和數(shù)值計(jì)算大為簡(jiǎn) 化 在計(jì)算中 一類流面的正確解往往都需要依賴于另一類流量得出的解 這樣兩 類流面上的解都是相互耦合的 需要不斷的進(jìn)行相互迭代 直至收斂到給定的精度 這對(duì)于葉輪流動(dòng)有粘性的流場(chǎng)而言 迭代比較復(fù)雜 在計(jì)算時(shí)一般選用無(wú)粘性流場(chǎng) 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 的計(jì)算 簡(jiǎn)化其計(jì)算過(guò)程 1 2 2 數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀 6 l 目前 國(guó)內(nèi)外各種數(shù)值模擬方法很多 包括k 一 方程湍流模型 體積分?jǐn)?shù)湍流 模型 代數(shù)應(yīng)力湍流模型等等 其他的方法也層出不窮 準(zhǔn)三維法 三維勢(shì)流法 三維歐拉法 全三維粘性流法等 近幾年來(lái) 在我國(guó)曹樹(shù)良 吳玉林等用代數(shù)應(yīng)力 模型預(yù)測(cè)了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的內(nèi)三維流場(chǎng) 周曉泉 翟倫富等使用k 一 模型和e u l e r 方 程模型進(jìn)行了水輪機(jī)蝸殼內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬 齊學(xué)義 揚(yáng)建明等使用了k 一 模型 計(jì)算了混流式轉(zhuǎn)輪三維的湍流流動(dòng) 李仁年 張建華等用耗散模型求解了水力機(jī)械 內(nèi)部的流動(dòng) 金忠青還直接對(duì)n s 方程給出了數(shù)值解 清華大學(xué)的碩士研究生韓海 對(duì)混流式轉(zhuǎn)輪內(nèi)三維湍流的三維流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算 而國(guó)外d o h 對(duì)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的三維 不可壓縮流動(dòng)進(jìn)行了分析和比較 a b d a l l a h s s m i t l c f 給出了水輪機(jī)內(nèi)部的粘性不可 壓縮流動(dòng)的三維數(shù)值解法 g a t s k it b s p e z i a l ec g 對(duì)湍流流動(dòng)中的代數(shù)應(yīng)力模型進(jìn) 行了比較和分析 這些方法和模型只是在不同的范圍里 計(jì)算得出的各自結(jié)果 隨著市場(chǎng)的開(kāi)放和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入 國(guó)內(nèi)外的水力機(jī)械行業(yè)面臨著巨大的挑 戰(zhàn) 用戶對(duì)廠家提出的性能指標(biāo)也是越來(lái)越高 例如 高的效率 高的抗空化性能 良好的運(yùn)行穩(wěn)定性 合理的運(yùn)行范圍等 在這方面先進(jìn)的c f d 技術(shù)顯示出極大的優(yōu) 勢(shì) 現(xiàn)在國(guó)外的一些大公司往往采用無(wú)轉(zhuǎn)輪投標(biāo) 其投標(biāo)方案一般是通過(guò)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案 并采用先進(jìn)的流場(chǎng)分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真和性能預(yù) 測(cè) 用數(shù)值模擬部分代替試驗(yàn) 為用戶提供轉(zhuǎn)輪的性能指標(biāo) 在中標(biāo)后較短的時(shí)間 內(nèi)就可研制生產(chǎn)出高性能的轉(zhuǎn)輪 這樣既縮短了研制周期 又降低了研制費(fèi)用 在 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有很大的優(yōu)勢(shì) 而我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái) 新轉(zhuǎn)輪開(kāi)發(fā)研制的主要手段是根據(jù) 經(jīng)驗(yàn) 設(shè)計(jì)出不同的方案 然后對(duì)各種方案進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的比較 進(jìn)一步改進(jìn)方案或確定最終的設(shè)計(jì)方案 這樣做其代價(jià)往往是相當(dāng)高的 所幸的是 現(xiàn)在c f d 技術(shù)的重要性正在逐漸被認(rèn)識(shí) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異和c f d 技術(shù) 的日漸成熟 轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的數(shù)值模擬正日益成為水力機(jī)械研究人員重要的輔助手段 相信在不久的將來(lái) 只要加強(qiáng)相關(guān)配套的設(shè)施 一定會(huì)使混流泵內(nèi)部流場(chǎng)的計(jì)算工 作大大簡(jiǎn)化 并會(huì)進(jìn)一步提高數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)度和精度 1 3 本文所作的工作 本課題主要分析了立式斜流循環(huán)水泵運(yùn)行特性 通過(guò)一元流設(shè)計(jì)理論 對(duì)葉輪 進(jìn)行初步設(shè)計(jì) 并通過(guò)c a d 軟件進(jìn)行繪制葉片的軸面截線圖 借助f l u e n t c f d 軟件平臺(tái) 采用n s 方程配合標(biāo)準(zhǔn)的k 一5 湍流模型對(duì)水泵全流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模 擬 考慮到分子粘滯力的影響 壁面區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理 求解時(shí)利用非結(jié) 3 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 構(gòu)網(wǎng)格上的s i m p l e c 方法實(shí)現(xiàn)壓力一速度的耦合 對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)算結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證 具體研究?jī)?nèi)容如下 1 查閱了國(guó)內(nèi)外混流泵理論 內(nèi)部流場(chǎng)計(jì)算 內(nèi)部流場(chǎng)測(cè)試及水力設(shè)計(jì)等方面 的大量資料 在總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上 較為完整地闡述了立式斜流泵 設(shè)計(jì)的基本原理和基本方法 2 討論葉輪進(jìn) 出口結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取原則及其它因素對(duì)性能的影響 3 分析葉片理論加厚方法 結(jié)合工程實(shí)例 提出一種新的葉片加厚方法 4 詳細(xì)闡述 分析湍流模型理論 5 介紹混流泵蝸殼理論設(shè)計(jì)方法 分析蝸殼喉部面積對(duì)混流泵性能曲線的影 響 并數(shù)值模擬 總結(jié)影響規(guī)律 對(duì)立式混流泵的性能改進(jìn)提供確實(shí)可靠的 依據(jù) 6 對(duì)立式混流泵 實(shí)例泵 整泵的理論設(shè)計(jì) 構(gòu)體 數(shù)值模擬進(jìn)行系統(tǒng)的詳細(xì) 闡述 7 形成了一套較為完整的循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方法 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章斜流泵壓出室設(shè)計(jì)及葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響 2 1 壓出室設(shè)計(jì) 泵的壓出室是蝸形體 徑向式導(dǎo)葉 流道式導(dǎo)葉 空間導(dǎo)葉和環(huán)形壓出室等的 總稱 混流泵的壓出室有蝸形體和空間導(dǎo)葉兩種形式 蝸形體與空間導(dǎo)葉相比 前者 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但是體積一般較大 混流泵導(dǎo)葉的水力性能經(jīng)過(guò)研究改進(jìn) 正在逐漸提 高并接近蝸形體的水力性能 蝸形體是用得最廣的一種壓出室 如單級(jí)單吸泵 單 級(jí)雙吸泵以及中開(kāi)式多級(jí)泵等 多采用蝸形體 蝸形體俗稱蝸殼 本文的壓出室采 用蝸形體 蝸殼 7 1 2 1 1 蝸殼的設(shè)計(jì)和計(jì)算 8 2 1 1 1 蝸殼的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) l 圖2 1 蝸殼幾何參數(shù) n 基圓直徑取 蝸殼外壁的徑向尺寸是沿著蝸殼內(nèi)流體流動(dòng)方向逐漸增大的 外壁最小徑向尺 寸部位將蝸殼的擴(kuò)散管部分與蝸殼部分隔開(kāi) 稱之為隔舌 切于隔舌頭部的圓 或 切于第 斷面螺旋線起點(diǎn)的圓 稱為基圓 以職表示 職應(yīng)稍大于葉輪外徑破 使隔舌和葉輪間有一適當(dāng)?shù)拈g隙 該間隙過(guò)小 容易因液流阻塞而引起噪聲和振動(dòng) 還可能在隔舌處發(fā)生汽蝕 間隙過(guò)大 能減小葉輪外圓流動(dòng)的不均勻性 降低振動(dòng) 5 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 和噪聲 并使效率稍有提高 但是間隙過(guò)大除增加徑向尺寸外 因間隙處存在著旋 轉(zhuǎn)的液流環(huán) 消耗一定的能量 泵的效率 尤其是小流量區(qū)域 下降 通常取 d 3 1 0 3 1 0 8 d 2 2 1 高n 和尺寸較小的泵取大值 反之取小值 o 蝸殼進(jìn)口寬度以 墳通常大于包括前后蓋板的葉輪出口寬度毋 至少應(yīng)有一定的間隙 以補(bǔ)償葉 輪的串動(dòng)和制造誤差 目前 有些蝸殼的政取的相當(dāng)寬 其目的 使葉輪前后蓋板 帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的液體可通暢的流入蝸殼 回收一部分圓盤(pán)摩擦效率 提高泵的效率 另 外可適應(yīng)不同寬度的葉輪 提高產(chǎn)品的通用性 通常 反 局 5 1 0 m m 或墳一e 0 0 5 厲 m m 2 2 圓蝸殼隔舌安放角 隔舌起始角 隔舌位于蝸殼螺旋部分的始端 習(xí)慣稱過(guò)隔舌頭部的斷面為0 斷面 隔舌和第 斷面的夾角為隔舌安放角 用 表示 的大小應(yīng)保證螺旋線部分和擴(kuò)散管光滑 連接 并盡量減小徑向尺寸 高開(kāi) 的泵 叱大 口大 蝸殼外壁向徑向擴(kuò)展的較大 因而取較大的 角 以使形狀協(xié)調(diào) 表2 1 列出了 和n 的關(guān)系 玎 4 0 6 06 0 1 3 01 3 0 2 2 02 2 0 3 6 0 0 1 5 1 5 2 5 2 5 3 8 3 8 4 5 隔舌螺旋角 舌角 a o 隔舌螺旋角 是蝸殼螺旋線的起點(diǎn)處 螺旋線的切線與基圓切線間的夾角 或 近似認(rèn)為隔舌螺旋角是隔舌處內(nèi)壁與圓周方向的夾角 為了符合流動(dòng)規(guī)律 減小液 流的撞擊 隔舌螺旋角應(yīng)等于葉輪出口稍后的絕對(duì)液流角 t g a 3 鱉 2 3 v 2 蝸殼斷面形狀 蝸殼斷面形狀有梯形 矩形和圓形等 如圖2 2 所示 6 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 h i 嚴(yán) 丫z l fy t 3 n a 梯形斷面 b 矩形斷面c 圓形斷面 圖2 2 蝸殼斷面形狀 1 梯形斷面 梯形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 水利性能好 是蝸形體斷面中用得最廣的一 種 2 矩形斷面 矩形斷面具有與梯形斷面相同的優(yōu)點(diǎn) 適用于各種弗 的泵上 它 的工藝性最好 且斷面比較容易打磨或加工 用于材料為鑄造后不易光潔的鋼或不 銹鋼而又要求很光潔的蝸形體上是最適宜的 由于這種斷面是等寬的 所以徑向尺 寸比梯形斷面要略大一些 3 圓形斷面 如果葉輪出口后即是圓形斷面 中間沒(méi)有過(guò)渡區(qū) 則由于圓形斷 面在葉輪出口處突然擴(kuò)大 這對(duì)泵的水力性能是不利的 圓形斷面的優(yōu)點(diǎn)是在蝸形 體受壓后 受力情況比上面兩種斷面要好 因此這種斷面適用于大型的壓力高一些 的泵上 在這種情況下 液體出了葉輪后經(jīng)過(guò)擴(kuò)散導(dǎo)葉再進(jìn)入圓形斷面 蝸殼斷面面積計(jì)算 為了便于計(jì)算和繪制 蝸殼通常取8 個(gè)彼此成4 5 的斷面 即用8 個(gè)軸面切割 蝸殼 設(shè)計(jì)時(shí)先計(jì)算第v 斷面面積 其他斷面以第v 為基礎(chǔ)計(jì)算確定 各種形狀的 第v 斷面計(jì)算有兩種方法 1 解析法 2 速度系數(shù)法 在實(shí)際的設(shè)計(jì)中通常用速度 系數(shù)法 下文將詳細(xì)闡述速度系數(shù)法在計(jì)算蝸殼斷面面積中的應(yīng)用 速度系數(shù)法是一種廣義的相似換算法 它是根據(jù)統(tǒng)計(jì)的性能良好的速度系數(shù)進(jìn) 行設(shè)計(jì)的 v 3 一k 3 4 2 9 n 2 4 式中h 一蝸殼斷面的平均速度 m s 日一泵的單級(jí)揚(yáng)程 m g 一重力加速度 g 9 8 1 m s 2 如一速度系數(shù) k 值可按圖2 3 查取 7 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 l k 圖2 3 蝸殼速度系數(shù) 通過(guò)第 斷面的流量q 垤為 等q 2 5 式中 一隔舌安放角 q 一泵的流量 m v s 一般通過(guò)第 斷面的流量和泵流量相差不大 取稍大的蝸殼斷面面積并無(wú)壞 處 因而可用泵總流量計(jì)算第 斷面的面積 即 f垤 壘 2 6 屹 其他斷面的面積 按蝸殼渦室各斷面速度相等確定 即 藝2 妒f 啊 妒啊 2 7 m 蝸殼擴(kuò)散管的設(shè)計(jì)計(jì)算 擴(kuò)散管的作用在于降低速度 轉(zhuǎn)換為壓力能 同時(shí)減小排出管路中的損失 擴(kuò) 散管的進(jìn)口可認(rèn)為是蝸殼的第 斷面 出口是泵的排出口 擴(kuò)散管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 是 1 排出口徑見(jiàn) 應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)流速和標(biāo)準(zhǔn)直徑 見(jiàn)圖2 1 2 擴(kuò)散管高度l 在保證擴(kuò)散角和加工及螺栓連接的條件下 應(yīng)盡量取小值 以 減小泵的尺寸 見(jiàn)圖2 1 3 擴(kuò)散角0 常用范圍為0 8 1 2 因擴(kuò)散管的進(jìn)口面積 f 不是圓形 為此將f 變?yōu)楫?dāng)量的圓形面積 計(jì)算 當(dāng)量角 6 芻二 進(jìn) 22 l2 l 式中見(jiàn)一擴(kuò)散管出口直徑 2 8 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 口一當(dāng)量擴(kuò)散角 a 一第 斷面的面積f 鞏一擴(kuò)散管進(jìn)e l 當(dāng)量直徑 d 搟按照下式計(jì)算 f 垤2 署d 進(jìn)2 2 9 2 1 1 2 蝸殼的繪型 7 1 蝸殼i 一 斷面 梯形斷面 的繪制 蝸殼i 一 斷面的繪制方法有兩種 一種是作圖法 一種是計(jì)算法 用作圖法繪制梯形斷面 如圖2 4 先確定基圓直徑d 3 和蝸殼進(jìn)口寬度玩 以玩為底邊 作等腰梯形 此梯形的二斜邊的斜度應(yīng)符合h h 0 3 0 5 或是 1 5 2 5 并令其面積略 大于 斷面面積f 憎 然后將梯形圓角的r 取的大一些 使圓角后的梯形面積等于 斷面的計(jì)算面積f 啊 到此 斷面即算完成 h 二1 r v 甲 b 2 r 卜 ty 1點(diǎn)惑a q 萑 i 碧i 圖2 4 蝸殼梯形端面 的繪制圖2 5 蝸殼各梯形斷面的繪制 其他斷面的繪制過(guò)程與上述 斷面的繪制過(guò)程完全一樣 見(jiàn)圖2 5 繪制時(shí)要 注意下述事項(xiàng) 為便于繪制斷面 比較各斷面的形狀和識(shí)圖方便起見(jiàn) 八個(gè)斷面可 繪制在一起 而為了圖面清晰 各個(gè)斷面可只繪一半 蝸殼體外壁如系弧線 則其 圓弧半徑r 尺 應(yīng)隨斷面包角的減小而有規(guī)律的增大 且應(yīng)使0 斷面處為直線 斷面高度h 日 圓角半徑 r 廠7 側(cè)壁斜度等 均應(yīng)如前所述 隨著 包角的減小而有規(guī)律的減小 一般h h h 的數(shù)值是等差的 h 不小于b 2 如圖2 5 中斷面面積與計(jì)算值不符 則以調(diào)整端面高度日 h 較為方便 9 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 用計(jì)算法繪制梯形斷面 用作圖法繪制蝸殼斷面 有時(shí)甚至要多次修改 每修改一次都要用求積儀或用 方格紙來(lái)量一次面積 而且測(cè)量的面積有誤差 通常情況下 都用計(jì)算法確定蝸殼 的梯形斷面 這種方法規(guī)定蝸殼外壁由直線形成 梯形斷面的用以圓角的圓弧圓心 均位于通過(guò)玩端點(diǎn)的垂直線上 圖2 6 計(jì)算法繪制蝸殼梯形斷面 r 如圖2 6 所示 圓角后的某梯形面積應(yīng)等于已經(jīng)求得的某斷面面積彳妒 即 a 9i2 0 1 彳2 彳3 2 1 0 式中矩形面積等于 4i b a h l 2 2 1 1 扇行面積等于 彳2 卜2 3 6 0 2 1 2 三角形面積等于 4 一廠 一r c o s r 2 2 1 3 因?yàn)?留 h i h 2 1 4 f g 9 0 一 2 j h 2 1 5 所以 h t g r t g 9 0 一r 1 2 j 2 1 6 式中 在確定蝸殼側(cè)壁斜度時(shí)已經(jīng)給定 令 c t g r g 9 0 一r 2 j 2 1 7 可得 1 0 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 i i c h 2 1 8 式中c 是有角度y 確定的 得到扇行面積彳 和三角形面積以可分別表示為 彳2 一 9 0 k 2 h 2 3 6 0 2 1 9 a 3 一c h 2 1 一c c o s y 2 2 2 0 將4 a a 的值代入公式 2 1 0 得 a 礦 b 3 h 4 9 0 r 3 6 0 j 猶2 c 1 一c c o sy h 2 2 2 1 令 枷 7 2 a c 2 3 6 0 j c 1 一c c o sy b 2 2 2 可得 b h 2 6 3 h a 一0 2 2 3 日一i 毛 魄 4 b a r 2 b 2 2 4 公式 2 2 4 中 玩是已被確定的數(shù)值 口是 的函數(shù) 已經(jīng)被確定 所以b 也是 確定的值 這樣只要給出某斷面的面積a 就可求得某斷面的高度日 根據(jù)公式 2 1 8 又可求得某梯形斷面的圓角半徑 在此應(yīng)該指出 由于用作圓角的圓弧圓心位于通過(guò)b 斷點(diǎn)的垂直線上 圓角半 徑 的減小規(guī)律就被表示蝸殼側(cè)壁斜度的角度 所規(guī)定 又有公式 2 2 4 規(guī)定了斷 面高度日的減小規(guī)律 這樣就保證了蝸殼形狀的平整圓滑 如果蝸殼側(cè)壁斜度是變 化的 只要此斜度的變化是有規(guī)律的 此法仍然可用 由以上分析可得 此方法既 簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確 可一次得出圓角后的梯形斷面 2 蝸殼平面圖的繪制 根據(jù)所畫(huà)的各個(gè)斷面軸面圖中的高度日 在平面圖上相應(yīng)的射線上點(diǎn)出 然后 光滑連接所得各點(diǎn) 得到蝸殼平面圖上的螺旋線 如圖2 7 所示 l 圖2 7 蝸殼平面圖 基圓切于隔舌 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 擴(kuò)散管中間斷面的繪制 擴(kuò)散管出口是圓形斷面 進(jìn)口f 帽是不規(guī)則形狀的斷面 從進(jìn)口過(guò)度到出口 其間的斷面應(yīng)該逐漸變化 以保證整個(gè)壁面光滑 為此可以按照下述方法制圖和檢 查 將進(jìn)口斷面f 畫(huà)在出口圓形斷面內(nèi) 并作若干條射線 將擴(kuò)散管沿長(zhǎng)度等分 為幾等分 然后將進(jìn)出口斷面間的射線段對(duì)應(yīng)等份 光滑連接所得各點(diǎn) 則得中間 斷面的形狀 這樣能保證整個(gè)壁面是光滑的 如圖2 8 所示 圖2 8 擴(kuò)散管繪制 2 1 2 蝸殼喉部面積設(shè)計(jì)和計(jì)算 口 蝸殼喉部面積即在擴(kuò)散管中 過(guò)隔舌起點(diǎn)的斷面 在圖2 1 2 7 2 8 中o o 斷 面即為蝸殼喉部 理論上 在泵設(shè)計(jì)過(guò)程中 蝸殼各斷面的過(guò)流面積都是通過(guò)第 斷面來(lái)計(jì)算出來(lái)的 而第0 斷面的過(guò)流面積也就是蝸殼的喉部面積e 它的計(jì)算與 第 斷面過(guò)流面積的計(jì)算沒(méi)有直接的關(guān)系 而是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算喉部面積的方 法來(lái)進(jìn)行的 如下 日 1 卑 2 2 5 l n f l 巫1 3 0 9 征 l d 2 i 式中q f 一泵理論流量 m 3 s h 一泵理論揚(yáng)程 m 職一葉輪出口直徑 m 只一蝸殼喉部面積 m 2 玎一葉輪轉(zhuǎn)速 r m i n g 一重力加速度 m s 蝸殼喉部面積對(duì)泵性能的影響很顯著 具體影響在本文第六章詳細(xì)敘述 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響f 9 l 泵的設(shè)計(jì)是在給定的揚(yáng)程 流量和轉(zhuǎn)數(shù)下進(jìn)行的 設(shè)計(jì) 制造成品的泵 不僅 應(yīng)滿足給定的揚(yáng)程和流量的要求 而且要有較高的效率 還應(yīng)有好的抗汽蝕性能 泵設(shè)計(jì)參數(shù)給定后 影響泵性能的因素很多 比如介質(zhì)粘度 吸入室形狀 進(jìn)出口 結(jié)構(gòu)參數(shù) 葉輪和蝸殼的匹配等等 各個(gè)影響因素影響程度應(yīng)綜合考慮 因?yàn)橛行?參數(shù)都是相關(guān)聯(lián)的 如果通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算這種途徑對(duì)整泵構(gòu)體 那么葉輪本身結(jié)構(gòu)參 數(shù)對(duì)泵性能的影響就顯得至關(guān)重要 下文將闡述葉輪本身結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定及對(duì)性能 的影響 2 2 1 進(jìn)口結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響 泵的進(jìn)口參數(shù)包括葉輪的進(jìn)口直徑d 葉片進(jìn)口安裝角爿 葉片進(jìn)口邊的位 置 以及葉片進(jìn)口寬度饑等 這些結(jié)構(gòu)參數(shù)都將影響泵的抗汽蝕性能 同時(shí)也會(huì)影 響泵的性能曲線 1 葉輪進(jìn)口直徑d 葉輪進(jìn)口直徑d 影響泵的抗汽蝕性能和泵的性能 對(duì)汽蝕性能的影響 根據(jù)下式 22 j l 丑蘭l a 生 2 2 6 2 92 9 式中曲 一必需汽蝕余量 一葉片進(jìn)口稍前液體的絕對(duì)平均速度 m s 一葉片進(jìn)口稍前液體的相對(duì)平均速度 m s g 一重力加速度 m s 2 一絕對(duì)速度壓降系數(shù) a 一相對(duì)速度壓降系數(shù) 進(jìn)口直徑越大 進(jìn)口通流面積越大 致使絕對(duì)速度和相對(duì)速度變小 從而使得 j l 減小 對(duì)泵本身的抗汽蝕性能有利 對(duì)性能的影響 葉輪進(jìn)口直徑大 最高效率偏向大流量 而小流量區(qū)揚(yáng)程比進(jìn)口小的泵揚(yáng)程低 軸功率反而高 效率較低 而且過(guò)大的進(jìn)口直徑將使進(jìn)口流道嚴(yán)重?cái)U(kuò)散 破壞流動(dòng) 的良好速度分布并形成漩渦區(qū) 從而使泵的效率降低 同時(shí) 過(guò)大的葉輪進(jìn)口直徑 還將使密封環(huán) 口環(huán) 處的間隙面積增大 從而使泄漏損失增大 容積效率降低 2 葉輪進(jìn)口寬度b i 1 3 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 從上述分析中不難得知 葉輪進(jìn)口通流面積變大 可以減低進(jìn)口流速 從而可 以提高泵抗汽蝕性能 增大葉輪進(jìn)口通流面積還可以通過(guò)增大葉輪進(jìn)口寬度b l 來(lái)實(shí) 現(xiàn) 但是 并不是進(jìn)口寬度b l 越大越好 過(guò)大的b l 會(huì)帶來(lái)兩方面的弊端 一方面將 使葉輪軸面投影圖的繪制發(fā)生困難 另一方面 也將使葉輪流道的面積變化變得不 規(guī)則 從而使水力損失增大 泵的效率降低 在高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵中 由于葉片的相對(duì) 長(zhǎng)度較小 汽蝕汽泡易于影響到葉輪的出口 因此單純加寬葉輪進(jìn)口寬度來(lái)提高其 汽蝕性能 可能效果較差 3 葉片進(jìn)口安裝角所 葉片進(jìn)口安裝角是根據(jù)相對(duì)速度的流動(dòng)角屈加上一個(gè)沖角 確定的 即 爿一層 筇 沖角有正負(fù)之分 一般沖角取正值 加正沖角有三個(gè)方面的作用 第一 可增大葉片間的通流面積 如圖2 9 所示 采用正沖角時(shí)流道寬度為b 而 盧 o 時(shí) 流道寬度為b 由圖可見(jiàn) b b 這樣 當(dāng)流量一定時(shí) 葉片進(jìn)1 2 1 流體 速度就能降低 使抗汽蝕性能可以提高 第二 可以在設(shè)計(jì)流量下把脫流限制在葉 片的背面 吸力側(cè) 葉片吸力側(cè)的脫流不易向壓力側(cè)擴(kuò)散 對(duì)汽蝕的影響較小 此外 壓力側(cè)是傳遞能量的表面 脫流發(fā)生在吸力側(cè)對(duì)葉片傳遞能量的影響較小 因此對(duì)泵的效率也無(wú)顯著影響 但當(dāng)沖角接近零時(shí) 壓降系數(shù)就開(kāi)始增大 負(fù)沖角 時(shí) 值迅速升高 從而使泵的抗汽蝕性能明顯惡化 第三 流量增大時(shí) 流動(dòng)角也 增大 采用正沖角可以避免在大流量下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)負(fù)沖角 通常選用的正沖角 聲為 3 0 1 0 0 葉片進(jìn)口安裝角還會(huì)影響泵的揚(yáng)程和效率 當(dāng)進(jìn)口安裝角增大時(shí) 揚(yáng)程與流量 日一q 性能曲線趨于平緩 效率與流量 叩一q 性能曲線向大流量方向偏移 如圖2 1 0 所示 需要注意的是 葉片進(jìn)口安裝角過(guò)大 將會(huì)導(dǎo)致泵效率和抗汽蝕性 能的降低 圖2 9 正沖角時(shí)的葉片通道 1 4 h q 圖2 1 0 進(jìn)口安放角與揚(yáng)程 效率的關(guān)系 p b 蟛 q 圖2 1 2 葉片出口安放角對(duì)性能的影響 盧 聲 盧 3 出1 3 安裝角以 葉片數(shù)z 和葉片包角口 本文針對(duì)以 9 0 的后彎式葉片 其h q 性能曲線是一條下斜的曲線 在后彎 式葉片的范圍里 隨著 的增大 日一q 性能曲線向右上移 且曲線趨于平坦 以 偏大時(shí) 日一q 曲線會(huì)出現(xiàn)駝峰 出現(xiàn)不穩(wěn)定工況 同時(shí) 隨著葉片出e l 安放角以的 增大 p q 曲線也會(huì)變陡 同一流量下 出1 3 安放角以大的葉輪所需軸功率比以小 的葉輪所需軸功率大 這是由于揚(yáng)程增大的原因 所以適當(dāng)增大麒可使泵的效率變 化不大 如圖2 1 2 所示 必須注意 葉片出口安放角以不宜過(guò)度增加 因?yàn)橐缘?增大勢(shì)必使揚(yáng)程中的動(dòng)揚(yáng)程比例提高 泵的效率會(huì)降低 葉片數(shù)z 對(duì)泵的揚(yáng)程影響較大 而且還會(huì)影響泵的抗汽蝕性能 葉片數(shù)少 流 道相對(duì)長(zhǎng)度縮短 增大了流道的擴(kuò)散度 容易在流道中產(chǎn)生旋渦 降低泵的效率 反之 葉片數(shù)增加 以上情況有所改善 但是過(guò)多的葉片數(shù) 葉片表面的摩擦增加 液體相互間出現(xiàn)干擾 使泵的揚(yáng)程降低 效率下降 葉片數(shù)過(guò)多還會(huì)使日一q 性能 曲線出現(xiàn)駝峰 葉片數(shù)少使葉輪進(jìn)口處的流道拓寬 對(duì)泵的抗汽蝕性能有利 但是 也可能會(huì)使液流改變流動(dòng)方向 降低效率 葉片數(shù)增多 葉輪進(jìn)口處流道面積減小 不利于泵的抗汽蝕性能 包角口是指葉片從進(jìn)口到出口的中心角 包角通常在8 0 0 一1 5 0 的范圍內(nèi) 正常 情況下為9 0 0 1 2 0 兩片相鄰葉片的中一i i 角為9 3 6 0 0 z 根據(jù)一些人的經(jīng)驗(yàn) 認(rèn) 為9 妒在1 2 2 2 的范圍內(nèi)可獲得較高的效率 隨著比轉(zhuǎn)數(shù)的增大 最高效率點(diǎn)移 向較小的口 緲 即應(yīng)選較小的0 妒值 1 6 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 葉片包角秒 葉片數(shù)z 和出口安裝角尻 相互有關(guān) 因此必須作綜合考慮 出口 角安放角小 包角就大 葉片長(zhǎng)度大 葉片數(shù)增多和出口角減小都會(huì)增大液流對(duì)葉 片表面的摩擦面積 導(dǎo)致水力損失增大 葉片數(shù)少和出口角大時(shí) 雖然摩擦面積減 少 但在相同揚(yáng)程下的載荷卻有所增大 揚(yáng)程和效率可能會(huì)降低 而抗汽蝕性能也 可能惡化 1 7 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章泵葉片加厚方法的研究 對(duì)各種類型泵 包括斜流泵 設(shè)計(jì)時(shí) 葉片加厚是必要的一個(gè)環(huán)節(jié) 葉片加厚 即工作面向非工作面的加厚 或是非工作面向工作面的加厚 文獻(xiàn)資料顯示 理論 設(shè)計(jì)加厚方法較為有效 但應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中可操作性較差 3 1 現(xiàn)有葉片理論設(shè)計(jì)加厚方法 7 1 文獻(xiàn)資料顯示 目前葉片理論設(shè)計(jì)加厚方法如下所示 圖3 1 是葉輪的軸面投影圖 圖中b c 線為軸面截線 j k 線為葉片工作面與軸 面的交線 l m 線為葉片背面與軸面的交線 要求計(jì)算出a 點(diǎn)處垂直于軸面截線的葉片厚度s 即圖3 1 上r t 線段的長(zhǎng)度 和葉片在半徑方向的厚度 即圖3 1 上n p 線段的長(zhǎng)度 圖3 1 葉片加厚圖3 2a d 面內(nèi)的葉片 經(jīng)過(guò)a 點(diǎn)做a t 面與a f 線垂直 a f 線是軸面截線b a c 在a 點(diǎn)的切線 則 a d 面中葉片的厚度為真實(shí)厚度 如圖3 2 所示 在這個(gè)面內(nèi) 葉片沿圓周方向的 厚度s 等于 甌 o 3 1 i s l l l 妒 在圖3 2 中 與圓周相垂直的方向的線段r t 即為s s 3 2 c o s q 而葉片半徑方向的厚度s 即圖3 1 中n p 線段的長(zhǎng)度 由圖3 1 中可得 s 量 3 3 c o s 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 因此葉片在半徑方向的厚度應(yīng)為 s 上 3 4 c o s 妒c o s 式中s 一葉片的厚度 妒一a d 面內(nèi)葉片與圓周間的夾角 占一既圖3 1 上的n a d 角 即軸心線與軸面截線之間的角度 可以從圖3 1 上量得之 其中t g 節(jié)i t g e t s i n a 式中盧 一流面內(nèi)葉片與圓周之間的夾角 爿一軸面液流流線與軸面截線之間的夾角 數(shù)值可以從圖3 1 上量取 以s 為直徑在軸面截線的相應(yīng)位置上做圓 在軸面截線的兩邊聯(lián)與各圓相切的 線 得到葉片工作面與軸面的交線和背面與軸面的交線 或者可將 沿半徑方向加在軸面截線的上方和下方 可得到葉片工作面與軸面 的交線和背面與軸面的交線 各條軸面截線上均做出葉片工作面和背面與軸面截線的交線后 加厚工作完 畢 從上述葉片加厚方法可知 理論設(shè)計(jì)加厚主要分三步 1 按照資料記載的葉片 設(shè)計(jì)步驟 逐步設(shè)計(jì)計(jì)算 直至計(jì)算出葉片每條流線的進(jìn)出口安放角 即盧 2 參 見(jiàn)加厚公式 從軸面截線中測(cè)量妒 a 等所需計(jì)算數(shù)據(jù) 3 把各個(gè)所需參數(shù)帶入公 式計(jì)算加厚 3 2 葉片加厚的新方法研究 眾所周知 在工程設(shè)計(jì)中對(duì)葉片加厚 往往不能按照資料記載中的葉片理論設(shè) 計(jì)加厚方法加厚 原因如下 1 驢 a7 及葉片的安放角盧 無(wú)法通過(guò)測(cè)繪及現(xiàn)有測(cè)繪數(shù)據(jù)計(jì)算獲得 2 對(duì)于立式斜流循環(huán)水泵 葉片的工作面軸面截線和非工作面軸面截線無(wú) 法完整測(cè)繪 上述兩點(diǎn)是工程設(shè)計(jì)人員所面臨的難以解決的問(wèn)題 而本節(jié)提出的這種葉片加 厚的新方法 解決了這兩大難題 下文將結(jié)合工程實(shí)例 對(duì)葉片加厚的新方法進(jìn)行研究和闡述 3 2 1 工程實(shí)例簡(jiǎn)介 該項(xiàng)目是為某電站制作一個(gè)閉式漿液循環(huán)泵葉輪備件 該葉輪共有6 個(gè)葉片 1 9 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 2 2 主要工作及步驟 1 葉輪測(cè)繪 2 葉片加厚及完整木模圖的繪制 3 2 2 1 測(cè)繪 測(cè)繪步驟如下 1 對(duì)葉輪外部輪廓進(jìn)行測(cè)繪 畫(huà)出外部尺寸加工圖 2 葉片包角的測(cè)繪 選其中一葉片為測(cè)量對(duì)象 用等距離法對(duì)前蓋板進(jìn)口 口環(huán)分角度 間隔為5 起點(diǎn)為葉片的出口邊即0 終點(diǎn)為該葉片在圓周方向距離 出口邊最遠(yuǎn)處那一點(diǎn) 即葉片包角 測(cè)量為1 1 7 0 3 測(cè)繪葉片工作面的軸面截線 葉片上任何一個(gè)空間點(diǎn)都由三個(gè)方位決定 即高度方向 角度方向 半徑方向 高度方向由等高線標(biāo)示 此葉輪從前蓋板到后 蓋板一共做了1 7 條等高線 角度方向由第二步所分的角度線決定 半徑方向即測(cè) 量點(diǎn)到軸心的垂直距離 以這三個(gè)方位為依據(jù) 利用游標(biāo)卡尺采用合適的方法就可 以測(cè)量工作面某一角度線上有限點(diǎn)的空間位置 用曲線連接測(cè)繪出的有限點(diǎn) 即為 軸面投影圖上某一角度線的軸面截線 從葉片工作面的出口邊 0 0 開(kāi)始測(cè)量 因 為另一個(gè)葉片擋著 只能測(cè)量到工作面的5 5 0 做出葉片工作面o 5 5 的軸面截線 4 測(cè)繪葉片非工作面的軸面截線 從葉片非工作面的進(jìn)口邊開(kāi)始測(cè)繪 測(cè) 量過(guò)程和步驟3 一樣 不同的是從1 1 7 向角度減少的方向測(cè)繪 最終只能測(cè)量到非 工作面的4 5 因?yàn)楸涣硪蝗~片擋著 做出非工作面4 5 1 1 7 0 的軸面截線 葉片的木模圖和軸面截線圖之間可以相互轉(zhuǎn)化 工作面o 5 5 的軸面截線和非工 作面4 5 1 1 7 的軸面截線轉(zhuǎn)化為木模圖 如圖3 3 所示 圖3 3 工作面o 一5 5 和非工作面4 5 一1 1 7 圖3 4 三維圖中葉片真實(shí)厚度 木模圖 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 2 2 2 加厚及繪圖 測(cè)繪的截線中既有工作面4 5 5 5 的軸面截線又有非工作面的4 5 5 5 的軸面截 線 把這六條軸面截線按照相應(yīng)的度數(shù)進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn) 然后用兩個(gè)等高面即等高面 a 等高面b 切割這六條截線 只剩這兩個(gè)等高面之間的截線部分 在等高面a 內(nèi) 過(guò)等高面a 與軸心線的交點(diǎn)做葉片的4 5 0 5 0 0 5 5 0 角度線 分別為a b e 在等高面b 內(nèi) 過(guò)等高面b 與軸心線的交點(diǎn)做葉片的4 5 5 0 5 5 0 角度線 分別為c d f 在等高面a 內(nèi) 在a 線 b 線 e 線和葉片4 5 5 5 的 軸面截線圍成的區(qū)域內(nèi)做若干個(gè)內(nèi)切圓 如圖3 4 所示 同理在等高面b 內(nèi)做相應(yīng) 的內(nèi)切圓 在等高面a 內(nèi) 過(guò)等高面a 和軸心線的交點(diǎn)做直線 終點(diǎn)為圓1 和葉片 工作面的交點(diǎn) 即直線a 同理做出直線b7 c d7 在圖中圓1 圓2 圓3 圓4 的直徑為葉片的真實(shí)厚度 經(jīng)測(cè)量四個(gè)直徑分別為1 3 4 9 9 9 m m 1 3 4 9 2 4m m 1 3 5 1 0 5 m m 1 3 5 0 2 m m 四個(gè)圓的直徑大約為1 3 5 m m 測(cè)量在等高面a 內(nèi)a 和a 之間的角度為0 9 9 9 2 0 同理測(cè)量出b 和b c 和c d 和d 的角度分別為0 9 9 9 7 0 0 9 9 1 2 0 0 9 9 9 8 0 四個(gè)角度大約為1 由以上數(shù)據(jù)得知 葉片真實(shí)厚度近似等于 1 3 5 m m 以此厚度從先前測(cè)繪的工作面o 5 5 軸面截線向非工作面加厚 加厚的非 工作面比相應(yīng)的工作面軸面截線少一度 相反 以此真實(shí)厚度從向前測(cè)繪的非工作 面4 5 1 1 7 0 軸面截線向工作面加厚 加厚的工作面軸面截線比相應(yīng)的非工作面軸面截 線多一度 1 工作面o 5 5 軸面截線向非工作面加厚 從工作面向非工作面加厚 比如加厚2 0 0 從等高線1 6 開(kāi)始加厚 先把2 0 0 角 度線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1 0 然后以第1 6 條等高線和2 0 角度線的交點(diǎn)為圓心 以1 3 5 m m 為半徑做圓 和1 9 角度線有兩個(gè)交點(diǎn) 取下方那個(gè)交點(diǎn) 即a 點(diǎn) 此交點(diǎn)為非工 作面1 9 0 軸面截線和第1 6 條等高線的交點(diǎn) 如圖3 5 所示 圖3 5 非工作面1 9 角度線和第1 6 條等高圖3 6 非工作面1 9 0 角度線和等高線的交點(diǎn) 線的交點(diǎn) 2 1 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 同理根據(jù)這種方法就可做出其他等高線和非工作面1 9 角度線的交點(diǎn) 如圖3 6 所示 同理 就可把工作面0 5 5 軸面截線的加厚工作完成 2 非工作面4 5 1 1 7 0 軸面截線向工作面加厚 從非工作面4 5 1 1 7 0 軸面截線向工作面加厚 加厚的道理和工作面向非工作面加 厚一樣 只是加厚的工作面軸面截線比相應(yīng)的軸面截線多了一度 在加厚葉片進(jìn)口 的時(shí)候 適當(dāng)?shù)陌讶~片厚度1 3 5 r a m 減小 目的是減少進(jìn)口邊的沖擊損失 在此設(shè) 定進(jìn)口厚度為1 0 r a m 非工作面4 5 1 1 7 軸面截線的加厚工作完成后 把加厚的非工 作面鏡像到木模圖的左邊 加厚的工作面鏡像到木模圖的右邊 用曲線連接同一條 等高線的交點(diǎn) 得到整個(gè)葉片的木模圖 工作面和非工作面的任何一個(gè)角度截線都 可得到 包括非工作面o o 5 0 1 0 0 5 5 0 和工作面的4 5 0