第07章-離心泵葉輪水力設計(1)

1、離心泵設計離心泵設計離心泵設計husthsj進口1222144mqcDD11ur111tanmcu出口21mmcc=22ur2222tanmucuc2 21 122 ()tuugHcrc r 222tuhg Hg Hcrr離心泵設計離心泵設計第一節(jié)泵的主要設計參數(shù)和結構方案的確定 現(xiàn)離心泵設計現(xiàn)離心泵設計一、設計參數(shù)和要求 流量 揚程 轉(zhuǎn)速（或由設計者確定） 裝置汽蝕余量（或給出裝置的使用條件）現(xiàn)離心泵設計現(xiàn)離心泵設計 效率（要求保證的效率） 介質(zhì)的性質(zhì)（溫度、重度、含雜質(zhì)情況、腐蝕性等） 對特性曲線的要求（平坦、陡降、是否允許有駝峰等） 離心泵設計離心泵設計二、泵的總體結構形式和泵的進出口直

2、徑 1. 進口直徑 選取原則：經(jīng)濟流速；汽蝕要求 ssvQ4D2.泵出口直徑 sdD)7 . 01 (D 2ssvvkgH=離心泵設計離心泵設計三、泵轉(zhuǎn)速的確定 確定泵轉(zhuǎn)速應考慮下面幾個因素 泵轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小 確定轉(zhuǎn)速應考慮原動機的種類和傳動裝置 提高轉(zhuǎn)速受汽蝕條件的限制 離心泵設計離心泵設計可根據(jù)汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)選取 4/3rNPSHQn62. 5C 離心泵設計離心泵設計四、計算比轉(zhuǎn)數(shù)ns，確定水力方案 4/3sHQn65. 3n 離心泵設計離心泵設計在確定比轉(zhuǎn)數(shù)時應考慮下列因素 ns=120210的區(qū)間，泵的效率最高，ns60的效率顯著下降 可以采用單吸或雙吸的結構形式來改變比轉(zhuǎn)數(shù)的大小

3、 離心泵設計離心泵設計 可以采用單級或多級的結構形式來改變比轉(zhuǎn)數(shù)的大小 泵特性曲線的形狀與比轉(zhuǎn)數(shù)的大小有關 離心泵設計離心泵設計五、估算泵的效率水力效率 3hnQlg0835. 01離心泵設計離心泵設計容積效率 3/2svn68. 011該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏，對于有平衡孔、級間泄漏和平衡盤泄漏的情況，容積效率還要相應降低 離心泵設計離心泵設計機械效率 6/7sm)100n(107. 01泵的總效率 mvh離心泵設計離心泵設計六、軸功率和原動機功率 102QHgN NNc2 . 1離心泵設計離心泵設計七.軸徑和輪轂直徑的確定 泵軸直徑的確定應按強度、剛度和臨界轉(zhuǎn)速等情況確定。由于

4、扭矩是泵主要的載荷，開始設計時首先按扭矩來確定泵軸的最小直徑，最小直徑一般位于聯(lián)軸節(jié)處。 3n 2 . 0MdnN1055. 9Mc3nKNNc離心泵設計離心泵設計根據(jù)軸各段的結構工藝要求，確定葉輪處的軸徑dB和輪轂直徑dh。一般 Bhd)4 . 12 . 1 (d離心泵設計離心泵設計畫草圖時應注意以下幾點：各軸段應采用標準直徑 軸上的螺紋一般采用標準細牙螺紋，其內(nèi)徑應等于或大于螺紋前軸段的直徑 軸定位凸肩一般為12毫米 離心泵設計離心泵設計速度系數(shù)設計法 比轉(zhuǎn)數(shù)相等的泵的速度系數(shù)是相等的。不同的比轉(zhuǎn)速就有不同的速度系數(shù)。我們以現(xiàn)有性能比較好的產(chǎn)品為基礎，統(tǒng)計出離心泵的速度系數(shù)曲線，設計時按選

5、取速度系數(shù)，作為計算葉輪尺寸的依據(jù)，這樣的設計方法就叫做速度系數(shù)設計法。 離心泵設計離心泵設計葉輪主要幾何參數(shù)有： 葉輪進口直徑D0 葉片進口直徑D1 葉輪輪轂直徑dh 葉片進口角1離心泵設計離心泵設計 葉輪出口直徑D2 葉輪出口寬度b2 葉片出口角2 葉片數(shù)z 葉片包角。 離心泵設計離心泵設計一、葉輪進口直徑D0的確定 因為有的葉輪有輪轂，有的葉輪沒有輪轂，為了研究問題方便，引入當量直徑De以排除輪轂的影響。 2h202edDD30enQKD 離心泵設計離心泵設計對于雙吸泵取Q/2 主要考慮泵的效率時 K0=3.54.0 兼顧效率和汽蝕時 K0=4.05.0 主要考慮汽蝕時 K0=5.05.

6、5 離心泵設計離心泵設計二、葉輪出口直徑D2的初步計算 葉輪外徑D2和葉片出口2等出口幾何參數(shù)，是影響泵楊程的最重要的因素。 32D2nQKD 式中 2/1s2D)100n(35. 9K離心泵設計離心泵設計三、葉輪出口寬度b2的計算和選擇 32b2nQKb 式中 6/5s2b)100n(64. 0K離心泵設計離心泵設計四、葉片數(shù)的計算和選擇 葉片數(shù)對泵的揚程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減小葉片的排擠和表面的摩擦，另一方面又使葉道有足夠的長度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液體的充分作用。 離心泵設計離心泵設計2siner13Z21m對于低比數(shù)離心葉輪 2sinrrrr

7、5 . 6Z211212離心泵設計離心泵設計葉片數(shù)也可按比轉(zhuǎn)數(shù)選擇 ns3045456060120120300Z810786746離心泵設計離心泵設計五、葉輪外徑或葉片出口角的精確計算 前述確定葉輪外徑的計算方法中，速度系數(shù)是按一般情況（22.5）得出的。在設計泵時，可以選用不同的參數(shù)的組合，這時就增加了速度系數(shù)的近似性。因為是主要的尺寸，按速度系數(shù)法確定后，最好以此為基礎進行精確計算。離心泵設計離心泵設計由基本方程式gvuvuHuuT1122由出口速度三角形2222tgvuvmu離心泵設計離心泵設計所以 112222)(umTvutgvuguH整理后，得 01122222TumgHvuutg

8、vu離心泵設計離心泵設計解上面的方程，得 11222222)2(2uTmmvugHtgvtgvu由可求得為 nuD2260離心泵設計離心泵設計對于離心泵，一般先選再計算；對于混流泵，先確定各流線的，精確計算角 2222umvuvtg112uTuvuugHv離心泵設計離心泵設計六、葉片進口安放角的確定 葉片進口安放角大于液流角，采用正沖角 。1. 進口安放角的計算 由吸水室的結構確定。對直錐形吸水室；對螺旋形吸水室，可按經(jīng)驗公式確定各流線的1值。 1u11m1vuvtg離心泵設計離心泵設計32urnQmvK式中0.0550.08，n小取小值。 葉片進口軸面速度 11v1mkFQv21111111

9、1u1)sinctg(1DZ1sinDZS1DZS1k離心泵設計離心泵設計2. 葉片出口安放角和出口三角形 離心泵一般是先選擇葉片出口角。 混流泵一般按葉片出口處液流符合vur常數(shù)的方法來確定出口角。計算時先按揚程計算出中間流線的vur，進而求出其它流線的vu。 離心泵設計離心泵設計2222umvuvtg222kFQvvm22222222222)sin(11sin11ctgDZDZSDZSku離心泵設計離心泵設計 第四節(jié)葉輪軸面投影圖的繪制 離心泵設計離心泵設計一、軸面投影圖的繪制 一般原則： 出口前后蓋板保持一段平行和對稱變化； 流道彎曲不應太急，在軸向結構允許的條件下，采用較大的曲率半徑為

10、宜； 設計時參考性能較好的，比轉(zhuǎn)數(shù)相近的葉輪軸面投影形狀來繪制。 離心泵設計離心泵設計軸面投影圖ABDCEO過水斷面形成線流道中線離心泵設計離心泵設計二、檢查軸面流道過水斷面變化情況 過水斷面面積的計算：F=2Rcb ABDCEO過水斷面形成線流道中線沿流道求出一系列過水斷面面積 EO離心泵設計離心泵設計過水斷面面積沿流道中線的變化曲線應是一條光滑曲線。 高抗汽蝕F=f(l)高效率進口邊出水邊離心泵設計離心泵設計三、分流線 所謂分流線就是將過水斷面分成幾個相等的小過水斷面流線的分法：出口邊一般平行軸線，只要等分出口邊線段即可；進口邊流線，適當延長之后使之與軸線平行； 根據(jù)進出口的分點，憑經(jīng)驗畫

11、出各條軸面流線 。離心泵設計離心泵設計bi中間流線離心泵設計離心泵設計如果分成n個小流道，則進口分點半徑為 2n2n20iRn)RR( iR小過水斷面的面積為： iiibr2F沿同一過水斷面應滿足 .constbrii離心泵設計離心泵設計第五節(jié)葉片繪型 所謂葉片繪型就是畫葉片。就是將在各個流面上繪制的流線（葉片的骨線）按照一定的規(guī)律組合起來，形成無厚度的葉片。 離心泵設計離心泵設計葉片繪型的方法 ： 方格網(wǎng)保角變換法； 扭曲三角形法； 逐點計算法。 離心泵設計離心泵設計一、方格網(wǎng)保角變換法繪型原理 離心泵設計離心泵設計借助于保角變換的思想展開此曲面 離心泵設計離心泵設計將圓柱面沿母線切開，展成

12、平面 離心泵設計離心泵設計 所謂保角變換，就是要保證空間流面上流線與圓周方向的角度對應相等。 從圖中可以看出，空間流線穿過流面上的小扇形，將扇形兩邊分別截為兩段，相應的流線在平面方格網(wǎng)上，把正方形兩邊分別截為成比例的兩段，由相似關系，對應的角度不變。 離心泵設計離心泵設計二、繪型步驟 1沿軸面流線分點 分點的實質(zhì)就是在流面上畫特征線，組成扇形格網(wǎng)。分點是在流線上（相當一個流面）進行的。 離心泵設計離心泵設計在軸面流線上分點離心泵設計離心泵設計 在軸面投影圖旁，畫兩條夾角等于的射線。則兩條射線表示夾角為的兩個軸面。一般取35。 從出口開始，先試取s，若s中點半徑對應的兩條射線間的弧長u，與試取的

13、s相等，則分點是正確的，如果不等就逐次逼近，直至su為止。離心泵設計離心泵設計 第一點確定后，用同樣的方法分得第2、3點。當流線平行軸線時，u不變，用對應s截取流線即可。 各個流線用相同的分點。 離心泵設計離心泵設計2畫展開流面（平面方格網(wǎng)）并在其上繪制流線 方格網(wǎng)的大小任意選取，橫線表示軸面流線的相應分點，豎線表示夾角，為對應分點所用的軸面。 離心泵設計離心泵設計 畫出方格網(wǎng)并將特征線順序編號。 在其上繪流線，通常先畫中間流線。 流線在方格網(wǎng)上的位置應與相應軸面流線分點序號對應。 進出口角應于預先確定的值相符，包角的大小可靈活掌握。 離心泵設計離心泵設計進出口邊在方格網(wǎng)中位于同一豎線上，表示

14、進口邊位于同一軸面上。離心泵設計離心泵設計一般離心泵進出口邊都在同一軸面上?；炝鞅眠M出口邊均可不置于同一軸面上。當離心泵繪型的型線不理想時，進出口邊可以放在不同的軸面上，究竟如何布置，主要取決于方格網(wǎng)上的流線形狀和下步所述的軸面截線形狀好壞來決定。 注意：離心泵設計離心泵設計3畫軸面截線 在方格網(wǎng)中畫出的流線，就是葉片表面的型線。 用軸面（相當于方格網(wǎng)中的豎線）去截這流線，所截點的連線就是一條軸面截線。 把方格網(wǎng)中每隔一定角度的豎線和流線的交點，對應于編號1、2、3的位置，用插入法分別點到軸面投影圖相應的流線上，把所得點聯(lián)成光滑的曲線，就得到葉片的軸面截線。離心泵設計離心泵設計 離心泵設計離心泵設計離心泵設計離心泵設計軸面截線應光滑，按一定的規(guī)律變化。軸面截線和流線的夾角最好接近90一般不要小于60。角太小，蓋板和葉片的真實夾角過小，會帶來鑄造困難、排擠嚴重和過水斷面形狀不良（濕周增長）等缺點。 注意：離心泵設計離心泵設計4葉片加厚 方格網(wǎng)保角變換繪型，一般在軸面投影圖上按軸面截線進行加厚。加厚時，可以認為前面所得的軸面截線為骨線向兩邊加厚，或認為是工作面向背面加厚。 沿軸面流線方向的軸面厚度Sm按下式計算： 221cosctgtgSSm離心泵設計離心泵設計5畫葉片