課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、離心泵葉輪的水力設(shè)計葉輪是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗汽蝕性能、特性曲線的形狀均與葉輪的水力 設(shè)計有重要關(guān)系。因此，葉輪水力設(shè)計的質(zhì)量決定著所設(shè)計出來的泵的質(zhì)量。整個設(shè)計的設(shè)計流程圖如下圖 1所示圖1設(shè)計流程圖1泵主要設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計給定的設(shè)計參數(shù)為：流量 Q=336m%=0.0933m>S，揚程 H=55m，裝置汽蝕余量 NPSHa 3.3m2確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和泵進出口直徑泵吸入口直徑泵的吸入口直徑由合理的進口流速確定，而泵的入口流速一般為3ms暫取2.7msDs4 0.09332.7 3.14泵的吸入口直徑按下式確定209mm取標(biāo)準(zhǔn)值210mm泵的排出口直徑為D

2、t 0.8Ds 168mm （因設(shè)計的泵揚程較低）Dt 泵吸入口直徑Ds 泵排出口直徑將選定的標(biāo)準(zhǔn)值Dt 210mm代入上式，得泵的進出口流速為 2.69ms。3泵轉(zhuǎn)速的確定考慮到泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，理應(yīng)選擇較高的轉(zhuǎn)速，但又因為轉(zhuǎn)速 和比轉(zhuǎn)速有關(guān)，而比轉(zhuǎn)速有和效率有關(guān)，綜合考慮各方面因素，取n=2900 min4汽蝕計算a泵的安裝高度hg 雖 hc 旦 NPSHa=10.33-0.5-0.24-3.3=6.29mg g常溫清水匹=0.24mgb泵的汽蝕余量NPSHr NPSHa k=3.3-0.5=2.8mc泵的汽蝕比轉(zhuǎn)速5.62n Q 5.62 2900 . 0.0933

3、dC h =3=1150NPSHr 42.8 45確定比轉(zhuǎn)速ns和泵的水力方案根據(jù)比轉(zhuǎn)速公式3.65n JQ343.65 29000.093355 4=160根據(jù)以往的運行經(jīng)驗，當(dāng)ns在120210的區(qū)間時，泵的效率最高。依算得的 ns =160, 宜采用單級單吸的水力結(jié)構(gòu)方案。6估算泵的效率和功率1 0.0835lg=1查泵的理論和設(shè)計手冊，根據(jù)經(jīng)驗公式得 a水力效率計算0.0835lg J0.0933 =0.875V 2900取 h=0.87b容積效率10.68ns 勺 10.68160 "3=0.977取 v=0.97c圓盤損失效率0.07($ 100)m 1 0.07(160

4、100)76=0.88d機械效率假定軸承填料損失約為2%，貝U m=0.88 098=0.86f總效率m v h =0.86 0.97 爲(wèi).87=0.73g軸功率輕=9.81 WOO O.。933 55=68.7kw10001000 0.73h計算配套功率N'=KN=1.2 068.7=82.5KWK 取 1.27葉輪主要參數(shù)的選擇和計算葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進口直徑 D。、葉片進口直徑D1、葉輪輪轂直徑dh、葉片進 口角1、葉輪出口直徑D2、葉輪出口寬度b2、葉片出口角2和葉片數(shù)Z。葉輪進口幾何參 數(shù)對汽蝕具有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對性能（ H、Q）具有重要影響，而兩者對效率 均

5、有影響。因此，泵的主要尺寸的確定精確與否，直接影響泵的效率和性能。a軸徑和輪轂直徑的確定根據(jù)扭矩計算公式，軸徑為d3271.68 0.2 350 105=34mm取 350 105 Nm2NOQ c上式中 Mn 9.55 103 =9.55 103=271.68N mn2900d取標(biāo)準(zhǔn)值40mmM n 扭矩（N m）N'計算功率（KW） N'=KWK工況變化系數(shù)泵軸材料的許用切應(yīng)力（J?）本離心泵采用懸臂葉輪，因此，輪轂直徑dn =0b葉輪進口直徑D。的確定實踐證明，泵在相應(yīng)增加V。很廣的范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時能保持水力效率不變，所以如果所設(shè)計 的泵對抗汽蝕性能要求不高，可選擇較小的有葉

6、輪進口直徑D0以減小密封環(huán)的泄漏量，提高容積效率。根據(jù)有葉輪進口直徑D。的計算公式得D。K。=3.45 29000.0933=110mmK0取 3.45c葉輪出口直徑D2的初步計算葉輪外徑D2和葉片出口角2等出口幾何參數(shù)是影響泵揚程的最重要因素。另外影響 泵揚程的有限葉片數(shù)的修正系數(shù)也與D2和2及葉片等參數(shù)有關(guān)?？梢姡珼2的精確與否，間接影響著泵的性能。根據(jù)經(jīng)驗公式得D2 Kd23Q =7.43 0.0933 =235mm（初步計算值） n 29001 1上式中 KD2 9.35（） 2 = 9.35（160） =7.4100 100d葉輪出口寬度計算與選擇根據(jù)經(jīng)驗公式Q10.0933b2 K

7、b23=0.947?=30mm耳 nN 2900上式中Kb2ns 51600.64(丄)6 = 0.64(100 1005)® =0.947e葉片數(shù)Z的計算與選擇葉片數(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，另一方面又要使流道有足夠的長度以保證液流的穩(wěn)定性和葉片 對液體的充分作用根據(jù)公式得Di D212235 10220o 30°z= 6.5 - 一 sin- = 6.5sin=7.1D2 D12235 1022取Z=7其中 D1 0.93D°=0.93 X10=102mm,1 20°, 2 30&

8、#176;8葉輪外徑D2或葉片出口角2的精確計算前面的葉輪主要尺寸是利用經(jīng)驗系數(shù)來確定的，因為這些系數(shù)來源于實踐，在一般情 況下是比較可靠的。但速度系數(shù)多是按一般情況得出的，設(shè)計泵時，在保證相同性能情況下, 可以選用不同的參數(shù)組合，這樣就增加了速度系數(shù)的近似性。因為D2是最主要尺寸，按速度系數(shù)法算得D2之后，最好以按此算得的D2為基礎(chǔ)進行理論計算。因此，下面就以基本方 程式為基礎(chǔ)對D2進行精算a理論揚程Ht耳h=55= 0.87=63.2mb修正系數(shù)Pa(1勺:= 0.65(160。)-0.94(a 取 0.65)60°60靜矩S= SR =0.01 (0.055+0.065+0.0

9、75+0.084+0.95+0.105 =0.0479有限葉片數(shù)的修正系數(shù)2=0.37= 0.94 0.117ZS7 0.0479c無限葉片數(shù)理論揚程Ht (1 P)Ht =(1+0.37) 6.2=86.6md葉片出口排擠系數(shù)K2 1 Z 2 ；1 （Ctg 2）2 =17 3.5（ctg3°。）2 =0.924D2 ：sin 23.14 235, sin90f出口軸面速度Vm2Q=0.0933Dzd© v 3.14 0.235 0.03 0.924 0.97=4.7msg出口圓周速度（2；m22）2 2歳（爲(wèi)。）2 86.6 9.8=33.仲外圓直徑60 33.48=2

10、19mm n 3.14 2900因精算值與經(jīng)驗公式的結(jié)果相差較大，現(xiàn)進行第二次精算 葉片出口排擠系數(shù)K2Z 2D21 （Ctg2）2=1sin 27 3.53.14 2191 （驚）S7出口軸面速度0.0933Vm2D2b2K2 v=5.07%3.14 0.219 0.03 0.917 0.97出口圓周速度U2Vm22tg 2/ Vm2、25.07（2tg 2） t g = 2tg30。（5.07。）2 86.6 9.8=33.8ms2tg30外圓直徑D260u260 和=220mmn 3.14 2900與假定值相近，不再進行下一次精算。取D2 =220mm9計算出口速度a出口圓周速度b出口軸

11、面速度U2D2 n60= 0.22 3.14 290060=33.4ms葉片出口排擠系數(shù)K2 1気1 （約二1能1 （鶉）570.0933D2b2K2 v 3.14 0.22 0.03 0.917 0.97c出口圓周分速度Vu2Htg=63.2 9.8U233.4=18.54msd無窮葉片出口圓周分速度Uu2Ht g=86.6 9.8 =25m、U233.4S10計算葉輪進口速度和進口安放角葉型軸面投影圖的具體尺寸如下圖3.3:a流線:F1aVm1a所以 tg 1a圖3葉型軸面投影圖的具體尺寸D1a =140.24mm=0.14024mU1ag=°.140243.14 2900 =2

12、1岔560602 a = 2 3.14 60.27 -(30.0933VF1ak1a0.97 0.01533 0.85t = 27t=0-347s) =0.01533 m2=7.38ms1a=19.14O(k1a 預(yù)設(shè) 0.85)為了使液流更平穩(wěn)的流動和提高效率，液流進口角一般有一微小的正沖角因此 1a 1a1a = 19.14o 1.86° 21° 取=1.86°a流線葉片進口排擠系數(shù)b流線:K1aZ 1D1a1（ctg 1a）2 =1 sin a由 tg 1b tg1a140.24 J （鴛0°Z857 3.53.14與假定值相D1b =117.66

13、mm=0.11766mU1bD1b n 0.11766 3.1460602900 =17.85ms也得U1btg 1b tg21o2_17.851b24.56°（實際值）b流線葉片進口排擠系數(shù)K1b13.4 117.6.1 加2 =0.843.5F1b2 R, b = 2 3.14 54.16 43.94=0.014947 m2vm1b0.0933vF1bk1b0.97 0.014947tg1bvm1b _ 7.66 = 23 22°17.85U1b所以1b1b1b = 24.56° 23.22°（計算值）1.34°c流線:D1c=102.16

14、mm=0.10216mU1cD1c n 0.10216 3.14 29006060=15.5mstg1ctg1a如得U1c°21.26 tg21 - 15.5c流線葉片進口排擠系數(shù)tg1c1c27.76°（實際值）K1cZ 1D1c（"7 3.5F1cRc c 23.14 52.22vm1c0.09333.14 102.16?嚟0竹2=0.8445.30.014857m2QvRck1c 0.97 0.014857 0.84=7.71msvm1c 7.7（計算值）叵二 =26.4所以u1c 15.51c= 1c ic = 27.76o 26.4o 1.36°

15、;11軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e變化檢查如圖4和表1所示圖4軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e變化圖表1軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e過水?dāng)嗝嫣杋LiRPSBLF (mm2)1027.527.5555509498.5229.0334.0928.857.3757.4429.0312298.48323.2253.0623.2243.9644.7852.2514923.67418.4371.0318.4336.2936.4870.6816272.58516.6787.6616.6733.2433.2787.3518317.13615.48103.1315.4830.8630.89102.8320008.2712分流線根據(jù)同一過水

16、斷面上的流速相等的原則，要求流過相鄰流線所組成的微小流道的流量相中間流線進口處半徑：238.8mm在具體份流線時，先分進出口。出口邊等分即可，進口邊流線，適當(dāng)延長后使之與軸線 平行。按每個圓環(huán)相等確定分點。有始末分點，憑經(jīng)驗畫出中間流線，畫流線時應(yīng)力求光滑準(zhǔn)確，以減少修改的工作量。而后沿整個流道取若干組過水?dāng)嗝妫瑱z查同一過水?dāng)嗝鎯闪骶€間的過水?dāng)嗝婷娣e是否相等。不相等時，應(yīng)修改，直到相等或相差在 3%以內(nèi)為止具體檢查如下表2所示表2軸面流道檢查過水?dāng)嗝媪鞯繰PSBF ( mm2)1a-b19.419.438.838.84727.08b-c46.98.116.216.24771.422a-b27.

17、1918.637.237.26352.02b-c52.3110.0720.1420.146616.133a-b61.5710.721.421.48274.52b-c67.319.4618.9218.927997.614a-b84.098.7217.4817.479223.89b-c86.358.216.416.48893.365a-b99.867.9615.9215.929983.76b-c99.327.815.615.69730.1813確定進口邊的位置進口邊一般不希望放在流道急劇拐彎處，同時與三條流線的夾角有如下要求:90b60°,70°,進口邊與前后蓋板交點連線與葉輪

18、軸心線的夾角3045，且有Di0.771.0Di :葉輪葉片中間流線進口直徑本設(shè)計葉輪進口直徑 D0 110mm , D1 0.93D0=0.93 X10=102mm,為了滿足 a 90 , 在軸面投影圖上量得 Da 140.24mm, Db 117.64mm, Dc 102.16mm。14流線分段分段的實質(zhì)就是在流面上畫特征線， 組成扇形格網(wǎng)。因為流面是軸面流線繞中心旋轉(zhuǎn)一 周所得的曲面。流面是軸對稱的，一個流面上的全部軸面流線均是相同的，所以只要分相應(yīng) 的一條軸面流線，就等于在整個流面上繪出了方格網(wǎng)。具體方法是在軸面投影圖旁，畫兩條 夾角等于5的兩條射線，這兩條射表示夾角為 5的兩個軸面。

19、從出口開始，沿軸面流線試取長度 5,若厶S中點半徑所對應(yīng)的兩條射線間的弧長 u,與試取的 S相等, 則分點正確。如果不等，另取 S,直到 S=Au為止。第一點確定以后，用同樣的方法去 分2、3、點。如下圖5所示。圖5分流線圖15繪制方格網(wǎng)流面是個空間流面，直接在流面上畫流線不容易表現(xiàn)形狀和角度變化規(guī)律，因此要設(shè)法把流面展開成平面，在展開的平面上畫流線，然后，在展開圖上畫流線，按預(yù)先做好的記號， 返回到相應(yīng)的流面上。通常這種作圖，是借助特征線利用插入法進行的。具體計算過程見 計 算葉輪出口速度”部分繪制方格網(wǎng)的基本原理是保角變換原理。 因為保角變換繪型是基于局部相似， 而不追求 局部相等，所以幾

20、個流面可以用一個平面方格網(wǎng)代替。方格網(wǎng)的大小任意選取，橫線表示軸 面流線的相應(yīng)分點，豎線表示夾角為對應(yīng)分點所用的軸面。本設(shè)計的葉型方格網(wǎng)圖 6如下：(I m w v vi vi k x在方格網(wǎng)上繪制流線，先畫中間流線，流線進口處在方格網(wǎng)的位置應(yīng)與軸面投影流線的 分點對應(yīng)，過進口點作角度等于計算的葉片進口安放角的直線，然后作光滑曲線與進出口相切。16繪制軸面截線方格網(wǎng)上畫出的三條相對流線，就是表面的三條型線。用軸面（相當(dāng)于方格網(wǎng)的豎線） 截三條流線，相當(dāng)于用軸面去截葉片，所得的三點的連線為葉片的一條軸面流線。把方格網(wǎng) 中每隔一定角度的豎線和三條流線的交點， 按對應(yīng)分點的位置用插入法分別點到軸面投

21、影的 三條流線上，然后把所得的點連成光滑曲線，即為葉片的軸面截線。軸面截線應(yīng)光滑，按一 定規(guī)律變化。軸面截線投影圖如下圖7所示：17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。相應(yīng)的角從軸面截線圖中量得，角從方格網(wǎng)流線中量得。葉片厚度進出口一般按工藝要求給定。把算得的厚度，按流線和軸面截線，點到軸面圖中，光滑連接，即得到葉片加厚后的軸面投影圖。計算 列表和葉片加厚后的軸面投影圖如下表 3和圖8所示：表3葉片加厚計算表軸面0In出IVS33.43.844a流 線a2119.718.817.716.3COS a0.930.940.950.950.96mas/ COS a3.2

22、13.614.014.204.17b流 線b24.5621.9021.2018.4017.80COS b0.910.930.930.950.95mbS/ COS b3.303.664.084.224.20c流 線ma s/ cosa 27.7626.9026.7026.7026.70COS C0.890.890.890.890.89meS/ COS c3.393.814.254.484.48軸面VvnvrnIXS44444a流 線a17.920.423.127.330COS a0.950.940.920.890.87mas/ COS a4.204.274.354.504.62b流 線b20.3

23、022.9025.7028.3030.00COS b0.940.920.900.880.87mbs/ COS b4.264.344.444.544.62c流 線mas /cosa 26.3027.2028.0028.8030.00COS c0.900.890.880.880.87mcS/ COS c4.464.504.534.564.62圖8葉片加厚18畫葉輪木模圖用一組等距（或不等距）的軸垂面去截葉片，每個葉片和葉面有兩條交線（工作面和背 面），把各個截面和葉片工作面與背面的交線畫在平面中，即為木模截線，其具體作圖步驟 如下：a. 畫一組軸垂面，并編號 0、1、3、4，在平面圖中，畫出相應(yīng)軸

24、面投影圖中軸面截 線角度的軸面（一組射線）b. 并相應(yīng)編號0、I、U、c. 根據(jù)葉片向凸面方向旋轉(zhuǎn)，和去掉后蓋板（從后面看）能看見葉片工作面，從前面 看能看見葉片背面，決定工作面（背面）在俯視圖中的位置。如在圖右側(cè)，畫出后蓋板與葉 片的交面，是工作面的木模截線，左側(cè)畫出前蓋板與葉片的交面，是背面的木模截線。該葉 片從后面看去順時針旋轉(zhuǎn)，從后面去看為一逆時針旋轉(zhuǎn)d. 做葉片平面投影輪廓線： 圖中是畫葉片工作面與前蓋板的交線。 它是軸面投影圖中工作面截線和前蓋板流線的 交點，以相等的半徑畫到相應(yīng)的軸面的射線上所得的點的連線，同樣可以作出； 葉片背面后后蓋板的交線； 葉片背面和前蓋板的交線； 葉片工

25、作面和后蓋板的交線。e. 畫工作面、背面的木模截線：把木模截線與工作面軸面截線的交點，按相等的半徑畫到相應(yīng)的軸面射線上，并將所的 點連線，得工作面木摸截線1、2、3和背面截線1、3。木摸截線面與前后蓋板流線的交點 的半徑應(yīng)和平面圖木模截線始點（終）半徑相等。木模截線應(yīng)光滑連接。本設(shè)計的離心泵的木模圖如下圖 9：Frans in2 iW圖9葉輪木模圖附錄：設(shè)計成果圖附圖1軸面投影圖£ wI*吒cn5q31爭M1-SWT1出11址1鳥cnjscoCHp:J笏f J2書%yCJU1 mw33鳥盂cm當(dāng)£whs-昌056gaoLB*Srit£T附圖2:分流道圖s爭 磁CJ132iT ObT cbT abknTab3 i5心H*ISJ 嚴(yán)1- g4g!=- g4700-qlloog厶a71Ugi0a?g4p11501LGH4戶 aa2it4F4IL0HK>3 gMs_< tn1-6nilk 0graISD4gVLnJi-6HM300Ma000!103524=3 r-ij s附圖3:分流線圖附圖4:網(wǎng)格圖9Boo1Vlj&q