課程設(shè)計指導書-離心泵葉輪水力設(shè)計

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=336=0.0933，揚程H=55m，裝置汽蝕余量。2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3。暫取2.7泵的吸入口直徑按下式確定 取標準值210mm 泵的排出口直徑為 （因設(shè)計的泵揚程較低） 泵吸入口直徑泵排出口直徑將選定的標準值代入上式，得泵的進出口流

2、速為2.69。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 4汽蝕計算a 泵的安裝高度=10.33-0.5-0.24-3.3=6.29m常溫清水=0.24mb 泵的汽蝕余量=3.3-0.5=2.8mc 泵的汽蝕比轉(zhuǎn)速=11505確定比轉(zhuǎn)速和泵的水力方案根據(jù)比轉(zhuǎn)速公式 =160根據(jù)以往的運行經(jīng)驗，當在120210的區(qū)間時，泵的效率最高。依算得的=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 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 =0.875 取=0.

3、87b 容積效率=0.977 取=0.97c 圓盤損失效率 =0.88d 機械效率 假定軸承填料損失約為2% ，則=0.88×0.98=0.86f 總效率 =0.86×0.97×9.87=0.73g 軸功率 =68.7KWh 計算配套功率 =KN=1.2×68.7=82.5KW K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 、葉片進口直徑、葉輪輪轂直徑、葉片進口角、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、葉片出口角和葉片數(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，而兩者對效率均有影響。因此，泵的主要

4、尺寸的確定精確與否，直接影響泵的效率和性能。圖 2 軸面投影圖a 軸徑和輪轂直徑的確定 根據(jù)扭矩計算公式，軸徑為 = =34mm 取 上式中=271.68N·m d取標準值40mm 扭矩（N·m）計算功率（KW） =KWK工況變化系數(shù)泵軸材料的許用切應力（）本離心泵采用懸臂葉輪，因此，輪轂直徑=0b 葉輪進口直徑的確定實踐證明，泵在相應增加很廣的范圍內(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，可選擇較小的有葉輪進口直徑以減小密封環(huán)的泄漏量，提高容積效率。根據(jù)有葉輪進口直徑的計算公式得=110mm 取3.45c 葉輪出口直徑的初步計算 葉輪外徑和葉片出

5、口角等出口幾何參數(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)也與和及葉片等參數(shù)有關(guān)?？梢姡木_與否，間接影響著泵的性能。根據(jù)經(jīng)驗公式得 =235mm （初步計算值）上式中 =7.4d 葉輪出口寬度計算與選擇 根據(jù)經(jīng)驗公式 =30mm上式中 =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Z=7.1 取Z=7 其中=0.93×110=102mm, ,8葉輪外徑或葉片出口角的精確計算 前面的葉輪主

6、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。因為是最主要尺寸，按速度系數(shù)法算得之后，最好以按此算得的為基礎(chǔ)進行理論計算。因此，下面就以基本方程式為基礎(chǔ)對進行精算 a 理論揚程=63.2m b 修正系數(shù)P =0.94 （a取0.65）靜矩S=0.01×（0.055+0.065+0.075+0.084+0.95+0.105）=0.0479有限葉片數(shù)的修正系數(shù) =0.37c 無限葉片數(shù)理論揚程 =(1+0.37)×63.2=86

7、.6md 葉片出口排擠系數(shù) =0.924f 出口軸面速度=4.7g 出口圓周速度=33.48 外圓直徑=219mm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)=0.917出口軸面速度 =5.07出口圓周速度=33.8 外圓直徑=220mm 與假定值相近，不再進行下一次精算。取=220mm9計算出口速度 a 出口圓周速度 =33.4 b 出口軸面速度 葉片出口排擠系數(shù) =0.917=5.07 c 出口圓周分速度=18.54 d 無窮葉片出口圓周分速度=2510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：圖 3 葉型軸面投影圖的具體尺寸 a流線： =14

8、0.24mm=0.14024m =21.26 =0.01533=7.38 (預設(shè)0.85) 所以 =0.347 =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 = 取=a流線葉片進口排擠系數(shù)=0.85 與假定值相符b流線： =117.66mm=0.11766m=17.85 由 得 （實際值） b 流線葉片進口排擠系數(shù) =0.84=0.014947=7.66= （計算值） 所以 =c流線： =102.16mm=0.10216m=15.5由 得 （實際值） c 流線葉片進口排擠系數(shù)=0.84=7.71= （計算值）所以 =11軸面液流過水斷面面積變化檢查如圖 4和表 1所

9、示 圖 4 軸面液流過水斷面面積變化圖表 1 軸面液流過水斷面面積過水斷面號iLiSBLF（）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)同一過水斷面上的流速相等的原則，要求流過相鄰流線所組成的微

10、小流道的流量相等。中間流線進口處半徑：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，畫流線時應力求光滑準確，以減少修改的工作量。而后沿整個流道取若干組過水斷面，檢查同一過水斷面兩流線間的過水斷面面積是否相等。不相等時，應修改，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 軸面流道檢查過水斷面號i流道RSBF（）1a-b19.419.438.838.84727.08b-c46.98.116.216.24771.422a-b27.1918.637.237.26352.02b-c52.3110.0

11、720.1420.146616.133a-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： 進口邊與前后蓋板交點連線與葉輪軸心線的夾角，且有：葉輪葉片中間流線進口直徑本設(shè)計葉輪進口直徑，=0.93×110=102mm，

12、為了滿足在軸面投影圖上量得 。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，畫兩條夾角等于的兩條射線，這兩條射表示夾角為的兩個軸面。從出口開始，沿軸面流線試取長度S，若S中點半徑所對應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=u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)

13、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，按預先做好的記號，返回到相應的流面上。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分點，豎線表示夾角為對應分點所用的軸面。本設(shè)計的葉型方格網(wǎng)圖 6如下：圖 6 方格網(wǎng)圖在方格網(wǎng)上繪制流線，先畫中間流線，流線進口處在方格網(wǎng)的位置應與軸面投影流線的分點對應，過進口點作角度等于計算的葉片進口安放角的直線，

14、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（相當于方格網(wǎng)的豎線）截三條流線，相當于用軸面去截葉片，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，按對應分點的位置用插入法分別點到軸面投影的三條流線上，然后把所得的點連成光滑曲線，即為葉片的軸面截線。軸面截線應光滑，按一定規(guī)律變化。軸面截線投影圖如下圖 7所示： 圖 7 繪制軸面截線圖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

15、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0S33.43.844a流線2119.718.817.716.30.930.940.950.950.963.213.614.014.204.17b流線24.5621.9021.2018.4017.800.910.930.930.950.953.303.664.084.224.20c流線27.7626.9026.7026.7026.700.890.890.890.890.893.393.814.254.484.48軸 面S44444a流線17.9

16、20.423.127.3300.950.940.920.890.874.204.274.354.504.62b流線20.3022.9025.7028.3030.000.940.920.900.880.874.264.344.444.544.62c流線26.3027.2028.0028.8030.000.900.890.880.880.874.464.504.534.564.62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，畫出相應軸面投影圖中軸面截線角度的軸面（一組射線）b. 并相應編號0、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