潛水軸流泵設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、QZ型潛水軸流泵設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)參數(shù)：流量 Q=130m3/h揚(yáng)程 H3.7m轉(zhuǎn)速 n2900r/min1 概述本設(shè)計(jì)系。軸流泵是一種高比轉(zhuǎn)數(shù)的水泵，一般比轉(zhuǎn)數(shù)5001000當(dāng)大于500時(shí)，泵一般設(shè)計(jì)成軸流式。軸流泵屬于低揚(yáng)程、大流量泵，一般性能范圍為：揚(yáng)程12m；流量0.30.65m3/s。軸流泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，主要用于揚(yáng)程低，流量大的場(chǎng)合。中、小型軸流泵的結(jié)構(gòu)油吸入喇叭口、葉輪、導(dǎo)流器、彎管等組成，葉輪一般采用不可調(diào)式，這種結(jié)構(gòu)葉輪非常簡(jiǎn)單。小型軸流泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)可與泵連在一起，使用和安裝均非常方便，缺點(diǎn)是效率曲線(xiàn)的高效區(qū)比較窄，泵比轉(zhuǎn)數(shù)越高，高效區(qū)越窄。對(duì)于大型軸流泵，可將葉輪設(shè)計(jì)成可調(diào)式

2、的，以增加水泵的高效區(qū)。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)參數(shù)：流量 Q=130m3/h，揚(yáng)程 H3.7m，配套功率 P配2.2KW，屬于小型泵，葉輪采用不可調(diào)式。比轉(zhuǎn)數(shù)，代入?yún)?shù)計(jì)算得754，故泵的結(jié)構(gòu)為軸流式。作為潛水泵，需要在水下工作，為了安裝和檢修的方便，把泵和電機(jī)設(shè)計(jì)成一體，用一根軸連接。汽蝕方面，泵在水下工作，一般不會(huì)發(fā)生汽蝕，可以不作要求。2葉輪的設(shè)計(jì)（1）軸流泵的輪轂比輪轂用來(lái)固定葉片，在結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度上應(yīng)保證安裝葉片要求。減小輪轂比，可減少水力摩擦，增加過(guò)流面積，有利于抗汽蝕性能的改善。但過(guò)分的減少輪轂比，會(huì)增加葉片的扭曲，偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，會(huì)造成流動(dòng)紊亂，在葉片進(jìn)出口形成二次回流，使效率下降，高效

3、范圍變窄。軸流泵的輪轂比根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)確定：5005506008000.60.550.50.4根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出的754，試取0.45。（2）軸流泵的葉片數(shù)Z軸流泵的葉片數(shù)Z可以根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)選定，一般Z=36，比轉(zhuǎn)數(shù)高，葉片負(fù)荷輕，葉片數(shù)可少一些。比轉(zhuǎn)數(shù)500600，葉片數(shù)取65；比轉(zhuǎn)數(shù)700900，葉片數(shù)取4個(gè)。據(jù)此，本設(shè)計(jì)中取葉片數(shù)Z4。（3）葉輪外徑D葉輪的當(dāng)量直徑的大小決定葉輪前軸面速度的大小，在轉(zhuǎn)速一定情況下，的大小與葉片前來(lái)流速度（相對(duì)速度）與圓周之間夾角大小有關(guān)。影響著葉片中翼型的安放角，而太小葉片排擠系數(shù)就小，因此需要控制角。為控制角在一定范圍，魯特捏夫建議按葉輪進(jìn)口出軸面速度計(jì)算

4、當(dāng)量直徑，他建議取軸面速度為：計(jì)算出軸面速度后可以計(jì)算當(dāng)量直徑：代入數(shù)據(jù)得：4.7m/s=0.99m因此，葉輪外徑 110mm輪轂直徑 =0.450.1150mm（4）估算效率參照同類(lèi)型潛水軸流泵，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，估選效率0.75，將該效率分配下去，得： 容積效率 機(jī)械效率 水力效率 此效率只是初步估計(jì)，僅用于設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算。（5）確定計(jì)算截面 本設(shè)計(jì)中取5個(gè)截面，內(nèi)外截面分別與輪緣和輪轂留有一定距離，見(jiàn)圖一。以方便用樣板檢查。所取各截面見(jiàn)下表：截面直徑（mm）54678093106所取截面見(jiàn)右圖。（6）確定軸面速度和速度環(huán)量的分布規(guī)律軸面速度 ，代入?yún)?shù)計(jì)算，得速度環(huán)量 ，代入數(shù)值，得假設(shè)

5、 ，則繞翼型環(huán)量：本設(shè)計(jì)為小型泵，為提高效率可以選用非等環(huán)量分布設(shè)計(jì)，但可能會(huì)出現(xiàn)各參數(shù)相差較大的情況，無(wú)法獲得滿(mǎn)意的結(jié)果。事實(shí)證明，采用等環(huán)量和等軸面速度設(shè)計(jì)，各截面計(jì)算參數(shù)與非等環(huán)量情況相差不大，且結(jié)果也能令人滿(mǎn)意，方法簡(jiǎn)單。故本設(shè)計(jì)中采用等環(huán)量和等軸面速度設(shè)計(jì)。（7）速度三角形的計(jì)算 葉片進(jìn)出口速度三角形如右圖所示。假設(shè)0，速度三角形各分量計(jì)算如下：，,下面是各截面的速度三角形的計(jì)算： 截面 截面 截面 截面 截面（8）葉柵間距截面 截面 截面 截面 截面 以上為葉輪設(shè)計(jì)的前期計(jì)算，無(wú)論采用升力法還是圓弧法設(shè)計(jì)該泵，均需進(jìn)行以上部分的計(jì)算。以下分別用升力法和圓弧法對(duì)葉輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。一、 升

6、力法設(shè)計(jì)葉輪升力法設(shè)計(jì)軸流泵計(jì)算表 序號(hào)計(jì)算公式單位計(jì)算截面1m0.0540.0670.080.0930.1062m/s8.27.2510.1712.1414.113000004m2/s0.9270.9270.9270.9270.9275m/s4.774.774.774.774.776m/s5.474.413.723.172.797m/s7.259.2811.3113.415.458°41.1230.9224.8920.8517.989mm42.452.662.87383.21044444110.120.10250.0850.06750.051249049049049049013&#

7、176;11111141.10.9750.850.7250.6151.1570.7110.37230.29690.412161.340.92350.6340.45240.5811754854854854854818mm46.651.353.452.949.919mm5.595.234.453.282.5205.65.24.53.32.5214.18 5.63 7.10 7.29 4.30 22°1.11.040.980.90.8623°5.643.841.044-0.1052.3524°46.7634.7625.9321.520.33根據(jù)上表中的計(jì)算結(jié)果，對(duì)葉片進(jìn)

8、行繪型。根據(jù)490翼型的結(jié)構(gòu)，按比例計(jì)算翼型的尺寸，列入表格，即得翼型的繪型表。繪型表見(jiàn)下一頁(yè)。繪型表中參數(shù)的意義見(jiàn)下圖： 繪型表中各參數(shù)意義 繪型計(jì)算表 計(jì)算截面490翼型l(mm)46.551.553.453.050.0max(mm)5.65.24.53.32.5max/l(%)12.010.18.46.65.0序號(hào)x/l(%)yoyuyo-yuxyeyixyeyixyeyixyeyixyeyi10.002200.001.2731.2730.001.1821.1820.001.0231.0230.000.7500.7500.000.5680.56821.253.60.852.750.582

9、.2910.5410.642.1270.5020.671.8410.4350.661.3500.3190.631.0230.24132.504.60.54.11.162.9270.3181.292.7180.2951.342.3520.2561.331.7250.1881.251.3070.14245.005.950.155.82.333.7860.0952.583.5160.0892.673.0430.0772.652.2310.0562.501.6900.04357.507073.494.4550.0003.864.1360.0004.013.5800.0003.982.6250.0003

10、.751.9890.000610.007.707.74.654.9000.0005.154.5500.0005.343.9380.0005.302.8880.0005.002.1880.000715.008.650.28.456.985.5050.1277.735.1110.1188.014.4230.1027.953.2440.0757.502.4570.057820.009.20.48.89.305.8550.25510.305.4360.23610.684.7050.20510.603.4500.15010.002.6140.114930.009.60.958.6513.956.1090

11、.60515.455.6730.56116.024.9090.48615.903.6000.35615.002.7270.2701040.009.050.88.2518.605.7590.50920.605.3480.47321.364.6280.40921.203.3940.30020.002.5710.2271150.008.550.87.7523.255.4410.50925.755.0520.47326.704.3720.40926.503.2060.30025.002.4290.2271260.007.450.66.8527.904.7410.38230.904.4020.35532

12、.043.8100.30731.802.7940.22530.002.1160.1701370.006.050.45.6532.553.8500.25536.053.5750.23637.383.0940.20537.102.2690.15035.001.7190.1141480.004.40.154.2537.202.8000.09541.202.6000.08942.722.2500.07742.401.6500.05640.001.2500.0431590.002.502.541.851.5910.00046.351.4770.00048.061.2780.00047.700.9380.

13、00045.000.7100.0001695.001.450.051.444.180.9230.03248.930.8570.03050.730.7410.02650.350.5440.01947.500.4120.01417100.00.150.15046.500.0950.09551.500.0890.08953.400.0770.07753.000.0560.05650.000.0430.043二、 圓弧法設(shè)計(jì)各參數(shù)的計(jì)算結(jié)果列在表中，具體見(jiàn)下表：圓弧法設(shè)計(jì)軸流泵計(jì)算表序號(hào)常量單位截面1m0.0270.03350.040.04650.053210.9250.850.7750.730.14

14、290.1060.0830.06320.04840.80.80.80.80.85m0.0420.0490.0530.0530.0586mm65.24.43.62.8711.0811.17651.29031.42868mm43.4672.9332.41.8679m2/s0.9270.9270.9270.9270.92710m2/s0.2320.2320.2320.2320.23211m/s8.210.1712.1414.1116.0912m/s5.474.413.723.172.7913m/s5.4657.96510.2812.52514.69514m/s4.774.774.774.774.77

15、15316.5271.3250.8233.2229.2第一次逼近計(jì)算： 第一次逼近計(jì)算主要是為了求得，如果，則說(shuō)明計(jì)算結(jié)果理想，不用修正。事實(shí)上，本次計(jì)算結(jié)果除了截面，均很好的符合了要求，不需要進(jìn)行修正。序號(hào)計(jì)算公式單位截面160.8730.5990.4640.3810.32517°41.1230.9224.8920.8517.98180.6576 0.5138 0.4209 0.3560 0.3087 190.1435 0.1283 0.1160 0.0924 0.0727 200.8565 0.8717 0.8890 0.9076 0.9273 21m/s5.569 5.472

16、5.366 5.260 5.144 221.019 0.687 0.522 0.420 0.350 2345.5434.4927.5622.7619.29240.700 0.824 0.887 0.922 0.944 25m/s7.8079.66611.5913.5815.572640.5428.0721.617.1714.72271.461.641.821.861.8928°27.7617.1211.879.237.7929°2.80 0.98 0.72 0.54 0.48 30°48.34 35.47 28.28 23.30 19.77 下面是翼型骨線(xiàn)的幾何參

17、數(shù)及水力效率的計(jì)算：序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目單位截面31mm49.792.2143197.3237.432mm4.73.32.52.11.8331.4150.97970.75540.59940.5138340.89140.61720.47590.37760.323735m5.255.135.285.435.8136891907888869826370.1120.0670.0470.0370.031380.02380.01950.01740.01620.015439°1.361.120.9980.9290.885400.9670.9650.9620.9580.954x/l（mm)/max(%)0.

18、000.01.2524.22.5033.45.0046.410.0063.120.0086.430.0093.640.0098.850.0098.060.0089.570.0076.080.0056.890.0031.695.0017.2100.001.0 葉片繪型根據(jù)上表的計(jì)算結(jié)果，可以得到翼型的骨線(xiàn)。對(duì)翼型進(jìn)行加厚。在本設(shè)計(jì)中，取最大厚度在處，并取較小的頭部圓角，以獲得良好的汽蝕性能和能量性能。加厚規(guī)律見(jiàn)右表。繪型表見(jiàn)下頁(yè)，表中各幾何參數(shù)的意義見(jiàn)下圖。圓弧法葉片繪型表 計(jì)算截面l(mm)42.049.053.057.058.0max(mm)6.05.24.43.62.8序號(hào)x/l（mm)/

19、max(%)49.792.2143197.3237.6xxxxx10.000.00.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.00021.2524.20.531.4520.611.2580.661.0650.710.8710.730.67832.5033.41.052.0041.231.7371.331.4701.431.2021.450.93545.0046.42.102.7842.452.4132.652.0422.851.6702.901.299610.0063.14.203.7864.903.2815.302.7765.702.2725.801.7

20、67720.0086.48.405.1849.804.49310.603.80211.403.11011.602.419830.0093.612.605.61614.704.86715.904.11817.103.37017.402.621940.0098.816.805.92819.605.13821.204.34722.803.55723.202.7661050.0098.021.005.88024.505.09626.504.31228.503.52829.002.7441160.0089.525.205.37029.404.65431.803.93834.203.22234.802.5

21、061270.0076.029.404.56034.303.95237.103.34439.902.73640.602.1281380.0056.833.603.40839.202.95442.402.49945.602.04546.401.5901490.0031.637.801.89644.101.64347.701.39051.301.13852.200.8851595.0017.239.901.03246.550.89450.350.75754.150.61955.100.48216100.001.042.000.06049.000.05253.000.04457.000.03658.

22、000.028（9）葉片繪型 畫(huà)翼型展開(kāi)圖 根據(jù)葉片繪型表的數(shù)據(jù)，將翼型加厚，得到各截面的翼型圖。 確定葉片旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置 取距離翼弦進(jìn)口處的骨線(xiàn)上的點(diǎn)作為旋轉(zhuǎn)中心水平線(xiàn)。必要時(shí)可以適當(dāng)偏離骨線(xiàn)。 作葉片軸面投影圖 做各翼型的水平中心線(xiàn)，將翼型進(jìn)出口端點(diǎn)到中心水平線(xiàn)的縱坐標(biāo)方向距離，移到軸面圖中心線(xiàn)的兩側(cè)，光滑連接各點(diǎn)得到葉片軸面投影的進(jìn)出口邊。進(jìn)出口邊應(yīng)該為光滑的曲線(xiàn)。 作軸面投影和木模截線(xiàn) 在軸面投影圖中，作一組垂直軸線(xiàn)的木模截面，按各截線(xiàn)間的距離畫(huà)到各翼型展開(kāi)圖中。同時(shí)在各翼型中畫(huà)出一組豎線(xiàn)，豎線(xiàn)間水平距離等于對(duì)應(yīng)半徑截面中心角的弧長(zhǎng)。將各翼型圖中水平線(xiàn)1，2，3與翼型工作面及背面交點(diǎn)，按

23、所在角度位置用插入點(diǎn)法插入到平面圖中相應(yīng)的角度位置，分別光滑地連接，得到工作面的木模截線(xiàn)（實(shí)線(xiàn)）和背面木模截線(xiàn)（虛線(xiàn)）。設(shè)計(jì)中要求木模截線(xiàn)光滑有規(guī)律變化。詳細(xì)見(jiàn)葉片木模圖，在此不贅述。3 導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)軸流泵的導(dǎo)葉作用是消除液體環(huán)量，轉(zhuǎn)換速度能為壓力能。本設(shè)計(jì)中，采用流線(xiàn)法設(shè)計(jì)導(dǎo)葉。為了減少水泵的整體長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)采用將導(dǎo)葉與擴(kuò)散管合為一體的方案，在此我們稱(chēng)之為導(dǎo)流殼，詳見(jiàn)零件圖的導(dǎo)流殼部分。為減少損失，導(dǎo)流殼的擴(kuò)散角為，本設(shè)計(jì)因水泵尺寸小，僅取為。導(dǎo)葉進(jìn)口邊應(yīng)該與葉輪出口邊平行，本設(shè)計(jì)盡量以此為原則，略微有些偏離。導(dǎo)葉和葉輪間距離取。葉片數(shù)取5個(gè)。流線(xiàn)法設(shè)計(jì)導(dǎo)葉的步驟為： 繪制導(dǎo)葉的軸面投影圖；

24、分流線(xiàn) 導(dǎo)葉有錐度，流面為錐面。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以圓柱面代替，誤差不大。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，本設(shè)計(jì)即以圓柱面代替錐面； 計(jì)算各流面葉片進(jìn)出口安放角和 由進(jìn)口速度三角形，式中，導(dǎo)葉進(jìn)口軸面速度， 葉片進(jìn)口排擠系數(shù)， 式中，計(jì)算流面的進(jìn)口直徑； 導(dǎo)葉進(jìn)口圓周方向厚度，式中，計(jì)算流面導(dǎo)葉進(jìn)口的流面厚度； 導(dǎo)葉進(jìn)口安放角； 導(dǎo)葉進(jìn)口處圓周分速度，按計(jì)算。本設(shè)計(jì)，先選定，然后確定出。根據(jù)確定出的求出，然后與選定值比較，進(jìn)行校核。葉片出口角一般取，本設(shè)計(jì)中取。 確定葉柵稠密度本設(shè)計(jì)參考類(lèi)似設(shè)計(jì)取定葉柵稠密度。根據(jù)對(duì)流道擴(kuò)散角的校核，滿(mǎn)足擴(kuò)散角為的要求。流道擴(kuò)散角的校核公式：流道擴(kuò)散角。 導(dǎo)葉高度導(dǎo)葉高度。本設(shè)計(jì)取先確定

25、，定出，再校核擴(kuò)散角。導(dǎo)葉高度，取。校核滿(mǎn)足擴(kuò)散角要求。 確定導(dǎo)葉骨線(xiàn)半徑導(dǎo)葉骨線(xiàn)半徑 翼型加厚本設(shè)計(jì)取翼型除厚，以翼型骨線(xiàn)上的點(diǎn)為圓心畫(huà)圓；翼型頭部以為半徑畫(huà)圓。最后以相切圓弧連接得到翼型。不同截面的取值：截面4.03.53.02.52.0 導(dǎo)葉繪型導(dǎo)葉繪型包括畫(huà)軸面圖，翼型展開(kāi)圖和平面展開(kāi)圖。繪圖過(guò)程再本說(shuō)明書(shū)中從略，詳見(jiàn)導(dǎo)葉木模圖。和葉輪設(shè)計(jì)部分一樣，各參數(shù)的計(jì)算也已經(jīng)列在表中，見(jiàn)下一頁(yè)的表格，各參數(shù)的意義見(jiàn)下圖。 導(dǎo)葉設(shè)計(jì)計(jì)算一覽表 序號(hào)計(jì)算公式單位截面1m0.0270 0.0335 0.0400 0.0465 0.0532m/s5.47 4.41 3.72 3.17 2.79 30.

26、85 0.87 0.89 0.91 0.93 41.026 1.241 1.442 1.654 1.838 5°45.73 51.18 55.23 58.80 61.46 6°46.749.453.656.859.47mm444448mm5.50 5.27 4.97 4.78 4.65 95555510mm33.942.150.258.466.6110.837 0.875 0.901 0.918 0.930 12909090909013mm4342.642.141.741.514mm58.361.467.87378.6至此，導(dǎo)葉設(shè)計(jì)完畢。以上為水力設(shè)計(jì)部分，下面轉(zhuǎn)入水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4軸流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）概述本設(shè)計(jì)為小型潛水軸流泵，電機(jī)為濕式的，且采用通用軸，這樣再工藝、裝配上都非常簡(jiǎn)便。泵為上泵式，主要零件由進(jìn)水段，葉輪，導(dǎo)葉體，接頭和軸套等，工藝主要是鑄造。本設(shè)計(jì)中，對(duì)葉輪、導(dǎo)葉體、和軸套的加工要求較高，其他零件要求一般。本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高水泵效率為目的。（2）葉輪作為泵的能量轉(zhuǎn)換部件，泵的效率主要取決于葉輪的效率，故需要提高葉輪的制造要求，特別是過(guò)流部件。葉輪與軸通過(guò)鍵來(lái)聯(lián)結(jié)，為防止葉輪的軸向移動(dòng)，葉輪