1、離心泵葉輪的水力設(shè)計(jì)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(jì)有重要關(guān)系。因此，葉輪水力設(shè)計(jì)的質(zhì)量決定著所設(shè)計(jì)出來(lái)的泵的質(zhì)量。整個(gè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程圖如下圖 1所示圖1設(shè)計(jì)流程圖1泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量 Q=336m%=0.0933mS，揚(yáng)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(jìn)出口直徑泵吸入口直徑泵的吸入口直徑由合理的進(jìn)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Dt 0.

2、8Ds 168mm （因設(shè)計(jì)的泵揚(yáng)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(jìn)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?yàn)檗D(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(jì)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 dC h

3、 =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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)ns在120210的區(qū)間時(shí)，泵的效率最高。依算得的 ns =160, 宜采用單級(jí)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(jì)手冊(cè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得 a水力效率計(jì)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(pán)損失效率0.07($ 100)m 1 0.07(160100)76=0.8

4、8d機(jī)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(jì)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(jì)算葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進(jìn)口直徑 D。、葉片進(jìn)口直徑D1、葉輪輪轂直徑dh、葉片進(jìn) 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(jìn)口幾何參 數(shù)對(duì)汽蝕具有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對(duì)性能（ H、Q）具有重要影響，而兩者對(duì)效率 均有影響。因此，泵的主要尺寸的確

5、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(jì)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(jì)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(jìn)口直徑D。的確定實(shí)踐證明，泵在相應(yīng)增加V。很廣的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能保持水力效率不變，所以如果所設(shè)計(jì) 的泵對(duì)抗汽蝕性能要求不高，可選擇較小的有葉輪進(jìn)口直徑D0以減小密封環(huán)的泄漏量，提高容積效率。

6、根據(jù)有葉輪進(jìn)口直徑D。的計(jì)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(jì)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(yáng)程的最重要因素。另外影響 泵揚(yáng)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)。可見(jiàn)，D2的精確與否，間接影響著泵的性能。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得D2 Kd23Q =7.43 0.0933 =235mm（初步計(jì)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(jì)算與選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式Q10.0933b2 Kb23=0.947?=30mm耳 nN 2900上

7、式中Kb2ns 51600.64(丄)6 = 0.64(100 1005) =0.947e葉片數(shù)Z的計(jì)算與選擇葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)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(zhǎng)度以保證液流的穩(wěn)定性和葉片 對(duì)液體的充分作用根據(jù)公式得Di D212235 10220o 30z= 6.5 - 一 sin- = 6.5sin=7.1D2 D12235 1022取Z=7其中 D1 0.93D=0.93 X10=102mm,1 20, 2 308葉輪外徑D2或葉片出口角2的精確計(jì)算前面的葉輪主要尺寸是利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來(lái)確定的，因?yàn)檫@些系數(shù)來(lái)源于實(shí)

8、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(jì)泵時(shí)，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?yàn)镈2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(jìn)行理論計(jì)算。因此，下面就以基本方 程式為基礎(chǔ)對(duì)D2進(jìn)行精算a理論揚(yáng)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)6060靜矩S= SR =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)2=0.37= 0.94 0.117ZS7 0.

9、0479c無(wú)限葉片數(shù)理論揚(yáng)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=219mm n 3.14 2900因精算值與經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果相差較大，現(xiàn)進(jìn)行第二次精算 葉片出口排擠系數(shù)K2Z 2D21 （Ctg2）2=1sin 2

10、7 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(jìn)行下一次精算。取D2 =220mm9計(jì)算出口速度a出口圓周速度b出口軸面速度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）570.0933D2b2

11、K2 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(wú)窮葉片出口圓周分速度Uu2Ht g=86.6 9.8 =25m、U233.4S10計(jì)算葉輪進(jìn)口速度和進(jìn)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 =21岔560602 a = 2 3.14 60.27 -(30.0933VF1ak1a0.97 0.01533 0.85t = 27t=0-347s) =0.0

12、1533 m2=7.38ms1a=19.14O(k1a 預(yù)設(shè) 0.85)為了使液流更平穩(wěn)的流動(dòng)和提高效率，液流進(jìn)口角一般有一微小的正沖角因此 1a 1a1a = 19.14o 1.86 21 取=1.86a流線葉片進(jìn)口排擠系數(shù)b流線:K1aZ 1D1a1（ctg 1a）2 =1 sin a由 tg 1b tg1a140.24 J （鴛0Z857 3.53.14與假定值相D1b =117.66mm=0.11766mU1bD1b n 0.11766 3.1460602900 =17.85ms也得U1btg 1b tg21o2_17.851b24.56（實(shí)際值）b流線葉片進(jìn)口排擠系數(shù)K1b13.4

13、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 2217.85U1b所以1b1b1b = 24.56 23.22（計(jì)算值）1.34c流線:D1c=102.16mm=0.10216mU1cD1c n 0.10216 3.14 29006060=15.5mstg1ctg1a如得U1c21.26 tg21 - 15.5c流線葉片進(jìn)口排擠系數(shù)tg1c1c27.76（實(shí)際值）K1cZ 1D1c（7 3.5F1cRc c 23.14

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(jì)算值）叵二 =26.4所以u(píng)1c 15.51c= 1c ic = 27.76o 26.4o 1.3611軸面液流過(guò)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(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化圖表1軸面液流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e過(guò)水?dāng)嗝嫣?hào)iLiRPSBLF (mm2)1027.527.5555509498.5229.0334.0928.857.3757.4429.0312298.48323.2253.0623.2243.9644.78

15、52.2514923.67418.4371.0318.4336.2936.4870.6816272.58516.6787.6616.6733.2433.2787.3518317.13615.48103.1315.4830.8630.89102.8320008.2712分流線根據(jù)同一過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉傧嗟鹊脑瓌t，要求流過(guò)相鄰流線所組成的微小流道的流量相中間流線進(jìn)口處半徑：238.8mm在具體份流線時(shí)，先分進(jìn)出口。出口邊等分即可，進(jìn)口邊流線，適當(dāng)延長(zhǎng)后使之與軸線 平行。按每個(gè)圓環(huán)相等確定分點(diǎn)。有始末分點(diǎn)，憑經(jīng)驗(yàn)畫(huà)出中間流線，畫(huà)流線時(shí)應(yīng)力求光滑準(zhǔn)確，以減少修改的工作量。而后沿整個(gè)流道取若干組過(guò)水?dāng)嗝妫?/p>

16、檢查同一過(guò)水?dāng)嗝鎯闪骶€間的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e是否相等。不相等時(shí)，應(yīng)修改，直到相等或相差在 3%以?xún)?nèi)為止具體檢查如下表2所示表2軸面流道檢查過(guò)水?dāng)嗝媪鞯繰PSBF ( mm2)1a-b19.419.438.838.84727.08b-c46.98.116.216.24771.422a-b27.1918.637.237.26352.02b-c52.3110.0720.1420.146616.133a-b61.5710.721.421.48274.52b-c67.319.4618.9218.927997.614a-b84.098.7217.4817.479223.89b-c86.358.216.416.4

17、8893.365a-b99.867.9615.9215.929983.76b-c99.327.815.615.69730.1813確定進(jìn)口邊的位置進(jìn)口邊一般不希望放在流道急劇拐彎處，同時(shí)與三條流線的夾角有如下要求:90b60,70,進(jìn)口邊與前后蓋板交點(diǎn)連線與葉輪軸心線的夾角3045，且有Di0.771.0Di :葉輪葉片中間流線進(jìn)口直徑本設(shè)計(jì)葉輪進(jìn)口直徑 D0 110mm , D1 0.93D0=0.93 X10=102mm,為了滿(mǎn)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(shí)質(zhì)就是在流面上畫(huà)特征線， 組成

18、扇形格網(wǎng)。因?yàn)榱髅媸禽S面流線繞中心旋轉(zhuǎn)一 周所得的曲面。流面是軸對(duì)稱(chēng)的，一個(gè)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(gè)流面上繪出了方格網(wǎng)。具體方法是在軸面投影圖旁，畫(huà)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(gè)軸面。從出口開(kāi)始，沿軸面流線試取長(zhǎng)度 5,若厶S中點(diǎn)半徑所對(duì)應(yīng)的兩條射線間的弧長(zhǎng) u,與試取的 S相等, 則分點(diǎn)正確。如果不等，另取 S,直到 S=Au為止。第一點(diǎn)確定以后，用同樣的方法去 分2、3、點(diǎn)。如下圖5所示。圖5分流線圖15繪制方格網(wǎng)流面是個(gè)空間流面，直接在流面上畫(huà)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(kāi)成平面，在展開(kāi)

19、的平面上畫(huà)流線，然后，在展開(kāi)圖上畫(huà)流線，按預(yù)先做好的記號(hào)， 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(jìn)行的。具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn) 計(jì) 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?yàn)楸＝亲儞Q繪型是基于局部相似， 而不追求 局部相等，所以幾個(gè)流面可以用一個(gè)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(diǎn)，豎線表示夾角為對(duì)應(yīng)分點(diǎn)所用的軸面。本設(shè)計(jì)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(huà)中間流線，流線進(jìn)口處在方格網(wǎng)的位置應(yīng)與軸面投影流線的 分點(diǎn)對(duì)應(yīng)，過(guò)進(jìn)口點(diǎn)作角度等于計(jì)算的葉片進(jìn)口安放角的直線，然后作光滑曲線與進(jìn)出

20、口相切。16繪制軸面截線方格網(wǎng)上畫(huà)出的三條相對(duì)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(diǎn)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(diǎn)， 按對(duì)應(yīng)分點(diǎn)的位置用插入法分別點(diǎn)到軸面投影的 三條流線上，然后把所得的點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)到軸面圖中，光滑連接，

21、即得到葉片加厚后的軸面投影圖。計(jì)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(jì)算表軸面0In出IVS33.43.844a流 線a2119.718.817.716.3COS a0.930.940.950.950.96mas/ COS a3.213.614.014.204.17b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 C0.890.890.890.890.89me

22、S/ 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b20.3022.9025.7028.3030.00COS 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 c4.464.504.534.564.6

23、2圖8葉片加厚18畫(huà)葉輪木模圖用一組等距（或不等距）的軸垂面去截葉片，每個(gè)葉片和葉面有兩條交線（工作面和背 面），把各個(gè)截面和葉片工作面與背面的交線畫(huà)在平面中，即為木模截線，其具體作圖步驟 如下：a. 畫(huà)一組軸垂面，并編號(hào) 0、1、3、4，在平面圖中，畫(huà)出相應(yīng)軸面投影圖中軸面截 線角度的軸面（一組射線）b. 并相應(yīng)編號(hào)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(jiàn)葉片工作面，從前面 看能看見(jiàn)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(huà)出后蓋板與葉 片的交面，是工作面的木模截線，左側(cè)畫(huà)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(shí)針旋轉(zhuǎn)，從后面去看為一逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)d. 做葉片平面投影輪廓線： 圖中是畫(huà)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(diǎn)，以相等的半徑畫(huà)到相應(yīng)的軸面的射線上所得的點(diǎn)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； 葉片工作面和后蓋板的交線。e. 畫(huà)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(diǎn)，按相等的半徑畫(huà)到相應(yīng)的軸面射線上，并將所的 點(diǎn)連線，得工作面木摸截線1、2、