第07章-离心泵叶轮水力设计(1)..

离心泵设计离心泵设计[e-mail]进口1222144mqcDD11ur111tanmcu出口21mmcc=22ur2222tanmucuc221122()tuugHcrcr222tuhgHgHcrr离心泵设计第一节泵的主要设计参数和结构方案的确定现离心泵设计一、设计参数和要求•流量•扬程•转速（或由设计者确定）•装置汽蚀余量（或给出装置的使用条件）现离心泵设计•效率（要求保证的效率）•介质的性质（温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等）•对特性曲线的要求（平坦、陡降、是否允许有驼峰等）离心泵设计二、泵的总体结构形式和泵的进出口直径1.进口直径选取原则：经济流速；汽蚀要求ssvQ4D2.泵出口直径sdD)7.0~1(D2ssvvkgH=离心泵设计三、泵转速的确定确定泵转速应考虑下面几个因素•泵转速越高，泵的体积越小•确定转速应考虑原动机的种类和传动装置•提高转速受汽蚀条件的限制离心泵设计可根据汽蚀比转数选取4/3rNPSHQn62.5C离心泵设计四、计算比转数ns，确定水力方案4/3sHQn65.3n离心泵设计在确定比转数时应考虑下列因素•ns=120~210的区间，泵的效率最高，ns60的效率显著下降•可以采用单吸或双吸的结构形式来改变比转数的大小离心泵设计•可以采用单级或多级的结构形式来改变比转数的大小•泵特性曲线的形状与比转数的大小有关离心泵设计五、估算泵的效率水力效率3hnQlg0835.01离心泵设计容积效率3/2svn68.011该容积效率为只考虑叶轮前密封环的泄漏，对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况，容积效率还要相应降低离心泵设计机械效率6/7sm)100n(107.01泵的总效率mvh离心泵设计六、轴功率和原动机功率102QHgNNNc2.1离心泵设计七.轴径和轮毂直径的确定泵轴直径的确定应按强度、刚度和临界转速等情况确定。由于扭矩是泵主要的载荷，开始设计时首先按扭矩来确定泵轴的最小直径，最小直径一般位于联轴节处。3n][2.0MdnN1055.9Mc3nKNNc离心泵设计根据轴各段的结构工艺要求，确定叶轮处的轴径dB和轮毂直径dh。一般Bhd)4.1~2.1(d离心泵设计画草图时应注意以下几点：•各轴段应采用标准直径•轴上的螺纹一般采用标准细牙螺纹，其内径应等于或大于螺纹前轴段的直径•轴定位凸肩一般为1~2毫米离心泵设计速度系数设计法比转数相等的泵的速度系数是相等的。不同的比转速就有不同的速度系数。我们以现有性能比较好的产品为基础，统计出离心泵的速度系数曲线，设计时按ｎＳ选取速度系数，作为计算叶轮尺寸的依据，这样的设计方法就叫做速度系数设计法。离心泵设计叶轮主要几何参数有：•叶轮进口直径D0•叶片进口直径D1•叶轮轮毂直径dh•叶片进口角β1离心泵设计•叶轮出口直径D2•叶轮出口宽度b2•叶片出口角β2•叶片数z•叶片包角φ。离心泵设计一、叶轮进口直径D0的确定因为有的叶轮有轮毂，有的叶轮没有轮毂，为了研究问题方便，引入当量直径De以排除轮毂的影响。2h202edDD30enQKD离心泵设计对于双吸泵取Q/2•主要考虑泵的效率时K0=3.5~4.0•兼顾效率和汽蚀时K0=4.0~5.0•主要考虑汽蚀时K0=5.0~5.5离心泵设计二、叶轮出口直径D2的初步计算叶轮外径D2和叶片出口β2等出口几何参数，是影响泵杨程的最重要的因素。32D2nQKD式中2/1s2D)100n(35.9K离心泵设计三、叶轮出口宽度b2的计算和选择32b2nQKb式中6/5s2b)100n(64.0K离心泵设计四、叶片数的计算和选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数，一方面考虑尽量减小叶片的排挤和表面的摩擦，另一方面又使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。离心泵设计2siner13Z21m对于低比数离心叶轮2sinrrrr5.6Z211212离心泵设计叶片数也可按比转数选择ns30~4545~6060~120120~300Z8~107~86~74~6离心泵设计五、叶轮外径Ｄ２或叶片出口角β２的精确计算前述确定叶轮外径Ｄ２的计算方法中，速度系数是按一般情况（β２＝22.5）得出的。在设计泵时，可以选用不同的参数的组合，这时就增加了速度系数的近似性。因为Ｄ２是主要的尺寸，按速度系数法确定后，最好以此为基础进行精确计算。离心泵设计由基本方程式gvuvuHuuT1122由出口速度三角形2222tgvuvmu离心泵设计所以112222)(umTvutgvuguH整理后，得01122222TumgHvuutgvu离心泵设计解上面的方程，得11222222)2(2uTmmvugHtgvtgvu由ｕ２可求得Ｄ２为nuD2260离心泵设计对于离心泵，一般先选β２再计算Ｄ２；对于混流泵，先确定各流线的Ｄ２，精确计算β２角2222umvuvtg112uTuvuugHv离心泵设计六、叶片进口安放角的确定叶片进口安放角大于液流角，采用正冲角Δβ＝３～９。1.进口安放角的计算ｖｕ１由吸水室的结构确定。对直锥形吸水室ｖｕ１＝０；对螺旋形吸水室，可按经验公式确定各流线的ｖｕ1值。1u11m'1vuvtg离心泵设计32urnQmvK式中ｍ＝0.055～0.08，nｓ小取小值。叶片进口轴面速度11v1mkFQv211111111u1)sinctg(1DZ1sinDZS1DZS1k离心泵设计2.叶片出口安放角和出口三角形离心泵一般是先选择叶片出口角。混流泵一般按叶片出口处液流符合vur＝常数的方法来确定出口角。计算时先按扬程计算出中间流线的vur，进而求出其它流线的vu。离心泵设计2222umvuvtg222kFQvvm22222222222)sin(11sin11ctgDZDZSDZSku离心泵设计第四节叶轮轴面投影图的绘制离心泵设计一、轴面投影图的绘制一般原则：•出口前后盖板保持一段平行和对称变化；•流道弯曲不应太急，在轴向结构允许的条件下，采用较大的曲率半径为宜；•设计时参考性能较好的，比转数相近的叶轮轴面投影形状来绘制。离心泵设计轴面投影图ABDCEO过水断面形成线流道中线离心泵设计二、检查轴面流道过水断面变化情况过水断面面积的计算：F=2πRcbABDCEO过水断面形成线流道中线沿流道求出一系列过水断面面积EO离心泵设计过水断面面积沿流道中线的变化曲线应是一条光滑曲线。高抗汽蚀F=f(l)高效率进口边出水边离心泵设计三、分流线所谓分流线就是将过水断面分成几个相等的小过水断面流线的分法：出口边一般平行轴线，只要等分出口边线段即可；进口边流线，适当延长之后使之与轴线平行；根据进出口的分点，凭经验画出各条轴面流线。离心泵设计Δbi中间流线离心泵设计如果分成n个小流道，则进口分点半径为2n2n20iRn)RR(iR小过水断面的面积为：iiibr2F沿同一过水断面应满足.constbrii离心泵设计第五节叶片绘型所谓叶片绘型就是画叶片。就是将在各个流面上绘制的流线（叶片的骨线）按照一定的规律组合起来，形成无厚度的叶片。离心泵设计叶片绘型的方法：•方格网保角变换法；•扭曲三角形法；•逐点计算法。离心泵设计一、方格网保角变换法绘型原理离心泵设计借助于保角变换的思想展开此曲面离心泵设计将圆柱面沿母线切开，展成平面离心泵设计所谓保角变换，就是要保证空间流面上流线与圆周方向的角度对应相等。从图中可以看出，空间流线穿过流面上的小扇形，将扇形两边分别截为两段，相应的流线在平面方格网上，把正方形两边分别截为成比例的两段，由相似关系，对应的角度不变。离心泵设计二、绘型步骤1．沿轴面流线分点分点的实质就是在流面上画特征线，组成扇形格网。分点是在流线上（相当一个流面）进行的。离心泵设计在轴面流线上分点离心泵设计在轴面投影图旁，画两条夹角等于Δθ的射线。则两条射线表示夹角为Δθ的两个轴面。一般取Δθ＝3°～5°。从出口开始，先试取Δs，若Δs中点半径对应的两条射线间的弧长Δu，与试取的Δs相等，则分点是正确的，如果不等就逐次逼近，直至Δs＝Δu为止。离心泵设计第一点确定后，用同样的方法分得第2、3……点。当流线平行轴线时，Δu不变，用对应Δs截取流线即可。各个流线用相同的Δθ分点。离心泵设计2．画展开流面（平面方格网）并在其上绘制流线方格网的大小任意选取，横线表示轴面流线的相应分点，竖线表示夹角，为对应分点所用Δθ的轴面。离心泵设计•画出方格网并将特征线顺序编号。•在其上绘流线，通常先画中间流线。•流线在方格网上的位置应与相应轴面流线分点序号对应。•进出口角应于预先确定的值相符，包角的大小可灵活掌握。离心泵设计进出口边在方格网中位于同一竖线上，表示进口边位于同一轴面上。离心泵设计一般离心泵进出口边都在同一轴面上。混流泵进出口边均可不置于同一轴面上。当离心泵绘型的型线不理想时，进出口边可以放在不同的轴面上，究竟如何布置，主要取决于方格网上的流线形状和下步所述的轴面截线形状好坏来决定。注意：离心泵设计3．画轴面截线•在方格网中画出的流线，就是叶片表面的型线。•用轴面（相当于方格网中的竖线）去截这流线，所截点的连线就是一条轴面截线。•把方格网中每隔一定角度的竖线和流线的交点，对应于编号1、2、3……的位置，用插入法分别点到轴面投影图相应的流线上，把所得点联成光滑的曲线，就得到叶片的轴面截线。离心泵设计ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫΔⅩⅢⅩⅣΔ离心泵设计离心泵设计轴面截线应光滑，按一定的规律变化。轴面截线和流线的夹角λ最好接近90°一般不要小于60°。λ角太小，盖板和叶片的真实夹角γ过小，会带来铸造困难、排挤严重和过水断面形状不良（湿周增长）等缺点。注意：离心泵设计4．叶片加厚方格网保角变换绘型，一般在轴面投影图上按轴面截线进行加厚。加厚时，可以认为前面所得的轴面截线为骨线向两边加厚，或认为是工作面向背面加厚。沿轴面流线方向的轴面厚度Sm按下式计算：221cosctgtgSSm离心泵设计5．画叶片剪裁图用一组等距或不等距的轴面0、1、2……，去截轴面截线（叶片），每个截面和叶片都有两条交线，工作面和背面的。把各截面与工作面和背面的交线，分别画在平面图中，成为木模截线或叶片剪裁图。离心泵设计离心泵设计6.叶片绘型质量检查⑴叶片间流道扩散情况的检查叶片间流道面积应均匀变化，有效部分进出口的面积比的范围为3.1~0.121AA离心泵设计⑵速度变化情况检查检查相对速度和速度矩沿流线的变化情况，变化情况不好时应修改设计。