离心泵叶轮水力设计

离心泵设计第三章离心泵和混流泵叶轮的水力设计离心泵设计离心泵水力设计的方法•模型换算法（相似换算法）•速度系数法•面积比原理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、确定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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，ns〈60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毫米离心泵设计第二节相似设计法离心泵设计一、相似设计法的导出如果两台泵相似，比转速必然相等，在相似工况下，两台泵的流量、扬程和功率应满足公式：mp3MPmpnn)DD(QQ2mp2MPmp)nn()DD(HH离心泵设计两台相似泵的尺寸比例可以从上式求得：mppmHmppmQHHnnQnQn3在实际计算时，λQ和λH往往并不相等，在两者差值不大时，一般取较大的值。离心泵设计二、相似设计法的步骤１．根据给定的参数，计算比转数ns２．根据ns选择模型泵。离心泵设计选择模型泵时应该注意以下几点：•流量－扬程曲线要平坦•泵效率要高，高效率区要宽•汽蚀性能好３．根据已选定的模型和给定的参数，计算放大或缩小系数λ离心泵设计４．根据λ确定过流部件的尺寸mpDD22mpbb22mpDD11mpbb11离心泵设计５．根据模型泵性能曲线换算出是型泵性能曲线的数据mmppQnnQ3mmppHnnH22)(mpmmppNnnN35)(pppppNHQ102离心泵设计６．绘制实型泵图纸实型泵过流部件所有角度与模型相等，所有尺寸按计算出的λ值放大或缩小。但应考虑到制造的可能性和结构的合理性（如叶片和导叶厚度不能太厚或太薄）可作适当的修改。离心泵设计三、相似设计法应注意的问题•关于性能和效率问题•关于结构形式的影响•关于修改模型问题•汽蚀相似问题离心泵设计第三节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、介绍确定叶轮尺寸的其它速度系数由相似原理，可以写出速度系数的一般表达式：常数3nDQ3nQKD离心泵设计速度v和nD成比例有：32QnKvv由常数22DnH离心泵设计或3'n2gHKDgHKvv23nHKD离心泵设计利用上述公式、比转数的大小、并借助经验公式可以计算出泵相应的尺寸gHKvv2000v4QKD02260Dvu离心泵设计gHKuu222gHKvmm222222bmvvDQ离心泵设计对于斜流泵2D22222baDD对于多级泵220DhedD离心泵设计六、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离心泵设计七、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片厚度和角度及其几何关系离心泵设计流面上叶片各厚度间的关系ＢＡＣＳＳＳｍ轴面流线叶片ｕβ离心泵设计轴截面上叶片厚度轴面流线轴面截线λδε离心泵设计平面上叶片厚度β离心泵设计流面厚度S在流面上叶片垂线间的距离为流面厚度。圆周厚度流面厚度在圆周方向的分量称为圆周厚度。sinSSu离心泵设计轴面厚度流面厚度在轴面方向的分量称为轴面厚度。conSSm径向厚度轴面厚度在平面图上的投影长度为平面图上的径向厚度。sinmrSS离心泵设计叶片真实厚度与圆周厚度之间的关系：叶片垂直叶片的面圆周方向δSuφ离心泵设计叶片真实厚度与圆周厚度之间的关系：sinuSsintgtg离心泵设计叶片真实厚度与流面厚度之间的关系γδ叶片盖板流面离心泵设计叶片真实厚度与流面厚度之间的关系：sinScosctgctg离心泵设计叶片各厚度与角度之间的关系：222cos11sinctgctgS22222222222sin1)sincos1(1sincoscossin1sinsinctgctgctgctgSSu222221coscos1cosctgtgctgSSmsin1sin22ctgtgSSmr