華中科技大學(xué)離心泵課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：離心泵水力設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)：流量0.1m3/s， 揚(yáng)程62m， 轉(zhuǎn)速1450rpm學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：班 級(jí)： 完成日期： 指導(dǎo)教師（簽字）：能源與動(dòng)力工程學(xué)院目 錄第一章 緒論- 2 -1.1泵用途- 2 -1.2泵的分類- 2 -1.3離心泵主要部件- 3 -第二章 結(jié)構(gòu)方案確定- 4 -2.1 確定安裝高度- 4 -2.2 確定泵進(jìn)、出口直徑- 5 -2.3 確定效率和功率以及電動(dòng)機(jī)的選擇- 5 -2.4 功率的確定- 6 -第三章 葉輪水力設(shè)計(jì)- 7 -3.1 葉輪進(jìn)口直徑D0的確定- 7 -3.2確定葉輪出口直徑- 7 -3.3確定出口寬度b2- 8 -3.4確定

2、葉片數(shù)- 8 -3.5確定葉片出口角- 8 -3.6確定葉片實(shí)際厚度- 8 -3.7用速度系數(shù)法確定進(jìn)出口軸面速度- 8 -3.8確定葉片出口排擠系數(shù)- 8 -3.9確定葉片包角- 9 -3.10精算葉輪出口直徑D2- 9 -第四章 葉輪的CAD設(shè)計(jì)- 11 -4.1軸面圖繪制及過(guò)水?dāng)嗝鏅z測(cè)- 11 -4.2軸面流線的繪制- 13 -4.3進(jìn)出口邊參數(shù)的確定：- 14 -4.4方網(wǎng)格保角法葉片繪型：- 16 -第五章 壓水室的設(shè)計(jì)- 18 -5.1 基圓直徑的確定- 18 -5.2 壓水室的進(jìn)口寬度- 18 -5.3 隔舌安放角0和隔舌螺旋角0- 18 -第六章 參考資料- 19 -第七章 設(shè)

3、計(jì)感悟- 19 -第一章 緒論1.1泵用途農(nóng)業(yè)灌溉和排澇，城市給水排水；動(dòng)力工業(yè)中鍋爐給水泵、強(qiáng)制循環(huán)泵、循環(huán)水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；采礦工業(yè)的礦山排水泵、水砂充填泵；石油工業(yè)中泥漿泵、注水泵、深井才有泵、輸油泵、石油煉制泵等；化學(xué)工業(yè)中耐腐蝕泵、比例泵、計(jì)量泵。1.2泵的分類泵的定義：通常把提升液體、輸送液體和使液體增加壓力的機(jī)器統(tǒng)稱為泵。分類如下：（1）葉片泵：利用葉片和液體相互作用來(lái)輸送液體，如離心泵、混流泵、軸流泵、旋渦泵等。（2）容積泵：利用工作容積周期性變化來(lái)輸送液體，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齒輪泵、螺桿泵等。（3）其它類型泵：只改變液體位能的泵，如水車；或利用流

4、體能量來(lái)輸送液體的泵，如射流泵、水錘泵等。流量在520000，揚(yáng)程在82800范圍內(nèi)使用離心泵比較合適。泵的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：效率高、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速高、流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能平穩(wěn)、容易操作和維修等。缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵、液體粘度對(duì)泵性能有較大影響，如下圖1-1所示。 圖1-1離心泵輸送清水的粘度極限1.3離心泵主要部件 第二章 結(jié)構(gòu)方案確定2.1 確定安裝高度 本次設(shè)計(jì)的泵葉輪參數(shù)為比轉(zhuǎn)速ns=75.75，流量Q=0.1m3/s，揚(yáng)程H=62m。根據(jù)比轉(zhuǎn)速選擇設(shè)計(jì)為單機(jī)單吸離心泵。 由于比轉(zhuǎn)速為75.75，由比轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速關(guān)系公式：計(jì)算得到轉(zhuǎn)速n=1450r/min。所給參數(shù)中沒(méi)有給定空化余量

5、NPSHr的值以及空化比轉(zhuǎn)速C的值，故只能利用公式hr=×H計(jì)算有關(guān)值。查葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)的表和推薦公式可初選得：“單吸泵”的空化系數(shù)=0.0692。而hr=×H=4.292m，C=1.795ns3/4=1007.45。由于800<C<1100，故可確定為兼顧空化和效率的離心泵。同時(shí)可以計(jì)算給出泵的安裝高度：取NPSHa=1.3NPSHr=5.58m，常溫下清水的Prg=0.24，吸入液面壓力等于大氣壓力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)吸入裝置損失hc=0.5m，則Hs=Pag-hc-Prg-NPSHa =10.33-0.5-0.24-5.58=4.01m。 2.2 確定泵進(jìn)、出口

6、直徑 根據(jù)水力機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法離心泵葉輪設(shè)計(jì)范例，吸入口直徑Ds由進(jìn)口流速vs (經(jīng)濟(jì)流速)決定，Ds=4Qvs· ，由于要滿足氣蝕要求，初選vs=23.5 m/s 試初選選泵的進(jìn)口流速vs= 3.0 m/s。 則有 Ds=4×0.13×=206mm，根據(jù)規(guī)范手冊(cè)要求，取Ds=205mm。 泵出口直徑：Dd=（0.71.0）Ds，取Dd=144mm，即取Dd=0.702Ds。 泵進(jìn)口速度：vs=4Q×Ds2= 4×0.1×0.2052=3.03m/s 泵出口速度：vd=4Q×Dd2= 4×0.1×0.14

7、42=6.14m/s。 2.3 確定效率和功率以及電動(dòng)機(jī)的選擇1）估算水力效率： h=1+0.0835log3Qn=1+0.0835log30.11450=0.884，取h=0.88. 式中Q為泵的流量（m*3/s）（雙吸泵取Q/2），n為泵的轉(zhuǎn)速（r/min）2）估算容積效率： v=11+0.68ns-2/3=0.963,取v=0.96.該容積效率只為考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏，對(duì)于有平衡孔、級(jí)間泄漏和平衡盤(pán)泄漏的情況，容積效率還要相應(yīng)降低。 3）估算機(jī)械效率： 圓盤(pán)損失效率 m'=1-0.071ns10076=1-0.07175.7510076=0.903取m'=0.90 由于

8、要考慮軸承和填料損失的效率，故假定軸承、填料損失為2%，則有最終機(jī)械效率m=m'-2%=0.88。 4）計(jì)算泵的總效率： =v×m×h=0.74。 2.4 功率的確定 1）軸功率：Pa=HQg1000=1000×62×0.1×9.81000×0.74=78.909 配套電機(jī)功率Pe=KPa=1.378.909=102.582kw，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)附表9-1選用電動(dòng)機(jī)，選用Y315S-4 型電動(dòng)機(jī)。其參數(shù)為同步轉(zhuǎn)數(shù)為1500r/min，滿載轉(zhuǎn)數(shù)為1480 r/min,額定功率為110 kw，可滿足設(shè)計(jì)要求。 2）最小軸徑的確定

9、： 泵軸的直徑應(yīng)按其承受的外載荷（拉、壓、彎、扭）和剛度及臨界轉(zhuǎn) 速條件確定。因?yàn)榕ぞ厥潜幂S最主要的載荷，所以在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩確定泵軸的最小直徑，最小直徑一般位于聯(lián)軸節(jié)處。 電動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩Mn=9550×Pen=9550×102.5821450=675.63N·m，取=350×105Kg/m2。（為泵軸材料的許用應(yīng)力） 則，最小軸徑為dmin=3Mn0.2×=3102.5820.2×350×100000=40.07mm 按計(jì)算誤差估計(jì)可圓整為40，可選取為45的軸徑，保證安全。 第三章 葉輪水力設(shè)計(jì)3.1 葉輪進(jìn)口直徑

10、D0的確定 1)求 ,查泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)程圖1-1-15得=0.12 v0=0.12×2×9.8×62=4.18m/s 2）求通過(guò)葉輪的流量 流過(guò)葉輪的流量 Q'=QV=0.10.96=0.104m3/s。 3）求葉輪進(jìn)口直徑 D0=K0×3Qn=4.0×30.11450=164mm（查泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)程圖1-1-15得 K0=4.0）取該值為葉輪進(jìn)口直徑，即D0=164mm。（由于是單級(jí)單吸泵，所以輪轂直徑dh=0mm）。3.2確定葉輪出口直徑由速度系數(shù)法得到u2=Ku22gH=0.98×2×9.8×62=34.

11、16m/s(查圖知，Ku2=0.98)。葉輪出口直徑：D2=60u2n=60×34.16×1450=449.97mm，圓整取D2=450mm3.3確定出口寬度b2 根據(jù)水力機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法泵設(shè)計(jì)范例，由經(jīng)驗(yàn)公式：b2=Kb23Qn=0.635（ns100）5/63Qn=20.66mm,其中Kb2=0.635（ns100）5/6，圓整取b2=22mm。3.4確定葉片數(shù) 當(dāng)比轉(zhuǎn)速為60-120時(shí)，取Z=6-7，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，暫取Z=7。3.5確定葉片出口角 根據(jù)實(shí)際情況，一般取葉片出口角為2=22.5°。3.6確定葉片實(shí)際厚度 葉片實(shí)際厚度 =AD2HZ+1=3.315&

12、#215;450×627+1=5.44mm（查表,再利用線性插值法取A=3.315），取整得=6mm。3.7用速度系數(shù)法確定進(jìn)出口軸面速度vm1=Kvm12gH=0.14×2×9.8×62=4.88m/s，查圖知Kvm1=0.14vm2=Kvm22gH=0.11×2×9.8×62=3.834m/s，查圖知Kvm2=0.113.8確定葉片出口排擠系數(shù) 2=1-ZD2sin2=1-7×6×0.45×sin22.5°=0.92243.9確定葉片包角根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇包角為120°

13、;。3.10精算葉輪出口直徑D2由于葉輪外徑D2及葉片出口安放角2A對(duì)泵的性能影響很大，尤其是在設(shè)計(jì)流量下能否達(dá)到要求的揚(yáng)程是一個(gè)重要問(wèn)題。用速度系數(shù)法確定D2時(shí)，稀疏的選取時(shí)按一般情況確定的，有一定的近似性?；痉匠虨橹鞯木_計(jì)算D2和2A是必要的。精算公式為：D2=60nvm22tan2A+vm22tan2A2+g1+PHh+u1vu1根據(jù)原先設(shè)想，由于吸入室選擇為直錐型入口，故有vu1=0。其中取h為前知的0.88，P=r22ZM，=(1+2A60)。取=0.62，=0.62×1+22.560=0.8525。利用初步設(shè)定的數(shù)據(jù)畫(huà)出軸面圖，利用制圖CAD軟件將中心線分為11段，并

14、求出弧長(zhǎng)值Si，取每段中點(diǎn)，得到ri，從而得到靜力矩：M=si·ri=0.0291將數(shù)據(jù)帶入得到第一次精算P1=0.2122，將此數(shù)據(jù)帶入得到：D2=601450×3.8342tan22.5°+3.8342tan22.5°2+9.8×1+0.2122×620.88=447.12mm與初步計(jì)算的數(shù)據(jù)誤差為0.67%，小于2%，可以選用，但是為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，進(jìn)行再次精算：2=1-ZS2D2sin2=0.9218，vm2=Qv××D2×b2×2=3.653m/s，P2=0.2095D2=443.37mm

15、，與前一次相差0.84%。同理可得，第三次精算得到D2=443.44mm，差別不大，取D2=444mm。最終結(jié)果：D2=444mm，2=22.5°。計(jì)算截圖如下：第四章 葉輪的CAD設(shè)計(jì)4.1軸面圖繪制及過(guò)水?dāng)嗝鏅z測(cè)利用上面所得到的數(shù)據(jù)，初步設(shè)計(jì)出葉輪的軸面圖如下：設(shè)計(jì)之后對(duì)其進(jìn)行過(guò)流斷面檢測(cè)：方法是在流道中作許多個(gè)內(nèi)切圓，以內(nèi)切圓的圓心向前后蓋板流線作垂線，連接A、B兩點(diǎn)，形成三角形ABO，然后過(guò)O點(diǎn)作AB垂線并將其三分，如上圖所示。作圓弧AEB與AO、BO相切，長(zhǎng)度為bi，作為過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€，C點(diǎn)作為過(guò)水?dāng)嗝嬷行?，半徑Rc。成型后如下圖所示：過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣eFi=2×&#

16、215;Rc×bi，做出每一個(gè)斷面的面積隨過(guò)水?dāng)嗝嬷行木€長(zhǎng)度變化的趨勢(shì)即可。計(jì)算結(jié)果如下圖：用MATLAB繪制出相應(yīng)的過(guò)水?dāng)嗝鏅z測(cè)圖：圖形成平緩上升趨勢(shì)，屬于高效率的曲線，符合要求，故可采用。4.2軸面流線的繪制采用的方法是將過(guò)水?dāng)嗝娣譃閮蓚€(gè)流道，并且兩個(gè)流道的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e相等。具體的做法是：先將出口邊分為相等的兩段，在進(jìn)口邊按照Ri=i（Rj3-Rh3）n+Rh2進(jìn)行計(jì)算，其中n所分流道數(shù) i從軸線側(cè)算起欲求的流線序號(hào)（不包括前后蓋板流線）此處R1=22R0=24D0=57mm。然后從出口便開(kāi)始，用與“過(guò)水?dāng)嗝鏅z測(cè)”相同的方法用小內(nèi)切圓分流道，并且是兩個(gè)流道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e相等，如圖所

17、示：如果兩個(gè)內(nèi)切圓所在的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e不相等，則需繼續(xù)調(diào)整，知道兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e差別在3%以內(nèi)時(shí)才行，最終結(jié)果如上圖所示。 4.3進(jìn)出口邊參數(shù)的確定：進(jìn)口參數(shù)：在軸面流線上初步確定葉片的進(jìn)口邊，分別與前蓋板流線、中間流線。后蓋板流線交于A、B、C三點(diǎn)。如下圖所示：分別過(guò)A、B、C三點(diǎn)作過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€，可以得出：進(jìn)口直徑D1a/mm165.540 進(jìn)口直徑D1b/mm119.417 進(jìn)口直徑D1c/mm79.445 由此可得，進(jìn)口圓周速度u1=D1×n60×： 進(jìn)口u1a/(m/s)12.56 進(jìn)口u1b/(m/s)9.06 進(jìn)口u1c/(m/s)6.03 在圖中可以求出A、B

18、、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e進(jìn)口軸面速度為：vm1=Qv×F1×1，而進(jìn)口角1a'可以由公式：tan1'=vm1u1得到，進(jìn)口角1=1'+1'，1'是進(jìn)口沖角，一般采用正沖角，大小在3°15°之間。出口參數(shù)：葉輪的出口圓周速度為：u2=D2××n60=0.444××145060=33.69m/s理論揚(yáng)程為：Ht=Hh=620.88=70.45m。出口圓周分速度為：vu2=Ht×gu2=70.45×9.833.69=20.49 m/s。根據(jù)公式，無(wú)窮葉片數(shù)的理

19、論揚(yáng)程為：Ht=1+PHt=1+0.206×70.45=84.97m。無(wú)窮葉片數(shù)的出口圓周分速度為：vu2=Ht×gu2=84.97×9.833.69=24.71m/s。4.4方網(wǎng)格保角法葉片繪型： 保角變換是將流面展開(kāi)成平面的方法，本次設(shè)計(jì)中采用網(wǎng)格法保角變換具體步驟如下：在軸面投影圖旁畫(huà)兩條夾角等于6°的射線，作兩條射線表示夾角為6°的兩個(gè)軸面。從出口開(kāi)始，沿軸面流線試取長(zhǎng)度s，若s中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩射線間的弧長(zhǎng)u與s相等，則往下繼續(xù)?。蝗舨幌嗟?，則調(diào)整后再算。（注意：s是流線的長(zhǎng)度，而不是射線段之間的垂直長(zhǎng)度）。具體過(guò)程如圖： 按照順序，從出口邊開(kāi)始，分別對(duì)前蓋板流線，中間流線和后蓋板流線進(jìn)行分割，得到如上圖所示的結(jié)果，過(guò)程中可以根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)列出方程幫助計(jì)算：出口邊編號(hào)為0，依次往下編號(hào)，對(duì)應(yīng)網(wǎng)格圖中的橫線，豎線為包角的角度，將流面圖展開(kāi)成平面圖如圖：第五章 壓水室的設(shè)計(jì)壓水室是指葉輪出口到泵出口法蘭（對(duì)節(jié)段式多級(jí)泵是到