多级离心泵设计计算说明书概要.doc

《多级离心泵设计计算说明书概要.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多级离心泵设计计算说明书概要.doc（37页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、D150-100型多级离心泵第一部分. 泵的主要参数流量：150单级扬程：100级数：610级转速：2950效率：必需气蚀余量：4.8第二部分. 吸入与压出口径的确定取吸入口速度3则吸入口径为：0.133取离心泵系列中的标准口径=0.15=150，此时泵吸入口流速为：=2.36对于多级泵，取泵出口直径与进口直径相同，则压出口径为：0.15第三部分. 部分参数的估算与确定该泵为分段式多级泵3.1. 计算比转数：=69.5泵的气蚀比转数为=1043计算所得的气蚀比转数是可以达到的，因此所确定的转速是合适的。3.2. 估算泵的效率：容积效率：水力效率hh：机械效率hm：总效率h：总效率大于所要求的效

2、率70。3.3. 求泵轴功率和电机的选择：泵的单级轴功率Pi为：=58.3根据GB565985中规定，电机的功率N电KPPKPiPi （其中KP为系数）。查阅泵专业标准汇编第268页图1，得系数KP；各级泵的电机选择如表31，选用的电机参照上海电机厂提供的样本。表31 电机的选用级数i轴功率（kW）系数KPKPP（kW）选用电机型号电机功率（kW）电机额定电压（v）3174.91.1192.4Y3551-222060004233.21.1256.5Y3553-228060005291.51.1320.6Y3555-235560006349.81.1384.7Y3556-240060007408

3、.11.1448.9Y4002-250060008466.41.1513.0Y4003-256060009524.71.1577.2Y4004-26306000105831.1641.3Y4501-271060003.4. 轴径和轮毂直径的计算：泵的最大轴功率=583泵的计算功率 PdK取K1.2 Pd1.2583 700扭矩Mt：泵轴材料采用40Cr，许用剪应力t63707350 N/cm2。取t6370 N/cm26.37107 N/m2，则：取d60mm，即：装联轴器处轴径60 mm 根据结构确定叶轮处轴径：dy70 mm确定轮毂直径 dh：采用一般平键传递扭矩，叶轮轮毂直径dh为：dh

4、(1.201.40) dy(1.201.25)708487.5 mm取 首级叶轮为dh85 mm次级叶轮为dh90 mm第四部分. 水力设计4.1. 叶轮（一） 叶轮进口部分尺寸1.首级叶轮：1）颈部当量直径：因为对气蚀有一定的要求，取：k04.4，则：2）叶轮进口直径Dj：取 Dj140 mm3）确定叶片入口边直径D1：由于比转数ns69.5，40 ns 100取：D10.85Dj120mm4）确定叶片入口处绝对速度v1：由于首级叶轮对汽蚀性能有一定的要求，故取：v10.8v0 v10.84.463.57m/s5） 定叶片入口宽度b1：= 取b132 mm6） 定叶片入口处圆周速度u1：7）

5、 定叶片数z：试取 z58） 定叶片入口处轴面速度vm1：vm1e1 v1 其中：e1叶片入口排挤系数，e11.11.3试取e11.18： vm11.183.574.21m/s 9） 定叶片入口安放角b1：先确定液流角b1：b11248b1b1Db 其中：Db 冲角，Db315如果叶片进口冲角采用815，则既有较好的汽蚀性能，又对水泵效率基本没有影响取Db 8，则：b12048取：b12010）叶片厚度s1：试取s14 mm 11）计算叶片入口排挤系数e1：取e11.18，与假设值一致12）确定叶片包角j：试取j100，具体在方格网绘型时再确定2.次级叶轮：1）颈部当量直径：取：k03.6，则

6、：2）叶轮进口直径Dj：取 Dj127 mm3）确定叶片入口边直径D1：由于比转数ns69.5，40 ns 100取：D10.95Dj120 mm4）确定叶片入口处绝对速度v1：取：v10.9v0v10.96.886.2m/s5） 叶片入口宽度b1：= 取b119 mm6） 定叶片入口处圆周速度u1：7） 定叶片数z：试取 z58） 定叶片入口处轴面速度vm1：vm1e1 v1 其中：e1叶片入口排挤系数，e11.11.3试取e11.13： vm11.136.27.01 m/s 9） 定叶片入口安放角b1：先确定液流角b1：b12042b1b1Db 其中：Db 冲角，Db315。如果叶片进口冲

7、角采用815，则既有较好的汽蚀性能，又对水泵效率基本没有影响取Db 8，则：b12842取：b12910）叶片厚度s1：试取s14 mm 11）计算叶片入口排挤系数e1：取e11.13，与假设值一致12）确定叶片包角j：试取j100，具体在方格网绘型时再确定（二） 叶轮出口部分尺寸1）初算叶轮出口直径D2：2） 叶轮的出口宽度b2：由于比转数在4080之间，所以取b216 mm 3）叶轮的出口安放角b2b：初取b2b30，具体在作方格网时修改4）校核叶轮出口直径D2：， y为有限叶片数修正系数 由于算得的D2值与初算值相差较大，采用逐次逼近法计算令D20.282再次计算：为保险起见，取：D20

8、.285 m285 mm（三）叶片绘型：采用保角变换绘型法进行叶轮的叶片绘型1.轴面投影图的绘型和检查：根据求出的尺寸D2、b2、Dj和dh，参考相近ns的叶轮图纸，绘制叶轮的轴面投影图图4-1 叶轮轴面投影图检查轴面液流过流断面面积的变化,首级叶轮和次级叶轮轴面过流断面面积变化表分别见表41和表42，变化图见图42和图43表4-1 首级叶轮轴面过流断面面积变化表表4-2 次级叶轮轴面过流断面面积变化表位置L (mm) ri (mm)ri (mm)F (mm2)位置L (mm) ri (mm)ri (mm)F (mm2)进口0.00 13.75 56.25 9719.30 进口0.00 9.2

9、5 54.25 6305.96 15.37 14.00 56.50 9940.00 14.81 9.40 54.53 6441.30 29.33 14.50 57.00 10386.11 28.62 9.51 55.37 6617.06 312.08 15.00 57.50 10838.49 320.62 9.50 61.50 7341.90 414.42 15.50 58.05 11306.91 426.47 9.30 66.10 7724.93 516.31 15.80 58.71 11656.79 532.08 9.00 71.20 8052.53 619.31 16.00 60.22

10、12107.95 639.34 8.50 78.35 8368.89 722.71 15.80 62.56 12421.20 746.43 8.40 85.44 9018.83 824.59 15.50 64.09 12483.37 860.68 8.30 99.69 10397.75 926.77 15.00 66.01 12442.59 974.93 8.20 113.94 11740.86 1030.17 14.00 69.23 12179.58 1089.18 8.10 128.19 13048.15 1134.15 13.00 73.08 11938.55 出口103.43 8.00

11、 142.50 14325.66 1240.17 12.00 79.01 11914.43 注：1349.01 11.00 87.80 12136.60 表41与表42中：1459.65 10.00 98.39 12364.05 F4riri 1574.15 9.00 112.85 12763.03 其中：ri相应点内切圆的半径；1685.84 8.50 124.53 13301.57 ri 相应点内切圆圆心距轴出口103.82 8.00 142.50 14325.66 心线的距离。从叶轮轴面液流过流断面面积变化曲线可知，首级叶轮与次级叶轮的轴面形状良好，符合要求。作叶片的进口边。2.绘轴面液

12、流的流线：首级叶轮作中间流线和前后盖板处的流线共三条，次级叶轮作前后盖板处的流线两条。对于首级叶轮的中间流线，在距离出口不远处与流道中线重合，对于不重合的部分须列表计算：式中 R 形成线上原与分点至轴中线的半径列表计算如下：表4-3 流道中线计算序号bRbRbRbR(bR-bR)/2Rb112.09 63.96 773.28 15.41 50.21 773.74 -0.23 57.91 0.00 212.93 64.06 828.42 16.35 50.07 818.69 4.86 58.01 0.08 315.05 66.09 994.86 17.94 55.71 999.66 -2.40

13、61.15 -0.04 414.53 69.63 1011.63 16.22 62.03 1005.91 2.86 65.92 0.04 513.10 74.16 971.15 14.33 69.72 998.99 -13.92 71.88 -0.19 612.03 79.04 951.16 12.62 75.97 958.68 -3.76 77.35 -0.05 711.27 85.39 962.52 11.64 83.14 968.10 -2.79 84.10 -0.03 810.53 93.40 983.33 10.54 92.01 969.79 6.77 92.49 0.07 99.8

14、2 101.30 994.78 9.82 100.26 984.98 4.90 100.62 0.05 3.在轴面投影图上对各条流线进行分点：Dj均取5图4-4 首级流道分点图4-5 次级流道分点4.计算流线上叶片的进口安放角b1：1) 首级叶轮：出口角为30，即：b230设三条流线进口角分别为：b1a1630，b1b2030，b1c2430a-a流线：b1a1630，s1a4 mm由图4-4中量得：l1a51，Rc10.057 m，R1a70.62mm冲角Dbab1ab1a16301215415计算所得冲角值在一般选用范围(315)内，假设的b1a1630是可行的。b-b流线：b1b2030

15、，s1b4 mm由图4-4中量得：l1b69，Rc10.060m，R1b61.37mm冲角Dbbb1bb1b20301242748计算所得冲角值在一般选用范围(315)内，假设的b1b2030是可行的。c-c流线：b1c2430，s1c4 mm由图4-4中量得：l1c96，Rc10.060m，R1c51.33mm冲角Dbcb1cb1c24301455935计算所得冲角值在一般选用范围(315)内，假设的b1c2430是可行的。2)次级叶轮：出口角为30，即：b230设二条流线进口角分别为：b1a b1ba-a流线：b1a，s1a4 mm由图4-5中量得：l1a73，Rc10.0615 m，R1

16、a67.2mm冲角Dbab1ab1a21301812318计算所得冲角值在一般选用范围(315)内，假设的b1a2130是可行的。b-b流线：b1b2730，s1b4 mm由图4-5中量得：l1b98，Rc10.060m，R1b56.42mm冲角Dbbb1bb1b2730217623计算所得冲角值在一般选用范围(315)内，假设的b1b2730是可行的。5.作流线方格网并在方格网上进行绘型：首级叶轮叶片在方格网上的展开图如图4-6，叶片出口角度为30，a、b、c流线叶片进口角度分别为1630、2030、2430，叶片包角为110图4-6 首级叶轮展开图次级叶轮叶片在方格网上的展开图如图，叶片出

17、口角度为30，a、b流线叶片进口角度分别为2130、2730，叶片包角为100图4-7 次级叶轮展开图6.作叶片的轴面截线：首级叶轮的轴面截线参见图4-4，次级叶轮的轴面截线参见图4-57.叶片加厚：叶片的厚度在进口边为4mm，逐渐变为6mm, 首级叶轮叶片加厚列表计算，次级叶轮叶片加厚列表计算，在叶片加厚过程中，均沿轴面截线双面加厚。表4-4 首级叶轮叶片加厚轴 面0出口s44.75.366666665.55a流线 ba16.516.516.516.51820222527303030cos ba0.9588 0.9588 0.9588 0.9588 0.9511 0.9397 0.9272

18、0.9063 0.8910 0.8660 0.8660 0.8660 dma4.2 4.9 5.5 6.3 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.9 6.4 5.8 b流线 bb20.520.521222425262829303030cos bb0.9367 0.9367 0.9336 0.9272 0.9135 0.9063 0.8988 0.8829 0.8746 0.8660 0.8660 0.8660 dmb4.3 5.0 5.7 6.5 6.6 6.6 6.7 6.8 6.9 6.9 6.4 5.8 c流线 bc24.52526282930303030303030cos bc0

19、.9100 0.9063 0.8988 0.8829 0.8746 0.8660 0.8660 0.8660 0.8660 0.8660 0.8660 0.8660 dmc4.4 5.2 5.9 6.8 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.4 5.8 表4-5 次级叶轮叶片加厚轴 面0出口s44.75.36666665.55a流线 ba21.521212223242526273030cos ba0.95370.95110.95440.93670.92720.91350.89490.87880.86600.86600.8660 dma4.24.95.66.46.56.66.76.

20、86.96.45.8b流线 bb27.527272828292930303030cos bb0.90260.89880.89100.89290.87880.87460.87040.86600.86600.86600.8660dmb4.45.25.96.76.86.96.96.96.96.45.88. 验算wL曲线和vurL曲线：首级叶轮只验算b-b流线。首级叶轮流线b-b的wL曲线和vuL曲线验算，计算值如表所示，曲线如图所示；次级叶轮流线的wL曲线和vuL曲线验算，计算值如表所示，曲线如图所示。在表45、表46中：表4-6 首级叶轮b-b流线的wL曲线和vuL曲线验算值计算项目0出口D li

21、 (mm)0.00 3.81 4.00 4.40 5.00 6.00 7.10 8.10 9.30 10.60 12.20 13.60 bb20.520.521222425262829303030sin bb0.3502 0.3502 0.3584 0.3746 0.4067 0.4226 0.4384 0.4695 0.4848 0.5000 0.5000 0.5000 DLi (mm)0.00 10.88 11.16 11.75 12.29 14.20 16.20 17.25 19.18 21.20 24.40 27.20 L0.00 10.88 22.04 33.79 46.08 60.

22、28 76.47 93.73 112.91 134.11 158.51 185.71 l657691100102102989390909090sinl0.9063 0.9703 0.9998 0.9848 0.9781 0.9781 0.9903 0.9986 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 tgbb0.3739 0.3739 0.3839 0.4040 0.4452 0.4663 0.4877 0.5317 0.5543 0.5774 0.5774 0.5774 tgj0.3389 0.3628 0.3838 0.3979 0.4355 0.4561 0.4830 0

23、.5310 0.5543 0.5774 0.5774 0.5774 j18.7 19.9 21.0 21.7 23.5 24.5 25.8 28.0 29.0 30.0 30.0 30.0 sinj0.3209 0.3410 0.3583 0.3697 0.3993 0.4150 0.4349 0.4690 0.4848 0.5000 0.5000 0.5000 s (mm)44.75.366666665.55su (mm)12.5 13.8 14.8 16.2 15.0 14.5 13.8 12.8 12.4 12.0 11.0 10.0 r (mm)60.5762.7965.8870.16

24、75.2681.288.2196.25105.69116.88128.99142.5y0.8362 0.8253 0.8213 0.8159 0.8411 0.8583 0.8755 0.8942 0.9068 0.9183 0.9321 0.9442 A (m2)0.0130 0.0127 0.0126 0.0125 0.0123 0.0123 0.0123 0.0123 0.0125 0.0129 0.0136 0.0143 vm (m/s)4.00 4.13 4.19 4.24 4.19 4.12 4.04 3.94 3.82 3.65 3.43 3.21 w (m/s)11.42 11

25、.79 11.70 11.33 10.30 9.75 9.22 8.39 7.88 7.30 6.85 6.42 u (m/s)18.71 19.40 20.35 21.67 23.25 25.08 27.25 29.73 32.65 36.11 39.85 44.02 vu (m/s)8.02 8.35 9.43 11.17 13.84 16.25 18.96 22.33 25.76 29.78 33.91 38.46 vur (m2/s)0.49 0.52 0.62 0.78 1.04 1.32 1.67 2.15 2.72 3.48 4.37 5.48 图4-8 首级wL和vuL曲线表4

26、-7 次级叶轮b-b流线的wL曲线和vuL曲线验算值计算项目0出口D li (mm)0.00 5.28 5.56 6.19 6.94 7.88 8.81 9.97 11.20 12.43 13.56 bb27.527272828292930303030sin bb0.4617 0.4540 0.4540 0.4695 0.4695 0.4848 0.4848 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 DLi (mm)0.00 11.63 12.25 13.19 14.78 16.25 18.17 19.94 22.40 24.86 27.12 L0.00 11.63 23.88

27、37.06 51.84 68.10 86.27 106.21 128.61 153.47 180.59 l9587807369737883889090sinl0.9962 0.9986 0.9848 0.9563 0.9336 0.9563 0.9781 0.9925 0.9994 1.0000 1.0000 tgbb0.5206 0.5095 0.5095 0.5317 0.5317 0.5543 0.5543 0.5774 0.5774 0.5774 0.5774 tgj0.5186 0.5088 0.5018 0.5085 0.4964 0.5301 0.5422 0.5730 0.57

28、70 0.5774 0.5774 j27.4 27.0 26.6 27.0 26.4 27.9 28.5 29.8 30.0 30.0 30.0 sinj0.4604 0.4535 0.4485 0.4532 0.4446 0.4684 0.4766 0.4972 0.4998 0.5000 0.5000 s (mm)44.75.36666665.55su (mm)8.7 10.4 11.8 13.2 13.5 12.8 12.6 12.1 12.0 11.0 10.0 r (mm)56.460.765.771.778.686.595.3105.3116.5128.9142.5y0.8774

29、0.8641 0.8569 0.8531 0.8634 0.8821 0.8949 0.9088 0.9180 0.9321 0.9442 A (m2)0.0069 0.0071 0.0076 0.0082 0.0089 0.0095 0.0102 0.0110 0.0120 0.0131 0.0143 vm (m/s)7.20 7.05 6.71 6.22 5.66 5.19 4.77 4.34 3.94 3.55 3.21 w (m/s)15.59 15.53 14.77 13.25 12.06 10.70 9.83 8.68 7.89 7.10 6.42 u (m/s)17.42 18.

30、75 20.30 22.15 24.28 26.72 29.44 32.53 35.99 39.82 44.02 vu (m/s)3.60 4.92 7.13 10.45 13.63 17.37 20.84 25.01 29.16 33.67 38.46 vur (m2/s)0.20 0.30 0.47 0.75 1.07 1.50 1.99 2.63 3.40 4.34 5.48 图4-9 次级wL和vuL曲线4.2. 导叶1. 导叶的基圆直径D3：D3（13）+D2(13)+285286288 mm取：D3287 mm2. 导叶进口宽度b3：b3(1.151.25) b2(1.151.25

31、)1618.420 mm取：b320 mm3. 导叶的进口角a3：首级叶轮与次级叶轮：b230a276tga3(1.11.3)0.12460.13710.1620a3748912由算得的a3值的范围，取：a394. 导叶的叶片数zd及喉部高度a3：由叶片泵设计手册图533查得：K30.422取zd8，而叶轮的叶片数z5，与之互为质数，故zd8可取。取a30.018 m18 mm5. 扩散段：v4(0.40.5)v3(0.40.5)18.687.449.3 m/s取：v47.5 m/s流道采取双面扩散，出口断面a4b4：取：a4b40.030 m30 mm扩散角q ：q 710扩散段长度取：L9

32、0 mm，具体大小在绘图中调整。（作图结果取L90 mm）6. 导叶外径D4：D4(1.31.5)D3(1.31.5)287373.1430.5 mm取：D4420 mm，具体大小在绘图中调整。（作图结果取D4420 mm）7. 反导叶部分设计：1) 反导叶进口直径D5：根据正导叶绘型结果取：D5340 mm2) 反导叶进口宽度b5：取：b527 mm3) 反导叶进口角a5：反导叶进口液流角a5：取：a5254) 反导叶出口角a6：a66080取：a6785) 反导叶叶片数z：取：zzd86) 反导叶出口直径D6：取：D6110 mm7) 反导叶出口宽度b6：b6(0.91)b5(0.91)2

33、724.327 mm试取：b624 mm作图得：a642 mm而次级叶轮的入口速度v06.2 m/sv6 v0故b624 mm可用4.3. 平衡盘平衡盘设计计算部分全部参考离心泵设计基础。1.应该以最少的级数来计算平衡盘尺寸，在泵只有6级时平衡盘两侧压差为：取：k0.6，得：取平衡盘两侧压差为：2.计算轴向力：取：k0.6首级叶轮：次级叶轮：级数最少时总轴向力F为：FF13F28086.7035972.6026004.50N令平衡力A等于F，取，代入公式，得：取：r88 mm3.平衡盘的轴向间隙宽度L0和平衡盘外圆直径r为：取：L022 mmrrL08822110mm4.取轴向间隙：b00.1

34、25 mm5.根据结构安排，取：b0.175 mm由 得：考虑到减少泄漏量，取：L100 mm6.应该在级数最多的情况下计算平衡盘的泄漏量q，在10级时，平衡机构两侧压差为： （取：k0.6）泄漏量q约占泵流量的3.1%左右，说明此设计结果可用第五部分.强度校核校核部分参考了叶片泵设计手册与离心泵设计基础（其中第四、第五部分参考后者），由于这两书出版较早，书中公式所用单位并非全为国际标准单位，但为使用书中公式，故在以下计算中，使用的单位均与书中一致。5.1.转子零件的强度计算（一）叶轮的强度计算：叶轮盖板强度计算：叶轮圆周速度为：经验表明，铸铁叶轮的圆周速度u2 最高可达60m/s，此叶轮圆周

35、速度并未超过上述范围，根据结构和工艺上的要求，盖板厚度取6mm是可行的。（二）平衡盘的强度与变形量的计算：平衡盘受着两种力：一是水推力，近似地认为是均布载荷p，一是盘旋转的离心力；均在盘的轮毂处产生最大的应力，在外缘产生最大的挠度。现分别计算如下：1.应力计算：1）由于水推力产生的弯曲应力式中：Rw 平衡盘外半径（110cm）；h 平衡盘根部厚度（3cm）；p 液体作用在平衡盘上的压力，其中：F 平衡盘所受的轴向力，FF19F2F1 首级叶轮所受轴向力（8086.70N825.2kg）；F2 次级叶轮所受轴向力（5972.60N609.5kg）；rh 平衡盘根部半径（4.5cm）。K 系数，查

36、叶片泵设计手册中图1018，得：当rh/Rw4.5/110.41时，K1.6将以上各值代入公式计算：2）由于离心力引起圆周方向的应力式中： 材料的泊松系数，对45号钢，0.3； 材料的重度，对45号钢，0.00785kg/cm3； 平衡盘的旋转角速度将已知各值代入上式：对于塑性材料45号钢，折算应力为：45号钢的2500(kg/cm2)，安全。2.挠度计算：式中：K 系数，查叶片泵设计手册中图1018，得：rh/Rw4.5/110.41时，K0.15；E 弹性模量，45号钢E2.1106 kg/cm2，取E2.1106 kg/cm2。将已知各值代入上式挠度小于平衡盘间隙（b00.125mm）。（三）键的强度计算：级数最多（即10级）时，叶轮的扭矩Mt2266（Nm）23122.4（kgcm）1.联轴器内键的强度计算：1）挤压应力： 式中；d 联轴器内轴径（6cm）；h 键的高度（1.1cm）；l 键的有效长度（10c