某大学离心泵课程设计教材.doc

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1、课程设计说明书设计题目：离心泵水力设计设计参数：流量0.1m3/s， 扬程62m， 转速1450rpm学生姓名： 学 号：班 级： 完成日期： 指导教师（签字）：能源与动力工程学院目 录第一章 绪论- 2 -1.1泵用途- 2 -1.2泵的分类- 2 -1.3离心泵主要部件- 3 -第二章 结构方案确定- 4 -2.1 确定安装高度- 4 -2.2 确定泵进、出口直径- 5 -2.3 确定效率和功率以及电动机的选择- 5 -2.4 功率的确定- 6 -第三章 叶轮水力设计- 7 -3.1 叶轮进口直径D0的确定- 7 -3.2确定叶轮出口直径- 7 -3.3确定出口宽度b2- 8 -3.4确定

2、叶片数- 8 -3.5确定叶片出口角- 8 -3.6确定叶片实际厚度- 8 -3.7用速度系数法确定进出口轴面速度- 8 -3.8确定叶片出口排挤系数- 8 -3.9确定叶片包角- 9 -3.10精算叶轮出口直径D2- 9 -第四章 叶轮的CAD设计- 11 -4.1轴面图绘制及过水断面检测- 11 -4.2轴面流线的绘制- 13 -4.3进出口边参数的确定：- 14 -4.4方网格保角法叶片绘型：- 16 -第五章 压水室的设计- 18 -5.1 基圆直径的确定- 18 -5.2 压水室的进口宽度- 18 -5.3 隔舌安放角和隔舌螺旋角- 18 -第六章 参考资料- 19 -第七章 设计感

3、悟- 19 -第一章 绪论1.1泵用途农业灌溉和排涝，城市给水排水；动力工业中锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；采矿工业的矿山排水泵、水砂充填泵；石油工业中泥浆泵、注水泵、深井才有泵、输油泵、石油炼制泵等；化学工业中耐腐蚀泵、比例泵、计量泵。1.2泵的分类泵的定义：通常把提升液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。分类如下：（1）叶片泵：利用叶片和液体相互作用来输送液体，如离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。（2）容积泵：利用工作容积周期性变化来输送液体，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。（3）其它类型泵：只改变液体位能的泵，如水车；或利用流体能

4、量来输送液体的泵，如射流泵、水锤泵等。流量在520000，扬程在82800范围内使用离心泵比较合适。泵的优缺点：优点：效率高、体积小、重量轻、转速高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修等。缺点：启动前需要灌泵、液体粘度对泵性能有较大影响，如下图1-1所示。 图1-1离心泵输送清水的粘度极限1.3离心泵主要部件 第二章 结构方案确定2.1 确定安装高度 本次设计的泵叶轮参数为比转速ns=75.75，流量Q=0.1m3/s，扬程H=62m。根据比转速选择设计为单机单吸离心泵。 由于比转速为75.75，由比转速和转速关系公式：计算得到转速n=1450r/min。所给参数中没有给定空化余量NP

5、SHr的值以及空化比转速C的值，故只能利用公式hr=计算有关值。查叶片泵设计手册的表和推荐公式可初选得：“单吸泵”的空化系数=0.0692。而hr=4.292m，C=1007.45。由于，故可确定为兼顾空化和效率的离心泵。同时可以计算给出泵的安装高度：取NPSHa=1.3NPSHr=5.58m，常温下清水的=0.24，吸入液面压力等于大气压力，根据经验，设吸入装置损失hc=0.5m，则Hs= =10.33-0.5-0.24-5.58=4.01m。 2.2 确定泵进、出口直径 根据水力机械现代设计方法离心泵叶轮设计范例，吸入口直径Ds由进口流速 (经济流速)决定， ，由于要满足气蚀要求，初选23

6、.5 m/s 试初选选泵的进口流速m/s。 则有 206mm，根据规范手册要求，取Ds=205mm。 泵出口直径：Dd=（0.71.0）Ds，取Dd=144mm，即取Dd=0.702Ds。 泵进口速度： 3.03m/s 泵出口速度： 6.14m/s。 2.3 确定效率和功率以及电动机的选择1）估算水力效率： 0.884，取0.88. 式中Q为泵的流量（m*3/s）（双吸泵取Q/2），n为泵的转速（r/min）2）估算容积效率： 0.963,取=0.96.该容积效率只为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。 3）估算机械效率： 圆盘损失效率 0.

7、903取0.90 由于要考虑轴承和填料损失的效率，故假定轴承、填料损失为2%，则有最终机械效率0.88。 4）计算泵的总效率： 0.74。 2.4 功率的确定 1）轴功率：78.909 配套电机功率=1.378.909=102.582kw，查机械设计课程设计附表9-1选用电动机，选用Y315S-4 型电动机。其参数为同步转数为1500r/min，满载转数为1480 r/min,额定功率为110 kw，可满足设计要求。 2）最小轴径的确定： 泵轴的直径应按其承受的外载荷（拉、压、弯、扭）和刚度及临界转 速条件确定。因为扭矩是泵轴最主要的载荷，所以在开始设计时，可按扭矩确定泵轴的最小直径，最小直径

8、一般位于联轴节处。 电动机实际扭矩675.63Nm，取Kg/m2。（为泵轴材料的许用应力） 则，最小轴径为40.07mm 按计算误差估计可圆整为40，可选取为45的轴径，保证安全。 第三章 叶轮水力设计3.1 叶轮进口直径D0的确定 1)求 ,查泵产品设计规程图1-1-15得=0.12 4.18m/s 2）求通过叶轮的流量 流过叶轮的流量 0.104m3/s。 3）求叶轮进口直径 164mm（查泵产品设计规程图1-1-15得 K0=4.0）取该值为叶轮进口直径，即D0=164mm。（由于是单级单吸泵，所以轮毂直径0mm）。3.2确定叶轮出口直径由速度系数法得到(查图知，0.98)。叶轮出口直径

9、：449.97mm，圆整取450mm3.3确定出口宽度b2 根据水力机械现代设计方法泵设计范例，由经验公式：20.66mm,其中，圆整取22mm。3.4确定叶片数 当比转速为60-120时，取Z=6-7，根据经验，暂取Z=7。3.5确定叶片出口角 根据实际情况，一般取叶片出口角为2=22.5。3.6确定叶片实际厚度 叶片实际厚度 5.44mm（查表,再利用线性插值法取A=3.315），取整得6mm。3.7用速度系数法确定进出口轴面速度4.88m/s，查图知3.834m/s，查图知3.8确定叶片出口排挤系数 0.92243.9确定叶片包角根据设计经验，初步选择包角为120。3.10精算叶轮出口直

10、径D2由于叶轮外径D2及叶片出口安放角对泵的性能影响很大，尤其是在设计流量下能否达到要求的扬程是一个重要问题。用速度系数法确定时，稀疏的选取时按一般情况确定的，有一定的近似性。基本方程为主的精确计算和是必要的。精算公式为：根据原先设想，由于吸入室选择为直锥型入口，故有。其中取为前知的0.88，。取0.62，0.8525。利用初步设定的数据画出轴面图，利用制图CAD软件将中心线分为11段，并求出弧长值Si，取每段中点，得到ri，从而得到静力矩：0.0291将数据带入得到第一次精算，将此数据带入得到：447.12mm与初步计算的数据误差为0.67%，小于2%，可以选用，但是为了保险起见，进行再次精

11、算：0.9218，3.653m/s，443.37mm，与前一次相差0.84%。同理可得，第三次精算得到443.44mm，差别不大，取444mm。最终结果：444mm，2=22.5。计算截图如下：第四章 叶轮的CAD设计4.1轴面图绘制及过水断面检测利用上面所得到的数据，初步设计出叶轮的轴面图如下：设计之后对其进行过流断面检测：方法是在流道中作许多个内切圆，以内切圆的圆心向前后盖板流线作垂线，连接A、B两点，形成三角形ABO，然后过O点作AB垂线并将其三分，如上图所示。作圆弧AEB与AO、BO相切，长度为bi，作为过水断面形成线，C点作为过水断面中心，半径Rc。成型后如下图所示：过水断面的面积，

12、做出每一个断面的面积随过水断面中心线长度变化的趋势即可。计算结果如下图：用MATLAB绘制出相应的过水断面检测图：图形成平缓上升趋势，属于高效率的曲线，符合要求，故可采用。4.2轴面流线的绘制采用的方法是将过水断面分为两个流道，并且两个流道的过水断面面积相等。具体的做法是：先将出口边分为相等的两段，在进口边按照进行计算，其中n所分流道数 i从轴线侧算起欲求的流线序号（不包括前后盖板流线）此处57mm。然后从出口便开始，用与“过水断面检测”相同的方法用小内切圆分流道，并且是两个流道过水断面面积相等，如图所示：如果两个内切圆所在的过水断面面积不相等，则需继续调整，知道两个过水断面面积差别在3%以内

13、时才行，最终结果如上图所示。 4.3进出口边参数的确定：进口参数：在轴面流线上初步确定叶片的进口边，分别与前盖板流线、中间流线。后盖板流线交于A、B、C三点。如下图所示：分别过A、B、C三点作过水断面形成线，可以得出：进口直径D1a/mm165.540 进口直径D1b/mm119.417 进口直径D1c/mm79.445 由此可得，进口圆周速度： 进口u1a/(m/s)12.56 进口u1b/(m/s)9.06 进口u1c/(m/s)6.03 在图中可以求出A、B、C三点对应的过水断面面积进口轴面速度为：，而进口角1a可以由公式：得到，进口角，是进口冲角，一般采用正冲角，大小在315之间。出口

14、参数：叶轮的出口圆周速度为：33.69m/s理论扬程为：70.45m。出口圆周分速度为：20.49 m/s。根据公式，无穷叶片数的理论扬程为：84.97m。无穷叶片数的出口圆周分速度为：24.71m/s。4.4方网格保角法叶片绘型： 保角变换是将流面展开成平面的方法，本次设计中采用网格法保角变换具体步骤如下：在轴面投影图旁画两条夹角等于6的射线，作两条射线表示夹角为6的两个轴面。从出口开始，沿轴面流线试取长度s，若s中点对应的两射线间的弧长u与s相等，则往下继续取；若不相等，则调整后再算。（注意：s是流线的长度，而不是射线段之间的垂直长度）。具体过程如图： 按照顺序，从出口边开始，分别对前盖板

15、流线，中间流线和后盖板流线进行分割，得到如上图所示的结果，过程中可以根据相应的数据列出方程帮助计算：出口边编号为0，依次往下编号，对应网格图中的横线，竖线为包角的角度，将流面图展开成平面图如图：第五章 压水室的设计压水室是指叶轮出口到泵出口法兰（对节段式多级泵是到次级叶轮出口前，对水平中开水泵则是到过渡流道之前）的过渡部分。设计压水室的原则：1、水力损失最小，并保证液体在压水室中的流动是轴对称的,以保证叶轮中的流动稳定； 2、在能量转换过程中，轴对称流动不被破坏；3、消除叶轮的出口速度环量，即进入第二级叶轮之前，速度环量等于0。 4、设计工况，流入液体无撞击损失。 5、因流出叶轮的流体速度越大

16、，压出室的损失hf越大，对低ns尤甚，因此对低ns泵，加大过流面积，减小损失hf。 在水力方面，螺旋形压水室的流动比较理想，适应性强，高效率范围宽。本次设计采用螺旋形压水室。5.1 基圆直径的确定，因此取整数460mm。5.2 压水室的进口宽度 =44 mm （查资料知一般取C=10mm）5.3 隔舌安放角和隔舌螺旋角 由和的关系查表得，此处隔舌安放角大小为16。 隔舌螺旋角应该等于叶轮出口稍后的绝对液流角，即而由前所知20.49m/s，3.686m/s，10.2。第六章 参考资料1叶片泵设计. 华中科技大学水机教研室.武汉：华中科技大学出版社2离心泵. 陈乃香 吴玉林.北京：机械工业出版社，2003:105-1433水力机械现代设计方法.孙建平.武汉：华中科技大学出版社4流体机械原理.张克危.北京.机械工业出版社5泵与风机.郭立君.北京.中国电力出版社