离心泵课程设计

题目: 流体机械及工程课程设计

院（部）： 能源与动力工程学院 专业班级： 流体1002班 学 号： 3100201079 学生姓名： 刘成强 指导教师： 赵斌娟

起止日期：2014.1.7——2012.1.17

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流体机械及工程课程设计设计任务书

设计依据：

流量Q：30m3/h 扬程H：18.5m 转速n: 2900 r/min 效率：68%

任务要求：

1. 用速度系数法进行离心泵叶轮的水力设计。 2. 绘制叶轮的木模图和零件图，压出室水力设计图。

3. 写课程设计说明书 4. 完成Auto CAD出图

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目 录

第一章 结构方案的确定……………………………………………………………5 1.1确定比转数 …………………………………………………………………3 1.2确定泵进、出口直径 ………………………………………………………3 1.3泵进出口流速 ………………………………………………………………3 1.4确定效率和功率 ……………………………………………………………4 1.5电动机的选择轴径的确定 …………………………………………………4 第二章 叶轮的水力设计 …………………………………………………………5 2.1 叶轮进口直径D0的确定……………………………………………………5 2.2 叶轮出口直径D2的确定……………………………………………………6 2.3确定叶片出口宽度 b2………………………………………………………6 2.4确定叶片出口安放角 …………………………………………………6 2.5确定叶片数Z ………………………………………………………………6 2.6精算叶轮外径D2 ……………………………………………………………6 2.7叶轮出口速度 ………………………………………………………………8

u2.8确定叶片入口处绝对速度V1和圆周速度1 ………………………………9

第三章 画叶轮木模图与零件图 ……………………………………………………9 3.1叶轮的轴面投影图 …………………………………………………………9 3.2绘制中间流线………………………………………………………………11

23.3流线分点（作图分点法）…………………………………………………11

3.4确定进口角1………………………………………………………………13 3.5作方格网 ……………………………………………………………………14 3.6绘制木模图 ………………………………………………………………15 第四章 压水室的设计 ……………………………………………………………17

D4.1 基圆直径3的确定 ………………………………………………………17 4.2 压水室的进口宽度 ………………………………………………………17

4.3 隔舌安放角0 ……………………………………………………………17

4.4 隔舌的螺旋角0 …………………………………………………………17 4.5 断面面积F …………………………………………………………………17

4.6 当量扩散角…………………………………………………………………18 4.7各断面形状的确定…………………………………………………………18 4.8压出室的绘制………………………………………………………………20

1.各断面平面图 …………………………………………………………20 2. 蜗室平面图画…………………………………………………………20 3.扩散管截线图…………………………………………………… ……21

结束语 …………………………………………………………………………17

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参考文献 …………………………………………………………………………18

第一章 结构方案确定

1.1 确定比转数

计算泵的比转数ns，确定泵的结构方案。公式为

ns3.65nQH3/4

式中 Q——单吸叶轮泵的流量，m3/s

H——单级叶轮泵的扬程，m。 则： ns3.6529003018.5343600

=108.3

1.2 确定泵进、出口直径

泵的进出口直径 。

吸入口直径Ds由进口流速vs(经济流速)决定，Ds由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。 初选vs2—3.5 m/s 试选 vs2 m/s

4Q vs

则

Ds 

4  30 / 3600 3 . 1415  2

=72.8mm 按标准取Ds70 mm

而出口直径Dd按经验公式Dd＝（0.7～1.0）Ds确定。

对于低扬程泵，取泵出口直径，则取DdDs=50 mm

1.3 泵进出口流速

泵进口速度Vs

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Vs=

4Q430/3600==2.17m/s 22Ds3,140.07泵出口速度Vd

Vd=

4Q430/3600==4.25m/s 22Dd3,140.051.4 确定效率和功率

1）水力效率：

h10.0835lg32）容积效率：

Q30/3600=0.85

10.0835lg3n2900v11==0.97 -23-2310.68108.310.68ns

1.5电动机的选择轴径的确定

轴功率：

3QH9,8103018.5Pa==12kw

1000100036000.68查表7-10 选用电动机 k=1.2 则电机功率PcKPa=1.245=17 kw

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（通常是联轴器处的轴径）。 扭矩Mn9550Pc95501.2P955017==56Nm nn1450可编辑范本

泵轴选用取 []=550*105Pa,材料为 3Cr13。

最小轴径：dmin3Mn 0.25650.245010=18.4mm

= 标准直径：

310，15，20，25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，400 采用标准化轴径取d=20mm

轴的结构设计

考虑轴上零件的固定和定位，以及装配顺序，选用下图装配方案：

图1-3 轴上零件装备图

第二章 水力设计（速度系数法）

2.1 叶轮进口直径D0的确定

兼顾汽蚀与效率 取

k04.0

进口当量直径 D03Q=4×330/3600=60 mm

k0n2900单级单吸式 取dh=0

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DjD20dh2

60mm2.2 叶轮出口直径D2的确定

kD29.359.6ns1002

0.59.359.6108.31000.5=13.446～13.806

由于比转速小于60，KD要乘修正系数K,取K=1.07

D2Kk3Q1.07KD330/3600=127mm

D2n229002.3确定叶片出口宽度b2

ns0.0.7k100b258.350.0.7100290056=0.3094～0.3384

b2k3Q0.30940.3384330/3600=12mm

b2n D2 =127mm b2=12mm

2.4确定叶片出口安放角2

一般取20~30 这里取30

222.5确定叶片数Z才

ns 30-45 8-10 45-60 7-8 60-120 6-7 120-300 4-6 Z 取Z=7

DDZ6,5sinDD2121221=6.7 取Z=7

2.6精算叶轮外径D2

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对于D2的精算，过程如下： 由 Ht1u2vu2u1vu1；vu2u2vm2

tg2g2vm2v得：u2m2gHtu1vu1；D260u2/n 2tg22tg2注意：精算时，一般先选择β2，然后确定D2。

计算Ht∞时，要用到滑移系数，而此时D2尚未知，故要迭代 此处 取β2＝30°，D2=127mm进行迭代精算如下：

R22 有限叶片数理论扬程修正系数：P；

ZSR22R12式中：静矩S；

2经验系数 ；

无穷叶片数理论扬程：Ht1PHt 叶片出口排挤系数：

k21Z2ctg221()D2sin

第一次精算 1. 理论扬程Ht

Ht=H/=30/0.85=35.3m 2. 修正系数 (1=1.05

3. 静矩S

260

)可编辑范本

R22R12S2

=0.0017m

4. 有限叶片数修正系数P

R22 P=0.365

ZS 5. 无穷叶片数理论扬程Ht Ht(1P)Ht=48.18m 6. 叶片出口排挤系数k2

k21Z2ctg221()D2sin1(

2)170.005ctg30sin900.1270.824

7. 出口轴面速度m2

SU221ctg2sin2

21ZSU2D2Q0.9415

vm2D2b22V= 3.11m/s

8. 出口圆周速度u2

=24.12m/s

9. 叶轮外径D2

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D260u2n=159mm

第二次精算 S=0.0017

v2=0.86 =48.18m

HTm2=2/s

u2=23.m/s

D2155mm

两次精算误差小于2%，取D2155mm

2.7叶轮出口速度

1. 出口轴面速度m2

vm2=1.90m/s

2. 出口圆周速度u2

3. 出口圆周分速度vu2

u2=23.m/s

vu2=

gHt=14.71m/s u24. 无穷叶片数出口圆周分速度vu2

vu2=

gHt=20.06m/s u22.8确定叶片入口处绝对速度V1和圆周速度u1

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D1k1Dj0.87257.658mm

查图7-9

ku0.95

km10.165

km20.11

vk1m12gh=0.165×29.8122=3.428m/s

Q' b1

D1V1 = u1 600.0581450 ==4.403 m/s

60

31/3600=14mm

0.0583.428D1n

第三章 画叶轮木模图与零件图

3.1叶轮的轴面投影图

叶轮各部的尺寸D2、DJ、b2确定之后，画叶轮轴面投影图。画图时，参考相近比转速、性能良好的叶轮图作为参考。（关醒凡编《现代泵技术手册》第二十三章 泵性能（几何）和水力模型）轴面投影图形状力求光滑通畅。轴面投影图如下图所示。

绘制好轴面投影图后，检查流道的过水断面变化情况。过流断面面积F F2Rcb

其中：Rc———轴面液流过流断面形成线重心的半径 b———轴面液流过流断面形成线的长度

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各流道面积计算，叶轮流道面积检查图如下：要求该曲线有平滑的变化规律，否则必须修改轴面投影图，直到符合为止。

3.2绘制中间流线

在轴面液流过流断面形成线上取一点，而后计算此点两边的面积，面积相等则此点即中间流线上的—点；如面积不相等，则将此点向面积大的一面移动，再检查两边面积是否相等，进行修改，直到两面积相等为止，即得到流线所经过的点。

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3.3流线分点（作图分点法）

在轴面投影图旁，画两条夹角等于△θ的射线（△θ=3°~5°）。本设计中△θ=5°。从出口开始，沿轴面流线试取△S，若△S中点半径对应的两条射线间的弧长△u,与试取的△S相等，则分点正确。如果不等，另取△S，直到△S=△u。根据上述方法将前后盖板流线及中间流线分点。分点情况如下：

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3.4确定进口角1

叶片进口处的速度

u1iD1in60

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vm1iQFvi

1i2ctg1i1其中：1Dsin90Z1I1i1I

F1i为过i点的过水断面面积

叶片进口液流角

vm1a ’arctan1au1a11进而得到叶片进口安放角'

采用编程迭代的方法计算。先假定一个，带入上式计算出，再用反算，

1i11i观察计算值与假定值是否相等，相等则计算正确。数据如下图;

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3.5作方格网

叶片绘型时，要求叶片在出口出能有一段叶片安放角保持不变，而其他部分角度变化应尽量均匀型线的形状极为重要，不理想时坚决修改，必要时可以适当改变进口安放角、叶片进口位置、叶片包角、叶片出口边不布置在同一轴面上等，重新绘制。

叶片加厚数据

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3.6绘制木模图

画出具有轴面截线并已加了厚度的轴面投影图.

在叶轮的轴面截线图上，作垂直于叶轮轴心线的直线，这些直线实质上就是一些垂直于叶轮轴心线的平面，通常称为割面或等高面，它们与叶片的交线就是叶片的模型截线。 直线是等距离的，但亦可不等，视设计需要而定，叶片扭曲较大处，距离可取小一些.

根据D、d画叶轮平面图，并作出与轴面投影图上轴面截线相对应轴向截面.在平面图上先画出叶片与后盖板交线的投影，然后再作模型截面与叶片相交的投影。

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第四章 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，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。

4.1 基圆直径D3的确定

D3(1.03~1.08)D2 ，取 D31.05D2=1.050.155=160mm

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4.2 压水室的进口宽度

b3b20.05D2=

120.052160=20 mm （取C=10mm）

4.3 隔舌安放角0

查手册

8-1 取020

4.4 隔舌的螺旋角0

vu214.99m/s vm3vm22.41m/s

查手册，取04.5 断面面积F

3arctanvm37.4取 8

vu2 采用速度系数法，查手册图8-10得KV30.39 ，压水室中液流速度： V3KV32gH=0.4529.830=19.93 m/s 第8断面的面积：F8Q30==430 mm2 V319.933600 其他各断面面积：FFVIIIVIII

4.6 当量扩散角

常用范围为6~10，取10度。

4.7各断面形状的确定

确定角：

一般15:30，取20

求A、B值:

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909020Atangtantan20tan0.29229029020BA(1A)cosg2A0.29(10.29)cos2023.140.2920.3031360360 求断面高H及半径R（8个断面分别求）

bb34BF1 断面1:H13

2B =

2020240.303153.87=2.59mm

20.30312 R1AH1=0.292.59=0.66 mm

b3b34BF2 断面2：H2 =5.00mm

2B

R2=AH2=0.2918.=1.27mm

2bb34BF3 断面3：H33 =7.26 mm

2B R3AH3=0.297.26=1.85mm

2bb34BF4 断面4： H43=9.41mm

2B R4AH4=0.299.41=2.40 mm

2bb34BF5 断面5： H53=11.45m

2B R5AH5=0.2911.45=2.92 mm

2bb34BF6 断面6：H63=13.40mm

2B R6AH6=0.2913.40=3.42 mm

2b3b34BF7 断面7：H7=15.28mm

2B2可编辑范本

R7AH7=0.2915.328=3. mm

bb34BF8 断面8：H83 =17.08mm

2B R8AH8=0.2917.08=4.35 mm

24.8 压出室的绘制 1.各断面平面图

2. 蜗室平面图画

根据所画的各断面轴面图中的高度H,在平面图上相应的射线上点出，然后光滑 连接所得各点，得蜗室平面图上的螺旋线。

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3.扩散管截线图

参考文献

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1. 泵的理论与设计 关醒凡 机械工业出版社 2. 现代泵技术手册 关醒凡 1959.9 3. 叶片泵原理及水利设计 查森

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