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1、离心泵叶轮的水力设计叶轮是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗汽蚀性能、特性曲线的形状均与叶轮的水力 设计有重要关系。因此，叶轮水力设计的质量决定着所设计出来的泵的质量。整个设计的设计流程图如下图 1所示图1设计流程图1泵主要设计参数和结构方案的确定本设计给定的设计参数为：流量 Q=336m%=0.0933mS，扬程 H=55m，装置汽蚀余量 NPSHa 3.3m2确定泵的总体结构形式和泵进出口直径泵吸入口直径泵的吸入口直径由合理的进口流速确定，而泵的入口流速一般为3ms暂取2.7msDs4 0.09332.7 3.14泵的吸入口直径按下式确定209mm取标准值210mm泵的排出口直径为Dt 0.
2、8Ds 168mm （因设计的泵扬程较低）Dt 泵吸入口直径Ds 泵排出口直径将选定的标准值Dt 210mm代入上式，得泵的进出口流速为 2.69ms。3泵转速的确定考虑到泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，理应选择较高的转速，但又因为转速 和比转速有关，而比转速有和效率有关，综合考虑各方面因素，取n=2900 min4汽蚀计算a泵的安装高度hg 虽 hc 旦 NPSHa=10.33-0.5-0.24-3.3=6.29mg g常温清水匹=0.24mgb泵的汽蚀余量NPSHr NPSHa k=3.3-0.5=2.8mc泵的汽蚀比转速5.62n Q 5.62 2900 . 0.0933 dC h
3、 =3=1150NPSHr 42.8 45确定比转速ns和泵的水力方案根据比转速公式3.65n JQ343.65 29000.093355 4=160根据以往的运行经验，当ns在120210的区间时，泵的效率最高。依算得的 ns =160, 宜采用单级单吸的水力结构方案。6估算泵的效率和功率1 0.0835lg=1查泵的理论和设计手册，根据经验公式得 a水力效率计算0.0835lg J0.0933 =0.875V 2900取 h=0.87b容积效率10.68ns 勺 10.68160 3=0.977取 v=0.97c圆盘损失效率0.07($ 100)m 1 0.07(160100)76=0.8
4、8d机械效率假定轴承填料损失约为2%，贝U m=0.88 098=0.86f总效率m v h =0.86 0.97 爲.87=0.73g轴功率輕=9.81 WOO O.。933 55=68.7kw10001000 0.73h计算配套功率N=KN=1.2 068.7=82.5KWK 取 1.27叶轮主要参数的选择和计算叶轮主要几何参数有叶轮进口直径 D。、叶片进口直径D1、叶轮轮毂直径dh、叶片进 口角1、叶轮出口直径D2、叶轮出口宽度b2、叶片出口角2和叶片数Z。叶轮进口几何参 数对汽蚀具有重要影响，叶轮出口几何参数对性能（ H、Q）具有重要影响，而两者对效率 均有影响。因此，泵的主要尺寸的确
5、定精确与否，直接影响泵的效率和性能。a轴径和轮毂直径的确定根据扭矩计算公式，轴径为d3271.68 0.2 350 105=34mm取 350 105 Nm2NOQ c上式中 Mn 9.55 103 =9.55 103=271.68N mn2900d取标准值40mmM n 扭矩（N m）N计算功率（KW） N=KWK工况变化系数泵轴材料的许用切应力（J?）本离心泵采用悬臂叶轮，因此，轮毂直径dn =0b叶轮进口直径D。的确定实践证明，泵在相应增加V。很广的范围内运转时能保持水力效率不变，所以如果所设计 的泵对抗汽蚀性能要求不高，可选择较小的有叶轮进口直径D0以减小密封环的泄漏量，提高容积效率。
6、根据有叶轮进口直径D。的计算公式得D。K。=3.45 29000.0933=110mmK0取 3.45c叶轮出口直径D2的初步计算叶轮外径D2和叶片出口角2等出口几何参数是影响泵扬程的最重要因素。另外影响 泵扬程的有限叶片数的修正系数也与D2和2及叶片等参数有关。可见，D2的精确与否，间接影响着泵的性能。根据经验公式得D2 Kd23Q =7.43 0.0933 =235mm（初步计算值） n 29001 1上式中 KD2 9.35（） 2 = 9.35（160） =7.4100 100d叶轮出口宽度计算与选择根据经验公式Q10.0933b2 Kb23=0.947?=30mm耳 nN 2900上
7、式中Kb2ns 51600.64(丄)6 = 0.64(100 1005) =0.947e叶片数Z的计算与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，另一方面又要使流道有足够的长度以保证液流的稳定性和叶片 对液体的充分作用根据公式得Di D212235 10220o 30z= 6.5 - 一 sin- = 6.5sin=7.1D2 D12235 1022取Z=7其中 D1 0.93D=0.93 X10=102mm,1 20, 2 308叶轮外径D2或叶片出口角2的精确计算前面的叶轮主要尺寸是利用经验系数来确定的，因为这些系数来源于实
8、践，在一般情 况下是比较可靠的。但速度系数多是按一般情况得出的，设计泵时，在保证相同性能情况下, 可以选用不同的参数组合，这样就增加了速度系数的近似性。因为D2是最主要尺寸，按速度系数法算得D2之后，最好以按此算得的D2为基础进行理论计算。因此，下面就以基本方 程式为基础对D2进行精算a理论扬程Ht耳h=55= 0.87=63.2mb修正系数Pa(1勺:= 0.65(160。)-0.94(a 取 0.65)6060静矩S= SR =0.01 (0.055+0.065+0.075+0.084+0.95+0.105 =0.0479有限叶片数的修正系数2=0.37= 0.94 0.117ZS7 0.
9、0479c无限叶片数理论扬程Ht (1 P)Ht =(1+0.37) 6.2=86.6md叶片出口排挤系数K2 1 Z 2 ；1 （Ctg 2）2 =17 3.5（ctg3。）2 =0.924D2 ：sin 23.14 235, sin90f出口轴面速度Vm2Q=0.0933Dzd v 3.14 0.235 0.03 0.924 0.97=4.7msg出口圆周速度（2；m22）2 2歳（爲。）2 86.6 9.8=33.仲外圆直径60 33.48=219mm n 3.14 2900因精算值与经验公式的结果相差较大，现进行第二次精算 叶片出口排挤系数K2Z 2D21 （Ctg2）2=1sin 2
10、7 3.53.14 2191 （驚）S7出口轴面速度0.0933Vm2D2b2K2 v=5.07%3.14 0.219 0.03 0.917 0.97出口圆周速度U2Vm22tg 2/ Vm2、25.07（2tg 2） t g = 2tg30。（5.07。）2 86.6 9.8=33.8ms2tg30外圆直径D260u260 和=220mmn 3.14 2900与假定值相近，不再进行下一次精算。取D2 =220mm9计算出口速度a出口圆周速度b出口轴面速度U2D2 n60= 0.22 3.14 290060=33.4ms叶片出口排挤系数K2 1気1 （約二1能1 （鶉）570.0933D2b2
11、K2 v 3.14 0.22 0.03 0.917 0.97c出口圆周分速度Vu2Htg=63.2 9.8U233.4=18.54msd无穷叶片出口圆周分速度Uu2Ht g=86.6 9.8 =25m、U233.4S10计算叶轮进口速度和进口安放角叶型轴面投影图的具体尺寸如下图3.3:a流线:F1aVm1a所以 tg 1a图3叶型轴面投影图的具体尺寸D1a =140.24mm=0.14024mU1ag=.140243.14 2900 =21岔560602 a = 2 3.14 60.27 -(30.0933VF1ak1a0.97 0.01533 0.85t = 27t=0-347s) =0.0
12、1533 m2=7.38ms1a=19.14O(k1a 预设 0.85)为了使液流更平稳的流动和提高效率，液流进口角一般有一微小的正冲角因此 1a 1a1a = 19.14o 1.86 21 取=1.86a流线叶片进口排挤系数b流线:K1aZ 1D1a1（ctg 1a）2 =1 sin a由 tg 1b tg1a140.24 J （鴛0Z857 3.53.14与假定值相D1b =117.66mm=0.11766mU1bD1b n 0.11766 3.1460602900 =17.85ms也得U1btg 1b tg21o2_17.851b24.56（实际值）b流线叶片进口排挤系数K1b13.4
13、117.6.1 加2 =0.843.5F1b2 R, b = 2 3.14 54.16 43.94=0.014947 m2vm1b0.0933vF1bk1b0.97 0.014947tg1bvm1b _ 7.66 = 23 2217.85U1b所以1b1b1b = 24.56 23.22（计算值）1.34c流线:D1c=102.16mm=0.10216mU1cD1c n 0.10216 3.14 29006060=15.5mstg1ctg1a如得U1c21.26 tg21 - 15.5c流线叶片进口排挤系数tg1c1c27.76（实际值）K1cZ 1D1c（7 3.5F1cRc c 23.14 52.22vm1c0.09333.14 102.16?嚟0竹2=0.8445.30.014857m2QvRck1c 0.97 0.014857 0.84=7.71ms
