叶轮水力设计实例教程..doc

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叶轮水力设计实例教程.

叶轮水力设计 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。我们将通过一个叶轮设计实例(以方格网保角变换绘型)来学习离心泵叶轮水力设计。 流程图 起始\结束部份 计算部分 绘图部分 设计题目 设计的第一步就是分析设计题目。通常,提供的设计数据和要求包括: 流量Q 单位: 扬程H 单位:m 转速n 单位:rpm (转/分) 效率 要求达到的效率 介质 温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等 装置汽蚀余量 或给定几何吸入高度 特性曲线 要求平坦、陡降,允许有驼峰(中高)等 本教程采用的实例如下:设计参数:Q=12升/秒;H=18.5米;n=2970转/分;=5米。 确定泵的进出口直径泵的进出口如右图所示,不要与叶轮的进出口混淆了。 泵进口直径 ·结果取标准值75mm;·泵吸入口的流速一般取为3m/s左右。从制造方便考虑,大型泵的流速取大些,以减小泵的体积,提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑,应减小吸入流速;·此处下标s表示的是suction(吸入)的意思 泵出口直径 ,故结果取75mm;·出口直径,对于低扬程泵,可取与吸入口径相同。高扬程泵,为减小泵的体积和排出管直径,可小于吸入口径,一般取:;·此处下标d表示的是discharge(排出)的意思 泵进口速度 由于进出口直径都取了标准值,所以和都有所变化,需要重新计算。 泵出口速度 进出口直径相同,所以速度也相同, = = 2.7 m/s. 汽蚀计算 ??? 提高泵的转速受到汽蚀条件的限制,从汽蚀比转数公式可知,转速n和汽蚀基本参数和C有确定的关系。按汽蚀条件确定泵转速的方法,是选择C值,按给定的装置汽蚀余量或几何安装高度,计算汽蚀条件允许的转速,所采用的转速应小于汽蚀条件允许的转速。 装置汽蚀余量 ·假定=0.5m,常温清水=0.24m 泵汽蚀余量 汽蚀允许转速 ·一般的清水泵C值大致在800~1000左右,此处取C=800;·取n=2970,符合汽蚀条件。 比转数的计算 ·在=150~250的范围,泵的效率最好,当<60时,泵的效率显著下降;·采用单吸叶轮过大时,可考虑改用双吸,反之采用双吸过小时,可考虑改用单吸叶轮;·泵的特性曲线形状也和有关。 效率计算 水力效率 选取 容积效率 机械效率 圆盘损失效率 , 假定轴承填料损失为2%,则m=0.93 总效率 =hvm=0.85×0.97×0.93=0.76 确定轴功率 泵轴的直径应按照强度(拉、压、弯、扭)和刚度(挠度)及临界转速条件确定。因为扭矩是泵最主要的载荷,开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小直径,通常是联轴器处的轴径。 轴功率 配套功率 N=KN=1.2×2.86=3.43kW ·K是工况变化系数,取1.1~1.2 扭矩 最小轴径 ·[τ]是泵轴材料的许用切应力(单位:),对于普通优质碳钢可取[τ]=,对于合金钢[τ]= 初步确定叶轮主要尺寸 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。 叶轮进口直径 因为有的叶轮有轮毂,有的没有轮毂,为从研究问题中排除轮毂的影响,即考虑一般情况,引出叶轮进口当量直径。按以为半径的圆管断面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积。下面先计算进口当量直径, 的选择(对大多数泵取3.5-4.0) 主要考虑效率 3.5-4.0 兼顾效率和汽蚀 4.0-5.0 主要考虑汽蚀 5.0-5.5 再计算叶轮进口直径(此处轮毂直径为0) 叶轮出口宽度 根据统计资料 叶轮外径 叶片出口角 取 叶片数 按照比转数选择叶片数 30-45 45-60 60-120 120-300 Z 8-10 7-8 6-7 4-6 所以本例中选取Z=6 精算叶轮外径 叶片出口排挤系数 ·,选=3mm,假定=90°,已知Z=6,D=130mm 理论扬程 有限叶片数修正系数 根据经验有限叶片数修正系数p=0.3~0.45,此处p取0.436 无穷叶片数理论扬程 出口轴面速度 出口圆周速度 出口直径 所以需要进行第二次精算(要求误差2%) 第二次精算叶轮外径 叶片出口排挤系数 ·,取D=133mm进行第二次计算。 出口轴面速度 出口圆周速度 叶轮外径 与假定值相同,不再进行计算;取为偶数,便于作图。 轴面投影图 叶轮各部的尺寸确定之后,可画出叶轮轴面投影图。画图时,最好选择比转数相近,性能良好的叶轮图作为参考,考虑设计泵的具体情况加以改进。轴面投影图的形状,十分关键,应经过反复修改、力求光滑通畅。 同时应考虑到:(1)出口前后盖板保持一段平行或对称变化;(2)流道弯曲不应过急,在轴向结构允许的条件下,以采用

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