叶轮水力设计实例.DOC

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，以采用较大的曲率半径为宜。 本例的轴面投影图如下： 轴面液流过水断面面积变化检查 画好轴面投影图