毕业设计--离心式水泵叶轮结构设计.doc

前言 劳动人民在与自然界的斗争中创造了最原始的提水工具，如水车、辘轳等，这些就是水泵的雏形。随着生产的发展和对自然规律的认识和掌握，这些原始的提水工具就发展成为现代的泵。 现在，水泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。农业的灌溉和排涝，城市的给水和排水都需要泵。在工业的各个部门中，泵更是不可缺少的设备。如在动力工业中需要锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵；在采矿工业中需要矿山排水泵、水砂冲填泵、水采泵、煤水泵；在石油工业中需要泥浆泵、注水泵、深井采油泵、输油泵、石油炼制用泵等；在化学工业中需要耐腐蚀泵、比例泵、计量泵等；在交通运输工业中需要燃油泵、喷油泵、润滑油泵、液压泵等。由此可见泵在工业中起到举足轻重的作用。以前，泵只用来输送常温清水，所以常把泵称为水泵。但是，现在这个概念已经不十分确切了。 据国家有关部门统计，离心泵每年的耗电量占总发电量的10％ 。叶轮机械主要的能量转换是在叶轮中完成的，因此设计高效率的叶轮对离心泵的节能降耗有重要意义。随着计算机技术和数值计算方法的飞速发展，CFD(计算流体力学)对离心泵流场分析结果的可信度逐增强，其分析结果运用于工程实践是可靠的。本文在总结传统设计理论的优缺点后，引出现代运用计算机技术和数值计算理论的离心式水泵的叶轮结构设计方法，即速度系数设计法。 在目前世界能源日趋紧张的形势下，降低泵的能量损失，提高它的效率是一个更加有意义的事情。叶轮是离心泵最重要的部件，在某种意义上来说离心泵的优化问题就是对叶轮的优化。所以把对离心泵叶轮的优化作为本文研究内容。 本文主要对离心式水泵的叶轮结构进行设计，首先弄清离心泵工作性能的主要参数，需要设计叶轮结构的各部分尺寸，在叶轮设计过程中对泵的性能影响较大的参数主要有：叶轮进、出口直径和，叶片的进、出口宽度、，、 a ) b ) 图1-1 离心泵的叶轮 a） 闭式叶轮 b） 半开式叶轮 Fig.1-1 Leave leafs round of heart pump a) Shut type leaf round b) The half open type leafs round 1.2 离心泵的主要性能参数 离心泵上都有标牌，标牌上标明了泵的型号、主要参数和指标。表示泵工作性能的参数叫泵的性能参数，如流量Q、扬程H、转速n、功率N、效率、汽蚀余量（或吸上真空度）等。 1.2.1 叶轮的主要设计参数 在叶轮设计过程中对泵的性能影响较大的参数主要有：叶轮进、出口直径和，叶片的进、出口宽度、，、表示。液体从旋转着的叶轮里向外的流动称为相对运动，其速度称为相对速度，用表示。液体相对于泵体的运动称为绝对运动，其速度称为绝对速度，用表示。绝对速度的向量等于圆周速度和相对速度的向量和，即 （2-1） 2 离心泵叶轮的设计计算 根据前面的介绍及结合实际情况离心式水泵的叶轮的设计方法有两种即相似设计法和速度系数设计法。用相似设计法虽然很方便，但是，它只能保持原有水力模型的水平。因此，在采用相似设计法时，必须结合模型实验，不断分析和改进原有模型不足之处，才能逐步提高产品水平。所以，综合考虑采用速度系数设计法是比较合理的。 2.1 速度系数设计法 2.1.1 速度系数设计法的导出 由公式可知，相似泵在相似工况下，相应速度比相等。能不能由此找出一种设计离心泵的方法呢？ 两台相似的泵在相似的工况下，由公式可知： 如果取D为各自的叶轮外径，则上式可写为： 上式可改写为：  式中 和——模型泵的扬程和叶轮出口圆周速度，和是已知的。 令 则 式中 ——速度系数。 相似泵（即比转数相等的泵）的速度系数是相等的。不同的就有不同的，这样我们就可以得到随而变的函数关系。附录C中图2-1就是以现有性能较好的产品为基础统计出来的离心泵叶轮各种流速的速度系数图。设计时按选取速度系数，作为计算叶轮尺寸的依据，这样的设计方法就叫速度系数设计法。 用速度系数法进行产品设计时，虽然设计计算比较方便，但是产品只能保持原有的水平。因此，在采用速度系数设计法设计产品时，应结合模型试验，不断创造新的优秀的模型，并将这些模型的速度系数充实图2-1，才能不断提高产品水平。 2.1.2 速度系数设计法的计算步骤 1）确定叶轮入口直径 确定前，先用下式确定叶轮入口速度（米/秒）。 （2-2）