离心泵课程设计

课程设计说明书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：学生姓名：指导教师：起止日期：2014.1.72012.1.17流体机械及工程课程设计设计任务书设计依据：流量 Q：30m 3/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 出图目录 第一章 结构方案的确定51.1 确定比转数 31.2 确定泵进、出口直径 31.3 泵进出口流速 31.4 确定效率和功率 41.5 电动机的选择轴径的确定 4 第二章 叶轮的水力设计 52.1叶轮进口直径D的确定502.2叶轮出口直径D的确定622.3确定叶片出口宽度b262.4确定叶片出口安放角0 2 62.5 确定叶片数 Z 62.6精算叶轮外径D 622.7叶轮出口速度 82.8确定叶片入口处绝对速度Vi和圆周速度1 9第三章 画叶轮木模图与零件图 93.1 叶轮的轴面投影图 93.2 绘制中间流线113.3流线分点（作图分点法）113.4确定进口角01133.5作方格网 143. 6绘制木模图15第四章 压水室的设计 174.1基圆直径D3的确定174.2压水室的进口宽度 174.3 隔舌安放角 0 17一a4.4 隔舌的螺旋角 0 174.5断面面积F 174.6 当量扩散角184.7 各断面形状的确定184.8 压出室的绘制201. 各断面平面图 202. 蜗室平面图画203扩散管截线图21结束语 17 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s，确定泵的结构方案。公式为3.65、. QH3/4式中 Q 单吸叶轮泵的流量，m3/sH单级叶轮泵的扬程，m。 则：365 X 2900心600ns18.53 4=108.31.2 确定泵进、出口直径泵的进出口直径 。吸入口直径D由进口流速v （经济流速）决定，D=4Q兀vs由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。初选 v = 23.5 m/s 试选 v = 2 m/ss=,；4x30 /3600一 3.1415x2=72.8mm按标准取D =70 mms而出口直径Dd按经验公式D厂（0.71.0）Ds确定。对于低扬程泵，取泵出口直径，则取Dd = Ds =50 mm1.3 泵进出口流速泵进口速度V4Q - 4 x 30豐=2.17m/s3,14 x 0. 072泵出口速度 Vdd n D 2d=4 x 30 / 36003,14 x 0. 052=4.25m/s1.4 确定效率和功率1）水力效率：耳二 1 + O.O8351g3，：Q 二 1 + 0.0835lg330/3600=0.85 h. n29002）容积效率：.-=0.971 + 0.68n -231 + 0. 68 x 108. 3-2 31.5 电动机的选择轴径的确定轴功率：p = YQH 二 9,8 x 10 3 x 30 x 18. 5 二12kwa 1000n _ 1000x 3600x 0.68查表7-10选用电动机k=1.2则电机功率 P = KP =1.2 x 45=17 kwca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M9550Pc9550 x 1.2P = 9550x 17n1450=56N-m泵轴选用取t =550*105P，材料为3Cr13。错误!未找到引用源。a最小轴径：:56=3 0. 2 x 450 x 10 5 =18.4mm标准直径：10, 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D的确定0兼顾汽蚀与效率取k二4.00进口当量直径 d - k ilQ =4X J30 / 3600=60 mm003 n 32900单级单吸式取d h=0二 60mm22叶轮出口直径D2的确定,-0.5=9.35 t 9.6T0U=9. 35 t 9. 6108. 35 I )=13.446 13.806由于比转速小于60, K 要乘修正系数K,取K=1.07D2D = K - k 3 ：Q = 1.07 x K -，30/3600 = 127mm2d 2 nD2 29002.3确定叶片出口宽度b2kb2=0.64 t 0.7ns100二 0.64 t 0.7=0.3094 0.3384b 二 k Q 二 0. 3094 t 0. 338细 30/36=l2mm2 b2 n2900D =127mm b=12mm222.4确定叶片出口安放角02一般取0= 2030这里取0= 30。222.5确定叶片数Z才n s30-4545-6060-120120-300Z8-107-86-74-6取 Z=7D + D 0 + 0 _A _Z = 6,5_d sin2i _6/21取 Z=72.6精算叶轮外径D2对于D的精算，过程如下:2由 H (u v -u v )；tag 2 u 2a 1 u12得： u2vV U m 2 u 2a2 tg0vm22tg02+；D 60u / C n)22注意：精算时，一般先选择B，然后确定D。22计算Ht*时，要用到滑移系数，而此时D尚未知，故要迭代2此处 取B =30，D=127mm进行迭代精算如下：22有限叶片数理论扬程修正系数：P -屮R2ZS；式中：静矩S = 丁 ；经验系数无穷叶片数理论扬程：H =(1 + P)Htst叶片出口排挤系数：Zctgpk = 1 2 ,.1 + ( L)22兀Dsin九2 第一次精算1.理论扬程HtH =H/n =30/0.85=35.3mt2.修正系数屮3.p屮(1+2)60。=1.05静矩S4.=0.0017m有限叶片数修正系数 PP =屮 R22 =0.3655.无穷叶片数理论扬程HtsH 二(1+ P)H =48.18mtst6.叶片出口排挤系数k2Z8:一卄二1 一亦1+(_sn方)2ctgp7 x 0. 005=1 1 +兀 x 0. 127 IGC”=sin 90 0.8247.出口轴面速度vm2sin 2 几ZS屮二 1 -U2 二 0.94152D兀2“ d b耳=3.11m/s222 V8. 出口圆周速度u2=24.12m/s9. 叶轮外径D260U D =2 =159mm2n n第二次精算S=0.0017屮=0.862H =48.18mTsv =2/sm 2u =23.54m/s2D 二 155mm2两次精算误差小于2%,取D = 155mm22.7叶轮出口速度1. 出口轴面速度Vm 2V =1.90m/sm 22. 出口圆周速度u2u =23.54m/s23. 出口圆周分速度 vuvu2gH卜=14.71m/s u24. 无穷叶片数出口圆周分速度 vuv =20.06m/su 2gU228确定叶片入口处绝对速度v和圆周速度u11D - k - D = 0.8 x 72 = 57.6 58mm 11j查图 7-9 k = 0.95 k = 0.165 k = 0.11 um1m 2V 二 k v2gh =0.165X 2x9.81 x 22 =3.428m/s 1mlQ“ DV1131/ 3600=14mm兀 x 0.058 x 3.428n D nu =1 60n x0.058x1450=4.403 m/s60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D、D、b确定之后，画叶轮轴面投影图。画图时，参考相2 J 2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FF 二 2 R bc其中：R轴面液流过流断面形成线重心的半径cb轴面液流过流断面形成线的长度各流道面积计算，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。1R匸br#7ALUE!015503-胡L的却1伽18. 4&2322- 7625. S23.胡L的3啊阳434.99L9. 773, L4L5fl豪皈勺C444. 994345 5L5. 97工 1-3153呃旳.9215&. 4535睡76L3. 9S3.1-3153测工572f4. 3D7Z皈512. 993. L41595刊鼻01276; 54&977.5123 153583. 35TF鹹标題7D003.2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一点；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。ABCDEFG左滾道右流道dbrbrbz误差推)0, 025. 6.225, 28.21, 210. 6型.720. 249199:10. 2;.28,42；289. 88415. 8818. 11.287. 58600. 790705)9. 45；344. 830510. 632. 563i5. 160. 0BB516j7. B046. 89369. 49328. 1:3皈84：372. 6792.0. B54B91-；757. 90405. 867. 0157. 3sl 402. 23380. 901515L6. 4965.62425. 87386. 514肚 8i260. 242750677.：54656TT. 54=65. ：0;3.3流线分点（作图分点法）在轴面投影图旁，画两条夹角等于的射线（e=35）。本设计中厶 e=5。从出口开始，沿轴面流线试取若as中点半径对应的两条射线间的 弧长 u,与试取的AS相等，则分点正确。如果不等，另取AS,直到 S=Auo 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：刖蓋板中间流线后羞板a5u误差闯eu误差闯AsAu误差M5. 235. 22760.045915. 215. 230. 3S24095. 22605. 2290.0420734. 07694：. B75B0.022564.37024. as0.200824.0774. B7500. 0246114. 54544.54690.032994.5414. 550. 197S024. 54724. 54690.00659B4. 241B4.24050.0306574.2424. 240.047174. 23744. 24050. 0T31D53. 954B3. 95420. 0151743.95233. 950. 0582283. 94763. 95420. 1669113. 0913. GB750. 043393.S93G3. S90. 0975l3. S7S3. 60750. OOS13G3. i4013. 4390.0319863.44723. 440. 2093023. 43793. 4390. 0319B63. 19733.20090.1124683. 2144：3. 210. 1370723.2083. 20720.0249442. 99432. 997B0.1167523. 032. 991.3377932. 992. 99000.0267492. S1B52. SITS0.0243422. ai3i2. 790.S3B712. 79052. 7B940.0394352. 37E2. 390.0757G92. S1712. SI0. 2720312. G0032. 0120.0345592. 50072.50040.0119982. 431S2. 440. 3360662. 42652. 4260. 020612. 30042.38390.146S182.292T2.29410. 0610262. 257S2. 25830. 0221412. ZB992. 2B390.26Z7052.16Z32. 160. 1064B12. 09772. ciggs0. 0T6ZL62. 0594：2.051B0. 3704061. 97351.97050. 1522461.93881.94430. 2828781. 83941.B4150. 1140371. 71991. 71910.0465361. 61121.60970. 0931B5L. 50521. 5060. Q13ZB1-3.4确定进口角b叶片进口处的速度1iii60vmil其中：屮1iv 11ictg 卩 A1lsn90 丿F为过i点的过水断面面积1i叶片进口液流角01a1a进而得到叶片进口安放角卩_0 +A0采用编程迭代的方法计算。先假定一个屮，带入上式计算出0 ，再用反算屮，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；FDU屮假定VB算的屮计算艮最经的1Q. Q1L164114. 817. 420. 9吃翌丫5.?3267121.020540.97242120;01120593. 914. 250. 9736.35.307526-24.42820. 97365124. 430. 0118577. 211. 720. 9805235 1S6E6827.871250.2805?27.3.5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nJ lJ-11-l-J1截线序号0123456S23. 024. 124. 944. 934. 474. 11岛0. 349QG60. 37691Q. 40-1916Q. -132342Q. 460767Q.Q. 523599COS Pa0.9396930. 9297760. 9191350. 9077770. 8957120. 8829480. B66025sma=s/cosa2.1283563. 2480934.4824745. 4418625. 504:0035. 0625884. 745B19tl流线弘0.4108790. 4=363320.4537S60. 4=712390. 4B86920. 5061460. 5235990.9135450. 90630B0.8987940. B910070. 8B29480. 874620. 866025smtf=s/cosfib2.1892733. 3322014. 583925. 5442925. 5835715. 1107934. 745819C：流线&0.4BB6920. 4:94=4520.5002110. 5059710. 5117310. 517490. 523599cos0.8829480. 8802290.8774810. 874704：0. 8718980. 8690640. B66025smc=s/eosfic2. 265143. 4309254.6952575. 6476235. 654=3295. 1434684. 745B193.6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。,4. , 4. . 4. , 4 , 4 4,3412 3 + 5工作面轴面截线02040O6080O100120刖盖板31. 31谓线29. 0134. 45泻线37.1232. 3830. 6845. 953. 3962. 0174. 64洱线25. 6530. 733?. 0444. 4852. 3561. 6374. 644号线24. 4529. 4435. S943. 2451. 4561. 3674. 645号线23. 3428. 0134. 7141. 7250. 4561. 1S7S. 64后盖板背面轴面截线02040O00O100120刖盖板1号线29. 0333. 092号线26. 7535. B93号线24. 9223. 8S3. 7740.13外7256. 92竭线23. 4527. 2432.1838. 7146. 6956. 6369. 95号线22. 1925. 9631.1137. 5345. 8156. 2569. 9后盖板22. 22如6730. 0236. 0944. 7956. 0469. 9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n的确定取 D = 1.05D = 1. 05 X 0. 155 =160mm32D 二(1. 03 1. 08) D324.2压水室的进口宽度b b + O.O5 D = 12+ 0. 05x 216020 mm(取 C=10mm)32 24.3隔舌安放角申0查手册8-1取= 20。04.4隔舌的螺旋角q0v = 14.99 m / su 2v = v = 2.41m / s查手册，取q0=Q = arcu2=7. 4。取8。m 3m 24.5断面面积F采用速度系数法，查手册图8-10得K二0.39，压水室中液流速度:V 3V = K .,-2gH =0.45 X y2 x 9.8 x 30=19.93 m/s3V 3、第8断面的面积：F = Q =30=430 mm 28 V 19. 93 x 36003其他各断面面积：F =竺F申 Q viiiVIII断面1234567S叶）_459013518022527031536053. B75107. 5161. 2521526B. T5322. 5376. 25430H2.595. DO7. 269. tl11.茁13. 4015. 2817.08R0.661. 271. 852. t02. 923. 423. 394. 35（4.6当量扩散角常用范围为9 = 6。10。，取10度。4.7各断面形状的确定确定5角:一般 5 = 15。30。，取 5 = 20。求A、B值:A = tan 5 tan90。-5290。一 20=tan?。 tan- - = 0.2549290。+590 + 20B=A（1一A）cos 5+ 苛-勿 A2=2549（1一 0.2549应20。+-360-x 2 x 3-14 x 25492 =0-3031求断面高H及半径R （8个断面分别求）断面1: H 二耳 土佇 + 4 BFii2 B=20 + 冷202 + 4 x 0. 3031 x 53. 87 =2 59mm2 x 0. 3031R = A * H =0.2549x 2. 59=0.66 mm11断面2：一 b +&b2+4BFH =332=5.00mm22 BR2=A*H2=0.2549x18.54=1.27mm断面3：2B=7.26 mmR = A * H =0.2549 x 7.26=1.85mm3断面4：一 b + y:b 2 + 4BF=33=9.41mm2B=A * H =0.2549x 9. 41=2.40 mm4断面5：一 b + Jb2+4BF=3- 3=11.45m2B=A * H =0.2549x 1145=2.925mm断面6：一b +(b2+4BF=33=13.40mm2 B=A * H =0.2549x 13 40=3.426mm断面7：一b + Jb 2 +4BF=337 =15.28mm2B=A * H =0.2549 15328=3.897mm断面8：=士 b + 4比=17.08mm2BR = A * H =0. 2549x 17. 08=4.35 mm8 84.8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。3扩散管截线图-；参考文献1.泵的理论与设计R911()刃14,&41139ea14.74me77015J0?193566(13.6?1?J5B35016.71已HB斗401T.B42flS2220tS.g9clD522d17.972DS21LQ16.932DB0Q15113.3E-1L013.B4l?,7f313.7E197-3-：l15,8419.73-4-4019/34-5-50L3.9li3.76-6-601311541-7-701E.7?1S.E-6-SO12.3618C9_l14,491BX1G关醒凡机械工业出版社2.现代泵技术手册关醒凡1959.93.叶片泵原理及水利设计查森