水泵水力设计

第二章离心泵和混流泵叶轮的水力设计王福军(中国农业大学水利与土木工程学院 )Tel: 62736972 Email: 本章主要内容 泵主设计参数和结构方案的确定 叶轮主要参数的选择和计算 相似换算法水力设计 叶片厚度、角度及其几何关系 叶轮轴面投影图的绘制 叶片设计理论和型线微分方程式 方格网保角变换方法叶片绘型 扭曲三角形法叶片绘型 * 逐点积分法 * 圆柱形叶片的绘型 * 二元理论设计叶片 *2-1 泵的主要设计参数和结构方案的确定一、提供设计的数据和要求 流量 Q扬程 H转速 n效率汽蚀余量 NPSHa，或 NPSHr， 或 Hsz介质的性质（温度、密度、杂质、腐蚀性等）对性能曲线的要求（平缓、陡降、无驼峰等）运行环境对泵型式的要求（如潜水、井泵、立式泵等）二、确定泵的总体结构型式和泵进出口直径 1、初定总体结构型式依据设计要求初步选择，结合计算，然后校核 2、确定泵吸入口直径（泵进口直径， 进口法兰处直径）过程：根据流速初定，然后按标准直径系列进行调整一般可选 Vs=3(m/s)原则：1) 大泵， Vs， 降低制造成本2) 汽蚀要求高 ， Vs， 1.0 2.0m/s 标准直径 ： 10， 15， 20， 25， 40，50， 65， 80， 100， 125， 150， 2003、确定泵排出口直径（出口法兰处直径）过程：先参照进口直径选取，再按标准直径系列调整原则 ： 低扬程泵： Dd=Ds高扬程泵： Dd=(1 0.7)DsDd一般比 Ds低 1 2个档次注意参照同类产品确定三、确定转速 确定转速时，应考虑以下因素：1、 n， 体积 ，重量 ， n2、 ns f(n), f(ns)， 为了 ， 应 n3、 n， 磨损 ，振动、噪声 ， n4、 n=f(原动机 )异步电机极对数 2 4 6 8 10 12同步转速 3000 1500 1000 750 600 5005、 n=f(NPSHr) （对于给定 C值， n， NPSHr） 若给定 NPSHa， 则可取 NPSHr (1.11.3)NPSHa 四、计算 ns， 确定水力方案（单吸、双吸、单级、多级）1、当 ns 120 210时， max当 ns 1 ， 即： 1 1 2、冲角 的选择选择 +， 对汽蚀性能较有效，而对效率影响不大，理由是： 3 151） +， 1 ， 过流面积， 排挤， v1 和 w12） +，在 设计工况下，将使背面脱流。而背面是低压侧，旋涡不易向高压侧扩散，稳定、局部，对汽蚀影响不大。 相反， ， 将使工作面脱流。因为工作面是高压区，因此易向低压侧扩散，这样旋涡不稳定，对汽蚀影响大。3） +， 能改善大 Q下的工作条件。若泵常在大 Q下运转，则应 3、确定 1的过程 (1) 确定叶片进口边位置，原则如下：1) 进口边一般由圆弧或直线构成2) 进口边和前盖板大致成 90（除非在同一轴面）3) 前后盖板流线长度不要相差很悬殊4) 叶片进口边适当向吸入口延伸，可 D2， 圆盘损失，叶片重叠度。对抗汽蚀和消除驼峰有利，但过大后进口堵塞严重，铸造困难(2) 1的确定vu1由吸水室结构定。对于直锥形吸水室， vu1 0；对于螺旋形吸水室，按 vur=const来 定，该常数为：vm1由下式决定：F1是计算点处的过水断面面积， k1是计算点处排挤系数(3) 加冲角 1加冲角的方法有：1) 各流线加相同冲角2) 冲角从前盖板至后盖板递减，或递增3) 选择一条流线 (如 a)， 确定 1a后，其它流线按tg1R const 的方法来处理(4) 迭代重复上述过程，直到 1收敛九、叶片出口安放角 2的确定 1、对于离心泵，直接选择 22： 18 40， 考虑如下因素：1）低 ns泵，应适应 2 ， 以 D22） 2 ， 在相同 Q下， v2 ,压水室水力损失 ,性能可能有驼峰3） 2 ， w2 ， 流道扩散（ w1/w2 ） ， 损失 4）对于中低 ns泵，叶轮出口边与轴线平行，各流线可选相同 2对于高 ns泵，或空间导叶泵，出口边倾斜，为使各流线 H一致， D2 小的一侧， 2 取大值，且按 vur=const计算2、对于混流泵，要计算 2， 过程是：1）据基本方程，计算中间流线的 vur2）按 vur=const， 求出其它流线的 vu3）按下式求出 2计算时，先假定 2， k2， vu2 2 ， 迭代进行十、叶轮外径 D2的精算 对于 D2的精算，过程如下： 注意：精算时，一般先选择 2， 然后确定 D2。计算 Ht时，要用到滑移系数，而此时 D2尚未知，故要迭代由： 得： （速度三角形） 十一、速度系数曲线简介 叶轮尺寸 D2 ， b2， D0等，除按上述过程确定外，还可查曲线得到。 前人在大量统计资料下（多台泵为模型）有如下公式： 由上式可 推出 D0 ， D2 ， b2为何有 ，原因如下：可粗略地用速度系数法校核泵的设计，或估算或的性能2-3 相似换算法水力设计一、计算 ns 速度系数法优点：可进行创新性设计缺点：设计质量没有把握相似换算法优点：设计