低比转速高速离心泵的设计

1、目 录摘要41 前言52 叶轮的水力设计62.1 泵的主要设计参数和结构方案的确定62.2 叶轮主要参数的选择和计算82.3 叶轮的绘型142.4叶轮进出口速度三角形的绘制293 压水室的设计与计算303.1压水室的结构参数303.2压水室断面形状及各断面面积313.3压水室平面图的绘制344诱导轮设计 364.1 提高泵汽蚀性能的原因 364.2诱导轮的计算36 5增速部分的设计416 结构设计 456.1主轴的结构设计456.2装配图轮廓尺寸的457 强度计算477.1泵轴的强度校核477.2泵轴的临界转速计算548 键的强度计算558.1 叶轮处键的强度计算558.2联轴器处键的强度校核

2、569 结论57总结与体会57谢辞58参考文献59摘 要本设计是根据给定设计参数完成高速离心泵的水力及结构设计。主要包括叶轮、压水室的水力设计和泵的结构设计。确定出叶轮的几何参数，绘制并检查叶轮轴面投影图，采用方格网保角变换法完成扭曲形叶片绘形。利用数字积分法，根据蜗壳内速度矩守恒，确定出蜗壳八个断面参数，并进行绘形。最后对泵进行结构设计，绘制了装配图和部分零件图，并对轴进行了强度校核计算。关键词：离心泵；叶轮；蜗壳；水力设计；结构设计AbstractAccording to the design parameters at the given point, this paper accomp

3、lished the design of the centrifugal pump. It mainly contained the hydraulic design of the impeller, volute casing and structural of pump, structural design of the pump. Based on the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. Then author projec

4、ted and checked the cross-section of impeller, drew the cylindrical blade using methods of grid squareconformal transformation. On the basis of constant velocity moment, author calculated parameters of cross-section of volute using digital integral method. Author also drew the spiral curve and diffu

5、ser of volute casing. Finally, the structural of the pump was designed and assembly drawing component graphics were drew. In addition, this program has been checked strength of the pump shaft.Key words：centrifugal pumps；impeller；volute casing；hydraulic design；structural design1前言水泵是一种应用广泛的水力通用机械，在航天

6、、航空、发电、矿山、冶金、钢铁、机械、造纸、建筑以及农业和服务业等方面都有着广泛的应用。近年来，在农田水利建设和石油化学等工业部门的迅猛发展中，对离心泵的需求越来越大。本次设计是根据给定设计参数完成高速离心泵水力及结构设计，并完成泵总装图的绘制。该泵在设计点运行参数如下：扬程H=500m，流量Q=230,转速n=6000r/min，效率=50%，；根据以上设计参数，完成如下设计内容：叶轮水力设计，进行叶片绘形；压水室水力设计，进行压水室绘形；验算泵的抗汽蚀性能；完成总装图的绘制；对泵的主要零件进行强度校核；在指导教师指导下完成设计说明书；完成3000字专业文献英译汉。2叶轮的水力设计叶轮是泵的

7、核心部分，泵的性能、效率、抗空蚀能力、特性曲线的形状，都与叶轮的水力设计有紧密的关系。2.1泵的主要设计参数和结构方案的确定给定的数据和要求（1）流量： 7.5m³/h（2）扬程：2250m （3）转速：10000r/min （4）介质：重油（5）温度：802.1.2确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径首先大致选择泵的结构形式和原动机的类型，进而进行下面的计算，经比较分析后做最后的确定。(1) 泵吸入口径泵的吸入口径由合理的进口流速确定。泵吸入口的流速一般为3左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大一些，以减少泵的体积，提高过流能力;而提高泵的抗空蚀性能，则应该减少泵的吸入口的流速。综

8、合考虑：初定v=2.505m/s则吸入口径D=考虑到泵进口法兰直径，圆整D=50mm。反算进口流速v=2.51m/s 与初选流速一致。 (2) 泵排出口径对于低扬程泵，可取与吸入口径相同，高扬程泵，为减少泵的体积和排出口直径，可使排出口径小于吸入口径，一般取式中：泵排出口直径；泵吸入口直径；最终确定的泵的吸入口和排出口直径，应该符合标准直径。这次设计扬程为2250m，根据经验公式取mm2.1.3泵转速的确定及电动机型号确定泵的转速时考虑到下面因素：泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，因此，应该选择尽量高的转速。转速和比转速有关，而比转速和效率有关，所以转速应该和比转速结合起来确定。确定转速应

9、该考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机等）和传动装置（变速传动等）。通常优先选择电动机直接联结传动，异步电动机的同步转速见表2.1。表2.1 电机同步转速极对数246181012同步转速（转/分）300015001000750600500电动机带负荷后的转速小于同步转速，通常按照2左右的转差率确定电动机的额定转速。由泵给定转速n=10000r/minn, 选取极对数P=2，同步转速为2985r/min的异步电动机。2.1.4计算比转速，确定泵的水力方案比转速的公式为：=5.1在=150250的范围，泵的效率最高，当60时，泵的效率将显著下降。采用单级单吸式时过大，可考虑改成双吸，反之采用双

10、吸过小时，可考虑改成单吸式叶轮。泵的特性曲线的形状也和有关。2.2叶轮的主要参数的选择和计算叶轮主要几何参数有叶轮进口直径、叶片进口直径、叶轮轮毂直径、叶片进口安放角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角和叶片数Z。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。2.2.1 叶轮进口直径的确定叶轮进口直径与进口速度有关，从前限制进口速度一般不超过34m/s，认为进一步提高叶轮进口流速会降低泵的抗汽蚀性能和水力效率。设计时，为了排除轮毂的影响，采用了叶轮进口当量，即以为直径的圆形断面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积，对大量吸入性能好和水力

11、效率高的叶轮进行统计的基础上，得出的计算公式进口当量直径：,圆整取25mm式中:根据统计资料，对此泵确定为=4.3进一步增加,可以改善大流量下的工作条件，提高泵的抗汽蚀性能考虑效率和汽蚀，的选用范围是：主要考虑效率 =3.54.0兼顾效率和汽蚀=4.05.0主要考虑汽蚀 =5.05.5这里选取 =4.3轮毂直径： ？所以叶轮进口直径：=这里取2.2.2 叶轮出口直径的初步计算 叶轮外径和叶片出口角等出口几何参数，是影响泵的扬程的最重要的因素。另外，影响泵扬程的有限叶片数修正系数也与和及叶片数等参数有关。可见影响泵的扬程的几个参数之间互为影响。因此，必须在假定某些参数为定值的条件下，求解叶轮外径

12、。因为压水室的水力损失和叶轮出口的绝对速度的平方成正比。为了减少压水室的水力损失，应当减小叶轮出口的绝对速度，因此，我们把在满足设计参数下使叶轮出口绝对速度最小作为确定的出发点。由叶轮出口速度三角形叶轮出口轴面速度和圆周分速度均与叶轮外径有关，现将表示为（）的函数，由基本方程式推出的计算公式并计算出具体的数值为：2.2.3 叶轮出口宽度的计算与选择由于制造关系，这里取2.2.4 叶片数的选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数时，一方面考虑尽量减少叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶轮流道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。叶片数按比转速选择（表2

13、.2）取Z = 8 。表2.23040456060120120300Z8107867462.2.5 泵效率的选择与计算先分别计算或估算水力效率，机械效率，容积效率，最后计算总效率。（1）容积效率:叶轮前后盖板外侧与腔内侧形成了两个充满液体的空腔，称为泵腔 。叶轮前盖板处的间隙使前泵腔与叶轮进口相通，前泵腔的另一端与叶轮出口相通。在压力差的作用下，有一部分水流流出叶轮后，又经过前泵腔和叶轮进口间隙返回叶轮入口，这部分水从叶轮中获得的能量在流动过程中全部不可逆的转化为热能，形成一种能量损失。在后泵腔轮毂处，因为设有各种形式的密封装置，这一典型的流动可以忽略不计。因而叶轮进口密封间隙处的这一泄漏量q

14、代表了离心泵中典型的主要的容积损失。容积效率可以采用下面的一些经验公式计算：=取=81%（2） 机械效率 =85%，取0.85假设轴承填料损失为5%，则=0.80(3)水力效率：由于知道总效率=50%，又可以计算出=0.66。2.2.6第一次精算叶轮外径叶轮外径是叶轮最重要的尺寸，故需要精确计算。以基本方程式精确计算，从理论上讲是比较严格的，但其中的水力效率，有限叶片修正系数，也只能用经验公式计算。实践证明，精确计算的数值是基本可靠的。 由基本方程式： 由出口速度三角形 所以整理后得： 由可以求得 =离心泵一般是选择适当的角精算。（1）查相应资料，叶片出口安放角一般在的范围内，通常选用。对高比

15、转速泵，可以取小些，低比转速泵可以取大一些。本次设计取=25° 。（2） 求叶片出口排挤系数，需要确定叶片厚度，轴面截线与轴面流线的夹角取=90°。按照初定尺寸画出轴面投影后计算：叶片出口排挤系数：理论扬程： S=叶片修正系数P：P=无穷叶片理论扬程：在每次计算中都可以认为不变。出口轴面速度：出口圆周速度：=108.47m/s出口直径：取2.2.7第二次精算叶轮外径叶片出口排挤系数：出口轴面速度：出口圆周速度：=106.15m/s出口直径：可见求得的值和初定的值相差很少，不超过2，说明是精确的值。2.3 叶轮的绘型叶轮是影响离心泵性能的主要零件。因此，准确的绘型是

16、保证叶片形状的必要前提。叶轮全部几何参数确定后，应当根据这些确定的尺寸完成叶片绘型，为此应首先绘制叶轮轴面投影图。画图时，最好选择相近，性能良好的叶轮图作为参考。考虑泵的设计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，力求光滑顺畅。同时，应考虑到：(1)前后盖板出口保持一段平行或对称变化；(2)流道弯曲不应过急，在轴向结构允许的情况下，以采取较大的曲率半径为宜。设计时参考性能较好的相同比转速叶轮轴面投影图形状来绘制。2.3.1 叶轮轴面投影图的绘制轴面投影图绘制的已知控制尺寸只有四个：叶轮半径，叶轮进口直径以及叶轮出口宽度和轮毂直径，所绘轴面投影图应当满足这四个已知尺寸。绘

17、制低比转速叶轮轴面投影图时，应注意以下问题：轴面图上，前后盖板内表面的投影在叶轮出口部分，在低比转速叶轮中都是直线。为提高叶轮水力效率和保证圆柱形叶片进口冲角不至太大，这两条直线应对称布置。叶轮流道宽畅一些，有利于减少叶轮的水流速度，降低水力损失，也有利于增强叶轮抗气蚀性能，保证有少量气泡出现后泵的外特性不致迅速变化。从这个角度考虑应使上述两条直线分离程度尽量大，但长度是有限的。前盖板以一段圆弧过渡两直线，该圆弧应于两直线相切。在泵的轴向尺寸要求不严格时，可取大一些。后盖板流线下部一半也以一段圆弧构成，此圆弧与直线相切，也应与1/2的水平线相切（对于轴不穿越叶轮吸入口的叶轮，水平线指叶轮轴心线

18、，这时并不强求圆弧与轴心线一定相切），比值一般在1.22这一范围内。必要时，过渡圆弧也可以用两相切圆弧构成。轴面液流过水断面如图2-1所示。2.3.2 检查轴面流道过水断面变化情况轴面投影图画出之后，必须检查流道面积变化是否合理。如果流道面积无规律变化，则会产生局部漩涡，增大损失。检查步骤如下：（1） 在周面投影图流道内作810个内切圆。内切圆个数越多，检查精度越高，但是工作量也越大。将这些内切圆圆心用光滑的曲线连接起来，便是叶轮流道中心线。流道中线图如图2.1所示。图2.1轴面液流过水断面(2)连接相应的圆心与前后盖板的切点，如下图中三角形AOB，将三角形中垂线OD分为三等分，分点为E和C。

19、过E点且和轴面流线相垂直的曲线AEB是过水断面的形成线，其长度b可得。过水断面形成线的重心近似认为和三角形AOB的重心重合（C点），重心半径为。设曲线AEB长为b，曲线AEB绕叶轮轴心线旋转一周所得的轴面液流过水断面面积可用来计算。 依次量出各计算点过水断面形成线与流道中线交点到叶轮进口中点的曲线距离。并分别按上述方法计算出面积。图2.2 流道中线图各过流断面的面积F计算出后，可用纵坐标表示过流断面面积F，用横坐标表示流道中线长度L，做出F值随L变化的F-L曲线，以观察F沿流道的变化情况。如表2.3所示：表2.3F-L曲线计算值序号b123.7547.57088.200231.3541.888

20、249.431.470.173352.9333.8811267.462.950.347478.7926.9613346.690.740.5005105.9721.9714628.3118.410.6526140.5415.9814111.0152.830.84271691111680.4181.511由此表可以做出该方案的F-L曲线，如图2.3所示：图2.3 F-L曲线图一般来说，如果F-L曲线为直线或者接近直线的光滑曲线，则叶轮轴面投影图就是合理的。2.3.3 作中间流线图 一元理论假设流动是对称的，即每个轴面上的流动是相同的。在同一过流断面上轴面速度相等，做流线就是将每一个过流断面分成几个

21、面积相等的单元面积。反映在轴面投影图上就是这些流线将过流断面形成线分成若干小段，而每段长度和其形心道叶轮轴心线距离与2的乘积相等。三条流线将过流断面形成线分成两部分，而，形心到轴心线距离分别为，。得：= 或 =。作中间流线时可以随手勾画出流线的形状，然后进行验算。在同一过流断面上分成的每一单元过流断面面积都相等。否则，重新修改流线形状，直到面积相等为止。当过流断面形成线被分成几部分后，这些小段曲线与直线相近，检查时可以近似的取每一小段弧线的中心点作为该小段的形心，。在作中间流线过程中，要想在同一过流断面上分成几个绝对相等的面积是可能的，但是这样工作量太大，因此在作中间流线过程中，允许在同一过流

22、断面上分成若干个有一定误差的断面。一般允许误差不得超过在同一过流断面上各小段面积的平均值的3%。表2.4 划分中间流线面积检查计算表过水断面号流道10-133.616.8564.481129.32564.6633.611-213.9240.58564.8713.9120-129.8419.89593.521190.28595.1429.921-214.441.44596.7614.3630-124.2830.01728.541436.88718.4423.941-215.0247.16708.3415.2340-117.1755.57954.141884.8942.416.961-216.04

23、63.57930.6614.8250-112.687.571103.382206.761103.3812.61-212.687.571103.3812.660-110.02117.351175.852351.71175.8510.021-210.02117.351175.8510.0270-15.5169929.51859929.55.51-25.5169929.55.5最后根据计算数据得如图2.4所示。图2.4 中间流线划分轴面流线是轴面和流面的交线，也就是叶片和流面交线的面投影；一条轴面流线绕轴旋转一周形成的回转面是一个流面。因而，要分流面就是将每一过流断面分成几个面积相等的单元面积，反映

24、在轴面投影图上就是将过流断面分成若干小段。按每个圆环面积相等确定分点。 2.3.4叶片进口安放角的选择和计算(1) 叶片进口边的确定在画出叶轮轴面投影图之后，应在图中画出叶片进口边，进口边的位置对叶轮的汽蚀性能关系密切，叶片进口边的形状也对汽蚀初生有直接的影响。适当向叶片入口延伸，有利于提高叶轮抗汽蚀性能。进口边各点叶片安放角相差不大，实际叶片进口边都置于同一轴面内。在叶片轴面投影图上绘制叶片进口边时，应当注意：进口边与前后盖板轮毂线的夹角不要太小，A、B两点的高度差不要太大，且过A、B两点的直线与轴心线夹角一般在2040内。叶片进口边的确定如2.5所示。 (2) 进口安放角的确定叶片进口角，

25、通常取之大于液流角，即，其正冲角。冲角的范围通常为。采用正冲角可以提高抗汽蚀性能，并且对效率影响不大，对于扭曲叶片可沿叶片进口边各流线加同一冲角；也可以在前盖板流线处使用最大冲角，因为这里是汽蚀敏感区，冲角从前盖板到后盖板递减。其原因可做如下解释：用正冲角，能增大叶片进口角，减少叶片的弯曲，从而增大叶片进口过流面积，减小叶片的排挤。最终减小叶片进口的和。用正冲角，在设计流量下，液体在叶片进口背面产生脱流。用正冲角,能改善在大流量的工作条件。若经常在大流量下运转，应选较大的冲角。叶片进口边有时和过水断面形成线重合，有时不重合。进口边与三条流线的交点a、b、c三点的过水断面不同。(3) 叶片进口角

26、的确定叶片进口角是叶轮主要几何参数，对泵的性能参数、水力效率和特性曲线的形状有重要影响。常用的范围是，增大角，在相同流向下叶轮出口速度增大，压水室的水力损失增大，并且在非设计流量下冲击损失增大，容易使特性曲线出现驼峰。因此，为获得下降的特性曲线，不宜选过大的角。2.3.5计算出口速度出口圆周速度：出口轴面排挤系数：出口轴面速度：出口圆周分速度：无穷叶片出口圆周分速度：叶片进口圆周速度：2.3.6作叶片进口边并计算叶片进口速度叶片进口边在平面上的投影在同一个轴面上的为好。但是也可以不在一个轴面投影图上，在叶轮的轴面投影上作叶片的进口边，应尽量使叶片进口边之间的几条流线趋于相等。进口边和流线夹角最

27、好使直角。叶片进口边轴面投影的形状，从铸造的角度处发，最好为一直线或使有一曲率的圆弧。叶片进口边向吸入口方向适当延伸，以提高叶轮的抗汽蚀性能，并能使泵性能曲线上出现驼峰的可能性减小，并要求所做的进口边应使前后盖板的长度不能相差太大，否则容易产生二此回流。作图时应考虑以上的综合因素，并参照比转速相近的模型，作出出口边。(1).作叶片进口边并计算叶片进口速度(2).计算进口角A流线叶片进口角 假设=+=30.17°+1.83°=32，=1.83°与假定的相符。B流线叶片进口角=+=32.51°+2.49°=35， =2.49°dxC流线叶

28、片进口角=+=41.3°+1.7°=43， =1.7°一般来说， 应该采用正冲角，能够减小排挤，增大过流能力，减小叶片弯曲，增加叶片进口过流面积，且采用正冲角，在设计流量下，液体在叶片进口背面产生脱流。因为背面是叶轮流道的低压侧，在这里形成的旋涡不容易向高压侧扩散，因而旋涡是稳定的、局部的、对汽蚀影响较小。采用正冲角，还能改善在大流量下的工作条件，即泵在大流量下运转，则应选择较大正冲角。2.3.7叶片绘型所谓叶片绘型就是画叶片。为此，应当在几个流面上画出流线（叶片骨线），然后按一定规律把这些流线串起来，变成了无厚度的叶片。画叶片有两种方法，作图法和解析法。在本次设

29、计中，采用保角变换法进行叶片绘型。绘型原理：在一流面上，其上有一条流线。用一组夹角为的轴面和一组垂直轴线的平面去截流面，使之在流面上构成小扇形格网，并且令小扇形的轴面长度，和圆周方向上的长度相等。当所分的这些小扇形足够小时，则可以把流面上的曲面扇形，近似看作是小平面正方形。流面上的小扇形从进口到出口逐渐增大。所谓保角变换，顾名思义，就是保证空间上流线与圆周方向的角度不变的变换。在平面上的展开流线只要求其与圆周方向上的夹角和空间流线的角度对应相等。展开流线的长度和形状则于实际流线可能不相同。因此只在相似，而不追求相同。可以设想把流面展开成圆柱面，然后把圆柱面沿母线切开，展开成平面。由此可见，空间

30、流线穿过流面上小扇形，将扇形两边分别切成两段，相应的流线在平面方格网上，把正方形两边分别切成成比例的两段，由相似的关系，则对应的角度相等，即保持角度不变，变换到（平面和轴面投影）上。因为所有绘制扭曲叶片的方法，均适宜于绘制圆柱叶片，故以扭曲叶片为例进行叙述。绘型步骤：沿轴面流线分点分点的实质就是在流面上画特征线，组成扇形格网。因为流面可以用轴面图和平面图表示，因此，分点在轴面图上沿以条流线（相当于一个流面）进行。流面就是轴对称的，一个流面的全部轴面流线均相同，所以只要分相应的一条轴面流线，就等于在整个流面上绘出了方格网。流线分点的方法很多，现在介绍两种：a).逐点计算法：式中：任取的两轴面间的

31、夹角，一般取=35，取的角度越小，分的点就越多； r 流面上的扇形中心（轴面流线两分点中间）的半径。分点的方法是叶轮出口，沿轴面流线任意取，量出段中点的半径r，按照计算。如果算得的等于预先取的，则分点是正确的。若不等于，重新取，再算直到两者相等。继之，从分得的点起，再分第2,3,4点。这种方法的缺点是容易产生积累误差。b).作图分点法：在轴面投影图旁，画两条夹角等于的射线。这两条射线表示夹角为的两个轴面。与逐点计算分点法相同，一般取=35。从出口开始，先试取，若的中点与半径对应的两条射线间的弧长，与试取的相等，则分点是正确的，如果不是相等的，就逐次逼近，直到=为止。第1点确定以后，用同样的方法

32、分第2、3、4点。当流线平行轴线时，不变，用对应的截取流线即可。各流线用相同的分点。画展开流面（平面方格网）并在其上绘制流线，因为保角变化法绘型时基于局部相似，而不追求局部相等，所以几个流面可以用一个平面方格网代替。方格网的大小任意选取，横线表示轴面流线的相应分点，竖线表示夹角为对应分点所用的轴面，画出方格网并把特征线进行编号。而后在其上绘制流线，通常先画中间流线。流线在方格网上的位置应该与相应轴面流线分点序号相对应。进出口角度应与预先确定好的值相符，包角大小可以灵活掌握。型线的形状极为重要，不理想时，应该坚决修改。必要时，可以改变叶片进口边的位置，包角的大小等。进口边在方格网中位于同一竖线上

33、，进口边的三点位于同一条0竖线上，表示进口边位于同一轴面上，一般离心泵进出口边都位于同一轴面上。混流泵，或离心泵绘型的型线不理想时，进出口边均可不位于同一轴面上，如何布置，主要由方格网上流线的形状和下步所述的轴面截线形状的好坏来决定。如图2.5所示。图2.5 流线分点画轴面截线在方格网中画出的三条流线，就是叶片的三条型线。用轴面（相当于方格网中的竖线）去截这三条流线，相当于用轴面去截叶片，所截三点的连线，时一条轴面截线，把方格网中的每隔一定的角度的竖线和三条流线的交点，对应于编号1、2、3、4 的位置，用插入法分别插到轴面投影图相应的三条流线上，把所得的点连成光滑的曲线，就得到叶片的轴面截线。

34、轴面截线应该光滑，按照一定的规律变化。轴面截线和流线的夹角最好接近90，一般不要小于60。角太小，盖板和叶片的真实夹角过小，就会带来铸造困难、排挤严重和过水断面形状不良（湿周增长）等缺点。角可按照公式进行计算。叶片加厚方格网保角变换绘型，一般在轴面投影图上按照轴面截线所得的轴面截线为骨线向两边加厚，或认为是工作面向背面加厚。沿轴面流线方向的轴面厚度按照下式计算： 图2.6 流面展开方格网和叶片厚度变化规律流面上各轴面厚度变化规律如表2.5所示。表2.5叶片加厚计算表流线轴面0IIIV VIVIIIXXIIIS2.52.722.943333a流线角度a3231.0429.7628.9527.11

35、26.0622.5cosa0.850.860.870.880.890.900.922.943.163.373.413.373.333.26b流线角度b3533.7731.4328.7525.3623.0722.5cosb0.820.830.850.880.900.920.923.043.283.463.413.333.263.26c流线角度c4341.0238.7736.0830.0624.7922.5cosc0.730.750.780.810.870.910.923.423.633.773.703.453.303.262.3.8绘制叶片木模图绘制步骤：（1） 在叶片的轴面裁剪图上，做垂直于叶

36、轮的垂线11，22这些垂线实际上就是一些垂直于叶轮轴心线的平面，通常称为割面或者等高面。它们于叶片的交线就是叶片的木模截面。如果从叶轮入口方向看，叶轮为逆时针方向旋转。我们就把叶片工作面的木模截线画在平面投影图的右侧，把背面的木模截线画在投影图的左侧。本此设计的叶轮为逆时针方向旋转，直线11，22是等距离的，但也可以不是等距离。看设计者的需要，叶片扭曲较大处距离式可以取小一些。（2） 以O点为圆心作叶轮外圆，并在其中做中心角为的轴面投影图的0、。（3） 将沿后盖板处的叶片工作面，背面与后盖板的交线，以及前盖板处的叶片工作面与前盖板的交线投影到0点垂直线的左部，又将沿前盖板处的叶片工作面，背面与

37、前盖板处的叶片工作面与后盖板的交线投影到0点垂直线的右部，于是便得到叶片的内外极限轮廓线。他们与叶片的入口和出口边在平面图上投影。就绘出了制造叶轮叶片木模的外围线。（4） 作模型截线：在叶片的轴面投影图上，33割面截叶片背面的0、轴面截线于a、b、c三点，它们到轴心线距离分别为、在平面投影图（5） 上以0为圆心，以、为半径画弧交于0、轴面投影线于a、b、c三点，将a、b、c三点光滑连接，就可以得到割面11截叶片背面的模型截线。同理：可作出其它各条模型截线。这样就完成了叶片木模图的绘制 （注：在制造叶轮模型时，常常直接利用叶片木模裁剪图，因此，应在箔尺上量取叶片裁剪图的尺寸，如果没有箔尺，铸铁叶

38、轮的所有尺寸应该加11.55作为收缩量，钢和铜的叶轮应该加2.5作为收缩量）。木模截线图如图2.7所示。图2.7 木模剪截图2.4叶片进出口速度三角形的绘制在前面的设计计算中，得到了各流线上的叶片的进出口流速，轴面流速，圆周速度，以及叶片的进出口液流角或出口角，加之叶片出口的圆周分速度，则可以作出进出口速度三角形。 图2.8 叶片进口速度三角形图2.9 叶片出口速度三角形3.压水室的设计和计算3.1压水室的主要结构参数（1）基圆半径切于隔舌头部的圆称为基圆，用表示。应稍大于叶轮外径，使隔舌和叶轮间有适当的间隙，该间隙过小，容易因液流阻塞而引起振动和操声，但间隙过大，出增大径向尺寸外，因间隙处存

39、在桌流动环，消耗一定的能量，间隙越大泵的效率下降越多。对于高和尺寸较小的泵取大值，反之取小值。故取 取=352mm （2）压水室进口宽度通常大于包括前后盖板的叶轮出口宽度，至少应有一定的间隙，以补偿转子的转动和制造误差，目前有些压水室取得相当宽，以减少泵的径向尺寸，也好使得叶轮前后盖板带动的旋转的液体可通畅地流入压水室，回收部分圆盘摩擦的损失，提高泵的效率，另外可适应不同宽度的叶轮，提高产品的通用性。参4，可利用下式计算：或式中为叶轮出口宽度，为叶轮外径。则（3）压水室隔舌安放角隔舌位于压水室螺旋线部分的始端，将螺旋线与扩散管隔开，习惯称头部的端面为断面，隔舌与第断面的夹角为隔舌安放角，的大小

40、应保证螺旋线部分与扩散管光滑连接，并尽量减少径向尺寸，高的泵大，大。压水室外壁向径向扩展的较大，因而取较大的角，以使形状协调。参1表81，取10°（4）隔舌螺旋角隔舌安放角是隔舌处内壁与圆周方向的夹角，为了符合流动规律减少液流的撞击，隔舌螺旋角应等于叶轮出口稍后的绝对液体流角。由前面的计算得知：得：取3.2压水室断面形状和各断面面积为了便于计算和绘图，压水室通常取个彼此成°的断面，即用个轴面切割压水室，设计时先计算第断面，其他断面以第断面为基础进行确定。根据压水室的几种断面形状（梯形，矩形，任意形状），在此选择矩形断面形状进行设计计算。参12，计算涡形体各断面面积时，是把涡

41、形体中的圆周方向平均速度看作常数来设计的，计算时应先根据查取一个系数。参12，查，利用公式计算： 据参12，查取0.46得计算断面的过流量，参1，利用以下公式计算：则mm其它断面面积可利用公式F 同理：； ； ；在计算出各断面的面积后，应根据选定的断面形状推出的断面面积计算公式，计算各断面距离轴心线的半径， 经计算各断面的得： 第一断面I=177.24mm ; 第二断面II =178.70mm ; 第三断面III=180.00mm 第四断面IV =181.25mm 第五断面V =182.40mm; 第六断面VI =201.18mm 第七断面VII =204.64mm; 第八断面VIII =20

42、7.43m各断面的连接圆弧半径的计算公式如下：经过计算各断面的连接圆弧半径得：第断面=1.24mm；第断面=2.70mm；第断面=4.04mm；第断面=5.25mm；第断面=6.40mm；第断面=7.48mm；第断面=8.51mm；第断面=9.34mm根据以上数据可以画出压水室轴面投影图如图3.1所示图3.1压水室轴面投影图3.3压水室平面图的绘制根据计算得到的各断面半径,在平面图上相应的射线上点出,然后光滑连接所得的各点,得到涡室平面螺旋线.应注意各点应在圆弧光滑连接,即后段圆弧的圆心应当在前一段圆弧终点延长线。可以用四段圆弧连接这九点，在平面上形成光滑连续的蜗壳轮廓线。这四段圆弧应满足如下

43、条件：由于不在同一直线上的三个点决定一个圆，0、三个点形成第一段圆弧。以下各段圆弧具有第一段圆弧类似的特点。如图3.2所示:3.2压水室平面图（3）扩散管的设计蜗壳的第断面既是螺线管的结束断面，又是扩散管的起始断面。扩散管在将来自压水室的水排出泵体的同时，将进一步把水的动能转化为压力能，以减小水流在排除管道中的水力损失。扩散管的主要几何参数有：1.排出口直径由于泵出口通常直接和管路连接，故它的出口的尺寸应参照标准尺寸决定，出口直径=150(mm)。2.扩散管高度L和扩散角为了减小扩散段的水力损失，扩散角一般取=8°12°，扩散管高度L可以根据进出口尺寸和扩散角决定，本次参照

44、标准尺寸12，L取=375mm。对梯形断面，中间断面、取在三等分扩散管高L处。在确定中间断面时，可以把第断面画在出口圆内，然后作若干条射线，将两个断面间的射线三等分，光滑连接各分点，即可得到中间断面的轮廓线。也可以不等分，按照比例取各断面的点，如图3.3所示：3.3梯形蜗壳的、断面根据上述对螺旋管、扩散管绘形原理，可以做出螺旋形压水室的平面投影图，如图3.4所示:3.4压水室的平面投影图4诱导轮的设计与计算 4.1 提高泵汽蚀性能的原因 (1) 诱导轮本身的抗汽蚀性能好 诱导轮属于轴流式叶轮，具有轴流式叶轮的集合特性和汽蚀性能，如叶轮那样存在着促进液体和气泡分离的离心力作用。这样在诱导轮外缘（

45、此处的相对速度最大）产生的气泡，在沿轴向向前运动的过程中，由于轮毂侧的液体在离心力作用下，向外压的作用，使气泡被压控在外缘的局部并在诱导轮内凝结，因此，不易造成整个流到堵塞。其外特性的表现是，在汽蚀过程中性能下降缓慢，无明显的突然下降阶段。由此，诱导轮可以在一定程度的汽蚀状态下工作对性能并无严。 （2） 在设计上采取一些措施提高诱导轮本身的抗汽蚀 通常诱导轮是作为轻负轻荷的轴流式叶轮设计的，如选择交大的叶栅稠密l/t(l-翼型弦长，t-节距) 较小的进口冲角、较大的进口过流面积、较薄的叶片进口厚度和叶片最大厚度离进口较远等，使得诱导轮的进口速度小，绕流诱导轮叶片的压力均匀，在离叶片进口较远的部

46、位发生最低压力，并使产生的气泡凝结在诱导轮之内。高抗汽蚀性能的诱导轮在一定程度上是牺牲能量指标换来的，因而诱导轮本身效率不高。但因为诱导轮本生负荷不大，功率较小，只要和主叶轮配合得当，就能改变叶轮进口的流动情况，而不明显降低泵效率。 4.2 诱导轮的计算 （1）诱导轮的进口直径中其 0.3为其中（2）确定诱导轮叶片进出口角 进口直径的圆周速度进口轴面速度轮缘进口直径相对液流角 轮缘进口叶片角 诱导轮扬程 出口的圆周速度出口直径绝对速度的圆柱分量出口直径的相对液流角轮毂出口叶片角 轮毂进口叶片角轮毂出口叶片角轮缘翼型安放角轮毂翼型安放角叶片进口后掠角半径2=l/t翼型叶栅稠密度为3叶片数叶片轮缘

47、包角叶片轮毂包角诱导轮导程诱导轮螺距诱导轮轴向高度轮毂轴向高度叶缘厚度叶片表面夹角进口打磨长度出口打磨长4.1诱导轮轴面投影图4.2诱导轮剖面图4.3诱导轮平面图5 增速部分的设计按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。(2)、带式机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。(3)、材料选择。由表10-1选择小齿轮材料40Cr（调质），硬度280320HBS,大齿轮材料为45（调质），硬度为250290HBS。二者硬度差为40HBS左右。(4)、选小齿轮齿数，齿轮传动比为i2=2.01，则大齿轮齿数，取。2）、按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行计算，即 进行计算。3）、确

48、定公式内的各计算数值(1)、试选载荷系数(2)、计算小齿轮传递的转矩。(3)、由表【2】10-7选取齿宽系数。(4)、由表10-6差得材料的弹性影响系数(5)、由图10-21d按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。4）、计算应力循环次数。(1)、由【2】图10-19取接触疲劳寿命系数。(2)、计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1,则5）、计算(1)、试算小齿轮分度圆直径代人中较小的值。(2)、计算圆周速度6）、计算齿宽。7）、计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 齿高比 8）、计算载荷系数。根据，7级精度，由【2】图10-8查得动载系数;直齿轮，。由【2

49、】表10-2查得使用系数。由【2】表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时，。由，查【2】图10-13得，故载荷系数9）、按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径10）、计算模数m。11）、按齿根弯曲疲劳校核公式对小齿轮进行设计。12） 、确定公式内的各计算值：(1)、由【2】图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳极限。(2)、由【2】图10-18取弯曲疲劳寿命系数，。13)、计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳许用安全系数S=1.4，则14）、计算载荷系数K。15）、查取齿形系数。由【2】表10-5查得 。16）、查取应力校正系数。由【2】表10-5查得 。1

50、7）、计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。18）、设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲疲劳强度算得的模数2.12mm，并就近圆整为标准值为m=2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 ，取 ，取19)、几何尺寸的计算(1)、计算分度圆直径(2)、计算中心距、计算齿轮宽度 取。6 结构设计在水力设计完成之后（吸水室、压水室等有关尺寸需与装配图配合起来设计），应该进行装配图的总体设计，包括泵的布置型式，零件结构、型号选择等。卧式机组结构简单，便于拆装、检修，因此采用卧式布置。6.1 主轴的结构设计在设计泵的结构时，应首先考虑泵轴的结构设计，泵轴上所装零件的不同决定了泵轴的轴颈系列，同时考虑退刀槽、倒圆、倒角等。同时轴的轴向尺寸由零件装配尺寸决定。因此泵轴的设计应先确定径向尺寸。泵轴的具体型式见附录图纸。6.2 装配图轮廓尺寸的初定装配图是先定出轮廓线，叶轮中心线，叶轮流道，压水室断面，吸水室断面，加上泵体壁厚，叶轮盖板的厚度。（1）确定叶轮盖板厚度根据离心泵设计基础，由叶轮直径确定盖板厚度，如图表4.1所示。表4.1盖板