热动11流体机械课程设计指导书任务书2014

1、流体机械课程设计任务书、指导书扬州大学能源与动力工程学院二一三年十二月一、课程设计的目的与要求1、设计目的通过流体机械课程设计的实践教学， 进一步加深对课堂知识的理解， 初步掌 握运用流体机械基本知识进行离心泵、轴流泵叶轮的水力设计及木模图的绘制， 培养学生独立解决工程实际问题的能力。2、要求（1）熟悉离心泵、 轴流泵叶轮设计的一般原则、 主要设计内容及设计要求；（2）学会收集、分析和运用水泵设计的有关资料和数据，初步掌握水泵设 计基本流程；（3）培养 CAD绘图的能力；（4）培养提高独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程 技术问题的能力；（5）课程设计应各自独立进行，按期完成任

2、务，提交规定的成果，不得抄 袭。二、设计任务题目之一：要求设计一台离心泵，其设计参数及相关条件如下：（1）流量 Q=0.1m3/s。（2）扬程 H=40m20m。（3）转速 n=1450r/min。（4）最大吸上真空度 Hs=5.7m。（5）效率 75 80% 。（6）抽送介质为清水。题目之二：要求设计一台轴流泵，其设计参数及相关条件如下：（1）流量 Q=0.36m3/s。（2）扬程 H=3m 8m。3）转速 n=1450r/min。4）泵的汽蚀余量 hr=8m。5）叶轮直径 D=300mm。6）抽送介质为清水三、主要内容与进度安排1 、设计内容（1）泵叶轮的主要几何参数的确定和计算。（2）泵

3、叶片木模图的绘制。2、设计要求（1）采用速度系数法进行离心泵叶轮水力设计、升力法进行轴流泵叶轮水 力设计。（2）写出计算过程框图。（3）绘制叶片木模图，离心泵叶轮要求采用保角变换方法造型。（4）编写设计计算书。3、设计进度本课程设计时间共 1.5 周，设计内容与进度安排如下：1、设计计算（ 5.5 天）；2、绘图及编写设计报告（ 1.5 天）。四、提交成果1、设计说明书 1 份。要求如下：1）设计计算说明书要求书写整洁、文字流畅、论点明确、计算清晰，文中 引用的重要公式及论点、结论均需交代清楚。2）设计计算说明书中应包括目录、设计要求、计算过程，必要的图幅，设 计者的建议和要求以及参考文献等内

4、容。2、泵叶轮木模图一张（ 2 号图纸）五、设计指导书要求学生加强和巩固课堂学习内容， 掌握水泵叶轮的水力设计的基本方法和 技能，为培养学生从事产品设计、水泵改造和科学研究等工作打下良好的基础。设计者应根据设计要求， 在参阅有关资料后进行设计， 并在规定的时间内完 成任务书中所提出的具体要求。（一） 熟悉资料、确定设计参数（二） 速度系数法设计离心泵的主要步骤（供设计参考） 叶轮进口部分计算1、确定叶轮进口直径 D0般有两种计算方法：1）先计算叶轮进口流速 v0,再确定叶轮进口直径 D0 叶轮进口速度 v0 可按下式计算：v0 KV0 2gH （m/s） 式中 KV0叶轮进口速度系数 ,由图查

5、取；4Q'H 设计泵的单级扬程（ m ）。 对悬臂式离心泵叶轮，入口直径 D0 可直接用下式求得：D0（ m ）0V04Qdh2 （m）D0可由下式求得：Q , 其中 v 为泵的容积效率，对单 V对轮毂入口或有轴穿过叶轮时，叶轮入口直径D00V0上两式中 dh轮毂直径（ m） ;Q'通过叶轮的流量 （m3/s），Q级低扬程离心泵， v =0.950.99 ，小口径，低比转速泵取小值；大口径、高比转 速泵取大值。对多级高扬程离心泵， v =0.850.95 ，小口径，低比转速泵取小值； 反之取大值。（2）先计算叶轮进口折引直径 D'，然后求出叶轮进口直径 D0。'

6、2由式 D（D02 dh2 ）44 可得D0 D'2 dn2由相似原理，叶轮进口折引直径 D'可用下式表示D' K0 3 Qn式中 Q 泵的流量（ m3/s ）, 对双吸泵取 Q/2;K 0系数，根据试验统计资料，对大多数泵 K0=3.5 4.0 。2、确定叶片入口边直径 D1 叶片入口边直径 D1 一般可按比转速 ns 确定。ns=40100，则 D1 D0（ 一般入口边平行于轴心线。对于流量较小的泵，可取 D1> D0。对于流量较大的泵，也可将入口边伸向吸水口 ） ；ns=100200，则 D1=（10.8 ）D0； ns=200300，则 D1=（0.8 0

7、.6 ）D0。3、确定叶片入口处绝对速度 v1一般取 v1=v0 或略大于 v0。对抗汽蚀性能要求较高的泵，取 v1=（0.4 0.8） v 0。Q'D1V14、确定叶片入口宽度 b1 叶片入口宽度 b1 可按下式确定b15、确定叶片入口处圆周速度 u1u16、 确定叶片入口轴面速度 vm1D1n60（1） 利用叶片入口排挤系数确定 vm1 ：在设计时可先选取叶片入口排挤系数 1， 则轴面速度 vm1可按下式确定：vm1= 1v1作为估算，一般取 1 =1.11.3 ，低比转速的泵取大值。待叶片厚度和叶片入 口安放角确定以后，再校核 1的值。（2）用轴面速度系数求 vm1：根据比转速

8、ns 查图可得 Km1,叶轮进口轴面速度为 vm1 K m1 2gH7、 确定叶片入口安放角 111 式中 冲角， 3° 10°。 计算叶片进口安放角的方法一般有两种： （） 先作出不计预旋的进口速度三角形由 tg 1'叶片安放角：vm1u1得：tg1 vm1u111先选取一个预选度 ，求出叶片进口安放角 116tgvm1vm1tg 1u1 vu1u11 vu1 u1设vu1 ，一般取u10.2则1vm11 tgu1 1叶轮出口部分计算、确定叶轮出口直径 D2 ，介绍几种方法。 （）速度系数法：u2 K u2 2gH式中 K u2 叶轮出口圆周速度系数，可从图中选取

9、。 叶轮出口圆周速度 u2确定后，可按下式计算叶轮外径 D2 ：D260u22）以扬程为参数的经验估算法：KH0.0337n2 D22n 式中 ns 比转数；转速（ r min ）H 扬程（）K 取决于泵类型的系数。对 ns50400 的蜗壳泵，取K 80；对 ns 50150的导叶泵，取 K 74 此外，计算 D2 还可以用以下公式D2K D2 2gHn式中KD2系数，由统计资料 KD21003）以流量为参数的经验估算法：式中 K D29.35系数， KD 2ns100、确定叶片出口安放角 2（）利用出口速度三角形确定 2tg 2vm2u2 vu2vm2 Km2 2gH式中 vm2 叶片出口

10、轴面速度；Km2 出口轴面速度系数，由图查取。 叶片出口速度的圆周分量 vu2 一般可以按下式计算：vu21 P 1 gH u2H0.08351g3 Qn 估算。2：式中 P 系数，可按第二章中的泊罗斯库拉公式计算：水力效率，一般取为 0.85 0.95 ，或按 H 1（2）选用最优的叶轮扩散系数来确定叶片出口安放角由叶片进出口速度三角形可知w1vm1vm2sin 2sin 1令 m w1 ，称为叶轮扩散系数，因此，叶片出口安放角： w2 sin 1 mvm2 sin 1vm1一般最优扩散系数 m 1.0 1.33 。3、确定叶轮出口宽度 b2按vm2 Km2 2gH 求出叶轮出口轴面速度 v

11、m2 后，可按下式确定叶轮出口宽度b2：b2Q2D2vm2般取式中 2 出口排挤系数，由叶片出口角、叶片数及叶片厚度所决定1.06 1.13 。可先取一定值，待其它参数确定后再行校核 叶轮出口宽度 b2 也可以按下面两式计算确定：b2Kb2 2gH ，Kb21.30 ns1004、确定叶轮出口绝对速度与圆周速度的夹角2由叶轮出口速度三角形可知，在叶轮叶片无穷多时，液体流出叶轮的方向为：tg2vm2vu2代入上式得：tg 2vm2vm2u2 m22 tg 2在有限叶片时，液体实际流出角为''2 ， tg 2因为vu2 =u2vm2 tg 2vm2vu2式中vu2vu21P液流流出

12、叶轮的绝对速度为v2vu22 vm22叶片数的选择和叶片其它参数的确定1、叶片数的选择6.5D 2D2（1）富来得尔经验公式：D1 1 2 sinD1 2上式适用于一般铸造的低比转数离心式叶轮。（2）经验估算法：Z （1.1 1.5） D2（3）根据比转数 ns 查表选取叶片数。2、确定叶片厚度3、计算叶片入口排挤系数式中 t1叶片节距， t1D1Zt1b1t1 s1 b1t1t1 s1s1叶片在圆周方向的厚度叶片在圆周方向的厚度 s1可按下式计算：s1 = sin 1式中 1 入口处的叶片实际厚度。D1将t1、s1代入上式得：ZD11Z sin 1D1D11Zsin 14、计算叶片出口排挤系

13、数 2 与计算叶片入口排挤系数的方法21相同D2D22Zsin 25、确定叶片包角叶片包角一般取 90° 120°保角变换法进行叶片造型、轴面流线分段、在方格网上画展开流线、绘制轴面截线、在轴面图上对叶片加厚、画叶片剪裁图三） 轴流泵主要设计步骤（供设计参考）（1）计算泵的比转数 ns 。公式为：ns3.65 Q2）估算泵的效率3）计算叶轮流量H 3/ 4 一般情况下有h 0.88 0.99v 0.96 0.99 m 0.95 0.9 QT 。公式为Qns小时，取大值）4）计算理论扬程计算叶轮尺寸QTvH T 。公式为H T Hh包括以下两个内容。5）1）确定轮毂比 dh/

14、D 。轴流泵的轮毂比dh/D 与比转数 ns有关，般地说，dh / D 0.42）确定叶片数 z 。随着 ns的增大，叶片数逐渐减少。（6）确定计算截面。通常可取五个计算截面，其半径为dh h (0.015 0.025)DD (0.015 0.025)Dr1 r52r3 r52 r1 r32 7)计算叶轮出口速度环量及其分布规律。平均速度环量为 60gHcp nh采用不等环量法计算时，在轮缘和轮毂处用巴格达诺夫法调整i 的值。8)计算进出口的轴面速度及其分布规律。平均轴向速度4Q(D 2 dh2)vmi 值进行修正。r1vmcp按巴格达诺夫法对各断面的9)确定叶轮各计算截面的进出口速度三角形。

15、包括如下内容： 求圆周速度 u ，公式为Dnu60vu1 (通常取 vu10)。vu2 ，公式为gHuh1)2)3)求进口处的圆周速度分量 求出口处的圆周速度分量vu24)求平均相对速度 wm ，公式为2 vu2 2wm5)tguvu22vm2 (u 2u2 )2 求平均相对速度 wm与u2的夹角 m ，公式为(10) 确定翼型相对厚度 d /l 。确定轮毂处叶片的最大厚度可按下式计算， 即d (0.012 0.015)kD 1.5H式中， k 为材料系数，根据材料的不同而定。一般地，轮毂处d/l 0.10.15，轮缘处应尽量薄，由工艺条件决定，轮缘到轮毂之间各截面的叶片厚度应 按线性规律变化

16、，并进行强度校核。(11) 选定翼型(12) 叶栅计算。 叶栅计算的目的在于对单翼型的升力系数 cy1进行修正，求cyp 。 假设叶栅稠密度 l/t。l / t的数值， 通常 (l/t)毂 ( 1.21.3) (l /t)缘 选择滑翔角 。在试算时，一般 求翼型升力系数 cy1，公式为 c l 2 vu ?cy1 ? t wm 1得叶栅中的升力系数1)表查得，2)3)可由经验公式求得，亦可由巴比尔图。y11 tg tg m因其中的 wmm 均为已知，则有 vu l cy1 t cy1l ttvu2 vu1(t)为1)vu2 (vu1 0)中的假定值4) 公式为求出单翼与叶栅升力系数之间的修正值

17、L (即当量平板叶栅修正系数) ，5)6)L cypcy1求叶栅升力系数 cyp ，公式为mLcy1 (m 为校正系数)2 vu 1 求出 l /t 。wm 1 tgtg m 若相差过大，则应重新假设 l /t 再算。 e，公式为ypcyp 将 tg 、 cyp 代入方程 cyp ?ll /t 应与假定的 l /t 值相差不大。7)确定叶栅中翼型的安放角求得的e和m的差值不应过大，否则应重新计算。8)叶栅的能量计算因 tgcx1(cx1 cx)cy1cy1故tg 1 cxcy1也可由tg0.012 0.02 d max 0.08h 中求 得 。所 得的 与假 设的 llem为冲角，应在最高质量区内0( 0 1 ) 值之差不能过大，否则应重新计算9)叶轮的效率计算。叶栅的水力效率为hp1 wm ? sinu sin( m )叶轮效率spHT (Zu Zd )HT式中Zucyp l 2 wm22g t mtg sinZd10）计算叶栅的临界汽蚀余量20.2 vvu22ghr ，公式为1cyphr 21g (1 cyp )(1maxl22wm计算值应小于题目中给定的 hr 值。（13）确定汽蚀比转数 c ，公式为5.62n Qh3/4hr max14）叶片绘型。包括以下几个内容1）绘制各计算截面的翼型图2）绘制叶片的平面投影图3）绘制叶片的轴面投影图