华中科技大学离心泵课程设计

课程设计说明书设计题目：离心泵水力设计设计参数：流量0.1m3/s，扬程62m,转速1450rpm学生姓名：学号：班级：完成日期：指导教师（签字）：能源与动力工程学院TOC\o"1-5"\h\z第一章绪论 -2 -1。1泵用途 -2 -\o"CurrentDocument"1。2泵的分类 -2 -\o"CurrentDocument"1。 3离心泵主要部件 -3 -\o"CurrentDocument"第二章结构方案确定 -4 -2.1确定安装高度 -4 -\o"CurrentDocument"2.2确定泵进、出口直径 -5 -\o"CurrentDocument"2。 3确定效率和功率以及电动机的选择 -5 -2。 4功率的确定 -6 -\o"CurrentDocument"第三章叶轮水力设计 -7 -\o"CurrentDocument"3.1叶轮进口直径D0的确定 -7 -\o"CurrentDocument"3.2确定叶轮出口直径 -7 -\o"CurrentDocument"3。 3确定出口宽度b2 - 8 -\o"CurrentDocument"3。4确定叶片数 -8 -\o"CurrentDocument"3。5确定叶片出口角 -8 -\o"CurrentDocument"3.6确定叶片实际厚度 -8 -\o"CurrentDocument"3.7用速度系数法确定进出口轴面速度 -8 -\o"CurrentDocument"3。8确定叶片出口排挤系数 -9 -3.9确定叶片包角0 - 9 -\o"CurrentDocument"3。 10精算叶轮出口直径D2 - 9 -\o"CurrentDocument"第四章叶轮的CAD设计 -11 -\o"CurrentDocument"4。 1轴面图绘制及过水断面检测 -11 -4.2轴面流线的绘制 -13 -4.3进出口边参数的确定： -13 -\o"CurrentDocument"4。 4方网格保角法叶片绘型： -15 -第五章压水室的设计 -17 -\o"CurrentDocument"5。 1基圆直径D3的确定 -17 -\o"CurrentDocument"5。2压水室的进口宽度 -18 -5.3隔舌安放角'P：和隔舌螺旋角3：' - 18 -第六章参考资料 -18 -第七章设计感悟 错误!未定义书签。（完整word版）华中科技大学离心泵课程设计第一章绪论1。1泵用途农业灌溉和排涝，城市给水排水；动力工业中锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；采矿工业的矿山排水泵、水砂充填泵；石油工业中泥浆泵、注水泵、深井才有泵、输油泵、石油炼制泵等；化学工业中耐腐蚀泵、比例泵、计量泵.1。2泵的分类泵的定义：通常把提升液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。分类如下：（1） 叶片泵：利用叶片和液体相互作用来输送液体，如离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。（2） 容积泵：利用工作容积周期性变化来输送液体，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。（3） 其它类型泵：只改变液体位能的泵，如水车；或利用流体能量来输送液体的泵，如射流泵、水锤泵等。流量在5~20000m3/h，扬程在8〜2800m范围内使用离心泵比较合适.泵的优缺点：优点：效率高、体积小、重量轻、转速高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修等。缺点：启动前需要灌泵、液体粘度对泵性能有较大影响，如下图1—1所示.图1-1离心泵输送清水的粘度极限1。3离心泵主要部件叶十轮］:将原动机能量传递给液体的零件；一般前盖板、后盖板、叶片轮毂组成；分为闭式、半开式和开式叶轮（很少用）。吸入室1使液体以最小损失均匀进入叶轮；锥形、圆环形、半螺旋形吸入式。压出室］以最小损失将叶轮中流出的液体收集，均匀的引至吐出口或次级叶轮，顺便将一部分动能变为压能；螺旋形、环形、径向导叶、流道式导叶和扭曲叶片式导叶。离［密封环1为减少高压区液体向低压区流动。泵体和叶轮上分别安装了两个密封环一一泵体密封环和叶轮密封环。&由封机构1泵轴伸出泵体处，旋转泵轴和固定泵体之间有轴封机构，减少压力液体流出泵外和防止空气进入泵内；有骨架橡胶密封、填料密封、机械密封和浮动环密封。I轴向力平衡机构1作用在转子上的力不平衡产生了轴向力，单级泵用平衡孔或平衡管，多级泵采用平衡盘或平衡鼓。〔离心泵还有泵轴、中段、轴承体、托架、支架、联轴器等主要零部件（完整word版）华中科技大学离心泵课程设计第二章结构方案确定2。1确定安装高度本次设计的泵叶轮参数为比转速ns=75。75，流量Q=0.1m3/s，扬程H=62m。根据比转速选择设计为单机单吸离心泵.由于比转速为75.75，由比转速和转速关系公式:3.65"Q

n= S H3/4计算得到转速n=1450r/min。所给参数中没有给定空化余量NPSHr的值以及空化比转速C的值，故只能利用公式^hr二七XH计算有关值。查叶片泵设计手册的表和推荐公式可初选得:单吸泵”的空化系数°=216n43x10-6=216x75.7543x10-6=0.0692。1.795=1007.45o而^hr="*1=4O292m,C==1007.45o由于'；'〔Mu,故可确定为兼顾空化和效率的离心泵。同时可以计算给出泵的安装高度：取NPSHa=1。3NPSHr=5.58m,常温下清水的"。=0.24，吸入液面压力等于大气压力，根据经P“Pr,—-he-—-MPSHa验，设吸入装置损失hc=0o5m,则Hs=:=10。33-0。5-0。24—5。58=4.01m。2.2确定泵进、出口直径根据水力机械现代设计方法离心泵叶轮设计范例，吸入口直径Ds由进口流速（经济Ds= _流速）决定， ''"‘f，由于要满足气蚀要求，初选七―2—3。5m/s试初选选泵的进口流速二一m/s。4x0.1D=I=则有、"3X二 206mm，根据规范手册要求，取Ds=205mm。泵出口直径：Dd二（0。7〜1。0）Ds,取Dd=144mm，即取Dd=0.702Ds。TOC\o"1-5"\h\z_ 4Q _ 4x0.1[.怎= —=泵进口速度： NX"、’ 斤*。一2。" 3.03m/s4Q 4x0.1用= = —泵出口速度： kX/人TTx（1.14-1' 6.14m/s。2。3确定效率和功率以及电动机的选择1） 估算水力效率：m-1+0.0835]Qg"E—1+0.08351og3IL"0.884,取L0。88.式中Q为泵的流量（m*3/s）（双吸泵取Q/2）,n为泵的转速（r/min）2） 估算容积效率：1布= =1'膈命、'°。963,取"'=0.96。该容积效率只为考虑叶轮前密封环的泄漏，对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况,容积效率还要相应降低。3） 估算机械效率：圆盘损失效率圆盘损失效率取L0.90由于要考虑轴承和填料损失的效率，故假定轴承、填料损失为2%,则有最终机械效率•一"••：0。88。4）计算泵的总效率：11 顼0.742.4功率的确定pHQg1000x62x0.1x9.8—'— -—1）轴功率：.' 100。1]IOOOkO.E78。909配套电机功率匚一诲，一二1.378。909=102.582kw，查《机械设计课程设计》附表9一1选用电动机，选用Y315S—4型电动机。其参数为同步转数为1500r/min,满载转数为1480r/min,额定功率为110kw,可满足设计要求。2）最小轴径的确定：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，最小直径一般位于联轴节处。9550xPe9550x102.582M*= = = =电动机实际扭矩’ " 675°63N・m,取： Kg/m2.（•为泵轴材料的许用应力）,I3IW2382时曰】丛我乌”如"=0.2 OTxSS^XTOOOOO=^—则，最小轴径为 40。07mm按计算误差估计可圆整为40,可选取为45的轴径，保证安全。第三章叶轮水力设计3.1叶轮进口直径Do的确定1） 求v0V0KvJ7gH,查《泵产品设计规程》图1—1—15得K广0.12-:t.'C4.18m/s2） 求通过叶轮的流量0,Q0.1Q=——= =流过叶轮的流量' 。'9“0.104m3/s。3） 求叶轮进口直径D.心..01Dq—Kox3——4,0x31————L」L"164mm（查《泵产品设计规程》图1-1—15得K=4.0）取该值0为叶轮进口直径，即D0=164mm.（由于是单级单吸泵，所以轮毂直径” 0mm）。3.2确定叶轮出口直径由速度系数法得到「七■■-（查图知，'％=0.98）.60叱60x34,16D?= = =叶轮出口直径： X1T】〔） 449.97mm，圆整取七450mm3。3确定出口宽度b2Q %5/6呀奶_―侦一_Q.635：—： 51——根据水力机械现代设计方法泵设计范例，由经验公式： 尸 -'1：L20。『电可666mm，其中 ，圆整取*22mm。3。4确定叶片数当比转速为60-120时，取Z=6-7,根据经验，暂取Z=7。3.5确定叶片出口角根据实际情况，一般取叶片出口角为62=22。5°。3。6确定叶片实际厚度JH 陟5—AD?M+1—3315x450xf—+1—叶片实际厚度L X 5°44mm（查表，再利用线性插值法取A=3.315），取整得「-6mm。3。7用速度系数法确定进出口轴面速度，::1"「*海：•'二x..「xW八〕4.88m/s,查图知" "「「I ，：.\」门「"•：3。834m/s,查图知

3.8确定叶片出口排挤系数ZA 7x6中？=1— =1— =左言0。92243。9确定叶片包角e根据设计经验，初步选择包角为120°。3.10精算叶轮出口直径D2由于叶轮外径d2及叶片出口安放角『「对泵的性能影响很大，尤其是在设计流量下能否达到要求的扬程是一个重要问题。用速度系数法确定"•时，稀疏的选取时按一般情况确定的，有一定的近似性.基本方程为主的精确计算，和是必要的。6。D26。D2——— +Jnn\2tan^2A\2tanp2A^9（1+P）H+一L+g精算公式为:根据原先设想，由于吸入室选择为直锥型入口，故有"。TOC\o"1-5"\h\zr22 如P=甲—T=a(l+—)其中取"•为前知的0.88, /时， 时‘。( 22.51T=0.62X1I=取"一0.62, 、 !："'0。8525。利用初步设定的数据画出轴面图，利用制图CAD软件将中心线分为11段，并求出弧长值△Si,取每段中点，得到ri,从而得到静力矩:弧长i/mm半径:弧长i/mm半径:ri静方矩△U11.9^1219.042615.310.03208.07Z0S6.9IS.07194.053506-4213.9178.142476-1719.S161.S23198-IS23.38140.623287-6628.3116.93308-3724.0394.96 。-9-76.522S227.942137-S334.2959.672046.143.8748.22114.6忌静力先巨 0.0290590291将数据带入得到第一次精算='¥若：，将此数据带入得到：_ 60 (3.834 73.834V2― 122)-62)_TOC\o"1-5"\h\z%=1450x魏而愆亨+\\2tan22^)+ 0^8 }=447。12mm与初步计算的数据误差为0.67%，小于2%,可以选用，但是为了保险起见，进行再次精算:Z5? Q中_ — —°。9218,' % 3。653m/s,土=・.・ 443.37mm，与前一次相差0。84%。同理可得，第三次精算得到 443.44mm，差别不大，取444mm。最终结果： 444mm,02=2205°。出口轴面ilIVn2/(ii/3)出口锻角物臆重加速魇向迎)牛叶牌-.E310.39259.81,湿50.0E9D597第二郴-.：5：0,39259,80.95250,Q29D597第三次精算:.:8:值澎9,80.35250,02^597出口排挤糊座转遮为rpn理邺觑拥噩正楠出口直御2福0.9221：.1D11450:.J22川.沽沽府50.212168409012第二次精算0.9213：,1M1^50:J2270,LE丑二基143.37第三次精算0.92111450：・片27。.街眼450.205961996143.叫计算裁图如下:（完整word版）华中科技大学离心泵课程设计第四章叶轮的CAD设计4。1轴面图绘制及过水断面检测利用上面所得到的数据，初步设计出叶轮的轴面图如下:设计之后对其进行过流断面检测：测：方法是在流道中作许多个内切圆，以内切圆的圆心向前后盖板流线作垂线，连接A、B两点，形成三角形ABO，然后过O点作AB垂线并将其三分，如上图所示.作圆弧AEB与AO、BO相切，长度为bi，作为过水断面形成线,C点作为过水断面中心，半径Rc。成型后如下图所示:过水断面的面积""""；、，做出每一个断面的面积随过水断面中心线长度变化的趋势即可。计算结果如下图:用MATLAB绘制出相应的过水断面检测过水断面的面积""""；、，做出每一个断面的面积随过水断面中心线长度变化的趋势即可。计算结果如下图:用MATLAB绘制出相应的过水断面检测耕长废1/im对郎交.天百主眼如,内切圆半径胞的半勰赫对应桐流面聊而"232.Q0匚：。82,■11,DQ2L1：,3；二71,5：37.2048,1522515.9364,3：32.096L2662,032:37；,61灵.和有也23.77r,：995,062BW9.03136.113:,3:「总35.B5至,529147.T117.23.9114.4523,9115?512B95G.83191.5324.9712.19kr2B74G.62216.1!:2L5：11.2522.50207,5329324.55230.3122.Q0L.22,3D6T1.52迎炫面ip苍看图:17]4。2轴面流线的绘制采用的方法是将过水断面分为两个流道，并且两个流道的过水断面面积相等。具体的做法是：_卜件"）——凡_ « 卜先将出口边分为相等的两段，在进口边按照 进行计算，其中n——所分流道数i——从轴线侧算起欲求的流线序号（不包括前后盖板流线）.2此处.2此处57mm。:t2:t2然后从出口便开始，用与“过水断面检测"相同的方法用小内切圆分流道，并且是两个流道过水断面面积相等，如图所示：如果两个内切圆所在的过水断面面积不相等，则需继续调整，知道两个过水断面面积差别在3%以内时才行，最终结果如上图所示.4。3进出口边参数的确定:进口参数:

在轴面流线上初步确定叶片的进口边，分别与前盖板流线、中间流线。后盖板流线交于A、B、C三点。如下图所示：分别过A、B、C三点作过水断面形成线，可以得出:进口直径D1a/mm 165.540进口直径D1b/mm 119。417进口直径D1c/mm 79.445D:xn由此可得，进口圆周速度3）乂”进口u1a/（m/s） 12.56进口u1b/（m/s） 9。066.03进口u1c/

6.03(m/s)f.c^nn'姑加0.0^10Ecbnn的卫壬品在图中可以f.CCjDDX加〔，政求出A.B.C三点对应的过水断面面积Q进口轴面速度为： ，而进口角B1a'可以由公式:tan^i=得到，进口角tan^i=得到，进口角「大，M., 是进口冲角，一般采用正冲角，大小在3°〜15°之间。出口参数：D2xnxn0,444x仃x1450叶轮的出口圆周速度为：兀'时 用 33.69m/sH62伍==rra??=理论扬程为： 爪”70。45m。也x。70.45x9.8出口圆周分速度为："" ％"' 20.49m/s。根据公式，无穷叶片数的理论扬程为： 84°97m.Hgxg84.97x9.8无穷叶片数的出口圆周分速度为： 如 号24。71m/s。4。4方网格保角法叶片绘型：保角变换是将流面展开成平面的方法，本次设计中采用网格法保角变换具体步骤如下：

在轴面投影图旁画两条夹角等于6°的射线，作两条射线表示夹角为6°的两个轴面。从出口开始，沿轴面流线试取长度^s，若△，中点对应的两射线间的弧长^口与△，相等，则往下继续取；若不相等，则调整后再算。（注意：△，是流线的长度，而不是射线段之间的垂直长度）。具体过程如图:按照顺序，从出口边开始，分别对前盖板流线，中间流线和后盖板流线进行分割，得到如上1:1:E73£二111]二111：r22.0819,M1气曰15.64既”1M]3.7i6.985.z-■.EE2.■：前盖板融Io.101一:上’L,_i…二.J.<：i.Vinr.1.；;工17.94二,至105•二.二K,"二,"1].J：j.；L。一•.丁E.匚W.M正19.£71气芹15.册14,即L.l：i132EE「花i.i：4.9T■.1;LI中间袍京22.0919.971气找3工14,5EL.E3二，已Jii.：i7.j'LWI'.tz19,901吓！1羊]二,H上有；i.Ji£,■：7.217E,二6.4B丑正19,旺1°.；1二,二11.二，壬3.3Lr.4：[,厂5.3l二二三,Hz.IL2.三朝6；云■；.iR19.门尸.91:n..4lu.UI..-I4i二17i「.二*.W「.P.-ir.：l46.542K19,日14,5311,Hh9E3.荒17,壁17.登3.ME.9：t,Mz.Z.ZJ图所示的结果，过程中可以根据相应的数据列出方程帮助计算:出口边编号为0,依次往下编号，对应网格图中的横线，竖线为包角的角度，将流面图展开成平面图如图：安！十LT~\iT'ri」 安！十LT~\iT'ri」 ；<1_L L_L.±.L.心I4P汗十-ii-tl_ I■ ■I7'T7孙一平2』X.Ll-l.-L.-L.LL-L-X.^II_L.L._LXXL「厂〒「「「十「厂l.Ll_._L._.Ll_LU-LH<LU-一I|-\-.]_]_yu~rli~r-p「「r~r-~r—i~r「1—r~rt-I-