流体机械大四上学期课程设计说明书

1、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：流体班学 号:学生姓名：指导教师:起止日期：2011.12.302012.1.13流体机械及工程课程设计设计任务书设计依据：流量 Q: 31 m3/h扬程H: 22m转速 n: 1450 r/min效率：63.5%空化余量NPSH1.2R输送介质相对密度1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-20 -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

2、.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D0的确定52.2叶轮出口直径D2的确定62.3确定叶片出口宽度 b2 62.4确定叶片出口安放角 2 62.5确定叶片数Z 62.6精算叶轮外径D2 62.7叶轮出口速度 82.8确定叶片入口处绝对速度V1和圆周速度U1 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1 133.5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

3、角 0 174.4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ns,确定泵的结构方案。公式为ns3.65n Q3/4式中则：Q单吸叶轮泵的流量，m3/sH单级叶轮泵的扬程，m。ns3. 65145031“ccV / 36003422=48.351.2确定泵进、出口直径泵的进出口直径吸入口直径Ds由进口流速Vs（经济流速）决定，Ds由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。初

4、选 Vs2 3.5 m/s 试选 Vs2.5 m/s4 31 /3600 D 则 s 3.1415 2.5=66.225 mm按标准取Ds 65 mm而出口直径Dd按经验公式Dd =（ 0.71.0） Ds确定。对于低扬程泵，取泵出口直径，则取DdDs =65 mm1.3泵进出口流速泵进口速度Vs =4QD2=4 31/3600= 2314 0.065=2.595m/s泵出口速度VdVd4QD4 31/36002 =2.595m/s3,14 0.0651.4确定效率和功率1）水力效率：Qf'31/3600 nh 1 0.0835lg 31 0.0835 lg 3=0-8545n1450

5、2）容积效率：12T =_1 0.68 ns 11=0.95120.68 48.35设平板泄流量与理论泄流量之比q/Q=0.063，查现在泵技术手册图7.2得0.95120.0650.88823）估算机械效率:0.0717/6（ns/100）=0.83664）总效率：h v m =0.8545 0.8882 0.8366=0.634951.5电动机的选择轴径的确定轴功率:PaQH =1000 =9.8 103 31 22=2.83kw1000 3600 0.635查表7-10选用电动机k=1.2则电机功率 FC KPa=1.255.698=3.3953 kw泵轴的直径应按其承受的外载荷（拉、压

6、、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M9550Pcn95502P =9550 33953 =22.36N mn1450泵轴选用取=550*10 5Pa材料为3Cr13最小轴径：d3叫min . 0.2!22.36=仏2 550 1Q5 =12.67mm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=15mm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

7、装备图轴的结构设计第二章 水力设计（速度系数法）2.1叶轮进口直径D0的确定兼顾汽蚀与效率取k04.0进口当量直径d0k03 Q =4X 3 3Z0 =72 mm单级单吸式取dh=0D 2 2j D0 dh 72mm2.2叶轮出口直径D的确定0.5kD2 9.359.6 -ns9.359.6淳0.5=13.446 13.806100100D2 K kD23 Q2.3确定叶片出口宽度b2kb20.640.7 -ns-1000.645648.350.7=0.3094 0.3384100由于比转速小于60, KD2要乘修正系数K,取K=1.071.07 KD2331/3600 =260.5 267.

8、5mm.1450b2kb23；。.30940.33843 3需0 =5.603 6.128mmD 2 =270mm b 2=6.5mm2.4确定叶片出口安放角般取 2030这里取 252 22.5确定叶片数Z才30-4545-6060-120120-300Z8-107-86-74-6取Z=76,5 sinD 2 D1取Z=2.6精算叶轮外径D对于B的精算，过程如下:由Ht1U2Vu2gUiVuiU2Vm2tg 2得：u2Vm22tg 22Vm22tg 2gHtD260u2/ n注意：精算时，一般先选择B 2,然后确定D2计算HtX时，要用到滑移系数，而此时 D尚未知，故要迭代此处 取B 2 =

9、 25°， D=250mn进行迭代精算如下：有限叶片数理论扬程修正系数：PR2 ；式中：静矩SR22Ri2经验系数无穷叶片数理论扬程：Ht叶片出口排挤系数：1 P Htk2zd21 (ctg2)2D2 sin第一次精算1. 理论扬程HtHt=H/ =22/0.635=34.646m2修正系数(1260=1.06253.静矩SR22 R22=0.0087m4. 有限叶片数修正系数Pr22P =0.3179 ZS5. 无穷叶片数理论扬程HtHt (1 P)Ht=45.662m6叶片出口排挤系数k2k2i z2 ：i(ctg 2)2D2 sin7 0.004ctg25 211 ( ctg2

10、5 )20.92190.27 丫 sin907. 出口轴面速度m2Suctg 2 -2 sin1经D20.9415Vm2D?b2=1.8677m/s2 V8. 出口圆周速度U2=23.262m/s9. 叶轮外径D260 u2D2- =306mmn第二次精算S=0.011284=0.9484-H T =45.555mVm2=j636/SU- =22.967m/sD2303mm两次精算误差小于2%,取D2303mm2.7叶轮出口速度1. 出口轴面速度m2Vm2=1.653m/S2. 出口圆周速度U2U 2 =22.988m/s3. 出口圆周分速度gHt=-=14.784m/s4. 无穷叶片数出口圆

11、周分速度Vu2Vu2=gHtU2=19.442m/s2.8确定叶片入口处绝对速度 V和圆周速度U,D! Dj 0.8 7257.6 58mm查图 7-9 仏 0.95km1 °！65 km2km1 2gh=0.165 X , 2 9.81 22 =3.428m/sbiD1V131/36000.058 3.428=14mmU1600.058 145060=4.403 m/s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D2、Dj、b2确定之后，画叶轮轴面投影图。画图时，参考相 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

12、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 2 Rcb其中：Rc轴面液流过流断面形成线重心的半径b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。3.2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，贝U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。3.3流线分点(作图分点法)在轴面投影图旁，画两

13、条夹角等于 B的射线( 9=3° 5°)。本设计中厶 0=5°。从出口开始，沿轴面流线试取 5,若厶S中点半径对应的两条射线间的 弧长Au,与试取的厶S相等，则分点正确。如果不等，另取 S,直到 S=u。 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：3.4确定进口角i叶片进口处的速度DiinUli 60其中:VmlivFi1I1i1i2ctg nsin 90F1i为过i点的过水断面面积Ula进而得到叶片进口安放角1I1采用编程迭代的方法计算。先假定一个，带入上式计算出，再用反算，1 i11i叶片进口液流角1aarc tanVmla观察计算值与假定值是否

14、相等，相等则计算正确。数据如下图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3.6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

15、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。-16 -25 -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

16、大过流面积，减小损失 hf。4.1基圆直径D3的确定D3(1.03 1.08) D2，取 D31.05D2=1.05 0.273=286.65 mm4.2压水室的进口宽度b3 b2 0.05 D 2= 16 0.05 273=29.65 mm（取 C=10mm）4.3隔舌安放角0查手册8-1取0 154.4隔舌的螺旋角0Vu2 14.99m/ sVm3 Vm2 2.41m/s查手册，取 03 arcta n311.42 取 11Vu24.5断面面积F采用速度系数法，查手册图8-10得Kv3 0.39，压水室中液流速度:V3 KV3 .2gH=0.39、2 9.8 80 =15.443 m/s第

17、 8 断面的面积：F8 Q=200=3597.156 mm2 0.3031R A H1 =0.2549 5.23=1.33 mm断面 2： H2 b E 4BF22B29.65 使.652 4 0.3031 654 =18 0.3031 R2 = A H 2=0.2549 18.54 =4.73mmV315.443 3600其他各断面面积：F FviiiVIII断面IIIIIIIVVVIVIIVIII包角15 °60°105°150°195°240°285°330°面积/cm 21.6356.5411.4516.3

18、521.2626.1631.0735.974.6当量扩散角扩散角错误！未找到引用源。常用范围为6 10，取 84.7各断面形状的确定确定角:般 15 : 30，取 20A tan gtan90-29020tan20 tan0.25492B A(1 A)cos90A20.2549(1 0.2549)cos20902036022 3.14 0.254920.3031求断面高H及半径R（ 8个断面分别求）断面1: Hdb)3 4BF12B29.65=5.23mm29.6524 0.3031 163.5断面3： H3'审邮29.65 . 29.6524 0.3031 1145=29.64 mm2 0.3031R3 A H 3=0.2549 29