华中科技大学离心泵课程设计报告书

1、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：学号：班级：完成日期：指导教师（签字） ：能源与动力工程学院目录第一章绪论 .- 2 -1.1泵用途 .- 2 -1.2泵的分类 .- 2 -1.3离心泵主要部件.- 3 -第二章结构方案确定 .- 4 -2.1确定安装高度 .- 4 -2.2确定泵进、出口直径 .- 5 -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 -第三章叶轮水力设计 .- 7 -3.1叶轮进口直径D0 的确定 .- 7 -3.2确定叶轮出口直径 .- 7 -3.3确定出口宽度 b2

2、.- 8 -3.4确定叶片数 .- 8 -3.5确定叶片出口角.- 8 -3.6确定叶片实际厚度 .- 8 -3.7用速度系数法确定进出口轴面速度.- 8 -3.8确定叶片出口排挤系数 .- 9 -3.9确定叶片包角 .- 9 -3.10 精算叶轮出口直径 D2.- 9 -第四章叶轮的 CAD 设计 .-11-4.1轴面图绘制及过水断面检测 .-11-4.2轴面流线的绘制.-14-4.3进出口边参数的确定： .-15-4.4方网格保角法叶片绘型： .-17-第五章压水室的设计 .-19-5.1基圆直径 D3 的确定 .-19-5.2压水室的进口宽度 .-19-5.3隔舌安放角和隔舌螺旋角.-1

3、9-第六章参考资料 .-20-第七章设计感悟 .错误 ! 未定义书签。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。

4、（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 520000m3 / h ，扬程在 82800m 围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 ：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

5、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。密封环 : 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 泵离心泵体密封环和叶轮密封环 。轴封机构 ：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。轴向力平衡机构 ：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

6、主要零部件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：3.65n Qns3 / 4H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=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=216ns4 3- 6 =4 310- 6 =。10216 75. 750.0692而hr=4.292m，C=1007.45。由于，故可确定为兼顾空

7、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，根据经验，设吸入装置损失 hc=0.5m，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例，吸入口直径Ds 由进口流速(经济流速 )决定，由于要满足气蚀要求，初选23.5 m/s试初选选泵的进口流速m/s。则有206mm，根据规手册要求，取Ds=205mm。泵出口直径： Dd=（0.71.0） Ds，取 Dd=144mm，即取 Dd=0.702Ds。泵进口速度：3.03

8、m/s泵出口速度：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：0.884，取0.88.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：0.963, 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0.903取0.90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0.88 。4）计算泵的总效率：0.74。2.4 功率的确定1 ）轴功率：78.909配套电机功率=1.378.909=

9、102.582kw ，查机械设计课程设计附表 9-1 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 1480 r/min, 额定功率为 110 kw，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。电动机实际扭矩675.63N·m，取Kg/m2。（为泵轴材料的许用应力）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

10、设计3.1 叶轮进口直径D0 的确定1) 求 V0V0KV02gH , 查泵产品设计规程图1-1-15 得 KV =0.1204.18m/s2 ）求通过叶轮的流量 Q '流过叶轮的流量0.104m3 /s 。3 ）求叶轮进口直径 D0164mm（查泵产品设计规程图1-1-15得 K 0=4.0 ）取该值为叶轮进口直径，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( 查图知，0.98) 。叶轮出口直径：449.97mm，圆整取450mm3.3 确定出口宽度b2根据水力机械现代设计方法泵设计例，由经验公式：20.66mm,其中，圆

11、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2=22.5 °。3.6 确定叶片实际厚度叶片实际厚度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4.88m/s ，查图知3.834m/s ，查图知3.8 确定叶片出口排挤系数0.92243.9 确定叶片包角根据设计经验，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

12、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。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。其中取为前知的 0.88 ，。取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：0.0291将数据带入得到第一次精算，将此数据带入得到：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：0.9218 ，3.653m/s ， 443.37mm，与

13、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， 2 =22.5 °。计算截图如下：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：方法是在流道中作许多个切圆，以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：过水断面的面积心线长度变化

14、的趋势即可。，做出每一个断面的面积随过水断面中计算结果如下图：用 MATLAB绘制出相应的过水断面检测图：图形成平缓上升趋势，属于高效率的曲线，符合要求，故可采用。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：先将出口边分为相等的两段，在进口边按照计算，其中 n所分流道数进行i 从轴线侧算起欲求的流线序号（不包括前后盖板流线）此处57mm。然后从出口便开始，用与“过水断面检测”相同的方法用小切圆分流道，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%以时才行

15、，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/mm165.540进口直径 D1b/mm119.417进口直径 D1c/mm79.445由此可得，进口圆周速度：进口 u1a/(m/s)12.56进口 u1b/(m/s)9.06进口 u1c/(m/s)6.03在图中可以求出A、 B、 C 三点对应的过水断面面积进口轴面速度为：，而进口角 1a' 可以由公式：得到，进口角，是进口冲角，一般采用正冲角，

16、大小在 3° 15°之间。出口参数：叶轮的出口圆周速度为：33.69m/s理论扬程为：70.45m。出口圆周分速度为 ：20.49 m/s 。根据公式，无穷叶片数的理论扬程为：84.97m。无穷叶片数的出口圆周分速度为：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s 中点对应的两射线间的弧长u 与s 相等，则往下继续取；若不相等，则调整后再算。（注意：s 是流线的

17、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：第五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，加大过流面积，减小损失hf 。在水力方面，螺旋形压水室的流动比较理想，适应性强，高效率围宽。本次设计采用螺旋形压水室。5.1 基圆直径 D3 的确定，因此取整数460mm。5.2