华中科技大学离心泵课程设计样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。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 -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 -8-3.9确定叶片包角φ -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 -13-4.3进出口边参数的确定: -14-4.4方网格保角法叶片绘型: -16-第五章压水室的设计 -18-5.1基圆直径的确定 -18-5.2压水室的进口宽度 -18-5.3隔舌安放角φ0和隔舌螺旋角α0 -18-第六章参考资料 -19-第七章设计感悟 -19-HYPERLINK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:一般把提升液体、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5~0,扬程在8~2800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HYPERLINK第三章叶轮水力设计3.1叶轮进口直径D0的确定1)求,查《泵产品设计规程》图1-1-15得=0.12v0=2)求经过叶轮的流量流过叶轮的流量Q'=3)求叶轮进口直径D0=K0×3Qn=4.0×30.1(由于是单级单吸泵,因此轮毂直径dh=0mm3.2确定叶轮出口直径由速度系数法得到u(查图知,Ku叶轮出口直径:D2=60u2πn3.3确定出口宽度b2根据水力机械现代设计方法泵设计范例,由经验公式:b2=Kb23Qn=0.6353.4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β2=22.5°。3.6确定叶片实际厚度叶片实际厚度δ=AD2HZ+1=3.315×450×627+1=5.44mm3.7用速度系数法确定进出口轴面速度vm1=vm2=3.8确定叶片出口排挤系数Ψ23.9确定叶片包角φ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β2A对泵的性能影响很大,特别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D2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D2精算公式为:D根据原先设想,由于吸入室选择为直锥型入口,故有vu1其中取ηh为前知的0.88,P=Ψr2取α=0.62,Ψ=0.62×1+22.5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ΔSi,取每段中点,得到ri,从而得到静力矩:M=∆将数据带入得到第一次精算P1D2与初步计算的数据误差为0.67%,小于2%,能够选用,可是为了保险起见,进行再次精算:Ψ2=1-ZS∴D2=同理可得,第三次精算得到D2=443.44mm,差别不大,取D最终结果:D2=444mm,β2=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Fi=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,而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Ri=ii——从轴线侧算起欲求的流线序号(不包括前后盖板流线)此处R1=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,而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,能够得出: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u1进口u1a/(m/s)12.56进口u1b/(m/s)9.06进口u1c/(m/s)6.03在图中能够求出A、B、C三点对应的过水断面面积进口轴面速度为:vm1=Qηtanβ1'=vm1u1出口参数:叶轮的出口圆周速度为:u2=理论扬程为:Ht=出口圆周分速度为:vu2=根据公式,无穷叶片数的理论扬程为:Ht∞无穷叶片数的出口圆周分速度为:vu2∞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Δs,若Δs中点对应的两射线间的弧长Δu与Δs相等,则往下继续取;若不相等,则调整后再算。(注意:Δs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,得到如上图所示的结果,过程中能够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,高效率范围宽。本次设计采用螺旋形压水室。5.1基圆直径的确定D3=(1.5.2压水室的进口宽度=22+2×6+10=44mm(查资料知一般取C=10mm)5.3隔舌安放角φ0和隔舌螺旋角α0由φ0和ns的关系查表得,此处隔舌安放角大小为16隔舌螺旋角应该等于叶轮出口稍后的绝对液流角,即α而由前所知vu2=20.49m/s,vm2=3.686m/s,第六章参考资料[1]《叶