《水泵水力设计》PPT课件

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1、第二章离心泵和混流泵叶轮的水力设计王福军(中国农业大学水利与土木工程学院)Tel:62736972Email:wangfj@cau.edu.cn本章主要内容泵主设计参数和结构方案的确定叶轮主要参数的选择和计算相似换算法水力设计叶片厚度、角度及其几何关系叶轮轴面投影图的绘制叶片设计理论和型线微分方程式方格网保角变换方法叶片绘型扭曲三角形法叶片绘型*逐点积分法*圆柱形叶片的绘型*二元理论设计叶片*2-1泵的主要设计参数和结构方案的确定一、提供设计的数据和要求流量Q扬程H转速n效率汽蚀余量NPSHa，或NPSHr，或

2、Hsz介质的性质（温度、密度、杂质、腐蚀性等）对性能曲线的要求（平缓、陡降、无驼峰等）运行环境对泵型式的要求（如潜水、井泵、立式泵等）二、确定泵的总体结构型式和泵进出口直径1、初定总体结构型式依据设计要求初步选择，结合计算，然后校核2、确定泵吸入口直径（泵进口直径，进口法兰处直径）过程：根据流速初定，然后按标准直径系列进行调整一般可选Vs=3(m/s)原则：1)大泵，Vs↑，降低制造成本2)汽蚀要求高，Vs↓，1.0～2.0m/s标准直径：10，15，20，25，40，50，65，80，100，125，150，20

3、03、确定泵排出口直径（出口法兰处直径）过程：先参照进口直径选取，再按标准直径系列调整原则：低扬程泵：Dd=Ds高扬程泵：Dd=(1～0.7)DsDd一般比Ds低1～2个档次注意参照同类产品确定三、确定转速确定转速时，应考虑以下因素：1、n↑，体积↓，重量↓，∴↑n2、ns＝f(n),η＝f(ns)，为了↑η，应↑n3、n↑，磨损↑，振动、噪声↑，∴↓n4、n=f(原动机)异步电机极对数24681012同步转速3000150010007506005005、n=f(NPSHr)（对于给定C值，n↑，NPSHr↑）若给

4、定NPSHa，则可取NPSHr＝(1.1~1.3)NPSHa四、计算ns，确定水力方案（单吸、双吸、单级、多级）1、当ns＝120～210时，η→ηmax当ns<60，η↓↓2、当单吸叶轮ns过大时，可考虑用双吸；反之，当双吸ns过小时，可考虑用单吸。3、当单级叶轮ns过小时，可考虑用多级；反之，当多级ns过大时，可考虑减少级数。卧式泵一般不多于16级，立式泵可达数百级。4、ns与泵性能曲线形状有关五、估算泵的效率作用：预测泵的性能指标，看是否可达到设计要求公式：各单项效率，可通过查手册（图表）或按下式计算：结论：

5、若η(估)≥η(设)，继续；否则，找原因。六、轴功率、原动机功率计算泵的轴功率：原动机功率：其中，K为余量系数，1.1～1.2ηt为传动效率：直联100％，皮带轮95％，液力耦合器97％依据Pg选择原动机2-2叶轮主要参数的选择和计算一、叶轮主要参数叶轮进口直径D0叶片进口直径D1轮毂直径dh叶片进口宽度b1叶片进口安放角β1叶片数Z叶片厚度δ盖板曲率半径R叶轮出口直径D2叶轮出口宽度b2叶片出口角β2二、最小轴径dmin的确定轴受多种载荷，轴径的确定方法是：1、按扭矩确定最小轴径其中，Mn为扭矩（N·m）P’为计

6、算功率，P’=KPK为工况变化系数：1.1～1.2，杂质泵应加大τ为轴材料的许用应力，单位：Pa（N/m2）对于45＃钢，调质处理时，τ＝(440～540)×105(Pa)2、考虑影响刚度和临界转速等因素，适当放大轴径，并圆整，得dmin3、转子部件设计好后，对轴的强度、刚度、临界转速进行校核三、轮毂直径dh的确定轮毂直径dh与轴的最小直径，均与泵的结构形式有关。过程：1、画轴的草图。根据轴各段的结构工艺要求确定装叶轮处的轴径dB注意：各轴段用标准直径轴上螺纹一般用细牙螺纹，内径大于前段轴径轴的凸肩一般为1～2mm

7、2、根据dB确定dh对于不穿轴，dh＝0对于穿轴，dh＝（1.2～1.4）dB在满足强度条件（键槽等）下，dh越小越好，利于提高流动性四、叶轮进口直径D0的确定（由此进入速度系数法水力设计，另一方法是相似设计法）D0对性能的影响：D0↑，抗汽蚀性能↑D0↓，效率↑∴若NPSHr要求不高，可选较小的D0，以提高ηvD0的确定原则：为减小水力损失，让w1最小设vu1=0，则：三者关系中:D0↑,vm1↓,u1↑因此，存在w1min∵将D1表示成：又∵∴式中，K2是因速度分布不均匀引入的系数，k1为排挤系数将上面得到的u

8、1和vm1代入w1的表达式，有：令:D0——当量直径(与有效过流面积等效的圆的直径)则:K0系经验系数，取3.5~4.0。考虑效率时取小值，考虑汽蚀时取大值五、叶轮出口直径D2的初步计算由前面叙述知，H与D2,b2相关。(D2,β2,b2,...)所以，H一定，D2,β2,b2,相关。D2的计算原则：为使出口绝对速度v2最小为原则。推导过程从略，结果如下：或