2022年2022年离心泵木模图绘制 .pdf

1 水力设计2.1 设计的数据要求1、流量Q3100/mh2、扬程H90 m3、转速n2950/minr4、NPSHR 5.0m2.2 叶轮设计步骤2.2.1 确定泵进出口直径1、泵进口直径sD3ssQDKn取45sK310036004584.5105.62950sDmm取100sDmm2、泵出口直径dD3ddQDKn3.54.5dK310036003.54.573.995.02950dDmm取80dDmm3、泵进口速度s221004436003.54/0.1ssQm sD4、泵出口速度d221004436005.53/0.08ddQm sD名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 17 页 -2 2.2.2 比转速sn3 43 41003.6529503.65360061.490sn QnH2.2.3 估算泵的效率1、水力效率h310.0835lg0.86hQn2、容积效率v2 310.9610.68vsn3、机械效率m只考虑圆盘摩擦损失7 6110.070.88100msn取轴承、填料损失为2%,则0.86m4、泵的总效率71%hvm2.2.4 确定功率P1、泵的轴功率P34.541000gQHPKW2、电机功率gPgtkPP原动机为电动机，取1.15k；传动方式为直联传动，取1.0t1.15 34.5439.72gPKW，选配套轴功率45cPKW名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 17 页 -3 3、扭矩nM4595509550145.72950cnPMN mn4、最小轴径d30.2 nMd材料选用 45 号钢，取 45MPa336145.725.30.2 0.24510nMdmm取39dmm2.2.5 初步计算叶轮主要尺寸1、进口当量直径0D300QDkn兼顾效率与汽蚀，04.0 4.5k301004.0 4.59436002950Dmm（）2、进口直径jD由于采用悬臂式结构，0hd，则22094jhDDdmm3、出口直径2D32DQDkn1 229.35100sDDnkk式中2Dk2D修正系数。查表 812，得21.057Dk，经计算得12.61Dk32100 360012.612662950Dmm4、叶轮出口宽度2b名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 17 页 -4 32bQbkn5 620.64100sbbnkk式中2bk2b修正系数。查表 813，得21.291bk，经计算得0.55bk32100 36000.55122950bmm5、叶片出口角2选择2（范围一般是 22 30）应考虑的因素：(1)低比转速泵，选择大的2角以增大扬程，减小2D，从而减小圆盘摩擦损失，提高泵是效率；(2)增加2角，在相同流量下叶轮出口速度2V增加，压水室水力损失增加，并在小流量下冲角损失增加，易使特性曲线出现驼峰，因此2不宜太大；(3)2大，叶片间相对流动扩散严重；(4)为获得平坦的功率曲线，使泵在全扬程范围内运行，2可小于 10 度。取2=306、叶片数z2112216.5sin2DDzDD式中1D叶轮叶片中间流线进口直径。由于该泵为低比转速泵，所以1D取较大的值1(0.71.0)80jDDmm取126o，经计算得5.7 z，取6z2.2.6 精计算叶轮外径第一次1、理论扬程tH90104.70.86thHHm名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 17 页 -5 2、修正系数2=1+60取0.7=1.053、静矩s2232118.04102niiiRRss R4、有限叶片数修正系数P22230.1331.050.38568.04 10RPzs5、无穷叶片数理论扬程tH110.385104.7 145.01ttHP Hm6、叶片出口排挤系数2222222cot11sinzD取25,290o20.9287、出口轴面速度2m2222100 36003.11/3.140.266 0.012 0.928 0.96mvQm sD b8、出口圆周速度2u22222223.113.119.81 145.0140.51/2tan2tan2tan302tan30mmtugHm soo9、出口直径2D22606040.51262.33.14 2950uDmmn与假定不符,取2262Dmm进行计算2.2.7 精算叶轮外径第二次1、叶片出口排挤系数2名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 17 页 -6 2222222cot65cot3011110.927sin3.14262sin90zDoo2、出口轴面速2m2222100 36003.16/3.140.262 0.012 0.928 0.96mvQm sD b3、出口圆周速度2u假定 P 不变，即tH不变22222223.163.169.81 145.0140.55/2tan2tan2tan302tan30mmtugHm soo4、出口直径2D22606040.55262.53.142950uDmmn与假定接近,不再重新计算2262Dmm2.2.8 叶轮出口速度1、出口轴面速度2m2222100 36003.16/3.140.262 0.012 0.928 0.96mvQm sD b2、出口圆周速度2u22222223.163.169.81 145.0140.55/2tan2tan2tan302tan30mmtugHmsoo3、出口圆周分速度2u229.81 104.725.33/40.55tugHm su4、无穷叶片数出口圆周分速度2u229.81 145.0135.08/40.55tugHm su名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 17 页 -7 2.2.9 轴面投影图的绘制1、找相近比转数叶轮的轴面投影图作为参考，根据前面计算所得到的叶轮基本尺寸，初步作叶轮的轴面投影图。2、检查轴面投影图过流断面面积变化，在流道内作内切圆，并将圆心连接起来，得到一条曲线，此为流道中线，求出每个圆的轴面液流过流断面及其面积F，而后作出沿轴面投影图中线的过流断面面积变化曲线，我们希望Fl 曲线基本上为一条直线，即要求从叶轮进口到出口沿中线l 面积 F 的变化是均匀的，如果该曲线不理想，则应修改轴面投影图，直到检查 Fl 曲线满意为止。如下图所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 17 页 -8 3、中间流线的绘制根据每条相邻轴面液流流线之间的流量Q相等的原则，在轴面投影图上作流线，轴面液流的流线一般需作35 条，中低比转速的叶轮可作三条，高比转速叶轮可作五条。叶轮前后盖板是两条流线，故还需作13中间条流线，本设计是低比转速叶轮，故只需要再作一条中间流线即可。具体分流线时,可先分进出口,再做修改。画中间流线时确定中间流线进口分点半径22jj4733.2222hRRRRmm中出口分点为出口宽度的中点，由此初步确定中间流线，然后再根据同一过水断面上两条流线间过水断面面积相等检查修正。图形如下:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 17 页 -9 4、流线分点分点的实质就是在流面上画特性线，组成扇形格网。因为流面就是轴面流线绕中心线旋转一周所得的曲线，一个流面上的全部轴面流线均相同，所以只要分相应的一条轴面流线，就等于在整个流面上绘出了方格网。流线分点的方法很多，有逐点计算法，分点作图法和图解积分法。在这次设计过程中，采用分点作图法。在轴面投影图旁，画两条夹角等于的射线，这两条射线表示夹角为的两轴面。一般取35oo，本设计中取o5。从出口开始，沿轴面流线试取长度s，若s中点半径对应的两射线间的弧长u与s相等，则分点正确，如果不等，另取s，直到us为止。第一点确定后，用同样的方法分其余的点。当流线平行轴线时，u不变，用相应的s截取等长即可。图形如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 17 页 -10 5、修改进口边的位置原则：(1)尽量使叶片进口边和出口边之间的三条流线长度趋于相等；(2)进口边和流线的交角最好为90，进口边轴面投影的形状就铸造而言，为直线较好；(3)进口边应向吸入口方向适当延伸，以提高叶轮的抗汽蚀性能，并使泵性能曲线出现驼峰的可能性减小。图形如下：6、叶片的绘制(1)确定叶轮进口圆周速度111abcDDD、在轴面投影图上量的195.7aDmm178.6bDmm167.6cDmm,从而可得：1114.78/60aaD num s1112.14/60bbD num s1110.44/60ccD num s(2)叶片进口轴面液流过水断面面积21220.0333 0.03430.00717acaaFR bm21220.0389 0.02990.00731bcb bFR bm名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 17 页 -11 21220.0286 0.04120.00741ccccFR bm(3)叶片进口角的计算aa流线假定10.88a111100 36004.59/0.96 0.00717 0.88m avaaQm sF11114.59tan17.314.78m aaaauo11117.32.720aaaooo取11285ao，2211111cot62cot2011()11()0.883sin3.1495.7sin85aaaazDoo与假定值相近。bb流线假定10.88b111100 36004.50/0.96 0.00731 0.88m bvbbQm sF11114.50tan20.312.14m bbbbuo11120.33.724bbbooo取11285bo，2211111cot62cot2411()11()0.880sin3.1478.6sin85bbbbzDoo与假定值相近。cc流线假定10.88c名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 17 页 -12 111100 36004.44/0.960.00741 0.88m cvccQm sF11114.44tan23.010.44m ccccuo11123528cccooo取11285co，2211111cot62cot2811()11()0.879sin3.1467.6sin85cccczDoo与假定值相近。由以上计算得：叶片三条流线的进口安放角分别为：120ao124b128co7、作方格网叶片型线图并在其上绘制流线因为保角变换方格网法，是基于局部相似，而不是局部相等，所以几个流面可以用一个平面方格网绘流线，平面方格网方格的大小可任意选取。方格网竖线表示轴面流线相应分点，横线表示夹角等于所用的的轴面。画完方格网后，便可在其上绘制流线。通常先画中间流线，流线进出口在方格网上的位置应与轴面投影流线的分点对应，包角可自行选取，对进出口点做角度等于计算的叶片进出口安放角的直线，然后做光滑曲线与进出口角度线相切。型线应满足一下三点：(1)光滑平顺；(2)单向弯曲，不要出现S形状，以平直稍凸为好；(3)各型线有一定的对称性。8、轴面截线在方格网上进行叶片绘型后，根据方格网中点的位置,就可开始作轴面截线图如下图所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 17 页 -13 9、叶片加厚轴面截线表示无厚度的叶片，实际叶片是有厚度的，所以必须经行叶片加厚。叶片可以在展开流面上、轴面和平面图上加厚。本次设计采用在轴面图上加厚的方法。叶片厚度可按流线长度给定，通常最大厚度在离进口为叶片全长1/31/2 处，进出口部分尽量减薄。10、作木模图从叶轮吸入口方向去看叶轮的转动方向，叶轮为逆时针转动，则我们作木模截线时，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 17 页 -14 叶片背面的木模截线画在左面，而叶片工作面的木模截线画在右面。流线a 的叶片工作面和背面，流线 c 的叶片背面在平面上的投影画在右面，作图方法是用O点为圆心，用 a 流线处叶片工作面和背面与各轴面交点到轴心线的垂直距离，用c 流线处叶片背面与各轴面交点到轴心线的垂直距离，即以这许多距离为半径，在木模图上做圆弧与相对应的轴面相交，得到个各交点后，用光滑的曲线连接之，即得到这三条线在平面图上的投影图。而后又以 A、B、C等木模平板线与叶片背面各轴面截线的焦点到轴心线的垂直距离为半径，仍以 O点为圆心作圆弧再与相应的轴面相交，并以光滑曲线连接之，得到A、B、C等平面与叶片背面的交线在平面图上的投影线，我们称此投影线为木模截线。用同样的方法，作出叶片工作面上a 流线和 c 流线以及叶片背面上的c 流线在平面图上的投影线，以及叶片工作面的木模截线。这样我们就完成了木模图的绘制。2.3 压水室水力设计压出室的作用和要求：1、压出室的作用是将叶轮中流出的液体收集起来，并送往压力管路或下一级叶轮的吸入口。2、将液体送往压力管路或下一级叶轮的吸入口前，要消除叶轮的旋转运动，把叶轮的这部分动能尽量转化成压能。3、将液体送往压力管路或下一级叶轮前，要降低液流的速度，以减小压力管路中的水力损失并且适合下一级的叶轮吸入口要求。4、液流自叶轮中流出时，速度是很大的，所以压出室中的水力损失很大，它约将占整个水泵水力损失的一半左右，所以压出室的设计应特别注意，要求尽量减小压出室本身的水力损失。在设计工况下，液流自叶轮流入压出室时要求不产生撞击损失。螺旋形压出室又叫涡室，是离心泵中用的最广泛的压出室之一，本设计使用的也是这种压出室。2.3.1 确定涡室的主要技术参数1、基圆直径3D3D应稍大于叶轮外径2D，使隔舌和叶轮间有一适当的间隙。该间隙过小，容易因液流阻塞而引起噪声和振动，还可能在隔舌出发生汽蚀。间隙增大，能减小叶轮外周流动的不均匀性，降低振动和噪声，并使效率稍有提高。但间隙过大除了增加径向尺寸外，因间隙处存在旋转的液流环，消耗一定的能量，泵的效率下降，通常取：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 17 页 -15 32(1.031.08)(1.03 1.08)262270DDmm2、涡室的进口宽度3b3b通常大于包括前后盖板的叶轮出口宽度2b，至少应有一定的间隙，以补偿转子的串动和制造误差。3220.05120.0526225bbDmm3、涡室的隔舌安放角00的大小应保证螺旋部分与扩散管光滑连接，并尽量减小径向尺寸。查表 9-1，得0254、隔舌螺旋角0为了符合流动规律，减小液流的撞击，隔舌螺旋角应等于叶轮出口稍后的绝对液流角3：2203223.16tan7.125.33muo2.3.2 确定涡室断面形状和断面面积断面形状为任意端面用速度系数法计算第8 断面的面积3320.4629.81 9019.33/vkgHm s式中3v涡室断面的平均速度；H泵的单级扬程；3k速度系数，3k由手册图 97 查取通过第 8 断面的流量和泵流量相差不大，取稍大的涡室面积并无坏处，因而可用泵流量计算第 8 断面的面积，即：383100 3600=0.00144m19.33QF其他断面的面积，按涡室各断面速度相等确定8F360F名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 17 页 -16 断面1 2 3 4 5 6 7 o45 90 135 180 225 270 315 2Fm（）0.00018 0.00036 0.00054 0.00072 0.0009 0.00108 0.00126 2.3.3 作出口断面形状涡室断面形状有矩形、梨形、梯形和圆形等。试验表明：涡室截面形状对性能影响不大，可根据结构和制造方便来选择。在此次设计中采用梯形涡室断面形状。2.3.4 扩散管的计算扩散管的作用在于降低速度，转换为压力能，同时减小排除管路中的损失。扩散管的进口可以近似认为是涡室的第8 断面，出口是泵的排出口，扩散管的主要结构参数是：(1)排出口dD，应符合经济流速和标准直径；(2)扩散管高度L，在保证扩散角和安装要求的条件下，应尽量取小值，以减小泵的尺寸；(3)扩散角，常用范围为710oo。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 17 页 -17 作螺旋形压出室各截面和扩散段截面后，就求得各截面顶点到轴心线的距离，各截面的也为已知，于是就可以将各顶点布置在平面图上，而后用光滑曲线连接之，或用几个圆弧连接之，就得到螺旋形压出室的平面图。见下图：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 17 页 -