《叶片泵原理与水力设计》课程设计单级离心泵叶轮的水力设计学院:能源科学与工程学院班级:1102105姓名:学号:指导教师:闫国军20 14年12月目录1.课程设计目的 (1)2.课程设计任务和要求 (1)3.设计计算说明书 (2)4.参考文献 (7)5.附录 (8)1.课程设计目的离心泵是叶片式流体机械的典型产品,叶轮是其最关键的部件。
通过单级离心泵叶轮的水力设计,使学生基本掌握叶片式流体机械叶轮的设计理论、设计方法和国家标准的使用,培养学生能够综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能,提高学生训练分析和解决实际问题的能力。
为毕业后能够从事叶片式流体机械的产品设计工作奠定良好的基础。
2.课程设计任务和要求设计题目:单级离心泵叶轮的水力设计设计参数:q=200 m 3/h ,H=50 m ,n=1450 r/min , (NPSH)r =2.7 工作量:1. 设计计算说明书1分 2.叶轮木模图1张(A3图纸)3.设计计算说明书已知主要参数q=2003/m h =0.056m 3/s H=50m n=1450r/min (NPSH )r=2.7一.主要参数确定。
1.确定泵进出口直径 (1)泵进口直径根据流量q=2003/m h ,查表6.1取流速c s =2.83,则D s =s c q π4=83.2*056.0*4π=0.159(m ) 参考标准取D s =160mm (2)泵出口直径s d D D )7.0~1(==(0.7-1.0)*180=112-160mm取d D =140mm.(3)进出口速度 c s = 4q/D s 2π=2.79m/s c d =4q/D d2π=3.64m/s2.空化计算(1)泵安装高度 介质为常温清水,ρg p v=0.24 ,取进口管路损失h c =0.5m NPSH a =1.3*NPSH r =3.51 h g =ρg p a -h c -ρg pv -NPSH a =10.33-0.5-0.24-3.51=6.08 (2)泵空化余量 NPSH r =2.7 (3)泵空化比转速 4362.5rNPSH q n C ==913.93.比转速6.6650056.0145065.365.34343=⨯⨯==HQ n n s4.确定泵的效率 (1).水力效率=h η3lg 0835.01nq+=0.877 (2).容积效率0003/20.9610068.011=⨯+=-sv n η(3).机械效率 圆盘摩擦损失效率888.0)100/(107.016/7,=-=s m n η假定轴承,填料损失为2%,则机械效率m η=0.870 (4).泵的总效率η=h v m ηηη=0.7325.泵轴最小轴径的确定 (1)泵轴功率 P=ηρ1000gqH=37.49kw (2)计算配套功率 P ,=KP=44.99kw (3)泵轴转矩Mn=9.95*1000*nP ,=296.31N •m(4)泵轴最小轴径泵轴材料选45钢,[τ]=49MPa ,泵轴最小轴径为 d=3][2.0τMn=31.2mm 取d=32mm 二、确定叶轮主要直径 1.叶轮进口当量直径 D 0=30nqk =119.66mm=120mm 根据C=913.9k =3.542.叶轮进口直径单级离心泵,轴向吸入进口,d h =0D j =220h d D +=120mm3.叶轮出口宽度499.0_456.0)100)(7.0_64.0(652==s b nK0169.0_0154.0322==nqK b b 取2b 适当扩宽为0.18 4.叶轮外径212)100)(6.9_35.9(-=s D n K =11.47_11.76D 2=32nqK D =0.388——0.398 D 2=390mm三、确定叶片出口角、叶片角 (1)叶片出口角根据n s =66.6,属于较低的比转速叶轮,选取较大的叶片出口角,以减小叶轮外径,从而减小圆盘的摩擦损失,提高效率,选取。
402=β。
(2)叶片数确定取叶片进口边直径D 1=0.93D j =0.93*120=111.6mm=112mm 设叶片进口角301=β,则z=)2sin()()(5.6211212ββ+-+D D D D =6.72取z=7。
四、画轴面投影图1.根据叶轮的主要尺寸D j 、D 2、b 2,参考相同比转速的叶轮,初步画出叶轮的轴面投影图,见附图1.2.轴面流到过流面积检查作内切圆,分8——12点计算轴面流道过流面积,进口部分分点多一些。
做出过流面积随内切圆中心位置L 的变化曲线,应符合直线变化,附图2。
五、精算叶轮外径按速度系数法初步确定的叶轮主要尺寸。
1.第一次计算 (1)理论扬程 H t =hHη=57.00(2)无穷叶片数理论扬程按直锥形吸水室,取系数α=0.62,则:)601(2。
βαψ+==1.03按轴面投影图计算静矩,取分点间距20mmi i R S S ∑∆==0.02*(32+36+43+51+64+76+89+105+123+146+164+182)/1000=0.022m 2P==zSR 22ψ0.2518 H ∞t =(1+P )H t =71.3526 (3)出口圆周速度取2δ=4mm ,2λ=90,则排挤系数222222)sin cot (11λβπδψ+⨯-=D z =0.964 vb D q mc ηψπ2222==2.745 ∞++=t m m gH cc u 222222)tan 2(tan 2ββ=28.130(4)叶轮出口直径nu D π2260==0.37072、第二次计算 (1)叶片出口排挤系222222)sin cot (11λβπδψ+⨯-=D z =0.9625 (2)出口轴面速度 v b D q m c ηψπ2222==2.898 (3)出口圆周速度∞++=t m m gH cc u 222222)tan 2(tan 2ββ=28.227(4)叶轮外径nu D π2260==372mm , 近似于370mm ,不再计算。
六、划分流线及流线分点(1)按最后设计结果D 2=370mm 修改投影图。
(2)划分流线。
划分三条流线,前后盖板为a ,c 流线,按一元理论划分中间流线。
(3)取相邻两轴面夹角ο7=∆θ,按作图分点法对a 、b 、c 三条流线进行分点。
七、计算叶片进口角 (1)叶轮进口圆周速度D a 1=7.8cm D b 1=6.3cm D c 1=5.5cm6011nD u a a π==5.926011nD u b b π==4.786011nD u c c π==4.17(2)叶片进口轴面液流过流断面面积a ca ab R A π21==2*3.14*0.06*0.048=0.0182m b cb b b R A π21==2*3.14*0.068*0.047=0.0202mc cc c b R A π21==2*3.14*0.075*0.045=0.0212m(3)叶片进口液流轴面速度设排挤系数a 1ψ=0.89 b 1ψ=0.86 c 1ψ=0.83aa v ma A qc 111ψη==3.64bb v mb A qc 111ψη==3.38cc v mc A qc 111ψη==3.35(4)叶片进口液流角ama a u c 111tan =β=0.615 a 1β=31.59 bmb b u c 111tan =β=0.787 b 1β=35.26 cmc c u c 111tan =β=0.801 c 1β=38.70 (5)叶片进口角a 1β∆=0.41 aA 1β=32b 1β∆=0.74 bA 1β=36c 1β∆=0.30 cA 1β=39(6)校核排挤系数901=c λ211111)sin cot (11aa a a D z λβπδψ+⨯-==0.896211111)sin cot (11b b b b D z λβπδψ+⨯-==0.862 211111)sin cot (11cc c c D z λβπδψ+⨯-==0.834 计算结果相近,不在计算。
八、绘制流线、在轴面投影图中画轴面截线、叶片加厚,绘制叶片剪裁图。
附图4,5. 下图为b 流线。
轴面12 3 4 567 8 9 10 11 12 13 流面厚度s2 2.32.633.3 3.643.63.332.62.32β36 36.336.5 36.8 37 37.3 37.5 37.8 38 38.539 39.540βcos /s ms =2.472.853.233.75 4.134.535.044.564.193.833.352.982.61。