离心泵的水力设计讲解.docx

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1、离心泵的水力设计离心泵叶轮设计步骤第一步：根据设计参数，计算比转速ns 第二步：确定进出口直径,第三步：汽蚀计算第四步：确定效率 第五步：确定功率第六步：选择叶片数和进、出口安放角 第七步：计算叶轮直径D2 第八步：计算叶片出口宽度b2 第九步：精算叶轮外径D2到满足要求 第十步：绘制模具图离心泵设计参数作为一名设计人员，在设计一台泵之前，需要详细了解该泵的性能参数、使用场合、特殊要求等。下表为本章中叶轮水力设计教程中使用的一组性能要求。流量Q37单位：m3扬程H60单位：m转速n2900单位：FPm（转份）效率65设计工况的效率：%介质清水温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等装置汽蚀余量XPSH

2、23.3或给定几何吸入高度,单位：W特性曲蝮高效率要求平坦、陡降，无过载（全扬程）、高效等确定泵进出口直径右图为一台ISo单级单吸悬臂式离心泵的实物图和装配图。对于新入门的学习者，请注意泵的进出口位置，很多人会混淆。,确定泵的进口直径卜泵吸入口的流速，,般取为3ms左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑，应减小吸入流速：对于高汽蚀性能要求的泵，进口流速可以取到1.022ms卜进口直径计算公式此处下标S表示的是SUCtiOn（吸入）的意思b本设计例题追求高效率，取Vs=2.2msDs=77,取整数80,确定泵的出口直径b对于低扬程泵，出

3、口直径可取与吸入口径相同。高扬程泵，为减小泵的体积和排出管直径，可小于吸入口径。一般的计算公式为：Dd=(O71.0)DS此处下标d表示的是discharge（排出）的意思本设计例题中，取Dd=0.81Ds=65泵进口速度进出口直径都取了标准值，Tl和%都有所变化，需要重新计算。Vs=2.05泵出口速度汽蚀计算泵转速的确定b泵的转速越高，泵的体积越小，重量越清。舰艇和军工装备用泵一般都为高速泵，其具有转速高、体积小的特点。b转速与比转速有关，比转速与效率有关,所以选取转速时需和比转速相结合。卜转速增大、过流不见磨损快，易产生振动和噪声。提高泵的转速受到汽蚀条件的限制。从汽蚀比转数公式一M门可知

4、,转速n和汽蚀基本参数9和C有确定的关系。按汽蚀条件确定泵转速的方法，是选择C值，按给定的装置汽蚀余量Mr或几何安装高度正，计算汽蚀条件允许的转速，所采用的转速应小于汽蚀条件允许的转速。汽蚀的概念水力机械特有的一种现象。当流道中局部液流压力降低到接近某极限值（目前多以液体在该温度下的汽化压力作为极限值）时，液流中就开始发生空（汽）泡，这些充满着气体或蒸汽的空泡很快膨胀、扩大并随液流至压力较高的地方后又迅速凝缩、溃灭。液流中空泡的发生、扩大、渍灭过程涉及许多物理、化学现象，会有噪音，振动甚至对流道材料产生侵蚀作用（汽蚀）。以上这些现象统称为汽蚀现象。汽蚀会导致泵的噪声，振动，破坏过流部件，加快腐

5、蚀，性能下降等。汽蚀一直是流体机械研究的热点和难点。详情请杏行汽蚀基本理论.装置汽蚀余量计算NPSHaMa=-HL防一VY（NPSHa）设计要求中已经给出：3.3m泵的安装高度得g=6.29m,汽蚀余量计算NPSHrNPSHr=NPSHa/1.3=2.54m泵汽蚀转速5z62n一遍“b一般的清水泵C值大致在8007000左右，符合汽蚀条件。比转速计算比转速（数）是从相似理论中引出来的一个综合性参数，它说明着流量、扬程、转数之间的相互关系。同一台水泵，在不同的工况下具有不同的比转数。一般是取最高效率工况时的比转速（数）做为水泵的比转速（数）。第一章第五节中对比转速做了讲解，不再赘述。您可以点击：

6、比转速比转速计算公式N:3.65版SW4本教程中设计实例的计算结果：ns=49.8计算比转速时，特别需要注意各参数的单位！流量Q：mzv3s（双吸泵取一半）扬程H：m转速n：rpm 在冷=150250的范围，泵的效率最好，当月V60时，泵的效率显著下降 采用单吸叶轮依过大时，可考虑改用双吸，反之采用双吸过小时，可考虑改用单吸叶轮效率计算泵内能量损失 泵在把机械能转化为液体能量过程中，伴有各种损失，这些损失用相应的效率来表示。为了提高泵的效率，必须分析泵功率的平衡情况，弄清其来龙去脉，为减少损失提高效率指明方向。 下面按能量在泵内的传递过程，逐一介绍泵内能量能量的损失。机械损失aPm和机械效率n

7、m原动机传到泵轴上的功率（轴功率P），首先要花费一部分去克服轴承和密封的摩擦损失APfd,剩下的用来带动叶轮旋转，但这部分机械能并没有全部作用给液体，其中一部分消耗于克服叶轮前后盖板表面和壳体间液体的摩擦，即为圆盘摩擦损失APd0所以：Pm=Pfd+PdP-bn_F2p7（P称为输入水力功率）V容积损失aPv和容积效率nv输入水力效率P用来对通过叶轮的液体作功，因而叶轮出口处液体的压力高于进口压力。正是由于这个压差的存在，会使通过叶轮的一部分液体从泵腔经叶轮口环间隙向叶轮进口逆流，即为口环泄漏。这个泄漏是泵内的主要泄漏，记其泄漏量为q。贝J:Pv=pgqHt_P1-Pv=PgQtHi-PgqH

8、t=PgQHt=Q=P=_PgQtHt-=应6及=不其中：Qt-泵的理论流量（即没经过损失直接通叶轮的流量）Qt=Q+qHt一泵的理率扬程，它表示叶轮传给单位重量液体的能量。,水力损失APh和水力效率h通过叶轮的有效液体（除掉泄漏）从叶轮中接收的能量（Ht）,也没有完全输送出去，因为液体在泵过流部分的流动中伴有水力摩擦损失和冲击、脱流，改向等引起的水力损失，从而要消耗掉一部分能量（用h表不）o所以：Ph=pgQhPgQHt-PgQh_PgQH=HPgQfitPgQHt-其中：H一单位重量液体经过泵增加的能量Ht=H+h泵的总效率:巴=邈=逊L2生二PQtHt.泵的机组效率:水力效率7,=1+0

9、,08351g5p=0.848,取0.85,容积效率I+。；2=0.952,取0.95机械效率圆盘摩擦效率:,=l-0075(100),m=0.844考虑轴承，轴封的损失，取0.82泵的总效率7=h枷。m=0.85*0.95*0.82=0.66轴功率计算泵轴的直径应按照强度（拉、压、弯、扭）和刚度（挠度）及临界转速条件确定。扭矩是泵最主要的载荷，开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小直径，通常是联轴器处的轴径。N_；如,轴功率1000得，=9.17kW,配套功率N=KAZ=I.2X9.1=3.43kWK是工况变化系数，取1.17.2.Mn=9.55X103扭矩n得Mn=36.22（Nm）最小轴径V

10、0-2M得d=17,取20mm是泵轴材料的许用切应力（单位：、/加1,对于普通优质碳钢可取=（343441）*10，对于合金钢4(441588)X6计算叶轮主要外形尺寸,叶轮进口几何参数对汽蚀具有重要影响，叶轮出口几何参数对性能（HQ）具有重要影响，而两者对效率均有影响。卜.图表示的是穿轴和悬臂叶轮几何参数形状和主要参数尺寸参数。主要几何参数：,叶轮进口直径0。叶片进口直径Dl叶轮轮毅直径,叶轮出口直径,叶轮出口宽度叶轮进口直径卜因为叶轮分为有轮毂和没有轮毂两种类型，为此引出叶轮进口当量直径2。0。按以0，为半径的圆管断面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积。2 =K=3.54,O=54mmK：的

11、选择因大多数泵取3540)主要考虑效率3.5-4.0兼顾效率和汽蚀40-5.0主要考虑汽蚀5.0-5.5然后计算叶轮进11直径Z)O=血，+d；ns为最大叶轮直径 的块优工况值叶片出口角23-27 叶片数6-7本设计方案中，dh=0,Do=54mm3727227J204，llS159J136.4”3.6比转速，入X14.16叶片数叶片数一般根据比转速来选取，见下表。一般为5-7枚。理论计算可以参考现代泵技术手册讥叶片数选取表nr30-4545-6060-120120-300Z8-107-86-74-6本设计取Z=6。V出口安放角出口安放角的选取范围一般为15-40度。理论计算可以参考现代泵技术

12、手册。卜出11安放角的取值需要综合考虑其他参数，因为各个参数是互相影响的，也需要考虑性能曲线的要求。卜下图是不同叶片数和出口安放角组合对关死点影响的经验曲线，可供大家参考！*W朱7isx 一出玖岌3生比转速，x14J6叶轮出口宽度根据统计资料，出口宽度可以根据下式进行初步计算。第一种经验方法第二种经验方法比转速,为X14.16本设计中b2取7mm。对于低比速泵考虑到铸造工艺，一般都在计算值上适当加大。计算叶轮主要外形尺寸叶轮外径D2第一种计算方法:D2 =(XKa=9.3坛IlOOl第二种计算方法：根据统计资料，叶轮外径可以根据下面两种计算方法进行初步计算。60企而nO 48 IZOO 600

13、2000 24OQ 2900 S2Q0比转速,力S X 14.16叶轮进11直径与外径的比值推荐比转速，We14.16相似换算小这种方法很简单，也很可靠，其作法是选一台与要设计泵相似的泵，对过流部分的全部尺寸进行放大和缩小。这里仅介绍叶轮部分。其步骤为：力36g（）按设计泵的参数计算比转数/广Hvi）；.（二）选择模型泵，对模型泵的要求是：1模型泵的J与设计泵的号，相等或相近；2 模型泵的效率高（高效范围广），抗汽蚀性能好，特性曲线形状符合要求；3 模型泵的技术资料齐全可靠；Rc-t24 为了不失去相似性，希望实型和模型雷诺数之比RUReM=I.01.5的范围内V式中ZA一叶轮外径（m）：%一

14、叶轮出11圆周速度（旧5）；一输送液体的运动粘性系数（2/6）（三）求尺寸系数由相似定律，假定模型泵和实型泵的容积效率、水力效率相等，则有用上面两式计算的4值可能稍有不同，在此情况下可取较大的值或者两者的平均值作为换算用的值。.（四）计算设计泵的尺寸把模型泵过流部分的各种尺寸乘以尺寸系数4,则得到设计泵过流部分的相应尺寸。设计泵的叶片角度应等于模型泵的相应角度，即D=DMAB=BM叶片厚度和某些间隙，有时不能采用相似换算值，课根据具体情况确定。.（五）换算设计泵的性能曲线在模型泵性能曲线上取若干个点，按相似条件换算成设计泵相应点的参数，并绘出相应的性能曲线。.（六）绘制设计泵的图纸按换算得到的尺寸和角度，考虑具体情况对叶片厚度、密封间