【正文】 力效率 h? 和 容積效率 v? ，最后 由 已知的 總效率 ? 推算出機(jī)械效率 m? 。 （ 1） 容積效率 : 葉輪前后蓋板外側(cè)與腔內(nèi)側(cè)形成了兩個(gè)充滿液體的空腔，稱為泵腔。葉輪前蓋板處的間隙使前泵腔與葉輪進(jìn)口相通，前泵腔的另一端與葉輪出口相通。在壓力差的作用下，有一部分水流流出葉輪后，又經(jīng)過(guò)前泵腔和葉輪進(jìn)口間隙返回葉輪入口，這部分水從葉輪中獲得的能量在流動(dòng)過(guò)程中全部不可逆的轉(zhuǎn)化為 熱能，形成一種能量損失。在后泵腔輪轂處，因?yàn)樵O(shè)有各種形式的密封裝置，這一典型的流動(dòng)可以忽略不計(jì)。因而葉輪進(jìn)口密封間隙處的這一泄漏量 q 代表了離心泵中 典型的主要的容積損失。 容積效率可以采用下面的一些經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 002 / 31 1 0 0 9 81 0 . 6 8vsn? ?? ? ?? （ 2）水力 效率 20 0 . 4 21 1 0 0 % 9 1 %( l g 0 . 1 7 2 )h D? ? ? ? ?? 9 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 3） 機(jī)械效率 由于知道總效率 79%?? ，又 hmv ???? ? 可以計(jì)算出 88%m? ? 精算葉輪外徑 2D 葉輪外徑 2D 是葉輪最重要的尺寸，故需要精確計(jì)算。以基本方程式精確計(jì)算，從理論上講是比較嚴(yán)格的，但其中的水力效率，有限葉片修正系數(shù)，也只能用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。實(shí)踐證明，精確計(jì)算的數(shù)值是基本可靠的。 由基本方程式： 2 2 1 1uuT u v u vH g?? 由出口速度三角形 222 2tanmu vvu ?? ?? 所以整理后得： 2222 22()2 ta n 2 ta nmm Tvvu g H?? ?? ? ? 由 2u 可以求得 22 60uD n?? 離心泵一般是選擇適當(dāng)?shù)?2? 角精算 2D 。 （ 1）查相應(yīng)資料，葉片出口安放角 2? 一般在 ?? 40~16 的范圍內(nèi)，通常選用?? 30~20 。對(duì)高比轉(zhuǎn)速泵， 2? 可以取小些，低比轉(zhuǎn)速泵可以取大一些。本次設(shè)計(jì)取 2 ? ??。 （ 2） 求葉片出口排擠系數(shù)，需要確定葉片厚度 2? ，軸面截線與軸面流線的夾角取 2 90???。 （ 3）第一次精確計(jì)算葉輪外徑 ， 按照初定尺寸畫出軸面投影后計(jì)算 。 葉片出口排擠系數(shù)： 2222 c o t 6 4 c o t 2 2 . 51 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 9 3 3s in 3 . 1 4 2 9 8 s in 9 0Z D??? ?? ??? ? ? ? ? ? ? 理論揚(yáng)程： 20 220 .9 1ThHHm?? ? ? 修正系數(shù)： 2 2 2 . 5(1 ) 0 . 8 (1 ) 1 . 16 0 6 0??? ?? ? ? ? ? ??? 其中 ~ ? ? 取 ?? 10 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 靜矩： 212 2 2 2202111( ) [ ( ) ( ) ]2 2 2 2rii r DDS S R r d r r r? ? ? ? ? ? ?? ? 2 3 2 3 21 ( 1 4 5 .5 1 0 9 6 1 0 ) 0 .0 0 5 9 82 m??? ? ? ? ? 葉片修正系數(shù)： 2 3 22 (1 4 5 . 5 1 0 )1 . 1 0 . 6 4 96 0 . 0 0 5 9 8rP ZS? ??? ? ? ?? 無(wú)窮葉片理論揚(yáng)程： ( 1 ) ( 1 49) 22 36TTH P H m? ? ? ? ? ? ? 在每次計(jì)算中都可以認(rèn)為 ?TH 不變。 出口軸面速度： 2 2 2 2 0 . 1 1 1 2 . 8 9 6 m /s3 . 1 4 0 . 2 9 1 0 . 0 4 6 0 . 9 3 1 0 . 9 8m vQv Db? ? ?? ? ?? ? ? ? 出口圓周速度： 222222( ) 2 2 . 6 /2 ta n 2 ta nmm Tvvu g H m s?? ?? ? ? ? 出口直徑： 22 6 0 6 0 2 2 .6 0 .2 9 83 .1 4 1 4 5 0uDmn? ?? ? ?? 與 初 定 的 值 2 291D mm? 相差超過(guò) 2% ， 進(jìn)行第二次精 算 。 （ 4）第二次精確計(jì)算葉輪外徑 葉片出口排擠系數(shù)： 2222 c o t 6 4 c o t 2 2 . 51 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 9 3 3s in 3 . 1 4 2 9 8 s in 9 0Z D??? ?? ??? ? ? ? ? ? ? 出口軸面速度： 2 2 2 2 0 . 1 1 1 2 . 8 2 2 m /s3 . 1 4 0 . 2 9 8 0 . 0 4 6 0 . 9 3 3 0 . 9 8m vQv Db? ? ?? ? ?? ? ? ? 出口圓周速度： 222222( ) 2 2 . 5 /2 ta n 2 ta nmm Tvvu g H m s?? ?? ? ? ? 11 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 出口直徑： 22 6 0 6 0 2 2 .5 0 .2 9 63 .1 4 1 4 5 0uDmn? ?? ? ?? 與假定值 298mm 相差小于 2% ，故可取 2 298D mm? 為精確的葉輪外徑。 葉 輪 的繪型 葉輪是影響離心泵性能的主要零件。因此，準(zhǔn)確的繪 型 是保證葉片形狀的必要前 提 。 葉輪全部幾何參數(shù)確定后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)這些確定的尺寸完成葉片繪 型 ，為此應(yīng)首先繪制葉輪軸面投影圖。 畫圖時(shí)，最好選擇 sn 相近，性能良好的葉輪圖作為參考 ， 考慮泵的設(shè)計(jì)的具體情況加以改進(jìn)。軸面投影圖的形狀，十分關(guān)鍵，應(yīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)修改，力求光滑順暢。同時(shí)，應(yīng)考慮到： (1)前后蓋板出口保持一段平行或?qū)ΨQ變化； (2)流道彎曲不應(yīng)過(guò)急，在軸向結(jié)構(gòu)允許的情況下，以采 取較大的曲率半徑為宜。設(shè)計(jì)時(shí)參考性能較好的相同比轉(zhuǎn)速葉輪軸面投影圖形狀來(lái)繪制。 葉輪軸面投影圖的繪制 軸面投影圖繪制的已知控制尺寸只有四個(gè)：葉輪半徑 ，葉輪進(jìn)口直徑 ， 葉輪出口寬度和輪轂直徑，所繪軸面投影圖應(yīng)當(dāng)滿足這四個(gè)已知尺寸。繪制低比轉(zhuǎn)速葉輪軸面投影圖時(shí)，應(yīng)注意以下 問(wèn)題 ： 軸面圖上，前后蓋板內(nèi)表面的投影在葉輪出口部分，在低比轉(zhuǎn)速葉輪中都是直線。為提高葉輪水力效率和保證圓柱形葉片進(jìn)口沖角不至太大，這兩條直線應(yīng)對(duì)稱布置。 葉輪流道寬暢一些，有利于減少葉輪的水流速度，降低水力損失，也有利于增強(qiáng)葉輪抗 氣蝕性能，保證有少量氣泡出現(xiàn)后泵的外特性不致迅速變化。前蓋板以一段圓弧過(guò)渡兩直線，該圓弧應(yīng)于兩直線相切。在泵的軸向尺寸要求不嚴(yán)格時(shí)，可取大一些。后蓋板流線下部一半也以一段圓弧構(gòu)成，此圓弧 與 直線相切，也應(yīng)與 1/2 的水平線相切 （對(duì)于軸不穿越葉輪吸入口的葉輪，水平線指葉輪軸心線，這時(shí)并不強(qiáng)求圓弧 與 軸心線一定相切） ， 比值一般在 ～ 2 這一范圍內(nèi)。必要時(shí)，過(guò)渡圓弧也可以用兩相切圓弧構(gòu)成。 檢查軸面流道過(guò)水?dāng)嗝孀兓闆r 軸面投影圖畫出之后，必須檢查流道面積變化是否合理 ，如圖 21。如果流道面積無(wú)規(guī)律變化，則 會(huì) 產(chǎn)生局部漩渦，增大損失。 12 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 21 軸面液流過(guò)水?dāng)嗝? 檢查步驟如下： （ 1） 在周面投影圖流道內(nèi)作 6～ 10 個(gè)內(nèi)切圓。內(nèi)切圓個(gè)數(shù)越多，檢查精度越高，但是工作量也越大。將這些內(nèi)切圓圓心用光滑的曲線連接起來(lái)，便是葉輪流道中心線。 （ 2） 依次量出各計(jì)算點(diǎn)過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€與 流道中線交點(diǎn)到葉輪進(jìn)口中點(diǎn)的曲線距離， 并分別按上述方法計(jì)算出面積 ，流道中線如圖 22 所示。 （ 3） 連接相應(yīng)的圓心 與 前后蓋板的切點(diǎn)，如 下 圖中三角 AOB ， 將三角形中垂線 OD 分為三等分，分點(diǎn)為 E 和 C 。過(guò) E 點(diǎn)且和軸面流線相垂直的曲線 AEB 是過(guò)水?dāng)嗝娴男纬删€，其長(zhǎng)度 b 可得。過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€的重心近似認(rèn)為和三角形 AOB 的重心重合（ C 點(diǎn)），重心半徑為 cR 。 設(shè) 曲線 AEB 長(zhǎng) 為 b， 曲線 AEB 繞葉輪軸心線 旋轉(zhuǎn) 一周所得 的軸面液流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e可用 F 來(lái) 計(jì)算 。依次量出各計(jì)算點(diǎn) 過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€與 流道中線交點(diǎn)到葉輪進(jìn)口中點(diǎn)的曲線距離， 并分別按上述方法計(jì)算出 面積 。 圖 22 流道中線圖 13 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 各過(guò)流斷 面的面積 F 計(jì)算出后，可用縱坐標(biāo)表示過(guò)流斷面面積 F ，用橫坐標(biāo)表示流道中線長(zhǎng)度 L ，做出 F 值隨 L 變化的 FL? 曲線，以觀察 iF 沿流道的變化情況 ， 如表 22 所示： 表 22 FL 曲線計(jì)算表 序號(hào) ciR (mm) b (mm) 2i ciF R b?? 2()mm iL (mm) 1 48 98 28938 0 2 60 83 31274 53 3 88 63 34816 92 4 112 53 37278 119 5 131 49 40311 139 6 149 46 43043 158 由此表 畫出 FL? 曲線，如圖 23所示： 圖 23 FL 曲線 一般來(lái)說(shuō)，如 FL? 曲線為直線或者接近直線的光滑曲線，則葉輪軸面投影圖就是合理的。 作中間流線圖 一元理論假設(shè)流動(dòng)是對(duì)稱的，即每個(gè)軸面上的流動(dòng)是相同的。在同一過(guò)流斷面上軸面速度相等，做流線就是將每一個(gè)過(guò)流斷面分成幾個(gè)面積相等的單元面積。反映在軸面投影圖上就是這些流線將過(guò)流斷面形 成線分成若干小段，而每段長(zhǎng)度 14 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 和其形心道葉輪軸心線距離與 2? 的乘積相等。 三條流線將過(guò)流斷面形成線分成兩部分 1b ， 2b ，而 1b ， 2b 形心到軸心線距離分別為 1bR ， 2bR 。得： ?2 1bR 1b =?2 2bR 2b 或 1bR 1b = 2bR 2b 。 作中間流線時(shí)可以隨手勾畫出流線的形狀，然后進(jìn)行驗(yàn)算。在同一過(guò)流斷面上分成的每一單 元過(guò)流斷面面積都相等。否則，重新修改流線形狀，直到面積相等為止。 當(dāng)過(guò)流斷面形成線被分成幾部分后，這些小段曲線與直 線相近，檢查時(shí)可以近似的取每一小段弧線的中心點(diǎn)作為該小段的形心 。在作中間流線過(guò)程中，要想在同一過(guò)流斷面上分成幾個(gè)絕對(duì)相等的面積是可能的，但是這樣工作量太大，因此在作中間流線過(guò)程中，允許在同一過(guò)流斷面上分成若干個(gè)有一定誤差的斷面。一般允許誤差不得超過(guò)在同一過(guò)流斷面上各小段面積的平均值的 3% 。 表 23 劃分中間流線面積檢查計(jì)算表 過(guò)水?dāng)嗝? 流道 b r rb? ()avrb? 誤差 1 01 2298 % 12 2301 % 2 01 60 2328 % 12 2343 % 3 01 2750 % 12 2741 % 4 01 2951 2927 % 12 2903 % 5 01 3158 % 12 3147 % 6 0— 1 23 3418 3418 0 12 23 3418 0 最后根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)得 如圖 24 所示。 15 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 24 中間流線的劃分 軸面流線是軸面和流面的交線，也就是葉片和流面交線的面投影；一條軸面流線繞軸旋轉(zhuǎn)一周形成的回轉(zhuǎn)面是一個(gè)流面。因而，要分流面就是將每一過(guò)流斷面分成幾個(gè)面 積相等的單元面積，反映在軸面投影圖上就是將過(guò)流斷面分成若干小段， 按每個(gè)圓環(huán)面積相等確定分點(diǎn) 。 葉片進(jìn)口 安放角的選擇和計(jì)算 （ 1） 葉片進(jìn)口邊的確定 在畫出葉輪軸面投影圖之后，應(yīng)在圖中畫出葉片進(jìn)口邊，進(jìn)口邊的位置對(duì)葉輪的汽蝕性能關(guān)系密切，葉片進(jìn)口邊的形狀也對(duì)汽蝕初生有直接的影響。適當(dāng)向葉片入口延伸，有利 于提高葉輪抗汽蝕性能。進(jìn)口邊各點(diǎn)葉片安放角相差不大，實(shí)際葉片進(jìn)口邊都置于同一軸面內(nèi)。在葉片軸面投影圖上繪制葉片進(jìn)口邊時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：進(jìn)口邊與前后蓋板輪轂線的夾角不要太小， A、 B兩點(diǎn)的高度差不要太大，且過(guò) A、 B兩點(diǎn)的直線與軸心線夾角一般在 20 ~40??內(nèi)。 本次設(shè)計(jì) 葉片進(jìn)口邊的確定如 圖 25所示。 圖 25 葉片進(jìn)口邊的確定 16 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 2） 進(jìn)口安放角的確定 葉片進(jìn)口角，通常取之大于液流角，即 12??? ，其