【正文】 連線和出口邊與圓心連線間的夾角，如附錄 C圖 27所示。對(duì)大泵應(yīng) 適當(dāng)增加葉片厚度，以使葉片有足夠的剛度。 但如果正沖角 ?? 超過 20 ，將引起效率的下降。 （ 2）取正沖角后，葉片入口處排擠系數(shù) 1? 減小了，即增大了葉片入 口面積，改善了液體流動(dòng)情況，可以略為提高泵的汽蝕性能。1?1?S1l葉片骨線液流方向 圖 25 葉片入口安放角 圖 26 葉片的沖角 Leaf slice the entrance put cape The blunt cape of leaf39。假定液體是無旋流入葉輪內(nèi)，則由速度三角形可知： 39。s round of flow a length leaf39。 在葉片包角不變的情況下，葉片數(shù)減少時(shí)，每個(gè)葉片的負(fù)荷增加，對(duì)液體導(dǎo)流作用降低，泵揚(yáng)程也要下降。Qb D??? （ 25） 離心泵葉輪入口尺寸 0D ， 1D 和 1b 除影響泵的性能和效率外，對(duì)泵的抗汽蝕性能影響離心式水泵葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 很大。 2）確定葉片入口邊直徑 1D 在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓的圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片入口邊直徑 1D ， 如附錄 C 中圖 22 所示。） 計(jì)算。Q 可按下式計(jì)算： 39。Q 為通過葉輪的流量， 39。 002K gH?? ? （ 22） 式中 0K? —— 葉輪入口速度系數(shù)，可以從圖 21 中選取， H—— 單級(jí)揚(yáng)程（米）。設(shè)計(jì)時(shí)按 sn 選取速度系數(shù)，作為計(jì)算葉輪 尺寸的依據(jù)，這樣的設(shè)計(jì)方法就叫速度系數(shù)設(shè)計(jì)法。 令 2222 m umu KgH ? 則 離心式水泵葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 222p u pu K gH? 式中 2uK —— 速度系數(shù)。因此，在采用相似設(shè)計(jì)法時(shí)，必須結(jié)合模型實(shí)驗(yàn)，不斷分析和改進(jìn)原有模型不足之處，才能逐步提高產(chǎn)品水平。液體從旋轉(zhuǎn)著的葉輪里向外的流動(dòng)稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其速度稱為相對(duì)速度，用 ? 表示。 離心式水泵葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 葉輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 在葉輪設(shè)計(jì)過程中對(duì)泵的性能影響較大的參數(shù)主要有：葉輪進(jìn)、出口直徑 0D 和 2D ，葉片的進(jìn)、出口寬度 1b 、 2b ， 葉片的進(jìn)、出口安裝角 1? 、 2? 等 6 個(gè) 參數(shù)。 后蓋板輪轂后蓋板葉片葉片輪轂前蓋板 a ) b ) 圖 11 離心泵的葉輪 a） 閉式葉輪 b） 半開式葉輪 Leave leaf39。 葉輪 葉輪是離心泵最主要的零部件，葉輪是將來自原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體的零件，液體流經(jīng)葉輪后能量增加。 最后，通過建立數(shù)字模型對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般，把零件抵抗變形的能力叫做剛度，把零件抵抗破壞的能力叫強(qiáng)度。所以把對(duì)離心泵葉輪的優(yōu)化作為本文研究內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的飛速發(fā)展， CFD(計(jì)算流體力學(xué) )對(duì)離心泵流場(chǎng)分析結(jié)果的可信度逐增強(qiáng)，其分析結(jié)果運(yùn)用于工 程實(shí)踐是可靠的。以前，泵只用來輸送常溫清水，所以常把泵稱為水泵。 農(nóng)業(yè)的灌溉和排澇，城市的給水和排水都需要泵。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 勞動(dòng)人民在與自然界的斗爭(zhēng)中創(chuàng)造了最原始的提水工具，如水車、轆轤等，這些就是水泵的雛形。在工業(yè)的各個(gè)部門中，泵更是不可缺少的設(shè)備。但是，現(xiàn)在這個(gè)概念已經(jīng)不十分確切了。本文在總結(jié)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的優(yōu)缺點(diǎn)后，引出現(xiàn)代運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算理論的離心 式水 泵 的葉輪結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)方法， 即速度系數(shù)設(shè)計(jì)法。 本文主要對(duì)離心式水泵的葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先弄清離心泵工作性能的主要參數(shù)，需要設(shè)計(jì)葉輪結(jié)構(gòu)的各部分尺寸， 在葉輪設(shè)計(jì)過程中對(duì)泵的性能影響較大的參數(shù)主要有：葉輪進(jìn)、出口直徑 0D 和 2D ， 葉片的進(jìn)、出口寬度 1b 、 2b ， 葉片的進(jìn)、出口安裝角 1? 、 2? 等6 個(gè) 參數(shù)。所以，在設(shè)計(jì)離心泵葉輪時(shí)，應(yīng)使零件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵運(yùn)行的可靠性和壽命。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1 離心泵葉輪結(jié)構(gòu) 葉輪機(jī)械主要的能量轉(zhuǎn)換是在葉輪中完成的，因此設(shè)計(jì)高效率 的葉輪對(duì)離心泵的節(jié)能降耗有重要意義。葉輪一般由前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。s round of heart pump a) Shut type leaf round b) The half open type leaf39。所以合理設(shè)計(jì)這些參數(shù)非常重要。液體相對(duì)于泵體的運(yùn)動(dòng)稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，其速度稱為絕對(duì)速度，用 ? 表示。所以，綜合考慮采用速度系數(shù)設(shè)計(jì)法是比較合理的。 相似泵（即比轉(zhuǎn)數(shù)相等的泵）的速度系數(shù)是相等的。 用速度系數(shù)法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)， 雖然設(shè)計(jì)計(jì)算比較方便，但是產(chǎn)品只能保持原有的水平。 對(duì)于懸臂式離心泵的葉輪，入口直徑 0D （米）可以由水力學(xué)公式求得： 39。Q 大于設(shè)計(jì)流量 Q ，因?yàn)橥ㄟ^葉輪的流量 39。 ??? 式中 ?? —— 泵的容積效率，可按附錄 C 圖 中 23選取。 對(duì)分段式多級(jí)泵第一級(jí)葉輪，一般略為加大葉輪入口直徑，以減低液體進(jìn)入葉輪的流速，提高泵的抗汽蝕性能。 葉片入口邊直徑 1D 一般可按比轉(zhuǎn)數(shù) sn 確定： sn =40 100 則 10DD? （一般入口邊平行于軸心線；對(duì)流量較小的泵，可取 10DD? ；對(duì)流量較大的泵，也可將入口邊伸向吸入口，但是應(yīng)注意鑄造造型的工藝性）。 5）確定葉片入口處圓周速度 1u 1u 可按下式確定： 11 60Dnu ?? （ 26） 6）確定葉片數(shù) Z 現(xiàn)在尚無確定葉片數(shù)的準(zhǔn)確方法，對(duì) 60 250sn ? 的泵，一般取 6 片； 對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可以取 9片，但應(yīng)注意勿使入口流道堵塞；對(duì)高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可以取 45片。有些比轉(zhuǎn)數(shù)較低的泵，采取長短葉片間隔安放的形式，如圖 24 所示。s slice 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 7）確定葉片入口軸面速度 1m? 1m? 可按下式確定： 1 1 1m? ??? （ 28） 式中 1? —— 葉片入口排擠系數(shù) 在設(shè)計(jì)離心泵時(shí)先選取排擠系數(shù) 1? 進(jìn)行試算，待葉片厚度和葉片入口安放角確定后，再來校核 1? 值。 11 1mtg u?? ? （ 29） 式中 39。s slice 離心式水泵葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 葉輪入口處的葉片安放角比相對(duì)速度液流角增大了一個(gè)角度，這個(gè)角度叫做沖角， 以?? 表示，葉片入口安放角 1? 為： 39。 對(duì)錐形管吸入室的泵來說，液體進(jìn)入葉輪前，預(yù)旋較小，但對(duì)半螺旋形吸入室來說，預(yù)旋就比較大，所以選取沖角時(shí)還要考慮吸入室結(jié)構(gòu)形式的影響。如果取負(fù)沖角，則泵的抗汽蝕性能 要明顯地惡化。 10）計(jì)算葉片排擠系數(shù) 1? 葉片排擠系數(shù) 1? 是葉片厚度對(duì)流道入口過流斷面面積影響的系數(shù)。包角越大、葉片間流道越長，則葉片單位長度負(fù)荷越小、流道擴(kuò)散程度越小，有利于葉片與流道的能量交換。 12）確定葉輪外徑 2D 2D 可以通過葉輪出口圓周速度 2u 求得， 2u 可按下式計(jì)算： 22 2uu K gH? （ 214） 式中 2uK—— 葉輪出口圓周速度系數(shù)，可從圖 21中選取。 2D 39。 2D 39。 39。葉片出口安放角 2? 對(duì)性能曲線形狀（圖 29所示）、葉輪流道形狀和泵的揚(yáng)程影響較大，故在決定 2? 時(shí)應(yīng)該仔細(xì)。2 2 2 2()mQb DZ? ? ?? ? （ 217） 式中 2? —— 葉片出口處圓周方向厚度（米）。一般認(rèn)為葉輪各流道中流過的流量相等，故如果堵塞 1/3流道， 2b 可增寬 50%左右。 2β 2 圖 210 葉輪出口速度三角形 Leaf the round export speed triangle 2?2? 圖 211 葉輪出口排擠 Leaf the round export discriminate against 15）確定葉輪出口絕對(duì)速度與圓周速 度的夾角 2? 由圖 210可知，在葉輪葉片無窮多時(shí)，液體流出葉輪的方向?yàn)椋? 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 222mutg?? ??? 由圖 210知 2222mu u tg?? ?? ?? 代入上式，得： 22222mmtg utg?? ??? ? 1 22 222mmtg utg?? ????? （ 219） 在有限葉片 時(shí)，液體實(shí)際流出角為 39。但是，在葉輪的這些參數(shù)中，哪些是影響離心泵性能的主要因素呢？實(shí)踐證明，0D 、 1D 、 1b 對(duì)離心泵汽蝕性能影響較大， 2b 對(duì)離心泵流量影響較 大， 2D 、 2? 對(duì)水泵揚(yáng)程的影響較大， 2? 對(duì)泵性能曲線形狀影響較大。 葉輪結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知設(shè)計(jì)參數(shù)為 Q=90 3/mh、 H=80m、 maxsH =， 70 80%?? ，以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，輸送常溫清水，由這些參數(shù)設(shè)計(jì)一臺(tái)單吸單級(jí)離心泵葉輪結(jié)構(gòu)。 表 22 單吸單級(jí)泵的 minh? 和 c值 Lists absorb single pump of minh? be worth with c 吸入口徑（ mm） 40 50 65 60 100 150 200 設(shè)計(jì)流量（ 3/mh） 25 50 100 180 300 轉(zhuǎn) 速（ r/min） 2950 2950 2950 2950 2950 1480 2950 1480 2950 汽蝕余量minh? （ m） 汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)c 348 450 610 775 980 660 1190 810 1330 4）結(jié)構(gòu)方案的選擇： 3/ nQn H? 3 / 43 .6 5 2 9 5 0 9 0 / 3 6 0 080??? = 由附錄 C 圖 213 知，這樣的比轉(zhuǎn)數(shù)是有可能達(dá)到預(yù)定效率的。 M 30? 3 的細(xì)牙螺紋的底徑為 28? ，聯(lián)軸器的定位凸臺(tái)有 左右是完全可以的。 葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 在設(shè)計(jì)離心泵的葉輪時(shí)，因?yàn)橐紤]到泵的汽蝕性能，需要特殊設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下： 1）確定葉輪入口直徑 0D ：由于泵要求效率比較高，而單級(jí)泵入口已有一定的 壓力，故可將泵入口速度系數(shù)盡可能取得 高一些，由圖 21知，可取 0 ? ? ， 代入公式 （ 22） ，得葉輪入口速度 0? 為： 002K gH?? ? = 2 80??= /ms 由圖 23，取泵的容積效率 90%?? ? ，則通過葉輪的流量 39。 2）確定葉片入口邊直徑：取 10DD? ，得： 1 100D mm? 3）確定葉片入口邊絕對(duì)速度 1? ：取 ??? ，得： 4 5 /ms??? ? ? ? 離心式水泵葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4） 確定葉片入口寬度 1b ：代入公式（ 25），得： 1 1139。1u 為： 39。39。1? ，代入公式（ 29），得： 39。1948 和 39。 39。 9）確定葉片厚度：此處暫取葉片厚度 1 5S mm? ，在強(qiáng)度計(jì)算部分再核算葉片厚度。 12）確定葉輪外徑 2D ：由圖 21知，可取 2 ? ，代入公式（ 214），得： 22 2 0 .9 6 5 2 9 .8 8 0 3 8 .2 1 /uu K g H m s? ? ? ? ? ? 代入公式（ 215），得葉輪外徑 2D ： 22 60 6 0 3 8 . 2 1 0 . 2 53 . 1 4 2 9 5 0uDmn? ?? ? ?? =250 mm 葉輪直徑確定后應(yīng)校核葉片數(shù)，取系數(shù)為 ，代入公式（ 27），得： 21 .2 1 .2 2 5 6ZD? ? ? ? 此處計(jì)算的葉片數(shù)與上述選擇的相符。2 22 2