【正文】 角，可以求得相應(yīng)的半徑來從而可作出這條對(duì)數(shù)螺旋線來。 壓水室的形狀，應(yīng)當(dāng)按照符合這種規(guī)律來設(shè)計(jì)。葉片式 壓水室一般可以單獨(dú)制造，并可以進(jìn)行機(jī)械加工，但水力方面不如螺旋型 壓水 室理 25 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 想。 （ 3）降低液流速度，使速度能轉(zhuǎn)換成壓能。螺旋形壓水室具有適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，高效區(qū)寬的優(yōu)點(diǎn)，其主要不足是過流內(nèi)表面難以機(jī)械加工。 根據(jù)泵的用途不同，泵的壓水室有不同的結(jié)構(gòu)形式，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪中的來流，將水流送到泵出口或下一級(jí)葉輪入口；水流在葉輪出口處絕對(duì)速度比較大，在低比轉(zhuǎn)速葉輪中尤其是這樣，水流在壓水室出口的平均速度將顯著下降，這種將水流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。一般不引入相對(duì)速度來研究其流動(dòng)。同理：可作出其它各條模型截線。他們與葉片的入口和出口邊在平面 圖 上投影。本此設(shè)計(jì)的葉輪為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，直線 11， 22…… 是 等距離的，但也 可以不是等距離。沿軸面流線方向的軸面厚度 mS 按照下式計(jì)算： 221 ta n c o tc o sm SS ? ? ??? ? ? ? 圖 27 流面展開方格網(wǎng)和葉片厚度變化規(guī)律 繪制葉片木模圖 繪制步驟： 22 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 1） 在葉片的軸面裁剪圖上，做垂直于葉輪的垂線 11， 22…… 這些垂線實(shí)際上就是一些垂直于葉輪軸心線的平面，通常稱為割面或者等高面。軸面截線應(yīng)該光滑，按照一定的規(guī)律變化， 軸面截線和流線的夾角 ? 最好接近 90? ，一 般 不要小于 60? 。 進(jìn)口邊在方格網(wǎng)中位于同一豎線上，進(jìn)口邊的三點(diǎn)位于同一條 0豎線上，表示進(jìn)口邊位于同一軸面上，一般離心泵進(jìn)出口邊都位于同一軸面上。流線在方格網(wǎng)上的位置應(yīng)該與相應(yīng)軸面流線分點(diǎn)序號(hào)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)流線平行軸線時(shí)， u? 不變，用對(duì)應(yīng)的 s? 截取流線即可， 各流線用相同的 ?? 分點(diǎn)。這兩條射線表示夾角為 ?? 的兩個(gè)軸面。如果算得的等于預(yù)先取的，則分點(diǎn)是正確的。因?yàn)榱髅婵梢杂幂S面圖和平面圖表示，因此，分點(diǎn)在軸面圖上沿以條流線（相當(dāng)于一個(gè)流面）進(jìn)行?？梢栽O(shè)想把流面展開成圓柱 面，然后把圓柱面沿母線切開，展開成平面。 所謂保角變換，顧名思義，就是保證空間上流線與圓周方向的角度不變的變換。 繪型原理：在一流面上，其上有一條流線。 19 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 葉片 繪型 所謂葉片繪型就是畫葉片。 ? ?? C流線葉片進(jìn)口沖角： 1 1 1 39。 8mBBBvtg u? ? ? ? 1 39。 2 8 2 6 39。 2 7 .1 8 2 7 1 1 39。葉片進(jìn)口邊向吸入口方向適當(dāng)延伸，以提高葉輪的抗汽蝕性能，并能使泵性能曲線上出現(xiàn)駝峰的可能性減小，并要求所做的進(jìn)口邊應(yīng)使前后蓋板的長度不能相差太大，否 則容易產(chǎn)生二此回流。 計(jì)算出口速度 出口圓周速度： 22 3. 14 0. 29 8 14 50 22 .6 2 m /s60 60Dnu ? ??? ? ? 出口軸面 排擠系數(shù)： 222022 2c o t 6 4 c o t 2 2 . 51 ( ) 1 1 ( ) 0 . 9 3 3s i n 21 9 8 3 . 1 4 s i n 9 0ZD ?? ??? ??? ? ? ? ? ??? 出口軸面速度： 2 2 2 2 11 22 m / 8 98 46 4 33m v Qv Db? ??? ? ?? ? ? ? 出口圓周分速度： 2 2 9 .8 2 2 9 .5 3 /2 2 .6 2Tu gHv m su ?? ? ? 17 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 無窮葉片出口圓周分速度： 2 2 36 15 .6 m /s22 .62Tu gHv u ?? ?? ? ? 葉片進(jìn)口圓周速度： 11 3 .1 4 0 .0 9 8 1 4 5 0 7 .4 4 ( / )6 0 6 0aa Dnu m s? ??? ? ? 11 3. 14 0. 08 4 14 50 6. 38 ( / )60 60bb Dnu m s? ??? ? ? 11 3. 14 0. 06 8 14 50 5. 16 ( / )60 60cc Dnu m s? ??? ? ? 作葉片進(jìn)口邊并計(jì)算葉片進(jìn)口速度 葉片進(jìn)口邊在平面上的投影在 同 一個(gè)軸面上的為好。進(jìn)口邊與三條流線的交點(diǎn) a 、 b 、 c 三點(diǎn)的過水?dāng)嗝娌煌? ② 用正沖角，在設(shè)計(jì)流量下，液體在葉片進(jìn)口背面產(chǎn)生脫流。 圖 25 葉片進(jìn)口邊的確定 16 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 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??? ，其正沖角 21 ??? ??? 。適當(dāng)向葉片入口延伸，有利 于提高葉輪抗汽蝕性能。 表 23 劃分中間流線面積檢查計(jì)算表 過水?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。否則，重新修改流線形狀，直到面積相等為止。 三條流線將過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 。 圖 22 流道中線圖 13 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 各過流斷 面的面積 F 計(jì)算出后，可用縱坐標(biāo)表示過流斷面面積 F ，用橫坐標(biāo)表示流道中線長度 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 Rb?? 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 一般來說，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。過 E 點(diǎn)且和軸面流線相垂直的曲線 AEB 是過水?dāng)嗝娴男纬删€，其長度 b 可得。內(nèi)切圓個(gè)數(shù)越多，檢查精度越高，但是工作量也越大。必要時(shí)，過渡圓弧也可以用兩相切圓弧構(gòu)成。 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。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繪制。 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。 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 t a n 2 t a nmm Tvvu g H m s?? ?? ? ? ? 出口直徑： 22 60 60 1450uDmn? ?? ? ?? 與 初 定 的 值 2 291D mm? 相差超過 2% ， 進(jìn)行第二次精 算 。本次設(shè)計(jì)取 2 ? ??。實(shí)踐證明，精確計(jì)算的數(shù)值是基本可靠的。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)。 表 21 sn 30～ 45 45～ 60 60～ 120 120～ 300 Z 8～ 10 7～ 8 6～ 7 4～ 6 泵 效率 的 選擇與計(jì)算 先分別計(jì)算或估算水力效率 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? 。 由葉輪出口速度三角形 222 2 2muv v v?? 葉輪出口軸面速度和圓周分速度 2uv 均與葉輪外徑 有 關(guān)，現(xiàn)將 2v 表示為 22()Du的函數(shù)，由基本方程式 2 2u hgHv u?? 推出 2D 的計(jì)算公式 并計(jì)算出具體的數(shù)值 為： 1 / 2 1 / 22 1869. 35 ( ) 9. 35 ( ) 6. 84 710 0 10 0sD nk ??? ? ? ? 3322 0 . 1 1 16 . 8 4 7 0 . 2 9 0 81450D QD k mn? ? ? ? 取 2 291D mm? 。可見影響泵的揚(yáng)程的幾個(gè)參數(shù)之間互為影響。 決定葉輪 內(nèi) 水力損失的 速度 是相對(duì)速度的大小和變化，所以應(yīng) 當(dāng) 考慮泵進(jìn)口對(duì) 相對(duì)速度的影響，通常在葉輪流道中相對(duì)速度 是 擴(kuò)散的，即 1w ＞ 2w 。 葉輪的主要參數(shù)的選擇和計(jì)算 葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進(jìn)口直徑 1D 、 進(jìn)口 當(dāng)量 直徑 0D 、葉輪輪轂直徑 hd 、葉片進(jìn)口安放角 1? 、葉輪出口直徑 2D 、葉輪出口寬度 2b 、葉片出口角 2? 和葉片數(shù)Z。 1451 N P SHn Q ?? ? ??min)/(r 經(jīng)驗(yàn)算可知， 轉(zhuǎn)速 1450( / min)nr? 小于汽蝕允許轉(zhuǎn)速， 符合要求。對(duì)于 一 定 C 值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則 rNPSH 將 增大 ， 當(dāng)該值大于 所 提供 的 裝置汽蝕余量 aNPSH 時(shí)， 就會(huì) 發(fā)生汽蝕。 泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 和 結(jié)構(gòu)方案的確定 給定 的數(shù)據(jù)和要求 （ 1） 泵的型號(hào)： IS200— 150— 250 （ 2） 流量 ： 334 0 0 / 0 .1 1 1 /Q m h m s?? （ 3） 效率： 79%?? 。 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)給定設(shè)計(jì)參數(shù)完成 IS200150250 型離心泵水力 及 和 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成泵總裝圖的繪制。利用數(shù)字積分法，根據(jù) 蝸殼內(nèi)速度矩守恒，確定出蝸殼八個(gè)斷面參數(shù)，并進(jìn)行繪形。確定出葉輪的幾何參數(shù)，繪制并檢查葉輪軸面投影圖，采用方格網(wǎng)保角變換法完成扭曲形葉片繪形。近年來，在農(nóng)田水利建設(shè)和 石油化學(xué) 等 工業(yè) 部門的迅猛發(fā)展中 ，對(duì)離心泵的需求越來越大。 5 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ２ 葉輪的 水力設(shè)計(jì) 葉輪是 泵的核心部分， 泵 的性能、效率、抗空蝕能力、特性曲線的形狀，都與葉輪的水力設(shè)計(jì)有 緊密的 關(guān)系。 汽 蝕 驗(yàn) 算 汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù) 3 4 1207()rnQCNP SH?? 可知，轉(zhuǎn)速 n 、 汽蝕基本參數(shù) rNPSH 和 C 這三個(gè)參數(shù)之間 有確定的關(guān)系，如得不到滿足， 將 產(chǎn)生汽蝕。 6 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 汽蝕允許轉(zhuǎn)速： 3/ 4 3/ 4( ) 1207 39。 本次設(shè)計(jì)選用單級(jí)單吸式的水力方案。實(shí)踐證明：泵在相應(yīng)增加進(jìn)口 0v 很廣的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能保持水力效率不變，所以如果設(shè)計(jì)的泵對(duì)抗汽蝕性能要求不 高 ，可以選較小 的 1D 以減少葉輪密封環(huán)的泄漏量，以提高容積效率。另外，影響泵揚(yáng)程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也 與 2D 和 2? 及葉片數(shù)等參數(shù)有關(guān)。為了減少壓水室的水力損失，應(yīng)當(dāng)減小葉輪出口的絕對(duì)速度，因此，我們 把 在滿足設(shè)計(jì)參數(shù)下使葉輪出口絕對(duì)速度最 小作為確定 2D 的出發(fā)點(diǎn)。 參考 [1]P108， 葉片數(shù)按比轉(zhuǎn)速選擇（表 21） ， 取 6Z? 。在壓力差的作用下，有一部分水流流出葉輪后，又經(jīng)過前泵腔和葉輪進(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)過程中全部不可逆的轉(zhuǎn)化為 熱能，形成一種能量損失。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。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。 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 i n 3 . 1 4 2 9 8 s i n 9 0Z D??? ?? ??