【正文】 以把葉輪蓋板簡化一個旋轉圓盤（即將葉片對葉輪蓋板的影響略去不計）。12）確定葉輪外徑：由圖21知，可取，代入公式（214），得：代入公式（215），得葉輪外徑：=250 葉輪直徑確定后應校核葉片數(shù)，代入公式（27），得：此處計算的葉片數(shù)與上述選擇的相符。取沖角，代入公式（210），可得葉片安放角：葉片入口邊與葉輪前、后蓋板相交處的葉片安放角分別為和。有計算知：裝聯(lián)軸器處的最小軸徑為；裝葉輪處的軸徑為；葉輪輪轂直徑為。表23 泵軸常用材料的許用切應力 The pump stalk in mon use materials slices in response to the dint材 料熱 處 理 要 求許用切應力[]（）用 途35正火處理一般單級泵45調質處理一般多級泵40Cr調質處理大功率高壓泵3Cr13調質處理耐腐蝕泵35CrMo調質處理在高溫下工作（t=200～400）取固定轉子部件的螺紋直徑。由表22可知，如果選用四極電機，要達到預定的是很困難的，故泵取=2950r/min。在這方面靈活性是較大的，或者說，目前這些參數(shù)之間尚未找到嚴格的關系，選取是否適當，在一定程度上取決于設計者的經驗。圖210 葉輪出口速度三角形 Leaf the round export speed triangle圖211 葉輪出口排擠 Leaf the round export discriminate against15）確定葉輪出口絕對速度與圓周速度的夾角由圖210可知，在葉輪葉片無窮多時，液體流出葉輪的方向為：由圖210知代入上式，得： （219）在有限葉片時，液體實際流出角為，由圖210可知 （220）由公式 知，由公式 可得：液流流出葉輪的絕對速度為：至此，葉輪繪型時需要的尺寸、角度等參數(shù)，已經計算完畢，這些參數(shù)都能影響水泵的性能。對低比轉數(shù)的泵來說，過小往往在結構上和鑄造上難以保證。14）確定葉輪出口寬度可以通過葉輪出口軸面速度確定，如圖210，可按下述公式計算： （216）式中 ——葉輪出口軸面速度系數(shù)，可按圖21選擇。葉輪出口圓周速度確定后，可按下式計算葉輪外徑： （215）的大小對泵的性能有明顯的影響，如圖28所示。如葉片的包角太小，則葉片與液體的摩擦損失增加，鑄造工藝性差，所以，包角大小應選取適當。它等于流道入口不考慮葉片厚度的過流面積與考慮葉片厚度過流面積（即實際過流面積）之比值： （211）式中 ——葉片節(jié)距，（圖25）； ——葉片在圓周方向的厚度（圖25）。9）確定葉片厚度確定葉片厚度時應注意：對較小的泵，要考慮到鑄造的可能性。沖角對泵的抗汽蝕性能有一定影響。s slice葉輪入口處的葉片安放角比相對速度液流角增大了一個角度，這個角度叫做沖角，以表示，葉片入口安放角為： （210）一般沖角取，葉片入口安放角。在估算時，一般取，低比轉數(shù)的小泵去大值。這樣既保證了足夠的葉片數(shù)，又防止了葉輪流道入口的堵塞。此外，還可以用下列經驗公式進行估計： （27）式中 ——葉輪外徑，單位為厘米。葉片入口邊直徑一般可按比轉數(shù)確定：=40100 則（一般入口邊平行于軸心線；對流量較小的泵，可取；對流量較大的泵，也可將入口邊伸向吸入口，但是應注意鑄造造型的工藝性）。對分段式多級泵第一級葉輪，一般略為加大葉輪入口直徑，以減低液體進入葉輪的流速，提高泵的抗汽蝕性能。對于懸臂式離心泵的葉輪，入口直徑（米）可以由水力學公式求得：即： （23）上式中的為通過葉輪的流量，大于設計流量，因為通過葉輪的流量中有一部分經密封間隙返回葉輪入口處。用速度系數(shù)法進行產品設計時，雖然設計計算比較方便，但是產品只能保持原有的水平。相似泵（即比轉數(shù)相等的泵）的速度系數(shù)是相等的。所以，綜合考慮采用速度系數(shù)設計法是比較合理的。液體相對于泵體的運動稱為絕對運動，其速度稱為絕對速度，用表示。所以合理設計這些參數(shù)非常重要。s round of heart pump a) Shut type leaf round b) The half open type leaf39。葉輪一般由前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。1 離心泵葉輪結構葉輪機械主要的能量轉換是在葉輪中完成的，因此設計高效率的葉輪對離心泵的節(jié)能降耗有重要意義。所以，在設計離心泵葉輪時，應使零件具有足夠的強度和剛度，以提高泵運行的可靠性和壽命。本文主要對離心式水泵的葉輪結構進行設計，首先弄清離心泵工作性能的主要參數(shù)，需要設計葉輪結構的各部分尺寸，在葉輪設計過程中對泵的性能影響較大的參數(shù)主要有：葉輪進、出口直徑和，葉片的進、出口寬度、葉片的進、出口安裝角、等6個參數(shù)。本文在總結傳統(tǒng)設計理論的優(yōu)缺點后，引出現(xiàn)代運用計算機技術和數(shù)值計算理論的離心式水泵的葉輪結構設計方法，即速度系數(shù)設計法。但是，現(xiàn)在這個概念已經不十分確切了。在工業(yè)的各個部門中，泵更是不可缺少的設備。遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文）離心泵葉輪機械研究設計前言勞動人民在與自然界的斗爭中創(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。農業(yè)的灌溉和排澇，城市的給水和排水都需要泵。以前，泵只用來輸送常溫清水，所以常把泵稱為水泵。隨著計算機技術和數(shù)值計算方法的飛速發(fā)展，CFD(計算流體力學)對離心泵流場分析結果的可信度逐增強，其分析結果運用于工程實踐是可靠的。所以把對離心泵葉輪的優(yōu)化作為本文研究內容。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度。最后，通過建立數(shù)字模型對葉輪結構進行優(yōu)化設計。 葉輪葉輪是離心泵最主要的零部件，葉輪是將來自原動機的能量傳遞給液體的零件，液體流經葉輪后能量增加。 a ) b )圖11 離心泵的葉輪 a） 閉式葉輪 b） 半開式葉輪 Leave leaf39。 葉輪的主要設計參數(shù)在葉輪設計過程中對泵的性能影響較大的參數(shù)主要有：葉輪進、出口直徑和，葉片的進、出口寬度、葉片的進、出口安裝角、等6個參數(shù)。液體從旋轉著的葉輪里向外的流動稱為相對運動，其速度稱為相對速度，用表示。因此，在采用相似設計法時，必須結合模型實驗，不斷分析和改進原有模型不足之處，才能逐步提高產品水平。令 則式中 ——速度系數(shù)。設計時按選取速度系數(shù)，作為計算葉輪尺寸的依據(jù)，這樣的設計方法就叫速度系數(shù)設計法。 （22）式中 ——葉輪入口速度系數(shù)，可以從圖21中選取， H——單級揚程（米）。）計算。2）確定葉片入口邊直徑在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內切圓，內切圓的圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片入口邊直徑，如附錄C中圖22所示。5）確定葉片入口處圓周速度可按下式確定： （26）6）確定葉片數(shù)Z現(xiàn)在尚無確定葉片數(shù)的準確方法，對的泵，一般取6片；對低比轉數(shù)的泵可以取9片，但應注意勿使入口流道堵塞；對高比轉數(shù)的泵可以取片。有些比轉數(shù)較低的泵，采取長短葉片間隔安放的形式，如圖24所示。s slice7）確定葉片入口軸面速度可按下式確定： （28）式中 ——葉片入口排擠系數(shù)在設計離心泵時先選取排擠系數(shù)進行試算，待葉片厚度和葉片入口安放角確定后，再來校核值。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。對錐形管吸入室的泵來說，液體進入葉輪前，預旋較小，但對半螺旋形吸入室來說，預旋就比較大，所以選取沖角時還要考慮吸入室結構形式的影響。如果取負沖角，則泵的抗汽蝕性能要明顯地惡化。10）計算葉片排擠系數(shù)葉片排擠系數(shù)是葉片厚度對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，則葉片單位長度負荷越小、流道擴散程度越小，有利于葉片與流道的能量交換。12）確定葉輪外徑 可以通過葉輪出口圓周速度求得，可按下式計算： （214）式中 ——葉輪出口圓周速度系數(shù)，可從圖21中選取。葉片出口安放角對性能曲線形狀（圖29所示）、葉輪流道形狀和泵的揚程影響較大，故在決定時應該仔細?？砂聪率接嬎悖? （218）式中 ——葉輪出口處葉片真實厚度（嚴格地說是流面上厚度），如圖211所示。堵塞的流道應當對稱，以免由不平衡而引起泵振動。這些參數(shù)如果選得協(xié)調，就能得到滿意的結果。表21 泵的吸入口徑、流速和流量的關系 Inhalation caliber, current velocity and relate to of discharge of pump吸入口徑（mm）40506580100150200250300400單流速 （m/s）——級流量 （）2550100180300500——多流速 （m/s）3級流量 （）25468515528045072015002）求：取=1 ，=1000 ，由附錄C中圖212取，得：由公式 =3）確定轉速n：代入公式 得：=如果選用兩極電機，則=2950r/min，c=；如果選用四極電機，則=1480r/min，c=。5）軸徑的初步計算：根據(jù)使用條件，參考附錄D，取泵軸為35號鋼，泵軸的初步計算過程：解：參考圖213，取泵的效率為=72%按公式 計算泵的軸功率=泵的計算功率可按公式 取=40參考表23，取35號鋼許用切應力[]為450，按公式 和計算，泵軸所轉遞的扭矩為： =300泵的最小軸徑為：= = 取標準尺寸，d=25mm。葉輪輪轂直徑可按公式計算，取系數(shù)=，則。7）確定葉片入口軸面速度：取葉片入口排擠系數(shù)，代入公式（28），得：8）確定葉片入口安放角：首先確定液流角，代入公式（29），得：葉片入口邊與前、后蓋板相交處的液流角分別為和。11）確定葉片包角：暫取，在繪型時在根據(jù)具體情況作適當?shù)男薷摹?5）確定在有限葉片時液體出口速度與圓周速度的夾角：由 由圖210知， 由公式 知， 其中 取則由此，代入公式（220），得：液體流出葉輪的絕對速度為：3 葉輪強度計算葉輪強度計算可以分為計算葉輪蓋板強度、葉片強度和輪轂強度三部分，現(xiàn)分別計算如下： 葉輪蓋板強度計算離心泵不斷向高速化方向發(fā)展，泵轉速提高后，葉輪因離心力而產生的應力也隨之提高，當轉速超過一定數(shù)值后，就會導致葉輪破壞。計算過程如下：解：計算圓周方向應力，代入公式（31），得： 由表31知，故在時，葉輪蓋板是安全的，此時葉輪蓋板厚度由結構和工藝要求確定。葉片也不能選擇得太厚，葉片太厚要降低效率，惡化泵的汽蝕性能。 輪轂強度計算對一般離心泵，葉輪和軸是動配合。應小于葉輪和軸配合的最小公盈，即計算過程如下：解：代入公式（33），可得離心力所引起的