【正文】 大些。葉片出口安裝角對葉輪流道形狀和泵的效率影響很大。 本設(shè)計中 y2? 取 28176。 葉輪出口寬度2b 將泵相似理論 推出的表達(dá)式 3nqL VLK ??中的線性尺寸 L 和系數(shù) LK 分別以葉輪出口寬度 2b 和流量系數(shù) qK 代替，則出口寬度 2b 的計算式為： 3q2 nqb VK ?? （ 4— 19） 式中， qK —— 流量系數(shù) ， 采用統(tǒng)計分析離心泵水力模型，數(shù)值擬合出計算公式 ： 2ssq n0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 2 2 5 9 2 6 ???K （ 4— 20） 西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 14 0 3 8 0 7 .50 0 0 0 0 0 7 .50 0 0 1 3 2 2 5 9 2 6 2q ??????K 32 ??? 葉輪外徑 2D 確定后，葉輪出口寬度2b是影響泵流量的最主要因素之一 [5]。 西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 15 5 葉輪的 選擇及 繪型 葉輪選擇 離心泵內(nèi)廣泛采用圓柱形葉輪 ( 90ns ? )， 其優(yōu)點是工藝簡便，但效率和性能都比較差，在大流量、高壓頭、汽蝕性能要求高的情況下必須采用扭曲葉片的葉輪。 本 設(shè)計 泵比轉(zhuǎn)速 s ?? ，采用圓柱形葉輪。 葉輪進(jìn)出口結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后， 參考比轉(zhuǎn)速相等或相接近，且性能良好的模型作為繪制葉輪圖的依據(jù)。繪制葉輪時應(yīng)滿足下列諸要求： 1) 液體進(jìn)入葉片時無沖擊想象； 2) r0C 變化到 r3C 時應(yīng)均勻變化不能有突變，亦即要求軸面投影面積變化均勻； 3) 葉 片上的負(fù)荷分配合理，亦即葉片長短恰當(dāng)，因而葉片包角 ? 應(yīng)在 75176?！?150176。范圍內(nèi)； 4） 葉片骨線從 y1? 過渡到 y2? ， 應(yīng)均與變化，不能有波動； 5） 在軸向尺寸許可的條件下， 輪蓋進(jìn)口部分盡量采用大曲率半徑。 本泵采用圓柱形葉輪繪法對葉輪 軸面投影和平面投影的繪制。軸面投影圖能比較直觀地看到葉輪前后蓋板形狀和葉片進(jìn)出口的位置。平面投影圖能夠看到葉片的形狀和流道的變化規(guī)律 [6]。 平面投影圖畫 法 葉片的繪法有單圓弧法、多圓弧法和逐點法三種。單圓弧法作圖比較簡單，逐點法比較精確，能保證葉輪流道內(nèi)的流速平穩(wěn)變化，但作圖比較復(fù)雜。在實際使用中，一般采用單圓弧法或逐點法作圖。這里，我們用單圓弧法作圖。 在直徑為 2D 的葉輪外周上任取一點 G （圖 5— 1） ，使之與圓心 O 相連接。自 O 點作 y2y1 ?? ? 角，交直徑 為 1D 的葉輪內(nèi)圓與 K 點。連接 G K 并延長之，交內(nèi)圓于 B 點。通過 G 點在 O G 線左邊作 ∠ O G M ,使之等于 y2? 。再在 G B 上作垂直平分線并與G M 交與 M 點，以 M 點位中心， M B 為半徑作圓弧，即得所求葉片之曲率半徑 ? 。再以 2s?? 和 2s?? 分別為半徑， M 為圓心作圓弧，則得厚度為 S 的葉片。 葉片形狀確定后再畫軸面投影圖，軸面投影畫好后再校核流道面積。在平面投影圖上，距軸心線 i21 rrr ??、 作一系列相切于葉片流道的內(nèi)切圓，其葉片高度為i21 BBB ??、 ，而 相應(yīng)點的葉片寬度為 i21 bbb ??、 。將圓心 3 等到 i 用光滑曲線相連，即得流道中心線 ll。由此可得相應(yīng) r 處流道面積 bBF? 。求出 iF 后再作 F L曲線，此曲線應(yīng)是一條光滑的曲線，若曲線呈 S 形上下波動，則必須修改軸面投影輪廓線，重新校核，直至完全符合要求為止 [6]。 西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 16 圖 5— 1 平面投影圖的繪制 軸面投影圖 畫法 距軸心 hR 和 2R 作兩根平行于軸心 O— O 的直線 AB 和 CD（圖 5— 2） 。作 O— O的垂線 EF,它與 CD 和 O— O 線相交于 E、 F 兩點，通過 E 點作 0?? 176。～ 5176。的直線 EG。? 大小與比轉(zhuǎn)速和葉輪的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。 sn 小取 0?? 176。， sn 大或雙進(jìn)口泵 的 ? 值一般取 3176?！?5176。以適當(dāng)?shù)?r2 作圓弧并與 AB 和 EG 線相切，即可作出葉輪后蓋板的輪廓線。液體從軸向進(jìn)入葉輪而從徑向流出，為了減少轉(zhuǎn)彎的水力損失，在軸向尺寸許可的條件下盡量加大前后蓋板的圓弧半徑，但前后蓋板兩者間的圓弧半徑關(guān)系為 12 rr ?（ ～ ）在 CD 線上截取 2b?HE ， 距軸心 0R 和 1R 作兩根平行于 oo 的直線 IJ和 KL。在 KL 線上 以 M 為圓心， 1b 為直徑作一個與葉輪后蓋板相切的圓。以合適的圓弧 (以 1r 為半徑 )和直線作葉輪前蓋板的輪廓線，此輪廓線一定要與 IJ 和 1b 的圓相切，并且還應(yīng)通過 H 點。 葉片進(jìn)口邊的位置對汽蝕、效率和特性曲線的形狀都有一定的影響。小比轉(zhuǎn)速葉輪進(jìn)口邊做成與軸線平行，而大比轉(zhuǎn)速和性能要求高的泵都做成進(jìn)口邊伸入葉輪的喉部。 進(jìn)口邊伸 入葉輪喉部，不但增加了葉片面積減少了葉片負(fù)荷，并且又能使葉輪進(jìn)口的圓周速度和相對速度都能降低，這樣改善了汽蝕性能。進(jìn)口邊伸入葉輪喉部，泵的 HQ 曲線變陡，最高效率點向小流量方向移動，并且效率 也 有所提高。當(dāng)葉片進(jìn)口邊伸入葉輪喉部太多時，葉片扭曲的厲害， 容易造成液體的堵塞，另外對鑄造也帶來一定的困難。為了避免上述的缺點，我們常常把葉片進(jìn)口邊布置 與軸線成 ?? 30176。～45176。的傾角。 通過 N、 M、 P 各點作一根光滑的曲線，此曲線就是葉片的進(jìn)口邊，將來做平面投影圖時還要進(jìn)一步修正。 葉片進(jìn)口邊與葉輪前后蓋板相交的 ? 角盡可能成西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 17 90186。，若 ? 太小，葉片堵塞嚴(yán)重，并且也會帶來鑄造和清砂的困難 [6]。 圖 5— 2 軸面投影圖的繪制 西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 18 6 離心泵的過流部件設(shè)計 出于 使泵能達(dá)到較高效率 ， 必須使葉輪、能量轉(zhuǎn)換裝置和吸入室三者之間有良好的匹配 ，如果匹配不當(dāng)，不能保證流體 在吸入室和能量轉(zhuǎn)換裝置中有良好的流動，那么 即使葉輪設(shè)計得再完善，仍會導(dǎo)致泵的效率下降，達(dá)不到預(yù)期的性能要求，因此三者應(yīng)作為一個整體考慮。 吸入室 概述 離心泵吸入管路接頭與葉輪進(jìn)口前的空間稱為吸入室。它是液體進(jìn)入離心泵經(jīng)過的第一個構(gòu)件。液體流過吸入室后，才進(jìn)入葉輪。在液體由吸入管進(jìn)入 葉輪的流動過程中，流速要發(fā)生變化，特別是流速分布要進(jìn)行調(diào)整，以 適應(yīng)液體在葉輪內(nèi)的運動情況。因此，在葉輪之前設(shè)置吸入室以調(diào)整液流是重要的。其作用是以最小的流動損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并且要求液流在葉輪進(jìn)口處具有較為均勻的速度分布。根據(jù)離心泵類 型，容量的大小，使用場合的不同， 吸入室主要類型有直錐形、彎管形、螺旋形 。 本設(shè)計采用直錐形吸入室。 直錐形吸入室設(shè)計 直錐形吸入室結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，液流的流速分布均勻，流動阻力損失亦小，所以多用在單級單吸離心泵上。直錐形吸入室出口直徑與葉輪進(jìn)口直徑相同，所以80?D ㎜ ， 通常進(jìn)口直徑比出口直徑大 7%～ 12%，故取其值為 90 ㎜，在允許的錐度（約在 7? 18? 范圍內(nèi)） 取 ?8 ， 確定直錐式吸水室的軸向長度 為 60?L ㎜ 。 螺旋形壓出室 螺旋形壓出室 由一個截面逐漸擴(kuò)大的螺旋形流道 和一個擴(kuò)壓管組成，位于葉輪出口之后， 作用是收集從葉輪中高速流出的液體，使其速度降低，轉(zhuǎn)變速度動能為壓能，并且把液體按一定要求送入下級葉輪進(jìn)口或送入排出管路。 螺旋形 壓出室主要優(yōu)點是： 結(jié)構(gòu)簡單， 制造比較方便，泵性能曲線高效率區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率變化比較小；缺點是單蝸室泵在非設(shè)計工況運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡的徑向力 ，此外 ， 蝸室內(nèi)部 表面不易加工 。在設(shè)計螺旋形壓出室時通常認(rèn)為液體從葉輪中均勻流出，并在蝸室中作等速運動 [5]。 基圓 3D 螺旋形壓 出 室螺旋線開始的位置稱為隔舌。 隔舌所在直徑 3D 稱為基圓直徑。隔舌與葉輪外徑之間應(yīng)有一適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙過小， 則可能使泵 在大流量 下壓水室內(nèi)產(chǎn)生汽蝕，并伴隨著噪音和振動， 若 間隙 過大，則由于液體在間隙內(nèi)循環(huán)而損失功率，使泵的最佳效率下降。 西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 19 （?D ～ ） 2D （ 6— 1） 基圓 大小在上式范圍內(nèi)選擇時，對泵性能沒有明顯影響。低比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取小的系數(shù)值，高比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取大的系數(shù)值 ，本設(shè)計取 。 ???D m 蝸室入口寬度 3b 用葉輪出口寬度 2b 加葉輪前后蓋板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可。蝸室入口寬度 3b 對泵 性 能沒有明顯影響，但取得略微寬些可改善葉輪和蝸室的對中性。 CS??? 2bb 23 （ 6— 2） 式中 ： S—— 葉輪蓋板厚度， mm； C—— 常數(shù)，一般取 C=5～ 20。 C 值的大小與比轉(zhuǎn)速，葉輪大小，液體黏度及是否含有固體顆粒有關(guān)。比轉(zhuǎn)速小，葉輪小，液體黏度低時，取小值；否則，取大值。 本設(shè)計取 5?C mm。 mm2354210b 3 ????? 舌角3? 舌角3?是在蝸室第 Ⅷ 斷面的 0 點（即蝸室螺旋線的起始點）處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾角。為了使液體無沖擊地從葉輪進(jìn)入蝸室，一般3?等于葉輪出口絕對速度的液 流角 2? 。 泵舌安裝角 ?： 理論上泵舌應(yīng)該在第 Ⅷ 斷面的基圓 3D 上，但這樣做會使泵舌與葉輪間的間隙過小，易產(chǎn)生振動，并且泵舌也太薄。所以一般都將泵舌沿蝸室螺旋線移動 ? 角，此角即為泵舌安裝角。泵舌安裝角由 表 6— 1 選取。 表 6— 1 泵舌安裝角選擇 比轉(zhuǎn)速 sn 40 60 80 130 180 220 280 360 安裝角 10176。 15176。 20176。 25176。 30176。 38176。 45176。 45176。 選取泵舌安裝角 ? 時，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)安排的可能 性，一般 應(yīng)使泵舌 A 處的圓角半徑 mm2r? ～ ，如果泵比較小，可適當(dāng)加大 ? 角。 本設(shè)計泵舌安裝角 15176。 蝸室斷面面積 蝸室斷面面積對泵的性能影響很大，泵比轉(zhuǎn)速越小，影響越大，比轉(zhuǎn)速越大，影響越小。 蝸室斷面面積的大小，由所選取的蝸室流速決定。 蝸室中的液 流速度可按下式計算： ?? g233 K? （ 6— 3） 式中： 3? —— 蝸室 0 點處第 Ⅷ 斷面液流速度， m/s； 3K —— 蝸室中的速度系數(shù) 。 根據(jù)比轉(zhuǎn)速 ? 由 文獻(xiàn) [5， 8— 6]選取 螺旋形蝸室和導(dǎo)葉中的速度系數(shù)西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 20 ?K 。 m / ?????? 蝸室最大斷面（即第 Ⅷ 斷面）處的面積 FⅧ ： F Ⅷ3q?V? （ 6— 4） F Ⅷ 50 ??? ㎡ 由于液體是從葉輪中均勻流出的，故蝸室各斷面面積也均勻第變化，可按下式計算各斷面面積： 第一斷面面積： F Ⅰ F81? Ⅷ ， F Ⅰ ??? ； 第二斷面面積： F Ⅱ F82? Ⅷ ， F Ⅱ ??? ； 第三斷面面積： F Ⅲ 83? F Ⅷ ， F Ⅲ ??? ； 第四斷面面積： F Ⅳ F84? Ⅷ ， F Ⅳ ??? ； 第五斷面面積： F Ⅴ 85? F Ⅷ ， F Ⅴ 86 ??? ； 第六斷面面積： F Ⅵ F86? Ⅷ ， F Ⅵ 86 ??? ； 第七斷面面積： F Ⅶ 87? F Ⅷ ， F Ⅶ ??? 。 3/1sin1 sin ???????A （ 6— 5） ? ? ?? ??? c os1236090 2 AAAB ???? （ 6— 6） 32332 4 rB BFbbR ii ????? （ 6— 7） ? ????? ??s in1 s in3 ??? rRr （ 6— 8） 式中： ?? —— 斷面?zhèn)缺趦A斜角， ； b3—— 壓水室入口寬度 ， mm； r3—— 壓水室基圓半徑 ， mm； 西安石油大學(xué) 本科 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 21 i=Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ ； ?r —— 過渡圓弧半徑 ， mm。