【正文】 分必要的。 在計算軸和軸承時，必須考慮作用在葉輪上徑向力，因為泵不會總是在設(shè)計流量下工作在起動和停車時甚至要在流量下工作。 同樣的分析，也可以說明在大于設(shè)計流量時，渦室里流體壓力是不斷下降的。流體從渦室前端流到渦室后斷的過程中，不斷受到撞擊，不斷增加壓力，致使渦室里壓力的分布曲線成為逐漸上升的形狀。一方面渦室里流動的速度減慢，另一方面葉輪出口處流動的速度增加，兩方面就發(fā) 生了矛盾，從葉輪里流出的液體，再不能平順地與渦室內(nèi)流體匯合，而是撞擊在渦室內(nèi)的流體上。 在設(shè)計流量時，渦室內(nèi)的流體流動速度和流體流出葉輪的速度基本是一致的，因此從葉輪流出的流體能平順地流入渦室，所以在葉輪周圍流體的流動速度和壓力是分布均勻的，此時沒有徑向力，在小于設(shè)計流離時，渦室內(nèi)的流體流動速度一定減慢。因此，螺旋形渦室是在一定的設(shè)計流量下，為了配合一定的葉輪而設(shè)計的，在設(shè)計流量下，渦室可以基本上保證流體在葉輪的周圍做等速運(yùn)動，因此葉輪周圍壓力大體上是均勻分布的，在葉輪上也不產(chǎn)生徑向力，葉輪和渦室是一致工作的。值得注意的是，陶瓷材料作為耐磨材料近年來獲得了廣泛的應(yīng)用。目前常用的耐磨材料有高 Cr 鑄鐵，在介質(zhì)具有腐蝕時可以采用不銹鋼，鎳合金，鈦合金等。另外，液流中固體顆粒的含量增加時磨損也會增加。 磨損與固體顆粒的硬度有很大的關(guān)系，當(dāng)固體顆粒的硬度接近或超過壁面材料的硬度時，磨損急劇增加。二是由于流道壁面附近的許多固體顆粒的長期反復(fù)沖擊而造成的疲勞損傷。 Roco 對輸送兩相流體的固體顆粒的磨損機(jī)理進(jìn)行了研究，提出了三種模型。水泵中由于流體的機(jī)械作用而造成的磨損可以分為三類：一是流體中所含固體顆粒的沖擊造成的摩擦損傷，二是汽蝕損傷，三是損傷和腐蝕共同作用而造成的損傷。另外，護(hù)板裝入護(hù)套后應(yīng)該有一定的伸出量，這樣自葉輪流出的渣漿不會直接沖刷間隙，就可以有效的降低間隙的磨損。為了保證泵的性能，隨著要求輸送濃度的增加，護(hù)套斷面的尺 寸應(yīng) 加大，以減小護(hù)套的流速和阻力，如果護(hù)套的寬度不變，需要加大徑向尺寸，加大量又所輸送的渣漿性質(zhì)定，渣漿的腐蝕性越強(qiáng)，徑向尺寸越大，反之越小。 護(hù)套的性能：護(hù)套的性能與葉輪的性能基本上確定了泵的性能，通常，葉輪所產(chǎn)生的揚(yáng)程隨渣漿濃度的增加而下降，護(hù)套的阻力隨濃度的增加而增加，尤其是重型泵。 圖 2— 2 泵體斷面圖 螺旋形渦室斷面尺寸標(biāo)注法： 圖 2— 3 螺旋形渦室斷面 （ 6） 護(hù)套的設(shè)計 護(hù)套的 斷面形狀：由于葉輪出口處較寬、前后蓋板厚度較大，加之有背葉片，也就決定了護(hù)套的進(jìn)口寬度較大。擴(kuò)散管出口的中心線與渦室軸線的距離應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)選定，并使擴(kuò)散管與渦室螺旋線和泵舌光滑連接。 作擴(kuò)散管部分。 將各斷面的頂點(diǎn)用圓弧光滑連接，然后逐點(diǎn)用圓弧光 滑連接各斷面頂點(diǎn)，成為螺旋行渦室輪廓線。 在軸面上依次作出第 Ⅶ 、 Ⅵ 、 Ⅴ 、 Ⅳ 、 Ⅲ 、 Ⅱ 、 Ⅰ 斷面，方法同上，在作圖時應(yīng)使渦室各斷面的徑向高度和修圓的半徑有規(guī)律的變化 。低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可取為正方形。 做出軸面圖的寬度，并以此寬度作梯形，使等腰 梯形面積大于 VⅧ 斷面面積。繪型具體步驟如下： 在平面圖上畫出坐標(biāo)軸，并作基圓。 （ 5） 螺旋形渦室的繪圖 計算完以上的尺寸后，就可以繪制圖紙了，在繪型時，既要考慮計算時所選定的尺寸，又要考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性。 （ 4） 渦室斷面面積 先求出渦室畸變速度 V3f，固體顆粒速度 V3s ,然后求出水流過流面積 F3f和 固體過流面積 F3s , 則渦室第 Ⅷ 斷面面積為： FⅧ =F3f+ F3s????????????? ( 1 ) 采用等速度法，即渦室各個斷面的速度相等，可求出渦室中的介質(zhì)速度： V3=Kv3 gH2 ???????????? ( 2 ) =? ?? =由兩相流原理得： 232323 VVV sf ?? ???????????? ( 3 ) V3fV3s =uei????????????? ( 4 ) 聯(lián)立兩式 V3f= V3s=F3f= ???sfVQ= ? 103m2 F3s=ssVQ3= ?? =? 103m2 FⅧ =F3f +F3s = ?103 m2 由于介質(zhì)從葉輪均勻流出，故斷面面積均勻變化。 （ 3） 隔舌安放角的設(shè)計： 隔舌不僅對泵的性能，而且對護(hù)套的抗磨性有顯著的影響。 （ 1） 基圓直徑 D3 D3=（ — ） D2 故取 D3=330mm （ 2） 進(jìn)口寬度 b3： b3 =（ b2+1? + 2? ） +C1 = (36+8+8+14)+20 = 86mm 式中 1? ， 2? —— 葉輪前后板的厚度，包括前后背葉片的厚度。 （ 5）背葉片的寬度： 背葉片的寬度取 6mm 。背葉片出口附近的線速度及濃度較高，為了減小該處與對應(yīng)的前后護(hù)板處的磨損，背葉片出口附近有一定的傾斜度，傾斜范 圍又葉輪半徑的 32 到葉輪外圓，出口處背葉片的高度為總高度的 21到 32 。 （ 2）背葉片的片數(shù)： 背葉片通常取 8— 13 枚，或者為葉片數(shù)的兩倍，由于葉輪片的數(shù)目為 5，因此取背葉片的數(shù)目為 10。葉片采用變角螺旋線型，其特點(diǎn)是數(shù)學(xué)模型簡單，葉片包角可自由選擇，并在任意包角下保持葉片角的均勻變化，便于優(yōu)化設(shè)計，其線型符合葉輪中固體的運(yùn)動的軌跡，損失小，磨損均勻，是目前最新型的圓柱型葉片。高硬度耐磨材料，葉輪入口后蓋板應(yīng)該有凸出的、由光滑圓弧形成的輪轂頭。 ? =? o+? ? 式中 ? ? =3o— 10o ? o= ??? 2360ln22112?? tgtg rr 式中 r1 —— 葉片出口直徑（ mm） r2—— 葉片進(jìn)口直徑 (mm) ? o =130o 葉片厚度 2? 通常取 2? =2— 2? =4mm 計算葉片出口圓周厚度 ? ： ? = 2?2222sin1 ??ctg? 式中 2? —— 葉輪出口軸面截線與流線的夾角，常 取 2? =70o—90o,取 2? =80o ? =4 o octg80sin 201 2 2? = 前、后蓋板的形狀和厚度 葉輪的蓋板的磨損較為嚴(yán)重，尤其是后蓋板與葉片進(jìn)口邊相交處，暫取前、后板的厚度均為 8mm，設(shè)計葉輪入口處前蓋板的軸面為一個圓弧，可有效減小脫流，并減小渣漿對后蓋板的沖擊。 葉片包角 ? 為保證葉片安放角線性變化，或者變化較為平緩，包角 ? 對應(yīng)不同比轉(zhuǎn)數(shù)的泵有不同的最佳值。 ? ′ 可由下式進(jìn)行計算： tg? ′ = 111muVuV? 式中 u1 —— 計算點(diǎn)液體的圓周速度 (m/s) Vu1 —— 計算點(diǎn)液體絕對速度的圓周分量 (m/s) Vm1—— 計算點(diǎn)液體的軸面速度 (m/s) 對于直錐形吸入室 Vu1=0 u1= 160Dn? = 4 14 148060?? = m/s Vm1=0111 ??? bDQ 式中 0? — 容積效率，一般取 — ，這里取 1? — 排擠系數(shù)，取 1? = N= 所以 Vm1 = 63 ????? =tg? ′ = = 所以 ? ′ =10o 1? =? ′ + ?? =10o+15o = 25o 葉片出口安放角 2? 在確定葉片出口角時應(yīng)考慮泵的比轉(zhuǎn)數(shù)、對特性曲線形狀的要求以及流道的擴(kuò)散程度等。 查資料的經(jīng)驗公式來確定 D2： 對于 N=5, D2=(10sn ) 對于 N=4, D2=(10sn ) 對于 N=3, D2=(10sn ) Du=3nQ =1480360063?= 所設(shè)計的渣漿泵的 N=5 D2=(1050 ) ? = 圓整取 D2=300mm 葉片的進(jìn)口寬度 b1出口寬度 b2 渣漿泵葉輪葉片一般作成等寬度葉片，主要考慮固體顆粒的通過性能，為了考慮固體顆粒堵塞流道和減輕磨損，所設(shè)計的渣漿泵葉片出口處的寬度 b2略大于 b1，一般 b2可用下式進(jìn)行計算： b2=kb2cvkC?1 )61 ? 3nQ ????????? ( 12 ) 式中 kb2— 系數(shù)， kb2=— ，輕型渣漿泵取小值，重型渣漿泵取大值。 葉輪出口直徑 D2 ： 葉輪出口直徑 D2的大小不但直接影響泵的揚(yáng)程，而且對泵的效率也有很大的影響，因為壓力室的水力損失大小直接與葉輪出口的絕對速度有關(guān)。 Qf=()? 63= Vf=3600)( 2 ?? ??=Vs= VfUei = =葉輪進(jìn)口處固體流動的當(dāng)量直徑： Ds=sVQ???4 ????????????? ( 7 ) 式中 Qs— 固體的流量（假定） Qs=f??????????????? ( 8 ) Ds= )(4 ?? ???= 葉輪進(jìn)口處液體流動的當(dāng)量直徑： Df=vffV Q ?? ???4 ??????????? ( 9 ) 式中 v? — 泵的容積效率，可根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù) ns 和流量 Q 查得，v? =，代入（ 9） Df= ??? ?= 葉輪 進(jìn)口直徑可用下式計算： D0 = 22 fs DD ? ?????????? （ 10 ） = 22 )0 9 5 ()0 8 ( ? = 圓整取 D0=130mm 葉片進(jìn)口 D1直徑可用下式計算 一般情況下，流道中心線上葉片進(jìn)口直徑可用下式進(jìn)行計算： D1=kD0?????????????? （ 11 ） 式中 k—— 系數(shù)， k=— ，低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪取大值，計算得D1=114mm。幾個主要經(jīng)驗公式列于下表 21： 表 21 作 者 HR 表 達(dá) 式 CAVE ? Cw(S1) ? ( S4 +1 )Ln(44d) VOCADLO Cv? ( S1 )[+250 )1(DSd ??] BURGESS 11(1 Cv)n。因此初選軸徑 35mm。 而渣漿泵選用皮帶傳動，因為可以更換皮帶直徑來較方便的改變泵的轉(zhuǎn)速，同時防止泵的渣漿體損壞泵。 一般來說，低壓泵的吸入口徑和出口直徑是相等的，但是在壓力較高時，出于對管路系統(tǒng)投資經(jīng)濟(jì)性的考慮，泵的吸入口徑大于泵的吐出口徑，一般由以下經(jīng)驗公式計算： D? =(1— )D 式中 D? —— 吐出口徑 (mm) 故 D? =80— 56 取標(biāo)準(zhǔn)直徑 65 mm 比轉(zhuǎn)數(shù) ns=?n? =50 軸徑的初步計算 根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)確定泵的轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)數(shù)、級數(shù)和結(jié)構(gòu)形式后，必須求出軸徑和輪轂直徑才能進(jìn)行水利元件的設(shè)計。如果 V0 選取過小，則泵的體積增大，并可能影響泵的效率以及造成吸入管堵塞，而 V0選取過大則會影響泵的的吸入性能并使磨損增加。 特殊類型的泵 特殊類型的泵 這類泵是指葉片式泵和容積式 泵以外的特殊的泵。 （ 2）轉(zhuǎn)子泵：轉(zhuǎn)子泵是由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行排送液體液體的泵。 （ 1）往復(fù)泵：往復(fù)泵是由柱塞等的往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行排送液體。 容積式泵 容積式泵 是由活塞、柱塞、以及轉(zhuǎn)子等的排吸作用，進(jìn)行抽送液體的機(jī)器。 （ 2）軸流泵：軸流泵是由葉片的升力作用，給葉輪內(nèi)液體以壓力能和速度能，進(jìn)而，通常是在導(dǎo)葉內(nèi)，將其一部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，進(jìn)行抽送液體的泵。 葉片式泵 葉片式泵 葉片式泵是由裝在主軸上的葉輪的作用，給液體 以能量的機(jī)器。泵是應(yīng)用