【正文】 4． 校核 1a? 根據(jù)投影面積圖假設(shè) 1 90a? ?? 1 1?? 221111c o t 9 1 c o t 1 51 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 7 4s in 3 . 1 4 1 2 0 s in 9 0aaazD ??? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? 與假定的 1 ? ? 相近，不再驗(yàn)算。1 1 1 14 13 39。1 20 1339。a??? 1 110 . 0 2 7 8 2 . 2 9 /0 . 9 0 . 0 0 1 1 0 . 7 5am v a aQv m sF??? ? ??? 139。6677111 0 .0 7 1 0 .0 7 0 .8 1319100100msn? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ????? ???? 5． 總效率 = r m? ? ? ? ? ? ? ? ? 軸功率和原動(dòng)機(jī)功率 1． 軸功率 = 10001000 301000 gQ HPkw??? ? ???? 原動(dòng) 機(jī)功率 據(jù)參考文獻(xiàn) [7]中，表 7－ 10,7－ 11 查得 原動(dòng)機(jī)種類 K 電動(dòng)機(jī) ~ 汽油機(jī) ~ 柴油機(jī)（小容量） ~ 柴油機(jī)（大容量） ~ 表 7– 10 原動(dòng)機(jī)余量系數(shù) 傳動(dòng)形式 傳動(dòng)系數(shù)t? 平皮帶 ~ 三角皮帶 ~ 齒輪變速箱 斜齒輪 1 級(jí) ~ 齒輪變速箱 錐齒輪 1 級(jí) ~ 齒輪變速箱 行星齒輪 1 級(jí) ~ 液 力聯(lián)軸器 ~ 直軸 表 7– 11傳動(dòng)效率 余量系數(shù) K= 傳動(dòng)系數(shù) t? = 1 .2 1 3 .6 4 1 6 .3 6 81 .0gtkP P k w?? ? ? ? 泵直徑和葉輪輪轂直徑的初步計(jì)算 軸徑和輪轂直徑 1． 扭矩 9550295053gnPMnNm????? 2． 最小軸徑 軸材料選擇 45 號(hào)鋼 [? ]=480 510? Pa 3 3 553 0 . 0 1 7 6 1 7 . 60 . 2 0 . 2 4 8 0 1 0nMd m m m?? ? ? ??? 取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=25mm 用速度系數(shù)法初步計(jì)算葉輪的主要尺寸 1． 葉輪當(dāng)量直徑 主要考慮效率取 0k = 3300 0 . 0 2 7 8= 4 0 . 0 3 3 3 32950QD K m m mn ? ? ? ? 取 0=40D mm 2． 葉輪進(jìn)口直徑 葉輪輪轂直徑 hd 2 2 2 20 40 0 40jhD D d m m? ? ? ? ? 3． 葉輪出口寬度 25 6( 0 . 6 4 ~ 0 . 7 ) ( ) 0 . 3 7 3100 sb nk ?? 2 3320 . 0 2 7 80 . 3 7 3 0 . 0 0 3 1 3 . 12950b Qb k m m mn? ? ? ? ? 取 2 5b mm? 4． 葉輪外徑 21 2( 9 . 3 5 ~ 9 . 6 ) ( ) 1 3 . 7100 sD nk ??? 2 3320 . 0 2 7 8= 1 3 . 7 1 1 82950D QD k m mn ? ? ? 取 2 120D mm? 6． 葉片出口角 1 30??? 2 40? ?? 7． 葉片數(shù) 1 = 40 36jD D m m? ? ? 2 1 1 2211 1 8 3 6 3 0 4 06 . 5 s in 6 . 5 s in 7 . 1 62 1 1 8 3 6 2DDZ DD ???? ? ? ? ?? ? ? ??? 取葉片數(shù) 9Z? 片 8． 葉片厚度 A 為經(jīng)驗(yàn)數(shù)，查得當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù) 319sn ? 時(shí)取 A=6 2 306 0 . 1 2 1 . 66HS A D m mz? ? ? ? ? 實(shí)取 2S mm? 第一次精算葉輪外徑 1．理論揚(yáng)程 30 3 12 kH iHm?? ? ? 2． 修正系數(shù) 2 40= 1 + = 0 .6 2 1 + =6 0 6 0??? ?（ ） （ ） 3． 有限葉片的修正系數(shù) 11 36 1822DR m m? ? ? 22 114 5722DR m m? ? ? 2 222 2 2 221 1 . 0 3 5 7= 2 2 0 . 2 5 56 5 7 1 8RP z R R?? ? ? ? ? ??? 4． 無限葉片 理論揚(yáng)程 ( 1 ) ( 1 ) 12 P H m? ? ? ? ? ? ? 5． 葉片出口排擠系數(shù) 實(shí)測(cè)葉片真實(shí)厚度 2=4mm? 軸面流線和軸面截面夾角 =90? ? 22222 c o t 9 4 c o t 4 0= 1 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 8 4 4s in 3 . 1 4 1 1 4 s in 9 0z D??? ?? ??? ? ? ? ? ? 6． 出口 軸面速度 2 2 2 2 20 . 0 2 7 8 1 . 2 5 /3 . 1 4 0 . 1 1 4 0 . 0 0 5 0 . 8 4 4 0 . 9m Qv m sDb? ? ?? ? ?? ? ? ? 7． 出口圓周速度 22 22222= ( )2 ta n 2 ta n 5 5( ) 1 14. 592 ta n 40 2 ta n 4018. 5 /mmtvvgHms??? ???? ? ? ???? 8． 出口直徑 22 60 6 0 1 8 . 5 0 . 1 1 9 1 1 93 . 1 4 2 9 5 0D m m mn?? ?? ? ? ?? 與假定相近不再進(jìn)行第 2 次精算。 確定泵的效率 1． 水力效率 33 1001 0 . 0 8 3 5 l g 1 0 . 0 8 3 5 l g 8 6 %3 6 0 0 2 9 5 0h Qn? ? ? ? ? ?? 2． 容積效率 2 /32 /311 11 319rsn? ??? ?? ??? 考慮有平衡孔的級(jí)間泄露情況容積效率還要相應(yīng)降低，設(shè)平衡盤 泄露量與理論流量之比為 Q?。 3 / 4 3 / 49 8 0 5 3 4 9 8 ( / m in )5 . 6 2 5 . 6 2 1 0 0 / 3 6 0 0C N P S H rnrQ ?? ? ? 即根據(jù)汽蝕要求泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 3498r/min 現(xiàn)選定轉(zhuǎn)速 n=2950r/min。由此取 /sv m s? 。 第 3 章 泵的水力設(shè)計(jì)計(jì)算 葉輪是泵的核心部分，泵的流量揚(yáng)程抗氣蝕性能和特性曲線的形狀等均與葉輪的水力設(shè)計(jì)有重要關(guān)系。 此外，新材料技術(shù)的研究也是今后泵行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，泵的可靠性和節(jié)能性則仍是基本的要求。隨著環(huán)境意思的增強(qiáng)，這種對(duì)無泄漏泵的需 求將繼續(xù)呈廣泛而強(qiáng)勁的增長趨勢(shì)。 個(gè)性化的發(fā)展要求泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料要適應(yīng)各個(gè) 專業(yè)的 特點(diǎn)。生產(chǎn)制造的高技術(shù)化是產(chǎn)品物美價(jià)廉的根本保證。 激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將迫使 制造商竟相采用各種高科技技術(shù)。 理論研究的重點(diǎn)將仍然是 泵內(nèi)部流動(dòng)測(cè)試、三元粘性流動(dòng)計(jì)算、多相流和氣蝕等。徐景霞、 Karassik、 Anderson 和徐治浩等曾對(duì) 90 年代和未來的泵業(yè)狀況做過預(yù)測(cè)。展望 21 世紀(jì)，人類不斷增強(qiáng)的環(huán)境意識(shí)、質(zhì)量意識(shí) 和個(gè)性化意識(shí)等將成為推動(dòng)泵業(yè)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。 金樹德 等主編的《現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)方法》在泵 的設(shè)計(jì) 領(lǐng)域首次較全面系統(tǒng)的介紹了泵的可靠性設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)和價(jià)值工程等各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 9） 設(shè)計(jì)計(jì)算過程全盤計(jì)算機(jī)化。 8） 泵應(yīng)具有符合人類審美要求的外觀質(zhì)量。 6） 泵的結(jié)構(gòu)和材料應(yīng)能適合所抽送的介質(zhì)。 4） 低比轉(zhuǎn)速的泵應(yīng)有優(yōu)良的功率特性，使原動(dòng)機(jī)不至于因過載而損壞。 3） 在一定的工作范圍內(nèi)，泵 應(yīng) 在管路中穩(wěn)定的工作?，F(xiàn)代離心泵的設(shè)計(jì)具有更高要求，更廣泛的含義，應(yīng)考慮以下內(nèi)容： 1） 設(shè) 計(jì)預(yù)測(cè)的泵流量－揚(yáng)程曲線應(yīng)與將來實(shí)測(cè)曲線一致。自由漩渦理論的推導(dǎo)雖有了很多假設(shè)，但畢竟是從理論上把葉輪和泵體的相互關(guān)系用數(shù)學(xué)的形式聯(lián)系起來了。 Worster 采用經(jīng) 典的 Euler 方程，并假定進(jìn)口無 余旋和零流量時(shí)的無因次揚(yáng)程為 0h （ 0h 可選用 Busmean、 Wisner 或 Stodola 方法估計(jì)），推得葉輪方程為 022 2 2 2 21 .kgH Qhu D b tg u? ? ??? Worster 進(jìn)一步假定，流體以葉輪出口處地絕對(duì)速度（大小和方向）流入泵體，其實(shí)際流動(dòng)是三元的，即使在額定工況復(fù)雜，但平均工況近似于附加徑向流動(dòng)的自由漩渦。 4自由漩渦理論 1963 年， Worster 根據(jù)流出葉輪的爐體復(fù)合自由漩渦的理論，首次成功的指出了決定泵性能的葉輪和泵體之間明顯的數(shù)學(xué)關(guān)系。其后，雖也曾由人對(duì)現(xiàn)有的泵運(yùn)用面積比原理進(jìn)行分析，但研究工作還不夠深入，這方面的文獻(xiàn)液甚少。從此，面積比原理逐步成為有效的水力設(shè)計(jì)方法之一。 80 年代初， Anderson 對(duì) 1500 臺(tái)泵的試驗(yàn)資料進(jìn)行了分析。它指出，葉輪出口過流面積與泵體喉部面積之比仍是泵揚(yáng)程、流量和軸功率等特性主要決定因素。模型換算法和速度系數(shù)法具有可靠、簡(jiǎn)便和實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，但都受現(xiàn)有模型和系數(shù)的局限。國內(nèi)于 80 年代初曾對(duì)部 分優(yōu)秀模型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。 2. 速度系數(shù)法 速度系數(shù)法又稱設(shè)計(jì)系數(shù)法，其實(shí)質(zhì)也是一種相似設(shè)計(jì)方法，所不問的時(shí)模型換算法時(shí)以一臺(tái)模型泵為基礎(chǔ)，而速度系數(shù)法則以一系列相似泵為基礎(chǔ)。換算后還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)對(duì)葉輪進(jìn)口 、葉片出口角、葉片數(shù)和泵體喉部面積等主要幾何參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正。對(duì)完全相似的泵來說，比速 sn 相等 。 1. 模型換算法 模型換算法簡(jiǎn)稱模型法，又稱形似力理論換算法或相似換算法。目前，國內(nèi)水泵界得主要教材手冊(cè)和參考書等所介紹的離心泵設(shè)計(jì)方法也仍然使模型換算法和相似系數(shù)法。這就是為什么 Stepanoff 的著作比Pleidere 等的著作更受我國水泵工程技術(shù)人員歡迎 的原因。離心泵水力設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)（流量、揚(yáng) 程、轉(zhuǎn)速、汽蝕余量和效率等），經(jīng)過多種方案的對(duì)比選擇，使所設(shè)計(jì)的葉輪和泵體具有最小的水力損失和必要的氣蝕性能，并使泵的外特性符合預(yù)先給定的要求。離心泵葉輪內(nèi)部流動(dòng)的測(cè)量不僅需要一定的技術(shù)，而且要花費(fèi)大量的財(cái)力和物力，但這無疑是提高離心泵性能的最可靠的依據(jù)。 應(yīng)該說，在測(cè)試級(jí)數(shù)和方法上，已基本趕上了國外步伐。風(fēng)俊等應(yīng)用激光測(cè)速技術(shù)測(cè)量了旋流泵 模型無葉腔內(nèi)的流場(chǎng)。李濤應(yīng)用有魔法觀察了離心泵葉輪中的流動(dòng)狀態(tài)。錢涵欣曾應(yīng)用小型壓力傳感器測(cè)量了 水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪葉片表面的壓力。 近 10 年來，國內(nèi)也有不少有管理性泵內(nèi)流動(dòng)測(cè)量的報(bào)道。 Murakami 和 Kikuyama 及 Asakura用探針和油膜法研究了離心泵葉輪內(nèi)的速度相壓力分布。 Howard 和 Kittmer的實(shí)驗(yàn)表明，沒有正確的二次能量流譜棋型，就不能很好地進(jìn)行葉輪中的二次流動(dòng) 預(yù)測(cè)。 Fischer 和 Thoma 曾用流動(dòng)顯示技術(shù)研究了離心泵葉輪內(nèi)的流動(dòng)狀況，證明在葉輪出口處地葉片 負(fù)壓面上存在著一個(gè)死水區(qū)，使葉片比口角減小。為了進(jìn)一步提高離心泵的性能，首先需要了解葉輪內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)狀況。 但也應(yīng)看到，由于離心泵葉片數(shù)少且葉片扭曲，離心泵的流道均呈擴(kuò)散型，易產(chǎn)生分離和脫硫，以及水泵送的流體粘性較大等原因，所以至今尚部能應(yīng)用三元理論有把 握的設(shè)計(jì)出令人滿意的離心泵來，但這一研究方向無疑是正確的。 （ 4） 準(zhǔn)三元全粘性 N－ S 方程的求解。 （ 2） 三元無粘性流 － 邊界層迭代計(jì)算法。而水利機(jī)械中對(duì)三元理論的研究比較晚，約 開始于 60 年代大型可逆式水泵水輪機(jī)地研制。 Lakshnunarayana 曾對(duì)此做出了較全面的評(píng)論。 由于真實(shí)流體均具有粘性，因此，葉輪機(jī)械 內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算最終是要求出完全粘性的 N－ S 方程解。它把 N－ S 方程（ Navoer－ Skotes cquations）。因此，這種分區(qū)計(jì)算方法就顯得既實(shí)用又相對(duì)合理，因而被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。陳次昌把 Mooer 對(duì)旋轉(zhuǎn)水槽的研究方法退到離心泵并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 證。 （ 2）分區(qū)計(jì)算法，即把整個(gè)流場(chǎng)劃分成不同的區(qū)域分別作粘性流或無粘性流處理。 目前，旋轉(zhuǎn)葉輪內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算方法大致分為三類： （ 1） 三元無粘性流或勢(shì)流預(yù)測(cè)方法，即假定整個(gè)流場(chǎng)是無粘性的或有勢(shì)的。一般來說，離心葉輪內(nèi)的流動(dòng)是三絕的湍流運(yùn)動(dòng)。對(duì)于葉輪內(nèi)粘性流動(dòng)而言，這種迭代過程既繁復(fù)而又冗長。 S2 流面也可能根本不包括任何徑向線或直線，它們都是較復(fù)雜的空間曲面。對(duì)離心泵葉輪而言， SI 流面就是葉片– 葉片面（ blade– to– blade surface） ,S2 流面就是前蓋板面（ hub– to– shroud profile） 。 我國學(xué)者吳仲華教授曾對(duì)葉輪機(jī)械內(nèi)二 元流動(dòng)的理論和計(jì)算做出過歷史性的奠基工作。 二元理論認(rèn)為葉輪