【正文】 ............................................................................................. 37 5 摘 要 本次設計是進行 IS125100250 型單級單吸離心泵的設計，根據(jù)給定的主要設計參數(shù)，主要完成了葉輪、泵殼的水力設計，以及泵的總體結構設計，并驗算泵的抗汽蝕性能，繪制泵的總裝圖及葉輪、泵殼、泵軸等零件圖，對葉輪、泵體、泵軸、軸承、鍵、法蘭盤和聯(lián)結螺栓等泵的主要零部件進行強度 校核。自動變頻供水裝置設計，繪制了變頻供水裝置的管路布置圖，水泵機組安裝圖以及自動供水的主電路圖、控制圖。 Hydraulic design。 Constant pressure water supply 6 1 前言 水泵作為一種通用機械，在社會各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。泵對發(fā)展生產 、保證人民的正常生活和保障人民的生命財產安全具有至關重要的作用。 作為一個水泵設計人員，設計一臺高質量的泵，無論從節(jié)能還是從企業(yè)生產的經濟性角度考慮，都會帶來巨大的經濟效益。 經驗無疑是一項影響設計優(yōu)劣的重要因素。為了提高設計的準確性，在設計工程中必須要有認真、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，同時盡量采用適合資深設計情況的公式。因此我們必須端正設計態(tài)度，以嚴肅的眼光看待設計，以嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L對待設計，同時在實踐過程中多想、多問、 多動手，使我們能夠在以后的工作中迅速進入角色，完成從學生到工程技術人員的轉變。它與其它教學環(huán)節(jié)緊密配合相輔相成 ,是前面各個教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深入和發(fā)展。 泵是量大面廣的通用機械產品 ,各類泵是城市與工業(yè)的一個重要組成部分 ,它廣泛地應用于國民經 濟的各行各業(yè)。 設計的主要任務 完成葉輪、泵殼的水力設計并驗算泵的抗汽蝕性能。 進行泵的主要零件的強度校核。 2 葉輪的設計 離心泵葉輪設計的第一階段工作，是根據(jù)提出的泵設計點的性能參數(shù)，主要指流量、揚程和轉速，確定葉輪全部幾何參數(shù)：葉輪直徑 D2和出口寬度 b2，葉片出口安放角 β 2，葉片數(shù) Z，葉輪吸入口直徑 D2及葉片出口排擠系數(shù) ψ 2。 已知設計參數(shù)為：流量 Q=200m3/h 揚程 H=80m 轉速 n=2900r/min 效率 η ≥ % 必需空蝕余量 (NPSH)r= 葉輪主要參數(shù)的確定和結構方案的確定 8 確定泵進出口直徑 泵吸入口徑。泵吸入口流速一般為 3m/s 左右，但從制造方法考慮，大型泵的流速取大一 些，以減少泵的體積，提高過流能力；但為了提高泵的抗汽蝕性能，應減少吸入流速。對于低揚程泵，可取與吸入口徑相同，而對于高揚程泵，為減少泵的體積和排出口直徑，可使排出口徑小于吸入口徑，一般取 ( ~ 1)tsDD? 式中： tD — 泵排出口直徑； sD — 泵吸入口直徑； 泵吸入口直徑 Ds按下式確定 4ssQD V ??? ? 式中： sV — 泵吸入口的平均流速。 根據(jù)本次設計給定泵的型號，確定： 125sD mm? ⑵泵出口直徑 (0 . 7 1 . 0 ) 0 . 8 1 0 0t s sD D D m m? ? ? ? ⑶泵進口速度 224 4 200 ( / ) 5 3600s sQV m sD ?? ? ?? ? ? ? ⑷泵出口速度 224 4 20 0 7. 08 ( / )0. 1 36 00t tQV m sD ?? ? ?? ? ? ? 汽蝕計算 (1)泵 汽蝕余量 4 . 0arN P S H N P S H K m? ? ? ? ? ?? ? ? ?? (2)泵汽蝕轉數(shù) 3 / 4 3 / 5. 62 20 0 / 36 00 NP SH ? ?? ??? ? ? 9 比轉速的計算 泵的比轉速本來指在最高效率處的性能參數(shù)的一個組合值。767611 0 .0 710011 0 .0 7931000 .9msn? ? ???????????????? 考慮到軸承填料損失，?。? 0 .9 0 .0 2 0 .8 9 8m? ? ? ? ⑷總效率 0 . 8 9 8m v h? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 10 確定功率 ⑴軸功率 ? ?10009. 8 10 00 20 0 8036 00 10 00 0. 74 7gQ HNkw??? ? ?????ρ ⑵計算配套功率 39。33 6 9 . 9 69 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 3 0 . 4 ( )2900n PM N mn? ? ? ? ? ⑷最小軸徑 參考文獻 [5]P102,泵軸常用材料的許用切應力，對于普通優(yōu)質碳鋼 [τ ]的范圍在 (343～ 441) 105，對于合金鋼 [τ ]的范圍在 (441～ 588) 105，單位是牛頓 /米 2。提高葉輪進口流速會降低泵的抗汽蝕性能和水力效率。 決定葉輪水力損失的是相對速度的大小和變化，所以應該考慮泵進口相對速度的影響，通常在葉輪流道中相對速度是擴散的，即 12ww＞ 。 進口當量直徑： 3e0k nQD ? 11 式中： 0k — 統(tǒng)計系數(shù)。 進一步增加 0k ，可改善大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能。 33e0 200 3600k 4 . 5 1 2 0 ( )n 2 9 0 0QD m m? ? ? ? 由于選用的是單級單吸葉輪， dh=0，故 220e 1 2 0 ( )ehD D d D m m? ? ? ? ⑵葉輪出口直徑 2D 的初步計算 葉輪外徑 2D 和葉片出口角 2β 等出口幾何參數(shù)，是影響泵揚程的最重要因素。可見影響泵揚程的幾個參數(shù)之間互相影響。 因為壓水室的水力損失和葉輪出口的絕對速度的平方成正比。 由葉輪出口速度三角形 2 2 22 2 2muv v v?? 葉輪出口軸面速度和圓周分速度均與葉輪外徑有關，現(xiàn)將 2V 表示為 2D （ 2u ）的函數(shù)，由基本方程式 2 2 1 1uuT u v u vH g?? 推出 2D 的計算公式為： 1 / 2 1 / 22 939 .3 5 ( ) 9 .3 5 ( ) 9 .7 01 0 0 1 0 0sD nk ??? ? ? ? ? 3322 2020 . 7 0 0 . 2 6 0 2 6 02900D QD K m m mn? ? ? ? ?? ? ? ? ? 12 ⑷葉輪出口寬度 5 / 6 5 / 62 930 .6 4 ( ) 0 .6 4 ( ) 0 .6 0 21 0 0 1 0 0sb nk ? ? ? ? ? 3322 1000 . 6 0 2 0 . 0 1 6 1 63 6 0 0 2 9 0 0b Qb K m m mn? ? ? ? ?? ⑸葉片數(shù)的計算與選擇 葉片數(shù)對泵的揚程，效率，汽蝕性能都有一定的影響。 2 1 2 121 si n 2260 96 25 si n260 96 2DDzDD? ? ? ???? ? ? ???? 參考結果以及同類產品，取 6z? 精算葉輪外徑 ⑴理論揚程 80 91 .hHHm? ? ?? ⑵修正系數(shù) 256060? ?? ???? ???? ???? ??? ???? ⑶靜矩 ? ?21 2 .5 7 4 2 .2 2 4 2 .2 2 4 3 .8 2 4 9 .7 5 9 .4 7 1 .5 8 4 .0 1 9 6 . 5 7 1 0 9 .1 4 1 2 1 .7 19 0 5 4 .0 50 .0 0 9 1iiSSm?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? △ △ R上式是通過初定尺寸按照畫軸面投影圖計算后，中間流線的靜矩來算的。 ⑹葉片出口排擠系數(shù) 由經驗公式， 2? 需要經過計算得到， K 值鑄鐵取 ，鑄鋼取 。故 K=。故不再進行計算，取 2 260D mm? 。 具體作圖方法可參考文獻 [5]P117。 其中在入口邊時， 2FR?? ，出口邊時 22F bR?? 。 圖 FL 曲線圖 可以看出該曲線還是單調上升趨勢，是一條高效率的曲線，雖然在 58～ 89中間曲線并沒有完全成一條直線，但是本人通過多次努力達到這個效果還是不容易的，初次設計，敬請諒解。 中間流線的劃分 流面是一張空間三維曲面，曲面上各面處水質點的速度矢量與此三維曲面相切，水流質點不能穿越水流，對理想流體，流面與鋼鐵薄板可以互換。 項目 F(mm2) bi RC L 1 11304 60 30 0 2 3 4 5 6 7 8 9 18 128 FL 曲線 0 2020 4000 6000 8000 10000 12020 14000 16000 L 0 21 34 71 89 109 ` 46 58 16 劃分原則：⑴先分進出口；⑵有了始末分點，憑經驗畫出軸面流線。 檢查同一過水斷面上兩流道間小過水斷 面面積是否相等，不相等，修改至相等或滿足下面公式： 121AAA? ????? 表 23 分軸面流線計算表 過水斷面號 流道 ib? ciR ci iRb?? ci iRb??? ()2ci i avci iRbRb?? ???? 誤差率 1 01 12 2 01 12 3 01 12 4 01 12 5 01 12 6 01 12 7 01 12 8 01 12 葉片進口邊的確定 參考文獻 [3]P149，在葉輪軸面投影圖上繪制葉片進口邊時，應注意： 17 進口邊前后蓋板輪廓線夾角不要太小， A、 B兩點的高度差不要太大，在使用圓柱形葉片時， 這是防止前蓋板處葉片沖角過大的重要措施。到 40176。但在葉輪進口直徑 jD 較小，葉片數(shù)又較多時，采取這一措施應慎重，以防止進口部分堵塞嚴重，結果使葉片進口排擠系數(shù)過多減少，既不利于提高泵效率，也惡化了汽蝕性能。別交前蓋板 A點，中間流線 B點，后蓋板流線 C點。 11 6 /60 AA Dnu m s? ? ? ???? ? ? ????? ? ??? 11 14 .6 6 /60 BB Dnu m s? ? ? ?? ?? ?? ? ?? ??? ? ??? 11 9 .6 4 /60 CC Dnu m s? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ⑵葉片進口軸面液流過水斷面面積 葉片進口邊有時和過水斷面形成線重合，有時不重合。 21 2 2 )A C A AF R m??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?σ 21 2 2 )B C B BF R m? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?σ 21 2 2 )C C C CF R b m??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ⑶計算 A 流線葉片進口角 假定 1 ? 111k200 /mAv A AQVFms??? ???? ? ???? ? ?? 18 39?！?15176。1 1 117. 42 7A A A? ? ?? ? ?? ?? ??? （由軸面圖上量得 61A? ??，假定 1 3A mm? ? ） 由上可以看出，與假定的值相同，各值即為所求。 111 Bvtg u? ? ?β 39。 111 Cvtg u? ? ?β 39。1 1 1 2 2 . 9 6 2 0 . 1 9B B B? ? ?? ? ? ? ? ?