離心泵設(shè)計(jì)教程N(yùn)UMPAGES33\o"Clickheretostartnewdesign!"目錄TOC\o"1-3"\h\z第一部分葉輪水力設(shè)計(jì) 4一、概述 4二、設(shè)計(jì)題目 4三、設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 41.確定泵的進(jìn)出口直徑 42.汽蝕計(jì)算 53.比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算 64.效率計(jì)算 65.確定軸功率 76.初步確定葉輪主要尺寸 87.精算葉輪外徑 98.第二次精算葉輪外徑 119.繪制葉輪軸面投影圖 1110.流線分段 1411.繪制軸面截線 1812.葉片加厚 1813.葉片水力性能校驗(yàn) 1914.繪制木模圖 2015.完成設(shè)計(jì) 22第二部分壓水室水力設(shè)計(jì) 22一、壓水室的類型和作用原理 22二、螺旋形壓水室的設(shè)計(jì) 22三、徑向式導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)計(jì)算 26第三部分平衡盤工作原理設(shè)計(jì) 28一、設(shè)計(jì)步驟 28二、軸向力的產(chǎn)生 28三、軸向力平衡 29四、平衡盤結(jié)構(gòu) 29五、平衡盤平衡原理 29六、平衡盤的靈敏度 30七、平衡盤設(shè)計(jì)步驟 30八、平衡盤設(shè)計(jì) 31第四部分附錄 33第一部分葉輪水力設(shè)計(jì)一、概述葉輪是泵的核心部分。泵的性能、效率、抗汽蝕性能、特性曲線的形狀，均與葉輪的水力設(shè)計(jì)有重要關(guān)系。我們將通過(guò)一個(gè)葉輪設(shè)計(jì)實(shí)例（以方格網(wǎng)保角變換繪型）來(lái)學(xué)習(xí)離心泵葉輪水力設(shè)計(jì)。流程圖 二、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)的第一步就是分析設(shè)計(jì)題目。通常，提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和要求包括：1.流量Q，單位：2.揚(yáng)程H，單位：m3.轉(zhuǎn)速n，單位：rpm（轉(zhuǎn)/分）4.效率，要求達(dá)到的效率5.介質(zhì)：溫度、重度、含雜質(zhì)情況、腐蝕性等6.裝置汽蝕余量：或給定幾何吸入高度7.特性曲線：要求平坦、陡降，允許有駝峰(中高)等本教程采用的實(shí)例如下：設(shè)計(jì)參數(shù)：Q＝12升／秒=0.012；H＝18.5米；n＝2970轉(zhuǎn)／分；＝5米。三、設(shè)計(jì)計(jì)算步驟1.確定泵的進(jìn)出口直徑泵的進(jìn)出口如右圖所示，不要與葉輪的進(jìn)出口混淆了。泵進(jìn)口直徑結(jié)果取標(biāo)準(zhǔn)值75mm；泵吸入口的流速一般取為3m/s左右。從制造方便考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵的體積，提高過(guò)流能力。而從提高泵的抗汽蝕性能考慮，應(yīng)減小吸入流速；此處下標(biāo)s表示的是suction（吸入）的意思泵出口直徑，故結(jié)果取75mm；出口直徑，對(duì)于低揚(yáng)程泵，可取與吸入口徑相同。高揚(yáng)程泵，為減小泵的體積和排出管直徑，可小于吸入口徑，一般取：；此處下標(biāo)d表示的是discharge(排出)的意思泵進(jìn)口速度由于進(jìn)出口直徑都取了標(biāo)準(zhǔn)值，所以和都有所變化，需要重新計(jì)算。泵出口速度進(jìn)出口直徑相同，所以速度也相同，==2.7m/s.2.汽蝕計(jì)算提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式可知，轉(zhuǎn)速n和汽蝕基本參數(shù)和C有確定的關(guān)系。按汽蝕條件確定泵轉(zhuǎn)速的方法，是選擇C值，按給定的裝置汽蝕余量或幾何安裝高度，計(jì)算汽蝕條件允許的轉(zhuǎn)速，所采用的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于汽蝕條件允許的轉(zhuǎn)速。相關(guān)知識(shí)汽蝕水力機(jī)械特有的一種現(xiàn)象。當(dāng)流道中局部液流壓力降低到接近某極限值(目前多以液體在該溫度下的汽化壓力作為極限值)時(shí)，液流中就開(kāi)始發(fā)生空(汽)泡，這些充滿著氣體或蒸汽的空泡很快膨脹、擴(kuò)大并隨液流至壓力較高的地方后又迅速凝縮、潰滅。液流中空泡的發(fā)生、擴(kuò)大、漬滅過(guò)程涉及許多物理、化學(xué)現(xiàn)象，會(huì)有噪音，振動(dòng)甚至對(duì)流道材料產(chǎn)生侵蝕作用(汽蝕)。以上這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為汽蝕現(xiàn)象裝置汽蝕余量假定=0.5m，常溫清水=0.24m泵汽蝕余量汽蝕允許轉(zhuǎn)速一般的清水泵C值大致在800~1000左右，此處取C=800；取n=2970，符合汽蝕條件。3.比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算相關(guān)知識(shí)比轉(zhuǎn)數(shù)在設(shè)計(jì)制造水泵時(shí)，為了將具有各種各樣流量、楊程的水泵進(jìn)行比較，我們就將某一臺(tái)泵的實(shí)際尺寸，幾何相似地縮小為標(biāo)準(zhǔn)泵，此標(biāo)準(zhǔn)泵應(yīng)該滿足流量為75升／秒，揚(yáng)程為1米。此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)泵的轉(zhuǎn)數(shù)就是實(shí)際水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)是從相似理論中引出來(lái)的一個(gè)綜合性參數(shù)，它說(shuō)明著流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)數(shù)之間的相互關(guān)系。同一臺(tái)水泵，在不同的工況下具有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)。一般是取最高效率工況時(shí)的比轉(zhuǎn)數(shù)做為水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。本例中，在＝150~250的范圍，泵的效率最好，當(dāng)＜60時(shí)，泵的效率顯著下降；采用單吸葉輪過(guò)大時(shí)，可考慮改用雙吸，反之采用雙吸過(guò)小時(shí)，可考慮改用單吸葉輪；泵的特性曲線形狀也和有關(guān)。4.效率計(jì)算相關(guān)知識(shí)泵內(nèi)能量損失泵在把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為所抽送液體能量的過(guò)程中，伴有各種損失，如右圖所示。其中機(jī)械損失中還包括了葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其蓋板外側(cè)及外緣與介質(zhì)摩擦引起的圓盤損失，所以，相應(yīng)有：總效率=水力效率×容積效率×機(jī)械效率水力效率：選取容積效率機(jī)械效率圓盤損失效率，假定軸承填料損失為2%，則m=0.93總效率：=hvm=0.85×0.97×0.93=0.765.確定軸功率泵軸的直徑應(yīng)按照強(qiáng)度（拉、壓、彎、扭）和剛度（撓度）及臨界轉(zhuǎn)速條件確定。因?yàn)榕ぞ厥潜米钪饕妮d荷，開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)首先按扭矩確定泵軸的最小直徑，通常是聯(lián)軸器處的軸徑。軸功率配套功率N'=KN=1.2×2.86=3.43kW（K是工況變化系數(shù)，取1.1-1.2）扭矩最小軸徑[τ]是泵軸材料的許用切應(yīng)力(單位：)對(duì)于普通優(yōu)質(zhì)碳鋼可取[τ]=，對(duì)于合金鋼[τ]=6.初步確定葉輪主要尺寸葉輪主要尺寸參數(shù)示意圖(左為穿軸葉輪，右為懸臂葉輪)其中：葉輪進(jìn)口直徑，葉片進(jìn)口直徑，葉輪輪轂直徑，葉輪出口直徑，葉輪出口寬度和葉片數(shù)Z葉輪進(jìn)口幾何參數(shù)對(duì)汽蝕具有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對(duì)性能（H,Q）具有重要影響，而兩者對(duì)效率均有影響。葉輪進(jìn)口直徑因?yàn)橛械娜~輪有輪轂，有的沒(méi)有輪轂，為從研究問(wèn)題中排除輪轂的影響，即考慮一般情況，引出葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑。按以為半徑的圓管斷面積等于葉輪進(jìn)口去掉輪轂的有效面積。下面先計(jì)算進(jìn)口當(dāng)量直徑， 的選擇(對(duì)大多數(shù)泵取3.5-4.0)：主要考慮效率3.5-4.0，主要考慮汽蝕5.0-5.5，兼顧效率和汽蝕4.0-5.0再計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑（此處輪轂直徑為0）葉輪出口寬度根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料葉輪外徑葉片出口角：取葉片數(shù)按照比轉(zhuǎn)數(shù)選擇葉片數(shù)30-4545-6060-120120-300Z8-107-86-74-6所以本例中選取Z=67.精算葉輪外徑葉片出口排擠系數(shù),選=3mm，假定=90°,已知Z=6，D=130mm理論揚(yáng)程有限葉片數(shù)修正系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有限葉片數(shù)修正系數(shù)p=0.3~0.45，此處p取0.436方法二先按照初步尺寸確定軸面投影圖計(jì)算葉片修正系數(shù)其中0.65-0.85為a，a與泵的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：導(dǎo)葉式壓水室0.6，渦殼式壓水室0.65-0.85環(huán)形壓水室0.85-1.0計(jì)算靜矩計(jì)算有限葉片修正系數(shù)無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程出口軸面速度出口圓周速度出口直徑所以需要進(jìn)行第二次精算（要求誤差<2%）8.第二次精算葉輪外徑葉片出口排擠系數(shù)·,取D=133mm進(jìn)行第二次計(jì)算。出口軸面速度出口圓周速度葉輪外徑與假定值133接近，不再進(jìn)行計(jì)算；取134為偶數(shù)，便于作圖。9.繪制葉輪軸面投影圖相關(guān)知識(shí)：軸面投影圖由于葉輪是繞定軸旋轉(zhuǎn)的，故用圓柱坐標(biāo)系描述葉輪及葉片的形狀比較方便。為了與圓柱坐標(biāo)系相適應(yīng)，工程上用“軸面投影圖”和“平面投影圖”來(lái)確定葉片的形狀。平面投影圖的作法與一般機(jī)械圖的作法相同，是將葉片投影到與轉(zhuǎn)軸垂直的平面上而得。所謂軸面（也稱子午面），是指通過(guò)葉輪軸線的平面。軸面投影圖的作法：將每一點(diǎn)繞軸線旋轉(zhuǎn)到同一軸面而成軸面投影圖葉輪各部的尺寸確定之后，可畫出葉輪軸面投影圖。畫圖時(shí)，最好選擇比轉(zhuǎn)數(shù)相近，性能良好的葉輪圖作為參考，考慮設(shè)計(jì)泵的具體情況加以改進(jìn)。軸面投影圖的形狀，十分關(guān)鍵，應(yīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)修改、力求光滑通暢。同時(shí)應(yīng)考慮到：(1)出口前后蓋板保持一段平行或?qū)ΨQ變化；(2)流道彎曲不應(yīng)過(guò)急，在軸向結(jié)構(gòu)允許的條件下，以采用較大的曲率半徑為宜。本例的軸面投影圖如下：軸面液流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化檢查畫好軸面投影圖之后，應(yīng)檢查流道各處的過(guò)水?dāng)嗝孀兓闆r。通常均勻地在流道上取5～10個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?，便可作出過(guò)水?dāng)嗝婷娣e沿流道中線的變化曲線。以下就是計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化的動(dòng)畫演示：按照動(dòng)畫所示的方法依次計(jì)算各個(gè)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，然后擬合出其沿流道中線變化的曲線，本例的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化曲線如下：要求該曲線有平滑的變化規(guī)律，否則必須修改軸面投影圖，直到符合為止。分流線所謂分流線就是將過(guò)水?dāng)嗝娣殖蓭讉€(gè)相等的小過(guò)水?dāng)嗝?。?duì)于低比轉(zhuǎn)數(shù)和中比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪，一般只要作三條流線，即中間流線和前后蓋板處的流線；對(duì)于高比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪則可作五條流線，即除兩蓋板處兩條以外，再作三條流線。首先我們要先分清中間流線和流道中線的區(qū)別，兩者是不同的。流道中線為內(nèi)切圓圓心的連線，是流道的幾何中線；而任意三條相鄰流線所組成的兩流道中的流量相等，由于整個(gè)流道各處的流速是不均勻的，所以中間流線和流道中線是不重合的。如下圖所示，藍(lán)色實(shí)線為中間流線，綠色虛線為流道中線。中間流線的具體繪制方法是：在軸面液流過(guò)流斷面形成線上取一點(diǎn)，而后計(jì)算此點(diǎn)兩邊的面積，面積相等則此點(diǎn)即中間流線上的—點(diǎn)；如面積不相等，則將此點(diǎn)向面積大的一面移動(dòng)，再檢查兩邊面積是否相等，進(jìn)行修改，直到兩面積相等為止，即得到流線所經(jīng)過(guò)的點(diǎn)。以下是中間流線繪制的簡(jiǎn)單演示：確定進(jìn)口邊位置葉片進(jìn)口邊通常是傾斜的，可能不在同一過(guò)水?dāng)嗝嫔?。進(jìn)口邊一般不希望放在流道的急劇拐彎處，同時(shí)與三條流線的夾角有如下要求：與上流線夾角為90度，與中間流線的夾角大于60度，與下流線的夾角大于70度。進(jìn)口邊與前后蓋板交點(diǎn)連線與葉輪軸心線的夾角大約在30度至45度,且有與比轉(zhuǎn)速成反比,表示葉片進(jìn)口直徑,表示葉輪進(jìn)口直徑。10.流線分段相關(guān)知識(shí)保角變換法繪型原理流面是空間曲面，直接在流面上畫流線，不容易表示流線形狀和角度的變化規(guī)律。因此，要設(shè)法把流面展開(kāi)成平面，在展開(kāi)的平面上畫流線，然后，在展開(kāi)圖上畫出流線。所謂保角變換，顧名思義，就是保證空間流面上流線與圓周方向的角度不變的變換。在平面上的展開(kāi)流線只要求其與圓周方向的夾角和空間流線的角度對(duì)應(yīng)相等。展開(kāi)流線的長(zhǎng)度和形狀可能不相同。因?yàn)橹荚谙嗨?，而不追求相等，可設(shè)想把流面展成圓柱面，然后把圓柱面沿母線切開(kāi)，展成平面。

(1)(2)

(3)為了展開(kāi)空間流線到平面上（圖3所示流線），需要對(duì)流線分段，得到空間流線的Δs和Δu.再根據(jù)Δs和Δu就可以繪出整個(gè)流面的方格網(wǎng)。流線分段的實(shí)質(zhì)就是在流面上畫特征線，組成扇形格網(wǎng)。，因?yàn)榱髅婵梢杂幂S面圖和平面圖表示，因此，分點(diǎn)在軸面圖上沿一條流線（相當(dāng)于一個(gè)流面）進(jìn)行。流面是軸對(duì)稱的。一個(gè)流面上的全部軸面流線均相同，所以只要分相應(yīng)的一條軸面流線，就等于在整個(gè)流面上繪出了方格網(wǎng)。以下是流線分段的動(dòng)畫演示：在軸面投影圖旁，畫兩條夾角等于Δθ的射線，這兩條射線表示夾角為Δθ的兩個(gè)軸面。與逐點(diǎn)計(jì)算分點(diǎn)法相同，一般取Δθ＝3°～5°.從出口開(kāi)始，先試取Δs，若Δs中點(diǎn)半徑對(duì)應(yīng)的兩射線間的弧長(zhǎng)Δu，與試取的Δs相等，則分點(diǎn)是正確的，如果不等就逐次逼近，直到Δs＝Δu為止。第一點(diǎn)確定后，用同樣的方法分第2、3……點(diǎn)。各流線用相同的Δθ分點(diǎn)。流線分段后，我們得到如下的圖形(注意給分段點(diǎn)標(biāo)上序號(hào))：繪制方格網(wǎng)：當(dāng)軸面投影圖上的各條流線分好點(diǎn)后，就可以在方格網(wǎng)上進(jìn)行葉片繪型工作。葉片進(jìn)口安放角葉片進(jìn)口角，通常取之大于液流角，即>,其正沖角為＝－。沖角的范圍通常為＝3°～9°。采用正沖角能提高抗汽蝕性能，并且對(duì)效率影響不大。所以，進(jìn)口角＝＋。下面是計(jì)算的數(shù)據(jù)流圖：前面我們已經(jīng)畫出了葉片進(jìn)口邊，它可能不在同一個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔希鐖D所示，進(jìn)口邊與三條流線的交點(diǎn)a、b、c三點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝娌煌?/p>

我們依據(jù)前面介紹的方法作出過(guò)這三點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€，然后測(cè)量和計(jì)算出三點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e：

計(jì)算三點(diǎn)的進(jìn)口圓周速度：

計(jì)算A流線的葉片進(jìn)口角：，試取=0.80（）驗(yàn)證是否符合，是計(jì)算點(diǎn)葉片的真實(shí)厚度（參見(jiàn)葉片加厚部分），λ是計(jì)算點(diǎn)軸面截線和軸面流線的夾角，一般λ＝60°～90°，此處由軸面圖假定＝70°：可知與原先試取值一致。

計(jì)算B、C流線的葉片進(jìn)口角：由圖假定＝80°，＝85°，葉片進(jìn)口軸面速度：葉片進(jìn)口液流角：葉片進(jìn)口沖角：確定包角一般包角，與成反比，必要時(shí)可以超出此范圍。在方格網(wǎng)上繪流線一般入口邊a'、b'、c'都取在同一軸面上，即在方格網(wǎng)的同一條縱線上(縱線0)。出口邊a、b、c亦取在同一軸面上，即使a、b、c匯交于一點(diǎn)。按葉片包角確定出口邊在橫座標(biāo)上的位置，通過(guò)a'、b'、c'和a、b、c(此三點(diǎn)重合)作葉片入口安放角和出口安放角。首先作出中間流線的葉片入口角度線和出口角度線，兩線相交于一點(diǎn)b''，使A＝B,見(jiàn)下面的演示，若滿足不了此要求，可修改出口邊在橫線上的位置(即修改葉片包角)，直至滿足A＝B為止。當(dāng)出口邊定好位置后，我們就可以進(jìn)行葉片型線的繪制工作。這三條型線的繪制，最好用彈性較好的薄鋼尺或鋼鋸條，彎摺其兩端使與型線的入、出口安放角相等，按鋼尺自然形成的曲線繪出。在上述A＝B的條件下，可以保證中間流線是一條角度均勻變化的曲線，若繪出的前、后流線角度變化很不平緩時(shí)，應(yīng)修改葉片入口邊在軸面投影圖上的位置(包括徑向位置和入口邊相對(duì)軸線的角度位置)，再繪制葉片型線，直到符合要求為止。11.繪制軸面截線在方格網(wǎng)中畫出的三條流線，就是葉片表面的三條型線。用軸面(相當(dāng)于方格網(wǎng)的豎線)去截這三條流線，相當(dāng)于用軸面去戴葉片，所截三點(diǎn)的連線是一條軸面截線。把方格網(wǎng)中每隔一定角度的豎線和三條流線的交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)編號(hào)1、2、3……的位置，用插入法分別點(diǎn)到軸面投影圖相應(yīng)的三條流線上，把所得點(diǎn)連成光滑的曲線，就得到葉片的軸面截線。軸面截線應(yīng)光滑，按一定規(guī)律變化。軸面截線和流線的夾角λ最好接近90°,一般不要小于60°。λ角太小，蓋板和葉片的真實(shí)夾角γ過(guò)小，會(huì)帶來(lái)鑄造困難、排擠嚴(yán)重和過(guò)水?dāng)嗝嫘螤畈涣嫉热秉c(diǎn)。12.葉片加厚方格網(wǎng)保角變換繪型，一般在軸面投影圖上按軸面截線進(jìn)行加厚。加厚時(shí)，可以認(rèn)為前面所得的軸面截線為骨線向兩邊加厚，或認(rèn)為是工作面向背面加厚。沿軸面流線方向的軸面厚度，按下式計(jì)算：為了作圖方便，通常給定真實(shí)厚度或流面厚度S沿軸面的變化規(guī)律（如圖例），一般取等厚的部分為全長(zhǎng)的2/3～2/5，頭部削尖（三條流線可用一個(gè)厚度變化規(guī)律）。葉片厚度變化規(guī)律β角從方格網(wǎng)流線中量得。葉片厚度進(jìn)出口一般按工藝要求給定，最大厚度距進(jìn)出口在全長(zhǎng)的40%左右。厚度可按流線型變化，或選擇翼型厚度的變化規(guī)律。葉片厚度可列表進(jìn)行計(jì)算：軸面0IIVVIIIXXIS2.52.83333a

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線21°22°21°22°30'24°52'25°0.9340.9270.9340.9230.9070.9062.6833.213.253.313.315b

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線24°25'24°34'24°40'24°46'24°52'25°0.910.9090.9030.90750.9070.9062.753.083.303.3053.313.315c

流

線27°40'28°29°28°24°52'25°0.8850.8830.87460.8830.9070.9062.823.173.433.43.313.315*實(shí)際計(jì)算中應(yīng)當(dāng)包括全部軸面，這里只計(jì)算了部分軸面。把算得的厚度，按流線和軸面截線的，點(diǎn)到軸面圖中，光滑連接。因?yàn)槿~片的凸面是工作面，用軸面截葉片，工作面的軸面截線在上面，背面在下面。依據(jù)上面所列數(shù)據(jù)表作出的圖形如右，紅色的虛線就是加厚的線，與對(duì)應(yīng)的軸面截線一起就表示出了具有厚度的葉片。13.葉片水力性能校驗(yàn)我們通過(guò)作圖法得到的葉片繪型有很大的任意性，有必要檢查相對(duì)速度w和速度矩沿流線的變化情況，計(jì)算表如下，以a流線為例，b、c流線速度變化計(jì)算從略。0IIIVVIVIIIXXIIcm00.40.450.60.71.050.5521°21°40'21°40'21°45'23°24°55'25°sin0.35840.36920.36920.37050.39070.42130.4226tg0.38390.39720.39720.39890.42450.46460.4663cm01.081.221.621.792.491.32cm01.082.303.925.718.209.52Scm0.250.2750.30.30.30.30.3cm0.6980.7450.8130.8100.7680.7120.710rcm3.53.74.054.55.26.26.70.810.810.810.830.860.8810.9F4142434546.849.850.5m/s372364355332307.5282272m/s1088115012601400161719302083m/s1182353675688931324150010.369.879.618.967.876.686.430.04130.08700.14850.25600.46400.82151.0000根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可以作出以下圖形：14.繪制木模圖高比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的葉片形狀常是扭曲的，要把空間扭曲葉片畫在平面圖上，就要借助于葉片剪裁圖（即葉片木模圖）。木模圖的基本原理與地圖上等高線的道理是相同的。畫出具有軸面截線并已加了厚度的軸面投影圖；在葉輪的軸面截線圖上，作垂直于葉輪軸心線的直線，這些直線實(shí)質(zhì)上就是一些垂直于葉輪軸心線的平面，通常稱為割面或等高面，它們與葉片的交線就是葉片的模型截線。直線是等距離的，但亦可不等，視設(shè)計(jì)需要而定，葉片扭曲較大處，距離可取小一些；根據(jù)D、d畫葉輪平面圖，并作出與軸面投影圖上軸面截線相對(duì)應(yīng)軸向截面；在平面圖上先畫出葉片與后蓋板交線的投影，然后再作模型截面與葉片相交的投影（注意旋轉(zhuǎn)方向，這里從葉輪吸入口方向看，為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）。下面請(qǐng)看簡(jiǎn)單演示：應(yīng)列出截線座標(biāo)表，便于我們作圖，也便于別人看圖葉片工作面軸面截線至葉輪軸心線距離軸面0IIVVIIIXXI中間流線2832.539485767前蓋板流線353842.54957.567后蓋板流線232937.547.557671-12-2323-3293642494-427334048.557.5675-52531394857676-624303847.556.5677-72329.537.5葉片背面軸面截線至葉輪軸心線距離軸面

0IIVVIIIXXI中間流線26.5303644.553.563.5前蓋板流線3536.54045.55464后蓋板流線20.526.5344453.5641-1332-229.5363-326.5323945.54-42430374554645-522.528.53644.553.563.56-62127354453.5647-726.634.64415.完成設(shè)計(jì)葉輪設(shè)計(jì)至此已經(jīng)接近尾聲，這時(shí)候，我們應(yīng)該：反復(fù)檢查錯(cuò)漏，整理圖紙，注意保持卷面整潔；寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（可參照范本格式書寫）；整理設(shè)計(jì)日記，可以積累經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)自己不足之處完成以上工作后，恭喜你，葉輪設(shè)計(jì)完成了

第二部分壓水室水力設(shè)計(jì)一、壓水室的類型和作用原理

壓水室的定義壓水室是指葉輪出口到泵出口法蘭的過(guò)流部分。對(duì)節(jié)段式多級(jí)泵是葉輪出口到次級(jí)葉輪進(jìn)口前。對(duì)水平中開(kāi)泵則是到過(guò)渡流道之前。壓水室的類型

壓水室的作用：以最小的損失將葉輪中流出的高速液體收集起來(lái)，引向次級(jí)葉輪或泵的出口；消除液流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把液流的這部分旋轉(zhuǎn)動(dòng)能盡可能轉(zhuǎn)化為壓力能；降低液流的流速，以減小壓力管路中的損失或適合下一級(jí)葉輪吸入口的要求。特別注意：壓水室的設(shè)計(jì)，其水力損失較大，約占整臺(tái)泵水力損失的一半左右。二、螺旋形壓水室的設(shè)計(jì)螺旋形壓水室特點(diǎn)：螺旋形壓水室又稱渦殼，是離心泵用得最廣泛的壓水室之一，它可以用于單級(jí)軸向吸入式泵、單級(jí)雙吸式以及多級(jí)水平中開(kāi)式泵。

優(yōu)點(diǎn)：制造比較方便，泵性能曲線高效區(qū)域比較寬，車削葉輪后泵的效率變化比較小。缺點(diǎn)：但渦殼泵在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力。

螺旋形壓水室的設(shè)計(jì)假定渦殼的各斷面的高度b是相等的，即b=const，此時(shí)可將蝸殼中的流動(dòng)視為位于中心處的渦和匯共同誘導(dǎo)的平面流動(dòng)。如渦的強(qiáng)度為Γ，匯的強(qiáng)度為－Q。于是渦匯誘導(dǎo)的水流復(fù)勢(shì)函數(shù)為：

，

以代入上式，得，

分出虛部，得到流函數(shù)ψ的表達(dá)，令ψ＝const，即或，

流線方程為

上式為一等角螺線方程，即流線為等角螺線。因此將蝸殼設(shè)計(jì)為等角螺線的形狀，可使蝸殼內(nèi)的水力損失最小。由等角螺線的性質(zhì)可知，等角螺線與任意半徑向量的夾角為常數(shù)，即：實(shí)際上泵的渦殼的斷面大都不是等高度的，因而嚴(yán)格的說(shuō)其中的流線不是等角螺線。但上述軸對(duì)稱有勢(shì)流動(dòng)的假設(shè)和以速度矩作為理論基礎(chǔ)的渦殼計(jì)算方法，實(shí)際證明效果良好，故得到廣泛應(yīng)用

螺旋形壓水室的設(shè)計(jì)要求壓出室要收集葉輪流出的液體并送往壓力管路或下一級(jí)葉輪吸入口。螺旋形壓出室在螺旋線部分后面加一擴(kuò)散管，擴(kuò)散管后接壓力管路或流道。

壓出室把液流送往壓力管路時(shí)，應(yīng)消除液流的速度環(huán)量，液流在進(jìn)入壓力管路后不應(yīng)旋轉(zhuǎn)。這一要求對(duì)螺旋形壓水室自然滿足。在螺旋形壓出室后加裝擴(kuò)散管可以進(jìn)一步的降低液體的流速，將速度能轉(zhuǎn)換為壓力能。良好的設(shè)計(jì)可以保證在設(shè)計(jì)工況時(shí)，液體從葉輪中流入壓水室不產(chǎn)生撞擊損失

螺旋形壓水室斷面的設(shè)計(jì)計(jì)算

基圓D3，一般大泵取小值，小泵取大值。如果基圓取得太小，在大流量時(shí)泵舌處容易產(chǎn)生汽蝕，引起振動(dòng)。渦室入口寬度b3用葉輪出口寬度b2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。渦室入口寬度對(duì)泵性能沒(méi)有明顯的影響，但取得略寬些可以改善葉輪和渦室的對(duì)中性。舌角α3舌角是在渦室第Ⅷ面的0點(diǎn)（及渦室螺旋線的起始點(diǎn)）處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾角。為了使液體無(wú)沖擊的從葉輪進(jìn)入渦室，一般取α3等于葉輪出口絕對(duì)速度的液流角。泵舌安放角θ在理論上泵舌應(yīng)該在第Ⅷ斷面的基圓上D3上，但這樣做會(huì)使泵舌與葉輪間的間隙過(guò)小，易產(chǎn)生振動(dòng)，并且泵舌也太薄。所以將泵舌沿渦室螺旋線移動(dòng)θ，此角即為泵舌安放角。ns

40

60

80

130

180

220

280

360θ

10°15°20°

25°30°

38°45°45°在取泵舌安放角時(shí)，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性，一般應(yīng)使泵舌處的圓角半徑r

為2～2.5毫米左右。渦室斷面面積的確定渦室斷面面積對(duì)泵性能影響很大，對(duì)同一個(gè)葉輪，如果渦室斷面面積過(guò)小，流量~揚(yáng)程曲線變陡，最高效率點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，效率降低；如果渦室斷面過(guò)大，則流量~揚(yáng)程比較平坦，最高效率點(diǎn)向大流量方向移動(dòng)，效率也較低，但在數(shù)值上要比渦室面積過(guò)小時(shí)降低值要少。渦室中的流速：渦室最大斷面（即第Ⅷ斷面）處的面積:渦殼各斷面面積：擴(kuò)散管液體離開(kāi)渦室后進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管中，一部分動(dòng)能變?yōu)閴耗堋U(kuò)散管末段為泵的吐出口，與吐出管路相接。所以吐出口直徑應(yīng)該按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管徑選取。為了盡量減少在擴(kuò)散時(shí)的水力損失，擴(kuò)散管的擴(kuò)散角一般取6°～10°。螺旋形渦室的繪制有了以上尺寸，就可以繪制圖紙。在繪型時(shí)，既要考慮計(jì)算時(shí)所選定的尺寸，又要考慮到結(jié)構(gòu)安排的可能性。其他斷面的繪制過(guò)程與上述見(jiàn)斷面的繪制過(guò)程完全一樣，見(jiàn)下圖。繪圖時(shí)要注意下述事項(xiàng)：為便于繪制斷面、比較各斷面的形狀和識(shí)圖方便起見(jiàn)，八個(gè)斷面可繪制在一起；而為了圖面清晰，各個(gè)斷面可只繪出一半。蝸形體外壁如系弧線，則其圓弧半徑R8、R7……應(yīng)隨斷面包角的減小而有規(guī)律的增大，且應(yīng)使O斷面處為直線。否則會(huì)增大隔舌與葉輪之間的間隙，影響泵的性能。斷面高度H8、H7……，圓角半徑r8、r7……，側(cè)劈斜度等，均應(yīng)如前所述，隨著包角的減小而有規(guī)律的減小。一般H8、H7、H6……H1的數(shù)值是等差的，h1不小于b3／2，如圖中斷面面積與計(jì)算值不符，則以調(diào)整斷面高度月H8、H7…較為方便。蝸形體平面圖的繪制：綜合圖三、徑向式導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)計(jì)算1.主要步驟2.徑向式導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)計(jì)算段式多級(jí)泵中，從葉輪出來(lái)的液體靠導(dǎo)葉收集并輸送到下一級(jí)葉輪的進(jìn)口。因此對(duì)導(dǎo)葉總的要求是：在其收集和輸送液體的過(guò)程中損失最小，并使液體均勻地進(jìn)入下一級(jí)葉輪。目前在分段式多級(jí)泵中，多采用徑向式導(dǎo)葉和流道式導(dǎo)葉。徑向式導(dǎo)葉由正導(dǎo)葉、—彎道和反導(dǎo)葉三部分組成。正導(dǎo)葉包括螺旋線部分(下圖AB段)和擴(kuò)被段部分(下圖BC段)。螺旋線部分主要是收集液體，其設(shè)計(jì)原理與蝸形體設(shè)計(jì)原理相同。擴(kuò)散段部分用來(lái)減小液流速度，即將液體一部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽员銣p少液體至下—級(jí)葉輪進(jìn)口過(guò)程中的水力損失。彎道(下圖CD段)的作用在于改變液流的方向，使之產(chǎn)生納向遠(yuǎn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng)。反導(dǎo)葉部分(下圖DE段)在于使從彎道出來(lái)的液體均勻地流入下一級(jí)葉輪進(jìn)口，控制下一級(jí)葉輪進(jìn)口的液流預(yù)旋(即可用來(lái)消除預(yù)旋，亦可用來(lái)保證一定的預(yù)旋)。導(dǎo)葉的水力損失在多級(jí)泵中占的比例較大，合理設(shè)計(jì)導(dǎo)葉十分重要?；鶊A直徑D3，基圓取得太大會(huì)降低泵的效率。導(dǎo)葉入口角α3導(dǎo)葉入口角就是導(dǎo)葉在入口處的切線與基圓D3切線間的夾角。一般α3在8°～16°范圍內(nèi)。導(dǎo)葉入口寬度b3，確定b3時(shí)不但要考慮到應(yīng)有的間隙和制造誤差，而且要考慮到轉(zhuǎn)子可能的軸向串動(dòng)。導(dǎo)葉喉部面積和形狀導(dǎo)葉喉部就是導(dǎo)葉擴(kuò)散段的入口，為了確定導(dǎo)葉喉部面積先應(yīng)確定導(dǎo)葉喉部速度。，導(dǎo)葉喉部尺寸ｚ為導(dǎo)葉葉片數(shù)，一般取4～7片。設(shè)計(jì)時(shí)選取適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉葉片數(shù)，以保證a3≈b3。選取導(dǎo)葉葉片數(shù)時(shí)還應(yīng)注意盡量使導(dǎo)葉葉片數(shù)與葉輪葉片數(shù)互為質(zhì)數(shù)，以免發(fā)生共振。導(dǎo)葉入口厚度S導(dǎo)葉入口厚度主要由鑄造工藝性和材料的強(qiáng)度確定，對(duì)鑄鐵的導(dǎo)葉一般取S＝3～5毫米。鑄鋼的導(dǎo)葉一般取S＝4～7毫米導(dǎo)葉擴(kuò)散角一般取擴(kuò)散段的擴(kuò)散角θ＝7°～14°。擴(kuò)散角取得太大容易產(chǎn)生旋渦，增加水力損失。擴(kuò)散角取得太小則增大泵的徑向尺寸。導(dǎo)葉擴(kuò)散段長(zhǎng)度，導(dǎo)葉外徑反導(dǎo)葉入口角α5液體離開(kāi)導(dǎo)葉擴(kuò)散段后，經(jīng)一環(huán)形空間進(jìn)入反導(dǎo)葉，反導(dǎo)葉的入口角一般等于液體離開(kāi)擴(kuò)散段時(shí)的出口角或有增大5°左右的沖角。反導(dǎo)葉葉片數(shù)一般取反導(dǎo)葉葉片數(shù)與導(dǎo)葉葉片數(shù)相等。但也可以根據(jù)具體情況有所增減。反導(dǎo)葉出口角反導(dǎo)葉出口角一般取90°，有時(shí)為了得到完全下降的性能曲線而將反導(dǎo)葉出口角取為60°～90°，以使液體進(jìn)入下級(jí)葉輪時(shí)有一個(gè)不大的預(yù)旋。第三部分平衡盤工作原理設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)步驟二、軸向力的產(chǎn)生

水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在其轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個(gè)很大的軸向力，力的方向與軸心線重合。對(duì)于稍大的泵，特別是高壓多級(jí)泵，此力是非常大的，泵的軸承很難承受這樣大的走向力。因此在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須想辦法平衡此力。泵葉輪前后蓋板受液體壓力的面積大小不等。前后泵腔中壓力的大小分布也不盡相同。因此，作用于兩蓋板上的液體壓力以及作用于吸入口的液體壓力在軸向不能平衡，造成一個(gè)軸向力。液體流從葉輪吸入口流入，從葉輪出口流出，速度的大小和方向均不相同，液體動(dòng)量的軸向分量發(fā)生變化。因此，根據(jù)動(dòng)量定理，在軸向作用了一個(gè)沖力。

對(duì)于立式泵，轉(zhuǎn)子的重量也使軸向力的一部分。

三、軸向力平衡

開(kāi)平衡孔或設(shè)平衡管

使用雙吸式葉輪

葉輪的副葉片

多級(jí)泵葉輪對(duì)稱布置平衡軸向力

節(jié)段式多級(jí)泵采用平衡鼓平衡軸向力平衡盤裝置平衡鼓與平衡盤聯(lián)合作用

浮動(dòng)葉輪

四、平衡盤