流體機械課程設計說明書題目：流體機械課程設計課程：流體機械原理專業(yè)：熱能與動力工程班級：學號：姓名：指導教師：日期：——2014.1.11目錄Ⅰ.課程設計的目的與要求·······························1Ⅱ.設計任務·············································1Ⅲ.葉輪的水力設計·····································1一.確定比轉速ns··········································1二.葉輪進口局部計算······································1葉輪出口局部計算······································2葉片數的選擇和葉片其他參數確實定······················3Ⅳ.葉輪的繪型··········································4畫出軸面圖············································4驗證過流部件的合理性··································5繪制截面流線··········································6繪制中間流線··········································6將三條流線分點········································7繪制流面展開方格網····································8構造需要的主要截面流線································9設計葉片厚度分布······································10構造等分線及繪制木模圖································12Ⅰ.課程設計的目的與要求1、設計目的通過流體機械課程設計的實踐教學，進一步加深對課堂知識的理解，初步掌握運用流體機械根本知識進行離心泵、軸流泵葉輪的水力設計及木模圖的繪制，培養(yǎng)學生獨立解決工程實際問題的能力。2、要求〔1〕熟悉離心泵、軸流泵葉輪設計的一般原那么、主要設計內容及設計要求；〔2〕學會收集、分析和運用水泵設計的有關資料和數據，初步掌握水泵設計根本流程；〔3〕培養(yǎng)CAD繪圖的能力；〔4〕培養(yǎng)提高獨立工作能力、創(chuàng)造能力及綜合運用專業(yè)知識解決實際工程技術問題的能力；〔5〕課程設計應各自獨立進行，按期完成任務，提交規(guī)定的成果，不得抄襲。Ⅱ.設計任務要求設計一臺離心泵，其設計參數及相關條件如下：〔1〕流量Q=0.15m3/s?！?〕揚程H=27m?！?〕轉速n=1450r/min?！?〕最大吸上真空度Hs=5.7m?！?〕效率。〔6〕抽送介質為清水。Ⅲ.葉輪的水力設計一.確定比轉速ns：ns在30~300之間，應選用單級單吸式離心泵。葉輪進口局部計算：2.1確定葉輪進口直徑D0兼顧汽蝕與效率，k0=4.0單級單吸式離心泵，取dh=02.2確定葉片入口邊直徑D1ns=173取2.3確定葉片入口處絕對速度v1取2.4確定葉片入口寬度b12.5確定葉片入口處圓周速度u12.6確定入口軸面速度vm1由ns=173，查圖可知：km1=0.219g取9.8m/s22.7確定葉片入口安放角取取三.葉輪出口局部計算3.1確定葉輪出口直徑D23.2確定葉片出口安放角3.3確定葉輪出口寬度3.4確定葉輪出口絕對速度與圓周速度的夾角四.葉片數的選擇和葉片其他參數確實定4.1葉片數的選擇4.2確定葉片厚度4.3計算葉片入口排擠系數式中----入口處的葉片實際厚度4.4計算葉片出口排擠系數式中----出口處的葉片實際厚度4.5確定葉片包角?、?葉輪的繪型一.畫出軸面圖軸面投影圖繪制的控制尺寸只有四個：葉輪半徑，葉輪進口直徑，葉輪出口寬度和輪轂直徑，所繪軸面投影圖應當滿足這四個尺寸。葉輪流道寬暢一些，有利于減少葉輪的水流速度，降低水力損失，也有利于增強葉輪抗氣蝕性能，保證有少量氣泡出現后泵的外特性不致迅速變化。前蓋板以一段圓弧過渡兩直線，該圓弧應于兩直線相切。在泵的軸向尺寸要求不嚴格時，可取大一些。后蓋板流線下部一半也以一段圓弧構成，此圓弧與直線相切，也應與1/2的水平線相切〔對于軸不穿越葉輪吸入口的葉輪，水平線指葉輪軸心線，這時并不強求圓弧與軸心線一定相切〕，比值一般在1.2～2這一范圍內。必要時，過渡圓弧也可以用兩相切圓弧構成。如下列圖一所示：圖一：軸面設計圖驗證過流部件的合理性檢查步驟如下：〔1〕在周面投影圖流道內作6～10個內切圓。內切圓個數越多，檢查精度越高，但是工作量也越大。將這些內切圓圓心用光滑的曲線連接起來，便是葉輪流道中心線?！?〕依次量出各計算點過水斷面形成線與流道中線交點到葉輪進口中點的曲線距離，并分別按上述方法計算出面積，流道中線如圖2-2所示?！?〕連接相應的圓心與前后蓋板的切點，如下列圖中三角，將三角形中垂線分為三等分，分點為和。過點且和軸面流線相垂直的曲線是過水斷面的形成線，其長度可得。過水斷面形成線的重心近似認為和三角形的重心重合〔點〕，重心半徑為。設曲線長為b，曲線繞葉輪軸心線旋轉一周所得的軸面液流過水斷面面積可用來計算。依次量出各計算點過水斷面形成線與流道中線交點到葉輪進口中點的曲線距離，并分別按上述方法計算出面積。各過流斷面的面積計算出后，可用縱坐標表示過流斷面面積，用橫坐標表示流道中線長度X，做出值隨X變化的F-X曲線，以觀察沿流道的變化情況，如下列圖所示一般來說，如F-X曲線為直線或者接近直線的光滑曲線，那么葉輪軸面投影圖就是合理的。如圖二所示：圖二：流道面積圖繪制截面流線如圖三所示：圖三：截面流線四.繪制中間流線一元理論假設流動是對稱的，即每個軸面上的流動是相同的。在同一過流斷面上軸面速度相等，做流線就是將每一個過流斷面分成幾個面積相等的單元面積。反映在軸面投影圖上就是這些流線將過流斷面形成線分成假設干小段，而每段長度和其形心道葉輪軸心線距離與的乘積相等。三條流線將過流斷面形成線分成兩局部，，而，形心到軸心線距離分別為，。得：=或=。作中間流線時可以隨手勾畫出流線的形狀，然后進行驗算。在同一過流斷面上分成的每一單元過流斷面面積都相等。否那么，重新修改流線形狀，直到面積相等為止。當過流斷面形成線被分成幾局部后，這些小段曲線與直線相近，檢查時可以近似的取每一小段弧線的中心點作為該小段的形心。在作中間流線過程中，要想在同一過流斷面上分成幾個絕對相等的面積是可能的，但是這樣工作量太大，因此在作中間流線過程中，允許在同一過流斷面上分成假設干個有一定誤差的斷面。一般允許誤差不得超過在同一過流斷面上各小段面積的平均值的。結果如下列圖四所示：圖四：中間流線示意圖將三條流線分點所謂保角變換，顧名思義，就是保證空間上流線與圓周方向的角度不變的變換。在平面上的展開流線只要求其與圓周方向上的夾角和空間流線的角度對應相等。展開流線的長度和形狀那么于實際流線可能不相同。因此只在相似，而不追求相同?？梢栽O想把流面展開成圓柱面，然后把圓柱面沿母線切開，展開成平面。由此可見，空間流線穿過流面上小扇形，將扇形兩邊分別切成兩段，相應的流線在平面方格網上，把正方形兩邊分別切成成比例的兩段，由相似的關系，那么對應的角度相等，即保持角度不變，變換到〔平面和軸面投影〕上。在軸面投影圖旁，畫兩條夾角等于的射線。這兩條射線表示夾角為的兩個軸面。與逐點計算分點法相同，一般取。從出口開始，先試取，假設的中點與半徑對應的兩條射線間的弧長，與試取的相等，那么分點是正確的，如果不是相等的，就逐次逼近，直到=為止。第1點確定以后，用同樣的方法分第2、3、4……點。當流線平行軸線時，不變，用對應的截取流線即可，各流線用相同的分點。此題中取，過程〔如圖五〕及結果〔如圖六〕所示：圖五：分點過程示意圖圖六：分點結果圖六.繪制流面展開方格網在其上繪制流線，因為保角變化法繪型時基于局部相似，而不追求局部相等，所以幾個流面可以用一個平面方格網代替。方格網的大小任意選取，橫線表示軸面流線的相應分點，豎線表示夾角為對應分點所用的軸面，畫出方格網并把特征線進行編號。而后在其上繪制流線，通常先畫中間流線。流線在方格網上的位置應該與相應軸面流線分點序號相對應。進出口角度應與預先確定好的值相符，包角大小可以靈活掌握。型線的形狀極為重要，不理想時，應該堅決修改。必要時，可以改變葉片進口邊的位置，包角的大小等。進口邊在方格網中位于同一豎線上，進口邊的三點位于同一條0豎線上，表示進口邊位于同一軸面上，一般離心泵進出口邊都位于同一軸面上。離心泵繪型的流線不理想時，進出口邊均可不位于同一軸面上，如何布置，主要由方格網上流線的形狀和下步所述的軸面截線形狀的好壞來決定。如圖七所示：圖七：流面展開方格網構造需要的主要截面流線在方格網中畫出的三條流線，就是葉片的三條型線。用軸面〔相當于方格網中的豎線〕去截這三條流線，相當于用軸面去截葉片，所截三點的連線，時一條軸面截線，把方格網中的每隔一定的角度的豎線和三條流線的交點，對應于編號1、2、3、4……的位置，用插入法分別插到軸面投影圖相應的三條流線上，把所得的點連成光滑的曲線，就得到葉片的軸面截線。軸面截線應該光滑，按照一定的規(guī)律變化，軸面截線和流線的夾角最好接近，一般不要小于。角太小，蓋板和葉片的真實夾角過小，就會帶來鑄造困難、排擠嚴重和過水斷面形狀不良〔濕周增長〕等缺點。角可按照公式進行計算。圖八：主要截面流線圖八.設計葉片厚度分布方格網保角變換繪型，一般在軸面投影圖上按照軸面截線所得的軸面截線為骨線向兩邊加厚，或認為是工作面向反面加厚。沿軸面流線方向的軸面厚度按照下式計算：圖九：葉片厚度分布圖軸面0*ⅡⅤ*ⅦⅩ前流線S/mm2.503.444.004.004.00β/°2718151824cosβ0.890.950.970.950.91/mm2.813.624.124.214.40中流線S/mm2.503.444.004.004.00β/°2727262524cosβ0.890.890.900.910.91/mm2.813.864.444.404.40后流線S/mm2.503.444.004.004.00β/°2736383324cosβ0.890.810.790.840.91/mm2.814.255.064.764.40表一：葉片加厚數據加厚后圖如圖十所示：圖十：葉片加厚圖九.構造等分線及繪制木模圖繪制步驟：〔1〕在葉片的軸面裁剪圖上，做垂直于葉輪的垂線1-1，2-2……這些垂線實際上就是一些垂直于葉輪軸心線的平面，通常稱為割面或者等高面。它們于葉片的交線就是葉片的木模截面。如果從葉輪入口方向看，葉輪為逆時針方向旋轉。我們就把葉片工作面的木模截線畫在平面投影圖的右側，把反面的木模截線畫在投影圖的左側。本此設計的葉輪為逆時針方向旋轉，直線1-1，2-2……是等距離的，但也可以不是等距離?？丛O計者的需要，葉片扭曲較大處距離式可以取小一些?！?〕以O點為圓心作葉輪外圓，并在其中做中心角為的軸面投影圖的0、Ⅰ、Ⅱ……?！?〕將沿后蓋板處的葉片工作面，反面與后蓋板的交線，以及前蓋板處的葉片工作面與前蓋板的交線投影到0點垂直線的左部，又將沿前蓋板處的葉片工作面，反面與前蓋板處的葉片工作面與后蓋板的交線投影到0點垂直線的右部，于是便得到葉片的內外極限輪廓線。他們與葉片的入口和出口邊在平面圖上投影。就繪出了制造葉輪葉片木模的外圍線?！?〕作模型截線：在葉片的軸面投影圖上，3-3