文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 华中科技大学离心泵课程设计

华中科技大学离心泵课程设计

课程设计说明书

设计题目:离心泵水力设计

设计参数:流量0.1m3/s,

扬程62m,

转速1450rpm

学生姓名:

学号:

班级:

完成日期:

指导教师(签字):

能源与动力工程学院

目录

第一章绪论............................................................................................................... - 2 -

1.1泵用途............................................................................................................ - 2 -

1.2泵的分类 ........................................................................................................ - 2 -

1.3离心泵主要部件.............................................................................................. - 3 -第二章结构方案确定 .................................................................................................. - 4 -

2.1 确定安装高度................................................................................................. - 4 -

2.2 确定泵进、出口直径 ...................................................................................... - 5 -

2.3 确定效率和功率以及电动机的选择 ................................................................. - 5 -

2.4 功率的确定 .................................................................................................... - 6 -第三章叶轮水力设计................................................................................................. - 7 -

3.1 叶轮进口直径D0的确定................................................................................. - 7 -

3.2确定叶轮出口直径 .......................................................................................... - 7 -

3.3确定出口宽度b2 ............................................................................................. - 8 -

3.4确定叶片数..................................................................................................... - 8 -

3.5确定叶片出口角.............................................................................................. - 8 -

3.6确定叶片实际厚度 .......................................................................................... - 8 -

3.7用速度系数法确定进出口轴面速度.................................................................. - 8 -

3.8确定叶片出口排挤系数 ................................................................................... - 8 -

3.9确定叶片包角φ ............................................................................................. - 9 -

3.10精算叶轮出口直径D2 .................................................................................... - 9 -第四章叶轮的CAD设计......................................................................................... - 10 -

4.1轴面图绘制及过水断面检测 .......................................................................... - 10 -

4.2轴面流线的绘制............................................................................................ - 13 -

4.3进出口边参数的确定: ................................................................................. - 14 -

4.4方网格保角法叶片绘型:.............................................................................. - 16 -第五章压水室的设计............................................................................................... - 18 -D的确定 ..................................................................................... - 18 -

5.1 基圆直径3

5.2 压水室的进口宽度........................................................................................ - 18 -

5.3 隔舌安放角和隔舌螺旋角 .................................................................. - 18 -第六章参考资料...................................................................................................... - 19 -第七章设计感悟 ............................................................................... 错误!未定义书签。

第一章绪论

1.1泵用途

农业灌溉和排涝,城市给水排水;动力工业中锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等;采矿工业的矿山排水泵、水砂充填泵;石油工业中泥浆泵、注水泵、深井才有泵、输油泵、石油炼制泵等;化学工业中耐腐蚀泵、比例泵、计量泵。

1.2泵的分类

泵的定义:通常把提升液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。

分类如下:

(1)叶片泵:利用叶片和液体相互作用来输送液体,如离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。

(2)容积泵:利用工作容积周期性变化来输送液体,如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。

(3)其它类型泵:只改变液体位能的泵,如水车;或利用流体能量来输送液体的泵,如射流泵、水锤泵等。

m/3,扬程在8~2800m范围内使用离心泵比较合适。

流量在5~20000h

泵的优缺点:

优点:效率高、体积小、重量轻、转速高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修等。

缺点:启动前需要灌泵、液体粘度对泵性能有较大影响,如下图1-1所示。

华中科技大学离心泵课程设计

图1-1离心泵输送清水的粘度极限

1.3离心泵主要部件

[][][][][]

[]

?

?????

???

??

?????

???

??

???

???

?

?、联轴器等主要零部件

、轴承体、托架、支架离心泵还有泵轴、中段衡鼓。多级泵采用平衡盘或平,级泵用平衡孔或平衡管平衡产生了轴向力,单:作用在转子上的力不轴向力平衡机构浮动环密封。填料密封、机械密封和内;有骨架橡胶密封、泵外和防止空气进入泵液体流出有轴封机构,减少压力转泵轴和固定泵体之间:泵轴伸出泵体处,旋轴封机构。体密封环和叶轮密封环—泵

—环上分别安装了两个密封压区流动。泵体和叶轮为减少高压区液体向低密封环叶片式导叶。叶、流道式导叶和扭曲螺旋形、环形、径向导一部分动能变为压能;轮,顺便将的引至吐出口或次级叶流出的液体收集,均匀:以最小损失将叶轮中压出室。环形、半螺旋形吸入式匀进入叶轮;锥形、圆:使液体以最小损失均吸入室(很少用)。式、半开式和开式叶轮成;分为闭、后盖板、叶片轮毂组体的零件;一般前盖板将原动机能量传递给液离心泵::叶轮

第二章 结构方案确定

2.1 确定安装高度

本次设计的泵叶轮参数为比转速ns=75.75,流量Q=0.1m 3/s ,扬程H=62m 。

根据比转速选择设计为单机单吸离心泵。

由于比转速为75.75,由比转速和转速关系公式:

4

/365.3H Q n n s =

计算得到转速n=1450r/min 。

所给参数中没有给定空化余量NPSHr 的值以及空化比转速C 的值,故只

能利用公式Δhr=

计算有关值。

华中科技大学离心泵课程设计

查叶片泵设计手册的表和推荐公式可初选得: “单吸泵”的空化系数σ=6-3

410216?s n =6-341075.75216??=0.0692。

而Δhr==4.292m ,C=

=1007.45。

华中科技大学离心泵课程设计

华中科技大学离心泵课程设计

由于

,故可确定为兼顾空化和效率的离心泵。

同时可以计算给出泵的安装高度:

取NPSHa=1.3NPSHr=5.58m ,常温下清水的

=0.24,吸入液面压力等于

华中科技大学离心泵课程设计

大气压力,根据经验,设吸入装置损失hc=0.5m ,则Hs=

华中科技大学离心泵课程设计

=10.33-0.5-0.24-5.58=4.01m 。

2.2 确定泵进、出口直径

根据水力机械现代设计方法离心泵叶轮设计范例,吸入口直径Ds由进

华中科技大学离心泵课程设计

口流速(经济流速)决定,,由于要满足气蚀要求,初选2—

华中科技大学离心泵课程设计

3.5 m/s 试初选选泵的进口流速m/s。

华中科技大学离心泵课程设计

则有206mm,根据规范手册要求,取Ds=205mm。

泵出口直径:Dd=(0.7~1.0)Ds,取Dd=144mm,即取Dd=0.702Ds。

华中科技大学离心泵课程设计

泵进口速度: 3.03m/s

华中科技大学离心泵课程设计

泵出口速度: 6.14m/s。

2.3 确定效率和功率以及电动机的选择

1)估算水力效率:

华中科技大学离心泵课程设计

0.884,取0.88.

式中Q为泵的流量(m*3/s)(双吸泵取Q/2),n为泵的转速(r/min)2)估算容积效率:

华中科技大学离心泵课程设计

0.963,取=0.96.

该容积效率只为考虑叶轮前密封环的泄漏,对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况,容积效率还要相应降低。

3)估算机械效率:

华中科技大学离心泵课程设计

圆盘损失效率0.903

取0.90

由于要考虑轴承和填料损失的效率,故假定轴承、填料损失为2%,则

有最终机械效率0.88。

4)计算泵的总效率:

华中科技大学离心泵课程设计

0.74。

2.4 功率的确定

1)轴功率:78.909

配套电机功率=1.3 78.909=102.582kw,查《机械设计课程设

华中科技大学离心泵课程设计

计》附表9-1选用电动机,选用Y315S-4 型电动机。其参数为同步转数为1500r/min,满载转数为1480 r/min,额定功率为110 kw,可满足设计要求。 2)最小轴径的确定:

泵轴的直径应按其承受的外载荷(拉、压、弯、扭)和刚度及临界转速条件确定。因为扭矩是泵轴最主要的载荷,所以在开始设计时,可按扭矩确定泵轴的最小直径,最小直径一般位于联轴节处。

电动机实际扭矩675.63N·m,

取Kg/m2。(为泵轴材料的许用应力)

则,最小轴径为40.07mm

按计算误差估计可圆整为40,可选取为45的轴径,保证安全。

第三章 叶轮水力设计

3.1 叶轮进口直径D 0的确定

1)求0V

002V V K gH ,查《泵产品设计规程》图1-1-15得0V K =0.12

4.18m/s

华中科技大学离心泵课程设计

2)求通过叶轮的流量'Q

流过叶轮的流量 0.104m 3/s 。

华中科技大学离心泵课程设计

3)求叶轮进口直径0D

164mm (查《泵产品设计规程》图1-1-15得

华中科技大学离心泵课程设计

K 0=4.0)取该值为叶轮进口直径,即D 0=164mm 。 (由于是单级单吸泵,所以轮毂直径

0mm )。

3.2确定叶轮出口直径

由速度系数法得到

(查图知,0.98)。

叶轮出口直径:

449.97mm ,圆整取

450mm

3.3确定出口宽度b2

根据水力机械现代设计方法泵设计范例,由经验公式:

华中科技大学离心泵课程设计

20.66mm,其中,圆整取22mm。

3.4确定叶片数

当比转速为60-120时,取Z=6-7,根据经验,暂取Z=7。

3.5确定叶片出口角

根据实际情况,一般取叶片出口角为β2=22.5°。

3.6确定叶片实际厚度

华中科技大学离心泵课程设计

叶片实际厚度 5.44mm(查表,再利用线性插值法取A=3.315),取整得6mm。

3.7用速度系数法确定进出口轴面速度

华中科技大学离心泵课程设计

4.88m/s,查图知

华中科技大学离心泵课程设计

3.834m/s,查图知

3.8确定叶片出口排挤系数

华中科技大学离心泵课程设计

0.9224

3.9确定叶片包角φ

根据设计经验,初步选择包角为120°。

3.10精算叶轮出口直径D2

由于叶轮外径D 2及叶片出口安放角对泵的性能影响很大,尤其是在设计流量下能否达到要求的扬程是一个重要问题。用速度系数法确定时,稀疏的

华中科技大学离心泵课程设计

选取时按一般情况确定的,有一定的近似性。基本方程为主的精确计算和

是必要的。

精算公式为:

根据原先设想,由于吸入室选择为直锥型入口,故有。

其中取为前知的0.88,,。

取0.62,0.8525。

利用初步设定的数据画出轴面图,利用制图CAD软件将中心线分为11段,并求出弧长值ΔSi,取每段中点,得到ri,从而得到静力矩:

华中科技大学离心泵课程设计

0.0291

华中科技大学离心泵课程设计

将数据带入得到第一次精算,将此数据带入得到:

华中科技大学离心泵课程设计

447.12mm

与初步计算的数据误差为0.67%,小于2%,可以选用,但是为了保险起见,进行再次精算:

华中科技大学离心泵课程设计

0.9218, 3.653m/s,

∴443.37mm,与前一次相差0.84%。

同理可得,第三次精算得到443.44mm,差别不大,取444mm。

最终结果:444mm,β2=22.5°。

计算截图如下:

华中科技大学离心泵课程设计

第四章叶轮的CAD设计

4.1轴面图绘制及过水断面检测

利用上面所得到的数据,初步设计出叶轮的轴面图如下:

华中科技大学离心泵课程设计

设计之后对其进行过流断面检测:

华中科技大学离心泵课程设计

方法是在流道中作许多个内切圆,以内切圆的圆心向前后盖板流线作垂线,连接A、B两点,形成三角形ABO,然后过O点作AB垂线并将其三分,如上图所示。

作圆弧AEB与AO、BO相切,长度为bi,作为过水断面形成线,C点作为过水断面中心,半径Rc。成型后如下图所示:

华中科技大学离心泵课程设计

过水断面的面积,做出每一个断面的面积随过水断面中心线长度变化的趋势即可。

计算结果如下图:

华中科技大学离心泵课程设计

用MATLAB绘制出相应的过水断面检测图:

华中科技大学离心泵课程设计

图形成平缓上升趋势,属于高效率的曲线,符合要求,故可采用。

4.2轴面流线的绘制

采用的方法是将过水断面分为两个流道,并且两个流道的过水断面面积相

等。具体的做法是:

华中科技大学离心泵课程设计

算,其中n——所分流道数

i——从轴线侧算起欲求的流线序号(不包括前后盖板流线)

此处57mm。

然后从出口便开始,用与“过水断面检测”相同的方法用小内切圆分流道,并且是两个流道过水断面面积相等,如图所示:

华中科技大学离心泵课程设计

如果两个内切圆所在的过水断面面积不相等,则需继续调整,知道两个过水断面面积差别在3%以内时才行,最终结果如上图所示。

4.3进出口边参数的确定:

进口参数:

在轴面流线上初步确定叶片的进口边,分别与前盖板流线、中间流线。后盖板流线交于A、B、C三点。如下图所示:

华中科技大学离心泵课程设计

分别过A、B、C三点作过水断面形成线,可以得出:

进口直径D1a/mm 165.540

进口直径D1b/mm 119.417

进口直径D1c/mm 79.445

由此可得,进口圆周速度:

进口u1a/(m/s) 12.56

进口u1b/(m/s) 9.06

进口u1c/(m/s) 6.03

华中科技大学离心泵课程设计

在图中可以求出A、B、C三点对应的过水断面面积

进口轴面速度为:,而进口角β1a'可以由公式:

华中科技大学离心泵课程设计

得到,进口角,是进口冲角,一般采用正冲角,大小在3°~15°之间。

出口参数:

叶轮的出口圆周速度为:33.69m/s

理论扬程为:70.45m。

出口圆周分速度为:20.49 m/s。

根据公式,无穷叶片数的理论扬程为:

华中科技大学离心泵课程设计

84.97m。

无穷叶片数的出口圆周分速度为:24.71m/s。

4.4方网格保角法叶片绘型:

保角变换是将流面展开成平面的方法,本次设计中采用网格法保角变换具体步骤如下:

在轴面投影图旁画两条夹角等于6°的射线,作两条射线表示夹角为6°的两个轴面。从出口开始,沿轴面流线试取长度Δs,若Δs中点对应的两射线间的弧长Δu与Δs相等,则往下继续取;若不相等,则调整后再算。(注意:Δs是流线的长度,而不是射线段之间的垂直长度)。

具体过程如图:

华中科技大学离心泵课程设计

华中科技大学离心泵课程设计

华中科技大学离心泵课程设计

按照顺序,从出口边开始,分别对前盖板流线,中间流线和后盖板流线进行分割,得到如上图所示的结果,过程中可以根据相应的数据列出方程帮助计算:

华中科技大学离心泵课程设计

出口边编号为0,依次往下编号,对应网格图中的横线,竖线为包角的角度,将流面图展开成平面图如图:

华中科技大学离心泵课程设计

第五章压水室的设计

压水室是指叶轮出口到泵出口法兰(对节段式多级泵是到次级叶轮出口前,对水平中开水泵则是到过渡流道之前)的过渡部分。设计压水室的原则:

1、水力损失最小,并保证液体在压水室中的流动是轴对称的,以保证叶轮中的流动稳定;

2、在能量转换过程中,轴对称流动不被破坏;

3、消除叶轮的出口速度环量,即进入第二级叶轮之前,速度环量等于0。

4、设计工况,流入液体无撞击损失。

5、因流出叶轮的流体速度越大,压出室的损失hf越大,对低ns尤甚,因此对低ns泵,加大过流面积,减小损失hf。

在水力方面,螺旋形压水室的流动比较理想,适应性强,高效率范围宽。本次设计采用螺旋形压水室。

5.1 基圆直径

D的确定

3

,因此取整数460mm。

华中科技大学离心泵课程设计

5.2 压水室的进口宽度

+

b+

=2

C

S

b

==44 mm (查资料知一般取C=10mm)3

2

5.3 隔舌安放角和隔舌螺旋角

由和的关系查表得,此处隔舌安放角大小为16°。

隔舌螺旋角应该等于叶轮出口稍后的绝对液流角,即

华中科技大学离心泵课程设计

而由前所知20.49m/s, 3.686m/s,∴10.2°。