离心泵叶轮水力设计

v0 K v0 2gH
4Q DK v 0
60u 2 D2 v0
离心泵设计
u2 K u 2 2gH
vm2 K m2 2gH
Q b2 v D2vm 2
离心泵设计
对于斜流泵
D2 D D 2
2 2a 2 2b
对于多级泵
D0 D d
2 e
2 h
离心泵设计
六、叶轮外径Ｄ２或叶片出口角 β２的精确计算
由相似原理，可以写出速度系数的一 般表达式：
Q 常数 3 nD
Q D K3 n
离心泵设计
速度v和nD成比例有：
v K v Qn
3
2
由
H 常数 2 2 n D
离心泵设计
H DK n
3
或
DK
'3
2gH n
v K v 2gH
离心泵设计
利用上述公式、比转数的大小、并 借助经验公式可以计算出泵相应的 尺寸
式中
D 2 K D2
K D2
3
Q n
n s 1 / 2 9.35( ) 100
离心泵设计
三、叶轮出口宽度b2的计算 和选择
b 2 K b2 3
式中
K b2 n s 5 / 6 0.64( ) 100
Q n
离心泵设计
四、叶片数的计算和选择
叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀 性能都有一定的影响。选择叶片数， 一方面考虑尽量减小叶片的排挤和表 面的摩擦，另一方面又使叶道有足够 的长度，以保证液流的稳定性和叶片 对液体的充分作用。
泵的总效率
h v m
离心泵设计
六、轴功率和原动机功率
gQH N 102
Nc 1.2 N
离心泵设计
七.轴径和轮毂直径的确定
泵轴直径的确定应按强度、刚度和临界 转速等情况确定。由于扭矩是泵主要的 载荷，开始设计时首先按扭矩来确定泵 轴的最小直径，最小直径一般位于联轴 节处。 Mn d3 0.2[]
Q 3
nmQ p n p Qm nm H np Hp Hm
在实际计算时，λQ和λH往往并不相 等，在两者差值不大时，一般取较大 的值。
离心泵设计
二、 相似设计法的步骤
１．根据给定的参数，计算比 转数ns ２．根据ns选择模型泵。
离心泵设计
选择模型泵时应该注意以下几点：
• 流量－扬程曲线要平坦
2
S 1 ctg 2 cos 2 2 2 Sm 1 tg ctg 2 cos cos
S r S m sin 1 tg 2 ctg 2 sin
1. 进口安放角的计算
v m1 tg u 1 v u1
' 1
ｖｕ１由吸水室的结构确定。对直锥形吸水 室ｖｕ１＝０；对螺旋形吸水室，可按经验 公式确定各流线的ｖｕ1值。
离心泵设计
K v ur m Q n
3 2
式中 ｍ＝0.055～0.08，nｓ小取小值。
叶片进口轴面速度
v m1 Q v F1 k 1
盖板流面
叶片
γ
δ
叶片真实厚度与流面厚度之间的关系
离心泵设计
叶片真实厚度与流面厚度之间 的关系：
S

sin
ctg ctg cos
离心泵设计
叶片各厚度与角度之间的关系：
S

sin
1 ctg 2 1 ctg 2 cos2
S sin 2 cos2 ctg 2 cos2 2 Su 1 ctg sin sin sin 2 cos2 ctg 2 1 ctg (1 ) 1 2 sin sin 2
Q h 1 0.0835lg 3 n
离心泵设计
容积效率
1 v 2 / 3 1 0.68n s
该容积效率为只考虑叶轮前密封环 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
离心泵设计
机械效率
m 1 0.07 1 ns 7/6 ( ) 100
离心泵设计
vm 2 tg 2 u 2 vu 2
vm 2 Q v F2 k 2
ZS u 2 ZS 2 Z 2 ctg 2 2 k2 1 1 1 1 ( ) D2 D2 sin 2 D2 sin 2
离心泵设计
第四节
叶片厚度和角度及其几何关系
S Sm con
径向厚度
轴面厚度在平面图Fra Baidu bibliotek的投影长 度为平面图上的径向厚度。
S r S m sin
离心泵设计
叶片真实厚度与圆周厚度之间的关系：
垂直叶片的面
圆周方向
δ
Su
φ
叶片
离心泵设计
叶片真实厚度与圆周厚度之间 的关系：
Su

sin
tg tg sin
离心泵设计
离心泵设计
叶轮主要几何参数有：
• 叶轮进口直径D0
• 叶片进口直径D1 • 叶轮轮毂直径dh
• 叶片进口角β1
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• 叶轮出口直径D2
• 叶轮出口宽度b2
• 叶片出口角β2 • 叶片数z
• 叶片包角φ。
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一、叶轮进口直径D0的确定
因为有的叶轮有轮毂，有的叶轮没 有轮毂，为了研究问题方便，引入 当量直径De以排除轮毂的影响。
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rm 1 2 Z 13 sin e 2
对于低比数离心叶轮
r2 r1 1 2 Z 6.5 sin r2 r1 2
离心泵设计
叶片数也可按比转数选择
ns Z
30~45 8~10 45~60 7~8 60~120 6~7 120~300 4~6
离心泵设计
五、介绍确定叶轮尺寸的其它 速度系数
ZSu ZS1 1 Z ctg1 2 k1 1 1 1 1 ( ) D1 D1 sin 1 D1 sin 1
离心泵设计
2. 叶片出口安放角和出口三角 形
离心泵一般是先选择叶片出口角。 混流泵一般按叶片出口处液流符合 vur＝常数的方法来确定出口角。计 算时先按扬程计算出中间流线的vur， 进而求出其它流线的vu。
3
np nm
np
Qm
Hp (
2
np nm
)2 H m
p Q p H p p N p ( ) Nm p nm m 102N p
5 3
离心泵设计
６．绘制实型泵图纸
实型泵过流部件所有角度与 模型相等，所有尺寸按计算出的 λ值放大或缩小。但应考虑到制 造的可能性和结构的合理性（如 叶片和导叶厚度不能太厚或太薄） 可作适当的修改。
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在确定比转数时应考虑下列因素
• ns=120~210的区间，泵的效率 最高，ns〈60的效率显著下降 • 可以采用单吸或双吸的结构形 式来改变比转数的大小
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• 可以采用单级或多级的结构形
式来改变比转数的大小
• 泵特性曲线的形状与比转数 的大小有关
离心泵设计
五、估算泵的效率
水力效率
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三、相似设计法应注意的问题
• 关于性能和效率问题
• 关于结构形式的影响
• 关于修改模型问题 • 汽蚀相似问题
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第三节 速度系数设计法
比转数相等的泵的速度系数是相等 的。不同的比转速就有不同的速度系数。 我们以现有性能比较好的产品为基础， 统计出离心泵的速度系数曲线，设计时 按ｎＳ选取速度系数，作为计算叶轮尺 寸的依据，这样的设计方法就叫做速度 系数设计法。
• 泵效率要高，高效率区要宽 • 汽蚀性能好
３．根据已选定的模型和给定的 参数，计算放大或缩小系数λ
离心泵设计
４．根据λ确定过流部件的尺寸
D2 p D2m b2 p b2m
D1 p D1m b1 p b1m
离心泵设计
５．根据模型泵性能曲线换算 出是型泵性能曲线的数据
Qp
D D d
2 e 2 0
2 h
De K 0 3
Q n
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对于双吸泵取Q/2
• 主要考虑泵的效率时 K0=3.5~4.0
• 兼顾效率和汽蚀时 K0=4.0~5.0 • 主要考虑汽蚀时 K0=5.0~5.5
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二、叶轮出口直径D2的初步计算
叶轮外径D2和叶片出口β2等出口几何参 数，是影响泵杨程的最重要的因素。
Nc M n 9.55 10 n
3
N c KN
离心泵设计
根据轴各段的结构工艺要求，确定 叶轮处的轴径dB和轮毂直径dh。 一般
d h (1.2 ~ 1.4)d B
离心泵设计
画草图时应注意以下几点：
•各轴段应采用标准直径
•轴上的螺纹一般采用标准细牙螺 纹，其内径应等于或大于螺纹前 轴段的直径 •轴定位凸肩一般为1~2毫米
前述确定叶轮外径Ｄ ２ 的计算方法 中 ， 速 度 系 数 是 按 一 般 情 况 （ β２＝ 22.5）得出的。在设计泵时，可以选用 不同的参数的组合，这时就增加了速度 系数的近似性。因为Ｄ２是主要的尺寸， 按速度系数法确定后，最好以此为基础 进行精确计算。
离心泵设计
由基本方程式
H T
u 2 vu 2 u1vu1 g
离心泵设计
第二节
相似设计法
离心泵设计
一、相似设计法的导出
如果两台泵相似，比转速必然 相等，在相似工况下，两台泵 的流量、扬程和功率应满足公 式：
Qp Qm
Hp
DP 3 n p ( ) DM n m
DP 2 n p 2 ( ) ( ) Hm DM n m
离心泵设计
两台相似泵的尺寸比例可以从上 式求得：
离心泵设计
三、泵转速的确定
确定泵转速应考虑下面几个因素
•
泵转速越高，泵的体积越小
• 确定转速应考虑原动机的种类 和传动装置 • 提高转速受汽蚀条件的限制
离心泵设计
可根据汽蚀比转数选取
5.62n Q C /4 NPSH3 r
离心泵设计
四、计算比转数ns，确定 水力方案
3.65n Q ns 3/ 4 H
由出口速度三角形
vu 2 vm 2 u2 tg 2
离心泵设计
所以
H T vm 2 u2 (u 2 ) u1vu1 g tg 2
整理后，得
vm 2 u u 2 u1vu1 gHT 0 tg 2
2 2
离心泵设计
解上面的方程，得
vm 2 vm 2 2 u2 ( ) gHT u1vu1 2tg 2 2tg 2
现离心泵设计
• 效率（要求保证的效率）
• 介质的性质（温度、重度、含 杂质情况、腐蚀性等） • 对特性曲线的要求（平坦、陡 降、是否允许有驼峰等）
离心泵设计
二、确定泵的总体结构形式和泵 的进出口直径
1. 进口直径
4 Q Ds 选取原则：经济流速；汽蚀要求 vs
2.泵出口直径
Dd (1 ~ 0.7)Ds
由ｕ２可求得Ｄ２为
60u 2 D2 n
离心泵设计
对于离心泵，一般先选β２再计算Ｄ２；
对于混流泵，先确定各流线的Ｄ２，精 确计算β２角
vm 2 tg 2 u 2 vu 2
vu 2
gHT u1vu1 u
离心泵设计
七、叶片进口安放角的确定
叶片进口安放角大于液流角，采用正冲角 Δβ＝３～９ 。
离心泵设计
轴面流线
Ａ
ｕ Ｓ
叶片 Ｓｍ Ｓ
β
ＢＣ
流面上叶片各厚度间的关系
离心泵设计
轴面流线
轴面截线
δ
轴截面上叶片厚度
λ
ε
离心泵设计
β
平面上叶片厚度
离心泵设计
流面厚度S
在流面上叶片垂线间的距离 为流面厚度。 圆周厚度
流面厚度在圆周方向的分量 称为圆周厚度。
S Su sin
离心泵设计
轴面厚度 流面厚度在轴面方向的分量称 为轴面厚度。
离心泵设计
第三章
离心泵和混流泵叶轮的水力设计
离心泵设计
离心泵水力设计的方法
• 模型换算法（相似换算法）
• 速度系数法
• 面积比原理
离心泵设计
第一节
泵的主要设计参数和结构方案的确定
现离心泵设计
一、设计参数和要求
• 流量
• 扬程 • 转速（或由设计者确定）
• 装置汽蚀余量（或给出装置的使 用条件）