离心泵和混流泵叶轮的水力设计
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D2的计算原则： 为使出口绝对速度v2最小为原则。
泵的轴功率：
P gQ /H kW
原动机功率：
Pg
K
t
P
kW
其中，K为余量系数，1.1～1.2
ηt为传动效率：直联100％，皮带轮95％，液力耦合器97％ 依据Pg选择原动机
2-2 叶轮主要参数的选择和计算
一、叶轮主要参数
叶轮进口直径D0 叶片进口直径D1 轮毂直径dh 叶片进口宽度b1 叶片进口安放角β1 叶片数Z 叶片厚度δ 盖板曲率半径R 叶轮出口直径D2 叶轮出口宽度b2 叶片出口角β2
2、考虑影响刚度和临界转速等因素，适当放大轴径，并圆整，得dmin
3、转子部件设计好后，对轴的强度、刚度、临界转速进行校核
三、轮毂直径dh的确定
轮毂直径dh与轴的最小直径，均与泵的结构形式有关。过程： 1、画轴的草图。根据轴各段的结构工艺要求确定装叶轮处的轴径dB
注意：各轴段用标准直径 轴上螺纹一般用细牙螺纹，内径大于前段轴径 轴的凸肩一般为1～2mm
离心泵和混流泵叶轮的水力设计
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
本章主要内容
✓ 泵主设计参数和结构方案的确定 ✓ 叶轮主要参数的选择和计算 ✓ 相似换算法水力设计 ✓ 叶片厚度、角度及其几何关系 ✓ 叶轮轴面投影图的绘制 ✓ 叶片设计理论和型线微分方程式 ✓ 方格网保角变换方法叶片绘型 ✓ 扭曲三角形法叶片绘型* ✓ 逐点积分法* ✓ 圆柱形叶片的绘型* ✓ 二元理论设计叶片*
D0的确定原则： 为减小水力损失，让w1最小
设vu1=0，则：
w12 vm 21u12
w12 vm 21u12
三者关系中:
D0↑, vm1↓, u1 ↑ 因此，存在w1min
∵
u1 60 D1n
将D1 表示成：D1 K1D0
u1 60K1D0n
又∵
v0
v
4
Q D02 dh2
∴
vm1
v0K 2 k1
3、确定泵排出口直径（出口法兰处直径） 过程：先参照进口直径选取，再按标准直径系列调整
原则：低扬程泵：Dd=Ds 高扬程泵：Dd=(1～0.7)Ds Dd一般比Ds低1～2个档次 注意参照同类产品确定
三、确定转速
确定转速时，应考虑以下因素：
1、n↑，体积↓，重量↓，∴ ↑n
2、ns＝f(n), η＝f(ns)，为了↑η，应↑n 3、n↑，磨损↑，振动、噪声↑， ∴ ↓n
1、初定总体结构型式 依据设计要求初步选择，结合计算，然后校核
2、确定泵吸入口直径（泵进口直径， 进口法兰处直径） 过程：根据流速初定，然后按标准直径系列进行调整
Ds
4Q V s
一般可选Vs=3(m/s)
原则：
1) 大泵，Vs↑，降低制造成本
2) 汽蚀要求高，Vs↓，1.0～2.0m/s
标准直径：10，15，20，25，40， 50，65，80，100，125，150，200
4、n=f(原动机)
异步电机极对数 2 4 6 8 10 12
同步转速 5、n=f(NPSHr)
3000 1500 1000 750 600 500
5.62n Q C NPSHr3/ 4
（对于给定C值，n↑，NPSHr↑）
nCNPSHr3/ 4 5.62 Q
若给定NPSHa，则可取NPSHr＝(1.1~1.3)NPSHa
D02dh2
3
46 2 02k1 Kv2K13
Q n
令: De2 D02dh2
K0
3
460
2
2 K2
k1vK1
D0——当量直径(与有效过流面积等效的圆的直径)
则:
De K0 3
Q n
K0系经验系数，取3.5~4.0。考虑效率时取小值，考虑汽蚀时取大值
五、叶轮出口直径D2的初步计算
由前面叙述知，H与D2 , b2相关。 (D2 , β2 , b2 , ...) 所以，H一定， D2 , β2 , b2 ,相关。
4、ns与泵性能曲线形状有关
五、估算泵的效率
作用：预测泵的性能指标，看是否可达到设计要求
公式： hvm
各单项效率，可通过查手册（图表）或按下式计算：
h10.083lg35Q/n
v 10.016n8s2/3
m10.07ns
1
/1070/6
结论：若η(估) ≥ η(设)，继续；
否则，找原因。
六、轴功率、原动机功率计算
二、最小轴径dmin的确定
轴受多种载荷，轴径的确定方法是： 1、按扭矩确定最小轴径
d 3 Mn
0.2
Leabharlann Baidu
其中，Mn为扭矩（N·m）
Mn
9.55103 P' n
P’为计算功率，P’=KP
K为工况变化系数：1.1～1.2，杂质泵应加大
τ为轴材料的许用应力，单位：Pa（N/m2）
对于45＃钢，调质处理时，τ＝(440～540)×105(Pa)
2、根据dB确定dh 对于不穿轴， dh ＝0 对于穿轴， dh ＝（1.2～1.4） dB 在满足强度条件（键槽等）下， dh越小越好，利于提高流动性
四、叶轮进口直径D0的确定
（由此进入速度系数法水力设计，另一方法是相似设计法）
D0对性能的影响： D0 ↑，抗汽蚀性能↑ D0 ↓，效率↑ ∴ 若NPSHr要求不高，可选较小的D0 ，以提高ηv
k1
1
z Su
D1
式中，K2 是因速度分布不均匀引入的系数，k1为排挤系数
将上面得到的u1和vm1代入 w1的表达式，有：
w 1 2 6 0 2K 1 2D 0 2n2k1 2
K 2 242Q 2
2 v
2D 0 2dh 22
d dD 1 0 2 2 w 6 0 2K 1 2n22k1 2v 2K 2 2 24 D 20 Q 2 2dh 230
2-1 泵的主要设计参数和结构方案的确定
一、提供设计的数据和要求
流量Q 扬程H 转速n
效率
汽蚀余量NPSHa，或NPSHr， 或 Hsz 介质的性质（温度、密度、杂质、腐蚀性等） 对性能曲线的要求（平缓、陡降、无驼峰等） 运行环境对泵型式的要求（如潜水、井泵、立式泵等）
二、确定泵的总体结构型式和泵进出口直径
四、计算ns，确定水力方案（单吸、双吸、单级、多级）
3.65n Q ns H3/ 4
1、当ns＝120～210时，η→ηmax 当ns < 60，η↓↓
2、当单吸叶轮ns过大时，可考虑用双吸； 反之，当双吸ns过小时，可考虑用单吸。
3、当单级叶轮ns过小时，可考虑用多级； 反之，当多级ns过大时，可考虑减少级数。 卧式泵一般不多于16级，立式泵可达数百级。
泵的轴功率：
P gQ /H kW
原动机功率：
Pg
K
t
P
kW
其中，K为余量系数，1.1～1.2
ηt为传动效率：直联100％，皮带轮95％，液力耦合器97％ 依据Pg选择原动机
2-2 叶轮主要参数的选择和计算
一、叶轮主要参数
叶轮进口直径D0 叶片进口直径D1 轮毂直径dh 叶片进口宽度b1 叶片进口安放角β1 叶片数Z 叶片厚度δ 盖板曲率半径R 叶轮出口直径D2 叶轮出口宽度b2 叶片出口角β2
2、考虑影响刚度和临界转速等因素，适当放大轴径，并圆整，得dmin
3、转子部件设计好后，对轴的强度、刚度、临界转速进行校核
三、轮毂直径dh的确定
轮毂直径dh与轴的最小直径，均与泵的结构形式有关。过程： 1、画轴的草图。根据轴各段的结构工艺要求确定装叶轮处的轴径dB
注意：各轴段用标准直径 轴上螺纹一般用细牙螺纹，内径大于前段轴径 轴的凸肩一般为1～2mm
离心泵和混流泵叶轮的水力设计
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
本章主要内容
✓ 泵主设计参数和结构方案的确定 ✓ 叶轮主要参数的选择和计算 ✓ 相似换算法水力设计 ✓ 叶片厚度、角度及其几何关系 ✓ 叶轮轴面投影图的绘制 ✓ 叶片设计理论和型线微分方程式 ✓ 方格网保角变换方法叶片绘型 ✓ 扭曲三角形法叶片绘型* ✓ 逐点积分法* ✓ 圆柱形叶片的绘型* ✓ 二元理论设计叶片*
D0的确定原则： 为减小水力损失，让w1最小
设vu1=0，则：
w12 vm 21u12
w12 vm 21u12
三者关系中:
D0↑, vm1↓, u1 ↑ 因此，存在w1min
∵
u1 60 D1n
将D1 表示成：D1 K1D0
u1 60K1D0n
又∵
v0
v
4
Q D02 dh2
∴
vm1
v0K 2 k1
3、确定泵排出口直径（出口法兰处直径） 过程：先参照进口直径选取，再按标准直径系列调整
原则：低扬程泵：Dd=Ds 高扬程泵：Dd=(1～0.7)Ds Dd一般比Ds低1～2个档次 注意参照同类产品确定
三、确定转速
确定转速时，应考虑以下因素：
1、n↑，体积↓，重量↓，∴ ↑n
2、ns＝f(n), η＝f(ns)，为了↑η，应↑n 3、n↑，磨损↑，振动、噪声↑， ∴ ↓n
1、初定总体结构型式 依据设计要求初步选择，结合计算，然后校核
2、确定泵吸入口直径（泵进口直径， 进口法兰处直径） 过程：根据流速初定，然后按标准直径系列进行调整
Ds
4Q V s
一般可选Vs=3(m/s)
原则：
1) 大泵，Vs↑，降低制造成本
2) 汽蚀要求高，Vs↓，1.0～2.0m/s
标准直径：10，15，20，25，40， 50，65，80，100，125，150，200
4、n=f(原动机)
异步电机极对数 2 4 6 8 10 12
同步转速 5、n=f(NPSHr)
3000 1500 1000 750 600 500
5.62n Q C NPSHr3/ 4
（对于给定C值，n↑，NPSHr↑）
nCNPSHr3/ 4 5.62 Q
若给定NPSHa，则可取NPSHr＝(1.1~1.3)NPSHa
D02dh2
3
46 2 02k1 Kv2K13
Q n
令: De2 D02dh2
K0
3
460
2
2 K2
k1vK1
D0——当量直径(与有效过流面积等效的圆的直径)
则:
De K0 3
Q n
K0系经验系数，取3.5~4.0。考虑效率时取小值，考虑汽蚀时取大值
五、叶轮出口直径D2的初步计算
由前面叙述知，H与D2 , b2相关。 (D2 , β2 , b2 , ...) 所以，H一定， D2 , β2 , b2 ,相关。
4、ns与泵性能曲线形状有关
五、估算泵的效率
作用：预测泵的性能指标，看是否可达到设计要求
公式： hvm
各单项效率，可通过查手册（图表）或按下式计算：
h10.083lg35Q/n
v 10.016n8s2/3
m10.07ns
1
/1070/6
结论：若η(估) ≥ η(设)，继续；
否则，找原因。
六、轴功率、原动机功率计算
二、最小轴径dmin的确定
轴受多种载荷，轴径的确定方法是： 1、按扭矩确定最小轴径
d 3 Mn
0.2
Leabharlann Baidu
其中，Mn为扭矩（N·m）
Mn
9.55103 P' n
P’为计算功率，P’=KP
K为工况变化系数：1.1～1.2，杂质泵应加大
τ为轴材料的许用应力，单位：Pa（N/m2）
对于45＃钢，调质处理时，τ＝(440～540)×105(Pa)
2、根据dB确定dh 对于不穿轴， dh ＝0 对于穿轴， dh ＝（1.2～1.4） dB 在满足强度条件（键槽等）下， dh越小越好，利于提高流动性
四、叶轮进口直径D0的确定
（由此进入速度系数法水力设计，另一方法是相似设计法）
D0对性能的影响： D0 ↑，抗汽蚀性能↑ D0 ↓，效率↑ ∴ 若NPSHr要求不高，可选较小的D0 ，以提高ηv
k1
1
z Su
D1
式中，K2 是因速度分布不均匀引入的系数，k1为排挤系数
将上面得到的u1和vm1代入 w1的表达式，有：
w 1 2 6 0 2K 1 2D 0 2n2k1 2
K 2 242Q 2
2 v
2D 0 2dh 22
d dD 1 0 2 2 w 6 0 2K 1 2n22k1 2v 2K 2 2 24 D 20 Q 2 2dh 230
2-1 泵的主要设计参数和结构方案的确定
一、提供设计的数据和要求
流量Q 扬程H 转速n
效率
汽蚀余量NPSHa，或NPSHr， 或 Hsz 介质的性质（温度、密度、杂质、腐蚀性等） 对性能曲线的要求（平缓、陡降、无驼峰等） 运行环境对泵型式的要求（如潜水、井泵、立式泵等）
二、确定泵的总体结构型式和泵进出口直径
四、计算ns，确定水力方案（单吸、双吸、单级、多级）
3.65n Q ns H3/ 4
1、当ns＝120～210时，η→ηmax 当ns < 60，η↓↓
2、当单吸叶轮ns过大时，可考虑用双吸； 反之，当双吸ns过小时，可考虑用单吸。
3、当单级叶轮ns过小时，可考虑用多级； 反之，当多级ns过大时，可考虑减少级数。 卧式泵一般不多于16级，立式泵可达数百级。