离心泵和混流泵叶轮的水力设计
离心泵的水力设计讲解
离心泵的水力设计讲解离心泵的水力设计步骤如下：1.根据设计参数计算比转速ns；2.确定进出口直径；3.进行汽蚀计算；4.确定效率；5.确定功率；6.选择叶片数和进出口安放角；7.计算叶轮直径D2；8.计算叶片出口宽度b2；9.精算叶轮外径D2以满足要求；10.绘制模具图。
在设计离心泵之前，需要详细了解该泵的性能参数、使用场合、特殊要求等。
下表为本章中叶轮水力设计教程中使用的一组性能要求。
确定泵的进口直径时，应考虑泵吸入口的流速，一般取为3m/s左右。
大型泵的流速可以取大些，以减小泵的体积，提高过流能力；而对于高汽蚀性能要求的泵，应减小吸入流速。
本设计例题追求高效率，取Vs=2.2m/s，Ds=80.对于低扬程泵，出口直径可取与吸入口径相同。
高扬程泵，为减小泵的体积和排出管直径，可小于吸入口径。
本设计例题中，取Dd=0.81Ds=65.泵进出口直径都取了标准值，速度有所变化，需要重新计算。
本设计例题中，进口速度为Vs=2.05，出口速度为3.10.汽蚀是水力机械特有的一种现象，当流道中局部液流压力降低到接近某极限值时，液流中就开始发生空泡。
在确定泵转速时，需要考虑汽蚀条件的限制，选择C值，按给定的装置汽蚀余量和安装高度确定转速。
转速增大，过流不见磨损快，易产生振动和噪声。
汽蚀是液流中空泡发生、扩大、溃灭过程中涉及的物理、化学现象，会导致噪音、振动、甚至对流道材料产生侵蚀作用。
这些现象统称为汽蚀现象，一直是流体机械研究的热点和难点。
为了避免汽蚀带来的负面影响，需要计算汽蚀条件下允许的转速，并采用小于该转速的转速。
在计算汽蚀条件下的转速时，需要先计算汽蚀余量NPSHa，而NPSHa的计算需要知道泵的安装高度和设计要求中的数值。
例如，设计要求中给出的安装高度为3.3m，那么计算得到NPSHa为6.29m。
同时，还需要计算NPSHr，可以通过NPSHa除以1.3得到，例如计算得到NPSHr为2.54m。
比转速是一个综合性参数，它说明着流量、扬程、转数之间的相互关系。
叶轮的水力设计..
第三章 离心泵和混流泵叶轮的水力设计泵是一种应用广泛的通用机械，著名的数学家欧拉在一些假设条件下，推出了叶片泵的Euler 方程，该方程建立了泵的理论扬程与叶轮进出口运动速度间的定量关系。
近300年来，以致使叶片泵设计的理论基础。
所以，Euler 方程也被称为叶片泵的基本方程。
在叶片泵内流体在叶轮中的流动都是三维空间的流动，为了简化计算，早期的研究把流体在叶轮内的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。
根据这一假设，建立了叶片泵一维流动理论，也称微元流束理论。
根据这一设计理论建立的设计方法称为一元设计方法。
后来人们在轴对称流动理论的基础上提出了叶片式机械的二元流动理论。
二元流动理论认为，叶轮内的流动是轴对称的，叶轮内的轴面速度沿过水断面是不均匀的，即轴面液流速为二元流动。
二元流动较一元更为科学，更接近真实的流动状况，但二元理论在实际上应用并不多，仅适合于高比速混流泵的设计。
第一节 泵的主要设计参数和结构方案的确定 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）、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）。
二、确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 1． 进口直径选取原则：经济流速；汽蚀要求。
泵的进口流速一般取3m/s 左右。
ss v Q4D π=2．泵出口直径s d D )7.0~1(D =三、泵转速的确定确定泵转速应考虑下面几个因素： （1）泵转速越高，泵的体积越小；（2）确定转速应考虑原动机的种类和传动装置；（3）提高转速受汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式：4/3rNPSH Qn 62.5C =四、计算比转数n s ，确定水力方案4/3s H Qn 65.3n =在确定比转数时应考虑下列因素：（1） n s =120~210的区间，泵的效率最高，n s 〈60的效率显著下降； （2） 可以采用单吸或双吸的结构形式来改变比转数的大小； （3） 可以采用单级或多级的结构形式来改变比转数的大小； （4） 泵特性曲线的形状与比转数的大小有关。
离心混流泵水力设计
离心混流泵水力设计离心/混流泵是水泵的常见形式，广泛应用于工业、农业等各个领域。
本文以一个离心式水泵为例，简要介绍相关过流部件的水力设计过程。
叶轮是泵的最核心过流部件，泵的流量、扬程、效率、抗汽蚀性能和特性曲线的形状与叶轮的水力设计密切相关，叶轮设计需要经过三方面的主要步骤。
主要参数和结构方案确定首先根据设计要求，如流量、扬程、转速、汽蚀余量等参数，对泵的主要参数和结构方案进行确定。
泵进口直径Ds指的是泵吸入法兰处管的直径。
泵出口直径Dd是泵排出法兰处管的内径。
按照经验公式进行计算。
其中，转速的确定需要考虑几个因素：转速越高，体积越小、重量越轻à高转速转速和比转速有关，比转速和效率有关à转速和比转速协同确定转速考虑原动机的类型和传动装置à同步转速3000、1500、1000、750、600、500（rpm），滑差转速提高，过流部件的磨损加块，机组的振动、噪声变大à转速有上限转速提高，更容易发生空化à转速有上限之后根据公式计算比转速：比转速应当兼顾一下几个因素：120~210之间效率高，小于60，效率显著下降单吸式、双吸式相互转换，调整ns特性曲线形状与ns大小有关多级泵的比转速按照单级叶轮计算至此，泵进出口直径、转速、比转速等参数就已经确定了。
结构形式是单级/多级、单吸/双吸也已经确定了。
值得注意的是，各个参数之间具有一定的关联性，也会受到实际因素，如尺寸标准化、同步异步转速等的制约。
因此，主要参数和结构方案的确定过程有可能是一个反复尝试的过程。
最终确定后，可参照同类产品或经验公式近似估算效率、轴功率等参数，具体计算此处不再赘述。
叶轮主要尺寸初步计算叶轮的尺寸较多，按照位置，大致上可以分为进口尺寸和出口尺寸两类。
其中叶轮进口尺寸影响汽蚀性能；出口尺寸影响扬程、流量；进出口尺寸共同影响效率。
初始设计时，最小轴径（通常是联轴器处的轴径），按扭矩确定。
离心泵水力设计流程
离心泵水力设计课程设计及指导书（一）离心泵水力设计任务书1 设计目的掌握离心式叶轮和进、出水室水力设计的基本原理和基本方法．加深对课堂知识的理解，培养学生进行产品设计、水泵改造及科学研究等方面的工作能力。
2 设计参数及有关资料（1）泵的设计参数：（可自选一组参数设计，也可参照给出的参数变更局部参数设计，每个人必须选择不同的参数进行设计）1. mh rpm n m H h m Q a 3.3,2900,60,/373=∆=== 2. mh rpm n m H h m Q a 44.5,1450,16,/903=∆===3. 900,1430,24,/663====C rpm n m H h mQ4. 900%,80,2900,48,/1453=====C rpm n m H h mQ η 5. m5,2970,5.18,/12====SZ H rpm n m H s l Q 泵的安装高度6. mh rpm n m H s l Q r 13.2,2870,10,/3.2=∆=== 7. mrpm n m H h m Q 6.2h ,1450,5.32,/170r 3=∆=== 8. %60,2h ,2900,20,/20r 3==∆===ηm rpm n m H h m Q（2）工作条件：抽送常温清水。
（3）配用动力：用电动机作为工作动力。
3 设计内容及要求（1）设计内容。
包括以下几个方面： l ）、离心泵结构方案的确定。
2）、离心泵水力过流部件（进水室、叶轮、压水室）主要几何参数的选择和计算。
3）、叶轮轴面投影图的绘制。
4）、螺旋形压水室水力设计。
（2）要求。
包括以下几个方面：l ）、用速度系数法和解析计算法进行离心泵水力设计。
2）、绘出压水室设计图。
3）、编写设计计算说明书。
4 设计成果要求（1）计算说明书应做到字迹工整、书面整洁、层次分明、文理通顺。
文中所引用的重要公式、论点及结论均应交待依据。
离心泵叶轮的水力设计
泵与风机课程设计******单位：动力与机械学院学号：************指导老师：朱劲木副教授设计时间：两周目录一、课程设计简介二、叶轮水力设计内容和步骤1、泵主要参数和结构方案的确定1.1．泵的设计参数1.2．确定泵的进出口直径1.3．泵转数的确定1.4．计算比转数，确定泵的水力方案1.5．效率的估算1.6．确定泵轴的最小直径2、叶轮进口直径2.1．叶轮出口直径2.3．确定叶片厚度2.4．确定叶片包角2.5．计算和确定进出口安放角3、叶轮设计计算程序见表2-44、叶轮水力设计绘图4.1．绘制叶轮轴面流道投影图4.2．绘制轴面液流的流线4.3．确定叶片入口遍位置4.4．叶片绘型4.5．叶片绘型质量检查三、设计成果参考文献一、课程设计简介设计课题离心泵叶轮的水力设计设计目的掌握离心式叶轮水力设计的基本原理和基本方法，加深对课堂知识的理解，培养学生进行产品设计、水泵改造及科学研究等方面的工作能力。
工作条件抽送常温清水配用动力用电动机作为工作动力设计内容离心泵结构方案的确定；离心泵叶轮主要几何参数选择和计算；叶轮轴面投影图的绘制及叶片绘型。
设计要求用速度系数法和解析计算法进行离心叶轮水力设计；用保角变换绘制叶轮木模图；编写设计计算说明书。
使用工具AutoCAD2007版成果要求设计说明书应做到字迹工整、书面整洁、层次分明、文理通顺。
文中所引用的重要公式、论点及结论均应交待依据；设计说明书应包括计算、表格和插图（图表统一编号），配以目录和参考文献目录等内容，统一装订成册；设计图纸用ACAD绘制，图面布置要合理。
二、叶轮水力设计内容和步骤叶轮是泵的核心部分。
泵的流量、扬程、效率、抗汽蚀性能和特性曲线的形状等均与叶轮的水力设计有重要关系。
根据一元理论，设计过程可以分为两大部分：叶轮集合尺寸计算（表4）和叶片绘型。
1、泵主要参数和结构方案的确定1.1泵的设计参数流量Q=144m3/h ；扬程H=50m ；效率η=80%；汽蚀比转数c=10001.2确定泵进出口直径泵进口至直径也叫泵吸入口径，是指泵吸入法兰处管的内径。
叶轮的水力设计
第三章 离心泵和混流泵叶轮的水力设计泵是一种应用广泛的通用机械，著名的数学家欧拉在一些假设条件下，推出了叶片泵的Euler 方程，该方程建立了泵的理论扬程与叶轮进出口运动速度间的定量关系。
近300年来，以致使叶片泵设计的理论基础。
所以，Euler 方程也被称为叶片泵的基本方程。
在叶片泵内流体在叶轮中的流动都是三维空间的流动，为了简化计算，早期的研究把流体在叶轮内的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。
根据这一假设，建立了叶片泵一维流动理论，也称微元流束理论。
根据这一设计理论建立的设计方法称为一元设计方法。
后来人们在轴对称流动理论的基础上提出了叶片式机械的二元流动理论。
二元流动理论认为，叶轮内的流动是轴对称的，叶轮内的轴面速度沿过水断面是不均匀的，即轴面液流速为二元流动。
二元流动较一元更为科学，更接近真实的流动状况，但二元理论在实际上应用并不多，仅适合于高比速混流泵的设计。
第一节 泵的主要设计参数和结构方案的确定 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）、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）。
二、确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 1． 进口直径选取原则：经济流速；汽蚀要求。
泵的进口流速一般取3m/s 左右。
ss v Q4D π=2．泵出口直径s d D )7.0~1(D =三、泵转速的确定确定泵转速应考虑下面几个因素： （1）泵转速越高，泵的体积越小；（2）确定转速应考虑原动机的种类和传动装置；（3）提高转速受汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式：4/3rNPSH Qn 62.5C =四、计算比转数n s ，确定水力方案4/3s H Qn 65.3n =在确定比转数时应考虑下列因素：（1） n s =120~210的区间，泵的效率最高，n s 〈60的效率显著下降； （2） 可以采用单吸或双吸的结构形式来改变比转数的大小； （3） 可以采用单级或多级的结构形式来改变比转数的大小； （4） 泵特性曲线的形状与比转数的大小有关。
清华大学离心泵叶轮水力设计说明书
3
0.278 960
=
0.90151
2) 容积效率
ηv
=
1
+
1 0.68ns−2/3
=
1
+
0.68
×
1 255.162−2/3
=
0.98338
3) 机械效率
4) 总效率
ηm
=1
1
+
15.05 n 7/6
s
=
1
1+
15.05 255.1627/6
= 0.97712
η = ηhηmηv = 0.90151× 0.98338× 0.97712 = 0.86624
三、叶轮主要几何参数的计算和确定
1. 轴径与轮毂直径的初步计算 1.1. 泵轴传递的扭矩
Mt
= 9.55×103
N' n
= 9550× 50.687 960
= 504.230N
m
其中计算功率 N ' = 1.15N = 1.15× 44.076 = 50.687kW 。
1.2. 泵的最小轴径
对于 45 号调质钢，取[τ ] = 540 ×105 N / m2 ，则最小轴径
d
=
3
Mt
0.2[τ ]
=
3
504.230 0.2× 540×105
= 0.036m = 36mm
2. 叶轮进口直径 Dj 的初步计算 取叶轮进口断面当量直径系数 K0 = 4.0 ，则
D0
=
K0
3
Q n
=
4.0 ×
3
0.278 980
= 0.265m
=
265mm
离心泵的水力设计和数值模拟讲解
离心泵的水力设计和数值模拟讲解离心泵是一种常见的水力机械设备，广泛应用于工业和民用领域。
它的水力设计和数值模拟是对离心泵性能进行优化和改进的重要手段。
下面将从离心泵的水力设计和数值模拟两个方面进行详细讲解。
一、离心泵的水力设计1.流量设计：离心泵的流量设计是以工程要求的流量为基础，通过水力模型试验或数值模拟等方法确定。
流量是衡量离心泵工作效果的重要指标，也是确定泵的尺寸和形式的基础。
2.扬程设计：扬程是指离心泵能够将液体抬升的高度。
在水力设计中，扬程是根据所需扬程和流量来确定的。
扬程的大小取决于泵的尺寸、转速、叶轮形状等因素。
3.效率设计：离心泵的效率是指泵所传递的水功率与泵所消耗的机械功率的比值。
效率的高低直接影响到泵的能耗和使用成本。
在水力设计中，需要根据工程要求和经济性考虑，确定合适的效率。
4.功率设计：离心泵的功率设计是指根据所需流量、扬程和效率来确定泵的功率。
功率是决定泵的动力系统和选型的重要参数，需要根据泵的工作条件和性能曲线来确定。
二、离心泵的数值模拟离心泵的数值模拟是利用计算机技术对泵的内部流动进行仿真模拟，以获得流场信息、压力分布和效率等参数。
数值模拟可以帮助优化和改善泵的性能、减少试验成本和时间。
1.建立几何模型：离心泵的数值模拟首先需要建立一个几何模型。
几何模型包括泵的内外部结构、叶轮的形状和尺寸等。
通过CAD软件等工具进行建模，得到几何模型的三维模型。
2.网格划分：在几何模型的基础上，需要对计算域进行网格划分。
网格划分是将计算域划分成小区域，以便对流动进行离散化计算。
合理的网格划分能够保证计算结果的准确性和稳定性。
3.数值计算：数值计算是指通过数值方法对流体的动力学方程进行求解，得到流场信息和参数分布。
常用的数值求解方法包括有限体积法、有限元法和离散元法等。
通过将流场方程离散化为代数方程组，使用求解器进行求解，得到结果。
4.结果分析与优化：得到数值模拟结果后，可以对流场、压力分布、速度分布等进行分析和评价。
水泵水力设计CH
设vu1=0，则：
2 2 w12 vm u 1 1
2 2 w12 vm u 1 1
三者关系中:
D0↑, vm1↓, u1 ↑
因此，存在w1min ∵
h 1 0.0835lg 3 Q/n
1 v 2 / 3 1 0.068ns 1 m 1 0.07 ns / 1007 / 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
泵的轴功率：
P gQH /
原动机功率：
kW
Pg
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
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：
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 4、n=f(原动机) 异步电机极对数 同步转速 5、n=f(NPSHr) 2 4 6 8 10 12 3000 1500 1000 750 600 500
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。
简述离心泵叶轮水力设计时,速度系数法和模型相似换算法的区别_概述说明
简述离心泵叶轮水力设计时,速度系数法和模型相似换算法的区别概述说明1. 引言1.1 概述离心泵是一种常用的液体输送设备，其工作原理是通过叶轮的旋转产生离心力，将液体从低压区域转移到高压区域。
在离心泵的设计过程中，叶轮的水力设计是非常重要的一部分。
而叶轮水力设计方法中，速度系数法和模型相似换算法是两种常用的计算方法。
1.2 文章结构本文将分为以下几个部分来详细介绍离心泵叶轮水力设计时的速度系数法和模型相似换算法及其区别。
首先会对速度系数法进行简要介绍，包括其原理和计算方法。
然后会对模型相似换算法进行类似的介绍。
之后会比较这两种方法存在的区别，包括相似性原理差异、计算方法差异以及适用性分析。
最后会通过工程实际应用案例对比分析来加深对这两种方法区别的理解。
1.3 目的本文旨在全面了解并比较离心泵叶轮水力设计时的速度系数法和模型相似换算法，并明确它们之间存在的差异。
通过对比分析，可以更好地选择合适的方法用于离心泵叶轮水力设计，在实际工程应用中提高设计的效果和质量。
同时，本文还希望能够为相关领域的研究者和从业人员提供有价值的参考和指导。
2. 离心泵叶轮水力设计时的速度系数法:2.1 简介:离心泵是一种常见的水力机械设备，在许多工程领域中被广泛应用。
离心泵的性能参数主要包括流量、扬程和效率等。
其中，叶轮是离心泵中最关键的部件之一，其水力设计对于泵的性能至关重要。
2.2 原理及计算方法:速度系数法是一种常用于离心泵叶轮水力设计的方法。
该方法基于流体动量守恒原理，通过选择适当的叶轮出口径向速度分布来满足设计要求。
主要包括以下步骤：1. 设定目标流量和扬程。
2. 根据所选定的叶轮进口径向速度分布形式和角动量平衡原理，确定出口径向速度。
3. 通过展开叶片并考虑角速度差等因素，得到切线方向上瞬时相对流速。
4. 根据相对流速与切线方向的夹角以及转子出口直径确定绝对流速。
5. 根据绝对流速的大小确定叶片出口角度，并进行修正以满足稳态工况要求。
离心泵与轴流泵原理及水力设计
离心泵和轴流泵的工作原理和水力设计的主要区别
一、工作原理：
1. 离心泵：
利用电动机带动，在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。
当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘，动能也随之增加。
当液体进入泵壳后，由于蜗壳形泵壳中的流道逐渐扩大，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。
与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。
叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。
2. 轴流泵：
主要是利用叶轮的高速旋转所产生的推力提水。
轴流泵叶片旋转时对水所产生的升力，可把水从下方推到上方，由于叶轮高速旋转，在叶片产生的升力作用下，连续不断的将水向上推压，使水沿出水管流出。
叶轮不断的旋转，水也就被连续压送到高处。
二、水力设计：
1. 离心泵的水力设计通常需要考虑泵的吸入和排出管道的形状、尺寸和位置，以及泵的旋转速度和流量等因素。
在设计过程中，需要确保液体在泵内能够顺畅流动，避免产生涡旋和湍流，以减少水力损
失和机械磨损。
2. 轴流泵的水力设计则主要集中在叶片的设计上。
叶片的形状、角度和排列方式等都会影响泵的扬程和流量。
设计时需要确保叶片能够产生足够的升力，同时减少水力损失和机械摩擦。
总的来说，离心泵和轴流泵在原理和水力设计上都有其独特的特点和要求。
具体的设计过程需要根据实际需求和应用场景进行综合考虑。
离心泵叶轮课程设计
离心泵叶轮的水力计算第一章 离心泵叶轮的水力计算1.1设计离心泵性能参数及要求1.2 叶轮设计水力计算1.2.1 泵的进口直径进口直径由泵吸入口流速确定，泵吸入口流速一般为3m/s 左右。
常用的泵吸入口径、流量和流速关系见《泵的理论与设计》表8-1：由流量选择泵的吸入口流速2V =2.1 m/s ；故泵的进口直径：D s =， 取65 mm 。
1.2.2 泵出口直径对于低扬程泵，排出口径可与吸入口径相同；对于高扬程泵，为减小泵的体积和排出管路直径，可取排出口径小于吸入口径，一般取d D (1~0.7)s D =。
故泵出口直径：s D 7.0D d ==0.7*65=45.5mm ，取 50 mm 。
1.2.3 泵进、出口速度由于进口直径都取了标准值，所以s V 、V d 都有变化，需要重新计算。
进口速度：2s 4V s D Q π==24*0.007*0.065π=2.109 m/s ， 取2.1 m/s 。
出口速度： 2d 4V d D Q π==24*0.007*0.05π=3.565 m/s ， 取3.5 m/s 。
1.2.4 比转数的计算4/365.3n HQ n s ==3/452=91.47 1.2.5 结构型式的选择由于计算所得的s n 在30—280之间，且泵的使用条件为高转速，小流量，小体积，因此选择所设计的泵为卧式单级单吸式离心泵。
1.2.6 效率计算（1）水力效率：h 110.835η=+=+= （2）容积效率： 2/32/3110.9710.6810.68*(91.47)v s n η--===++取平衡盘泄露量与理论流量之比为0.03，故v η= 0.97-0.03=0.94。
（3）机械效率：m 7/6110.07(/100)s n η≈-7/6110.07(91.47/100)=-=0.922(4) 泵的总效率：0.8350.940.9220.724h v m ηηηη=⋅⋅=⨯⨯=1.2.7确定轴功率（1）轴功率：ηρ10281.9g N ⨯=QH 10*1200*0.007*529.81102*0.724=⨯=5.82 kw 。
(优选)离心泵叶轮水力设计
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。
d 3 Mn 0.2[]
Mn
9.55 103
Nc n
N构工艺要求，确定 叶轮处的轴径dB和轮毂直径dh。 一般
Q n
离心泵设计
容积效率
v
1
1
0.68
n
2 s
/
3
离心泵设计
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
机械效率
m
1 0.07 (
1 ns )7/6
100
泵的总效率
hvm
离心泵设计
离心泵设计
六、轴功率和原动机功率
N gQH 102
式中
D2
KD2 3
Q n
K D2
9.35( n s )1/ 2 100
离心泵设计
三、叶轮出口宽度b2的计算 和选择
式中
b2
Kb2 3
Q n
K b2
0.64( n s )5 / 6 100
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。
离心泵设计
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
离心泵设计
第三节 速度系数设计法
离心泵叶轮水力设计
离心泵叶轮水力设计离心泵叶轮的流道形状是其水力设计的一个重要方面。
流道形状的优化可以降低水流速度的变化，减小能量损失，提高泵的效率。
一般来说，对于离心泵叶轮的水力设计来说，流道形状应该尽量保持平滑，避免出现过于复杂的几何结构，以减小流阻和涡流损失。
叶片角度也是离心泵叶轮水力设计的重要因素之一、叶片角度的选择直接影响着叶轮的流道流速和角动量的大小。
一般来说，在离心泵叶轮的水力设计中，叶片角度应该根据流体性质和工作条件的不同而有所调整。
例如，对于高粘度液体的泵来说，叶片角度一般选择较小，以减小流体的阻力和摩擦损失。
除了流道形状和叶片角度外，离心泵叶轮的几何参数也是水力设计的重要考虑因素。
例如，叶轮的进口直径、出口直径、叶片数等。
这些参数的选择应该根据需要泵送流量和扬程的不同进行调整。
一般来说，随着泵送流量的增大，叶轮的进口直径和出口直径也应该相应增大，以保持叶轮的稳定运行和高效性能。
在离心泵叶轮的水力设计中，还需要考虑到流动的非定常性以及液体的旋转运动对叶轮的影响。
非定常流动包括流场的非均匀性和流体的非线性特性。
为了减小非定常性的影响，可以通过减小流道的长度和宽度来降低流动的不均匀性。
而液体的旋转运动主要是由于叶轮的旋转导致的，对于这种情况，可以通过增大出口直径和叶片角度来减小涡流的损失。
总之，离心泵叶轮的水力设计是离心泵性能优化的关键步骤之一、在水力设计过程中，需要综合考虑流道形状、叶片角度和叶轮几何参数等方面的因素，以提高离心泵的效率和性能。
此外，还需要考虑流动的非定常性和液体的旋转运动对叶轮的影响，以减小能量损失和涡流损失，提高泵的工作效率。
只有在水力设计的合理指导下，离心泵才能够实现更高的效率和更好的性能。
混流泵叶片优化设计
混流泵叶片优化设计混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵。
它的比转速高于离心泵，低于轴流泵，一般在300-500之间，扬程比轴流泵高，但流量比轴流泵小，比离心泵大。
由于混流泵流量大、扬程和效率高等优点，广泛应用于国民经济各个部位，特别是在火电站和核电站冷却剂循环系统中，是不可替代的核心部件。
叶轮作为混流泵的核心部件，其设计的好坏直接影响到整个泵运行的稳定性，进而影响着机组系统的安全稳定运行。
为了提高混流泵的外特性、空化性能、内部流动特性和降低混流泵运行时压力脉动幅值，就需要探索研究混流泵叶轮的水力优化设计理论与方法。
JP本文基于最优化理论与方法，结合叶轮叶片的设计方案对提高混流泵性能、降低混流泵运行时产生的噪音與振动和提高机组的安全稳定运行提供理论支撑，为今后混流泵的优化设计奠定了一定基础和为企业提供了一套完整的混流泵的优化设计理论和方法。
1.叶轮参数化造型叶片参数化在自动优化中是极其重要的一步。
自动优化中可以选择参数化叶片中的各自有参数进行优化，并以初始参数化叶片为模板进行叶片几何造型、网格划分、流场计算等。
一般在优化设计中，叶片参数化拟合需要一个初始叶片为模板进行拟合，所以首先要根据已有参数设计出一个叶片，然后对叶片用参数化方法去表达，通过对端壁型线、流面控制线、堆叠规律和翼型型线的控制来参数化叶片。
在旋转机械中，可以将叶片角作为可变自由参数，前缘到尾缘的叶片角能很TP唐健.TIF；%30%30；Z5mm，YTS（JZHT7.H图1TS）大程度上影响泵的性能。
之前的研究表明叶片的厚度对泵的水力效率影响不大，所以在本文的参数化拟合中，初始叶片的厚度设置为不变，同样轮缘和轮毂的子午面和出口直径也保持不变。
本文所研究的叶片参数化造型拟合分为两步完成，分别是初始参数化拟合和二次参数化拟合。
参数化后模型如图1所示。
2.性能分析2.1网格划分。
为了提高数值模拟的计算速度和优化过程中有效样本的数量，首先在划分网格时，就采用了多重网格技术。
课程设计任务书-离心泵部分
《泵与风机技术》课程设计任务书离心泵叶轮水力设计部分姓名______________学号_______________ 班级_______________一、课程设计目的（1）巩固和系统化所学的有关泵的知识，并进一步深化理解。
（2）掌握泵水力设计技能和方法。
（3）学习综合应用所学的知识，解决实际工程问题；为毕业设计和以后的工作打下良好的基础。
二、设计题目输送常温清水的单级单吸离心泵，其参数为：Q＝立方米／小时；H＝米；n＝2900 转／分。
三、具体要求1、课程设计内容包括图纸和计算说明书两部分，每一部分均要求正确、认真地完成。
2、图纸包括以下内容：（1）叶轮水力图：要求A3幅面的坐标纸4张，包括叶轮轴面投影图、流道面积变化曲线图、流线分段图、方格网流线图、叶轮木模图等。
其中，叶轮轴面投影图和流道面积变化曲线图（轴面液流过水断面面积变化检查图）绘制在第1张坐标纸上；流线分段图绘制在第2张坐标纸上；在方格网上绘流线以及在方格网上进行叶片加厚的方格网流线图绘制在第3张坐标纸上；叶轮木模图（叶片裁剪图）绘制在第4张坐标纸上。
（2）计算说明书。
计算说明书包括各部分设计的理论分析、计算依据以及计算结果。
并附有必要的草图和结构示意图。
计算说明书要求计算正确、分析清楚、字迹整洁并附有目录。
四、时间安排叶轮水力设计，2～3天；计算及绘图，1～2天；整理说明书，1～2天。
五、参考文献1、叶片泵设计手册，机械工业出版社：第五章的内容；2、泵的理论与设计，机械工业出版社：第八章的内容；3、现代泵技术手册，中国宇航出版社：第七章的内容。
指导教师：郭鹏程电话：82312720E-mail：guoyicheng@（1）叶轮轴面投影图和流道面积变化曲线图（示意）（2）流线分段图（示意）（3）方格网流线图（示意）（4）叶轮木模图（示意）。
水力机械现代设计方法第十章：离心式、混流式叶轮的水力设计
HSJ
四、转轮叶片数
叶片数和效率以及汽蚀性能之间的关系。
混流式水轮机转轮一般有13～19个叶片。比转速愈低 使用水头愈高的混流式水轮机，转轮叶片数应愈多。
HSJ
五、转轮轴面流道的绘制及过水断面面积的检查
混流式、离心式叶轮轴面流道的过水断面
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
第三节 混流式水轮机转轮主要流道几何参数的确定
一、导叶相对高度 b0 导叶相对高度的增加受到导水机构，转轮的刚度和强 度的限值。过分增加低比转速水轮机的导叶相对高度， 就会导致导叶相对开口过小而增大水力损失。
Hmax(m)
45 0.365
65 0.3
105 0.25
160 0.2
200 0.16
HSJ
三、ωu≠0的二元理论方法 假定沿叶轮过水断面的轴面流动既不是有势流动 也不是轴面流速均匀分布的等速流动，而是按某 种给定流速分布的轴面流动。
混流式水轮机 转轮轴面流道
HSJ
四、三元理论方法 不作任何假设！
现代转轮的设计方法： 三维粘性流场计算+模型试验的方法
HSJ
第二节 叶轮设计参数的确定
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJHSJFra bibliotekSJHSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
HSJ
250 0.12
320 0.10
b0
HSJ
二、转轮上冠型线
HSJ
三、转轮出口相对直径和下环锥角
水头低于115m时，转轮下环呈圆锥形，即D2／D1>l， 这时转轮下环有一锥角。 水头高于230m时，转轮下环为曲线形，D2/D1<1。 当水头位于上述二者之间时，转轮下环可作成圆锥 形或圆柱形，这时D2/D1=1。
离心泵叶轮水力设计
离心泵叶轮水力设计0.98根据上述三种效率计算得到总效率为：hvm0.880.960.890.98=0.73根据公式，计算泵的功率：P=QH/=10000.171.5/0.73=.86W≈10.4kW因此，选用11kW的电机作为泵的动力源。
三、叶轮叶片的绘型1.掌握方格网绘型的过程方格网绘图法是一种快速、简便的绘图方法，适用于各种形状的叶轮叶片的绘制。
具体步骤如下：1）在方格纸上按比例放大叶片木模图；2）将叶片木模图的每一个关键点的坐标标在方格纸上；3）用直尺将每个关键点连接起来，形成叶片的外形；4）用曲线连接相邻的直线段，形成光滑的曲线。
2.掌握叶片木模图绘制过程叶片木模图是叶片外形的模型图，是绘制方格网图的基础。
其绘制过程如下：1）确定叶片的进口和出口圆直径；2）确定叶片的最大厚度和最大弦长；3）在方格纸上按比例画出进口和出口圆的圆弧；4）在进口圆弧上划分出若干等分点，根据叶片的包角和进口流角确定各等分点的位置；5）根据叶片的最大厚度和最大弦长，在进口圆弧上确定叶片的最大厚度点和最大弦长点；6）连接最大厚度点和最大弦长点，形成叶片的中心线；7）在最大厚度点和最大弦长点上分别确定叶片的前缘和后缘线；8）根据叶片的包角和出口流角，在出口圆弧上确定各等分点的位置；9）用曲线连接相邻的等分点和前后缘线，形成叶片的外形。
3.绘制木模图根据已知的设计参数和叶轮的水力方案，确定叶轮的进口和出口直径，最大厚度和最大弦长。
然后，按照叶片木模图的绘制过程，在方格纸上绘制出叶片的中心线、前后缘线和外形曲线。
最后，检查叶片的包角、出口流角和叶片的流线等重要参数是否符合设计要求。
叶片外径D2和叶片出口角β2等出口几何参数是影响泵扬程的最重要因素。
另外影响泵扬程的有限叶片数的修正系数也与D2和β2及叶片等参数有关。
可见，D2的精确与否，间接影响着泵的性能。
根据经验公式D2=K3Q1，取K=11.333，Q1=168.07，可得D2=465 mm（初步计算值）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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
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。
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
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)
D2的计算原则： 为使出口绝对速度v2最小为原则。
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
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
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。
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
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径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
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
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
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
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*