离心泵叶轮水力设计说明书

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。
1. 进口安放角的计算
tg1'

v m1 u1 v u1
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。
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K vur m3 Q2n
式中 ｍ＝0.055～0.08，nｓ小取小值。
叶片进口轴面速度
v m1

Q v F1k1
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４．根据λ确定过流部件的尺寸
D2 p D2m b2 p b2m
D1p D1m b1p b1m
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５．根据模型泵性能曲线换算 出是型泵性能曲线的数据
Qp
3
np nm
Qm
Hp

2
(
np nm
)2
H
m
Np

5
(
np nm
)3
N
m
p m
p

Qp H p p
tg 2

u2
vm2 vu2
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vm2

Q
v F2 k2
k2
1
ZSu2
D2
1
ZS2
D2 sin 2
1
Z 2 D2
1 ( ctg 2 )2 sin 2
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第四节 叶片厚度和角度及其几何关系
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轴面流线
叶片
Ｓｍ Ａ Ｓｕ Ｓ
ＢＣ β
流面上叶片各厚度间的关系
v0 Kv0 2gH
D K 4Q
v 0
D2

60 u 2
v0
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u2 Ku2 2gH
vm2 Km2 2gH
b2
Q
v D2vm2
对于斜流泵
D2
对于多级泵
D22a D22b 2
D0
De2

d
2 h
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离心泵设计
六、叶轮外径Ｄ２或叶片出口角 β２的精确计算
Q
3
nmQp n p Qm
H

nm 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。
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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。
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选择模型泵时应该注意以下几点： • 流量－扬程曲线要平坦 • 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
k1
1
ZSu D1
1
ZS1 D1sin 1
1
1Z D1
1 ( ctg1 )2 sin 1
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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。
前述确定叶轮外径Ｄ２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。
由基本方程式
H T

u2vu2 u1vu1 g
S sin
ctg ctg cos
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叶片各厚度与角度之间的关系：
S 1 ctg 2 1 ctg 2 cos2 sin
Su

S
sin
sin
1 ctg 2
sin 2 cos2 ctg 2 cos2 sin 2
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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
五、估算泵的效率
水力效率
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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
可根据汽蚀比转数选取
5.62n Q C NPSH3r / 4
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四、计算比转数ns，确定 水力方案
3.65n Q ns H3/4
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Z 13 rm sin 1 2
e
2
对于低比数离心叶轮
Z 6.5 r2 r1 sin 1 2
r2 r1
2
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叶片数也可按比转数选择
ns
30~45
45~60
60~120 120~300
Z
8~10
7~8
6~7
4~6
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五、介绍确定叶轮尺寸的其它 速度系数
离心泵设计
离心泵设计
六、轴功率和原动机功率
N gQH 102
Nc 1.2N
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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[]
由出口速度三角形
vu 2
u2

vm2
tg 2
离心泵设计
离心泵设计
所以
H T

u2 g
(u
2

vm2
tg 2
)

u1vu1
整理后，得
u
2 2

vm2
tg 2
u2
u1vu1
gHT

0
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解上面的方程，得
u2

vm2
2tg 2

( vm2
2tg 2
)2

gHT

u1vu1
• 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。
离心泵设计
离心泵设计
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。
D
2 e

D
2 0

d
2 h
De
K03
Q n
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对于双吸泵取Q/2
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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。
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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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）
1 ctg 2 (1 cos2 ) 1 ctg 2
sin 2
sin 2
Sm

S
cos

1 ctg 2 cos2 cos2
1 tg 2 ctg 2
Sr Sm sin 1 tg 2 ctg 2 sin
h
1 0.0835 lg 3
Q n
离心泵设计
容积效率
v

1
1

0.68n
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
Mn

9.55 103
Nc n
Nc KN
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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)dB
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
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 ( DP )3 np Qm DM nm
Hp ( DP )2( np )2 Hm DM nm
离心泵设计
两台相似泵的尺寸比例可以从上 式求得：
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）
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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D济s流 速4；vQ汽s 蚀要求 2.泵出口直径
Dd (1 ~ 0.7)Ds
轴面流线
离心泵设计
λ
轴面截线 δ
ε
轴截面上叶片厚度
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。
Su

S
sin
轴面厚度
离心泵设计
流面厚度在轴面方向的分量称
为轴面厚度。
Sm

S
con
径向厚度
轴面厚度在平面图上的投影长 度为平面图上的径向厚度。
102N p
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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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
由相似原理，可以写出速度系数的一 般表达式：
Q 常数 nD3
D K3 Q n
速度v和nD成比例有：
v Kv 3 Qn2
由
H n2D2
常数
离心泵设计
D K3 H n
或
D K ' 3 2gH n
v Kv 2gH
离心泵设计
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
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Sr Sm sin
离心泵设计
叶片真实厚度与圆周厚度垂之直间叶的片关的系面：
圆周方向 Su
叶片
δ φ
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
盖板流面 δ
γ
叶片
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：
• 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
离心泵设计
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。
式中
D2
KD2 3
Q n
K D2
9.35( n s )1/ 2 100
由ｕ２可求得Ｄ２为
D2

60u2
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
tg 2

u2
vm2 vu2
vu 2

gH T u
u1vu1
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 。