流体机械及工程课程设计任务书.doc

课程设计说明书

题目: 流体机械及工程课程设计

院（部）： 能源与动力工程学院
专业班级： 流体1002班

流体机械及工程课程设计设计任务书
设计依据：
流量Q：30/h
扬程H：18.5m
转速n: 2900 r/min
效率：68%

任务要求：
1. 用速度系数法进行离心泵叶轮的水力设计。
2. 绘制叶轮的木模图和零件图，压出室水力设计图。
3. 写课程设计说明书
4. 完成Auto CAD出图

目 录

第一章 结构方案的确定……………………………………………………………5
1.1确定比转数 …………………………………………………………………3
1.2确定泵进、出口直径 ………………………………………………………3
1.3泵进出口流速 ………………………………………………………………3
1.4确定效率和功率 ……………………………………………………………4
1.5电动机的选择轴径的确定 …………………………………………………4
第二章 叶轮的水力设计 …………………………………………………………5
2.1 叶轮进口直径D0的确定……………………………………………………5
2.2 叶轮出口直径D2的确定……………………………………………………6
2.3确定叶片出口宽度 ………………………………………………………6
2.4确定叶片出口安放角 …………………………………………………6
2.5确定叶片数Z ………………………………………………………………6
2.6精算叶轮外径D2 ……………………………………………………………6
2.7叶轮出口速度 ………………………………………………………………8
2.8确定叶片入口处绝对速度和圆周速度 ………………………………9
第三章 画叶轮木模图与零件图 ……………………………………………………9
3.1叶轮的轴面投影图 …………………………………………………………9
3.2绘制中间流线………………………………………………………………11
3.3流线分点（作图分点法）…………………………………………………11
3.4确定进口角………………………………………………………………13
3.5作方格网 ……………………………………………………………………14
3.6绘制木模图 ………………………………………………………………15
第四章 压水室的设计 ……………………………………………………………17
4.1 基圆直径的确定 ………………………………………………………17
4.2 压水室的进口宽度 ………………………………………………………17
4.3 隔舌安放角 ……………………………………………………………17
4.4 隔舌的螺旋角 …………………………………………………………17
4.5 断面面积F …………………………………………………………………17
4.6 当量扩散角…………………………………………………………………18
4.7各断面形状的确定…………………………………………………………18
4.8压出室的绘制………………………………………………………………20
1.各断面平面图 …………………………………………………………20
2. 蜗室平面图画…………………………………………………………20
3.扩散管截线图…………………………………………………… ……21
结束语 …………………………………………………………………………17
参考文献 …………………………………………………………………………18

第一章 结构方案确定
1.1 确定比转数
计算泵的比转数ns，确定泵的结构方案。公式为

式中 Q——单吸叶轮泵的流量，m3/s
H——单级叶轮泵的扬程，m。
则：

=108.3

1.2 确定泵进、出口直径
泵的进出口直径 。
吸入口直径Ds由进口流速(经济流速)决定，
由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。
初选2—3.5 m/s 试选 m/s

则

2
1415
.
3
3600
/
30
4
´
´
=
s
D

=72.8mm
按标准取70 mm
而出口直径按经验公式＝（0.7～1.0）Ds确定。
对于低扬程泵，取泵出口直径，则取=50 mm
1.3 泵进出口流速
泵进口速度V
V===2.17m/s

泵出口速度V
V===4.25m/s

1.4 确定效率和功率
1）水力效率：
=0.85
2）容积效率：
==0.97

1.5电动机的选择轴径的确定
轴功率：
==12kw
查表7-10 选用电动机 k=1.2
则电机功率=1.245=17 kw
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（通常是联轴器处的轴径）。
扭矩==56Nm

泵轴选用取 []=550*10P,材料为 。
最小轴径：
==18.4mm
标准直径：
10，15，20，25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，400
采用标准化轴径取d=20mm
轴的结构设计
考虑轴上零件的固定和定位，以及装配顺序，选用下图装配方案：

图1-3 轴上零件装备图

第二章 水力设计（速度系数法）

2.1 叶轮进口直径D0的确定
兼顾汽蚀与效率 取
进口当量直径 =4×=60 mm
单级单吸式 取=0

2.2 叶轮出口直径D2的确定
=13.446～13.806
由于比转速小于60，要乘修正系数K,取K=1.07
=127mm
2.3确定叶片出口宽度
=0.3094～0.3384
=12mm
D2 =127mm b2=12mm
2.4确定叶片出口安放角
一般取 这里取
2.5确定叶片数Z才

30-45
45-60
60-120
120-300
Z
8-10
7-8
6-7
4-6
取Z=7

=6.7 取Z=7

2.6精算叶轮外径D2
对于D2的精算，过程如下：
由 ；
得：；
注意：精算时，一般先选择β2，然后确定D2。
计算Ht∞时，要用到滑移系数，而此时D2尚未知，故要迭代
此处 取β2＝30°，D2=127mm进行迭代精算如下：
有限叶片数理论扬程修正系数：；
式中：静矩；
经验系数 ；
无穷叶片数理论扬程：
叶片出口排挤系数：

第一次精算
1. 理论扬程
=H/=30/0.85=35.3m
2. 修正系数

=1.05
3. 静矩S

=0.0017m
4. 有限叶片数修正系数P
=0.365
5. 无穷叶片数理论扬程
=48.18m
6. 叶片出口排挤系数

7. 出口轴面速度

= 3.11m/s
8. 出口圆周速度

=24.12m/s

9. 叶轮外径
=159mm
第二次精算
S=0.0017
=0.86
=48.18m
=2/s
=23.54m/s

两次精算误差小于2%，取

2.7叶轮出口速度

1. 出口轴面速度
=1.90m/s
2. 出口圆周速度
=23.54m/s

3. 出口圆周分速度
==14.71m/s

4. 无穷叶片数出口圆周分速度
==20.06m/s
2.8确定叶片入口处绝对速度和圆周速度

查图7-9
=0.165×=3.428m/s

==14mm

==4.403 m/s

第三章 画叶轮木模图与零件图
3.1叶轮的轴面投影图
叶轮各部的尺寸确定之后，画叶轮轴面投影图。画图时，参考相近比转速、性能良好的叶轮图作为参考。（关醒凡编《现代泵技术手册》第二十三章 泵性能（几何）和水力模型）轴面投影图形状力求光滑通畅。轴面投影图如下图所示。

绘制好轴面投影图后，检查流道的过水断面变化情况。过流断面面积F

其中：———轴面液流过流断面形成线重心的半径
———轴面液流过流断面形成线的长度

各流道面积计算，叶轮流道面积检查图如下：要求该曲线有平滑的变化规律，否则必须修改轴面投影图，直到符合为止。

3.2绘制中间流线
在轴面液流过流断面形成线上取一点，而后计算此点两边的面积，面积相等则此点即中间流线上的—点；如面积不相等，则将此点向面积大的一面移动，再检查两边面积是否相等，进行修改，直到两面积相等为止，即得到流线所经过的点。

3.3流线分点（作图分点法）

在轴面投影图旁，画两条夹角等于△θ的射线（△θ=3°~5°）。本设计中△θ=5°。从出口开始，沿轴面流线试取△S，若△S中点半径对应的两条射线间的弧长△u,与试取的△S相等，则分点正确。如果不等，另取△S，直到△S=△u。根据上述方法将前后盖板流线及中间流线分点。分点情况如下：

3.4确定进口角
叶片进口处的速度

其中： 为过i点的过水断面面积
叶片进口液流角
进而得到叶片进口安放角
采用编程迭代的方法计算。先假定一个，带入上式计算出，再用反算，观察计算值与假定值是否相等，相等则计算正确。数据如下图;

3.5作方格网

叶片绘型时，要求叶片在出口出能有一段叶片安放角保持不变，而其他部分角度变化应尽量均匀型线的形状极为重要，不理想时坚决修改，必要时可以适当改变进口安放角、叶片进口位置、叶片包角、叶片出口边不布置在同一轴面上等，重新绘制。

叶片加厚数据

3.6绘制木模图
画出具有轴面截线并已加了厚度的轴面投影图.
在叶轮的轴面截线图上，作垂直于叶轮轴心线的直线，这些直线实质上就是一些垂直于叶轮轴心线的平面，通常称为割面或等高面，它们与叶片的交线就是叶片的模型截线。 直线是等距离的，但亦可不等，视设计需要而定，叶片扭曲较大处，距离可取小一些.
根据D、d画叶轮平面图，并作出与轴面投影图上轴面截线相对应轴向截面.在平面图上先画出叶片与后盖板交线的投影，然后再作模型截面与叶片相交的投影。

第四章 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。
4.1 基圆直径的确定
，取 ==160mm
4.2 压水室的进口宽度
==20 mm （取C=10mm）
4.3 隔舌安放角
查手册8-1 取
4.4 隔舌的螺旋角

查手册，取取
4.5 断面面积F
采用速度系数法，查手册图8-10得 ，压水室中液流速度：
==19.93 m/s
第8断面的面积：==430
其他各断面面积：

4.6 当量扩散角
常用范围为，取10度。
4.7各断面形状的确定
确定角：
一般，取
求A、B值:
求断面高H及半径R（8个断面分别求）
断面1:
==2.59mm
==0.66 mm
断面2： =5.00mm

===1.27mm

断面3： =7.26 mm
=0.25497.26=1.85mm
断面4： =9.41mm
==2.40 mm
断面5： =11.45m
==2.92 mm
断面6：=13.40mm
==3.42 mm
断面7：=15.28mm
==3.89 mm
断面8： =17.08mm
==4.35 mm
4.8 压出室的绘制
1.各断面平面图

2. 蜗室平面图画
根据所画的各断面轴面图中的高度H,在平面图上相应的射线上点出，然后光滑
连接所得各点，得蜗室平面图上的螺旋线。

3.扩散管截线图

参考文献

1. 泵的理论与设计 关醒凡 机械工业出版社
2. 现代泵技术手册 关醒凡 1959.9
3. 叶片泵原理及水利设计 查森

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