流体机械课程设计说明书

题目: 流体机械及工程课程设计任务书

学生姓名：

专业班级： 流体0903班 学 号：

起止日期：2013.01.07——2013.01.19

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设计依据：

流量Q：60m3/h 扬程H：125m 转速n: 2900 r/min 效率：（%）

空化余量NPSHR（m）

任务要求：

1. 利用速度系数法进行叶轮的水力设计。 2. 绘制叶轮的木模图和工作图。 3. 撰写课程设计说明书 4. 完成Auto CAD出图

专业.专注 .

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目 录

第一章 结构方案的确定……………………………………………………………3 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电动机的选择及轴径的确定 ………………………………………………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……………………………………………………5 2.3确定叶片出口宽度 b2………………………………………………………5 2.4确定叶片出口安放角2 …………………………………………………6 2.5确定叶片数Z ………………………………………………………………6 2.6精算叶轮外径D2 ……………………………………………………………6 第三章 画叶轮木模图与工作图 ……………………………………………………8 3.1叶轮的轴面投影图 …………………………………………………………8 3.2绘制中间流线………………………………………………………………9 3.3流线分点（作图分点法）…………………………………………………10

3.4确定进口角1………………………………………………………………11

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3.5作方格网 ……………………………………………………………………12 3.6绘制木模图 ………………………………………………………………13

参考文献 …………………………………………………………………………14

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

ns3.65nQH3/4

式中 Q——单吸叶轮泵的流量，m3/s

H——单级叶轮泵的扬程，m。 则：

ns3.65290060125343600

=36.55

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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vs(经济流速)决定，Ds由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。 初选vs1.0—1.8 m/s 试选 vs1.5 m/s

4Q vs

则

Ds 

4  60 / 3600 3 . 1415  1.. 5

=118.94 mm 按标准取Ds150 mm

而出口直径Dd按经验公式Dd＝（0.7～1.0）Ds确定。 对于高扬程泵，则取Dd0.8Ds=120mm

1.3 泵进出口流速

泵进口速度Vs Vs=

泵出口速度Vd

Vd=

4Q460/3600=

D2s3.14150.152=0.943m/s

4Q460/3600=

D2d3.14150.122=1.474m/s

1.4 确定效率和功率

1）水力效率：

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h10.0835lg32）容积效率：

Q60/3600=0.854 10.0835lg3n2900v11==0.942 只考虑叶轮前密封环的泄漏的值 -23-2310.6836.5510.68ns3）估算机械效率：

m10.071(n/100)s7/6-0.02

=0.754 考虑轴承填料损失2% 4) 总效率：

hvm=0.8540.9420.754=0.61

1.5电动机的选择和轴径的确定

轴功率：

60125QHPa==33.47kw

1000100036000.619.8103选用电动机 k=1.2

则原动机功率PcKPa=1.233.47=40.1kw

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Mn

9550Pc95501.2P955040.1==132.26Nm nn2900 专业.专注 .

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泵轴选用取 []=500*105Pa,材料为45号钢。

最小轴径：dmin3Mn 0.2132.26 =

30.2500105=23.6mm

采用标准化轴径取d=25mm 单级单吸式 取dh=0

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k0=4.1

进口当量直径 D03Q=4.1×360/3600=74 mm

k0n2900又dh=0mm

DjD20dh74mm2

2.2 叶轮出口直径D2的确定

查表8-12得，修正系数kD2取1.145

ns12kD9.35KD2()=17.7

100D2kD3Q317mm 取D2=320mm n

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2.3确定叶片出口宽度b2

查表8-13， 修正系数Kb2取1.697

n5kb0.kb2(s)6=0.47

100b2kb3Q8.5mm

n2.4确定叶片出口安放角2

一般取15o~45o 这里取35

222.5确定叶片数Z

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

2.6精算叶轮外径D2

第一次精算 1. 理论扬程Ht

Ht=H/ηh=125/0.854=146.4m 2. 修正系数

压出室选择蜗壳式的，a=0.65︿0.85,取a=0.8 a(1 3. 静矩S

R22R12S2

2 =0.012m

260)1.27

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4. 有限叶片数修正系数P

R22 P=0.34

ZS 5. 无穷叶片数理论扬程Ht

Ht=196m Ht(1P)

6. 叶片出口排挤系数Ψ2

叶片出口真实厚度δ2取4mm，叶片出口轴面截线与流线夹角λ2取90°

ctg2z2121D2sin2 180.0041(ctg35osin902)o20.320.94

7. 出口轴面速度m2

vm2QD2b22V= 2.2m/s

8. 出口圆周速度u2

=45.4m/s

9. 叶轮外径D2

D260u2n=300mm

第二次精算 取D2=300mm

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S=0.01 P=0.36

v2=0.94 =200m

HTm2=2.35m/s

u=46m/s

2D2=304mm

两次精算误差小于2%，取D2=304mm

第三章 画叶轮木模图与工作图

3.1叶轮的轴面投影图

叶轮各部的尺寸D2、DJ、b2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。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 F2Rcb

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

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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。

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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。

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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=5°~10°）。本设计中△θ=10°。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△l,与试取的△S相等，则分点正确。如果不等，另取△S，直到△S=△l。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：

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3.4确定进口角1

因为是圆柱叶片，只画出a,b,c三点中一点的过水断面流线，如图，并计算 叶片进口处的速度

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u1aD1an60=12.1 m/s

= 4.58 m/s

1a2vm1aQFvactg1a1其中：1Dsin90Z1a1a1a

F1a为过a点的过水断面面积

vm1a arctan叶片进口液流角 ’1au1a进而得到叶片进口安放角' 取Δβ=3.26o

11采用编程迭代的方法计算。先假定一个1a

，带入上式计算出，再用反算

1

1a

，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;

得β1=24o

3.5作方格网

叶片绘型时，要求叶片在出口处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。

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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

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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。

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

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3. 叶片泵原理及水利设计 查森

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