流体机械课程设计说明书

江苏大学题目: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——2013.01.19-1-设计依据：流量Q：603m/h扬程H：125m转速n:2900r/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AutoCAD出图-2-目录第一章结构方案的确定……………………………………………………………31.1确定比转数…………………………………………………………………31.2确定泵进、出口直径………………………………………………………31.3泵进出口流速………………………………………………………………31.4确定效率和功率……………………………………………………………41.5电动机的选择及轴径的确定………………………………………………4第二章叶轮的水力设计…………………………………………………………52.1叶轮进口直径D0的确定……………………………………………………52.2叶轮出口直径D2的确定……………………………………………………52.3确定叶片出口宽度2b………………………………………………………52.4确定叶片出口安放角2…………………………………………………62.5确定叶片数Z………………………………………………………………62.6精算叶轮外径D2……………………………………………………………6第三章画叶轮木模图与工作图……………………………………………………83.1叶轮的轴面投影图…………………………………………………………83.2绘制中间流线………………………………………………………………93.3流线分点（作图分点法）…………………………………………………103.4确定进口角1………………………………………………………………113.5作方格网……………………………………………………………………123.6绘制木模图………………………………………………………………13参考文献…………………………………………………………………………14-3-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4/365.3HQnns式中Q——单吸叶轮泵的流量，m3/sH——单级叶轮泵的扬程，m。则：43125360060290065.3sn=36.551.2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sv(经济流速)决定，ssvQD4由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。初选sv1.0—1.8m/s试选5.1svm/s则=118.94mm按标准取sD150mm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dD0.8sD=120mm1.3泵进出口流速泵进口速度VsVs=sDQ24=215.01415.33600/604=0.943m/s5.1.1415.33600/604sD-4-泵出口速度VdVd=dDQ24=212.01415.33600/604=1.474m/s1.4确定效率和功率1）水力效率：3nlg0835.01Qh329003600/60lg0835.01=0.8542）容积效率：32-68.011svn=32-55.3668.011=0.942只考虑叶轮前密封环的泄漏的值3）估算机械效率：6/7)100/107.01(nsm-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=0.611.5电动机的选择和轴径的确定轴功率：1000QHPa=61.03600100012560108.93=33.47kw选用电动机k=1.2则原动机功率acKPP=1.233.47=40.164kw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nPMcn9550nP2.19550=2900164.409550=132.26Nm-5-泵轴选用取[]=500*105Pa,材料为45号钢。最小轴径：mind32.0nM=35105002.026.132=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300nQDk=4.1×329003600/60=74mm又dh=0mm2h20jdDDmm742.2叶轮出口直径D2的确定查表8-12得，修正系数kD2取1.145212)100(35.9sDDnkK=17.7mmnQkDD31732取D2=320mm2.3确定叶片出口宽度2b查表8-13，修正系数Kb2取1.697-6-652)100(64.0sbbnkk=0.47mmnQkbb5.8322.4确定叶片出口安放角2一般取oo45~152这里取3522.5确定叶片数Zsn30-4545-6060-120120-300Z8-107-86-74-6取Z=82.6精算叶轮外径D2第一次精算1.理论扬程tHtH=H/ηh=125/0.854=146.4m2.修正系数压出室选择蜗壳式的，a=0.65︿0.85,取a=0.827.1)601(2a3.静矩S22212RRS=0.012m24.有限叶片数修正系数P22RPZS=0.345.无穷叶片数理论扬程tH(1)ttHPH=196m-7-6.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°222222sinctg11Dz94.0)90sin35(132.0004.0812ooctg7.出口轴面速度2mVmbDvQ2222=2.2m/s8.出口圆周速度2u=45.4m/s9.叶轮外径2DnDu2260=300mm第二次精算取D2=300mmS=0.01P=0.362=0.94HT=200mvm2=2.35m/su2=46m/sD2=304mm两次精算误差小于2%，取D2=304mm-8-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22JDDb、、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F2cFRb其中：cR———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-9-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。-10-3.3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：-11-3.4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601a1nDua=12.1m/saavamFvQ11=4.58m/s其中：90sin1112111aZctgDaaaFa1为过a点的过水断面面积-12-叶片进口液流角uvaamarc111tana’进而得到叶片进口安放角'11取Δβ=3.26o采用编程迭代的方法计算。先假定一个a1，带入上式计算出1，再用反算a1，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=24o3.5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。-13-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。-14-参考文献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1959.93.叶片泵原理及水利设计查森