离心泵水力设计(完整版)
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。
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。
离心泵水力设计(进口边的确定)
m—经验系数，m=0.055～0.08，ns小者取小值。 ◆轴面速度 vm1
Q v F1k 1
F1—计算点的过水断面面积 k1—计算点的叶片排挤系数
排挤系数k1
cot 1 ZSu1 ZS1 Z1 k1 1 1 1 1 sin D1 D1 sin 1 D1 1
一、一元流动中轴面流线的绘制 （一）轴面流线的绘制
流面：一条流线绕轴线旋转一周形成的回转面即为一个流面。 轴面流线：流面和轴面的交线，即叶片和流面交线的轴面投影; 分流线:用几个流面，把流道分成几个小流道即可。 中、低ns泵：流道较窄，一般分3条(前、后盖板和中间流线) 高ns泵：流道较宽，一般分5条流线。
0 流道中线 D E B 过水断面 形成线AEB C
过水断面形成线作法ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
◆过水断面面积沿流道中线的变化曲线 按照上述方法依次计算各个过水断面面积F，然后拟合出其沿 流道中线变化的曲线。
要求：该曲线应为平直或光滑的线，否则必须修改 轴面投影形状，反复多次，直到满足要求为止。
ℓ
第三节
离心泵叶片的水力设计
S为流面厚度
若叶片真实厚度为δ，则叶片在各方向上的厚度与角度的关系
S 1 cot 2 cos 2
cot2 Su 1 sin 2
S m 1 tan 2 cot 2 S r 1 tan 2 cot 2 sin
(八)轴面流道过水截面面积检查 1、轴面流道绘制
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叶片设计目的：设计的叶片空间形状符合叶轮内液体质点的 相对运动规律，叶片表面实质是相对流线。 几个假设： 1）假设叶轮中的流体从叶轮前盖至后盖分成若干层，每层为 一旋转流面。流体只沿每层流动，互不混杂—把叶轮中的流 动问题简化为流面上的流动问题。 2）假设叶片无穷多，流面上流体的相对流动的轨迹是相同的， 并与叶片面一致。 求出每个流面上相对流动的流线后，叠加在一起就形成了叶 片表面，加厚就形成了叶片的工作面和背面。 叶片型线的设计转化成画出各回转流面上的相对流线。 3）叶轮中的流动是轴对称的，同一过水断面Vm均匀分布， Vm沿轴面流线一个坐标变化—一元设计理论 。
离心泵水力设计
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.m h rpm n m H h m Q a 3.3,2900,60,/373=∆=== 2.m h rpm n m H h m Q a 44.5,1450,16,/903=∆=== 3.900,1430,24,/663====C rpm n m H h m Q 4.900%,80,2900,48,/1453=====C rpm n m H h m Q η 5.m 5,2970,5.18,/12====SZ H rpm n m H s l Q 泵的安装高度 6.m h rpm n m H s l Q r 13.2,2870,10,/3.2=∆=== 7.m rpm 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。
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
泵与风机课程设计-离心泵水力设计说明书
武汉大学动力与机械学院泵与风机课程设计离心泵水力设计说明书前言本次课程设计的内容是设计一台离心式泵。
泵是应用非常广泛的通用机械。
在当今世界机电产品中，泵的产量仅次于电机，据统计，泵的耗电量占到全国总发电量的21%，可见泵的应用非常广泛，在国民经济中占有十分重要的作用。
离心泵是一种用量最大的水泵。
在给水排水及农业工程，固体颗粒、液体输送工程，石油及化学工程，航空航天和航海工程，能源工程和车辆工程等国民经济各个部门都有广泛的应用。
本次课程设计时能源动力系统及自动化专业流体机械及工程方向的专业必修课程，是完成《泵与风机》课程理论教学以后所进行的重要实践教学环节，目的在于综合利用泵与风机的理论知识进行泵的设计实践，一方面以离心泵的设计过程为代表熟悉泵的设计方法为以后解决相关工程问题打下良好的基础，另一方面通过设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。
本设计主要进行的是离心泵的水力设计，包括泵的结构方案、叶轮主要参数的选择与计算、叶轮的水力设计绘图等。
提交的成果为设计说明书一份和离心泵水利设计图一张（包括轴面投影图、流线分点图、流道面积变化图、流面展开方格网、叶片厚度变化规律图和木模截线图），使用CAD绘制。
本设计说明书即为成果之一。
由于我们对所学知识的领悟不够，又缺乏经验，设计中难免会存在疏漏和欠缺之处，恳请老师批评指正。
目录前言一、课程设计的总体要求 (1)1.1设计课题 (1)1.2设计目的 (1)1.3设计内容 (1)1.4设计要求 (1)1.5成果要求 (1)二、泵主要设计参数和结构方案的确定 (1)2.1提供设计的数据和要求 (1)2.2确定泵的总体结构形式和泵进出口直径 (1)2.3泵转速的确定 (2)2.4计算比转速ns，确定泵的水利方案 (3)2.5估算泵的效率 (4)三、叶轮主要参数的选择和计算 (4)3.1轴径和轮毂直径的确定 (4)3.2叶轮进口直径D1的初定 (5)3.2.1计算叶轮进口当量直径 (5)3.2.2叶片入口边直径D1 (5)3.3叶轮出口直径D2的初步计算 (6)3.4叶轮出口宽度b2的计算和选择 (6)3.5叶片数Z (6)3.6叶轮外径D2的精确计算 (7)3.7叶片进口安放角的确定 (9)四、叶轮水力设计绘图 (10)4.1绘制叶轮轴面投影图 (10)4.1.1初绘叶轮轴面投影图 (10)4.1.2检查轴面流道过水断面变化情况 (11)4.2绘制轴面流线 (12)4.3在轴面投影图上对各条流线进行分点 (14)4.4作流线方格网，并在方格网上进行叶片绘型 (15)4.5片的轴面截线 (17)4.6叶片加厚 (18)4.7绘制叶片裁剪图 (19)4.8、叶轮叶片的水力性能校验 (21)总结与心得 (22)致谢 (22)参考书目： (22)附录 (23)叶轮设计计算程序 (23)一、课程设计的总体要求1.1设计课题离心泵叶轮的水力设计1.2设计目的通过课程设计，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。
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。
离心泵水力设计
目录一、离心泵的概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4二、泵的设计参数和结构形式的计算和确定．．．．．．．．．．．．．．．．51、确定泵的结构方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62、计算泵的进出直径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63 、计算泵的出口直径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64、汽蚀的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..75、确定效率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76、功率的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．97、初步确定叶轮的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．98、精算叶轮的外径（第一次）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．119、精算叶轮的外径（第二次）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1310、叶轮的出口速度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1411、叶轮的速度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1512、叶轮轴流投影图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1913、过流断面形成线绘制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21设计小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22第一章离心泵的概述泵是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。
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叶轮外径
116.14 108.00 32.00 20.00 21.25 25.00 4.57 5.00
叶片出口角 叶片进口角 叶片进口直径 叶片数 实取叶片数
出口圆周速度
16.47
出口直径 判断其是否合理? 叶片出口排挤系数 有限叶片数修正系数 无穷叶片理论扬程
112.33 126.00 0.68 0.28 12.65
项目 进口系数 进口当量直径 进口直径
结果 4.50 33.30 38.84 25.00 2.01
效率/功率
叶轮出口宽度
0.28 2.06 2.00 15.62
轮毂尺寸 汽蚀转数
确定泵进出口直径 叶轮外径精算准备 斯脱道拉 威斯奈 普夫莱德尔
泵出口直径 泵进口速度 泵出口速度 进水轮毂 泵汽蚀转数 叶片出口厚度 出口圆周速度 叶片与盖板的夹角 叶片圆周厚度 叶片出口排挤系数 出口轴面速度 有限叶片理论扬程 威斯奈滑移系数 绝对速度圆周分量 有限叶片理论扬程 理论扬程 有限叶片理论扬程
项目 基本参数 流量 扬程 效率 转数 比转数 机械效率 总效率 泵轴功率 原动机功率 初定Vs 泵进口直径
结果 3.50 15.00 0.63 2400.00 35.84 0.93 0.77 0.72 0.20 0.20 1.78 26.41 25.00 17.50 25.00 25.00 1.98 1.98 20.00 取960 2.20 13.57 90.00 25.16 0.63 2.28 精算叶轮外径第二次 4.54 0.17 3.31 4.59 20.43 9.85 精算叶轮外径第一次 初步确定叶轮主要尺寸
出口圆周速度
14.71
叶轮外径 判断其是否合理?
100.39 106.00
离心泵水力模型设计