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第一章多级离心泵概述
——多级泵就是多个叶轮组成的泵,就是多级离心泵
——多级泵课程就是要学****和掌握多级离心泵的理论与设计
方法
——一是要领会学****内容,二是要亲手设计一台多级泵,三是要研
讨多级离心泵的理论与设计方法,发现目前存在的一、两个问题并策划研究
方案
按导流壳型式来划分
——相应结构的定义;
——性能参数的规定或性能参数的定义;
;
(含使用条件);
。
第二章多级泵的水力设计
1:.
——叶片泵基本方程式
黏性流体的有限叶片叶轮的水泵扬程
H/η=[u(σu-v/tgβ)-(uv)]/g
h22m221u1
式中:u=nD/60(m/s),σ=1-sinβ/z,v=Q/η/(Dbψ)(m/s),ψ=
222m2v2222
1-zs/(Dsinβ),u=nD/60(m/s)。
22211
第一步,明确设计目标
额定流量20m3/h、额定扬程65m的井用潜水泵。
根据井用潜水泵(GB/T2816-2002)国家标准,选择150井径,泵体最大外
径143mm,转速2850r/min,水泵效率64%。
第二步,根据第一步明确的设计目标和相同类型的样图,初步画出这台泵
的样子来,进一步确定叶轮型式和技术参数,单级扬程为13米,叶轮型式是一
种有轮毂的、圆柱形叶片的、斜流式、闭式、中比转数离心叶轮。
第三步进行叶轮的水力设计计算,画出叶轮叶片的座标图,即叶轮叶片木
模剪裁图。导叶出口也要同时设计,因为液体流出导叶的情况,就是流进叶轮
进口的情况,对叶轮设计有影响。这一步是所有水泵设计的关键部分,也是水
泵设计中最专业的部分,今天将重点讲这个部分。
第四步,根据第三步的计算结果,画出叶轮零件图,然后根据叶轮零件图
和第二步的样图,设计整台泵的装配图。装配图的设计任务是解决各个零件的
联结与配合方法,同时要实现液体从泵的进口到出口的匀速过渡,或者说流道
的过流截面均匀变化。
第五步根据装配图确定的零件尺寸,设计所有零件图,包含导流壳水力模
型图。在全部零件都设计完成后,再根据零件图,修改完成装配图。其中导流
2:.
壳水力设计是重点讲解的内容。
第六步对全部设计进行强度校核,轴向力计算及流场的速度分析或者数值
模拟。重点讲解轴向力计算与平衡,泵轴与承压泵体的强度校核。
以上6个步骤是针对井用潜水泵来说的,其他多级泵的设计大同小异。
这里说的叶轮型式就是叶轮零件的基本形状,它主要由叶轮比转数确定。
叶轮比转数是水泵设计中的一个重要概念,在关书的p40~42有详细介绍,这里
就不讲了。叶轮比转数n=(Q)/(H)(要讲单位),当n小于300
sis
的时候,叶轮型式是离心式,也叫径流式;当n大于300小于600的时候,叶
s
轮型式是混流式;当n大于600的时候,叶轮型式是轴流式。决定叶轮型式的
s
另一个主要因素是泵的型式,泵的型式就是指“单级离心泵”、“节段式多级离
心泵”、“蜗壳式多级离心泵”或“深井离心泵”等等,不同的泵型式就可能有
不同的叶轮型式,比如“节段式多级离心泵”的叶轮都是叶轮前后盖板直径相
同的径流式叶轮,而“深井离心泵”的叶轮很多是叶轮后盖板直径小于叶轮前
盖板直径的斜流式叶轮。要注意的是,这里说的斜流式叶轮仍然是离心式叶轮,
而不是混流式叶轮,因为叶轮比转数仍然在300以内,而且多数在200以内。
还有多级离心泵都有一个很大的轮毂,而单级离心泵多数没有轮毂。另外叶轮
型式还有闭式、开式和半开式的区别,还有直叶片、圆柱形叶片和三维曲面叶
片(扭曲叶片)等等。不同的叶轮型式应该用不同的设计方法来设计,当然他
们的设计基础都是“叶片泵基本方程式”。
我们要设计的150QJ20-65井用潜水泵,,是典型的离
心式水泵,它的泵型式是“深井离心泵”,其叶轮后盖板直径小于叶轮前盖板直
3:.
径为好,因此叶轮的外形是斜流式,又因为是多级泵,所以需要有一个较大的
轮毂,为了提高其水泵效率,决定采用闭式叶轮,因为注塑工艺,叶轮用圆柱
形叶片为好。
综上所述,我们要设计的150QJ20-65井用潜水泵叶轮是一种有轮毂的、圆
柱形叶片的、斜流式、闭式、中比转数离心叶轮。
你们自己看关书p181~184,我认为相关标准中规定的水泵效率是最重要的
参考值。
关书p187~188。
、D及进口液流环量的计算
j1
关书p193~196讲述了叶轮进口直径D的计算方法,进口液流环量的计算
j
很简单,因为液流总是沿着流道流动的,而任何流速矢量都可以分解成轴面方
向和圆周方向两个分矢量,因此我们可以通过导叶出口安放角计算出叶轮进口
液流的v来。
u1
、b、β以及叶片数z及其出口厚度s的设计
2222
关书p193~202。
关书p203~238。
图2-4和图2-5就是这个叶轮的示意图。
4:.
图2-4斜流式离心叶轮示意图
图2-5圆柱形叶轮叶片模型图
表2-2是一个斜流式离心叶轮设计计算程序,我们可以用这个程序来设计
5:.
863项目的井用潜水泵。
表2-2斜流式离心叶轮设计计算程序
步产品型号前盖板中间后盖板
备注
骤150QJ20-65/5a流线b流线c流线
(m3/h)202020设计要求
确水泵单级扬程
131313设计要求,可以适当调整
定H(m)
i
叶
转速n(r/min)285028502850设计要求和标准规定,可以适当选择
轮
i
式
+*lg(Q/3600/n)1/3
h
根据计算值和自己的经验估算,
h
要考虑比转数的扣除值
/(1+-2/3)
vs
,要考
v
估虑平衡孔和节间泄漏的扣除值
算
圆盘损失效率统计规
-/(n/100)7/6
泵s
律η'
m
的
效m
phvj
单级离心泵效率一般GB/T13007-1991,η=η-η
pQ
标准η=69..4-
pNs
多级离心泵效率一般GB/T13007-1991,η=η-η
标准η=-
pNs
国家专业标准规定值井用潜水泵GB/T2816-2002,
η150QJ20
p
最多配套级数N999
泵算,H/H
maxi
轴
计算最大轴功率(KW)*H/102/ηp*N*
i
6:.
和配套最大轴功率
111111按计算值向标准系列靠拢
轮(KW)P
e
毂
最大扭距Mn()*Pe/n
直
(M/)1/3,τ为材料的许用
径最小轴径(m)
切应力
的
轴径d(m)
计
轮毂直径d(m)
算h
叶叶轮进口直径D(m)(Q/3600/n)1/3
00
轮
叶轮进口直径
(D2+d2)
D计算值(m)0h
j
口
叶轮进口直径
D取值(m)
径j
D叶片进口直径D(m),适当选择
j1j
、叶片进口线速度
Du(m/s)1
1
1
及
叶轮进口圆周流速
进u6
v(m/s)
u1
口
j
液
流h
环导流壳出口轴面流速
/(((D)2-(D)2)π/4)
6h
量v(m/s)
m6
的
导叶出口安放角β(度)
6
计
导流壳出口圆周流速
算
m66
v(m/s)
u6
5.
叶轮出口直径D(m)
2
叶
叶片出口线速度
2
u(m/s)
叶2
叶轮出口圆周流速
-v/tgβ
v(m/s)2m22
u2
7:.
及叶轮出口轴面流速
/(πDbψ)
v(m/s)v222
进
m2
叶轮出口流速v(m/s)((v)+(v))
2u2m2
口
几叶轮出口宽度b(m)
2
何
叶片出口安放角β(度)
2
参
叶片数z777按结构和经验选择
数
的叶片出口厚度s(m)
2
设
-πsinβ/z
计2
-zs/(πDsinβ)
2222
水泵单级扬程H(m)(uv-uv)η/
i2u21u1h
前、
6
叶前、后盖板流线转弯半
轮径R
叶各流线叶片进口宽度
片b(m)
1
绘
b的中点直径D/
型11
并
叶片进口厚度s(m)
1
计
算叶片进口安放角β(度)
1
叶
-zs/(πDsinβ)
片1111
进叶片进口轴面流速
/(πD/bψ)
口v(m/s)111
m1
安
叶片进口液流角β"(度)(v/(u-v))
1m11u1
放
角
叶片进口冲角Δβ(度)-"-β(度)
111
8:.
通过以上设计计算,就可以设计图2-4和图2-5这样的图形。这个图形的
叶片是采用方格网保角变换法画出来的,关书p216-221,以下就是采用这种方
法设计的过程图。
图2-6叶轮轴面图及流面分网格
9:.
图2-7在平面方格网中设计叶片工作面
图2-8在轴面投影图上画轴截面并测量其半径画出叶片平面投影图
20年前这些图都是都是用铅笔在方格纸上画出来的,现在用计算机画就方
10:.
便多了,更方便的是还有水力设计软件,在学****过程中不要用水力设计软件画,
就用我给你们讲的这个方法,用Excel软件计算,用AutoCAD(或CAXA)软件
画,这样才能真正学到叶轮的水力设计方法。
目前的这种叶片绘型方法是在原先没有计算机,不能用计算机画立体图,
以及采用木头做叶片模型的条件下创建的。现在可以用计算机画立体图,可以
用加工中心直接加工金属模,所以到了改变设计方法的时候了,但新的设计方
法要由你们来创造了。
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