流体机械毕业设计说明书

1、目 录摘 要41 前言51.1 毕业设计主要内容51.2 毕业设计预期目标51.3 设计的目的和意义51.4 设计的主要任务52 叶轮的水力设计62.1 泵在设计点的运行参数62.2泵主要设计参数和结构方案的确定62.3叶轮主要参数的选择和计算92.4 叶轮的绘型132.5叶片绘型202.6绘制叶片木模图242.7作叶片进、出口速度三角形253压水室的水力设计263.1压水室的作用及螺旋型压水室作用的原理263.2涡室的设计和计算284 吸入室的水力设计334.1吸入室的介绍及作用334.2半螺旋吸水室的计算335 结构设计375.1技术设计总图初定375.2主要零件的选择376泵轴的强度校核

2、386.1近似计算转子部件的质量386.2计算叶轮径向力406.3计算轴套的质量406.4计算在各种载荷下轴所受到的力416.5计算叶轮不平衡质量所产生的离心力fc416.6强度校核427 结论43总结与体会44谢辞45参考文献46摘 要本设计是根据给定设计参数完成150s-50双吸离心泵水力及结构设计。主要包括叶轮、蜗壳、吸水室的水力设计和泵的结构设计。确定出叶轮的几何参数，绘制并检查叶轮轴面投影图，采用方格网保角变换法完成扭曲形叶片绘型。利用数字积分法，根据蜗壳内速度矩守恒，确定出蜗壳八个断面参数，并进行绘型。同样对吸水室进行水力设计计算并绘型。最后对双吸泵进行结构设计，绘制了装配图和部分

3、零件图，并对轴进行了强度校核计算。关键词：双吸泵、叶轮、蜗壳、水力设计、结构设计abstractaccording to the design parameters at the given point, this paper accomplished the design of the double-suction pump. it mainly contained the hydraulic design of the impeller ,volute casing and structural of pump,structural design of the pump. based on

4、 the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. then author projected and checked the cross-section of impeller, drew the cylindrical blade using methods of grid square conformal transformation. on the basis of constant velocity moment, author

5、calculated parameters of cross-section of volute using digital integral method. author also drew the spiral curve and diffuser of volute casing. finally, the structural of the double-suction pump was designed and assembly drawing component graphics were drew. in addition, this program has been check

6、ed strength of the pump shaft.【key words】：double-suction pumps；impeller；volute casing；hydraulic design；structural design1 前言1.1 毕业设计主要内容本次毕业设计为根据给定设计参数完成双吸离心泵150s-50水力及结构设计（主要包括叶轮、压水室、吸水室的水力设计计算），并完成双吸泵总装图的绘制。该双吸泵在设计点运行参数如下：扬程，流量,转速，效率。必需空蚀余量；抽送介质为温度小于80c 的清水或物理、化学性质类似于水的其他液体。1.2 毕业设计预期目标完成毕业设计任务书要求

7、的内容，达到毕业设计的要求。说明书不少于10000字，应包括目录、中文关键词、正文、参考文献。完成叶轮、压水室水力设计图、吸水室水力设计图各一张，泵装配图一张。完成3000字专业文献英译汉。1.3 设计的目的和意义毕业设计是本科四年的最后一个教学环节，也是相当重要的一个环节。它是为我们在将来做好工作奠定基础。我们在毕业设计过程中将应用自己所学的知识，培养解决问题和分析问题的能力，使理论知识与实际问题联系起来。这一过程不仅锻炼我们的创新能力，也要求我们了解并及时掌握本行业发展新动态、新方法和新理论。1.4 设计的主要任务（1）叶轮水力设计，进行叶片绘型；（2）压水室水力设计，进行压水室绘型；（3

8、）吸水室水力设计，进行吸水室绘型；（4）完成总装图的绘制；（5）轴的强度计算；（6）在指导教师指导下完成设计说明书及3000字专业文献英译汉。2 叶轮的水力设计叶轮是离心泵的重要过流部件，水流在进入叶轮之前，其流动方向大体平行于叶轮轴心线，水流在叶轮中能量增加后，以大体垂直于叶轮轴心线的方向离开叶轮。离心式叶轮通常由前盖板、后盖板，以及它们之间的叶片组成。两相邻叶片和前后盖板的内表面形成了若干个叶片流道，也就是水流流经叶轮的通道。在给定了叶轮的设计参数及设计点的流量、扬程、转速之后，在设计叶轮时，首先要确定叶轮全部几何参数，它们指叶片数z,叶轮半径，出口宽度，叶片出口安放角，叶片出口的排挤系数

9、，以及叶轮吸入口直径 。在确定这些几何参数时，常用的办法有三个：（1）相似换算法：选一个性能符合要求，比转速与待设计叶轮比转速相等的叶轮，将其放大或缩小。（2）速度系数法：已有专家在大量统计基础上将优秀叶轮的上述几何参数写成泵的比转速函数，这些函数一般以曲线形式给出，设计时可以根据待设计泵的比转速，通过查曲线，确定待设计叶轮的几何参数。这一方法的关键在于所用速度系数资料是否先进，如所用速度系数资料确能反映优秀叶轮的几何参数与比转速的关系，就能较快的设计出性能良好的叶轮。此方法实质是一种广义相似计算。（3）解析计算法：此方法创新性明显，所用数学理论基础较深，因此工作量大，设计周期较长，有时有风险

10、。目前，这一方法的发展趋势为确定一设计目标，如降低泵的某种损失或使得拖动电机功率最小等等，然后通过编程计算优化全部叶轮几何参数。此次设计以第二种速度系数法来确定离心泵叶轮的全部几何参数，然后绘制并检查叶轮轴面投影图，再以方格网保角变换法绘型扭曲形叶片。2.1 泵在设计点的运行参数双吸离心泵流量, 转速，扬程, 效率,必需空蚀余量输送介质为温度小于80c 的清水或物理、化学性质类似于水的其他液体。2.2泵主要设计参数和结构方案的确定2.2.1确定泵的进出口直径（1）泵的吸入口直径：泵的吸入口直径由合理的进口流量确定，泵吸入口的流速一般为3m/s左右，从制造方面考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵的

11、体积，提高过流能力；而为提高泵的抗汽蚀性能，应减小吸入流速。综合考虑：初定则吸入口径考虑到泵进口法兰直径，圆整反算进口流速与初选流速相差不大。（2）泵排除口直径：对于低扬程泵，可取与吸入口径相同；对于高扬程泵，为减小泵的体积和排除管直径，可使排除口径小于吸入口径。这次设计扬程h=50m，故初选出口直径比吸入口直径小的标准值。2.2.2泵转速的确定及电动机型号确定泵转速应考虑下面因素：（1）泵的转速越高，体积越小，重量越轻。因此，应尽量选择高的转速。（2）转速与比转速有关，而比转速与效率有关。因此， 转速与比转速、效率综合起来考虑。（3）确定转速应考虑原动机种类和转动装置。通常优先选取电动机直接

12、连接传动，由参考书2及泵给定转速, 选取极对数p=2，同步转速为3000r/min的异步电动机。电动机带负载后的转速应小于同步转速，通常按2%的转差率确定电动机额定转速。因为电动机的转速比额定转速低，所以电动机需要配一个增速装置，可选用变频调速器。电动机传动方式：通过联轴器直接与泵轴连接传动。（4）提高泵转速受汽蚀性能条件的限制。2.2.3计算泵的比转速ns 计算得： =852.2.4汽蚀验算必需空蚀余量由1p表32查得c=780所以：汽蚀允许转速：3345选定的转速低于汽蚀允许转速，满足要求。2.2.5估算泵的效率、功率由于水力效率很难精确计算，以及给出了设计的总效率,所以先分别计算或估算机

13、械效率，容积效率，最后由总效率计算出水力效率。（1） 机械效率 （2）容积效率 （3）水力效率 考虑到采用提高泵的表面光洁度来减小圆盘摩擦损失以提高效率，因此可以在制造过程中对泵的表面质量进行控制。(4)轴功率 计算功率 （工况变化系数k=1.11.2）由此确定选用y200l2-2电动机,功率37kw,转速2950转/分,工作电压380v,工作电流69.8a,功率因数0.89。2.3叶轮主要参数的选择和计算2.3.1泵的直径应按强度和刚度及临界转速条件确定因为扭矩是泵最主要的载荷。开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小直径。同时根据所设计泵的具体情况，考虑影响和临界转速的大概的因素。可做粗略修改，

14、并圆整取为标准值。按钮矩计算轴径的公式为： 取联轴器处轮毂处轴径（注：泵轴材料选用普通优质碳钢。选）。2.3.2叶轮进口直径的确定叶轮进口直径与进口速度有关，从前限制进口速度一般不超过34m/s.认为进一步提高叶轮进口流速会降低泵的抗汽蚀性能和水力效率。实践证明：泵在相应增加进口很广的范围内运转时，能保持水力效率不变，所以如果所设计的泵对抗汽蚀性能要求不变，可以选较小的以减小叶轮密封环的泄露量，以提高容积效率。决定叶轮内水力损失的是相对速度的大小和变化，所以应该考虑泵进口相对速度的影响，通常在叶轮流道中相对速度扩散的，即。这样从减小进口相对撞击损失的流道中的扩散损失考虑。都希望减小，若假定最小

15、，可推出计算叶轮进口直径的公式 进口当量直径：（=4.05.0兼顾效率与汽蚀）轮毂直径： 取所以叶轮进口直径：取2.3.3叶轮出口直径的计算叶轮外径和叶片出口角等出口几何参数，是影响泵扬程的最重要的因素。另外，是影响泵扬程的有限叶片数修正系数也与和及叶片数等参数有关。可见影响扬程的几个参数之间有互为影响，因此，必须假定某些参数为定值的条件下，求解叶轮外径。 因为压水室的水力损失和叶轮出口的绝对速度的平方成正比。为了减小压水室的水力损失，应当减小叶轮出口的绝对速度。因此，在满足设计参数下使叶轮出口绝对速度最小作为确定的出发点。由此可推出的计算公式为： 取2.3.4叶轮出口宽度的计算和选择取2.3

16、.5叶片数的选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数时，一方面考虑质量减少叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶轮流道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。根据以往优秀叶轮的叶片数我取z=6。2.3.6精算叶轮外径叶轮外径是叶轮最主要的尺寸，故需要精确计算。方法是以基本方程式为基础，从理论上讲是比较严格的，但选其中有用的水力效率，有限叶片修正系数，也只能用经验公式计算，实践证明：精确计算的数值基本可靠的。 由基本方程式：由出口速度三角形所以整理后得：解上面的一元二次方程得：由可以求得离心泵一般是选择适当的角，精算。（1）叶片出口安放角一般在范围内，通常

17、选用。对高比转速泵可以取小些，低比转速泵可以取大些。但是根据以往优秀叶轮的设计参数，这里取（2）求叶片出口排挤系数，需要缺点叶片厚度，轴面截线与轴面流线的夹角取。叶片厚度叶片厚度计算，为了加强抗汽蚀性能，叶轮叶片的材料选用铸铁，其密度。叶片出口边厚度：则取叶片进口边厚度为3.5，出口边厚度为4。其中：k-经验系数，与材料和比转速有关，这里取k=4.3叶轮初定外径单级扬程z叶片数具体精算需一次次逼近计算，可以用计算机编程计算，本次设计采用excel表格计算。第一次逼近计算时所用的由前面粗算出的。如果求得的与假定的不同，刚同一个方程对应两个不同的，说明求得的是建立在不正确的基础上。这种情况下，需用

18、求得的或任何假定一个，按上述步骤重新进行计算，直到求得的与假定的相同或相近为止。这里将所需要的几个初始数据计算于下：（1）理论扬程 （2）叶片修正系数p 所以：（3）无穷叶片数理论扬程：，在每次计算中都可以认为不变。 计算结果： 2.4 叶轮的绘型叶轮是影响离心泵性能的主要零件。因此，准确的绘型是保证叶片形状的必要前提。叶轮各部的尺寸确定之后，可画出叶轮轴面投影图，绘图时，最好选择相近、性能良好的叶轮图作为参考，考虑设计泵的具体情况加以改进。轴面投影图的形状十分关键，应经过反复修改，力求光滑通畅，同时应考虑到：1）前后盖板出口保持一段平行或对称变化：2）流道弯曲不应过急，在轴向结构允许的条件下

19、，以采用较大的曲率半径为宜。这里设计的叶片为扭曲叶片，形状较为复杂，所以采用保角变换法来绘型。具体步骤参见1。2.4.1绘制轴面投影图（1）取1/2 ，做轴心线00的平行线。（2）做轴心线00的垂线0b，使。（3）参照比转速相近的水力模型，以适当的半径r做圆弧,分别与de和ob相切，即得叶轮后盖板的初步轮廓线。（4）过b点做轴心线00的平行线，并使fb=。（5）做轴心线00的平行线gh，使gh距轴心线的距离为。（6）以jk线上相应点为圆心，以为半径作圆，使之与叶轮后盖板轮廓线相切。（7）参考相似的水力模型做叶片的轴面投影图。图2.1 初步绘制叶轮轴面投影图2.4.2轴面投影图的检查轴面投影图画

20、出之后，必须检查流道面积是否合理化。如果流道面积无规律变化，则要产生局部旋涡，增大损失。检查步骤如下：(1)在轴面投影图流道内做810个内切圆。内切圆个数越多，检查的精确度越高。将这些内切圆圆心用光滑曲线连接起来，便是叶轮流道中心线。(2)连接相应的圆心与前后盖板的切点，如图2.1中三角形aob，将三角形中垂线oc三等分。f点即为三角形的重心，分别过a，b点做ao，bo垂线，交于d点，以d 点为圆心，da长为半径画弧，弧ab即为轴面液流过水断面形成线，可以近似认为弧ab的形心与三角形aob重心重合。设弧长ab为，弧ab绕叶轮轴心线一周所得轴面液流过水断面面积可用和他的行心到叶轮轴心线距离与的乘

21、积来表示。即：(3)依次量出各计算点过水断面形成线与流道中线交点到叶轮进口中点的曲线距离、。并分别按上述方法计算出。、(4)如果比转数比较小，则在流道中线上取、,各相应点的内切圆半径、，内切圆圆心距轴心线的距离为、，按计算各相应点的过流面积。表2.1 轴面流道面积检查计算表数据rc形成线b面积f流道中线li进口41225664.56 0.00 147.3421.66421.58 23.48 254.92206897.95 33.59 363.07187129.43 42.43 474.04167439.54 53.47 583.58157873.24 63.02 693.12148187.11

22、 72.58 出口103138408.92 82.47 (4)作出fl曲线图2.2 叶轮过流面积检查f-l曲线2.4.3作中间流线图2.2 叶轮过流面积检查f-l曲线一元理论假设流动是轴对称的，即每个轴面上的流动是相同的。在同一过流断面上轴面速度相等，做流线就是将每一过流断分成几个面积相等的单元面积。反映在轴面投影图上就是这些流线将过流断面形成线分成若干小段，而每段长度和其形心到叶轮轴心线距离与的乘积相等。图2.3 初步划分中间流线图三条流线将过流断面形成线分成两部分，而，形心到轴心线距离分别为，。得： 或 作中间流线时可以随手勾画出流线的形状，然后进行验算。在同一过流断面上分成的每一单元过流

23、断面面积都相等。否则，重新修改流线形状，直到面积相等为止。当过流断面形成线被分成几部分后，这些小段曲线与直线相近，检查时可以近似的取每一小段弧线的中心点作为该小段的形心。在作中间流线过程中，要想在同一过流断面上分成几个绝对相等的面积是可能的，但是这样工作量太大，因此在作中间流线过程中，允许在同一过流断面上分成若干个有一定误差的断面。一般允许误差不得超过在同一过流断面上各小段面积的平均值的3%。进口边流线,适当延长之后使之与轴线平行。按每个圆环面积相等确定分点。本次设计分成2个小流道，则进口分点半径为：n=20123042.4552最后根据计算数据得表2.2 划分中间流线面积检查计算表过流断面r

24、i（mm）bi（mm）fi（mm2）误差1148.329.782967.74 0.41%237.6212.512955.53 2151.499.843181.83 0.05%242.4511.933180.37 3157.549.513436.45 -0.78%251.5910.693463.40 4165.078.823604.20 0.90%262.719.073571.94 5172.388.053659.10 -0.40%271.788.153673.84 6180.067.673856.30 -0.19%279.597.733863.65 7187.857.253999.81 -0.

25、73%287.417.344029.18 8195.626.844107.38 -0.91%295.246.934144.88 图2.4 确定中间流线后的流道图2.4.4计算出口速度出口圆周速度：出口轴面排挤系数： 出口轴面速度： 出口圆周分速度：无穷叶片出口圆周分速度：2.4.5作叶片进口边计算并计算叶片进口速度叶片进口边在平面上的投影在一个轴面上的为好。但是也可以不在一个轴面上，在叶轮的轴面投影上作叶片的进口边，应尽量使叶片进口边之间的几条流线趋于相等。进口边和流线夹角最好是直角。叶片进口边轴面投影的形状，从铸造角度出发，最好为一直线或是有一曲率的圆弧。叶片进口边向吸入口方向适当延伸，以提

26、高叶轮的抗汽蚀性能，并能使泵性能曲线上出现驼峰的可能性减小。并要求所做的进口边应使前后盖板流线长度不能相差太大，否则易产生二次回流。作图时应该考虑以上的综合因素，并参照比转速相近的模型，作出出口边。计算叶片进口速度步骤和计算过程如下：(1)作叶片进口边(2)计算各流线的进口速度a流线：b流线：c流线：（3）计算各流线的相关参数a流线各相关参数先取 b流线各相关参数先取 c流线各相关参数先取 一般来说，应该采用正冲角，能够减小排挤，增大过流能力，减小叶片弯曲，增加叶片进口过流面积，且采用正冲角，在设计流量下，液体在叶片进口背面产生脱流。因为背面是叶道的低压侧，在这里形成的旋涡不容易向高压侧扩散，

27、因而旋涡是稳定的、局部的，对汽蚀影响较小。采用正冲角，还能改善在大流量下的工作条件，即泵在大流量下运转，则应选较大正冲角。2.5叶片绘型所谓叶片绘型就是画叶片，为此，应该在几个流面上画出流线（叶片骨线）。然后按一定规律把这些流线串起来，变成了无厚度的叶片。画叶片有两种方法，作图法和解析法。流面是一个空间曲面，直接在流面上画流线，不容易表示流线形状和角度的变化规律。因此，要设法把流面展开成平面，在展开的平面上画流线，然后，在展开图上画出流线，按预先作好的记号，返回到相应的流面上。通常这种作图，是借助特征线利用插入法进行的。下面介绍保角变换法绘型原理步骤。绘型原理：在一流面上，其上有一条流线。用一

28、组夹角为的轴面和一组垂直轴线的平面去截流面，使之在流面上构成小扇行格网，并且令小扇行的的轴面流线长度，和圆周方向上的长度相等，即=。当所分的这些小扇行足够小时，则可以把流面上的曲面扇行，近似看作是平面小正方形。流面上的小扇行从进口到出口逐渐增大。所谓保角变换，顾名思义，就是保证空间流面上流线与圆周方向的角度不变的变换。在平面上的展开流线只要求其与圆周方向上的夹角和空间流线的角度对应相等。展开流线的长度和形状则于实际流线可能不相同。因此只在相似，而不追求相等，可以设想把流面展成圆柱面，然后把圆柱面沿母线切开，展成平面。由此可见，空间流线穿过流面上小扇行，将扇行两边分别切成两段，相应的流线在平面方

29、格网上，把正方形两边分别切成正比例的两段，由相似的关系，则对应的角度相等，即保持角度不变。设计叶片和上述相反，是把在平面展开图上绘制的流线，利用特征线，保持角度不变，变换到（平面和轴面投影）上。因为所有绘制扭曲叶片的方法，均适宜绘制圆柱叶片，故以扭曲叶片为例进行叙述。（1）沿轴面流线分点分点的实质就是在流面上画特征线，组成扇行格网。因为流面可以用轴面图和平面图表示，因此，分点在轴面图上沿一条流线（相当于一个流面）进行。流面是轴对称的，一个流面的全部轴面流线均相同，所以只要分相应的一条轴面流线，就等于在整个流面上绘出了方格网。流线分点的方法很多，现在介绍两种：a).逐点计算法： 式中：任取的两轴

30、面间的夹角，一般取=，取的度数越小，分的点就越多； 流面上的扇行中心（轴面流线两分点中间）的半径。分点的方法是叶轮出口，沿轴面流线任意取，量出段中点的半径，按照计算。如果算得的等于预取的，分点是正确的。若不等于，重新取，再算知道两者相等。继之，从分得的点起分第2、3、点。这种方法的缺点是容易产生积累误差。b).作图分图法在轴面投影图旁，画两条夹角等于的射线。这两条射线表示夹角为的两个轴面。与逐点计算分点法相同，一般取=。从出口开始，先试取，先试取。若中点半径对应的两射线间的弧长，与试取的相等，则分点是正确的，如果不等就逐次逼近，直到=为止。第1点确定后，用同样的方法确定第2、3、4点。当流线平

31、行轴线时，不变，用对应的截取流线即可。各流线用相同的分点。（2）画展开流面（平面方格网）并在其上绘制流线因为保角变换法绘型是基于局部相似，而不追求局部相等，所以几个流面可以用一个平面方格网代替。方格网的大小任意选取，横线表示轴面流线的相应分点，竖线表示夹角为对应分点所用的轴面。而后在其上绘制流线，通常先画中间流线。流线在方格网的位置应该与相应轴面流线分点序号相应。进出口角度应与预先确定的值相符，包角大小可以灵活掌握。型线的形状极为重要，不理想时，应坚决修改。必要时，可改变叶片进口边的位置，包角的大小等。（3）画轴面截线用轴面（相当于方格网中的竖线）去截这五条流线，相当于用轴面去截叶片，所截五点

32、的连线、是一条轴面截线，把方格网中的每隔一定的角度的竖线和三条流线的交点，对于应编号1、2、3、4的位置，用插入法分别点到轴面投影图相应的五条流线上，把所得的点连成光滑的曲线，就得到叶片的轴面截线。轴面截线应该光滑，按照一定规律变化。轴面截线和流线的夹角最好接近90，一般不要小于60。（4）叶片加厚方格网保角变换绘型；一般在轴面投影图上按照轴面截面所得的轴面截线为骨线向两边加厚，或认为是工作面向背面加厚。沿轴面流线方向的轴面厚度按照下式计算：式中s流面厚度； 真实厚度。可按流线长度（如轴面截线）给定。通常，最大厚度在离进口为叶片全长1/31/2处。进、出口部分应量减薄。一般小泵叶片进口流面厚度

33、（或根据工艺允许的真实厚度算的流面厚度）约为了,最大厚度为。给定了真实厚度之后，可以列表计算各点的轴面厚度sm.其中的角从方格网展开图上的对应点量取，角从轴面投影图上轴面截线对应点量取。其它流线的厚度可以类似算出，小泵各流线可以取相同的厚度，大泵应考虑拔模，从后盖板向前盖板厚度递减，因为叶片通常向后盖板方向拔模。图2.5 流面展开方格网和叶片厚度变化规律表2.3 叶片加厚计算表轴面0 s (mm)3.50 3.69 3.88 4.00 4.00 4.00 4.00 a流线a（）23.00 23.30 23.30 23.30 23.30 28.00 28.00 cosa0.92 0.92 0.9

34、2 0.92 0.92 0.88 0.88 ma=s/cosa(mm)3.80 4.02 4.22 4.35 4.35 4.53 4.53 b流线b（）26.00 27.90 27.90 27.90 27.90 28.00 28.00 cosb0.90 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 mb=s/cosb(mm)3.89 4.17 4.39 4.53 4.53 4.53 4.53 c流线c（）29.00 31.80 31.80 31.80 31.80 28.00 28.00 cosc0.87 0.85 0.85 0.85 0.85 0.88 0.88 mc=s/cos

35、c(mm)4.00 4.34 4.56 4.71 4.71 4.53 4.53 2.6绘制叶片木模图绘制步骤：（1）在叶片的轴面裁剪图上，做垂直于叶轮线的垂线11，22，这些垂线实际上就是一些垂直于叶轮轴心线的平面，通常称为割面或者等高面。它们与叶片的交线就是叶片的木模截面。如果从叶轮入口方向看，叶轮为逆时针方向旋转。我们就把叶片工作面的木模截线画在平面投影图的右侧，把背面的木摸截线画在投影图的左侧。本次设计的叶轮为逆时针方向旋转，直线11，22是等距离的，但也可以不是等距离。看设计者的需要而定，叶片扭曲较大处距离可以取小一些。（2）以o点为圆心作叶轮外圆，并在其中做中心角为的轴面投影线0、。

36、（3）将沿后盖板处的叶片工作面，背面与后盖板的交线，以及前盖板处的叶片工作面与前盖板的交线投影到0点垂直线的左部，又将沿前盖板处的叶片工作面，背面与前盖板处的叶片工作面与后盖板的交线投影到0点垂直线的右部，于是便得到叶片的内外极限轮廓曲线。它们与叶片的入口和出口边在平面图上投影。就绘出了制造叶轮叶片木模的外围线。（4）作模型截线：在叶片的轴面投影图上，3-3割面截叶片背面的0、轴面截线于a、b、c三点，它们到轴心线距离分别为在平面投影图上以0为圆心，以为半径画弧交于0、轴面投影线于a、b、c三点，将a、b、c三点光滑连接，就可以得到割面 11截叶片背面的模型截线。 同理：可作出其它各条模型截线

37、，这样就完成了叶片木模图的绘制。图2.6 叶片木模图（ 注：在制造叶轮模型时，常常直接利用叶片木模裁剪图，因此，应在箔尺上量取叶片裁剪图的尺寸，如果没有箔尺，铸铁叶轮的所有尺寸应该加1%1.5%作为收缩量。钢和铜的叶轮应该加2.5%作为收缩量。）2.7作叶片进、出口速度三角形在前面的设计计算中，得到了各流线上的叶片的进出口流速，轴面流速，圆周速度，以及叶片的进出口液流角或出口角，加之叶片出口的圆周分速度，则可以作出进出口速度三角形。图2.7 叶片进出口速度三角形3压水室的水力设计吸水室位于叶轮之前，压水室位于叶轮之后，它们一起构成泵的过流部件，因为吸水室和压水室是固定的过流部件。一般不引入相对

38、速度来研究其流动。通常所说的压水室是指螺旋型的压水室，环型压水室和导叶体的总称。获得能量的水流沿叶轮圆周流出后，将进入泵的压水室。压水室是泵不可缺少的重要过流部件，其设计、制造水平高低，对泵的性能，特别是泵的效率指标和h-q曲线形态，有十分明显的影响。根据泵的用途不同，泵的压水室有不同的结构形式，但它们的基本功能则是相同的：收集从叶轮中的来流，将水流送到泵出口或下一级叶轮入口；水流在叶轮出口处绝对速度比较大，在低比转速叶轮中尤其是这样，水流在压水室出口的平均速度将显著下降，这种将水流的部分动能转化为压力能的结果，将使水流在泵出口管路中的水力损失减小。应该指出，由压水室排出的流量，在设计点，应当

39、是用户给定的设计流量，而不是考虑了容积损失后引入的理论流量。此外，由于压水室是静止部件，设计中也不引入相对速度的概念。单级单吸及单级双吸泵中主要采用压水室为螺旋形压水室，多级泵中则采用径向或流道式导流器及空间导叶。螺旋形压水室具有适应性强，效率高，高效区宽的优点，其主要不足是过流内表面难以机械加工。螺旋形压水室由一段面积不断增大的螺线管（蜗壳）和一扩散管构成。水流在压水室中流动时，如果作用于水流的外力对叶轮轴心线的力矩为零，水流将因惯性而实现自由流动，这时水流在压水室中的水力损失为最小。压水室的内表面的几何形状应保证水流实现这一流动的要求。在作用于水质点的外力对泵轴心线力矩为零的条件下，压水室

40、中水流速度将有特殊的分布规律，这一规律可以由动量矩定理获取。由此得到重要结论：水流对泵轴心线的力矩为零时，蜗壳中水流的速度矩为常数。因此，不论蜗室在轴断面上形状如何，都必须保证在设计流量下水流速度分布符合这一要求。3.1压水室的作用及螺旋型压水室作用的原理3.1.1压水室的作用（1）收集从叶轮流出的液体，并输送到排除口或下一级叶轮吸入口。（2）保证流出叶轮的流动是轴对称的，从而使叶轮内具有稳定的相对运动，以减小叶轮内的水力损失。（3）降低液流速度，使速度能转换成压能。（4）消降液体从叶轮的流出的旋转运动，以避免由此类造成的水力损失。压水室的种类有三种，相互比较，螺旋形压水室有以下优点，压水室的

41、流动比较理想，适应性较强，高效率范围宽。因此螺旋形压水室为泵压水室的首选的考虑对象，但其流道不能机械加工，尺寸形状。表面粗糙只能靠铸造来保证，所以要保证螺旋形行压水室的形状的设计质量铸造及工艺设计质量是关键。叶片式压水室一般可以单独制造，并可以进行机械加工，但水力方面不如螺旋形压水室理想。涡室主要用于单级泵和中开式多级泵，叶片式多用于多级泵，而导叶的环形压水室，能消除径向力，主要用于大型单级泵。考虑所设计泵的基本参数和设计要求，选择螺旋形压水室。3.1.2螺旋形压水室的作用及原理 液体从叶轮流出后，进入两个平行的平板之间当忽略液体的粘性摩擦力时，液体不受任何外力作用。应遵从速度矩保持定理。即压

42、水室的形状，应当按照符合这种规律来设计。下面用数学公式来表示这种流动的迹线得到液体流动的轨迹后，按此轨道加作此固体壁。就作出了符合液体流动的压水室。因、为常数，所以流动的液流角保持不变，即液体从叶轮流出后的迹线是一条对称的螺旋线，液体的流动方向与圆周方向的夹角保持不变，这就是螺旋形压水室对称的由来。螺旋线上任意点的坐标可以为： 设时， 积分 所以 ( 给定不同的弧度)利用叶轮出口稍后的速度三角形，求得，给定不同的角，可以求得相应的半径来从而可作出这条对数螺旋线来。实践中所作的螺旋形压水室，为了减小径向尺寸，压水室宽度多是扩散的，这样可以减小、角，从而达到减小径向尺寸的目的。所设计的螺旋形压水室

43、，能满足压水室的要求。第一：压水室布置在叶轮出口外周，能够把从叶轮流出的液体收集起来。第二：在设计工况下，液体符合自由流动，轴对称的，从而保证了叶轮内的相对流动的稳定性。第三：压水室随着收集流量的增加，半径逐渐向排出口增加，减小，减小，从而实现动能向压能的转换。第四：由于压水室的出口的流动方向和涡室半径垂直，这种结构保证清除流动的螺旋分量。3.2涡室的设计和计算3.2.1涡室的主要结构参数（1）基圆半径切于隔舌头部的圆称为基圆，用表示。应稍大于叶轮外径，使隔舌和叶轮间有适当的间隙，该间隙过小，容易因液流阻塞而引起振动和操声，但间隙过大，出增大径向尺寸外，因间隙处存在着流动环，消耗一定的能量，间

44、隙越大泵的效率下降越多。对于高和尺寸较小的泵取大值，反之取小值。故取（2）涡室进口宽度通常大于包括前后盖板的叶轮出口宽度，至少应有一定的间隙，以补偿转子的转动和制造误差，目前有些涡室取得相当宽，以减少泵的径向尺寸，也好使得叶轮前后盖板带动的旋转的液体可通畅地流入压水室，回收部分圆盘摩擦的损失，提高泵的效率，另外可适应不同宽度的叶轮，提高产品的通用性。参4，可利用下式计算：或式中为叶轮出口宽度，为叶轮外径。则考虑到此次设计为矩形断面，故结合叶轮的尺寸，以及为了减小泵的径向尺寸，可适当加大b3，取。（3）涡室隔舌安放角隔舌位于涡室螺旋线部分的始端，将螺旋线与扩散管隔开，习惯称头部的端面为断面，隔舌

45、与第断面的夹角为隔舌安放角，的大小应保证螺旋线部分与扩散管光滑连接，并尽量减少径向尺寸，高的泵大，大。涡室外壁向径向扩展的较大，因而取较大的角，以使形状协调。参考4p246表81，取20（4）隔舌螺旋角隔舌安放角是隔舌处内壁与圆周方向的夹角，为了符合流动规律减少液流的撞击，隔舌螺旋角应等于叶轮出口稍后的绝对液体流角。由前面的计算得知：得：取3.2.2涡室断面形状和各断面面积为了便于计算和绘图，涡室通常取个彼此成45的断面，即用个轴面切割涡室，设计时先计算第断面，其他断面以第断面为基础进行确定。根据涡室的几种断面形状，梯形，矩形，任意形状，在此选择矩形断面形状进行设计计算。参2，计算涡形体各断面

46、面积时，是把涡形体中的圆周方向平均速度看作常数来设计的，计算时应先根据查取一个系数。参3，查，利用公式计算： 据参3 p188，查取得计算断面的过流量，参4，利用以下公式计算： 则 其它断面面积可利用公式同理：； ；在计算出各断面的面积后，应根据选定的断面形状推出的断面面积计算公式，计算各断面距离轴心线的半径，由于此次绘制的为矩形断面，则：取r=15mm，则计算结果如下表所示：表3.1 矩形涡壳断面尺寸计算表断面包度计算面积s矩形面积sh=r-r3r倒角r3403231.00 3327.75 55.5 161.5 15.0 2952803.40 2900.15 48.3 154.3 15.0

47、2502375.70 2472.45 41.2 147.2 15.0 2051948.10 2044.85 34.1 140.1 15.0 1601520.50 1617.25 27.0 133.0 15.0 1151092.80 1189.55 19.8 125.8 15.0 70665.20 761.95 12.7 118.7 15.0 25237.60 334.35 5.6 111.6 15.0 图3.1 矩形断面示意图3.2.3确定扩散管的扩散角和长度涡形体扩散管部分的作用在于降低泵压出口的液流速度使液体一部分动能变为压力能，减少压出管路水力损失。扩散管的进口可看作是涡形体的断面（见图

48、3.2）其出口是泵的压出口，设计计算扩散管的长度和压出口直径时，原则上长度应尽可能小，并应照顾到泵压出口法兰尺寸符合法兰标准，便于加工拆装螺栓，另外，为了减少扩散损失，扩散角应在8-12的范围。考虑所设计的泵实际情况及及所选取的法兰出口直径，取扩散角=11。参考4，由于断面是矩形的，而泵的压出口为圆形，所以只能求出涡形体扩散管的当量压出角，其计算公式如下：式中：为扩散管当量扩散角，取；为压出口径；为扩散管长度；为断面当量直径。取l=则代入得: 则取3.2.4涡室的绘形步骤（1）画第断面：根据确定的及计算得的,圆弧半径,可以作出断面图。（2）画其它断面图：其它断面图通常画在同一平面上,相当于多断

49、面的轴面投影即用轴面截涡室的断面,圆弧投影到一个轴面上,各断面面积应等于计算面积.具体作法如图压水室水力设计图。（3） 画涡室平面图：根据计算得到的各断面半径,在平面图上相应的射线上点出,然后光滑连接所得的各点,得到涡室平面螺旋线.应注意各点应在圆弧光滑连接,即后段圆弧的圆心应当在前一段圆弧终点延长线上,同时根据已知扩散管长度、出口直径作出扩散管外形,具体图样如压水室水力设计图样。图3.2 压水室水力设计图 4 吸入室的水力设计4.1吸入室的介绍及作用吸入室泛指泵进口（吸入口）到叶轮进口前的一段流道。因此，设计吸入室时应该保证叶轮进口前液流分布均匀，液流运动的速度方向符合要求。吸水室中的水力损

50、失要比压水室中的水力损失小得多，因此，与压水室相比，吸水室的作用要小一些。尽管如此，吸水室仍是水泵中不可缺少的重要部件，而且，在设计中对吸水室绝对不可以掉以轻心，这是因为吸水室设计的好坏直接影响到水泵汽蚀性能。因此，设计吸水室时，要在水力损失最小的条件下保证：（1）为了创造在设计工况下，叶轮内稳定的相对运动，沿吸水室所有断面的流速尽可能的均匀分布；（2）将吸入管内的速度变为叶轮入口所需的速度。按照结构，吸水室可以分为：直锥形吸水室；弯管形吸水室；环形吸水室；半螺旋形吸水室。半螺旋形吸水室是一种广泛应用的吸水室的形式。主要用在单级双吸式水泵，水平中开式多级泵，以及一些其它的泵上。液体在半螺旋形吸

51、水室中流动，将产生旋转运动，在叶轮进口造成一个速度环量。 所以考虑到我所设计的泵的参数及要求，该泵吸入室采用半螺旋形吸水室。4.2半螺旋吸水室的计算4.2.1各断面的面积计算按照习惯通常从隔舌位置起，每隔22.5作一断面，令通过隔舌断面的编号，分别为0，。0断面与断面之间刚好为180，且0断面一般与水平线成45的夹角。如图4.1所示。经有关试验表明，从0断面到断面各断面的液流速度基本上是相等的，且流量沿圆周方向分布，也基本上是均匀的，因此在设计八个断面时，可以按照吸入室的平均速度来进行计算。在进行半螺旋形吸水室的时候，可以假定沿整个圆周流量均匀分布，这样当单级双吸泵采用螺旋形吸水室，通过断面的流量为：q=q/4 q为泵的设计流量通常半螺旋形吸水室各断面的平均流速可以按照下式确定 为叶轮进口速度，由叶轮设计确定。对于双吸泵：所以 ： 取=3.3 m/s。则。因为其余断面的面积可以按圆周方向流量均匀分布来确定。即 所以 ； ； ； ； ；半螺旋形吸水室：a=（1.25-1.35）a=4545；a=(1.5-1.8) a=6000；adj=（3.14dj2）/4=8490.56；a-=(1.25-1.55)adj=13000；a-=(1.20-1.45)adj=12000；a-=(1.