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轴流泵设计步骤


轴流泵设计数据
1、设计参数: 流量 扬程 转速 效率 Q= 1000( m?/h ) H= 4.5 (m) n= 1450 ( r/min )

? ≧85℅

汽蚀比转速 C≧1000

2、结构形式: 采用 60°出水弯管 3、 底板至叶轮中心距离:1m

轴流泵水力设计

、叶轮的水力设计 (一)结构参数的选择 1.确定轮毂比
根据轮毂比与比转速的关系表,取
ns

1400 0.35~0.40

dh ? 0.45 D 1000

700 0.48~0.55

500 0.55~0.60

d

0.40~0.35

2.叶轮直径 D
叶轮直径一般根据轴面速度来确定,为了得到最优的影片安放角,叶轮进口 前的轴面速度,采用 C.C.鲁德涅夫推荐公式来确定:
vm 0 ? (0.06 ? 0.08) 3 n 2Q

根据液流的连续性条件,不考虑排挤,则叶轮区域内的轴面速度为
vm ? 4Q ? d ? ? D ?1 ? h ? D? ?
2 2

取 vm ? vm 0 ,则

1

D ? (4.0 ? 4.6)

1 ?d ? 1? ? h ? ?D?
2

3

Q n

根据轮毂比

dh ? 0.45 及给定的参数,叶轮直径即可求出。则 D

取 即

D=272mm
dh ? 0.45 ? 272 ? 122 mm

3.确定叶片数 Z
叶片数通常按 ns 选取
ns

500 5~6

700 4~5

1000 3~4

1400 3

Z

为了更易于调节动平衡,取 Z=4

4.确定叶栅稠密度 l t
Z=4,叶轮外缘的叶栅稠密度推荐为, 减小外缘的 l 口的扬程。 所以,轮毂和轮缘之间各截面的 l
t
0

l

t

? 0.75 ? 0.85,同时,适当

l t ,增加轮毂侧的 t ,以减小内外侧翼型的长度差,均衡叶片出

按直线规律变化,其值为

? lt ?

h

? ?1.3 ? 1.4 ? l

? t?

取 ?l t ?0 ? 0.73 ,则 ?l t ?h ? 0.96

4.确定叶片翼型的厚度:
通常轮毂截面的相对厚度为

??

?
l

? (10~15)%

轮缘截面的厚度按工艺条件确定,通常轮缘截面的相对厚度

??

?
l

? (2~5)%

从轮毂到轮缘其厚度按直线规律变化。

(二)

选定截面及计算

1.确定计算截面
2

通常选取五个彼此等距离的计算流面, 由于本设计要求为为半调节式轴流料 浆泵,考虑到叶片的调节,轮毂和轮缘需作成球面。 各计算流面的半径可按下式确定:
r1 ? dh 2

r5 ? D

r1 ? r5 2 r1 ? r3 r2 ? 2 r3 ? r5 r4 ? 2 r3 ?

截面 D 取值:122,160,198,236,272

2.确定轴面速度和速度环量
(1)确定轴面速度 取 ? v ? 0.99 即 Vm ?
4Q ? 6.028 ? ( D ? d h 2 )?v
2

(2)确定速度环量
?k ? 2?gHT ? 2.036 w

3.升力法设计计算选定截面 计算表格
设计公式 1 2 Ⅰ截面 122 9.2625 Ⅱ截面 160 12.1475 6.028 4.0495 0.5955 30.7738 1 Ⅲ截面 298 15.0325 6.028 3.2723 0.4500 24.2277 1 Ⅳ截面 236 17.9176 6.028 2.7454 0.3643 20.0167 1 Ⅴ截面 272 20.6507 6.028 2.3812 0.3098 17.2130 1

3 V m ? 4 Q / ? ( D 2 ? d h 2 )? v 6.028 4 5 6 7

u ? D ? n / 60
Vu 2 ? gH t / u
Vm u ? Vu 2 / 2

D

5.3108 0.9124 42.3773 1

? ? ? arctan
?

Vm u ? Vu 2 / 2

3

8 9 10 12 13 14 15
2

cos ? sin(? ? ? ? )
t ? D? / z
l l 取整

0.9998 0.6868 95.8186 0.96 91.9859 92

0.9998 0.5266 125.6637 0.91 114.3540 114 138.8069 0.6678

0.9998 0.4262 155.5088 0.85 132.1825 132 215.7990 0.4289

0.9998 0.3586 185.3540 0.79 146.4297 146 310.0705 0.2976

0.9998 0.3126 213.6283 0.73 155.9487 156 415.0148 0.2213

11 l / t选择 由图 10-10

W? ? Vm ? (u ?

2

Vu 2 2 ) 2

79.9906 1.1652

2 gH V cos ? l Cy ? 2 t m t W? u sin( ? ? ? ? )
Cy
L(查图10- 12)
C y1 ? C y / L

16 17 18 19 20 21 22 23

1.2138 0.9 1.34867 11.96 4413 16° 58.38° 1.1°

0.7338 1.12 0.65518 11.4 4410 4° 34.77° 1.1°

0.5046 1.37 0.36832 10.56 4408 -1° 23.23° 0.9°

0.3767 1.5 0.25113 10.22 4407 -2° 18.02° -1.2°

0.3032 1.55 0.19561 9.36 4406 -3° 14.21° 0.9

y m ax

选择翼型(NACA)

??
? ? ? ? ? ?? ? (校核)

4.计算泵的汽蚀比转速 C
知道设计流量 Q 和轴流泵的转速 n,根据 GB/T 13006-91,查取临界汽蚀余量
NPSH r ,计算泵的汽蚀比转速 C:

C?
NPSHr ? 6m 所以C ?

5.62n Q ?ha
3 4

,查得

5.62 ? 1450 0.2778 ? 1120 ? 1000 63 / 4

符合设计要求。

计算各截面翼型厚度坐标
(1)Ⅰ截面:
4

NACA4413 x 0 h b x h b 0 0 27.56 9.42 -2.54

l= 1.15 2.43 -1.42 36.74 9.44 -2.09

92 2.30 3.35 -1.96 45.93 8.88 -1.69

y m ax

4.59 4.66 -2.53 55.12 7.84 -1.27

11.96 比例= 0.919 6.89 9.19 13.78 18.37 22.96 5.64 -2.81 64.30 6.43 -0.87 6.44 -2.97 73.49 4.69 -0.55 7.67 8.52 9.10 -3.04 -2.95 -2.67 82.67 87.27 2.60 1.41 -0.31 -0.21 92 0 0

翼型如图: (2)Ⅱ截面: NACA4410 x 0 h 0 b 0 x h b 34.13 9.97 -1.43 l= 1.42 2.30 -1.44 45.51 10.02 -0.96 114 2.84 3.27 -1.79 56.89 9.45 -0.59
y m ax

5.69 4.63 -2.20 68.26 8.40 -0.27

11.4 8.53 5.71 -2.37 79.64 6.91 -0.06

比例= 11.38 6.56 -2.39 91.02 5.04 0.06

1.138 17.07 22.75 28.44 7.93 8.90 9.57 -2.28 -2.03 -1.73 102.4 108.0 0 8 2.79 1.51 0.02 0.05 114 0 0

翼型如图:

(3)Ⅲ截面: NACA4408 x 0 h 0 l= 1.65 2.15
132 3.3 3.11

y m ax

6.59 4.52

10.56 9.89 5.63

比例= 13.18 6.54

1.318 19.78 26.37 8.00 9.04
5

32.96 9.76

b x h b

0 39.55 10.22 -0.34

-1.21 52.73 9.70 0.18

-1.54 65.92 9.80 0.50

-1.82 -1.85 79.10 92.28 8.71 0.70 7.19 0.74

-1.79 105.47 5.27 0.62

-1.46 118.6 5 2.90 0.36

-1.08 125.2 4 1.57 0.13

-0.69 132 0 0

翼型如图:

(4)Ⅳ截面: NACA4407 x h b x h b 0 0 0 43.74 10.57 0.35

l= 1.82 2.1 -1.14 58.32 10.76 0.90

146 3.64 3.09 -1.43 72.90 10.19 1.18

y m ax 10.22

比例= 14.58 6.63 -1.36

1.458 21.87 8.18 -0.99 131.21 3.03 0.55 29.16 9.30 -0.51 138.5 0 1.63 0.25 36.45 10.07 -0.04 146 0 0

7.29 10.93 4.53 5.69 -1.60 -1.55

87.48 102.0 116.63 5 9.08 7.51 5.51 1.31 1.25 1.01

翼型如图:

(5)Ⅴ截面: NACA4406 x 0 h 0 b 0 l= 1.94 1.94 -1.00 156 3.89 2.92 -1.23
y m ax

7.77 4.34 -1.27

9.36 11.66 5.49 -1.14

比例= 15.55 6.45 -0.93

1.555 23.32 8.01 -0.39

31.09 9.17 0.19

38.87 9.98 0.72

6

x h b

46.64 10.51 1.15

62.19 10.73 1.71

77.74 10.18 1.93

93.29 108.84 9.10 1.97 7.54 1.80

124.39 5.54 1.41

139.9 3 3.05 0.76

147.7 1 1.63 0.37

156 0 0

翼型如图:

5.叶轮绘型
(1)画翼型展开图 (2)确定叶片旋转轴线位置: 旋转轴线通常取离翼弦进口为(0.3~0.4)l 处,而且一般和翼型最大厚 度位置一致。另外,旋转中心一般通过翼型的骨线,也可以偏离骨线,但是, 其纵向位置应当有规律变化,以保证叶片表面的光滑。 (3)作叶片轴面投影图, (4)坐平面投影图和木模截线图

二、导叶的水力设计 (一) 导叶结构参数的选择
1. 确定导叶体的扩散角 一般导叶体的扩散角为 ? ? 6? ? 8? ,取 ? ? 8? 。 2. 导叶进口边一般和叶轮出口平行,其间距为 e=(0.05~0.1)D, 即 e=13.6~27.2mm 取 e ? 27 mm

3. 叶片数一般取 Z=5~10 片,低比转速取大值,本设计为比转速 ns ? 903 的轴 流清水泵,故取叶片数 Z=7。 4. 弯管 (管径为 Dn ) 通常是等截面的, 因此, 与之相联的扩散管出口直径 ( D4 )

7

也应该与弯管相同,为标准直径。 故
D4 ? Dn ? 300mm

1. 导叶的设计与计算(见下表): r D Vm Vu ψ 0.061 0.08 0.099 0.118 0.136 122 160 198 236 272 6.028 6.028 6.028 6.028 6.028 5.3108 4.0495 3.2723 2.7454 2.3821 0.8842 0.9182 0.9369 0.9486 0.9562 1.28369776 1.62119237 1.96619638 2.31464554 2.64645500 9 3 1 3 9 0.90899234 1.01809369 1.10029543 1.16298496 1.20951714 3 2 3 5 5 α 52.08 58.33 63.04 66.63 69.30 s 5 5 5 5 5 su3 6.33806026 5.87468973 5.60952335 5.44667627 5.34504719 6 5 5 3 6 zd 7 7 7 7 7 t3 54.7518571 71.8057142 88.8595714 105.913428 122.069714 4 9 3 6 3 ψ 0.88424026 0.91818632 0.93687204 0.94857426 0.95621315 9 1 2 9 e 120 122.5 125 127.5 130 α 4 90 90 90 90 90 71.0407124 74.1662358 76.5211422 78.3170650 79.6501138 3 6 8 5 2 1.23985776 1.29440683 1.33550649 1.36685033 1.39011573 7 3 1 3 6 l 126.885063 127.332662 128.541734 130.198360 132.151207 6 1 3 8 7 18.9592875 15.8337641 13.4788577 11.6829349 10.3498861 7 4 2 5 8 0.33089223 0.27634316 0.23524350 0.20389966 0.18063426 3 7 9 7 4 R 195.28 233.35 275.75 321.49 367.79 α l( β 翼 71.04 74.17 76.52 78.32 79.65 型安放角) 1.24 1.29 1.34 1.37 1.39 tan( ε 0.04554887 0.04198153 0.03755730 0.03335622 0.02981492 /2 ) 6 2 8 7 0.04551741 0.04195689 0.03753966 0.03334385 0.02980609 5 5 4 8 7 0.09103483 0.08391379 0.07507932 0.06668771 0.05961219
8

ε

1 2.60803271 4 5.21606542 9

2.40402390 7 4.80804781 4

8 2.15092774 4 4.30185548 8

5 1.91051865 7 3.82103731 4

5 1.70781395 7 3.41562791 5

(二) 导叶绘型
按锥面分流面, 其作图方法和叶轮叶片绘型完全相同, 即采用扭曲三角形法绘型。 1.根据计算绘制轴面投影图,在轴面投影图上作等距木模截线。 绘型计算表格如下: 79 1 翼 型 δ
max

Ⅰ 截 面

Ⅱ 截 面

Ⅲ 截 面

Ⅳ 截 面

Ⅴ 截 面

x/ l Ⅰ 截 面

8.9 8.4 8.1 8.0 7.8 9 8 8 0 9 0 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 5 75 0 6.3 9.5 12. 25. 38. 50. 442 163 688 377 065 754 531 797 506 012 519 025 78 67 36 71 07 42

Ⅱ 截 面

0 6.3 9.5 12. 25. 38. 50. 666 499 733 466 199 933 331 496 266 532 798 064 07 61 21 43 64 86

Ⅲ 截 面

0 6.4 9.6 12. 25. 38. 51. 270 406 854 708 562 416 867 300 173 346 520 693 13 7 43 85 28 71

0 . 5 6 3 . 4 4 2 5 3 6 3 . 6 6 6 3 3 6 4 . 2 7 0 8 7

0.6 0.7 0.8 0.9 0.9 5

1

76. 88. 101 114 120 126 131 819 .50 .19 .54 .88 038 544 805 655 081 506 13 49 08 72 04 36

76. 89. 101 114 120 127 399 132 .86 .59 .96 .33 597 863 612 939 602 266 28 5 97 59 9 21

77. 89. 102 115 122 128 125 979 .83 .68 .11 .54 040 213 338 756 464 173 56 99 74 08 76 43

9

Ⅳ 截 面

0 6.5 9.7 13. 26. 39. 52. 099 648 019 039 059 079 180 770 836 672 508 344 41 61 08 16 25 33

Ⅴ 截 面

0 6.6 9.9 13. 26. 39. 52. 075 113 215 430 645 860 603 405 120 241 362 483 84 77 77 54 31 08

δ / δ
max

0 0.2 0.4 0.4 0.7 0.9 0.9 96 05 89 78 2 78

6 5 . 0 9 9 1 8 6 6 . 0 7 5 6 1

78. 91. 104 117 123 130 119 138 .15 .17 .68 .19 016 852 868 852 844 836 49 57 87 47 28 08

79. 92. 105 118 125 132 290 505 .72 .93 .54 .15 724 845 096 608 364 120 61 38 62 69 73 77

0.8 0.7 0.5 0.3 0.2 83 56 44 56

0

Ⅰ 截 面 Ⅱ 截 面 Ⅲ 截 面 Ⅳ 截 面 Ⅴ 截 面

0 2.6 3.6 4.3 6.9 8.2 8.7 610 409 961 942 708 922 4 5 1 2 2 0 2.5 3.4 4.1 6.5 7.8 8.2 100 344 467 974 016 934 8 2 4 4 0 2.4 3.3 4.0 6.3 7.5 8.0 212 129 000 640 256 000 8 2 4 4 0 2.3 3.2 3.9 6.2 7.3 7.8 68 4 12 24 6 24 0 2.3 3.1 3.8 6.1 7.2 7.7 354 954 582 384 588 164 4 5 1 2 2

8 . 9 9 8 . 4 8 8 . 1 8 8

7.9 6.7 4.8 3.2 1.7 381 964 905 004 98 7 4 6 4 7.4 6.4 4.6 3.0 1.6 878 108 131 188 96 4 8 2 8 7.2 6.1 4.4 2.9 1.6 229 840 499 120 36 4 8 2 8 7.0 6.0 4.3 2.8 1.6 64 48 52 48

0

0

0

0

7 6.9 5.9 4.2 2.8 1.5 . 668 648 921 088 78 8 7 4 6 4 9

0

2.作流线展开图 3.在展开图上作流线 4.做平面投影图

10


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