第三章 离心泵和混流泵叶轮的水力设计
泵是一种应用广泛的通用机械，著名的数学家欧拉在一些假设条件下，推出了叶片泵的Euler 方程，该方程建立了泵的理论扬程与叶轮进出口运动速度间的定量关系。近300年来，以致使叶片泵设计的理论基础。所以，Euler 方程也被称为叶片泵的基本方程。
在叶片泵内流体在叶轮中的流动都是三维空间的流动，为了简化计算，早期的研究把流体在叶轮内的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。根据这一假设，建立了叶片泵一维流动理论，也称微元流束理论。根据这一设计理论建立的设计方法称为一元设计方法。
后来人们在轴对称流动理论的基础上提出了叶片式机械的二元流动理论。二元流动理论认为，叶轮内的流动是轴对称的，叶轮内的轴面速度沿过水断面是不均匀的，即轴面液流速为二元流动。二元流动较一元更为科学，更接近真实的流动状况，但二元理论在实际上应用并不多，仅适合于高比速混流泵的设计。
第一节 泵的主要设计参数和结构方案的确定 一、设计参数和要求
流量、扬程、转速（或由设计者确定）、装置汽蚀余量（或给出装置的使用条
件）、效率（要求保证的效率）、介质的性质（温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等）、对特性曲线的要求（平坦、陡降、是否允许有驼峰等）。
二、确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 1． 进口直径
选取原则：经济流速；汽蚀要求。泵的进口流速一般取3m/s 左右。
s
s v Q
4D π=
2．泵出口直径
s d D )7.0~1(D =
三、泵转速的确定
确定泵转速应考虑下面几个因素： （1）泵转速越高，泵的体积越小；
（2）确定转速应考虑原动机的种类和传动装置；
（3）提高转速受汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式：
4
/3r
NPSH Q
n 62.5C =
四、计算比转数n s ，确定水力方案
4
/3s H Q
n 65.3n =
在确定比转数时应考虑下列因素：
（1） n s =120~210的区间，泵的效率最高，n s 〈60的效率显著下降； （2） 可以采用单吸或双吸的结构形式来改变比转数的大小； （3） 可以采用单级或多级的结构形式来改变比转数的大小； （4） 泵特性曲线的形状与比转数的大小有关。
五、估算泵的效率 1．水力效率
3
h n
Q lg 0835.01+=η 式中 Q 为泵的流量(m 3/s)(双吸泵取Q/2)；n 为泵的转速（r/min ）。 2．容积效率
3
/2s
v n 68.011
-+=
η 该容积效率为只考虑叶轮前密封环的泄漏，对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况，容积效率还要相应降低。 3．机械效率
6/7s m )100
n
(107
.01-=η
4．泵的总效率
m v h ηηη=η
六、轴功率和原动机功率
η
ρ=
1000QH
g N
N k
N t
g η=
式中 k 为余量系数；t η传动系数。
第二节 相似设计法 一、相似设计法的导出
如果两台泵相似其比转速必然相等，在相似工况下，两台泵的流量、扬程和功率应满足公式：
m p 3M P m
p n n )D D (
Q Q = 2m
p 2M P m p )n n ()D D
(H H = 两台相似泵的尺寸比例可以从上式求得：
m Q m
p p m m p D Q n Q n D D λ==3
或
m H m
p p m m
p D H H n n D D λ==2)( 式中D 为过流部分相应的线性尺寸（一般取叶轮的外径）；λQ 和λH 分别为用流量和扬程计算出的放大或缩小系数。
m
p p
m m
p p m H Q H H n n Q n Q n =
===3
λλλ
在实际计算时，λQ 和λH 往往并不相等，在两者差值不大时，一般取较大的值。
二、 相似设计法的步骤
1． 根据给定的参数，计算比转数n s 。
2． 根据n s 选择模型泵。选择模型泵时应该注意以下几点：
流量－扬程曲线要平坦； 泵效率要高，高效率区要宽； 汽蚀性能好。
3． 根据已选定的模型和给定的参数，计算放大或缩小系数λ。 4． 根据λ确定过流部件的尺寸。
m p D D 22λ= m p b b 22λ= m p D D 11λ= m p b b 11λ= 5． 根据模型泵性能曲线换算出实型泵性能曲线的数据。
m m
p p Q n n Q 3
λ
= m m
p p H n n H 22
)(
λ= m p m m p
p N n n N γγλ3
5
)(
= p
p
p p p N H Q 102γη=
6．绘制实型泵图纸
实型泵过流部件所有角度与模型相等，所有尺寸按计算出的λ值放大或缩小。但应考虑到制造的可能性和结构的合理性（如叶片和导叶厚度不能太厚或太薄）可作适当的修改。
三、相似设计法应注意的问题 １．关于性能和效率问题
一般来说，相似放大后，实型泵的扬程和效率要比计算值略大一些，相似缩小后，实型泵的实际扬程和效率要略低于计算值。实型泵和模型泵的尺寸相差越大，扬程和效率的实际值与计算值相差越大。 ２．关于结构形式的影响
一般来说，应尽量选用同一结构形式的模型泵进行相似设计。 ３．关于修改模型问题
设计一台泵时，如果找不到比转数完全相等的模型，则可以噪比转速相接近的模型来进行修改。同常用修改模型泵流量的办法来改变模型泵的比转数，使之等于要设计泵的比转数，然后再按相似设计原理进行设计。 ４．汽蚀相似问题
如果两台泵的入口条件不能保证完全相似，实型泵的汽蚀性能只能以实验值为准。
第三节 速度系数设计法
比转数相等的泵的速度系数是相等的。不同的比转速就有不同的速度系数。我们将现有性能比较好的产品为基础，统计出离心泵的速度系数曲线，设计是按ｎＳ选取速度系数，作为计算叶轮尺寸的依据，这样的设计方法就叫做速度系数设计法。
叶轮主要几何参数有：叶轮进口直径D 0、叶片进口直径D 1、叶轮轮毂直径d h 、叶片进口角β1、叶轮出口直径D 2、叶轮出口宽度b 2、叶片出口角β2、叶片数z 和叶片包角φ。 一、轴径和轮毂直径的确定
泵轴直径的确定应按强度、刚度和临界转速等情况确定。由于扭矩是泵主要的载荷，开始设计时首先按扭矩来确定泵轴的最小直径，最小直径一般位于联轴节处。
3
n
]
[2.0M d τ= 式中，M n 为扭矩n
N 10
55.9M c
3
n ?=，N c 为计算功率，KN N c =，K 为工况变化系数，（K=1.1~1.2）；[τ]为泵轴材料的许用应力。
确定泵轴最小轴径后，参考类似泵的结构，画出泵轴的草图。根据轴各段的结构工艺要求，确定叶轮处的轴径d B 和轮毂直径d h 。一般B h d )4.1~2.1(d =
画草图时应注意以下几点： 各轴段应采用标准直径；
轴上的螺纹一般采用标准细牙螺纹，其内径应等于或大于螺纹前轴段的直径； 轴定位凸肩一般为1~2毫米。 二、叶轮进口直径D 0的确定
因为有的叶轮有轮毂，有的叶轮没有轮毂，为了研究问题方便，引入当量直径D e 以排除轮毂的影响。
2h 202e d D D -=
3
0e n
Q
K D = 式中，对于双吸泵取Q/2。
主要考虑泵的效率时 K 0=3.5~4.0 兼顾效率和汽蚀时 K 0=4.0~5.0 主要考虑汽蚀时 K 0=5.0~5.5
三、叶轮出口直径D 2的初步计算
叶轮外径D 2和叶片出口β2等出口几何参数，是影响泵杨程的最重要的因素。另外，影响泵扬程的有限叶片数修正系数也与D 2和β2及叶片数z 有关。可见影响扬程的几个参数之间又互相影响。因此，必须假定某些参数为定值的条件下，求解叶轮外径。
3
2D 2n
Q K D =
式中 2
/1s 2D )100
n (
35.9K -= 四、叶轮出口宽度b 2的计算和选择
3
2b 2n
Q K b = 式中 6
/5s 2b )100
n (
64.0K -= 五、叶片数的计算和选择
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，一方面考虑尽量减小叶片的排挤和表面的摩擦，另一方面又使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。
2
sin e r 13
Z 2
1m β+β= 对于低比数离心叶轮
2
sin r r r r 5
.6Z 2
1
1212β+β-+=
上述确定叶轮各部尺寸的方法，是建立在经验系数的基础上，实质上就是速度系数法。速度系数法实质上也是一种相似设计法，它和利用模型相似换算所不同的地方在于，模型换算是以一台相似泵为基础进行设计，速度系数法是以一系列相似泵为基础。它是按相似原理，利用统计系数，计算过流部件的各部分尺寸。 由相似原理，可以写出速度系数的一般表达式：
常数=3
nD Q
3
n
Q K D = 速度v 和nD 成比例有：
32Qn K v v =
由
常数=2
2D
n H
3
n H K D = 或 3'
n
2g H K D = gH K v v 2=
式中的系数对于一系列相似泵，分别相等。这些系数都是比转数的函数，即
)f(n K s = )f (n K s v =
利用上述公式、比转数的大小、并借助经验公式可以计算出泵相应的尺寸。
gH K v v 200= 0v 4Q
K
D π= 0
2260D v u π= gH K u u 222= gH K v m m 222= 2
22b m v v D Q
πη=
对于斜流泵
2
D 22222b
a D D +=
对于多级泵
2
20D h e d D -=
七、叶轮外径Ｄ２或叶片出口角β２的精确计算
前述确定叶轮外径Ｄ２的计算方法中，速度系数是按一般情况（β２＝２２．５o）得出的。在设计泵时，可以选用不同的参数的组合，这时就增加了速度系数的近似性。因为Ｄ２是主要的尺寸，按速度系数法确定后，最好以此为基础进行精确计算。 由基本方程式
g
v u v u H u u T 1
122-=
∞∞
由出口速度三角形
2
2
22βtg v u v m u -
=∞ 所以 112
222
)(u m T v u tg v u g u H --=∞β 整理后，得
01122
2
2
2=---
∞T u m gH v u u tg v u β 解上面的方程，得
1122
2222)2(2u T m m v u gH tg v
tg v u +++=
∞ββ 由ｕ２可求得Ｄ２为
n
u D π2
260=
离心泵一般是选择β２角，精算Ｄ２。混流泵出口边是倾斜的，各条流线的Ｄ２和β２不同，一般是先确定各流线的Ｄ２，精确计算β２角。计算β２角的公式为
∞
-=
222
2u m v u v tg β
112u T u v u u
gH v -=
∞
∞ 再精算Ｄ２时，必须先知道ｖｍ２。可以用速度系数法确定ｖｍ２，或按初算的结果Ｄ２作为第一次近似值计算出口面积，然后计算出ｖｍ２。一般是以初算的Ｄ２作为计算的基础，精算Ｄ２，如果计算结果误差不超过２％，就认为假定的Ｄ２是正确的。精算β２时也是先假定β２，然后进行逐次逼近计算。
八、叶片进口安放角的确定
一般在设计时，叶片进口安放角大于液流角，'11ββ>，即取一正冲角'11βββ-=?。冲角的范围通常为Δβ＝３～９。采用正冲角可以提高泵的汽蚀性能，而对效率的影响不大。采用正冲角能改善大流量下的工作条件。若泵经常在大流量下运转，应选较大的冲角。 １．进口安放角的计算
在计算叶片进口角之前，应先画出叶片进口边。叶片进口边可能不在同一个过水断面上。 叶片液流角
1
u 11
m '1v u v tg -=
β
ｖｕ１由吸水室的结构确定。对直锥形吸水室ｖｕ１＝０；对螺旋形吸水室，可按经验公式确定各流线的ｖｕｒ值。经验公式
32ur n Q m v K ==
式中 ｍ＝0.055～0.08，n ｓ小取小值。 叶片进口轴面速度
1
1v 1m k F Q
v η=
ｋ１计算点的叶片排挤系数
2
1
1111111u 1)sin ctg (1D Z 1sin D ZS 1D ZS 1k λβ+πδ-=βπ-=π-
= 在实际计算时，要预先假定β１角或假定排挤系数ｋ１，然后进行逐次逼近计算。
２．叶片出口安放角和出口三角形
离心泵一般是先选择叶片出口角，所以很容易画出出口三角形。对混流泵一般按叶片出口处液流符合v u r ＝常数的方法来确定出口角。计算时先按扬程计算出中间流线的v u r ，进而求出其它流线的v u 。而后计算出口角
∞
-=
222
2u m v u v tg β
2
22k F Q
v v m η=
2
2
222222222)sin (11sin 11λβπδβππctg D Z D ZS D ZS k u +-=-=-
= 叶片出口角和进口角一样，按逐次逼近法计算。
第四节 叶片厚度和角度及其几何关系
图为一流面，其上的阴影线部分表示叶片和流面的交面。 流面厚度S 在流面上叶片垂线间的距离为流面厚度。 圆周厚度：流面厚度在圆周方向的分量称为圆周厚度。 βs i n
S
S u =
轴面厚度：流面厚度在轴面方向的分量称为轴面厚度。
β
con S S m =
径向厚度：轴面厚度在平面图上的投影长度为平面图上的径向厚度。 εsin m r S S =
在许多情况下，流面厚度和真实厚度相差不大，故有时用流面厚度近似代替真实厚度。在考虑叶片强度，铸造工艺允许的厚度时，应当用真实厚度为宜。
叶片真实厚度与圆周厚度之间的关系：
?
δ
sin =
u S
λβ?sin tg tg =
叶片真实厚度与流面厚度之间的关系：
γ
δ
sin =
S
βλγcos ctg ctg =
叶片各厚度与角度之间的关系：
βλδγδγ
δ
222cos 11sin ctg ctg S +=+==
λ
βδλλβδββλββδ
γβδβ222
22
222222
sin 1)sin cos 1(1sin cos cos sin 1sin sin ctg ctg ctg ctg S S u +=++=++=+==
λβδββ
λδβ222
221cos cos 1cos ctg tg ctg S S m ++=+== ελβδεsin 1sin 22ctg tg S S m r ++==
第五节 叶轮轴面投影图的绘制 一、轴面投影图的绘制
一般原则：出口前后盖板保持一段平性和对称变化；流道弯曲不应太急，在轴向结构允许的条件下，采用较大的曲率半径为宜；设计时参考性能较好的，比转数相近的叶轮轴面投影形状来绘制。
二、检查轴面流道过水断面变化情况
过水断面面积的变化曲线应是一条直线或光滑的曲线。
图中的曲线ACB 和各轴面流线相垂直，是过水断面形成线，其作法为：在轴面投影图内，作两流线的内切圆，切点为A 、B 。将AB 与圆心O 连成三角形AOB 。把三角形高OD 分为三等分，分点为E 和C 。过E 点且和轴面流线相垂直的曲线AEB 是过水断面的形成线。其长度b 用软尺量得。过水断面形成线的重心近似认为和三角形AOB 的中心重合，重心半径为R c 。
因为轴面液流过水断面必须和轴面流线垂直，液体从叶轮四周流出，所以轴面液流的过水断面是以过水断面为母线绕轴线旋转一周形成的抛物面。其面积按下式计算： F=2πR c b
沿流道求出一系列过水断面面积后，便可作出过水断面面积沿流道中线的变化曲线。该曲线应是一条光滑曲线。 三、分流线
一条轴面流线绕轴线旋转一周形成的回转面是一个流面。因而，我们用几个流面将流道分成几个小流道，并使每个小流道通过的流量相等。在一元设计理论中，速度沿同一个过水断面均匀分布，这样只要把总的过水断面分成几个相等的小过水断面即可。
在具体分流线时，应先分进出口。出口边一般平行轴线，只要等分出口边线段即可。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。
如果分成n 个小流道，则进口分点半径为
2n 2n 20i R n
)R R (i R +-=
有了始末分点，凭经验画出各条轴面流线。画流线时，应力求光滑准确，以减少修改的工作量。而后沿整个流道取若干组过水断面，检查同一过水断面上两流线间的小过水断面是否都相等。不相等时，应修改，直到相等或差不多为止。小的过水断面的计算方法，和前述的轴面液流过水断面计算法相同，小的过水断面按小内切圆过公切点依次作出。小过水断面的面积为：
i i i b r 2F ?π=?
沿同一过水断面应满足
.const b r i i =?
第六节 叶片绘型
所谓叶片绘型就是画叶片。就是将在各个流面上绘制的流线（叶片的骨线）按照一定的规律组合起来，形成无厚度的叶片。叶片绘型的方法主要有方格网保角变换法、扭曲三角形法和逐点计算法。
一、方格网保角变换法绘型原理
此方法实际上是借鉴了复变函数理论中保角变换的方法。离心泵和混流泵中的流面是一个喇叭形的空间曲面，在空间曲面上画流线不容易表示流线形状和角度的变化规律。因而一般要将流面展开成平面，在展开面上画流线。然而喇叭形的曲面无法直接展开成为平面，所以要借助于保角变换的思想展开此曲面。
图为一流面，其上有一条流线。用一组夹角为Δθ的轴面Ⅰ、Ⅱ、……和一组垂直轴线的平面1、2……去截流面，使之在流面上构成小扇形格网，并且令小扇形的轴面流线长度Δs ，和圆周方向的长度Δu 相等，即Δs=Δu 。当所分的这些小扇形足够小时，则可以把流面上的曲面扇形，近似看作是平面小正方形。流面上的小扇形从进口到出口逐渐增大。所谓保角变换，就是要保证空间流面上流线与圆周方向的角度对应相等。实际流线可能不相同。可以将流面展成圆柱面，然后将圆柱面沿母线切开，展成平面。从图中可以看出，空间流线穿过流面上的小扇形，将扇形两边分别截为两段，相应的流线在平面方格网上，把正方形两边分别截为由相似关系，对应的角度不变。 二、绘型步骤
1．沿轴面流线分点
分点的实质就是在流面上画特征线，组成扇形格网。分点是在流线上（相当一个流面）进行的。流面是轴对称的，一个流面上的全部轴面流线均相同，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。
在轴面投影图旁，画两条夹角等于Δθ的射线。则两条射线表示夹角为Δθ的两个轴面。一般取Δθ＝3°～5°。从出口开始，先试取Δs ，若Δs 中点半径对应的两条射线间的弧长Δu ，与试取的Δs 相等，则分点是正确的，如果不等就逐次逼近，直至Δs ＝Δu 为止。第一点确定后，用同样的方法分得第2、3……点。当流线平行轴线时，Δu 不变，用对应Δs 截取流线即可。各流线先用相同的Δθ分点。 2．画展开流面（平面方格网）并在其上绘制流线
保角变换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Δθ的轴面。
画出方格网并将特征线顺序编号。在其上绘流线，通常先画中间流线。流线在方格网上的位置应与相应轴面流线分点序号对应。进出口角应于预先确定的值相符，包角的大小可灵活掌握。型线的形状极为重要，不理想时应坚决修改。必要时，可改变叶片进出口边的位置，包角的大小等。
进口边在方格网中位于同一竖线上，表示进口边位于同一轴面上，一般离心泵进出口边都在同一轴面上。混流泵进出口边均可不置于同一轴面上。当离心泵绘型的型线不理想时，进出口边可以放在不同的轴面上，究竟如何布置，主要取决于方格网上的流线形状和下步所述的轴面截线形状好坏来决定。 3．画轴面截线
在方格网中画出的三条流线，就是叶片表面的三条型线。用轴面（相当于方格网中的竖线）去截这三条流线，所截三点的连线就是一条轴面截线。把方格网中每隔一定角度的竖线和三条流线的交点，对应于编号1、2、3……的位置，用插入法分别点到轴面投影图相应的三条流线上，把所得点联成光滑的曲线，就得到叶片的轴面截线。轴面截线应光滑，按一定的规律变化。轴面截线和流线的夹角λ最好接近90°一般不要小于60°。λ角太小，盖板和叶片的真实夹角γ过小，会带来铸造困难、排挤严重和过水断面形状不良（湿周增长）等缺点。
4．叶片加厚
方格网保角变换绘型，一般在轴面投影图上按轴面截线进行加厚。加厚时，可以认为前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S m 按下式计算
λβδβ
221cos ctg tg S
S m ++==
为了作图方便，通常给定真实厚度δ或流面厚度S 沿轴面的变化规律。相应的λ角从轴面截线图中量得，β角从方格网流线中量得。叶片厚度进出口一般按工艺要求给定，最大厚度距进口边在全长的40％左右。厚度可按钮线性变化，或选择翼型厚度的变化规律。 5．画叶片剪裁图
用一组等距或不等距的轴面0、1、2……，去截轴面截线（叶片），每个截面和叶片都有两条交线，工作面和背面的。把各截面与工作面和背面的交线，分别画在平面图中，成为木模截线或叶片剪裁图。 6． 叶片绘型质量检查
⑴ 叶片间流道扩散情况的检查
叶片间流道面积应均匀变化，有效部分进出口的面积比的范围为
3.1~0.12
1
=A A 该比值大于1.3流道扩散严重，效率下降，在这种情况时最好修改原设计。流道面积按下式计算
i i i b a A =
式中 a i 为平面图上叶片间的宽度；b i 为轴面图叶片宽度。 ⑵ 速度变化情况检查
作图法叶片绘型有很大程度的任意性，有必要检查相对速度和速度矩沿流线的变化情况，变化情况不好时应修改设计。
第七节 叶片设计理论 一、设计理论概述
一元设计理论：假定流动是轴对称的。即每个轴面上的流动是相同的。在同一个过水断面上轴面速度均匀分布，因而轴面速度只随轴面流线一个坐标变化。
二元设计理论：假定流动是轴对称的，但轴面速度沿过水断面是不均匀分布的。这样，轴面速度随作面流线和过水断面形成线两个方向变化。
三元设计理论：对流动不进行任何假定，流动沿三个空间坐标轴变化。
基于CFD 的泵设计方法：首先利用传统的设计方法获得叶轮的初始形状，然后对叶轮
中的液体流动进行分析计算，评估设计是否合理和最优。如果不合理就修改设计，然后再进行三维粘性流场的分析计算和评估，直至设计合理。
QZB系列潜水轴流泵 详细信息： 专利 Patent No：ZL200820143413.5 甘泉QZB系列潜水轴流泵是传统的水泵电动机组的更新换代产品，驱动水泵的电动机是干式全封闭潜水三相异步电动机，该型潜水电泵可长期浸入水中运行。具有传统机组一系列无可比拟的优点。 （1）由于电机与水泵构成一体，现场安装方便、快捷，同传统机组相比可节约95%安装时间。 （2）由于电机潜入水中运行，电机冷却条件好，泵站内无高温，噪音低，可建成地下泵站，保持地面环境风貌，大大简化泵站的土工及建筑结构工程，减少安装面积，节约工程造价30-40% （3）潜水电机采用双重、三重机械密封及辅助密封结构，F级耐温155℃绝缘，防护等级为IP68。且在电机内设置密封泄露、绕组和轴承温升检测装置。 （4）检测信号集中反馈于电控柜的监控器内，操作方便，易于实现自动控制及远传控制。 一、技术参数： 名义口径：350-1600毫米 扬程：1.5-20米 流量：500-45000立方/小时 功率：22-800千瓦 电压：380伏、6千伏、10千伏 二、使用条件： QZB潜水电泵可广泛用于工矿船、城市给排水、农田排灌、电站给排水之用。QZB轴流潜水电泵用于低扬程、大流量场合，输送介质为原水或轻度污水，其高输送液体温度为50℃，输送介质的PH值为4—10，输送的介质容积比在2%以下，介质的密度小于1.2×103kg/m3 三、材质选择： 铸铁、不锈钢等。 四、结构说明： QZB型潜水轴流泵，泵段由进水喇叭口，叶轮件，叶轮外壳和导叶体四大零件组成。潜水电机是全密封干式异步电动机，机壳将电机封闭，电机上端电缆出线处有静密封装置，电机下端盖出轴处有转动密封装置，潜水电机具备一切潜水运行的安全可靠性能。 五、型号说明： （国家标准型号） 安装型式代号，TW为弯管井筒式 结构型式代号，G为贯流式 泵段水力模型为新系列设计，无*者为原设计 泵的比转数代号，比转数700除以10 半可调叶片 轴流 潜水 泵出口名义直径500mm
第三章 离心泵和混流泵叶轮的水力设计 泵是一种应用广泛的通用机械，著名的数学家欧拉在一些假设条件下，推出了叶片泵的Euler 方程，该方程建立了泵的理论扬程与叶轮进出口运动速度间的定量关系。近300年来，以致使叶片泵设计的理论基础。所以，Euler 方程也被称为叶片泵的基本方程。 在叶片泵内流体在叶轮中的流动都是三维空间的流动，为了简化计算，早期的研究把流体在叶轮内的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。根据这一假设，建立了叶片泵一维流动理论，也称微元流束理论。根据这一设计理论建立的设计方法称为一元设计方法。 后来人们在轴对称流动理论的基础上提出了叶片式机械的二元流动理论。二元流动理论认为，叶轮内的流动是轴对称的，叶轮内的轴面速度沿过水断面是不均匀的，即轴面液流速为二元流动。二元流动较一元更为科学，更接近真实的流动状况，但二元理论在实际上应用并不多，仅适合于高比速混流泵的设计。 第一节 泵的主要设计参数和结构方案的确定 一、设计参数和要求 流量、扬程、转速（或由设计者确定）、装置汽蚀余量（或给出装置的使用条 件）、效率（要求保证的效率）、介质的性质（温度、重度、含杂质情况、腐蚀性等）、对特性曲线的要求（平坦、陡降、是否允许有驼峰等）。 二、确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 1． 进口直径 选取原则：经济流速；汽蚀要求。泵的进口流速一般取3m/s 左右。 s s v Q 4D π= 2．泵出口直径 s d D )7.0~1(D = 三、泵转速的确定 确定泵转速应考虑下面几个因素： （1）泵转速越高，泵的体积越小； （2）确定转速应考虑原动机的种类和传动装置； （3）提高转速受汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式： 4 /3r NPSH Q n 62.5C = 四、计算比转数n s ，确定水力方案 4 /3s H Q n 65.3n =
第八章轴流泵和斜流泵模型及工程应用江苏大学泵水力模型试验研究课题组，从2000年起至今已坚持试验8年多。 研究内容：系列轴流泵模型、贯流泵模型、双向泵模型、系列可调节叶片斜流泵模型。 系列轴流泵模型（含双向泵模型），参加水利部南水北调工程水泵模型天津同台测试。贯流泵模型JGM-3经河海大学试验台复试，装置效率79.05%。斜流泵模型JHM-450，在天津试验台进行装置试验（引嫩入白工程五家子泵站），装置最优效率达84.3%。比转速为800的斜流泵模型，可替代一大部分轴流泵，实现适应扬程变化范围大和高效范围广的突出优点。 应用厂家：日立泵制造无锡有限公司、上海KSB泵有限公司、江苏中天水力设备有限公司（高邮水泵厂）、长沙水泵厂有限公司、上海凯泉泵业集团有限公司、长沙天鹅工业泵股份有限公司、合肥三益江海泵业有限公司等。 典型用例： 轴流泵模型：南水北调工程江都四站、万年闸站、台儿庄站、刘山站；通榆河送水工程大套站；中部四省泵站改造工程明山泵站等。 贯流泵模型：通榆河送水工程灌南河北泵站、后善河南泵站。 双向泵模型：广东黄麻涌、北窖、五沙三村等泵站。 斜流泵模型：上海陈行泵站、广西安平泵站、引嫩入白工程五家子泵站、许多电厂（包括出口到苏丹、印度、巴西等国）的循环水泵。 第一节系列轴流泵模型天津同台测试数据和曲线 一、系列轴流泵模型参数表（表8-1） 二、系列轴流泵模型综合特性曲线和试验数据 1、图8-1 TJ04-ZL-08综合特性曲线；表8-2 TJ04-ZL-08试验数据 2、图8-2 TJ04-ZL-03综合特性曲线；表8-3 TJ04-ZL-03试验数据 3、图8-3 TJ04-ZL-02综合特性曲线；表8-4 TJ04-ZL-02试验数据 4、图8-4 TJ04-ZL-20综合特性曲线；表8-5 TJ04-ZL-20试验数据 5、图8-5 TJ04-ZL-19综合特性曲线；表8-6 TJ04-ZL-19试验数据
5 主要建设内容及典型设计 5.2.1.5混流泵及轴流泵站（2台泵）典型设计 一、基本资料 1、基本情况 选取别桥镇湖塘下圩灌排站工程作为典型混流泵和轴流泵站进行设计。该泵站为拆建工程，位于湖边村。泵站主要功能为灌溉和排涝。设计根据原有进、排水条件及功能要求，按现有灌溉面积2050 亩和排涝面积1190亩进行泵站规模设计。 2、工程地质 工程位于天目湖观山村。经勘测，泵站附近地面高程为 6.83~ 7.47m左右。浅部为①层素填土，高程6.83~4.73m， γ=18.82kN/m3；高程4.73-0.67m为②-2层淤泥质粉质粘土， γ=17.72kN/m3，凝聚力c=8.7kpa，内摩擦角φ=7.8°，地基允许承载力[p]=60kpa。 二、机泵选型 1、水泵选型 （1）灌溉设计流量 推广水稻控制灌溉技术后，水稻生育期灌水定额较小，因此起控制作用的灌水定额是泡田定额。当地水田泡田定额为80m3/亩，泡田期旱作物不需灌溉（旱作物若需灌溉，应将灌水时间前移或后退，以
避开用水高峰）。泡田延续时间为5天，提水泵站每天开机时间20h。 则设计净灌水模数为： 根据下列公式推求渠道设计流量： Q=q设×A/η 式中：Q——灌溉流量（m3/s）； A——渠系控制灌溉面积（万亩）； η——灌溉水利用系数，取0.68。 计算得灌溉设计流量为0.67m3/s。该泵站为小（2）型，泵站等级为V等，建筑物等级为5级。 （2）排涝设计流量 排涝设计标准为日降雨200mm雨后一天排水，根据溧阳市圩区测算结果，该标准相当于排涝模数为10m3/（s·万亩），则泵站排涝设计流量为1.19m3/s。该泵站为小（1）型，等级为Ⅳ等，建筑物等级为4级，该泵站位于为一般圩区，因此建筑物防洪等级根据堤防确定，为20年一遇。 （3）灌溉设计扬程 a、渠首设计水位（出水池水位） 为了满足自灌溉的要求，设计渠首水位应满足灌区内各高程点灌溉要求，根据泵站灌溉实际情况，渠首设计水位为6.70m。 b、进水池水位
轴流泵和导叶式混流泵模型研究及工程应用 江苏大学 二00七年十二月
1、前言 轴流泵和导叶式混流,主要用于水利、市政、电厂、船坞等部门的供排水，在核电、舰船的喷水推进方面也得到重要应用。为了给南水北调等工程提供优秀水力模型，我们进行了轴流泵、贯流泵、双向泵、导叶式混泵水力模型的试验研究，这些模型已在南水北调等工程中得到了应用，并用其中一些模型进行了几个具体泵站的装置模型试验。本文介绍泵（段）模型和泵装置模型的试验结果，分析泵段特性和装置特性之间的关系，为大型泵站水泵选型提供参考。
2、水泵模型的性能 2.1轴流泵模型 2.1.1轴流泵泵段模型 本系列模型全部参加了水利部南水北调工程天津同台测试（表1），2006年通过江苏省科技厅鉴定。鉴定意见是：这8个不同比转速模型基本上覆盖了轴流泵的使用范围，全部经过水利部会同国家质量监督检验检疫总局联合组织南水北调工程水泵模型同台测试，并取得水利部国际合作与科技司颁发的同台测试成果证书；该系列模型的综合技术指标达到国际同类模型的领先水平。至今，20号模型用于南水北调工程万年闸站、19号模型用于南水北调工程台儿庄站、6号模型用于南水北调工程刘山站。3号模型用于泉州1.5m口径潜水轴流泵，8号模型用于黄石1.6M轴流泵，2号模型用于明山 2.8m轴流泵，10号模型用于黄麻涌双向泵站，日前严登 丰教授用20号模型在自研制的平面蜗壳出水流道装置中，进行南水北调工程泗阳站装置模型预研，效果很好。
表1水利部南水北调工程轴流泵模型天津同台测试参数表 （D ＝300m m ，n ＝1450r ／m i n ） 4 380.5910.05385.858565782363.359.79785.849015760347.179.51885.19956575-2332.659.16284.511007580-4326.888.36184.021******* 401.699.30884.829406292376.619.28884.969716100362.848.78884.711004625-2351.588.36384.51006638-4329.068.25683.0610316234 412.867.6884.639317372386.487.52785.159837240367.57.26285.61010725-2358.36.73785.221045758-4 337.12 6.549 84.99 1162 751 85.08 85.12 模型代号 叶片角度Φ(o ) 流 量 Ｑ(l/s)平均效率η(%)扬 程 Ｈ (m)效 率 η(%)85.12 85.11 700天津2号T J 04－Z L －02 比转速ns 名义比转速 ns 天津8号 T J 04－Z L －08 天津3号T J 04－Z L －03 55084.41 84.45 600加权平均效率η(%)汽蚀比转速 （C ）
潜水轴流泵 (1)、概况 本工程为满足输水工艺要求设置潜水轴流泵3台。泵的技术性能见下表： 安装按中国市政工程西南设计研究院设计的施工图、设备技术文件及GB50275-1998《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》的要求进行。 (2)、安装程序 设备出库验收→设备基础验收→垫板布置与研磨→设备吊装就位→设备找正找平找标高→二次灌浆→设备调试→试运转准备→单体试运转→竣工交验。 (3)、安装要点及要求 A、设备开箱验收 a、设备的出库验收工作在设备运抵安装现场后进行，设备验收前首先对设备的装箱进行验收，装箱是否完整，有无破损，做出记录。 b、设备开箱后按装箱清单进行核对清点，检查设备的、规格、型号、性能参数、数量等是否与设计相符，检查设备有无缺损、锈蚀、管口保护物和堵盖须完好、设备的备品备件随机工机具等是否与装箱清单相符，根据实际到货情况做出清点移交签字手续，对于暂时不安装的设备或备品等应适时办理有关移交手续，并妥善保管。 B、设备基础验收 C、安装垫板 垫板布置，按每根地脚螺栓旁配两堆垫板为原则，核对设备底座的宽度后，确定垫板尺寸。垫板安装按下图的要求进行： c、泵的基础如采用减震措施，减震设备由泵生产厂配套供应，减震设备的安装依据设备技术文件的要求进行。
垫板安装图 D、泵的吊装 利用起重设备将泵整体吊装就位，吊装之前对设备性能、吊索具进行确认和检查，确保吊装作业万无一失。 E、泵的清洗和检查 a、整体出厂的泵在防锈保证期内，其内部零件不宜拆卸，只清洗外表。
当超过防锈保证期或有明显缺陷需拆卸时，其拆卸、清洗和检查符合设备技术文件的规定。当无规定时，符合下列要求： (a)拆下叶轮部件清洗洁净，叶轮无损伤； (b)冷却水管路清洗洁净，并保持畅通； b、解体出厂的泵的清洗和检查符合下列要求： (a)泵的主要零件、部件和附属设备、中分面和套装零件、部件的端面不得有擦伤和划痕；轴的表面不得有裂纹、压伤及其它缺陷。清洗洁净后除去水分并将零件、部件和设备表面涂上润滑油和按装配的顺序分类放置； (b)泵壳垂直中分面及弯管分段法兰平面间紧固零件和导叶体主轴承的紧固零件不宜拆卸和清洗。 F、泵的就位找正 泵就位找正前符合下列要求： (a)、泵本体、传动装置、驱动机无损伤，泵轴和传动轴需无弯曲； (b)、检测泵轴和传动轴在轴颈处的径向跳动、各联轴器端面倾斜度偏差及联轴器径向跳动； (c)、检测叶片外圆对转子轴线的径向跳动，须符合设备技术文件的要求； (d)、叶轮外圆与叶轮外壳之间的间隙须均匀，其间隙符合设备技术文件的规定； (e)、橡胶轴承不得沾染油脂； (f)、进水流道畅通，不得淤塞； (g)、以进水流道为准，须检查驱动机基础和泵基础的标高和轴线，其允许偏差均为±2mm，并须按设计要求复核中间轴的长度； (h)、叶轮安装基准线到最低水位的距离L须符合设计图的规定(见下图)。
2叶轮的水力设计 叶轮是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗空蚀能力、特性曲线的形状，都与叶轮的水力设计有紧密的关系。 2.1泵的主要设计参数和结构方案的确定 2.1.1 给定的数据和要求 （1）泵的型号：IS100—65—200 （2）流量：Q=100 3 /m h （3）效率：η=81.25%。 （4）扬程：H=50m （5）转速：n=2900r/min （6）必需空蚀余量（NPSH）r =3.28 m 2.1.2确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径 首先大致选择泵的结构形式和原动机的类型，进而进行下面的计算，经比较分析后做最后的确定。 (1) 泵吸入口径 泵的吸入口径由合理的进口流速确定。泵吸入口的流速一般为3左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大一些，以减少泵的体积，提高过流能力；而提高泵的抗空蚀性能，则应该减少泵的吸入口的流速。 s m /本设计吸入口径D =。 s (2) 泵排出口径 对于低扬程泵，可取与吸入口径相同，高扬程泵，为减少泵的体积和排出口直径，可使排出口径小于吸入口径，一般取 s d D D )7.0~1(= 式中：——泵排出口直径； t D ——泵吸入口直径； s D =d D 最终确定的泵的吸入口和排出口直径，应该符合标准直径。 2.1.3汽蚀验算
4 362.5r h Q n C ?= 可知，转速n、汽蚀基本参数r h ?和C 这三个参数之间有确定的关系，如得不到满足，将产生汽蚀。对于一定的C 值，假设提高转速，流量增加，则将增大，当该值大于所提供的装置汽蚀余量r h ?a h ?时，就会发生汽蚀。 按汽蚀条件来确定泵的转速的方法是：先选择C 值，按给定的装置汽蚀余量 或几何安装高度，计算汽蚀条件下所允许的转速。即 a h ?sz H Q h C n r 62 .54 3?? 式中：=— K（K—考虑汽蚀的安全余量）。 a h ?r h ?参考［9］查表3-1得C=980， 所以： 33 4 4r h ?===2.15m 汽蚀允许转速：443 3 n = ==min)/r 2903.3( 经验算可知，转速n = 2900(r/min)小于汽蚀允许转速，符合要求。 2.1.4计算比转数，确定泵的水力方案 s n 比转数的公式为： 4 93.850 s n = = = 在确定比转数时应考虑下列因素： ⑴、在=150～250的范围，泵的效率最高，当＜60时，泵的效率将显著下降； s n s n ⑵、采用单级单吸式时过大，可考虑改成双吸，反之采用双吸过小时，可考虑改成单吸式叶轮； s n s n ⑶、泵的特性曲线的形状也和大小有关； s n
单级离心泵设计 摘要：本设计从离心泵的基本工作原理出发，进行了一系列的设计计算。考虑离心泵基本工作性能，流量范围大，扬程随流量而变化，在一定流量下只能供给一定扬程（单级扬程一般10～80m）。本设计扬程为50m，泵水力方案通过计算比转数（n=67.5）确定采用单级单吸结构；通过泵轴功率的计算确定选择三相异步电动机；由设计参数确定泵的吸入、压出口直径；通过叶轮的水力设计确定叶轮的结构以及叶轮的绘型；设计离心泵的过流部件，确定吸入室为直锥形吸入室，压出室为螺旋形压出室；设计轴的结构及进行强度校核；确定叶轮，泵体的密封形式及冲洗，润滑和冷却方式；通过查标准确定轴承，键以及联轴器，保证连接件的标准性。从经济可靠性出发，合理设计离心泵部件，选择标准连接件，保证清水离心泵设计的安全性，实用性，经济性。 关键词：离心泵工作原理；水力方案设计；叶轮和过流部件设计；强度校核；密封设计；键、轴承的选择
Centrifugal Pump Design Manua l Abstract : This design starting from the basic working principle of the centrifugal pump, conducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (single-stage lift is generally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating the number of revolutions(n=67.5) to determine the single-stage single-suction structure; choice of motor shaft power calculation; design parameters to determine the pump suction outlet diameter; determine the structure of the impeller and the impeller of the drawing of the hydraulic design of the impeller; flow parts of the design of centrifugal pump suction chamber for straight conical suction chamber, pressed out of the spiral-shaped pressure chamber; the structure and strength check of the axis design; determine the impeller centrifugal pump seal design, pump closed form and washing, lubrication, cooling method; determined by checking the standard bearings, and coupling to ensure that the standard connection. Departure from the economic viability of the rational design of centrifugal pump components, select the standard connector, to ensure the water using a centrifugal pump design safety, practicality, economy. Keyword:Centrifugal pump working principle ;Hydraulic design;Component design of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing
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。 （2）设计说明书中应包括计算、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。 （3）设计图纸要图面整洁、尺寸准确、线条匀称。 （4）手绘一张离心泵的总装简图，标注出主要的零部件的名称。 （二）离心泵水力设计指导书 设计者应根据设计任务书中给定的设计参数，参考有关设计资料，在规定的时间内完 成任务书中提出的具体要求。 提出以下设计步骤，供设计者参考。 （1）计算泵的比转数n s ，确定泵的结构方案。公式为 4 /365.3H Q n n s = (10-1) 式中 Q ——单吸叶轮泵的流量，m 3/s H ——单级叶轮泵的扬程，m 。 （2）确定泵的进出口直径 。吸入口直径D s 由进口流速v t (经济流速)决定，s t v Q D π4= 出口直径D t 按经验公式D t ＝（0.7～1.0）D s 确定。 D s 、D t 要求按标准直径选择。 （3）计算泵的允许汽蚀余量〔Δh 〕或允许吸上真空高度〔H s 〕．公式如下 3 /462.5??? ? ??=?c Q n h r （10－2） []k h h r +?=?(一般规定k =0.3m) [][]g v h g p g p H s v s 22 0+?--=ρρ （10—3） （4）泵转速n 的确定．按满足汽蚀要求校核转速．公式为
这种泵是传统的分体式机组的更新换代产品，驱动水泵的电动机是干式全封闭潜水三项异步电动机，该机组水泵与电动机同轴一体，可长期潜入水下运行，具有一系列传统机组无可比拟的优点。由于水泵与电机一体，同时潜入水中，无需再安装现场尽享耗工，耗时的机、泵轴线对中的装配工序，现场安装方便、快速。 由于电泵潜入水中运行可以大大简化泵站的土建件结构，减少安装占地面积，节约泵站土建工程总造价的30%-40%。电泵潜入水中运行，噪音低，电机冷却条件好，泵站内无高温，无噪音干扰，改善了泵站的工作环境。同时，可按要求建设全地下泵站，保持地面的环境风貌。操作方面，灵活，可随时开启和关闭机组，无需再开机前润滑水泵的橡胶轴承，易
于实现遥控和自动控制。机组拽拆方便，易于维修。采用该机组是解决水位涨落大的沿江，湖泊地区站防洪问题的方法，省去了泵与电机间的长轴，提高了运行安全可靠性。 主要材质： 1.潜水轴流泵叶片采用不锈钢，机座、泵吸入室、压水室等均采用HT200铸铁铸造，能承受一定负荷的冲击。 2.潜水轴流泵的轴承采用瓦房店轴承，设计使用寿命可确保≥80000小时以上，瓦房店轴承降低振动、噪音、运行安全可靠，延长使用寿命。提高产品运行寿命 3.潜水轴流泵采用上海博格曼机封，静密封采用丁晴-70 O型圈。 4.所有外露紧固件均采用不锈钢。 配套电动柜的选择： 1.降压启动柜（9.2KW-410KW）启动时，冲击电流小，降压小，由于该启动柜冲击电网，不适用于频繁启动。 2.软启动柜（2.2KW-410KW）软启动柜：启动时电流小对电网无冲击力，可用于频繁启动，具有缺相，过载保护功能。 3.变频起动柜（7.5KW-500KW）变频启动柜：功能全，不同的规格具有短路、缺相、三相不平、过载、缺水的保护功能。 产品配套： 井筒、穿墙管、软连接、弯头、拍门、伸缩节、电控等。 优点： 1.水力性能:采用国内优秀的潜水轴流泵水力模型先进的树脂砂工艺精铸而成，导叶:针对潜水轴流泵导叶扩散的形式，考虑潜水电机对出流的影响，设计出适合出流的优秀导叶。 2.叶轮:最新的水力模型，高效节能抗气蚀性能好，转子不平衡量小，径向力小，可大
1 轴流泵叶轮水力模型设计参数 叶轮直径D=300mm ； 转速n=1450r/min ； 流量Q=380L/s ； 扬程H=6.0m ； 空化余量NPSHre<7.0m 2 叶轮设计流程 第一、确定转速n 和比转速n s 第二、估算泵的效率 第三、确定叶轮主要结构参数 （1）确定叶轮的轮毂比h d ；（2）叶片数Z ；（3）外径D 。 第四、叶片的设计（流线法、升力法、……） 第五、叶片的绘型 3 叶轮基本参数的选择 3.1 比转速的确定 已知转速n 后，就可根据公式计算出比转速来。轴流泵的比转速ns 一般为500-1200，但根据需要，可以超出此范围，有些资料介绍ns 的范围为400-2000. 851≈851.02=65.34 3H Q n n s = 3.2 叶轮外径D 和轮毂直径d h 的确定 叶轮直径D 和轮毂直径d h 应根据轴面速度Vm 的大小来确定。轴面速度Vm 的可按下面式计算： 式中 Q ——设计流量 n ——转速 Vm ——液体进入转轮以前的轴面速度 轮毂比D d h 与比转速s n 有关，其值根据表1或图 1选取: 表1 轮毂比D d h 与比转速s n 的关系 s m Q n m V /495.6380.0145007.0307.03 22 =?? ==
图 1 轮毂比D h d 与比转速s n 的关系曲线 从图及表中可看出，轮毂比D d h 随比转速s n 的减小而增大，这是因为：为了减小叶片在液流中的迎面阻力，必须使叶片后面不产生漩涡层，必须要使每一计算截面上围绕翼型流动的速度环量Γ1相等。 所以根据以上叙述，选择轮毂比为 3.3 叶片数Z 的选择 轴流泵叶轮的叶片数Z 与比转速s n 有关，其统计数据列于表2 表2 叶片数Z 与比转速s n 的关系 根据上表选择叶片数Z=4 4 叶片各截面的叶栅计算（流线法） 如果用半径为r 和（r+dr ）的两个同心圆柱面去切割轴流泵的叶轮，则得到一个包括翼型在内的液体圆环，如图2所示，如将这个圆环剖开并展开于平面上，则得到一个无限直列叶栅，如图3所示。 。 0.45=D d h () 。。m d m D d Vm Q D H h 13111.00.30m ≈29136.035.01495.6380 .0414222 ==-???=? ?? ? ??-= ππ
离心泵的水力设计 离心泵叶轮设计步骤 第一步：根据设计参数，计算比转速ns 第二步：确定进出口直径 第三步：汽蚀计算 第四步：确定效率 第五步：确定功率 第六步：选择叶片数和进、出口安放角 第七步：计算叶轮直径D2 第八步：计算叶片出口宽度b2 第九步：精算叶轮外径D2到满足要求 第十步：绘制模具图 离心泵设计参数 作为一名设计人员，在设计一台泵之前，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。
确定泵进出口直径 右图为一台ISO单级单吸悬臂式离心泵的实物图和装配图。对于新入门的学习者，请注意泵的进出口位置，很多人会混淆。 确定泵的进口直径 泵吸入口的流速一般取为3m/s左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑，应减小吸入流速；对于高汽蚀性能要求的泵，进口流速可以取到1.0-2.2m/s。 进口直径计算公式 此处下标s表示的是suction（吸入）的意思 本设计例题追求高效率，取Vs=2.2m/s Ds=77,取整数80 确定泵的出口直径 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。一般的计算公式为：
D d=(0.7-1.0)D s 此处下标d表示的是discharge(排出)的意思 本设计例题中，取 D d = 0.81D s = 65 泵进口速度 进出口直径都取了标准值，和都有所变化，需要重新计算。 Vs = 2.05 泵出口速度 同理，计算出口速度= 3.10
汽蚀计算 泵转速的确定 泵的转速越高，泵的体积越小，重量越清。舰艇和军工装备用泵一般都为高 速泵，其具有转速高、体积小的特点。 转速与比转速有关，比转速与效率有关，所以选取转速时需和比转速相结合。 转速增大、过流不见磨损快，易产生振动和噪声。 提高泵的转速受到汽蚀条件的限制。 从汽蚀比转数公式可知，转速n和汽蚀基本参数和C有确定的关系。 按汽蚀条件确定泵转速的方法，是选择C值，按给定的装置汽蚀余量或几何安装高度，计算汽蚀条件允许的转速，所采用的转速应小于汽蚀条件允许的转速。 汽蚀的概念 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(目前多以液体在该 温度下的汽化压力作为极限值)时，液流中就开始发生空(汽)泡，这些充满着气体或蒸汽的空 泡很快膨胀、扩大并随液流至压力较高的地方后又迅速凝缩、溃灭。液流中空泡的发生、扩 大、渍灭过程涉及许多物理、化学现象，会有噪音，振动甚至对流道材料产生侵蚀作用(汽 蚀)。以上这些现象统称为汽蚀现象。 汽蚀会导致泵的噪声与振动，破坏过流部件，加快腐蚀，性能下降等。汽蚀一直是流体机械 研究的热点和难点。
立式轴流泵的结构特点说明 立式轴流泵叶轮装有2～7个叶片，在圆管形泵壳内旋转。叶轮上部的泵壳上装有固定导叶，用以消除液体的旋转运动，使之变为轴向运动，并把旋转运动的动能转变为压力能。轴流泵通常是单级式，少数制成双级式。流量范围很大，为180～36万立方米/时;扬程一般在20米以下。轴流泵一般为立式，叶轮浸没在水下面,也有卧式或斜式轴流泵。 小型立式轴流泵的叶轮安装位置高出水面时，需要用真空泵排气引水启动。轴流泵的叶片分固定式和可调式两种结构。大型轴流泵的使用工况(主要指流量)在运行中常需要作较大的变动，调节叶片的安装角可使泵在不同工况下保持在高效率区运行。小型泵的叶片安装角一般是固定的。该水泵属于动力式泵中比转数最高的一种，比转数为 500～1600。泵的流量-扬程、流量-轴功率特性曲线在小流量区较陡，故应避免在这一不稳定的小流量区运行。轴流泵在零流量时的轴功率最大，因此泵在启动前必须先打开排出管路上的阀，以减小启动功率。轴流泵主要适用于低扬程、大流量的场合，如灌溉、排涝、船坞排水、运河船闸的水位调节，或用作电厂大型循环水泵。扬程较高的轴流泵(必要时制成双级)可供浅水船舶的喷水推进之用。 轴流泵的性能优点： 其中立式轴流泵主要是靠叶片的升力将流体引到出口，是轴向进，轴向出，具有流量大等优点。 1、潜水轴流泵：驱动水泵的电动机是干式全封闭潜水三相异步电动机，可以长期浸入水中运行，具有传统机组一系列无可比拟的优点。 2、由于电机与水泵构成一体，无须在安装现场进行耗工、耗时的电机、传动机构、水泵轴线对中的装配工序，现场安装方便、快速。
3、由于潜入水中运行，可以大大简化泵站的真土工及建筑结构工程，减少安装面积，节约工程造价30~40%。 4、噪声低，泵站内无高温，改善操作环境，可按要求建成全地下泵站，保持地面的环境风貌。 5、潜水电机采用双重或三重机械密封，F级(耐温155。C)绝缘，防护等级为IP68(IEC)。在水力模型方面，我们吸收了国内外同类产品的优点，采用国际上最先进的变环量、变轴面速度升力法，独立设计的高效节能、抗 6、汽蚀性能好的新型水力发电模型。可靠性高，且与传统水泵具有互换性，便于用户选型、使用。 操作方便，易于实现遥控和自动控制。 采用该型潜水电泵是解决水位涨落大的沿江、湖泊地区建泵站，解决电机防洪问题最彻底的办法，且省去机泵间的长轴和中间轴承，使机组运行更为可靠。
JIANGSU UNIVERSITY 本科毕业设计 设计说明书 题目轴流立式料浆泵 学院名称：能源与动力工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 毕业设计导师： 2008 年 06 月
目录 第一部分内容摘要————————————————3 第二部分概述—————————————————5 第三部分设计方案及原理说明———————————9 第四部分水力设计————————————————10 第五部分结构设计————————————————19 第六部分重要部件的校核—————————————23 第七部分参考文献————————————————29 第八部分毕业设计小结——————————————30
第一部分内容摘要 内容摘要 轴流泵流量大，扬程低，比转速高，轴流泵的液流沿轴方向流动，但是其设计的基本原理与离心泵基本相同。轴流泵大多是单级的立式的，可以分为固定叶片式和可调叶片式两种。 本毕业设计的项目是可调叶片式轴流泵——即叶片可调节倾斜角度。本毕业设计的内容属于化工泵，只有大致工况设定，没有具体工作环境说明几要求，大致要求材料要有一定的耐腐蚀性能。此外，化工泵广泛应用于多种场合。 化工泵既有离心式的，也有轴流式的，既有立式的，也有卧式的，既有单级的，也有多级的，应不同场合而定。本毕业设计要求为设计轴流立式料浆，这就决定了设计方向为：化工、立式、单级、轴流。 泵主要由泵体、传动轴和传动装置等组成。传动专制是将原动机的动力传递给泵轴的中间装置。 泵设计最主要的是水力设计——叶片及导叶的水力设计。叶片的水力设计采用两种方法：圆弧法和升力法。经分析比较：采用圆弧法设计的轴面投影图叶片更为光滑，难度相对更高。采用升力法设计的轴面投影图虽然比圆弧法设计的稍微差点，但是，由于当今国内的制造水平对于三维曲面的加工还相对落后，即使是好的设计也是难以加工出来的，对于空间曲面加工效果好的机床是五轴联动机床，国内包括在国内的外企，拥有五轴联动机床的公司屈指可数。回头来看升力设计法，这种水力设计法虽然可能相对简陋，但是它简单实用，可操作性强，更加适合初级设计人员，对于本科毕业生来说是更好的操练工具。 导叶则采用的是流线设计法。由于导叶是按锥面分流线，所以设计为空间导叶。水力设计之后是结构设计。结构设计决定着泵的受力情况，影响到泵的许多零件的强度问题，所以也是相当重要的。 此次设计主要依据关醒凡教授的《现代泵设计手册》进行水力设计，所有图纸均采用AutoCAD软件绘制。
课程设计说明书 设计题目：离心泵水力设计 设计参数：流量0.1m3/s， 扬程62m， 转速1450rpm 学生姓名： 学号： 班级： 完成日期： 指导教师（签字）： 能源与动力工程学院
目录 第一章绪论.............................................................................................................................. - 2 - 1.1泵用途........................................................................................................................... - 2 - 1.2泵的分类....................................................................................................................... - 2 - 1.3离心泵主要部件........................................................................................................... - 3 -第二章结构方案确定................................................................................................................ - 4 - 2.1 确定安装高度.............................................................................................................. - 4 - 2.2 确定泵进、出口直径.................................................................................................. - 5 - 2.3 确定效率和功率以及电动机的选择.......................................................................... - 5 - 2.4 功率的确定.................................................................................................................. - 6 -第三章叶轮水力设计.............................................................................................................. - 7 - 3.1 叶轮进口直径D0的确定............................................................................................ - 7 - 3.2确定叶轮出口直径....................................................................................................... - 7 - 3.3确定出口宽度b2.......................................................................................................... - 8 - 3.4确定叶片数................................................................................................................... - 8 - 3.5确定叶片出口角........................................................................................................... - 8 - 3.6确定叶片实际厚度....................................................................................................... - 8 - 3.7用速度系数法确定进出口轴面速度........................................................................... - 8 - 3.8确定叶片出口排挤系数............................................................................................... - 8 - 3.9确定叶片包角φ.......................................................................................................... - 9 - 3.10精算叶轮出口直径D2................................................................................................ - 9 -第四章叶轮的CAD设计 ..................................................................................................... - 10 - 4.1轴面图绘制及过水断面检测..................................................................................... - 10 - 4.2轴面流线的绘制......................................................................................................... - 13 - 4.3进出口边参数的确定：............................................................................................. - 14 - 4.4方网格保角法叶片绘型：......................................................................................... - 16 -第五章压水室的设计............................................................................................................ - 18 -D的确定 ................................................................................................. - 18 - 5.1 基圆直径3 5.2 压水室的进口宽度.................................................................................................... - 18 - 5.3 隔舌安放角和隔舌螺旋角 ........................................................................... - 18 -第六章参考资料.................................................................................................................... - 19 -第七章设计感悟........................................................................................... 错误！未定义书签。