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离心泵叶轮的设计
离心泵的水力设计主要是设计叶轮和泵壳，下面我们了解下其中的叶轮。
离心泵产生的理论压头计算：
离心泵常被认为是一种动能机器。
叶轮的旋转使叶轮中的流体高速旋转，从而将能量传递给液体，这个概念可以用数学等式表示出来：
H i=u2x c u2/g
式中H i——离心泵产生的理论压头，ft；
u2——叶轮外直径处的旋转速度，ft/s；
c u2——液体离开叶轮的旋转速度，ft/s；
g——重力加速度，ft/s2。
下面是3种基本的叶轮设计：
1）封闭式叶轮，在叶轮的前后面都有封闭罩（旋转壳体）；
2）半开放式叶轮，只在一边有封闭护罩，并且紧密地和另外一边静止壳体相连；
3）开放式叶轮，只在一边有或者没有封闭罩（如图）。
离心泵中液体的转速：
流体进入离心泵吸入管时没有旋转速度，当流体进入叶轮的旋转管路中时，它开始以叶轮的旋转速度旋转。
液体被挤出叶轮中心，并且它的旋转速度与叶轮直径成比例。
可以用下面方式算出任何直径的液体叶轮转速：
u=D X N/229
式中u——液体旋转速度，ft/s；
D——速度计算点的直径，in；
N——叶轮旋转速度，r/min；
1/229——单位换算系数。
叶轮里压头损失通常包括摩擦损失、涡流损失、流体再循环损失、入口耗损和出口损失。
在壳体会发生附加损失。
应当注意的是，离心泵产生的压头取决于流体速度而不是被泵吸入的流体。
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。
ss v Q4D 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：4/3rNPSH Qn 62.5C =四、计算比转数n s ，确定水力方案4/3s H Qn 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。
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/sDs=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。
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。
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。
ss v Q4D 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：4/3rNPSH Qn 62.5C =四、计算比转数n s ，确定水力方案4/3s H Qn 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。
什么是离心泵？先说什么是离心。
离心其实是物体惯性的表现。
比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。
但是如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动。
就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会断开，石块将会飞出。
这个就是所谓的离心。
离心泵就是根据这个原理设计的。
高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出，从而达到输送的目的。
离心泵有好多种。
从使用上可以分为民用与工业用泵，从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。
离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函。
1、叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。
叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。
2、泵体也称泵壳，它是水泵的主体。
起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。
3、泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。
4、轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热！滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的，加油到油位线。
太多油要沿泵轴渗出并且漂*，太少轴承又要过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因(是否有杂质，油质是否发黑，是否进水)并及时处理！5、密封环又称减漏环。
叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。
为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之间为宜。
6、填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。
主要设计参数本设计给定的设计参数为： 流量Q=33500.01389mmhs=，扬程H=32m ，功率P=15Kw ，转速1450minrn =。
确定比转速s n根据比转速公式343.65145046.3632s n ⨯=== 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3159.5510955098.81450t P M N m n =⨯=⨯=⋅其中P ——电机功率。
1.2泵的最小轴径对于35号调质钢，取[]5235010Nm τ=⨯，则最小轴径0.02424d m mm ==== 根据结构及工艺要求，初步确定叶轮安装处的轴径为40B d mm =，而轮毂直径为(1.2~1.4)h B d d =,取51h d mm = 2. 叶轮进口直径jD 的初步计算取叶轮进口断面当量直径系数0 4.5K=，则0 4.50.09696D K m mm ==== 对于开式单级泵，096j D D mm == 3. 叶片进口直径1D 的初步计算由于泵的比转速为46.36，比较小，故1k 应取较大值。
不妨取10.85k =，则110.859682j D k D mm ==⨯=4. 叶片出口直径2D 的初步计算220.50.5246.369.359.3513.7310010013.730.292292s D D n K D K m mm --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭====5. 叶片进口宽度1b 的初步计算()002221114/4//v vm j j hvQ Q V V D D d Q b DV ηηππηπ===-=所以 220111144j j v V D D b V D K D ==其中，10v V K V =,不妨取0.8v K =，则22118535.42440.863.75jv D b mm K D ===⨯⨯6. 叶片出口宽度2b 的初步计算225/65/6246.360.640.640.33731001000.33730.00727.2s b b n K b K m mm ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭====7. 叶片出口角2β的确定取2β=15°8. 叶片数Z 的计算与选择取叶片数Z=8，叶片进口角0155.8β=。
主要设计参数本设计给定的设计参数为： 流量Q=33500.01389mmhs=，扬程H=32m ，功率P=15Kw ，转速1450minrn =。
确定比转速s n根据比转速公式343.65145046.3632s n ⨯=== 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3159.5510955098.81450t P M N m n =⨯=⨯=⋅其中P ——电机功率。
1.2泵的最小轴径对于35号调质钢，取[]5235010Nm τ=⨯，则最小轴径0.02424d m mm ==== 根据结构及工艺要求，初步确定叶轮安装处的轴径为40B d mm =，而轮毂直径为(1.2~1.4)h B d d =,取51h d mm = 2. 叶轮进口直径jD 的初步计算取叶轮进口断面当量直径系数0 4.5K =，则0 4.50.09696D K m mm ====对于开式单级泵，096j D D mm == 3. 叶片进口直径1D 的初步计算由于泵的比转速为46.36，比较小，故1k 应取较大值。
不妨取10.85k =，则110.859682j D k D mm ==⨯=4. 叶片出口直径2D 的初步计算220.50.5246.369.359.3513.7310010013.730.292292s D D n K D K m mm --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭====5. 叶片进口宽度1b 的初步计算()002221114/4//v vm j j hvQ Q V V D D d Q b DV ηηππηπ===-=所以 220111144j j v V D D b V D K D ==其中，10v V K V =,不妨取0.8v K =，则22118535.42440.863.75jv D b mm K D ===⨯⨯6. 叶片出口宽度2b 的初步计算225/65/6246.360.640.640.33731001000.33730.00727.2s b b n K b K m mm ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭====7. 叶片出口角2β的确定取2β=15°8. 叶片数Z 的计算与选择取叶片数Z=8，叶片进口角0155.8β=。
Abstract摘要把液体提升、运送液体或者是增加液体的压力是泵的主要作用，泵可以把原动机的机械能转变成为液体的能量。
在当今年代里，工业迅速的发展，使得具有多种优点的离心泵在国民经济快速发展中获得了极为广泛的应用。
离心泵的优点包括：可在多种场合使用、本身的体积小、结构简单、操作方便、流量均匀、不易发生故障、使用寿命长、购买费与操作费用低等。
在各个方面都会涉及到离心泵的使用，例如在能源、工业、农业，甚至在当今的军事领域很多都利用了离心泵的基本原理。
关键词：叶轮，密封，装配，泵体，吸水室，压水室AbstractEnhance the liquid, a liquid or a transporting fluid pressure increase is the main action of the pump, the pump of the prime mover can be transformed into mechanical energy in the energy of the liquid. In today's era, the rapid development of industry, making the centrifugal pump has many advantages gained an extremely wide range of applications in the rapid development of the national economy. Advantages of centrifugal pumps include: available in a variety of occasions, their small size, simple structure, easy operation, flow uniformity, less prone to failure, long life, low purchase costs and operating expenses. Will be involved in all aspects of the use of centrifugal pumps, for example in the energy, industry, agriculture, and even in many1Abstractof today's military field use of the basic principle of centrifugal pump.2目录目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (3)引言 (6)第1章离心泵的概述 (7)1.1 离心泵的基本结构 (7)1.2 离心泵的工作原理 (8)1.3离心泵的拆装与装配 (9)第2章离心泵的水力设计 (11)2.1 泵的基本设计参数 (11)2.2 泵的比转速计算 (12)2.3 泵进口及出口直径的计算 (12)2.4轴的最小直径 (12)2.5 轮毂直径的计算 (13)第3章叶轮的水力设计 (13)3.1 确定叶轮进口速度 (14)3.2 确定叶片厚度 (14)3.3 叶片数Z的选择 (14)3.4叶轮进出口直径的计算 (15)3目录3.5 叶轮出口宽度 (15)3.6 出口直径与安放角的计算 (16)3.7叶片绘型 (17)第4章径向力轴向力及其平衡 (18)4.1 径向力及平衡 (18)4.2 径向力的计算 (18)4.3 轴向力及平衡及计算 (19)4.4 轴向力的平衡 (20)第5章泵零件选择及强度计算 (22)5.1 叶轮轮毂的强度计算 (22)5.2 轮毂热装温度计算 (22)5.3轴的强度校核 (23)5.4 键的强度计算 (24)5.5 工作面上的挤压应力 (25)5.6 切应力 (26)5.7 轴承联轴器的选择 (26)第6章泵体的厚度计算 (29)6.1 蜗壳厚度的计算 (29)6.2 中段壁厚的计算 (29)第七章吸水室与压水室的设计 (30)7.1 吸水室尺寸确定 (30)4目录7.2 压水室的作用 (30)7.3 蜗型体的计算 (31)7.4隔舌起始角 (32)7.5 蜗形体各断面面积的计算 (32)7.6 扩散管的计算 (33)第8章泵的轴封 (34)8.1常用的轴封种类及设计要求 (34)8.2 传统填料密封的不足 (34)8.3 填料密封的结构改造 (34)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)5引言引言作为一种给流体提供能量的通用机械泵在各种场合都得到应用,其中离心泵的应用最为广泛。
