离心泵课程设计
目 录
第一章 绪论…………………………………………………………………………3 1.1 泵的用途………………………………………………………………………3 1.2 泵的分类………………………………………………………………………3 1.3 离心泵主要部件………………………………………………………………4 第二章 结构方案的确定……………………………………………………………5 2.1 确定泵比转速…………………………………………………………………5 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 联轴器处轴径的初步确定及轴的结构设计…………………………………6 第三章 叶轮的水力设计 …………………………………………………………7 3.1 叶轮进口直径D0的确定 ……………………………………………………7 3.2 确定叶片入口边直径D1………………………………………………………8 3.3 确定叶片入口处绝对速度V1和入口宽度b1…………………………………8 3.4 确定叶片入口处圆周速度u1 ………………………………………………8 3.5 确定叶片数Z …………………………………………………………………9 3.6 确定叶片入口轴面速度Vm和入口安放角β1………………………………9
1
3.7 确定叶片出口安放角β2和叶轮外径D2 ……………………………………9 3.8 确定叶片厚度S………………………………………………………………9 3.9 计算排挤系数ε1………………………………………………………………9 3.10 确定叶片包角ϕ……………………………………………………………10 3.11 确定叶片出口宽度b2 ……………………………………………………10
'
3.12 计算有限叶片时，液体出口绝对速度v2以及v2与u2的夹角α2…………11 3.13 叶轮的轴面投影图以 ………………………………………………………12 第四章 压水室的设计 ……………………………………………………………12 4.1 基圆直径D3的确定……………………………………………………………13 4.2 压水室的进口宽度……………………………………………………………13 4.3 隔舌安放角α3 ………………………………………………………………13 4.4 泵舌安放角θ ………………………………………………………………13 4.5 断面面积F …………………………………………………………………13 4.6 当量扩散角……………………………………………………………………14 4.7 各断面形状的确定……………………………………………………………14 计算数据汇总 ………………………………………………………………………16 结束语 …………………………………………………………………………17 参考文献 …………………………………………………………………………18
第一章 绪论
1.1泵用途
农业灌溉和排涝，城市给水排水；动力工业中锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；采矿工业的矿山排水泵、水砂充填泵；石油工业中泥浆泵、注水泵、深井才有泵、输油泵、石油炼制泵等；化学工业中耐腐蚀泵、比例泵、计量泵。
1.2泵的分类
泵：通常把提升液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。 （1）叶片泵：利用叶片和液体相互作用来输送液体，如离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。
（2）容积泵：利用工作容积周期性变化来输送液体，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。
（3）其它类型泵：只改变液体位能的泵，如水车；或利用流体能量来输送液体的泵，如射流泵、水锤泵等。
3m/h，扬程在8~2800m范围内使用离心泵比较合适。 流量在5~20000
优点：效率高、体积小、重量轻、转速高、流量大、结构简单、性能平稳、
容易操作和维修等。
缺点：启动前需要灌泵、液体粘度对泵性能有较大影响，如下图1-1所示。
图1-1离心泵输送清水的粘度极限
1.3离心泵主要部件
⎧[叶轮
]:将原动机能量传递给液体的零件；一般前盖板、后盖板、叶片轮毂组成；分为闭⎪
⎪式、半开式和开式叶轮（很少用）。⎪⎪
⎪[吸入室]：使液体以最小损失均匀进入叶轮；锥形、圆环形、半螺旋形吸入式。⎪⎪
⎪[压出室]：以最小损失将叶轮中流出的液体收集，均匀的引至吐出口或次级叶轮，顺便将⎪
⎪一部分动能变为压能；螺旋形、环形、径向导叶、流道式导叶和扭曲叶片式导叶。⎪⎪
⎪[密封环]:为减少高压区液体向低压区流动。泵体和叶轮上分别安装了两个密封环——泵离心泵⎨
⎪体密封环和叶轮密封环。⎪⎪
⎪[轴封机构]：泵轴伸出泵体处，旋转泵轴和固定泵体之间有轴封机构，减少压力液体流出⎪
⎪泵外和防止空气进入泵内；有骨架橡胶密封、填料密封、机械密封和浮动环密封。⎪⎪
⎪[轴向力平衡机构]：作用在转子上的力不平衡产生了轴向力，单级泵用平衡孔或平衡管，⎪多级泵采用平衡盘或平衡鼓。⎪⎪⎪
⎩离心泵还有泵轴、中段、轴承体、托架、支架、联轴器等主要零部件
图1-2 离心泵的叶轮
第二章 结构方案确定
2.1 确定比转数
3.65nH3/4
计算泵的比转数ns，确定泵的结构方案。公式为
ns=
(10—1）
式中 Q——单吸叶轮泵的流量，m3/s H——单级叶轮泵的扬程，m。 则：
3.65⨯2900⨯
ns=
60 =100.224
2.2 确定泵进、出口直径
泵的进出口直径 。吸入口直径Ds由进口流速vs(经济流速)决定，Ds= 初选vs=2—3.5 m/s 试选 vs=3.0 m/s
4Q
πvs
则
Ds=
4⨯150/36003.1415⨯3.0
=132.983 mm 按标准取Ds=135 mm
而出口直径Dt按经验公式Dt＝（0.7～1.0）Ds确定。 对于低压小流量泵，取泵出口直径，则取Dt=Ds=135 mm
2.3 确定效率和功率以及电动机的选择
1）估算容积效率：
ηv=1-
=1-
1
21+0.68ns
1
=0.94 23
1+0.68⨯100.224
2） 估算机械效率： ηm=
1
2
1+ns
1
=0.93 2
1+.224
=
3) 总效率：η=0.77 4） 估算水力效率：
ηh=
η
ηm⋅ηv
0.77
=0.88
0.93⨯0.94
=
轴功率：
Pa=
γQH
1000η
39.8⨯10⨯150⨯60=31.818 kw =
1000⨯0.77⨯3600
配套电机功率Pc=KPa=1.2⨯31.818=38.182 kw
选用电动机查《机械设计课程设计》附表9-1，选用Y225M-2 型电 动机。其参数为同步转数为3000 r/min，满载转数为2970 r/min, 额定功率为45 kw。错误！未找到引用源。
2.4 联轴器处轴径的初步确定及轴的结构设计
1）轴径的确定
泵轴的直径应按其承受的外载荷（拉、压、弯、扭）和刚度及临界转 速条件确定。因为扭矩是泵轴最主要的载荷，所以在开始设计时，可按扭矩确定泵轴的最小直径（通常是联轴器处的轴径）。
97360Pc
n
97360⨯38.182
==1281.862 kg⋅cm
2900
扭矩Mn=
泵轴选用35 Q275，正火处理,查表[错误！未找到引用源。]=(400500)kg/cm2，取τ=450kg/cm2错误！未找到引用源。
最小轴径： dmin=
Mn
0.2τ1281.862
=24.24 mm
0.2⨯450
=
2）轴的结构设计
考虑轴上零件的固定和定位，以及装配顺序，选用下图装配方案：
图1-3 轴上零件装备图
第三章 水利设计（速度系数法）
3.1 叶轮进口直径D0的确定
1) 求V
V0=KV0查《泵产品设计规程》图1-1-15得KV0=0.20 ∴V0=0.2⨯2⨯9.8⨯60=6.859 m/s 2） 求通过叶轮的流量Q' Q'= =
Q
ηv
160
=0.047 m3/s
0.94⨯3600
3） 求叶轮进口直径D0
4Q'
D0=
πV0 =
4⨯0.047
3.1415⨯6.859
= 93.407 mm
3.2 确定叶片入口边直径D1
D1一般按ns确定：ns=100
200 取D1=D0=93.407 mm
3.3 确定叶片入口处绝对速度V1和入口宽度b1
取 V1=V0=6.859m/s
Q'
b1=
πD1V1 =
0.047
3.1415⨯0.093⨯6.859
= 23.454 mm
为提高气蚀性能可适当增大b1，取b1=30 mm ,经验表明，叶片入口过流断面积和叶轮入口面积之比，在下列范围内较好： 1.1
πDb2πD
3.1415⨯0.093⨯0.023πD1b1
= = 1.012 合适。 22
3.1415⨯0.093πD0
4
4
3.4 确定叶片入口处圆周速度u1
u1=
60
3.1415⨯0.093⨯2900
=
60
= 14.121 m/s
πD1n
3.5 确定叶片数Z
对ns=100（60
250） Z=6
3.6 确定叶片入口轴面速度Vm1和入口安放角β1
Vm=ε1V1 取ε1=1.3 ， 则Vm1=1.3⨯6.859=8.917 m/s
1
'
设进口无旋，则液流角β1为：
tanβ1=
'
Vm18.917'
= 解得β1=32.27 u114.121
取叶片入口安放角为： β1=33︒
3.7 确定叶片出口安放角β2和叶轮外径D2
一般取β2=16︒
高ns 取小值，低ns取大值，通常取β2=20︒40︒ ，
30︒
在这里取β2=30︒ ，由图1-1-15取Ku2=1.00 。 u2=Ku22gH=1.00⨯2⨯9.8⨯60
= 34.293 m/s
D2=
60u260⨯34.293
= πn3.1415⨯2900
= 225.851 mm
3.8 确定叶片厚度S
叶片厚度S可按下列经验公式计算： S=KD2
H160+1 =5⨯0.226⨯+1= 5 mm， 材料为铸铁。 z6
3.9 计算排挤系数ε1
叶片圆周厚度δ1和节距t1 δ1= t1=
S5
== 9 mm ︒
sinβ1sin33
πD13.1415⨯93.047
== 48.718 mm z6
ε1=
t1πD1
*
t1-δ1πD-1
sinβ1
=
48.7183.1415⨯0.093
= 1.3 ⨯
0.005⨯648.718-93.1415⨯0.093-
sin33︒
此处计算的ε1与假设的ε1相符，不需要重算。
3.10 确定叶片包角ϕ
对ns=60
220的泵，一般取ϕ=75︒
150︒ ，低ns取大值，取ϕ=135︒
3.11 确定叶片出口宽度b2
由图1-1-15取KVm2=0.14 ，叶轮出口轴面速度为： Vm2=KVm22gH=0.14⨯2⨯9.8⨯60=4.801 m/s 叶片出口圆周厚度： δ2=
5S==10 mm sinβ2sin30︒
叶轮出口宽度b2：
Q'
b2=
πD2-Zδ2Vm2 =
0.047
3.1415⨯0.226-6⨯0.01⨯4.801
=15.061 mm
3.12 计算有限叶片时，液体出口绝对速度v2以及v2与u2的夹
'
角：α2
Vu2∞=u2-
Vm2
tanβ2
4.801
=25.977 m/s tan30︒
=34.293-
2
P=2ϕZ*r
2r2r2
2-1
⎛0.2262
=2⨯0.9 ⎫⎝2⎪
⎭6⨯⎛ 0.226⎫2⎛0.093⎫
2
=0.3596 ⎝2⎪⎭- ⎝2⎪⎭
式中：ϕ=（0.550.68）+0.6sinβ2（经验系数）取ϕ=0.9
VVu2∞u2=
1+P 25.977
1+0.3596
=19.1064 m/s
α'
Vm2
2=tan-1V u2
=tan-1
4.801
19.1064
=14︒
V=2
2
2u2+Vm2
=.10642+4.8012
=19.700 m/s
3.13 叶轮的轴面投影图
图1-4 叶轮轴面投影图简图
第四章 压水室的设计
压水室是指叶轮出口到泵出口法兰（对节段式多级泵是到次级叶轮出口前，对水平中开水泵则是到过渡流道之前）的过渡部分。设计压水室的原则：
1、水力损失最小，并保证液体在压水室中的流动是轴对称的,以保证叶轮中的流动稳定；
2、在能量转换过程中，轴对称流动不被破坏；
3、消除叶轮的出口速度环量，即进入第二级叶轮之前，速度环量等于0。 4、设计工况，流入液体无撞击损失。
5、因流出叶轮的流体速度越大，压出室的损失hf越大，对低ns尤甚，因此对低ns泵，加大过流面积，减小损失hf。
4.1 基圆直径D3的确定
D3=(1.031.10)D2 ，取 D3=1.08D2=1.08⨯0.226=243.919 mm
4.2 压水室的进口宽度
b3=b2+2S+C=15.061+2⨯5+10=35.061 mm （取C=10mm）
4.3 隔舌安放角α3
︒'α3=α2=14
4.4 泵舌安放角θ 查手册，取θ=25︒ 4.5 断面面积F
采用速度系数法，查得Kv3=0.36 ，压水室中液流速度： V3=KV32gH=0.36⨯2⨯9.8⨯60=12.345 m/s 第8断面的面积：F8= 其他各断面面积：
150Q
==3375.186 mm2 V312.345⨯3600
77
F8=⨯0.00337=2953.287 mm2 8866
F6=F8=⨯0.00337=2531.389 mm2
8855
F5=F8=⨯0.00337=2109.491 mm2
8844
F4=F8=⨯0.00337=1687.593 mm2
8833
F3=F8=⨯0.00337=1265.695 mm2
8822
F2=F8=⨯0.00337=843.797 mm2
8811
F1=F8=⨯0.00337=421.898 mm2
88
F7=
4.6 当量扩散角
扩散角错误！未找到引用源。常用范围为θ=6︒10︒，取θ=8︒错误！未找到引用源。
4.7 各断面形状的确定
确定δ角： 一般δ=15︒
求A、B值:
90︒-δ90︒-20︒︒
A=tanδtan=tan20⨯tan=0.2549
22
︒
90︒+δ2︒90+20︒B=A(1-A)cosδ+2πA=0.2549(1-0.2549)cos20+⨯2⨯3.14⨯0.25492=0.3031360360
30︒，取δ=20︒
求断面高H及半径R（8个断面分别求）
-b+b3+4BF1
断面1:H1=3
2B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯421.898
==10.989 mm
2⨯0.3031 R1=A*H1=0.2549⨯10.989=2.801 mm
2
-b+b3+4BF2
断面2：H2=3
2B
2
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯843.797
==20.451 mm
2⨯0.3031 R2=A*H2=0.2549⨯20.451=5.213 mm
-b+b3+4BF3
断面3：H3=3
2
= 断面4： = 断面5： =
断面6： = 断面7： =2B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯1265.695
2⨯0.3031=28.886 mm
R3=A*H3=0.2549⨯28.886=7.363 mm
2
H=-b3+b3+4BF4
42B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯1687.593
2⨯0.3031=36.571 mm
R4=A*H4=0.2549⨯36.571=9.322 mm
2
H-b3+b3+4BF5
5=2B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯2109.491
2⨯0.3031=43.676 mm
R5=A*H5=0.2549⨯43.676=11.133 mm
2
H-b3+b3+4BF6
6=2B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯2531.389
2⨯0.3031=50.314 mm
R6=A*H6=0.2549⨯50.314=12.825 mm
2
H-b3+b3+4BF7
7=2B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯2953.287
2⨯0.3031
=56.569 mm
R7=A*H7=0.2549⨯56.569=14.419 mm
-b+b3+4BF8
断面8：H8=3
2B
-35.061+35.0612+4⨯0.3031⨯3375.186
==62.936 mm
2⨯0.3031 R8=A*H8=0.2549⨯62.936=16.042 mm
2
叶片计算数据汇总
结束语
为期一周的课程设计终于结束了，虽然整天很忙碌很疲
劳，但感觉收获还是蛮大的。通过这次课程设计，不仅学到了离心泵水利设计的知识，而且还学会了运用各种软件。尤其是后者，通过这几天的学习和使用，我们已经基本掌握了这些软件的使用方法和特点，比如说word和excel，以前只是懂了个皮毛，现在有了更深一步的了解和学会了大部分基本使用方法，我想这些软件的使用技巧，会在我们以后工作中有很大的帮助。特别是Autocad我们又重新熟悉了以前学会的技巧。
以前我们在课堂上只是学到了简单的关于离心泵的理论知识，并没有考略到实际的工作原理和实际的工况。而本次课程设计正是我们理论结合实际的好机会。在课程设计过程中，我能够运用自己掌握的理论知识去分析离心泵的结构和实际工作情况，使理论知识得到充实、印证、巩固和深化。
七天的专注和辛劳，换回了我们对课程设计的重新认识，对离心泵的结构和工作原理的深刻理解，让我们学会了理论与实际结合的目的。通过这次课程设计，我既体会到学习书本知识的重要性，又提高了自己解决实际工程问题的能力，这为后续的学习以及将来的工作奠定了坚实的基础。
在此，我特别感谢来老师的时时刻刻的指导，让我一次次克服困难，还有队友的相互帮助。
参考文献
1.水泵及水泵站习题实验课程设计指导书
2.泵的理论与设计 关醒凡 机械工业出版社 T414/19 3.现代泵技术手册 关醒凡 1959.9
4.离心泵 陈乃祥 吴玉林 TH311/C527 5.离心泵与轴流泵原理及水利设计 丁成伟 T414.2/5 6.叶片泵原理及水利设计 查森 T414.2/7
安徽理工大学课程设计成绩评定表