流体机械课程设计
流 体 机 械
课 程 设 计 说 明 书
题 目: 流体机械课程设计
课 程: 流体机械原理
专 业: 热能与动力工程
班 级:
学 号:
姓 名:
指导教师:
日 期:
流体机械课程设计
目录
Ⅰ. 课程设计的目的与要求·······························1 Ⅱ. 设计任务·············································1 Ⅲ. 叶轮的水力设计 ·····································1
一. 确定比转速ns ·······································1
二. 叶轮进口部分计算···························1
三. 叶轮出口部分计算·······················四. 叶片数的选择和叶片其他参数的确定········3 Ⅳ. 叶轮的绘型···························4
一. 画出轴面图·····························4
二. 验证过流部件的合理性···················5
三. 绘制截面流线·······································6
四. 绘制中间流线····································6
五. ····································7
六. ···································8
七·······························9
八. ·····································10
九. ·······························12
流体机械课程设计
Ⅰ. 课程设计的目的与要求
1、设计目的
通过流体机械课程设计的实践教学,进一步加深对课堂知识的理解,初步掌握运用流体机械基本知识进行离心泵、轴流泵叶轮的水力设计及木模图的绘制,培养学生独立解决工程实际问题的能力。
2、要求
(1)熟悉离心泵、轴流泵叶轮设计的一般原则、
(2计基本流程;
(3)培养CAD 绘图的能力;
(4技术问题的能力;
(5袭。
Ⅱ. 设计任务
(1)流量Q=0.15m3/s。
(2)扬程。
(3。
(4H s=5.7m。
~80
Ⅲ.
一. ns :
n s =3. 65n Q
H 3
4=3. 65⨯1450⨯0. 15273
4=173
n s 在30~300之间,故选用单级单吸式离心泵。
二. 叶轮进口部分计算:
2.1 确定叶轮进口直径D 0
兼顾汽蚀与效率,k 0=4.0
D ' =k 0Q 0. 15=4⨯=188mm n 1450
单级单吸式离心泵,取d h =0
D 0=D ' 2+d n =188mm 2
2.2 确定叶片入口边直径D 1
n s =173 取D 1=0. 9D 0=169mm
3.1 确定叶轮出口直径D 2
n k D 2=19. 2(s ) 6=21100
2gH =334m m D 2=k D 2 n
πD 2n 同时可得:u 2==25. 3660
1
3.2 确定叶片出口安放角β2 由n s =173, 查表得:k m 2=0. 158
v m 2=k m 22gH =3. 6可取m =1. 25
v m 2 β2=arcsin(m sin β1) =23. 5v m 14.2 确定叶片厚度
4.3 计算叶片入口排挤系数ε1
ε1=πD 1=1. 1 1Z πD 1-sin β1
式中δ1=2. 5mm ----入口处的叶片实际厚度
流体机械课程设计
4.4 计算叶片出口排挤系数ε2 ε2=πD 2=1. 1 2Z πD 2-sin β2
式中δ2=4mm ----出口处的叶片实际厚度
4.5 确定叶片包角ϕ
取ϕ=100
Ⅳ. 叶轮的绘型
一. 画出轴面图
叶轮
叶轮流道宽畅一些,也有利于增强叶轮抗气蚀性能,前盖板以一段圆弧过渡两直线,可取大一些。此圆弧与直线相切,也应与1/2比值一般在1.2~2这一范围内。必要时,
图一:轴面设计图
流体机械课程设计
二. 验证过流部件的合理性
检查步骤如下:(1)在周面投影图流道内作6~10个内切圆。内切圆个数越多,检查精度越高,但是工作量也越大。将这些内切圆圆心用光滑的曲线连接起来,便是叶轮流道中心线。
(2)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面积,流道中线如图2-2所示。
(3)连接相应的圆心与前后盖板的切点,如下图中三角AOB ,将三角形中垂线OD 分为三等分,分点为E 和C 。过E AEB 是过水断面的形成线,其长度b AOB 的重心重合(C 点),重心半径为R c 。
设曲线 AEB 长为b ,曲线 AEB 断面面积可用F 来计算。各过流断面的面积F F ,用横坐标表示流道中线长度X ,做出F 值随X F i 沿流道的变化
情况,如下图所示一般来说,如F-X 则叶
图二:流道面积图
流体机械课程设计
三. 绘制截面流线
如图三所示:
四. 绘制中间流线
一元理论假设流动是对称的,在同一过流断积。而每段2π的乘积相等。
b 1,b 2,而b 1,b 2形心到轴心线距R b 1R b 1b 1=2πR b 2b 2 或 R b 1b 1=R b 2b 2。
然后进行验算。在同一过流断面否则,重新修改流线形状,直到面积相这些小段曲线与直线相近,检查时可以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%。
结果如下图四所示:
流体机械课程设计
五. 将三条流线分点
所谓保角变换,顾名思义,换。等。因此只在相似,而不追求由此可见,将扇形两边分别切成两段,相应的流线由相似的关系,则对应
∆θ的射线。这两条射线表示夹角为∆θ的一般取∆θ=3︒~5︒。从出口开始,先试取∆s ,若∆s ∆u ,与试取的∆s 相等,则分点是∆s =∆u 为止。第1点确定以后,2、3、4……点。当流线平行轴线时,∆u 不变,用对应的∆s 截∆θ分点。
本题中取∆θ=4︒,过程(如图五)及结果(如图六)所示:
流体机械课程设计
图六:分点结果图
六. 绘制流面展开方格网
在其上绘制流线,因为保角变化法绘型时基于局部相似,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∆θ的轴面,画出方格网并把
流体机械课程设计
特征线进行编号。而后在其上绘制流线,通常先画中间流线。流线在方格网上的位置应该与相应轴面流线分点序号相对应。进出口角度应与预先确定好的值相符,包角大小可以灵活掌握。型线的形状极为重要,不理想时,应该坚决修改。必要时,可以改变叶片进口边的位置,包角的大小等。
进口边在方格网中位于同一竖线上,进口边的三点位于同一条0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位于同一轴面上。离心泵绘型的流线不理想时,进出口边均可不位于同一轴面上,如何布置,主要由方格网上流线的形状和下步所述的轴面截线形状的好坏来决定。如图七所示:
图七:流面展开方格网
就是叶片的三条型线。用轴面(相当于方格网把方格网中的每隔一定的角度的竖线和三条流线的交点,对应于编号1、2、3、4…… 的位置,用插入法分别插到轴面投影图相应的三条流线上,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,就会带来铸造困难、排挤严重和过水断面形状不良
(湿周增长)等缺点。γ角可按照公式cot γ=cot λcos β进行计算。
9
热动1102 111701207 马如
10 热动1102 111701207 马如
加厚后图如图十所示:
11
热动1102 111701207 马如
流体机械课程设计
九. 构造等分线及绘制木模图
绘制步骤:
(11-1,2-2……这些垂线通常称为割面或者等高面。它们于叶
叶轮为逆时针方向旋转。我们就把叶片工作面的木把背面的木模截线画在投影图的左侧。本此设计1-1,2-2……是等距离的,但也可以不是等距
O 并在其中做中心角为∆ϕ的轴面投影图的0、(30点垂直线的左部,又将沿前盖板处的叶片工0点垂直线的右部,于是便得到叶片的内外极限轮廓线。他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、Ⅰ、Ⅱ轴面截线于a 、b 、c 三点,它们到轴心线距离分别为R a 、R b 、R c 。在平面投影图上以0为圆心,以R a 、R b 、R c 为半径画弧交于0、Ⅰ、Ⅱ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1-1截叶片背面的模型
12
热动1102 111701207 马如
流体机械课程设计
截线。同理:可作出其它各条模型截线。
这样就完成了叶片木模图的绘制(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% 1.55%作为收缩量,钢和铜的叶轮应该加2.5%作为收缩量),木模截线图如图所示。
图十一:等高线
13 热动1102 111701207 马如
流体机械课程设计
表二:交线长度数据图
图十二:木模图
14
热动1102 111701207 马如