（一）设计任务

1.设计目的

掌握离心式水泵叶轮的水力设计基本原理和基本方法，了解叶轮与水泵进、出水室的水力衔接和联系，加深对课堂知识的理解，培养学生进行产品设计、水泵技术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：流量Q=144m3/h；扬程H=50m；转速n=2950r/min；效率η=80%；汽蚀比转数c=1000。

（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。

（二）设计内容及成果要求

1.设计内容

包括以下几个方面：

（1）泵和叶轮的基本参数的选择和计算。

（2）泵的效率、汽蚀性能的估算和校核。

（3）叶轮内流道的设计及水力性能检查。

（4）用 “保角变换法”进行叶片的设计及绘型。

（5）绘出叶片的剪裁图（木模图）。

2.成果要求

要求提供的设计成果包括：设计说明书一份 （约1.2万字）；设计图纸3张，即叶轮水力尺寸图 （叶轮零件图）、叶片轴截线图和保角变换方格网图、叶片剪裁图（木模图）。

成果质量要求如下：

（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、论点及结论均应交代出处。

（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等内容，统一装订成册。

（3）设计图纸要求图面清晰、整洁，尺寸准确、齐全且符合标注要求，线条匀称，投影关系正确。

（4）说明书最后应有小结。设计小结是对设计关键问题或方法的认识或不完善之处所作的说明。叶轮水力设计是水泵设计的基础和关键，其所引用的理论、方法、设计程序和步骤，亦可应用到其他有关水力机械设计中去，深入的理解和掌握这些设计理论和方法，不仅可以增强学生的专业知识，而且对学生的技能也是一种锻炼，认真对设计中的某些问题进行小结分析，对提高学生的专业素质和分析、解决问题的能力是十分必要的。

（5）课程设计要求在规定的时间和规定的教室内完成，课程设计不仅是对学生独立工作能力的培养，也是一项较全面的对学生素质水平的考核。学生必须认真对待，同学之间亦可以互相讨论、研究，但不能抄袭或套用数据。

（三）设计步骤

设计者应根据设计任务书中给定的设计参数，参考有关文献或设计资料，按设计任务书中的要求完成设计任务。以下设计步骤，可供参考：

（1）计算泵的比转数ns，确定泵的结构方案。公式为

式中 Q——单吸叶轮泵的流量，m3/s；

H——单级叶轮泵的扬程，m。

分析说明采用单吸还是双吸、采用单级还是多级泵较为合适，最终确定泵的结构方案。

（2）确定泵进、出口直径。吸入口直径Ds由进口流速vs（经济流速）决定

出口直径Dt按经验公式Dt=（0.7～1.0）Ds确定。Ds、Dt要求按标准直径选择，且符合通用要求。

（3）计算泵的允许汽蚀余量[Δh]或允许吸上真空高度[Hs]。公式如下

（4）泵转速n的确定。按满足汽蚀要求校核转速。公式为所用转速均应与电动机档次一致。

（5）计算泵的轴功率P，确定配套电动机的型号及传动方式。公式为

配套功率为P′=（1.1～1.2）P。

（6）估算设计泵的效率（ηv、ηh、ηm 及η）。总效率η应符合国家标准的要求。

（7）计算泵轴的最小直径dmin，并取标准直径。公式为

（8）确定叶轮的穿孔轴径dB。

（9）确定叶轮的轮毂直径dh。画出泵轴草图，校核轮毂强度 （键槽处轮毂的最小壁厚δmin＞4～5mm）。

（10）确定叶轮进口直径D0。可由叶轮进口的速度系数kv0，求出叶轮进口流速v0，即

再由叶轮进口流速v0求得叶轮进口直径D0，即

也可先计算出叶轮进口的折引直径D′，即

(www.daowen.com)

再由折引直D′计算出口直径D0，即

（11）初定叶片出口安装角β2（或出口直径D2）。如先定β2 时，一般可取β2=20°～30°（与ns有关），以后精算D2。如先定D2，则可用式（2-3-11）先估算D2，即

式中

ku2——圆周速度系数。

或用下列统计公式粗估D2，即

（12）确定叶轮出口宽b2。按统计公式（2-3-14）计算，即

（13）选定叶片数z。当ns=60～120时，z=6～7。

（14）确定叶片厚度δ （以mm计）。可用经验公式（2-3-15）估算，即

式中 H——泵的扬程，m；

D2——叶轮外直径，m；

A——经验系数，与ns和材料有关，见表2-3-1。

表2-3-1　经验系数A选择表

（15）确定叶片包角φ。90°＜φ＜120°（与ns成反比）。

（16）精算叶轮外径D2（或β2），公式及算法见离心泵和轴流泵水力计算的相关内容。根据以上思路计算确定的各个参数，由于其中引入了不少经验系数，在一般情况下应是可靠的，但又有较大的近似性和灵活性，所以计算出来的数据，有时要用几种方法来验证，有的则可从不同角度去推求。某些参数的选定，在很大程度上取决于设计者的经验和水平，所以在设计时，要反复推敲。

（17）绘制叶轮轴面流道投影图。参照同比转数泵，拟定叶轮前后盖板轮廓线 （盖板倾角、转弯、半径等）。

（18）检查轴面流道过水断面的面积变化是否合理。具体做法如下：

1）在轴面流道投影图内，作若干内切圆，流道转弯处要求适当加密。

2）参考有关教科书图的作法，作出过水断面形成线，求出各内切圆中心的轴面液流过水断面的面积fi，公式为

计算可从进口断面开始，按断面编号列表进行。

3）作过水断面面积随流道中线长度l变化的fi—l曲线，并检查其曲线的合理性。

（19）按一元流理论（riΔbi=const）分流线，并作出v′m=f（s）曲线。

（20）确定叶片入口边位置。叶片进口边的恰当位置应是使叶片进口边与前盖的交点A再略大于或等于叶轮吸入口直径的地方。该交点和进口边与后盖的交点B的连线与叶轮轴心线的夹角为α。α取值一般为低比转数泵α=20°～30°；中比转数泵α=30°～45°；高比转数泵α=45°～60°。这样的叶片进口边布置，对于提高泵的效率和吸程是有利的。

（21）计算和确定叶片进口安装角β1（用逐次逼近法进行）。

加冲角时，应注意以下变化规律：

（22）用保角变换法进行叶片绘型。步骤如下：

1）轴面流线分段。

2）在方格网上画展开流线。

3）绘制轴面截线。

4）在轴面图上对叶片加厚。

5）画叶片剪裁图。

6）检查流道水力性能（作w—l、vur—l曲线）。

（四）课程设计思考题 （可在设计说明中选择发挥）

（1）叶轮水力设计的主要任务是什么？

（2）叶轮设计中对泵的转速n的选择有什么作用和意义？

（3）系数法的实质是什么？

（4）为什么要估算效率？怎样估算效率？

（5）说明叶轮进口折引径系数Ko的取值与叶轮汽蚀性能和水力效率ηh 的关系。

（6）泵叶片进口β，为什么要大于液流角β′？

（7）什么是过流断面？怎样利用过流断面分别绘制流线？

（8）什么是保角变换（以应用的实例说明）？

（9）叶片剪裁图（木模图）中，扭曲叶片表面的形状是由哪三个坐标来定位的？轴面截线图（不作等高线）又是哪三个坐标？