XKS-253P型潜水泵的设计.wps

1、1摘摘 要要 我们知道水泵技术是一门半理论半经验的试验学科，试验性研究在水泵发展中具有举足轻重的地位和作用。此处在参阅了大量的国内外有关文献的基础上，着重探讨了水泵的叶轮的 CAD 新技术的设计应用和探索。流体机械在设计制造过程中，无论是采用手工方法还是计算机手段，一般的过程为:设计一样机性能试验一制造。根据流体机械的设计过程;往往需要更多次试验方能成功，这样设计成本高且周期长，已经无法适应市场的开发模式变化。随着 CAD,CAM 等系统的一体化集成大势所趋，有效地实施和利用这项技术，对于新产品的开发形势十分有利。本文以离心泵叶轮的水力设计和结构特点的研究建立其设计模型，通过对目前此种技术程度

2、不高的现状分析，找出其中的关键问题，提出了一体化的实现思想和决定方案。叶轮是复杂曲面类零件的典型代表，又是水泵的关键部分，此处主要对叶轮的设计部分作详细阐述。一，在其设计部分，我们主要涉及:1.叶片的形状由轴面形状和回转面形状两个要素共同确定，系统根据叶 片的设计特点和设计要求，分别建立了轴面流线与流线展开线型线的 调控机制，提高了设计的灵活性，使设计修改更加灵活方便。2，叶片绘制中从空间流面展开到平面方格网上，需要对轴面流线进行分 点，这里在对轴面流线的几何关系研究的基础上，建立了轴面流线分 点计算的数学模型，解决了分点的数值计算问题。3.通过使用变量化技术采用尺寸驱动的方法结合有关约束条件

3、实现了 叶轮盖板的设计与造型。总的说来，整个系统的发展和完善还需要结合更多的科学知识和技术的支持和辅助。而本文的设计思想和实现手段大多都是在参考有关文献和有关生产实际需要的基础上提出。若有不妥，敬请提出批评指正。关键词：水泵;叶轮;CAD 技术;使用维护2ABSTRACTThe fluid mechanics often follow the same procedure:designsample testmanufacture .According to the characteristics of the fluid mechanics,it often takes the designe

4、rs several times of sampler tests to ensure the result of design.Obviously，this design model is out of date.Along with the improvement of CAD techniques,the CAD/CAM system is becoming the trend in the near future.With the convenience of this technique,the development of new products will be great im

5、proved.The paper focuses on the techniques and brings up some new ideas on pump impeller design.1.Part of design.The shape of the impeller fan is determined by two factors:The shape of axial side and the shape revolving side.In the system.I have developed the shape control mechanisms,the system gets

6、 more flexibility than other system.In the process of fan designing,the system must divide axial streamline.By researching on the geometrical relationship of the divide axial streamlines.I have constructed the mathematical models of dividing axial streamlines.By using the variant technique,the proce

7、sses of structure design have met both the dimensional,requirements and constructional requirements.Generally speaking，this paper is only a partial work of the pump design integration.It still needs more knowledge and techniques to get perfect.And the writer really hopes that knot the research work

8、will soon be useful in the actual practice of engineering area.The design ideas and methods and origin from the reference and relates factories.It may still contain some errors.If you have any advice,please contract me.KeywOrds：Pump ；Impeller ；CAD；Techniques ；Useful and Repair3目 录第一章 叶轮主模型的建立分析11.1

9、叶轮主模型的建立分析 11.2 叶轮主要参数的确定 11.3 轴面流道设计 31.4 叶片绘型 81.5 叶轮结构的设计 16第二章 有关潜水泵的其他要素的注意事项 182.1 速度的确定 182.2 橡胶轴承及其材料的选用 18第三章 潜水泵的正确使用 20 3.1 投入使用前的准备工作 20 3.2 正确用法 20结束语 21致谢 22参考文献 231第一章 主模型的建立分析1.1 叶轮主模型的建立分析 叶轮主模型是整个系统的核心，因而系统的开发首先就是要建立叶轮的主模型。由分析可知道，主模型的建立就是根据水力设计和结构设计确定叶轮的各项参数并将其存储在一系列数据类型及相关图形文挡中的过程

10、，它包括设计参数的确定及设计参数的组织两个主要部分。设计参数的组织与设计分析及造型部分的数据提取密切相关，因而在会有详细介绍。此章节主要介绍设计参数的确定过程是以一元设计理论是离心泵叶轮设计中最常用的经验性极强的设计方法。设计计参数的确定方案就是以一元流动理论为基础，运用人们长期实践总结的一整套水力参数确定方法:速度系数法，相似换算法等，将传统的水泵叶轮设计过程进行数学分析，并将上述算法与数据结构和程序设计方法统一于程序设计之中的过程。为了使设计者的经验得到充分发挥，系统在一元设计部分最大限度地提供了设计的灵活性，为设计创新创造了发挥空间。水泵的叶轮属过流部件，除了结构尺寸外，还有水力尺寸。考

11、虑到叶轮盖板与叶轮的形状约束及装配约束，必须先确定水力尺寸，再确定结构尺寸，因而，其设计过程也相应地分为水力设计和结构设计两部分组成。1.1.1 水力设计方案分析 水力设计的任务，在于给出符合流动规律的叶片。为此，应首先研究液体在叶轮中的运动规律。为了研究液体在叶轮中的流动规律，我们把叶轮内的液流从前盖板到后盖板分成若干层，每层相当于一个流面，液体只能沿着每层流动，层与层的液体不相互混杂。这样就把研究叶轮内的流动简化为研究几个流面的问题。每个流面的流动可能不同，但处理的方法相同，这样又进一步把研究叶轮的流动简化为研究一个流面上的流动问题。流面上液体相对运动的轨迹与叶片表面形状一致，即叶片与流面

12、的交线(相对运动的流线)，若把几个流面的交线按一定规律(进出口在同一轴面上等)串起来，就成为叶片的一个表面，加上厚度，则得到叶片的两个表面。可见，在一元设计理论中，水力设计实际上就简化为相对流线设计。1.2 叶轮主要参数的确定 在绘制轴面的投影图之前，必须先确定叶轮的主要几何尺寸。叶轮的主要几何尺寸如下图所示:2 (a)穿轴式叶轮 (b)悬臂式叶轮 图 1 叶轮主要几何尺寸示意图 在水泵设计中，需要给定以下设计参数:流量 Q、扬程 H、转速 n、装置汽蚀余量 NPSHa、效率等，根据以上参数可以确定水泵的结构方案，并计算出叶轮的比转数，然后利用一些经验来确定资料来确定叶轮的主要尺寸。我们知道水

13、泵内的流动是异常复杂的。即便是对于工况，现有的理论也无法精确地预测水泵内的流动，因而也不可能预测水泵的性能。因此，水泵的设计中通常都是运用水泵的相似理论，由经验模型来对实型泵进行参数设计。相似理论是流体机械设计中最为重要的理论，其理论出发点是流体力学。由流体力学可以知道，两个力学相似的液流必须满足几何相似、动力相似。所谓凡何相似就是指两台水泵的对应尺寸成同一比例，对应角度相等;运动相似是要求两台几何相似的水泵在运转时，其相应力的速度方向相同而大小成同一比例;对于水泵来说，只要满足几何相似和水泵内液流的运动相似，则动力相似也自然获得满足。因为水泵内流体的重力作用可以忽略不计，压力相似由于几何相似

14、而自然获得满足;粘性力相似也由于水泵内液流的雷诺数太大，一般处于自模拟区而近似满足，因此在水泵设计中一般不考虑动力相似而只根据几何相似和运动相似(即速度三角形相似)来推导水泵的相似定律。运动相似又称工况相似。只有几何相似才有运动相似，(如图 2 所示)因而几何相似是前提条件。需要指出一点的是，理论计算从理论上来讲是比较严格的，但是计算过程中用到的水力效率、有限叶片数修正系数等，也只能用经验公式估算，所以理论计算实际上也是近似的。以此推导的计算公式使用时必须先假定设计参数，因而常被用作校核计算公式。系统设计中，采用了模型换算法和速度系数进行参数的初始确定，然后再用理论计算法来校核有关参数的设计方

15、案。3 图 2 速度三角形相似1.3 轴面流道设计1.3.1 轴面型线的绘制 叶轮的主要尺寸确定可以后，便可以开始绘制叶轮轴面图。由理论分析可知要确定叶轮的轴面投影，至少要己知叶轮一个盖板面或叶轮流道中线的轴面投影以及轴面液流过水断面积的分布。但是，目前还没有一个明确的准则可以用来确定叶轮盖板面或流道中线的轴面投影，也没有明确的确定叶片进出口边轴面投影的准则。主要还是依靠设计者的经验确定。因此，在确定轴面形状时，主要还是参考比转数接近的叶轮水力模型或是按照速度系数法进行计算得到。这种轴面流线的绘制只能是一种初始的设计，必须进行过水断面的检查以后才能确定轴面形状是否满足合计要求。本节所进行的轴面

16、型线的绘制所指:是按照其确定的几何参数来绘制出轴面的初始形状。轴面型线绘制时主要要注意以下三点:(1)保证流道光滑通畅;(2)叶轮出口前后盖板保持一段平行或对称的变化;(3)流道转弯处尽可能采用较大的曲率半径。在绘制完轴面型线初始形状后，轴面型线可能并不完全符合设计要求，因而需要建立相应的调控机制对初始形状进行修改和调控。1.3.2 轴面流面调控机制 在水泵叶轮内的流场分析中，常常使用准三元理论。在此方法中，认为 S:流面是轴面上某条流线饶轴旋转而成。因此，叶轮内部流场不仅受到叶片形状的强烈影响，而且与轴面的形状有关。在一般的离心泵设计中，在确定叶轮轴面形状时，几乎全部采用比转数相近的、性能优良的叶轮轴面形状作为参考，考虑设计泵的具体情况加以改进。这样将会产生一些人为的误差，将直接影响叶轮的性能，4因此，在设计中必须加强轴面型线的设计灵活性，具体而言就是建立轴面流线的调控机制。在叶轮轴面流道的设计过程中，设计者总希望沿着流道的轴面速度有一个预先给定的分布，以便由此决定的流场能满足给定的要求。在一元定常的情况下，这种对轴面流速沿程分布的要求，实际上就是对流道过水断面积沿程分布的要求。对轴