离心泵水力设计——叶轮设计——2 先后盖板型线

时间  2020-06-10 标签 离心泵 水力 设计 叶轮 先后 盖板

1 叶轮设计计算

1.9 设计先后盖板型线

设计先后盖板型线样式

事实上，咱们已经有了叶轮的轮毂直径 d h d_h 、进口直径 D j D_j 、出口直径 D 2 D_2 、出口宽度 b 2 b_2 四个参数。接下来就要肯定叶轮的先后盖板也就是轮盘（hub）和轮盖（shroud）在轴面投影图上的型线样式了。html

书中所说：“按比转数接近的叶轮的轴面投影图做为参考，根据前面算得的基本尺寸，作叶轮轴面投影图。”web

不难看出，这个设计主要靠经验了，依据经验并参考比转速相近的叶轮先后盖板样子，设计先后盖板型线，通常采用直线加圆弧的样式。小程序

那么问题来了，是按照咱们前面本身设计的 D 2 = 265 m m D_2=265mm 画，仍是按照这个真实泵的 D 2 = 255 m m D_2=255mm 来画呢？咱们这里偷个懒，直接照着这个模型泵的轴面投影图进行绘制便好了。app

绘制叶轮轴面投影图

其实，对于学过绘图的咱们，画这样的图并不是难事，将轴面投影图的绘制步骤整理以下：svg

  1. 绘制轴心线、上盖板水平线，以及轮毂线（对于穿轴叶轮而言）。
  2. 绘制后盖板线（外径 D 2 D_2 ，和倾斜角度来绘制）。AutoCAD中用 @长度<角度 来绘制便可。@表示以当前点为起始点坐标，长度<角度 为极坐标方式寻找点。
  3. 绘制后盖板大圆角（圆角命令）。
  4. 绘制叶轮出口宽度 b 2 b_2 。
  5. 绘制前盖板上部的倾斜直线段，根据前盖板倾斜角度绘制。
  6. 绘制前盖板大圆，先寻找圆心，画一个平行于轴心线距离为 132 m m 132mm 的水平直线，圆心位于该水平直线上，而后从前盖板与出口边交点出发绘制一个长度等于大圆弧半径 R = 227.1 m m R=227.1mm 的且垂直于前盖板末端倾斜直线段的线段，再今后线段的左端点出发做垂线，该垂线与圆心所在水平直线的交点即为圆心的位置。而后从圆心位置出发，绘制 R = 227.1 m m R=227.1mm 的大圆便可。
  7. 绘制前盖板小圆弧，用圆角命令，绘制 R = 25 m m R=25mm 的圆角于大圆和上盖板水平线之间。
  8. 裁剪掉多余的辅助线和圆弧线等。
  9. 标注尺寸，完成轴面投影图的绘制工做。直径标注符号可用%%c，标注格式可在特性里做更改。
    至此，轴面投影图绘制完毕！

在这里插入图片描述

检查轴面流道过水断面变化状况

为了肯定先后盖板的型线设计恰当与否，须要检查轴面流道过水断面的变化状况，即检查F-L曲线。工具

先作流道内切圆

内切圆的作法以下：性能

  1. 先把先后盖板的多段曲线组合成一个曲线。
  2. 用半径由小到大的圆去作先后盖板的内切圆，采用AutoCAD中的切点、切点、半径绘圆命令便可。
  3. 将圆心链接起来为光滑曲线，这即是流道中线。注意流道中线与中间流线的不一样，中间流线后面将会讲到。
  4. 须要注意的是，出口边因为先后盖板可能倾斜，此时没必要非要和先后盖板相切，直接用出口边为直径，出口边中点为圆心作圆便可。由于这种倾斜仅仅是为了让流动不要扩散得太厉害，更好地规划流动状态而已。

作好的流道内切圆和流道中线以下图所示spa

在这里插入图片描述

接下来检查F-L曲线

近似方法1：

若是比转数 n s n_s 比较小（叶轮较为瘦小的），则在流道中线上取 l 1 , l 2 , l 3 , . . . , l n l_1,l_2,l_3,...,l_n ，各相应点的内切圆半径为 r 0 ′ ( i . e . , b 1 / 2 ) , r 1 ′ , r 2 ′ , . . . , r n ′ ( i . e . , D 2 / 2 r^\prime_0(i.e., b_1/2),r^\prime_1,r^\prime_2,...,r^\prime_n(i.e., D_2/2 ），按下表计算相应点的过流面积。其中 l i l_i 为流道中线从进口起始端点开始到当前点的曲线长度，即流道中线长度，在CAD中量取。设计

序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
r i r_i 27.50 29.06 31.42 35.28 40.63 47.57 56.53 68.56 76.18 84.70 94.92 108.72 127.14
r i ′ r_i^\prime 27.5 26 24 22 20 18 16 14 13 12 11 10 9
F i = 4 π r i ′ r i F_i=4\pi r_i^\prime r_i 9503 9495 9476 9754 10211 10760 11366 12062 12445 12772 13121 13662 14379
l i l_i 0 16.25 25.47 34.46 43.53 53.03 63.50 76.12 83.81 92.36 102.62 116.44 134.88

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
通常来讲，若是F-L曲线为直线或接近于直线的光滑曲线，则叶轮轴面投影图就是合理的。若是F-L曲线无规则地上下波动，则说明叶轮轴面流道设计不良，须要修改叶轮先后盖板轮廓形状，再进行检查，直至F-L曲线为一直线或接近于直线的光滑曲线。可是对于一些特殊泵，如冷凝泵等，为了既保证高抗汽蚀性能，又保证高效率，能够容许F-L曲线为“S”形曲线。3d

近似方法2：

若是比转数比较大（叶轮较为肥胖），则流道较宽，用上述方法检查就存在必定的偏差，必须采用下述方法进行检查。以下图所示，内切圆 O O 与先后盖板分别相切于 A A 点和 B B 点，做三角形 Δ A O B \Delta AOB ，过 O O 点做 A B AB 的垂线 O C OC ，与直线 A B AB 相交于 C C 点，分别过 A A 、 B B 点做 A O AO 和 B O BO 的垂线，两垂线交于 D D 点，以 D D 点为圆心， D A DA （或 D B DB ，显然 D A = D B DA=DB ，由于 D D 点位于 ∠ A O B \angle{AOB} 的角平分线上）为半径画弧，则弧 A B ⌢ \overset{\frown}{AB} 即为轴面液流过流断面的造成线，将弧AB绕叶轮轴心线旋转一周，就能够获得轴面液流过流断面，其面积大小，可用弧 A B ⌢ \overset{\frown}{AB} 的长度 b i b_i 和其形心到叶轮轴心线的距离 r i r_i 与 2 π 2\pi 的乘积来表示，即 F i = 2 π r i b i F_i=2\pi r_i b_i ，即空间环面的面积。弧 A B ⌢ \overset{\frown}{AB} 的长度可用软尺量出或按下述公式计算 A B ⌢ = b i ≈ ( 2 A B + A O + B O ) / 3 = 2 ( A B + A O ) / 3 \overset{\frown}{AB}=b_i\approx(2AB+AO+BO)/3=2(AB+AO)/3 ，而弧 A B ⌢ \overset{\frown}{AB} 的形心能够近似认为与三角形 Δ A O B \Delta AOB 的重心 i i 相重合，众所周知，等腰三角形 Δ A O B \Delta AOB 的重心 i i 位于中垂线 O C OC 的三分之一处，即 ，这样，即可以将 i i 点的位置肯定下来。如此类推，便可获得流道中线，各相应点的 b i b_i 、 r i r_i 值，按照以下表格计算相应点的面积 F i F_i 便可。

其实，在AutoCAD中绘制弧 A B ⌢ \overset{\frown}{AB} 时不用这么麻烦，直接用圆弧命令的起点、端点、方向命令来绘制即可，角度给定的是起点的切线方向，也就是 A O AO 或者 B O BO 。弧长可直接由特性查得。
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序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
r i r_i 27.50 29.06 31.42 35.28 40.63 47.57 56.53 68.56 76.18 84.70 94.92 108.72 127.14
b i b_i 55 51.40 47.20 43.26 39.36 35.50 31.66 27.80 25.86 23.91 21.94 19.98 17.98
F i = 2 π r i ′ b i F_i=2\pi r_i^\prime b_i 9503 9556 9680 10046 10520 11043 11587 12246 12555 12854 13173 13697 14400
l i l_i 0 16.25 25.47 34.46 43.53 53.03 63.50 76.12 83.81 92.36 102.62 116.44 134.88

做过流断面面积F随流道中线长度L的变化曲线，并进行检查，检查方法与上述状况相同。
绘图能够在excel中绘制带平滑线和数据标记的散点图。也能够在matlab中处理绘图。还能够采用Origin绘图软件来整。

在这里插入图片描述

精确方法：

由形心公式来计算形心点的坐标值：
在这里插入图片描述
流道中线在轴面投影图上的曲线长度依旧在AutoCAD中剪切后量取，圆弧长度依旧在AutoCAD中量取，而圆弧的形心则由matlab小程序计算获得。
首先在AutoCAD中用格式->单位中将角度单位精度修改成1e-6；
接下来用工具->数据提取，建立新的数据提取，随便放一个文件夹里面，起一个名字；
下一步，选择在当前图形中选择对象，而后依次选择所要提取数据的圆弧，回车确认；
下一步，则显示圆弧；
下一步，类别过滤器中仅仅勾选几何图形，左侧选择圆心的x和y坐标，以及起点角度和总角度，半径也须要输出来以便计算形心，也能够把弧长输出来，这样就不用一个一个量取了。
下一步，能够不勾选显示计数列和显示名称列，则AutoCAD把要输出的数据放在了一个大表里面；
下一步，选择将数据输出至外部文件（.xls，.csv，.mdv，.txt），设置输出文件夹位置和文件名称；
下一步输出成excel的xls文件便可，完成。
打开excel文件便可找到全部的圆弧信息。

用matlab读入这些圆弧的信息，而后用形心公式计算形心点就OK了！也能够手动一个个算形心，稍微麻烦点而已。这样形心到轴线的距离也能够获得了！从而能够完成过流断面面积F的计算了！！

在这里插入图片描述所得数据

序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
r i ( m a t l a b ) r_i(matlab) 27.5000 28.2096 29.5936 30.9711 32.6369 34.6321 36.9422 39.5641 42.5057 45.7870 49.4431 53.5309 58.1423 63.4335 69.7032 77.0606 85.3133 95.2521 108.6488 117.9429 127.5000
b i ( A u t o C A D ) b_i(AutoCAD) 55.0000 53.7897 51.4009 49.1962 47.2002 45.2201 43.2540 41.3002 39.3570 37.4226 35.4955 33.5739 31.6562 29.7408 27.8259 25.8612 23.9052 21.9437 19.9769 18.9826 18.0000
F i = 2 π r i ′ b i F_i=2\pi r_i^\prime b_i 9503.317777 9534.026555 9557.600966 9573.436180 9679.053727 9839.886825 10039.89474 10266.76907 10511.11830 10766.03109 11027.02835 11292.39951 11564.61608 11853.63353 12186.57028 12521.63879 12814.12842 13133.01333 13637.43789 14067.18934 14419.91028
l i l_i 0 9.2352 16.0600 20.8952 25.4492 29.9443 34.4204 38.9155 43.4694 48.1270 52.9434 57.9919 63.3793 69.2787 76.0164 83.5993 92.1171 102.3157 115.9822 125.3433 135.2372

F-L绘图
在这里插入图片描述我的感受，也不必追求神马高精度的检查方法，从上图能够看出，不一样检查方法之间的差异微乎其微，并且自己这个水力设计就是一个经验为主的不大准确的似是而非的模棱两可的一个过程，只要说得过去基本也就差很少了。

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