第1章引言
1.1课题背景及意义
泵是使用极其广泛通用机械，种类甚多，和人们日常生活有着分不开的关系，可以说只要有液体流动的地方，绝大部分都有泵在使用。并且，在科学的快速前进发展中，泵的使用范围正在变得越来越广。离心泵的结构种类繁多，而它是各个种类的泵中用的最为多的其中一种，普遍应用在城市内的供水、石油化学与工业、船舶制造业、农业灌溉等大众日常生计和国民经济相关的单位中。据统计，离心泵在所有泵种类的产品中的总产值几乎占据了 70%，总装机容量占泵类装机容量的 75%还要多。随着离心泵技术的快速前进发展，其使用领域将越加宽泛，作用更加巨大[2]。离心泵的工作部件是轴对称的旋转体，其高速性能很好（一般的泵主轴转数能达到 3000 转/分钟），故高速、高效、高能力是离心泵发展方向之一[3]。为了使得离心泵在同样体积和重量之下，产生出更大流量和扬程，同时还减小电机功率的消耗，就必须得提高离心泵工作的转速和效率。高速离心泵是美国 60 年代研制成功的，早期应用在火箭以及空间技术设备[4]，而这项技术在 1967 年被日本的日机装公司引入，在七十年代初开始制造该泵，往后，高速泵在美国、日本以及欧洲的应用领域渐渐变大，很快宽泛的使用于化学加工行业领域特别在乙烯工业，最高转速已达 34000 转/分钟[5]。而我国近年来在泵业也有很大的发展与提高，对泵的参数优化、齿轮泵的困油冲击和载荷、噪声的控制、降低齿轮泵的流量脉动、齿轮泵的高压化等做了不少的工作，其中在液压齿轮泵、输油齿轮泵领域的研发已达国际先进水平[2]。但是目前在国内外公开性发表文献对高速离心泵开发和研制却很少提及。
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1.2中低比转速高速离心泵研究的现状
由于中低比转速离心泵的流道比较长而且窄，使得叶轮摩擦时消耗能量在流道内损失较多，因而效率会因此降低。并且因为叶轮内流道分散的比较严峻, 在工况流量比较小的情况下,易在叶轮的进出口和内部出现回流或者脱流, 导致进一步加大损耗, 在外部属性上就呈现于其扬程与流量关系曲线具有驼峰, 因此在工况流量比较小的情况下, 中低比转速离心泵易出现不稳定情况[16]。另外其对性能要求非常的高，一般都在主叶导轮前添加个诱导轮来提高气蚀性能。最近二十年, 为了解释中低比转速泵中的独特难关, 国内外许多科学家以及技术人员做了大量研究[17]。日本 Sun-dyne 公司研制的立式高速泵, 能适用于输送小流量( Q( 6 m3/h )) 的超低比转速高扬程的介质, 然而效率只能达到 20%, 因此能量的损失特别大。笔者通过对超低比转速高速诱导轮离心泵机组的测试探究得到结论, 采用长、中、短叶片相间的复合式叶轮是设计高性能离心泵的关键[18]。国内研究人员对中低转速离心泵不稳定回流产生的机理实行了探究。 Stepanoff[19]是第一对离心泵的回流进行研究的学者，他认为是能量坡度维持着液体流动，当流量降低到接近 0 时，因为液体本身的粘性力，叶轮可能使入口周围的圆周速度得到增加，所以叶轮入口处的液体产生倒流。Fraser[20]却认为离心扬程通过确定的叶轮直径和流量来说不产生变化，但是动扬程却是个流量的函数，在流量与扬程的关系曲线上，在某些点动扬程一旦超过离心扬程，那么在这些点上，压力的梯度发生了反转方向，从而导致流动的方向发生反转，这就导致了回流的生成。李意民[21]通过实验以及理论对低比转速离心泵内回流机理进行解析，总结出叶轮入口回流的产生主要是由旋转速度分量引起的，还提出致使小流量不稳定情况的主要因素也是回流。
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第2章电解液泵的水力设计
2.1离心泵主要参数确定
离心泵的主要参数包括：流量，扬程，转速，装置气蚀余量，效率，介质性质，泵进出口直径，功率。而流量，扬程，转速，介质性质已经给出。装置气蚀余量用于计算最大转速，但是转速已经给出无需计算。所以本章主要计算泵进出口直径，比转数，效率，功率的计算。
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2.2初步确定叶轮主要尺寸
离心泵的核心部件是叶轮，泵的效率主要取于叶轮的主要尺寸和形状[7][8]，所以离心泵的水力设计都从叶轮的主要尺寸开始。而叶轮的主要尺寸有：叶轮的进口当量直径D ，叶轮的出口宽度b ，叶轮的外径D ,叶片的出口角β 等。叶轮尺寸确定方法有以下两种：相似换算法，速度系数法。本文主要以速度系数法来进行计算。本章通过利用相似原理对电液循环离心泵进行水力学分析计算，，对泵的主要参数和结构尺寸进行确定，尤其是叶轮主要尺寸的确定。
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第3章离心泵叶轮绘型....21
3.1叶片轴面图的绘制.......21
3.2流道中线的绘制....25
3.3F-L 曲线的给定..... 32
3.4作轴面投影图的中间流线.........35
3.5叶轮进口速度........40
第3章F-L 曲线的给定..... 32
4.1作轴面投影图的中间流线.........35
4.2叶片进口边的选取.......39
4.3叶轮进口速度........40
4.4本章小结.........60
第5章离心泵实体加工以及实验检测........61
5.1离心泵三维绘型...........61
5.2离心泵的实体加工.......63
5.3Q3.6H20 型电解液泵实验装置 ........ 67
5.4实验原理.........67
第5章离心泵实体加工以及实验检测
5.1离心泵三维绘型
根据所得叶轮及压出室的绘型图，利用三维造型软件分别对叶轮及蜗室进行绘制。考虑到叶轮直接整体加工所需工作量大且不易完成，故采用分部制作的方法使实体加工便捷化。具体绘制方法为：将叶轮分为两个部件，分别绘制叶片及后盖板部分与叶轮前盖板以及整体部件。所得叶轮三维图如 5.1 以及 5.2 所示。得到三维绘图后，根据三维图及二维装配图对泵及其零件进行实体加工。加工方式主要采用数控机床加工。它将和加工零件有关消息（工件和刀具相对运动产生轨迹的所得到的尺寸，切削加工的工艺，和各种辅佐加工等消息）运用既定的字符、数字和符号组成的代码，通过固定的格式编辑为加工程序，然后根据控制装置输入到数控设备中，通过数控装置经历解析运算后，发出所需要与加工程序相应的信号和指令进行自动加工。在实物加工中往往会出现某些问题在设计中不曾发现需要我们根据实际情况进行改进。在本次加工中我们发现由于泵壳尺寸与端盖尺寸过小，而无法使用标准尺寸下的螺栓进行固定。为了成本以及使用安全考虑，加宽端盖外径并且在蜗客与端盖连接的接口接上一个与下端盖等外径的圆盘。这样就可以在外圆盘打孔，用上标准尺寸螺栓进行固定。这样可以使泵的固定点更加的多，固定的更加牢靠，增加了使用的安全系数。
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总结
本文以实验室自行研发制造的 Q3.6H20 电解液循环泵为模型，分别进行水力设计，叶轮绘型，压水室设计以及实体加工和实验。较全面的介绍了此型号离心泵的研发设计，制造以及实际验证的流程。现将本课题研究结果做如下总结：
(1) 归纳整理了国内外离心泵研发近况和发展趋向，为课题提供了解决问题方向。
(2) 通过利用相似原理对电液循环离心泵进行水力学分析计算，，对泵的主要参数和结构尺寸进行确定，尤其是叶轮主要尺寸的确定。
(3) 在水力学分析计算基础上对泵的叶轮进行绘型，其结果满足叶轮轴面投影图（叶轮前、后盖板型线、流道中线、中间流线等）的绘制与检验。为下一步三维图形绘制的基础。
(4) 提出了离心泵蜗壳梯形截面涡室的一种新计算方法。并用此方法对泵的蜗壳进行绘型，分析压水室（蜗壳）结构几何参数对泵特性的作用，选择适当参数进行压水室（蜗壳）的设计计算。并绘制完成压水室（蜗壳）过水截面为下一步三维图形的绘制提供数据支持。
(5) 在前述研究内容完成的基础上，对泵的过流部件（叶轮、蜗壳等）进行三维图绘制，完成 Q3.6H20 电液循环泵的实体加工。对 Q3.6H20 电液循环泵实体泵进行水力性能试验，绘制泵性能曲线（Q - H（流量扬程）曲线、Q -N（流量功率）曲线、Q -η（流量效率）曲线），分析试验结果，泵性能满足研发要求。
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参考文献（略）