自動(dòng)汽車(chē)清洗機(jī)

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1、 南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 作 者: 鐘達(dá)明 學(xué) 號(hào)： 054912214028 學(xué)院(系): 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 題 目: 自動(dòng)汽車(chē)清洗技術(shù) 指導(dǎo)者： 代昌浩 (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)) 評(píng)閱者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2021 年 5 月 南京理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ) 學(xué)生姓名： 鐘達(dá)明 班級(jí)、學(xué)號(hào)： 054912214028 題 目： 自動(dòng)汽車(chē)清洗技術(shù) 綜合成績(jī)： 指導(dǎo)者評(píng)語(yǔ)：

2、 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ) 評(píng)閱者評(píng)語(yǔ)： 評(píng)閱者(簽字)： 年 月 日 答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語(yǔ)：

3、 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 面向增壓供水流量配比柔性控制的新型流量閥，是二次供水系統(tǒng)中的重要組成部分。新型流量閥布置在水箱和管網(wǎng)之間，供水時(shí)分配水箱和管網(wǎng)中的流量比例，以保證對(duì)用戶的正常供水。 本課題主要是針對(duì)城市供水流量柔性控制設(shè)計(jì)了一個(gè)新型流量閥。流量閥的設(shè)計(jì)主要分為傳動(dòng)部分和噴射部分。噴口距、噴嘴徑、喉管直徑以及喉管長(zhǎng)度等等參數(shù)的選取，直接影響著流量閥的壓力損失、負(fù)壓的大小以及噴射效

4、果，故本課題集中對(duì)這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。并且對(duì)設(shè)計(jì)好的流量閥進(jìn)行負(fù)壓以及壓力損失的計(jì)算與分析，保證流量閥在工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)流量配比柔性控制。 關(guān)鍵詞 二次供水 射流泵 流量配比 柔性控制 流量閥 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title Design of a new flow value which can be controlled flexible For pressurized water system Abstract The new flow value, which can be controlled flex

5、ible for pressurized water system, is an important part of secondary water supply system.It is arranged between the tank and pipe network. When there is water supply, it distributes flow between the tank and pipe network. So that can ensure the user have normal water supply. The main task of this

6、paper is to design a new flow value which can be controlled flexible for pressurized water system.The design includes transmission parts and jet parts. Nozzle distance, nozzle diameter, pipe diameter and pipe length, and so on are the main parameters of the new flow value. The selection of these pa

7、rameters, impacts on the flow valve pressure loss, the negative pressure and jet effect, directly. Therefore, this project focuses on how to optimize these key parameters. At the same time, we calculate negative pressure and pressure loss of the designed new flow value flow valve, in order to ensur

8、e it works properly. Keywords Jet pump Flow ratio Flexible control New flow valve Secondary water supply 目 次 1緒論………………………………………………………………………… 1 1.1 課題來(lái)源 ……………………………………………………………………1 1.2 本課題研究背景和意義………………………………………………………1 1.3 本課題研究目標(biāo)………………………………………………………………3 1.4 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)……………………………………………

9、…………………4 2 新型流量閥的總體方案設(shè)計(jì) ……………………………………………5 2.1 總體方案設(shè)計(jì)原理 ……………………………………………………………5 2.2 電機(jī)的選擇 ……………………………………………………………………7 2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………8 2.4 射流部分結(jié)構(gòu)確定 …………………………………………………………… 14 2.5 其他部分的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………16 3 關(guān)鍵尺寸的計(jì)算、優(yōu)化 …………………………………………………………20 3.1 噴嘴的尺寸設(shè)

10、計(jì) ………………………………………………………………21 3.2 文丘里結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì) ………………………………………………………21 3.3 最佳噴嘴距的計(jì)算 ……………………………………………………………22 4 性能計(jì)算分析 ……………………………………………………………………25 4.1 負(fù)壓大小計(jì)算 …………………………………………………………………26 4.2 壓力損失計(jì)算 …………………………………………………………………27 4.3 新型流量閥流量配比分析 ……………………………………………………29 結(jié)論 …………………………………………………………

11、………………………31 致謝 …………………………………………………………………………………32 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………33 1 緒論 增壓供水流量配比柔性控制系統(tǒng)是二次供水系統(tǒng)中的重要組成部分，它的性能好壞直接影響整個(gè)二次供水系統(tǒng)的的工作效率和工作質(zhì)量。因此在滿足城市供水流量柔性控制的技術(shù)需求的同時(shí)，完成一種體積小、重量輕、流道通暢、流體阻力小、動(dòng)作靈敏、密封性能好、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、造型美觀、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高的新型流量閥的設(shè)計(jì)是非常必要的。 1.1 課題來(lái)源 本課題來(lái)源于南京爾順科技發(fā)展和南京理工大學(xué)的產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目“增壓供

12、水流量配比柔性控制系統(tǒng)研發(fā)”。 1.2 本課題研究背景和意義 研究背景 目前城市供水主要有以下兩種方式，（1）直接供水：即當(dāng)室外城市供水管網(wǎng)中水的壓力大于室內(nèi)用水壓力時(shí), 靠室外城市供水管網(wǎng)中的水壓直接將水供給各用戶； （2） 二次加壓供水：即采用水泵對(duì)室外城市供水管網(wǎng)的水進(jìn)行二次加壓, 然后供給各用戶。 我國(guó)大中城市室外供水管網(wǎng)的壓力一般都不能滿足室內(nèi)用水所需的壓力, 因此,多數(shù)都采用二次加壓供水。二次加壓供水是指單位或個(gè)人將城市公共供水或自建設(shè)供水經(jīng)儲(chǔ)存、加壓，通過(guò)管道再供用戶或自用的形式。自來(lái)水廠通過(guò)城市輸、配水管道供水，水壓一般為0.3MPa～0.4MPa，供水

13、有效高度只有30～40米。因此，二次供水是目前高層建筑供水的主要選擇方式。 二次供水設(shè)施是否按規(guī)定建設(shè)、設(shè)計(jì)及建設(shè)的優(yōu)劣直接關(guān)系到二次供水水質(zhì)、水壓和供水安全，與人民群眾正常穩(wěn)定的生活密切相關(guān)。二次供水設(shè)備發(fā)展至今，經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 第一代二次供水設(shè)備：是由水泵、上水池（或水塔）、下水池（水井）和上下水位自動(dòng)控制柜組成的供水系統(tǒng)。由自動(dòng)控制柜根據(jù)上水池水位高低來(lái)自動(dòng)控制水泵開(kāi)關(guān)。特點(diǎn)：短時(shí)停水有水用，而且二次污染嚴(yán)重，耗電大，土建費(fèi)用高，修建水池需占很大的地面積，對(duì)房地產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，是一種土地資源和有效售房面積的浪費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用還高。 第二代二次供水設(shè)備：是由水泵，氣壓罐，低水位水池（水井

14、）和自動(dòng)控制柜組成的供水系統(tǒng)。由控制柜根據(jù)水管內(nèi)的壓力來(lái)控制，壓力低時(shí)自動(dòng)開(kāi)泵，到達(dá)高壓時(shí)自動(dòng)關(guān)泵。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中效率低，占地面積大。短時(shí)停電可供5至10分鐘水用，但下水池二次污染嚴(yán)重，耗電大，運(yùn)行費(fèi)用高。 第三代二次供水設(shè)備：是由水泵，下水池（或水井），全自動(dòng)智能數(shù)控供水控制柜組成的供水系統(tǒng)。 第四代二次供水設(shè)備：具備第三代二次供水設(shè)備的所有功能外具備以下特點(diǎn)，直接接入管網(wǎng)，此二次供水設(shè)備通過(guò)負(fù)壓消除器和穩(wěn)壓平衡器保護(hù)自來(lái)水管網(wǎng)不形成負(fù)壓，避免了修建混泥土蓄水池或設(shè)水箱的麻煩。節(jié)省投資，同時(shí)在使用過(guò)程中也可大大節(jié)能，是目前最先進(jìn)最新的二次供水設(shè)備，在供水中應(yīng)用，可取代供水系統(tǒng)中的水塔、高

15、位水箱或氣壓罐等供水方式，性能穩(wěn)定、節(jié)能效果顯著，是國(guó)家重點(diǎn)推廣的節(jié)能新技術(shù)產(chǎn)品。 目前的二次供水一般采用以下兩種方式：（1）無(wú)負(fù)壓變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)；（2）射流泵輔助變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。這種供水方式最顯著的特點(diǎn)就是節(jié)能, 而 且室外城市供水管網(wǎng)的壓力越高, 節(jié)能效果越明顯, 當(dāng)這種供水方式與變頻調(diào)速供水系統(tǒng)相結(jié)合時(shí), 不僅能夠彌補(bǔ)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)在小流量時(shí)節(jié)能效果差的不足, 而且能夠提高節(jié)能效率, 因?yàn)樵谝归g室外城市供水管網(wǎng)壓力高,有時(shí)只靠射流泵即可維持水壓, 無(wú)需啟動(dòng)水泵, 進(jìn)而解決了變頻調(diào)速供水裝置在零流量下也有電耗的問(wèn)題, 另外, 這種供水方式雖然是通過(guò)射流泵與室外城市

16、供水管網(wǎng)相連, 但由于采用射流泵的孔口出流, 因此, 具有明顯的穩(wěn)壓和均衡水量的作用, 不會(huì)造成室外城市供水管網(wǎng)的降壓。采用射流泵輔助吸水的供水方式, 能充分利用室外城市供水管網(wǎng)中的水壓, 降低二次加壓供水的能量消耗, 對(duì)于城市供水管網(wǎng)壓力較高的地區(qū)節(jié)能效果尤為顯著, 二次加壓供水是城市供水的一種主要方式。 研究意義 二次供水作為城市高層建筑供水主要的選擇方式，為了保證城市供水管網(wǎng)的水壓穩(wěn)定,二次加壓供水水泵多采用間接抽水方式，即室外供水管網(wǎng)的壓力水先泄壓進(jìn)人貯水池, 二次加壓水泵再?gòu)馁A水池抽水加壓, 這種抽水方式的最大缺點(diǎn)就是不能利用室外供水管網(wǎng)的水壓, 使室外供水管網(wǎng)中的水壓白

17、白浪費(fèi)掉。每座大中城市都有幾百座, 甚至上千座二次加壓泵站, 如果都能充分利用城市供水管網(wǎng)的水壓, 節(jié)能效益將非常顯著。 隨著城市高層建筑的增多，二次供水的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，從機(jī)關(guān)到學(xué)校，從住宅到寫(xiě)字樓，等等。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一大批生產(chǎn)研發(fā)二次供水設(shè)備的企業(yè)。南京爾順科技發(fā)展是一家主要從事給排水節(jié)能設(shè)備研制開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、現(xiàn)場(chǎng)施工及技術(shù)服務(wù)的高技術(shù)公司。公司一直致力于給排水設(shè)備的節(jié)能降耗，始終堅(jiān)持“創(chuàng)一流產(chǎn)品、追求卓越服務(wù)”的理念，現(xiàn)已向社會(huì)和市場(chǎng)提供了各種規(guī)格型號(hào)的直接式（射流、無(wú)負(fù)壓）管網(wǎng)疊壓、普通變頻供水設(shè)備和污水處理及回用設(shè)備。此次產(chǎn)學(xué)研合作我們旨在創(chuàng)新增壓流量配比系統(tǒng)

18、的設(shè)計(jì)思路，為爾順公司提供更加先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)方案，最大程度滿足客戶需求，提高客戶產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，并為整個(gè)社會(huì)的節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。 隨著排水設(shè)備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，在實(shí)現(xiàn)流量柔性配比的同時(shí)，節(jié)能降耗成為研發(fā)二次供水設(shè)備時(shí)的重要考量因素。面向增壓供水流量配比柔性控制的新型流量閥是二次供水中的重要組成部分，這一系統(tǒng)的研究對(duì)于進(jìn)一步降低二次供水能耗、提高二次供水設(shè)備性能具有重要的意義。 1.3 本課題的研究目標(biāo) 本課題要求針對(duì)城市供水流量柔性控制的技術(shù)需求，完成一種體積小、重量輕、閥瓣關(guān)閉快速、流道通暢、流體阻力小、動(dòng)作靈敏、密封性能好、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、造型美觀、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高的新型

19、流量閥的設(shè)計(jì)及樣機(jī)試制。 具體目標(biāo)有以下幾個(gè)方面： （1）首先，為了實(shí)現(xiàn)流量閥面向增壓供水配比柔性控制的功能，從流量閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的原理上來(lái)說(shuō)，改變?nèi)肟诘慕孛娣e即可改變流量。參照提及的可調(diào)式射流泵流量調(diào)節(jié)的原理，設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的機(jī)構(gòu)，使得入口的截面積連續(xù)可調(diào)，即可實(shí)現(xiàn)流量閥面向增壓供水配比柔性控制的功能。 （2）確定流量閥的關(guān)鍵參數(shù)，如噴口距、噴嘴徑、喉管直徑以及喉管長(zhǎng)度等等。這些關(guān)鍵參數(shù)的選取，直接影響著流量閥的壓力損失、負(fù)壓的大小以及噴射效果。因此參照壓力損失，負(fù)壓大小的相關(guān)影響因素以及其影響方式，自由射流的條件等理論，分別通過(guò)計(jì)算確定這幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，完成流量閥的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)尺寸最優(yōu)化設(shè)

20、計(jì)。 （3）對(duì)設(shè)計(jì)好的面向增壓供水配比柔性控制的新型流量閥的功能進(jìn)行分析，根據(jù)所確定的相關(guān)結(jié)構(gòu)的尺寸，以及負(fù)壓、壓力損失的計(jì)算方法，計(jì)算確定設(shè)計(jì)出的流量閥的理論負(fù)壓大小以及壓力損失情況，從而分析流量閥流量配比以及流量調(diào)節(jié)的功能。 1.4 論文的內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 論文共包括四個(gè)部分： 第1章 ，緒論：介紹課題來(lái)源，項(xiàng)目背景，項(xiàng)目研究意義，研究目標(biāo)，以及論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。 第2章 ，新型流量閥的總體設(shè)計(jì)：確定了新型流量閥的整體設(shè)計(jì)方案，原理，細(xì)致的選擇了傳動(dòng)方式以及噴射結(jié)構(gòu)，還進(jìn)行了其他相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 第3章 ，關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算優(yōu)化：對(duì)噴嘴，文丘里結(jié)構(gòu)，噴嘴距等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算以及優(yōu)

21、化，使整個(gè)流量閥在工作過(guò)程中壓力損失最小，達(dá)到最高的工作效率。 第4章 ，性能計(jì)算分析：對(duì)設(shè)計(jì)出的流量閥從節(jié)能，負(fù)壓大小，壓力損失的角度分析了其工作效果，并論證了流量調(diào)節(jié)原理的可靠性。 2 新型流量閥的總體設(shè)計(jì) 2.1 總體方案設(shè)計(jì)原理 射流泵工作原理原理 本課題采用的設(shè)計(jì)思想是基于射流泵二次加壓供水方式的原理的。射流泵基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要有三部分組成:噴嘴、喉管和擴(kuò)散管。其工作原理是將工作流體通過(guò)噴嘴高速噴出，同時(shí)靜壓能部分轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。管內(nèi)形成真空，低壓液體被吸入管內(nèi)。兩股液體在喉管中進(jìn)行混合和能量交換，工作液體速度減小，被吸液體速度增大，壓力逐漸增加，在喉管出口處

22、速度趨于一致。混合液體通過(guò)擴(kuò)散管時(shí)，隨著流道的增大，速度逐漸降低，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，混合液體壓力隨之升高。 圖2.1 射流泵結(jié)構(gòu)圖 本課題的原理以及方案 參照上圖射流泵的基本原理，確定了最終的設(shè)計(jì)原理，如圖2.2所示：該系統(tǒng)主要閥芯調(diào)節(jié)錐、噴嘴、喉管（混合室）、擴(kuò)散室組成，通過(guò)調(diào)節(jié)錐在軸向上位置的移動(dòng)改變，噴嘴的有效截面積隨之而改變，實(shí)現(xiàn)水流在噴嘴處的相對(duì)高速噴射，根據(jù)射流原理，在噴嘴周?chē)a(chǎn)生“負(fù)壓”，將水箱中的水吸入，實(shí)現(xiàn)城市供水高峰期增壓泵供水量的有效補(bǔ)充和循環(huán)。 圖2.2 流量閥的總體結(jié)構(gòu)示意圖以及設(shè)計(jì)圖 調(diào)節(jié)錐的驅(qū)動(dòng)這里特別的設(shè)計(jì)了一個(gè)傳動(dòng)裝置。由于電機(jī)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，調(diào)

23、節(jié)錐進(jìn)行的是軸向移動(dòng)，因此傳動(dòng)部分通過(guò)齒輪以及蝸輪蝸桿進(jìn)行減速，配合螺旋傳動(dòng)，將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最終轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié)錐的沿軸線方向的直線移動(dòng)，如圖2.3所示。 齒輪 齒輪 蝸桿 擋環(huán) 蝸輪 閥芯 噴嘴 圖2.3 傳動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)示意圖 這種供水方式與傳統(tǒng)的水泵加壓供水方式的主要區(qū)別在于：這種供水方式水泵不直接從貯水池抽水，而是通過(guò)新型流量閥與室外城市供水管網(wǎng)直接相連，新型流量閥的吸水管與貯水池相連, 圖2.4為該供水方式的系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖。同時(shí)引入兩個(gè)差壓式流量計(jì)檢測(cè)管網(wǎng)以及水箱的流量，通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴的開(kāi)口面積的大小即可實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)和水箱之間流量的柔性配比，如圖2.

24、5所示。當(dāng)室外城市供水管網(wǎng)通過(guò)流量閥的供水量小于二次加壓水泵的抽水量時(shí)，室外城市供水管網(wǎng)中的壓力水作為流量閥的工作液體, 抽吸貯水池中的水，經(jīng)混合室混合后直接進(jìn)入水泵的吸入口；當(dāng)室外城市供水管網(wǎng)通過(guò)流量閥的供水量大于二次加壓水泵的抽水量時(shí)，室外城市供水管網(wǎng)不僅可以通過(guò)流量閥向水泵提供有壓水, 而且還可以將多余部分的水量通過(guò)射流泵的吸水管直接補(bǔ)充到貯水池，從而起到調(diào)節(jié)水量、傳遞壓力的作用。 5 2 3 1 1 4 1--城市供水管網(wǎng) 2—新型流量閥 3—水泵 4—貯水池 5—室內(nèi)管 圖2.4 供水方式的系統(tǒng)組成圖 圖2.5 改變噴嘴口的開(kāi)口面積后流量變化情況 2

25、.2 電機(jī)的選擇 電機(jī)功率的確定 電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性能都有影響，功率選得過(guò)小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使得電動(dòng)機(jī)因超載而過(guò)早損壞；功率選得過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又得不到充分發(fā)揮，此外，由于電機(jī)經(jīng)常不在滿載下運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)因?yàn)樾屎凸β室驍?shù)較低而造成能源的浪費(fèi)。 對(duì)于載荷比較穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，通常只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped等于或稍大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率Pd，即PedPd,而不必檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 流量閥的工作機(jī)可以看成是閥芯，電機(jī)最終要帶動(dòng)閥芯做直線方向的移動(dòng)。城市供水管網(wǎng)水壓一般為0.3MPa～0.4MPa，管內(nèi)徑為80mm，閥

26、芯移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為0.001m/s,工作機(jī)閥芯所需功率，按式（2.1）計(jì)算： （2.1） 為了保證電機(jī)的功率不至于過(guò)小，計(jì)算時(shí)管網(wǎng)水壓取最大值，閥芯的作用面的有效直徑未知，可取管網(wǎng)內(nèi)徑值一半代入進(jìn)行估算，因此， 電動(dòng)機(jī)所需功率按式（2.2）計(jì)算： （2.2） 式中為電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率。 各傳動(dòng)裝置的效率取值如表2.1： 表2.1 各轉(zhuǎn)動(dòng)裝置效率取值 名稱 數(shù)量 效率 螺紋連接段傳動(dòng)效率 1 0.3 渦輪蝸桿傳動(dòng)效率 1 0.75 圓柱齒輪傳動(dòng)效率 1 0.98 滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 2 0.99 彈性連軸器傳動(dòng)效率 1 0.99 將表

27、中取值代入式（2.2）得： 按要求電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped略大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率Pd即可。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇功率為25W的小功率異步電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 取螺紋連接部分螺距P=1.5mm進(jìn)行試算，蝸輪的轉(zhuǎn)速 各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比合理取值范圍如表2.2： 表2.2 各傳動(dòng)副的合理取值范圍 名稱 蝸輪蝸桿傳動(dòng)比范圍 圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍 取值 15~60 3～7 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比取值的合理范圍為： 電機(jī)轉(zhuǎn)速可取范圍為： 查電機(jī)手冊(cè)并選擇電機(jī)型號(hào)及具體參數(shù)見(jiàn)表2.3： 表2.3 電機(jī)型號(hào)及具體參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 額定功率（W） 滿載轉(zhuǎn)速（r/min） 外形尺寸

28、（mm) YS4522 25 2800 150×100×115 電流（A） 效率 功率因素 0.12 52% 0.6 2.2 2.4 2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 總傳動(dòng)比以及傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比: 分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比,如表2.4： 表2.4 各傳動(dòng)副的取值確定 名稱 蝸輪蝸桿傳動(dòng)比 圓柱齒輪傳動(dòng)比 取值 20 3.5 電機(jī)軸的實(shí)際輸出功率： 各軸的輸入功率： 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速為2800r/min,各軸的轉(zhuǎn)速： 電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩為： 各軸依次類(lèi)推，可計(jì)算得知各軸的輸入轉(zhuǎn)矩： 齒輪傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 由上述計(jì)算

29、得知，該條件下傳遞功率轉(zhuǎn)矩都特別小，不可能發(fā)生齒面疲勞強(qiáng)度失效和齒根彎曲疲勞強(qiáng)大失效，因此不需要按照強(qiáng)度失效的臨界條件來(lái)選擇設(shè)計(jì)齒輪尺寸。齒面硬度也只需要選擇一般機(jī)械傳動(dòng)中常用的軟齒面，齒輪選用普通的圓柱齒輪。另外： 1) 材料選擇45鋼，熱處理方法為調(diào)質(zhì)； 2) 精度等級(jí)選8級(jí)； 3) 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù); 4） 初選螺旋角β=14° 考慮到本課題中產(chǎn)品的尺寸都較小，因此齒輪采用小模數(shù)齒輪，以使整體結(jié)構(gòu)緊湊。小模數(shù)齒輪一般指模為1以下,分0.1，0.12，0.15，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0這些國(guó)標(biāo)規(guī)格。小模數(shù)的

30、齒輪在運(yùn)行時(shí)，由于多邊形效應(yīng)不明顯，所以，在傳動(dòng)中，小模數(shù)齒輪將會(huì)運(yùn)行平穩(wěn)，瞬時(shí)傳動(dòng)比也較大模數(shù)的齒輪要準(zhǔn)，小模數(shù)齒輪的噪音小，可以使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更緊湊。另外小模數(shù)齒輪的切削量也較小，所以，加工成本也較低。此處選用模數(shù)m=0.5的小模數(shù)齒輪。 綜上，通過(guò)計(jì)算可以得到齒輪傳動(dòng)中一對(duì)齒輪的其他尺寸參數(shù)。 小齒輪： 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 大齒輪： 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 圓柱齒輪齒寬 其中表示圓柱齒輪的齒寬系數(shù)，參照表2.5，因?yàn)槭欠菍?duì)稱布置，選取=1

31、進(jìn)行計(jì)算。 表2.5 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 支撐情況 兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置 兩支承相對(duì)小齒輪作不對(duì)稱布置 0.9~1.4 0.7~1.15 因此，大齒輪齒厚，小齒輪齒厚比大齒輪略大即可，取。 上述結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況可見(jiàn)表2.6。 表2.6 大小齒輪尺寸參數(shù) 模數(shù)m 螺旋角β 壓力角 中心距a 20 70 0.4 14° 20° 18mm 10mm 8mm 8.8mm 7mm 8mm 28mm 28.8mm 27mm 蝸輪蝸桿傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 蝸輪蝸桿傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，同時(shí)蝸桿在傳動(dòng)中是連續(xù)不

32、斷的螺旋齒嚙合，蝸輪蝸桿在傳動(dòng)中是逐漸進(jìn)入嚙合和逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合齒對(duì)數(shù)又較多，因此傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊載荷小，噪音低。蝸桿傳動(dòng)通常具有自鎖性。與齒輪傳動(dòng)部分相似，因?yàn)閭鬟f功率轉(zhuǎn)矩都特別小，不可能發(fā)生齒面疲勞強(qiáng)度失效和齒根彎曲疲勞強(qiáng)大失效，因此不需要按照強(qiáng)度失效的臨界條件來(lái)選擇設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿尺寸。參照標(biāo)準(zhǔn)的蝸輪蝸桿尺寸標(biāo)準(zhǔn)，選取合適的尺寸即可。 蝸桿材料采用常用的45鋼，調(diào)質(zhì)處理。蝸輪材料常用的是鑄造錫青銅，但是其價(jià)格較高，適用于滑動(dòng)速度大于3m/s的情況，而本機(jī)構(gòu)中滑動(dòng)速度只有0.001m/s，因此可以選擇灰鑄鐵，以節(jié)約成本。蝸桿類(lèi)型為阿基米德蝸桿。 參照表2.7，選取蝸桿頭數(shù)以及蝸輪齒數(shù)

33、。 表2.7 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的薦用值 傳動(dòng)比i 蝸桿頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 5 7~15 14~30 29~82 6 4 2 1 29~31 29~61 29~61 29~82 因?yàn)榇颂巶鲃?dòng)比為20，選取蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)分別為。同時(shí)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，考慮到管網(wǎng)內(nèi)徑只有80mm，因此蝸輪蝸桿的中心距不宜過(guò)大，選擇小模數(shù)蝸輪蝸桿，最終確定蝸輪蝸桿的基本尺寸及參數(shù)，如表2.8所示。 表2.8 普通圓柱蝸輪蝸桿基本尺寸及參數(shù) 中心距a 模數(shù)m 分度圓直徑 蝸桿頭數(shù) 14mm 0.5 8mm 2 直徑系數(shù)q 分度圓導(dǎo)程角γ 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 16

34、 3°35′ 40 0 蝸輪蝸桿的其他參數(shù)： 蝸桿的軸向齒距 蝸桿導(dǎo)程 蝸輪齒頂圓直徑 蝸桿齒頂圓直徑 蝸輪寬度B，以及蝸桿齒寬的確定查閱表2.9中的計(jì)算公式可確定。 蝸輪寬度 可取B=7mm。 蝸桿齒寬比蝸輪齒寬略寬即可，可取=8mm。 表2.9 蝸輪寬度B B 2 0 —0.5 —1.0 0.5 1.0 說(shuō)明：當(dāng)變位系數(shù)為中間值時(shí)，按鄰近公式的最大值進(jìn)行計(jì)算。 螺旋傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 螺旋傳動(dòng)副的主要作用是推動(dòng)閥芯做軸線方向的移動(dòng)，因此選用滑動(dòng)螺旋副。本課題設(shè)計(jì)的工作載荷不大，轉(zhuǎn)速也較低，因

35、此螺桿部分采用45鋼，不用經(jīng)過(guò)熱處理。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)一般采用梯形、矩形或鋸齒形螺紋，此處采用的是最常用的梯形螺紋進(jìn)行螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，考慮到管網(wǎng)內(nèi)徑只有80mm，取螺紋的公稱直徑=10mm，螺距P=1.5mm，螺旋傳動(dòng)接觸面的摩擦系數(shù)f=0.16，牙型角，牙型斜角，因此， 螺旋升角 當(dāng)量摩擦角 有上述可知，，滿足螺旋副自鎖條件。 螺紋齒高 2.4 射流部分結(jié)構(gòu)確定 射流部分主要由閥芯調(diào)節(jié)錐、噴嘴、喉管（混合室）、擴(kuò)散室組成，通過(guò)調(diào)節(jié)錐在軸向上位置的移動(dòng)改變，噴嘴的有效截面積隨之而改變，實(shí)現(xiàn)水流在噴嘴處的相對(duì)高速噴射，根據(jù)射流原理，在噴嘴周?chē)a(chǎn)生“負(fù)壓”，將水箱中

36、的水吸入，實(shí)現(xiàn)城市供水高峰期增壓泵供水量的有效補(bǔ)充和循環(huán)。 噴嘴結(jié)構(gòu)不同將導(dǎo)致工作效率和噴嘴的使用壽命不同。合理的噴嘴結(jié)構(gòu)可以提高加工效率，降低成本的必要條件。從噴嘴問(wèn)世到之后很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期，均采用圓柱形噴嘴結(jié)構(gòu)，后又出現(xiàn)了錐形噴嘴，至20世紀(jì)50年代中期，文丘里形噴嘴結(jié)構(gòu)問(wèn)世。迄今為止，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)出噴嘴結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常用的噴嘴結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特點(diǎn)如下： （1）圓柱形直孔噴嘴結(jié)構(gòu) 它兼有噴槍和噴嘴兩種功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。可以直接用無(wú)縫鋼管代替，也可通過(guò)在材料上鉆孔得到。 （2）錐口噴嘴結(jié)構(gòu) 這種噴嘴結(jié)構(gòu)帶有導(dǎo)流作用的錐狀進(jìn)口和起集束作用的平直段。水流進(jìn)入噴嘴相對(duì)容易，且水流在噴嘴截面上的分

37、布于圓柱噴嘴相比更均勻。 （3）文丘里噴嘴結(jié)構(gòu) 它的結(jié)構(gòu)為，一個(gè)文丘里型的喉管，噴嘴出口為微圓錐形斷面，出口處直徑稍大。氣流在喉管部分達(dá)到音速，而在噴嘴出口可達(dá)到355m/s以上的超音速，這種噴嘴主要用來(lái)獲得很高的速度。為了防止噴嘴過(guò)快磨損，噴嘴內(nèi)襯可采用硬質(zhì)合金或陶瓷噴嘴材料。 比較上述幾種類(lèi)型的噴嘴可知，錐形噴嘴帶有導(dǎo)流的作用，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，因此本課題的噴嘴選用噴嘴類(lèi)型為錐形噴嘴。 為了使噴嘴口流出的水流在射流時(shí)形成最佳射流情況，保證壓力損失最小，射流部分還引入了一個(gè)文丘里管。文丘里管是利用異形管使流經(jīng)該管流體的速度發(fā)生變化從而產(chǎn)生差壓的流量檢測(cè)元件。軸向截面由入口收縮部分、圓筒

38、形喉部和圓錐形擴(kuò)散段組成，如圖2.6所示。 利用文丘里管與原有射流噴頭相結(jié)合而設(shè)計(jì)的新型流量閥不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，且可行性強(qiáng)。采用文丘里管液體加壓噴射部分較其他同類(lèi)設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在實(shí)際工程運(yùn)用中體積經(jīng)常是一個(gè)相當(dāng)重要的因素,該裝置體積較其它裝置體積大幅度減小,整個(gè)裝置重量為1 kg左右,這極大的增加了它的使用范圍,也方便了設(shè)備的改進(jìn)。如:在工程中可以在氣液進(jìn)口處改為軟管而實(shí)現(xiàn)其可移動(dòng)使用等。 (2)耗能低。該裝置的運(yùn)用可以減少一些其它的設(shè)備如液泵等,即可以起到節(jié)能的效果。而且,自吸式吸入是在利用高壓氣流對(duì)液體產(chǎn)生的橫向力的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì),不僅克服原有采用氣壓機(jī)

39、和液泵結(jié)合的設(shè)備垂直管注入液時(shí)高壓氣流對(duì)注入液的影響,而且利用了上述阻力。 (3)運(yùn)用范圍廣泛。由于其價(jià)格、體積及內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),該裝置較其它相同類(lèi)型裝置,更加具有靈活性,方便使用于狹窄的工作環(huán)境。該裝置的前端可以設(shè)計(jì)成可調(diào)換的，各種噴頭的接口可以按所需射流進(jìn)行調(diào)換。其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使其不易堵塞,而且造價(jià)較低,即使出現(xiàn)腐蝕或堵塞也可以直接更換,而不須在設(shè)備維修及更換時(shí)投入較大的資金。 圖2.6 文丘里管結(jié)構(gòu)示意圖以及此處文丘里管的造型圖 2.5 其他部分的設(shè)計(jì) 新型流量閥布置于管網(wǎng)和水箱之間，實(shí)現(xiàn)兩者直接流量的柔性配比。因此，必須對(duì)管網(wǎng)和水箱的流量進(jìn)行檢測(cè)。本課題中引進(jìn)了兩個(gè)差壓式流量

40、計(jì)分別接入管網(wǎng)和水箱，實(shí)時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)中流量的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴開(kāi)口的大小，調(diào)節(jié)流量閥負(fù)壓的大小，從而改變水箱流量的大小，實(shí)現(xiàn)流量的柔性配比。 圖2.7 差壓式流量計(jì)接入圖 通過(guò)計(jì)算確定各軸的尺寸，得出各軸的結(jié)構(gòu)，用PRO\E軟件進(jìn)行三維作圖，在對(duì)所做出的零件圖進(jìn)行裝配，可以得到如圖2.8所示的齒輪箱傳動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)圖。 圖2.8 齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維裝配圖 閥芯與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間是采用螺旋傳動(dòng)的，如圖2.9-2.11所示。閥芯軸上的內(nèi)螺紋與軸3上外螺紋進(jìn)行配合傳動(dòng)，同時(shí)為了保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，傳動(dòng)的可靠性，設(shè)計(jì)了一個(gè)擋圈。擋圈內(nèi)壁有凸臺(tái)，與閥芯軸上的凹槽配合，使閥芯不能跟著蝸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)

41、沿著軸線方向進(jìn)行移動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴實(shí)際開(kāi)口的大小，最終實(shí)現(xiàn)流量配比。 圖2.9擋圈 圖2.10閥芯 圖2.11 閥芯與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接 整個(gè)流量閥的最終裝配圖，如圖2.12所示。 圖2.12 流量閥的裝配圖 3 關(guān)鍵尺寸的計(jì)算、優(yōu)化 流量閥的關(guān)鍵參數(shù)，如噴口距、噴嘴徑、喉管直徑以及喉管長(zhǎng)度等等，這些關(guān)鍵參數(shù)的選取，直接影響著流量閥的壓力損失、負(fù)壓的大小、噴射效果以及流量閥的工作效率。因此參照壓力損失，負(fù)壓大小的相關(guān)影響因素以及其影響方式，自由射流的條件等理論，分別通過(guò)計(jì)算確定這幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，完成流量閥的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)尺寸最優(yōu)化設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)和水箱流量柔性配比的同時(shí)，盡可能減少壓力損

42、失，提高流量閥的工作效率，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。 3.1 噴嘴的尺寸設(shè)計(jì) 噴嘴的形式很多，但是出于性能和加工的綜合考慮，工程實(shí)際應(yīng)用中的大多是圓錐收斂型噴嘴，圓錐收斂型噴嘴的主要幾何參數(shù)有收縮角，出口直徑d,圓柱段長(zhǎng)度l。 圖3.1噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖 其中出口直徑d取決于射流的流量與壓力，是設(shè)計(jì)噴嘴的原始數(shù)據(jù)，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)主要是收縮角，l/d。 這里設(shè)計(jì)出口直徑d=30mm，末端入口直徑為80mm，長(zhǎng)度為20mm。根據(jù)《高壓水射流技術(shù)工程》，查得=13°～15°，l/d=2～4時(shí)，噴射效果最佳，因此，這里設(shè)計(jì)中?。? =15°，l/d=2.5，即l=75mm。 噴嘴的最終造型圖

43、如圖3.2所示。 圖3.2噴嘴造型圖 3.2 文丘里結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì) 本方案中的文丘里結(jié)構(gòu)中主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要有喉管直徑D，喉管長(zhǎng)度L，喉管和擴(kuò)散管連接處有一個(gè)過(guò)渡段的擴(kuò)散角，噴口和喉管之間的連接處之間有一個(gè)過(guò)渡段的收縮角，設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱資料得到： 當(dāng)D喉管直徑= × d 噴口(mm)時(shí)，文丘里結(jié)構(gòu)的引射效果最佳。因此，代入噴口直徑30mm進(jìn)行計(jì)算，得到： D=×30mm≈52mm, 圓整后取D=50mm 文丘里管中喉管長(zhǎng)度L與喉管直徑滿足： L=K×D (K---長(zhǎng)度系數(shù)取值范圍是2~3,這里取2.5進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算) L=2.5×50=125mm 擴(kuò)散

44、管長(zhǎng) 噴口和喉管之間的連接處過(guò)渡段的收縮角設(shè)計(jì)范圍為10~20°時(shí), 水頭阻力為最小，這里設(shè)計(jì)?。? =15° 喉管和擴(kuò)散管連接處過(guò)渡段的擴(kuò)散角設(shè)計(jì)范圍為5~7°時(shí), 水頭阻力為最小，這里設(shè)計(jì)?。? =7° 3.3 最佳噴嘴距的計(jì)算 噴嘴與喉管入口處這一段距離l1是整個(gè)引射裝置的吸入段，最佳噴口距長(zhǎng)度應(yīng)該滿足的條件是：使得自由射流的邊界線在喉管入口處正好與喉管管壁相交（如圖3.3中所示），即射流半徑r等于喉管半徑R(即D/2)，此時(shí)壓力損失最少，射流引射的效果最好。 圖3.3 最佳噴口距滿足條件以及射流基本構(gòu)成段 根據(jù)自由射流理論，射流由起始段、過(guò)渡段、基本段構(gòu)成

45、，這里用到下面一些關(guān)系： （3.1） （3.2） xH----起始段的長(zhǎng)度（米） xn----過(guò)渡截面與噴嘴之間的距離（米） （3.3） rn----過(guò)渡截面的射流半徑 r----自由射流半徑 對(duì)于起始端 r= （3.4） 對(duì)于基本段 r

46、=cx （3.5） m----兩種射流介質(zhì)的初始速度的比值，即m=(通常情況下m<0.04) W1----射流介質(zhì)的初始速度 W2----被引射介質(zhì)的初始速度 d----噴嘴直徑 c----射流系數(shù) （3.6） ----射流介質(zhì)的密度（） ----被引射介質(zhì)的密度（） c0----上述兩種介質(zhì)相同時(shí)的射流系數(shù) 對(duì)于自由射流c0=0.27,根據(jù)阿布拉莫

47、維奇的研究，圓管中的射流器射流系數(shù)通常比自由射流要小一些，對(duì)于起始端與過(guò)渡段c0=0.23~0.25，平均可以取c0=0.24；對(duì)于基本段c0=0.18~0.21，平均可以取c0=0.2。 由于最佳噴口距長(zhǎng)度應(yīng)該滿足的條件是：使得自由射流的邊界線在喉管入口處正好與喉管管壁相交（如圖6中所示），即射流半徑r等于喉管半徑R(即D/2)。 所以設(shè) （3.7） 可以看出在l1符合最佳噴嘴距條件時(shí)，l1和r都是x的代數(shù)式，而r的大小與喉管入口端面處于射流起始端（包括過(guò)渡段）還是基

48、本段有關(guān)，因此在計(jì)算最佳噴嘴距之前，先要判斷該端面是處于射流的哪個(gè)階段。 因此，先設(shè)=D/2，D=，代入到（3.3）式中可以得到： F= （3.8） 通常情況m=0.004~0.04,帶入式（3.8）可以得到F=7.2~7.5之間。 因此： 當(dāng)F(7.2~7.5)時(shí)，喉管入口端面處于起始段（包括過(guò)渡段）之內(nèi)， 此時(shí)，用（3.4）式代入方程組（3.7），可以得到最佳噴嘴距為： （3.9） （其中此處的c值按照起始段取值） 當(dāng)F>(7.2~7.5)時(shí)，喉管入口端面處于基本段之內(nèi)，

49、此時(shí)，用（3.5）式代入方程組（3.7），可以得到最佳噴嘴距為： （3.10） （其中此處的c值按照基本段取值） 本方案中，初始被引射介質(zhì)與原介質(zhì)的初始速度比無(wú)窮小，則m接近于0，則計(jì)算F≈7.46，則噴口距的計(jì)算公式采用 圓整，取=150mm。 4 性能計(jì)算分析 這種供水方式最顯著的特點(diǎn)就是節(jié)能，而且室外城市供水管網(wǎng)的壓力越高，節(jié)能效果越明顯, 當(dāng)這種供水方式與變頻調(diào)速供水系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，不僅能夠彌補(bǔ)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)在小流量時(shí)節(jié)能效果差的不足，而且能夠提高節(jié)能

50、效率, 因?yàn)樵谝归g室外城市供水管網(wǎng)壓力高,有時(shí)只靠流量閥即可維持水壓，無(wú)需啟動(dòng)水泵，進(jìn)而解決了變頻調(diào)速供水裝置在零流量下也有電耗的問(wèn)題。另外，這種供水方式雖然是通過(guò)流量閥與室外城市供水管網(wǎng)相連, 但由于采用射流泵的孔口出流, 因此, 具有明顯的穩(wěn)壓和均衡水量的作用，不會(huì)造成室外城市供水管網(wǎng)的降壓。 這種供水方式之所以節(jié)能，主要在于它利用了室外城市供水管網(wǎng)中的一部分水壓，使二次加壓供水水泵的揚(yáng)程降低，進(jìn)而降低水泵的軸功率，假設(shè)當(dāng)水泵直接從貯水池抽水時(shí)水泵的揚(yáng)程為0，則水泵的軸功率為 (4.

51、1) 其中——水泵的軸功率，單位ＫＷ；Ｑ——水泵的抽水量，單位； ——水泵的揚(yáng)程；——水的容重，；——水泵效率。 如果水泵不直接從貯水池抽水, 而是采用本課題的供水方式, 并假定流量閥的揚(yáng)程為，則此時(shí)二次加壓供水水泵的揚(yáng)程為 (4.2) 此時(shí)水泵的軸功率為 (4.3) 比較(4.3)式和(4.1) 式可以看出, 利用布置于管網(wǎng)和水箱之間的流量閥抽水比直接從貯水池抽水所消耗的功率小, 其水泵軸功

52、率的差為 (4.4) 上述的功率差△N也就是采用流量閥利用室外城市供水管網(wǎng)水壓所節(jié)省的功率, 即節(jié)約的能量, 從公式(4.4)可以看出, 室外城市供水管網(wǎng)的水壓越高, 流量閥的揚(yáng)程越大，節(jié)省的功率也就越多。 4.1 負(fù)壓大小計(jì)算 噴嘴附近有兩股水流，一股從噴嘴中流出，流速為,另一股為（水箱水入口處流速），由流體力學(xué)的伯努利方程可知 其中1、2兩處高度差可以忽略,且V2水箱水的流速，可以忽略，在這樣的前提下，求得與之差，即為1、2兩處之間的負(fù)壓。 城市管網(wǎng)供水中，一般工程上計(jì)算時(shí)

53、，水管路，壓力常見(jiàn)為0.1~0.6MPa，水在水管中流速在1~3m/s，常取： V管網(wǎng)=1.5m/s 根據(jù)體積流量恒定： A管網(wǎng)×V管網(wǎng)=A噴嘴×V噴嘴 得到 V噴嘴≈10.7m/s，即V1取10.7m/s。 聯(lián)立以上兩個(gè)方程可知，負(fù)壓(=的大小約為 = 得到≈0.06Mpa。 結(jié)論：通過(guò)計(jì)算可知，負(fù)壓大小與噴嘴口的流速的平方成正比，即與噴嘴口的開(kāi)口面積（或理解為噴嘴口直徑的平方）成反比，如圖4.1所示。 圖4.1 負(fù)壓大小隨噴嘴口有效直徑變化圖 4.2 壓力損失計(jì)算 水射流在形成過(guò)程中的壓力損失分為三個(gè)部分： （1）水平直線管道中的流動(dòng)的壓力損失 （2）

54、水流由直線管道進(jìn)入噴嘴過(guò)程中截面收縮時(shí)流動(dòng)的壓力損失 （3）水流由噴嘴前的高壓管道流向噴嘴口的壓力損失 這三個(gè)階段都有壓力損失的存在,全過(guò)程的壓力損失=++ 設(shè)水流在管道與噴嘴處的速度分別為和，管道與噴嘴的半徑分別為和,長(zhǎng)度分別為和，則由連續(xù)方程可以得出： 2=2 （4.5） 水流在水平管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于水流的粘性，水流與管壁的摩擦是造成壓力損失的主要原因之一。根據(jù)卡門(mén)-普朗特爾經(jīng)驗(yàn)公式，在雷諾數(shù) Re <105 ，使用管道為光滑管時(shí)，水流在水平直線管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的

55、流阻系數(shù)為: (4.6) 管道中的雷諾數(shù)Re=，其中u為水的動(dòng)力粘度，為水的密度，將其帶入（4.6）式并化簡(jiǎn)，可以得到水流在直線管道中的壓力損失為： = （4.7） 在流道發(fā)生端面收縮時(shí)，流股先發(fā)生收縮，然后逐漸擴(kuò)散，在端面后出現(xiàn)的局部分離脫流也會(huì)造成壓力損失，此時(shí)流阻系數(shù)主要取決于發(fā)生變化前后流道橫截面面積之比，截面積變化越大，流阻系數(shù)越大，當(dāng)水流從大容器流入銳緣進(jìn)口的管道時(shí)，流阻系數(shù)為，因此，水流由穩(wěn)壓直管道進(jìn)入高壓噴嘴過(guò)程中的壓力損失為： =

56、（4.8） 水射流設(shè)備配套的高壓管道和高壓噴嘴的內(nèi)徑之比小于0.1時(shí)（本設(shè)計(jì)近似為0），流阻系數(shù)為0.49，因此，水流由高壓管道進(jìn)入噴嘴噴出時(shí)的壓力損失為： == （4.9） 因此得到整個(gè)射流形成過(guò)程中的壓力損失為： =++=++ 倘若不計(jì)算水流在直線管道中的壓力損失，則城市管網(wǎng)供水中，一般工程上計(jì)算時(shí)，水管路，壓力常見(jiàn)為0.3~0.4MPa，水在水管中流速在1~3m/s，常?。? V管網(wǎng)=1.5m/s 根據(jù)體積流量恒定： A管網(wǎng)×V管網(wǎng)=A噴嘴×V噴嘴 得到V噴嘴≈10

57、.7m/s ’=+≈0.03Mpa 結(jié)論：在噴嘴處的壓力損失約為0.03Mpa左右,損失比率在10%以下，又因?yàn)樗溆胸?fù)壓，管內(nèi)壓力不可能到100%,差不多有10%的損失，也就是總的壓力損失會(huì)在20%以下。 圖4.2 噴嘴處壓力損失與噴嘴口有效直徑的關(guān)系 4.3 新型流量閥流量配比分析 設(shè)兩股水流，流速分別為,，由流體力學(xué)的伯努利方程可知 其中1、2兩處高度差可以忽略，則可以得到： 整理得到 ： 則有： 由上式得到管網(wǎng)與和水箱之間的壓差與流量之間的關(guān)系是：壓差與流量的平方成正比，因此可以通過(guò)測(cè)得壓差，求得流量情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)

58、流量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)二次供水系統(tǒng)中流量的柔性配比。 結(jié) 論 隨著城市高層建筑的增多，二次供水的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，從機(jī)關(guān)到學(xué)校，從住宅到寫(xiě)字樓，等等。同時(shí)隨著給排水設(shè)備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，節(jié)能降耗成為研發(fā)二次供水設(shè)備時(shí)的重要考量因素。傳統(tǒng)的二次供水設(shè)備最大缺點(diǎn)就是不能利用室外供水管網(wǎng)的水壓, 使室外供水管網(wǎng)中的水壓白白浪費(fèi)掉。每座大中城市都有幾百座, 甚至上千座二次加壓泵站, 如果都能充分利用城市供水管網(wǎng)的水壓, 節(jié)能效益將非常顯著。 面向增壓供水流量配比柔性控制的新型流量閥是二次供水中的重要組成部分，這一系統(tǒng)的研究對(duì)于進(jìn)一步降低二次供水能耗、提高二次供水設(shè)備性能具有重要的意義。 本文

59、首先完成了新型流量閥的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)影響流量閥工作效率的典型尺寸，如噴口距、噴嘴徑、喉管直徑以及喉管長(zhǎng)度參數(shù)進(jìn)行了詳盡的優(yōu)化計(jì)算設(shè)計(jì)，最后對(duì)設(shè)計(jì)好的流量閥進(jìn)行了性能分析，驗(yàn)證其流量配比原理的可行性，確定流量閥的工作效率。 然而，流量閥工作的可靠性僅依靠理論驗(yàn)證是不可行的，還必須補(bǔ)充進(jìn)行流體力學(xué)軟件仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。由于時(shí)間有限，在本文中并沒(méi)有涉及，但是仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及流量閥加工工藝的確定將成為我之后研究工作的主要內(nèi)容。 致 謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的忙碌學(xué)習(xí)和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)的支持幫助，很難想

60、象自己可以單憑個(gè)人力量，完成這個(gè)設(shè)計(jì)。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師陸寶春教授。陸教授平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外文翻譯、開(kāi)題報(bào)告、設(shè)計(jì)方案的確定到設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)和修改等過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)和督促。特別的，在office軟件的運(yùn)用上，陸老師細(xì)心地糾正了我在開(kāi)題報(bào)告和畢業(yè)論文中的許多格式以及用詞錯(cuò)誤，陸老師的悉心指導(dǎo)不僅幫助了我找到論文中存在的需要修改的地方，同時(shí)也熏陶我要培養(yǎng)做事細(xì)心的良好習(xí)慣。 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的李建文師兄和劉星同學(xué)。在本次設(shè)計(jì)中，由于初次應(yīng)對(duì)這么大的一項(xiàng)設(shè)計(jì)，在我苦惱不知何處下手時(shí)，李建文師兄憑借他已有的豐富的經(jīng)驗(yàn)，耐心的指導(dǎo)我，使

61、我明確設(shè)計(jì)步驟以及論文的主要結(jié)構(gòu)。另外，劉星同學(xué)做的是這個(gè)課題的控制設(shè)計(jì)部分，我們一起勤奮工作相互幫助，克服了許多困難來(lái)完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；感謝學(xué)院和我的母校—南京理工大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培，正是學(xué)校的圖書(shū)館提供的大量資料才讓我們可以順利的完成我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 楊玉坤,劉長(zhǎng)清.次高層建筑二次增壓供水方案探析[J].工程技術(shù),2021.3； 3:22-23. [2] 孫奇,陳立新,趙恩明.二次供水泵房設(shè)備配置與節(jié)能探析[J].供水技術(shù),2021.8； 6:11-15. [3]De

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