2466 單級(jí)單吸離心泵設(shè)計(jì)

2466 單級(jí)單吸離心泵設(shè)計(jì),單級(jí)單吸,離心泵,設(shè)計(jì) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文摘 要本論文是設(shè)計(jì)一臺(tái)滿足設(shè)計(jì)要求的單級(jí)單吸離心泵，通過計(jì)算和分析，確定總體參數(shù)、配套功率和各部分的尺寸。離心泵的水力性能主要取決于離心泵的水力設(shè)計(jì)，它包括葉輪設(shè)計(jì)、壓出室和吸入 室的設(shè)計(jì)。目前離心泵水力設(shè)計(jì)方法有兩種：模型換算法和速度系數(shù)法。速度系數(shù)法是根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)獲得速度系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值來計(jì)算設(shè)計(jì)模型的各參數(shù)，也具有一定可靠性，而且不受 水力模型限制，本設(shè)計(jì)采用速度系數(shù)法進(jìn)行水力設(shè)計(jì)。使之達(dá)到理想的效果，具有良好的性能。關(guān)鍵詞：離心泵 葉輪 速度系數(shù)法河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文IABSTRACTThis article is to design a centrifugal pump which should be satisfied the designedrequirement, throughing analysis, confirming total parameter, completed set power and each part’s size. The waterpower capability of centrifugal pump is mainly lied on its waterpower design, which includes impeller design, extruded room and inhaled room design .At present the waterpower design of centrifugal pump has two type methods: model conversion method and speed coefficient method. Speed coefficient method is according to experience statistic to obtain the experience value for speed coefficient to calculate each parameter of the design model, which has stated reliability, and can’t be restricted by the waterpower model. The design adopts speed coefficient method to process waterpower design, so let it reach the ideal effect and have the well capability.Key words： centrifugal pump impeller speed coefficient method河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文II目錄摘 要 ..............................................................IABSTRACT ..........................................................II目錄 .............................................................III前 言 ..............................................................11 泵的相關(guān)概述 .....................................................21.1 泵的基本技術(shù)要求 .............................................31.2 國內(nèi)外泵行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) .......................................31.2.1 行業(yè)現(xiàn)狀 ................................................31.2.2 發(fā)展環(huán)境分析和需求預(yù)測(cè) ..................................41.2.3 發(fā)展目標(biāo) ................................................51.2.4 泵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ...........................................51.3 項(xiàng)目提出背景及設(shè)計(jì)方向 ........................................52 離心泵的設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求 ........................................62.1 離心泵的設(shè)計(jì)參數(shù) ..............................................62.2 設(shè)計(jì)要求 .....................................................62.2.1 設(shè)計(jì)原則 .................................................62.2.2 設(shè)計(jì)要求 .................................................62.2.3 產(chǎn)品特點(diǎn) .................................................73 離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................73.1 離心泵機(jī)構(gòu)概述 ................................................73.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................83.2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................83.2.2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) .............................................93.3 電機(jī)的選擇 ...................................................113.4 轉(zhuǎn)子軸設(shè)計(jì) ...................................................113.5 密封 .........................................................114 泵的水力設(shè)計(jì) .....................................................134.1 葉輪的設(shè)計(jì) ...................................................144.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)泵的比轉(zhuǎn)速及汽蝕比轉(zhuǎn)速 ..........................144.1.2 確定泵的進(jìn)出口直徑： ....................................154.1.3 效率的計(jì)算 ..............................................164.1.4 葉輪主要尺寸的計(jì)算： ....................................174.2 葉輪的繪型 ...................................................254.3 壓出室的水力設(shè)計(jì) .............................................294.3.1 壓水室的類型和作用原理 .................................294.3.2 渦室的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ........................................314.4 吸水室的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................36河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文III5 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算 .......................................395.1 葉輪強(qiáng)度計(jì)算 ................................................395.1.1 葉輪蓋板強(qiáng)度計(jì)算 .......................................395.1.2 葉片厚度計(jì)算 ............................................405.2 泵體強(qiáng)度的計(jì)算 ...............................................415.3 泵軸的強(qiáng)度校核 ...............................................425.4 離心泵的臨界轉(zhuǎn)速 .............................................446 汽蝕現(xiàn)象 ........................................................45結(jié)論 ..............................................................48致 謝 .............................................................49參考文獻(xiàn) ..........................................................50河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文0前 言水泵作為一種通用機(jī)械，在社會(huì)各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。它是除電動(dòng)機(jī)以外使用范圍最廣泛的機(jī)械，幾乎沒有一個(gè)國民經(jīng)濟(jì)部門不使用水泵。泵對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、保證人民的正常生活和保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有至關(guān)重要的作用。在農(nóng)業(yè)方面，水泵及排灌站在抵御洪澇、干旱災(zāi)害，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等方面更是功不可沒。作為一個(gè)水泵設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)一臺(tái)高質(zhì)量的泵，無論從節(jié)能還是從企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性角度考慮，都會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在深化改革、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的今天，圍繞價(jià)值工程學(xué)，以最低的生產(chǎn)投入，設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)、安全、優(yōu)質(zhì)高效的泵，無疑是擺在我們面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。經(jīng)驗(yàn)無疑是一項(xiàng)影響設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要因素。在今天，相當(dāng)多的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)仍然是靠經(jīng)驗(yàn)確定的，很多的計(jì)算公式也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的，所以，設(shè)計(jì)精度仍然局限在一定范圍內(nèi)。為了提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)工程中必須要有認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，同時(shí)盡量采用適合資深設(shè)計(jì)情況的公式。光有理論知識(shí)是不能做好泵的設(shè)計(jì)的，此次設(shè)計(jì)正好為我們提供了一次時(shí)間的機(jī)會(huì)，有助于理解、鞏固理論知識(shí)和為以后的工作打下基礎(chǔ)。因此我們必須端正設(shè)計(jì)態(tài)度，以嚴(yán)肅的眼光看待設(shè)計(jì)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)對(duì)待設(shè)計(jì)，同時(shí)在實(shí)踐過程中多想、多問、多動(dòng)手，使我們能夠在以后的工作中迅速進(jìn)入角色，完成從學(xué)生到工程技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)生必須經(jīng)歷的一項(xiàng)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年來所學(xué)專業(yè)的基本知識(shí)，基本理論和基本技能來分析解決生活中實(shí)際工程問題的重要環(huán)節(jié)，它與我們的學(xué)習(xí)過程是一脈相承的、緊密聯(lián)系不可分割的整體，是我們學(xué)習(xí)知識(shí)的繼續(xù)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我們不僅能夠檢驗(yàn)總結(jié)我們對(duì)四年大學(xué)生活所學(xué)知識(shí)的理解而且我們可以從中學(xué)到更多的新知識(shí)，更河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文1重要的還能夠磨練我們的意志、考驗(yàn)我們對(duì)待分析問題的嚴(yán)謹(jǐn)程度，這對(duì)我們即將要踏入社會(huì)的學(xué)生來說有著非常大的意義。關(guān)于選擇單級(jí)單吸離心泵的設(shè)計(jì)，一方面，因?yàn)楸门c我們的日常成活、與整個(gè)社會(huì)聯(lián)系都非常的緊密，其次，泵的結(jié)構(gòu)對(duì)于我們來說也不太陌生，難度適中，最后選擇這樣的課題進(jìn)行設(shè)計(jì)也能夠充分的檢驗(yàn)我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度，培養(yǎng)我們查找工具書的能力以及自己處理問題的能力。1 泵的相關(guān)概述泵是將原 動(dòng)機(jī)的 機(jī)械能或 其它能 源的能量 傳遞給 輸送的液體， 使液體 的能量增加 的機(jī)械。泵 類產(chǎn)品是 廣泛應(yīng) 用在國防 、電 力 、石油、 化工、建 筑等工 程領(lǐng)域的 一種非常重 要 的 通 用 機(jī) 械 產(chǎn) 品 。 離 心 泵 是 工 業(yè) 泵 產(chǎn) 品 中 數(shù) 量 最 多 、用 途 最 廣 泛 的 一 種 產(chǎn) 品 ,其 他 產(chǎn) 品 大 多 是在離心 泵技術(shù)的 基礎(chǔ)上 進(jìn)行設(shè)計(jì) 的 ,所以, 離心 泵 的技術(shù)水 平直接 影響著國 民經(jīng)濟(jì)各行 各業(yè)的技術(shù)水平 。泵的運(yùn)用 在國民 經(jīng)濟(jì)的各 個(gè)部門 都 很 普 遍 , 它的技 術(shù)性能對(duì) 各相關(guān) 行業(yè)影響 巨大 。 但 由于泵內(nèi) 部 流 動(dòng) 非 常 復(fù) 雜 , 對(duì) 其 流 動(dòng) 規(guī) 律 的 認(rèn) 識(shí) 還 很 不 夠 , 造 成泵 的 水 力 設(shè) 計(jì) 還 停 留 在 半 理 論 、 半經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證的 基礎(chǔ)上進(jìn)行 設(shè)計(jì) , 即 ” 設(shè)計(jì)~ 試制~試驗(yàn)~ 改進(jìn)”的過程, 嚴(yán)重 的 影 響 了 泵 性 能 的 提 高 和 技 術(shù) 進(jìn) 步 。 為 了提 高 設(shè) 計(jì) 效 率 ,縮 短 設(shè) 計(jì) 時(shí) 間 , 優(yōu)化參 數(shù)組合 , 最終達(dá)到提高 泵的性能 的目的 , 清華大 學(xué)、沈 陽水泵研 究所、江 蘇理工 大學(xué)等單 位從二十世紀(jì)七十年代 開始 , 先后開展 了泵計(jì) 算 機(jī)輔助 設(shè)計(jì)和優(yōu) 化設(shè)計(jì)的 研究工 作。八十 年代末、九 十年代初, 一些單 位 開發(fā)的 泵水力設(shè) 計(jì)軟件 逐步達(dá)到 實(shí)用化水 平。在 國外泵的 技術(shù)發(fā)展迅速，美國的 HASKEL 公司、德國 LEYBOLD、日本 NIKKISO 等都生產(chǎn)研究出高性能 的泵 。此外 ,新材料技術(shù)的研究也是今后泵業(yè)發(fā)展的重 點(diǎn), 泵的可靠性和 節(jié)能則是最 基本要求。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文21.1 泵的基本技術(shù)要求根據(jù)調(diào)查 統(tǒng)計(jì)資 料表明， 從 泵的系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 和使用 人員以及 大部分的 工作場(chǎng) 合的角度出 發(fā)，要求離心泵必須 具有以下基本 特點(diǎn)：1、尺寸小， 重量輕，占據(jù) 空間??；2、具有可靠 的運(yùn)轉(zhuǎn)性能， 無汽蝕破壞問題 ；3、無需熟練 的技術(shù)工人， 操作簡單方便；4、自動(dòng)控制 程序簡單靈活5、 能 量 消 耗 低 6、零件有良 好的耐腐蝕性 能和耐磨蝕性能 ；7、拆裝轉(zhuǎn)子 時(shí)無需專用工 具，迅速簡便；8、密封結(jié)構(gòu) 能防止干轉(zhuǎn)， 保證良好的密封 性能；9、軸承工作 壽命長，能避 免水流的噴射或 浸 滲；10、具 有良好的自吸 結(jié)構(gòu)和自吸性 能；11、零 部件通用化程 度高，減少備 件數(shù)量或庫存數(shù) 量；12、能 采用符合標(biāo)準(zhǔn) 且節(jié)省時(shí)間的 試驗(yàn)和檢測(cè)方 法。1.2 國內(nèi)外泵行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 行業(yè)現(xiàn)狀(1) 在 過去的幾 年內(nèi)， 我國泵行 業(yè)的技術(shù) 發(fā)展趨 勢(shì)越來越 與世界 泵業(yè)技術(shù)發(fā)展趨向一 致，但總體技術(shù)水平 較低。(2) 在材料、工 藝等基礎(chǔ)性 研 究方面取得了 一定進(jìn)展，為 國產(chǎn)化提供了 有利 的依據(jù)。(3) 對(duì) 一般通用 泵的更 新?lián)Q代， 從性能范 圍、結(jié) 構(gòu)型式、 使用用 途、方便維修和外觀 質(zhì)量以及系列化、標(biāo) 準(zhǔn)化、通用 程 度方面有了進(jìn) 一步完善。(4) 國 家采取積 極的宏 觀經(jīng)濟(jì)調(diào) 控政策， 市場(chǎng)持 續(xù)的需求 增長， 對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視 以 及 用 戶 日 益 嚴(yán) 格 和 不 斷 變 化 的 要 求 和 需 求 都 成 為 推 動(dòng) 行 業(yè)廠 技 術(shù) 水 平 提 升 的 主 要 動(dòng) 力。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文3(5) 產(chǎn) 品制造工藝水 平有了一定的提 高，特別是近 兩年一些企業(yè) 擴(kuò)建和添置了設(shè)備， 裝備水平、工藝設(shè)備 得到了進(jìn)一步 完善，但缺少 先進(jìn)的檢測(cè)和 試驗(yàn)手段。(6) 產(chǎn)品品種依 然比國外先 進(jìn) 國家少。(7) 可靠性、可 維修性、壽 命 有了一定的提 高。(8) 在 高、精、尖技 術(shù)含量高的產(chǎn)品 領(lǐng)域，泵的產(chǎn) 品 供不應(yīng)求。(9) 各種 泵的產(chǎn)品出口大 幅度增長， 從另 一個(gè)側(cè)面也 反 映了國內(nèi)泵行業(yè) 在某 些品種的泵技術(shù)方面有了明顯的 提高。(10) 泵 行業(yè)生產(chǎn)企業(yè) 的發(fā)展正處于一 個(gè)兩級(jí)分化 的 關(guān)鍵時(shí)期。(11) 國家重點(diǎn)工 程所需要的高技 術(shù)含量配套用 泵的研制取得 了一定的進(jìn)展 ，配套能力 有所提高。1.2.2 發(fā)展環(huán)境分析和需求預(yù)測(cè)(1) 電力用泵：在 “十五”后兩年、 “十一五”及未來 20 年中， 我 國電 力工業(yè)將以 更高速度發(fā)展。(2) 石化用泵： 石化用泵發(fā) 展方向主要是 大型化、 高速化、 機(jī)電 一體化及泵產(chǎn) 品成套化、 標(biāo)準(zhǔn)化、系 列化和通 用化； 多品種 、 性能廣 、壽命長 及高可靠性；高 效率、 小 型化；泵用 密封、軸承 生產(chǎn)大型 化和專 業(yè)化。特 別是高 溫泵、低 溫泵和超 低溫泵 、高速 泵 、精密計(jì)量泵、耐腐蝕 泵、高速 泵、精 密計(jì)量泵 、耐腐 蝕泵、輸 送粘稠介 質(zhì)和 帶 固體顆粒 介質(zhì)泵、屏蔽泵的技術(shù)將快速發(fā) 展，需求量將 大幅度增加。(3)環(huán)保、城建用泵：環(huán)保是我國一項(xiàng)基本國策， “十·五”期間國家環(huán)保投資 7000 億元，占同期 GDP 的 1.3% 。環(huán)保及城市自來水供應(yīng)領(lǐng)域需求各類泵的數(shù)量約 20000 臺(tái)。(4)“三 農(nóng)”及城鄉(xiāng)用 泵： 隨著 西部大開發(fā)進(jìn) 程加快以及 中 央對(duì)“三農(nóng)” 的重視， “十· 五 ” 期間“ 三農(nóng) ”及城 鄉(xiāng)用 泵的增 長率 約為 16% 。按此 增長 率測(cè)算 “十 一· 五 ”期間每 年需 農(nóng)業(yè)泵可達(dá) 600～700 萬臺(tái)。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文4(5)礦山及漿體 輸 送用泵： 礦山工業(yè)在 我國國民經(jīng)濟(jì)建 設(shè)中占有十分 重要的 地位 。 礦山 及冶煉行業(yè) 使用各種 漿體和 固液混合物輸 送泵，這 種對(duì)泵的材料的選擇提出了更高的要求，要 耐磨損，同 時(shí)無堵塞、 高可靠、 壽命長 。預(yù)計(jì)” 十一五”期間 需污水離 心泵、 單級(jí)雙吸 離心泵、多級(jí)離心泵、潛水泵及備件等 2 萬臺(tái)套。(6)南水北調(diào)工程：該工程是當(dāng)今世界上最大的調(diào)水工程，預(yù)計(jì)建設(shè)期長達(dá) 50 年，總投資 5000 億元。該工程分為東線、中線、西線等三個(gè)工程，東線工程分三期。第一期工程總計(jì) 37 座泵站，第二期工程規(guī)劃新建 13 座泵站，第三期工程規(guī)劃新建 17 座泵站。1.2.3 發(fā)展目標(biāo)“十一五”期間，泵行業(yè)將以 25% 的平均速度發(fā)展。2010 年工業(yè)總產(chǎn)值（不變價(jià)）將達(dá) 995 億元。銷售產(chǎn)值將達(dá)到 1016 億元。產(chǎn)品銷售收入將達(dá)到 1190 億元。泵產(chǎn)品國內(nèi)市場(chǎng)占有率， “十一·五”期間預(yù)計(jì)可達(dá)到 92% 。由于國家注重重大工程國產(chǎn)化率的提高，因此，火電、核電和“三大化工”中的重點(diǎn)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率預(yù)計(jì)可達(dá) 80% ~85% 。1.2.4 泵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)世紀(jì)泵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面：1）理論與設(shè)計(jì)方法科學(xué)化。2）生產(chǎn)制造高技術(shù)化。 3）產(chǎn)品模塊化和個(gè)性化。4）密封無泄露化。5）原動(dòng)機(jī)無極化和監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化。1.3 項(xiàng)目提出背景及設(shè)計(jì)方向IS 系列單級(jí)單吸離心泵是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn) ISO2858 所規(guī)定的性能和尺寸設(shè)計(jì)，聯(lián)合全國設(shè)計(jì)的節(jié)能泵，是 BA 型、BL 型及其他單級(jí)清水離心泵的更新，其河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文5技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均向國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)靠攏，達(dá)到國際先進(jìn)水平。IS 系列單級(jí)單吸離心泵輸送的物質(zhì)為清水及物理和化學(xué)性質(zhì)類似清水的液體。本次對(duì)離心泵設(shè)計(jì)的主要方向?yàn)椋?) 離心泵葉輪的設(shè)計(jì)2) 離心泵壓水室的設(shè)計(jì)3) 泵軸的設(shè)計(jì)4) 軸承與密封原件的選擇設(shè)計(jì)的ＩＳ單級(jí)單吸離心泵適用于城市和工業(yè)的給排水、高層建筑增壓送水、林噴灌、消防增壓、遠(yuǎn)距離輸送、船用消防等。2 離心泵的設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求2.1 離心泵的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)一適用于工業(yè)和城市給排水，高層建筑增壓送水，園林灌溉，消防增壓及設(shè)備配 套，船舶用泵。結(jié)合目前離心泵的型譜，確定如下參數(shù)作為本次離心泵設(shè)計(jì)的參數(shù)。流 量(m3 / h)揚(yáng) 程(H )轉(zhuǎn) 速(r / min)必 須 汽 蝕 余 量(NPSHr )150m3/h 60m 2900r/min 5表 2-1 設(shè) 計(jì) 參 數(shù)2.2 設(shè)計(jì)要求2.2.1 設(shè)計(jì)原則按照 “三化”即標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的要求，在離心泵的設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品符合 GB/T5657-1994《離心泵技術(shù)條件(III)類》標(biāo)準(zhǔn)。此次離心泵的設(shè)計(jì)目標(biāo)是: 在保證性能參 數(shù)的前提下，著重提高泵的可靠性和可維修性，提高使用壽命與泄漏性能，提高泵的環(huán)境 適應(yīng)性，尤其是抗泥沙性能和有一定的抗腐蝕性。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文62.2.2 設(shè)計(jì)要求適用介質(zhì): 淡水、海水。溫度：0 ～5 0℃環(huán)境條件 :空 氣 中 含 少 許 油 霧軸承設(shè)計(jì)：滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)壽命不少于 17500h。軸承體外表面溫度不應(yīng)超過 70℃。軸承溫升不應(yīng)超過 35℃轉(zhuǎn)子不平衡力矩：M 。2.2.3 產(chǎn)品特點(diǎn)1、抗磨損，累計(jì)無泄漏運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)間長 ；2、可維修性好 ；3、效率高，重量輕 ；4、外形緊湊，占地面積小 。3 離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 離心泵機(jī)構(gòu)概述離心泵 的結(jié)構(gòu)型式繁多，主要可 分為單級(jí)泵與 多級(jí)泵兩大類 ：1．單級(jí)離心泵 單級(jí)離心泵大多采用螺旋形壓出室，其葉輪的吸入方式有單吸式和雙吸式兩種，軸的布置則有臥式和立式兩種。最簡單最常用的泵如托架式懸臂泵，這是一種單級(jí)單吸離心式水泵，即 IS/IB 型泵。如果要求流量較大，且具有一定的吸上性能，則可采用單級(jí)雙吸離心式泵，即 S 型泵。這兩型泵既可作為臥式也可設(shè)計(jì)成立式結(jié)構(gòu)，為了減少占地面積，降低泵的吸入高度設(shè)計(jì)成立式結(jié)構(gòu)，同時(shí)，這樣可將電動(dòng)機(jī)置于泵組上部減少電動(dòng)機(jī)與水的接觸機(jī)會(huì)。2．多級(jí)泵 為提高泵的揚(yáng)程，可把泵的葉輪串聯(lián)起來，做成多級(jí)泵。離心式多級(jí)泵可分成兩大類，一類是水平中開式泵，或稱螺殼式多級(jí)泵，這一類泵的葉輪布置都是對(duì)稱的，用以抵消軸向力。另一類是節(jié)段式多級(jí)泵，它沒有螺河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文7旋形壓出室，而代之以導(dǎo)流器。它的葉輪一般是 串聯(lián)布置，它是通過專門的平衡機(jī)構(gòu)來平衡軸向力。船用泵當(dāng)中還有一種多級(jí)泵，它是由 一級(jí)離心葉輪與一級(jí)旋渦葉輪串聯(lián)組成。它也是為實(shí)現(xiàn)小流量高揚(yáng)程而設(shè)計(jì)的，它利用了 離心葉輪良好的吸入性能，又通過旋渦葉輪實(shí)現(xiàn)了高揚(yáng)程?，F(xiàn)代的高壓鍋爐給水泵就是采用這種結(jié)構(gòu)型式，由于泵的揚(yáng)程太高，在分段泵殼配合處常有高壓水泄漏出來，為了確保 密封，常采用雙層殼體，即在分段殼體之外再套一個(gè)整體的圓筒。3. 離心泵工作 原理 ： 泵內(nèi)充滿 液體后 ，啟動(dòng)離 心泵，葉 輪快速 轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的葉 片 驅(qū)使液體流動(dòng)， 并 依靠慣性 向葉輪 外緣流去 ，同時(shí) 葉輪從吸 水室吸進(jìn) 液體 。 在這一過 程中，葉輪中的液體繞 流葉片， 在繞流 運(yùn)動(dòng)中液 體將作用力作用于 葉片， 反 過葉片將相等大小的作用力作用于 液體，這 個(gè)力對(duì) 液體做功 ，使液體 得到能 量而流 出 葉輪，這時(shí)液體的動(dòng)能與靜壓能均 增大。隨著液體的靜壓能的增加，液體被迫經(jīng)壓水室壓出。3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照國內(nèi)外此類單級(jí)離心泵的結(jié)構(gòu)，并吸收其優(yōu)點(diǎn)，確定了本次離心泵的總體結(jié)構(gòu)布 置。由于是單級(jí)泵，取消了串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中的最薄弱環(huán)節(jié)---水軸承，可使其可靠 性大為提高。采用加長聯(lián)軸節(jié)，泵體采用后開式的結(jié)構(gòu)，在不拆卸進(jìn)出水管路和電機(jī)的情況 下即可取出轉(zhuǎn)子。這樣，泵內(nèi)的零件如泵體密封環(huán)和機(jī)械密封等密封易損件，在維修保養(yǎng) 或更換修理時(shí)，可大大減輕使用者的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短維修時(shí)間，并保證承壓管路尤其是高 壓管路的密封性，這一點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備是十分重要的。3.2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的 單 級(jí) 單 吸 離 心 泵 整體為臥式結(jié)構(gòu)， 泵由單級(jí) 離心泵和電機(jī) 組成， 泵 組為整裝機(jī)組，電 機(jī)固定在 泵架上 ，泵組通 過底座 安裝在地 基上，也 可通過 泵架采用 中間懸掛安裝。電機(jī) 通過聯(lián)軸 器將動(dòng) 力傳入泵 轉(zhuǎn)子部 件上帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。 泵的 轉(zhuǎn) 子部件包 含了主軸、 葉輪、軸承 、機(jī)械密 封、軸 承座等零 件，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文8通 過軸承座 與泵體相 連。泵 體采用后 開始結(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)子部件可 以從泵體 上部實(shí)現(xiàn)安裝與 拆卸。離心泵的吸水口于排水口軸心線垂直。離心泵葉 輪通過軸 端螺紋 固定在主 軸端上，用螺母進(jìn)行軸 向固定， 用止動(dòng) 墊片進(jìn)行 防松止 動(dòng)。葉輪與主軸通 過不銹 鋼平鍵傳 遞動(dòng)力。泵的軸端密封 采用了泄 漏極少 的機(jī)械密 封，同 時(shí)在泵 體 密封涵中 設(shè)計(jì)了 防干轉(zhuǎn)空 腔，以保護(hù) 機(jī)械密封在 剛起動(dòng)或 泵內(nèi)不完全排氣 時(shí)在沒 有液體潤 滑的條件 下運(yùn)轉(zhuǎn) 。機(jī)械密 封的潤滑與 冷卻液通過增設(shè)的綜 合防泄 漏系統(tǒng) 來提供與保證 。3.2.2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)離心泵的原動(dòng)機(jī)一般 都選擇電動(dòng)機(jī) ，電動(dòng)機(jī)通過 聯(lián)軸器將動(dòng)力 輸入泵中。因 此聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)好壞將會(huì)決定整個(gè)機(jī)組的效率以及傳動(dòng)的平穩(wěn)性，進(jìn)而影響泵運(yùn) 行的平穩(wěn)性。同時(shí)聯(lián)軸器的選擇與設(shè)計(jì)還直接關(guān)系到泵的拆卸與維修性能。目前 國內(nèi)同行業(yè)中一般還是用傳統(tǒng)的凸緣式(圖 3-2)或柱銷式(圖 3-3)聯(lián)軸器。圖 3-1 凸緣式 聯(lián) 軸器河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文9圖 3-2 彈 性柱銷聯(lián)軸器柱銷式聯(lián)軸器是最早 采用的一種聯(lián) 軸器， 該聯(lián)軸器 如圖所示存在 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝 定位調(diào)整困難，壽命短等缺點(diǎn)。在國內(nèi)離心泵上已逐步用爪式聯(lián)軸器替代了柱銷式聯(lián)軸器。爪式聯(lián)軸器相對(duì)結(jié)構(gòu)簡單，通過增加彈性橡膠墊具有了一定的柔性補(bǔ)償能力。但同時(shí)也帶來 了薄弱環(huán)節(jié)，即彈性橡膠墊壽命很短，使用一段時(shí)間就需要更換，需要經(jīng)常維護(hù)，而且更 換時(shí)還需將電機(jī)拆下，很不方便。圖 3-3 漸開線 花鍵軸聯(lián)軸器漸開線花鍵聯(lián)軸器是一種新型的聯(lián)軸器形式(圖 3-4)，該聯(lián)軸器在國外離心泵上已經(jīng)得到大量應(yīng)用，但國內(nèi)離心泵中應(yīng)用范圍不廣。在此次設(shè)計(jì)中，引入了該種形式的聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器有易拆卸、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、可柔性補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文10該聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是花鍵的擠壓強(qiáng)度校核，校核公式如下：其中：T——扭 矩，T=177400N.m? ——各齒不平衡系數(shù)，取 0.7 z——齒數(shù) ， z=28h——齒的工作 高度， h=m=3mml——齒 的工作長度， 1=30mm Dm——平均直 徑， Dm=87mm [ P] ——許用壓強(qiáng) ， Ppp=15Mpa將以上各設(shè)計(jì)參數(shù)代 入公式，得：可見強(qiáng)度滿足要求。3.3 電機(jī)的選擇根據(jù)計(jì)算得,電機(jī)的功率大約是 38.68kw.根據(jù)運(yùn)用場(chǎng)合的不同選擇電機(jī)型號(hào)為 Y225M-2，電機(jī)額定功率 45KW，同步轉(zhuǎn)速 3000 轉(zhuǎn)/ 分，滿載轉(zhuǎn)速 2970 轉(zhuǎn)/分。3.4 轉(zhuǎn)子軸設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的泵為臥式泵 ,它的轉(zhuǎn)子采用傳統(tǒng)的雙支點(diǎn)支撐懸臂結(jié)構(gòu) ,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3-4 所示。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文113-4 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡圖3.5 密封離心泵的密封主要包括機(jī)械密封、填料函密封及彈性材料密封的常用設(shè)計(jì)方法。機(jī)械密封：是為了克服填料函中采用柔軟填料的問題。為使運(yùn)轉(zhuǎn)中的密封表面小，在大多數(shù)情況下，兩個(gè)接觸面之間充入一層具有密封作用的夜膜。機(jī)械密封依靠的就磨損最是這樣一層穩(wěn)定的液膜填料函密封 ：使用 柔性材料 作為密 封材料， 由于新材 料的出 現(xiàn)，密封 材料更 是 層出不 窮，如聚四氟乙烯纖 維、石墨纖維 、金屬纖維、 玻璃纖維、硅鋁纖維等。彈性填料： 彈性密 封可用作 靜態(tài)、 旋轉(zhuǎn)與往 復(fù)運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)下的 密封，具 有良好 的 柔軟性 和彈性。但它的摩擦 系數(shù)高，會(huì)造 成過熱從而導(dǎo) 致橡膠變脆和破裂。最后致 使密 封損壞由于機(jī)械密封具有以 下優(yōu)點(diǎn)：1） 泄露量極小。2） 壽命長。3） 對(duì)軸 的 摩擦小。4） 可自動(dòng)運(yùn)行而不需要 在運(yùn)行時(shí)調(diào)正 。5） 功率損失小。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文126） 耐振動(dòng)性好。7） 使用廣泛。所以本次設(shè)計(jì)采用單端面機(jī)械密封。需注意的是機(jī)械密封有零件多，精度高，安裝拆卸要求高，相應(yīng)的造價(jià)也高等缺點(diǎn)。但從實(shí)際需要及生產(chǎn)角度來看，采用機(jī)械密封利大與 弊，機(jī)械密封也是今后的發(fā)展趨勢(shì)。3-5 機(jī)械密封簡圖1）主要密封原件：由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、組成。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)一般用不同材料制成，一個(gè)硬度 較低，一個(gè)硬度較高。但也可根據(jù)具體情況將兩個(gè)環(huán)用同一材料制成。2）輔助密封原件：由動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈和其他適當(dāng)?shù)膲|片組成。根據(jù)不同的要求，輔助密封原件常采用 O 型環(huán)、V 型環(huán)或其他形狀的密封環(huán)。以便能吸 收對(duì) 密封面有不 良影響的振動(dòng)，輔助 密封環(huán)原件常 用橡膠或塑料 等材料制成。3）壓緊原件和其他輔助原件：如彈簧、推環(huán)、傳動(dòng)座、防轉(zhuǎn)銷等，以及保 證動(dòng)環(huán)和靜環(huán)所工作所必須的其 他零件，都屬 于這一類原 件 。由于機(jī)械密封 工作條件復(fù) 雜，工作 時(shí)，在動(dòng)環(huán) 和靜環(huán)密 封面不斷產(chǎn) 生摩擦熱 ，致 使動(dòng) 環(huán)和靜環(huán)間 的液膜汽 化，某 些零件老 化、發(fā) 焦、變形 ，這些都影響使 用壽命 。 因此，在選 擇機(jī)械密封時(shí)，還必 須注意機(jī)械密 封的冷卻。本節(jié)小結(jié)：本節(jié)主要講述了一下所所設(shè)計(jì)泵的總體結(jié)構(gòu)、部分零部件的設(shè)計(jì)構(gòu)造，以及部分零部件的作用，這將為接下來的設(shè)計(jì)提供參考。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文134 泵的水力設(shè)計(jì)離心泵的水力性能主 要取決于離心 泵的水力設(shè)計(jì)， 它包括葉輪設(shè) 計(jì)、 壓出室和吸 入室 的設(shè)計(jì)。目 前離心泵 水力設(shè) 計(jì)方法有 兩種： 模型換算 法和速度 系數(shù)法 。模型換 算法就是參 照已有的優(yōu) 秀水力模 型進(jìn) 行 相似換算 來設(shè)計(jì) 新的水力 模型，參 照的水 力模型 必 須與設(shè)計(jì)模 型幾何相 似 和工況相 似。速 度系數(shù)法是根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng) 計(jì) 獲得速度 系數(shù)經(jīng) 驗(yàn)值來計(jì) 算設(shè)計(jì)模型 的各參數(shù)。 兩種設(shè)計(jì) 方法各 有優(yōu)缺點(diǎn) ，模型 換算法 設(shè) 計(jì)可靠性 與準(zhǔn)確 性較高， 但受水力模 型所限，不 能超越已 有的模 型水力 性 能。而 速度系數(shù) 法所取 的 經(jīng)驗(yàn)系 數(shù)由于是 來自于經(jīng)驗(yàn) 統(tǒng)計(jì)，也具 有一定可 靠性， 而且不受 水力模 型限制， 因此很多 時(shí)候被 設(shè)計(jì)者所 采用。本設(shè) 計(jì)用度系數(shù) 法進(jìn) 行設(shè)計(jì)。 離心 泵葉輪速度系 數(shù)如圖 4-1 所示圖 4-1 葉輪速度系數(shù)圖河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文144.1 葉輪的設(shè)計(jì)4.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)泵的比轉(zhuǎn)速及汽蝕比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速 ：汽蝕比轉(zhuǎn)速 C:4.1.2 確定泵的進(jìn)出口直徑：1) 泵的進(jìn)口直徑表 4-1 泵的吸入口徑、流速流量的關(guān)系泵的進(jìn)口直徑也叫泵吸入口徑，是指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑，吸入口徑有合理的進(jìn)口流速?zèng)Q定，泵的進(jìn)口流速一般為 3m/s 左右。常用泵的吸入口徑、流量流速的關(guān)系如表 4-1 所示。首先選取河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文15泵進(jìn)口直徑的計(jì)算公式為：取2) 泵的出口直徑泵出口直徑也叫泵的排出口直徑，是指泵排出法蘭處管的內(nèi)徑，對(duì)于低揚(yáng)程泵，排出口徑可與進(jìn)口直徑相同；對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減少泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于進(jìn)口直徑，一般取這里取 得：4.1.3 效率的計(jì)算 1) 容積效率計(jì)算在設(shè)計(jì)泵時(shí)要用泵的效率,但泵尚未設(shè)計(jì)出來,故只能參考同類產(chǎn)品,或借助經(jīng)驗(yàn)公式和曲線近似的確定泵的總效率和各種效率值,并設(shè)法在設(shè)計(jì)中達(dá)到確定的效率值。容積效率可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：所以容積效率為：設(shè)平衡盤泄露量與理論流量之比為：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文162) 機(jī)械效率的計(jì)算圓盤摩擦損失效率和機(jī)械效率可有一下公式計(jì)算得出：考慮到軸承等的損失，這里取軸承的損失為 0.02，所以機(jī)械效率為：3) 水力效率的計(jì)算:水力效率的計(jì)算可按下列公式進(jìn)行計(jì)算4) 泵的總效率：4.1.4 葉輪主要尺寸的計(jì)算：泵軸徑和葉輪輪轂直徑的初步計(jì)算 葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進(jìn)口直徑、葉片進(jìn)口直徑、葉輪輪轂直徑、葉片進(jìn)口寬度、葉片進(jìn)口角、葉輪出口直徑、河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文17葉輪出口寬度、葉片出口角、葉片數(shù)、葉片包角等。葉輪進(jìn) 口幾何參數(shù)對(duì)氣蝕性能有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對(duì)性能具有重要影響，兩者對(duì)泵的 效率均有影響。下圖表示的是穿軸和葉輪幾何形狀和主要尺寸參數(shù)。圖 4-2 離心泵的葉輪圖1. 葉輪的主要尺寸計(jì)算：1. 軸功率：2. 電機(jī)的配套功率：根據(jù)電機(jī)的配套功率選擇電機(jī)為 Y 系列電機(jī)，電機(jī)號(hào)為 Y225-2 型，電機(jī)的額定功率為 45KW，同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min，滿載轉(zhuǎn)速為 2970r/min。3. 扭矩可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文184. 最小軸頸泵軸的直徑 應(yīng)按其 承受的外 載荷（ 拉、壓、 彎、扭） 和剛度 及臨界轉(zhuǎn) 速條件 確 定。因 為扭矩是泵 軸的主要 的載荷 ，所以在 開始設(shè) 計(jì)時(shí)，可 按扭矩確定泵軸 的最小 直 徑（通常是 聯(lián)軸器處的軸徑 ）。 同時(shí)應(yīng)根據(jù)所 設(shè)計(jì)泵的具體 情況，考慮影響剛度 和臨界轉(zhuǎn)速的 大概因素， 可對(duì)粗算的軸徑作 適 當(dāng)?shù)男薷模?并圓整到 標(biāo)準(zhǔn)直徑 。 待泵轉(zhuǎn) 子設(shè)計(jì)完成后， 再對(duì) 軸的強(qiáng)度、 剛度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行詳細(xì)的校核。按扭矩計(jì)算泵直徑的公式如下:式中 為扭矩泵軸材料選 1Cr18Ni9Ti許用切應(yīng)力 [? ] =25Mpa所以最小軸頸為：取葉輪的軸頸為 35mm輪轂的直徑為在畫泵軸結(jié)構(gòu)草圖時(shí) 應(yīng)注意以下幾 點(diǎn)：a、 各段軸徑應(yīng)盡量取用 標(biāo)準(zhǔn)直徑；河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文19b、 軸上的螺紋一般采 用 標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋 ，其內(nèi)徑應(yīng) 大 于螺紋前軸段 的直徑；c、 軸定位的凸肩一般為 1～2mm。葉輪進(jìn)口直徑 Dj 的計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑又叫吸入眼直徑 或葉輪頸部直 徑。 葉輪的進(jìn)口速 度和葉輪進(jìn)口 直徑有關(guān)?？筛鶕?jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行選值，對(duì)大多數(shù)泵來說 ，現(xiàn)取整取2. 葉輪進(jìn)口速度的計(jì)算：取3. 葉片入口邊絕對(duì)速度：v1 ? 0.757v0 ? 0.757 ? 5.5? 4.13（ m / s）4. 葉片入口邊的直徑：D1 ? 0.92D0 ? 0.92 ? 97 ? 90mm5. 葉片入口圓周速度：6. 葉片入口寬度河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文207. 葉輪的出口寬度葉輪的出口寬度可有一下公式求得：所以 8. 葉片進(jìn)口角的計(jì)算葉片進(jìn)口角也就是葉 片入口安放角， 它是葉片入口 處葉片工作面 上的切線 （嚴(yán) 格 地說， 應(yīng)該是在流面上葉片 股線的切線） 與圓周切線間 的夾角。對(duì)于直錐形吸水室取河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文21,沖角 一般取 39. 葉輪的出口直徑 的計(jì)算葉輪出口直徑可按下面公式進(jìn)行計(jì)算：10. 精算葉輪出口直徑：根據(jù)比轉(zhuǎn)速 去葉片數(shù)有葉片數(shù) ，取出口安放角葉片出口厚度取下面采取逐次逼近法精算葉輪出口直徑：第一輪驗(yàn)算其中：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文22理論揚(yáng)程：取將以上參數(shù)代入下列公式中得：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文23第二次驗(yàn)算：根據(jù)第一次計(jì)算的結(jié)果，取將以上計(jì)算參數(shù)代入下列公式得：計(jì)算結(jié)果與初始值一致，計(jì)算完畢。11. 有限葉片液體出口速度和圓周速度河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文24因此：12. 液體流出葉片的絕對(duì)速度：至此，葉輪的繪型所需的尺寸，角度等參數(shù)，已經(jīng)全部計(jì)算完畢。上述參數(shù)都能影水泵的性能，其中， D0 、 D1 、 b1 對(duì)離心泵的汽蝕性能和流量影響較大； D2 、 ?2 對(duì)水泵 揚(yáng)程的影響較大；?2 還對(duì)泵性能曲線的形狀影響較大。但是，對(duì)葉輪其他因素（如葉片數(shù)、 包角、葉片厚度、沖角、葉片入口直徑等）也需認(rèn)真對(duì)待。這些參數(shù)的合理性將直接對(duì)泵的性能產(chǎn)生影響。 葉輪是影響離心泵性能的主要零件，葉輪的主要尺寸計(jì)算完畢后，就可以進(jìn)行繪型。準(zhǔn)確地繪型是保證葉片形狀正確的前提。4.2 葉輪的繪型目前常用的葉輪繪型方法有：圓柱葉片葉輪繪型法和保角變換繪型法。本次設(shè)計(jì)采用 最常用的圓柱葉片葉輪繪型法。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文251）軸截面設(shè)計(jì)葉輪各部的尺寸確定之后，可畫出葉輪軸面投影圖。 畫圖時(shí)，最好選擇 ns 相近，性 能好的葉輪圖作為參考，考慮設(shè)計(jì)泵的具體情況加以改進(jìn)。軸面投影圖的形狀，十分關(guān)鍵， 經(jīng)過反復(fù)修改，力求光滑通暢。同時(shí)應(yīng)考慮到：1、前后蓋板保持一段平行或?qū)ΨQ變化；2、流道彎曲不應(yīng)過急，在軸向結(jié)構(gòu)允許的條件下，以采用較大的曲率半徑為宜。 傳統(tǒng)低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪基本上屬于徑流式葉輪。前，后蓋板型線均由直線和圓弧構(gòu)成。進(jìn)口先是一段短的軸向流道，然后迅速向徑向，出口方向也是徑向。在設(shè)計(jì)軸截面型 線時(shí)，參考了定型的水力模型，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，確定了以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：1、前蓋板由一段進(jìn)口水平直線，兩段圓弧和出口端的一段直線組成。2、后蓋板由一段進(jìn)口水平直線，一段圓弧和出口端的一段直線組成。3、前，后蓋板出口端直線的斜率絕對(duì)值相等，符合相反，以保證出口水流處于徑流方 向。調(diào)整圓弧半徑的大小和位置，可以找到光滑的前，后蓋板的型線。判斷前，后蓋板的型線光滑的條件是檢查過水?dāng)嗝婷娣e沿軸面流線的變化規(guī)律是否平滑。一般要求流道呈輕度擴(kuò)散或連續(xù)收縮狀。特別是去除葉片所占空間后的凈過水?dāng)嗝婷娣e沿軸面流線的變化規(guī)律更為重要。圖 4-3 葉輪軸面投影圖河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文26圓柱形葉片葉輪繪型的主要步驟如下 ：1、作軸畫投影圖軸面就是包含軸心線的截面，如圖 4-3 中的 O-A 面就為軸面。軸面投影就是將葉輪上 的點(diǎn)按圓弧投影在某一軸面上的圖形。如圖 4-3 中的 a 點(diǎn)本來不在軸面 O-A 上，但是以 O 點(diǎn)為圓心，以 r1 為半徑旋轉(zhuǎn)，即可將 a 點(diǎn)投影到 O-A 面上，得 a′點(diǎn)；同理 c 點(diǎn)本來也不 在軸面 O-A 上。但是以 O 點(diǎn)為圓心，r2 為半徑旋轉(zhuǎn)，即可將 c 點(diǎn)投影到 O-A 面上，得 c′點(diǎn)。 將軸面 O-A 投影，如圖 4-3，此圖即為軸面投影圖。在軸面投影圖上，可以比較全面地看 到葉輪前后蓋板形狀，葉片入口邊、出口邊各點(diǎn)相對(duì)于葉輪軸心線的徑向位置和軸向位置， 但是，入口邊、出口邊上備點(diǎn)并不一定在同一軸面上。作軸面投影圖時(shí)， 盡量參考比轉(zhuǎn)數(shù)相等、 性能良 好的葉輪的 軸 面投影圖。作軸面投影 圖的步驟為：（ 1)取 ,作 軸 心 線 O-O 的 平 行 線 DE， 如 圖 4-3 所示 。（2)作軸心線 O-O 的垂線 AB， 使河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文27圖 4-4 軸面投影圖的繪制(3)過點(diǎn) B 作 BC 線，使角?ABC =-3°～5°。 ?ABC 的大小與比轉(zhuǎn)速和泵的結(jié)構(gòu)形 式有關(guān)，比轉(zhuǎn)速小的取 0°一些蝸殼式泵取-3°。(4)以適當(dāng)半徑作圓弧，使之與直線 DE 和 BC 相切，即得葉輪后蓋板的初步輪廓線。(5)過 B 點(diǎn)作軸心線 O-O 的平行線，并截取 FB=b2。(6)作軸心線 O-O 的平行線 GH 和 JK。GH 距軸心線 距離為(7)以 JK 線上相應(yīng)點(diǎn)為圓心,以 為半徑做圓，使 之與 葉輪后蓋 板輪廓線相切 。(8)以適當(dāng)?shù)膱A弧和直線作成葉輪前蓋板的輪廓線，此輪廓線必須與 GH 線和 葉 輪入口 圓相切，并通過 F 點(diǎn) 。(9)作葉片入口邊：對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵，入口邊可以平行于軸線，按計(jì)算的 D2 值作軸線 的平行線即可。但也有一些比轉(zhuǎn)數(shù)小于 100 的泵，葉片入 口邊伸向吸入口 。 此 處所作的葉 片入口邊僅是初步的 ，在作平面投 影圖或方格網(wǎng)時(shí)，還要根據(jù) 具體情況作適 當(dāng)?shù)?修改。2．軸面投影因的檢查 軸面投影圖 畫出后 ，必須檢 查流道 面積變化 是否合理。如果流道面積無規(guī)律地變化，則液體在葉輪流道內(nèi)有加速和減速、要產(chǎn)生局部旋渦，增大損失。軸面投影圖的檢查方法 如下：在軸面投影圖流道內(nèi)，作很多內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心距的大小視軸面投影圖的大小而定，距離越小，檢查精確度越高，但工作量也越大。將這些內(nèi)切圓心用圓滑曲線連接起來，就 得到了葉輪軸面流道中線 ab，如圖 4-5 所示。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文28圖 4-5 軸面圖的檢查4.3 壓出室的水力設(shè)計(jì)4.3.1 壓水室的類型和作用原理吸水室位于 葉輪之 前，壓水 室位于 葉輪之后 ，它們和 葉輪一 起構(gòu)成泵 的過流 部 件。因 為吸水室和 壓水室是 固定的 過流部件 。研究 其中的流 動(dòng)時(shí)，一般不引 入相對(duì) 速 度。絕對(duì)速 度的大小和 過水?dāng)嗝?積有關(guān) ，方向與 其幾何 形狀有關(guān) 。絕對(duì)速 度可分 解成兩 個(gè) 分量：圓周 分量和軸面分量。通常所說的壓水室是 指螺旋形壓水 室、環(huán)形壓水 室和導(dǎo)葉等的 總稱。流出葉倫的液體，其絕對(duì)速 度值很 大，且具 有很大的 旋轉(zhuǎn) 分 量。但液 體通過 壓 水室以后， 絕對(duì)速度變小， 旋轉(zhuǎn)分量等 于零或者是很 小 的值， 因而壓水室 是轉(zhuǎn)換能量的 過流部件。壓水室的 作用河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文291）收集從葉 輪中流出的液 體，并輸送到排 出口或下一級(jí) 葉輪吸入口；2） 保證流出葉輪的 流動(dòng)是軸對(duì)稱 的， 從而使葉輪內(nèi)具 有穩(wěn)定的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，以減 少葉輪 內(nèi)的水力損失；3）降低液流 速度，使速度 能轉(zhuǎn)換成壓能；4）消除液體 從葉輪流出的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避 免由此造成的 水力損失。壓水室具有以下三種 基本形式 圖 4-8 所示。 通常，主要 采 用兩種形式。從 水力 方面看，螺 旋形壓水室的流動(dòng)比 較理想 ， 適應(yīng)性強(qiáng) ， 高效率范 圍寬。 但流道不能機(jī)械 加工， 尺寸形狀、 表面光潔度 直接靠鑄 造來 保 證。葉片 式壓 水 室一般可以單獨(dú)制 造。 并 可以進(jìn)行 機(jī)械加工，但水力方面 不如螺旋 形壓水 室理想。 渦室主 要用于多 級(jí)泵，而 帶導(dǎo) 葉 的環(huán)形壓 水室，因能消除徑向應(yīng)力，主要 用于大型單級(jí) 泵。圖 4-6 a-螺旋 形壓水室 b-導(dǎo)葉 c-帶導(dǎo)葉的 環(huán)形壓水室2、壓 水室的作用原 理螺旋形壓水室的作用原理，如圖 4-9 所示。液流從 葉輪流出后，進(jìn) 入兩個(gè)平行的平 板之間，當(dāng) 忽略液體 的粘性 摩擦力時(shí) ，這種 液流不受 任何外力 作用， 應(yīng)遵從速 度矩保持性定理，即:, (常數(shù))河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文30圖 4-7 壓 水 室工原理壓水室的 形狀， 按符合這 種流動(dòng) 規(guī)律來設(shè) 計(jì)，得 到流體流 動(dòng)的軌跡 之后，按此軌跡加 做固體壁，就作出了 符合流動(dòng)的壓 水室。如上圖 所示。4.3.2 渦室的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺旋形渦室稱渦形體如下圖 4-8 所示 。 其優(yōu)點(diǎn)主要 是制造方便 ， 泵性能曲線高 效 率區(qū) 域比較寬， 車削葉輪 后泵效 率變化較 小。在 設(shè)計(jì)螺旋 形渦室時(shí) 通常認(rèn) 為液體從 葉輪中均勻 流出，并在 渦室中做 等速 運(yùn) 動(dòng)，渦室 只起收 集液體的 作用，在 擴(kuò)散管 中液體 的 一部分動(dòng)能 變成壓能。圖 4-8 渦室的幾何參數(shù)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文31基圓直徑切于隔舌頭的圓被稱為基圓，用 D3 表示。 應(yīng)稍大于葉輪外徑 D2 ，使隔舌和葉輪間有適當(dāng)?shù)拈g隙，該間隙過小，容易因液流阻塞而引起噪聲和振動(dòng)；但間隙過大，除增加徑向 尺寸外，因間隙外存在著旋轉(zhuǎn)的液流環(huán)，消耗一定的能量，間隙越大，泵的效率下降的越多，通常?。核? 渦室進(jìn)口寬度 b3通常大于包 括前后 蓋板的葉 輪出口 寬度，至 少有一定 的間隙 ，以補(bǔ)償 轉(zhuǎn)子的 串 動(dòng)和制 造誤差。目前，有 些 渦室的 b3 取得相當(dāng)寬，這樣， 使葉輪前后蓋 板帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) 的 液體 可暢通 的流入壓水 室，回收 一部分 圓盤摩擦 功率， 提高泵的 效率，另 外可適 應(yīng)不同 寬 度的葉輪，提高產(chǎn)品的通用性， 一般取:-葉輪的出口寬度 S——葉輪蓋板的厚度 C——常數(shù) 一般取渦室的隔舌安放角 隔舌位于渦 室螺 旋 線部分的 始端， 將螺旋線 部分與擴(kuò) 散管隔 開。習(xí)慣 稱過隔 舌 頭部的斷面為 0 斷面，隔舌和第Ⅷ斷面的夾角為隔舌安放角，用 0 表示。0 的大小保證螺旋線 部分與擴(kuò)散管光滑連接，并盡量減少徑向尺寸。下表列出了 0 和比轉(zhuǎn)速的關(guān)系。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文32表 4-2 隔舌安放角 和比轉(zhuǎn)速的關(guān)系所以取隔舌螺旋角 ?0隔舌安放角 是隔舌 處內(nèi)壁與 圓周方 向的夾角 ，為了符 合流動(dòng) 規(guī)律，減 小液流 的 撞擊，隔舌螺旋角應(yīng)等于葉 輪出口稍后的 絕對(duì)液流角。渦室的斷面形狀和斷面面積渦室斷面面 積對(duì)泵 的性能影 響很大 。對(duì)同一 個(gè)葉輪， 如果渦 室斷面面 積過小 ， 則流量一揚(yáng)程曲線 變陡，最 高效率 點(diǎn)向小流 量方向 移動(dòng)，效 率低；如果渦室斷面過大，則流量——揚(yáng)程曲線比較平坦，最高效率點(diǎn)向大流量方向移動(dòng)，效率也降低，降低值比渦室斷面面積過小時(shí)要小。速度系數(shù)法 是一種 廣義的相 似換算 法，它是 根據(jù)統(tǒng)計(jì) 的性能 良好的速 度系數(shù) 進(jìn) 行設(shè)計(jì)的，和葉輪速度系數(shù) 法類似。渦室 中液流速度可 按下式進(jìn)行計(jì)算：K3 ——螺旋形渦室中 的速度系數(shù)， 可由下表選取 :表 4-3 螺旋 形渦室和導(dǎo)葉 中的速度關(guān)系河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文33由表 4-3 可查得渦室中的速 度 確定 后，可計(jì) 算出渦室 的 最大斷面 處的面積 。由于 液流是慈 寧宮 葉 輪 均勻流 出的，故渦室的各個(gè)斷 面面積也均勻 的變化，可按 比例求出。通過第Ⅷ斷面的流量第 Ⅷ 斷面的面積 S各斷面面積計(jì)算可按下列公式進(jìn)行計(jì)算河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文34計(jì)算得各斷面面積為：渦室擴(kuò)散管的設(shè)計(jì)計(jì)算液體離開渦 室后進(jìn) 入擴(kuò)散管 ，在擴(kuò) 散管中， 一部分動(dòng) 能變?yōu)?壓能。擴(kuò) 散管末 端 為泵擴(kuò) 散管末 端 為泵的 突出口，一般與吐出 管相連接。擴(kuò)散管的作用在與降 低速度，轉(zhuǎn)換 為壓能，同時(shí) 減少排出管路 中的損失。 擴(kuò)散管的進(jìn) 口可 以 認(rèn)為是 渦 室的第 Ⅷ斷面， 出口是泵 的排出 口，擴(kuò)散 管的主要 結(jié)構(gòu)參數(shù)是：A 排出口徑 應(yīng)符 合經(jīng)濟(jì)流速和 標(biāo)準(zhǔn)直徑，間 葉輪設(shè)計(jì)部分 。B 擴(kuò)散管 高 度 ， 在保證擴(kuò)散 角和加工及螺 旋連接的條 件 下， 應(yīng)盡 量取小值 ， 以 減少泵的尺寸。C 擴(kuò)散角取 9o 。渦室壁厚的計(jì)算河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文35圖 4-9 離心泵的渦室對(duì)于一般的渦室壁厚 可以按下式進(jìn) 行計(jì)算：[? ] 為許用應(yīng)力，渦室所選的材料為鑄鐵，許用應(yīng)力為 [? ] =100～150，取 120.得：4.4 吸水室的設(shè)計(jì)計(jì)算吸水室， 指泵進(jìn)口法 蘭到葉輪進(jìn)口 的過流部分。 吸水室的功用 是把液體按要求 的 條件引入葉輪。 吸水室中 的速度 較小，因 而水力 損失和壓 水室相比 要小得 多， 但是 吸水室的流動(dòng)狀態(tài)，直 接影響葉 輪中的 流動(dòng)情況 ，對(duì)泵 的效率也 有一定的 影響， 尤其對(duì) 泵 的汽蝕性能影響較大。 對(duì)吸水室的要求是：1、保證葉輪 進(jìn)口有要求的 速度場(chǎng)，如速度 分布均勻，大 小適當(dāng)，方向 符合要求 等。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文362、吸水室內(nèi) 的速度分布均 勻，水力損失最 小。 因?yàn)橹卞F形 吸水室 ，結(jié)構(gòu)簡 單，性 能優(yōu)良。 本設(shè)計(jì) 中 吸水室 采用直錐 形吸 水 室 。 如圖 4-14 所示。其中 液體在直錐 形 收縮管中流 動(dòng) ，流速漸增， 分布均勻，水力 損失 小，保證葉輪進(jìn)口有均勻的速度 場(chǎng) 。吸水室進(jìn)口直徑 Ds ，通常取為圖 4-10 直錐形吸水室——葉輪進(jìn)口直徑 所以吸水室進(jìn)口 直徑， 也是泵進(jìn) 口法蘭 處的內(nèi)徑 。由于直 錐形吸 水室的長 度，視 泵 的總體 尺寸結(jié)構(gòu)而定，沒有 特殊要求。所 以取長度 L=120mm。本章小結(jié)：本章主要論述了離心泵的水力 設(shè)計(jì)部分。 水力設(shè) 計(jì)是離心泵設(shè) 計(jì)工作的關(guān)鍵 內(nèi)容之一本章采用速 度系數(shù)法 進(jìn)行了 水力設(shè)計(jì) ，確定 了葉輪與 壓出室的 主河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本