3129 螺旋離心泵的設(shè)計(jì)
3129 螺旋離心泵的設(shè)計(jì),螺旋,離心泵,設(shè)計(jì)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告設(shè) 計(jì) 題 目 : 螺旋離心泵的設(shè)計(jì) 院 系 名 稱(chēng): 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-12 學(xué) 生 姓 名: 導(dǎo) 師 姓 名: 開(kāi) 題 時(shí) 間: 1 研究目的和意義指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：簽字： 年 月 日近幾十年來(lái)，礦山分離機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，如用于抽送污水、糞便、泥漿和各類(lèi)纖維雜質(zhì)漿料，雜質(zhì)泵已成為泵應(yīng)用中非常重要的領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)的雜質(zhì)泵產(chǎn)品主要有污水泵、泥漿泵、紙漿泵和旋流泵，綜觀(guān)應(yīng)用情況，現(xiàn)有各種雜質(zhì)泵雖然具有抽送含顆粒、雜質(zhì)混合液的較好性能，但由于受泵型結(jié)構(gòu)所限，泵在工作中會(huì)時(shí)常發(fā)生繞纏與堵塞障礙，而且對(duì)物料破壞嚴(yán)重，更無(wú)法用于抽送長(zhǎng)纖維、大粒徑固體物和要求不損傷的物料，元不能滿(mǎn)足多行業(yè)的需要。礦山分離機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)螺旋泵）是一種新型雜質(zhì)泵，具有加好的無(wú)堵塞、無(wú)繞纏與損傷少的性能。該新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)在國(guó)外已有近 30 年歷史，60 年代由秘魯率先推出，爾后日本、西德等國(guó)亦相繼研制成功。據(jù)報(bào)道，目前國(guó)外的螺旋泵技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展很快，現(xiàn)已研制有單頭、雙頭和帶有蓋板等不同結(jié)構(gòu)的螺旋式葉輪，并且制成普通干式泵、浸沒(méi)式泵、潛水泵多種系列產(chǎn)品，在許多生產(chǎn)部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)的螺旋泵新技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起步較晚，1988 年螺旋式離心泵的研制成功尚屬?lài)?guó)內(nèi)首次。新產(chǎn)品已通過(guò)專(zhuān)家鑒定，并在多行業(yè)進(jìn)行了幾年的生產(chǎn)應(yīng)用推廣，取得了顯著的生產(chǎn)效果與經(jīng)濟(jì)效益。2 課題研究現(xiàn)狀及分析2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況20世紀(jì)60年代初，為了解決秘魯沿岸魚(yú)類(lèi)加工廠(chǎng)活魚(yú)保鮮輸送問(wèn)題，瑞士工程師Martin St}lale發(fā)明了帶有螺旋型葉輪的泵，由于該泵融合了螺旋泵和離心泵兩者的優(yōu)點(diǎn)，所以被稱(chēng)為螺旋離心泵。此泵先后獲得秘魯、美國(guó)和西德等國(guó)的專(zhuān)利，隨之馬丁先生又建立了瑞士海斯特股份有限公司并任集團(tuán)總裁。此后，馬丁先生便致力于螺旋離心泵的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究，在泵送活魚(yú)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，將其由原來(lái)的魚(yú)泵發(fā)展為多品種、多系列螺旋離心泵，并不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，目前，該系列產(chǎn)品已成為復(fù)雜介質(zhì)泵送領(lǐng)域的重要輸送設(shè)備。德國(guó)Hidrostal Gmbh和KSB公司也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出該泵的系列產(chǎn)品。英國(guó)Sigmund、日本荏原、久保田、太平洋機(jī)工、石川島播磨重工業(yè)等公司都相繼開(kāi)發(fā)出這種泵的系列產(chǎn)品。由于螺旋離心泵用途與結(jié)構(gòu)的特殊，直到20世紀(jì)80年代才見(jiàn)到國(guó)外公開(kāi)發(fā)表的研究成果，目前國(guó)外已有成熟的產(chǎn)品，德國(guó)、美國(guó)、日本和英國(guó)的公司已相繼開(kāi)發(fā)出這種泵的系列產(chǎn)品。但其中關(guān)于他們的文章大多都是產(chǎn)品介紹，而有關(guān)泵的研究和設(shè)計(jì)方面的文章很少見(jiàn)。國(guó)內(nèi)對(duì)螺旋離心泵的設(shè)計(jì)研究起始于 20 世紀(jì) 80 年代末期，朱榮生、關(guān)醒凡根據(jù)多年的研究成果提出了一套確定螺旋離心泵葉輪幾何參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，并且用運(yùn)包角變換法對(duì)葉輪進(jìn)行了繪形，以此用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；陳紅勛、朱榮生L20 認(rèn)為與普通離心泵一樣，螺旋離心泵的設(shè)計(jì)關(guān)鍵主要在葉輪，而葉輪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵則是要找出葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)與螺旋離心泵性能參數(shù)之間的定量關(guān)系，這種定量關(guān)系的建立需要從理論與實(shí)踐兩方面人手，他們以?xún)煞N不同方法對(duì)葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了定義，并在此基礎(chǔ)上提出這些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法；介紹了螺旋不堵塞泵的葉輪、泵體的設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)實(shí)例對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了驗(yàn)證；劉自貴等介紹了國(guó)外螺旋離心泵的科研概況以及他們所作的變速運(yùn)行結(jié)果，提出了較為實(shí)用的設(shè)計(jì)方法；趙天成悼等介紹了在兩相流泵設(shè)計(jì)中兩相流動(dòng)的最低極限速度的選擇與確定原則，討論了固體顆粒對(duì)葉輪泵殼內(nèi)流動(dòng)特性的影響，提出了兩相流泵最經(jīng)濟(jì)輸送范圍下所具有的最佳重量濃度；何希杰、勞學(xué)蘇提出了螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負(fù)壓面空間曲面方程和具體的水力設(shè)計(jì)方法，對(duì)于螺旋離心泵的研究和設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義。李仁年副等人從理論上分析了螺旋離心泵各種性能之間的關(guān)系，提出在設(shè)計(jì)螺旋離心泵時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用的要求。我國(guó)的螺旋泵新技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起步較晚，1988 年 LLB螺旋離心泵的研制成功尚屬?lài)?guó)內(nèi)首次，新產(chǎn)品通過(guò)專(zhuān)家鑒定，并在多行業(yè)進(jìn)行了幾年的生產(chǎn)應(yīng)用推廣，取得了顯著的生產(chǎn)效果與經(jīng)濟(jì)效益。1989 年為湖南、廣西兩個(gè)造紙廠(chǎng)提供 LLBl50．150 型泵 3 臺(tái)，用于粗、細(xì)紙漿的輸送。1992 年為廣東普寧海藻工業(yè)公司和青島黃海海藻工業(yè)公司分別提供 LLBl50-100 型泵17 臺(tái)和 13 臺(tái)，用于浸泡海帶、麒麟菜及其消化膠液的輸送。在連續(xù)幾年的生產(chǎn)應(yīng)用中，兩種泵均性能穩(wěn)定，工作可靠，未曾發(fā)生纏繞與堵塞故障，并且與原用泵相比，輸送效率高、耗能低，在節(jié)電(30％一 50％)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本和提高生產(chǎn)功效等方面取得了良好的生產(chǎn)效果。3 研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)在總體設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)條件下，完成一種螺旋離心式砂石泵。使其達(dá)到①無(wú)堵塞性能好；②無(wú)損性能好；③效率高，且高效區(qū)寬廣；④功率曲線(xiàn)平坦；⑤良好的調(diào)節(jié)性能；⑥泵的吸人性能好；⑦具有優(yōu)良的抗汽蝕性能；⑧腐蝕小，過(guò)流部件壽命長(zhǎng)；⑨理想的噪聲特性。4 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題1、砂石泵總體設(shè)計(jì)；2、砂石泵水利設(shè)計(jì)與計(jì)算；3、砂石泵主要零部件設(shè)計(jì)；4、砂石泵通用零件選擇；主要參數(shù)：出口：200mm；入口：200mm；流量：120m3/h；揚(yáng)程：H=15m；轉(zhuǎn)速：1450r/min；軸轉(zhuǎn)速：9.61KW。4.1 它的工作原理：流體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪作用下被吸入泵腔，葉輪由螺旋段和離心段兩部分組成，螺旋部分提供一個(gè)正向的位移推力，此力在軸向的延伸處形成一種彎轉(zhuǎn)的分力，使人口處的水流沿著葉輪的切線(xiàn)方向而不是與葉輪成直角作用下被吸人泵腔，葉輪由螺旋段和離心段兩部分組成，螺旋部分提供一個(gè)正向的位向而不是與葉輪成直角或某一角度進(jìn)入泵體。螺旋部分的軸向推力使水流平穩(wěn)前進(jìn)，直至離心部分，再由離心部分推送水流從出口排出。 12345A6BPa4.2 砂石泵的主要零部件：泵的主要過(guò)流部件有吸水室、葉輪和壓水室。泵吸水室位于葉輪前面，其作用是把液體引向葉輪。有直錐形、彎管形和螺旋形三種形式。壓水室位于葉輪外圍，其作用是收集從葉輪流出的液體，送入排出管。壓水室主要有螺旋形壓水室（渦殼） 、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種形式。葉輪是泵最重要的工作元件，是過(guò)流部件的心臟。葉輪由蓋板和中間的葉片組成。根據(jù)液體從葉輪流出的方向不同，葉輪分為徑流式、混流式和軸流式三種型式。徑流式葉輪—液體流出葉輪的方向垂直于軸線(xiàn)，即沿半徑方向流出；混流式（包括斜流式）葉輪—液體流出葉輪的方式傾斜于軸線(xiàn)；軸流式葉輪—液體流出葉輪的方向平行于軸線(xiàn)，即沿軸線(xiàn)方向流出。泵的類(lèi)型：泵可以分為葉片式泵（動(dòng)力式泵） 、容積式泵和其它類(lèi)型泵三大類(lèi)。所謂葉片式泵，是依靠葉輪在殼體中旋轉(zhuǎn)，通過(guò)流體動(dòng)力參數(shù)的變化把能量傳給液體的機(jī)械。葉片式泵的簡(jiǎn)單分類(lèi)如下：(1)離心式（裝徑流式葉輪）1)單吸（葉輪一面進(jìn)水）2)雙吸（葉輪兩面進(jìn)水）(2)混流式（裝混流式葉輪）(3)軸流式（裝軸流式葉輪）(4)單級(jí)（裝一個(gè)葉輪）(5)多級(jí)（裝多個(gè)葉輪）4.3 砂石泵的發(fā)展：砂石泵具有輸送各類(lèi)雜質(zhì)、漿料和固體物料無(wú)堵塞、不損傷等良好功能，故在一些生產(chǎn)部門(mén)擁有廣泛的推廣應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于砂石泵具有很多優(yōu)點(diǎn),因此,今后我國(guó)的需求量將持續(xù)增長(zhǎng),并有以下主要發(fā)展趨勢(shì)。1、發(fā)展多功能多用途砂石泵我國(guó)砂石泵的形式和外國(guó)著名的砂石泵生產(chǎn)廠(chǎng)的產(chǎn)品相比還不夠多,如帶有切割裝置的泵、多級(jí)泵、抽送腐蝕性介質(zhì)的砂石泵等生產(chǎn)的還很少,然而其市場(chǎng)的需求量又很大,因此,具有很好的發(fā)展前途。2、開(kāi)發(fā)高可靠性機(jī)械密封機(jī)械密封是砂石泵的關(guān)鍵部分,采用兩道單端面機(jī)械密封,這樣介質(zhì)的壓力可以作用到端面,泄漏方向?yàn)閮?nèi)流型,這些都是有利的,但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。在油室內(nèi)裝雙端面機(jī)械密封,兩側(cè)的端面應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)型式,使介質(zhì)的壓力能作用到下側(cè)的端面上,否則只靠彈簧力,密封端面的反推力易使端面打開(kāi)。因此,還應(yīng)進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)和材料方面進(jìn)行研究,提高其可靠性和壽命。3、新材料新技術(shù)新工藝等將逐步應(yīng)用普通泵已使用不銹鋼、氟塑料(F46)、襯塑、襯膠、噴涂陶瓷等,所有這些材料應(yīng)當(dāng)盡快應(yīng)用到砂石泵上,擴(kuò)大砂石泵的應(yīng)用領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助測(cè)試等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用也勢(shì)在必行。事實(shí)證明,新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用,不但解放勞動(dòng)生產(chǎn)力,而且還可以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。4、注意砂石泵的外觀(guān)質(zhì)量并逐步打入國(guó)際市場(chǎng)我國(guó)的砂石泵在國(guó)際市場(chǎng)上有著明顯的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),但是必須要注意提高砂石泵的可靠性和壽命,尤其要改善砂石泵的外觀(guān)質(zhì)量,要給用戶(hù)一種美的感覺(jué),以使國(guó)產(chǎn)的砂石泵早日更多地打入國(guó)際市場(chǎng)。4.4 砂石泵研究設(shè)想：砂石泵是一種通用機(jī)械，應(yīng)用范圍廣泛。因此在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最多考慮到的因素就是經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和性能穩(wěn)定性。只有投入低，效益高的產(chǎn)品才能被市場(chǎng)認(rèn)同。在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能采用低成本原材料，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并保證其性能能夠滿(mǎn)足工作需求。設(shè)計(jì)就要有創(chuàng)新、有可行性。本次螺旋式砂石泵的結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)就是為了使砂石泵廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并在保證低成本的同時(shí)有更多的效益。本章對(duì)砂石泵的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益，使用壽命以及泵本身的節(jié)能底噪性進(jìn)行試驗(yàn)性分析，表明該泵有實(shí)際應(yīng)用性。本次泵體在設(shè)計(jì)上更多的考慮的實(shí)際生產(chǎn)，使該泵在高效節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益等感方面有更多優(yōu)勢(shì)。5 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)上以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 IS 泵為基型，此次設(shè)計(jì)的螺旋離心式沙石泵，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上采用單級(jí)單吸懸臂臥式結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)是裝有背葉片的具有特殊的三維螺旋葉片的葉輪，葉片型線(xiàn)為空間對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)，采用液固兩相流理論進(jìn)行水力設(shè)計(jì)。由于該泵是通過(guò)其特殊的三維螺旋葉片將螺旋的容積推進(jìn)作用和葉片的離心作用有機(jī)的結(jié)合，使介質(zhì)獲得能量。所以它兼有容積泵和葉片泵的特點(diǎn)，是二者相互結(jié)合的產(chǎn)物。較一般的普通雜質(zhì)泵和旋流泵相比，具有以下特點(diǎn)：（1）無(wú)堵塞性能好；（2）無(wú)損性能好；（3）效率高，與其他同類(lèi)雜質(zhì)泵相比效率高 5%以上；（4）泵的吸入性能好?？沙樗秃瑲饨橘|(zhì)，含氣量在 15%以下時(shí)，泵的性能，震動(dòng)基本不發(fā)生變化。 （5）具有優(yōu)良的抗汽蝕性能。其他參數(shù)相同的條件下，螺旋離心式沙石泵的汽蝕性最好，即 NPSHr 最小。該螺旋離心式沙石泵在結(jié)構(gòu)上主要有三大部分組成，分別為泵頭部分，軸封部分以及傳動(dòng)部分，分別敘述其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。1、泵頭部分泵頭部分由泵體和泵蓋組成。前，后蓋板的直徑大于葉輪直徑，葉輪可由前或后拆卸，葉輪為螺旋離心葉輪，葉輪的后蓋板帶有背葉片以減少泄露，提高泵的壽命及效率。2、軸封部分本次設(shè)計(jì)的軸封采用填料軸封，填料軸封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，但需使用軸封水，還需配備供應(yīng)軸封水的泵。3、傳動(dòng)部分傳動(dòng)部分包括托架和軸承組件，軸承根據(jù)傳動(dòng)的功率不同選擇單列向心圓錐滾子軸承，能夠承受泵的最大軸向及徑向載荷，軸承采用干油潤(rùn)滑，軸承體兩端有密封端蓋，并且有兩道密封圈，能有效的防止污物進(jìn)入軸承，保證軸承安全運(yùn)行，具有較高的使用壽命。6 技術(shù)路線(xiàn)1、根據(jù)搜查到的技術(shù)資料，擬定總體設(shè)計(jì)方案，從而使泵體在設(shè)計(jì)上更多的考慮的實(shí)際生產(chǎn)，使該泵在高效節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益等感方面有更多優(yōu)勢(shì)；2、根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，擬定多種設(shè)計(jì)方案，從而確定出本次設(shè)計(jì)的最終設(shè)計(jì)方案；3、要確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式、確定泵的轉(zhuǎn)速、確定泵的水利方案并進(jìn)行葉輪磨損分析和砂石泵主要零件的強(qiáng)度計(jì)算等等；7 進(jìn)度安排2 月 27 日—3 月 19 日：調(diào)研及收集相關(guān)資料；撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；3 月 19 日—4 月 02 日：砂石泵總體設(shè)計(jì)；4 月 02 日—4 月 23 日：砂石泵水利設(shè)計(jì)與計(jì)算； 4 月 23 日—5 月 14 日：砂石泵主要零部件設(shè)計(jì)；5 月 14 日—6 月 04 日：砂石泵通用零件選擇；6 月 04 日—6 月 15 日：整理資料，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯8 參考文獻(xiàn)[1] 尚德波. 現(xiàn)代機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J]. 職大學(xué)報(bào), 2001, (04) .[2] 柴燕. 概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J]長(zhǎng)江建設(shè), 2004, (03) .[3] 鄒慧君,王石剛,蔡逆水,亢金月. 基于多層推理機(jī)制的機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)[J]計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào), 1997, (06) . 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J.2006.[16] Ye zhonghe,lan Zouhui.Mechanisms and Machine Theory[M]Higher Education Press,2001.1螺旋離心泵的設(shè)計(jì)第 1 章 緒 論1.1 選題背景及意義 近幾十年來(lái)，砂石泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，如用于抽送污水、糞便、泥漿和各類(lèi)纖維雜質(zhì)漿料，雜質(zhì)泵已成為泵應(yīng)用中非常重要的領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)的雜質(zhì)泵產(chǎn)品主要有污水泵、泥漿泵、紙漿泵和旋流泵，綜觀(guān)應(yīng)用情況，現(xiàn)有各種雜質(zhì)泵雖然具有抽送含顆粒、雜質(zhì)混合液的較好性能，但由于受泵型結(jié)構(gòu)所限，泵在工作中會(huì)時(shí)常發(fā)生繞纏與堵塞故障，而目.對(duì)物料破壞嚴(yán)重，更無(wú)法用于抽送長(zhǎng)纖維、大粒徑固體物和要求不損傷的物料，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足多行業(yè)的需要。礦山分離機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)螺旋泵)是一種新型雜質(zhì)泵，具有極好的無(wú)堵塞、無(wú)繞纏與損傷少的性能。該新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)在國(guó)外已有近 30 年歷史，60 年代由秘魯率先推出，爾后日本、西德等國(guó)亦相繼研制成功。據(jù)報(bào)道，目前國(guó)外的螺旋泵技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展很快，現(xiàn)已研制有單頭、雙頭和帶有蓋板等不同結(jié)構(gòu)的螺旋式葉輪，并且制成普通干式泵、浸沒(méi)式泵、潛水泵多種系列產(chǎn)品，在許多生產(chǎn)部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。 我國(guó)的礦山分離機(jī)新技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起步較晚，1988 年本項(xiàng)目 LLB 型螺旋式離心泵的研制成功尚屬?lài)?guó)內(nèi)首次。新產(chǎn)品已通過(guò)專(zhuān)家鑒定，并在多行業(yè)進(jìn)行了幾年的生產(chǎn)應(yīng)用推廣，取得了顯著的生產(chǎn)效果與經(jīng)濟(jì)效益。1.2 礦山分離機(jī)的概述及發(fā)展1.2.1 砂石泵的工作原理泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成抽送液體能的機(jī)器。原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體作功，使其能量整加，從吸水池經(jīng)泵的過(guò)流部件輸送到要求的高處或要求的壓力的地方。圖 1.1 所示是簡(jiǎn)單的泵裝置。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將水從 A 處吸入泵內(nèi)，排送到 B 處。泵中起主導(dǎo)作用的是葉輪，葉輪中的葉片強(qiáng)迫液體旋轉(zhuǎn)，液體在離心力的作用下向四周甩出。這種情況象轉(zhuǎn)動(dòng)的雨傘，雨傘上的水滴向四周甩出去的道理一樣。泵內(nèi)的液體甩出去后，新的液體在大氣壓力下進(jìn)到泵內(nèi)。如此連續(xù)不斷地液體在大氣壓力下進(jìn)到泵內(nèi)。如此連續(xù)不斷地從 A 處到 B 處供水。泵在開(kāi)動(dòng)前，應(yīng)先灌滿(mǎn)水。如不灌滿(mǎn)水，葉輪只能帶動(dòng)空氣旋轉(zhuǎn)，因空氣的單位體積的質(zhì)量很小，產(chǎn)生的離心力甚小，無(wú)力把泵內(nèi)和排水管路中的空氣排出，再泵內(nèi)造成真空，水也就吸不上來(lái)。泵2的底閥是為灌水用的，泵出口側(cè)的調(diào)節(jié)閥是用來(lái)調(diào)節(jié)閥是用來(lái)調(diào)節(jié)流量的。 12345A6BPa1- 調(diào)節(jié)閥 2 – 排出短管 3 – 壓水室 4 – 葉輪 5 – 底閥 6 – 吸水室圖 1.1 泵工作的裝置簡(jiǎn)圖需要強(qiáng)調(diào)指出的是，若在離心泵啟動(dòng)前沒(méi)向泵殼內(nèi)灌滿(mǎn)被輸送的液體，由于空氣密度低，葉輪旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，葉輪中心區(qū)不足以形成吸入貯槽內(nèi)液體的低壓，因而雖啟動(dòng)離心泵也不能輸送液體。這表明離心泵無(wú)自吸能力，此現(xiàn)象稱(chēng)為氣縛。吸入管路安裝單向底閥是為了防止啟動(dòng)前灌入泵殼內(nèi)的液體從殼內(nèi)流出?？諝鈴奈牍艿肋M(jìn)到泵殼中都會(huì)造成氣縛，實(shí)際工作中要避免發(fā)生這種情況。1.2.2 砂石泵的主要零部件泵的主要過(guò)流部件有吸水室、葉輪和壓水室。泵吸水室位于葉輪前面，其作用是把液體引向葉輪。有直錐形、彎管形和螺旋形三種形式。壓水室位于葉輪外圍，其作用是收集從葉輪流出的液體，送入排出管。壓水室主要有螺旋形壓水室（渦殼） 、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種形式。葉輪是泵最重要的工作元件，是過(guò)流部件的心臟。葉輪由蓋板和中間的葉片組成。根據(jù)液體從葉輪流出的方向不同，葉輪分為徑流式、混流式和軸流式三種型式。3徑流式葉輪—液體流出葉輪的方向垂直于軸線(xiàn)，即沿半徑方向流出；混流式（包括斜流式）葉輪—液體流出葉輪的方式傾斜于軸線(xiàn)；軸流式葉輪—液體流出葉輪的方向平行于軸線(xiàn)，即沿軸線(xiàn)方向流出。泵的類(lèi)型：泵可以分為葉片式泵（動(dòng)力式泵） 、容積式泵和其它類(lèi)型泵三大類(lèi)。所謂葉片式泵，是依靠葉輪在殼體中旋轉(zhuǎn)，通過(guò)流體動(dòng)力參數(shù)的變化把能量傳給液體的機(jī)械。葉片式泵的簡(jiǎn)單分類(lèi)如下：(1)離心式（裝徑流式葉輪）1)單吸（葉輪一面進(jìn)水）2)雙吸（葉輪兩面進(jìn)水）(2)混流式（裝混流式葉輪）(3)軸流式（裝軸流式葉輪）(4)單級(jí)（裝一個(gè)葉輪）(5)多級(jí)（裝多個(gè)葉輪）1.2.3 砂石泵的發(fā)展砂石泵具有輸送各類(lèi)雜質(zhì)、漿料和固體物料無(wú)堵塞、不損傷等良好功能，故在一些生產(chǎn)部門(mén)擁有廣泛的推廣應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于砂石泵具有很多優(yōu)點(diǎn),因此,今后我國(guó)的需求量將持續(xù)增長(zhǎng),并有以下主要發(fā)展趨勢(shì)。1.發(fā)展多功能多用途砂石泵我國(guó)砂石泵的形式和外國(guó)著名的砂石泵生產(chǎn)廠(chǎng)的產(chǎn)品相比還不夠多,如帶有切割裝置的泵、多級(jí)泵、抽送腐蝕性介質(zhì)的砂石泵等生產(chǎn)的還很少,然而其市場(chǎng)的需求量又很大,因此,具有很好的發(fā)展前途。2.開(kāi)發(fā)高可靠性機(jī)械密封機(jī)械密封是砂石泵的關(guān)鍵部分,采用兩道單端面機(jī)械密封,這樣介質(zhì)的壓力可以作用到端面,泄漏方向?yàn)閮?nèi)流型,這些都是有利的,但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。在油室內(nèi)裝雙端面機(jī)械密封,兩側(cè)的端面應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)型式,使介質(zhì)的壓力能作用到下側(cè)的端面上,否則只靠彈簧力,密封端面的反推力易使端面打開(kāi)。因此,還應(yīng)進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)和材料方面進(jìn)行研究,提高其可靠性和壽命。43.新材料新技術(shù)新工藝等將逐步應(yīng)用普通泵已使用不銹鋼、氟塑料(F46)、襯塑、襯膠、噴涂陶瓷等,所有這些材料應(yīng)當(dāng)盡快應(yīng)用到砂石泵上,擴(kuò)大砂石泵的應(yīng)用領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助測(cè)試等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用也勢(shì)在必行。事實(shí)證明,新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用,不但解放勞動(dòng)生產(chǎn)力,而且還可以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。4.注意砂石泵的外觀(guān)質(zhì)量并逐步打入國(guó)際市場(chǎng)我國(guó)的砂石泵在國(guó)際市場(chǎng)上有著明顯的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),但是必須要注意提高砂石泵的可靠性和壽命,尤其要改善砂石泵的外觀(guān)質(zhì)量,要給用戶(hù)一種美的感覺(jué),以使國(guó)產(chǎn)的砂石泵早日更多地打入國(guó)際市場(chǎng)。1.3 研究設(shè)想砂石泵是一種通用機(jī)械，應(yīng)用范圍廣泛。因此在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最多考慮到的因素就是經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和性能穩(wěn)定性。只有投入低，效益高的產(chǎn)品才能被市場(chǎng)認(rèn)同。在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能采用低成本原材料，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并保證其性能能夠滿(mǎn)足工作需求。設(shè)計(jì)就要有創(chuàng)新、有可行性。本次螺旋式砂石泵的結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)就是為了使砂石泵廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并在保證低成本的同時(shí)有更多的效益。本章對(duì)砂石泵的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益，使用壽命以及泵本身的節(jié)能底噪性進(jìn)行試驗(yàn)性分析，表明該泵有實(shí)際應(yīng)用性。本次泵體在設(shè)計(jì)上更多的考慮的實(shí)際生產(chǎn)，使該泵在高效節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益等感方面有更多優(yōu)勢(shì)。5第 2 章 砂石泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 砂石泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案分析2.2.1 螺旋離心泵葉輪結(jié)構(gòu)特征螺旋離心泵葉輪的葉片包角大，葉輪流道由單(雙)葉片形成，流道較大，加上進(jìn)口導(dǎo)向和螺旋推進(jìn)作用，使得這種泵的通過(guò)性能很好，可以輸送含大顆粒及纖維物質(zhì)的液體，輸送的濃度比其它型式無(wú)堵塞泵高。固液兩相流體在這種泵中逐漸向前推進(jìn)，流動(dòng)方向無(wú)突然變化，因而流動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)輸送物料的破壞性小。螺旋離心泵葉輪的葉片伸到泵殼吸入口中，大大提高了泵的抗汽蝕性能，泵的吸入性能好，因而能輸送教高粘性的液體。為便于研究和表達(dá)，結(jié)合螺旋離心泵葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在此定義葉輪的幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(見(jiàn)圖 2.1)。(1)葉輪進(jìn)口直徑 Dl葉片工作面進(jìn)口邊緣處到葉輪軸心線(xiàn)的最大垂直距離稱(chēng)為葉輪進(jìn)口半徑。其值 2倍即為 Dl。(2)葉輪輪毅直徑 Dh葉片工作面進(jìn)口邊緣處到汗卜輪軸心線(xiàn)的最小垂直距離稱(chēng)為葉輪輪毅半徑。此值2 倍即為 Dh。(3)葉輪出口直徑 DZ葉片出口邊緣處到葉輪軸心線(xiàn)的最大垂直距離稱(chēng)為葉輪出口半徑。此值 2 倍即為DZ。(4)葉輪出口寬度 b葉一片工作面出口邊緣處，前后蓋板的軸向距離稱(chēng)為葉輪出口寬度。(5)葉片長(zhǎng)度 L葉片工作面最大進(jìn)口邊緣到葉片底面的軸向距離稱(chēng)為葉片長(zhǎng)度。(6)葉片包角 α葉片工作面從進(jìn)口邊緣到出口邊緣繞軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為葉片包角。6(7)出口邊傾斜角 αZ葉片出口邊與葉輪軸心線(xiàn)的夾角稱(chēng)為出口邊傾斜角。 dhD 1α 3α 2α 1DLb 2圖 2.1 螺旋離心泵幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)2.2.2 砂石泵的主要性能參數(shù)參數(shù)要求：出口：200mm； 入口：200mm；流量：120m3/h； 揚(yáng)程： H=15m；轉(zhuǎn)速：1450r/min； 軸轉(zhuǎn)速：9.61kW。介質(zhì)要求：適用于城市排污、污水處理、礦山作業(yè)、造紙、食品等行業(yè)?？奢斔秃箢w粒及纖維物質(zhì)的液體，輸送濃度高達(dá) 12%（體積濃度） 。特別適用于輸送污水、污漿、紙漿、廢液及其他固液、氣液兩相液體。螺旋離心泵，以其獨(dú)特的葉輪設(shè)計(jì)，使泵具有強(qiáng)制進(jìn)科、寬流道、無(wú)堵塞性能好、效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、流量均勻、故障少、壽命長(zhǎng)、購(gòu)置費(fèi)和操作費(fèi)均較低等突出優(yōu)點(diǎn)，使離心泵在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，為使本次設(shè)計(jì)的泵體能應(yīng)用在更多的工作場(chǎng)合，該泵的結(jié)構(gòu)采用螺旋離心式。 2.2 確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸形泵殼。具有若干個(gè)（通常為 4-12 個(gè)）后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對(duì)泵內(nèi)液體做功的部件，是離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連7接，吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)的排出管路相連接。當(dāng)離心泵啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，迫使預(yù)先充灌在葉片間液體旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運(yùn)動(dòng)。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開(kāi)葉輪進(jìn)入泵殼后，由于殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而減速，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。所以蝸形泵殼不僅是匯集由葉輪流出液體的部件，而且又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)，在貯槽液面與葉輪中心總勢(shì)能差的作用下，致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量最終表現(xiàn)為靜壓能的提高。(離心泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2 所示)圖 2.2 螺旋式離心泵結(jié)構(gòu)示意圖選定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型。進(jìn)而結(jié)合下面的計(jì)算，經(jīng)分析比較后做最終確定。在設(shè)計(jì)泵時(shí)要用泵的效率，但泵尚未設(shè)計(jì)出來(lái)，故只能參考同類(lèi)產(chǎn)品，或借助經(jīng)驗(yàn)公式和曲線(xiàn)近似地確定泵的總效率和各種效率值，并設(shè)法再設(shè)計(jì)中達(dá)到確定的效率。水力效率、容積效率和機(jī)械效率的估算由文獻(xiàn)[1]查得 1、水力效率8(2.1)30851.nQgnh??式中：Q—泵流量（m 3/s） （雙吸泵取 Q/2） ；n—泵轉(zhuǎn)速（r/min） ；g—9.8m/s2。2、容積效率 (2.2)3/268.01???svn?該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄露的值于有平衡孔、級(jí)間泄露和平衡盤(pán)泄露的情況，容積效率還要相應(yīng)降低。3、機(jī)械效率(2.3)6/7)10(.smn???(2.4)mvh4、理論揚(yáng)程和理論流量(2.5)hH=(2.6)vtQ??2.3 泵的進(jìn)出口直徑的確定2.3.1 進(jìn)口直徑泵進(jìn)口直徑也叫泵吸入口徑，是指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑。吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。泵的進(jìn)口流速一般為 3m/s 左右。從制造經(jīng)濟(jì)性考慮，大型泵的轉(zhuǎn)速取大些，以減少泵的體積，提高過(guò)流量能力。從提高抗汽蝕性能考慮，應(yīng)取較大的進(jìn)口直徑，以減小流速。常用的泵吸入口徑、流量和流速的關(guān)系列表。對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，再洗入口徑小于 250mm 時(shí)，可取洗入口流速 Vs=1—1.8m/s，在洗入口徑大于 250mm 時(shí)，可取 Vs=1.4—2.2 m/s。選定進(jìn)入流速后，按下式確定由文獻(xiàn)[1]查得9(2.7)4ssQDvp=取 v5=1.1m/s。把參數(shù)代入= mm (2.8)s 196.36014.2??圓整 D5=200mm。2.3.2 泵的出口直徑 Dd泵出口直徑也叫做泵的排口徑，是指泵排出法蘭處管的內(nèi)徑。對(duì)于低揚(yáng)程的，排出口徑可與吸入口徑相同。對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減少泵的體積和排出管路直徑，可排出口徑小于吸入口徑一般取由文獻(xiàn)[1]查得=（ 1—0.7） (2.9)dDs因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是低揚(yáng)程泵，所以取 Dd=0.9 D5。2.4 泵轉(zhuǎn)速的確定(1)泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕。據(jù)此應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；(2)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)比數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)。所以，轉(zhuǎn)速應(yīng)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來(lái)確定；(3)確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和傳動(dòng)裝置；通常優(yōu)先選擇電動(dòng)機(jī)直接連接傳動(dòng)，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速由表查出。電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速；通常按 2%左右的滑差率確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。由文獻(xiàn)[1]查得N=Nｏ （1-S） (2.10)N=1450r/minS—滑差率 ，S 取 0.967，N ｏ 取 1500 r/min。(4)轉(zhuǎn)速越高，過(guò)流部件的磨損加快，機(jī)組的震動(dòng)，噪聲變大；(5)提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制。10由文獻(xiàn)[1]查得汽蝕比轉(zhuǎn)速公式：(2.11)4/362.5rUPSHQNC?2.5 確定泵的水利方案泵的相似定律建立了泵的幾何相似的共性，就是說(shuō)在相似工作情況下，泵體性能參數(shù)之間存在相似的關(guān)系。也就是說(shuō)，如果泵性能參數(shù)之間存在著上述關(guān)系，泵與泵是幾何相似的。但是用相似定律來(lái)判別泵是否幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似、即不方便，也不直觀(guān)。在相似定律的基礎(chǔ)上，可以推出對(duì)一系列幾何相似的泵，性能之間的綜合數(shù)據(jù)。如果這些泵的數(shù)據(jù)相等，則這些泵是幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似的，可以用相似定律換算泵體性能之間的關(guān)系。這個(gè)綜合數(shù)據(jù)就是比轉(zhuǎn)數(shù)，也稱(chēng)比轉(zhuǎn)速或簡(jiǎn)稱(chēng)比速。由文獻(xiàn)[1]查得(2.12)3322MQnD=3I常 數(shù)(2.13)22()()MHn=2()ID常 數(shù)QI 稱(chēng)為折引流量，H I 稱(chēng)為折引揚(yáng)程。因?yàn)?QI、H I 是從定律中推導(dǎo)的，所以對(duì)一系列幾何相似的泵，在相似工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，Q I、H I 分別等于相同的值。另外，值得說(shuō)明的是，Q I、H I 不是沒(méi)有因次的（其中 HI 就有因次） 。雖然有因次但不影響它們作為相似判斷的依據(jù)，因?yàn)閷?duì)于幾何相似的泵，在相似工作情況下，用同一規(guī)定的單位算得的 QI、H I 都等于常數(shù)。折引流量和折引揚(yáng)程，雖然可以作為相似判斷依據(jù)使用，但其中包括葉輪尺寸在內(nèi)，用起來(lái)還不方便。為此，將上邊兩式分別 1/2，3/4 次方，并相除，則消掉兩式中的尺寸參數(shù)。所得的綜合數(shù)據(jù)只包括性能參數(shù)，而且仍然是從相似定律推得的，所以，也是泵的相似準(zhǔn)則，叫做比轉(zhuǎn)數(shù)。在我國(guó)為使之與水機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)一致，將上面數(shù)據(jù)乘以常數(shù) 3.65，并用 n5 表示。由文獻(xiàn)[1]查得11(2.14)4/365.HQns?式中：Q-m 3/s(對(duì)雙吸泵取 Q/2)；H-m（對(duì)多級(jí)泵取單級(jí)揚(yáng)程） ；n-r/mm。有些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中 n5 的表達(dá)式中無(wú)系數(shù) 3.65，且流量，揚(yáng)程的單位也各不相同。這樣，對(duì)同一相似泵 n5 的計(jì)算結(jié)果也不同。因此，應(yīng)換算為使用相同單位下的數(shù)值。其換算關(guān)系如下所示：=s中 65.312.89.16.4德日英美 ssss nn??應(yīng)用在本次設(shè)計(jì)中，配合相應(yīng)的參數(shù)得：=126.84/35.HQns取圓整 。127s=在確定比轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)考慮下列因素：(1)ns=120—210 的區(qū)間，泵的效率最高，n s<60 泵效率顯著下降；(1)采用單吸葉輪 ns 過(guò)大時(shí)考慮采用雙吸式；取 ns=27；(1)泵特性曲線(xiàn)的形狀也和 ns 大小有關(guān)；(1)比轉(zhuǎn)速和泵的級(jí)數(shù)有關(guān)，級(jí)數(shù)越多，n s 越大。2.6 本章小結(jié)離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸牛形泵殼。具有若干個(gè)（通常為4-12 個(gè)）后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對(duì)泵內(nèi)液體做功的部件，為離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)的排出管路相連接。通過(guò)計(jì)算確定了此螺旋離心泵的效率。進(jìn)出口直徑，以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)。最終確定了此泵的水利方案。并且在本章節(jié)中，通過(guò)對(duì)泵的水利的計(jì)算對(duì)該泵的總體結(jié)構(gòu)有初步的了解，為以后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有力條件。 1213第 3 章 砂石泵的水利設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 軸功率和原動(dòng)機(jī)功率由文獻(xiàn)[6]查得泵的軸功率：(3.1)??1028.9??QHgN原動(dòng)機(jī)效率：(3.2)Ktg式中：K —余量系數(shù)；—傳動(dòng)效率。t?3.2 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 Dj、葉片進(jìn)口直徑 Dl、葉輪輪轂直徑 dh、葉片進(jìn)口直徑 b、葉片進(jìn)口角 ?1、葉輪出口直徑 D2、葉輪出口寬度 b2、葉片出口角?2、葉片數(shù) Z、葉片包角 Ф 等、葉輪進(jìn)口幾何參數(shù)對(duì)汽蝕性能有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對(duì)性能（H ， Q）具有重要影響，兩者對(duì)泵的效率均有影響。軸徑和輪轂直徑的計(jì)算軸徑的計(jì)算泵軸的直徑應(yīng)按其承受的外載荷和剛度及臨界轉(zhuǎn)速條件確定。因?yàn)榕ぞ厥潜幂S最主要的載荷，所以在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩確定泵的最小直徑。由文獻(xiàn)[6]查得按扭矩計(jì)算泵軸直徑的公式為：（m） (3.3)??32.0?nMd?式中： —扭矩（N·m） 。nM(3.4)nNCCN9507024?14式中： —計(jì)算功率，可取 =1.2N；CNCN—材料的許用應(yīng)力（Pa） ，取 490× ；??? 510d=0.04（m） ； =47.88（ N·m） ；nM=7.27（kW） 。CN3.3 葉輪主要尺寸的確定方法性能試驗(yàn)表明，葉輪參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)泵的性能至關(guān)重要。如葉輪進(jìn)口半增大，泵的流量會(huì)相應(yīng)增加；葉輪出口半徑增大，會(huì)增大液體在葉輪出口處的圓周速度和牽連速度而提高泵的理論揚(yáng)程；葉片間距增大，葉片朝出口推動(dòng)液體的速度相應(yīng)增加，有利于增大泵的流量；葉片厚度對(duì)泵性能亦有較大影響，葉輪厚度減小會(huì)增大泵的流量，葉輪進(jìn)口處薄葉片還有利于將液體導(dǎo)入葉輪流道，較厚的葉片則利于提高泵的容積效率;葉輪包角對(duì)泵的性能影響比較復(fù)雜，葉廠(chǎng)包角增大葉輪長(zhǎng)度也隨其增加，有利于葉片向液流平滑傳遞能量和減少泵的容積損失，但亦同時(shí)增大液流阻力損失，影響提高泵的效率；另外，葉片傾角、輪心錐體的角度、半徑和長(zhǎng)度等參數(shù)亦對(duì)泵的性能有一定影響。故在設(shè)計(jì)葉輪時(shí)，需要綜合分析考慮各個(gè)參數(shù)，以期得到較佳泵的性能。選用方法：速度系數(shù)法。 （葉輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 3.1 所示）圖 3.1 葉輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖速度系數(shù)法實(shí)際上也是一種相似設(shè)計(jì)法。它和模型算法再實(shí)質(zhì)上是相同的，其差15別在于模型換算是建立在一臺(tái)相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，而速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的原理。利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過(guò)流不見(jiàn)的各部分尺寸。3.3.1 基本公式速度系數(shù)公式的一般形式。利用速度系數(shù)確定尺寸表達(dá)式的一般形式。由文獻(xiàn)[1]查得 3QnD=常 數(shù)則 (3.5)1K因 ∝nD，則 D=-v32Qnk由 32HHDn=常 數(shù) ， 得D= nghK24因 ∝nD,則 。vghK25?系數(shù) K 稱(chēng)為速度（尺寸）系數(shù)，對(duì)相似泵來(lái)說(shuō)這些系數(shù)相等，故這些系數(shù)分別為比轉(zhuǎn)速 ns 的函數(shù)。即 K=f(ns)利用 ns 和速度系數(shù)的關(guān)系（公式、曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)） ，求得系數(shù) K，根據(jù)上面公式可以計(jì)算出各部分尺寸。3.3.2 用速度系數(shù)法計(jì)算葉輪主要尺寸的公式由文獻(xiàn)[1]查得1. 葉輪進(jìn)出口計(jì)算(3.6)30QDKn=(3.7)2hjd+式中：Q—泵的流量（m 3/s）對(duì)雙向流 Q/2；n—泵轉(zhuǎn)速（r/min） ；K0—系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選取。主要考慮效率時(shí)?。?=3.5—4.0016兼顧效率和汽蝕時(shí)?。?=4.0—4.50K主要考慮汽蝕時(shí)?。?=4.5—5.5 小 的 取 大 值 ）ssDnnQ()105.(, 2232 ???小 的 取 大 值 ）ssbbK()7.64.0(, 6232 212)0(.935(??sDn實(shí)取 200mm；?jD0200mm；2=180mm。b2.輪外徑 或出口角 的理論計(jì)算2D2?設(shè)計(jì)泵時(shí)，在保證相同性能情況下，可以選用不同的參考組合，這樣就增加了速度系數(shù)的近似性。因?yàn)?D2 是最主要尺寸，按速度系數(shù)法算得 D2 之后，最好以按此算得的 D2 為基礎(chǔ)進(jìn)行理論計(jì)算，理論計(jì)算是以基本方程式為基礎(chǔ)，從理論上講是比較嚴(yán)格的。但是計(jì)算得的 D2 為基礎(chǔ)進(jìn)行理論計(jì)算。理論計(jì)算是以基本方程式為基礎(chǔ)，從理論上講是比較嚴(yán)格的。但計(jì)算過(guò)程中用到水力效率，有限葉片數(shù)修正系數(shù)等，也只能用經(jīng)驗(yàn)公式估算。所以理論計(jì)算法，實(shí)際上也是近似的。實(shí)踐證明，理論計(jì)算結(jié)果，基本上是可靠的。下面介紹葉輪外徑 D2 和 β2 角的精確計(jì)算方法。由基本方程式：(3.8)21utvHg-=由速度三角形得(3.9)22tbvum???則 (3.10)gutgHt 122??????17經(jīng)整理得 0122 ????TumgHvtgbu解 u2 的一元三次方程得 1222 utmvgtbvtgu??????????由 u2 求得 D2 2260uDnp=用上式求 時(shí)，必須知道 ，計(jì)算 要用到 （ = Φ2） ，故必22mv2m2mv2bDQV??須先假定的 D2 是建立在不正確的基礎(chǔ)上。這種情況下，需要用求得的 D2 或假定一個(gè)D2（此 D2 值為求得 D2 和前次假定 D2 之間） ，按上述步驟、重新進(jìn)行計(jì)算，直到求得的 D2 與假定的 D2 相同或相近為止。這種方法稱(chēng)為逐次逼近法。如果計(jì)算 β2，也應(yīng)該先假定 β2 進(jìn)行這次逼近計(jì)算。有關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下：(1)計(jì)算 得mv(3.11)22QbDvVm???(3.12)221ZSu?式中： —葉片出口圓周厚度。再計(jì)算時(shí)可假定 =0.8-0.92uS 2u= (3.13)2uS2sin/1???ctg?式中： —葉輪出口軸面截線(xiàn)與流線(xiàn)的夾角，通常取 =70—90 度；2? 2—葉片出口真實(shí)厚度 通常取 =2—4mm。?2= (3.14)tHh?(2) 和吸水室結(jié)構(gòu)形式有，直錐形吸水室，水沿周壁流入，無(wú)旋轉(zhuǎn)， =0。1uv 1uv半螺旋吸水室18(3.15)1RKvu?(3.16)32nQm式中：R 1—相應(yīng)進(jìn)口半徑；m—系數(shù)，m=0.055 —0.08 ，n 5 大者取大值；Q—流量（m 3/s） ；n—轉(zhuǎn)速（r/min） 。裝反導(dǎo)葉時(shí)，反導(dǎo)葉出口的圓周分速度 66cosavu??式中：α 6—反導(dǎo)葉出口安放角，一般 α6=60—90 度；v6—反導(dǎo)葉出口絕對(duì)速度，一般 v6=(0.85—1.0)vj；v6—葉輪進(jìn)口速度。離心泵一般是選擇 β2 角，精確 D2?；炝鞅靡?yàn)槿~片出口邊是傾斜的，各流線(xiàn)的外徑不同，為了得到相同的揚(yáng)程，D 2 小的流線(xiàn)應(yīng)選用大的出口角 β2。在這種情況下，可根據(jù)速度系數(shù)法算得尺寸，畫(huà)出出口邊，然后按下式計(jì)算葉片各流線(xiàn)的出口角。(3.17)122utmvgHutg????葉片出口角 取 40 度2?葉片數(shù) 取 Z=2精算葉輪外徑（第一次）理論揚(yáng)程 （3.18))(5.1897.02mHrht ????修正系數(shù)ψ= (3.19)1.)604(.)601(2??ooa?取 =0.66a靜矩19(3.20)nRiRniRhhi 220220 )1()( ????????)(57.2mSi精算葉輪外徑有限葉片數(shù)休整數(shù)ψ (3.21) ?P348.2057.21.2??ZSR無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程=（1+P） =62.1（m） ?tHt(3.22)葉片出口排擠系數(shù)ψ2=1- =0.98 (3.23)22)sin(1????ctgDZ?出口軸面速度= =1.28(m/s) (3.24)2mvVQb?2出口圓周速度=25.8(m/s) (3.25)???tmmgHtvtgu222)(?出口直徑=0.34（m） (3.26)nD?260精算第二次葉片出口排擠系數(shù)ψ2=1- =0.981 (3.27)22)sin(1???ctgZ?出口軸面速度= =1.31(m/s) (3.28)2mvVQbD??2出口圓周速度=25.6(m/s) (3.29)???tmmgHttgu222)(?20葉輪外徑=350m (3.30)nuD?260?葉片出口排擠系數(shù)ψ2=1- =0.981 (3.31)22)sin(1???ctgZ?出口軸面速度= =1.31(m/s)2mvVQbD??2出口圓周速度=25.8(m/s) (3.32)602nu?出口速度=7.05(m/s) (3.33)2ugHvt無(wú)窮葉片數(shù)出口圓周分速度=23.59(m/s) (3.34)2vtu??3.3.3 葉輪磨損分析廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭、電力等部門(mén)的渣漿泵在輸送固液混合物時(shí)砂石泵的過(guò)流部件存在不同程度的磨損。嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此研究砂石泵磨損規(guī)律，探討減輕磨損破壞的途徑具有重要意義之由于砂石泵內(nèi)磨損的因素有很多，研究有一定的難度。目前，對(duì)砂石泵的研究主要側(cè)重于外部特性和內(nèi)部流動(dòng)。而對(duì)泵內(nèi)磨損問(wèn)題的研究則較少。磨損機(jī)理和規(guī)律尚不清楚，尤其對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的泵輪磨損系統(tǒng)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)離心式砂石泵葉輪的磨損進(jìn)行了分析，并對(duì)固體顆粒在泵輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)渣漿泵葉輪磨損問(wèn)題較為系統(tǒng)地進(jìn)行了研究。葉輪幾何參數(shù)決定泵水力性能的優(yōu)劣，無(wú)疑也對(duì)泵內(nèi)葉輪的磨損有重要影響。一設(shè)計(jì)合理的葉輪不僅使泵在性能上能達(dá)到較高的指標(biāo)，而且使泵的運(yùn)行壽命也大大延長(zhǎng)，因而研究葉輪的幾何參數(shù)對(duì)磨損的影響是合理設(shè)計(jì)渣漿泵的一大關(guān)鍵。在較低濃度范圍內(nèi)，泵輪葉片的磨損強(qiáng)度與所輸送固體顆粒的濃度成正比濃度愈高單位磨損量愈小時(shí)運(yùn)送漿體更經(jīng)濟(jì)。21大粒徑磨粒所造成的主要磨損區(qū)靠近葉片頭部，而小粒徑磨粒所造成的主要磨損區(qū)靠近葉片壓力面出口段。葉片進(jìn)口角對(duì)磨損強(qiáng)度影響明顯大，出口角對(duì)磨損強(qiáng)度影響小。出口角過(guò)小時(shí)，磨損易在葉片的出口段集中，而出口角過(guò)大時(shí)，沿葉片壓力面易發(fā)生嚴(yán)重?fù)p。因此合理選擇葉片參數(shù)不僅有利于提高渣漿泵的水力性能，而且可提高其抗磨損性能之泵輪葉片的磨損強(qiáng)度與泵轉(zhuǎn)速呈 n 次方關(guān)系，在渣漿泵的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能優(yōu)先選較低的轉(zhuǎn)速，在輸送高濃度的固體物料時(shí)更為如此。1. 轉(zhuǎn)速與磨損的關(guān)系葉輪轉(zhuǎn)速不僅是決定泵內(nèi)流動(dòng)的重要因素，對(duì)泵內(nèi)的磨損也具有很大的影響。隨著轉(zhuǎn)速的增大，流場(chǎng)內(nèi)如果流速增大，粒子獲得的動(dòng)能一也越大，對(duì)泵內(nèi)葉輪造成的磨損越大。根據(jù)理淪分析，磨損量與速度成立方關(guān)系，但在實(shí)際中，由于受實(shí)驗(yàn)方法以及其它因素的影響.諫度的乘方指數(shù)又是不同的。一般而言，對(duì)于堅(jiān)硬和脆性材料如鑄鐵、合金鋼等，值為 2.5-3.3；而對(duì)于鋁來(lái)說(shuō)，由于是一種軟而韌的材料，其又值則大約為 5。圖 3.1 磨損與轉(zhuǎn)速的關(guān)系（磨損時(shí)間 120 分鐘）2、磨粒濃度與磨損的關(guān)系磨損隨濃度的增加而增加，并遵循磨損與濃度的一次方成正比的關(guān)系. 輸送單位體積濃度固粒產(chǎn)生的磨損稱(chēng)作單位磨損量。單位磨損量越小，泵在它的運(yùn)轉(zhuǎn)期間傳送的固體量越多。一般，單位磨損量隨著中、低濃度的增加而減小，當(dāng) Cv=19%時(shí)，磨損量達(dá)到最??；此后即使?jié)舛仍黾?，單位磨損量仍然為常數(shù)。低濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其規(guī)律是相適應(yīng)的。22損失率（%） 濃度 Cv（%）圖 3.2 磨損與濃度之間的關(guān)系圖3、葉片數(shù)與磨損的關(guān)系當(dāng)葉片數(shù)增加后，單個(gè)葉片的損失減少，說(shuō)明葉輪的使用壽命將會(huì)延長(zhǎng)。 從理論上分析，葉片數(shù)增加，葉片總的表面積增加，受到顆粒碰撞的機(jī)會(huì)增多，葉輪總的磨損將有所增加；但另一方面由于流道變窄，水流的流動(dòng)狀態(tài)得到更大的制約，也相應(yīng)地限制了顆粒的運(yùn)行軌跡，因而可以減緩顆粒對(duì)葉輪造成的磨損.綜合這兩方面的因素，至少對(duì)單個(gè)葉片來(lái)說(shuō)磨損情況不會(huì)變壞。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用多葉片數(shù)可減少單個(gè)葉片的磨損量，有利于葉輪壽命的提高。(l)在一定的體積濃度范圍內(nèi)，磨損量與體積濃度成線(xiàn)性關(guān)系。(2)對(duì)柔韌性材料，如鋁等，葉片的磨損量與葉輪的旋轉(zhuǎn)速度的 5 次方成正比。(3)大的葉片進(jìn)口角可以減少磨損。所以，選擇適當(dāng)?shù)娜~片進(jìn)口角是必要的，而葉片的出口角過(guò)大或過(guò)小都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，但是磨損的位置在這兩種情況下是不相同的。(4)實(shí)驗(yàn)中的大多數(shù)情況下，葉片的頭部是最重的磨損區(qū)域。(5)葉片數(shù)增加，一般可延長(zhǎng)葉輪的使用壽命。4．葉片的保養(yǎng)與維護(hù)由于葉片在使用過(guò)程中的磨損，以及鑄造缺陷等方面的原因，測(cè)繪中難免存在偏差，通過(guò)對(duì) 20 余種 ISO 型單級(jí)離心泵葉輪葉片的測(cè)繪，并把制造出的葉輪作性能試驗(yàn)檢測(cè)，從新舊葉輪的性能對(duì)比來(lái)看，測(cè)繪制作的葉輪，有 10 余種達(dá)到了原有葉輪的性能指標(biāo)，有 3 種甚至比原有性能指標(biāo)稍有提高。剩余的幾個(gè)品種，在經(jīng)過(guò)調(diào)整葉片進(jìn)口角、出口角及前、后蓋板的曲率半徑后也基本滿(mǎn)足了使用要求。用測(cè)繪方法制作的葉輪，完全能夠代替從澳方進(jìn)口的葉輪，可以為用戶(hù)節(jié)約大量的開(kāi)支。我們認(rèn)為此種測(cè)繪方法，在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備條件下，不需進(jìn)行任何投資，就能較準(zhǔn)確地測(cè)繪出葉輪葉片的形狀。233.4 壓水室設(shè)計(jì)壓水室的功能類(lèi)似于普通離心泵，主要有收集從葉輪中流出的液體并輸送到排出口，消除液流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)能量為液體的壓能，降低液流速度以減少壓力管路中的水力損失。由于螺旋泵的葉輪出口邊是傾斜狀且葉片結(jié)構(gòu)是非軸對(duì)稱(chēng)，葉輪出口處的流動(dòng)十分復(fù)雜，目前尚缺乏泵的蝸殼性能分析方法，一般增大蝸殼容積能相應(yīng)提高泵的通過(guò)性能。3.4.1 渦形體各斷面面積內(nèi)的平均速度 3v由文獻(xiàn)[1]查得(3.35)ghk23?式中： —速度系數(shù)，當(dāng) =127 時(shí)， =0.362；3ksnH—泵的揚(yáng)程，H=15m。代入上式 =6.21(m/s)，取 =6(m/s)。3v3v渦形體隔舌安放角 ψ=20 度共分 6 個(gè)斷面，通過(guò)計(jì)算斷面流量為20（m 3/s） (3.36)?Qq0?斷面面積按下式計(jì)算(3.37)1??F式中：Ф —斷面包角（度） 。3.4.2、舌角 的計(jì)算3a由文獻(xiàn)[1]查得舌角 應(yīng)與葉輪出口絕對(duì)速度的液流角 一致，即3 2a= = (3.38)3a2231umvtg?式中： —中間流線(xiàn)出口處有限葉片數(shù)時(shí)液流的圓周分速度。2uv取 = =7.04(m/s) (3.39)2uvgHt24代入上式 = = =38.7 度3a2231umvtg?渦形體寬度 3b=（1.5—2） ； =105—140(mm) (3.40)32b實(shí)際繪型時(shí) =180(mm)。33.4.3 基圓直徑 D由文獻(xiàn)[1]查得基圓直徑為：= =350—367.2(mm) (3.41)32)08.1(D?取 =360(mm)。3D3.5 葉片厚度的確定綜上，誘導(dǎo)輪與葉輪之間距離 X 進(jìn)口直徑（葉輪）— D1804.2.1?xDx又因?yàn)?越小越好，所以取 為 20(mm) 1Dx葉片厚度 2049????omm?為軸面流線(xiàn)與水平的夾角=20704??真實(shí)厚度mm4??流面厚度25(3.42)???2cos1tgs??s= =4mm圓周厚度mm (3.43)2.540cosuS?軸面垂直厚度5.2mm (3.44)??????2' sin1cstgm徑向厚度1.8 mm (3.45)?imrS3.6 本章小結(jié)葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固在泵軸上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)。泵殼中央有一液體吸入與排出管連接。液體經(jīng)底閥和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口與排出管連接。本章對(duì)泵的主要結(jié)構(gòu)泵軸，葉輪進(jìn)行全面的計(jì)算分析。葉輪幾何參數(shù)決定泵水力性能的優(yōu)劣，無(wú)疑也對(duì)泵內(nèi)葉輪的磨損有重要影響。葉輪參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)泵的性能至關(guān)重要。如葉輪進(jìn)口半徑增大，泵的流量會(huì)相應(yīng)增加，葉輪出口半徑增大，會(huì)增大液體在葉輪出口處的圓周速度和牽連速度而提高泵的理論揚(yáng)程，葉片間距增大，葉片朝出口推動(dòng)液體的速度相應(yīng)增加，有利于增大泵的流量。一設(shè)計(jì)合理的葉輪不僅使泵在性能上能達(dá)到較高的指標(biāo)，而且使泵的運(yùn)行壽命也大大延長(zhǎng)，因而研究葉輪的幾何參數(shù)對(duì)磨損的影響是合理設(shè)計(jì)泵的一大關(guān)鍵。由于砂石泵的工作時(shí)承受的外在壓力比較大。因此對(duì)泵軸和葉輪的技術(shù)要求非常高。26第 4 章 軸向力及其平衡泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在其轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)很大的與軸心線(xiàn)重合的力叫做軸向力。4.1 產(chǎn)生軸向力的主要原因1.液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其速度大小及方向都不相同，液體動(dòng)量的軸向矢量發(fā)生了變化，因此，由動(dòng)量定理在軸上作用了一個(gè)沖力，這個(gè)作用在葉輪上的力也是軸向力的一部分。2.泵葉輪前后蓋板承受液體壓力的面積大小不等，前后泵腔中的液體壓強(qiáng)分布也不相同，因此，作用于葉輪上的壓力在軸向上不能平衡，造成了一個(gè)軸向力，這個(gè)軸向力是軸向力的主要部分。4.2 軸向力的計(jì)算螺旋式葉輪可按半開(kāi)式葉輪經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)近似計(jì)算軸向力，公式如下：?????HkdrF112式中： ——圓心在葉片入口邊上，并且與葉輪輪廓相切的圓的直徑。d1=（ D1-dh）/2=40cmk——軸向力系數(shù)，查表得 k=1.63——d 圓心處的半徑， =（ D1+D2）/4=100mm1rr——液體重度， =2650kg/m3??故： F1=2×3.14×0.1×0.04×1.63×15×2650=1628N4.3 軸向力的平衡方法1．利用對(duì)稱(chēng)性，平衡軸向力．從分析對(duì)稱(chēng)形狀的雙吸葉輪可知，它相當(dāng)于兩個(gè)單吸葉輪并聯(lián)工作，這種葉輪軸向力是自動(dòng)平衡的．這個(gè)辦法廣泛的應(yīng)用于單吸兩級(jí)懸臂泵，渦殼式多級(jí)泵以及立式多級(jí)泵上．2．改造葉輪，以減少或平衡軸向力．用改變?nèi)~輪形狀的辦法，降低葉輪背面壓力，達(dá)到平衡或者減少軸向力的目的．3．采用專(zhuān)門(mén)的平衡裝置，如平衡鼓裝置，平衡盤(pán)裝置．4．對(duì)于單級(jí)小型軸向吸入泵軸向力不太大，一般采用徑向止推軸承來(lái)平衡軸向27力，但有時(shí)考慮受徑向力作用，可采用圓錐滾子軸承來(lái)承擔(dān)．5．采用平衡孔，使后泵腔的下部與葉輪的吸入口相連，使兩面壓力相同，但不能完全平衡軸向力．這種平衡軸向力的方法存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：（１）泵的泄露量大，因此降低了泵的效率． （２）液體流入葉輪時(shí)的速度不均勻，因而降低了葉輪的水力效率．綜上所述，該泵的軸向力較大，如果采用均壓孔來(lái)平衡軸向力，不但水力效率降低，又會(huì)因固體顆粒滲入填料箱或串到背葉片內(nèi)，從而加速了葉輪填料及軸的磨損，綜合以上兩種方式，采用單列圓錐滾子軸承平衡軸向力．因?yàn)檫@種軸承可以同時(shí)承受較大的軸向力和徑向力．28第 5 章 砂石泵主要零件的強(qiáng)度計(jì)算5.1 引言在工作過(guò)程中砂石泵零件承受各種外力作用，使零件產(chǎn)生變形和破壞，而零件依靠自身的尺寸和材料性能來(lái)反抗變形和破壞。一般，把零件抵抗變形的能力叫做剛度，把零件抵抗破壞的能力叫強(qiáng)度。設(shè)計(jì)砂石泵零件時(shí)，應(yīng)使零件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵運(yùn)行的可靠性和壽命，這樣就要盡量使零件的尺寸做得大些，材料用得好些；單另一方面，又希望零件小、重量輕、成本低，這是相互矛盾的要求，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要正確處理這個(gè)矛盾，合理地確定砂石泵零件尺寸和材料，以便既滿(mǎn)足零件的剛度和強(qiáng)度要求，又物盡其用，合理使用材料。但是，由于泵的一些零件形狀不規(guī)則，用一般材料力學(xué)的公式難以解決這些零件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算問(wèn)題。因此，推薦一些經(jīng)驗(yàn)公式和許用應(yīng)力，作為設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的參考。對(duì)砂石泵的零件，特別是對(duì)過(guò)流部件來(lái)說(shuō)，耐汽蝕、沖刷、化學(xué)腐蝕和電腐蝕問(wèn)題也是非常重要的。有些零件的剛度和強(qiáng)度都滿(mǎn)足要求，就是因?yàn)槠g、沖刷、化學(xué)腐蝕和電腐蝕問(wèn)題沒(méi)有處理好而降低了產(chǎn)品的壽命。5.2 葉輪強(qiáng)度計(jì)算5.2.1 蓋板強(qiáng)度計(jì)算由文獻(xiàn)[4]查得蓋板中的應(yīng)力主要由離心力造成的，半徑越小的地方，應(yīng)力越大。?????285.0pud（4.1）????????????422112????Dex（4.2）式中： —材料的寬度（mm） ；?—許用應(yīng)力， 對(duì)銅 ；?????43??s?29—材料的屈服極限；（Pa）s?—拉伸強(qiáng)度；（Pa）be=2.71828；D2=0.248m；ρ =7800N·mDx=0.2m；δ 2=0.008m；u2=18.9m/s；w=18.9r/s。材料：ZG1Cr13, KPa。3926?s???akp)98061375(9.187085. ???????????????4980622..7.2x?5.2.2 葉片厚度計(jì)算由文獻(xiàn)[4]查得（mm） ZHADs?（4.3）式中：H—單級(jí)揚(yáng)程（m） ；Z—葉片數(shù)；D2—葉片外徑(m) ；A—系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速和材料有關(guān)，取 A=5；D2=0.248m ns=127 Z=2 H=15mS=5 0.248 =3.4mm?z15實(shí)際 S=4mm。最小壁厚：如果在一般鑄造條件下，各種灰鑄鐵的最小許可厚度。30HT250： 。158???高錳鋼：砂型鑄造 mm。20筋的厚度：10mm。5.2.3 輪轂強(qiáng)度計(jì)算由文獻(xiàn)[6]查得軸向力ihgkHDF??)(41??（4.4）由此應(yīng)力所引起的變形為CE??（4.5）式中：E—彈性模數(shù)（V/cm 2） ，對(duì)鑄鐵 E= ，對(duì)鑄銅 E= ，對(duì)銅6103.?61075.?E= ；610.?Dc—葉輪輪轂平均直徑；—由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形（mm） ；?應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈 ，即min?< 。minMPa3756.9)601428.(8.90710 2424 ??????ugr因 故在 時(shí)葉輪蓋板是安全的。???5nmm14.1075.36????sDE?< min?由公差配合可知，由離心力所引起的變形小于最小的配合公盈。5.3 泵軸的強(qiáng)度校核5.3.1 泵軸的強(qiáng)度計(jì)算由文獻(xiàn)[9]查得泵軸的當(dāng)量彎矩 （N·m）可按下式計(jì)算：dxM2'aMdx??31（4.6）式中： —計(jì)算斷面的彎矩（N·m） ；'MM—計(jì)算斷面的扭矩（N·m） ；a—考慮到彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力情況差異的校正系數(shù)，對(duì)離心泵的軸一般可取 a=0.57-0.61。取 a=0.6。N·m 1.372?Mdx（4.7）mm （4.8401.3dx）查知軸是安全的。5.3.2 泵軸的剛度校核由文獻(xiàn)[9]查得由軸的細(xì)長(zhǎng)比： 5.10/??ld經(jīng)計(jì)算，得=1.35l/故泵軸是可以采用的。聯(lián)軸器的選用：d=40mm L=112mm D=130mm D1=105mm螺栓數(shù)量 n=4 個(gè) 直徑 M10 L0=229mm 重量 m=7.29kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是 0.043。5.4 鍵的校核5.4.1 鍵的選擇由文獻(xiàn)[9]查得M=47.88 N·m （4.9）d=40mm鍵： 一般鍵聯(lián)接 812??hb深度：軸 轂 平鍵 l=50mm.05?t 2.013??t5.4.2 鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算32由文獻(xiàn)[9]查得計(jì)算鍵的剪切應(yīng)力：N·m 395.0?dblM?（4.10）可知鍵是安全的。計(jì)算鍵的擠壓應(yīng)力N·m 19725.0?dblp?（4.11）鋼的許用擠壓應(yīng)力 =1500-1600 N·m??p???p?所以 ，輪轂是安全的。p?鍵的剪切應(yīng)力可按下式計(jì)算：???dblM5.0?（4.12）式中：M —鍵所傳遞的扭矩（N·m） ；d—軸徑（mm） ；b—鍵的寬度（mm） ；l—鍵的長(zhǎng)度（mm） ；—鍵的許用剪切應(yīng)力一般鍵為 45 號(hào)鋼可取 =600 N·m。??? ???擠壓應(yīng)力可按下式計(jì)算：??pdhlM?25.0?（4.13）式中：h—鍵高（mm） ；—許用擠壓應(yīng)力（N·m） 。??p?一般應(yīng)按輪轂材料進(jìn)行校核。因?yàn)檩嗇灢牧系脑S用擠壓應(yīng)力較鍵的要小，一般可取鋼的許用擠壓應(yīng)力：=1500-1600 N·m。??p?5.5 本章小結(jié)本章主要對(duì)砂石泵的殼體、輪轂以及泵軸了詳細(xì)的校核過(guò)程，以確保泵在實(shí)際工33作中能安全運(yùn)轉(zhuǎn)。軸在載荷作用下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形，此外軸在高速旋轉(zhuǎn)下，軸的剛度直接關(guān)系到軸的震動(dòng)穩(wěn)定性，因此對(duì)軸及其附屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算校核過(guò)程就十分重要了。34第 6 章 砂石泵主要通用零部件的選擇6.1 正確選用砂石泵主要通用零件的重要性正確地設(shè)計(jì)過(guò)流部件和選用材料是保證砂石泵性能和壽命的重要條件。但是，如果砂石泵其他零件不能正常工作，就是過(guò)流部件設(shè)計(jì)得再好，材料選用得再好，也不能保證泵的性能和壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，砂石泵在運(yùn)行中所產(chǎn)生的問(wèn)題大部分是材料選用問(wèn)題、主要零部件的選擇問(wèn)題和制造精度問(wèn)題。對(duì)耐腐蝕泵運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析表明，純屬泵性能方面的問(wèn)題僅占總事故的 10.6%，其他都屬于材料選用的問(wèn)題、主要零部件的選用問(wèn)題和制造精度問(wèn)題。由此可見(jiàn)，正確地選用砂石泵主要零部件是保證泵正常運(yùn)行的重要條件。對(duì)砂石泵來(lái)說(shuō)，過(guò)流部件占的數(shù)量畢竟還是比較少的。而其他零件的數(shù)量還是比較多的。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，泵的品種越來(lái)越多，如果不努力提高砂石泵零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度，就會(huì)使零部件種類(lèi)越來(lái)越多，批量相對(duì)地越來(lái)越小，這就造成了生產(chǎn)管理上的混亂，限制了勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，而且給使用和維護(hù)也帶來(lái)很大的困難。因此，不斷提高砂石泵的零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程一直是水泵行業(yè)的一項(xiàng)重要工作?，F(xiàn)在，托架、懸梁、支架、填料環(huán)、填料壓蓋、填料套、軸承架、聯(lián)軸器、密封環(huán)、葉輪螺母等零部件均已有了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或系列標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度不斷提高。由于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度的提高，改善了工廠(chǎng)的生產(chǎn)管理，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，有力地保證了水泵行業(yè)的持續(xù)躍進(jìn)。因此，在設(shè)計(jì)砂石泵時(shí)，應(yīng)盡可能按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用通用標(biāo)準(zhǔn)零部件。在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問(wèn)題的是軸封部件，軸承潤(rùn)滑部件和冷卻部件，如果對(duì)這些部件選用不當(dāng)，輕者砂石泵不能工作或使砂石泵燒毀，重者能引起嚴(yán)重的人身設(shè)備事故（如易燃、易爆、有毒液體由軸封部件中漏出，引起火災(zāi)、爆炸和中毒事故） 。另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，高溫、高壓、高速泵所占比重逐年增大。經(jīng)驗(yàn)表明，泵的溫度越高、壓力越高，軸封、潤(rùn)滑和冷卻問(wèn)題也越顯得重要。6.2 軸封結(jié)構(gòu)的選擇砂石泵軸端密封的設(shè)計(jì)由于泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)而泵殼固定不動(dòng)，在軸和泵殼的接觸處必然有一定間隙。為避免泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出，或防止外界空氣從相反方向進(jìn)入泵內(nèi)，必須設(shè)置軸封裝置。離心泵的軸封裝置有填料函和機(jī)械（端面）密封。填料函是將泵軸穿過(guò)泵殼的環(huán)隙作35成密封圈，于其中裝入軟填料（如浸油或涂石墨的石棉繩等）。機(jī)械密封是由一個(gè)裝在轉(zhuǎn)軸上的動(dòng)環(huán)和另一固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成。兩環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，起到了密封的作用。機(jī)械密封適用于密封較高的場(chǎng)合，如輸送酸、堿、易燃、易爆及有毒的液體。泵吸反循環(huán)排渣鉆進(jìn)工藝方法。由于具有成孔效率高質(zhì)量好!沉渣清理徹底等優(yōu)勢(shì)而在大口徑灌注樁基工程施工中獲得極其廣泛的應(yīng)用“泵吸反循環(huán)的效果取決于砂石泵及其排渣管路氣密性能”現(xiàn)有的砂石泵由于結(jié)構(gòu)缺陷原因在大口徑基樁孔施工特殊的。惡劣的工況條件下常出現(xiàn)故障而影響施工巴不僅需要頻繁修理，而且常造成長(zhǎng)時(shí)間停鉆巴嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。甚至可能引發(fā)塌孔埋鉆等事故造成巨大損失，砂石泵工作介質(zhì)為含有大量鉆渣的循環(huán)泥漿液”大量不同粒徑!不同巖性的鉆渣顆粒不可避免地會(huì)進(jìn)入砂石泵密封區(qū)巴與形成密封區(qū)的零件發(fā)生磨料磨損”磨損加劇往往造成泄漏和葉輪震動(dòng)巴破壞砂石泵氣密性和水力特征使砂石泵不能正常工作”因此，用于反循環(huán)排渣的砂石泵不僅需要足夠的功率。而且需要有良好的氣密可靠性!耐磨壽命和經(jīng)濟(jì)。并應(yīng)具有可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障快速維修的便利條件。常用泵的密封結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 5.1 填料的密封裝置和機(jī)械密封裝置目前砂石泵的密封形式主要是如圖 5.1 所示，其密封區(qū)由泵體 1 葉輪 2 泵蓋及襯板 5、水封套 4、進(jìn)水口 3、填料 6 和填料壓蓋 7 構(gòu)成。工作原理為通過(guò)調(diào)節(jié)壓蓋州頭壓緊填料巴使填料充滿(mǎn)消除水封套右端和葉輪軸伸間間隙實(shí)現(xiàn)密封)通過(guò)從進(jìn)水口引入軸封水以清潔和冷卻內(nèi)部通道。36圖 5.2 典型砂石泵密封結(jié)構(gòu)砂石泵的軸端密封是影響其使用性能和工作壽命的關(guān)鍵部件之一。目前國(guó)內(nèi)離心砂石泵產(chǎn)品軸端密封一般采用傳統(tǒng)的填料密封型式。填料密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，長(zhǎng)期以來(lái)成為離心式水泵軸端密封的主要型式。由于砂石泵的工作介質(zhì)內(nèi)含有大量的泥砂，工作中泥砂將逐漸侵入填料與軸之間的摩擦面，造成軸套和填料快速磨損和介質(zhì)滲漏，使泵的工作壓力迅速下降，而不得不停泵檢修，嚴(yán)重影響了工作效率。綜上，本次設(shè)計(jì)的填料密封的結(jié)構(gòu)尺寸為：(1)填料寬度 S（mm）=1.6 =10mm dS)8.14(??（5.1）d—軸式軸套直徑（mm）(2)填料高度 H(mm)當(dāng)液體壓力 MPa 時(shí)10?PH=(5-7)S=60mm 37（5.2）(3)填料壓蓋高度 h(mm) h=(2-3)S=25mm （5.3）(4)壓入填料函體內(nèi)的填料壓蓋長(zhǎng)度 b (mm)b=(0.5-1)S=8 mm （5.4）(5)填料壓蓋螺栓長(zhǎng)度 L應(yīng)該保證在填料函體內(nèi)裝滿(mǎn)填料時(shí)，不需要加壓就能擰上螺母。(6)填料壓蓋螺栓直徑 d (mm)取 M6(7)填料壓蓋厚度 (mm)?=9 (mm) （5.5(0.8~1)d￠=）取 =7 (mm)?—填料壓蓋螺栓直徑。d￠6.3 軸承部件的選擇根據(jù)主軸的直徑選擇標(biāo)準(zhǔn)件軸承，本設(shè)計(jì)中選用兩種標(biāo)準(zhǔn)軸承。首先，選擇 61309/P6 型號(hào)的深溝球軸承（GB276-64 ） 。其中，參數(shù)分別為：尺寸：軸徑 d = 45mm D =100mm B = 25mm安裝尺寸：D 1 =54 mm D3=90mm重量：0.83（kg）其次，選擇 11109/P6 型號(hào)的雙列向心球面球軸承（GB281-64 ） 。其中，參數(shù)分別為：尺寸：軸徑 d = 45mm D =100mm B = 36mm安裝尺寸：D 1=55mm D3=90mm重量：1.25（kg）6.4 聯(lián)軸器的選擇38根據(jù)設(shè)計(jì)要求，因?yàn)橹睆綖?40mm，所以選擇彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器（GB4323-84 ）,型號(hào)為 Tl6 型號(hào)。 L=112mm；D=160mm；A=45mm 重量：10.36（kg） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：0.026kg·m 2 6.5 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)泵軸的最小直徑的尺寸，以及算得電動(dòng)機(jī)的功率，查手冊(cè)選擇電動(dòng)機(jī)選擇Y 系列（IP）封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)如下：型號(hào)：Y132M-4；功率：7.5kW ；額定電流：15.4A；額定電壓：380V；轉(zhuǎn)速：1440r/min；效率：87% ；功率因數(shù)：0.85。6.6 本章小結(jié)正確地選用砂
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