6shz-60直聯(lián)式雙吸離心泵的設(shè)計(jì)
6shz-60直聯(lián)式雙吸離心泵的設(shè)計(jì),shz,60,直聯(lián)式雙吸,離心泵,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書
摘要
泵是應(yīng)用非常廣泛的通用機(jī)械，可以說(shuō)是液體流動(dòng)之處，幾乎都有泵在工作。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，泵的耗電量都約占全國(guó)總發(fā)電量的1/5,可見泵是當(dāng)然的耗能大戶。因而,提高泵技術(shù)水平對(duì)節(jié)約能耗具有重要意義。 6SHZ—60型水泵是清水泵,在設(shè)計(jì)問題上,從電機(jī)的選擇計(jì)算、軸的選擇計(jì)算、葉輪的尺寸以及水泵的外形尺寸的確定,基本上解決了泵的大體結(jié)構(gòu),在其它部件中,連接法蘭、葉輪螺母等都是根據(jù)具體位置來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)的。傳動(dòng)中的軸、鍵、泵蓋都要經(jīng)過必需的校核,使它的強(qiáng)度和壽命達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞:水泵 電機(jī) 設(shè)計(jì)
Abstract
Pump is the most widely used general machinery,it can be said that any liquid flows,almost all of the pumps work,With the development of science and technology, pumping application areas are expanding rapidly,According to national statistics.Pump power consumption accounted for a fifth of the country,we can see that the pump is only natural consumption market.Pump technology will increase the level of energy conservation has a very important significance.6SHZ-60 is a water pump,the design issues,from motor choices,the choices of axis,the size of impeller pumps dimensions identification,
Largely determine the general structure pump. In other parts, the connecting flanges, Impeller nuts,etc.Are based on the specific location to calculate design.The drive shaft,bond,
Pumps are to be built after the necessary verification,so that their strength and life to the design requirements.
Key word:Water pump;Electrical machinery;Design
前言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生在畢業(yè)前所進(jìn)行的一次綜合能力的訓(xùn)練,是為給社會(huì)培養(yǎng)出合格的工程技術(shù)人員必須走過的重要環(huán)節(jié)。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以充分提高我們?cè)谝郧八鶎W(xué)的零散的理論知識(shí)的基礎(chǔ)上結(jié)合起來(lái)綜合的分析問題、解決問題的能力,這對(duì)我們上了崗位有很大的幫助。
我們這次的設(shè)計(jì)任務(wù)是6SHZ—60型的直聯(lián)式雙吸離心泵的基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),是一次專題性的設(shè)計(jì),雖然與四年所學(xué)知識(shí)有一定的偏距,但是為了能把這次的設(shè)計(jì)搞好,在趙老師的指導(dǎo)下,我們?cè)谠O(shè)計(jì)前努力查閱有關(guān)資料,做了必要的準(zhǔn)備,我們邊設(shè)計(jì)邊查閱資料,給設(shè)計(jì)奠定了一定的基礎(chǔ),這對(duì)我們的設(shè)計(jì)有很大的幫助。
這次設(shè)計(jì)集中于畫圖和水泵各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算,我們先把指導(dǎo)老師所給的資料中的圖紙吃透,獨(dú)立分析問題,相互探討并且解決問題,充分體現(xiàn)了我們獨(dú)立解決問題的能力。
我們應(yīng)該從現(xiàn)在做起學(xué)好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí),不斷豐富自己的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際操作能力, 這次設(shè)計(jì)，趙老師對(duì)我們進(jìn)行了精心的指導(dǎo)，陽(yáng)泉市水泵廠給了大力的支持并提供了有關(guān)資料，在此表示感謝，由于我們能力有限，在設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤和不足之處。在此，請(qǐng)各位老師給于評(píng)定并提出建議。
第一章 離心泵的工作原理
泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體能量的機(jī)器。泵用來(lái)增加液體的位能、壓能、動(dòng)能.原動(dòng)機(jī)通過泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn),對(duì)液體做功,使其能量增加,從而使需要數(shù)量的液體,由吸水池經(jīng)泵的過流部件輸送到要求的高度或要求壓力的地方。
如下圖所示,是簡(jiǎn)單的離心泵裝置。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),液體在離心力作用下向四周甩出。這種情況和轉(zhuǎn)動(dòng)的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)入泵內(nèi),如此連續(xù)不斷地從A處向B處供水。泵在開動(dòng)前,應(yīng)先灌滿水。如不灌滿水,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,不能在泵內(nèi)造成一定的真空,水也就吸不上來(lái)。泵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)流量的。
第二章 水泵的設(shè)計(jì)
一.泵汽蝕余量的計(jì)算方法
汽蝕余量對(duì)于泵的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和使用都是十分重要的汽蝕基本參數(shù)。設(shè)計(jì)泵時(shí)根據(jù)對(duì)汽蝕性能的要求設(shè)計(jì)泵,如果用戶給定了具體的使用條件,則設(shè)計(jì)泵的汽蝕余量必須小于按使用條件確定的裝置汽蝕余量。欲提高泵的汽蝕性能,應(yīng)盡量減小。泵試驗(yàn)時(shí),通過汽蝕試驗(yàn)驗(yàn)證,這是確定唯一可靠的方法。它一方面可以驗(yàn)證泵是否達(dá)到設(shè)計(jì)的值。另一方面,考慮一個(gè)安全余量,得到許用汽蝕余量[],作為用戶確定幾何安裝高度的依據(jù).可見,正確地理解和確定汽蝕余量是十分重要的。
為了深入理解汽蝕的概念,應(yīng)區(qū)分以下幾種汽蝕余量：
1.——裝置汽蝕余量又叫有效的汽蝕余量。是由吸入裝置提供的,越大泵越不容易發(fā)生汽蝕。
2.——泵汽蝕余量又叫必需的汽蝕余量,是規(guī)定泵要達(dá)到的汽蝕性能參數(shù), 越小,泵的抗汽蝕性能越好。
3.——試驗(yàn)汽蝕余量,是汽蝕試驗(yàn)時(shí)算出的值, 試驗(yàn)汽蝕余量有任意多個(gè),但對(duì)應(yīng)泵性能下降一定值的試驗(yàn)汽蝕余量只有一個(gè),稱為臨界汽蝕余量,用表示。
4.——許用汽蝕余量,這是確定泵使用條件(如安裝高度)用的汽蝕余量,它應(yīng)大于臨界汽蝕余量,以保證泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕,通常取=或=+k, k是安全值。
這些汽蝕余量有如下關(guān)系:
泵汽蝕余量的計(jì)算:
式中: ——托馬汽蝕系數(shù)；
——泵最高效率點(diǎn)下的泵單級(jí)揚(yáng)程；
——最高效率點(diǎn)下的泵汽蝕余量。
根據(jù)【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。】 查圖4-7
取=0.035
所以
二.泵的基本參數(shù)的確定 （確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和進(jìn)出口直徑）
（一）.確定泵的進(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)行考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵體積，提高過流能力。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)系如圖所示。對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于250mm時(shí)，可取吸入口徑流速，在吸入口徑大于250mm時(shí)，可取。選定吸入流速后，按下式確定,在該設(shè)計(jì)中，6SHZ-60為清水雙吸離心泵。
吸入口徑（mm）
40
50
65
80
100
150
200
250
單
級(jí)
泵
流速（m/s）
1.375
1.77
2.1
2.76
3.53
2.83
2.65
2.83
流量（m3/h）
6.25
12.5
25
50
100
180
300
500
注：此表取自【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！?
取吸入口流速，代入公式得：
取泵的吸入口徑為150mm。
（二）.確定泵的出口直徑
泵出口直徑也叫泵排出口徑，是指泵排出法蘭處管的的內(nèi)徑。對(duì)于低揚(yáng)程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減小泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于吸入口徑，一般取
式中：——泵的排出口徑
——泵的吸入口徑
根據(jù)該泵的特性，由于該泵的流量大，考慮排水管路的經(jīng)濟(jì)性
取
（三）.泵轉(zhuǎn)速的確定
確定泵轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮以下因素：
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)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)該和比轉(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（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)等）和傳動(dòng)裝置（皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、液力偶合器傳動(dòng)等）；
4.轉(zhuǎn)速增高，過流部件的磨損加快，機(jī)組的振動(dòng)、噪聲變大；
5.提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式
式中： ——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）
——泵流量（m3/s）雙吸泵取
可知：轉(zhuǎn)速和汽蝕基本參數(shù)及有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將發(fā)生汽蝕。對(duì)既定得泵汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)值為定值，轉(zhuǎn)速增加，流量增加，則增加，當(dāng)該值大于裝置汽蝕余量時(shí)，泵將發(fā)生汽蝕。
選 ,，
則
根據(jù)汽蝕要求，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于，而實(shí)際轉(zhuǎn)速為
（四）.估算泵的效率
1.水力效率 水力效率按下式計(jì)算
式中：——泵流量（m3/s）雙吸泵取
——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）
2.容積效率 容積效率可按下式計(jì)算
該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏的值,對(duì)于有平衡孔、級(jí)間泄漏和平衡盤泄漏的情況,容積效率還要相應(yīng)降低。
則
3.機(jī)械效率
泵的總效率
泵的理論揚(yáng)程
泵的理論流量
（五）.軸功率和原動(dòng)機(jī)功率
泵的軸功率
原動(dòng)機(jī)功率
式中: ——余量系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-10
取=1.1(原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī))
——傳動(dòng)效率 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-11
取(直聯(lián))
所以選擇55Kw的電動(dòng)機(jī)可滿足要求,查【《機(jī)械零件手冊(cè)》吳宗澤主編】選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y250M-2
第三章 水泵軸的設(shè)計(jì)
直聯(lián)式雙吸離心泵6SHZ-60是將軸設(shè)計(jì)為空心軸和電機(jī)軸相聯(lián),泵無(wú)需底座,所以直接用電動(dòng)機(jī)支起泵來(lái)工作的,當(dāng)電機(jī)軸和空心軸聯(lián)成一體時(shí),可看作是剛性連接,這時(shí)按一根軸來(lái)計(jì)算,但在其受力分析時(shí),我們找不到電機(jī)的原始材料,為了保證這根軸符合要求,我們最后按外伸梁和懸臂梁兩種方法分析計(jì)算,只有這樣才能保證計(jì)算的準(zhǔn)確度。
一.軸按外伸梁設(shè)計(jì)
1.扭矩的計(jì)算
式中: ——扭矩()
——計(jì)算功率 取
2.根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的初步計(jì)算
式中: ——材料的許用切應(yīng)力() 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-12取
值的大小決定軸的粗細(xì),軸細(xì)可以節(jié)省材料,提高葉輪水力和汽蝕性能;軸粗能增強(qiáng)泵的剛度,提高運(yùn)行可靠性.故泵軸的最小軸徑取,泵軸的最大尺寸取
3.畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖 如圖所示(由已知圖紙改進(jìn))
葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位,軸套內(nèi)徑取45mm,外徑取60mm,軸經(jīng)過處圓角統(tǒng)一取R=2mm(特殊要求除外).
4.軸的強(qiáng)度計(jì)算
（1）葉輪所受徑向力的計(jì)算
()
式中: ——泵揚(yáng)程
——葉輪外徑
——包括蓋板的葉輪出口寬度()
——試驗(yàn)系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】
圖17-30取
則
（2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計(jì)算
(N)
式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g)取
——葉輪的最大半徑()
則
（3）水平總的受力:
垂直總的受力:
（4）計(jì)算水平面支承反力
（5）計(jì)算垂直面支承反力
（6）計(jì)算水平面C和D處的彎矩(考慮到C和D處可能是危險(xiǎn)截面)
（7）計(jì)算垂直面C處和D處的彎矩
（8）計(jì)算合成彎矩
C點(diǎn)合成彎矩：
D點(diǎn)合成彎矩：
（9）計(jì)算C和D處當(dāng)量彎矩
查【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表2-7 由插入法得
（10）校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)彎矩大小及軸的直徑選定C和D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，由【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表2-5，當(dāng)45鋼，按表2-7用插值法得
C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力：
（因C截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度削弱影響，故d乘以0.95）
D截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力：
因此：C和D兩截面均安全
（11）校核軸徑
①在葉輪中心截面處：
②在電動(dòng)機(jī)第一軸承處：
③在電動(dòng)機(jī)中間截面處：
軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)將實(shí)心軸改為外徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實(shí)心軸質(zhì)量的2倍時(shí)，軸的強(qiáng)度提高到實(shí)心軸強(qiáng)度的6.5倍，剛度提高到實(shí)心軸剛度的13倍，所以該空心軸符合要求。
二.軸按懸臂梁設(shè)計(jì)
1.扭矩的計(jì)算
式中: ——扭矩()
——計(jì)算功率 取
2.根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的初步計(jì)算
式中: ——材料的許用切應(yīng)力() 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-12取
值的大小決定軸的粗細(xì),軸細(xì)可以節(jié)省材料,提高葉輪水力和汽蝕性能;軸粗能增強(qiáng)泵的剛度,提高運(yùn)行可靠性.故泵軸的最小軸徑取,泵軸的最大尺寸取
3.畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖 如圖所示(由已知圖紙改進(jìn))
葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位,軸套內(nèi)徑取45mm,外徑取60mm,軸經(jīng)過處圓角統(tǒng)一取R=2mm(特殊要求除外).
4.軸的強(qiáng)度計(jì)算
（1）葉輪所受徑向力的計(jì)算
()
式中: ——泵揚(yáng)程
——葉輪外徑
——包括蓋板的葉輪出口寬度()
——試驗(yàn)系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】
圖17-30取
則
（2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計(jì)算
(N)
式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g)取
——葉輪的最大半徑()
則
（3）水平總的受力:
垂直總的受力:
（4）計(jì)算水平面支承反力：
計(jì)算垂直面支承反力：
（5）計(jì)算水平面彎矩：
計(jì)算垂直面彎矩：
（6）計(jì)算合成彎矩：
（7）計(jì)算當(dāng)量彎矩
查【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表2-7 由插入法得
葉輪中線截面處：
電動(dòng)機(jī)第一軸承處：
（8）校核軸徑
①葉輪中線截面處：
②電動(dòng)機(jī)第一軸承處：
軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)將實(shí)心軸改為外徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實(shí)心軸質(zhì)量的2倍時(shí)，軸的強(qiáng)度提高到實(shí)心軸強(qiáng)度的6.5倍，剛度提高到實(shí)心軸剛度的13倍，所以該空心軸符合要求。
第四章 葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要尺寸計(jì)算
一．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（選料）
葉輪是離心泵傳遞能量的主要部件，通過它把電能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能和動(dòng)能，因此，要求葉輪具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和完好的葉片形狀，在材料上，除了考慮介質(zhì)腐蝕，磨損外，由于它是旋轉(zhuǎn)部件，故還應(yīng)考慮離心力作用下的強(qiáng)度。
通常，用于葉輪的材料有鑄鐵，青銅鑄件，不銹鋼，鉻鋼等。當(dāng)葉輪圓周速度超過30m/s，考慮鑄鐵強(qiáng)度不能承受這樣大的離心力的作用，則需改用青銅作材料，由于本設(shè)計(jì)泵屬于中小型泵，其圓周速度遠(yuǎn)小于30m/s，在考慮到材料來(lái)源的難易，鑄造上的方便與否，同時(shí)考慮到泵的效率和抗汽蝕性能的要求，故選灰口鑄鐵，雖然它的強(qiáng)度不高，但它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于熔化，澆鑄性能好，冷凝的收縮性小，而且，其切削性能好，便于加工，減振性好，可以減輕由于水力沖擊造成的振動(dòng)，而HT200又是在灰口鑄鐵中這些性能更為突出的，所以，本設(shè)計(jì)中葉輪的材料選用HT200作為原材料，熱處理采用退火，許用應(yīng)力為[&]25-35MPa
二．葉輪結(jié)構(gòu)型式的確定
本設(shè)計(jì)選用閉式葉輪。閉式葉輪由前蓋板，后蓋板，葉片和輪轂組成，閉式葉輪多用于清水泵。
葉輪主要尺寸的確定有三種方法：相似換算法、速度系數(shù)法、葉輪外徑或葉片出口角的理論計(jì)算。
葉輪采用速度系數(shù)法設(shè)計(jì)，速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過流部件的個(gè)部分尺寸。
三．葉輪輪轂直徑的計(jì)算
葉輪輪轂直徑必須保證軸孔在開鍵槽之后有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強(qiáng)度，通常，在滿足輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，盡量減小，則有利于改善流動(dòng)條件。
取
軸直徑
根據(jù)葉輪輪轂直徑應(yīng)取1.2～1.4倍的軸直徑，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取葉輪所在的軸的直徑為45，所以。取
四．葉輪進(jìn)口直徑的計(jì)算
因?yàn)橛械娜~輪有輪轂（穿軸葉輪），有的葉輪沒有輪轂（懸臂式葉輪），為從研究問題中排除輪轂的影響，即考慮一般情況，引入葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑的概念。以為直徑的圓面積等于葉輪進(jìn)口去掉輪轂的有效面積，即。按下式確定
式中：——泵流量（m3/s）對(duì)雙吸泵??；
——泵轉(zhuǎn)速（）
——系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選取
主要考慮效率
兼顧效率和汽蝕
主要考慮汽蝕
取
五．葉輪外徑的計(jì)算
取
六．葉輪出口寬度的計(jì)算
因?yàn)閮蓚€(gè)葉輪設(shè)計(jì)在一起，所以葉輪出口寬度
七．葉片數(shù)的計(jì)算和選擇
葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減小葉片的排擠和表面的摩擦；另一方面又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。
葉輪葉片數(shù)：
對(duì)于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪，，
則
式中： ——葉輪進(jìn)口直徑
——葉片進(jìn)口直徑
——葉輪外徑
——葉片進(jìn)口角 取
——葉片出口角 取
低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪取大值
通常采用葉片數(shù)，取該葉輪葉片數(shù)為6
八．精算葉輪外徑（第一次）
1.理論揚(yáng)程
2.修正系數(shù)
3.有限葉片數(shù)修正系數(shù)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有限葉片數(shù)修正系數(shù)，此處取
4.無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程
5.葉片出口排擠系數(shù)
6.出口軸面速度
7.出口圓周速度
8.出口直徑
與假定不符，進(jìn)行第二次計(jì)算，取
九．精算葉輪外徑（第二次）
1.葉片出口排擠系數(shù)
2.出口軸面速度
3.出口圓周速度
4.葉輪外徑
與假定值接近，不再進(jìn)行計(jì)算。
十．葉輪出口速度
1.出口軸面速度（由上述計(jì)算得）
2. 出口圓周速度
3. 出口圓周分速度
4. 無(wú)窮葉片數(shù)出口圓周分速度
十一．葉輪進(jìn)口速度
1.葉輪進(jìn)口圓周速度
進(jìn)口分點(diǎn)半徑為
式中: ——所分的流道數(shù)
——從軸線側(cè)算起欲求的流線序號(hào)如圖所示,中間的流線序號(hào)為,所分的流道
則:
2.葉片進(jìn)口軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e
3.C流線處葉片進(jìn)口角(假定)
4.校核
由軸面投影圖假設(shè),與假設(shè)相近.
第五章 壓出室和吸入室的水力設(shè)計(jì)
一.壓出室的水力設(shè)計(jì)
壓出室的作用在于：
1將葉片中流出的液體收集起來(lái)并送往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)。
2.降低液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體流往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)的損失。
3.消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的水力損失。
本設(shè)計(jì)采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。
(一) 渦形體的各斷面面積
渦室斷面面積對(duì)泵的性能影響很小，對(duì)同一葉輪，如果渦室斷面面積過小，則流量---楊程曲線變陡，最高效率點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，效率降低，如果渦室斷面過大，則流量---楊程曲線比較平坦，最高效率點(diǎn)向大流量方向移動(dòng)，效率也降低，但在數(shù)值上要比渦室面積過小時(shí)降低值要少。
渦室斷面面積的大小，由所選取的渦室流速?zèng)Q定，渦室各斷面面積內(nèi)的平均速度相等且為：
式中：——速度系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 圖8-10當(dāng)時(shí)，
——泵的揚(yáng)程
代入上式
根據(jù)取渦室隔舌安放角，共分8個(gè)斷面，通過最大斷面8的流量為：
8斷面的面積為：
其余各斷面面積按下式計(jì)算：
式中：——斷面包角
各斷面面積計(jì)算見下表
斷面
1
2
3
4
5
6
7
8
包角
15
60
105
150
195
240
285
330
面積
1
4．2
7．3
10．5
13．6
16．7
19．9
23
（二）舌角的計(jì)算
舌角是在渦室第8斷面的0點(diǎn)（即渦室螺旋線的起始點(diǎn)）處，螺旋線的切線與基園切線間的夾角。
式中：——理論揚(yáng)程
——葉輪出口圓周速度
舌角
（三）渦室進(jìn)口寬度
可以用葉輪出口寬度加葉輪前后蓋板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可，渦室入口寬度對(duì)泵性能沒有明顯的影響，但取的微寬些可改善葉輪和渦室的對(duì)中性。一般?。?
式中：——包括前后蓋板的葉輪出口寬度
——葉輪外徑
實(shí)際繪型時(shí)
（四）基圓直徑
基圓直徑不易太大，如果過大，葉輪與隔舌間隙就大，初增大泵的尺寸外，還將使泵的效率降低，但如果基園取得太小，在大流量工況時(shí)在泵舌處容易產(chǎn)生汽蝕，引起振動(dòng)。
取
二.吸入室的水力設(shè)計(jì)
(一)吸入室的作用
吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過流部分，吸入室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。
吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。
(二)吸入室的分類
吸入室有以下四類：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、雙吸泵螺旋形吸入室
1.直錐形吸入室常用于單級(jí)懸臂式泵中，它能保證液流逐漸加速而均勻地進(jìn)入葉輪。
2.環(huán)形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口處設(shè)有許多導(dǎo)向徑，以防止液體在其中打轉(zhuǎn)而產(chǎn)生預(yù)旋，常用于雜質(zhì)泵和多級(jí)泵。
3.半螺旋形吸入室主要用于單級(jí)泵中和水平式開式泵等,能保證在葉輪進(jìn)口得到均勻的速度場(chǎng)。
本次設(shè)計(jì)泵采用雙吸泵螺旋形吸入室。這種結(jié)構(gòu)的吸入室水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，液體在雙吸泵螺旋形吸入室內(nèi)流動(dòng)速度遞增，使液體在葉輪進(jìn)口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好。
第六章 水泵零件的強(qiáng)度計(jì)算
一.泵體強(qiáng)度計(jì)算
(一)殼體壁厚
因渦殼幾何形狀復(fù)雜,且受力不均,故難以精確計(jì)算,下面可以用來(lái)估計(jì)壁厚
式中: ——泵揚(yáng)程(m)
——泵流量()
——許用應(yīng)力(Pa) (鑄鐵)
——當(dāng)量壁厚,按下式計(jì)算
則
(二)強(qiáng)度校核
用魯吉斯方法進(jìn)行校核,本方法假定最大應(yīng)力發(fā)生在尺寸最大的軸面上,角度為處
1.軸面應(yīng)力
2.圓周應(yīng)力
3.徑向應(yīng)力
（符合條件）
4.軸向變形
二.泵體法蘭強(qiáng)度計(jì)算
泵體法蘭中作用著三個(gè)力,如圖所示
(一)由泵體內(nèi)介質(zhì)壓力形成的力F,力F使法蘭的結(jié)合分開,作用在距內(nèi)壁處,其近似值認(rèn)為等于
式中：t——把合螺栓間距（m）
D——泵體法蘭內(nèi)徑
P——泵體內(nèi)壓力
（二）結(jié)合密封力Q，力Q按直線分布，到a—a截面終止。因此，
a—a截面是緊密配合的截面。力Q作用在離法蘭外邊緣處，最危險(xiǎn)的斷面是過螺栓中心孔的斷面。
彎曲應(yīng)力是：
法蘭厚度為：
對(duì)鑄鐵
三.鍵的強(qiáng)度校核
（一）葉輪與軸相連處的鍵
葉輪鍵尺寸：
軸徑：
扭矩：
工作面的擠壓應(yīng)力：
a—a斷面的剪切應(yīng)力：
則該鍵符合要求。
（二）電動(dòng)機(jī)軸與葉輪軸相連處的鍵
鍵尺寸：
軸徑：
扭矩：
工作面的擠壓應(yīng)力：
a—a斷面的剪切應(yīng)力：
則該鍵符合要求。
四.葉輪強(qiáng)度計(jì)算
（一）蓋板強(qiáng)度計(jì)算
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，葉輪簡(jiǎn)圖如下：
1.葉輪外徑：
2.材料密度：
3.葉輪簡(jiǎn)圖：
4.葉輪出口圓周速度的值按下式計(jì)算：
式中：——出口圓周速度系數(shù) 根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)查《葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖5-3得
5.在和處的應(yīng)力近似用下式計(jì)算:
6.按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板，蓋板任意直徑處的厚度按下式計(jì)算
式中：——材料密度（）
——許用應(yīng)力 對(duì)鋼，對(duì)鑄鐵
——材料的屈服強(qiáng)度
——材料的抗拉強(qiáng)度
該蓋板符合要求
（二）葉片厚度計(jì)算
根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面計(jì)算葉片厚度的公式：
式中：——泵的揚(yáng)程
——葉片數(shù)
——葉輪外徑
A——系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)和材料有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-9取A=3.1
根據(jù)實(shí)際情況和鑄造工藝要求取為合適。
（三）輪轂強(qiáng)度計(jì)算
1.熱裝葉輪輪轂和軸配合的選擇
對(duì)一般離心泵，葉輪和軸是間隙配合，但鍋爐給水水泵等有時(shí)采用過盈配合，為了使輪轂和軸的配合不松動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸與輪轂配合的最小公盈。離心力在輪轂中產(chǎn)生的應(yīng)力亦可用下式計(jì)算，即
軸與輪轂的配合：孔 軸
最大間隙：
最小間隙：
式中：——輪轂平均直徑
——材料的彈性模量
2.輪轂強(qiáng)度計(jì)算
輪轂中的應(yīng)力為裝配應(yīng)力（有過盈時(shí)）和停泵后輪轂和軸心溫差應(yīng)力之和
溫差應(yīng)力：
安全系數(shù)：
五.泵體連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算
（一）計(jì)算密封力
為了保證接縫的密封性,螺栓里力除了抵消工作力之外,還有一部分保證接縫的緊密結(jié)合,這部分力稱為密封力或殘余欲緊力。此力和接縫墊片性質(zhì)有關(guān)，可以寫成：
式中：——接縫處密封壓力
——被密封介質(zhì)壓力
——墊片系數(shù)查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-12 ?。垑|）
墊片的有效寬度：
密封力：
式中：——泵接觸的實(shí)際寬度
——密封面（墊片）的中徑
——墊片有效寬度
（二）計(jì)算螺栓欲緊力和總作用力
螺栓欲緊力:
總作用力:
式中：——安全系數(shù) 取
——基本載荷系數(shù) 對(duì)金屬墊片取
對(duì)非金屬墊片取
（三）強(qiáng)度校核
在裝配條件下螺栓的強(qiáng)度計(jì)算
1.螺栓上的力矩（扳手力矩）
式中：——螺栓外徑
——螺栓數(shù)
——與螺母、墊圈表面狀態(tài)有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。】表19-13，取
2.螺栓上的應(yīng)力
拉應(yīng)力：
扭矩：
切應(yīng)力：
折算應(yīng)力：
安全系數(shù)：
式中：——螺栓內(nèi)徑
——螺距
——螺栓中徑
——螺栓摩擦系數(shù)，與螺紋表面狀態(tài)有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-14，取
3.螺栓在工作條件下的強(qiáng)度計(jì)算
拉應(yīng)力：
安全系數(shù)：
4.校核墊片擠壓強(qiáng)度
許用擠壓應(yīng)力由【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。】表19-12查取
六.泵出口法蘭的強(qiáng)度校核
法蘭和短管的過度處是危險(xiǎn)截面，如圖所示：
密封力:
介質(zhì)力：
欲緊力：
法蘭和短管過度處截面的彎矩：
彎曲應(yīng)力：
圓周應(yīng)力：
折算應(yīng)力：
安全系數(shù)：
出口法蘭符合要求
七.連接螺栓和連接法蘭的強(qiáng)度校核
（一）連接螺栓的強(qiáng)度校核
1.螺栓所受的剪應(yīng)力
式中：——水泵的重量
——M18螺栓的截面積
——許用的剪切應(yīng)力
——水從出口到最高揚(yáng)程的總量
2.螺栓所受的擠壓應(yīng)力
該螺栓符合要求
（二）連接法蘭的強(qiáng)度計(jì)算
1.求法蘭的內(nèi)應(yīng)力
連接法蘭的受力可簡(jiǎn)化為如下圖所示
法 蘭 連 接 受 力 簡(jiǎn) 圖
注：從理論上講，該螺旋形壓水室，由于葉輪周圍壓水室液體的速度和壓力是均勻的軸對(duì)稱的，液體從壓水室隔舌到擴(kuò)散段進(jìn)口的流動(dòng)中不斷受到流出葉輪的液體的撞擊，不斷增加壓力，致使壓水室內(nèi)液體壓力從隔舌開始微弱的變化，這是因?yàn)樗瞄L(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致壓水室內(nèi)液流壓力的軸對(duì)稱被破壞了，所以會(huì)受到極小的徑向力，由于徑向力極小對(duì)法蘭的強(qiáng)度破壞甚小，故在此忽略不計(jì)。
設(shè)AC桿受拉，BC桿受壓，由平衡條件得：
2.求法蘭所需的截面積
由強(qiáng)度條件得：
為了滿足鑄造工藝和加工的要求法蘭的厚度取20mm
3.校核法蘭強(qiáng)度
式中、都為法蘭的橫截面積
法蘭符合要求。
第七章 泵的軸封設(shè)計(jì)計(jì)算
正確地設(shè)計(jì)過流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽命的重要條件。但是，如果離心泵其他零件不能正常工作，就是過流部件設(shè)計(jì)的再好，材料選用的再好，也不能保證泵的性能和壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，離心泵在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的問題大部分是材料選用問題，主要零部件的選擇問題和制造精度問題。對(duì)耐磨蝕泵運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析表明。純屬泵方面的問題僅占事故中的10.6％，其他都屬于選用問題，因此可見，正確地選用離心泵主要零部件是保證正常運(yùn)行的重要條件。
在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問題的是軸封部件，軸承潤(rùn)滑部件，和冷卻部件，如果對(duì)這些部件選用不多，輕者離心泵不能工作或使離心泵燒毀，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)滑和冷卻問題也越顯得重要。
旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體間的密封簡(jiǎn)稱軸封。軸封的作用主要是防止高壓液體從泵中漏出和防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。盡管軸封在離心泵中所占的位置不大，但泵是否能正常運(yùn)行，卻和軸封密切有關(guān)。如果軸封選用不當(dāng)，不但在運(yùn)轉(zhuǎn)中需要經(jīng)常維修，漏損很多被輸送的液體，而且可能由于漏出的易燃，易爆和有毒液體引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故。后果不堪設(shè)想。因此，必須合理選用軸封結(jié)構(gòu)才能保證離心泵安全運(yùn)行。
離心泵中常用的軸封結(jié)構(gòu)有：有骨架的橡膠密封，填料密封，機(jī)械密封和浮動(dòng)環(huán)密封。
該泵的軸采用機(jī)械密封，密封選用152a型機(jī)械密封，此機(jī)械密封件為外裝、外流、單端面、多彈簧結(jié)構(gòu)，其彈簧被一特制聚四氟乙烯套所保護(hù)，動(dòng)環(huán)靠由剖分式壓緊環(huán)加緊的聚四氟乙烯波紋管傳動(dòng)，安裝方便。
（一）密封端面間液體壓力分布規(guī)律
密封介質(zhì)在液體的情況，端面摩擦副的最佳工作狀態(tài)是半液體摩擦，液體處于全部接觸面積中，并認(rèn)為摩擦副間隙內(nèi)液體流動(dòng)的阻力沿徑向不變。這樣間隙內(nèi)的壓力按線性變化，壓力分布為直角三角形。
實(shí)際上間隙內(nèi)部液體質(zhì)點(diǎn)由于繞軸旋轉(zhuǎn)作用有慣性力，當(dāng)該力方向與液體流動(dòng)方向相反時(shí)（內(nèi)流式），其壓力分布呈內(nèi)凹形式；當(dāng)慣性力方向與液體流動(dòng)方向一致時(shí)（外流式），其壓力分布呈外凸形式。液體的粘度對(duì)壓力分布也有影響，低粘度液體（液態(tài)丙烷、丁烷、氨）壓力分布是外凸的，高粘度液體（重潤(rùn)滑油）壓力分布是內(nèi)凹的。泄漏量對(duì)壓力分布也有影響，泄漏量極少時(shí)壓力分布呈凹形，較大時(shí)呈凸形。
（二）載荷系數(shù)和平衡系數(shù)
1. 載荷系數(shù)
2. 平衡系數(shù)
平衡系數(shù)表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓，在接觸端面上的減荷程度，通過改變可使端面比壓控制在合適的范圍內(nèi)，以擴(kuò)大密封使用的壓力范圍。
結(jié)論
6shz-60型離心泵的設(shè)計(jì)完成了，通過為時(shí)兩個(gè)月的設(shè)計(jì)，將我四年所學(xué)的知識(shí)做了一次大的串聯(lián)，使我逐漸把一些分散的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合成了一個(gè)整體。
通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)水泵的基本工作原理、水泵設(shè)計(jì)步驟的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等有了一個(gè)詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，了解了它的設(shè)計(jì)過程，學(xué)會(huì)了查閱相關(guān)資料和各種設(shè)計(jì)手冊(cè)，翻閱理論課程書。
機(jī)械設(shè)計(jì)是需要細(xì)心和耐心的一項(xiàng)工作，要求設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)計(jì)的過程中有條理，一絲不茍，并且要有一定的耐心來(lái)培養(yǎng)自己做設(shè)計(jì)的信心，這樣才能有利于設(shè)計(jì)，切不可在設(shè)計(jì)過程中有半點(diǎn)的煩躁心理，否則便會(huì)事倍功半。
通過這次設(shè)計(jì)使我明白了我們無(wú)論做什么事情都要使自己有濃厚的興趣，以嚴(yán)謹(jǐn)持之以恒的態(tài)度來(lái)面對(duì)，這樣才能把一件事情做好。
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外文資料：
Pump's outline
The pump is the application very widespread general machinery, may say that is place of the fluid flow, nearly has the pump in the work. Moreover, along with science's and technology's development, pump's application domain is expanding rapidly, according to the over-all state statistics, pump's power consumption approximately composes the national total output of electrical energy 1/5, obviously the pump is natural consumes energy the wealthy and powerful family. Therefore, raises the pump technical level to save the energy consumption to have the important meaning.
First. Centrifugal pump's principle of work
The drive leads impeller revolving through the pump spindle to have the centrifugal force, under the centrifugal action of force, the liquid is flung along the leaf blade flow channel to the impeller export, the liquid sends in after the volute collection the eduction tube. The liquid obtains the energy from the impeller, causes the pressure energy and the speed can increase, and depends upon this energy the hydraulic transport to the operating location. while the liquid is flung which exports to the impeller, the impeller eye center has formed the low pressure, has had the differential pressure in the imbibition pot and between the impeller center liquid, in the imbibition pot's liquid under this differential pressure function, after inhales the pipeline and pump's suction chamber unceasingly enters in the impeller.
Second, centrifugal pump's structure and main spare part
A centrifugal pump mainly by the pump body, the impeller, the packing ring, the rotation axis, the axis seals parts and so on box to be composed, some centrifugal pumps are also loaded with the guide pulley, the inducer, the balance disc and so on.
1. Pump body: Namely pump's shell, including suction chamber and delivery chamber.
①Suction chamber: Its function is enables the liquid to flow in evenly the impeller.
②Delivery chamber: Its function collects the liquid, and sends in it the subordinate impeller or guides the eduction tube, at the same time reduces the liquid the speed, causes the kinetic energy to further turn the pressure energy. The delivery chamber has the volute and the guide vane two forms.
2. Impeller: It is in the centrifugal pump transmits the energy for the liquid only part, the impeller with the bond fixation on the axis, leads revolving along with the axis by the prime mover, passes to through the leaf blade prime mover's energy the liquid.
Impeller classification:
①According to liquid inflow classification: Single suction impeller
(in impeller's one side has an entrance) and double attracts the impeller (liquid from impeller's lateral symmetry liudao impeller passage).
②Is opposite according to the liquid in centerline's flow direction classification: Runoff type impeller, axial-flow propeller and interflow type impeller.
③According to impeller's structural style classification: Shrouded impeller, open type impeller and semi-opened impeller.
3. Axis: Is transmits the mechanical energy the important components, the prime mover's torque passes to the impeller through it. The pump spindle is the pump rotor's major parts, on the axis is loaded with components and so on impeller, axle sleeve, balance disc. The pump spindle depending on the both sides bearing supporting, makes the high speed rotation in the pump, thus the pump spindle in a big way wants the bearing capacity, to be wear-resisting, to be anti-corrosive. Pump spindle's material selects the carbon steel or the alloy steel and after the quenching and retempering treatment generally.
4. Packing ring: Is installs in the rotation impeller and the static pump housing (center-section and guide vane's assembly) between packing assembly. It is function is through controls between the two gap method, increases in the pump between the high and low pressure cavity the fluid flow resistance, reduces divulging.
5. Axle sleeve: The axle sleeve is uses for to protect the pump spindle, causes it not to corrode and the attrition. When necessity, the axle sleeve may replace.
6. Axis seals: The pump spindle and around packing box between end cover's installs short for axis to seal, mainly prevents in pump's liquid divulging and the air enters in the pump, achieves seals and prevents the air admission to cause the pump cavitation goal. the axis seals form: Namely has skeleton's rubber seal, the packing seal and the mechanical seal.
7. axial force balancing unit.
Third. Centrifugal pump's prime task parameter
1. Current capacity: Namely the pump in unit of time discharges the liquid quantity, usually indicated with the Unit of volume that mark Q, the unit has m3/h, m3/s, l/s and so on,
2. Lifting: The transportation unit weight's liquid (pump suction flange) (pump discharge flange) from the pump inlet place to the pump exit, its energy's increment, indicated with H, the unit is m.
3. Rotational speed: Pump's rotational speed is the pump each minute revolving number of times, expressed with N. Electrical machinery rotational speed N generally about 2900 n/min.
4. Net positive suction head: Centrifugal pump's net positive suction head is expressed that pump's performance's main parameter, uses the symbolic representation.
5. Power and efficiency: Pump's power input is shaft power P, is also electric motor's output. Pump's output is the active power.
Fourth, pump proper energy loss
Pump mechanical energy which obtains from the prime mover, has a part to transform into the liquid energy, but another part because in the pump consumes loses. In the pump all losses may divide into the following several items:
1. Hydraulic loss by the liquid in pump impact, the turbulent flow and the surface friction creates. The impact and the eddy current loss are because the liquid flow change direction produces. The liquid flows through the flow channel general meeting which contacts to present the
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