揚(yáng)程H=36m流量Q=78m3h單級(jí)單吸離心泵設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目：揚(yáng)程H=36m流量Q=78m3/h 單級(jí)單吸離心泵設(shè)計(jì) 姓 名： 孫婷婷 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 院： 繼續(xù)教育學(xué)院 學(xué)習(xí)形式： 助學(xué)單位： 指導(dǎo)教師：

2、 2013年8月 單級(jí)單吸離心泵設(shè)計(jì)字號(hào)、字體格式不對(duì) 摘 要 論文通過對(duì)單級(jí)單吸清水離心泵的性能指標(biāo)進(jìn)行行業(yè)調(diào)查，在收集大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將效率、汽蝕余量性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值及樣本數(shù)值進(jìn)行比較，對(duì)立式結(jié)構(gòu)、臥式結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理，詳細(xì)地介紹了國內(nèi)單級(jí)單吸清水離心泵的技術(shù)水平現(xiàn)狀，指出了樣本數(shù)據(jù)普遍與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不一致、低比轉(zhuǎn)速的性能指標(biāo)技術(shù)水平相對(duì)好一些

3、及立式結(jié)構(gòu)的效率性能指標(biāo)偏低，并對(duì)整理結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)分析。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；單級(jí)單吸； 效率； 汽蝕余量；

4、 空行太多，此處不應(yīng)該有空行，以下各章節(jié)同 Centrifugal Pump Design Manual Abstract This design starting from the basic working principle of the centrifugal pump, con

5、ducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (single-stage lift is generally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating th

6、e number of revolutions(n=67.5) to determine the single-stage single-suction structure; choice of motor shaft power calculation; design parameters to determine the pump suction outlet diameter; determine the structure of the impeller and the impeller of the drawing of the hydraulic design of the imp

7、eller; flow parts of the design of centrifugal pump suction chamber for straight conical suction chamber, pressed out of the spiral-shaped pressure chamber; the structure and strength check of the axis design; determine the impeller centrifugal pump seal design, pump closed form and washing, lubrica

8、tion, cooling method; determined by checking the standard bearings, and coupling to ensure that the standard connection. Departure from the economic viability of the rational design of centrifugal pump components, select the standard connector, to ensure the water using a centrifugal pump design saf

9、ety, practicality, economy. Keyword: Centrifugal pump working principle ; Hydraulic design; Component design of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing 目 錄目錄中字體格式字號(hào)不對(duì) 摘要 I Abtract II 第1章 緒論 1 1.1 選此課題的意義 1 1.2

10、 本課題的研究現(xiàn)狀 1 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 1 第2章 泵的基本知識(shí) 3 2.1 泵的功能 3 2.2 泵的概述 3 2.2.1 離心泵的主要部件 3 2.2.2 離心泵的工作原理 4 2.3 泵的分類 4 第3章 離心泵的水力設(shè)計(jì) 5 3.1 泵的基本設(shè)計(jì)參數(shù) 5 3.2 泵的比轉(zhuǎn)速計(jì)算 5 3.3 泵進(jìn)口及出口直徑的計(jì)算 5 3.4 計(jì)算空化比轉(zhuǎn)速 6 3.5 泵的效率計(jì)算 6 3.5.1 水力效率 6 3.5.2 容積效率 6 3.5.3 機(jī)械效率 6 3.5.4 離心泵的總效率 6 3.6 軸功率的計(jì)算和

11、原動(dòng)機(jī)的選擇 7 3.6.1 計(jì)算軸功率 7 3.6.2 確定泵的計(jì)算功率 7 3.6.3 原動(dòng)機(jī)的選擇 7 3.7 軸徑與輪轂直徑的初步計(jì)算 8 3.7.1 軸的最小直徑 8 3.7.2 輪轂直徑的計(jì)算 9 3.8 泵的結(jié)構(gòu)型式的選擇 9 第4章 葉輪的水力設(shè)計(jì) 10 4.1 確定葉輪進(jìn)口速度 10 4.2 計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑 10 4.2.1 先求葉輪進(jìn)口的有效直徑D0 10 4.2.2 葉輪進(jìn)口直徑 11 4.3 確定葉輪出口直徑 11 4.4 確定葉片厚度 11 4.5 葉片出口角的確定 12 4.6 葉片數(shù)Z的選擇與葉片包

12、角 12 4.7 葉輪出口寬度 12 4.8 葉輪出口直徑及葉片出口安放角的精確計(jì)算 13 4.9 葉輪軸面投影圖的繪制 13 4.10 葉片繪型 14 第5章 壓水室的水力設(shè)計(jì) 17 5.1 壓水室的作用 17 5.2 蝸型體的計(jì)算 17 5.2.1 基圓直徑的確定 17 5.2.2 蝸型體進(jìn)口寬度計(jì)算 18 5.2.3 舌角 18 5.2.4 隔舌起始角 18 5.2.5 蝸形體各斷面面積的計(jì)算 18 5.2.6 擴(kuò)散管的計(jì)算 19 5.2.7 蝸形體的繪型 19 第6章 吸水室的設(shè)計(jì) 21 6.1 吸水室尺寸確定 21 第

13、7章 徑向力軸向力及其平衡 22 7.1 徑向力及平衡 22 7.1.1 徑向力的產(chǎn)生 22 7.1.2 徑向力的計(jì)算 22 7.1.3 徑向力的平衡 22 7.2 軸向力及平衡 23 7.2.1 軸向力的產(chǎn)生 23 7.2.2 軸向力計(jì)算 23 7.2.3 軸向力的平衡 24 第8章 泵零件選擇及強(qiáng)度計(jì)算 25 8.1 葉輪蓋板的強(qiáng)度計(jì)算 25 8.2 葉輪輪轂的強(qiáng)度計(jì)算 25 8.3 葉輪配合的選擇 26 8.4 輪轂熱裝溫度計(jì)算 27 8.5 軸的強(qiáng)度校核 27 8.6 鍵的強(qiáng)度計(jì)算 29 8.6.1 工作面上的擠壓應(yīng)力

14、29 8.6.2 切應(yīng)力 30 8.7 軸承和聯(lián)軸器的選擇 30 第9章 泵體的厚度計(jì)算 33 9.1 蝸殼厚度的計(jì)算 33 9.2 中段壁厚的計(jì)算 33 第10章 泵的軸封 34 10.1 常用的軸封種類及設(shè)計(jì)要求 34 10.2 填料密封的工作原理 34 10.3 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)及其缺陷 35 10.3.1 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu) 35 10.3.2 傳統(tǒng)填料密封的不足 35 10.4 填料密封的結(jié)構(gòu)改造 35 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 38 致謝 40 第一章 緒論此處格式應(yīng)為“第一章”以下同 水泵作為一種通用機(jī)械

15、，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。 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. 通過試驗(yàn)手段開展對(duì)泵性能的研究，或?qū)σ延械漠a(chǎn)

16、品確定其實(shí)際的工作性能就顯得極為重要。根據(jù)試驗(yàn)條件和目的的不同，性能試驗(yàn)可分為試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)式試驗(yàn)兩種。試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)是指，將泵安裝在制造廠或使用單位的泵性能試驗(yàn)裝置上而進(jìn)行的試驗(yàn)。其主要目的是：確定泵的工作性能曲線，確定它的工作范圍，可以更好的向用戶提供經(jīng)濟(jì)、合理地使用和選擇的可靠數(shù)據(jù)；通過實(shí)驗(yàn)得到的性能曲線來校核設(shè)計(jì)參數(shù)，檢驗(yàn)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)指標(biāo)，以便修改設(shè)計(jì)或改進(jìn)制造質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是指，泵安裝到使用單位后，在實(shí)際的使用條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，其主要目的是為泵的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。例如，通過試驗(yàn)了解整個(gè)泵裝置及管路系統(tǒng)的實(shí)際性能，據(jù)此來考察其選型是否合理，并以此為依據(jù)，制定經(jīng)濟(jì)

17、運(yùn)行方案，使其在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)也能隨之按最經(jīng)濟(jì)合理的方式進(jìn)行。在泵改造前進(jìn)行試驗(yàn)，以便鑒定改進(jìn)效果。通過試驗(yàn)測(cè)得的效率下降和出力變化的情況，來估計(jì)泵在長期運(yùn)行中因汽化、磨損和內(nèi)部不正常的泄露等因素所造成的內(nèi)部損壞程度，以便及時(shí)檢測(cè)并合理確定檢修期限。 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)品多是在離心泵技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的, 所以,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

18、于泵內(nèi)部流動(dòng)非常復(fù)雜,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). 通過分析傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)、工作原理及其缺陷后，要改善和提高填料密封的密封效果，可采取的措施是：（1）盡量使徑向壓緊力均勻且與泄露壓力規(guī)律一致，使軸套承壓面受壓均勻，從而使軸套磨損小而且均勻。（2）使填料密封結(jié)構(gòu)中的填料具有補(bǔ)償能力、足夠的潤滑性和彈性。（3）密封的填料沿軸向抱緊力應(yīng)均勻分布。 鑒于以上分析，采用的填料密封結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一種能夠自動(dòng)根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的變化而變化密封力的填料密封結(jié)構(gòu)。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 第

19、二章 離心泵的設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(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)。 1）揚(yáng)程H=36m 2）流量Q=78m3/h 3）工作介質(zhì)為清水 4）必要空化余量NPSHr=4m 5）工作介質(zhì)密度為=1000kg/m3 2.2 名詞解釋 離心泵：通過利用離心力輸水的水泵。 單級(jí)單吸：單級(jí)是指一個(gè)葉輪，單吸是指只有一個(gè)進(jìn)水口。 在離心泵系列中還有雙級(jí)雙吸、雙級(jí)單吸、單級(jí)雙吸離心泵，至于葉輪和進(jìn)水口的數(shù)量主要是通過考慮到離心

20、泵的功率和性能參數(shù)來確定的，其中單級(jí)單吸離心泵是功率和性能最簡單的一種。 2.3 離心泵的工作原理 離心其實(shí)是物體慣性的表現(xiàn)比如雨傘上的水滴當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)水滴會(huì)跟隨雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)這是因?yàn)橛陚闩c水滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。 但是如果雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)加快這個(gè)摩擦力不足以使水滴在做圓周運(yùn)動(dòng)那么水滴將脫離雨傘向外緣運(yùn)動(dòng)就象用一根繩子拉著石塊做圓周運(yùn)動(dòng)如果速度太快繩子將會(huì)斷開石塊將會(huì)飛出這個(gè)就是所謂的離心。 離心泵就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)將水甩出從而達(dá)到輸送的目的。 離心泵有好多種從使用上可以分為民用與工業(yè)用泵從輸送介質(zhì)上可以分為清水泵、雜質(zhì)泵

21、、耐腐蝕泵等。 單級(jí)單吸離心泵的主要過流部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室位于葉輪的進(jìn)水口前、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三面，起到把液體引向葉輪的作用；壓水室主要有螺旋形壓水室（蝸殼式）種形式；葉輪是泵的最重要的工作. 單級(jí)單吸離心泵工作前，先將泵內(nèi)充滿液體，然后啟動(dòng)離心泵，葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的葉片驅(qū)使液體轉(zhuǎn)動(dòng)，液體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)依靠慣性向葉輪外緣流去，同時(shí)葉輪從吸入室吸進(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)中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個(gè)與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，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)能與壓能均增大。啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速

22、轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出。 2.4單級(jí)單吸離心泵的主要部件 單級(jí)單吸離心泵的基本構(gòu)造是由七部分組成的，分別是：葉輪，泵體（即泵體和泵蓋），泵軸，軸承，懸架，機(jī)械密封，填料函。 兩個(gè)主要部分構(gòu)成：一是包括葉輪和泵軸的旋

23、轉(zhuǎn)部件；二是由泵殼、填料函和軸承組成的靜止部件。 1)葉輪 葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實(shí)驗(yàn)。葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。 葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能(主要增加靜壓能)。 葉輪按液體流出的方向分為三類： （1）徑流式葉輪（離心式葉輪）液體是沿著與軸線垂直的方向流出葉輪。 （2）斜流式葉輪（混流式葉輪）液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪。 （3）軸流式葉輪液體流動(dòng)的方向與軸線平行的。 葉輪按吸入的方式分為二類： （1）單吸葉輪（即葉輪從一側(cè)吸入液體）。 （

24、2）雙吸葉輪（即葉輪從兩側(cè)吸入液體）。 葉輪按蓋板形式分為三類： （1）封閉式葉輪。 （2）敞開式葉輪。 （3）半開式葉輪。 其中封閉式葉輪應(yīng)用很廣泛，前述的單吸葉輪雙吸葉輪均屬于這種形式。 2)泵殼（泵體、泵蓋） 泵體作用是將葉輪封閉在一定空間內(nèi)，以便由葉輪作用吸入和排除流體。泵殼多做成蝸殼形狀，故又稱蝸殼。 由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速旋轉(zhuǎn)的液體流速漸下降，是部分動(dòng)能有效的轉(zhuǎn)換成靜壓能。泵殼不僅匯集了葉輪甩出的液體，同時(shí)又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。 3)泵軸 泵軸的作用是支持和固定葉輪等回轉(zhuǎn)體，帶動(dòng)葉輪在正確的工作位置 做高速旋轉(zhuǎn)并傳遞驅(qū)動(dòng)功率的元件，所以

25、它是傳遞機(jī)械能的主要元件。離心泵泵軸工作時(shí)要以一定的轉(zhuǎn)速作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，承受較大的彎矩和轉(zhuǎn)矩。軸要有足夠的強(qiáng)度、硬度和幾何精度，將對(duì)密封性能的不良影響降低到最低程度，最大限度的減少摩擦損傷和危險(xiǎn)性。 4)軸承 離心泵軸承按摩擦性質(zhì)不同，軸承分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸 承在離心泵中起著很重要的作用，它主要用于支承轉(zhuǎn)子。 5）密封裝置：為了保泵的正常工作，應(yīng)防止液體外露和內(nèi)漏，或外界空氣吸入泵內(nèi)，因此必須在葉輪和泵殼間、軸與殼體間裝有密封裝置，最常見的密封裝置由填料密 第三章 泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確

26、定 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 輸送介質(zhì)：清水； 工作溫度：80℃； 介質(zhì)密度：1000kg/m3； 體積流量：78m3/h； 泵揚(yáng)程：36m； 泵效率：72%； 泵必需汽蝕余量：3.0m。 3.2 泵進(jìn)出口直徑 3.2.1 泵吸入口徑 泵吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。泵吸入口的流速一般設(shè)為/s左右。從制造方便考慮，大型泵流速取大些，以減小泵的體積，提高過流能力。而要提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)減少吸入流速[3]。綜合考慮，取泵吸入口的平均流速vs=3m/s。

27、 （3—1） 式中，Ds——泵吸入口徑mm; ——泵吸入口流速，。 按照標(biāo)準(zhǔn)管徑mm。 3.2.2 泵排出口徑 低揚(yáng)程泵，取與吸入口徑相同[3]。因，取70mm。 3.3 泵轉(zhuǎn)速 確定泵轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)考慮下面因素[3]： 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)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來確定； 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)）和傳動(dòng)裝置（變速傳動(dòng)等）； ④ 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 可知，轉(zhuǎn)速和汽蝕基本參數(shù)和有確定的關(guān)系，如得不到滿

28、足，將產(chǎn)生汽蝕。對(duì)于一定的值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則增加，當(dāng)該值大于裝置提供的裝置汽蝕余量時(shí)，泵便發(fā)生汽蝕。 設(shè)計(jì)體積流量。 c=1032.67 根據(jù)對(duì)，等參數(shù)的要求以及考慮結(jié)構(gòu)，制造，動(dòng)力等因素確定合適轉(zhuǎn)速。按汽蝕要求確定比轉(zhuǎn)速時(shí)： （3—2） 式中，C——汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，C=80; ——泵必需的汽蝕余量，m。 N=2950<3415r/m。 故所選用原動(dòng)機(jī)合理。 (3-3) 3.4

29、 泵水力機(jī)構(gòu)及方案 水利管道上的主要用泵從用途上可分為給水泵和主輸泵兩種。主輸泵是各泵站的輸水用泵。在構(gòu)造上，水利管道所用離心泵一般為單級(jí)雙吸，兩級(jí)雙吸，多級(jí)單吸幾種。單級(jí)泵用作給水泵或串聯(lián)操作的主輸泵。多級(jí)泵則用于主輸泵的并聯(lián)操作，根據(jù)需要的揚(yáng)程選擇多級(jí)泵的級(jí)數(shù)。因?yàn)橐筝^高的工作效率，主泵的比轉(zhuǎn)數(shù)都比較高，因而水泵必需的最小汽蝕余量也大，這意味著，主泵的抗汽蝕性能較差，往往需要正壓進(jìn)泵。 離心泵基本工作性能特點(diǎn)[5]： ① 轉(zhuǎn)速高，通常為1500r/m～3000r/m或更高，流量均勻； ② 流量隨揚(yáng)程而變化，流量范圍大，通常10～350 m3/h，最大流量可達(dá)10000 m3/h

30、以上； ③ 揚(yáng)程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程。單級(jí)揚(yáng)程一般10m～80m。多級(jí)泵揚(yáng)程可達(dá)300m以上，工作壓力一般10105Pa； ④ 功率范圍很大，一般在500kw以內(nèi)，最大可達(dá)1000kw以上； ⑤ 效率較高，一般0.50～0.90，在額定流量下效率最高，隨著流量變化效率降 ⑥ 單級(jí)揚(yáng)程一般為5～7m，最大可達(dá)8m以上。 3.5 泵的效率 3.5.1 泵總效率 泵的總效率就等于其機(jī)械效率、容積效率和水力效率三者之乘積。因此，要想提高泵的效率就必須在設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行等各個(gè)方面注意減少各種損失。目前，離心泵的總效率視其大小、型式和結(jié)構(gòu)不同一般為0.55～0.

31、90.在設(shè)計(jì)之前只能按統(tǒng)計(jì)資料（經(jīng)驗(yàn)公式或曲線）或類似的實(shí)際產(chǎn)品大致確定欲設(shè)計(jì)泵的效率，待設(shè)計(jì)完之后，可以近似估算所設(shè)計(jì)泵的效率，只有在泵制造完成之后，通過試驗(yàn)才能精確地確定其效率[5]。 3.5.2 機(jī)械損失和機(jī)械效率 原動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率，首先要花費(fèi)一部分去克服軸承和軸封的摩擦損失，然后還要花費(fèi)一部分去克服葉輪前后蓋板外側(cè)與流體間的圓盤摩擦損失。在上述三種損失中，圓盤摩擦損失占的比重最大，而軸承和軸封的損失一般認(rèn)為與泵的尺寸無關(guān)，只與零件表面加工質(zhì)量、軸封結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，約占軸功率的1％～4％。上述三種損失功率之和稱為機(jī)械損失，其大小用機(jī)械效率來衡量。 3.5.3 容積損失和容

32、積效率 輸入水力功率用來對(duì)通過葉輪的流體做功，因而葉輪出口處流體的壓力高于進(jìn)口壓力。由于泵中轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間存在間隙，因而當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，必然有一部分流體從高壓側(cè)通過間隙流向低壓側(cè)。這樣，通過葉輪的流量(理論流量)并沒有完全輸送到出口，其中泄露量這部分液體把從葉輪中獲得的能量消耗與泄露的流動(dòng)過程中，把由泄露造成的損失稱為容積損失，其大小用容積效率來衡量。容積損失主要發(fā)生在密封環(huán)處、平衡軸向力裝置處、密封裝置處。對(duì)于多級(jí)泵來說還有級(jí)間泄露。需要說明的是，在泵的流量變小時(shí)，其泄露量的相對(duì)值要增大。所以對(duì)于小流量高壓頭的泵，應(yīng)盡量減少泄露量，提高容積效率。容積損失和比轉(zhuǎn)速有關(guān)，隨著比轉(zhuǎn)速的增大

33、，容積損失逐漸減少。一般情況下，在所有比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，容積損失等于所有圓盤摩擦損失的一半。 3.5.4 水力損失和水力效率 通過葉輪的有效流體（除掉泄露）從葉輪中接收的能量，也沒有完全輸送出去，因?yàn)榱黧w在泵的過流部分的流動(dòng)中伴有沿程摩擦損失和葉片進(jìn)出口沖撞、脫流、漩渦等引起的局部損失，從而要消耗掉一部分能量。單位重量流體在泵過流部分流動(dòng)中損失的能量稱為流動(dòng)損失，用h來表示，其大小用流動(dòng)效率來衡量。 本設(shè)計(jì)中，確定預(yù)設(shè)計(jì)的泵的為72%。 第四章 離心泵泵軸及葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1.1 泵軸傳遞扭矩

34、 （4—1） 式中：Me——泵軸傳遞扭矩； 4.1.2 泵軸材料選擇 根據(jù)泵軸工作特點(diǎn)和承受的應(yīng)力，在材料選擇上應(yīng)考慮使用耐疲勞強(qiáng)度比較好的碳素鋼，合金鋼，這些材料的綜合性能都比較好。 1） 泵軸轉(zhuǎn)速不高，輸送介質(zhì)的溫度壓力不高時(shí)，用碳素鋼； 2） 泵軸轉(zhuǎn)速高，輸送介質(zhì)的溫度壓力高時(shí)，選用機(jī)械強(qiáng)度比較高的合金鋼。 本設(shè)計(jì)泵軸選用45鋼材料，調(diào)質(zhì)處理HB=245～286，需用切應(yīng)力為49MPa～58.8 MPa。 4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度條件：

35、（4—2） 式中：——最大切應(yīng)力，MPa； Wt——抗扭截面系數(shù)， ——許用應(yīng)力，MPa； 對(duì)于實(shí)心軸： （4—3） 式中：d——軸徑，㎜。 由式（4—2）和式（4—3）式得： D>34mm 考慮鍵削弱作用，聯(lián)軸器軸孔直徑為標(biāo)準(zhǔn)化，取34mm。 最小軸徑d確定，考慮托架結(jié)構(gòu)，推算安裝滾動(dòng)軸承處軸徑d1，d1比d大一級(jí)，并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，本設(shè)計(jì)取35mm。安裝葉輪處的軸直徑d2的尺寸希望盡量粗一點(diǎn)，粗剛性好，d2太粗浪費(fèi)材料，同時(shí)軸肩不能高

36、于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，否則影響軸承拆卸和潤滑油的流動(dòng)，本設(shè)計(jì)取24mm。葉輪配合的直徑d3，比d1小一級(jí)，本設(shè)計(jì)取30mm。輪轂直徑dh對(duì)泵的吸入性能沒有什么影響，本設(shè)計(jì)中取32mm。 4.2 葉輪進(jìn)口直徑 葉輪入口速度： （4—4） 式中，——葉輪入口速度，m/s； K0——葉輪入口速度系數(shù)； 對(duì)懸臂式離心泵葉輪，入口直徑可由流體力學(xué)公式求得： （4—5） 由（4—5）式得：

37、 （4—6） 式中，qVT——理論流量，qVT大于設(shè)計(jì)流量qV，因?yàn)橥ㄟ^葉輪的流量中有一部分經(jīng)密封間隙返回葉輪入口，造成容積損失。 可由下式計(jì)算： （4—7） 式中，——泵容積效率，由文獻(xiàn)[8, 8—1]可知； ； 。 4.3 葉片入口邊直徑 在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片入口邊直徑，葉片入口邊直徑一般可按比轉(zhuǎn)速ns確定。 40～100，則(一般入口邊平行于軸心線；對(duì)流量較小的泵，可??；對(duì)流量較大的泵，也可將入口邊伸向吸入口，但是應(yīng)注意鑄造造

38、型的工藝性)： 100～200，則(1～0.8)； 200～300，則(0.8～0.6)； 300～500，則(0.7～0.5)； 500，則(軸流泵)。 本設(shè)計(jì)中葉片入口邊直徑取0.095m。 4.4 葉片入口處絕對(duì)速度 一般取或略大于，對(duì)抗汽蝕性能要求較高的泵，可取（0.4～0.83）。 本設(shè)計(jì)中取。 4.5 葉片入口寬度 （4—8） 離心泵葉輪入口尺寸，和除影響泵的性能和效率外，對(duì)泵的抗汽蝕性能影響很大。 。 4.6 葉片入口處圓周速度

39、 （4—9） 4.7 葉片數(shù)Z 目前尚無準(zhǔn)確的方法確定葉片數(shù)，對(duì)～250的泵，一般取6片；對(duì)低比轉(zhuǎn)速的泵可取9片，但應(yīng)注意勿使入口流道堵塞；對(duì)高比轉(zhuǎn)速的泵可取4片～5片。一般情況可按下表選取。 表4-1 葉片數(shù)的選擇 比轉(zhuǎn)速ns 50～60 60～180 180～350 350～580 葉片數(shù)Z 8 7 6 5 本設(shè)計(jì)葉片數(shù)取為8。 4.8 葉片入口軸面速度 （4—10） 式中，——葉片入口排擠系數(shù); 設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，先選取排擠系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，待葉片厚度和葉片入口安裝角確定后，再來校核值。計(jì)算

40、時(shí)，一般取～0.91，低比轉(zhuǎn)速的小泵取大值。 本設(shè)計(jì)中，取0.80。 4.9 葉片入口安裝角 葉片入口安裝角就是在葉片入口處，葉片工作面的切線（嚴(yán)格地說，應(yīng)該是在流面上葉片骨線的切線）與圓周切線間的夾角。假定液體是無旋流入葉輪內(nèi)，則由速度三角形可知： tan （4—11） 式中，——液體進(jìn)入葉輪相對(duì)速度的液流角。 葉輪入口處的葉片安裝角比相對(duì)速度液流角增大了的角度，這個(gè)角度叫做沖角，以表示。葉片入口安裝角： （4—12）

41、 一般沖角取～13，葉片入口安裝角～40。 本設(shè)計(jì)中，取， tan +13=25.63 4.10 葉片包角的確定 包角就是葉片入口邊與圓心的連線和出口邊與圓心連線間的夾角。對(duì)比轉(zhuǎn)速60～220的泵，一般取75～150，低比轉(zhuǎn)速葉輪取大值，高比轉(zhuǎn)速葉輪取小值。包角確定后，在繪型時(shí)還有根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ诒驹O(shè)計(jì)中，取90。 4.11 葉輪外徑 葉輪外徑是決定泵性能的最主要水力參數(shù)之一。 （4—13） 式中，——揚(yáng)程系數(shù)，目前從理論上還無法直接推導(dǎo)出計(jì)算公式，在總結(jié)國內(nèi)目前優(yōu)秀離心泵水力模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值分析方法

42、，擬合得到揚(yáng)程系數(shù)計(jì)算公式： （4—14） 4.12 葉片出口安裝角 葉片出口安裝角一般在16～40范圍內(nèi)，通常選用20～30范圍內(nèi)。對(duì)高比轉(zhuǎn)速的泵，可以取得小些，對(duì)低比轉(zhuǎn)速的泵，可取得大些。葉片出口安裝角對(duì)葉輪流道形狀和泵的效率影響很大。本設(shè)計(jì)中取28。 4.13 葉輪出口寬度 將泵相似理論推出的表達(dá)式中的線性尺寸和系數(shù)分別以葉輪出口寬度和流量系數(shù)代替，則出口寬度的計(jì)算式為： （4—15） 式中，——流量系數(shù)，采用統(tǒng)計(jì)分析離心泵水力模型，數(shù)值擬合出計(jì)算公式： （4—16） 葉輪外

43、徑確定后，葉輪出口寬度是影響泵流量的最主要因素之一[5]。 第五章 葉輪的選擇及繪型 5.1 葉輪選擇 葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實(shí)驗(yàn)。葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。 葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能(主要增加靜壓能)。 葉輪按液體流出的方向分為三類： （1）徑流式葉輪（離心式葉輪）液體是沿著與軸線垂直的方向流出葉輪。 （2）斜流式葉輪（混流式葉輪）液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪。 （3）軸流式葉輪液體流動(dòng)的方向

44、與軸線平行的。 葉輪按吸入的方式分為二類： （1）單吸葉輪（即葉輪從一側(cè)吸入液體）。 （2）雙吸葉輪（即葉輪從兩側(cè)吸入液體）。 葉輪按蓋板形式分為三類： （1）封閉式葉輪。 （2）敞開式葉輪。 （3）半開式葉輪。 其中封閉式葉輪應(yīng)用很廣泛，前述的單吸葉輪雙吸葉輪均屬于這種形式。 5.2 壓水室的作用 1）將葉輪中流出的液體收集起來送往下一級(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，并可減小液體往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)中的損失。 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)那個(gè)帶來的水力損失。 為達(dá)到上述要求，壓水室在設(shè)計(jì)中要做到：

45、 1）壓水式的水力損失占整個(gè)泵中的損失的很大一部分，為此壓水室中的水力損失應(yīng)盡量??； 2）盡可能使水流量軸對(duì)稱，提高泵運(yùn)行的穩(wěn)定性； 3）具有足夠的強(qiáng)度，較好的經(jīng)濟(jì)性及公益性，并考慮到泵布置的要求。 蝸形體的斷面形狀主要有梯形、矩形和圓形。 1）梯形斷面：梯形斷面結(jié)構(gòu)簡單，水力性能好，是蝸形體斷面中用的最廣的一種。 2）矩形斷面：矩形斷面具有與梯形斷面相同的優(yōu)點(diǎn)，適用于各種ns的泵上。它的工藝性最好，且斷面比較容易打磨或加工，用于材料為鑄造收最不易光潔的鋼或不銹鋼而又要求很光潔的蝸形體上是最適宜的。由于這種斷面是等寬的，所以徑向尺寸比梯形斷面要略大一些。 3）圓形斷面：如果葉輪出口

46、后即是圓形斷面，中間沒有過渡區(qū)，則由于圓形斷面在葉輪出口處突然擴(kuò)大，這對(duì)泵的水力性能是不利的。圓形斷面的優(yōu)點(diǎn)是在蝸形體受壓后，受力情況比上面兩種斷面要好。因此這種斷面適用于大型的額壓力高一些的泵上，這種情況下，液體出了葉輪后經(jīng)過擴(kuò)散導(dǎo)葉再進(jìn)入圓形斷面。 本次設(shè)計(jì)采用蝸形體，斷面形狀為梯形斷面。 5.3擴(kuò)散管的計(jì)算 蝸形體擴(kuò)散管部分的作用在于降低泵壓出口的液流速度，使液體一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，減少壓出管路的水力損失。 擴(kuò)散管的進(jìn)口可看做是蝸形體的Ⅷ斷面，其出口時(shí)泵的壓出口。設(shè)計(jì)計(jì)算擴(kuò)散管的長度L和壓出口直徑Dy時(shí)，原則上長度L應(yīng)盡可能小，并應(yīng)照顧到泵壓出口法蘭尺寸符合法蘭標(biāo)準(zhǔn)，法蘭

47、位置適當(dāng)，便于加工和裝拆法蘭螺栓。另外，為了減小擴(kuò)散損失，擴(kuò)散角應(yīng)在的范圍內(nèi)。 5.4蝸形體的繪型 先確定基圓直徑D3和蝸形體進(jìn)口寬度b3，以b3為底邊，作等腰梯形，此梯的二斜邊的斜度應(yīng)符合，并令其面積略大于Ⅷ斷面面積AⅧ，然后將梯形圓角的取大一些，使圓角后的梯形面積等于Ⅷ斷面的計(jì)算面積AⅧ，Ⅷ斷面即算作成。 繪圖時(shí)要注意下述事項(xiàng)：為便于繪制斷面、比較各斷面的形狀和識(shí)圖方便起見，八個(gè)斷面可繪制在一起；而為了圖面清晰，各個(gè)斷面可只繪出一半。蝸形體外壁如系弧線，則其圓弧半徑R8、R、R6……應(yīng)隨斷面包角的減小而有規(guī)律的增大，且應(yīng)使O斷面處為直線。否則會(huì)增大隔舌與葉輪之間的間隙，影響泵的性能

48、。 斷面高度H8、H7……，圓角半徑r8、r7……，側(cè)劈斜度等，均應(yīng)如前所述，隨著包角的減小而有規(guī)律的減小。一般H8、H7、H6……H1的數(shù)值是等差的，h1不小于b3／2，斷面面積與計(jì)算值不符，則以調(diào)整斷面高度月H8、H7…較為方便。梯形斷面見圖5-1。蝸型體平面圖見圖5 第六章 離心泵的過流設(shè)計(jì) 泵能達(dá)到較高效率，必須使葉輪、能量轉(zhuǎn)換裝置和吸入室三者之間有良好的匹配，如果匹配不當(dāng)，不能保證流體在吸入室和能量轉(zhuǎn)換裝置中有良好的流動(dòng)，那么即使葉輪設(shè)計(jì)得再完善，仍會(huì)導(dǎo)致泵的效率下降，達(dá)不到預(yù)期的性能要求，因此三者應(yīng)作為一個(gè)整體考慮。 6.1 吸水室尺寸確定 離心泵吸水室是指泵

49、進(jìn)口法蘭至葉輪進(jìn)口前泵體的過流部分，吸入室設(shè)計(jì)的好壞影響到水泵的抗空化性能。 按照吸水室的形狀可分為錐管吸水室、環(huán)形吸水室和辦螺旋形吸水室三種。本次吸水室采用錐管吸水室，如圖錐管吸水室廣泛用于單級(jí)懸臂離心泵上，其水力性能好，結(jié)構(gòu)簡單，速度分布從進(jìn)口到水泵葉輪進(jìn)口逐步均勻變化，其出口直徑與進(jìn)口直徑相同，入口直徑比出口徑大7%~10%，而入口的經(jīng)濟(jì)流速在3m/s左右，允許錐度為，這樣就可以確定該吸水室的尺寸。 錐管吸水室的進(jìn)口直徑 mm (6-1) 6.1.1 概述 離心泵吸入管路接頭與葉輪進(jìn)口前的空間稱為吸入室。它是液體進(jìn)入離心泵經(jīng)過的第一個(gè)構(gòu)件

50、。液體流過吸入室后，才進(jìn)入葉輪。在液體由吸入管進(jìn)入葉輪的流動(dòng)過程中，流速要發(fā)生變化，特別是流速分布要進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)液體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。因此，在葉輪之前設(shè)置吸入室以調(diào)整液流是重要的。其作用是以最小的流動(dòng)損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并且要求液流在葉輪進(jìn)口處具有較為均勻的速度分布。根據(jù)離心泵類型，容量的大小，使用場(chǎng)合的不同，吸入室主要類型有直錐形、彎管形、螺旋形。本設(shè)計(jì)采用直錐形吸入室。 6.1.2 直錐形吸入室設(shè)計(jì) 直錐形吸入室結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，液流的流速分布均勻，流動(dòng)阻力損失亦小，所以多用在單級(jí)單吸離心泵上。直錐形吸入室出口直徑與葉輪進(jìn)口直徑相同，所以㎜，通常進(jìn)口直徑比出口直徑大

51、7%～12%，故取其值為90㎜，在允許的錐度（約在7-18范圍內(nèi)）取，確定直錐式吸水室的軸向長度為㎜。 6.2 螺旋形壓出室 螺旋形壓出室由一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的螺旋形流道和一個(gè)擴(kuò)壓管組成，位于葉輪出口之后，作用是收集從葉輪中高速流出的液體，使其速度降低，轉(zhuǎn)變速度動(dòng)能為壓能，并且把液體按一定要求送入下級(jí)葉輪進(jìn)口或送入排出管路。螺旋形壓出室主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，制造比較方便，泵性能曲線高效率區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率變化比較?。蝗秉c(diǎn)是單蝸室泵在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力， 蝸室斷面面積對(duì)泵的性能影響很大，泵比轉(zhuǎn)速越小，影響越大，比轉(zhuǎn)速越大，影響越小。蝸室斷面面積的大小，由所選取的

52、蝸室流速?zèng)Q定。 蝸室中的液流速度可按下式計(jì)算： （6—2） 式中：——蝸室0點(diǎn)處第Ⅷ斷面液流速度，m/s； ——蝸室中的速度系數(shù)。 根據(jù)比轉(zhuǎn)速n=70由文獻(xiàn)[5，8—6]選取螺旋形蝸室和導(dǎo)葉中的速度系數(shù)。 蝸室最大斷面（即第Ⅷ斷面）處的面積FⅧ： Ⅷ （6—3） Ⅷ㎡ 由于液體是從葉輪中均勻流出的，故蝸室各斷面面積也均勻第變化，可按下式計(jì)算各斷面面積： 第一斷面面積： ⅠⅧ ，Ⅰ； 第二斷面面積： ⅡⅧ ，Ⅱ； 第三斷面面積： ⅢⅧ ，Ⅲ； 第四斷面面

53、積： ⅣⅧ ，Ⅳ； 第五斷面面積： ⅤⅧ ，Ⅴ； 第六斷面面積： ⅥⅧ ，Ⅵ； 第七斷面面積： ⅦⅧ ，Ⅶ。 （6—4） （6—） （6—7） （6—8） 式中：——斷面?zhèn)缺趦A斜角，； b3——壓水室入口寬度，mm； r3——壓水室基圓半徑，mm； i=Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ； ——過渡圓弧半徑，mm。 本設(shè)計(jì)中，?。?00 第一斷面尺寸

54、： mm ，mm； 第二斷面尺寸： mm ，mm； 第三斷面尺寸： mm ，mm； 第四斷面尺寸： mm ，mm； 第五斷面尺寸： mm ，mm； 第六斷面尺寸： mm ，mm； 第七斷面尺寸： mm， mm； 第八斷面尺寸： mm ，mm。 6.3 擴(kuò)散管 為減少壓力管路中的水力損失，須進(jìn)一步降低壓水室中的流動(dòng)速度，這一任務(wù)通常由在第Ⅷ斷面后設(shè)置的擴(kuò)散管來實(shí)現(xiàn)。液體離開蝸室后進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管中，80％～85％的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。擴(kuò)散管末端為泵的吐出口，與吐出管路相連接，所以吐出直徑應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管徑選取，其流速符合經(jīng)濟(jì)流速。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角一般取8～

55、12，擴(kuò)散角過大，會(huì)導(dǎo)致邊界層內(nèi)液體脫流，增加水力損失。擴(kuò)散管的長度與進(jìn)口截面直徑之比不得大于2.5～3，否則，由于邊界層厚度增加，液流會(huì)脫流，惡化擴(kuò)散管的工作性能。本泵擴(kuò)散角選取12，吐出口直徑為76 mm。 第七章 軸向力徑向力平衡計(jì)算 軸向力及其平衡 7.1.1 徑向力的計(jì)算 壓水室是渦室的泵，在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力可按式9-1[5]計(jì)算 N (7-1) 式中 ——偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力 (N)； ——包括前、后蓋板

56、的葉輪出口寬度，取 ＝0.01140m； ——實(shí)驗(yàn)系數(shù)，查取得 ＝0.080。 7.1.2 徑向力的平衡 由于徑向力是和葉輪的出口直徑、葉輪的出口寬度成正比。因此它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大，同時(shí)也隨著揚(yáng)程的增加而增大[5]。 本次設(shè)計(jì)的是單級(jí)單吸離心泵，單機(jī)蝸殼泵的徑向力平衡，可以采用雙蝸殼或加導(dǎo)葉來實(shí)現(xiàn)，在雙蝸殼中，每一蝸室雖然沒有完全消除徑向力，但兩個(gè)蝸室相隔對(duì)稱布置，作用于葉輪上的徑向力是互相平衡的。用導(dǎo)葉雖能平衡徑向力，但泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化了。 通過計(jì)算可得，徑向力不是很大，可以不設(shè)置徑向力平衡裝置。 7.2 軸向力及平衡 7.2.1 軸向力的產(chǎn)生 離

57、心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)部件受到一個(gè)與軸線平行的軸向力。這個(gè)力相當(dāng)大，特別是多級(jí)離心泵。軸向力主要包括兩部分： 1）葉輪前后兩側(cè)因壓力不同，前蓋板側(cè)壓力低，后蓋板側(cè)壓力高，產(chǎn)生了從葉輪后蓋板指向入口處得軸向力F1。 2）流體流入流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生動(dòng)反力F2，其方向與F1相反。 此外對(duì)于入口壓力較高的懸臂式單吸泵，還要考慮作用在軸端上的入口壓力引起的軸向壓力，其方向與F1相反。對(duì)于立式離心泵，其轉(zhuǎn)子的部分重量也是軸向力[4]。 7.2.2 軸向力計(jì)算 1) 葉輪前后壓力引起的軸向力F1可按式2-58[4]估算 N (7-2) 式中 D1——葉輪進(jìn)口處的直徑(mm)；

58、 dh——輪轂直徑(mm)； H——葉輪實(shí)際揚(yáng)程(mm)； i——葉輪級(jí)數(shù)(mm)； k——系數(shù)，ns=60~150時(shí)為0.6，當(dāng)ns=150~250時(shí)為0.8。 2）液體作用與葉輪入口的動(dòng)反力可按式2-59[4]計(jì)算 N (7-3) 式中 ——葉輪的質(zhì)量流量(m3/s)； v0——葉輪進(jìn)口處的速度（m/s）。 3)總的軸向里 N (7-4) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，軸向力指向入口 第八章 軸承、聯(lián)軸器、鍵的選擇 8.1 軸承 8.1.1 軸承選擇

59、根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（簡稱滾動(dòng)軸承）兩大類。 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的，具有摩擦（阻力）系數(shù)小，功率消耗小，起動(dòng)容易（阻力?。┑葍?yōu)點(diǎn)，而且它以標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤滑、維護(hù)都很方便。滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)比較小，從而使機(jī)器能靈活、輕快的旋轉(zhuǎn)，提高工作效率；潤滑油消耗少，若滾動(dòng)軸承有良好的密封裝置，加一次潤滑油可使用很長時(shí)間[7]。 本泵葉輪采用平衡孔平衡70%～90%軸向力，剩余軸向力由止推軸承來承擔(dān)。 選擇深溝球軸承。標(biāo)記：滾動(dòng)軸承6207 GB/T 276—1994。 8.

60、1.2 軸承的校核 參考文獻(xiàn)[4]，軸承的壽命校核： （8—1） 式中：——額定壽命，40000 ； ——轉(zhuǎn)速，； ——基本額定動(dòng)載荷，對(duì)向心軸承為，查文獻(xiàn)[1]， KN； ——當(dāng)量動(dòng)載荷,N； ——溫度系數(shù)，取1； ——壽命系數(shù)，對(duì)球軸承取3； ——載荷系數(shù)，取1.2。 N （8—2） 式中：——徑向動(dòng)載荷系數(shù)，1.0； ——徑向載荷，N； ——軸向動(dòng)載荷系數(shù)，0； ——軸向載荷，N。 由式（8—1）：

61、 8.1.3 軸承潤滑 潤滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減少接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)、防止銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑。選用哪一類潤滑方式，與軸承的速度有關(guān)。一般用滾動(dòng)軸承dn值來定（d代表軸承內(nèi)徑，mm；n代表軸承套圈的轉(zhuǎn)速，r/s，）表示軸承速度的大小，具體潤滑方式按表8—1選取。 表8—1 適用于脂潤滑和油潤滑的dn值界限 軸承 類型 脂 潤滑 油潤滑 油浴 滴油 循環(huán)油（噴油） 油霧 深溝球軸承 16 25 40 60 ＞60

62、 mmr/min＞60 本泵采用油霧潤滑。 8.1.4 軸承密封 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封是在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸而起密封作用。常用的軟材料有毛氈、橡膠、皮革、軟木等，或者放置減摩性好的硬質(zhì)材料（如加強(qiáng)石墨、青銅、耐磨鑄鐵）與轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸以進(jìn)行密封。本軸承采用氈圈密封。 8.2 鍵的選擇與校核 8.2.1 鍵的選擇 鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞扭矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)導(dǎo)向。鍵連接的主要類型有：平

63、鍵連接、半圓鍵連接、楔形連接和切向鍵連接。平鍵連接為最普通的結(jié)構(gòu)形式，鍵的兩側(cè)面是工作面。工作時(shí)，靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對(duì)中性較好的等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。這種鍵連接不能承受軸向力，因而對(duì)軸上的零件不能起到軸向固定的作用。根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中前兩者為靜連接，后兩者為動(dòng)連接。普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（A型）、平頭（B型）、單圓頭（C型）三種。圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。缺點(diǎn)是鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不

64、能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大[9]。本泵選用圓頭平鍵。 鍵的選擇包括類型和尺寸兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬b鍵高表示h）與長度L.鍵的截面尺寸按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度。一般輪轂的長度可取（1.5～2）d，d為軸的直徑。所選定的鍵長亦符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列。 葉輪與軸配合鍵選擇： 圓頭普通平鍵（A型）mm，mm，mm。 聯(lián)軸器與軸配合鍵選擇： 圓頭普通平鍵（A型）mm，mm，mm。

65、 8.2.2 鍵的強(qiáng)度校核 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面壓潰。除非有嚴(yán)重過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為： （8—3） 式中：——傳遞的轉(zhuǎn)矩,； ——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，mm,, h為鍵的高度，mm; ——鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵，為鍵的公稱長度，mm，——鍵的寬度，mm； ——軸的直徑，mm； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，；

66、 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，，具體數(shù)值參考表8—2。 表8—2 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用應(yīng)力 許用擠壓應(yīng)力 許用應(yīng)力 連接 工作方式 鍵或轂、軸的材料 載荷 靜載荷 輕微沖擊 沖擊 靜連接 鋼 120～150 100～120 60～90 鑄鐵 70～80 50～60 30～45 葉輪與軸配合鍵校核： 120～150 MPa，（合適） 聯(lián)軸器與軸配合鍵校核： 70～80 MPa（合適） 8.3 聯(lián)軸器選擇 8.3.1 聯(lián)軸器 在水泵中，聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸，傳遞扭矩，使它們一起旋轉(zhuǎn)的重要部件，也是水泵運(yùn)行與檢修中需要經(jīng)常維護(hù)檢查、檢修校正的重點(diǎn)部位。聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造和安裝的誤差，兩軸軸線的位置不可能完全重合，同時(shí)由于機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，零件的變形、基礎(chǔ)的下沉、旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量不平衡、運(yùn)轉(zhuǎn)中溫度的變化、軸承的磨損等都會(huì)使兩軸線的位置進(jìn)一步發(fā)生偏斜，造成軸向位移、徑向位移、角位移、以及綜合位移等。如在聯(lián)接兩軸時(shí)不能補(bǔ)償這些偏斜，會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，