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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1螺旋離心泵概述
泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為抽送液體能量的機(jī)器。一般，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，從而使要求數(shù)量的液體從吸入口通過泵的過流部分，輸送到要求的高度或要求有壓力的地方。
泵是世界上最早發(fā)明的機(jī)器之一?，F(xiàn)今世界上泵產(chǎn)品產(chǎn)量?jī)H次于電機(jī)，所消耗的電量大約為總發(fā)電量的四分之一。泵的種類甚多，應(yīng)用極為廣泛。除農(nóng)田灌溉、城市和工業(yè)給排水、熱電廠、石油煉廠、石油礦廠、輸油管線、化工廠、鋼鐵廠、采礦、造船等部門外，目前泵在原子能發(fā)電、艦艇的噴水推進(jìn)、火箭的燃料供給等方面亦得到重要應(yīng)用。另外，還可以用泵來對(duì)固體如煤、魚等進(jìn)行長(zhǎng)距離水力輸送。泵抽送的介質(zhì)除水外，有油、酸、堿漿料……一直到超低溫的液態(tài)氣體和高溫熔融金屬?？梢哉f，凡是要讓液體流動(dòng)的地方，就有泵在工作。泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著十分重要的作用。
根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵輸送固態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，如污水污物、泥漿、紙漿、灰渣礦石、糧食淀粉、甜菜水果、魚蝦貝殼等不勝枚舉。據(jù)文獻(xiàn)介紹，如今已成功地從5000米深的海底用泵向陸地輸送猛礦石。對(duì)輸送這類物質(zhì)的泵，有兩個(gè)主要要求：一是無堵塞，二是耐磨損。耐磨損主要與材料有關(guān)，無堵塞主要取決于葉輪的結(jié)構(gòu)形式。目前作為無堵塞泵葉輪的結(jié)構(gòu)形式有：1.開式或半開式葉輪；2.旋流式葉輪；3.單（雙）流道式葉輪；4.螺旋離心葉輪。
螺旋離心泵是典型的無堵塞離心泵。世界上第一臺(tái)螺旋離心泵是用來輸送魚類，隨后用來輸送固液兩相流體，可以用來排雨水和輸送高黏度液體。為防止故態(tài)物質(zhì)堵塞，使之順利的流出，開式葉輪中有一片或兩片扭曲的螺旋形葉片，在錐形的輪轂體上由吸入口沿軸延長(zhǎng)，葉片的半徑逐漸增大，形成螺旋形流道。殼體由吸入蓋和渦殼兩部分組成。吸入蓋部分的葉輪，產(chǎn)生螺旋推進(jìn)作用，渦殼部分的葉輪像一般的離心泵產(chǎn)生離心作用，葉片進(jìn)口的銳角部分將雜物導(dǎo)向軸心附近，再利用螺旋作用使之沿軸線推進(jìn)。這種泵是容積泵和離心泵的組合，故稱為螺旋離心泵。
1.2離心泵主要零部件及結(jié)構(gòu)形式
離心泵的主要零部件包括：前蓋板、葉輪、主軸、渦室、后蓋板、軸封、軸承體、帶輪和支架。離心泵中還包括像螺母、法蘭盤、軸承等具有通用標(biāo)準(zhǔn)的零部件。
離心泵的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾個(gè)：
1. 按主軸方向
臥式：主軸水平放置；
立式：主軸垂直放置；
斜式：主軸傾斜放置。
⒉ 按液體流出葉輪的方向
離心式——裝徑流式葉輪；
混流式——裝混流式葉輪；
軸流式——裝軸流式葉輪。
⒊ 按吸入方式
單吸——裝單吸葉輪；
雙吸——裝雙吸葉輪。
⒋ 按級(jí)數(shù)
單級(jí)——裝一個(gè)葉輪；
多級(jí)——同一根軸上裝兩個(gè)或兩個(gè)以上的葉輪。
⒌ 按葉片安裝方法
可調(diào)葉片：葉輪的葉片安放角可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)；
固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的結(jié)構(gòu)。
⒍ 按殼體剖分方式
分段式：殼體按與主軸垂直的平面剖分；；
節(jié)段式：在分段式多級(jí)泵中，每一級(jí)殼體都是分開式的；
中開式：殼體在通過軸心線的平面上分開；
水平中開式：在中開式中，剖分面是水平的；
垂直中開式：在中開式中，剖分面是垂直的；
斜中開式：在中開式中，剖分面是傾斜的。
⒎按泵體形式
渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有帶渦室的殼體；
雙渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有雙渦室的殼體；
透平泵：帶導(dǎo)葉的離心泵；
筒式泵：內(nèi)殼體外裝有圓筒狀的耐壓殼體；
雙殼泵：指筒式泵之外的雙層殼體泵。
⒏特殊結(jié)構(gòu)泵
潛水電泵：驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)與泵一起放在水中使用的泵；
貫流式泵：泵體內(nèi)裝有電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置；
屏蔽泵：泵與電動(dòng)機(jī)直連（共用一根軸），電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)側(cè)裝有屏蔽套，以防液體進(jìn)入。
自吸式泵：在一般的自吸泵中抽送液體作用的葉輪同時(shí)能起灌水作用，泵啟動(dòng)是無須灌水。
管道泵：泵作為管路的一部分，無須特別改變管路即可安裝泵。
無堵塞泵：抽送液體中所含的固體不能在泵內(nèi)造成堵塞。
第二章 總體方案的確定
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
流量 Q=80m3/h ，揚(yáng)程H=13m ，效率η=65%
轉(zhuǎn)速：1450r/min ， 吸程：7m（水柱）
2.2 方案的確定
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，葉片型線為空間對(duì)數(shù)螺旋線，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）無堵塞性能好；（2）無損性能好；（3）效率高，與其他同類雜質(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，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即NPSHr最小。
該螺旋離心泵在結(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。
2.3原動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)泵實(shí)際工作要求， 該泵與鉆機(jī)配套使用時(shí)，常需要野外作業(yè)，電源使用不方便，故選用柴油機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速選擇，用V型帶傳動(dòng)，因給定泵的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，故傳動(dòng)比i=。
柴油機(jī)功率計(jì)算：
泵輸出功率：
=
=7.5KW
式中：——介質(zhì)密度 kg/m
Q——流量（）
H——揚(yáng)程（m）
泵輸入功率：N=
=
=11.54KW
式中：——泵效率
柴油機(jī)功率：
=
=12.02KW
式中：——V帶傳動(dòng)效率，取=0.96
因此，原動(dòng)機(jī)選擇轉(zhuǎn)速為，功率為12KW的柴油機(jī)。
2.4水力設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)數(shù)：
式中： n——泵軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
Q——流量（）
H——揚(yáng)程（m）
故：
沉降層速度：
=
=2.48（m/s）
入口速度：
=2.83（m/s）
出口速度：
∴滿足設(shè)計(jì)要求。
泵的進(jìn)口直徑：（標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤直徑）
泵的出口直徑：（標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤直徑）
第三章 葉輪的設(shè)計(jì)
3.1 概述
1982年，A．布斯曼較早地在離心泵葉輪上采用對(duì)數(shù)螺旋線。1961年，J．郝比奇在“模型挖泥泵特性”一文中，通過實(shí)驗(yàn)指出，采用對(duì)數(shù)螺旋線葉形葉輪的泵，其輸送清水和漿體時(shí)的效率均高于漸開線等葉形的葉輪。目前渣漿泵葉輪葉片型線設(shè)計(jì)中，比較廣泛地采用對(duì)數(shù)螺旋線。本次的葉輪設(shè)計(jì)是以勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負(fù)壓面空間曲線方程為依據(jù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，葉輪葉片型線為對(duì)數(shù)螺旋線。
3.2 葉輪主要參數(shù)的確定
圖3-1 葉輪軸面投影圖
1．葉輪最大外徑：
= （m）
式中：
k=10～12.5
故： =
=0.238～0.298（m）
?。? =260mm
2．葉輪出口寬度：
=
=
=80.86（mm）
?。? =80（mm）
3．葉輪出口直徑：
=
其中：
=
=0.836～0.161（m）
取 =100（mm）
（主要考慮效率兼顧泵的抗汽蝕性能）
4．輪轂直徑：
=19.96+0.07×
=19.96+0.07×115.244
=28（mm）
5．葉輪軸向長(zhǎng)度L：
L=
=
=195.66（mm）
圓整后得： L=195（mm）
6．輪緣側(cè)圓弧半徑：
=52.28+0.91
=52.28+0.91×115.244
=157.15
圓整后等：=160（mm）
7．輪轂側(cè)圓弧半徑：
=73.4+1.29
=73.4+1.29115.244
=222.06
圓整后等：=220（mm）
8．輪轂側(cè)圓弧半徑：
=60～90（mm）
取=70（mm）
9．輪緣側(cè)葉片傾角：
=60.51-0.13
=60.51-0.13115.244
=45.528
取=45
10．輪轂側(cè)葉片傾角：
=57.1-0.1
=57.1-0.1115.244
=45.58
取=45
11．葉輪出口傾角：
=7.79
=7.79
=12.95
取=13
12．葉輪出口最小直徑：
=
=260-2
=189.45
取=190（mm）
13．輪緣和輪轂各段軸向長(zhǎng)度：
L=（0.45～0.68）L=（0.45～0.68）=87.75～132.6 （作圖在范圍內(nèi)）
取=140（mm）
L =（0.2～0.4）L=39～78
取L=60（mm）
L=（0.05～0.08）L=9.75～15.6 （作圖在范圍內(nèi)）
14．輪緣側(cè)葉片出口安放角：
=
其中：
其中：
=19.7297
所以：
=11.6
15．輪轂側(cè)葉片出口安放角：
=
其中：
=
=14.42
=0.789
所以：
=14.5
16．葉片進(jìn)口安放角：
17．葉輪出口葉片包角：
=156.95（
=147.67
取 =150
18．輪緣螺線起點(diǎn)處圓弧半徑：
=0.63
=0.63115.244-4.17
=68.43
圓整得： =70（mm）
19．輪轂側(cè)葉片包角：
=821.17-1.42
=821.17-1.42115.244
=657.524
取 =658
20．輪緣側(cè)葉片包角：
=652-1.02
=652-1.02
=534.451
取 =535
21．計(jì)算葉輪曲面螺線
首先計(jì)算葉輪輪緣側(cè)曲面螺線。包括和各曲面上的螺線，其次計(jì)算葉輪出口邊曲面螺線，最后，計(jì)算輪轂側(cè)曲面螺線，包括，和各曲面上的螺線。
（1）曲面螺線方程：
由何希杰所推導(dǎo)的公式：
式中
根據(jù)邊界條件，以空間曲線方程為： r=130[1-0.00163θ]
z=115[1-0.00163θ] θ=
(θ= z=86.34)
(2) 空間曲線螺線方程:
設(shè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的螺線轉(zhuǎn)角分別為和在上取一點(diǎn)p(z,r)轉(zhuǎn)角為,可建立z,r,三者之間的關(guān)系如下:
根據(jù)邊界條件，以空間曲線方程為：
（3）曲面螺線方程：
（4）曲面螺線方程：
（5）曲面螺線方程：
（6）曲面螺線方程：
表3-1 輪緣側(cè)曲面螺線（部分）值
N
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
22.5
45
67.5
90
112.5
135
157.5
180
r
130
125.2
120.5
115.7
110.5
106.6
101.4
96.3
91.3
Z
115
110.7
106.6
102.4
97.8
94.3
89.7
81.5
76.6
N
9
10
11
12
13
14
15
16
17
202.5
225
247.5
270
292.5
315
337.5
360
382.5
r
86.4
81.6
76.9
72.2
67.6
63.1
58.7
54.4
50.4
Z
71.8
66.9
62
57.2
52.3
47.5
42.5
37.7
32.9
N
18
19
20
21
22
23
24
405
427.5
450
472.5
495
517.5
535
r
48.6
47.9
47.2
46.8
46.3
46.1
46
Z
28
23.2
18.3
13.4
8.6
3.7
0
表3-2出口段螺線（部分）值
N
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
0
-22.5
-45
-67.5
-90
-112.5
-135
-150
r
130
127.5
125.1
122.6
120.1
117.6
115.2
113.5
Z
115
126.9
138.9
150.8
162.7
174.6
186.6
194.5
表3-3輪轂側(cè)曲面螺線（部分）值
N
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
-135
-112.5
-90
-67.5
-45
-22.5
0
22.5
45
67.5
r
110.5
103.5
97.9
93.2
88.6
84
79.3
74.7
70
65.5
Z
192.5
188.6
287.1
261.9
236.7
211.6
186.4
161.2
136.1
110
N
4
5
6
7
8
9
10
11
12
90
112.5
135
157.5
180
202.5
225
247.5
270
r
1
56.6
52.2
48
44
40.5
37
33.7
30.5
Z
34.3
130.2
126.1
121.9
111.8
113.6
109.5
105.4
101.2
N
13
14
15
16
17
18
19
20
21
67.6
63.1
58.7
54.4
50.4
405
427.5
450
472.5
r
8.4
26.3
24.3
22.4
21.1
20.3
16.3
14.1
13
Z
97.1
92.9
88.8
84.7
80.5
76.4
72.2
68.1
64
N
22
23
24
495
517.5
520
r
12.5
12.2
12
Z
59.8
55.7
55.2
22．葉片螺線平面圖
根據(jù)上述葉輪葉片曲面螺線計(jì)算結(jié)果，繪制葉片螺線。在圓周上取16個(gè)軸面，每?jī)蓚€(gè)軸面夾角為22.5,當(dāng)Z=0時(shí),空間螺線在平面上投影,如圖所示:
圖3-2 空間螺線在平面上的投影圖
23．葉片厚度計(jì)算
確定葉片厚度時(shí)，應(yīng)注意到鑄造的可能性，對(duì)鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為3～4毫米，本次設(shè)計(jì)的葉輪材料選用MT-4，葉片厚度（S）由經(jīng)驗(yàn)公式求出：
式中： K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與材料和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，查表得K=5
——葉輪外徑
H——揚(yáng)程
Z——葉片數(shù)，Z=1
所以： S=
=5.687（mm）
?。? S=6（mm）
3.3 背葉片的設(shè)計(jì)
背葉片的主要作用是減壓，其減壓程度決定了背葉片的幾何參數(shù)。背葉片對(duì)于一般的泵而言，還有另一個(gè)作用，就是能夠及時(shí)地把固體顆粒甩至渦室內(nèi)，以防止固體顆粒進(jìn)入填料箱，破壞其密封性能。背葉片減壓后剩余的壓頭可由下列經(jīng)驗(yàn)公式求出：
=
式中：——泵腔壓頭（包括灌注壓頭）m，其中灌注壓頭
n——泵的轉(zhuǎn)速 n=1450r/min
——葉輪外徑 cm =27cm
——背葉片外徑 cm ==19cm
——背葉片寬度 取=5mm
t——背葉片與渦室間隙 取t=1mm
——背葉片內(nèi)徑 cm 取 =8cm
故：=（1+0.15）
=9.65（m）
由計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)背葉片減壓后，剩余壓頭為9.65m，如果近似把1bar=10m水柱，則剩余壓頭為0.965bar。
第四章 壓水室及吸水室的設(shè)計(jì)
4.1壓水室的用途及分類
壓水室即渦形體，是泵中的一個(gè)非常重要的過流部件。它主要是把從吸水室和葉輪中流通過來的高速流體介質(zhì)，通過葉輪的離心力作用，送入下級(jí)葉輪進(jìn)口或者送入排出管路，從而把泵軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能。
常用的壓水室結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形壓水室、螺旋形壓水室、以及半螺旋形壓水室。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，螺旋形壓水室比環(huán)形壓水室的效率個(gè)高，所以本次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵采用的是螺旋形壓水室。
4.2壓水室的設(shè)計(jì)
壓水室的設(shè)計(jì)要根據(jù)泵輸送介質(zhì)的特性來決定。
過去我國(guó)生產(chǎn)的老型號(hào)離心雜質(zhì)泵幾乎全是環(huán)形壓水室，壓水室各個(gè)斷面的水流速度不同，用環(huán)形壓水室可減輕隔舌的磨損，但沖擊損失較大，這也是雜質(zhì)泵水力效率很低的原因之一。為了增大效率選用螺旋形壓水室，考慮到離心雜質(zhì)泵的特點(diǎn)，為了減少隔舌處的磨損，降低噪音，提高其壽命，渦殼斷面選擇矩形，如圖所示：
圖4-3 泵體斷面圖
螺旋形渦室俗稱渦形體，其主要優(yōu)點(diǎn)是制造比較方便，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小，缺點(diǎn)是單渦殼泵在非設(shè)計(jì)公況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力。
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，并在渦室中作等速運(yùn)動(dòng)，渦室只起收集液體的作用，在擴(kuò)散管中將液體的一部分動(dòng)能變?yōu)閴耗堋?
渦殼主要由兩部分組成。即壓水室和出水管。主要是壓水室的設(shè)計(jì)，壓水室的作用是以最小的水力損失將葉輪流出的高速水流引向吐出口，并且將水流的一部分動(dòng)能變?yōu)閴毫δ堋?
壓水室?guī)缀螀?shù)的確定：
1．基圓直徑：
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取=290mm
2.渦室寬度：
=
=134.57
圓整后得：=135mm
3.隔舌位置角：
=
=15.62-0.12
=15.05
取=15
——從渦室出口中心線起反時(shí)針方向
4.隔舌位置出間隙：
=（0.234-0.041
=（0.234-0.041
=8.74
取 =9mm
5.渦室內(nèi)輪廓線型線：
采用對(duì)數(shù)螺線：
式中： ——初始動(dòng)徑
θ——?jiǎng)訌浇?
——角系數(shù)
根據(jù)邊界條件求出=202.5 ，=1.9×10 ，根據(jù)公式計(jì)算各個(gè)斷面位置和距中心點(diǎn)的半徑。結(jié)果列于下表：
表4-1 各斷面位置和中心點(diǎn)半徑
斷面
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
0
30
45
90
135
202.5
214.5
220.6
240.3
261.7
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
180
225
270
315
360
285.1
310.5
338.2
368.4
401.3
6.壓水室的壁厚
根據(jù)鑄造要求，強(qiáng)度要求，由經(jīng)驗(yàn)初步選取壁厚為8mm。
4.3 吸水室的設(shè)計(jì)
吸水室是指泵進(jìn)口法蘭到葉輪出口的過程部分。吸水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。吸水室的水力損失比壓水室相比小得多，但是吸入室中液流的流動(dòng)狀態(tài)直接影響葉輪中的流動(dòng)狀態(tài)。對(duì)泵的效率有一定的影響，對(duì)泵的汽蝕性能影響也比較大。因此，對(duì)吸水室有如下要求：
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)，方向符合等。
2.吸水室內(nèi)部分布均勻，方向符合等。
3.吸水室的類型主要有：錐形管吸水室、圓環(huán)形吸水室以及半螺旋形吸水室等。
由于本次設(shè)計(jì)的是螺旋離心式水泵，省略設(shè)計(jì)吸水室。
第五章 軸向力及其平衡
水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在其轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)很大的與軸心線重合的力叫做軸向力。
5.1 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.水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。
5.2 軸向力的計(jì)算
螺旋式葉輪可按半開式葉輪經(jīng)驗(yàn)公式來近似計(jì)算軸向力，公式如下：
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。 =
k——軸向力系數(shù)，查表得 k=1.63
——圓心處的半徑，=（
——液體重度，=2650kg/
故：
=1143N
5.3 軸向力的平衡方法
1．利用對(duì)稱性，平衡軸向力．從分析對(duì)稱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．采用專門的平衡裝置，如平衡鼓裝置，平衡盤裝置．
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平衡軸向力，但有時(shí)考慮受徑向力作用，可采用圓錐滾子軸承來承擔(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．
第6章 主要通用零部件的選擇
6.1 正確選用主要通用零部件的重要性
現(xiàn)代大部分機(jī)械設(shè)備中有相當(dāng)部分是通用零部件。也就是說通用零部件對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械來說，是非常重要的也是必不可少的部分。
通用零部件關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的加工制造效率和經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)楹侠淼耐ㄓ昧悴考倪x擇可以方便產(chǎn)品的組裝和使用后的維修工作。特別是標(biāo)準(zhǔn)化后的零部件對(duì)于主要零件的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件的選購(gòu)以及方便用戶使用維修方面更是具有非常重要的意義。
6.2 軸封結(jié)構(gòu)的選擇
一．離心泵常用的填料
（１）用石墨或黃油侵透的棉織調(diào)料，用于低壓離心泵輸送常溫清水。
（２）石墨侵透的石棉填料，在中等溫度及壓力下使用。一般輸送液體的溫度低于250℃，壓力小于10kg/cm，最大壓力不小于18kg/cm。最高溫度為400℃。
二．填料密封結(jié)構(gòu)尺寸的確定
在已知軸徑或軸套直徑后，可按水泵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選用填料壓蓋，填料套，填料環(huán)，長(zhǎng)扣螺栓和螺母等。填料可取4～6圈，如果沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填料函的主要結(jié)構(gòu)尺寸可按下列步驟確定。
圖6.1 填料函結(jié)構(gòu)
1．填料寬度Ｓ（ｍｍ）
?。樱剑?.4～1.8）
式中：d——軸或軸套直徑
所以：S=（1.0～1.8）
=7.5～13.5
取 S=9mm
2．填料高度H（mm）
當(dāng)液體壓力P≤10kg/cm時(shí)
H=（5～7）S
=45～63
取H=49mm
3．填料壓蓋高度h（mm）
h=（2～3）S
=18～27
取h=25mm
4．壓入填料函體內(nèi)的填料壓蓋長(zhǎng)度b（mm）
b=（0.5～1）S
=4.5～9
取 b=9mm
5．填料壓蓋螺栓長(zhǎng)度L
應(yīng)保證在填料函體內(nèi)裝滿填料時(shí)不需加蓋就就能擰上螺母。
6．填料壓蓋螺栓直徑
可按下表選?。?
表6.1 螺栓直徑系列
軸或軸套外徑
20～25
30～35
40～75
80～100
螺栓直徑
M6
M8
M10
M12
所以螺栓直徑選取為= M10
7．填料壓蓋厚度a（mm）
a=（0.7～1.0）
=7～10
取 a=7mm
三．填料密封的安裝技術(shù)要求
1．切割填料時(shí)，最好將它繞在與軸外徑相同的圓棒上切割，以保證尺寸準(zhǔn)確和切口平行、整齊、無松散的石棉線頭，并成30度角。裝填料時(shí)填料接頭必須錯(cuò)開，一般交錯(cuò)120度。
2．在安裝時(shí)應(yīng)注意使填料對(duì)準(zhǔn)水封環(huán)，以免填料添死水封環(huán)，使水封失去作用。
3．在液體溫度超過105℃或吸入壓力大于8kg/cm時(shí)，對(duì)填料函體應(yīng)進(jìn)行冷卻，并采用水冷填料壓蓋。
4．為保證填料函的密封性能，對(duì)填料函應(yīng)進(jìn)行水封，一般用自來水或從泵吐出口引水即可。
由于此次設(shè)計(jì)的為離心式固液兩相泵，為防止泄露現(xiàn)象出現(xiàn)，軸封水經(jīng)計(jì)算得3bar。
6.3 軸承部件的選擇
軸承是支撐離心泵轉(zhuǎn)子的部件，承受徑向和軸向載荷，在離心泵中應(yīng)用較多的是滾動(dòng)軸承。
滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是：軸承磨損小，軸或轉(zhuǎn)子不會(huì)因軸承磨損而下沉很多。軸承間隙小，能保證軸的對(duì)中性，互換性好，維修方便，磨損系數(shù)小，泵的啟動(dòng)力矩小，軸承的軸向尺寸小，缺點(diǎn)是擔(dān)負(fù)沖擊的能力較差，在高速時(shí)易有噪音，安裝要求準(zhǔn)確，滾珠的工作能力隨滾珠分離圈線速度的增加而減小。
總的來說，滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過缺點(diǎn)，所以，逐漸在各種機(jī)械中廣泛使用。
1．軸承的潤(rùn)滑及結(jié)構(gòu)選擇
由于設(shè)計(jì)選用的軸承必須能夠同時(shí)承受軸向載荷和徑向載荷，故選用向心推力軸承，經(jīng)計(jì)算擬選單列圓錐磙子軸承。
滾動(dòng)軸承能否正常工作，與軸承的潤(rùn)滑情況密切相關(guān)，一般來說，被輸送介質(zhì)在80℃以下，轉(zhuǎn)速在2900r/min以下的泵，可以采用脂潤(rùn)滑，此次設(shè)計(jì)的離心泵轉(zhuǎn)速為1450r/min，常溫下輸送介質(zhì)，故采用脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂選用鋰基潤(rùn)滑脂SY1412-75的2或3。
2．軸承安裝時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題
（1）與內(nèi)圈一起旋轉(zhuǎn)的軸，一般采用過渡配合，js6，k6。
（2）安裝時(shí)預(yù)熱軸承內(nèi)圈不允許超過120℃。
（3）裝軸承處的軸面最好淬火處理，以免拆卸時(shí)將軸擦傷。
（4）與外圈配合的軸承體可采用過渡配合或間隙配合。
第7章 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算
離心泵的主要零部件在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算以滿足運(yùn)行和安全要求。在螺旋離心泵中，需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的零部件主要有：泵體，泵軸和軸承。
7.1泵體的強(qiáng)度計(jì)算
渦室是離心泵中較大的零件，并承受高壓液體作用。所以，渦室應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，本次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵的泵體強(qiáng)度計(jì)算是校核渦室的壁厚，計(jì)算公式如下：
式中：S——渦室厚度 cm
——許用應(yīng)力（），鑄鐵100～150，鑄鋼200～250。
——渦室當(dāng)量壁厚，
=
=
=21.57
S=
=0.58cm
所以設(shè)計(jì)時(shí)選用MT-4，壁厚為8cm，滿足強(qiáng)度要求。
7.2 泵軸的校核
校核過程如下：
受力簡(jiǎn)圖如下：
圖7-1 受力簡(jiǎn)圖
已知： ——葉輪自重，經(jīng)估計(jì)=180N
——V帶泵軸的拉力，=1012.2N
T—— 泵軸傳遞的扭矩，T=49.7 N.m
計(jì)算支撐反力：
水平面反力：
垂直面反力：
畫彎矩圖：
水平面彎矩圖：
圖7-2水平面彎矩圖
垂直面彎矩圖：
圖7-3垂直面彎矩圖
合成彎矩圖：
圖7-4合成彎矩圖
畫轉(zhuǎn)矩圖：
T=49700N．mm
轉(zhuǎn)矩圖：
圖7-5轉(zhuǎn)矩圖
許用應(yīng)力：
許用應(yīng)力值：
用插值法由表得
應(yīng)力校正系數(shù)：
畫當(dāng)量彎矩圖：
當(dāng)量彎矩：
在A點(diǎn)：
=
=95701 N.mm
A點(diǎn)處軸徑:50 mm
軸徑: =25.2≤50 mm
軸鋼度校核:
由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)公式,單級(jí)懸臂泵比t/l≤1.0～1.5就不會(huì)有問題. t/l=260/200=1.3≤1.5,故鋼度可滿足要求.
7.3 軸承的校核
查表得30210軸承的主要性能參數(shù)如下：
圖7-6 受力分析圖
壽命計(jì)算：
附加軸向力：
軸承軸向力：
故軸承A被壓緊，
X/Y值：
沖擊載荷系數(shù)：
考慮到輕沖擊，查表得=1.2
當(dāng)量動(dòng)載荷：
軸承壽命：
因，只計(jì)算B軸承壽命：
每天工作360天，每天工作8小時(shí)，則其工作年限為
。
總結(jié)
“螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”介紹了一種高效、實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。它采用實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行性能指標(biāo)都優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)公式，本次設(shè)計(jì)我采用了勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負(fù)壓面空間曲線方程為依據(jù)的設(shè)計(jì)方法，葉輪葉片型線為對(duì)數(shù)螺旋線。從而為設(shè)計(jì)性能優(yōu)秀的螺旋離心泵提供了保障。此次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：（1）無堵塞性能好；（2）無損性能好；（3）效率高，與其他同類雜質(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，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即NPSHr最小。因此，此螺旋離心泵在市場(chǎng)上有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。適用于各種行業(yè)。
在本次設(shè)計(jì)中，一方面我自己做了大量的努力；另一方面也得到了各位指導(dǎo)老師的大力幫助，這才使得我的設(shè)計(jì)能夠按時(shí)完成。可以肯定的是，本次設(shè)計(jì)中由于本人的知識(shí)層次及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，難免會(huì)有一些不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正！
致 謝
將近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就這樣伴隨著我們的大學(xué)畢業(yè)而完成了，在這段值得珍藏的歲月里，我在指導(dǎo)老師文美純老師的帶領(lǐng)下，從開始的不知所措，到一步步的進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)：收集資料，查信息，圖紙繪制，直至說明書的完成及后期檢查。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用了以前的知識(shí)，而且也鍛煉了我獨(dú)立動(dòng)手和思考的能力。我們的老師“授我們以漁”，而且在設(shè)計(jì)當(dāng)中教導(dǎo)我們做人如做事一樣，要踏塌實(shí)實(shí)，來不得馬虎取巧。我會(huì)記住這次設(shè)計(jì)，以后努力的工作，為母校爭(zhēng)光!
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