【正文】 3 名詞解釋離心泵：通過利用離心力輸水的水泵。單級單吸：單級是指一個葉輪，單吸是指只有一個進水口。在離心泵系列中還有雙級雙吸、雙級單吸、單級雙吸離心泵，至于葉輪和進水口的數(shù)量主要是通過考慮到離心泵的功率和性能參數(shù)來確定的，其中單級單吸離心泵是功率和性能最簡單的一種。 離心泵的工作原理 離心其實是物體慣性的表現(xiàn)比如雨傘上的水滴當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動時水滴會跟隨雨傘轉(zhuǎn)動這是因為雨傘與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)動加快這個摩擦力不足以使水滴在做圓周運動那么水滴將脫離雨傘向外緣運動就象用一根繩子拉著石塊做圓周運動如果速度太快繩子將會斷開石塊將會飛出這個就是所謂的離心。 離心泵就是根據(jù)這個原理設(shè)計的高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動水轉(zhuǎn)動將水甩出從而達(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、耐腐蝕泵等。 單級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. 單級單吸離心泵工作前，先將泵內(nèi)充滿液體，然后啟動離心泵，葉輪快速轉(zhuǎn)動，葉輪的葉片驅(qū)使液體轉(zhuǎn)動，液體轉(zhuǎn)動時依靠慣性向葉輪外緣流去，同時葉輪從吸入室吸進液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運動中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個力對液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時液體的動能與壓能均增大。啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。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入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，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。可見，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。 單級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，機械密封，填料函。兩個主要部分構(gòu)成：一是包括葉輪和泵軸的旋轉(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驗。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機的機械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能(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）。（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，同時又是一個能量轉(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，帶動葉輪在正確的工作位置 做高速旋轉(zhuǎn)并傳遞驅(qū)動功率的元件，所以它是傳遞機械能的主要元件。離心泵泵軸工作時要以一定的轉(zhuǎn)速作旋轉(zhuǎn)運動，承受較大的彎矩和轉(zhuǎn)矩。軸要有足夠的強度、硬度和幾何精度，將對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性。4)軸承離心泵軸承按摩擦性質(zhì)不同，軸承分為滾動軸承和滑動軸承。滾動軸 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)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確定 設(shè)計參數(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；泵揚程：36m；泵效率：72%； 泵必需汽蝕余量：。 泵進出口直徑 泵吸入口徑泵吸入口徑由合理的進口流速確定。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。 （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。 泵排出口徑低揚程泵，取與吸入口徑相同[3]。因，取70mm。 泵轉(zhuǎn)速確定泵轉(zhuǎn)速時應(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)考慮原動機的種類（電動機、內(nèi)燃機、汽輪機）和傳動裝置（變速傳動等）；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，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對于一定的值，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，泵便發(fā)生汽蝕。 設(shè)計體積流量。 c=根據(jù)對，等參數(shù)的要求以及考慮結(jié)構(gòu)，制造，動力等因素確定合適轉(zhuǎn)速。按汽蝕要求確定比轉(zhuǎn)速時： （3—2） 式中，C——汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，C=80。 ——泵必需的汽蝕余量，m。N=29503415r/m。 故所選用原動機合理。 (33) 泵水力機構(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雙吸，兩級雙吸，多級單吸幾種。單級泵用作給水泵或串聯(lián)操作的主輸泵。多級泵則用于主輸泵的并聯(lián)操作，根據(jù)需要的揚程選擇多級泵的級數(shù)。因為要求較高的工作效率，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，往往需要正壓進泵。離心泵基本工作性能特點[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以上；③ 揚程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚程。單級揚程一般10m～80m。多級泵揚程可達(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，～，在額定流量下效率最高，隨著流量變化效率降⑥ 單級揚程一般為5～7m，最大可達(dá)8m以上。 泵的效率 泵總效率泵的總效率就等于其機械效率、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、制造及運行等各個方面注意減少各種損失。目前，離心泵的總效率視其大小、～（經(jīng)驗公式或曲線）或類似的實際產(chǎn)品大致確定欲設(shè)計泵的效率，待設(shè)計完之后，可以近似估算所設(shè)計泵的效率，只有在泵制造完成之后，通過試驗才能精確地確定其效率[5]。 機械損失和機械效率原動機傳到泵軸上的功率，首先要花費一部分去克服軸承和軸封的摩擦損失，然后還要花費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械損失，其大小用機械效率來衡量。 容積損失和容積效率輸入水力功率用來對通過葉輪的流體做功，因而葉輪出口處流體的壓力高于進口壓力。由于泵中轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間存在間隙，因而當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，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。對于多級泵來說還有級間泄露。需要說明的是，在泵的流量變小時，其泄露量的相對值要增大。所以對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，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。 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，因為流體在泵的過流部分的流動中伴有沿程摩擦損失和葉片進出口沖撞、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中損失的能量稱為流動損失，用h來表示，其大小用流動效率來衡量。本設(shè)計中，確定預(yù)設(shè)計的泵的為72%。第四章 離心泵泵軸及葉輪水力設(shè)計計算 泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計 泵軸傳遞扭矩 （4—1） 式中：Me——泵軸傳遞扭矩； 泵軸材料選擇根據(jù)泵軸工作特點和承受的應(yīng)力，在材料選擇上應(yīng)考慮使用耐疲勞強度比較好的碳素鋼，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，用碳素鋼；2） 泵軸轉(zhuǎn)速高，輸送介質(zhì)的溫度壓力高時，選用機械強度比較高的合金鋼。本設(shè)計泵軸選用45鋼材料，調(diào)質(zhì)處理HB=245～286，需用切應(yīng)力為49MPa～ MPa。 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度條件： （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；對于實心軸： （4—3）式中：d——軸徑，㎜。由式（4—2）和式（4—3）式得： D34mm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)，推算安裝滾動軸承處軸徑d1，d1比d大一級，并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，本設(shè)計取35mm。安裝葉輪處的軸直徑d2的尺寸希望盡量粗一點，粗剛性好，d2太粗浪費材料，同時軸肩不能高于滾動軸承內(nèi)圈，否則影響軸承拆卸和潤滑油的流動，本設(shè)計取24mm。葉輪配合的直徑d3，比d1小一級，本設(shè)計取30mm。輪轂直徑dh對泵的吸入性能沒有什么影響，本設(shè)計中取32mm。 葉輪進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： （4—6）式中，qVT——理論流量，qVT大于設(shè)計流量qV，因為通過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?？捎上率接嬎悖? （4—7）式中，——泵容積效率，由文獻[8, 8—1]可知；；。 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