【正文】 em. This design carries on variable frequecy water supplying, automatic start and stop system. This design carries on variale frequency water supply drawing, pipe arrangement drawing of variable frequeny water supply equipment, main circuit diagram and control chart. 【 Key words】 Centrifugal pump。 Hydraulic design。 Strength calculation and check。 Constant pressure water supply 5 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 前言 水泵作為一種通用機(jī)械， 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(méi)有一個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)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(méi)。 作為一個(gè)水泵設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)一臺(tái)高質(zhì)量的泵，無(wú)論從節(jié)能還是從企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性角度考慮，都會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在 深化改革、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的今天，圍繞價(jià)值工程學(xué)，以最低的生產(chǎn)投入，設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)、安全、優(yōu)質(zhì)高效的泵，無(wú)疑是擺在我們面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。 經(jīng)驗(yàn)無(wú)疑是一項(xiàng)影響設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要因素。在今天，相當(dāng)多的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)仍然是靠經(jīng)驗(yàn)確定的，很多的計(jì)算公式也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，所以，設(shè)計(jì)精度仍然局限在一定范圍內(nèi)。為了提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)工程中必須要有認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，同時(shí)盡量采用適合資深設(shè)計(jì)情況的公式。 光有理論知識(shí)是不能做好泵的設(shè)計(jì)的，此次設(shè)計(jì)正好為我們提供了一次時(shí)間的機(jī)會(huì)，有助于理解、鞏固理論知識(shí)和為以后的工作打下基礎(chǔ) 。因此我們必須端正設(shè)計(jì)態(tài)度，以嚴(yán)肅的眼光看待設(shè)計(jì)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)對(duì)待設(shè)計(jì)，同時(shí)在實(shí)踐過(guò)程中多想、多問(wèn)、多動(dòng)手，使我們能夠在以后的工作中迅速進(jìn)入角色，完成從學(xué)生到工程技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變。 6 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)生必須經(jīng)歷的一項(xiàng)重要教學(xué)環(huán)節(jié) ,是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能 ,分析解決實(shí)際工程問(wèn)題的重要一環(huán)。它與其它教學(xué)環(huán)節(jié)緊密配合相輔相成 ,是前面各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深入和發(fā)展。 這一階段的學(xué)習(xí)重要性決定了學(xué)生必須嚴(yán)肅認(rèn)真地完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，奉獻(xiàn)高 水平的設(shè)計(jì)成果。 泵是量大面廣的通用機(jī)械產(chǎn)品 ,各類泵是城市與工業(yè)的一個(gè)重要組成部分 ,它廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。因此 ,正確設(shè)計(jì)泵具有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 完成葉輪、泵殼的水力設(shè)計(jì)并驗(yàn)算泵的抗汽蝕性能。 完成泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制總裝圖及葉輪、泵軸的零件圖。 進(jìn)行泵的主要零件的強(qiáng)度校核。 完成自動(dòng)變頻調(diào)速供水裝置設(shè)計(jì)。 2 葉輪的設(shè)計(jì) 離心泵葉輪設(shè)計(jì)的第一階段工作，是根據(jù)提出的泵設(shè)計(jì)點(diǎn) 的性能參數(shù)，主要指流量、揚(yáng)程和轉(zhuǎn)速，確定葉輪全部幾何參數(shù)：葉輪直徑 D2和出 口寬度 b2，葉片出口安放角 β 2，葉片數(shù) Z，葉輪吸入口直徑 D2及葉片出口排擠系數(shù) ψ 2。這些結(jié)構(gòu)參數(shù)不僅決定了葉片的基本幾何形態(tài)，也基本決定了泵的水力特征、泵的能量和汽蝕性能指標(biāo)。 已知設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量 Q=200m3/h 揚(yáng)程 H=80m 轉(zhuǎn)速 n=2900r/min 效率 η ≥ % 必需空蝕余量 (NPSH)r= 7 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 葉輪主要參數(shù)的確定 和結(jié)構(gòu)方案的確定 確定泵進(jìn)出口直徑 泵吸 入口徑。 泵吸入口直徑由合理流速確定。泵吸入口流速一般為 3m/s 左右，但從制造方法考慮，大型泵的流速取 大一些 ，以減少泵的體積，提高過(guò)流能力；但為了提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)減少吸入流速 。 泵排出口徑。對(duì)于低揚(yáng)程泵，可取與吸入口徑相同，而對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減少泵的體積和排出口直徑，可使排出口徑小于吸入口徑，一般取 ( ~ 1)tsDD? 式中： tD — 泵排出口直徑； sD — 泵吸入口直徑； 泵 吸入 口直徑 Ds按下式確定 4ssQD V ??? ? 式中： sV — 泵吸入口的平均流速。 最終確定的泵的吸入口和排出口直徑，應(yīng)該符合標(biāo)準(zhǔn)直徑。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)給定泵的型號(hào)，確定： 125sD mm? ⑵泵出口直徑 ( 0 .7 1 .0 ) 0 .8 1 0 0t s sD D D m m? ? ? ? ⑶泵進(jìn)口速度 224 4 2 0 0 4 .5 3 ( / )0 .1 2 5 3 6 0 0s sQV m sD ?? ? ?? ? ? ? ⑷泵出口速度 224 4 2 0 0 7 . 0 8 ( / )0 . 1 3 6 0 0t tQV m sD ?? ? ?? ? ? ? 汽蝕計(jì)算 (1)泵 汽蝕余 量 NPSH K m? ? ? ? ??? ? ??? 8 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (2)泵汽蝕轉(zhuǎn)數(shù) 3 / 4 3 / 45 . 6 2 5 . 6 2 2 0 0 / 3 6 0 0 14393 . 7rnQC N P S H ? ? ? ? ?? ? ? 泵的比轉(zhuǎn)速本來(lái)指在最高效率處的性能參數(shù)的一個(gè)組合值。但是，由于泵產(chǎn)品一般在設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間最多，因此總希望泵在設(shè)計(jì)點(diǎn)處有最高效率，于是： / 4nQns H? n—— 轉(zhuǎn)速， r/min Q—— 流量， m3/s H— — 揚(yáng)程， m 代 入數(shù)據(jù)計(jì)算： 290 03600 933480n s??? ⑴水力效率 ? ?1000 100 0 200 80360 0 100 0 47gQ HPkw??? ? ?????ρ ⑵容積效率 223311 0 . 9 71 0 . 6 8 1 0 . 6 8 9 3vsn??? ? ? ?? ? ? ⑶圓盤(pán)摩擦損失效率和機(jī)械效率 9 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 39。767611 10011 93100msn? ? ???????????????? 考慮到軸承填料損失，取： 0 .9 0 .0 2 0 .8 9 8m? ? ? ? ⑷總效率 v h? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ??? ?? 確定功率 ⑴軸功率 ? ?1000 100 0 200 80360 0 100 0 47gQ HNkw??? ? ?????ρ ⑵計(jì)算配套功率 39。 58. 3 69. 96( )N KN k w? ? ? ? 其中， ? ⑶扭矩 39。33 6 9 . 9 69 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 3 0 . 4 ( )2900n PM N mn? ? ? ? ? ⑷最小軸徑 參考文獻(xiàn) [5]P102,泵軸常用材料的許用切應(yīng)力， 對(duì)于普通優(yōu)質(zhì)碳鋼 [τ ]的范圍在 (343～ 441) 105， 對(duì)于合金鋼 [τ ]的范圍在 (441～ 588) 105，單位是牛頓 /米 2。 本設(shè) 計(jì)選 材料 45＃鋼，故 [τ ]的范圍在 (343～ 441) 105 3 3 52 3 0 . 4 3 2 ( )0 . 2 0 . 2 1 0nMd m m? ? ???? ? ? ? ? ? 10 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 初步確定葉輪的主要尺寸 ⑴葉輪進(jìn)口直徑 0D 葉輪進(jìn)口直徑 0D 與進(jìn)口速度有關(guān)，進(jìn)口速度 0V 一般不超過(guò) 3~4m/s。提高葉輪進(jìn)口流速會(huì)降低泵的抗汽蝕性能和水力效率。實(shí)踐證明：泵在相應(yīng)增加進(jìn)口流速 0V很廣的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能保持水里效率不變，所以如果設(shè)計(jì)的 泵對(duì)抗汽蝕性能要求不變，可以選較小的 0D 以減少葉輪密封環(huán)的泄漏量，以提高容積效率。 決定葉輪水力損失的是相對(duì)速度的大小和變化，所以應(yīng)該考慮泵進(jìn)口相對(duì)速度的影響，通常在葉輪流道 中相對(duì)速度是擴(kuò)散的，即 12ww＞ 。從減小進(jìn)口相對(duì)撞擊損失考慮，希望減小 1w ，若假定 1w 最小，可以計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑。 進(jìn)口當(dāng)量直徑： 3e0k nQD ? 式中： 0k — 統(tǒng)計(jì)系數(shù)。 考慮泵效率和汽蝕因素， 0k 的選用范圍是： 主要考慮效率： 0k ~ ? ； 兼顧效率和汽蝕： 0k ~ ? ； 主要考慮汽蝕： 0k ~ ? 。 進(jìn)一步增加 0k ，可改善 大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能。這次設(shè)計(jì)兼顧泵效率和汽蝕， 取 0k ? 。 33e0 200 3600k 4 .5 1 2 0 ( )n 2 9 0 0QD mm? ? ? ? 由于選用的是單級(jí)單吸葉輪， dh=0， 故 220e 1 2 0 ( )ehD D d D m m? ? ? ? ⑵ 葉輪 出口直徑 2D 的初步計(jì)算 葉輪外徑 2D 和葉片出口角 2β 等出口幾何參數(shù)，是影響泵揚(yáng)程的最重要因素。另外，影響泵揚(yáng)程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也與 2D 和 2β 以及葉片數(shù)等參數(shù)有關(guān)?？梢?jiàn)影響泵揚(yáng)程的幾個(gè)參數(shù)之間互相影響。因此，必須假定某些參數(shù)為定值的條件下，求解葉輪外徑。 11 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 因?yàn)閴核业乃p失和葉輪出口的絕對(duì)速度的平方成正比。為減少壓水室的水力損失，應(yīng)當(dāng)減少葉輪出口的絕對(duì)速度，因此，我們把滿足設(shè)計(jì)參數(shù)下使葉輪出口絕對(duì)速度最小作為 2D 的出發(fā)點(diǎn)。 由葉輪出口速度三角形 2 2 22 2 2muv v v?? 葉輪出口軸面速度和圓周分速度均與葉輪外徑有關(guān)，現(xiàn)將 2V 表示為 2D （ 2u ）的函數(shù)，由基本方程式 2 2 1 1uuT u v u vH g?? 推出 2D 的計(jì) 算公式為： 1 / 2 1 / 22 939 . 3 5 ( ) 9 . 3 5 ( ) 9 . 7 01 0 0 1 0 0sD nk ??? ? ? ? ? 3322 2021. 70 0. 26 0 26 02900D QD K m m mn? ? ? ? ?? ?? ?? ⑷葉輪出口寬度 5 / 6 5 / 62 930 . 6 4 ( ) 0 . 6 4 ( ) 0 . 6 0 21 0 0 1 0 0sb nk ? ? ? ? ? 3322 1000 . 6 0 2 0 . 0 1 6 1 63 6 0 0 2 9 0 0b Qb K m m mn? ? ? ? ?? ⑸ 葉片數(shù) 的計(jì)算與選擇 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)時(shí)，一方面考慮減少葉片的排擠和表面摩擦；另一方面又要使葉輪流道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的的充分作用。 2 1 2 1216. 5 si n 226 0 96 25 206. 5 si n26 0 96 25. 4DDzDD? ? ? ???? ? ? ???? 參考結(jié)果以及同類產(chǎn)品，取 6z? 12 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 精算葉輪外徑 ⑴理論揚(yáng)程 80 9 1 .1 20 .9thHHm? ? ?? ⑵修正系數(shù) 2560250 .6 560? ?? ???? ???? ???? ??? ???? ⑶靜矩 ? ?2 7 2 2 2 1 96. 57 109 .14 121 .71iiSSm?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? △ △ R上式是通過(guò)初定尺寸按照畫(huà)軸面投影圖計(jì)算后，中間流線的靜矩來(lái)算的。 ⑷有限葉片數(shù)修正系數(shù) 222 ( 0 . 2 6 0 / 2 )0 . 9 2 0 . 2 8 56 0 . 0 0 9 1RP ZS?? ? ? ?? ⑸無(wú)窮葉片數(shù) 理論揚(yáng)程 ? ?? ?11 8 117 .07TTH P Pm??? ? ??∞ 在每次計(jì)算中都可以認(rèn)為 TH∞ 不變。 ⑹葉片出口排擠系數(shù) 由經(jīng)驗(yàn)公式， 2? 需要經(jīng)過(guò)計(jì)算得到， K值鑄鐵取 ，鑄鋼取 。本設(shè)計(jì)中葉輪制造采用鑄鐵。故 K=。 13 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 1