【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 西華大學畢業(yè)設計說明書 1 前言 水泵作為一種通用機械， 在社會各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。它是除電動機以外使用范圍最廣泛的機械，幾乎沒有一個國民經(jīng)濟部門不使用水泵。泵對發(fā)展生產(chǎn) 、保證人民的正常生活和保障人民的生命財產(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、干旱災害，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等方面更是功不可沒。 作為一個水泵設計人員，設計一臺高質(zhì)量的泵，無論從節(jié)能還是從企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性角度考慮，都會帶來巨大的經(jīng)濟效益。尤其是在 深化改革、市場經(jīng)濟運作的今天，圍繞價值工程學，以最低的生產(chǎn)投入，設計一種經(jīng)濟、安全、優(yōu)質(zhì)高效的泵，無疑是擺在我們面前的一項艱巨任務。 經(jīng)驗無疑是一項影響設計優(yōu)劣的重要因素。在今天，相當多的設計環(huán)節(jié)仍然是靠經(jīng)驗確定的，很多的計算公式也是根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出來的，所以，設計精度仍然局限在一定范圍內(nèi)。為了提高設計的準確性，在設計工程中必須要有認真、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，同時盡量采用適合資深設計情況的公式。 光有理論知識是不能做好泵的設計的，此次設計正好為我們提供了一次時間的機會，有助于理解、鞏固理論知識和為以后的工作打下基礎 。因此我們必須端正設計態(tài)度，以嚴肅的眼光看待設計，以嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L對待設計，同時在實踐過程中多想、多問、多動手，使我們能夠在以后的工作中迅速進入角色，完成從學生到工程技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變。 6 西華大學畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計的目的和意義 畢業(yè)設計是本科學生必須經(jīng)歷的一項重要教學環(huán)節(jié) ,是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基本理論、基本知識和基本技能 ,分析解決實際工程問題的重要一環(huán)。它與其它教學環(huán)節(jié)緊密配合相輔相成 ,是前面各個教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深入和發(fā)展。 這一階段的學習重要性決定了學生必須嚴肅認真地完成設計內(nèi)容，奉獻高 水平的設計成果。 泵是量大面廣的通用機械產(chǎn)品 ,各類泵是城市與工業(yè)的一個重要組成部分 ,它廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。因此 ,正確設計泵具有重大的社會意義和經(jīng)濟意義。 設計的主要任務 完成葉輪、泵殼的水力設計并驗算泵的抗汽蝕性能。 完成泵的總體結(jié)構(gòu)設計，繪制總裝圖及葉輪、泵軸的零件圖。 進行泵的主要零件的強度校核。 完成自動變頻調(diào)速供水裝置設計。 2 葉輪的設計 離心泵葉輪設計的第一階段工作，是根據(jù)提出的泵設計點 的性能參數(shù)，主要指流量、揚程和轉(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。 已知設計參數(shù)為：流量 Q=200m3/h 揚程 H=80m 轉(zhuǎn)速 n=2900r/min 效率 η ≥ % 必需空蝕余量 (NPSH)r= 7 西華大學畢業(yè)設計說明書 葉輪主要參數(shù)的確定 和結(jié)構(gòu)方案的確定 確定泵進出口直徑 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，提高過流能力；但為了提高泵的抗汽蝕性能，應減少吸入流速 。 泵排出口徑。對于低揚程泵，可取與吸入口徑相同，而對于高揚程泵，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，應該符合標準直徑。 根據(jù)本次設計給定泵的型號，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 ?? ? ?? ? ? ? 汽蝕計算 (1)泵 汽蝕余 量 NPSH K m? ? ? ? ??? ? ??? 8 西華大學畢業(yè)設計說明書 (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)速本來指在最高效率處的性能參數(shù)的一個組合值。但是，由于泵產(chǎn)品一般在設計點運行時間最多，因此總希望泵在設計點處有最高效率，于是： / 4nQns H? n—— 轉(zhuǎn)速， r/min Q—— 流量， m3/s H— — 揚程， m 代 入數(shù)據(jù)計算： 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圓盤摩擦損失效率和機械效率 9 西華大學畢業(yè)設計說明書 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 [5]P102,泵軸常用材料的許用切應力， 對于普通優(yōu)質(zhì)碳鋼 [τ ]的范圍在 (343～ 441) 105， 對于合金鋼 [τ ]的范圍在 (441～ 588) 105，單位是牛頓 /米 2。 本設 計選 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 西華大學畢業(yè)設計說明書 初步確定葉輪的主要尺寸 ⑴葉輪進口直徑 0D 葉輪進口直徑 0D 與進口速度有關(guān)，進口速度 0V 一般不超過 3~4m/s。提高葉輪進口流速會降低泵的抗汽蝕性能和水力效率。實踐證明：泵在相應增加進口流速 0V很廣的范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時，能保持水里效率不變，所以如果設計的 泵對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速度的大小和變化，所以應該考慮泵進口相對速度的影響，通常在葉輪流道 中相對速度是擴散的，即 12ww＞ 。從減小進口相對撞擊損失考慮，希望減小 1w ，若假定 1w 最小，可以計算葉輪進口直徑。 進口當量直徑： 3e0k nQD ? 式中： 0k — 統(tǒng)計系數(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。這次設計兼顧泵效率和汽蝕， 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)，是影響泵揚程的最重要因素。另外，影響泵揚程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也與 2D 和 2β 以及葉片數(shù)等參數(shù)有關(guān)?？梢娪绊懕脫P程的幾個參數(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 西華大學畢業(yè)設計說明書 因為壓水室的水力損失和葉輪出口的絕對速度的平方成正比。為減少壓水室的水力損失，應當減少葉輪出口的絕對速度，因此，我們把滿足設計參數(shù)下使葉輪出口絕對速度最小作為 2D 的出發(fā)點。 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 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) 的計算與選擇 葉片數(shù)對泵的揚程，效率，汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)時，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度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液體的的充分作用。 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 西華大學畢業(yè)設計說明書 精算葉輪外徑 ⑴理論揚程 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上式是通過初定尺寸按照畫軸面投影圖計算后，中間流線的靜矩來算的。 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無窮葉片數(shù) 理論揚程 ? ?? ?11 8 117 .07TTH P Pm??? ? ??∞ 在每次計算中都可以認為 TH∞ 不變。 ⑹葉片出口排擠系數(shù) 由經(jīng)驗公式， 2? 需要經(jīng)過計算得到， K值鑄鐵取 ，鑄鋼取 。本設計中葉輪制造采用鑄鐵。故 K=。 13 西華大學畢業(yè)設計說明書 22 1