【正文】 2 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 目 錄 摘要 …………………………………………………………… 3 1 前言 ……………… …………………………………… …… …… 4 2 葉輪的 水力設(shè)計 ……… ………………………………… …… … 5 泵的主要設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定 … …… ………… … 5 葉輪主要參數(shù)的選擇和計算 … …………………… … 6 葉輪的繪型 … …… ……………………… … …… … 11 作 葉輪 進(jìn)出口速度三角形 ……… ………… ………… 23 3 壓水室的水力設(shè)計 … …………………………… ……… … … 24 壓水室的 作用及螺旋型壓水室作用的原理 …………… 24 壓水 室的設(shè)計和計算 … ……………………………… 26 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………… …………………… … 31 主軸的結(jié)構(gòu) 設(shè)計 …………………………………… … 31 裝配圖輪廓尺寸的初定 …… …………………… … 31 5 強(qiáng)度計算 … … ……………………… …… ………………… … 33 泵軸的強(qiáng)度計算 ………… … … …………………… 33 鍵的強(qiáng)度計算 … ………………………………… … 39 軸承壽命的 計算 ………… ………… ……………… … … 40 6 結(jié)論 … …… ……………………………………… …………… 44 總結(jié)與體會 … ……… ……………………………………… ……… 45 謝 詞 … ………… ……………………………………………… … 46 參考文獻(xiàn) ………… ……… … …………………………………… … 47 3 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 摘 要 本設(shè)計是根據(jù)給定設(shè)計參數(shù)完成單級單吸離心泵 IS200— 150— 250 的 水力及結(jié)構(gòu)設(shè)計， 主要包括葉輪、 壓水室 的水力設(shè)計和泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計。確定出葉輪的幾何參數(shù)，繪制并檢查葉輪軸面投影圖，采用方格網(wǎng)保角變換法完成扭曲形葉片繪形。利用數(shù)字積分法，根據(jù) 蝸殼內(nèi)速度矩守恒，確定出蝸殼八個斷面參數(shù)，并進(jìn)行繪形。最后對泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制了裝配圖和部分零件圖，并對軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核計算。 關(guān)鍵詞： 離心 泵；葉輪；蝸殼；水力設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract According to the design parameters at the given point, this paper acplished the design of the centrifugal pump. It mainly contained the hydraulic design of the impeller, volute casing and structural of pump, structural design of the pump. Based on the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. Then author projected and checked the crosssection of impeller, drew the cylindrical blade using methods of grid square conformal transformation. On the basis of constant velocity moment, author calculated parameters of crosssection of volute using digital integral method. Author also drew the spiral curve and diffuser of volute casing. Finally, the structural of the pump was designed and assembly drawing ponent graphics were drew. In addition, this program has been checked strength of the pump shaft. 【 Key words】 ： centrifugal pumps； impeller； volute casing； hydraulic design； structural design 4 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 1 前言 水泵是一種應(yīng)用廣泛的水力通用機(jī)械，在航天、航空、發(fā)電、礦山、冶金、鋼鐵、機(jī)械、造紙、建筑以及農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。近年來，在農(nóng)田水利建設(shè)和 石油化學(xué) 等 工業(yè) 部門的迅猛發(fā)展中 ，對離心泵的需求越來越大。 本次設(shè)計是根據(jù)給定設(shè)計參數(shù)完成 IS200150250 型離心泵水力 及 和 結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成泵總裝圖的繪制。該泵在設(shè)計點運(yùn)行參數(shù)如下： 揚(yáng)程 20Hm? ， 流量 3400 /Q m h? ， 轉(zhuǎn)速 1450 / minnr? ， 效率 79%?? ， 必需空蝕余量 ( ) m? ；抽送介質(zhì)為溫度小于 80C? 的清水或物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體。 根據(jù)以上設(shè)計參數(shù)，完成如下設(shè)計內(nèi)容： (1) 葉輪水力設(shè)計，進(jìn)行葉片繪形； (2) 壓水室水力設(shè)計，進(jìn)行壓水室繪形； (3) 驗算泵的抗汽蝕性能； (4) 完成總裝圖的繪制； (5) 對泵的主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核； (6) 編寫 設(shè)計 計算 說明書 ，完成 3000 字專業(yè)文獻(xiàn)英譯漢。 5 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ２ 葉輪的 水力設(shè)計 葉輪是 泵的核心部分， 泵 的性能、效率、抗空蝕能力、特性曲線的形狀，都與葉輪的水力設(shè)計有 緊密的 關(guān)系。 泵的主要設(shè)計參數(shù) 和 結(jié)構(gòu)方案的確定 給定 的數(shù)據(jù)和要求 （ 1） 泵的型號： IS200— 150— 250 （ 2） 流量 ： 33400 / /Q m h m s?? （ 3） 效率： 79%?? 。 （ 4） 揚(yáng)程： 20hm? （ 5） 轉(zhuǎn)速： 1450 / minnr? （ 6） 必需空蝕余量 ( ) m? （ 7） 介質(zhì)的性質(zhì)： 溫度小于 80C? 的清水或物 理 化 學(xué) 性質(zhì)類似于水的其他液體。 確定 泵的進(jìn)出口直徑 首先 由給定的泵的標(biāo)準(zhǔn)型號 IS200150250，即可得 泵進(jìn)口直徑 200sD mm? 泵出口直徑 150dD mm? 。 汽 蝕 驗 算 汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù) 3 45 .6 2 1207()rnQCN PSH?? 可知，轉(zhuǎn)速 n 、 汽蝕基本參數(shù) rNPSH 和 C 這三個參數(shù)之間 有確定的關(guān)系，如得不到滿足， 將 產(chǎn)生汽蝕。對于 一 定 C 值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則 rNPSH 將 增大 ， 當(dāng)該值大于 所 提供 的 裝置汽蝕余量 aNPSH 時， 就會 發(fā)生汽蝕。 按汽蝕條件 來 確定泵 的 轉(zhuǎn)速的方法，是 先 選擇 C 值，按給定的裝置汽蝕余量aNPSH 或幾何安裝高度 szH ，計算 汽蝕 條件 下所 允許的轉(zhuǎn)速。即 3 4() rC NPSHn Q? 式中 ： aNPSH = rNSPH K? （ K — 考慮汽蝕的安全余量）。 6 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 汽蝕允許轉(zhuǎn)速： 3 / 4 3 / 4( ) 1 2 0 7 2 .9 539。 1 4 5 15 .6 2 5 .6 2 0 .1 1 1rC N P S Hn Q ?? ? ??min)/(r 經(jīng)驗算可知， 轉(zhuǎn)速 1450( / min)nr? 小于汽蝕允許轉(zhuǎn)速， 符合要求。 計算比轉(zhuǎn)速 sn ，確定泵 的水力方案 比轉(zhuǎn)速公式為 3 3 / 443 . 6 5 3 . 6 5 1 4 5 0 0 . 1 1 1 1 8 6 . 520s nQn H ??? ? ? 取 186 在 150 ~ 200sn ? 范圍，泵的效率最高，當(dāng) 60sn? 時，泵的效率將顯著下降。采用單級單吸 式時 sn 過大 ，可考慮改成雙吸，反之采用雙吸 sn 過小時，可考慮改成單吸 式 葉輪， 泵的特性曲線 的 形狀也和 sn 有 關(guān)。 本次設(shè)計選用單級單吸式的水力方案。 葉輪的主要參數(shù)的選擇和計算 葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進(jìn)口直徑 1D 、 進(jìn)口 當(dāng)量 直徑 0D 、葉輪輪轂直徑 hd 、葉片進(jìn)口安放角 1? 、葉輪出口直徑 2D 、葉輪出口寬度 2b 、葉片出口角 2? 和葉片數(shù)Z。葉輪進(jìn)口 幾何 參數(shù)對汽蝕具有 重要 影響，葉輪出口幾何參數(shù)對性能（ H、 Q）具有 重要 影響，而兩者對效率均有影響。 葉輪進(jìn)口直徑 1D 的確定 葉輪進(jìn)口直徑 1D 與進(jìn)口速度有關(guān)， 從前限制進(jìn)口 速度 0v 一般不超過 3~4 /ms，認(rèn)為進(jìn)一步提高葉輪進(jìn)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(yīng)增加進(jìn)口 0v 很廣的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時，能保持水力效率不變，所以如果設(shè)計的泵對抗汽蝕性能要求不 高 ，可以選較小 的 1D 以減少葉輪密封環(huán)的泄漏量，以提高容積效率。 決定葉輪 內(nèi) 水力損失的 速度 是相對速度的大小和變化，所以應(yīng) 當(dāng) 考慮泵進(jìn)口對 相對速度的影響，通常在葉輪流道中相對速度 是 擴(kuò)散的，即 1w ＞ 2w 。這樣從減小進(jìn)口相對撞擊損失的流道中的擴(kuò)散損失考慮， 都希望減小 1w ，若假定 1w 最小 ，可 推出計算葉輪進(jìn)口直徑的公式 。 進(jìn)口當(dāng)量直徑： 330 0 . 1 1 14 . 5 0 . 1 9 1 11450o QD k mn? ? ? ?,圓整取 192mm 式中 : 0k 根據(jù)統(tǒng)計資料 ， 對此 泵 確定 為 0k = 7 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 進(jìn)一步增加 0k ,可以 改善大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能考慮效率和汽蝕， 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 =～ 這里選取 0k = 輪轂直徑： 0?hd 所以葉輪進(jìn)口直徑： 221 192ohD D d m m? ? ? 葉輪出口直徑 2D 的初步計算 葉輪外徑 2D 和葉片出口角 2? 等出口 幾何 參數(shù)，是影響泵的揚(yáng)程的最重要的因素。另外，影響泵揚(yáng)程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也 與 2D 和 2? 及葉片數(shù)等參數(shù)有關(guān)?？梢娪绊懕玫膿P(yáng)程的幾個參數(shù)之間互為影響。 因此，必須 在 假定某些參數(shù)為定值的條件下，求解葉輪外徑 2D 。 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。為了減少壓水室的水力損失，應(yīng)當(dāng)減小葉輪出口的絕對速度，因此，我們 把 在滿足設(shè)計參數(shù)下使葉輪出口絕對速度最 小作為確定 2D 的出發(fā)點。 由葉輪出口速度三角形 222 2 2muv v v?? 葉輪出口軸面速度和圓周分速度 2uv 均與葉輪外徑 有 關(guān)，現(xiàn)將 2v 表示為 22()Du的函數(shù)，由基本方程式 2 2u hgHv u?? 推出 2D 的計算公式 并計算出具體的數(shù)值 為： 1 / 2 1 / 22 1869 . 3 5 ( ) 9 . 3 5 ( ) 6 . 8 4 71 0 0 1 0 0sD nk ??? ? ? ? 3322 0 .1 1 16 .8 4 7 0 .2 9 0 81450D QD k mn? ? ? ? 取 2 291D mm? 。 8 流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計說明書 (IS 離心泵 ) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 葉輪出口寬度 2b 的計算與選擇 5 5 / 662 1860 .6 4 ( ) 0 .6 4 ( ) 1 .0 7 61 0 0 1 0 0sb nk ? ? ? ? 3322 0 . 1 1 11 . 0 7 6 0 . 0 4 5 71450b Qb k mn? ? ? ? 由于制造關(guān)系，這里取 2 46b mm? 葉片數(shù)的選擇 葉片數(shù)對泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都 有一定的影響。選擇葉片數(shù)時， 一 方面考慮 盡量 減少葉片的排擠和表面的摩擦；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充分作用。 參考 [1]P108， 葉片數(shù)按比轉(zhuǎn)速選擇（表 21） ， 取 6Z? 。 表 21 sn 30～ 45 45～ 60 60～ 120 120～ 300 Z 8～ 10 7～ 8 6～ 7 4～ 6 泵 效率 的 選擇與計算 先分別計算或估算水