【正文】 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單級(jí)離心泵設(shè)計(jì)摘 要：本設(shè)計(jì)從離心泵的基本工作原理出發(fā)，進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算?？紤]離心泵基本工作性能，流量范圍大，揚(yáng)程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程（單級(jí)揚(yáng)程一般10～80m）。本設(shè)計(jì)揚(yáng)程為50m，泵水力方案通過計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)（n=）確定采用單級(jí)單吸結(jié)構(gòu)；通過泵軸功率的計(jì)算確定選擇三相異步電動(dòng)機(jī)；由設(shè)計(jì)參數(shù)確定泵的吸入、壓出口直徑；通過葉輪的水力設(shè)計(jì)確定葉輪的結(jié)構(gòu)以及葉輪的繪型；設(shè)計(jì)離心泵的過流部件，確定吸入室為直錐形吸入室，壓出室為螺旋形壓出室；設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)及進(jìn)行強(qiáng)度校核；確定葉輪，泵體的密封形式及沖洗，潤滑和冷卻方式；通過查標(biāo)準(zhǔn)確定軸承，鍵以及聯(lián)軸器，保證連接件的標(biāo)準(zhǔn)性。從經(jīng)濟(jì)可靠性出發(fā)，合理設(shè)計(jì)離心泵部件，選擇標(biāo)準(zhǔn)連接件，保證清水離心泵設(shè)計(jì)的安全性，實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：離心泵工作原理；水力方案設(shè)計(jì)；葉輪和過流部件設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核；密封設(shè)計(jì)；鍵、軸承的選擇Centrifugal Pump Design ManualAbstract : This design starting from the basic working principle of the centrifugal pump, conducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (singlestage lift is generally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating the number of revolutions(n=) to determine the singlestage singlesuction structure。 choice of motor shaft power calculation。 design parameters to determine the pump suction outlet diameter。 determine the structure of the impeller and the impeller of the drawing of the hydraulic design of the impeller。 flow parts of the design of centrifugal pump suction chamber for straight conical suction chamber, pressed out of the spiralshaped pressure chamber。 the structure and strength check of the axis design。 determine the impeller centrifugal pump seal design, pump closed form and washing, lubrication, cooling method。 determined by checking the standard bearings, and coupling to ensure that the standard connection. Departure from the economic viability of the rational design of centrifugal pump ponents, select the standard connector, to ensure the water using a centrifugal pump design safety, practicality, economy.Keyword: Centrifugal pump working principle 。 Hydraulic design。 Component design of the impeller and the over current。 Strength check。 Seal design。 The choice of key and bearing目 錄1 緒論 12 電動(dòng)機(jī)的選擇 2 原動(dòng)機(jī)概述 3 原動(dòng)機(jī)選擇 3 泵有效功率 3 泵軸功率 3 泵計(jì)算功率 3 選擇電動(dòng)機(jī) 43 泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確定 5 設(shè)計(jì)參數(shù) 5 泵進(jìn)出口直徑 5 泵吸入口徑 5 泵排出口徑 5 泵轉(zhuǎn)速 5 泵水力結(jié)構(gòu)及方案 6 泵的效率 7 泵總效率 7 機(jī)械損失和機(jī)械效率 7 容積損失和容積效率 8 水力損失和水力效率 84 離心泵泵軸及葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算 9 泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 泵軸傳遞扭矩 9 泵軸材料選擇 9 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 葉輪進(jìn)口直徑 10 葉片入口邊直徑 10 葉片入口處絕對(duì)速度 11 葉片入口寬度 11 葉片入口處圓周速度 11 葉片數(shù)Z 11 葉片入口軸面速度 11 葉片入口安裝角 12 葉片厚度 12 葉片排擠系數(shù)校核 12 葉片包角的確定 13 葉輪外徑 13 葉片出口安裝角 13 葉輪出口寬度 135 葉輪的選擇及繪型 15 葉輪選擇 15 平面投影圖畫法 15 軸面投影圖畫法 156 離心泵的吸入室及壓出室設(shè)計(jì) 18 吸入室設(shè)計(jì) 18 概述 18 直錐形吸入室設(shè)計(jì) 18 螺旋形壓出室 18 基圓 18 蝸室入口寬度 19 舌角 19 泵舌安裝角 19 蝸室斷面面積 19 擴(kuò)散管 217 軸向力徑向力平衡計(jì)算 22 軸向力及其平衡 22 軸向力計(jì)算 22 軸向力的平衡 23 徑向力及其平衡 238 軸承、鍵、聯(lián)軸器的選擇 24 軸承 24 軸承選擇 24 軸承校核 24 軸承潤滑 25 軸承密封 25 鍵的選擇與校核 25 鍵的選擇 25 鍵的強(qiáng)度校核 26 聯(lián)軸器選擇 26 聯(lián)軸器 26 聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核 279 泵軸的校核 29 強(qiáng)度校核 29 剛度校核 31 臨界轉(zhuǎn)速校核 3110 泵體及其部件的密封設(shè)計(jì) 33 葉輪密封 33 泵體密封 33 軸封設(shè)計(jì) 33 密封腔處的介質(zhì)壓力 34 密封面平均直徑的圓周速度 34 密封腔內(nèi)的介質(zhì)溫度 34 根據(jù)介質(zhì)特性選型 34 機(jī)械密封具體結(jié)構(gòu) 34 機(jī)械密封輔助措施 35 機(jī)械密封沖洗 35 機(jī)械密封潤滑 35 機(jī)械密封冷卻 3511 經(jīng)濟(jì)性分析 3612 結(jié)論 37參考文獻(xiàn) 38致謝 39III1 緒論泵是一種將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w能量的機(jī)械。在任何工礦企業(yè)中，泵是主要的排灌機(jī)械。我國農(nóng)用泵占泵總量的一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用得最多的設(shè)備。礦井下需要用泵排水；在選礦、冶煉和軋制過程中，需要用泵來供水等。另外，在國防建設(shè)、船舶制造、城市的給排水、蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床的潤滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等，都需要大量的泵。泵的設(shè)計(jì)具有不同的方法，其基于流道理論的一元分析常用于離心式機(jī)械，將流道橫截面上的參數(shù)用其平均值來表示的一種簡化分析方法。確定泵葉輪的線性尺寸可以采用不同的方法，一種是利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)直接計(jì)算線性尺寸，另一種利用速度系數(shù)。利用相似理論推導(dǎo)出葉輪及蝸形壓出室線性尺寸計(jì)算公式，再以當(dāng)代國產(chǎn)泵優(yōu)秀水力模型為統(tǒng)計(jì)源，用數(shù)值分析的方法將擬合成方程式進(jìn)行計(jì)算，是離心泵水力設(shè)計(jì)行之有效而簡潔的方法?；诒脙?nèi)液體流動(dòng)的復(fù)雜性，至今還不能用理論計(jì)算的方法準(zhǔn)確地獲得泵的性能曲線，因此，通過試驗(yàn)手段開展對(duì)泵性能的研究，或?qū)σ延械漠a(chǎn)品確定其實(shí)際的工作性能就顯得極為重要。根據(jù)試驗(yàn)條件和目的的不同，性能試驗(yàn)可分為試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和現(xiàn)場式試驗(yàn)兩種。試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)是指，將泵安裝在制造廠或使用單位的泵性能試驗(yàn)裝置上而進(jìn)行的試驗(yàn)。其主要目的是：確定泵的工作性能曲線，確定它的工作范圍，可以更好的向用戶提供經(jīng)濟(jì)、合理地使用和選擇的可靠數(shù)據(jù)；通過實(shí)驗(yàn)得到的性能曲線來校核設(shè)計(jì)參數(shù)，檢驗(yàn)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)指標(biāo)，以便修改設(shè)計(jì)或改進(jìn)制造質(zhì)量?，F(xiàn)場試驗(yàn)是指，泵安裝到使用單位后，在實(shí)際的使用條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，其主要目的是為泵的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。例如，通過試驗(yàn)了解整個(gè)泵裝置及管路系統(tǒng)的實(shí)際性能，據(jù)此來考察其選型是否合理，并以此為依據(jù)，制定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，使其在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)也能隨之按最經(jīng)濟(jì)合理的方式進(jìn)行。在泵改造前進(jìn)行試驗(yàn)，以便鑒定改進(jìn)效果。通過試驗(yàn)測得的效率下降和出力變化的情況，來估計(jì)泵在長期運(yùn)行中因汽化、磨損和內(nèi)部不正常的泄露等因素所造成的內(nèi)部損壞程度，以便及時(shí)檢測并合理確定檢修期限。泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，介質(zhì)在慣性離心力的作用下獲得能量以提高壓強(qiáng)。介質(zhì)離開葉輪進(jìn)入泵殼后，因蝸殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而使介質(zhì)減速，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜壓能。只要葉輪不斷地旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)便連續(xù)地被吸入和排出。從上述工作原理可知，離心泵工作時(shí)，最怕泵內(nèi)有氣體，因?yàn)闅怏w的密度小，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力就很小，葉輪內(nèi)不能造成必要的真空度，也就無法將密度較大的液體吸入泵中，因此在開泵前必須使泵的吸入系統(tǒng)充滿液體，工作中吸入系統(tǒng)也不能漏氣，這是離心泵正常工作必須具備的條件。液體在離心泵中獲得能量的過程表現(xiàn)為液體在葉輪作用下流速大小和流動(dòng)方向的變化。離心泵工作時(shí)，液體一方面和葉輪一起旋轉(zhuǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又從葉輪的流道中向外流動(dòng)，液體在葉輪中所作的是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。本泵的結(jié)構(gòu)采取后開門的結(jié)構(gòu)形式，即泵體與泵蓋的分界在葉輪的背面，泵體和泵蓋構(gòu)成泵的工作室；葉輪、軸、和滾動(dòng)軸承等為泵的轉(zhuǎn)子；懸架和軸承部件支撐泵的轉(zhuǎn)子。為了平衡泵的軸向力，大多數(shù)葉輪前、后均設(shè)有密封環(huán)，并在葉輪后蓋板上設(shè)有平衡孔。但是有些泵的軸向力不大，葉輪背面不必設(shè)密封環(huán)和平衡孔。設(shè)計(jì)內(nèi)容分為四部分計(jì)算，即材料選擇、水力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，充分考慮到該泵的使用環(huán)境和輸送的介質(zhì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇、過流部件的水力設(shè)計(jì)、泵零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)等主要環(huán)節(jié)上作出了十分科學(xué)的改進(jìn)。在選材上泵體、葉輪等零部件選用灰鑄鐵。在軸和軸套采用45號(hào)鋼，在結(jié)構(gòu)上將底座加厚加筋，以增強(qiáng)剛性，采用機(jī)械密封。保證泵在所處的環(huán)境中能正常使用?？傊?，本設(shè)計(jì)就是針對(duì)泵在化工裝置中的重要性的不斷提高的現(xiàn)狀下，進(jìn)行泵的改良，對(duì)提高泵的使用效率，降低能耗，具有重要的意義。2 原動(dòng)機(jī)的選擇 原動(dòng)機(jī)概述選擇水泵原動(dòng)機(jī)要根據(jù)水泵的性能參數(shù)，管道輸送工藝，自控的要求及能源供應(yīng)條件等因素而定。不論在國內(nèi)或國外，電動(dòng)機(jī)都是輸水管道應(yīng)用最為廣泛的原動(dòng)機(jī)，在當(dāng)?shù)鼐哂谐渥汶娫礂l件下，使用電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）泵設(shè)備價(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)性良好；2）設(shè)備體積小，輕便，安裝維修簡便，檢查周期和連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長，工作可靠；3）所需支撐基礎(chǔ)，起重設(shè)備和輔助系統(tǒng)較簡單；4）可與離心泵直接相連，不需要變速器；5）易于自動(dòng)控制，操作人員較少。電動(dòng)機(jī)分為異步和同步兩種：異步電動(dòng)機(jī)：構(gòu)造簡單，工作可靠，價(jià)格較低，在水利管道上應(yīng)用最為廣泛。同步電動(dòng)機(jī)：能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，構(gòu)造復(fù)雜，減少無用功耗，節(jié)約電能，價(jià)格昂貴[1]。 原動(dòng)機(jī)選擇 泵有效功率 （2—1）式中，——重力加速度，m/s2；——流體密度，kg/m3；——設(shè)計(jì)流量，m3/s；——泵的揚(yáng)程，m；——有效功率，kw； 泵軸功率 （2—2）式中：——設(shè)計(jì)工況下的軸功率，kw； ——泵效率。 泵計(jì)算功率 （2—3）