【正文】 主要部件 離心泵主要由葉輪、軸、泵殼、軸承、密封裝置等組成，具體介紹如下： 1）葉輪：葉輪是離心泵主要的過(guò)流部件，其主要作用是把原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體，葉輪 常用鑄鐵、鑄鋼、合金 鋼或其他材料制成。 鑒于以上分析，采用的填料密封結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一種能夠自動(dòng)根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的變化而變化密封力的填料密封結(jié)構(gòu)。其不足之處在于密封性能較差，對(duì)軸或軸套磨損大，損失功率大以及使用壽命短等。 本課題研究的主要內(nèi)容 課題研究的內(nèi)容是單級(jí)單吸清水離心泵設(shè)計(jì)。 C。 Pressurized water chamber。以及進(jìn)行軸向力及徑向力的平衡，最后要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 在此設(shè)計(jì)中， 主要包括單級(jí)單吸清水離心泵的方案設(shè)計(jì)，離心泵基本參數(shù)選擇、離心泵葉片的水力設(shè)計(jì)、離心泵壓水室的水利設(shè)計(jì)、離心泵吸水室的水利設(shè)計(jì)。Leaves。 本次課題設(shè)計(jì)的清水離心泵適用工業(yè)和城市給水、排水，亦可用于農(nóng)業(yè)排灌，供輸送清水或物理化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似清水的其他液體之用，溫度不高于 80。 國(guó)外離心泵總體技術(shù)水平比國(guó)內(nèi)技術(shù)水平要高一些，效率合格率為 %，總體平均水平與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值相比高 %，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，效率、汽蝕余量合格率分布情況總體與國(guó)內(nèi)的情況是相一致的，在低比轉(zhuǎn)速處合格品分布率相對(duì)好一些。 進(jìn)行離心泵設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就是密封設(shè)計(jì)，本次課題設(shè)計(jì)的離心泵密封類(lèi)型是填料密封，填料密封是用填料填塞泄露通道阻止泄露的一種密封形式。（ 3）密封的填料沿軸向抱緊力應(yīng)均勻分布。如在給水排水工程中，泵從水源取水，抽送到水廠(chǎng)，凈化后的清水由送水泵輸送到城市管理網(wǎng)中去；對(duì)于城市的生活污水和工業(yè)廢 水，經(jīng)排水管渠系統(tǒng)匯集后，也必須有排水泵將污水抽送到污水處理廠(chǎng)，經(jīng)處理后的污水再由另外排水泵排放如江河湖海中去，或者排入農(nóng)田作為灌溉之用；再礦山輸送尾礦的尾礦泵、洗煤廠(chǎng)使用的泥漿泵、電站除灰的灰渣泵和河道疏浚的挖泥泵等，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、石化、食品等工業(yè)和污水處理、港口河道疏浚等作業(yè)中。泵殼多做成蝸殼形，故又稱(chēng)蝸殼。 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(jiàn)的密封裝置由填料密封、機(jī)械密封盒浮動(dòng)密封。這樣循環(huán)不已，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽水。由于應(yīng)用場(chǎng)合、性能參數(shù)、輸送介質(zhì)和使用要求的不同，離心泵的品種及規(guī)格繁多，結(jié)構(gòu)形式多種多樣。 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 3 章 離心泵的水力設(shè)計(jì) 泵的基本設(shè)計(jì)參數(shù) 1）揚(yáng)程 H=35m 2）流量 Q=15m3/h 3）工作介質(zhì)為清水 4）必要空化余量 NPSHr=4m 5）工作介質(zhì)密度為 ? =1000kg/m3 泵的比轉(zhuǎn)速計(jì)算 對(duì)于本次離心泵設(shè)計(jì)，必需空化余量為 4m，轉(zhuǎn)速為 2950r/min，比轉(zhuǎn)速可根據(jù)式 313[4]來(lái)計(jì)算 ns=43HQn?? =43353600/ ?? = (31) 通過(guò)計(jì)算確定泵的比轉(zhuǎn)速 ns= 泵進(jìn)口及出口直徑的計(jì)算 泵的進(jìn)口直徑 D1 由進(jìn)口速度 vs 確定，其值通過(guò)查表 51[4]確定為 3m/s 左右，選vs=，進(jìn)口直徑按式 51[4]計(jì)算 D1=sQπv4 = 3600/154 ?? = (32) 泵出口直徑 D2 可取與 D1 相同， 或小于 D1，即 D2=(1~)D1=(1~)? =~ (33) 經(jīng)圓整取 D1=50mm， D2=35mm。 Ht= 35 ??hH? m (310) Qt= ??vQ? m3/s (311) 式中 Ht—— 理論揚(yáng)程（ m）； Qt—— 理論流量 (m3/s)。 原動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果（ Pj=），選取 Y160M12 型電動(dòng)機(jī)，功率 P 為 11kW，轉(zhuǎn)速 2930r/min。葉輪輪轂直徑 dh 必須保證軸孔開(kāi)了鍵槽之后還有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強(qiáng)度，直徑按式43[5]計(jì)算，即 dh= m inm inm in ddd ??? (314) 由于單級(jí)泵葉輪輪轂一般不通過(guò)葉輪進(jìn)口，因此取 dh=(~2)dmin (315) 取 dh== 取整 dh=45mm。 計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑 先求葉輪進(jìn)口的有效直徑 葉輪進(jìn)口的有效直徑按式 513[5]計(jì)算 ????? mnQKD m (42) 式中 0K —— 系數(shù)，按表 41 選取。 ????? ZHDK?mm (46) 系數(shù) K 與離心泵的比轉(zhuǎn)速 ns 和葉片的材料有關(guān)，其值由表 1010[5]所示，材料選用鋼，所以 K=。所以，綜合考慮 2? 取 ?25 。 表 43 離心泵的葉片數(shù) Z ns 30~60 60~180 180~280 Z 5 片長(zhǎng)葉片加 5 片短葉片或 9~8 8~6 6~5 如果葉片數(shù) Z 大，葉片包角 ? 應(yīng)小一些，葉片出口角 2? 也可大一些；如果葉片數(shù) Z小，葉片包角 ? 應(yīng)小一些，葉片出口角 2? 也要取小一些。 3600/15πb 2222 ??????? ?? D Qv vm m/s (49) 葉輪出口速度按 518[5]變形計(jì)算 2 ????? Dum/s (410) 無(wú)限葉片數(shù)下的葉片出口流面速度 ?2uv ?2uv = 2u 2mv 2?ctg = ?25ctg? = m/s (411) 無(wú)限葉片數(shù)下的理論揚(yáng)程 10 ???? ?? gvuH utm (412) 可根據(jù)式 520[4]的變形來(lái)計(jì)算出圓周速度 2u smtgtggHtgvtgvutmm/25 2222222??????????? ??????????????? ? ???? (413) 此時(shí)，可按式 520[4]算出第一次精算的葉輪出口直徑 D2 2560π60 22 ?????? mn uDmm (414) 經(jīng)過(guò)比對(duì)可知，計(jì)算的精確值與速度系數(shù)法計(jì)算的誤差大于 2%，所以修 正 2? ，經(jīng)過(guò)計(jì)算當(dāng) 2? 為 ?27 時(shí)，誤差在 2%之內(nèi)，所以 2? 被修正為 ?27 ，并且確定葉輪出口直徑D2=150mm。 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 41 葉輪軸面投影圖 葉片繪型 對(duì)于比轉(zhuǎn)速 ns 小的離心泵，葉輪、葉片幾乎全部在軸面流道的徑向部分，其進(jìn)口邊均在同一個(gè)軸截面上，而且各流線(xiàn)葉片進(jìn)口三角形基本相同，葉片扭曲很小，可按圓柱形葉片設(shè)計(jì)那樣繪型。 圓柱形葉片可直接在平面圖上繪型，葉片骨線(xiàn)可用一個(gè)圓弧或多個(gè)圓弧畫(huà)成，本次設(shè)計(jì)采用兩段圓弧。 6） 連線(xiàn)半徑 OD，做直線(xiàn) DE，使 AiODE ??? ，并與直線(xiàn) AB 交于 E 點(diǎn)； 7） 以 E 點(diǎn)為圓心以 EA 為半徑作圓弧，此圓弧必經(jīng)過(guò) D 點(diǎn)； 8） 作半徑 OF，使 1AAiDOF ?? ??? ,并與 D1 圓交于點(diǎn) F； 9） 過(guò) D、 F 點(diǎn)作直線(xiàn)，并與 D1 圓交于另一點(diǎn) G。 3）消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)那個(gè)帶來(lái)的水力損失。 2）矩形斷面：矩形斷面具有與梯形斷面相同的優(yōu)點(diǎn)，適用于各種 ns 的泵上。圓形斷面的優(yōu)點(diǎn)是在蝸形體受壓后，受力情況比上面兩種斷面要好。 蝸型體進(jìn)口寬度計(jì)算 進(jìn)口寬度 b3 可按式 541[5]計(jì)算 223 ?????? Dbb mm (52) 舌角 舌角 39。因此 ns 增大后， 0? 也應(yīng)適當(dāng)增加。計(jì)算時(shí)先根據(jù) ns 在圖 533[5]查的 K3,按式 543[5]求出各斷面中的平均速度。 QⅧ = 10360360360 0 ?????????? Q? m3/h (55) 式中 0? —— 隔舌起始角（度）； Q—— 泵的揚(yáng)程（ m/s）。設(shè)計(jì)計(jì)算擴(kuò)散管的長(zhǎng)度 L 和壓出口直徑 Dy 時(shí)，原則上長(zhǎng)度 L 應(yīng)盡可能小，并應(yīng)照顧到泵壓出口法蘭尺寸符合法蘭標(biāo)準(zhǔn)，法蘭位置適當(dāng)，便于加工和裝拆法蘭螺栓。蝸形體外壁如系弧線(xiàn)，則其圓弧半徑 R R、 R6…… 應(yīng)隨斷面 包角的減小而有規(guī)律的增大，且應(yīng)使 O 斷面處xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 為直線(xiàn)。梯形斷面見(jiàn)圖51。本次吸水室采用錐管吸水室，如圖錐管吸水室廣泛用于單級(jí)懸臂離心泵上，其水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度分布從進(jìn)口到水泵葉輪進(jìn)口逐步均勻變化，其出口直徑與進(jìn)口直徑相同，入口直徑比出口直徑大 7%~10%，而入口的經(jīng)濟(jì)流速在 3m/s 左右，允許錐度為 ?? 18~7 ，這樣就可以確定該吸水室的尺寸。 圖 61 吸水室 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 7 章 徑向力軸向力及其平衡 徑向力及平衡 徑向力的產(chǎn)生 采用蝸形壓水室的泵在最優(yōu)工況時(shí)，蝸室各斷面中的壓力基本上是均勻的。又因?yàn)槿~輪周?chē)后w壓力分布的不均勻，破壞了葉輪中液 體的軸對(duì)稱(chēng)流動(dòng)，壓力大的地方液體自葉輪中流出得少，壓力小的地方液體自葉輪中流出得多。 徑向力的平衡 由于徑向力是和葉輪的出口直徑、葉輪的出口寬度成正比。 通過(guò)計(jì)算可得，徑向力不是很大，可以不設(shè)置徑向力平衡裝置。 2）流體流入流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生動(dòng)反力 F2，其方向與 F1 相反。 2）液體作用與葉輪入口的動(dòng)反力可按式 259[4]計(jì)算 6 0 0/151 0 0 0002 ?????? vqvqF vm ?N (73) 式中 mq —— 葉輪的質(zhì)量流量 (m3/s)； v0—— 葉輪進(jìn)口處的速度（ m/s）。但是完全做到軸向力平衡是很難的，因此必須用止推軸承承受未被平衡的軸向力，而且要采用雙向都能承受軸向力的軸承 [4]。 圖 71 平衡孔 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 8 章 泵零件選擇及強(qiáng)度計(jì)算 葉輪蓋板的強(qiáng)度計(jì)算 蓋板中的應(yīng)力主要是由離心力引起的，如應(yīng)力的前后蓋板是等厚的，半徑越小的地方圓周應(yīng)力越大，在 D0 和 Dx 處的應(yīng)力近似由式 1042[5]計(jì)算，葉輪材料采用 ZG1Cr13,許用應(yīng)力 [? ]=98~130Mpa ? ? 1 3 0~ 8 0 08 2 2 222 ??????? ??? M p au MPa (81) 式中 ?—— 蓋板中 D0 和 Dx 處得圓周應(yīng)力（ Pa）； ?—— 材料密度（ kg/m3）； u2—— 蓋板外徑的圓周速度（ m/s） 。 離心力使輪轂內(nèi)孔處產(chǎn)生的圓周方向應(yīng)力可用如下近似公式 1045[5]進(jìn)行計(jì)算 222 ????? uu ?? MPa (84) 葉輪材料為 ZG1Cr13， 362?S? 362Mpa xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 安全系數(shù) 3~ ???? usn ?? (85) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，葉輪強(qiáng)度滿(mǎn)足要求 式中 u? —— 輪轂內(nèi)孔處的圓周方向應(yīng)力（ Pa） ?—— 材料密度（ kg/m3） 。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果 80??D μ m，參考其他離心泵的輪轂配合進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮要把過(guò)盈余量保持在 80~160μ m 即可。 查附表 31[7],得 IT7=57μ m。 查附表 32[6],取軸的基本偏差為 r， es=+108 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 軸的公差應(yīng)初步確定為 235780 ????? hfs TTT μ m (88) 查附表 31[6]得知，取 IT6=36μ m 這時(shí) 72361086 ????? ITesei μ m (89) 軸的公差帶 確定為 r6 最后，配合選取 6/735 rH? 。軸的重量是均布載荷，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以吧軸分成幾段變成集中載荷，泵采用蝸形體，在設(shè)計(jì)工況下沒(méi)有附加徑向力，另外軸也沒(méi)有皮帶的拉力或者齒輪的嚙合力，因此，固定方向的徑向力就只 有轉(zhuǎn)子的重量。 3）支反力 固定方向徑向力作用在兩個(gè)軸承 A、 B 上的支反力分別用 RA、 RB 表示，其方都假設(shè)向上。 可以按第三強(qiáng)度理論來(lái)進(jìn)行校核。 鍵強(qiáng)度計(jì)算的目的是校驗(yàn)鍵在所傳遞扭矩的作用下，鍵所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力與鍵接觸零件（例如：聯(lián)軸器、葉輪、平衡盤(pán) … 等轉(zhuǎn)子零件）的有效傳遞扭矩的工作面上的擠壓應(yīng)力（當(dāng)然也包括鍵 ，但通常是校驗(yàn)抗擠壓差的零件）是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 鍵采用的材料為 45 號(hào)鋼材，所以 ][ j? MPa150? 代入數(shù)據(jù)得 150][ ????? ??? jtj dhlM ?? MPa (814) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，滿(mǎn)足強(qiáng)度