【正文】 計(jì)算得出。表 1傳動效率原動機(jī)的種類k電動機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)（小容量）柴油機(jī)（大容量）注:泵和電動機(jī)的連接方式是直連方式，3 泵主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定 軸徑和輪轂直徑 泵軸的直徑應(yīng)該按照其承受的外部載荷（拉、壓、彎、扭）和剛度以及臨界轉(zhuǎn)速調(diào)價來確定。的許用切應(yīng)力為900Mp。系數(shù)k稱為速度系數(shù)，對相似泵來說這些系數(shù)相等，所以這些系數(shù)分別為比轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)，即。下面介紹一些常用的求速度系數(shù)的公式和曲線。表 2統(tǒng)計(jì)規(guī)律k0 的統(tǒng)計(jì)規(guī)律主要考慮效率兼顧效率汽蝕主要考慮汽蝕該泵兼顧效率和汽蝕，選取，結(jié)構(gòu)為懸臂式，通過公式32計(jì)算得： 葉輪出口直徑根據(jù)公式335 （34） （35）計(jì)算可得：。但是這些系數(shù)來源于實(shí)踐，在一般情況下是比較可靠的。 對葉輪直徑和葉片出口角進(jìn)行精算。 無窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程根據(jù)公式312 （312）計(jì)算可得：。 出口圓周速度根據(jù)公式315 （315）計(jì)算可得。 出口圓周分速度根據(jù)公式319 （319）計(jì)算可得：。計(jì)算可得：。bm178。 （325） （326）因?yàn)樵谌~片設(shè)計(jì)的過程中一般都要加進(jìn)口沖角，不同的沖角對于離心泵的性能有很大的影響。通過不斷的迭代使我們剛開始假設(shè)的和我們最后校核后的近似相等，誤差在5%以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)的要求。采用正沖角可以增加葉輪抗汽蝕的能力，防止葉輪做功的能量損失。3) c流線流線進(jìn)口角的計(jì)算利用已經(jīng)畫好的方格網(wǎng)來計(jì)算c流線的葉片進(jìn)口角。根據(jù)公式23234計(jì)算可得：再通過公式2341校核 （3341）可得。軸面投影圖在繪制的過程中有兩點(diǎn)要求： 前后蓋板出口保持一段平行或者對稱變化； 流道轉(zhuǎn)彎不應(yīng)過急，在軸向條件的允許下，以采用較大曲率的半徑為宜。沿著流道求出一系列過水?dāng)嗝婷娣e以后，便可作出過水?dāng)嗝婷娣e沿流道中線的變化規(guī)律，該曲線應(yīng)當(dāng)是平直或者光滑的曲線，考慮汽蝕性能，一般是進(jìn)口部分凸起的曲線。所謂近似性。下面我們給出了葉片按照軸面厚度的加厚規(guī)律。因?yàn)榱髅媸禽S面流線繞中心線旋轉(zhuǎn)一周所得的曲面。圖 2軸面截線圖 畫展開流面并在其上繪制流線因?yàn)楸＝亲儞Q方格網(wǎng)是基于局部相似，而不是局部相等，所以幾個流面就可以用一個平面方格網(wǎng)繪制流線。畫完方格網(wǎng)以后就可以在上面繪制流線。 在軸面投影圖中畫軸面截線方格網(wǎng)上畫出的三條流線，就是葉片表面的三條型線。如圖 所示是繪制的該泵葉片軸面截線；圖5 軸面截線 葉片加厚軸面截線表示無厚度的葉片，實(shí)際上葉片是有厚度的，所以必須要進(jìn)行葉片加厚。給定的真實(shí)厚度，其軸面厚度可以由表6算。該葉片從后面去看（工作面）順時針旋轉(zhuǎn)，從前面去看（背面）為逆時針方向旋轉(zhuǎn)；4) .作葉片平面投影輪廓線：圖中①是葉片工作面與前蓋板的交線，它是把軸面投影圖中各工作面截線和前蓋板流線的交點(diǎn)，以相等的半徑畫到平面圖相應(yīng)的射線上所得點(diǎn)的連線。圖 7木模圖如圖7所示就是該泵葉片剪裁圖。4壓水室和吸水室的水力設(shè)計(jì) 壓水室的類型和作用原理吸水室位于葉輪之前，壓水室位于葉輪之后，它們和葉輪一起構(gòu)成泵的過流部件。通常所說的壓水室是指螺旋形壓水室（渦室）、環(huán)形壓水室和導(dǎo)葉等的總稱。壓水室具有三種基本形式：螺旋形壓水室、葉片式壓水室和加導(dǎo)葉的壓水室。螺旋形壓水室（渦室）主要用于單級泵和中開式多級泵，葉片式壓水室主要用于多級泵，而加導(dǎo)葉的壓水室，因能消除徑向力，主要用于大型單級泵。1) 壓水室布置在葉輪出口外周，能夠把從葉輪流出的液體收集起來。反之，低揚(yáng)程泵在壓水室內(nèi)有很大一部分動能轉(zhuǎn)換為壓能。另外，沿空間導(dǎo)葉外壁的封閉圍線，其內(nèi)存在著葉輪葉片，按理是有旋的，但導(dǎo)葉葉片造成的環(huán)量和葉輪的環(huán)量相反而互相抵消，所以也是無旋的。排列而成，因而在非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，在葉輪周圍兩個半圓上產(chǎn)生相同的壓力分布，葉輪徑向力由此相互抵消。間隙過大，能減小葉輪外周流動的不均與性，降低噪聲和振動，并使效率稍有提高。目前，有的渦室b3取得相當(dāng)寬，這樣使葉輪前后蓋板旋轉(zhuǎn)的液體可通暢地流入壓水室，回收一部分圓盤摩擦功率，提高泵的效率。 渦室隔舌安放角隔舌位于渦室螺旋部分的始端或始端稍后，將螺旋線部分與擴(kuò)散管隔開。和的關(guān)系如表7所示。 渦室斷面形狀和斷面面積渦室斷面形狀有矩形、梨形和圓形等。的斷面，即用8個軸切割渦室，求得各斷面的形狀和面積。根據(jù)公式44計(jì)算可得：。擴(kuò)散管的作用在于降低速度，轉(zhuǎn)換為壓力能，同時減小排出管中的損失。因擴(kuò)散管的進(jìn)口面積（F8）不是圓形，為此將F8變?yōu)楫?dāng)量的圓形面積來進(jìn)行計(jì)算 (47)式中 ——擴(kuò)散管進(jìn)口當(dāng)量直徑（）當(dāng)時，將代入公式47 (48)計(jì)算可得L=320mm當(dāng)時，將代入，同理可得L=366mm。由于該渦室是按速度系數(shù)法設(shè)計(jì)，故所畫的斷面面積應(yīng)等于計(jì)算的第8斷面面積。 畫吐出渦室平面圖根據(jù)所畫的各斷面軸面圖中的高度Hi，在平面圖上相應(yīng)的射線上點(diǎn)出，然后光滑連接所得各點(diǎn)，得渦室平面圖上的外壁線。如果渦室為中心出口，第8斷面應(yīng)轉(zhuǎn)過45176。 蝸殼的擴(kuò)散段可以參照泵體水力圖紙，圖紙代號GXZ 1623。對于低揚(yáng)程泵，損失的絕對值不大，但占揚(yáng)程比例較大，因而對效率的影響，比高揚(yáng)程泵相對要大的多。由于結(jié)構(gòu)限制，這種吸入室多用于單級懸臂式泵。直錐型吸入室的長度，視泵的總體結(jié)構(gòu)而定，并沒有固定的要求。5 泵三維造型設(shè)計(jì)，在制造之初就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題。 圖8葉輪繪制如圖9所示為泵軸的三維圖 圖9軸 定子部件三維建模泵的定子部件主要包括：泵體、泵蓋、軸承支架。為了更好地理解和研究這臺泵，掌握葉輪和壓水室內(nèi)流動狀況，我們基于CFD技術(shù)對該泵內(nèi)部流動進(jìn)行了全三維的定場數(shù)值計(jì)算，將數(shù)值計(jì)算的揚(yáng)程和效率值和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比，并分析了把不同工況下該泵的壓力場、速度場；下面是整個分析的過程： 制作模型對象對于所制作泵的流場區(qū)域進(jìn)行三維建模，主要包括葉輪的水體、蝸殼的水體、吸入段的水體、壓出段的水體四部分組成。圖15葉輪網(wǎng)格，滿足我們的要求。圖17吸入段網(wǎng)格（4） 壓出段網(wǎng)格如圖18所示為壓出段的網(wǎng)格。 我們采用的計(jì)算模型為RNGke模型。將其殘差給定到104 計(jì)算結(jié)果及其分析 整機(jī)數(shù)值模擬 壓力場分布分析、（Q為額定流量）5種流量工況下的離心泵整機(jī)流道進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出5種流量工況下的流場分布，包括壓力場分布和速度場分布，見圖18。從圖18還可看出，葉片工作面的壓力比葉片背面的壓力大且蝸殼隔舌處局部壓力較大。隨著流量的增加，蝸殼出口端出現(xiàn)壓力變化梯度明顯,且蝸殼隔舌處出現(xiàn)局部高壓，表明造成能量損失。在葉片工作面附面層中速度梯度不大；葉片背面附面層中的速度變化比較明顯。當(dāng)?shù)竭_(dá)出口時速度變得很小，如果速度再繼續(xù)減小，則容易產(chǎn)生回流，造成很大的能量損失。我們做出了不同工況下整機(jī)內(nèi)部的湍動能云圖。而且在葉片的進(jìn)口也會出現(xiàn)漩渦，其出現(xiàn)機(jī)理和隔舌處出現(xiàn)漩渦的機(jī)理一致。如圖23為不同工況下離心泵蝸殼壓力分布圖。總體上我們可以看出壓力沿著蝸殼流道逐漸加大，在喉部有個波動經(jīng)過這個波動后，沿寬度范圍壓力變化比較均勻。在小流量下蝸殼出口段的壓力分布比較穩(wěn)定，大流量下出口段的壓力分布會出現(xiàn)比較大的波動；小流量下雙蝸殼的內(nèi)部蝸殼中的壓力小于外部蝸殼中的壓力，在大流量下內(nèi)部蝸殼中會出現(xiàn)局部的高壓區(qū)，造成流動的不穩(wěn)定性。 a b c d e 圖24蝸殼速度場如圖25為不同工況下蝸殼內(nèi)部的湍動能云圖；從圖中我們可以看出在不同的工況下，在蝸殼的隔舌處均會出現(xiàn)較大的液流損失，在這里最有可能有漩渦的存在，因?yàn)橐毫髟诟羯嗵帟透羯鄾_擊使得液流反向流動和來流交匯，兩個相反方向的液流匯聚在一起就會形成漩渦，而在液流的運(yùn)動中，出現(xiàn)漩渦就會造成能量耗散。 a b d e 圖25蝸殼湍動能圖 葉輪數(shù)值模擬 壓力場分析、（Q為額定流量）5種流量工況下的離心泵葉輪流道進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出5種流量工況下的流場分布，包括壓力場分布、速度場分布和湍動能云圖，見圖26力場分布分析該離心泵為中心對稱結(jié)構(gòu)，采用子午面進(jìn)行分析。分析對比不同工況下葉輪的壓力場，流量越小，葉輪進(jìn)口的低壓區(qū)就越小，隨著流量的增大葉輪進(jìn)口的低壓區(qū)逐漸增大。從葉輪流道進(jìn)口到出口，隨著葉輪做功，流體的速度逐漸增加在葉輪的出口達(dá)到最大值，因?yàn)槿~輪為做功元件，給流體提供速度能，這也滿足我們對于葉輪的設(shè)計(jì)要求。在小流量工況下，漩渦主要出現(xiàn)在葉輪的出口、葉片進(jìn)口、葉片的背面，因?yàn)樵诜菢?biāo)況下工作時，在葉片進(jìn)口產(chǎn)生的漩渦會在葉片的背面進(jìn)一步發(fā)展，形成大的漩渦；在大流量工況下，漩渦主要出現(xiàn)在葉輪的進(jìn)口，因?yàn)榱髁看螅俣瓤?，所以流動也就不穩(wěn)定，所以在進(jìn)口就會產(chǎn)生一定的漩渦 a b c d e 圖28葉輪湍動能圖 模擬和實(shí)際數(shù)據(jù)對比我們對這臺泵在如圖29所示的閉式實(shí)驗(yàn)臺上做這臺泵的外特性曲線，做出其QH曲線、Qη曲線、QP曲線。通過CFD對該泵進(jìn)行性能預(yù)測和數(shù)值模擬，然后經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，必須設(shè)法消除或平衡軸向力，方能使泵正常工作。代入上式可得總軸向力為。L3=283mm且有R1+R2=R總及對A點(diǎn)的合力距為零可得，，則R1=；R2= 彎矩MAB段 AC段則得彎矩如圖36示圖36彎矩(1) 確定危險斷面、計(jì)算應(yīng)力 危險斷面是指折算應(yīng)力最大的斷面。否則，應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算，如能滿足疲勞強(qiáng)度要求，也認(rèn)為軸是安全的。 圖37 渦殼軸向截面由，鑄鐵許用應(yīng)力:則有 ，軸面應(yīng)力：圓周應(yīng)力：對于泵體采用的材料為鑄鐵，則 泵體連接螺栓的強(qiáng)度校核 螺栓上所受的力為密封力和工作力的總和。此力和接縫墊片性質(zhì)有關(guān)，可以寫成 （710）泵蓋密封墊圈根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)選用奧氏體不銹鋼蝸型纏繞墊片。我們選用的是M27*1的螺栓，單個螺栓承受的力為378N。8 軸向力的平衡泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上作用著軸向力，該力將拉動轉(zhuǎn)子軸向移動。根據(jù)公式81 （81）計(jì)算可得葉輪的勢揚(yáng)程。平衡孔的總面積Fb根據(jù)公式84 （84）計(jì)算可得。9 泵軸的密封選取泵內(nèi)流體和泵外大氣間存在著壓差，流體沿著軸和殼體間的間隙向外泄漏，為此需設(shè)密封裝置，稱其為軸封。焦油是一種容易凝固的液體，介質(zhì)凝固溫度高而又不可能冷卻；因?yàn)榻橘|(zhì)溫度降低會使介質(zhì)凝固，妨礙動環(huán)轉(zhuǎn)動，密封面繪引起摩擦。離校日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。本課題在選題及研究過程中得到大連深藍(lán)泵業(yè)的大力支持和大連深藍(lán)泵業(yè)夏工及各位企業(yè)老師的悉心指導(dǎo)和校內(nèi)導(dǎo)師黎老師的