【文章內容簡介】 量的 20%,耗油量大約占全國總耗油量的 50%。 而離心泵是各種水力機械中應用最廣泛的一種，是日常生活和生產活動聯(lián)系最緊密的一種機械，在給水排水及農業(yè)工程、固體顆粒、液體輸送工程、石油及化學工業(yè)、航空航天和航海工程、能源工程和車輛工程等國民經濟各個部門都有廣泛的應用。 本次課題設計的清水離心泵適用工業(yè)和城市給水、排水，亦可用于農業(yè)排灌，供輸送清水或物理化學性質類似清水的其他液體之用，溫 度不高于 80。 C。 本課題的研究現(xiàn)狀 當前國內離心泵的技術水平通過幾十年的發(fā)展以及許可證技術引進，從綜合技術水平來看，單、兩級泵方面都具有國際先進水平，與國外同類型泵相比無差距，有些地方還是國際一流水平，如可靠性、效率、通化程度等。而高溫高壓多級泵在結構形式、可靠方面已達到國際同類型水平，國內起步較晚，引進技術消化吸收，從 89 年， 90 年開始生產高技術水平泵，逐步開發(fā)完善，并代替進口。 國外離心泵總體技術水平比國內技術水平要高一些，效率合格率為 %，總體平均水平與國家標準規(guī)定值相比高 %，達到國家標準要求，效率、汽蝕余量合格率分布情況總體與國內的情況是相一致的，在低比轉速處合格品分布率相對好一些。 本課題研究的主要內容 課題研究的內容是單級單吸清水離心泵設計。主要包括單級單吸清水離心泵的方案設計，離心泵基本參數選擇、離心泵葉片的水力設計、離心泵壓水室的水利設計、離心泵吸水室的水利設計。以及進行軸向力及徑向力的平衡，最后要進行強度校核。 進行離心泵設計的難點就是密封設計，本次課題設計的離心泵密封類型是填料密封，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。其不足之處在于密封性能較差，對軸或軸套磨損大，損失功率大以及使用壽命短等。 通過分析傳統(tǒng)填料密封結構、工作原理及其缺陷后，要改善和提高填料密封的密封xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 2 效果，可采取的措施是：（ 1）盡量使徑向壓緊力均勻且與泄露壓力規(guī)律一致，使軸套承壓面受壓均勻，從而使軸套磨損小而且均勻。（ 2）使填料密封結構中的填料具有補償能力、足夠的潤滑性和彈性。（ 3）密封的填料沿軸向抱緊力應均勻分布。 鑒于以上分析，采用的填料密封結構應該是一種能夠自動根據被密封介質壓力的變化而變化密封力的填料密封結構。 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 3 第 2 章 泵的基本知識 泵的功能 泵是各種水力 機械中應用最廣泛的一種，是和我們日常生活和生產活動聯(lián)系最緊密的一種機械。在給水排水及農業(yè)工程上都需要它，在工業(yè)工程上更需要它。如在給水排水工程中，泵從水源取水，抽送到水廠，凈化后的清水由送水泵輸送到城市管理網中去；對于城市的生活污水和工業(yè)廢水，經排水管渠系統(tǒng)匯集后，也必須有排水泵將污水抽送到污水處理廠，經處理后的污水再由另外排水泵排放如江河湖海中去，或者排入農田作為灌溉之用；再礦山輸送尾礦的尾礦泵、洗煤廠使用的泥漿泵、電站除灰的灰渣泵和河道疏浚的挖泥泵等，已經廣泛應用于冶金、石化、食品等工業(yè)和污水處理、港口 河道疏浚等作業(yè)中。 泵的概述 離心泵的主要部件 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流部件，其主要作用是把原動機的能量傳遞給液體，葉輪 常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其他材料制成。 2）軸：離心泵的軸用來傳遞扭矩，驅動葉輪旋轉，在軸上泵的葉輪、軸承、密封裝置及聯(lián)軸節(jié)等部件。 3）泵殼：將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于截面積逐漸擴大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使 部分動能有效地轉換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時又是一種能量轉換裝置。 4）軸承：軸承用來支撐轉子零件，并承受轉子零件上的多種載荷，根據軸承中摩擦性質的不同可分為滑動軸承和滾動軸承，每一種又可分為向心軸承和推力軸承。 5）密封裝置：為了保泵的正常工作，應防止液體外露和內漏，或外界空氣吸入泵內，因此必須在葉輪和泵殼間、軸與殼體間裝有密封裝置，最常見的密封裝置由填料密封、機械密封盒浮動密封。 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 4 離心泵的工作原理 離心泵之所以能把水送出去是由于離心力的作用。水泵在工作前，泵體和吸入管必須 罐滿水形成真空狀態(tài)，當葉輪快速轉動時，葉片促使水快速旋轉，旋轉著的水在離心力的作用下從葉輪中飛去，泵內的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力（或水壓）的作用下通過管網壓到了吸入管內。這樣循環(huán)不已，就可以實現(xiàn)連續(xù)抽水。在此值得一提的是：離心泵啟動前一定要向泵殼內充滿水以后，方可啟動，否則泵體將不能完成吸液，造成泵體發(fā)熱，振動，不出水，產生“空轉”，對水泵造成損壞（簡稱“氣縛”）造成設備事故。具體見圖 21。 圖 21 離心泵裝置簡圖 泵的分類 離心泵是一種量大面廣的機械設備 。由于應用場合、性能參數、輸送介質和使用要求的不同，離心泵的品種及規(guī)格繁多，結構形式多種多樣。 按泵軸的工作位置可分為橫軸泵和立軸泵：按壓出室形式可分為蝸殼式泵和導葉式泵；按吸入方式可分為單吸泵和雙吸泵；或按葉輪個數分為單機泵和多級泵。每一臺泵都可在上述各分類中找到自己所隸屬的結構類型。泵的結構形式是由幾個描述該泵結構類型的屬于來命名的，如橫軸單級單吸蝸殼式離心泵、立軸多級導葉式離心泵等。 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 5 第 3 章 離心泵的水力設計 泵的基本設計參數 1）揚程 H=35m 2）流量 Q=15m3/h 3）工作介質為 清水 4）必要空化余量 NPSHr=4m 5）工作介質密度為 ? =1000kg/m3 泵的比轉速計算 對于本次離心泵設計，必需空化余量為 4m，轉速為 2950r/min，比轉速可根據式 313[4]來計算 ns=43HQn?? =43353600/ ?? = (31) 通過計算確定泵的比轉速 ns= 泵進口及出口直徑的計算 泵的進口直徑 D1由進口速度 vs 確定，其值通過查表 51[4]確定 為 3m/s 左右，選vs=，進口直徑按式 51[4]計算 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) 經圓整取 D1=50mm， D2=35mm。 計算空化比轉速 空化比轉速可由式 52[4]計算 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 6 C=43rNPSHQn =4343600/ ?? = (34) 式中 NPSHr為泵的必要空話余量，由于轉速已經給定，在這里就不對轉速進行過多的計算。 泵的效率計算 水力效率 水力效率按式 235[4]計算 3lg083 HQh ???=1+29503600/15= (35) 容積效率 容積效率按式 243[4]計算 1sv n???= ? ?1?? = (36) 考慮葉輪密封環(huán)處的泄露損失，級間泄露損失等取 ?v? 。 機械效率 機械效率按式 247[4]計算 671smn??? =671sn?= (37) 離心泵的總效率 6 8 6 3 ????? mvh ???? (38) 軸功率的計算和原動機的選擇 計算軸功率 在選取了泵的總效率以后，按式 41[5]計算軸功率 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 7 P=??102QH= 35151000? ??= kW (39) 式中 Q—— 泵的流量（ m3/s）； H—— 泵的揚程（ m）； ?—— 抽送液體的密度（ kg/m3）。 Ht= 35 ??hH? m (310) Qt= ??vQ? m3/s (311) 式中 Ht—— 理論揚程（ m）； Qt—— 理論流量 (m3/s)。 確定泵的計算功率 泵的計算功率按式 42[5]計算 21 ????? kW (312) 式中 K1—— 水泵揚程允差系數， K1=~。 K2—— 水泵的流量的增大系數， K2=。 原動機功率根據計算功率 Pj選取。 原動機的選擇 根據以上計算結果（ Pj=），選取 Y160M12 型電動機，功率 P 為 11kW，轉速 2930r/min。 軸徑與輪轂直徑的初步計算 軸的最小直徑 dmin= ][ ?nPj?m (313) 軸的材料選用 3Cr13，許用切應力 [? ]= 510490? Pa,確定出 泵的最小直徑后，參考類似結構泵的泵軸，畫出軸的結構草圖。見圖 31 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 8 圖 31 軸的結構草圖 軸的軸向尺寸是是由軸上的零件決定的，主要零件有：葉輪、止動墊圈、軸套、深溝球軸承，結構圖見圖 32。 圖 32 軸的結構圖 輪轂直徑的計算 本次設計的是單機泵，單機泵葉輪處得軸徑 dy 等于聯(lián)軸器內的軸徑 dmin。葉輪輪轂直徑 dh 必須保證軸孔開了鍵槽之后還有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強度，直徑按式43[5]計算，即 dh= m inm inm in ddd ??? (314) 由于單級泵葉輪輪轂一般不通過葉輪進口，因此取 dh=(~2)dmin (315) 取 dh== 取整 dh=45mm。 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 9 泵的結構型式的選擇 此次設計的離心泵是懸架式懸臂泵，即一臺單級單吸橫軸離心泵，它由泵體、葉輪螺母、密封環(huán)、葉輪、泵蓋、軸套、密封裝置、懸架、泵軸支架組成，其泵腳與泵體鑄成一體，軸承置于懸臂安裝在泵體上 的懸架內，整臺泵的質量主要由泵體承受。 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 10 第 4 章 葉輪的水力設計 葉輪尺寸的確定主要有速度系數發(fā)和相似換算法，在此次泵設計采用的是速度系數發(fā)。 確定葉輪進口速度 葉輪的進口速度安式 512[5]計算 00 ????? gHKv vm/s (41) 式中 0vK—— 葉輪進口速度習俗，根據比轉速及不同類型的泵從圖 53[5]查的； H—— 單級揚程 (m)。 計算葉輪進口直徑 先 求葉輪進口的有效直徑 葉輪進口的有效直徑按式 513[5]計算 ????? mnQKD m (42) 式中 0K —— 系數，按表 41 選取。通過查得，選取 0K =。 表 41 系數 0K 的選擇 K0 效率與汽蝕指標 適用范圍 ~ 效率較高，抗汽蝕性能差 多級泵次級葉輪及要求效率較高而對抗汽蝕性能要求不高的場合 ~ 效率 及抗汽蝕性能中等 一般清水泵的單級單吸及雙吸葉輪和多級泵第一級葉輪 ~ 效率較低，抗汽蝕性能較好 鍋爐給水泵第一級葉輪及對抗汽蝕性能要求較高的場合 效率有較大的降低，高抗汽蝕性能 冷凝泵有前置誘導輪的離心泵 xxxxxx 大學畢業(yè)設計（論文） 11 葉輪進口直徑 葉輪進口直徑按式 515[5]計算 684551 22220 ????? hj dDD mm (43) 確定葉輪出口直徑 葉輪出口直徑按式 517[4]計算 100 21212 ???????????????? ??sD nK (44) 15229503600/ 332 2 ???? nQKD D mm (45) 式中 2DK—— 葉輪出口直徑系數。 確定葉片厚度 葉輪工作是，葉片上承受著液體的反作用力和葉片質量的離心力受力情況比較復雜，很難精確計算，通?？捎萌缦陆涷灩?1044[5]計算葉片的厚度。 ????? ZHDK?mm (46) 系數 K 與離心泵的比轉速 ns 和葉片的材料有關，其值由表 1010[5]所示，材料選用鋼，所以 K=。 表 42 系數 K 與 ns 和材料的關系 ns 40 60 70 80 90 130 190 280 鑄鐵