【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在被不銹鋼取代； （ 2） 塑料近年來(lái)在泵用材料中國(guó)顯示了突出的作用； （ 3） 陶瓷材料在泵零件中使用正在日益增大； （ 4） 涂覆技術(shù)和材料的表面處理技術(shù)對(duì)于改善泵的流動(dòng)特性，耐腐蝕，耐磨性方面變得日益重要。 注要研究方向 泵的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)，性能研究是泵技術(shù)中永無(wú)止境的研究方向。這兩方面研究即屬于應(yīng)用研究范圍，有能豐富泵的基礎(chǔ)理論和技術(shù)， 更容易出技術(shù)，更容易出成果。特別要注意復(fù)雜流體，特殊類型和標(biāo)準(zhǔn)泵的研究設(shè)計(jì)。泵的反問(wèn)題設(shè)計(jì)是泵優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心。應(yīng)該加大研究力度。 研究意義 泵是世界上最早的機(jī)械發(fā)明之一?，F(xiàn)如今泵產(chǎn)量?jī)H次于電機(jī)，所消耗的電量大約是世界上總發(fā)電量的四分之一。泵的種類繁多，應(yīng)用極為廣泛，除了農(nóng)田灌溉，城市和供應(yīng)給排水，熱電廠，石油煉化，石油礦場(chǎng)，輸油管線，化工廠，鋼鐵廠，采礦，造船等部門外，目前泵在原子能發(fā)電，艦艇的噴水推進(jìn)，火箭燃料補(bǔ)給等方面起到重要作用，此外還可以用泵來(lái)對(duì)固體如煤等進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送。泵輸送的介質(zhì)除水外 ，還有油，酸，堿漿料等，包括液體氣態(tài)和高溫熔融金屬?？梢哉f(shuō)，凡是要讓液體流動(dòng)的地方，就有泵在工作。泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著十分重要的作用。 3 2 確定泵型 確定泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 首先大致選擇泵的結(jié)構(gòu)類型和原動(dòng)機(jī)類型，進(jìn)而結(jié)合下面的計(jì)算，經(jīng)比較分析做最后確定。 泵吸入口和排出口的確定 泵的吸入口直徑是由合理的進(jìn)口流速確定。泵蹦吸入口的流速一般為 3m/s 左右，從制造方面考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵的體積，提高過(guò)流面積，而提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)減小吸入口流速。由于泵的體積較小 ，所以取 vs=3m/s，所以有： 14420 3 Vs ?? ? ?? 圓整為 Ds=212mm（其中取 Q 單位為 m3/s）。對(duì)于低揚(yáng)程泵可取排出口直徑與吸入口直徑相同所以此處取 Ds=Dt=212mm 式中： Dt泵的排出口徑； Ds泵的吸入口徑。 確定比轉(zhuǎn)數(shù) ns: 比轉(zhuǎn)速：他是某一標(biāo)準(zhǔn)泵葉輪的轉(zhuǎn)速，該標(biāo)準(zhǔn)泵和同一類型的泵幾何相似、水利效率和容積效率相同；它在最優(yōu)工況下具有壓頭 H=1m 水柱，有效率 N=，即流量 Q=有不同的比轉(zhuǎn)速由于本次設(shè)計(jì)的泵的流量 Q=180 m3/h、揚(yáng)程 H=300m、轉(zhuǎn)速n=2950r/min 所以有： )2300(3600/)(4343 ????iHQnns 4 原動(dòng)機(jī)的選擇： 由于本次設(shè)計(jì)的泵的流量 Q=180 m3/h、揚(yáng)程 H=300m、轉(zhuǎn)速 n=2950r/min、效率 η=、介質(zhì)溫度 :6070℃ 、介質(zhì)相對(duì)密度 v=、用途：輸送原油（含水 75﹪），所以有： 軸功率 )( 1015020100010003KWg Q HQHN ?? ??????? ???? 計(jì)算配套功 N、 =KN==114(kw) 扭矩 )(369295011495509550 ,39。 NmnNM n ????? 最小軸頸的初步計(jì)算 泵軸的直徑應(yīng)按強(qiáng)度（拉、壓、彎，扭）和剛度及臨界轉(zhuǎn)速條件下確定，因?yàn)榕ぞ厥潜米钪饕妮d荷。開始設(shè)計(jì)時(shí)首先按鈕矩確定泵軸的最小直徑，通常是聯(lián)軸器的直徑；同時(shí)應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的泵的具體情況考慮影響剛度和臨界轉(zhuǎn)速的大概因素，可對(duì)粗算的直徑進(jìn)行一定的修正，圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，待泵轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)完以后，在對(duì)泵的強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行詳細(xì)校核。 ? ?3 ? ? 式中： Mn(N/M) 39。9550 NMn n?? 39。N K N?? K工況系數(shù)（一般為 ） ??? 泵煮材料的許用應(yīng)力（ N/㎡） 對(duì)于普通優(yōu)質(zhì)碳鋼可取 ??? =（ 343~441） 510? 對(duì)與合金鋼 ??? =（ 441~538） 510? 軸功率 )( 3 KWg Q HQHN ?? ??????? ???? 計(jì)算配套功率 計(jì)算配套功 N、 =KN==114(kw) 5 扭矩 )(369295011495509550 ,39。 NmnNMn ????? ? ? mmMnd 3 53 ?????? 圓整為 d=44mm 對(duì)于直徑 d≤100mm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 5%7%，有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大10%15%，所以軸 d=43 (110% 115% )? ? ? 在此為了安全期間取 d=50 6 3 泵葉輪的設(shè)計(jì) 葉輪主要參數(shù)的確定 葉輪主要幾何參數(shù)有：葉輪進(jìn)口直徑 D0、葉片進(jìn)口直徑 D葉輪輪轂直徑 Dh、葉輪進(jìn)口角 β葉輪出口直徑 D葉輪出口寬度 b葉片數(shù) Z。 確定葉輪各參數(shù) 葉輪主要幾何參數(shù)有：葉輪進(jìn)口直徑 D0、葉片進(jìn)口直徑 D葉輪輪轂直徑 Dh、葉輪進(jìn)口角 β葉輪出口直徑 D葉輪出口寬度 b葉片數(shù) Z。 葉輪尺寸的確定主要有速度系數(shù)法和相似換算法，在本泵設(shè)計(jì)中采用速度系數(shù)法。它和相似換算法在實(shí)質(zhì)上是相通的，其差別在于模型換算是建立在一臺(tái)相似泵基礎(chǔ)上的設(shè) 計(jì)，而速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，是按相似的原理，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過(guò)流部件的各部分尺寸。 7 葉輪進(jìn)口直徑 D0的計(jì)算 葉輪進(jìn)口直徑又叫葉輪吸入眼直徑或叫葉輪徑部直徑。葉輪進(jìn)口速度和葉輪進(jìn)口直徑有關(guān)，進(jìn)口速度一般不超過(guò) 34 米 /秒，認(rèn)為進(jìn)一步提高葉輪進(jìn)口流速會(huì)降低泵的抗汽蝕性能和水利效率。實(shí)踐證明，泵在相應(yīng)增加進(jìn)口速度很廣的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，才能保證水利效率不變，所以如果所設(shè)計(jì)的泵對(duì)抗汽蝕性能要求不高，可選小的 V0 即進(jìn)口流速，以減小葉輪密封環(huán)的泄漏量，提高容積效率，所以有： 33 1200 4 10 4( )2950QD K o m mn? ? ? ? 式中： Q— 泵的流量，對(duì)于雙吸泵取 2Q K0根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)大多泵為 ~4.（進(jìn)一步增加 K0 會(huì)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， K0 的適用值是：主要考慮效率： K0=~4。兼顧效率和汽蝕： K0=~） 此處取 K0= 取裝葉輪處的直徑為 Db=33mm Dh== 圓整為 Dh=42mm 葉輪出口直徑 D2的初步計(jì)算 葉輪出口直徑 D2 和葉片出口角 β2等出口幾何參數(shù)是影響泵揚(yáng)程的最大因素。 322 253D QK nD ?? 式中： 1 22 9 .3 5 ( ) 9 .8 6100sD nK ??? 葉輪出口寬度 b2 的計(jì)算和選擇 322 15Db nbK?? 式中： 562 0 .6 4 ( ) 0 .5 8 6100sb nK ?? 8 確定葉輪入口寬度 b1 （ 1） 先確定葉輪入口速度 v0（ m/s） 00 2vv K gh? 式中：0vK—— 葉輪入口速度系數(shù)，一般取0vK= H—— 單級(jí)揚(yáng)程 0 0. 1 2 10 80 4 /v m s? ? ? ? （ 2） 確定葉片入口邊直徑 D1 在葉輪流道入口邊上取圓心，做流道的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片邊直徑 D1。 葉片入口邊直徑一般可按 ns 確定。 對(duì) ns=40~100 的泵；則 D1≥D0，此處 D = D0=104mm 11020 4v Qb m mDV?? ?? ? ??? 取整為 1b =34 葉片厚度 由經(jīng)驗(yàn)公式有： 2 1iHS K D Z?? 式中： K—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其與材料和比轉(zhuǎn)速有關(guān)，對(duì)鑄鐵和鑄鋼葉輪，系數(shù) K 推薦（當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)為 83 時(shí)，鑄鐵為 ，鑄鋼為 ）； D2—— 葉輪外徑（米） H1—— 單級(jí)揚(yáng)程（米） 804 0 . 2 5 9 1 57S m m? ? ? ? ? 對(duì)于鑄鋼葉輪，葉片最小厚度可取為 5~6mm，此處取為 6mm。取口環(huán)的厚度為 5mm，口環(huán)間縫隙為 口環(huán)直徑 01 103 20 20 1 144wD D H H h? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中： 1H —— 前蓋板入口厚度， 9 H —— 口環(huán)厚度， h—— 間隙厚度。 葉片數(shù)的計(jì)算與選擇 葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮減少葉片的推擠和表面摩擦，另一方面又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度， 以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液流的充分利用。要滿足上述要求，葉片的長(zhǎng)度 L 和葉道的寬度 am應(yīng)當(dāng)符合比例 /CL? am。葉片數(shù)也可以由比轉(zhuǎn)數(shù)選擇如表 21 表 31 ns 30~45 45~60 60~120 120~300 Z 80~10 7~8 8~7 4~6 由于本次設(shè)計(jì)的離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)為 83 所以選葉片數(shù) Z=7 水利分析 在分析保證最高水利效率值的葉輪尺寸的基礎(chǔ)上，可推薦葉片的進(jìn)口角為 20~25度，又考慮到葉片對(duì)液流的推擠和正常的沖角 3~5?? 度，所以選 1 20?? 度，葉輪出口角取 2 25?? 度。 葉輪外徑 D2的第一次精確計(jì)算 （ 1） 葉片出口排擠系數(shù) 22222 7 3 2 51 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 9s in 2 5 3 s in 9 0 ooc tg c tgK t?? ?? ?? ? ? ? ? ? ?? 其中（ t 葉片節(jié)距）選 2 3mm? ? ，假定 2 90o?? （ 2） 理論揚(yáng)程 80 9 4 .1 1 80 .8 5t kHH n? ? ?m 選 ? ? （ 3） 葉片修正系數(shù) 2 25( 0 .6 5 0 .8 5 ) ( 1 ) 0 .8 5 ( 1 ) 1 .28 0 8 0?? ? ? ? ? ? 2 2 2 2 2 221211 1 1( ) ( ) ( ) ( 1 2 6 . 5 5 0 ) 6 . 7 52 2 2 2 2DDS R R m m??? ? ? ? ? ? ????? (預(yù)先設(shè) 1 100D mm? ) 2 22 1 .2 0 .1 2 6 5 0 .4 0 6 47 0 .0 0 6 7 5DP ZS? ?? ? ?? 10 2R —— 葉輪葉片的出口半徑； Z—— 葉輪軸向投影中間流線的長(zhǎng)度對(duì)軸心的靜力矩。 （ 4） 無(wú)窮葉片數(shù)的理論揚(yáng)程 ( 1 ) 70 .5 88 ( 1 0. 40 64 ) 99 .2 7H T H T P m? ? ? ? ? ? ? （ 5） 出口軸面速度 2 2 2 2 1 6 . 72 0 0 . 8 7 0 . 2 5 3 3 . 1 4 0 . 9 0 0 . 1 5m v QV D b K??? ? ?? ? ? ? ? （2 3 sn? ?? ?）（容積率 v? ） （ 6） 入口圓周速度 222226 . 7 6 . 7( ) 9 9 . 2 7 1 0 3 8 . 5 /2 2 2 2 5 2 2 5mm T ooVVU H g m stg tg tg tg?? ?? ? ? ? ? ? ? ?（ 7） 出口直徑 22 60 3 8 . 5 6 0 2 4 9 . 8 3 2 5 02 9 5 0 3 . 1 4UD m mn ? ?? ? ? ?? 第二次精確計(jì)算： （ 1） 葉片出口排擠系數(shù)（取 2D? 268mm） 22222 7 3 2 51 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 8 1 2s in 2 5 0 s in 9 0 ooc tg c tgK t?? ?? ?? ? ? ? ? ? ?? （ 2） 出口軸面 2 2 2 2 1 6 . /2 0 0 . 8 7 0 . 2 5 3 3 . 1 4 0 . 8 1 2 0 . 1 5m v QV m sD b K??? ? ?? ? ? ? ? （ 3） 出口圓周速度 22222( ) 3 8 . 3 522mm TVVU H gtg tg?? ?? ? ? ? （ 4） 出口直徑 22 60 3 8 .3 5 6 0 2482 9 5 0 3 .1 4UD m mn ? ?? ? ?? 第三次精確計(jì)算： （ 1） 22222 7 3 2 51 1 ( ) 1 1 ( ) 0 . 9 4s in 2 4 8 s in 9 0ooc tg c tgK t?? ?? ?? ? ? ? ? ? ?? （ 2） 出口軸面速度 2 2 2 2 1 5 . 2 3 /2 0 0 . 8 7 0 . 2 4 8 3 . 1 4