【文章內(nèi)容簡介】 （ 1） 基圓直徑 D3 D3=（ — ） D2 故取 D3=330mm （ 2） 進(jìn)口寬度 b3： b3 =（ b2+1? + 2? ） +C1 = (36+8+8+14)+20 = 86mm 式中 1? ， 2? —— 葉輪前后板的厚度，包括前后背葉片的厚度。 C1 —— 系數(shù)， C1=5— 20，渣漿泵取大值。 （ 3） 隔舌安放角的設(shè)計： 隔舌不僅對泵的性能，而且對護(hù)套的抗磨性有顯著的影響。 隔舌處的渣漿流速較高，渣漿腐蝕性能越強，隔舌距葉輪的距離因該越大，該距離越大，偏離最佳工況時葉輪承受的徑向力越小，泵的性能曲線越平坦，高效區(qū)越寬，泵的最佳效率越低，在最佳的效率點以下的范圍內(nèi)，隔舌間隙處環(huán)流量大，泵在小流量時，隔舌的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，尤其是重型泵，隔舌頭部應(yīng)設(shè)計成圓弧狀，圓的半徑應(yīng)適當(dāng)，過小一則不抗磨，二則在變工況時易脫流，過大則效果不好，而且易遭受大顆粒的高速大沖角碰撞，同時產(chǎn)生較大的繞流速度。 （ 4） 渦室斷面面積 先求出渦室畸變速度 V3f，固體顆粒速度 V3s ,然后求出水流過流面積 F3f和 固體過流面積 F3s , 則渦室第 Ⅷ 斷面面積為： FⅧ =F3f+ F3s????????????? ( 1 ) 采用等速度法，即渦室各個斷面的速度相等，可求出渦室中的介質(zhì)速度： V3=Kv3 gH2 ???????????? ( 2 ) =? ?? =由兩相流原理得： 232323 VVV sf ?? ???????????? ( 3 ) V3fV3s =uei????????????? ( 4 ) 聯(lián)立兩式 V3f= V3s=F3f= ???sfVQ= ? 103m2 F3s=ssVQ3= ?? =? 103m2 FⅧ =F3f +F3s = ?103 m2 由于介質(zhì)從葉輪均勻流出，故斷面面積均勻變化。 F1 =87 F Ⅷ =?103 F2 =86 F Ⅷ =?103 F3 =85 F Ⅷ = ?103 F4 = `84 F Ⅷ =?103 F5 = `83 F Ⅷ =?103 F6 =82 F Ⅷ =?103 F7= 81 F Ⅷ =?103 在求得以上的數(shù)值后，就可以按螺旋形渦室的繪圖方法繪出平面圖和軸面圖，軸面圖個斷面根部可以根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝要求修圖。 （ 5） 螺旋形渦室的繪圖 計算完以上的尺寸后，就可以繪制圖紙了，在繪型時，既要考慮計算時所選定的尺寸，又要考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性。在繪型時可能由于結(jié)構(gòu)的需要而對尺寸做必要的修改。繪型具體步驟如下： 在平面圖上畫出坐標(biāo)軸，并作基圓。 作渦室 8個斷面的位置，個斷面間夾角均為 45o。 做出軸面圖的寬度，并以此寬度作梯形，使等腰 梯形面積大于 VⅧ 斷面面積。梯形兩邊的延長線的夾角不大于 60o，一般取 30o到 40o,比轉(zhuǎn)數(shù)大，此角可取大些，反之，取得小些。低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可取為正方形。取夾角為 32o, 按結(jié)構(gòu)和工藝要求，將梯形的四個角修圓，修圓后的梨形面積等于計算的 F Ⅷ 。 在軸面上依次作出第 Ⅶ 、 Ⅵ 、 Ⅴ 、 Ⅳ 、 Ⅲ 、 Ⅱ 、 Ⅰ 斷面，方法同上，在作圖時應(yīng)使渦室各斷面的徑向高度和修圓的半徑有規(guī)律的變化 。 將各個斷面的徑向尺寸移到平面圖的相應(yīng)斷面上。 將各斷面的頂點用圓弧光滑連接，然后逐點用圓弧光 滑連接各斷面頂點，成為螺旋行渦室輪廓線。 做泵舌安放角，此角與螺旋形渦室輪廓線的交點即為泵舌的位置。 作擴散管部分。擴散管應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臄U散角，還有標(biāo)準(zhǔn)的吐出徑。擴散管出口的中心線與渦室軸線的距離應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)選定，并使擴散管與渦室螺旋線和泵舌光滑連接。擴散管長度取整數(shù)。 圖 2— 2 泵體斷面圖 螺旋形渦室斷面尺寸標(biāo)注法： 圖 2— 3 螺旋形渦室斷面 （ 6） 護(hù)套的設(shè)計 護(hù)套的 斷面形狀：由于葉輪出口處較寬、前后蓋板厚度較大，加之有背葉片，也就決定了護(hù)套的進(jìn)口寬度較大。為了保證泵的性能，護(hù)套各過流斷面的面積應(yīng)適當(dāng)，另外，為了不使渣漿顆粒在護(hù)套外壁集中，該壁面應(yīng)為直線，綜上所述，護(hù)套各斷面形狀應(yīng)為矩形。 護(hù)套的性能：護(hù)套的性能與葉輪的性能基本上確定了泵的性能，通常，葉輪所產(chǎn)生的揚程隨渣漿濃度的增加而下降，護(hù)套的阻力隨濃度的增加而增加，尤其是重型泵。使得泵的性能發(fā)生變化，渣漿濃度越高，泵的揚程越低，同時最佳的效率點向小流量移動。為了保證泵的性能，隨著要求輸送濃度的增加，護(hù)套斷面的尺 寸應(yīng) 加大，以減小護(hù)套的流速和阻力，如果護(hù)套的寬度不變，需要加大徑向尺寸，加大量又所輸送的渣漿性質(zhì)定，渣漿的腐蝕性越強，徑向尺寸越大，反之越小。 （ 7） 護(hù)套與隔板的間隙 護(hù)套與護(hù)板間隙處經(jīng)常受到渣漿的嚴(yán)重磨損，該間隙傾斜的角度越小，間隙值越小，間隙 長度越大越抗磨。另外，護(hù)板裝入護(hù)套后應(yīng)該有一定的伸出量，這樣自葉輪流出的渣漿不會直接沖刷間隙，就可以有效的降低間隙的磨損。 （ 8） 壁面的磨損 渣漿泵輸送的介質(zhì)含有固體顆粒，因而磨損是渣漿泵面臨的主要問題之一，解決磨損問題的途徑有三條：一是選用適當(dāng)?shù)牟牧?，二?在結(jié)構(gòu)設(shè)計時使得易磨損部件便于更損部位進(jìn)行加強；三是合理地進(jìn)行過流部件的水力設(shè)計。水泵中由于流體的機械作用而造成的磨損可以分為三類：一是流體中所含固體顆粒的沖擊造成的摩擦損傷，二是汽蝕損傷，三是損傷和腐蝕共同作用而造成的損傷。 摩擦損失常見于葉輪、渦室及管道的彎曲部分。 Roco 對輸送兩相流體的固體顆粒的磨損機理進(jìn)行了研究，提出了三種模型。一是固體顆粒以較大的角度與壁面強烈沖擊而造成的沖擊損傷，這種損傷在陶瓷等脆性材料中容易發(fā)生。二是由于流道壁面附近的許多固體顆粒的長期反復(fù)沖擊而造成的疲勞損傷。三是固體顆粒比 較小的角度沿壁面運動而造成的切削損傷，它容易發(fā)生在韌性較好的金屬材料上。 磨損與固體顆粒的硬度有很大的關(guān)系，當(dāng)固體顆粒的硬度接近或超過壁面材料的硬度時，磨損急劇增加。當(dāng)液流的流速增加時，磨損也隨之增加，查有關(guān)資料介紹，沖擊損傷與流速的 2～ 6 方成正比，切削損傷于流速的 次方成正比。另外，液流中固體顆粒的含量增加時磨損也會增加。 防止沖擊損傷可以采用韌性材料，而增加材料的硬度可以減小切削損傷。目前常用的耐磨材料有高 Cr 鑄鐵，在介質(zhì)具有腐蝕時可以采用不銹鋼，鎳合金，鈦合金等。在流道內(nèi)橡膠襯里也是經(jīng)常采用的方 法。值得注意的是，陶瓷材料作為耐磨材料近年來獲得了廣泛的應(yīng)用。 第 3 章 徑向力與軸向力的平衡 在設(shè)計螺旋形泵時，通常認(rèn)為流體從葉輪均勻流出，并在渦室中做等速運動。因此，螺旋形渦室是在一定的設(shè)計流量下，為了配合一定的葉輪而設(shè)計的，在設(shè)計流量下，渦室可以基本上保證流體在葉輪的周圍做等速運動，因此葉輪周圍壓力大體上是均勻分布的，在葉輪上也不產(chǎn)生徑向力，葉輪和渦室是一致工作的。 然而，當(dāng)造成葉輪和渦室協(xié)調(diào)工作的條件 — 流離發(fā)生變化時，即泵在大流量或者是大于小流量下工作 時，葉輪和渦室協(xié)調(diào)的一致性就遭到破壞，在葉輪周圍流體流動速度和壓力分布變得不均勻，便形成了作用在葉輪上的徑向力。 在設(shè)計流量時，渦室內(nèi)的流體流動速度和流體流出葉輪的速度基本是一致的，因此從葉輪流出的流體能平順地流入渦室，所以在葉輪周圍流體的流動速度和壓力是分布均勻的，此時沒有徑向力，在小于設(shè)計流離時，渦室內(nèi)的流體流動速度一定減慢。但是，從葉輪出口三角形中可以看出，在小于設(shè)計流離時流體流出葉輪的速度不是減小，反而增加了，方向也發(fā)生了變化。一方面渦室里流動的速度減慢，另一方面葉輪出口處流動的速度增加，兩方面就發(fā) 生了矛盾，從葉輪里流出的液體，再不能平順地與渦室內(nèi)流體匯合，而是撞擊在渦室內(nèi)的流體上。撞擊的結(jié)果，使流出葉輪流體的流動速度下降到渦室里的流動速度，同時，把一部分動能通過撞擊傳給渦室內(nèi)的流體，使渦室里流體的壓力增高。流體從渦室前端流到渦室后斷的過程中，不斷受到撞擊，不斷增加壓力，致使渦室里壓力的分布曲線成為逐漸上升的形狀。壓力分布不均勻是行成徑向力的主要原因。 同樣的分析，也可以說明在大于設(shè)計流量時，渦室里流體壓力是不斷下降的。渦室里流體的壓力，對流出葉輪的流體其著阻礙作用，由于壓力的均勻，流體流出葉輪的速度 是不一致的，因此，葉輪周圍受流體流出的反沖力是不均勻的，這是形成徑向力的次要原因，這是伴隨壓力分布不均勻而產(chǎn)生的。 在計算軸和軸承時，必須考慮作用在葉輪上徑向力，因為泵不會總是在設(shè)計流量下工作在起動和停車時甚至要在流量下工作。 渦殼式離心泵的葉輪上的徑向力，可以用經(jīng)驗公式計算： P=(122d )HBD2? 式中 P —— 作用在葉輪上的徑向力（公斤） Q —— 實際工作流量 (m3/h) Qd —— 設(shè)計流量 (m3/h) H —— 泵的揚程（米） B —— 葉輪出口總寬度（包括前后蓋板） (米 ) D2 —— 葉輪外徑（米） ? —— 液體重度（公斤 /米 3） 如果在 50%的設(shè)計流量下進(jìn)行的話，則計算的結(jié)果如下： P=?() ?35?? ? ? 10 3 =1108 公斤 有時，徑向力會使軸產(chǎn)生較大的撓度，甚至使密封環(huán)、級間套和軸套產(chǎn)生研磨而損壞，同時，對于轉(zhuǎn)動著的軸，徑向力是個交變載荷，會使軸因疲勞而破壞。因此，消除徑向力和減輕徑向力對軸的作用的十分必要的。 將渦室分成兩個對稱的部分，既構(gòu)成平常所說的雙層渦室或雙渦室，在雙渦室里，雖然在每個渦室里的壓力分布仍是不均勻的，但由于兩個渦室相互對稱，作用 在葉輪上的徑向力是互相平衡的。 離心泵是泵產(chǎn)品中及其重要的一種，約占各種泵的 70%，其作用范圍是相當(dāng)?shù)拇?，而且?yīng)用面較廣，既然泵在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著如此巨大的作用，那么保證泵的順暢運行就顯得尤為重要了，但根據(jù)對離心泵的調(diào)查，離心泵故障停機檢修多半是由軸封失效和軸承損壞所至，而軸封和軸承壽命均與泵的軸向力的大小有密切的關(guān)系，因此，泵的軸向力的研究具有十分重要的價值，只有準(zhǔn)確的了解泵的軸向力的大小并掌握其變化規(guī)律，以致最終做到對軸向力大小的控制，才能恰當(dāng)?shù)倪x擇軸承和密封，使泵的運行可靠性得以 提高，從而減少泵的故障停機檢修，延長泵的壽命，提高泵的利用率，這無疑具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 長期以來，離心泵的軸向力一直是泵的行業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的問題，然而人們對離心泵軸向力認(rèn)識的現(xiàn)狀正象一些專著中所指的那樣，“軸向力既難準(zhǔn)確計算又難準(zhǔn)確測量”，目前，對于離心泵運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的軸向力的原因，認(rèn)識幾乎是一致的，但是按照不同的計算出的軸向力的值，有時還是相差很大的，在實驗臺上實測的軸向力甚至比最大計算值還要大很多，由于軸向力對離心泵的設(shè)計和運行質(zhì)量影響很大，因此，定量的了解軸向力的大小并盡可能的減小它，是 一個十分重要的問題。 分析泵內(nèi)的流體運動，應(yīng)在流體力學(xué)一般原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并考慮有關(guān)技術(shù)科學(xué)的部門，如水輪機、航空、壓縮機以及其他學(xué)科的實驗研究成果，葉片泵的理論基礎(chǔ)是直接由流體力學(xué)的基本原理推演出來的規(guī)律。從泵的技術(shù)發(fā)展觀點來看，液體運動的很多問 題是很有趣的，但還沒有充分的理論分析，主要是目前的數(shù)學(xué)、流體力學(xué)發(fā)展還不是很充分。 軸向力產(chǎn)生的原因是由于葉輪在液流內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，沿每個葉片的兩邊產(chǎn)生壓力差，所以，葉輪和液流產(chǎn)生力的相互作用。葉片對液流的壓力造成了液流的強制旋轉(zhuǎn)及其移動，增加了液流的壓力和速度，既增 加了機械能。同時，液流對葉輪的前后蓋板以及暴露于液流中的轉(zhuǎn)子其他部分均會產(chǎn)生力的作用，泵腔中運動流體對轉(zhuǎn)子壓力分布的積分結(jié)果表現(xiàn)為對轉(zhuǎn)子的一個很大的作用力，此力消除了徑向分量，還有軸向分量。根據(jù)目前為止的研究，一致認(rèn)為產(chǎn)生的軸向力有幾個方面的原因，意識離心泵葉輪的前后蓋板受液體壓力的面積的大小不等，前后泵腔中 液體的壓強分布也不盡相同，因此，作用于兩蓋板上的流體壓力以及作用于吸入口的流體壓力在軸向上不能平衡，造成軸向的分力，這個軸向的分力是軸向力的主要組成部分。二是由于液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其 速度大小及方向均不同，液體動量的軸向分量發(fā)生了變化。根據(jù)動量定理，在軸向作用了一個沖力，或稱為動反力，這個作用在葉輪上的力也是軸向力的組成部分。對于懸臂式葉輪，由于吸入壓力與大氣壓力不同而引起軸向力，其方向視具體情況而定，對于立式離心泵，轉(zhuǎn)子的重量也是軸向力的組成部分。 在大多數(shù)情況下，泵內(nèi)的軸向力值是比較大的。因此，必須設(shè)法平衡或者消除作用在葉輪上的軸向力，否則，它將使轉(zhuǎn)子竄動甚至與固定零件接