【正文】 一般來說，剛性軸的工作轉(zhuǎn)速。通常將單吸泵的軸設(shè)計(jì)成剛性軸，即泵的工作轉(zhuǎn)速低于 泵的臨界轉(zhuǎn)度。計(jì)算泵臨界轉(zhuǎn)速的目的就是為了使泵的工作轉(zhuǎn)速避開臨界轉(zhuǎn)速，以免泵在工作時發(fā)生震動。泵發(fā)生震動的臨界轉(zhuǎn)速有好幾個，這些臨界轉(zhuǎn)速由低到高依次稱為第一臨界轉(zhuǎn)速 nc1,第二臨界轉(zhuǎn)速 nc2 等等。當(dāng)泵軸的轉(zhuǎn)速逐漸增加并接近泵轉(zhuǎn)子的固有振動頻率時，泵就會猛烈的震動起來，轉(zhuǎn)速高于或低于這一 轉(zhuǎn)速時，泵就能平穩(wěn)的工作，但轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個較高的數(shù)值時，泵又會重新出現(xiàn)震動現(xiàn)象。因?yàn)? ?? 6 42 ?? ? ? ??? 軸材料的敏感系數(shù)： ? ?? 應(yīng)力集中系數(shù)按式： 1 ( 1 ) 1 ( 1 ) 8bkq?? ?? ? ? ? ? ? ? 1 ( 1 ) 1 2( 1 ) 6kq? ? ??? ? ? ? ? ? ? 所以查表的尺寸系數(shù) ??? 扭轉(zhuǎn)系數(shù) ??? 表面質(zhì)量系數(shù) ? ????? 則有綜合系數(shù)值： 1 1 . 4 8 11 3 . 9 1 2 . 90 . 8 3 0 . 4 8kK ??? ???? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 . 1 6 11 3 . 9 1 2 . 40 . 9 0 . 4 8kK??????? ? ? ? ? ? ? ? 26 由于碳鋼的特性系數(shù)為： ?? ?? ??? ?? ?? 取 ?? ? 于是計(jì)算安全系數(shù) caS 值有： 11430 0260 amamS KS K???????? ? ??? ? ???? ? ?? ? ? ?? ? ??? ? ? 2 2 2 2. 6 2 . 4 3 . 3 2 0 5 . 9 2 0 5 . 9 3 . 36 2 . 53 8 9 3 . 7 6 1 0 . 8 96 2 . 4 3 . 3ca SSSsSS?????? ? ? ? ? ???? 所以安全。 軸的計(jì)算應(yīng)力： 2 2 2 22( ) 2 8 9 . 2 ( 0 . 6 1 9 6 . 8 2 ) 4 8 . 80 . 1 5 2c a aMT MPW ?? ? ? ?? ? ?? 由于 40riGN ，調(diào)質(zhì)處理后 ? ?1 75 aMP?? ? 所以安全。 軸的校核 求軸上的 載荷 先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖。 1l 處用銑刀銑 87? 的裝聯(lián)軸器的鍵槽，6l 處用銑刀銑 108? 的裝葉輪的鍵槽。 由前知 min 35d mm d??（軸的結(jié)構(gòu)如圖 61） 圖 61 （ 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸向各段的長度和直徑 mmd 501 ? mml 1701 ? mmd 522 ? mml 232 ? mmd 553 ? mml 403 ? mmd 644 ? mml 2504 ? mmd 555 ? mml 205 ? mmd 536 ? mml 3806 ? mmd 487 ? mml 405 ? 其中 1d 處裝聯(lián)軸器， 2d 處裝軸承蓋和密封環(huán)， 3d 處裝軸承和圓螺母， 4d 處裝甩油環(huán)， 5d 裝軸承和機(jī)械密封等零件， 6d 裝葉輪， 7d 裝葉輪端蓋 螺母。這是機(jī)械平衡法，對 于小型泵，可用滾動球軸承來承受軸向力。 （ 3） 利用平衡葉片：在葉輪后蓋板的背面安裝幾條徑向筋片，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，筋片強(qiáng)迫葉輪背面的液體加快旋轉(zhuǎn)，偏心力增大，使葉輪背面的液體的壓力顯著下降，從而葉輪兩側(cè)的壓力達(dá)到平衡。此法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但增加了內(nèi)部泄露。 （ 2） 開平衡孔或裝平衡管：在葉輪后蓋板和吸入口對應(yīng)的地方沿圓周開幾個平衡孔，使該外流體能流進(jìn)葉輪入口，是葉輪兩側(cè)液體達(dá)到平衡，同時在葉輪后蓋板和泵殼之間，添設(shè)口環(huán)，其直徑與前蓋板口環(huán)直徑相同，而且液體流經(jīng)平衡孔時存在壓力降，前后蓋板的壓力降不能完全消除，仍有 10%~15%的軸向力未能平衡，為了平衡軸向力靠軸承 來平衡。由于雙吸式葉輪兩 側(cè)對稱所受壓力相等，故軸向力可以達(dá)到平衡，但由于鑄造上偏差和兩側(cè)口環(huán)磨損不同，仍有殘留不平衡軸向力存在，須由軸承來承受。為了減小軸的軸向負(fù)載和摩擦，除了小型單級泵和滾珠軸承承受軸向力之外，一般都設(shè)法采用液壓或機(jī)械的平衡措施。離心泵啟動時轉(zhuǎn)子向后串，就是這個原因。作用在右側(cè)的仍是按拋物線分布的壓力，因此兩側(cè)壓差 abcd 乘相應(yīng)的面積就是作用在葉輪上的軸向力，軸向力大小可按下式計(jì)算： 221 ()i w hF K H r r???? 式中： 1F 作用在葉輪 上的軸向力（公斤）； 21 iH 單級揚(yáng)程泵（米 .）； ? 液體重度（公斤 /米 3 ）； wr 葉輪密封環(huán)半徑（米）； hr 葉輪輪轂半徑（米）； K實(shí)驗(yàn)系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，當(dāng) 40 ~ 200sn ? 時 ~ ? 。 右側(cè)是在葉輪后蓋板上壓力分布情況，左側(cè)為在前蓋板上的壓力分布情況。下圖為一般單吸葉輪兩側(cè)的壓力分布情況。 徑向力： ? ?223231( ) 1 80 101()20 1 80 10p?? ???? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?? 即 ： 1502p? （ N） （當(dāng) dQ =Q 時，徑向力等于零；當(dāng) Q =0 時，徑向力 maxp =2022（ N）） 離心泵中軸向力的平衡及計(jì)算 軸向力的計(jì)算 離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時，在其轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個很大的作用力，由于此作用力的方向與離心泵轉(zhuǎn)軸的軸心線相平行，故稱軸向力。 徑向力的計(jì)算 當(dāng)葉輪和蝸室協(xié)調(diào)工作的條件 — 流量發(fā)生變化時，及泵在大流量或小流量下工作時，葉輪和蝸室協(xié)調(diào)一致就遭到破壞，在葉輪周圍流體和壓力分布變得不均勻便形成了作用在葉輪上的徑向力。 采用雙蝸殼結(jié)構(gòu)，分隔筋把液流分為兩部分，這兩部分又重新在共同的擴(kuò)散管匯合，這種結(jié)構(gòu)不能保證完全消除徑向力，此外，雙蝸殼結(jié)構(gòu)是鑄造清砂比較困難，因此對于小尺寸的泵不宜使用。 目前，可在泵結(jié)構(gòu)上依水力發(fā)平衡徑向力，把壓水室流道數(shù)目增加到兩個，讓每個流道包圍葉輪出口 180 度 ，可使徑向力對稱。 雙吸葉輪由兩個軸向?qū)ΨQ的葉輪構(gòu)成，軸向力相互平衡，所以不存在軸向力，但是單吸葉輪不具備像雙吸葉輪那樣的對稱性，由于作用在葉輪兩側(cè)的壓力不等，故有軸向力存在。 對于各斷面?zhèn)缺趦A角 ?? 相同時，則 B? 、 A? 僅計(jì)算一次，只要在方程中帶入 F? ，就可方便的計(jì)算對應(yīng)的 R? ，有了 R? 則可根據(jù)公式： ? ?3 s in1 s inr R r ??? ?? ??? ? 由 33 2 0. 42 2 10 80 16 .8 /VV K gh m s? ? ? ? ? ? 所以有： 28 31 20 2 9 7 6 .21 6 .8QF m mV? ? ? 圓整為： 2976mm2 基圓半徑： ? ? ? ?23 2441 . 0 3 1 . 0 5 1 . 0 3 1 . 0 5 1 2 5 . 6 6 1 2 8 . 122Dr ? ? ? ? ? ? 17 壓水室入口寬度： 3 2 20 .0 5 1 5 0 .0 5 2 4 4 2 7 .2b b D m m? ? ? ? ? ? 圓整后： 3b? 27 取各斷面?zhèn)缺趦A角 5or?? 則有： s in s in 5 0 . 0 81 s in 1 s in 5ooA ? ?? ?? ? ??? ? ?? ?2290 90 52 1 c os 2 4 8360 360 8 1 8 c os 5 8o oooB A A A? ?? ??? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 2 23 3 883 4 2 7 2 7 4 0 . 0 8 2 9 7 6 1 2 5 2 2 52 2 0 . 0 8b b B FRr B? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 圓整為： 8R? 225mm ? ? ? ?3 s in 2 2 5 1 2 5 0 . 0 5 51 s inr R r m m??? ?? ?? ? ? ? ? ?? 所以?。? r?? 5mm 因?yàn)榘藗€斷面夾角分別相差 45o ，所以有： 第七斷面： 787 26048FF?? 2 23 3 773 4 2 7 2 7 4 0 . 0 8 2 6 0 4 1 2 5 2 0 02 2 0 . 0 8b b B FRr B? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 第六斷面： 686 22328FF?? 2 23 3 673 4 2 7 2 7 4 0 . 0 8 2 2 3 2 1 2 5 1 9 42 2 0 . 0 8b b B FRr B? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 第五斷面： 582 23 3 5535 186084 27 27 4 186 0 125 1812 2 FFb b BFRrB??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 第四斷面： 18 482 23 3 4434 148884 27 27 4 148 8 125 1752 2 FFb b BFRrB??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 第三斷面： 382 23 3 3333 111684 27 27 4 111 6 125 1622 2 FFb b BFRrB??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 第二斷面： 282 23 3 2232 74484 27 27 4 744 125 1502 2 FFb b BFRrB??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 第一斷面： 182 23 3 1131 37284 27 27 4 372 125 1382 2 FFb b BFRrB??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 19 5 離心泵徑向力、軸向力的平衡及平衡裝置的設(shè)計(jì) 離心泵徑向力的平衡及平衡裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 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)設(shè)計(jì)取 3V =； H泵的 一級揚(yáng)程。速度系數(shù)法是建立在相似理論的基礎(chǔ)之上的，并已對現(xiàn)有的性能良好的離心泵壓水室進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的 基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，螺旋式壓水室斷面的面積大小，由所選取的壓水室內(nèi)液體的流動速度決定。紊流摩擦速度的分布趨向于平坦，因而近似計(jì)算對于低比轉(zhuǎn)速泵無顯著影響 。基于上述考慮 b3=b2+ 130sn ? 的離心泵，螺旋式壓水室其它各斷面的形狀和第八斷面相似，中間斷面有時采用近似計(jì)算 即： 08360FF? ??? 這說明沿壓水室 各斷面的平均速度相同，并且都等于第八斷面的平均速度。為此，需要確定螺旋壓水室入口寬度 3b ， 3 2 20 8360b b DFF? ?????與葉輪出口 2b 及葉輪出口直徑有關(guān)，加大入 口寬度 3b 對 葉輪裝配有力，因?yàn)榧哟?3b ，可避免葉輪安裝時對壓水室軸線的過高精 15 度要求。當(dāng)出口斷面面積必須增大時，可利用具有突然擴(kuò)大的臺階的擴(kuò)散管，其工作性能優(yōu)于加長擴(kuò)散管。擴(kuò)散角過大，會導(dǎo)致邊界層內(nèi)液體脫離，增加水力損失。擴(kuò)散管的進(jìn)口即為第八斷面，擴(kuò)散管出口即為圓形，出口圓的選擇，應(yīng)使其中流速符合經(jīng)濟(jì)流速，并符合管道標(biāo)準(zhǔn)直徑。根 據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，選擇螺旋式壓水室，其有比較完善的過流行狀，其適應(yīng)性較廣，泵的高效區(qū)較寬。因此，壓水室設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將在很大程度上決定泵的完善程度。液體從葉輪中流出的速度是很大的，但液體進(jìn)入下一級葉輪（或進(jìn)入壓水管道中）不要求其速度降到葉輪入口要求的速度，因此，在 離心泵中壓水室要在水里損失最小的前提下完成以下任務(wù)：為在葉輪內(nèi)形成穩(wěn)定的相對運(yùn)動的條件，必須保證液體在壓水室中的流動是軸對稱的；把從葉輪流出的高速度的液體收集起來，并將液體的大部分動能轉(zhuǎn)化成壓能，然后，輸送到壓水管路或輸送到下一級葉輪入口，而且能量轉(zhuǎn)換過程中不能破壞液體在壓水室的軸對稱流動；消除速度環(huán)流 。 圖 41 14 壓出室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 壓水室的作用和要求 壓水室是指葉輪出口到泵出口法蘭（對節(jié)段式多級泵是到次級葉輪進(jìn)口前，對水