【正文】 輪輪轂處有離心力所引起的應(yīng)力變形可近似地按照下面公式計算： D=Dc (43) 式中 E ——彈性模數(shù)（MPa），對于鑄鐵E= Dc ——葉輪輪轂平均直徑（厘米）,Dc=6cm D ——由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形（厘米）， D應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈min ,即D〈min D=Dc =106 =葉輪與軸配合的最小公盈min= ,符合條件。葉輪的直徑為300mm ，考慮到渣漿泵的耐磨性，可取蓋板的厚度為10mm . 葉輪蓋板厚度表葉輪直徑（mm）100～180181～250251～520520蓋板厚度(mm)4567為了擴大葉輪流道的有效過流面積，希望葉片越薄越好；但如果葉片選擇的過于薄，在鑄造上有一定的困難，而且從強度方面考慮，葉片也需要有一定的厚度。計算分析表明，對于旋轉(zhuǎn)圓盤來說，圓周方向的應(yīng)力應(yīng)該是主要的，葉輪圓周方向的速度于圓周方向的應(yīng)力近似的滿足以下的關(guān)系： =104 (41)式中 ——葉輪材料的重度（MPa），對于鑄鐵葉輪來說=.0073（MPa），對于鑄鋼來說=（MPa），對于銅葉輪來說=（MPa）； ——葉輪圓周速度（m/s）g ——重力加速度，一般取980（cm/s2）===所以 =104（）2 = 66 而許用應(yīng)力[]=250～350，因此滿足條件，經(jīng)驗表明鑄鐵葉輪的圓周速度可以最高可以達到60m/s左右，因此，單級揚程可以達到200m左右，鑄鋼葉輪的圓周速度可以達到110m/s左右，因此，單級揚程可以達到650m/s左右。葉輪的強度可以分為葉輪蓋板的強度、葉片強度和輪轂強度的計算離心泵不斷的向高速化方向發(fā)展，當泵的轉(zhuǎn)速提高后，葉輪因離心力而產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之提高，當轉(zhuǎn)速超過一定的數(shù)值后，就會導致葉輪的損壞。一般，把零件抵抗變形的能力叫剛度，把零件抵抗破壞的能力叫做強度。因此要進行校核，但由于泵的一些零部件形狀不規(guī)則用一般的材料力學的公式難以解決這些零部件的強度和剛度問題。因此只能用實驗研究測量其準確性?，F(xiàn)行的一些計算公式是在經(jīng)過適當簡化后得出的，雖然它們各自在不同側(cè)面突出了問題的主要方面，但均不能準確的表達軸向力，只能對軸向力的大小做出大小的估計。因此，為了達到同樣的平衡，希望適當?shù)販p小背葉片的外徑而增加其寬度，為了減小背葉片消耗的功率，計算中的背葉片的寬度可以事先給定。采用背葉片平衡軸向力需要消耗一些功率，但是通常認為這個功率值不會超過采用平衡孔所產(chǎn)生的泄露量而消耗的功率。很明顯，第一種方法會使泵的容積損失增加一倍，而在密封環(huán)磨損時，容積損失還要加大。為了保證完全軸向力，還必須采取一定的措施。采用卸荷管的方法在結(jié)構(gòu)上比采用平衡孔的方法要好，但結(jié)構(gòu)復雜，采用平衡孔后流經(jīng)后蓋板上的平衡孔的液體流動方向與葉輪入口處液流的方向相反，破壞了葉輪入口處的液流分布。但是，按目前的觀點，只有在降低離心泵效率的情況下才能做到這一點。但由于軸向力通常較大，用止推軸襯來平衡就會使結(jié)構(gòu)復雜。在大多數(shù)情況下，泵內(nèi)的軸向力值是比較大的。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。根據(jù)目前為止的研究，一致認為產(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。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。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、流體力學發(fā)展還不是很充分。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識的現(xiàn)狀正象一些專著中所指的那樣，“軸向力既難準確計算又難準確測量”，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。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。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=(1)HBD2 (31)式中 P ——作用在葉輪上的徑向力（kg） Q ——實際工作流量(m3/h) Qd ——設(shè)計流量(m3/h) H ——泵的揚程（m） B ——葉輪出口總寬度（包括前后蓋板）(m) D2 ——葉輪外徑（m） ——液體重度（kg/m3）如果在50%的設(shè)計流量下進行的話，則計算的結(jié)果如下：P=() 3 =1108 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。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。壓力分布不均勻是行成徑向力的主要原因。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。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。然而，當造成葉輪和渦室協(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。第3章 徑向力與軸向力的平衡在設(shè)計螺旋形泵時，通常認為流體從葉輪均勻流出，并在渦室中做等速運動。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。另外，液流中固體顆粒的含量增加時磨損也會增加。磨損與固體顆粒的硬度有很大的關(guān)系，當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。二是由于流道壁面附近的許多固體顆粒的長期反復沖擊而造成的疲勞損傷。Roco對輸送兩相流體的固體顆粒的磨損機理進行了研究，提出了三種模型。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。另外，護板裝入護套后應(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。為了保證泵的性能，隨著要求輸送濃度的增加，護套斷面的尺寸應(yīng)加大，以減小護套的流速和阻力，如果護套的寬度不變，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。護套的性能：護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，護套的阻力隨濃度的增加而增加，尤其是重型泵。 泵體斷面圖螺旋形渦室斷面尺寸標注法： 螺旋形渦室斷面（6）護套的設(shè)計護套的斷面形狀：由于葉輪出口處較寬、前后蓋板厚度較大，加之有背葉片，也就決定了護套的進口寬度較大。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。作擴散管部分。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。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。低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可取為正方形，取夾角為32176。到40176。梯形兩邊的延長線的夾角不大于60176。作渦室8個斷面的位置，個斷面間夾角均為45176。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。F1 =Ⅷ=F2 =Ⅷ=F3 =Ⅷ= 103F4 =Ⅷ=F5 =Ⅷ=F6 =Ⅷ=F7= Ⅷ=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。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，隔舌的磨損相當嚴重，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，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。 C1 ——系數(shù)，C1=5—20，渣漿泵取大值。（6）背葉片的磨損：由于葉片的轉(zhuǎn)動，背葉片的區(qū)域內(nèi)不會出現(xiàn)大顆粒固體，但細小的顆粒濃度隨半徑增大而增加，所以背葉片的厚度由小半徑到大半徑遞增，背葉片的磨損比葉片磨損輕，可較薄，葉輪前端間隙磨損后，泄露量會增加，前背葉片區(qū)域也會出現(xiàn)大顆粒固體，加快背葉片的磨損，所以所設(shè)計前背葉片的厚度比厚背葉片的厚度大。故后背葉片的高度： h1=(—)b2 (231)b2 =36mm,取h1 =10mm前背葉片的高度：h2 = (—) h1 葉片投影取h2 =4mm （4）背葉片的形狀：設(shè)計采用楔形的平面形狀。（3）背葉片高度：通常為了保證泵的性能，將前端間隙調(diào)至最小，這樣，后背葉片與后蓋板的間隙增大，為了使后背葉片有較好的密封效果，其高度應(yīng)較前背葉片大，一般為前葉片的高度的兩片以上。 式： ( 230) 式中 k = =25o =20o r1 ——葉片出口直徑r2 ——葉片進口直徑 ——葉片包角計算得k=因此 ( 231)將包角六等===65o==分別帶入公式得：=50mm=58mm=70mm=116mm=148mm根據(jù)以上的數(shù)據(jù)繪葉片投影如下：1背葉片的設(shè)計：（1）背葉片的作用： 背葉片可減小填料處的壓力，有利于填料密封，并可以減小泵的軸向力。1葉片繪圖當葉輪主要幾何尺寸確定后，即可進行葉片繪型。葉輪入口后蓋板處的形狀對減小該處的磨損有明顯的影響。由兩相流理論推導出的計算式在實踐中的效果良好，可以滿足泵的要求。 ?！?0176?！淇捎上率竭M行計算： tg′= ( 225)式中 u1 ——計算點液體的圓周速度(m/s) Vu1 ——計算點液體絕對速度的圓周分量(m/s) Vm1——計算點液體的軸面速度(m/s)對于直錐形吸入室Vu1=0 u1= ( 226) = = m/s Vm1= ( 227)式中 —容積效率，—， —排擠系數(shù)，取= N=所以 Vm1 = =tg′==所以′=10o=′+ =10