【正文】 軸向力的產(chǎn)生離心泵運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)動部件受到一個與軸線平行的軸向力。用導(dǎo)葉雖能平衡徑向力，但泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化了。因此它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大，同時也隨著揚程的增加而增大[5]。 第七章 軸向力徑向力平衡計算 軸向力及其平衡 徑向力的計算壓水室是渦室的泵，在偏離設(shè)計工況時的徑向力可按式91[5]計算N (71)式中 ——偏離設(shè)計工況時的徑向力 (N)； ——包括前、后蓋板的葉輪出口寬度，取 ＝； ——實驗系數(shù)，查取得 ＝。本泵擴(kuò)散角選取12176。擴(kuò)散角過大，會導(dǎo)致邊界層內(nèi)液體脫流，增加水力損失。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角一般取8176。液體離開蝸室后進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管中，80％～85％的動能轉(zhuǎn)化為壓力能。本設(shè)計中，?。?00第一斷面尺寸：mm ，mm；第二斷面尺寸：mm ，mm；第三斷面尺寸：mm ，mm；第四斷面尺寸：mm ，mm；第五斷面尺寸：mm ，mm；第六斷面尺寸：mm ，mm；第七斷面尺寸：mm， mm；第八斷面尺寸：mm ，mm。蝸室最大斷面（即第Ⅷ斷面）處的面積FⅧ：Ⅷ （6—3）Ⅷ㎡由于液體是從葉輪中均勻流出的，故蝸室各斷面面積也均勻第變化，可按下式計算各斷面面積：第一斷面面積：ⅠⅧ ，Ⅰ；第二斷面面積：ⅡⅧ ，Ⅱ；第三斷面面積：ⅢⅧ ，Ⅲ；第四斷面面積：ⅣⅧ ，Ⅳ；第五斷面面積：ⅤⅧ ，Ⅴ；第六斷面面積：ⅥⅧ ，Ⅵ；第七斷面面積：ⅦⅧ ，Ⅶ。蝸室中的液流速度可按下式計算： （6—2）式中：——蝸室0點處第Ⅷ斷面液流速度，m/s；——蝸室中的速度系數(shù)。螺旋形壓出室主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，制造比較方便，泵性能曲線高效率區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率變化比較??；缺點是單蝸室泵在非設(shè)計工況運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡的徑向力，蝸室斷面面積對泵的性能影響很大，泵比轉(zhuǎn)速越小，影響越大，比轉(zhuǎn)速越大，影響越小。直錐形吸入室出口直徑與葉輪進(jìn)口直徑相同，所以㎜，通常進(jìn)口直徑比出口直徑大7%～12%，故取其值為90㎜，在允許的錐度（約在718范圍內(nèi)）取，確定直錐式吸水室的軸向長度為㎜。本設(shè)計采用直錐形吸入室。其作用是以最小的流動損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并且要求液流在葉輪進(jìn)口處具有較為均勻的速度分布。在液體由吸入管進(jìn)入葉輪的流動過程中，流速要發(fā)生變化，特別是流速分布要進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)液體在葉輪內(nèi)的運動情況。它是液體進(jìn)入離心泵經(jīng)過的第一個構(gòu)件。本次吸水室采用錐管吸水室，如圖錐管吸水室廣泛用于單級懸臂離心泵上，其水力性能好，結(jié)構(gòu)簡單，速度分布從進(jìn)口到水泵葉輪進(jìn)口逐步均勻變化，其出口直徑與進(jìn)口直徑相同，入口直徑比出口徑大7%~10%，而入口的經(jīng)濟(jì)流速在3m/s左右，允許錐度為，這樣就可以確定該吸水室的尺寸。 吸水室尺寸確定離心泵吸水室是指泵進(jìn)口法蘭至葉輪進(jìn)口前泵體的過流部分，吸入室設(shè)計的好壞影響到水泵的抗空化性能。梯形斷面見圖51。斷面高度HH7……，圓角半徑rr7……，側(cè)劈斜度等，均應(yīng)如前所述，隨著包角的減小而有規(guī)律的減小。蝸形體外壁如系弧線，則其圓弧半徑RR、R6……應(yīng)隨斷面包角的減小而有規(guī)律的增大，且應(yīng)使O斷面處為直線。先確定基圓直徑D3和蝸形體進(jìn)口寬度b3，以b3為底邊，作等腰梯形，此梯的二斜邊的斜度應(yīng)符合，并令其面積略大于Ⅷ斷面面積AⅧ，然后將梯形圓角的取大一些，使圓角后的梯形面積等于Ⅷ斷面的計算面積AⅧ，Ⅷ斷面即算作成。設(shè)計計算擴(kuò)散管的長度L和壓出口直徑Dy時，原則上長度L應(yīng)盡可能小，并應(yīng)照顧到泵壓出口法蘭尺寸符合法蘭標(biāo)準(zhǔn)，法蘭位置適當(dāng)，便于加工和裝拆法蘭螺栓。蝸形體擴(kuò)散管部分的作用在于降低泵壓出口的液流速度，使液體一部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，減少壓出管路的水力損失。因此這種斷面適用于大型的額壓力高一些的泵上，這種情況下，液體出了葉輪后經(jīng)過擴(kuò)散導(dǎo)葉再進(jìn)入圓形斷面。3）圓形斷面：如果葉輪出口后即是圓形斷面，中間沒有過渡區(qū)，則由于圓形斷面在葉輪出口處突然擴(kuò)大，這對泵的水力性能是不利的。它的工藝性最好，且斷面比較容易打磨或加工，用于材料為鑄造收最不易光潔的鋼或不銹鋼而又要求很光潔的蝸形體上是最適宜的。1）梯形斷面：梯形斷面結(jié)構(gòu)簡單，水力性能好，是蝸形體斷面中用的最廣的一種。為達(dá)到上述要求，壓水室在設(shè)計中要做到：1）壓水式的水力損失占整個泵中的損失的很大一部分，為此壓水室中的水力損失應(yīng)盡量??；2）盡可能使水流量軸對稱，提高泵運行的穩(wěn)定性；3）具有足夠的強(qiáng)度，較好的經(jīng)濟(jì)性及公益性，并考慮到泵布置的要求。 壓水室的作用 1）將葉輪中流出的液體收集起來送往下一級葉輪或管路系統(tǒng)；2）降低液體的流速，實現(xiàn)動能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體往下一級葉輪或管路系統(tǒng)中的損失。（3）半開式葉輪。葉輪按蓋板形式分為三類：（1）封閉式葉輪。葉輪按吸入的方式分為二類：（1）單吸葉輪（即葉輪從一側(cè)吸入液體）。（2）斜流式葉輪（混流式葉輪）液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪。葉輪的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能(主要增加靜壓能)。第五章 葉輪的選擇及繪型 葉輪選擇 葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實驗。本設(shè)計中取28176。對高比轉(zhuǎn)速的泵，可以取得小些，對低比轉(zhuǎn)速的泵，可取得大些。～30176?！?0176。 葉輪外徑葉輪外徑是決定泵性能的最主要水力參數(shù)之一。包角確定后，在繪型時還有根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)男薷摹！?50176。 葉片包角的確定包角就是葉片入口邊與圓心的連線和出口邊與圓心連線間的夾角。+13176。tan 176。～40176?！?3176。葉輪入口處的葉片安裝角比相對速度液流角增大了的角度，這個角度叫做沖角，以表示。 葉片入口安裝角葉片入口安裝角就是在葉片入口處，葉片工作面的切線（嚴(yán)格地說，應(yīng)該是在流面上葉片骨線的切線）與圓周切線間的夾角。計算時，一般取～，低比轉(zhuǎn)速的小泵取大值。 葉片入口軸面速度 （4—10）式中，——葉片入口排擠系數(shù)。一般情況可按下表選取。本設(shè)計中取。 葉片入口邊直徑在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片入口邊直徑，葉片入口邊直徑一般可按比轉(zhuǎn)速ns確定。 葉輪進(jìn)口直徑葉輪入口速度： （4—4）式中，——葉輪入口速度，m/s；K0——葉輪入口速度系數(shù)； 對懸臂式離心泵葉輪，入口直徑可由流體力學(xué)公式求得： （4—5）由（4—5）式得： （4—6）式中，qVT——理論流量，qVT大于設(shè)計流量qV，因為通過葉輪的流量中有一部分經(jīng)密封間隙返回葉輪入口，造成容積損失。葉輪配合的直徑d3，比d1小一級，本設(shè)計取30mm。最小軸徑d確定，考慮托架結(jié)構(gòu)，推算安裝滾動軸承處軸徑d1，d1比d大一級，并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，本設(shè)計取35mm。 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件： （4—2）式中：——最大切應(yīng)力，MPa；Wt——抗扭截面系數(shù)， ——許用應(yīng)力，MPa；對于實心軸： （4—3）式中：d——軸徑，㎜。1） 泵軸轉(zhuǎn)速不高，輸送介質(zhì)的溫度壓力不高時，用碳素鋼；2） 泵軸轉(zhuǎn)速高，輸送介質(zhì)的溫度壓力高時，選用機(jī)械強(qiáng)度比較高的合金鋼。本設(shè)計中，確定預(yù)設(shè)計的泵的為72%。 水力損失和水力效率通過葉輪的有效流體（除掉泄露）從葉輪中接收的能量，也沒有完全輸送出去，因為流體在泵的過流部分的流動中伴有沿程摩擦損失和葉片進(jìn)出口沖撞、脫流、漩渦等引起的局部損失，從而要消耗掉一部分能量。容積損失和比轉(zhuǎn)速有關(guān)，隨著比轉(zhuǎn)速的增大，容積損失逐漸減少。需要說明的是，在泵的流量變小時，其泄露量的相對值要增大。容積損失主要發(fā)生在密封環(huán)處、平衡軸向力裝置處、密封裝置處。由于泵中轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間存在間隙，因而當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，必然有一部分流體從高壓側(cè)通過間隙流向低壓側(cè)。上述三種損失功率之和稱為機(jī)械損失，其大小用機(jī)械效率來衡量。 機(jī)械損失和機(jī)械效率原動機(jī)傳到泵軸上的功率，首先要花費一部分去克服軸承和軸封的摩擦損失，然后還要花費一部分去克服葉輪前后蓋板外側(cè)與流體間的圓盤摩擦損失。因此，要想提高泵的效率就必須在設(shè)計、制造及運行等各個方面注意減少各種損失。多級泵揚程可達(dá)300m以上，工作壓力一般10105Pa；④ 功率范圍很大，一般在500kw以內(nèi)，最大可達(dá)1000kw以上；⑤ 效率較高，～，在額定流量下效率最高，隨著流量變化效率降⑥ 單級揚程一般為5～7m，最大可達(dá)8m以上。離心泵基本工作性能特點[5]：① 轉(zhuǎn)速高，通常為1500r/m～3000r/m或更高，流量均勻；② 流量隨揚程而變化，流量范圍大，通常10～350 m3/h，最大流量可達(dá)10000 m3/h以上；③ 揚程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚程。多級泵則用于主輸泵的并聯(lián)操作，根據(jù)需要的揚程選擇多級泵的級數(shù)。在構(gòu)造上，水利管道所用離心泵一般為單級雙吸，兩級雙吸，多級單吸幾種。 (33) 泵水力機(jī)構(gòu)及方案水利管道上的主要用泵從用途上可分為給水泵和主輸泵兩種。N=29503415r/m。按汽蝕要求確定比轉(zhuǎn)速時： （3—2） 式中，C——汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，C=80。 設(shè)計體積流量。 泵轉(zhuǎn)速確定泵轉(zhuǎn)速時應(yīng)考慮下面因素[3]：① 泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此，應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；② 轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來確定；③ 確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動機(jī)的種類（電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)）和傳動裝置（變速傳動等）；④ 提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式 可知，轉(zhuǎn)速和汽蝕基本參數(shù)和有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。 泵排出口徑低揚程泵，取與吸入口徑相同[3]。 ——泵吸入口流速。綜合考慮，取泵吸入口的平均流速vs=3m/s。從制造方便考慮，大型泵流速取大些，以減小泵的體積，提高過流能力。 泵進(jìn)出口直徑 泵吸入口徑泵吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。滾動軸 承在離心泵中起著很重要的作用，它主要用于支承轉(zhuǎn)子。軸要有足夠的強(qiáng)度、硬度和幾何精度，將對密封性能的不良影響降低到最低程度，最大限度的減少摩擦損傷和危險性。3)泵軸泵軸的作用是支持和固定葉輪等回轉(zhuǎn)體，帶動葉輪在正確的工作位置 做高速旋轉(zhuǎn)并傳遞驅(qū)動功率的元件，所以它是傳遞機(jī)械能的主要元件。由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速旋轉(zhuǎn)的液體流速漸下降，是部分動能有效的轉(zhuǎn)換成靜壓能。2)泵殼（泵體、泵蓋） 泵體作用是將葉輪封閉在一定空間內(nèi)，以便由葉輪作用吸入和排除流體。（3）半開式葉輪。葉輪按蓋板形式分為三類：（1）封閉式葉輪。葉輪按吸入的方式分為二類：（1）單吸葉輪（即葉輪從一側(cè)吸入液體）。（2）斜流式葉輪（混流式葉輪）液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪。葉輪的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能(主要增加靜壓能)。1)葉輪葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實驗。 單級單吸離心泵的基本構(gòu)造是由七部分組成的，分別是：葉輪，泵體（即泵體和泵蓋），