【正文】 度校核 軸的扭轉(zhuǎn)條件為： []R Mpa 式中 ――扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ Mpa） T ――軸所受的扭矩（ Nm） WT ――軸的抗扭截面系數(shù)（ mm3） N ――軸的轉(zhuǎn)速 （ r/min） P ――軸傳遞的功率（ Kw） d ―― 計算截面處軸的直徑（ mm） 查 45 號鋼的許用應(yīng)力 []R 30Mpa 則 Mpa 30Mpa,所以泵軸滿足扭轉(zhuǎn)強度的要求。 目前，一般低壓和中壓泵的渦室均以鑄鐵制造，實踐表明，如果泵體的壁厚超過了 40 毫米，在鑄造時容易產(chǎn)生疏松現(xiàn)象。所以，渦室除了應(yīng)有足夠的強度和良好的工藝性以外，為了 保證運轉(zhuǎn)的可靠性，還必須有足夠的剛度。下面介紹渦室的計算方法。 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 . 表 4― 1 葉輪蓋板厚度表 葉輪直徑（ mm） 100～～～ +1 +1 所以選葉片的厚度符合強度要求 輪轂強 度的計算 對于一般離心泵，葉輪和軸是動配合，大型鍋爐給水泵和熱油泵等產(chǎn)品，葉輪和軸是靜配合，為了使輪轂和軸的配合不松動，在運轉(zhuǎn)時由離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸和葉輪配合的最小公盈，在葉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 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。在計算的過程中可以把葉輪簡化為一個圓盤（即將葉片對葉輪概板的影響忽略不計）。為了提高泵的使用性能和壽命，應(yīng)該盡量使這些尺寸大些，但另一方面，在實際中，又希望泵的零件盡可能的小，而且成本低，所以在設(shè)計的過程中， 要滿足這兩方面的矛盾，合理的確定離心泵的零件的尺寸和材料，這樣既滿足要求，又可以合理的使用材料的。在工作過程中， 離心泵零件受外力的作用，使零件產(chǎn)生變形和破壞，而零件依靠自身的尺寸和材料性能來反抗變形和破壞。 第 4 章 離心泵主要零部件的強度計算 引言 對于離心泵的零件，特別是對過流部件來說，耐汽蝕、沖刷化學(xué)腐蝕和電腐蝕也是十分重要的。用背葉片平衡軸向力的公式同樣是如此，也是建立在 許多假設(shè)和經(jīng)驗的公式上的，同樣不能精確的描述背葉片平衡軸向力的真實情況。 通過分析軸向力產(chǎn)生的原因及理論計算方法，闡明了要從理論上準(zhǔn)確計算離心泵的軸向力在目前還是可能的。該功率值與背葉片外徑的平方成正比，與背葉片的平均寬度成正比。第二種方法需要一定的附加功率，此附加功率并不隨時間變化，對輸送含有固體雜質(zhì)的流體的流體來 說，這種方法比第一種方法更為經(jīng)濟而有效。第二種法是在后蓋板上加背葉片，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，用背葉片減小葉輪和泵體間腔室內(nèi)的壓力。著兩種方法都會增加容積損失。 在單級離心泵內(nèi)，通常采用下述兩種方法之一來減小或者是消除軸向推力，第一種方法是在單吸葉輪后蓋板上也設(shè)密封環(huán)，這樣在葉輪背面形成一個平衡室，室內(nèi)壓力通過后蓋板上的平衡孔或者專用的回水管與葉輪入口壓力平衡，平衡孔總面積或卸 荷管斷面應(yīng)比密封環(huán)間隙面積大四倍。所以，最好的辦法是用水力方法來平衡部分或者是全部軸向力。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觸，造成零部件損壞，如果止推軸襯能可靠地受軸向推力，這將是最有效的解決方法。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。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。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。 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。 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。 軸向力及其分析 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。因此，消除徑向力和減輕徑向力對軸的作用的十分必要的。 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。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。 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。 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。 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。繪型具體步驟如下： 在平面圖上畫出坐標(biāo)軸，并作基圓。 （ 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。 （ 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???????????? 2 由兩相流原理得： ???????????? 3 V3fV3s uei????????????? 4 聯(lián)立兩式 V3f V3s F3f 103m2 F3s 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。 （ 3）隔舌安放角的設(shè)計： 隔舌不僅對泵的性能，而且對護套的抗磨性有顯著的影響。 壓水室的設(shè)計 （ 1）基圓直徑 D3 D3 （ ― ） D2 故取 D3 330mm （ 2）進口寬度 b3： b3 （ b2++）， ――葉輪前后板的厚度，包括前后背葉片的厚度。 （ 5）背葉片的寬度：背葉片的寬度取 6mm 。背葉片出口附近的線速度及濃度較高，為了減小該處與對應(yīng)的前后護板處的磨損，背葉片出口附近有一定的傾斜度，傾斜范 圍又葉輪半徑的到葉輪外圓，出口處背葉片的高度為總高度的到。 （ 2）背葉片的片數(shù)： 背葉片通常取 8― 13 枚，或者為葉片數(shù)的兩倍，由于葉輪片的數(shù)目為 5，因此取背葉片的數(shù)目為 10。葉片采用變角螺旋線型，其特點是數(shù)學(xué)模型簡單，葉片包角可自由選擇，并在任意包角下保持葉片角的均勻變化，便于優(yōu)化設(shè)計，其線型符合葉輪中固體的運動的軌跡，損失小，磨損均勻，是目前最 新型的圓柱型葉片。高硬度耐磨材料，葉輪入口后蓋板應(yīng)該有凸出的、由光滑圓弧形成的輪轂頭。 o+ 式中 3o― 10o o 式中 r1 ――葉片出口直徑（ mm） o 130o 葉片厚度 通常取 2― 4mm 計算葉片出口圓周厚度： 式中 ――葉輪出口軸面截線與流線的夾角，常取 70o― 90o,取 80o 4 前、后蓋板的形狀和厚度 葉輪的蓋板的 磨損較為嚴(yán)重，尤其是后蓋板與葉片進口邊相交處，暫取前、后板的厚度均為 8mm，設(shè)計葉輪入口處前蓋板的軸面為一個圓弧，可有效減小脫流，并減小渣漿對后蓋板的沖擊。 葉片包 角 為保證葉片安放角線性變化，或者變化較為平緩，包角對應(yīng)不同比轉(zhuǎn)數(shù)的泵有不同的最佳值。′可由下式進行計算： tg′ 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 m/s Vm1 式中 ―容積效率，一般取 ― ，這里取 ―排擠 系數(shù)，取 N 所以 Vm1 tg′ 所以′ 10o ′ + 10o+15o 25o 葉片出口安放角 在確定葉片出口角時應(yīng)考慮泵的比轉(zhuǎn)數(shù)、對特性曲線形狀的要求以及流道的擴散程度等。 查資料的經(jīng)驗公式來確定 D2： 對于 N 5, D2 對于 N 4, D2 對于 N 3, D2 Du 所設(shè)計的渣漿泵的 N 5 D2 圓整取 D2 300mm 葉片的進口寬度 b1 出口寬度 b2 渣漿泵葉輪葉片一般作成等寬度葉片，主要考慮固體顆粒的通過性能，為了考慮固體顆粒堵塞流道和減輕磨損，所設(shè)計的渣漿泵葉片出口處的寬度 b2 略大于 b1，一般 b2 可用下式進行計算： b2 kb2 ????????? 12 式中 kb2―系數(shù)， kb2 ― ，輕型渣漿泵取小值，重型渣漿泵取大值。 葉輪出口直徑 D2 ： 葉輪出口直徑 D2 的大小不但直接影響泵的揚程，而且對泵的效率也有很大的影響，因為壓力室的水力損失大小直接與葉輪出口的絕對速度有關(guān)。 Qf 63 Vf Vs VfUei 葉輪進口處固體流動的當(dāng)量直徑： Ds ????????????? 7 式中 Qs―固體的流量（假定） Qs f??????????????? 8 Ds 葉輪進口處液體流動的當(dāng)量直徑： Df ??????????? 9