【正文】 具有結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用低廉，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于有一定量的泄露和在高速下效果差等問題，使用領(lǐng)域日益縮小。機(jī)械密封具有液體泄露量小，工作安全可靠，壽命長的優(yōu)點(diǎn)（相對填料密封）。今后的發(fā)展很可能集中在采用上游式泵送和磁性流體密封或是類似的技術(shù)來提高密封系統(tǒng)功能的完整性。 泵用材料體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；（1） 鑄鐵作為一般場合中的首選泵用材料真在被不銹鋼取代；（2） 塑料近年來在泵用材料中國顯示了突出的作用；（3） 陶瓷材料在泵零件中使用正在日益增大；（4） 涂覆技術(shù)和材料的表面處理技術(shù)對于改善泵的流動(dòng)特性，耐腐蝕，耐磨性方面變得日益重要。這兩方面研究即屬于應(yīng)用研究范圍，有能豐富泵的基礎(chǔ)理論和技術(shù)，更容易出技術(shù)，更容易出成果。泵的反問題設(shè)計(jì)是泵優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心。 研究意義泵是世界上最早的機(jī)械發(fā)明之一。泵的種類繁多，應(yīng)用極為廣泛，除了農(nóng)田灌溉，城市和供應(yīng)給排水，熱電廠，石油煉化，石油礦場，輸油管線，化工廠，鋼鐵廠，采礦，造船等部門外，目前泵在原子能發(fā)電，艦艇的噴水推進(jìn)，火箭燃料補(bǔ)給等方面起到重要作用，此外還可以用泵來對固體如煤等進(jìn)行長距離輸送?？梢哉f，凡是要讓液體流動(dòng)的地方，就有泵在工作。 2 確定泵型 確定泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先大致選擇泵的結(jié)構(gòu)類型和原動(dòng)機(jī)類型，進(jìn)而結(jié)合下面的計(jì)算，經(jīng)比較分析做最后確定。泵蹦吸入口的流速一般為3m/s左右，從制造方面考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵的體積，提高過流面積，而提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)減小吸入口流速。對于低揚(yáng)程泵可取排出口直徑與吸入口直徑相同所以此處取Ds=Dt=212mm式中：Dt泵的排出口徑； Ds泵的吸入口徑。開始設(shè)計(jì)時(shí)首先按鈕矩確定泵軸的最小直徑，通常是聯(lián)軸器的直徑；同時(shí)應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的泵的具體情況考慮影響剛度和臨界轉(zhuǎn)速的大概因素，可對粗算的直徑進(jìn)行一定的修正，圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，待泵轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)完以后，在對泵的強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行詳細(xì)校核。 確定葉輪各參數(shù)葉輪主要幾何參數(shù)有：葉輪進(jìn)口直徑D0、葉片進(jìn)口直徑D葉輪輪轂直徑Dh、葉輪進(jìn)口角β葉輪出口直徑D葉輪出口寬度b葉片數(shù)Z。它和相似換算法在實(shí)質(zhì)上是相通的，其差別在于模型換算是建立在一臺(tái)相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，而速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，是按相似的原理，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過流部件的各部分尺寸。葉輪進(jìn)口速度和葉輪進(jìn)口直徑有關(guān)，進(jìn)口速度一般不超過34米/秒，認(rèn)為進(jìn)一步提高葉輪進(jìn)口流速會(huì)降低泵的抗汽蝕性能和水利效率。兼顧效率和汽蝕：K0=~）此處取 K0=取裝葉輪處的直徑為 Db=33mmDh==圓整為 Dh=42mm 葉輪出口直徑D2的初步計(jì)算葉輪出口直徑D2和葉片出口角β2等出口幾何參數(shù)是影響泵揚(yáng)程的最大因素。葉片入口邊直徑一般可按ns確定。取口環(huán)的厚度為5mm，口環(huán)直徑 式中： ——前蓋板入口厚度，——口環(huán)厚度， ——間隙厚度。選擇葉片數(shù)，一方面考慮減少葉片的推擠和表面摩擦，另一方面又要使葉道有足夠的長度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液流的充分利用。葉片數(shù)也可以由比轉(zhuǎn)數(shù)選擇如表21表31ns30~4545~6060~120120~300Z80~107~88~74~6由于本次設(shè)計(jì)的離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)為83所以選葉片數(shù)Z=7 水利分析在分析保證最高水利效率值的葉輪尺寸的基礎(chǔ)上，可推薦葉片的進(jìn)口角為20~25度，又考慮到葉片對液流的推擠和正常的沖角度，所以選度，葉輪出口角取度。（4） 無窮葉片數(shù)的理論揚(yáng)程（5） 出口軸面速度（）（容積率）（6） 入口圓周速度（7） 出口直徑第二次精確計(jì)算：（1） 葉片出口排擠系數(shù)（取268mm）（2） 出口軸面（3） 出口圓周速度（4） 出口直徑第三次精確計(jì)算：（1） （2） 出口軸面速度 （3） 出口圓周速度（4） 出口直徑 葉輪繪型圓柱形葉片可以用一個(gè)或幾個(gè)圓弧畫成?，F(xiàn)以兩個(gè)圓弧畫葉片的方法繪本次設(shè)計(jì)的葉片，作圖步驟如下：（1） 作葉輪和（如圖）；（2） 作中間圓（一般），按下列計(jì)算時(shí)應(yīng)取的；（3） 作半徑線OA，由A作直線AB，使∠BAO=；（4） 作半徑線OC，使∠AOC=+并與圓交與C點(diǎn)；（5） 過A、C作直線 ，并與交于另一點(diǎn)D。（10） 作半徑線OG，作直線GH，使∠OGH=，并與DE線交于H。相關(guān)數(shù)據(jù)： 4 壓出室及吸入室的設(shè)計(jì) 吸水室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸水室是指泵進(jìn)口法蘭到葉輪入口前泵的過流部分吸水室設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到泵的汽蝕（空穴）性能，因此，設(shè)計(jì)吸水室時(shí)，要在水里損失最小的條件下保證：一，為了創(chuàng)造在設(shè)計(jì)工況，葉輪內(nèi)穩(wěn)定的相對運(yùn)動(dòng)，沿吸水室所有斷面的流速必須盡可能分布均勻；二，將吸水管路內(nèi)的速度變?yōu)槿~輪入口所需的速度。根據(jù)本次設(shè)計(jì)需要選用直錐形吸水室。液體在直錐形吸水室中流動(dòng)，速度是逐漸增加的，因因此速度分布更趨向于均勻，故直錐形吸水室能很好的滿足要求。吸水室的進(jìn)口直徑應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管路直徑選擇，并應(yīng)其實(shí)比此葉輪進(jìn)口面積大（15%~20%），這樣，可使液體進(jìn)入吸水室后還有一個(gè)加速過程，以便是液體的速度更均勻的引入葉輪。壓出室是泵的重要組成部分并且和葉輪一樣是任何一個(gè)葉片式泵都不可缺少的構(gòu)件。實(shí)踐證明，壓水室中的水力損失是離心泵內(nèi)水力損失的重要組成部分，非設(shè)計(jì)工況更為突出。壓水室按其結(jié)構(gòu)可分為：螺旋式壓水室、環(huán)形壓水室和葉片式壓水室。為了使能量充分轉(zhuǎn)換，通常都在螺旋級(jí)末端加一擴(kuò)散管，使之充分轉(zhuǎn)換，為了減少壓水管路中的水力損失，必須進(jìn)一步降低壓水室中的流動(dòng)速度，這一任務(wù)通常由螺旋管最后所設(shè)置的擴(kuò)散管來實(shí)現(xiàn)，在擴(kuò)散管內(nèi)使80%~85%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能。擴(kuò)散角推薦值8度~12度。~3，否則，由于邊界層厚度增加，液體會(huì)脫流，惡化擴(kuò)散管的工作性能。 任意斷面的螺旋壓水室的設(shè)計(jì)參考已有的高性能泵的螺旋壓水室的斷面狀況，畫出所設(shè)計(jì)螺旋壓水室的形狀。從水利性能看，加大b3可以部分回收圓盤摩擦損失的功率，提高水泵效率。實(shí)驗(yàn)證明，由于紊流摩擦的作用，在徑向上液流流速的分布圖形與自由流動(dòng)的分布有出入。簡化設(shè)計(jì)：采用速度系數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)壓水室。壓水室內(nèi)液體的速度按下式計(jì)算：式中：螺旋式壓水室中的速度系數(shù)。壓水室中的液流速度決定后，可按下式計(jì)算第八斷面：在某安裝角對應(yīng)處的斷面面積為：上式中： 斷面過度圓弧半徑； 斷面中矩形部分面積； 斷面中三角形部分面積； 斷面中扇形部分面積； 斷面外壁圓弧半徑； 壓水室的基圓半徑； 斷面?zhèn)缺趦A斜角；有三角關(guān)系可知：將以上關(guān)系帶入式并整理且令則有：解一元二次方程，舍去所得根前的負(fù)號(hào)（因?yàn)槭蔷嚯x，所以必為正）得到欲求斷面外壁的所在半徑，當(dāng)已知1~8斷面的時(shí)，由可求、根據(jù)方程（2）計(jì)算各斷面對應(yīng)的。因此，必須設(shè)法消除或平衡此軸向力，才能使泵正常工作。泵轉(zhuǎn)子上作用的軸向力主要有兩部分組成：（1）葉輪前后蓋板不對稱產(chǎn)生的軸向力，此力指向葉輪吸入口方向，用F1表示；（2）動(dòng)反力，此力指向葉輪后面，用F2表示 徑向力的平衡由于徑向力是和葉輪出口直徑D2葉輪出口寬度B2成正比，因此，徑向力的影響將隨尺寸的增大而增大，同時(shí)，也隨著揚(yáng)程的增加而增加所以徑向力的平衡對于尺寸較大、揚(yáng)程較高的泵尤為重要。單級(jí)蝸殼泵的平衡，可以采用雙蝸殼結(jié)構(gòu)或加導(dǎo)葉。 本次設(shè)計(jì)由于揚(yáng)程較小、結(jié)構(gòu)簡單，所以產(chǎn)生的徑向力可以由軸承抵消。所以作用在葉輪上的徑向力可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P作用在葉輪上的徑向力（公斤）；設(shè)計(jì)流量；實(shí)際流量；H泵泵揚(yáng)程（米）；葉輪出口寬度（包括前后蓋板）（米）；液體重度（公斤/米）（水的重度為1000公斤/米）。軸向力的產(chǎn)生主要是液體作用在葉輪表面上的力不平衡而引起的。葉輪出口壓力為p2一般認(rèn)為在葉輪和泵體間的液體受葉輪旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，以n/2的速度旋轉(zhuǎn)，所以在葉輪和泵體間的壓力按拋物線形狀分布。由圖可知，在密封環(huán)半徑rw以外葉輪兩側(cè)的壓力是對稱的，沒有軸向力在密封環(huán)半徑rw以內(nèi)作用在左側(cè)的是葉輪入口壓力p1。=4009（公斤）此外，當(dāng)液體進(jìn)入葉輪時(shí)，是沿軸線方向的，而液體再出葉輪時(shí)，則是沿半徑方向，這種速度方向變化產(chǎn)生的動(dòng)量變化，按動(dòng)量定律可知，由動(dòng)量變化而產(chǎn)生的軸向力F2向上與F1相反，是從言論后蓋板指向前蓋板的，其大小可根據(jù)動(dòng)量定律由下式計(jì)算：式中： 液體的密度離心泵理論體積流量葉輪入口處流體的軸向速度總的軸向力是兩種軸向力的合力即一般情況下很小，所以葉輪上軸向力方向總是指向吸入口，只有在啟動(dòng)時(shí)，由于泵內(nèi)正常壓力還沒建立，所以的作用較明顯。（為密封環(huán)的直徑）所以總的軸向力(N) 軸向力的的平衡 離心泵轉(zhuǎn)子上的軸向力很大，特別是在多級(jí)泵中更大。2級(jí)泵的平衡措施：（1） 采用雙吸式葉輪。在使用中采用雙吸式葉輪，不僅是為了平衡軸向力，而且也是為了綜合考慮增大流量。此外，采用這種方法由于漏回吸入口的液體方向與吸入液體方向