25F1立式耐腐蝕化工泵設(shè)計方案

1 25第一章 緒論 泵是 指改變 容積 內(nèi)流體的壓力或輸送流體的機器 ，能提升、輸送或壓縮流體。泵是受 原動機控制，驅(qū)使介質(zhì)運動，是將原動機輸出的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)壓力的能量轉(zhuǎn)換裝置。 泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。泵是一種通用機械，種類甚多，應(yīng)用極廣，可以說，在社 會經(jīng)濟各部門中，凡是有液體流動的地方，就有泵在工作。其主要應(yīng)用范圍是 :農(nóng)田排灌、石油化工、動力工業(yè)、城市給排水、采狂和造船工業(yè)等。另外，泵在火箭燃料供給、船舶推進方面也得到應(yīng)用。 水的提升對于人類生活和生產(chǎn)都十分重要。古代就已有各種提水器具，例如埃及的鏈泵 (公元前 17 世紀(jì) )，中國的桔槔 (公元前 17 世紀(jì) )、轆轤 (公元前 11 世紀(jì) )和水車 (公元 1 世紀(jì) )。比較著名的還有公元前三世紀(jì)，阿基米德發(fā)明的螺旋桿，可以平穩(wěn)連續(xù)地將水提至幾米高處，其原理仍為現(xiàn)代螺桿泵所利用。 在 1588 年就有了關(guān)于四葉片滑片泵的記載，以后陸 續(xù)出現(xiàn)了其他各種回轉(zhuǎn)泵，但直到 19 世紀(jì)回轉(zhuǎn)泵仍存在泄漏大、磨損大和效率低等缺點。 20 世紀(jì)初，人們解決了轉(zhuǎn)子潤滑和密封等問題，并采用高速 電動機 驅(qū)動，適合較高壓力、中小流量和各種粘性液體的回轉(zhuǎn)泵才得到迅速發(fā)展。 利用離心力輸水的想法最早出現(xiàn)在列奧納多達芬奇所作的草圖中。 1689 年，法國物理學(xué)家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸體離心泵。但更接近于現(xiàn)代離 心泵的，則是1818 年在美國出現(xiàn)的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸體的所謂馬薩諸塞泵。1851 1875 年，帶有導(dǎo)葉的多級離心泵相繼被發(fā)明，使得發(fā)展高揚程離心泵成為可能。 第一章 緒論 2 離心其實是物體慣性的表現(xiàn) ， 比如雨傘上的水滴 ， 當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動時 ， 水滴會跟隨雨傘轉(zhuǎn)動 ， 這是因為雨傘與水滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。但是如果雨傘轉(zhuǎn)動加快 ， 這個摩擦力不足以使水滴在做圓周運動 ， 那么水滴將脫離雨傘向外緣運動 ， 就象用一根繩子拉著石塊做圓周運動 ， 如果速度太快 ， 繩子將會斷開 ， 石塊將會飛出 離心泵就是根據(jù)這個原 理設(shè)計的 ， 高速旋轉(zhuǎn)的 葉輪 葉片帶動水轉(zhuǎn)動 ， 將水甩出 ，從而達到輸送的目的。 1754 年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉就提出了葉輪式水力機械的基本方程式，奠定了離心泵理論基礎(chǔ)。 19 世紀(jì)末，高速 電 動機的發(fā)明使離心泵獲得理想 動力 源。在英國的雷諾和德國的普夫萊德雷爾等學(xué)者的理論 研究 和實踐的基礎(chǔ)上，離心泵的效率大大提高，其性能范圍日益擴大，已成為現(xiàn)代應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的泵。 心泵的分類及其應(yīng)用特點 1 離心泵按泵軸位置 分為：立式泵和臥式泵。 立式泵的特點為：泵軸位于水平位置；占地面積小建筑投入小，安裝方便。缺點為：重心高，不適合無固定地腳場合運行。 臥式泵的特點為：泵軸位于垂直位置；使用場合廣泛重心低穩(wěn)定性好。缺點為：占地面積大、建筑投入大、體積大、重量重。 2 按揚程流量的要求并根據(jù)葉輪結(jié)構(gòu)和組成級數(shù)分為： 表 1的結(jié)構(gòu)形式 型式 特征 流量揚程 優(yōu)缺點 單吸單級泵 泵的一端在托架內(nèi)軸承支承，另一端懸出為懸臂端?？蓹C械、填料或浮動環(huán)密封，較小還可有骨架橡膠密封。葉輪一般平衡孔平衡軸向力。 00 8150m 工作可靠，零部件少，易于加工，產(chǎn)量也較大。 兩級懸臂單級懸臂揚程不滿要求采用多級泵級數(shù)又較少時可用此泵。結(jié)構(gòu)與單級相似，只多了一個5100 3 泵 葉輪，壓出室和級間隔板，背靠背葉輪平衡軸向力。 70240m 雙吸單級泵 相當(dāng)于兩個相同葉輪背靠背裝在一起，并聯(lián)工作。 一般半螺旋形吸入室，泵體水平中開，大泵滑動軸承 ，小泵滾動軸承。軸承裝于泵兩側(cè)。 12020000 10110m 不但流量比較大，而且可以自動平衡軸向力。 工作可靠，維修方便，打開泵蓋后可將整個轉(zhuǎn)子取出。 分段多級泵 用途廣泛，產(chǎn)量較大。等于將幾個葉輪裝在一根軸上串聯(lián)工作，泵揚程一般都較高；每個葉輪均有相應(yīng)導(dǎo)葉，第一級單吸或雙吸（改善汽蝕性能），為平衡軸向力末級葉輪后裝平衡盤，轉(zhuǎn)子部分可左右竄動。 一般高壓泵、鍋爐給水泵、熱油泵等都采用這種結(jié)構(gòu)型式。 5720 100650m 高壓分段式多級泵壓 力 可 達280溫度和壓力較高，結(jié)構(gòu)上要考慮材料的熱膨脹和冷卻問題 蝸殼多 級泵 采用螺旋形壓出室的泵俗稱蝸殼泵，把幾個蝸殼泵裝在一根軸上串聯(lián)工作就成我可多級泵。 一般采用半螺旋吸水室，沒個葉輪均有相應(yīng)螺旋壓出室，泵體中開，吸入口和吐出口都鑄在泵體上，檢修方便，不用拆卸。 主要用于流量較大揚程較高的城市給水、礦山排水和輸油管線。 壓力可達 180501500 100500m 檢修方便，只要把上甭提取下即可取出整個轉(zhuǎn)子；另由于葉輪對稱布置，自動平衡軸向力，無需平衡機構(gòu)。 但較同性能分段式多級泵體積大，鑄造加工技術(shù)要求高， 深井泵 把深井中水提到地面一般用深井泵，外形受井徑限制，細長，立式電機坐在地面泵座上，經(jīng)常周帶動井下葉輪旋轉(zhuǎn)。沒立式電機或沒電可8900 第一章 緒論 4 用皮帶輪傳動。 10150m 潛水電泵 電機水泵一起，放于井下。對電機繞組絕緣要求高。潛水泵井徑與深井泵同，一般100500 51200 10180m 節(jié)省傳動軸和中間聯(lián)軸器，利于提高泵轉(zhuǎn)速，大大簡化泵結(jié)構(gòu)，地面泵房也可縮小甚至不要。 屏蔽泵 又稱無填料泵，葉輪和電機轉(zhuǎn)子連城一體，裝于一個密封殼內(nèi)，不需要采用填料函或機械密封，在輸送易燃易爆、放射性、有毒或貴重液體時采用。 屏蔽套制造和焊接是屏蔽泵關(guān)鍵問題之 一。對輸送高溫液體的屏蔽泵除了需要對循環(huán)系統(tǒng)進行冷卻還需對電機外殼和泵與電機連接處進行冷卻。 00 1695m 自吸泵 泵吸入口有逆止閥，使泵內(nèi)有一定液體，泵下部有回流閥，啟動時打開回流閥泵內(nèi)液體受葉輪高速旋轉(zhuǎn)與吸入管路部分氣體混合并在分離腔分離，氣體吐出口排出，液體回流閥返回吸入口，如此循環(huán)使氣體排盡，完成灌注過程。大部分與內(nèi)燃機配套易于野外作業(yè)。 起動前無需想泵內(nèi)管路灌注液體，故起了代替真空泵抽 出吸入管路空氣的作用。 立式泵 凡軸垂直于地面安裝的泵統(tǒng)稱為立式泵，包括上述深井泵、潛水泵。可節(jié)省安裝面積，另出于結(jié)構(gòu)要求，例如多級泵級數(shù)太多，制成臥式泵有一定困難，可考慮立式泵。 縮小機組安裝面積。 水輪泵 水輪機與泵直接連在一起，結(jié)構(gòu)緊湊。00 5 部分水送到較高地方，不需要其它動力源。還可綜合利用其能源。 8150m 3 按工作壓力分為： a. 低壓泵：壓力低于 100 米水柱； b. 中壓泵：壓力在 100650 米水柱之間； c. 高壓泵：壓力高于 650 米水柱。 4 按泵殼結(jié)合縫形式分為： a. 水平中開式泵：即在通過軸心線的水平面上開有結(jié)合縫。 b. 垂直結(jié)合面泵：即結(jié)合面與軸心線相垂直。 5 按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類 a. 蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋線形狀的泵殼。 b. 導(dǎo)葉泵：水從葉輪出來后，進入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉，之后進入下一級或流入出口管。 6 按輸送介質(zhì)性質(zhì)分為：清水泵、雜質(zhì)泵、耐腐蝕泵。 平時我們說某臺水泵屬于多級泵，是指葉輪多少來講的。根據(jù)其它結(jié)構(gòu)特征，它又有可能是臥式泵、垂 直結(jié)合面泵、導(dǎo)葉式泵、高壓泵、單面進水式泵等。所以依據(jù)不同，叫法就不一樣。另外，根據(jù)用途也可進行分類，如油泵、水泵、凝結(jié)水泵、排灰泵、循環(huán)水泵等。 心泵的主要部件及其作用 圖 1離心泵結(jié)構(gòu)示意圖 第一章 緒論 6 如圖 1示， 離心泵 的關(guān)鍵結(jié)構(gòu) 是：泵體 （泵殼）， 葉輪 ， 密封環(huán) ， 泵軸 ，軸承 ，軸封 。 體 泵體有軸向剖分式和徑向剖分式兩種。大多數(shù)單級泵的體體都是蝸體式的，多級泵徑向剖分體體一般為環(huán)形體體或圓形體體。 一般 蝸體式泵體內(nèi)腔呈螺旋型液道，用以收集從葉輪中甩出的液體，引向擴散管至泵出口。泵體承受全部的工作壓力和液體的熱負荷。 下列各圖 為吸入室類型 ： 圖 1 圖 1圖 1螺旋形吸入室 a)b)c) d)吸水室的作用： 將液體從吸水管路引入葉輪的進口處（引水） ；使液體以最小損失、均勻進入葉輪。 7 為了使泵有較好的能量性能和汽蝕性能 ， 要求液體流過吸水室時水力損 失最小且液體流入葉輪進口時速度分布均勻 。 壓出室作用： 以最小損失將葉輪中流出的液體收集，均勻的引至吐口或次級葉輪； 順便將一 部分動能轉(zhuǎn)化為壓能（減少水力損失） ； 消除旋轉(zhuǎn)。 其結(jié)構(gòu)形式有：螺旋行、環(huán)形、徑向?qū)~、流道式導(dǎo)葉和扭轉(zhuǎn)葉片式導(dǎo)葉。 如下列各圖所示： 圖 1旋形渦室 a)b)c)圖 1 圖 1向?qū)~ 輪 葉輪是惟一的作功部件，泵通過葉輪對液體作功，將原動機能量傳遞給液體。第一章 緒論 8 葉輪型式有閉式、開式、半開式三種。閉式葉輪由葉片、前蓋板、后蓋板組成。半開式葉輪由葉片和后蓋板組成。開式葉輪只有葉片，無蓋板。閉式葉輪效率較高，開式葉輪效率較低（很少用）。 葉輪是離心泵的核心部分 ， 它轉(zhuǎn)速高輸出力大 ， 葉輪上的葉片又起到主要作用。葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑 ， 以減少水流的摩擦損失。 a 開式 b 半開式 c 閉式 圖 1離心式葉輪的結(jié)構(gòu)型式 離 心泵的葉輪、吸入室、壓出室以及泵的吸入口和吐出口稱為泵的過流部件。過流部件形狀和材質(zhì)的好壞是影響泵性能、效率和壽命的主要因素之一。 封環(huán) 密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū) ， 影響泵的出水量 ， 效率降低！間隙過小會造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。密封環(huán)的作用是 減少高壓區(qū)液體向低壓區(qū)流動 防止泵的內(nèi)泄漏和外泄漏 ，由耐磨材料制成的密封環(huán) ， 鑲于葉輪前后蓋板和泵 體 上 ， 磨損后可以更換。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏 ， 延緩葉輪和泵殼的所使用壽命 ， 在泵殼內(nèi)緣和葉輪外援結(jié)合處裝有密封環(huán) ， 密封的間隙保持在 間為宜。 泵體和葉輪上分別安裝了兩個密封環(huán) 泵體密封和葉輪密封環(huán)。 a 普通圓柱形 b 迷宮形 c 鋸齒形 圖 1封環(huán)的形式 9 軸和軸承 泵軸一端固定葉輪，一端裝聯(lián)軸器。 作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接 ， 將電動機的轉(zhuǎn)距傳給葉輪 ， 所以它是傳遞機械能的主要部件。 軸承 是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件 ， 根據(jù)泵的大小，軸承可選用滾動軸承和滑動軸承。 封 在泵軸伸出泵體處，旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體之間有軸封機構(gòu) 。離心泵的軸封機構(gòu)有兩個作用，減少有壓力的液體流出泵體外和防止空氣進入泵內(nèi)。離心泵常用軸封裝置有四種結(jié)構(gòu)形式：填料密封、機械密封、浮動環(huán)密封和有古架的橡膠密封等。填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉繩。機械密封主要的是靠裝在軸上的動環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對運動而達到密封的目的。一般泵設(shè)計成既能裝填料密封，又能裝機械密封。 本次設(shè)計所采用為 153 型耐腐蝕機械密封如圖： 第一章 緒論 10 圖 153 型機械密封 1、 4 2 3 5 6軸向力平衡 機構(gòu) 泵在運行中由于作用在轉(zhuǎn)子的力不對稱就產(chǎn)生了軸向力，而且在立式泵轉(zhuǎn)子（包括其中液體）的重量，也造成泵的軸向力。如果不消除或平衡作用在葉輪上的（傳到軸上）的軸向力，此軸向力將拉動轉(zhuǎn)子軸向串動，與固定零件接觸，造成泵零件的損壞以至不能工作，可采用下述方法平衡泵的軸向力。 1、 推力軸承 對于軸向力不大的小型泵，采用推力軸承承受軸向力，是簡單兒經(jīng)濟的方法。即使采用其它平衡裝置，考慮到總有一定的殘余軸向力，有時也裝設(shè)推力軸承。單級泵主要采用平衡孔或平衡管平衡軸向力；多級泵一般采用平衡鼓或平衡盤平衡軸向力。 2、 平衡孔或 平衡管 圖 1衡孔平衡軸向力 如圖 1示，在葉輪后蓋板上附設(shè)密封環(huán)，密封環(huán)所在直徑一般與前密封環(huán)相等，同時在后蓋板下部開孔，或設(shè)專用連通管與吸入側(cè)連通。由于液體流經(jīng)密封環(huán)間隙的阻力損失，使密封下部的液體的壓力下降，從而減小作用在后蓋板上的軸向力。減小軸向力的程度取決于孔的數(shù)量和孔徑的大小。通常取平衡孔大的總面積等于五倍平衡環(huán)間隙的面積。在這種情況下，仍有 10%15%的不平衡力。 3、雙吸葉輪 11 雙吸葉輪由于結(jié)構(gòu)對稱，能平衡軸向力，但由于制造誤差，或兩側(cè)密封環(huán)磨損不同，亦會存在一定的殘 余的軸向力。 4、背葉輪 圖 1葉輪上裝背葉片的示意圖。 圖 1葉輪結(jié)構(gòu) 裝背葉片泵的揚程大約提高 1%2%，使泵效率下降 2%3%。 5、葉輪對稱布置 多級泵的葉輪半數(shù)對半數(shù)，面對面或者背靠背按一定次序排列起來，可使軸向力相互平衡。這種方法主要用于蝸殼式多級泵，有時也在節(jié)段式多級泵和潛水泵中使用。 6、平衡鼓 平衡鼓是個圓柱體，裝在末級葉輪之后，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。平衡鼓外圓表面與泵體間形成徑向間隙。平衡鼓前面是末級葉輪的后泵腔，后面是與吸入口 相連通的平衡室。這樣作用在平衡鼓上的壓差，形成指向右方的平衡力 F，該力用來平衡作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力。 1- 末級葉輪； 234圖 1衡鼓與平衡盤聯(lián)合裝置 第一章 緒論 12 離心泵除了上述主要零部件以外，還有軸承體、托架、支架、聯(lián)軸器等主要零部件。 心泵的工作原理 葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固在泵軸上，泵軸由電機直接帶動。泵殼中央有一液體吸入口與吸入管連接。液體經(jīng)底閥和吸入管進入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口與排出管連接。 在離心泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體形成真空狀態(tài)；啟動后，當(dāng)葉輪 由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋出后，同時液體獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，被輸液體在大氣壓（或水壓）的作用下通過管道網(wǎng)壓到了水管內(nèi)?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。 葉輪被泵軸帶動旋轉(zhuǎn)，對位于葉片間的流體做功，流體受離心 力的作用，由葉輪中心被拋向外圍。當(dāng)流體到達葉輪外周時，流速非常高。泵體匯集從各葉片間被拋出的液體，這些液體在體內(nèi)順著蝸體形通道逐漸擴大的方向流動，使流體的動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，減小能量損失。所以泵體的作用不僅在于匯集液體，它更是一個能量轉(zhuǎn)換裝置。 液體吸上原理：依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開，從而在葉輪中心形成低壓，低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。 汽蝕現(xiàn)象：如果離心泵在啟動前體內(nèi)充滿的是氣體，則啟動后葉輪中心氣體被拋時不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上，更甚 在 離心泵葉片 葉端 的高速減壓區(qū)，在此形成空 穴 ，空穴在高壓區(qū)被壓破并產(chǎn)生沖擊壓力，破壞金屬表面上的 保護膜 ，而使腐蝕速度加快。 這一現(xiàn)象稱為汽蝕。 氣蝕的特征是先在金屬表面形成許多細小的麻點，然后逐漸擴大成洞穴 。 為防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵啟動前要用外來的液體將泵體內(nèi)空間灌滿。這 13 一步操作稱為灌泵。為防止灌入泵體內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；如果泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動時無需灌泵。 5腐蝕泵的機理分析 泵是抽取 、增壓或抽送液體介質(zhì)的機器，泵在濕的大氣和腐蝕介質(zhì)溶液中，熱力學(xué)性能始終是不穩(wěn)定的，有從金屬原子狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x心狀態(tài)的傾向。離心泵腐蝕過程的結(jié)果是水泵金屬從金屬點陣中轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子狀態(tài)，形成可溶的金屬氧化物、其氧化物或較為復(fù)雜的絡(luò)合物，使離心泵失效而不能工作。而離心泵的葉輪、軸泵體等零件材料不同，它們的電極電位也不同，形成電位差，在腐蝕介質(zhì)溶液中會產(chǎn)生腐蝕電流，造成水泵金屬過流表面的滲透和溶解性腐蝕。 耐腐蝕泵 顧名思義是具有耐腐蝕性能的泵、主要用于具有腐蝕性液體的輸送。是通用設(shè)備泵里面使用較為廣泛的一種泵。 目前 國內(nèi)市場腐蝕性液體輸送使用最為廣泛的為不銹鋼材料材料制造的耐腐蝕泵、因其材料制造的耐腐蝕泵具有耐腐蝕范圍廣泛優(yōu)越、維修操作方便等優(yōu)點。 其 工作的過流介質(zhì)是酸性、堿性、油性、有毒液體、揮發(fā)性性等液體，介質(zhì)溶液離子濃度高、電阻小。選擇合適的材料是耐腐蝕泵的一個關(guān)鍵內(nèi)容。 泵的過流部件主要是葉輪、泵體、密封部件，是材料選擇重點。葉輪是泵最主要的部件，葉輪有開式、半開式、閉式，它們的效率和汽蝕狀況各不相同。葉輪的水力設(shè)計必須滿足功能要求，同時要考慮效率，離心泵的一般效率為 41% 78%。 軸封裝置保證離心泵正常、高效 運轉(zhuǎn)。離心泵在工作是泵軸旋轉(zhuǎn)而體不動，其間的環(huán)隙如果不加以密封或密封不好，則外界的空氣會滲入葉輪中心的低壓區(qū)，使泵的流量、效率下降。通常，可以采用機械密封或填料密封來實現(xiàn)軸與體之間的密封。 計流程 設(shè)計按照以下流程進行： 葉輪水力設(shè)計 繪制葉輪 泵體設(shè)計 泵零件設(shè)計 軸向力平衡 第二章 葉輪水力設(shè)計 14 第二章 葉輪水力設(shè)計 定泵的進出口直徑 基本設(shè)計參數(shù)：出口直徑 D=25量 Q=，揚程 H=25m，介質(zhì)密度 g ，汽蝕余量 。 葉輪是泵的核心部分。泵的性能、效率、抗汽蝕性能、特性曲線的形狀 ， 均與葉輪的水力設(shè)計有重要關(guān)系。 圖 2泵的進口和出口 進口直徑 吸入口直徑 濟流速 )決定， ( 4Q/ (2泵 最求高效率 吸入口的流 速 一般取為 s 左右。從制造方便考慮 ， 大型泵的流速取大些 ， 以減小泵的體積 ， 提高過流能力。而從提高泵的抗汽蝕性能考慮 ， 15 應(yīng)減小吸入流速 ；此處 下標(biāo) s 表示 入） ， 下處下標(biāo) d 表示 出 )。 結(jié)果取標(biāo)準(zhǔn)值 25 出口直徑 出口直徑 d（ 出口直徑 ， 對于低揚程泵 ， 可取與吸入口徑相同。 s (2故結(jié)果取 25 進口速度 由于進出口直徑都取了標(biāo)準(zhǔn)值，所以 和 都有所變化，需要重新計算。 0 2 (2出口速度 進出口直徑相同 ， 所以速度也相同： (2蝕計算 由于葉輪入口處壓力低于工作水溫的飽和壓力，所以會引起一部分液體蒸發(fā)（即汽化）。蒸發(fā)后汽泡進入壓力較高的區(qū)域時，受壓突然凝結(jié)，于是四周的液體就向此處補充，造成水力沖擊，這種現(xiàn)象稱為 汽蝕現(xiàn)象 。這個連續(xù)的局部沖擊負荷，會使材料的表面逐漸疲勞損壞，引起金屬表面的剝蝕，進而出現(xiàn)大小蜂窩狀蝕洞。除了沖擊引起金屬部件的損壞外，還有化學(xué)腐蝕作用，也就是在上述作用的同時，液體也析出氧氣 ，發(fā)生氧化作用。 汽蝕過程的不穩(wěn)定，引起水泵發(fā)生振動和噪音，同時由于汽蝕時汽泡堵塞葉輪槽道，所以此時流量、揚程均降低，效率下降。 2 40 第二章 葉輪水力設(shè)計 16 允許汽蝕余量 h 公式如下； (2(一般規(guī)定 k= 式中 轉(zhuǎn)數(shù)計算 比轉(zhuǎn)數(shù)， 水輪機、動力式泵和通風(fēng)機等透平機械常用的一個重要參數(shù) ， 又稱 比轉(zhuǎn)速。比轉(zhuǎn)數(shù)小反映機器的流量小 ， 全壓 (或揚程、水頭 )高 ； 反之 ， 比轉(zhuǎn)數(shù)大則機器的流量大 ， 全壓（或揚程、水頭）低。一臺水泵 ， 取最高效率工況時的比轉(zhuǎn) 數(shù) 做為 (2水泵的比轉(zhuǎn)數(shù) 。 比轉(zhuǎn)數(shù) 按式 2算 根據(jù)已知條件得：離心機以電機直接驅(qū)動 取轉(zhuǎn)速 r ， i=1。 表 2比轉(zhuǎn)數(shù)與葉輪形式 比轉(zhuǎn)數(shù) 0050輪示意圖 在設(shè)計離心泵時，需要有一個能表示泵的汽蝕性能 ， 又能與泵設(shè)計參數(shù)有關(guān)聯(lián)的綜合性參數(shù)，作為比較泵汽蝕性能和選擇模型泵的依據(jù)。利用水利力學(xué)的相似原理，引出一個新的參數(shù) C 來表示離心泵的最小汽蝕余量 泵設(shè)計參數(shù)間的關(guān)系： 4/3 17 h 4343m i n Q(2 根據(jù)經(jīng)驗和單吸單級泵的 C=400；由 大于所取電機轉(zhuǎn)速，合格。 率計算 參照同類型產(chǎn)品并借助經(jīng)驗公式取泵的總效率 =（ = 水力效率 水力效率按下式計算 (2積效率 容積效率可按下列公式計算 (2該容積效率為只考慮葉 輪前密封圈的泄漏的值，本次設(shè)計有平衡孔，容積效率要相應(yīng)降低，故 v= 機械效率 機械效率計算公式如下： (2考慮機械密封、圓盤摩擦、軸承的損失，取 7.0m效率 (2確定 h、 設(shè)計設(shè)計時使用。 m i 62m i h 4343 4 3 3 3 3/23/2 sv n7 1 0 0/( 6/76/7 sm n 第二章 葉輪水力設(shè)計 18 （拉、壓、彎、扭）和剛度（撓度）及臨界轉(zhuǎn)速條件確定。因為扭矩是泵最主要的載荷 ， 開始設(shè)計時首先按扭矩確定泵軸的最小直徑 ， 通常是聯(lián)軸器處的軸徑。 功率 (2算功率 (2K 是工況變化系數(shù) ， 取 是傳動效率，電機直聯(lián)取 1 。 由前面所取電機為 p= . 矩 (2小軸徑 (2是泵軸材料的許用切應(yīng)力 (單位： N/其許用切應(yīng)力可取 =（ 539687）105， =600105。 取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=20 確定出泵軸最小直徑后。參考類似結(jié)構(gòu)泵的的泵軸的結(jié)構(gòu)草圖。其中在葉輪入口側(cè)的軸頸 加工為 紋連接一螺帽，用于軸向固定葉輪。根各段結(jié)構(gòu)草和工藝要求、確定裝葉輪處的周徑 由結(jié)構(gòu) 0 2 8 m m 1 2 250 0 2 3 61 920. 51 61. 2s 182 9 0 8 53 19 圖 2軸直徑初分配圖 表 2軸常用材料的許用切應(yīng)力 材料 熱處理要求 用途 35 正火 (343441) 105 一般單級泵 45 調(diào)質(zhì)處理 41286 (441539) 105 一般單級泵 40質(zhì)處理 41302 (637735) 105 大功率高壓泵 3質(zhì)處理 69302 (539687) 105 耐腐蝕泵 35質(zhì)處理 41285 (687785) 105 在高溫下工作的泵 (t=200400 ) 圖 2葉輪主要尺寸參數(shù)示意圖（左為穿軸葉輪，右為懸臂葉輪） 葉輪進口直徑 片進口直徑 輪輪轂直徑 輪出口直徑 輪出口寬度 二章 葉輪水力設(shè)計 20 計算葉輪主要尺寸 葉輪進口幾何參數(shù)對汽蝕具有重要影響 ， 葉輪出口幾何參數(shù)對性能（ H， Q）具有重要影響 ， 而兩者對效率均有影響。圖 2示的是穿軸和懸臂葉輪幾何參數(shù)形狀和主要參數(shù)尺寸參數(shù)。 輪進口直徑 因為有的葉輪有輪轂 ， 有的沒有輪轂 ，本次設(shè)計的葉輪有輪轂。從研究問題中排除輪轂的影響，即考慮一般情況，引出葉輪進口當(dāng)量 直徑 下面先計算進口當(dāng)量直徑 (2表 20 的選擇 主要考慮效率 顧效率和汽蝕 要考慮汽蝕 2輪出口寬度 根據(jù)統(tǒng)計資料 (2(2考慮到鑄造工藝，取 2 。 輪外徑 00/( sD (2e 280 2 0 00 0 30 02828 22220 b 2 0 322 00/( sb 1 (2取 50 葉片出口安放角 計算 一般為 15 35，隨著 2 角度增大至 90，理想的性 能曲線變成水平的。為確保關(guān)死點揚程高于設(shè)計值，所以常取 25為折中值。 片數(shù) 按照葉片數(shù)的計算公式得： (2其中： 40=38照比轉(zhuǎn)數(shù)選擇葉片數(shù)所以選取 6Z 。 算葉輪外徑 片出口排擠系數(shù) (2選 =4假定 =90， 已知 Z=6， 50 論揚程 (2限葉片數(shù)修正系數(shù) 根據(jù)經(jīng)驗有限葉片數(shù)修正系數(shù) .0p 。 窮葉片數(shù)理論揚程 根據(jù)普夫萊德爾公式得： (2取 = 11 4 1 0 00 0 322 515s i 0 381 5 i 11212D i n 25c 61s i nc 5 T ( 第二章 葉輪水力設(shè)計 22 口軸面速度 (2口圓周速度 (2輪直徑 (2與假定直徑不符合， 必須再次進行計算。 二次精算葉輪外徑 葉片出口排擠系數(shù) 出口軸面速度 出口圓周速度 葉輪直徑 與假定值相同 ， 不再進行計算 ； 取為偶數(shù) ， 便于作圖。 t a a i n 25c 61s i nc 0 t a a 3 41 3 0 0 342 23 第三章 繪制葉輪 葉輪是影響離心泵性能的主要零件，葉輪主要幾何尺寸計算完畢后，可進行繪制工作。也由于葉片形狀比較復(fù)雜，制造得不準(zhǔn)會影響離心泵性能。因此準(zhǔn)確的繪型是保證葉片形狀正確的前提。 目前常用的繪型方法有：圓柱形葉片葉輪繪型法和保角變換繪型法。本次設(shè)計采用的是圓柱形葉片葉輪繪制法。 圓柱形葉片葉輪繪型主要步驟如 下： 輪軸面投影圖 所謂軸面，是指通過葉輪軸線的截面。軸面投影就是將葉輪上的按圓弧投影在某一軸面的圖形。在軸面投影圖上可以比較全面地看到葉輪前后蓋板形狀，葉片入口處、出口處各點相對于葉輪軸心線的徑向位置和軸向位置，但，入口處、出口處上各點并不定在同一軸面上。 圖 3葉輪軸面投影過程示意圖 葉輪各部的尺寸確定之后，可畫出葉輪軸面投影圖。畫圖時 考慮到： c. 出口前后蓋板保持一段平行或?qū)ΨQ變化； d. 流道彎曲不應(yīng)過急，在軸向結(jié)構(gòu)允許的條件下，以采用較大的曲率半徑為宜。 作軸面投影圖的步驟為： 1 取2軸心線 E,如圖； 2 作軸心線 B，使 作 ，有 ，其大小與比轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)有關(guān)，比轉(zhuǎn)速小可以取 0，故第三章 繪制葉輪 24 取 0 圖 3 軸面投影圖 的繪型 與直線 為葉輪后板蓋的初步輪廓線； 點作軸心線 截取 FB=K。 ， 為半徑作圓，使之與葉輪后板蓋輪廓線相切； 輪廓線必須與 通過 面投影圖的檢查 軸面投影圖畫出后，檢查流道面積變化是否合理。如果流道變化無規(guī)律，則液體在葉輪流道內(nèi)有加速和減速、要產(chǎn)生局部漩渦，增大損失。具體為在軸面投影圖流道內(nèi)作很多內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心距的大小視軸面投影圖的大小而定，距離越小，檢查精度越高，但工作量越大，這些內(nèi)切圓圓心用圓滑曲線連接起來，就得到了葉輪軸面流道中線，還有就是通過計算過流面的面積 F，作 坐標(biāo)圖來觀察流道變化情況。 由于比轉(zhuǎn)速小，畫一個圓弧的葉片較短，流道擴散情況不好，故本次采用兩個圓弧。 具體作法如下： 25 圖 3面投影圖的檢查 圖 3柱形葉片葉輪的繪型 1 作葉輪的 1如圖； 2 作中間圓， 及對應(yīng)的 ； D 12 1D 2 12D第三章 繪制葉輪 26 3 做半徑線 B，使 2； 4 做半徑線 ，并與 ； 5 過 A、 并與 圓交于點 D； 6 連接 半徑線 直線 ，并與 點。 7 以 弧通過 8 作半徑線 1，并與 ； 9 過點 D、 與 ； 10 作半徑線 ， 并與 ； 11 以點 弧必通過 12 以 E 和 H 點為圓心，分別以 和 為半徑作圓弧，并適當(dāng)削尖修圓葉片入口邊，即葉片形狀。 13 以葉片數(shù) 上述方法依次做其他葉片。 同理對平面投影圖流道進行檢查如圖： 圖 3葉輪平面投影圖流道的檢查 1i7 第四章 泵體設(shè)計 體的選擇 泵體是泵結(jié)構(gòu)的中心，也叫蝸殼或泵殼，其型式比較多。 一、 按剖分方式可分為： 這種型式的泵殼是在通過軸心的水平剖分面上分開，拆卸泵殼時與吸入、排出管道無 關(guān)，維修也比較方便。 這種型式的泵殼是在垂直軸心的垂直面上剖分，不易泄漏，但在維修時必須拆卸進口管道，所以維修不如水平剖分式泵殼方便。 這種型式的泵殼是從前端吸入，上面排出，泵殼在通過軸心的傾斜面上剖分，不拆卸吸入和排出管道，只拆開上半部泵殼即可檢修內(nèi)部。 這種型式的泵是把泵殼制作成筒體式的，對于壓力非常高的泵，用單層泵體難以承受其壓力，所以采用雙層泵體。 二、 按泵殼的支承型式可分為標(biāo)準(zhǔn)支承式、中心支承式、懸臂式、管道式、懸掛式。 這種型式的泵，一般是 臥式，在泵體兩側(cè)有支腳，支腳用螺栓固定在底座上。 2、中心支承式 這種型式的泵，泵殼下側(cè)的支腳安裝在底座上，可適應(yīng)輸送高溫流體而造成熱膨脹應(yīng)力的影響。 第四章 泵體設(shè)計 28 3、懸臂式 這種型式的泵，泵殼是一整體，并將泵體與吸入蓋的組合件安裝在軸承托架上。結(jié)構(gòu)緊湊，拆卸方便。 4、管道式 這種型式的泵是作為管道的一部分和管道聯(lián)接在一起的，并由管道支承。檢修時，不需拆下與管道聯(lián)接的泵體，就可以檢修泵的轉(zhuǎn)子和電動機。 5、懸掛式 這種型式的泵是泵殼裝在排出管道上，泵殼在排出管以下部分懸掛在吸入容器上，泵殼是垂直剖分式的。 泵體（蝸 殼）在工作時是固定不動的。組成蝸殼的各個零部件的內(nèi)腔形成了葉輪工作室吸入室和壓出室。葉輪工作室是裝有葉輪的空間，它的形狀和大小由葉輪的結(jié)構(gòu)型式和尺寸決定，在進行蝸殼設(shè)計前，吸入室和壓出室的形狀尺寸也都已經(jīng)由水力設(shè)計確定。雖然蝸殼不是產(chǎn)生揚程的零部件，但因為它的內(nèi)腔直接影響到泵的工作性能，所以設(shè)計和制造蝸殼時，必須準(zhǔn)確地保證由水力設(shè)計和葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計所提出的對內(nèi)腔形狀和尺寸的要求。 蝸殼內(nèi)腔既然為泵的過流流道，蝸殼的結(jié)構(gòu)就必然與泵的級數(shù)和葉輪、吸入室及壓出室的型式及布置有關(guān)。另外，蝸殼還用于裝設(shè)泵的支承及密封等 輔助工作機構(gòu)合理緊湊，制造工藝好，有足夠的強度和剛度，使用和維修方便并能滿足泵的特殊使用要求。雖蝸殼的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，但所有的蝸殼都有一個共同的特點，就是它們都要被剖分成部分，否則葉輪無法裝入。 現(xiàn)在大多數(shù)的懸臂泵都是單級蝸體式泵，它們的蝸殼多屬端蓋式蝸殼，通常將僅在位于遠離動力輸入端的那一側(cè)帶有梢頭蓋的端蓋式蝸殼稱為前門端蓋式蝸殼；在位于靠近動力輸入端的一側(cè)有泵蓋的蝸殼稱為后開門端蓋式蝸殼；兩側(cè)皆有泵蓋者稱為雙開門端蓋式蝸殼。 確定方案：在上面的幾種蝸殼形狀經(jīng)過綜合比較分析，結(jié)合具體的需要，本次設(shè)計單級 蝸體式結(jié)構(gòu)。蝸殼的結(jié)構(gòu)見下圖 4 29 a)b)c)圖 4殼結(jié)構(gòu) 殼的設(shè)計計算 圖 4殼計算流程 1 基圓 (4一般大泵取小值，小泵取大值。如果基圓取得太小，在大流量時泵舌處容易產(chǎn)生汽蝕，引起振動。此處 40 2 渦室入口寬度 葉輪出口寬度 葉輪前后蓋板厚 度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可。渦 23 D 第四章 泵體設(shè)計 30 室入口寬度對泵性能沒有明顯的影響，但取得略寬些可以改善葉輪和渦室的對中性。 223 (4此處取 43 舌角 3 舌角是在渦室第面的 0 點（及渦室螺旋線的起始點）處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾角。為了使液體無沖擊的從葉輪進入渦室，一般取 3等于葉輪出口絕對速度的液流角。 4 泵舌 安放角 在理論上泵舌應(yīng)該在第斷面的基圓上 ，但這樣做會使泵舌與葉輪間的間隙過小，易產(chǎn)生振動，并且泵舌也太薄。所以將泵舌沿渦室螺旋線移動，此角即為泵舌安放角。 表 4泵舌安放角 0 80 130 180 220 280 360 10 15 20 25 30 38 45 45 在取泵舌安放 角時，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性，一般應(yīng)使泵舌處的圓角半徑 r 為 2 米左右。 5 渦室斷面面積的確定 渦室斷面面積對泵性能影響很大，對同一個葉輪，如果渦室斷面面積過小，流量 揚程曲線變陡，最高效率點向小流量方向移動，效率降低；如果渦室斷面過大，則流量 揚程比較平坦，最高效率點向大流量方向移動，效率也較低，但在數(shù)值上要比渦室面積過小時降低值要少。 渦室中的流速： (4渦室最大斷面（即第斷 面）處的面積 : v 233 31 (4渦體其余 各斷面面積： (46 擴散管 液體離開渦室后進入擴散管，在擴散管中，一部分動能變?yōu)閴耗?。擴散管末段為泵的吐出口，與吐出管路相接。所以吐出口直徑應(yīng)該按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管徑選取。為了盡量減少在擴散時的水力損失，擴散管的擴散角一般取 6 10。 體的繪制 制渦殼泵體時考慮的因素 。 1 在蝸殼設(shè)計中，最重要的設(shè)計變量是喉部面積，該面積和葉輪出口面積決定泵的最優(yōu)工況點。當(dāng)考慮用一個泵體安裝不同葉輪時，應(yīng)該先按照標(biāo)準(zhǔn)葉輪初定喉部面積，然后再將喉部面積增大 10%，以便保證大流量工況泵效率。 2 因為在擴散管中發(fā)生動能向壓力能的轉(zhuǎn)化，所以特別注意擴散管的設(shè)計。 3 設(shè)計的蝸殼應(yīng)保證所有的斷面內(nèi)速度相等。 4 最多用三條圓弧光滑連接由隔舌到喉部的螺旋線。 5 蝸殼泵體，特別是雙蝸殼泵體，鑄造比較困難。在中小型泵中，蝸殼面積小，流道長，要求長的懸空砂芯。 制渦殼泵體 繪 制步驟：先確定基圓直徑 渦形體進口寬度 后以 ) 將梯形圓角，并使圓角后梯形面積等于 其余各斷面的繪制過程與上述斷面的