離心泵設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、第一部分 水力設(shè)計(jì)一、概述1.設(shè)計(jì)依據(jù).流量：q=6.3m3/h 揚(yáng)程：h=25m 轉(zhuǎn)速：n=2950r/min級(jí)數(shù)：i=3綜合考慮汽蝕性能和效率2.設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)提供的流量，揚(yáng)程，轉(zhuǎn)速，級(jí)數(shù)來設(shè)計(jì)一臺(tái)多級(jí)式水泵，需要能滿足以上所有要求。3.設(shè)計(jì)思路 采用節(jié)段式多級(jí)離心泵（臥式）可以滿足以上的要求，根據(jù)離心泵的設(shè)計(jì)步驟，運(yùn)用流體力學(xué)知識(shí)計(jì)算水力設(shè)計(jì)部分，再參考節(jié)段式臥式多級(jí)離心泵的參考資料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.設(shè)計(jì)意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以讓我們對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一次綜合的歸納和總結(jié)，讓我們把各科知識(shí)結(jié)合起來，用于具體的工程中去，是把我們學(xué)的理論知識(shí)用于實(shí)踐的第一次嘗試，也是我們從學(xué)校走向社會(huì)的過

2、渡。二、確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和進(jìn)出口直徑（一）進(jìn)口直徑ds由q=6.3m3/h ，查現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)（下 稱手冊(cè)）p180表7-1得吸入口流速 vs=1.375m/s，吸入口直徑為40mm,ds=0.040265m=40.265mm,圓整ds =40mm,泵的出口直徑 對(duì)于低揚(yáng)程泵，一般取進(jìn)口直徑等于出口直徑：取 dd = ds = 40mm。三、泵速的確定電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0=3000r/min 極數(shù)為 2；四、計(jì)算比轉(zhuǎn)速ns，確定泵的水力方案ns =(3.65nq1/2)/h3/4=(3.65*2950/253/4)*(6.3/3600)1/2=40.3級(jí)數(shù)為3級(jí)，選擇臥式。五、估算泵的效

3、率（1）總效率 初步估計(jì)泵的效率為=60%，（2）水力效率hh =1+0.0835lg(q/n)1/3=1+0.0835lg(6.3/3600/2950)1/3=82.7% （3）容積效率vv= 1/(1+0.68ns-2/3)=94.5%（4）機(jī)械效率m 圓盤效率：m=1-0.07/(ns/100)7/6=1-0.07/(40/100)7/6=79.6%查手冊(cè)p184圖7-3得：pm3/p=20%,考慮軸承和填料損失，則 pm1+pm2=（0.010.03）p，由于功率較小，取pm1+pm2=0.02 p。m=1-（0.010.03）p/p- pm3/p =1-0.02-0.2=0.78%，

4、與估算一致。(5)總效率所以有總的效率為：=hvm=0.827*0.945*0.78=60.4% 六、軸功率和原動(dòng)力的功率（1）泵的軸功率p：p=qh/1000=1000*9.8*6.3*25*3/(1000*0.604*3600)=2.137kw(2)原動(dòng)機(jī)功率：pg=k*p/t 由手冊(cè)表7-11得直聯(lián)t =0.97 表7-10，取k=1.2, pg=k*p/t =1.2*2.137/0.97=2.643kw七、軸徑和輪轂直徑 由pc= pg=38.64kwmn=9550 pc/n=9550*1.2*2.137/2950=8.31n.m由p187表7-12得：材料為45鋼，取=450*105

5、n/m2 ，調(diào)質(zhì)后hb = 241286。則最小直徑：d=(mn/0.2)1/3=(8.31/0.2*450*105)1/3=0.00974m=9.7mm 取標(biāo)準(zhǔn)直徑d=14mm,則，各段的軸徑葉輪外直徑：di=24mm, 輪轂直徑： dh=(1.21.4) di =(1.21.4)×24=28.834mm 取dh =36mm八、 葉輪主要尺寸的計(jì)算; （1）葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑d0及葉輪進(jìn)口直徑dj 當(dāng)量直徑：d0=k0*q/n1/3 兼顧效率和汽蝕，取k0=4.5 ，則 d0=4.5*(6.3/3600/2950)1/3=38mm，葉輪進(jìn)口直徑：dj=(d02+dn2)1/2=52m

6、m 取dj=52mm。 (2)葉輪出口直徑d2 kd2=(9.359.6)*(ns/100)-1/2=16.717.15 d2=(16.717.15)*q/n1/3=12.41*(6.3/3600/2950)1/3=140144mm 取 d2 = 140mm。（3）葉輪出口寬度： kb2= （0.640.7）(ns/100)5/6=0.2980.326b2=kb2*q/n1/3=（0.2980.326）*(6.3/3600/2950)1/3=2.52.7mm 取 b2=5mm(4)葉輪出口安放角22=30度（5）確定葉片數(shù)：由ns=40 取葉片數(shù) z=9（6）精算葉輪外徑：（d2校核） 理論揚(yáng)

7、程 ht=h/h=25/0.827=30.2m因比轉(zhuǎn)速較低，取2b=30度，2=30度。葉片出口真實(shí)厚度2= 24mm，取2= 3mm。 葉片出口軸面截線與流線的夾角2=70º90º取環(huán)形吸入室vu1=0。葉片出口圓周速度：su2=2（1+ctg2/sin22）1/2=4.96mm葉片出口排擠系數(shù)：2=1-z su2/d2= 0.898 所以有：vm2=q/v d2b22 =6.3/（3600*0.9595*0.2*3.14*0.898*0.05）=0.938m/s有限葉片數(shù)修正系數(shù)：y=1-k/z*2*sin2b =0.843 d2= 60vm2/2ytg2+( vm2/

8、2ytg2)2+(ght+u1vu1)/y1/2 /n =60*（2.753+）/3.14/2950=140.8m因與140相差不大，故取d2=140mm。 （7）做葉輪軸面投影圖，檢查軸面截線的過流面積變化并確定葉輪進(jìn)口邊 葉輪過流斷面面積曲線檢查數(shù)據(jù)編號(hào)rc(mm)(mm)s（mm）b(mm)(mm2)l(mm)1224881105.2802224881105.286.063224881105.2810.55422.954.128.28.2133331183.75515.35526.893.97.87.81317.1821.01629.073.77.47.41350.94123.34731

9、.753.5771395.7326.04835.563.46.86.81518.55429.86939.383.36.66.61632.22233.681043.23.26.46.41736.29437.51147.023.16.26.21830.77141.321250.843661915.65145.141354.662.95.85.81990.93648.961458.482.85.65.62056.62552.781562.32.75.45.42112.71856.61666.122.65.25.22159.21560.4217702.555219864.31 (8)葉輪出口速度2=0

10、.898；出口軸面速度vm2=q/v d2b22=0.938 m/s; 出口圓周分速度u2u2=dn=21.61m/s ht=h/h=30.2m vu2= =13.7m/s (9)葉輪進(jìn)口圓周速度 進(jìn)口邊定在10，10，10 =9.03m/s =9.03m/s=9.03m/s(10)葉輪進(jìn)口速度tg1=tg1b*sin，su=s/sin，取s=2mm。取，進(jìn)口排擠系數(shù)：1=1-z su /（*d1）=6.3/（3600*6.28*0.712*0.02926*0.945*0.0076）=1.862m/s=6.3/（3600*6.28*0.713*0.02928*0.945*0.0076）=1.8

11、58m/s=6.3/（3600*6.28*0.02931*0.945*0.714*0.0076）=1.854m/s=1.862/9.03 ， ；=1.858/9.03 , ；=1.854/9.03 , 。，滿足。 (11)葉片加厚的數(shù)據(jù)葉片進(jìn)口厚度為2mm，出口厚度為3mm，最大厚度為4mm（參考現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊(cè)p219）。包角=20x5=100度=1.74弧度。tg=360b2/2r2，=67º>60º65º。在切于流線方向厚度sm=s/cos，為葉片在垂直于軸面截線平面內(nèi)葉片安放角。葉片的徑向厚度sr=sm/cos。tg=tgb*sin，為軸面截線與軸面流

12、線的夾角。 軸面b （度）（度）（度）（度）s（mm）sr（mm）0208720322.13iii23882322.332.53vi25892512.672.95ix27902713.13.48xi28.59028.513.463.94xiii29.59029.503.924.50xv30903003.784.36xvii30903003.54.04xix30903003.33.8xx30903003.03.46軸面b （度）（度）（度）（度）s（mm）sr（mm）0208820222.13iii23892322.332.53vi25902512.672.95ix27902713.13.48x

13、i28.59028.513.463.94xiii29.59029.503.924.50xv30903003.784.36xvii30903003.54.04xix30903003.33.8xx30903003.03.46軸面b （度）（度）（度）（度）s（mm）sr（mm）0208920222.13iii23902312.332.53vi25902512.672.95ix27902703.13.48xi28.59028.503.463.94xiii29.59029.503.924.50xv30903003.784.36xvii30903003.54.04xix30903003.33.8xx30

14、903003.03.46以上是a-a，b-b，c-c流線加厚數(shù)據(jù)。繪制木模圖時(shí)，包角為100º，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是從葉輪的吸入口方向去看為逆時(shí)針方向。九、導(dǎo)葉 因設(shè)計(jì)的為多級(jí)離心泵，故而選用流道式導(dǎo)葉。它在水力性能上較徑向?qū)~完善。(1)導(dǎo)葉的進(jìn)口直徑d3 d3=(1.021.05) d2=(1.021.05)*140=142.8147mm d3- d25mm， 取d3=144mm(2)進(jìn)口寬度b3 b3= b2*(25)mm=710mm多級(jí)泵應(yīng)該適當(dāng)減小b3 ，取b3=7mm.(3)螺旋線的角度 導(dǎo)葉進(jìn)口安放角 ，=0.938/13.7，取螺旋線的半徑： 角度102030405060

15、708090弧度0.17450.3490.52360.6890.87271.0471.22171.3961.57r73.1174.2375.3776.5377.7178.9180.1281.3582.5 （4）導(dǎo)葉葉片數(shù)z和喉部面積a3 通常為37mm，取=4mm. 喉部取為正方形，a3=（10.6）b3=4.27mm。 =3.8通常導(dǎo)葉的葉片數(shù)不要與葉輪的葉片數(shù)相等或互為倍數(shù)，取z=4。 速度系數(shù)法，查手冊(cè)圖8-10得， k3=0.53, =11.73m/s;導(dǎo)葉喉部高度mm。 （5）擴(kuò)散段的設(shè)計(jì)與計(jì)算 擴(kuò)散段的進(jìn)口面積為喉部面積f3 f3= a3 b3=5.3*7=37.1mm2 擴(kuò)散段出

16、口面積速度v4 v4=（0.40.5）v3=4.6925.865 導(dǎo)葉出口直徑d4 d4=(1.31.5) d3=187.2216 取d4=200mm 擴(kuò)散段長度l l=(34) a3=(34)*5.3=15.921.2mm ，取l=16mm 擴(kuò)散管出口面積f4f4=(1.51.8) f3=(1.51.8)*37.1=55.6566.78mm2 ，取f4 = 64 mm2 v4=m/s a4=b4=8mm 取a4=b4=8mm取直擴(kuò)散段，他比彎擴(kuò)散性能好。擴(kuò)散角：=2*actg（f4/）1/2-（f3/）1/2/l=7.7º 在7º10º之間。（6）過渡段的設(shè)計(jì)

17、環(huán)行空間的進(jìn)口面積應(yīng)大于或稍等于擴(kuò)散段的出口面積，轉(zhuǎn)彎過程的面積適當(dāng)大些是有益的。（7）反導(dǎo)葉的設(shè)計(jì) d5=200mm, d6=48mm b5 = b4/(1.051.15)=6.97.6 取b5=7mm; (8)確定反導(dǎo)葉進(jìn)口安放角和出口安放角直接由圖中量得。十、次級(jí)葉輪主要尺寸的計(jì)算1.次級(jí)葉輪主要考慮效率，k0=3.54.0。 當(dāng)量直徑 d0=（3.54.0）*(6.3/3600/2950)1/3=29.433.6mm，取d0=32mm葉輪進(jìn)口直徑：dj=(d02+dn2)1/2=48mm ， 取dj=48mm。d2=140mm， b2=5mm， z=92. 做葉輪軸面投影圖，檢查軸面截

18、線的過流面積變化并確定葉輪進(jìn)口邊葉輪過流斷面面積曲線檢查數(shù)據(jù)位置（mm）s(mm)b(mm)rc(mm)(mm2)l(mm)136621791.280236621791.283.6233.16.26.221.14823.1078.1843.26.46.424.17971.440613.9553.16.26.225.931009.6115.9662.955.95.927.771028.93417.8692.855.75.729.871069.22719.96102.85.65.635.61251.98125.69112.755.55.541.331427.53831.42122.75.45.44

19、7.061595.89937.15132.655.35.352.791757.06242.88142.65.25.258.521911.02948.61152.555.15.164.252057.79954.34162.55570219860.09 (9)葉輪進(jìn)口圓周速度 進(jìn)口邊定在11，11，11 =8.3m/s =8.26m/s=8.26m/s(10)葉輪進(jìn)口速度tg1=tg1b*sin，su=s/sin，取s=2mm。取，進(jìn)口排擠系數(shù)：1=1-z su /（*d1）=6.3/（3600*6.28*0.693*0.02686*0.945*0.00632）=2.5m/s=6.3/（3600*

20、6.28*0.697*0.02686*0.945*0.00632）=2.5m/s=6.3/（3600*6.28*0.02675*0.945*0.7*0.00632）=2.49m/s=2.5/8.3 ， ；=2.5/8.26 , ；=2.49/8.26 , 。，滿足。 (11)葉片加厚的數(shù)據(jù)葉片進(jìn)口厚度為2mm，出口厚度為3mm，最大厚度為4mm（參考現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊(cè)p219）。包角=22x5=110度=1.9弧度。tg=360b2/2r2，=65.1º>60º65º。在切于流線方向厚度sm=s/cos，為葉片在垂直于軸面截線平面內(nèi)葉片安放角。葉片的徑向厚度sr

21、=sm/cos。tg=tgb*sin，為軸面截線與軸面流線的夾角。a-as(mm)sinbtanbsr02750.966210.3840.355152.212.47850.996230.4240.4052.693.02850.996250.4660.43553.343.56860.998270.5090.47044.03.84870.999290.5540.50534.39xv3.56880.999300.5770.52324.11xv3.38891.0300.5770.52313.90xix3.2891.0300.5770.52313.69xxi3.02891.0300.5770.52313

22、.49xx3891.0300.5770.52313.46b-bs(mm)sinbtanbsr02800.985210.3840.361102.172.47850.996230.4240.4052.693.02860.998250.4660.43543.343.56870.999270.5090.47034.03.84880.999290.5540.50624.39xv3.56891.0300.5770.52314.11xv3.38901.0300.5770.52303.9xix3.2901.0300.5770.52303.69xxi3.02901.0300.5770.52303.47xx390

23、1.0300.5770.52303.46c-cs(mm)sinbtanbsr02850.996210.3840.36552.152.47880.999230.4240.40122.683.02891.0250.4660.43613.333.56901.0270.5090.47103.993.84901.0290.5540.50604.389xv3.56901.0300.5770.52304.11xv3.38901.0300.5770.52303.90xix3.2901.0300.5770.52303.69xxi3.02901.0300.5770.52303.49xx3901.0300.5770

24、.52303.46繪制木模圖時(shí)，包角為110º，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是從葉輪的吸入口方向去看為逆時(shí)針方向。十一、吸入室和壓出室的設(shè)計(jì)1. 吸入室： 因?yàn)閐s =40mm，而由查手冊(cè)得，法蘭:孔徑40mm，d=130mm,d1=110mm,d0=13.5,4×m12,n=4,法蘭厚度b=16mm,凸臺(tái)高f=3mm，導(dǎo)角r=1.5mm。環(huán)型進(jìn)水段出口處截面1面積應(yīng)該比泵入口處0積小20%30%。a1=（0.70.8）a0=（0.70.8）rn2=879.21004.8mm2b1=a1/（2*rc1）=5.386.95mm 取6mm。進(jìn)口截面的速度：v0=q/a0=1.393m/s，v

25、0=q/a0=1.393m/s。列0-0，1-1斷面的伯努利方程，常溫下水的汽化壓力pv/g=0.24m，大氣壓pa/g=10.33m。pa/g+v12/2g+z1=h+ v22/2g+z210.33+1.3932/19.6+0=h+1.7862/19.6+0.15 h=10.12m> pv/g=0.24m。2. 壓出室： 因?yàn)閐d =65mm，而由查手冊(cè)得，法蘭:孔徑65，d=185,d1=145,d0=17.5,8×m16,n=8,法蘭厚度b=22mm,密封面尺寸d=122擴(kuò)散斜度為1：10。十二、 平衡盤（一）計(jì)算軸向力 1.葉輪旋轉(zhuǎn)角速度w 308.77rad/s 2.

26、單級(jí)葉輪的勢(shì)揚(yáng)程hp hp=ht(1-ght/2u22) ht=25/0.827=30.23m u2=21.61m/s hp=3.首級(jí)葉輪軸向力 a1= =9800 =273.4n動(dòng)反力 a2= = = =3.07n a=a1-a2=273.41-3.07=270.34n4.次級(jí)葉輪軸向力 a1= =9800 =235.35n動(dòng)反力 a2= = = =4.33n a=a1-a2=235.35-4.33=231.02n 作用在所有葉輪上的軸向力a a= a+（i-1）a=270.34+（3-1）*231.02=732.38n（二）平衡盤的水力設(shè)計(jì) 1.平衡盤機(jī)構(gòu)前后的壓力降的計(jì)算 （1）末級(jí)葉輪

27、出口處液體壓力p2，設(shè)p1=0，則， p2= p1+h1（i-1）+hp =（25*2+20.64）*9800 =692.272kpa （2）末級(jí)葉輪泵腔徑向間隙b1進(jìn)口處的壓力p3 p3= p2- u2=21.62m/s =5.56m/s p3= p2- =692.272- =637.708kpa(3)平衡盤后面輪轂處壓力p6 p6=49 kpa（4）平衡機(jī)構(gòu)前后壓力降 = p3- p6=637.708-49=588.708 kpa 2.間隙b1=0.20.3mm,b2=0.10.2mm,r0=35mm 取b1=0.2mm，b2=0.1mm，r0=18mm =3.67 3.選擇r1=（1.1

28、1.15）rm=30.832.2mm 取r1=30mm， 取r2=90mmb1, 4.校核壓降系數(shù) 其中，則 = =0.398 =1+0.75+0.752-0.398*（1-0.75-2*0.752） =2.66 =0.2+0.75*（1-0.75）+0.752 =3.014.計(jì)算泄露q q =2.2×10-4m3/s% 滿足于設(shè)計(jì)要求 5 計(jì)算長度l1 取 = =40.76mm十三、 填料密封 d=（1.21.4）×36=43.250.4，取d=46mm。填料寬10mm。 因?yàn)閴毫榇髿鈮?，故而填料為三根，又因?yàn)槎嗉?jí)離心泵，所以采用有填料環(huán)的填料密封。填料截面為方形十四、

29、 泵零件的校核1.鍵的強(qiáng)度校核 （1）聯(lián)軸器出處鍵的校核 聯(lián)軸器處軸徑為14mm，由機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐查得鍵的尺寸為l×b×h=25×5×5，且采用c型鍵而扭矩為mn=9550 pc/n=8.31n.m軸的材料為45鋼，因此，許用擠壓應(yīng)力取其平均值為，許用壓力鍵的工作長度為l=l-b/2=25-2.5=22.5mm 因此鍵的強(qiáng)度足夠。（2）葉輪處鍵的強(qiáng)度 裝葉輪處軸徑為24mm，由機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐查得鍵的尺寸為l×b×h=80×8×7，和l×b×h=90×8×7且采用b型鍵，校核l=8

30、0mm的鍵。而扭矩為mn=9550 pc/n=8.31n.m軸的材料為45鋼，因此，許用擠壓應(yīng)力取其平均值為，許用壓力鍵的工作長度為l=l-b/2=80-4=76mm 因此鍵的強(qiáng)度足夠。2. 葉輪強(qiáng)度的計(jì)算 （1）蓋板強(qiáng)度的計(jì)算 蓋板中的應(yīng)力主要是由離心力造成的，半徑越小的地方，應(yīng)力越大。在dj和dx處的應(yīng)力近似用下式計(jì)算 按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板，蓋板任意直徑dx處的厚度按下式計(jì)算 葉輪d2=140mm，蓋板任意直徑dx=0.07m，21.6m/s，材料：。 308.77rad/s =0.825*7800*21.62=3002.3kpa<pa =0.003*e =0.0

31、03m=3mm（2）.葉片厚度計(jì)算 根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差,可近似得出下面計(jì)算葉片厚度的公式: 由手冊(cè)p557表19-9得a=3.25, d2=140mm, ns=40.3,z=9,h=25m=3*0.14*=0.7mm,而實(shí)際s=4mm,滿足要求。3.平衡盤強(qiáng)度計(jì)算近似地認(rèn)為平衡盤是受均布載荷的圓盤，均布載荷為在力p和離心力的作用下，盤的根部斷面產(chǎn)生最大應(yīng)力，外緣產(chǎn)生最大軸向變形，應(yīng)力和擾度分別用下式計(jì)算（pa） ） （pa）其中r=0.04m，r=0.018m，h=0.08m，a=732.38n 材料zg1cr13，w=308.9rad/s 由，查得k=1.4， p=732.38/（

32、0.042-0.0182）=182.7kpa =63945kpa ） = =1075.275kpa =63414kpa kp 故強(qiáng)度滿足使用要求。 4.中段強(qiáng)度計(jì)算 多級(jí)泵中段，作用著內(nèi)壓力p，倒數(shù)第二級(jí)作用著最大的內(nèi)壓力。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，把中段當(dāng)作承受內(nèi)壓力的圓筒，筒的另一端是自由的，另一端被約束住。 （1）.中段壁厚的選擇 其中di=200mm， p=9800*50+101325=590kpa 材料zg1cr13，取=156909kpa =，而實(shí)際s=13mm， 所以，強(qiáng)度足夠。 （2）.強(qiáng)度校核 根據(jù)實(shí)際采用的厚度，按下列步驟進(jìn)行校核計(jì)算 式中， h-壁厚 中段的應(yīng)力發(fā)生在約束端的端面

33、內(nèi)，其徑向彎矩密度為 圓周彎矩密度很小，其值為 徑向力密度 最大徑向應(yīng)力 di=200mm。de=220mm，h=12mm，p=590kpa，l=12mm 材料zg1cr13， （rad/s） = =42.1n.m/m = =7028.9n/m =2339.9kpa 所以，強(qiáng)度滿足要求。5.軸的強(qiáng)度校核及臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算 a.計(jì)算作用在軸上的載荷（1）彈性柱銷聯(lián)軸器質(zhì)量為2kg，則g=20n（2）葉輪前段軸套和軸看作均布載荷，估算質(zhì)量： m=，其作用力（3）葉輪質(zhì)量產(chǎn)生的徑向載荷估算其質(zhì)量產(chǎn)生載荷=9800*3.14*(0.072-0.0182)*0.015=20n，三級(jí)葉輪=60n（4）平衡盤產(chǎn)生的徑向載荷。估算其值為（5）葉輪后段軸套和軸看作均不載荷，其作用力為b.不平衡離心力 c.軸向力a d.軸的扭矩mn mn=8.31n.me.計(jì)算支反力 由力平衡得，=182由力矩平衡得：=