D200多級(jí)離心清水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 攀枝花學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 d200多級(jí)離心清水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 題 目：d200多級(jí)離心清水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 200910601065 院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 2013年2月21日攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘要 泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他能源的能量傳遞給它所輸送的液體，使液體的能量增加的機(jī)械。其中離心泵是用量最大的水泵，在給水排水及農(nóng)業(yè)工程、固體顆粒液體輸送工程、石油及化學(xué)工業(yè)、航天航空及航海工程、能源工程和車輛工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)都有廣泛應(yīng)用1。而此次設(shè)計(jì)的d200多級(jí)離心泵屬于d型臥式單吸多級(jí)節(jié)段式離心清水泵，主要用于

2、輸送清水（含雜質(zhì)量小于1%，顆粒度小于0.1mm）或物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體。它輸送介質(zhì)溫度小于80，適用于礦山排水、工廠與城市給排水等場(chǎng)合2。該系列泵具有效率高、性能范圍廣、運(yùn)轉(zhuǎn)安全平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)d200多級(jí)離心清水泵的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明以及對(duì)其幾何參數(shù)對(duì)它的影響進(jìn)行分析選擇。多級(jí)節(jié)段式離心清水泵應(yīng)用范圍廣，所以產(chǎn)量也相對(duì)較大。這類泵采用單軸串聯(lián)多個(gè)葉輪的方式從而達(dá)到高揚(yáng)程的要求,而且每個(gè)葉輪具有相應(yīng)的導(dǎo)輪。關(guān)鍵詞 離心泵，葉輪，導(dǎo)葉，平衡裝置i攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） abstractabstractthe pump is transfer t

3、he prime mover of the mechanical energy or other energy to give it the delivery of liquid, the liquid to increase the energy of the machine. centrifugal pump which is the maximum amount of water pump, the water supply and drainage and agricultural engineering, transportation engineering of liquid an

4、d solid particles, oil and chemical industry, aerospace and marine engineering, energy engineering and vehicle engineering and other national economic departments are widely used. d200 multistage centrifugal pump and the design of d type horizontal single suction multi-stage centrifugal pumps, mainl

5、y used for conveying water (containing impurities is less than 1%, particle size less than 0.1mm) or for other liquids similar to water in physical and chemical properties. the transmission medium temperature less than 80 , applicable to mine drainage, factory and the city drainage. this series of p

6、ump has the advantages of high efficiency, wide range of performance, safe and stable operation, low noise, long service life, convenient installation and repair.the structure of each part of the d200 multi-stage centrifugal pump were introduced as well as the influence of the geometric parameters o

7、n it were selected for analysis. multi-stage centrifugal water pump a wide range of applications, so the output is relatively large. this kind of pump adopts the way of single axis series multiple impeller so as to achieve the high lift requirements, and each has a corresponding wheel impeller.keywo

8、rds centrifugal pump, impeller, guide vane, balancing deviceii攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目錄摘要iabstractii目錄.1.前 言11 泵的應(yīng)用及分類11.1 泵的應(yīng)用范圍11.2泵的分類11.2.1容積泵11.2.2 葉片式泵（動(dòng)態(tài)泵）11.2.3其它類型泵11.3離心泵的分類11.3.1按葉輪數(shù)目分類21.3.2按軸的安裝分類21.3.3 按吸入方式分類31.3.4按葉片安裝方法分類31.3.5按工作壓力分類31.3.6 按殼體分開(kāi)方式分類31.3.7 按葉輪出來(lái)的水引向壓出室的方式分類31.3.8按泵的用途和輸分

9、送液體的性質(zhì)32 離心泵原理及其主要參數(shù)42.1 離心泵的基本構(gòu)造及工作原理42.1.1離心泵的基本構(gòu)造42.1.2離心泵的工作原理42.2 離心泵的主要參數(shù)52.2.1 揚(yáng)程52.2.2 流量52.2.3 功率和效率62.2.4 轉(zhuǎn)速62.2.5 汽蝕余量62.2.6 泵的各種損失及泵的效率73 離心泵的主要零部件83.1過(guò)流部件83.1.1 葉輪83.1.2 離心泵吸水室83.1.3 離心泵壓水室83.2結(jié)構(gòu)部件83.2.1軸83.2.2軸承93.2.3密封裝置93.2.4軸向力平衡裝置93.2.5其它零部件104 d200多級(jí)離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114.1 d200離心泵結(jié)構(gòu)方案的選擇114.

10、1.1 電機(jī)的選擇114.1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、比轉(zhuǎn)數(shù)和級(jí)數(shù)114.1.3 確定進(jìn)口直徑、流速和出口直徑134.1.4 確定泵的最小汽蝕余量hmin和汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)c144.2 軸徑的設(shè)計(jì)154.3 離心泵的葉輪的設(shè)計(jì)174.3.1葉輪進(jìn)口直徑174.3.2確定葉片入口邊直徑204.3.3葉輪外徑204.3.4葉片入口寬度214.3.5葉片入口處圓周速度214.3.6確定葉片數(shù)214.3.7葉片厚度214.3.8葉片出口安放角214.3.9葉輪出口寬度224.3.10葉片入口軸面速度234.3.11葉片入口安放角234.3.12葉片排擠系數(shù)244.3.13 葉輪出口絕對(duì)速度和圓周速度的夾角244.3.

11、14 葉片包角的確定264. 4導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)計(jì)算264.4.1 基圓直徑264.4.2 導(dǎo)葉入口寬度274.4.3 導(dǎo)葉入口角274.4.4導(dǎo)葉擴(kuò)散角274.4.5 導(dǎo)葉入口厚度274.4.6 導(dǎo)葉喉部面積和形狀274.4.7導(dǎo)葉出口直徑284.4.8 導(dǎo)葉擴(kuò)散段長(zhǎng)度284.4.10彎道294.4.11反導(dǎo)葉入口角294.4.12反導(dǎo)葉出口角294.4.13反導(dǎo)葉葉片數(shù)294.4.14反導(dǎo)葉進(jìn)、出口直徑304.5軸承的選擇304.6 聯(lián)軸器的選擇304.7 平衡裝置的設(shè)計(jì)305 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算325.1 離心泵軸的校核325.1.1軸的強(qiáng)度校核325.1.2軸的剛度校核335.2 鍵

12、的強(qiáng)度校核345.3 葉輪強(qiáng)度計(jì)算345.3.1 輪轂的強(qiáng)度計(jì)算345.3.2葉輪蓋板強(qiáng)度計(jì)算355.3.3 葉片厚度計(jì)算365.4離心泵渦室壁厚計(jì)算365.5 離心泵中段校核375.6泵體連接螺栓計(jì)算385.6.1確定單個(gè)螺栓所受總載荷385.6.2連接螺栓許用應(yīng)力校核39結(jié)語(yǔ)40參考文獻(xiàn)41致謝4245攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論1 緒論1.1前 言據(jù)全國(guó)流體機(jī)械及工程國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上報(bào)告：泵是一種應(yīng)用廣泛、耗能大的通用流體機(jī)械，我國(guó)每年各種泵的耗電量大約占全國(guó)總耗電量的20%,耗油量大約占全國(guó)總耗油量的50%。尤其是離心泵是各種泵中使用范圍最廣泛的。而d型多級(jí)節(jié)段式離心泵，供輸送清

13、水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體之用，具有效率高、性能范圍廣、運(yùn)轉(zhuǎn)安全平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)。常應(yīng)用于輸送不含固體（磨料）、不含懸浮物的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它液體。而且d系列臥式多級(jí)節(jié)段式離心泵依靠自身的結(jié)構(gòu)可以滿足大流量高揚(yáng)程供水需求，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、礦山及城市給水中有著不可替代的作用。隨著它應(yīng)用領(lǐng)域的不斷地?cái)U(kuò)大和先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，具有廣泛的研究意義。因此我的課題是d200多級(jí)離心清水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由指導(dǎo)教師給的具體設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，該設(shè)計(jì)的需要滿足的條件：流量q=280m3/h；揚(yáng)程h=200m；效率=80%；轉(zhuǎn)速n=1470r/min；液體重度=1000kg/m

14、3。隨著泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外各經(jīng)濟(jì)單位對(duì)泵的各種需求，d系列多級(jí)離心泵逐漸被廣泛應(yīng)用?？梢哉f(shuō)無(wú)論是農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)還是礦山、城市以及其它工業(yè)幾乎都有它的身影。作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)的泵產(chǎn)業(yè)與國(guó)國(guó)外的差距在于生產(chǎn)技術(shù)與管理落后，導(dǎo)致：交貨不及時(shí)；鑄件表面質(zhì)量及內(nèi)在質(zhì)量不理想；使用壽命短等缺點(diǎn)。所以要使個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)單位的正常工作得到滿足，必須使我國(guó)的離心泵產(chǎn)業(yè)與國(guó)際接軌，尤其是國(guó)民經(jīng)單位運(yùn)用最多的d系列多級(jí)離心泵。1 .2泵的應(yīng)用及分類1.2.1 泵的應(yīng)用范圍泵輸送液體的種類繁多，諸如輸送清水、污水的潛水泵等,應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 在化工和石油部門(mén)的生產(chǎn)中，原料和半成品乃至于成品大多是液體，而原

15、料到半成品再到成品的工藝過(guò)程較為復(fù)雜，在這些過(guò)程中泵起到了輸送及提供化學(xué)反應(yīng)所需壓力的作用，除此之外，泵還可以用來(lái)調(diào)節(jié)很多裝置的溫度。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，排灌機(jī)械主要靠蹦來(lái)承擔(dān)。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年農(nóng)村所需要的潛水泵和離心泵大致可以占泵總產(chǎn)量一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也應(yīng)用較多的設(shè)備。礦井排水用高壓礦用潛水泵，在選礦、冶煉和軋制過(guò)程中也需用泵來(lái)供水等。 在電力部門(mén)，核電站需要核主泵、二級(jí)泵、三級(jí)泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。 在國(guó)防建設(shè)中，高壓及有放射性的液體，要求泵無(wú)泄漏等。1.2.2泵的分類泵的種類很多一般可以分為容積泵、葉片式泵（動(dòng)態(tài)

16、泵）和其它類型泵三大類。1.容積泵容積泵是能量通過(guò)力的作用，周期性地向一個(gè)或一個(gè)以上的移動(dòng)式有效附件的界面、液體相當(dāng)于容積施加，導(dǎo)致壓力直接上升，達(dá)到輸送液體通過(guò)閥門(mén)或管件直至排出管線所需壓力的裝置。依據(jù)壓力產(chǎn)生元件的自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，容積泵基本上分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩類。2.葉片式泵（動(dòng)態(tài)泵）葉片式泵是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)液體的動(dòng)力作用，把能量連續(xù)地傳遞給液體，使液體的動(dòng)能（為主）和壓力能增加，隨后通過(guò)壓出室將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，從而達(dá)到輸送液體的目的。葉片式泵根據(jù)葉輪和流道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同可分為：離心泵、軸流泵、混流泵和旋渦泵等。3.其它類型泵其它類型泵的工作原理各異，如射流泵、水錘泵、氣升泵以及螺

17、旋泵等。螺旋泵是用螺旋推進(jìn)原理來(lái)提高液體的位能，而其它泵都是用工作液體傳遞能量來(lái)輸送液體。1.2.3離心泵的分類 離心泵是動(dòng)態(tài)泵中應(yīng)用最廣的一類泵，可按以下方式分類。1.按葉輪數(shù)目分類單級(jí)泵：即在泵軸上只有一個(gè)葉輪；如圖1.3.1圖 1.3.1 sh型單級(jí)雙吸泵殼中開(kāi)式離心泵多級(jí)泵：即在泵軸上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的葉輪，這時(shí)泵的總揚(yáng)程為n個(gè)葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程之和。如圖1.3.2所示。圖1.3.2 d型臥式多級(jí)離心泵2.按軸的安裝分類臥式泵：泵軸位于水平安裝；如上圖1.3.2所示。立式泵：泵軸位于垂直安裝；如圖1.3.3所示。圖1.3.3 isq系列立式管道離心泵3.按吸入方式分類單吸：葉輪只在一面有吸

18、入口；如圖2.3.4所示。雙吸：葉輪在兩面有吸入口；如圖1.3.1所示。圖1.3.4 is系列單級(jí)單吸式離心泵4.按葉片安裝方法分類可調(diào)葉片：葉輪的葉片安放角度可以調(diào)節(jié)；固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的。5.按工作壓力分類低壓泵：壓力低于100米水柱；中壓泵：壓力位于100-650米水柱之間；高壓泵：壓力高于650米水柱；6.按殼體分開(kāi)方式分類分段式：殼體按與主軸垂直的平面分開(kāi)；節(jié)段式：在分段式多級(jí)泵中，每一級(jí)殼體都是分開(kāi)的；中開(kāi)式：殼體在通過(guò)軸心線的平面上分開(kāi)；如圖1.3.1所示。水平中開(kāi)式：在中開(kāi)式中分開(kāi)面是水平的；垂直中開(kāi)式：在中開(kāi)式中分開(kāi)面是垂直的；斜中開(kāi)式：在中開(kāi)式中分開(kāi)面是傾斜

19、的。7.按葉輪出來(lái)的水引向壓出室的方式分類蝸殼泵：水從葉輪出來(lái)后，直接進(jìn)入具有螺旋線形狀的泵殼；如圖1.3.1導(dǎo)葉泵：水從葉輪出來(lái)后，進(jìn)入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉，之后進(jìn)入下一級(jí)或流入出水管。8.按泵的用途和輸分送液體的性質(zhì)按泵的用途和輸送液體的性質(zhì)可分為：清水泵、泥漿泵、酸泵、堿泵、油泵、低溫泵、高溫泵、屏蔽泵。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 離心泵原理及其主要參數(shù)2 離心泵原理及其主要參數(shù)2.1 離心泵的基本構(gòu)造及工作原理離心泵是應(yīng)用面大，應(yīng)用范圍廣的流體輸送設(shè)備。由于應(yīng)用場(chǎng)合、性能參數(shù)、輸送介質(zhì)和使用要求的不同，離心泵的品種及規(guī)格繁多，結(jié)構(gòu)形式多種多樣。2.1.1離心泵的基本構(gòu)造離心泵的基本構(gòu)造

20、是由六部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。1葉輪作為離心泵的核心部分，具有較高轉(zhuǎn)速及較大輸出力。葉輪上起主要作用的是葉片，葉輪在裝配前要做靜平衡實(shí)驗(yàn)。葉輪內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。2泵體又稱泵殼，是泵的主體，起支撐和固定作用，并與安軸承的托架相連接。3泵軸的作用是經(jīng)聯(lián)軸器將電機(jī)的轉(zhuǎn)距傳遞給葉輪，是傳遞機(jī)械能的主要部件。4軸承是支撐泵軸旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件，有滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種形式。在水泵運(yùn)行過(guò)程中軸承的溫度最高在85度一般運(yùn)行在60度左右，如果高了就要查找原因并及時(shí)處理！5密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進(jìn)口與泵殼間的間隙過(guò)大會(huì)使泵內(nèi)高壓區(qū)的水流向低壓區(qū)，使泵效率降低！而過(guò)小會(huì)使

21、葉輪與泵殼摩擦磨損。一般密封的間隙保持在0.251.10mm之間為宜。 6填料函主要由填料，水封環(huán)，填料筒，填料壓蓋，水封管組成。2.1.2離心泵的工作原理 1.泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)葉片間流體做功，流體由葉輪中心被拋向外圍；2.被拋出的液體由泵殼匯集，液體順著蝸殼形通道擴(kuò)大的方向流動(dòng)。泵殼使流體的部分動(dòng)能化為壓能，使輸送能量損失減??；3.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(kāi)，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。4.葉輪外周安導(dǎo)輪使泵內(nèi)液體能量轉(zhuǎn)換效率提高。導(dǎo)輪是葉輪外周固定的帶葉片的環(huán)。葉片的彎曲方和與葉輪葉片的相反，其角度與液體由葉輪流出的方向相適應(yīng)，使

22、液體在泵殼內(nèi)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換方向，使能耗最小，動(dòng)壓能轉(zhuǎn)為靜壓能的效率高。5.軸向推力由后蓋板平衡孔來(lái)消除。葉輪周邊的液體帶著較高壓力離開(kāi)，部分會(huì)滲到后蓋板后側(cè)，而葉輪前側(cè)入口處液體為低壓，故產(chǎn)生軸向推力。2.2 離心泵的主要參數(shù)泵的工作狀況常用工作參數(shù)來(lái)表示，主要工作參數(shù)有：揚(yáng)程h、流量、轉(zhuǎn)速、汽蝕余量、功率和效率等。這些參數(shù)反映了泵的工作狀態(tài)和能量轉(zhuǎn)換程度。泵的主要性能指標(biāo)也用這些主要工作參數(shù)來(lái)表示。2.2.1 揚(yáng)程揚(yáng)程又稱為泵的壓頭，是單位重量的液體從泵入口處到出口處的能量增量。其單位是，習(xí)慣簡(jiǎn)稱為米。根據(jù)定義，泵的揚(yáng)程h可以寫(xiě)為 (21)式21中：泵出口處單位重量流體的能量（m）； 泵進(jìn)口處單

23、位重量流體的能量（m）。單位重量流體的能量在水力學(xué)中稱為水頭，通常由壓力水頭 (m)、速度水頭 (m)、位置水頭z（m）三部分組成，即因此 (22)式22中： 、泵出口、進(jìn)口處液體的靜壓力； 、泵出口、進(jìn)口處液體的速度； 、泵出口、進(jìn)口到任選的測(cè)量基準(zhǔn)面的距離； 、泵出口、進(jìn)口動(dòng)能系數(shù)。2.2.2 流量流量是泵在單位時(shí)間通過(guò)水泵出口截面的液體量（體積或質(zhì)量）。其中，體積流量用表示，單位是：m3/s、m3/h、l/s等，質(zhì)量流量用表示，單位是：t/h、kg/s等。質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系為 (23)式23中：流體的密度（kg/m3、t/m3），常溫清水1000kg/m3。實(shí)際上，水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部件和

24、固定部件之間總是有間隙的，那么轉(zhuǎn)輪四周的液體由高壓側(cè)沿間隙漏向低壓側(cè)而未經(jīng)泵出口截面流出而產(chǎn)生效益。所以實(shí)際產(chǎn)生效益的流量小于通過(guò)轉(zhuǎn)輪輸送的理論流量，該理論流量為 (24)泵的容積效率為 (25)2.2.3 功率和效率泵的功率又稱軸功率，通常指輸入功率，即電動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率，故用表示。泵的有效功率指泵的輸出功率，用表示，是單位時(shí)間內(nèi)液體經(jīng)泵輸送所獲得的有效能量。有效功率為： (26)或 (27)式26,27中： 泵輸送液體的密度； 泵輸送液體的重度； 泵的理論流量； 泵的理論揚(yáng)程； 重力加速度。若液體重度的單位kgf/m3、的單位與上式相同，則 （28）軸功率和有效功率之差為泵內(nèi)的損失功率

25、，其大小用泵的機(jī)械效率來(lái)計(jì)量。泵的機(jī)械效率為有效功率和軸功率之比，用表示，即 （29）也可以用下式表示 （210）式210中 機(jī)械效率；容積效率；水力效率； 總效率3。2.2.4 轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括葉輪、導(dǎo)葉、軸等，單位時(shí)間內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)稱為轉(zhuǎn)速，用符號(hào)n表示，單位是轉(zhuǎn)每分（r/min）。泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。當(dāng)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)軸時(shí)，可按泵的最優(yōu)運(yùn)行工況選定轉(zhuǎn)速。2.2.5 汽蝕余量汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量。單位用米標(biāo)注，用（npsh）r。通常把泵入口的全水頭和液體飽和蒸氣壓力水頭之差，作為發(fā)生汽蝕的大致標(biāo)準(zhǔn)。汽蝕余量國(guó)內(nèi)用表示。

26、 （211）式211中 泵入口處的靜壓力 泵入口處的平均流速2.2.6 泵的各種損失及泵的效率由離心泵知離心泵在把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體能量過(guò)程中，伴有各種損失，這些損失用相應(yīng)的效率來(lái)表示。離心泵內(nèi)的損失可分三種，即機(jī)械損失、容積損失和水力損失，與之相對(duì)應(yīng)泵的效率也分機(jī)械效率、容積效率和水力效率。 (1)機(jī)械損失和機(jī)械效率 軸承損失功率、密封損失功率和圓盤(pán)摩擦損失功率之和稱為機(jī)械損失，用來(lái)表示。軸功率去掉機(jī)械損失功率后稱為輸入水力功率，用來(lái)表示。機(jī)械效率為輸入水力功率和軸功率之比，即 （212）(2)容積損失和容積效率 容積損失的實(shí)質(zhì)也是能量損失，容積損失的大小用容積效率來(lái)計(jì)算。容積效率為葉輪除掉泄

27、漏后液體(實(shí)際的流量)的功率及通過(guò)葉輪的液體(理論流量)的功率(輸入水力功率)之比，即 （213）(3)水力損失和水力效率 由于存在水力損失，單位質(zhì)量液體經(jīng)過(guò)泵增加的能量(h)，要小于葉輪傳給單位質(zhì)量液體的能量()。泵的水力損失的大小用泵的水力效率來(lái)計(jì)量。用下式： （214）且泵的總效率等于機(jī)械效率、容積效率和水力效率之乘積，即 （215）上三式中 機(jī)械效率；容積效率；水力效率； 總效率；除掉泄漏之后的液體的功率；去掉水力損失液體的功率。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 離心泵的主要零部件3 離心泵的主要零部件離心泵的零部件分為過(guò)流部件和結(jié)構(gòu)部件。過(guò)流部件和結(jié)構(gòu)部件各自的包含如下。3.1過(guò)流部件

28、3.1.1 葉輪葉輪是泵的核心，也是過(guò)流部件的核心。其主要作用是把原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體。葉輪常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其它材料做成。1.葉輪按液體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的流動(dòng)方向分為三類：徑流式葉輪；混流式葉輪；軸流式葉輪。2.按液體流入的方式分為：?jiǎn)挝~輪；雙吸葉輪。3.按結(jié)構(gòu)形式分為：閉式葉輪；開(kāi)式葉輪；半開(kāi)式葉輪。其中如果泵的壓頭由單個(gè)葉輪產(chǎn)生，則稱之為單級(jí)泵。反之稱為多級(jí)泵。其中封閉式葉輪幾乎普遍用于抽送清潔液體的泵，所以應(yīng)用較廣。3.1.2 離心泵吸水室吸水室是指泵進(jìn)口段到葉輪入口泵體的過(guò)流部分。吸水室中的水力損失比壓出室小得多，故吸水室相對(duì)不算很重要。但它的設(shè)計(jì)影響泵的抗空化性，因此吸水室

29、應(yīng)保證在損失最小的情況下流速盡可能均勻分布，并將室內(nèi)的流速變?yōu)槿~輪的平穩(wěn)入口速度。按結(jié)構(gòu)吸水室可以分為直錐型吸水室、彎管型吸水室、環(huán)形吸水室和半螺旋型吸水室。3.1.3 離心泵壓水室離心泵的壓水室是指葉輪出口至次級(jí)葉輪進(jìn)口前的過(guò)流部分。壓出室作用是將葉輪中流出的液體收集起來(lái)并送到下一級(jí)葉輪或管道系統(tǒng)中；降低葉輪出來(lái)液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，以減少液體在下一級(jí)葉輪或管道系統(tǒng)中的損失；消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的水力損失。壓水室按結(jié)構(gòu)分成螺旋式壓水室、導(dǎo)葉壓水室和環(huán)形壓水室4。3.2結(jié)構(gòu)部件3.2.1軸軸是用來(lái)傳遞扭矩，使葉輪旋轉(zhuǎn)。軸上固定有葉輪、軸承、密封裝

30、置及聯(lián)軸器等部件。軸的受力復(fù)雜，受到由重量、葉輪旋轉(zhuǎn)造成的離心力及葉輪外緣力不平衡造成的附加徑向力作用，在軸承處還受到靜態(tài)支撐力與動(dòng)態(tài)支撐力作用。軸的最小直徑指聯(lián)軸器處的軸徑，常考慮到鍵槽或退刀槽對(duì)強(qiáng)度的削弱，給以適當(dāng)?shù)脑黾?，并圓整取標(biāo)注直徑。軸最小直徑公式 （315）式中為轉(zhuǎn)矩，當(dāng)已知功率和轉(zhuǎn)速時(shí)；為材料的許可應(yīng)力，對(duì)于35鋼。3.2.2軸承軸承用來(lái)支撐轉(zhuǎn)子零件，并承受轉(zhuǎn)子零件上的多種載荷。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承。每一種又可以分為向心軸承和推力軸承。3.2.3密封裝置為了保證泵的正常工作，應(yīng)防止液體外泄和內(nèi)泄，或外界空氣吸入泵內(nèi)，因此必須在葉輪和泵殼間、軸與殼體間裝

31、有密封裝置。1. 填料密封軟填料密封是填料密封中應(yīng)用最廣泛的，又稱盤(pán)根盒密封，它由油浸石墨的石棉繩做填料，放于盤(pán)根盒中由套筒和壓蓋壓緊，依靠填料的變形達(dá)到密封。用軟填料時(shí)，在填料層中間安裝一個(gè)封漏環(huán)，把高壓液流引入此處，不僅起密封作用，同時(shí)也能起潤(rùn)滑冷卻作用，2. 機(jī)械密封一對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)環(huán)的端面互相貼合形成微小軸向間隙起密封作用。3. 浮動(dòng)密封浮動(dòng)密封是靠浮動(dòng)環(huán)端面和浮動(dòng)套端面的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向密封的，徑向密封是靠軸套外圓表面與浮動(dòng)環(huán)內(nèi)圓表面形成的狹窄縫隙以產(chǎn)生節(jié)流來(lái)密封的。4. 密封環(huán)轉(zhuǎn)輪入口的密封環(huán)又稱為口環(huán)，用來(lái)防止液流從葉輪出口經(jīng)過(guò)殼體和葉輪外壁間隙返回葉輪進(jìn)口的內(nèi)泄漏，以提高水泵的容積效

32、率。5.副葉輪密封副葉輪密封是利用回轉(zhuǎn)體帶動(dòng)流體使之產(chǎn)生離心力以克服泄漏的裝置，其密封能力來(lái)源于機(jī)器軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)副葉輪所做的功，因此副葉輪密封又稱為動(dòng)力密封 5。3.2.4軸向力平衡裝置離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分會(huì)受到一個(gè)與軸線平行的軸向力，這個(gè)力相當(dāng)大，此力會(huì)使葉輪和軸發(fā)生竄動(dòng)，葉輪與密封環(huán)發(fā)生摩擦，造成零件損壞，特別是多級(jí)離心泵。因此，必須設(shè)法平衡或消除軸向力。多級(jí)離心泵的軸向力平衡方法：對(duì)稱分布葉輪對(duì)稱分布多級(jí)泵的葉輪，通過(guò)縫隙的泄漏量最小，密封壓力最小，流道簡(jiǎn)單。平衡鼓平衡鼓裝在末級(jí)葉輪的后面，其后面是平衡室，與第一級(jí)葉輪的吸入室相通。平衡盤(pán)在不同工況自動(dòng)完全的平衡軸向力，故廣泛應(yīng)用于多

33、級(jí)離心泵6。3.2.5其它零部件離心泵除上述主要零部件以外，還有中段、托架、支架、聯(lián)軸器等零部件。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） d200多級(jí)離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 d200多級(jí)離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 d200離心泵結(jié)構(gòu)方案的選擇 根據(jù)指導(dǎo)老師給的任務(wù)要求（1、流量q=280m3/h；2、揚(yáng)程h=200m；3、效率=80%；4、轉(zhuǎn)速n=1470r/min；5、液體重度=1000kg/m3；）確定離心泵的結(jié)構(gòu)。4.1.1 電機(jī)的選擇離心泵的電機(jī)選擇需考慮以下因素： 根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的泵的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要

34、求。根據(jù)離心泵機(jī)組使用場(chǎng)所的環(huán)境條件。據(jù)電壓標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)功率的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)。據(jù)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速要求，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。除以上因素，還須考慮運(yùn)行可靠性、供貨情況、節(jié)能要求、通用性、安裝檢修的難易、建設(shè)費(fèi)用、維修等。離心泵軸功率的計(jì)算： （41）式41中：泵的有效功率；離心泵的效率；清水的重度；離心泵的流量；離心泵的揚(yáng)程。則： 則計(jì)算功率： （42）查“機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)”選電機(jī)型號(hào)為y355m2-4型,該種型號(hào)的電機(jī)額定功率為250kw，同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min,因此符合設(shè)計(jì)需要。4.1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、比轉(zhuǎn)數(shù)和級(jí)數(shù)由于本泵是采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的形式，所以電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)確定，滿載轉(zhuǎn)數(shù)n=147

35、0r/min 。根據(jù)多級(jí)泵比轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算公式： （43）式43中： 比轉(zhuǎn)數(shù) 泵的轉(zhuǎn)數(shù)； 泵的流量； 泵的揚(yáng)程；多級(jí)泵的級(jí)數(shù)。將上述數(shù)值帶入上式可得如下關(guān) 分別帶入級(jí)數(shù)i=3、4、5、6、7、8級(jí)，分別求出相應(yīng)的比轉(zhuǎn)數(shù)ns的值，見(jiàn)表4.1表4.1級(jí)數(shù)i與比轉(zhuǎn)數(shù)ns關(guān)系表級(jí)數(shù)i345678比轉(zhuǎn)數(shù)ns6480941081211341.比轉(zhuǎn)數(shù)（1）比轉(zhuǎn)數(shù)與泵效率密切有關(guān)，如圖4.1所示，在確定比轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)必須同時(shí)考慮泵的效率是否能達(dá)到給定指標(biāo)（2）在確定比轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，還應(yīng)考慮到是否有合適的模型，如果有合適的模型，應(yīng)該選取模型泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，這樣不但簡(jiǎn)化了試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)工作，而且保證產(chǎn)品有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。（3）離心

36、泵和混流泵的比轉(zhuǎn)數(shù)在30500范圍內(nèi)。（4）比轉(zhuǎn)數(shù)的大小與葉輪形狀和泵性能曲線形狀有密切關(guān)系7。2.級(jí)數(shù)1)確定級(jí)數(shù)時(shí)，首先應(yīng)該考慮到結(jié)構(gòu)安排的可能性。臥式泵級(jí)數(shù)太多會(huì)增加軸的跨度，降低運(yùn)行可靠性，給使用、維護(hù)、檢修工作帶來(lái)很多困難。目前，臥式多級(jí)象一般不超過(guò)l0級(jí)，最多不超過(guò)l5級(jí)。2)從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來(lái)看，希望級(jí)數(shù)越少越好，也就是希望單級(jí)揚(yáng)程越高越好。但是，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，要提高單級(jí)揚(yáng)程必須采用低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪，而比轉(zhuǎn)數(shù)越小，泵效率越低 8。圖 4.1 離心泵總效率圖由 “離心泵總效率”圖4.1，效率確定級(jí)數(shù)為級(jí)，比轉(zhuǎn)數(shù) 。4.1.3 確定進(jìn)口直徑、流速和出口直徑泵進(jìn)口直徑與吸入管內(nèi)的流速有關(guān)

37、，據(jù)國(guó)內(nèi)外管路經(jīng)濟(jì)流速分析及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最常用的流速為3m/s左右，但最好根據(jù)具體情況作綜合分析比較，常用的多級(jí)泵吸入口徑、流量和流速的關(guān)系見(jiàn)表4-2。表4-2 泵吸入口徑、流量和流速的關(guān)系進(jìn)口直徑/mm40506580100150200250300400多級(jí)泵1.3751.772.12.5432.442.482.542.843.426.5212.52546851.552804507201500則由公式： （44）式44中， 流量，單位應(yīng)為m3/s, 進(jìn)口平均流速， 取 則， 由上表可有，由（4-4）得吸入口流速公式： （45）可得： 泵的出口直徑可去與相同，或小于，即 取 （46）4.1.

38、4 確定泵的最小汽蝕余量hmin和汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)c最小汽蝕余量的大小與泵入口幾何形狀及液體流動(dòng)情況密切有關(guān)。我們可以利用水力學(xué)中的相似原理，引入一個(gè)汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)c來(lái)表示離心泵的最小汽蝕余量與泵設(shè)計(jì)參數(shù)間的關(guān)系： （47）汽蝕比轉(zhuǎn)速是在入口幾何相似，運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的條件下推導(dǎo)出來(lái)的。所以對(duì)一組入口幾何形狀（包括葉輪入口及吸入室）相似的泵，在相似的工況下，他們的c值相同。因此，c值可以作為葉輪入口和吸入室?guī)缀蜗嗨频呐袆e數(shù)9。泵的最小汽蝕余量越小，汽蝕比轉(zhuǎn)速越大，所以c值可以作為在考慮汽蝕性能時(shí)選取模型泵的一個(gè)參數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可見(jiàn)表4-3。4-3 分段式多級(jí)泵的和吸入口徑（mm）8010015

39、0200250設(shè)計(jì)流量（）4685155280150500單雙雙轉(zhuǎn)速（r/min）295045002950550029505000148029505000148029502950汽蝕余量（m）3.56.34.07.54.584.55.5115.05.05.0汽蝕比轉(zhuǎn)速7438809051050110512307551285131085512201305由給定設(shè)計(jì)參數(shù)得 4.2 軸徑的設(shè)計(jì)根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)確定泵的轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)數(shù)、級(jí)數(shù)和結(jié)構(gòu)形式后，必須求出軸徑和輪轂直徑才能進(jìn)行水力原件設(shè)計(jì)。由公式4-1有：計(jì)算軸徑時(shí)用的計(jì)算功率較軸功率稍大些，因?yàn)檩S功率是設(shè)計(jì)工況下的功率，而泵運(yùn)行時(shí)的最大流量所對(duì)

40、應(yīng)的功率大于軸功率，計(jì)算功率一般如式4-2所示：又由離心泵中查得： （48）又知，將上述數(shù)值帶入公式48得： 式子3-25為軸的最小直徑計(jì)算公式： 機(jī)械手冊(cè)上查“泵軸常用材料的許用切應(yīng)力”，如表4-4所示。表4-4 泵常用材料許用切應(yīng)力 材料熱處理要求許用切應(yīng)力用途正火處理400500一般單級(jí)泵調(diào)質(zhì)處理hb=241286500600一般多級(jí)泵調(diào)質(zhì)處理hb=241302700800大功率高壓泵調(diào)質(zhì)處理hb=268302600750耐腐蝕泵調(diào)質(zhì)處理hb=241285750800高溫泵本泵選擇45調(diào)質(zhì)處理，取軸最小直徑： 電機(jī)與泵軸之間一般采用彈性套柱銷聯(lián)軸器，上式算出的是聯(lián)軸器處的最小直徑，考慮到

41、開(kāi)鍵槽，由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)知一般加的裕量，將聯(lián)軸器將最小軸徑圓整為，安裝軸承和葉輪處的直徑為：。由于葉輪和軸通常是用鍵聯(lián)結(jié)的，因此，輪轂要有一定強(qiáng)度，輪轂的直徑可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算10。確定輪轂處的直徑： 、 （49）式中 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常取,這里?。话惭b葉輪處的軸的直徑，。則 4.3 離心泵的葉輪的設(shè)計(jì)離心泵葉輪（如圖4.2）的水利設(shè)計(jì)主要有相似設(shè)計(jì)法和速度系數(shù)設(shè)計(jì)法。這里運(yùn)用速度系數(shù)設(shè)計(jì)法來(lái)確定葉輪的主要幾何參數(shù)。圖4.2 離心泵葉輪4.3.1葉輪進(jìn)口直徑要求得必須先確定葉輪入口速度，可用公式 （410）式中 葉輪入口速度系數(shù) 泵的單級(jí)揚(yáng)程對(duì)分段式多級(jí)泵第一級(jí)葉輪，一般略為加大葉輪入口直徑來(lái)

42、降低液體流進(jìn)葉輪時(shí)的流速，進(jìn)而提高泵的抗汽蝕性能。而其他各級(jí)葉輪由于已有一定的吸入壓力，故應(yīng)盡量減小葉輪入口直徑，以提高泵的效率。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按圖4.3中相應(yīng)曲線選擇系數(shù)。圖4.3 離心泵葉輪的速度系數(shù)由圖4.3可以查到葉輪入口速度系數(shù)：多級(jí)泵首級(jí)葉輪,多級(jí)泵次級(jí)葉輪，泵的單級(jí)揚(yáng)程，所以有：多級(jí)泵首級(jí)葉輪 多級(jí)泵次級(jí)葉輪 通過(guò)葉輪的流量可用公式： 即 （411）大于設(shè)計(jì)流量,因?yàn)橥ㄟ^(guò)葉輪的流量中有一部分經(jīng)密封間隙返回葉輪入口處。可按下式計(jì)算： （412）圖4.4 離心泵的容積效率為容積效率，可由離心泵的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的215圖，即圖4.4查得。當(dāng)流量，且時(shí)，可查得。則 在輪轂或軸穿過(guò)葉輪時(shí)，葉輪入口直徑

43、為： （413）所以有：首級(jí)葉輪?。淮渭?jí)葉輪取。4.3.2確定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，一般可按比轉(zhuǎn)數(shù)確定，如表4-5所示。表 4-5葉片入口邊直徑與葉輪入口直徑及關(guān)系取值范圍葉片入口邊直徑與葉輪入口直徑關(guān)系所以時(shí)， 取值范圍。4.3.3葉輪外徑 葉輪出口直徑可由公式414求得 (414)式中是葉輪出口圓周速度，可由下式求得： （415）式中 多級(jí)泵的單級(jí)揚(yáng)程；葉輪出口圓周速度系數(shù)，可由圖4.3選取 。則 取 4.3.4葉片入口寬度離心泵葉輪入口尺寸和葉片入口寬度對(duì)泵的抗汽蝕性能影響很大。 （416）對(duì)首級(jí)葉輪:式中

44、為葉輪入口直徑，由離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知時(shí)，葉片入口直徑取值范圍，?。粸槿~輪入口絕對(duì)速度，一般情況下取，得。即對(duì)次級(jí)葉輪:式中為葉輪入口直徑，一般取；為葉輪入口絕對(duì)速度，一般情況下取，得 。即4.3.5葉片入口處圓周速度計(jì)算用公式： （417）則 首級(jí)葉輪： 次級(jí)葉輪： 4.3.6確定葉片數(shù) 由離心泵的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知：對(duì)的泵，一般取6片；對(duì)低比轉(zhuǎn)速的泵可以取9片，但應(yīng)注意勿使入口流道堵塞；對(duì)高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可以取45片；另外還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估計(jì)。 （418）式中為葉輪外徑（單位為厘米時(shí)），所以，取。4.3.7葉片厚度 一般在確定葉片厚度時(shí)應(yīng)注意：對(duì)較小的泵，要考慮到鑄造的可能性，對(duì)鑄鐵葉輪，葉片最小厚

45、度為；對(duì)鑄鋼葉輪，葉片最小厚度為。對(duì)大泵應(yīng)適當(dāng)增加葉片厚度，以使葉片有足夠的剛度，此處取。4.3.8葉片出口安放角 由離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知：葉片出口安放角一般在范圍內(nèi)，通常選用，故此處取。4.3.9葉輪出口寬度由離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知可以通過(guò)葉輪出口軸面速度確定，由其5-8圖得出 可按下式計(jì)算： （419）式419中 葉輪出口軸面速度系數(shù)，時(shí)，由圖4.3可?。欢嗉?jí)泵的單級(jí)揚(yáng)程。則 確定后可由下式計(jì)算： （420）式420中 葉片數(shù)目，取葉片出口處圓周方向的厚度（米），可由下式計(jì)算： （421）式中 葉輪出口處葉片真實(shí)厚度（嚴(yán)格地說(shuō)是流面上的速度），由離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中圖59(如圖4.6)，這里??；葉片出口安放角。 圖4.5 葉輪出口排擠由上面兩公式聯(lián)立可得： （422）帶入數(shù)值： 4.3.10葉片入口軸面速度葉片入口軸面速度可由下式得到 (423)式中 葉片入口排擠系數(shù)，一般取，??； 葉片入口處絕對(duì)速度，一般取。即 首級(jí)葉輪： 次級(jí)葉輪：4.3.11葉片入口安放角圖 4.6 葉片入口安放角葉片入口安放角（圖4.7所示）由下式可得 （4