離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)

摘要泵是應(yīng)用非常廣的通用機械，可以說是液體流動之處，幾乎都有泵在工作。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的開展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴大，據(jù)國家統(tǒng)計，泵的耗電量約占全國發(fā)電量的1/5，可見泵是當(dāng)然的耗電大戶。因而，提高泵的技術(shù)水平對節(jié)能具有重要意義。農(nóng)業(yè)的灌溉和排澇，城市的供水和排水都需要泵。在工業(yè)的各個部門泵更是不可缺少的。此次設(shè)計的是D200型多級離心式清水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計,此類泵是利用葉片和液體相互作用來輸送液體的葉片泵的一種，輸送清水，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、工廠和城市給排水等場合。離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)無需卸壓裝置，運行平安可靠和性能優(yōu)良等特點。本文介紹D200型離心泵的各局部結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)對泵性能的影響，分段式多級泵的用途比擬廣泛，產(chǎn)量也比擬大，這種泵實際上等于將幾個葉輪串聯(lián)在一根軸上，所以揚程一般比擬高，每個葉輪均有相應(yīng)的導(dǎo)葉。關(guān)鍵詞離心泵,導(dǎo)葉,葉輪,平衡裝置ABSTRACTPumpisasonekindofgeneralmachinery,itcanbesaidthatanyliquidflows,almostallofthepumpswork,withthedevelopmentofscienceandtechnology,pumpingapplicationareasareexpandingrapidly.Accordingtonationalstatistics,Pumppowerconsumptionaccountedforafifthofthecountry,wecanseethatthepumpisonlynaturalconsumptionmarket.Improvethetechnicallevelofenergyconservationpumphasimportantsignificance.Theagricultureirrigatesanddrainingfloodedfields,andthewatersupplyofcityanddrainingoffwaterallneedsthepump.Eachdepartmentpumpinindustrymorecannotlack.WhatIthistimedesignedis200D'smouldbeingatoddswiththecommunityortheleadershiptypeclearwaterpump.Thiskindofpumpisusingleafbladeandliquidtointeracttocarryakindofliquidvanepump,andcarriesclearwater(keepinginthemouththemiscellaneousqualitysmall1%,thegranulationissmallerthan0.1mm),similarotherliquidinwaterofphysicochemicalproperty.Itstransportmediumtemperatureissmallerthan80,occasionssuchasissuitableintheminedrainingoffwaterandfactoryandcityplumbingetc.Itissimplethatthecentrifugalpumppossessesthestructure,andthesystemneednotthedecompressiondevice,thecharacteristicssuchastorunsafeandreliablewiththefunctionfineetc.Thisbookisintroducedthevariouspartofstructureof200D'smouldcentrifugalpumpandhowmuchinfluencestothepumpfunctionofparameter,extensive,andoutputisalsofairlygreatly,infactthiskindofpumpisequaledtotoloadseveralimpellersonanaxle,tandemwork,sotheliftisgenerallyfairlyhigher,thateveryimpellerallhascorrespondingleads.Keywordsscentrifugalpump,impeller,theleafisledbytheleaf,thebalanceinstalling目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 12泵的概述 22.1泵的廣泛應(yīng)用 22.2泵的分類 22.2.1葉片式泵 22.2.2容積式泵 22.2.3其他類型泵 32.3葉片式離心泵的分類 32.3.1按工作時葉輪數(shù)目分類 32.3.2按泵軸位置分類 32.3.3按吸入方式分類 32.3.4按工作壓力分類 32.3.4按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類 32.3.5按葉片安裝方法分類 42.3.6按殼體分開方式分類 43離心泵的根本理論知識及主要部件 53.1離心泵的根本構(gòu)造 53.2離心泵的主要工作參數(shù) 63.2.1揚程 63.2.2流量 63.2.3功率和效率 73.2.4轉(zhuǎn)速 73.2.5汽蝕余量 83.2.6泵的各種損失及泵的效率 83.3離心泵的主要零部件 93.3.1葉輪 93.3.2吸入室 103.3.3壓出室 113.3.4密封裝置 123.3.5軸向力平衡裝置 133.3.6其它零部件 134離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計 144.1離心泵結(jié)構(gòu)方案的選擇 144.1.1原電機的選擇 144.1.2電機轉(zhuǎn)數(shù)n、比轉(zhuǎn)數(shù)ns和級數(shù)i 154.1.3確定吸入口直徑D、流速Vs和吐出口直徑 164.1.4確定泵的最小汽蝕余量Δhmin和汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C 164.2軸徑的設(shè)計 174.3離心泵葉輪的設(shè)計 194.3.1葉輪參數(shù)確實定 194.3.2葉片參數(shù)確實定 244.4導(dǎo)葉的設(shè)計計算 274.4.1導(dǎo)葉的介紹 274.4.2基圓直徑D3 274.4.3導(dǎo)葉入口寬度b3 274.4.4導(dǎo)葉入口角 274.4.5導(dǎo)葉入口厚度S 284.4.6導(dǎo)葉喉部面積和形狀 284.4.7導(dǎo)葉擴散角 294.4.8導(dǎo)葉擴散段長度L 294.4.9導(dǎo)葉出口直徑 304.4.10反導(dǎo)葉設(shè)計 305軸承及其他零件的設(shè)計 315.1平衡裝置的設(shè)計 315.2軸承的選擇 325.3聯(lián)軸器的選擇 326離心泵主要零部件的強度計算 336.1泵軸的校核 336.2鍵的強度校核 356.3葉輪強度計算 366.4葉片厚度計算 376.5輪轂的強度計算 376.6分段式多級泵中段計算 386.7泵體密封面連接螺栓計算 38結(jié)論 41參考文獻 42致謝 431緒論我的設(shè)計題目是《D200型多級離心式清水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計》，根據(jù)指導(dǎo)老師給的設(shè)計參數(shù)的具體分析，我設(shè)計的多段離心式清水泵需要的流量Q=280m3/h，揚程H=260m，揚程是260米水柱，工作效率η=80%，轉(zhuǎn)速為n=1470r/min，液體重度γ=1000kg/m3。D型離心式清水泵是單吸多級分段式離心泵，供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體之用。具有效率高，性能范圍廣，運轉(zhuǎn)平安平穩(wěn)，噪聲低，壽命長，零件互換性強，使用維護方便，產(chǎn)品規(guī)格齊全，覆蓋面廣等優(yōu)點。臥式多級分段式離心泵依靠自身的結(jié)構(gòu)可以滿足大流量、高揚程供水需求，是農(nóng)業(yè)工業(yè)中不可卻少的排水設(shè)施。，而該泵的應(yīng)用范圍是泵業(yè)開展所關(guān)注的。密封采用主要采用軟填料密封，還可以用注入液體或循環(huán)液體密封，這樣既可以起到密封作用又可以隔離及冷卻作用。該泵價格底，結(jié)構(gòu)簡單、安裝檢修方便，因此離心泵在給水及農(nóng)業(yè)工程、固體顆粒液體輸送工程、石油及化學(xué)工業(yè)、航空航天和航海工程、能源工程和車輛工程等國民經(jīng)濟各個部門都有廣泛的應(yīng)用。分段式多級泵的用途比擬廣泛，產(chǎn)量也比擬大，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴大，具有廣泛的研的研究意義。D型離心式清水泵在國內(nèi)外有了很大的開展。在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都有應(yīng)用，無論是農(nóng)業(yè)、城市、礦山，還是工業(yè)的各個部門都有它的存在。總之，無論是尖端的科學(xué)技術(shù)，還是日常的生活，到處都需要泵，到處都有泵在運行。只要有泵的地方就有離心泵的存在，其開展前景是可觀的。在我國，泵業(yè)開展龐大，從單級到多級，對泵的研究機理已經(jīng)到達了國際水準(zhǔn)。離心泵是泵中的一個分支，我國的離心泵研究合理，根本上滿足從農(nóng)業(yè)到工業(yè)跨領(lǐng)域性應(yīng)用。2泵的概述2.1泵的廣泛應(yīng)用泵是將原動機的機械能或其它能源的能量傳遞給泵所輸送的液體，使液體的能量〔壓能、位能和動能〕增加的機械。泵是一種通用機械，用途十分廣泛，幾乎涉及到從人民生活到國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要使用的是農(nóng)業(yè)水泵，由于我國土地遼闊，除擁有大面積的農(nóng)田以外，還有大量的荒地有待開墾，這些土地都需要灌溉或排澇；在工業(yè)生產(chǎn)中，泵是不可缺少的機械設(shè)備，輸送各種液體都離不開它。例如動力工業(yè)中鍋爐給水泵、強制循環(huán)泵、循環(huán)水泵、冷凝泵、灰渣泵，輸水泵、燃油泵；采礦工業(yè)的礦山排水泵、水砂充填泵；石油工業(yè)中的泥漿泵、注水泵、深井柴油泵，輸油泵、石油煉制泵；化學(xué)工業(yè)中耐腐蝕泵、比例泵、計量泵。2.2泵的分類泵的種類很多，按其工作原理可分為如下三大類：2.2.1葉片式泵葉片式泵又稱動力式泵，這種泵是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片連續(xù)地給液體施加能量，到達輸送液體的目的。葉片式泵又可以分為：離心泵、軸流泵和混流泵，他們的葉輪入流方向皆為軸向，所不同的是葉輪出流方向。離心泵中的液流在離心力的作用下，沿與泵軸線垂直的徑向平面流出葉輪；軸流泵中的液流，在推力作用下，沿軸向流出葉輪；混流泵的葉輪出流方向介于離心泵和軸流泵之間，即在離心力和推力的共同作用下，液流沿斜向流出葉輪。2.2.2容積式泵容積式泵是通過封閉的、充滿液體的工作室容積周期性變化，不連續(xù)地給液體施加能量，到達輸送液體的目的。容積式泵按工作室容積變化的方向又可以分為往復(fù)式泵和回轉(zhuǎn)式泵兩大類。其他類型泵其他類型泵是指除葉片式和容積式泵以外的泵。這類泵的工作原理各異，如射流泵、水錘泵、氣升泵、螺旋泵等。除螺旋泵是利用螺旋推進原理來提高液體的位能外，其他各類泵都是利用工作液體傳遞能量來輸送液體。2.3葉片式離心泵的分類葉片式泵的分類很多，依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點可以劃分如下：2.3.1按工作時葉輪數(shù)目分類1.單級泵：即在泵軸上只有一個葉輪；2.多級泵：即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪，這時泵的總揚程為n個葉輪產(chǎn)生的揚程之和；2.3.2按泵軸位置分類1.臥式泵：泵軸位于水平位置；2.立式泵：泵軸位于垂直位置；2.3.3按吸入方式分類1.單吸：葉輪只在一面有吸入口；2.雙吸：葉輪在兩面有吸入口；按工作壓力分類1.低壓泵：壓力低于100米水柱；2.中壓泵：壓力位于100-650米水柱之間；3.高壓泵：壓力高于650米水柱；按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類1.蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋線形狀的泵殼；2.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水管；按葉片安裝方法分類1.可調(diào)葉片：葉輪的葉片安放角度可以調(diào)節(jié)；2.固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的。按殼體分開方式分類1.分段式：殼體按與主軸垂直的平面分開；2.節(jié)段式：在分段式多級泵中，每一級殼體都是分開的；3.中開式：殼體在通過軸心線的平面上分開；4.水平中開式：在中開式中分開面是水平的；5.垂直中開式：在中開式中分開面是垂直的；6.斜中開式：在中開式中分開面是傾斜的。3離心泵的根本理論知識及主要部件3.1離心泵的根本構(gòu)造離心泵是一種量大面廣的機械設(shè)備。由于應(yīng)用場合、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。離心泵的根本構(gòu)造是由六局部組成的分別是葉輪、泵體、泵軸、軸承、密封環(huán)和填料函。1、葉輪是離心泵的核心局部，它轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實驗。葉輪上的內(nèi)外外表要求光滑，以減少水流的摩擦損失。2、泵體也稱泵殼，它是水泵的主體。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接3、泵軸的作用是借聯(lián)軸器與電動機相連接，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。4、軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動軸承和滑動軸承兩種。滾動軸承使用牛油作為潤滑劑，加油要適當(dāng)，一般為2/3～3/4的體積，太多會發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱?；瑒虞S承使用的是透明油作潤滑劑的,加油到油位線。太多油要沿泵軸滲出并且漂賤，太少軸承又要過熱燒壞造成事故。在水泵運行過程中軸承的溫度最高在85度，一般運行在60度左右，如果高了就要查找原因〔是否有雜質(zhì)，油質(zhì)是否發(fā)黑，是否進水〕并及時處理。5、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。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0.25～1.10mm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。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流流到外面來也不讓外面的空氣進入到泵內(nèi)。始終保持水泵內(nèi)的真空。當(dāng)泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管注水到水封圈內(nèi)使填料冷卻。保持水泵的正常運行。所以在水泵的運行巡回檢查過程中對填料函的檢查是特別要注意。在運行600個小時左右就要對填料進行更換。3.2離心泵的主要工作參數(shù)表示泵的主要性能的參數(shù)有以下幾個：流量Q、揚程H、轉(zhuǎn)速n、汽蝕余量Δh、功率Ne和效率。揚程揚程是泵所抽送的單位重量的液體從泵進口處〔泵進口法蘭〕到泵出口處〔泵出口法蘭〕能量的增值。也就是一牛頓液體通過泵獲得的有效能量。其單位是N·m/=m，即泵抽送液體的液柱高度，習(xí)慣簡稱為米。根據(jù)定義，泵的揚程可以寫為式中——泵出口處單位重量流體的能量〔m〕——泵進口處單位重量流體的能量〔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〕三局部組成，即，因此式中、——泵出品、進口處液體的靜壓力、——泵出品、進口處液體的速度、——泵出品、進口到任選的測量基準(zhǔn)面的距離流量流量是泵在單位時間內(nèi)輸送出去的流體量〔體積或質(zhì)量〕，其中，體積流量用Q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＝式中——流體的密度〔kg/m3、t/m3〕，常溫清水＝1000kg/m3。液體重度γ隨溫度變化，而壓力變化對其影響較小。所以，在計算中可根據(jù)實際情況由表查出。3.2.3功率和效率泵的功率通常指輸入功率，即原動機傳到泵軸上的功率，故又稱軸功率，用表示。泵的有效功率又稱輸出功率，用表示。它是單位時間內(nèi)從泵中輸送出去的液體在泵中獲得的有效能量。有效功率為：〔KW〕或〔KW〕式中ρ——泵輸送液體的密度〔kg/m3〕——泵輸送液體的重度〔N/m3〕Q——泵的流量〔m3/s〕H——泵的揚程〔m〕g——重力加速度〔m/s2〕假設(shè)液體重度的單位kgf/m3、Q、H的單位與上式相同，則〔KW〕軸功率和有效功率Ne之差為泵內(nèi)的損失功率，其大小用泵的效率來計量。泵的效率為有效功率和軸功率之比，用η表示，即也可以用下式表示式中ηm——機械效率ηv——容積效率ηk——水力效率轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)動局部包括轉(zhuǎn)輪〔葉輪〕和軸，單位時間轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)稱為轉(zhuǎn)速，用符號n表示，單位是r/min。泵的轉(zhuǎn)速與所用的原動機形式有關(guān)，如用電動機直接帶動時，與電動機轉(zhuǎn)速相同；如經(jīng)過傳動裝置驅(qū)動軸時，可按泵的最優(yōu)運行工況選定轉(zhuǎn)速。汽蝕余量汽蝕余量是表示汽蝕性能的主要參數(shù)。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)。汽蝕余量國內(nèi)用表示。式中P1——泵入口處的靜壓力V1——泵入口處的平均流速泵的各種損失及泵的效率機械損失和機械效率：原動機傳到泵軸上的功率又稱軸功率，首先要花費一局部去克服軸承和密封裝置的摩擦損失，剩下來的軸功率用來帶動葉輪旋轉(zhuǎn)。但是葉輪旋轉(zhuǎn)的機械能并沒有全部傳給通過葉輪的液體，其中一局部消耗于克服葉輪前、后蓋板外表與液體和蓋板外表與泵腔中液體之間的摩擦，這局部損失稱為圓盤摩擦損失。而機械損失效率ηm由軸承損失功率、密封損失功率和圓盤損失功率大小表示。式中Nm1——軸承損失功率Nm2——密封損失功率Nm3——圓盤損失功率Nm——機械損失Nˊ——輸入水力功率輸入水力功率用來對通過葉輪的液體作功，因而葉輪出口處液體的壓力高于進口壓力。出口和進口的壓差，使得通過葉輪的一局部液體從泵腔經(jīng)葉輪密封環(huán)間隙向葉輪進口逆流。這樣，通過葉輪的流量Qt又稱泵的理論流量，并沒有完全輸送到泵的出口。其中泄漏量這局部液體把從葉輪中獲得的能量消耗于泄漏的流動過程中。即從高壓液體〔出口壓力〕變?yōu)榈蛪骸策M口壓力〕液體。所以容積損失的實質(zhì)也是能量損失。容積損失的大小用容積效率來計量。容積效率為通過葉輪除掉泄漏之后的液體〔實際的流量Q〕的功率和通過葉輪液體〔理論流量Qt〕功率〔輸入水力功率〕之比，即式中Qt——泵的理論流量；——泵的理論揚程，它表示葉輪傳給單位重量流體的能量——泄漏量多級泵有級間泄漏。另外，泵平衡軸向力裝置、密封裝置等的泄漏量也應(yīng)算在泵的容積損失之中。這些都是我應(yīng)該注意的問題。通過葉輪的液體從葉輪中接收的能量Ht，也并沒有完全輸送出去，因為液體在泵過流局部和沖擊、脫流、速度方向及大小變化都會引起水力損失，從而要消耗掉一局部能量。單位重量液體在泵過流局部流動中損失的能量稱為水力損失，用來表示。由于存在水力損失，單位重量流體經(jīng)過泵增加的能量H，要小于葉輪傳給單位重量液體的能量Ht，即。泵的水力損失的大小用泵的水力效率來計量。水力效率為去掉水力損失液體的功率和未經(jīng)水力損失液體功率之比，即總效率為有效輸出功率和軸功率之比，即變化為即泵的總效率等于機械效率、容積效率和水力效率之乘積。3.3離心泵的主要零部件離心泵的過流部件有：吸水室、葉輪和壓水室〔蝸殼〕三個局部。葉輪是泵的核心，也是過流部件的核心。泵通過葉輪對液體的作功，使其能量增加。3.3.1葉輪葉輪是離心泵主要的過流部件，其主要作用是把原動機的能量傳遞給液體。葉輪常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其它材料做成。葉輪按液體流出的方向分為三類：〔1〕徑流式葉輪〔離心式葉輪〕液體是沿著與軸線垂直的方向流出葉輪；

〔2〕斜流式葉輪〔混流式葉輪〕液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪；

〔3〕軸流式葉輪液體流動的方向與軸線平行的。葉輪按吸入的方式分為二類：〔1〕單吸葉輪〔即葉輪從一側(cè)吸入液體〕；〔2〕雙吸葉輪〔即葉輪從兩側(cè)吸入液體〕。葉輪按蓋板形式分為三類：〔1〕封閉式葉輪?！?〕敞開式葉輪?！?〕半開式葉輪。其中封閉式葉輪應(yīng)用很廣泛，前述的單吸葉輪雙吸葉輪均屬于這種形式。3.3.2吸入室吸入室是指泵進口法蘭盤到葉輪入口前泵體的過流局部。吸入室中的水力損失要比壓出室中的小得多，因此吸水室的重要性較低。但吸入室的設(shè)計影響泵的抗空化性能，因此吸入室的設(shè)計在損失最小的情況下應(yīng)保證吸入室的流速盡可能均勻分布，并將吸入室路內(nèi)的流速平穩(wěn)地變?yōu)槿~輪的入口速度。按結(jié)構(gòu)吸入室可以分為直錐型吸入室、彎管型吸入室、環(huán)形吸水室和半螺旋型吸入室。1.直錐型吸入室直錐型吸入室廣泛用于單級懸臂離心泵上。其水力性能好、結(jié)構(gòu)簡單，速度分布從進口到葉輪進口逐步變化。但是，它主要用于懸臂式結(jié)構(gòu)，其它結(jié)構(gòu)形式的泵中很少采用，所以并不是我所選的吸入室。2.彎管型吸入室彎管型吸入室可用于大型離心泵中。這種吸入室也有一段直錐形收縮管，故其優(yōu)點和設(shè)計與直錐型根本相同。3.環(huán)形吸入室環(huán)形吸入室用于節(jié)段式多級泵中。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，各軸面內(nèi)的斷面形狀和尺寸均相同；缺點是存在水流沖擊和蝸旋，且流速分布不均勻。但是，由于多級泵的揚程高、吸入室中的水力損失所占比重不大，故在多級泵中廣泛使用，并且這樣的結(jié)構(gòu)對稱，便于布置穿桿，能使熱變形均勻，因此符合設(shè)計要求。4.半螺旋形吸入室半螺旋形吸入室廣泛應(yīng)用于單級雙吸水泵和水平中開多級泵中。其優(yōu)點是當(dāng)軸穿過吸入室時，能夠使液流繞過軸后也不產(chǎn)生漩渦，且能使液體均勻流入葉輪，此時小的漩渦只停留在其鼻端B點后面。但液體進入葉輪前有預(yù)旋，多少要降低離心泵的揚程，對轉(zhuǎn)數(shù)較小的泵的影響還不太明顯，對轉(zhuǎn)數(shù)較大的泵的影響就很顯著了，故不在考慮范圍之內(nèi)。3.3.3壓出室壓出室是指葉輪出口法蘭盤至出口法蘭盤〔對節(jié)段式多級泵是到次級葉輪進口前〕的過流局部。壓出室是泵的重要組成局部，其作用是將葉輪中流出的液體收集起來并送到下一級葉輪或管道系統(tǒng)中；降低葉輪出來液體的流速，實現(xiàn)動能到壓能的轉(zhuǎn)化，以減少液體在下一級葉輪或管道系統(tǒng)中的損失；消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運動，以防止由于這種旋轉(zhuǎn)運動帶來的水力損失。壓出室按結(jié)構(gòu)分為螺旋式壓出室、環(huán)形壓出室和導(dǎo)葉壓出室。1.螺旋型壓出室螺旋型壓出室由斷面逐漸增大的螺旋線流道和一個擴散管組成。為了保證葉輪內(nèi)有穩(wěn)定的相對流動，螺旋壓出室內(nèi)的液體流動應(yīng)當(dāng)是軸對稱的，這就要求壓出室內(nèi)的流動是在不受外力條件下〔理想流體〕的慣性自由流動。但是平行平板間的螺旋壓出室的體積過于龐大，而且水力損失大，因此實際上并不用。2.環(huán)形壓出室由于環(huán)形壓出室內(nèi)的各個斷面面積相等，所以各處的流速不相等。無論是否在設(shè)計工況下工作，在環(huán)形壓出室中總是有沖擊損失的。但具有環(huán)形壓出室泵的效率較高，而具有螺旋型壓出室的泵效率低，由于我設(shè)計的是清水泵，所以也不采用環(huán)形壓出室。3.導(dǎo)葉壓出室導(dǎo)葉壓出室多用于節(jié)段式離心泵中，它除了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點外，還能在多種工況下平穩(wěn)作用于葉輪的徑向上，還可以吧導(dǎo)葉看成假設(shè)干個小型螺旋型壓出室的總和。導(dǎo)葉按其結(jié)構(gòu)形式分成徑向?qū)~和流道式導(dǎo)葉。徑向?qū)~：導(dǎo)葉與渦室的作用相似，可以把導(dǎo)葉看作在葉輪周圍安放的幾個渦室〔也可以把渦室看作是只有一個葉片的導(dǎo)葉〕。導(dǎo)葉的作用是以最小損失，把由葉輪流出的高速液體收集起來，并把液體的一局部動能變?yōu)閴耗埽€要通過反導(dǎo)葉以最小損失把液體均勻得引向次級葉輪，根據(jù)設(shè)計要求，我選擇扭曲徑向?qū)~。流道式導(dǎo)葉：流道式導(dǎo)葉的特點是液體叢導(dǎo)葉入口到反導(dǎo)葉出口都在導(dǎo)葉流道內(nèi)流動，所以速度變化比擬均勻。目前，我國的分段式多級泵一般很少采用流道式導(dǎo)葉。4.扭曲葉片式導(dǎo)葉扭曲葉片式導(dǎo)葉：扭曲葉片式導(dǎo)葉引導(dǎo)液流和能量轉(zhuǎn)換的效果雖然沒有徑向?qū)~好，但是，扭曲葉片式導(dǎo)葉徑向尺寸比擬小，所以深井泵、潛水泵、作業(yè)潛水泵和一局部混流泵由于泵的外徑受到限制而采用扭曲葉片式導(dǎo)葉。扭曲葉片式導(dǎo)葉收集液體和能量轉(zhuǎn)換工作全部在導(dǎo)葉流道內(nèi)進行。3.3.4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、軸與殼體間裝有密封裝置。盡管密封裝置在離心泵中所占的位置不大，但泵是否正常運轉(zhuǎn)卻和軸封密切有關(guān)。最常用的密封裝置有填料密封、機械密封和浮動密封。設(shè)計密封裝置的要求是平安可靠，能長期運轉(zhuǎn)，消耗功率小，適應(yīng)泵運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化，還要考慮到液體的性能、溫度和壓力。1.填料密封填料密封是一般離心泵中最常用的密封結(jié)構(gòu)，一般由填料套、填料環(huán)、填料、填料壓蓋、長扣雙頭螺栓和螺母組成，靠填料和軸〔或軸套〕的外圓外表接觸來實現(xiàn)密封的。軸封的嚴(yán)密性可以用松緊填料壓蓋的方法來調(diào)節(jié)。填料密封的合理泄漏量是液體從填料函中滲漏出來，成滴狀，每分鐘泄漏量為60滴左右。根據(jù)計算和資料我采用了此密封。2.機械密封機械密封主要由密封原件、輔助密封原件、壓緊原件和其他輔助原件組成。優(yōu)點是密封性好、壽命長、泄漏少、功率消耗少，在運轉(zhuǎn)中可以到達幾乎不泄漏的程度，所以廣泛應(yīng)用于輸送高溫、高壓和強腐蝕性的液體的離心泵。缺點是制造復(fù)雜、價格較貴、損壞時不易更換，另外主要密封原件和其他輔助密封原件的材料不好選擇。4.浮動密封浮動密封是靠浮動環(huán)端面和浮動套端面的接觸來實現(xiàn)軸向密封的，徑向密封是靠軸套外圓外表與浮動環(huán)內(nèi)圓外表形成的狹窄縫隙以產(chǎn)生節(jié)流來密封的。浮動密封的優(yōu)缺點是結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量介于機械密封和填料密封之間，運轉(zhuǎn)可靠，但徑向尺寸略大于其他密封機構(gòu)。4.密封環(huán)轉(zhuǎn)輪入口的密封環(huán)又稱為口環(huán)，用來防止液流從葉輪出口經(jīng)過殼體和葉輪外壁間隙返回葉輪進口的內(nèi)泄漏，以提高水泵的容積效率。最簡單的結(jié)構(gòu)為平接密封環(huán)，在密封環(huán)的兩側(cè)或一側(cè)安裝上由抗磨材料的抗磨環(huán)，提高使用壽命。3.3.5軸向力平衡裝置離心泵運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)動局部會受到一個與軸線平行的軸向力，這個力相當(dāng)大，此力會使葉輪和軸發(fā)生竄動，葉輪與密封環(huán)發(fā)生摩擦，造成零件損壞。因此，必須設(shè)法平衡或消除軸向力。軸向力主要包括兩局部：1.葉輪前后兩側(cè)因壓力不同，前蓋板側(cè)壓力低，后蓋板側(cè)壓力高，產(chǎn)生了從葉輪后蓋板指向入口出的軸向力F1。2.液體流入流出葉輪方向和速度不同而產(chǎn)生動反力F2，其方向與F1相反。常用水力方法平衡局部或全部軸向力。這一方法包括使葉輪或整個外表上的壓力對稱分布，或增設(shè)在所有運轉(zhuǎn)工況下保證軸向力平衡的系統(tǒng)。但是完全做到軸向力平衡是很難的，一般必須用止推軸承承受未被平衡的軸向力，而且要采用雙向都能承受軸向力的軸承。單級單吸離心泵可采用平衡孔平衡軸向力。在葉輪后蓋板靠近軸孔處的四周鉆幾個平衡孔，并在相應(yīng)位置的泵蓋上加裝密封環(huán)，此環(huán)的直徑可與葉輪入口處密封環(huán)的直徑相等。壓力水經(jīng)過泵蓋上密封環(huán)的間隙，再經(jīng)平衡孔，流向葉輪吸入口，使葉輪兩側(cè)的壓力大致平衡，這種方法構(gòu)造簡單，但是，開了平衡孔后，有回流損失，使水泵的效率有所降低。單級單吸離心泵亦可采用具有平衡筋板的葉輪來平衡軸向力。在葉輪后蓋板上加4～6條徑向的平衡筋板，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，筋板強迫葉輪后面的液流加快轉(zhuǎn)動，從而使葉輪反面靠近泵軸附近的區(qū)域壓力顯著下降，到達減小或平衡軸向力的目的。另外，平衡筋板還能減小軸端密封處的水壓力，并可防止雜質(zhì)進入軸端密封，所以，平衡筋板常被用在輸送雜質(zhì)的泵上。單吸式葉輪由于背水面承受的水壓力較進水側(cè)大，這個軸向力隨著泵的增大和揚程的增高而增大。為了平衡此軸向力，一般采用在靠近葉輪進口處的后輪蓋上開4～6個小孔，這樣便可減少葉輪進水面和背水面的壓力差，從而降低水壓對葉輪的軸向推力。但是由于葉輪反面的壓力水經(jīng)過平衡孔流向壓力低的進水側(cè)后，會降低葉輪的工作效率，所以，現(xiàn)在對小型低揚程泵所產(chǎn)生的軸向推力不大，均不開平衡孔，其軸向推力完全由軸承承當(dāng)。另外，單級葉輪的軸向力平衡措施還有：采用雙吸式葉輪；開平衡孔或加裝平衡管；采用平衡葉片。多級離心泵的軸向力平衡措施有：對稱分布葉輪、平衡鼓、平衡盤。3.3.6其它零部件離心泵除上述主要零部件以外，還有泵軸、中段、軸承體、托架、支架、聯(lián)軸器等零部件。4離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1離心泵結(jié)構(gòu)方案的選擇4.1.1原電機的選擇選擇原電機時應(yīng)該綜合考慮動力來源、價格、投資和維護管理費用等。由于電源比擬方便，一般均采用電機驅(qū)動。所以本設(shè)計采用電機直接驅(qū)動。離心泵軸功率的計算：〔4—1〕式中：Nc——泵的有效功率KWη——離心泵的效率γ——清水的重度=1000kg/m3Q——離心泵的流量Q=280m3H——離心泵的揚程H=260m查“離心泵總效率〞圖4.1取=0.80則：KW圖4.1多級離心泵總效率則計算功率：〔4—2〕查“機械設(shè)計手冊〞選電機型號為Y355L3-4型,該種型號的電機額定功率為315KW，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min,因此符合設(shè)計需要。4.1.2電機轉(zhuǎn)數(shù)n、比轉(zhuǎn)數(shù)ns和級數(shù)i由于本泵是采用電機直接驅(qū)動的形式，所以電機轉(zhuǎn)數(shù)確定，滿載轉(zhuǎn)數(shù)n=1470r/min。根據(jù)多級泵比轉(zhuǎn)數(shù)計算公式：〔4—3〕式中：ns——比轉(zhuǎn)數(shù)n——泵的轉(zhuǎn)數(shù)n=1470r/minQ——泵的流量Q=280m3H——泵的揚程H=260mi——多級泵的級數(shù)將上述數(shù)值帶入上式可得如下關(guān)分別帶入級數(shù)i=3、4、5、6、7、8級，分別求出相應(yīng)的比轉(zhuǎn)數(shù)ns的值，見表4.1表4.1級數(shù)i與比轉(zhuǎn)數(shù)ns關(guān)系表級數(shù)i345678比轉(zhuǎn)數(shù)ns5365778999110在確定比轉(zhuǎn)數(shù)時應(yīng)考慮以下因素：時，泵的效率最高，時，泵效率顯著下降；當(dāng)采用單吸葉輪過大時,可考慮采用雙吸式，反之當(dāng)采用雙吸過小時，應(yīng)改為單吸式；比轉(zhuǎn)數(shù)和泵的級數(shù)有關(guān)，級數(shù)越多，越大。臥式泵一般不超過10級，級數(shù)太多會增加軸的跨度，降低運行的可行性，給使用、維護、檢修工作帶來很多困難。立式深井泵和潛水泵級數(shù)多達幾十至幾百級，但必須認(rèn)真地解決軸向負荷的平衡和立式電機、立式增速齒輪箱的配套問題。因此，目前的趨勢是盡量提高轉(zhuǎn)速，減小級數(shù)，以提高泵運行的可靠性。由上表以及查閱了“離心泵總效率〞圖4.1，綜合考慮，確定級數(shù)為i=7級，比轉(zhuǎn)數(shù)ns=99。4.1.3確定吸入口直徑D、流速Vs和吐出口直徑泵吸入口徑確實定主要看吸入管內(nèi)的流速，根據(jù)國內(nèi)外管路經(jīng)濟流速分析和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，吸入管內(nèi)最大流速一般不超過5m/s，最常用的流速為3m/s左右，管徑大時，流速可適中選得大些。從提高泵汽蝕性能的角度看希望泵吸入口的流速慢些，但流速慢了管徑就要大些，又不經(jīng)濟。因此，必須根據(jù)具體情況作綜合分析比擬。常用的泵吸入口徑、流量和流速的關(guān)系見表4.2。表4.2泵吸入口徑、流量和流速的關(guān)系吸入口徑〔mm〕506580100150200250300400多級泵流速m/s1.772.12.5432.442.482.542.843.42流量m3/h12.52546851552804507201500對汽蝕性能要求較高的泵〔汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C>1000〕，在吸入口徑小于250毫米時，建議取吸入口流速Vs=1.0~1.8m/s；在吸入口徑大于250毫米時，建議取吸入口流速Vs=1.4~2.2m/s。其中進口平均流速Vs可以選為3m/s左右，則取吸入口流速Vs=3m/s。則由公式：〔4—4〕式中，Q—流量，單位應(yīng)為m3/s,Q=280m3/hVs—吸入口流速，Vs=3m/s則，由上表可圓整為，D=0.20m=200mm由吸入口流速公式：Vs=〔4—5〕可得：Vs==2.477m/s泵的出口直徑D2可去與D1相同，或小于D1，即則D2=D1=200mm〔4—6〕4.1.4確定泵的最小汽蝕余量Δhmin和汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C泵的允許吸上真空度是隨泵使用地點的大氣壓，吸入管路中的阻力和流速，以及所抽送液體的性質(zhì)和溫度的不同而變化的。所以使用時不太方便，故引入了一個表示泵汽蝕性能的參數(shù)，這就是汽蝕余量。在設(shè)計離心泵時，需要有一個能表示泵的汽蝕性能，而又與泵的設(shè)計參數(shù)有聯(lián)系的綜合性參數(shù)，作為比擬泵汽蝕性能和選擇模型泵的依據(jù)。故引入一個汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C來表示離心泵的最小汽蝕余量與泵設(shè)計參數(shù)間的關(guān)系。根據(jù)《離心泵設(shè)計根底》可查的分段式多級離心泵的和C關(guān)系：當(dāng)吸入口直徑為200mm時，=4.5m，C=755由“清水的汽化壓力與溫度的關(guān)系曲線〞在泵的設(shè)計手冊上第四章第四小節(jié)可查得，常溫下清水的汽化壓力Pv=0.024kg/cm2

根據(jù)計算公式：〔4—7〕式中：Pa—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Pa=1kg/cm2Pv—溫下清水的汽化壓力Pv=0.024kg/cm2—最小汽余量=4.5mVs—吸入口流速Vs=2.477m/s將上述數(shù)值帶入上式可得：=5.57m汽蝕比轉(zhuǎn)速是在入口幾何相似，運動相似和動力相似的條件下推導(dǎo)出來的，所以對一組入口相似的泵，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)。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選取模型泵的一個參數(shù)。為了平安，最大吸入口真空度常減去0.3做允許吸上真空度。允許吸上真空度為：m4.2軸徑的設(shè)計泵軸的直徑應(yīng)按其承受的外載荷〔拉、亞、彎、扭〕和剛度及臨界轉(zhuǎn)速條件確定。因為扭矩是泵軸的最主要的載荷，所以在開始設(shè)計時，可按扭矩確定泵軸的最小直徑〔通常是聯(lián)軸器處的直徑〕。同時應(yīng)根據(jù)所設(shè)計泵的具體情況，考慮影響剛度和臨界轉(zhuǎn)速的大概因素，可對粗算的軸徑作適當(dāng)?shù)男薷?，并圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑。待泵轉(zhuǎn)子設(shè)計完成后，再對軸的強度、剛度和臨界轉(zhuǎn)速進行詳細的校核。根據(jù)要求可以選用45號調(diào)質(zhì)鋼，在選擇離心泵軸的材料時，要考慮到以下幾個準(zhǔn)則：持久性極限、抗腐蝕強度和缺口靈敏度。從《離心泵》書中可知，可按下式計算泵軸所傳遞的扭力矩M〔4—8〕式中：M—泵軸所傳遞的扭力矩N·mNc—計算功率Nc=297.38KWn—泵轉(zhuǎn)數(shù)n=1470r/min將上述數(shù)值帶入公式4—8得：N·m按扭矩初步計算的最小軸徑d為：d=〔4—9〕式中[]——材料的許用應(yīng)力〔Pa〕d——最小軸徑〔m〕《機械手冊》上查“泵軸常用材料的許用切應(yīng)力〞，本泵選擇45調(diào)質(zhì)處理[]=(441-539)Pa則[]=500Pa則最小軸徑d：d==由于電機與泵軸之間采用彈性套柱銷聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大，所以選用該類型聯(lián)軸器。根據(jù)上式算出來的是聯(lián)軸器處的最小直徑，又考慮到開鍵槽的影響，為平安起見，一般在此處加4%的裕量，即d1=(1+4%)d得d1=60.112mm，根據(jù)聯(lián)軸器將最小軸徑圓整為d=60mm。安裝軸承和葉輪處的直徑為：d1=75mm由于葉輪和軸通常是用鍵聯(lián)結(jié)的，因此，輪轂要有一定強度，輪轂的直徑dh可按以下經(jīng)驗公式計算。確定輪轂處的直徑：、〔4—10〕式中：k—經(jīng)驗系數(shù)，通常取k=1.2—1.4,這里去k=1.4d1—安裝葉輪處的軸的直徑d1=75mm則：dh=kd1=1.475=105mm4.3離心泵葉輪的設(shè)計葉輪是將來自原動機的能量傳遞給液體的零件，液體流經(jīng)葉輪能量增加。葉輪一般由前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。如果葉輪沒有前蓋板，就是半開式葉輪，沒有前蓋板、也沒有后蓋板的葉輪叫開式葉輪，開式葉輪在一般情況下很少應(yīng)用。由于本錢的問題我選用了鑄鐵作為葉輪的材料，在選擇葉輪材料時，考慮以下準(zhǔn)則：抗腐蝕強度、抗磨礪磨損強度、抗汽蝕強度、鑄造和機械加工特性和本錢。葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進口直徑D0、葉片進口直徑D1、葉輪輪轂直徑dk、葉片進口寬度b1、葉片進口角η1、葉輪出口直徑D2、葉輪出口寬度b2、葉片出口角η2、葉片數(shù)、葉片包角等。葉輪進口幾何參數(shù)對汽蝕性能有重要的影響，葉輪出口幾何參數(shù)對性能〔H、Q〕具有重要影響，而兩者對泵的效率均有影響。由離心泵軸的設(shè)計可得輪轂的直徑，在此根底上可以對葉輪個尺寸進行設(shè)計。4.3.1葉輪參數(shù)確實定1.葉輪進口直徑D0由于泵要求效率比擬高，而多級泵的次級葉輪入口已有一定壓力，故可將泵入口速度系數(shù)盡可能取得高些。先確定葉輪入口速度，可用公式〔4—11〕式中：——葉輪入口速度系數(shù)H——泵的單級揚程圖4.2離心泵葉輪的速度系數(shù)由圖4.2“離心泵葉輪的速度系數(shù)〞圖可以查到葉輪入口速度系數(shù)：對于多級泵首級葉輪=0.141，,多級泵次級葉輪=0.220，泵的單級揚程Hi=260/7=37.1m所以：多級泵首級葉輪m/s多級泵次級葉輪m/s通過葉輪的流量Qˊ可用公式：〔4—12〕式中：——泵的容積效率查圖《離心泵的設(shè)計根底》4—4可得流量等于280m3/h的容積效率，根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)ns=99可查得=0.96則：m3/s則葉輪入口的直徑可根據(jù)公式：〔4—13〕首級葉輪取D0=200mm次級葉輪取D0=170mm2.葉輪外徑由公式：(4—14)式中，—葉輪出口圓周速度，m/s，可按下式計算：=〔4—15〕式中，—葉輪出口圓周速度系數(shù)，由圖4.2選取為0.96H—多級泵的單級揚程則，==m/s則，mm3.葉輪入口寬度b1離心泵葉輪入口尺寸，入口寬度和入口邊直徑影響泵的抗汽蝕性能影響很大?！?—16〕對首級葉輪:式中為葉輪入口直徑，一般情況下選，取；為葉輪入口絕對速度，一般情況下取，得m/s對次級葉輪:式中為葉輪入口直徑，一般情況下選，取；為葉輪入口絕對速度，一般情況下取，得m/s4.葉輪入口處圓周速度計算用公式：〔4—17〕則：5.葉輪出口寬度實測說明，當(dāng)葉片寬度改變時，通過葉輪的流量變化不大。因此，假設(shè)葉片寬度過窄，則葉片單位面積上的負荷增加，滑移系數(shù)增大而使葉輪的理論揚程減小，同時葉輪的相對速度增大，液流與葉片外表的摩擦損失增加，從而造成泵效率的下降。b2可以通過葉輪出口軸面速度確定，《離心泵的設(shè)計根底》葉輪出口速度三角形圖5—8，VM2可按下式計算：〔4—18〕式中，—為葉輪出口軸面速度系數(shù)，可取值0.15。H—多級泵的單級揚程。則，m/s由于已確定，所以可以按下式計算b2:〔4—19〕式中：—流經(jīng)葉輪的流量，m3/sD2—葉輪外徑，mZ—葉片數(shù)目，—葉片出口處圓周方向的厚度，可有下述公式計算：〔4—20〕式中：S2—葉輪出口處葉片真實厚度〔嚴(yán)格地說是流面上的速度〕根據(jù)《離心泵設(shè)計根底》葉輪出口排擠5—9，這里取葉片的厚度S1=6mm，—葉片出口安放角。將公式4—19、4—20聯(lián)立可得：〔4—21〕帶入數(shù)值，可得：m6.葉輪出口絕對速度和圓周速度的夾角α2《離心泵設(shè)計根底》葉輪出口排擠5—9：〔4—22〕將各種數(shù)據(jù)代入公式4—17可解得：=m/s由公式：可得〔4—23〕又因：〔4—24〕式中：—經(jīng)驗系數(shù)，由下式計算得由于β2=300所以==取z—葉輪葉片數(shù)r2—葉輪出口半徑r1—葉輪入口半徑將上述各個數(shù)據(jù)代入公式4—24可得：將公式4—22與公式4—24計算的數(shù)據(jù)代入4—23可得：=在有限葉片時，液體實際流出角為，可得：〔4—25〕液體流出葉輪的絕對速度V2為：=葉片參數(shù)確實定1.葉片厚度S1從水力性能的角度考慮，葉片應(yīng)盡量薄，這樣一方面可以減少葉片對液流的排擠，提高泵的揚程，同時還可以減小葉片前緣處的尾流損失，提高效率。而從強度方面的要求考慮，則葉片應(yīng)有一定的厚度。在確定葉片厚度時應(yīng)注意：對較小的泵，要考慮到鑄造的可能性，對鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為毫米；對鑄鋼葉輪，葉片最小厚度為毫米。對大泵應(yīng)適當(dāng)增加葉片厚度，以使葉片有足夠的剛度。我選用了鑄鋼材料的葉輪，故葉片厚度S1=6mm2.葉片入口軸面速度葉片入口軸面速度Vm1可按下式確定=〔4—26〕式中為葉片入口排擠系數(shù),在設(shè)計離心泵時先選取排擠系數(shù)進行試算，待葉片厚度和葉片入口安放角確定后，在來校核值。在估算時一般取，這里取=1.2。則：=〔4—27〕=1.24.47=5.36m/s3.葉片入口安放角葉片入口安放角就在葉片入口處，葉片工作面的切線與圓周切線間的夾角，如圖4-5示。假設(shè)液體是無旋流入葉輪內(nèi)，則由速度三角形知：〔4—28〕式中：——液體進入葉輪相對速度的液流角。、前面已經(jīng)計算過。則：葉輪入口安放角比相對速度角增大了一個角度，這個角度叫沖角，用表示，葉片入口安放角為：〔4—29〕一般沖角取=，葉片入口安放角則葉片入口安放角：=選擇一個沖角的原因是：液體在進入葉輪前，已受吸入室、軸或葉輪的影響而旋轉(zhuǎn)運動，增加沖角就是考慮了預(yù)選的影響，以減少液體沖擊損失；取正沖角后，葉片入口處排擠系數(shù)減小了，幾增大葉片入口積，改善了液體流動情況，可以提高泵的汽蝕性能。沖角對泵抗汽蝕性能有一定的影響。4.葉片出口安放角葉片出口安放角一般在16°~40°范圍內(nèi)，通常選用20°~30°，通常選用200~300。對高轉(zhuǎn)速的泵，安放角可以取得小一些，低比轉(zhuǎn)速的泵可取得大一些。葉片出口安放角對性能曲線的形狀，葉輪流道形狀和泵的揚程影響都較大。取=30°5.葉片排擠系數(shù)葉片排擠系數(shù)是葉片厚度對流道入口過流斷面面積影響的系數(shù)。它等于流道入口葉片厚度的過流面積與考慮葉片厚度過流面積之比值：〔4—30〕式中—葉片節(jié)矩，如圖4-5，可按：=，〔4—31〕—葉片在圓周方向上的厚度按公式：=〔4—32〕—入口處的葉片實際厚度〔嚴(yán)格的說是液面上的厚度〕將上述4—30、4—31、4—32三個式子聯(lián)立可得：〔4—33〕式中，D1—葉片入口邊直徑S1—葉片厚度Z—葉片數(shù)目—葉片入口安放角則，6.葉片包角確實定葉片包角就是入口邊與圓心的連線和出口邊與圓心連線間的夾角。包角越大、葉片間流道越廣，則葉片單位長度負荷小，流道擴散程度越小，有利于葉片與液流的能量交換。如葉片包角太大，則葉片與液體的摩擦損失增加，鑄造工藝性差，所以包角大小應(yīng)適中選取。對的泵，一般取=。取=4.4導(dǎo)葉的設(shè)計計算導(dǎo)葉的介紹導(dǎo)葉位于葉輪上方的導(dǎo)葉管中，并固定在導(dǎo)葉管上。它的主要作用是消除流體的旋轉(zhuǎn)運動，減少水力損失。導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)型式有：徑向式導(dǎo)葉、流道式導(dǎo)葉、軸向?qū)~和只有反導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)。徑向?qū)~的流道由正葉輪環(huán)形空間反導(dǎo)葉組成。這種導(dǎo)葉主要用于節(jié)段式多級泵。正導(dǎo)葉起吸入室的作用，反導(dǎo)葉除起壓出室的作用外，還起著把液體引入下一級葉輪的吸入室作用，所以這種導(dǎo)葉是兼?zhèn)湮胧液蛪撼鍪译p重作用的固定導(dǎo)流部件，因此符合我設(shè)計的要求?；鶊A直徑D3根據(jù)經(jīng)驗可按下式計算：取導(dǎo)葉入口寬度b3確定入口寬度不但要考慮到應(yīng)有的間隙和制造誤差，而且要考慮到運轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子可能的軸向串動。導(dǎo)葉入口寬b3可按下式計算：取=24mm導(dǎo)葉入口角導(dǎo)葉入口角就是導(dǎo)葉在入口處的切線與基圓D3切線間的夾角，為了使液體無沖擊地進入導(dǎo)葉，一般取入口角等于葉輪出口絕對速度液流角，一般在80～160范圍內(nèi)。取導(dǎo)葉入口厚度S導(dǎo)葉入口厚度由鑄造工藝性和材料的強度確定，對鑄鐵的導(dǎo)葉，取S=3~5mm；對鑄鋼的導(dǎo)葉；取s=4~7mm。取S=5mm.4.4.6導(dǎo)葉喉部面積和形狀導(dǎo)葉喉部就是導(dǎo)葉擴散段的入口，為了確定導(dǎo)葉喉部面積先應(yīng)確定喉部速度。導(dǎo)葉喉部速度〔4—34〕式中：—導(dǎo)葉喉部速度系數(shù)，選取=0.4H—水泵的單級揚程。圖4.3螺旋形渦室和導(dǎo)葉中的速度系數(shù)則：=導(dǎo)葉喉部尺寸，可按下式計算：導(dǎo)葉喉部尺寸，;其中F為導(dǎo)葉喉部面積。Z為導(dǎo)葉片數(shù)，選擇5片。取.導(dǎo)葉喉部面積導(dǎo)葉擴散角擴散角度取得太大容易產(chǎn)生旋渦，增加損失，擴散角度取得太小則增大泵的徑向尺寸。擴散段一般取直壁擴散，有時為了減少泵的外型尺寸，也可以略微彎曲。一般取導(dǎo)葉擴散段的擴散角θ=70~140取導(dǎo)葉擴散段長度L液體離開導(dǎo)葉擴散段時的速度，一般為葉輪出口速度的15～30%所以：m/s取m/s擴散段出口的面積可由下式計算：〔4—35〕式中，Q—泵的計算流量z—導(dǎo)葉葉片數(shù)，取z=5—液體離開導(dǎo)葉擴散段時的速度則：m2導(dǎo)葉擴散段長度可按下式計算：〔4—36〕式中：—導(dǎo)葉擴散角—導(dǎo)葉喉部尺寸—導(dǎo)葉擴散段出口的面積根據(jù)結(jié)構(gòu)和繪型的需要，取取L=110mm導(dǎo)葉出口直徑導(dǎo)葉外徑可按公式，取系數(shù)為1.4，則：mm圓整取4.4.10反導(dǎo)葉設(shè)計設(shè)計反導(dǎo)葉應(yīng)參考現(xiàn)有的性能良好的結(jié)構(gòu)，考慮和正導(dǎo)葉及下級葉輪進口的銜接，力求流動的平衡流暢，保證要求的速度大小和方向的變化。1.反導(dǎo)葉葉片數(shù) 一般取反導(dǎo)葉葉片數(shù)與導(dǎo)葉葉片數(shù)相等。但是也可以根據(jù)具體情況有所增減。取反導(dǎo)葉葉片數(shù)為z=62.反導(dǎo)葉進、出口直徑 反導(dǎo)葉直徑一般小于，出口直徑一般和葉輪進口直徑相同，軸向?qū)挾萣根據(jù)要求的速度變化確定，一般為。所以，，，，取3.反導(dǎo)葉入口角液體離開導(dǎo)葉擴散段后，經(jīng)一環(huán)形空間進入反導(dǎo)葉，反導(dǎo)葉的入口角一般等于液體離開擴散段時的出口角或有增大50左右的沖角。取=3004.確定反導(dǎo)葉出口角反導(dǎo)葉出口角一般取900,有時為了得到完全下降的性能曲線而將反導(dǎo)葉出口角取為600~900,以使液體進入下級葉輪時有一個不大的預(yù)旋。取5軸承及其他零件的設(shè)計5.1平衡裝置的設(shè)計由于作用在葉輪兩側(cè)的壓力不等，故軸向力必然存在。除由于壓力不對稱所引起的軸向力以外，液體的反沖力以及葉輪內(nèi)部壓力不對稱都能引起軸向力。此軸向力將拉動轉(zhuǎn)子軸向竄動，與固定零件接觸，造成泵零件的損壞以至于不能正常工作。平衡軸向力的方法主要有：推力軸承、平衡孔或平衡管、雙吸葉輪、背葉片、葉輪對稱布置、平衡鼓。對于節(jié)段式多級泵，平衡軸向力的主要方法是采用平衡盤。平衡盤裝在末級葉輪之后，隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。平衡裝置中有兩個間隙，一個是由軸套外圈形成的徑向間隙，一個是平衡盤內(nèi)端面形成的軸向間隙，平衡盤后面的平衡室與泵吸入口聯(lián)通。圖5.1分段式離心泵的平衡盤裝置平衡盤像一個浮動的液體潤滑軸承，平衡盤和平衡鼓不同，它能自動平衡軸向力，這是因為平衡盤兩個間隙相輔相成的結(jié)果。平衡裝置總壓差等于徑向間隙壓差和軸向間隙壓差之和，即，，，平衡裝置前后的壓力、一般是不變的，即不變。這樣，假設(shè)轉(zhuǎn)子上的軸向力A大于平衡盤上的平衡力F，轉(zhuǎn)子向左移動，軸向間隙減少，相應(yīng)于該間隙的阻力增加，與此同時平衡裝置的泄露量減少，因此，流過徑向間隙的速度減少，該間隙中的損失減少，即減少。也就是平衡盤前面的壓力增加，平衡力F增加，待增加到等于軸向力A,到達平衡。同樣道理，當(dāng)軸向力小于平衡力時，轉(zhuǎn)子向左移動，同樣也能到達平衡。平衡盤的工作過程是處于運動平衡的過程，平衡是暫時的、相對的。5.2軸承的選擇軸承是支承離心泵轉(zhuǎn)子的部件，承受徑向和軸向載荷。根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)的不同，可以分別為滾動軸承和滑動軸承。選用滾動軸承的優(yōu)點是：軸承磨損小，軸或轉(zhuǎn)子不會因為軸承磨損而下沉很多；軸承間隙小，能保證軸的對中性，互換性好，維修方便；摩擦系數(shù)小，泵的啟動力矩?。惠S承的軸向尺寸小。而滑動軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件多、體積較大，故多用在高轉(zhuǎn)速大型離心泵上。由于我設(shè)計的是多級泵，軸向力比擬大，所以選擇能承受雙向軸向載荷的雙向推力球軸承。5.3聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是使泵軸與原動機軸互相連接并傳遞功率的部件，泵通常是用聯(lián)軸器直接與電機連接的。隨著工業(yè)的開展，聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式也日益增多。在該設(shè)計的泵中應(yīng)選用彈性可移式聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，安裝方便。而且還可以用聯(lián)軸器中的彈性元件的變形來補償被連接兩軸的相對位移。在小功率和軸徑不太大的泵上廣泛使用爪型聯(lián)軸器，由于我設(shè)計的最小軸徑為60mm,所以選用彈性柱銷聯(lián)軸器，型號為HL5，公稱扭矩為2000N·m,許用轉(zhuǎn)速為2500r/min,由于此設(shè)計的最大扭矩為N·m，轉(zhuǎn)速為1470r/min，故符合設(shè)計要求。6離心泵主要零部件的強度計算在工作過程中，離心泵零件承受各種外力作用，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對抗變形和破壞。設(shè)計離心泵零件時，應(yīng)使零件具有足夠的強度和剛度，以提高泵運行的可靠性和壽命，這樣就要盡量使零件的尺寸做的大些，材料用的好些；但另一方面，又希望零件小、重量輕、本錢低，這就要求我們既要合理確定離心泵零件的尺寸和材料，又要滿足零件的強度和剛度。由于泵的一些零件形狀不規(guī)則，用一般的材料力學(xué)的公式難以解決這些零件的強度和剛度計算問題，因此，推薦使用一些經(jīng)驗公式和需用應(yīng)力，可以很好的這些問題。6.1泵軸的校核葉輪、軸套等零件是套在軸上的，并同在泵體內(nèi)高度旋轉(zhuǎn)，軸的強度和剛度對泵的壽命和可靠性有很大的影響，所以，對軸的強度和剛度的校核是十分必要的。當(dāng)泵的結(jié)構(gòu)和軸長度未確定時，無法支承反力和軸所受的彎矩，在泵水力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計初步完成后，應(yīng)該校核泵軸的強度和剛度。1.校核軸的強度由于泵軸上安裝的部件較多，故受力也比擬復(fù)雜，為了解決這個問題，軸上各段可簡化為只有受均布載荷的作用，其受力如圖：圖6-1軸的受力分析如果都按最危險數(shù)值計算，可以簡化計算，一旦校核合格，則軸一定合格。式中為液體的密度1000kg/m3；為包括蓋板在內(nèi)的葉輪寬度20mm;為葉輪外徑K為壓出室?guī)缀翁卣飨禂?shù)，取最大值0.36則根據(jù)均布載荷的最大彎矩公式：，P=q即根據(jù)傳遞扭矩的：代入公式得計算軸徑危險截面代入數(shù)據(jù)的故軸徑最小為60mm是適宜的。2.校核軸的剛度-計算軸的細長比：故泵軸是可以采用的。6.2鍵的強度校核在離心泵中一般均采用平鍵連接，在軸徑尺寸確定后，如果按國家標(biāo)準(zhǔn)選用鍵，則無需進行校核。有些泵，由于葉輪輪轂比擬薄，常選用小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鍵，在這種情況下需要校核鍵的剪切力和擠壓應(yīng)力。鍵的剪切應(yīng)力可按下式計算：〔6—1〕式中：M——鍵所傳遞的扭矩；d——軸徑；b——鍵的寬度；l——鍵的長度；——鍵的許用剪切應(yīng)力，一般鍵為45號鋼，可取=60×106N/m擠壓應(yīng)力可按下試計算：〔6—2〕式中h——鍵高；——許用擠壓應(yīng)力，一般應(yīng)按輪轂材料進行校核，因為輪轂材料的許用擠壓應(yīng)力較鍵的要小，一般可取鋼的許用擠壓應(yīng)力=147×106-156.8×106N/m2；鑄鋼的許用擠壓應(yīng)力可取=88.2×106-107.8×106N/m2根據(jù)實際情況可知，泵軸傳遞的扭矩M=1931.76N·m,聯(lián)軸器處的軸徑為d=60mm,選用鍵6×32〔GB1095-90〕由JB113-60可知，鍵的尺寸為b=6mm,h=6mm,l=32mm將上述數(shù)值代入公式6—1和6—2可得：N/m2由于鍵的材料是45#，泵聯(lián)軸器的材料是鑄鐵的。所以：鍵是平安的，輪轂也是平安的。6.3葉輪強度計算葉輪強度的計算只要是葉輪蓋板強度的計算。計算分析說明，對旋轉(zhuǎn)圓盤而言，圓周速度與圓周方向應(yīng)力有以下關(guān)系：=〔6—3〕式中—葉輪材料的重度，對鑄鐵葉輪取73000〔N/m〕—葉輪圓周速度〔m/s〕25.9m/sg—重力加速度〔cm/s2〕，一般取g為9.8〔cm/s2〕則：N/m2由表5-1查葉輪的許用應(yīng)力[]=250~350，材料為HT20-40，合格。表6-1葉輪的許用應(yīng)力材料名稱熱處理狀態(tài)許用應(yīng)力[](106N/m)HT20-40退火處理ZG25退火處理58.8-68.6ZG1Cr13退火處理88.2-98ZG2Cr13調(diào)質(zhì)處理98-107.8Ni-Resist固熔化處理44.1-53.9ZGCr28退火處理68.6-78.4可知葉輪符合要求經(jīng)驗說明,鑄鐵葉輪的圓周速度最高可到達60m/s左右.因此,單級揚程可達40米左右;合金葉輪的圓周速度最高可到10m/s,因此,單級揚程可到達45米左右。表6-2葉輪蓋板厚度葉輪直徑(毫米)100-180181-250251-520>520蓋板厚度(毫米)4567因為葉輪的圓周速度沒有超過上述范圍,則葉輪蓋板厚度由結(jié)構(gòu)與工藝上的要求決定,懸臂式泵和多級泵的葉輪蓋板厚度一般可按表6-2選取。由表5-2葉輪蓋板厚度選取6mm6.4葉片厚度計算為了擴大葉輪流道有效過流面積,希望葉片越薄越好；但如果葉片選擇的太薄,在鑄造工藝上有一定的困難,而且從強度方面考慮,葉片也需要有一定的厚度。目前,鑄鐵葉輪的最小葉片厚度為3-4毫米,鑄鋼葉片的最小厚度為5-6毫米。葉片也不能選的太厚,葉片太厚要降低效率,惡化泵的汽蝕性能。大泵的葉片厚度要適當(dāng)加厚一些,這樣對延長壽命有好處。葉片厚度(毫米)可按以下經(jīng)驗公式計算:+1(6—4)式中——經(jīng)驗系數(shù),材料和轉(zhuǎn)速有關(guān),對鑄鐵和鑄鋼葉輪,系數(shù)按《離心泵設(shè)計基》8-3葉片厚度經(jīng)驗系數(shù)選，取=2——葉輪外徑(米)——單級揚程(米)Z——葉片數(shù)則S，所以合格。6.5輪轂的強度計算對一般離心泵,葉輪和軸是動配合，為了使輪轂和軸的配合不松動,在運轉(zhuǎn)時由離心力產(chǎn)生的變形力小于軸和葉輪配合的最小公盈.在葉輪輪轂處由離心力所引起的應(yīng)力可近似的按下式計算,由此應(yīng)力所引起的變形為:(6—5)式中E——彈性模量；對鑄鐵E=12.8；——葉輪輪轂平均直徑(米)；——由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形(米).應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈,既<則由公差配合表可知，二級精度第六種靜配合的最小公盈=0.005mm<由離心力所引起的變形小于最小的配合公盈，合格。6.6分段式多級泵中段計算可以把分段式多級泵中段認(rèn)為是受壓圓筒，對脆性材料的后壁圓桶可按式計算壁厚SS=式中P為泵體所承受的工作壓力為中段內(nèi)徑為許用應(yīng)力許用應(yīng)力在250~400之間。取=300,內(nèi)徑選取=150mm,外徑S=取S=14mm.首先計算外徑和內(nèi)徑的比值：/=340/150=2.26>1，由此可按薄壁圓桶計算，帶入公式。=[]