【新KS型單級(jí)單吸離心泵的設(shè)計(jì)12000字（論文）】

PAGE3新KS型單級(jí)單吸離心泵的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 51.1研究背景 51.2研究現(xiàn)狀 51.3研究?jī)?nèi)容 62新KS單級(jí)單吸離心泵的性能及結(jié)構(gòu)組成 62.1型號(hào)意義示例及名詞解釋 62.1.1型號(hào)意義 62.1.2名詞解釋 62.2新KS型單級(jí)單吸離心泵的主要性能參數(shù) 72.2.1流量的意義 72.2.2揚(yáng)程的意義 72.2.3效率的意義 72.3新KS型單級(jí)單吸離心泵的特性曲線 82.4新KS型單級(jí)單吸離心泵的工作原理 92.5新KS型單級(jí)單吸離心泵的主要部件 112.5.1葉輪 112.5.2泵殼 132.5.3泵軸 152.5.4軸承 162.5.5懸架 162.5.6填料函及密封 172.6新KS型單級(jí)單吸離心泵的安裝 182.6.1離心泵的安裝高度計(jì)算 182.6.2新KS型單級(jí)單吸離心泵的安裝圖 192.7本章小結(jié) 213新KS型單級(jí)單吸離心泵的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì) 213.1新KS型單級(jí)單吸離心泵的動(dòng)力源組成 213.2新KS型單級(jí)單吸離心泵的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì) 223.2.1輸送液體物性的影響及換算 233.2.2轉(zhuǎn)速的影響及換算 233.2.3葉輪直徑的影響及換算 233.3葉輪處的優(yōu)化設(shè)計(jì) 243.3.1葉輪輪轂處的強(qiáng)度校核 243.3.2葉輪處動(dòng)力設(shè)計(jì)思路概述 253.3.3葉輪處動(dòng)力設(shè)計(jì) 263.3.4葉輪處動(dòng)力設(shè)計(jì)使用優(yōu)缺點(diǎn) 293.4本章小結(jié) 304結(jié)束語 30參考文獻(xiàn) 30附錄 331緒論1.1研究背景水的推廣,對(duì)人們的生活與生產(chǎn)都十分重要。在古代,也有不同的提水裝置,如古埃及的鏈條泵(公元前17世紀(jì))、中國的橘子錐(公元前17世紀(jì))、滑輪(公元前11世紀(jì))和水車(公元前1世紀(jì))。更有名的是公元前三世紀(jì)阿基米德所創(chuàng)造的螺桿系統(tǒng),它能夠平穩(wěn)、不斷地把從水上升至幾米的高空。它的設(shè)計(jì)仍然被現(xiàn)代螺桿泵所采用。使用離心機(jī)力輸水的設(shè)想,首先呈現(xiàn)在了達(dá)芬奇的素描中。在一六八九年,法蘭西物理學(xué)者帕潘開發(fā)出了具有四葉片齒輪的蝸殼離心泵。而更類似于現(xiàn)代離心泵的是傳統(tǒng)的馬薩諸塞泵,它帶有徑向直葉、半開型的雙吸葉輪和蝸殼結(jié)構(gòu),于一八一八年問世于美國。從一八五一年至一八七五年間,具有導(dǎo)葉輪的多級(jí)離心式泵相繼問世,使研制更高揚(yáng)程的離心式泵變?yōu)榱丝赡?。雖然早在一千七百五十四,瑞士數(shù)學(xué)家歐拉就給出了有關(guān)葉輪等水力機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)方程,為現(xiàn)代離心機(jī)泵的工程設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ),但直至高速電機(jī)的出現(xiàn)使離心泵于十九世紀(jì)底擁有了理想的動(dòng)能源之時(shí),它的理論優(yōu)勢(shì)并不能發(fā)揮作用。在英國雷諾、德國普萊德勒等許多學(xué)者的理論研究成果與實(shí)際基礎(chǔ)上,離心泵的工作效率已經(jīng)有了較大改善,其性能范圍與應(yīng)用也在日益拓寬。它已成為中國現(xiàn)代使用最普遍、產(chǎn)量最高的水泵。1.2研究現(xiàn)狀工業(yè)革命以后,部分西歐發(fā)達(dá)國家的制造業(yè)興起較早,成長(zhǎng)很快。工業(yè)化后我國的水泵行業(yè)興起較早,通過長(zhǎng)期的發(fā)展與完善,泵的設(shè)計(jì)水平已經(jīng)達(dá)到了很高的水準(zhǔn),種類繁多。近年來,由于國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,對(duì)工農(nóng)業(yè)水泵的需要量也日益提高,極大的促進(jìn)了工業(yè)水泵技術(shù)的迅速蓬勃發(fā)展。由于現(xiàn)代科技的快速發(fā)展與要求,以及國外泵技術(shù)的進(jìn)步,許多國家在泵的生產(chǎn)和使用過程中建立了一系列完善的標(biāo)準(zhǔn)。全球領(lǐng)先的離心泵制造商有Grundfos、KSB、Sulzer、Ebara和Schlumberger，全球前五大離心泵制造商擁有超過百分之九十五的市場(chǎng)份額。目前，我國是世界上最大的離心泵市場(chǎng)，市場(chǎng)份額約百分之六十，其次是歐洲和北美，市場(chǎng)總份額超過百分之三十。二零二零年,全球離心泵市場(chǎng)規(guī)模將超過二零一六年億元,預(yù)期在二零二六年規(guī)模將超過三千億,復(fù)合年增長(zhǎng)率(復(fù)合年增長(zhǎng)率)為百分之二點(diǎn)九。每年，我國泵的能耗約占全國總能耗的百分之二十，泵的燃料消耗約占全國總?cè)剂舷牡陌俜种迨?。離心泵是應(yīng)用最廣泛的泵，但一般離心泵的綜合效率只有百分之五十到百分之六十。我國離心泵的運(yùn)行效率平均比國外低百分之十到百分之三十，節(jié)能潛力在三百到四百億千瓦時(shí)左右。所以,為改善離心機(jī)泵的工作特性和質(zhì)量,將離心機(jī)泵的效能主要由機(jī)器效能、容積效能和液力效能三個(gè)方面所組成,主要是液壓效率較低，為了提高液壓效率，準(zhǔn)確計(jì)算離心泵的動(dòng)力源并保證其性能是非常重要的。因此，這方面的研究迫在眉睫。充分利用葉輪的改進(jìn)，精確控制離心泵的內(nèi)部流量，減少影響離心泵性能的因素，研究離心泵的新設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提高泵的效率，以提高其綜合成本效益。1.3研究?jī)?nèi)容離心泵的水力優(yōu)化一直是離心泵研究人員最感興趣的課題之一，由于時(shí)間、精力和試驗(yàn)條件等原因限制，導(dǎo)致一些結(jié)果得不到真正的驗(yàn)證，難免出現(xiàn)一些補(bǔ)不足和缺陷的地方。在二十一世紀(jì),計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)的進(jìn)展給離心泵齒輪中內(nèi)流的數(shù)值模擬的發(fā)展帶來了嶄新的機(jī)會(huì),本文在舊KS單機(jī)單吸離心泵的基礎(chǔ)上對(duì)離心泵的主要部件進(jìn)行了的優(yōu)化，新KS型單級(jí)單吸離心泵將在使用性能和安全問題方面進(jìn)行了更全面優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文的具體安排如下：在第一章中，本文首先介紹了研究的背景和國內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)新KS型單級(jí)單吸離心泵的研究狀況以及大概的設(shè)計(jì)思想。第二章介紹了新KS型單級(jí)單吸離心泵系統(tǒng)的工作原理、性能、主要零部件的組成以及新KS型單級(jí)單吸離心泵系統(tǒng)可設(shè)計(jì)的方向。第三章在第二章新KS型單級(jí)單吸離心泵系統(tǒng)的經(jīng)過分析基礎(chǔ)上，構(gòu)思設(shè)計(jì)了一種對(duì)新KS型單級(jí)單吸離心泵動(dòng)力源的動(dòng)力優(yōu)化以及后的優(yōu)缺點(diǎn)。2新KS單級(jí)單吸離心泵的性能及結(jié)構(gòu)組成2.1型號(hào)意義示例及名詞解釋2.1.1型號(hào)意義KS125—100—200KS——滿足國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的用語中央空調(diào)冷卻等行業(yè)的單級(jí)單吸離心型泵。125——泵吸入口直徑（mm）；100——泵排出口的直徑（mm）；200——葉輪名義直徑(mm)；2.1.2名詞解釋離心泵：通過離心力輸送水的泵。單級(jí)單吸：?jiǎn)渭?jí)意味著離心泵中只有一個(gè)葉輪用于出口運(yùn)動(dòng)，單吸意味著離心泵中只有一個(gè)進(jìn)水口。離心泵系統(tǒng)一般還分為雙級(jí)雙吸、單級(jí)雙吸和單級(jí)雙吸離心泵。葉輪和入水口的總量,一般是根據(jù)離心機(jī)泵的輸出功率和特性技術(shù)參數(shù)來決定的,當(dāng)中以單級(jí)單吸離心機(jī)泵在輸出功率和特性方面最為單一。2.2新KS型單級(jí)單吸離心泵的重要性能參數(shù)2.2.1流量的意義離心式泵流量,是指離心泵所泵送液體的能量和泵送液體的單位時(shí)間體積。水泵的流量決定于水泵的結(jié)構(gòu)規(guī)格(主要是葉輪直徑和葉片寬度)以及速度。在實(shí)際操作中,這主要取決于水泵能傳遞的液體重量以及軟管的強(qiáng)度,還有水泵在此過程中所需要的水壓。注意:由于泵設(shè)置在特殊管路上,管道特性應(yīng)影響流速大小。2.2.2揚(yáng)程的意義離心泵的最大水頭流動(dòng)力,又叫做水泵揚(yáng)程,是指單位質(zhì)量流體阻力經(jīng)由水泵后所得到的能力。泵頭長(zhǎng)度決定了泵的基本構(gòu)造(例如,葉輪直徑尺寸、葉片曲率、速度等)。目前,由于泵壓頭理論的估計(jì)還不夠準(zhǔn)確,所以通常使用試驗(yàn)方式確定。水泵的揚(yáng)程可以經(jīng)過試驗(yàn)確認(rèn),即在水泵進(jìn)口裝設(shè)最大真空度計(jì),出口安裝壓力表，但不考慮兩個(gè)壓力表橫截面上的動(dòng)能差。(即Δu2/2g=0)，不計(jì)兩表截面間的能量損失(即∑f1-2=0)，則此泵的最大揚(yáng)程可用下式計(jì)量（2-1）注意以下兩點(diǎn)：(1)式中，P2是離心泵出口處的壓力表讀數(shù)（PA）；P1是離心泵進(jìn)口處的真空表讀數(shù)（表壓負(fù)值，PA）。(2)注意分離式離心泵的揚(yáng)程和提升離心泵高度的兩個(gè)完全不同概念。揚(yáng)程是指在一定單位內(nèi)重量或流體經(jīng)離心泵后所得到的能力。在離心泵的一段管路系統(tǒng)當(dāng)中兩截面間可列出柏努利方程式并整理可得:H=Δz+Δppg（1）式中H為揚(yáng)程，而升揚(yáng)高度僅指Δz一項(xiàng)。2.2.3效率的意義離心泵的效率η:反映離心泵對(duì)液體供給的有效能量和電動(dòng)機(jī)供應(yīng)給離心泵的能量軸之比。離心泵的能量損失包括以下幾項(xiàng)：容積損失ηv：在實(shí)際應(yīng)用中，泵有各種滲漏和回流現(xiàn)象，這就導(dǎo)致了泵對(duì)這些液體作無效的工作，從而減少了泵的實(shí)際輸送能力。ηv與離心機(jī)械損失ηm：水力損失η?：由葉片內(nèi)部渦流所造成的力經(jīng)濟(jì)損失、當(dāng)液態(tài)流入水泵中時(shí)的液壓沖擊經(jīng)濟(jì)損失和液態(tài)與水泵殼體和葉子間的磨擦經(jīng)濟(jì)損失之總和。水力損失ηh離心式水泵的總效能反映了這三項(xiàng)電能損失的總和,故又簡(jiǎn)稱為總效能或η,總效能即為這三種效能的乘積，即：η=ηvηmη?這里ηv、ηm與流量圖2.1效率分析從水力損失圖2.1可知:額定流速Q(mào)s(η?=0.8-0.9)情況下hf值最少,泵的效率值,與其輸出液體的種類、規(guī)格、尺寸、加工精度和特性等相關(guān)。大中型水泵的效能值一般較高,而中小型水泵的效能值則較低了。2.3新KS型單級(jí)單吸離心泵的特性曲線不同的水泵性能指標(biāo)間具有一定的互相依賴性?？蓪?duì)水泵進(jìn)行試驗(yàn),分別測(cè)定并計(jì)算出主要特性參數(shù),然后繪制曲線表。這種曲線也叫做水泵特性曲線。因?yàn)楦鞣N水泵,均有由泵廠家所給出的特定特性曲線。而推薦的特性部分,也稱為水泵的工作范圍,一般在廠家所提供的特性曲線上表示。泵的現(xiàn)實(shí)工作地點(diǎn)根據(jù)制泵曲線和水泵裝置特征曲線的交集而決定。在選型和應(yīng)用大型水泵時(shí),泵的現(xiàn)實(shí)工作地點(diǎn)應(yīng)在工作區(qū)域內(nèi),以確保經(jīng)濟(jì)、安全的工作。另外,針對(duì)于不同黏度的液體,同一水泵的特性曲線也有所不同。在一般情形下,由水泵廠商提供的特性曲線主要是指清水輸出特性曲線。而至于離心泵,則由于液體黏度的提高,揚(yáng)程和效率的增加,以及有效輸出功率的提高,使得在工業(yè)生產(chǎn)上有時(shí)也會(huì)用較小的粘度加熱黏度較大的液體,以提高輸送效率。特性曲線是指N～Q、H～Q及η～Q（也有含△h～Q或hs～Q的）等的關(guān)系的特性曲線。特性曲線圖見圖2.1。特性曲線的共同特點(diǎn)：（1）H～Q：Q↑→H↓；（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，N為min；（3）η～Q：先Q↑→η↑，達(dá)ηmin后Q↑→η↓，達(dá)到ηmax點(diǎn)結(jié)束。其下的H、Q（即Os）、N為同一個(gè)工況系數(shù)——都標(biāo)在了銘牌上。選擇泵的類型時(shí),至少應(yīng)使它在大于或等于百分之九十二的ηmax下正常工作。圖2.2泵的特性曲線2.4新KS型單級(jí)單吸離心泵的工作原理離心泵的作用實(shí)際上是物體慣性運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)。例如，當(dāng)傘在慢慢旋轉(zhuǎn)時(shí),水滴隨著傘旋轉(zhuǎn),因此傘與水滴間的磨擦力就是水滴的向心力。但是,當(dāng)傘的轉(zhuǎn)速變更快更高,摩擦力不能使水滴保持圓周運(yùn)動(dòng),那么水滴就離開傘而向外緣移動(dòng)。就好像在繩上拉了一塊石頭。假如你跑得過快,繩就會(huì)斷,石頭也會(huì)飛走。也叫離心分離法。離心泵正是按照這一機(jī)械原理而設(shè)計(jì)的。高速旋轉(zhuǎn)葉輪的葉片轉(zhuǎn)動(dòng),水高速噴射,以實(shí)現(xiàn)輸出目的。離心泵有很多種不同型式的泵?？煞殖擅裆煤凸I(yè)泵。就輸出介質(zhì)而言,可分成清潔泵、污物泵、耐腐蝕泵等。單級(jí)單吸離心泵的主體組成部分為吸氣室、葉輪和水壓室。吸氣室設(shè)在渦輪裝置進(jìn)門前方,把液體引至渦輪裝置。增壓水室一般由螺旋型增壓水室(蝸殼式)、導(dǎo)葉和空氣導(dǎo)葉等組件構(gòu)成。葉輪是泵的重要工作組成部分,是泵芯的重要流動(dòng)組成部分。葉輪一般由蓋板和葉子中心等構(gòu)成。當(dāng)單級(jí)單吸離心泵在起動(dòng)前,先給泵內(nèi)充液體,接著起動(dòng)離心型泵,由于葉輪的旋轉(zhuǎn)迅速,葉片推動(dòng)液體,液體通過旋轉(zhuǎn)慣量差流入葉輪外緣,在葉輪吸入間內(nèi)吸收液體。在這種過程中,液體流經(jīng)葉輪葉片內(nèi),而流動(dòng)周圍的液體則上升到葉子上,反之亦然。雖然葉片對(duì)液體的推動(dòng)力大小相等,但卻與提升壓強(qiáng)方向相反。這種力作用到液體上,使它可以得到的熱能而從渦輪機(jī)中除去。液體的動(dòng)能和壓強(qiáng)都能增加。起動(dòng)后,大齒輪在軸承驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),而葉片內(nèi)部的液體也需要旋轉(zhuǎn)。在離心力影響下,液態(tài)由葉輪中央向葉片外緣噴出而獲取動(dòng)能,然后液態(tài)又高速離開葉輪外緣流入螺線泵殼。在蝸殼內(nèi),液面隨著節(jié)流管的逐漸擴(kuò)張而下降,使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜水能,最后再高壓進(jìn)入排水閥,在需要時(shí)將其輸送到那里。當(dāng)液體由葉輪中央流入外緣后,葉輪中央也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的真空。因?yàn)樵趦?chǔ)罐液位上的壓強(qiáng)超過了離心泵進(jìn)口處壓強(qiáng)極限,所以液體不斷地被壓進(jìn)葉輪。很顯然,如果只有車輪在不斷旋轉(zhuǎn),液體就會(huì)不斷地被吸進(jìn)或者流出。工作原理圖見圖2.3。圖2.3單級(jí)單吸離心泵工作原理2.5新KS型單級(jí)單吸離心泵的主要部件單級(jí)單吸離心泵的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由以下七個(gè)部門構(gòu)成:葉輪、泵體、泵軸、軸承、懸架、機(jī)械密封件和填料函。它由二個(gè)主要部分構(gòu)成:一是離心泵的齒輪和軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部分;二是由離心泵的泵殼、填料函以及軸承類型所構(gòu)成的靜態(tài)部分。2.5.1葉輪葉輪是離心力泵的一部分,其速度高,輸出力量大,葉輪葉片起了主要功能,因此葉輪在安裝之前都需要先進(jìn)行靜平衡測(cè)試。汽輪機(jī)的上下表面都應(yīng)當(dāng)平滑,以降低與水的摩擦損失。葉輪的主要功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接送入液體中,以提高液體的靜態(tài)溫度和動(dòng)力(主要是增加靜態(tài)能量)。按工作葉輪數(shù)目來分類：（1）單級(jí)泵:也就是說,泵軸上只是一組齒輪。（2）多級(jí)泵:也就是說,在泵軸上有二個(gè)或更多組齒輪。此時(shí),泵的平均水泵揚(yáng)程就等于多個(gè)葉輪所產(chǎn)生的水泵揚(yáng)程之和。按工作壓力來分類：（1）低壓泵:水壓小于一百米水柱;（2）中壓泵:工作壓力在一百到六百五十米水柱間;（3）高壓泵:指水壓大于六百五十米水柱。按葉輪進(jìn)水方式來分類：（1）單側(cè)進(jìn)水泵：又稱單吸泵，即葉輪上只有一個(gè)進(jìn)水口；（2）雙側(cè)進(jìn)水泵：又稱雙吸泵，即葉輪兩側(cè)各有一個(gè)進(jìn)水口。它的總流量約為普通單吸泵的二倍,可大致看成二臺(tái)單吸泵葉輪背靠背布置在一起。按泵殼結(jié)合縫形式來分類：（1）水平中開式泵道:即在經(jīng)過軸心線的水準(zhǔn)表面上開有結(jié)合縫。（2）垂直接合面泵：即接合面垂直于軸線。按泵軸位置來分類：（1）臥式泵：泵軸線處于同一水平位置。（2）立式泵：泵軸線處于直角位置。按將葉輪所產(chǎn)生的水流引向壓出室的方法分類：（1）蝸殼泵：水從葉輪中排出后,以螺旋狀方式垂直進(jìn)入泵殼。（2）導(dǎo)葉泵：水自葉輪內(nèi)排出后,先流經(jīng)葉輪外側(cè)的導(dǎo)葉組,繼而再流向下一層或進(jìn)入出口管。葉輪見圖2.4。圖2.4葉輪2.5.2泵殼泵體的功能是把葉輪封閉于特定的空隙內(nèi),以地將和壓出液面。水泵外殼為蝸殼形狀,故也叫蝸殼。由于流道橫截面積的逐步增加,向葉輪周圍噴射的高速液態(tài)的轉(zhuǎn)速也逐步減小,使部分動(dòng)力可高效地轉(zhuǎn)化為靜壓能。泵殼不但接收從葉輪中發(fā)出的高壓液體,還充當(dāng)能量轉(zhuǎn)換裝置。F=1??360Vt?泵體見圖2.5。圖2.5泵體泵蓋見圖2.6。圖2.6泵蓋2.5.3泵軸泵軸的功能是支承齒輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部分,驅(qū)使齒輪在設(shè)定的工作地點(diǎn)高速旋轉(zhuǎn),從而把驅(qū)動(dòng)力傳送給各部分。所以,它是輸送機(jī)械能的主要部分。離心泵的主軸必須以相應(yīng)的速率轉(zhuǎn)動(dòng),承擔(dān)很大的轉(zhuǎn)矩和扭力。而軸承也應(yīng)具備適當(dāng)?shù)挠捕群蛶缀尉?以便于把對(duì)密封性能的不良影響降到最低點(diǎn),并將磨損和損壞的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。泵軸見圖2.7。圖2.7泵軸2.5.4軸承離心泵的推力軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類。其中包括了單面推力球傳動(dòng)軸承、雙面推力球傳動(dòng)軸承、短推動(dòng)圓錐滾子軸封、長(zhǎng)推動(dòng)圓錐滾子軸承以及,角接觸式傳動(dòng)軸承也可承載軸向載荷。推力滑動(dòng)軸承一般是實(shí)心、單環(huán)、半空心、多環(huán)等的固定式推力軸承,以及傾斜扇形推力軸承。滾柱軸承也應(yīng)采用黃油加以適當(dāng)潤(rùn)滑,但通常都是三分之二到四分之三體積過熱，噪音太小。滑動(dòng)軸承應(yīng)采用透明油潤(rùn)滑，加油時(shí)應(yīng)涂抹在油位線上。過多的潤(rùn)滑油就會(huì)沿泵軸流動(dòng)和漂移,過少的滾動(dòng)軸承則會(huì)形成磨擦和過熱,導(dǎo)致灼傷。水泵正常工作時(shí)軸承的最高工作溫度為八十五℃,正常工作時(shí)間則通常在六十℃以下。如高,應(yīng)檢查病因(有無雜質(zhì)、油質(zhì)有無黑、有無滲水),并及時(shí)處理。軸承所襯用的金屬材質(zhì)主要有鑄鋼、巴氏合金、銅合金、鋁合金、陶質(zhì)金和非金屬材質(zhì)。2.5.5懸架懸架通過滾動(dòng)軸承部分支持著泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分,滑動(dòng)軸承受泵的徑向推力和軸向力。懸架見圖2.8。圖2.8懸架2.5.6填料函及密封填料箱主要由填充物、水封環(huán)、填充物罐、充填物壓蓋、水封管等構(gòu)成。填料函的作用就是堵塞泵殼體和泵軸間的縫隙,使泵內(nèi)的水不向外流淌,使泵內(nèi)的空氣也不向外流淌。從而始終保持泵中的最大真空度!所以密封很重要！當(dāng)泵軸和填料碰撞并形成熱能時(shí),填料將利用水封管和封閉圈制冷,泵也將正常工作。所以,在泵工作階段,應(yīng)該格外小心檢測(cè)填料函的密封性。在工作了大約六百五十小時(shí)后,就應(yīng)該更換填充物。密封見圖2.9。圖2.9填料函及密封2.6新KS型單級(jí)單吸離心泵的安裝KS系列單級(jí)單吸離心泵檢測(cè)的重點(diǎn)是確認(rèn)泵的安裝標(biāo)高。該標(biāo)高是指實(shí)際海平面與泵葉輪中心線位置之間的相垂直間距,不能與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的真空吸氣標(biāo)高混亂。泵銘牌及生產(chǎn)技術(shù)說明書中規(guī)范的容許真空吸氣標(biāo)高,是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下離心泵進(jìn)水口段的真空值;測(cè)量環(huán)境溫度為二十℃,并考慮與尾水管配對(duì)時(shí)的壓力狀況。泵的安裝標(biāo)高為扣減吸入壓頭損失和剩余值后的容許吸氣標(biāo)高,該高程必須大于實(shí)際地面上的吸氣標(biāo)高。泵的安裝標(biāo)高也不能大于設(shè)計(jì)值,否則離心泵將不能吸入水。另外,因?yàn)橛?jì)算離心泵的體積以及吸入泵管的大小會(huì)造成阻力損失,因此建議采用較簡(jiǎn)單的管路布置方式,并減少管路彎頭以及其他配件的布置面積,并合理考慮一些較大口徑管路,以降低管路流量。2.6.1離心泵的安裝高度計(jì)算允許真空高度hs是P1泵進(jìn)水口在壓力下的最大允許真空高度。實(shí)際允許真空中吸入高度HS值并非按照公式推算的,而是由泵經(jīng)過試驗(yàn)后確認(rèn)的。該值附于泵樣品上,供使用者檢測(cè)。必須注意的是,在泵樣品中給出的HS值采用了清潔水為主要工作介質(zhì),工作條件為二十℃,壓力為1.013×105Pa。如果工作條件與工作介質(zhì)不同，則應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（1）輸送液體換算步驟Hs1＝Hs＋Ha－10.33－Hυ－0.24當(dāng)運(yùn)送其他液體之后,如果運(yùn)送的液體和清水的要求和試驗(yàn)條件并不相同，需要進(jìn)行兩步轉(zhuǎn)換：第一步是根據(jù)上述公式找出泵樣品中的水Hs1；第二步是公式將Hs1換算成H?s。（2）汽蝕余量Δh關(guān)于油泵,NPSH主要用于計(jì)算裝高δH值,即泵內(nèi)可以吸入液體的真空度,即泵的允許裝高,單位是米。所用的δH值取自于油泵樣品中,其值用約二十℃的清水測(cè)定。若運(yùn)輸其他液體時(shí),則必須從有關(guān)書中對(duì)其值加以糾正,并仔細(xì)檢驗(yàn)。吸程=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（10.33米）-汽蝕余量-安全量（0.5米）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓能壓管路真空高度十點(diǎn)三三米。2.6.2新KS型單級(jí)單吸離心泵的安裝圖圖2.10單級(jí)單吸離心泵裝配圖圖2.11單級(jí)單吸離心泵爆炸圖圖2.12單級(jí)單吸離心泵3D總圖X向圖2.13單級(jí)單吸離心泵3D總圖Y向圖2.14新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件底座圖2.15新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件電動(dòng)機(jī)圖2.16新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件防護(hù)罩圖2.17新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件靜環(huán)壓蓋圖2.18新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件密封裝置圖2.19新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件動(dòng)力軸承圖2.20新KS型單級(jí)單吸離心泵子零件葉輪2.7本章小結(jié)本章先介紹了新KS型單級(jí)單吸離心泵的性能、特性、工作原理、結(jié)構(gòu)以及安裝。通過分析新KS型單級(jí)單吸離心泵的性能特性、工作原理、結(jié)構(gòu)安裝組成，可以得出葉輪的形狀、葉輪的轉(zhuǎn)速是離心泵的工作的心臟。3新KS型單級(jí)單吸離心泵的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1新KS型單級(jí)單吸離心泵的動(dòng)力源組成動(dòng)力源的功率應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定。計(jì)算公式如下：P動(dòng)=P泵／(η齒×η扭×η離×η泵)

=Q×P×H／(102×η齒×η扭×η離×η式中：P動(dòng)——所需的動(dòng)力源輸出功率（KW）P泵——被試泵的水功率（KW）η齒——齒輪箱效率（％）η扭——扭矩儀效率（％）η離——離合器效率（％）η泵——水泵的效率（％）Q——水泵的流量（m3／s）H——水泵的揚(yáng)程（m）V——水的體積

（Kg／m3）我們可以以η泵為參考量，通過計(jì)算，得出P動(dòng)與P泵的關(guān)系曲線，計(jì)算中可以假設(shè)η齒、η扭和η離分別為0.95、0.98和0.98。軸和電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力源的不或缺的一部分，但不是最關(guān)鍵的那部分，所以不作設(shè)計(jì)計(jì)算。軸功率：電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)做的功轉(zhuǎn)換效率。式中k為一種系數(shù)，我們稱他為離心泵功率余量系數(shù)，我們這里取取k等于1.1。我們選取泵的傳動(dòng)裝置為直聯(lián)傳動(dòng)，，（3-2）Q——水泵的流量（m3／sH——水泵的揚(yáng)程（m）；Ne——有效功率（％）η——水泵的效率（％）；g——為引力常數(shù)（重力加速度）；P——所需的動(dòng)力源輸出功率(KW)；K——離心泵功率余量系數(shù)；3.2新KS型單級(jí)單吸離心泵的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)軸的質(zhì)量對(duì)離心泵有著至關(guān)重要的作用，軸的損壞意味著葉輪的直接損壞。因此必須對(duì)軸進(jìn)行校核。首先展開徑向力計(jì)算,作用于離心泵軸線上的徑向載荷,大致包括:轉(zhuǎn)輪質(zhì)量帶來的重量；由于流體的分布，葉輪周圍的壓力分布不同；旋轉(zhuǎn)部分也會(huì)有離心力（力的方向會(huì)改變）。接下來，對(duì)考慮到可能影響的零件進(jìn)行全面計(jì)算。當(dāng)離心泵輸出的物料不是常溫、而是常壓下的清水時(shí)、當(dāng)齒輪直徑被剪切或速度發(fā)生變化時(shí),整個(gè)油泵特性都會(huì)改變,對(duì)特性曲線進(jìn)行了換算。3.2.1輸送液體物性的影響及換算密度ρ——只有N=QHρ/（102η）受其影響，其它值不變。粘度μ——μ↑→Hf↑→H↓，Q↓→η↑，N↑。當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度γ（=μ/ρ）>20×10-6m2/s時(shí)，將其參數(shù)按以下公式方法換算：Q'=CQQ（3-3）H'=CHH（3-4）η'=Cηη（3-5）Q——離心泵輸送清水時(shí)的流量；H——離心泵輸送清水時(shí)的壓力；η——離心泵輸送清水時(shí)的效率；3.2.2轉(zhuǎn)速的影響及換算當(dāng)速度變化時(shí),速度的三角形也隨之改變,H、Q、η、N均改變。在μ不大;但設(shè)η不變(△N<20%)時(shí),則有以下近似關(guān)系:圖3.1近似關(guān)系圖QT=Cr2πD2b2（3-6）HT∞=u2c2cosα2/g（α1=90o）（3-7）Ne=ω△M=HT∞QTρg（3-8）（3-9）（3-10）（3-11）3.2.3葉輪直徑的影響及換算同型號(hào)泵可以更換為口徑小一些的齒輪，只b2稍有變化，猶如對(duì)原葉輪“切割”了一刀（切割量（5%D2）。當(dāng)n不變時(shí)，有近似關(guān)系：（3-12）（3-13）（3-14）稱為切割定律。當(dāng)葉輪的孔徑與其它規(guī)格都變化時(shí)，則相似工況下有：（3-15）（3-16）（3-17）Q——離心泵輸送清水時(shí)的流量；D——離心泵輸送清水時(shí)的長(zhǎng)度；N——離心泵輸送清水時(shí)的效率；3.3葉輪處的優(yōu)化設(shè)計(jì)3.3.1葉輪輪轂處的強(qiáng)度校核葉輪葉輪由泵軸推動(dòng)回轉(zhuǎn),并相互作用于葉子內(nèi)部的流線。流線在葉輪中心的離心力作用下,被甩到外。當(dāng)流線達(dá)到葉輪的外圓方位時(shí),由于流量特別大泵殼體接收由葉子所發(fā)出的液體,液態(tài)在泵殼體內(nèi)沿著蝸殼管道中逐步增大的方位流過,將流線的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能,從而降低了能源損失。所以,泵殼體并不僅僅是一種液態(tài)收集器,它更是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，因而，在動(dòng)力源中葉輪作為最主要的零件其強(qiáng)度尤為重要，輪轂作為葉輪的連接件傳遞動(dòng)力，所以因進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于葉輪的輪轂處是依靠鍵進(jìn)行傳動(dòng)。故對(duì)葉輪的強(qiáng)度校核中，校核工作落實(shí)在輪轂處鍵的強(qiáng)度校核（本次所選鍵材料均為45鋼），同樣采用材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行校核。輪轂處的鍵選擇GB/T1095-2003，此處軸徑d=174mm，則（3-18）上式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·m)；k——鍵工作面與輪轂鍵槽的接觸長(zhǎng)度，可以通過標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸表查得；l——鍵的工作長(zhǎng)度(mm),圓頭平鍵；d——軸的直徑(mm)；——單位為MPa；——單位為MPa；計(jì)算結(jié)果如下σ查表知故鍵符合強(qiáng)度要求，葉輪輪轂處的強(qiáng)度是安全的。3.3.2葉輪處動(dòng)力設(shè)計(jì)思路概述葉輪通常有兩種分類方式：（1）比轉(zhuǎn)速：葉輪產(chǎn)生的流量與揚(yáng)程（或壓差）之間的關(guān)系稱為比轉(zhuǎn)速。（2）物理設(shè)計(jì)：葉輪是開式還是閉式，是單吸還是雙吸，以及葉輪葉片的設(shè)計(jì)方式等細(xì)節(jié)都可以用來描述和分類葉輪。本文主要設(shè)計(jì)單級(jí)單吸的離心泵所以我們直接采用比轉(zhuǎn)速的葉輪設(shè)計(jì)方案。比轉(zhuǎn)速流(ns),即是在最大直徑葉輪上和在給定速度下,在最高效率點(diǎn)的比流量相同時(shí),涉及泵性能的指數(shù)。比轉(zhuǎn)速用公式定義為：ns=nxq0.5/H0.75（3-19）上式中，Ns——比轉(zhuǎn)速；n——泵轉(zhuǎn)速，（r/min）；q——泵的總流量，（m3/s）；H——揚(yáng)程（首級(jí)揚(yáng)程），m（US制，ft）；離心泵的總效率（當(dāng)介質(zhì)為水時(shí)）為（輸出）功率與軸（輸入）功率之比，如下式所示：Ef=Pw/Ps（3-20）上式中：Ef——效率Pw——水的輸出功率Ps——軸輸入功率Ps是提供給泵軸的制動(dòng)馬力（BHP）功率，而Pw是：Pw=(QxH)/3960（3-21）上式中：Q——流量（GPM）；H——揚(yáng)程（ft）；提高葉輪的比轉(zhuǎn)速從而提高水力效率。影響葉輪水力效率的因素較多，最明顯的因素有：（1）葉片數(shù)。對(duì)于離心泵，一般而言,提高葉子數(shù)有助于提高液體流速,并相應(yīng)提高水泵的揚(yáng)程。但是,由于葉子數(shù)的提高會(huì)減小流道的溢流范圍,進(jìn)而造成流速的加快以及葉子表面上磨擦損失的擴(kuò)大。所以,葉片數(shù)量太多不但會(huì)降低葉輪的質(zhì)量,而且還會(huì)削弱葉輪的汽蝕特性,進(jìn)而使得泵的特性曲線上產(chǎn)生了駝峰。通常，離心泵葉輪葉片數(shù)較多地選用5～7片。（2）扭曲葉片。試驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)工況和高流量區(qū)，扭曲葉片比圓葉片離心泵具有更高的效率。同時(shí)，扭葉片離心泵的最低點(diǎn)揚(yáng)程高于弧形葉片（可以改善揚(yáng)程特性曲線，減小凸臺(tái)峰值）。這樣,就可適當(dāng)?shù)厥谷~輪從葉片擴(kuò)展至泵的進(jìn)口邊緣,這就等于加了一個(gè)較小的電感器。優(yōu)化的葉片前緣型線(如拋物線前緣型線、減小吸入側(cè)葉片厚度等)能夠更有效地控制葉片前緣電壓峰值,從而降低了部分負(fù)載運(yùn)行的靈敏度。3.3.3葉輪處動(dòng)力設(shè)計(jì)在普通葉輪的葉片上優(yōu)化前緣輪廓，讓設(shè)計(jì)后的新葉輪相當(dāng)于增加一只小的誘導(dǎo)輪（見圖3.2），因而葉輪的軸向推力和徑向力需要計(jì)算。圖3.2新設(shè)計(jì)葉片軸向推力是指作用于泵轉(zhuǎn)子上的所有軸向力（F）的合力，見圖3.3。圖3.3單級(jí)離心泵的軸向推力總圖對(duì)于單級(jí)離心泵，作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力包括：（1）葉輪軸向力（F1）：是吐出側(cè)葉輪蓋板（Fd）和吸入側(cè)葉輪蓋板（Fs）上的軸向壓力之差，即F1=Fd?（2）動(dòng)量（FJ）：是一種持續(xù)作用于特定空間中流體的力（可參見流體力學(xué)中的動(dòng)量守恒原理），其計(jì)算如下：FJ

=ρ·Q·ΔVax（3-22）式中，ρ——為泵送介質(zhì)的密度；Q——為泵送流量；ΔVax——為葉輪進(jìn)口和出口處絕對(duì)轉(zhuǎn)速軸流式分量間的差額；（3）在軸密封處軸的橫截面Ass上由軸封上游和下游的靜壓產(chǎn)生的合成壓力，即FWd=AWd·ΔpWd（3-23）（4）特殊的軸向力，例如，在泵啟動(dòng)過程中，葉輪和殼體之間的間隙（側(cè)隙）中的渦流條件發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的軸向力。（5）其它的軸向力，例如非臥式離心泵上的轉(zhuǎn)子重量（FW）或電動(dòng)機(jī)中的磁拉力（Fmech）等。對(duì)于水力平衡的單級(jí)單吸葉輪的軸向推力構(gòu)成見如圖3.4：圖3.4單級(jí)離心泵的軸向推力構(gòu)成圖F1+FI=α*ρ*g*H*D2上式中，α——為軸向推力系數(shù)（基于經(jīng)驗(yàn)）；ρ——為泵送介質(zhì)密度；g——為引力常數(shù)（重力加速度）；H——為揚(yáng)程；D2m——為平均葉輪直徑；D2軸向推力系數(shù)基本上取決于比轉(zhuǎn)速（ns）。對(duì)于徑向和混流葉輪，以下計(jì)算公式適用于6rpm<ns

<130rpm的范圍：α=0.5×(Dsp/D2m)3

+0.09≈0.1～0.3（3-26）式中，Dsp——為吸入側(cè)葉輪蓋板處受控間隙的直徑；當(dāng)Dsp為0.8·Qopt至1.0·Qopt的流量時(shí)，以及間隙寬度S=0.1mm。如果間隙寬度增加一倍，α則增加約8%。壓力不均與流體的徑向力采用物理及力學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行可以得出：（3-27）式中:Q——實(shí)際工況的流量（m3/s）；——設(shè)計(jì)工況的流量（m3/s）；H——泵的揚(yáng)程（m）；——加蓋板后的葉輪的最大輸出寬度厚度（m）；——葉輪外徑（m）；——液體密度（kg/m3）；在葉輪與殼體之間的吐出側(cè)和吸入側(cè)間隙中，處理的流體的旋轉(zhuǎn)對(duì)徑向壓力（F）產(chǎn)生很大影響。所處理的旋轉(zhuǎn)流體的平均角速度約為葉輪轉(zhuǎn)速的一半。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)可以得出：（1）葉輪出口葉片高度。當(dāng)葉輪出口葉片高度增加時(shí)，揚(yáng)程會(huì)有所提高，流量-揚(yáng)程曲線會(huì)由陡峭變得相對(duì)平緩；而泵的最高效率值隨著葉片高度的增加而增加，同時(shí)高效區(qū)會(huì)向大流量方向偏移。（2）葉輪葉片寬度。揚(yáng)程隨葉輪葉片寬度的增加而減?。蛔罡咝手惦S著葉輪葉片寬度的增加而增加，高效區(qū)隨葉片寬度的增加而向小流量方向偏移，且效率曲線在最佳效率點(diǎn)的右側(cè)迅速下降。（3）葉輪出口葉片角。揚(yáng)程隨出口葉片角的增大而增大；最高效率值隨出口葉片角的增大而降低。當(dāng)出口葉片角較小時(shí)，在最高效率點(diǎn)右側(cè)泵的效率迅速下降。小誘導(dǎo)輪是帶有少量葉片的軸向葉輪,布置在實(shí)際離心式水泵葉輪的正上游方（對(duì)于懸臂泵，通常安裝在轉(zhuǎn)子部件的螺紋區(qū)域，代替葉輪螺母。通過卸下葉輪螺母并將其更換為誘導(dǎo)輪，可以將小誘導(dǎo)輪安裝到標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的泵中），并以與泵葉輪相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在多級(jí)泵上，它安裝在第一級(jí)葉輪的上游（葉輪入口處）。當(dāng)軸開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，小誘導(dǎo)輪將隨其一起旋轉(zhuǎn)、并泵送流體，從而增加葉輪入口的壓力。（4）小誘導(dǎo)輪的任務(wù)是增加泵吸入口的汽蝕余量，也可以說是用于降低泵的汽蝕余量，通過增加葉輪徑向力上游的靜壓（從而增加汽蝕余量）來確保泵運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。3.3.4葉輪處動(dòng)力設(shè)計(jì)使用優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):后蓋上有一個(gè)平衡孔,以減少軸向推力。應(yīng)在渦輪周圍設(shè)置導(dǎo)輪,以最大限度地增加液體動(dòng)能轉(zhuǎn)化效果。而導(dǎo)輪則是設(shè)在葉片輪外側(cè)的固定式葉片環(huán)。葉子的彎曲方向與葉輪葉片彎曲方向恰恰相反。當(dāng)導(dǎo)向輪布置在彎角附近時(shí),它就與葉輪的出液方位相匹配了,并使流經(jīng)泵殼的液態(tài)方位平滑地變化。這樣,動(dòng)能損失就很小了,由動(dòng)態(tài)能至靜止能量的變化效率很高。缺點(diǎn)：當(dāng)液體的高壓流離開葉輪外緣后,部分高壓流入葉輪的后蓋后部,而液體入口前部葉輪氣壓較低,造成泵的軸向推動(dòng)力不夠,只把葉輪引向進(jìn)口側(cè),很容易導(dǎo)致葉輪和泵殼體的損壞。它還可以引起劇烈震蕩。通過平衡孔可以將部分高壓液逸出到低壓區(qū),從而減小了汽輪機(jī)前后的液體壓力,如果汽輪機(jī)卡住，可能造成嚴(yán)重事故。3.4本章小結(jié)本章通過第二章的分析和模擬鋪墊，設(shè)計(jì)出了一種新KS型單級(jí)單吸離心泵動(dòng)力源的葉輪優(yōu)化，通過優(yōu)化前緣輪廓，讓設(shè)計(jì)后的新葉輪相當(dāng)于增加一只小的誘導(dǎo)輪，通過計(jì)算葉輪的軸向推力和徑向力進(jìn)一步增強(qiáng)離心泵的動(dòng)力。

4總結(jié)與展望4.1總結(jié)在本次的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,出新KS型單級(jí)單吸離心泵是在原來的KS型單級(jí)單吸離心泵的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上做出的又一次完善,本文將以型號(hào)KS125-100-200為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),來闡述離心機(jī)泵的特性、基本原理和主要部分構(gòu)造,并展示了新型KS型單級(jí)單吸離心泵的主要構(gòu)造組成和安裝模型,對(duì)離心機(jī)泵的基本原理剖析后的文章對(duì)離心機(jī)泵的主要?jiǎng)恿υ催M(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)猜想,并對(duì)離心機(jī)泵的主要?jiǎng)恿υ催M(jìn)行了詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)并經(jīng)過了計(jì)算校核驗(yàn)證,在分析時(shí)要充分考慮離心式泵的安