畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）單級(jí)離心泵設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　單級(jí)離心泵設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)從離心泵的基本工作原理出發(fā)，進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算。考慮離心泵基本工作性能，流量范圍大，揚(yáng)程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程（單級(jí)揚(yáng)程一般10～80m）。本設(shè)計(jì)揚(yáng)程為50m，泵水力方案通過(guò)計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)（n=67.5

2、）確定采用單級(jí)單吸結(jié)構(gòu)；通過(guò)泵軸功率的計(jì)算確定選擇三相異步電動(dòng)機(jī)；由設(shè)計(jì)參數(shù)確定泵的吸入、壓出口直徑；通過(guò)葉輪的水力設(shè)計(jì)確定葉輪的結(jié)構(gòu)以及葉輪的繪型；設(shè)計(jì)離心泵的過(guò)流部件，確定吸入室為直錐形吸入室，壓出室為螺旋形壓出室；設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)及進(jìn)行強(qiáng)度校核；確定葉輪，泵體的密封形式及沖洗，潤(rùn)滑和冷卻方式；通過(guò)查標(biāo)準(zhǔn)確定軸承，鍵以及聯(lián)軸器，保證連接件的標(biāo)準(zhǔn)性。從經(jīng)濟(jì)可靠性出發(fā)，合理設(shè)計(jì)離心泵部件，選擇標(biāo)準(zhǔn)連接件，保證清水離心泵設(shè)計(jì)的安全性，實(shí)用性，

3、經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：離心泵工作原理；水力方案設(shè)計(jì)；葉輪和過(guò)流部件設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核；密封設(shè)計(jì)；鍵、軸承的選擇</p><p>　　Centrifugal Pump Design Manual</p><p>　　Abstract : This design starting from the basic working principle of th

4、e centrifugal pump, conducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (single-stage lift is ge

5、nerally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating the number of revolutions(n=67.5) to determine the single-stage single-suction structure; choice of motor shaft po</p>

6、<p>　　Keyword: Centrifugal pump working principle ; Hydraulic design; Component design </p><p>　　of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing</p&g

7、t;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 電動(dòng)機(jī)的選擇2</p><p>　　2.1 原動(dòng)機(jī)概述3</p><p>　　2.2 原動(dòng)機(jī)選擇3</p><p>　　2.2.1

8、 泵有效功率3</p><p>　　2.2.2 泵軸功率3</p><p>　　2.2.3 泵計(jì)算功率3</p><p>　　2.3.4 選擇電動(dòng)機(jī)4</p><p>　　3 泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確定5</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)5</p><p>　　3.2

9、 泵進(jìn)出口直徑5</p><p>　　3.2.1 泵吸入口徑5</p><p>　　3.2.2 泵排出口徑5</p><p>　　3.3 泵轉(zhuǎn)速5</p><p>　　3.4 泵水力結(jié)構(gòu)及方案6</p><p>　　3.5 泵的效率7</p><p>　　3.5.1 泵

10、總效率7</p><p>　　3.5.2 機(jī)械損失和機(jī)械效率7</p><p>　　3.5.3 容積損失和容積效率8</p><p>　　3.5.4 水力損失和水力效率8</p><p>　　4 離心泵泵軸及葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算9</p><p>　　4.1 泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p>

11、<p>　　4.1.1 泵軸傳遞扭矩9</p><p>　　4.1.2 泵軸材料選擇9</p><p>　　4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.2 葉輪進(jìn)口直徑10</p><p>　　4.3 葉片入口邊直徑10</p><p>　　4.4 葉片入口處絕對(duì)速度11<

12、/p><p>　　4.5 葉片入口寬度11</p><p>　　4.6 葉片入口處圓周速度11</p><p>　　4.7 葉片數(shù)Z11</p><p>　　4.8 葉片入口軸面速度11</p><p>　　4.9 葉片入口安裝角12</p><p>　　4.10 葉片厚度1

13、2</p><p>　　4.11 葉片排擠系數(shù)校核12</p><p>　　4.12 葉片包角的確定13</p><p>　　4.13 葉輪外徑13</p><p>　　4.14 葉片出口安裝角13</p><p>　　4.15 葉輪出口寬度13</p><p>　　5 葉

14、輪的選擇及繪型15</p><p>　　5.1 葉輪選擇15</p><p>　　5.2 平面投影圖畫(huà)法15</p><p>　　5.3 軸面投影圖畫(huà)法15</p><p>　　6 離心泵的吸入室及壓出室設(shè)計(jì)18</p><p>　　6.1 吸入室設(shè)計(jì)18</p><p>

15、　　6.1.1 概述18</p><p>　　6.1.2 直錐形吸入室設(shè)計(jì)18</p><p>　　6.2 螺旋形壓出室18</p><p>　　6.2.1 基圓18</p><p>　　6.2.2 蝸室入口寬度19</p><p>　　6.2.3 舌角19</p><p&g

16、t;　　6.2.4 泵舌安裝角19</p><p>　　6.2.5 蝸室斷面面積19</p><p>　　6.2.6 擴(kuò)散管21</p><p>　　7 軸向力徑向力平衡計(jì)算22</p><p>　　7.1 軸向力及其平衡22</p><p>　　7.1.1 軸向力計(jì)算22</p>

17、<p>　　7.1.2 軸向力的平衡23</p><p>　　7.2 徑向力及其平衡23</p><p>　　8 軸承、鍵、聯(lián)軸器的選擇24</p><p>　　8.1 軸承24</p><p>　　8.1.1 軸承選擇24</p><p>　　8.1.2 軸承校核24</p&

18、gt;<p>　　8.1.3 軸承潤(rùn)滑25</p><p>　　8.1.4 軸承密封25</p><p>　　8.2 鍵的選擇與校核25</p><p>　　8.2.1 鍵的選擇25</p><p>　　8.2.2 鍵的強(qiáng)度校核26</p><p>　　8.3 聯(lián)軸器選擇26<

19、;/p><p>　　8.3.1 聯(lián)軸器26</p><p>　　8.3.2 聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核27</p><p>　　9 泵軸的校核29</p><p>　　9.1 強(qiáng)度校核29</p><p>　　9.2 剛度校核31</p><p>　　9.3 臨界轉(zhuǎn)速校核31</

20、p><p>　　10 泵體及其部件的密封設(shè)計(jì)33</p><p>　　10.1 葉輪密封33</p><p>　　10.2 泵體密封33</p><p>　　10.3 軸封設(shè)計(jì)33</p><p>　　10.3.1 密封腔處的介質(zhì)壓力34</p><p>　　10.3.2 密封

21、面平均直徑的圓周速度34</p><p>　　10.3.3 密封腔內(nèi)的介質(zhì)溫度34</p><p>　　10.3.4 根據(jù)介質(zhì)特性選型34</p><p>　　10.3.5 機(jī)械密封具體結(jié)構(gòu)34</p><p>　　10.4 機(jī)械密封輔助措施35</p><p>　　10.4.1 機(jī)械密封沖洗35

22、</p><p>　　10.4.2 機(jī)械密封潤(rùn)滑 35</p><p>　　10.4.3 機(jī)械密封冷卻35</p><p>　　11 經(jīng)濟(jì)性分析36</p><p><b>　　12 結(jié)論37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b><

23、;/p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　泵是一種將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w能量的機(jī)械。在任何工礦企業(yè)中，用不到離心泵的部門是沒(méi)有的.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，泵是主要的排灌機(jī)械。我國(guó)農(nóng)用泵占泵總量的一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用得最多的設(shè)備。礦井下需

24、要用泵排水；在選礦、冶煉和軋制過(guò)程中，需要用泵來(lái)供水等。另外，在國(guó)防建設(shè)、船舶制造、城市的給排水、蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床的潤(rùn)滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等，都需要大量的泵。</p><p>　　泵的設(shè)計(jì)具有不同的方法，其基于流道理論的一元分析常用于離心式機(jī)械，將流道橫截面上的參數(shù)用其平均值來(lái)表示的一種簡(jiǎn)化分析方法。確定泵葉輪的線性尺寸可以采用不同的方法，一

25、種是利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)直接計(jì)算線性尺寸，另一種利用速度系數(shù)。利用相似理論推導(dǎo)出葉輪及蝸形壓出室線性尺寸計(jì)算公式，再以當(dāng)代國(guó)產(chǎn)泵優(yōu)秀水力模型為統(tǒng)計(jì)源，用數(shù)值分析的方法將擬合成方程式進(jìn)行計(jì)算，是離心泵水力設(shè)計(jì)行之有效而簡(jiǎn)潔的方法。</p><p>　　基于泵內(nèi)液體流動(dòng)的復(fù)雜性，至今還不能用理論計(jì)算的方法準(zhǔn)確地獲得泵的性能曲線，因此，通過(guò)試驗(yàn)手段開(kāi)展對(duì)泵性能的研究，或?qū)σ延械漠a(chǎn)品確定其實(shí)際的工作性能就顯得極為重要。根據(jù)試驗(yàn)條

26、件和目的的不同，性能試驗(yàn)可分為試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)式試驗(yàn)兩種。試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)是指，將泵安裝在制造廠或使用單位的泵性能試驗(yàn)裝置上而進(jìn)行的試驗(yàn)。其主要目的是：確定泵的工作性能曲線，確定它的工作范圍，可以更好的向用戶提供經(jīng)濟(jì)、合理地使用和選擇的可靠數(shù)據(jù)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的性能曲線來(lái)校核設(shè)計(jì)參數(shù)，檢驗(yàn)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)指標(biāo)，以便修改設(shè)計(jì)或改進(jìn)制造質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是指，泵安裝到使用單位后，在實(shí)際的使用條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，其主要目的是為泵的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提

27、供可靠的依據(jù)。例如，通過(guò)試驗(yàn)了解整個(gè)泵裝置及管路系統(tǒng)的實(shí)際性能，據(jù)此來(lái)考察其選型是否合理，并以此為依據(jù)，制定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，使其在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)也能隨之按最經(jīng)濟(jì)合理的方式進(jìn)行。在泵改造前進(jìn)行試驗(yàn)，以便鑒定改進(jìn)效果。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的效率下降和出力變化的情況，來(lái)估計(jì)泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中因汽化、磨損和內(nèi)部不正常的泄露等因素所造成的內(nèi)部損壞程度，以便及時(shí)檢測(cè)并合理確定檢修期限。</p><p>　　泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋

28、轉(zhuǎn)的葉輪，介質(zhì)在慣性離心力的作用下獲得能量以提高壓強(qiáng)。介質(zhì)離開(kāi)葉輪進(jìn)入泵殼后，因蝸殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而使介質(zhì)減速，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜壓能。只要葉輪不斷地旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)便連續(xù)地被吸入和排出。從上述工作原理可知，離心泵工作時(shí)，最怕泵內(nèi)有氣體，因?yàn)闅怏w的密度小，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力就很小，葉輪內(nèi)不能造成必要的真空度，也就無(wú)法將密度較大的液體吸入泵中，因此在開(kāi)泵前必須使泵的吸入系統(tǒng)充滿液體，工作中吸入系統(tǒng)也不能漏氣，這是離心泵正常工作必須具備的條件。液體

29、在離心泵中獲得能量的過(guò)程表現(xiàn)為液體在葉輪作用下流速大小和流動(dòng)方向的變化。離心泵工作時(shí)，液體一方面和葉輪一起旋轉(zhuǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又從葉輪的流道中向外流動(dòng)，液體在葉輪中所作的是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　本泵的結(jié)構(gòu)采取后開(kāi)門的結(jié)構(gòu)形式，即泵體與泵蓋的分界在葉輪的背面，泵體和泵蓋構(gòu)成泵的工作室；葉輪、軸、和滾動(dòng)軸承等為泵的轉(zhuǎn)子；懸架和軸承部件支撐泵的轉(zhuǎn)子。為了平衡泵的軸向力，大多數(shù)葉輪前、后均設(shè)有密封環(huán)，并在葉

30、輪后蓋板上設(shè)有平衡孔。但是有些泵的軸向力不大，葉輪背面不必設(shè)密封環(huán)和平衡孔。設(shè)計(jì)內(nèi)容分為四部分計(jì)算，即材料選擇、水力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，充分考慮到該泵的使用環(huán)境和輸送的介質(zhì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇、過(guò)流部件的水力設(shè)計(jì)、泵零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)等主要環(huán)節(jié)上作出了十分科學(xué)的改進(jìn)。在選材上泵體、葉輪等零部件選用灰鑄鐵。在軸和軸套采用45號(hào)鋼，在結(jié)構(gòu)上將底座加厚加筋，以增強(qiáng)剛性，采用機(jī)械密封。保證泵在所處的環(huán)境中能正常使用。&

31、lt;/p><p>　　總之，本設(shè)計(jì)就是針對(duì)泵在化工裝置中的重要性的不斷提高的現(xiàn)狀下，進(jìn)行泵的改良，對(duì)提高泵的使用效率，降低能耗，具有重要的意義。</p><p><b>　　2 原動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　2.1 原動(dòng)機(jī)概述</p><p>　　選擇水泵原動(dòng)機(jī)要根據(jù)水泵的性能參數(shù)，管道輸送工藝，自控的要求

32、及能源供應(yīng)條件等因素而定。不論在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，電動(dòng)機(jī)都是輸水管道應(yīng)用最為廣泛的原動(dòng)機(jī)，在當(dāng)?shù)鼐哂谐渥汶娫礂l件下，使用電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1）泵設(shè)備價(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)性良好；</p><p>　　2）設(shè)備體積小，輕便，安裝維修簡(jiǎn)便，檢查周期和連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，工作可靠；</p><p>　　3）所需支撐基礎(chǔ)，起重設(shè)備和輔助系統(tǒng)較簡(jiǎn)單；</p>

33、<p>　　4）可與離心泵直接相連，不需要變速器；</p><p>　　5）易于自動(dòng)控制，操作人員較少。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)分為異步和同步兩種：</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格較低，在水利管道上應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)：能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，構(gòu)造復(fù)雜，減少無(wú)用功耗，節(jié)約電能

34、，價(jià)格昂貴[1]。</p><p>　　2.2 原動(dòng)機(jī)選擇</p><p>　　2.2.1 泵有效功率</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中，——重力加速度，m/s2；</p><p>　　——流體密度，kg/m3；</p><p>

35、　　——設(shè)計(jì)流量，m3/s；</p><p><b>　　——泵的揚(yáng)程，m；</b></p><p>　　——有效功率，kw；</p><p>　　2.2.2 泵軸功率</p><p>　?。?—2）式中：——設(shè)計(jì)工況下的軸功率，kw； </p><p><b>　　——泵效率。<

36、;/b></p><p>　　2.2.3 泵計(jì)算功率</p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>　　式中 ，——計(jì)算功率，kw；</p><p>　　2.3.4 選擇電動(dòng)機(jī)</p><p>　　綜合以上論述計(jì)算，本設(shè)計(jì)選擇異步電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)見(jiàn)表2—1。</

37、p><p>　　表2—1 三相異步電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)</p><p>　　3 泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確定</p><p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　輸送介質(zhì)：清水； </p><p><b>　　工作溫度：80℃；</b></p>

38、;<p>　　介質(zhì)密度：1000kg/m3；</p><p>　　體積流量：50m3/h；</p><p><b>　　泵揚(yáng)程：50m；</b></p><p><b>　　泵效率：72%； </b></p><p>　　泵必需汽蝕余量：3.0m。</p><p&g

39、t;　　3.2 泵進(jìn)出口直徑</p><p>　　3.2.1 泵吸入口徑</p><p>　　泵吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。泵吸入口的流速一般設(shè)為/s左右。從制造方便考慮，大型泵流速取大些，以減小泵的體積，提高過(guò)流能力。而要提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)減少吸入流速[3]。綜合考慮，取泵吸入口的平均流速vs=3m/s。</p><p>　?。?—1） <

40、;/p><p>　　式中，Ds——泵吸入口徑mm;</p><p>　　——泵吸入口流速，。</p><p><b>　　按照標(biāo)準(zhǔn)管徑mm。</b></p><p>　　3.2.2 泵排出口徑</p><p>　　低揚(yáng)程泵，取與吸入口徑相同[3]。因，取80mm。</p><p&

41、gt;<b>　　3.3 泵轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　確定泵轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)考慮下面因素[3]：</p><p>　　泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此，應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來(lái)確定；</p><p>　　確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種

42、類（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)）和傳動(dòng)裝置（變速傳動(dòng)等）；</p><p>　　提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式 可知，轉(zhuǎn)速和汽蝕基本參數(shù)和有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對(duì)于一定的值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則增加，當(dāng)該值大于裝置提供的裝置汽蝕余量時(shí)，泵便發(fā)生汽蝕。</p><p>　　采用汽蝕條件確定泵轉(zhuǎn)速的方法，是選擇C值，按給定的裝置的汽蝕余量，計(jì)算汽蝕條件允許的轉(zhuǎn)速，所

43、采用的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于汽蝕條件允許的轉(zhuǎn)速，即N<。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體積流量。</b></p><p><b>　　c=856.95</b></p><p><b>　　=860</b></p><p>　　根據(jù)對(duì)，等參數(shù)的要求以及考慮結(jié)構(gòu)，制造，動(dòng)力等因素確定

44、合適轉(zhuǎn)速。按汽蝕要求確定比轉(zhuǎn)速時(shí)：</p><p><b>　　（3—2） </b></p><p>　　式中，C——汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，;</p><p>　　——泵必需的汽蝕余量，m。</p><p>　　<3415r/m。 故所選用原動(dòng)機(jī)合理。</p><p>　　3.4 泵水力機(jī)構(gòu)及方

45、案</p><p>　　水利管道上的主要用泵從用途上可分為給水泵和主輸泵兩種。主輸泵是各泵站的輸水用泵。在構(gòu)造上，水利管道所用離心泵一般為單級(jí)雙吸，兩級(jí)雙吸，多級(jí)單吸幾種。單級(jí)泵用作給水泵或串聯(lián)操作的主輸泵。多級(jí)泵則用于主輸泵的并聯(lián)操作，根據(jù)需要的揚(yáng)程選擇多級(jí)泵的級(jí)數(shù)。因?yàn)橐筝^高的工作效率，主泵的比轉(zhuǎn)數(shù)都比較高，因而水泵必需的最小汽蝕余量也大，這意味著，主泵的抗汽蝕性能較差，往往需要正壓進(jìn)泵。</p>

46、;<p>　　離心泵基本工作性能特點(diǎn)[5]：</p><p>　?、?轉(zhuǎn)速高，通常為1500r/m～3000r/m或更高，流量均勻；</p><p>　　② 流量隨揚(yáng)程而變化，流量范圍大，通常10～350 m3/h，最大流量可達(dá)10000 m3/h以上；</p><p>　?、?揚(yáng)程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程。單級(jí)揚(yáng)程一般10m～80m

47、。多級(jí)泵揚(yáng)程可達(dá)300m以上，工作壓力一般10×105Pa；</p><p>　　④ 功率范圍很大，一般在500kw以內(nèi)，最大可達(dá)1000kw以上；</p><p>　?、?效率較高，一般0.50～0.90，在額定流量下效率最高，隨著流量變化效率降</p><p>　?、?單級(jí)揚(yáng)程一般為5～7m，最大可達(dá)8m以上。</p><p>

48、　　比轉(zhuǎn)數(shù)（比速）是影響離心泵葉輪結(jié)構(gòu)和性能的一個(gè)參數(shù)。</p><p>　?、?在～250的范圍，泵的效率最好，當(dāng)<60 時(shí)，泵的效率顯著下降；</p><p>　?、?采用單吸葉輪過(guò)大時(shí)，可考慮改用雙吸，反之采用雙吸過(guò)小時(shí)，可考慮改用單吸葉輪；</p><p>　　③ 泵的特性曲線形狀也和有關(guān)。</p><p><b>　

49、　比轉(zhuǎn)數(shù)：</b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p><b>　　式中：——比轉(zhuǎn)數(shù)；</b></p><p>　　n——泵軸轉(zhuǎn)速，r/m；</p><p>　　綜合以上論述計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用單級(jí)單吸離心泵結(jié)構(gòu)。</p><p><

50、b>　　3.5 泵的效率</b></p><p>　　3.5.1 泵總效率</p><p>　　泵的總效率就等于其機(jī)械效率、容積效率和水力效率三者之乘積。因此，要想提高泵的效率就必須在設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行等各個(gè)方面注意減少各種損失。目前，離心泵的總效率視其大小、型式和結(jié)構(gòu)不同一般為0.55～0.90.在設(shè)計(jì)之前只能按統(tǒng)計(jì)資料（經(jīng)驗(yàn)公式或曲線）或類似的實(shí)際產(chǎn)品大致確定欲設(shè)計(jì)

51、泵的效率，待設(shè)計(jì)完之后，可以近似估算所設(shè)計(jì)泵的效率，只有在泵制造完成之后，通過(guò)試驗(yàn)才能精確地確定其效率[5]。</p><p>　　3.5.2 機(jī)械損失和機(jī)械效率</p><p>　　原動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率，首先要花費(fèi)一部分去克服軸承和軸封的摩擦損失，然后還要花費(fèi)一部分去克服葉輪前后蓋板外側(cè)與流體間的圓盤摩擦損失。在上述三種損失中，圓盤摩擦損失占的比重最大，而軸承和軸封的損失一般認(rèn)為與泵

52、的尺寸無(wú)關(guān)，只與零件表面加工質(zhì)量、軸封結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，約占軸功率的1％～4％。上述三種損失功率之和稱為機(jī)械損失，其大小用機(jī)械效率來(lái)衡量。</p><p>　　3.5.3 容積損失和容積效率</p><p>　　輸入水力功率用來(lái)對(duì)通過(guò)葉輪的流體做功，因而葉輪出口處流體的壓力高于進(jìn)口壓力。由于泵中轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間存在間隙，因而當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，必然有一部分流體從高壓側(cè)通過(guò)間隙流向低壓側(cè)。這

53、樣，通過(guò)葉輪的流量(理論流量)并沒(méi)有完全輸送到出口，其中泄露量這部分液體把從葉輪中獲得的能量消耗與泄露的流動(dòng)過(guò)程中，把由泄露造成的損失稱為容積損失，其大小用容積效率來(lái)衡量。容積損失主要發(fā)生在密封環(huán)處、平衡軸向力裝置處、密封裝置處。對(duì)于多級(jí)泵來(lái)說(shuō)還有級(jí)間泄露。需要說(shuō)明的是，在泵的流量變小時(shí)，其泄露量的相對(duì)值要增大。所以對(duì)于小流量高壓頭的泵，應(yīng)盡量減少泄露量，提高容積效率。容積損失和比轉(zhuǎn)速有關(guān)，隨著比轉(zhuǎn)速的增大，容積損失逐漸減少。一般情況下

54、，在所有比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，容積損失等于所有圓盤摩擦損失的一半。</p><p>　　3.5.4 水力損失和水力效率</p><p>　　通過(guò)葉輪的有效流體（除掉泄露）從葉輪中接收的能量，也沒(méi)有完全輸送出去，因?yàn)榱黧w在泵的過(guò)流部分的流動(dòng)中伴有沿程摩擦損失和葉片進(jìn)出口沖撞、脫流、漩渦等引起的局部損失，從而要消耗掉一部分能量。單位重量流體在泵過(guò)流部分流動(dòng)中損失的能量稱為流動(dòng)損失，用h來(lái)表示，其大小

55、用流動(dòng)效率來(lái)衡量。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，確定預(yù)設(shè)計(jì)的泵的為72%。</p><p>　　4 離心泵泵軸及葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1 泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 泵軸傳遞扭矩</p><p><b>　?。?—1）</b></p>

56、<p>　　式中：Me——泵軸傳遞扭矩；</p><p>　　4.1.2 泵軸材料選擇</p><p>　　根據(jù)泵軸工作特點(diǎn)和承受的應(yīng)力，在材料選擇上應(yīng)考慮使用耐疲勞強(qiáng)度比較好的碳素鋼，合金鋼，這些材料的綜合性能都比較好。</p><p>　　泵軸轉(zhuǎn)速不高，輸送介質(zhì)的溫度壓力不高時(shí)，用碳素鋼；</p><p>　　泵軸轉(zhuǎn)速高，輸

57、送介質(zhì)的溫度壓力高時(shí)，選用機(jī)械強(qiáng)度比較高的合金鋼。</p><p>　　本設(shè)計(jì)泵軸選用45鋼材料，調(diào)質(zhì)處理～286，需用切應(yīng)力為49MPa～58.8 MPa。</p><p>　　4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度條件：</p><p><b>　　（4—2）</b></p>

58、<p>　　式中：——最大切應(yīng)力，MPa；</p><p>　　Wt——抗扭截面系數(shù)， </p><p>　　——許用應(yīng)力，MPa；</p><p><b>　　對(duì)于實(shí)心軸：</b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>　　式中：d——

59、軸徑，㎜。</p><p>　　由式（4—2）和式（4—3）式得：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　考慮鍵削弱作用，聯(lián)軸器軸孔直徑為標(biāo)準(zhǔn)化，取24mm。</p><p>　　最小軸徑d確定，考慮托架結(jié)構(gòu)，推算安裝滾動(dòng)軸承處軸徑d1，d1比d大一級(jí)，并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，本設(shè)計(jì)取35mm。安裝葉輪處

60、的軸直徑d2的尺寸希望盡量粗一點(diǎn)，粗剛性好，d2太粗浪費(fèi)材料，同時(shí)軸肩不能高于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，否則影響軸承拆卸和潤(rùn)滑油的流動(dòng)，本設(shè)計(jì)取24mm。葉輪配合的直徑d3，比d1小一級(jí)，本設(shè)計(jì)取30mm。輪轂直徑dh對(duì)泵的吸入性能沒(méi)有什么影響，本設(shè)計(jì)中取32mm。</p><p>　　4.2 葉輪進(jìn)口直徑</p><p><b>　　葉輪入口速度： </b></p>

61、;<p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　式中，——葉輪入口速度，m/s；</p><p>　　K0——葉輪入口速度系數(shù)； </p><p>　　對(duì)懸臂式離心泵葉輪，入口直徑可由流體力學(xué)公式求得：</p><p><b>　?。?—5）</b></p>

62、<p><b>　　由（4—5）式得：</b></p><p><b>　　（4—6）</b></p><p>　　式中，qVT——理論流量，qVT大于設(shè)計(jì)流量qV，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，造成容積損失。</p><p><b>　　可由下式計(jì)算：</b><

63、;/p><p><b>　　（4—7）</b></p><p>　　式中，——泵容積效率，由文獻(xiàn)[8, 8—1]可知；</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　4.3 葉片入口邊直徑</p&

64、gt;<p>　　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，葉片入口邊直徑一般可按比轉(zhuǎn)速ns確定。</p><p>　　40～100，則(一般入口邊平行于軸心線；對(duì)流量較小的泵，可??；對(duì)流量較大的泵，也可將入口邊伸向吸入口，但是應(yīng)注意鑄造造型的工藝性)：</p><p>　　100～200，則(1～0.8)；</p>

65、<p>　　200～300，則(0.8～0.6)；</p><p>　　300～500，則(0.7～0.5)；</p><p>　　500，則(軸流泵)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中葉片入口邊直徑取0.095m。</p><p>　　4.4 葉片入口處絕對(duì)速度</p><p>　　一般取或略大于，對(duì)抗

66、汽蝕性能要求較高的泵，可?。?.4～0.83）。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)中取。</b></p><p>　　4.5 葉片入口寬度</p><p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　離心泵葉輪入口尺寸，和除影響泵的性能和效率外，對(duì)泵的抗汽蝕性能影響很大。</p&g

67、t;<p><b>　　。</b></p><p>　　4.6 葉片入口處圓周速度</p><p><b>　?。?—9）</b></p><p><b>　　4.7 葉片數(shù)Z</b></p><p>　　目前尚無(wú)準(zhǔn)確的方法確定葉片數(shù)，對(duì)～250的泵，一般取6

68、片；對(duì)低比轉(zhuǎn)速的泵可取9片，但應(yīng)注意勿使入口流道堵塞；對(duì)高比轉(zhuǎn)速的泵可取4片～5片。一般情況可按下表選取。</p><p>　　表4-1 葉片數(shù)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)葉片數(shù)取為8。</p><p>　　4.8 葉片入口軸面速度</p><p><b>　　（4—10）</b></p><

69、;p>　　式中，——葉片入口排擠系數(shù);</p><p>　　設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，先選取排擠系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，待葉片厚度和葉片入口安裝角確定后，再來(lái)校核值。計(jì)算時(shí)，一般取～0.91，低比轉(zhuǎn)速的小泵取大值。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，取0.80。</p><p>　　4.9 葉片入口安裝角</p><p>　　葉片入口安裝角就是在葉片入口處，葉

70、片工作面的切線（嚴(yán)格地說(shuō)，應(yīng)該是在流面上葉片骨線的切線）與圓周切線間的夾角。假定液體是無(wú)旋流入葉輪內(nèi)，則由速度三角形可知：</p><p>　　tan （4—11）</p><p>　　式中，——液體進(jìn)入葉輪相對(duì)速度的液流角。</p><p>　　葉輪入口處的葉片安裝角比相對(duì)速度液流角增大了的角度，這個(gè)角度叫做沖角，以表

71、示。葉片入口安裝角：</p><p><b>　?。?—12）</b></p><p>　　一般沖角取°～13°，葉片入口安裝角°～40°。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)中，取°，</b></p><p><b>　　tan <

72、/b></p><p><b>　　°</b></p><p>　　°+13°=24.442°</p><p>　　4.10 葉片厚度</p><p>　　較小泵，考慮鑄造工藝性，對(duì)鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為3mm～4mm；對(duì)鑄鋼葉輪，葉片最小厚度為5mm～6mm。大泵應(yīng)適當(dāng)

73、增加葉片厚度，以便使葉片有足夠的剛度。本設(shè)計(jì)中，葉片厚度取4mm。</p><p>　　4.11 葉片排擠系數(shù)校核</p><p>　　葉片排擠系數(shù)是葉片厚度對(duì)流道入口過(guò)流斷面面積影響的系數(shù)，等于流道入口考慮葉片厚度的過(guò)流面積與不考慮葉片厚度過(guò)流面積之比值。</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p&

74、gt;　　式中，——葉片節(jié)距；</p><p>　　——葉片在圓周方向上的厚度；</p><p><b>　?。?—14）</b></p><p>　?。?（4—15）</p><p>　　式中，——入口處的葉片實(shí)際厚度（嚴(yán)格說(shuō)是流面上的厚度）；</p><p>　　由式（4

75、—13），式（4—14）和式（4—15）得：</p><p><b>　?。?—16），</b></p><p>　　與假設(shè)值0.80相接近，校核合適。</p><p>　　4.12 葉片包角的確定</p><p>　　包角就是葉片入口邊與圓心的連線和出口邊與圓心連線間的夾角。對(duì)比轉(zhuǎn)速60～220的泵，一般取75

76、76;～150°，低比轉(zhuǎn)速葉輪取大值，高比轉(zhuǎn)速葉輪取小值。包角確定后，在繪型時(shí)還有根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ诒驹O(shè)計(jì)中，取90°。</p><p>　　4.13 葉輪外徑</p><p>　　葉輪外徑是決定泵性能的最主要水力參數(shù)之一。</p><p><b>　?。?—17）</b></p><p>

77、;　　式中，——揚(yáng)程系數(shù)，目前從理論上還無(wú)法直接推導(dǎo)出計(jì)算公式，在總結(jié)國(guó)內(nèi)目前優(yōu)秀離心泵水力模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值分析方法，擬合得到揚(yáng)程系數(shù)計(jì)算公式：</p><p><b>　　（4—18）</b></p><p>　　4.14 葉片出口安裝角</p><p>　　葉片出口安裝角一般在16°～40°范圍內(nèi)，通常選用20&

78、#176;～30°范圍內(nèi)。對(duì)高比轉(zhuǎn)速的泵，可以取得小些，對(duì)低比轉(zhuǎn)速的泵，可取得大些。葉片出口安裝角對(duì)葉輪流道形狀和泵的效率影響很大。本設(shè)計(jì)中取28°。</p><p>　　4.15 葉輪出口寬度</p><p>　　將泵相似理論推出的表達(dá)式中的線性尺寸和系數(shù)分別以葉輪出口寬度和流量系數(shù)代替，則出口寬度的計(jì)算式為：</p><p><b&g

79、t;　?。?—19）</b></p><p>　　式中，——流量系數(shù)，采用統(tǒng)計(jì)分析離心泵水力模型，數(shù)值擬合出計(jì)算公式：</p><p><b>　　（4—20）</b></p><p>　　葉輪外徑確定后，葉輪出口寬度是影響泵流量的最主要因素之一[5]。</p><p>　　5 葉輪的選擇及繪型</p

80、><p><b>　　5.1 葉輪選擇</b></p><p>　　離心泵內(nèi)廣泛采用圓柱形葉輪()，其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)便，但效率和性能都比較差，在大流量、高壓頭、汽蝕性能要求高的情況下必須采用扭曲葉片的葉輪。</p><p>　　本設(shè)計(jì)泵比轉(zhuǎn)速，采用圓柱形葉輪。</p><p>　　葉輪進(jìn)出口結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，參考比轉(zhuǎn)速相等或相

81、接近，且性能良好的模型作為繪制葉輪圖的依據(jù)。繪制葉輪時(shí)應(yīng)滿足下列諸要求：</p><p>　　1) 液體進(jìn)入葉片時(shí)無(wú)沖擊想象；</p><p>　　2) 變化到時(shí)應(yīng)均勻變化不能有突變，亦即要求軸面投影面積變化均勻；</p><p>　　3) 葉片上的負(fù)荷分配合理，亦即葉片長(zhǎng)短恰當(dāng)，因而葉片包角應(yīng)在75°～150°范圍內(nèi)；</p>&

82、lt;p>　　葉片骨線從過(guò)渡到，應(yīng)均與變化，不能有波動(dòng)；</p><p>　　在軸向尺寸許可的條件下，輪蓋進(jìn)口部分盡量采用大曲率半徑。</p><p>　　本泵采用圓柱形葉輪繪法對(duì)葉輪軸面投影和平面投影的繪制。軸面投影圖能比較直觀地看到葉輪前后蓋板形狀和葉片進(jìn)出口的位置。平面投影圖能夠看到葉片的形狀和流道的變化規(guī)律[6]。</p><p>　　5.2 平面投

83、影圖畫(huà)法</p><p>　　葉片的繪法有單圓弧法、多圓弧法和逐點(diǎn)法三種。單圓弧法作圖比較簡(jiǎn)單，逐點(diǎn)法比較精確，能保證葉輪流道內(nèi)的流速平穩(wěn)變化，但作圖比較復(fù)雜。在實(shí)際使用中，一般采用單圓弧法或逐點(diǎn)法作圖。這里，我們用單圓弧法作圖。</p><p>　　在直徑為的葉輪外周上任取一點(diǎn)（圖5—1），使之與圓心相連接。自點(diǎn)作角，交直徑為的葉輪內(nèi)圓與點(diǎn)。連接并延長(zhǎng)之，交內(nèi)圓于點(diǎn)。通過(guò)點(diǎn)在線左邊作∠,

84、使之等于。再在上作垂直平分線并與交與點(diǎn)，以點(diǎn)位中心，為半徑作圓弧，即得所求葉片之曲率半徑。再以和分別為半徑，為圓心作圓弧，則得厚度為S的葉片。</p><p>　　葉片形狀確定后再畫(huà)軸面投影圖，軸面投影畫(huà)好后再校核流道面積。在平面投影圖上，距軸心線作一系列相切于葉片流道的內(nèi)切圓，其葉片高度為，而相應(yīng)點(diǎn)的葉片寬度為。將圓心1、2、3等到i 用光滑曲線相連，即得流道中心線ll。由此可得相應(yīng)處流道面積。求出后再作-L曲

85、線，此曲線應(yīng)是一條光滑的曲線，若曲線呈S形上下波動(dòng)，則必須修改軸面投影輪廓線，重新校核，直至完全符合要求為止[6]。</p><p>　　圖5—1 平面投影圖的繪制</p><p>　　5.3 軸面投影圖畫(huà)法</p><p>　　距軸心和作兩根平行于軸心O—O的直線AB和CD（圖5—2）。作O—O的垂線EF,它與CD和O—O線相交于E、F兩點(diǎn)，通過(guò)E點(diǎn)作

86、6;～5°的直線EG。大小與比轉(zhuǎn)速和葉輪的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。小取°，大或雙進(jìn)口泵的值一般取3°～5°。以適當(dāng)?shù)膔2作圓弧并與AB和EG線相切，即可作出葉輪后蓋板的輪廓線。液體從軸向進(jìn)入葉輪而從徑向流出，為了減少轉(zhuǎn)彎的水力損失，在軸向尺寸許可的條件下盡量加大前后蓋板的圓弧半徑，但前后蓋板兩者間的圓弧半徑關(guān)系為（1.8～2.0）在CD線上截取，距軸心和作兩根平行于o---o的直線IJ和KL。在KL線上以M

87、為圓心，為直徑作一個(gè)與葉輪后蓋板相切的圓。以合適的圓弧(以為半徑)和直線作葉輪前蓋板的輪廓線，此輪廓線一定要與IJ和的圓相切，并且還應(yīng)通過(guò)H點(diǎn)。</p><p>　　葉片進(jìn)口邊的位置對(duì)汽蝕、效率和特性曲線的形狀都有一定的影響。小比轉(zhuǎn)速葉輪進(jìn)口邊做成與軸線平行，而大比轉(zhuǎn)速和性能要求高的泵都做成進(jìn)口邊伸入葉輪的喉部。進(jìn)口邊伸入葉輪喉部，不但增加了葉片面積減少了葉片負(fù)荷，并且又能使葉輪進(jìn)口的圓周速度和相對(duì)速度都能降低，

88、這樣改善了汽蝕性能。進(jìn)口邊伸入葉輪喉部，泵的H-Q曲線變陡，最高效率點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，并且效率也有所提高。當(dāng)葉片進(jìn)口邊伸入葉輪喉部太多時(shí)，葉片扭曲的厲害，容易造成液體的堵塞，另外對(duì)鑄造也帶來(lái)一定的困難。為了避免上述的缺點(diǎn)，我們常常把葉片進(jìn)口邊布置與軸線成30°～45°的傾角。通過(guò)N、M、P各點(diǎn)作一根光滑的曲線，此曲線就是葉片的進(jìn)口邊，將來(lái)做平面投影圖時(shí)還要進(jìn)一步修正。葉片進(jìn)口邊與葉輪前后蓋板相交的角盡可能成90&#

89、186;，若太小，葉片堵塞嚴(yán)重，并且也會(huì)帶來(lái)鑄造和清砂的困難[6]。</p><p>　　圖5—2 軸面投影圖的繪制</p><p>　　6 離心泵的過(guò)流部件設(shè)計(jì)</p><p>　　出于使泵能達(dá)到較高效率，必須使葉輪、能量轉(zhuǎn)換裝置和吸入室三者之間有良好的匹配，如果匹配不當(dāng)，不能保證流體在吸入室和能量轉(zhuǎn)換裝置中有良好的流動(dòng)，那么即使葉輪設(shè)計(jì)得再完善，仍會(huì)導(dǎo)致泵的效

90、率下降，達(dá)不到預(yù)期的性能要求，因此三者應(yīng)作為一個(gè)整體考慮。</p><p><b>　　6.1 吸入室</b></p><p><b>　　6.1.1 概述</b></p><p>　　離心泵吸入管路接頭與葉輪進(jìn)口前的空間稱為吸入室。它是液體進(jìn)入離心泵經(jīng)過(guò)的第一個(gè)構(gòu)件。液體流過(guò)吸入室后，才進(jìn)入葉輪。在液體由吸入管進(jìn)入葉

91、輪的流動(dòng)過(guò)程中，流速要發(fā)生變化，特別是流速分布要進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)液體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。因此，在葉輪之前設(shè)置吸入室以調(diào)整液流是重要的。其作用是以最小的流動(dòng)損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并且要求液流在葉輪進(jìn)口處具有較為均勻的速度分布。根據(jù)離心泵類型，容量的大小，使用場(chǎng)合的不同，吸入室主要類型有直錐形、彎管形、螺旋形。本設(shè)計(jì)采用直錐形吸入室。</p><p>　　6.1.2 直錐形吸入室設(shè)計(jì)</p>

92、<p>　　直錐形吸入室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，液流的流速分布均勻，流動(dòng)阻力損失亦小，所以多用在單級(jí)單吸離心泵上。直錐形吸入室出口直徑與葉輪進(jìn)口直徑相同，所以㎜，通常進(jìn)口直徑比出口直徑大7%～12%，故取其值為90㎜，在允許的錐度（約在7-18范圍內(nèi)）取，確定直錐式吸水室的軸向長(zhǎng)度為㎜。</p><p>　　6.2 螺旋形壓出室</p><p>　　螺旋形壓出室由一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的

93、螺旋形流道和一個(gè)擴(kuò)壓管組成，位于葉輪出口之后，作用是收集從葉輪中高速流出的液體，使其速度降低，轉(zhuǎn)變速度動(dòng)能為壓能，并且把液體按一定要求送入下級(jí)葉輪進(jìn)口或送入排出管路。螺旋形壓出室主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造比較方便，泵性能曲線高效率區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率變化比較小；缺點(diǎn)是單蝸室泵在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力，此外，蝸室內(nèi)部表面不易加工。在設(shè)計(jì)螺旋形壓出室時(shí)通常認(rèn)為液體從葉輪中均勻流出，并在蝸室中作等速運(yùn)動(dòng)[5]。</

94、p><p><b>　　6.2.1 基圓</b></p><p>　　螺旋形壓出室螺旋線開(kāi)始的位置稱為隔舌。隔舌所在直徑稱為基圓直徑。隔舌與葉輪外徑之間應(yīng)有一適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙過(guò)小，則可能使泵在大流量下壓水室內(nèi)產(chǎn)生汽蝕，并伴隨著噪音和振動(dòng)，若間隙過(guò)大，則由于液體在間隙內(nèi)循環(huán)而損失功率，使泵的最佳效率下降。</p><p>　　～1.10）

95、 （6—1）</p><p>　　基圓大小在上式范圍內(nèi)選擇時(shí)，對(duì)泵性能沒(méi)有明顯影響。低比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取小的系數(shù)值，高比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取大的系數(shù)值，本設(shè)計(jì)取1.08。</p><p><b>　　m</b></p><p>　　6.2.2 蝸室入口寬度</p><p>　　用葉輪出口寬度加葉輪前后蓋

96、板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可。蝸室入口寬度對(duì)泵性能沒(méi)有明顯影響，但取得略微寬些可改善葉輪和蝸室的對(duì)中性。 （6—2）</p><p>　　式中：S——葉輪蓋板厚度，mm；</p><p>　　C——常數(shù)，一般取C=5～20。</p><p>　

97、　C值的大小與比轉(zhuǎn)速，葉輪大小，液體黏度及是否含有固體顆粒有關(guān)。比轉(zhuǎn)速小，葉輪小，液體黏度低時(shí)，取小值；否則，取大值。本設(shè)計(jì)取mm。</p><p><b>　　6.2.3 舌角</b></p><p>　　舌角是在蝸室第Ⅷ斷面的0點(diǎn)（即蝸室螺旋線的起始點(diǎn)）處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾角。為了使液體無(wú)沖擊地從葉輪進(jìn)入蝸室，一般等于葉輪出口絕對(duì)速度的液流角。<

98、;/p><p>　　6.2.4 泵舌安裝角：</p><p>　　理論上泵舌應(yīng)該在第Ⅷ斷面的基圓上，但這樣做會(huì)使泵舌與葉輪間的間隙過(guò)小，易產(chǎn)生振動(dòng)，并且泵舌也太薄。所以一般都將泵舌沿蝸室螺旋線移動(dòng)角，此角即為泵舌安裝角。泵舌安裝角由表6—1選取。</p><p>　　表6—1 泵舌安裝角選擇</p><p>　　選取泵舌安裝角時(shí)，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)

99、安排的可能性，一般應(yīng)使泵舌A處的圓角半徑～2.5mm，如果泵比較小，可適當(dāng)加大角。本設(shè)計(jì)泵舌安裝角15°。</p><p>　　6.2.5 蝸室斷面面積</p><p>　　蝸室斷面面積對(duì)泵的性能影響很大，泵比轉(zhuǎn)速越小，影響越大，比轉(zhuǎn)速越大，影響越小。蝸室斷面面積的大小，由所選取的蝸室流速?zèng)Q定。</p><p>　　蝸室中的液流速度可按下式計(jì)算：<

100、/p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>　　式中：——蝸室0點(diǎn)處第Ⅷ斷面液流速度，m/s；</p><p>　　——蝸室中的速度系數(shù)。</p><p>　　根據(jù)比轉(zhuǎn)速由文獻(xiàn)[5，8—6]選取螺旋形蝸室和導(dǎo)葉中的速度系數(shù)。</p><p>　　蝸室最大斷面（即第Ⅷ斷面）處的面積FⅧ

101、：</p><p>　?、?（6—4）</p><p><b>　?、O</b></p><p>　　由于液體是從葉輪中均勻流出的，故蝸室各斷面面積也均勻第變化，可按下式計(jì)算各斷面面積：</p><p><b>　　第一斷面面積：</b></

102、p><p><b>　?、瘼?，Ⅰ；</b></p><p><b>　　第二斷面面積：</b></p><p><b>　?、颌?，Ⅱ；</b></p><p><b>　　第三斷面面積：</b></p><p><b>　

103、?、螈?，Ⅲ；</b></p><p><b>　　第四斷面面積：</b></p><p><b>　?、簪?，Ⅳ；</b></p><p><b>　　第五斷面面積：</b></p><p><b>　?、酡?，Ⅴ；</b></p&

104、gt;<p><b>　　第六斷面面積：</b></p><p><b>　?、觫?，Ⅵ；</b></p><p><b>　　第七斷面面積：</b></p><p><b>　　ⅦⅧ ，Ⅶ。</b></p><p><b>　

105、?。?—5）</b></p><p><b>　?。?—6）</b></p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　?。?—8） 式中：——斷面?zhèn)缺趦A斜角，；</p><p>　　b3——壓水室入口寬度，mm；</p><

106、p>　　r3——壓水室基圓半徑，mm；</p><p>　　i=Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ；</p><p>　　——過(guò)渡圓弧半徑，mm。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，?。?00</p><p><b>　　第一斷面尺寸：</b></p><p><b>　　mm ，mm；&

107、lt;/b></p><p><b>　　第二斷面尺寸：</b></p><p><b>　　mm ，mm；</b></p><p><b>　　第三斷面尺寸：</b></p><p><b>　　mm ，mm；</b></p><

108、;p><b>　　第四斷面尺寸：</b></p><p><b>　　mm ，mm；</b></p><p><b>　　第五斷面尺寸：</b></p><p><b>　　mm ，mm；</b></p><p><b>　　第六斷面尺寸：

109、</b></p><p><b>　　mm ，mm；</b></p><p><b>　　第七斷面尺寸：</b></p><p><b>　　mm， mm；</b></p><p><b>　　第八斷面尺寸：</b></p>&l

110、t;p><b>　　mm ，mm。</b></p><p>　　6.2.6 擴(kuò)散管</p><p>　　為減少壓力管路中的水力損失，須進(jìn)一步降低壓水室中的流動(dòng)速度，這一任務(wù)通常由在第Ⅷ斷面后設(shè)置的擴(kuò)散管來(lái)實(shí)現(xiàn)。液體離開(kāi)蝸室后進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管中，80％～85％的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。擴(kuò)散管末端為泵的吐出口，與吐出管路相連接，所以吐出直徑應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管徑選

111、取，其流速符合經(jīng)濟(jì)流速。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角一般取8°～12°，擴(kuò)散角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致邊界層內(nèi)液體脫流，增加水力損失。擴(kuò)散管的長(zhǎng)度與進(jìn)口截面直徑之比不得大于2.5～3，否則，由于邊界層厚度增加，液流會(huì)脫流，惡化擴(kuò)散管的工作性能。本泵擴(kuò)散角選取12°，吐出口直徑為76 mm。</p><p>　　7 軸向力徑向力平衡計(jì)算</p><p>　　7.1 軸向力及其平衡&l

112、t;/p><p>　　7.1.1 軸向力計(jì)算</p><p>　　離心泵運(yùn)行時(shí)，因葉輪兩側(cè)的壓強(qiáng)不等而產(chǎn)生了一個(gè)方向指向泵吸入口、并與泵軸平行的作用力，稱為軸向力。這個(gè)力往往可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)牛頓，使整個(gè)轉(zhuǎn)子壓向吸入口，不僅可能引起動(dòng)靜部件碰撞和磨損，而且還會(huì)增加軸承負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)，對(duì)泵的正常運(yùn)行很不利。圖7—1所示為單級(jí)單吸臥式離心泵葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)分布圖[5]。</p><

113、p>　　圖7—1 單級(jí)單吸臥式離心泵葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)分布圖</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中，——軸向力，N；</p><p>　　——葉輪密封環(huán)半徑，m；</p><p>　　——葉輪旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s。</p><p>　　在離心泵中，液體自軸向

114、流入葉輪，而由徑向流出，故液體軸向動(dòng)量變化導(dǎo)致液體對(duì)葉輪產(chǎn)生一個(gè)軸向動(dòng)反力，其方向與方向相反。</p><p>　?。?—2）式中：——流過(guò)葉輪的理論體積流量；</p><p>　　——葉輪進(jìn)口前的流速。</p><p>　　故作用在單級(jí)單吸臥室離心泵葉輪上的軸向力的合力為，</p><p><b>　?。?—3）</b>

115、;</p><p>　　對(duì)低比轉(zhuǎn)速的離心泵而言，軸向力其主要作用，故計(jì)算時(shí)往往不計(jì)的影響。本設(shè)計(jì)由于比轉(zhuǎn)速小，故不考慮的作用。另外，上述式子的推導(dǎo)中，由于不計(jì)密封口環(huán)泄露量對(duì)軸向力的影響，以及其他未能認(rèn)識(shí)的原因，按照計(jì)算公式求得的軸向力的計(jì)算值往往比實(shí)測(cè)值小得多，因此，在具體使用時(shí)計(jì)算公式時(shí)應(yīng)作充分考慮。計(jì)算得：</p><p>　　7.1.2 軸向力的平衡</p><

116、;p>　　采用平衡孔平衡軸向力。在葉輪的后蓋板上靠近輪轂的地方開(kāi)一圈小孔（平衡孔），以使葉輪背面環(huán)形室保持恒定的低壓，如圖7—2所示。為減少泄露，在葉輪后蓋板也裝上密封環(huán)，其半徑位置與吸入口的密封環(huán)位置一致。一般平衡孔總面積必須大于葉輪后蓋板密封環(huán)間隙面積的4倍～5倍，但由于葉輪背面環(huán)形室內(nèi)的流體經(jīng)過(guò)平衡孔流進(jìn)葉輪時(shí)，會(huì)破壞葉輪進(jìn)口處液流的吸入狀態(tài)，增大了葉輪中的流動(dòng)損失，使流動(dòng)效率和抗汽蝕性能降低，因而只在小型泵的采用。這種方法

117、簡(jiǎn)單，可靠，但平衡效果不佳，不能完全平衡軸向力，只能平衡70%～90%的軸向力，剩余的軸向力需由止推軸承來(lái)承擔(dān)[5]。</p><p><b>　　圖7—2 平衡孔</b></p><p>　　7.2 徑向力及其平衡</p><p>　　蝸殼形壓出室泵，其壓出室是按設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)的。因此，當(dāng)泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，葉輪周圍壓出室中液體的速度和壓

118、強(qiáng)的分布基本上均勻的、軸對(duì)稱的，故作用在葉輪上的徑向力的合力為0。當(dāng)泵在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，由于葉輪周圍壓出室的液體的速度和壓強(qiáng)分布出現(xiàn)非均勻性，故作用在葉輪上的徑向力的合力不為0，產(chǎn)生一個(gè)作用在葉輪上的總的徑向力[5]。</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　式中：——葉輪出口(包括前后蓋板的寬度) ，m。</p><

119、;p>　　蝸殼式泵在頻繁啟動(dòng)或經(jīng)常在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的徑向力，是個(gè)交變應(yīng)力（載荷），容易軸產(chǎn)生疲勞破環(huán)，這個(gè)交變應(yīng)力也會(huì)使軸產(chǎn)生定向的撓度，甚至使密封環(huán)、級(jí)間套和軸套、軸承發(fā)生末損壞。因此，必須采用徑向力平衡措施，以設(shè)法消除徑向力。采用雙層壓出室平衡徑向力：?jiǎn)渭?jí)泵可采用雙層壓出室，即用分隔符將壓出室分成兩個(gè)對(duì)稱的部分，這兩個(gè)部分在其共用的擴(kuò)散管重新匯合，雖然在每個(gè)壓出室里壓強(qiáng)分布式不均勻的，但由于上下壓出室相互對(duì)稱，從而使

120、泵在所有運(yùn)行工況下產(chǎn)生對(duì)稱的徑向力，作用在葉輪上的徑向力相互抵消，達(dá)到平衡。</p><p>　　8 軸承、聯(lián)軸器、鍵的選擇</p><p><b>　　8.1 軸承</b></p><p>　　8.1.1 軸承選擇</p><p>　　根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸

121、承（簡(jiǎn)稱滾動(dòng)軸承）兩大類。</p><p>　　滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的，具有摩擦（阻力）系數(shù)小，功率消耗小，起動(dòng)容易（阻力?。┑葍?yōu)點(diǎn)，而且它以標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便。滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)比較小，從而使機(jī)器能靈活、輕快的旋轉(zhuǎn)，提高工作效率；潤(rùn)滑油消耗少，若滾動(dòng)軸承有良好的密封裝置，加一次潤(rùn)滑油可使用很長(zhǎng)時(shí)間[7]。</p><

122、p>　　本泵葉輪采用平衡孔平衡70%～90%軸向力，剩余軸向力由止推軸承來(lái)承擔(dān)。</p><p>　　選擇深溝球軸承。標(biāo)記：滾動(dòng)軸承6207 GB/T 276—1994。</p><p>　　8.1.2 軸承的校核</p><p>　　參考文獻(xiàn)[4]，軸承的壽命校核：</p><p><b>　?。?—1）</b>

123、;</p><p>　　式中：——額定壽命，40000 ；</p><p><b>　　——轉(zhuǎn)速，；</b></p><p>　　——基本額定動(dòng)載荷，對(duì)向心軸承為，查文獻(xiàn)[1]， KN；</p><p>　　——當(dāng)量動(dòng)載荷,N；</p><p>　　——溫度系數(shù)，取1；</p>&l