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1、齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 齊 齊 哈 爾 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題　　目 單級(jí)單吸清水離心泵設(shè)計(jì) 學(xué) 院　 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí)　 機(jī)械072班 學(xué)生姓名　 楊治洲 指導(dǎo)教師　 孟凡弘 成　　績(jī)　　 2011 年　6　月　15　日 摘 要 離心泵是一種用量最大的水泵，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)、航空航天和航海工程、能源工程和車

2、輛工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門都有廣泛的應(yīng)用。 在此設(shè)計(jì)中，主要包括單級(jí)單吸清水離心泵的方案設(shè)計(jì)，離心泵基本參數(shù)選擇、離心泵葉片的水力設(shè)計(jì)、離心泵壓水室的水利設(shè)計(jì)、離心泵吸水室的水利設(shè)計(jì)。以及進(jìn)行軸向力及徑向力的平衡，最后要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 泵設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)就是泵的密封，本次設(shè)計(jì)采用的新式的填料密封，它可以根據(jù)壓力的改變來改變密封力的裝置。 關(guān)鍵詞：離心泵；葉片；壓水室；吸水室 Abstract Centrifugal pump is a kind of the most consumable in pum

3、ps, water drainage and in agricultural engineering, solid particles liquid transportation engineering, oil and chemical industry, aerospace and Marine engineering, energy engineering and vehicle engineering, etc all departments of national economy is widely used. In this design, including single-s

4、tage single-suction clean water centrifugal pump design, the basic parameters centrifugal pump, centrifugal pump hydraulic design of leaves, water pump pressurized water chamber design, the water pump suction chamber design. As well as axial force and radial force balance, and finally to the strengt

5、h check. The biggest difficulty pump design is the design of the pump seal, the new packing seal it can according to the change of the pressure to change the device sealing force. Keywords：Centrifugal pump;Leaves; Pressurized water chamber; Suction chamber III 目 錄 摘要 I Abtract II 第1章

6、 緒論 1 1.1 選此課題的意義 1 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀 1 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 1 第2章 泵的基本知識(shí) 3 2.1 泵的功能 3 2.2 泵的概述 3 2.2.1 離心泵的主要部件 3 2.2.2 離心泵的工作原理 4 2.3 泵的分類 4 第3章 離心泵的水力設(shè)計(jì) 5 3.1 泵的基本設(shè)計(jì)參數(shù) 5 3.2 泵的比轉(zhuǎn)速計(jì)算 5 3.3 泵進(jìn)口及出口直徑的計(jì)算 5 3.4 計(jì)算汽蝕比轉(zhuǎn)速 6 3.5 泵的效率計(jì)算 6 3.5.1 水力效率 6 3.5.2 容積效率 6 3.5.3 機(jī)械效率 6 3.5

7、.4 離心泵的總效率 6 3.6 軸功率的計(jì)算和原動(dòng)機(jī)的選擇 7 3.6.1 計(jì)算軸功率 7 3.6.2 確定泵的計(jì)算功率 7 3.6.3 原動(dòng)機(jī)的選擇 7 3.7 軸徑與輪轂直徑的初步計(jì)算 8 3.7.1 軸的最小直徑 8 3.7.2 輪轂直徑的計(jì)算 9 3.8 泵的結(jié)構(gòu)型式的選擇 9 第4章 葉輪的水力設(shè)計(jì) 10 4.1 確定葉輪進(jìn)口速度 10 4.2 計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑 10 4.2.1 先求葉輪進(jìn)口的有效直徑D0 10 4.2.2 葉輪進(jìn)口直徑 11 4.3 確定葉輪出口直徑 11 4.4 確定葉片厚度 11 4.5 葉片

8、出口角的確定 12 4.6 葉片數(shù)Z的選擇與葉片包角 12 4.7 葉輪出口寬度 12 4.8 葉輪出口直徑及葉片出口安放角的精確計(jì)算 13 4.9 葉輪軸面投影圖的繪制 13 4.10 葉片繪型 14 第5章 壓水室的水力設(shè)計(jì) 17 5.1 壓水室的作用 17 5.2 蝸型體的計(jì)算 17 5.2.1 基圓直徑的確定 17 5.2.2 蝸型體進(jìn)口寬度計(jì)算 18 5.2.3 舌角 18 5.2.4 隔舌起始角 18 5.2.5 蝸形體各斷面面積的計(jì)算 18 5.2.6 擴(kuò)散管的計(jì)算 19 5.2.7 蝸形體的繪型 19 第6章 吸水

9、室的設(shè)計(jì) 21 6.1 吸水室尺寸確定 21 第7章 徑向力軸向力及其平衡 22 7.1 徑向力及平衡 22 7.1.1 徑向力的產(chǎn)生 22 7.1.2 徑向力的計(jì)算 22 7.1.3 徑向力的平衡 22 7.2 軸向力及平衡 23 7.2.1 軸向力的產(chǎn)生 23 7.2.2 軸向力計(jì)算 23 7.2.3 軸向力的平衡 24 第8章 泵零件選擇及強(qiáng)度計(jì)算 25 8.1 葉輪蓋板的強(qiáng)度計(jì)算 25 8.2 葉輪輪轂的強(qiáng)度計(jì)算 25 8.3 葉輪配合的選擇 26 8.4 輪轂熱裝溫度計(jì)算 27 8.5 軸的強(qiáng)度校核 27 8.6 鍵

10、的強(qiáng)度計(jì)算 29 8.6.1 工作面上的擠壓應(yīng)力 29 8.6.2 切應(yīng)力 30 8.7 軸承和聯(lián)軸器的選擇 30 第9章 泵體的厚度計(jì)算 33 9.1 蝸殼厚度的計(jì)算 33 9.2 中段壁厚的計(jì)算 33 第10章 泵的軸封 34 10.1 常用的軸封種類及設(shè)計(jì)要求 34 10.2 填料密封的工作原理 34 10.3 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)及其缺陷 35 10.3.1 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu) 35 10.3.2 傳統(tǒng)填料密封的不足 35 10.4 填料密封的結(jié)構(gòu)改造 35 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 38 致謝 40 40 第1章 緒論

11、 1.1 選此課題的意義 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%。 而離心泵是各種水力機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種，是日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)聯(lián)系最緊密的一種機(jī)械，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)、航空航天和航海工程、能源工程和車輛工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門都有廣泛的應(yīng)用。 本次課題設(shè)計(jì)的清水離心泵適用工業(yè)和城市給水、排水，亦可用于農(nóng)業(yè)排灌，供輸送清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似清水的其他液體之用，溫度不高于80。C。 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀 當(dāng)前國(guó)內(nèi)離心泵的技術(shù)水平通過幾十年的發(fā)展以及許可

12、證技術(shù)引進(jìn)，從綜合技術(shù)水平來看，單、兩級(jí)泵方面都具有國(guó)際先進(jìn)水平，與國(guó)外同類型泵相比無差距，有些地方還是國(guó)際一流水平，如可靠性、效率、通化程度等。而高溫高壓多級(jí)泵在結(jié)構(gòu)形式、可靠方面已達(dá)到國(guó)際同類型水平，國(guó)內(nèi)起步較晚，引進(jìn)技術(shù)消化吸收，從89年，90年開始生產(chǎn)高技術(shù)水平泵，逐步開發(fā)完善，并代替進(jìn)口。 國(guó)外離心泵總體技術(shù)水平比國(guó)內(nèi)技術(shù)水平要高一些，效率合格率為85.7%，總體平均水平與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值相比高2.30%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，效率、汽蝕余量合格率分布情況總體與國(guó)內(nèi)的情況是相一致的，在低比轉(zhuǎn)速處合格品分布率相對(duì)好一些。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 課題研究的內(nèi)容是單級(jí)單吸清水離心

13、泵設(shè)計(jì)。主要包括單級(jí)單吸清水離心泵的方案設(shè)計(jì)，離心泵基本參數(shù)選擇、離心泵葉片的水力設(shè)計(jì)、離心泵壓水室的水利設(shè)計(jì)、離心泵吸水室的水利設(shè)計(jì)。以及進(jìn)行軸向力及徑向力的平衡，最后要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 進(jìn)行離心泵設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就是密封設(shè)計(jì)，本次課題設(shè)計(jì)的離心泵密封類型是填料密封，填料密封是用填料填塞泄露通道阻止泄露的一種密封形式。其不足之處在于密封性能較差，對(duì)軸或軸套磨損大，損失功率大以及使用壽命短等。 通過分析傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)、工作原理及其缺陷后，要改善和提高填料密封的密封效果，可采取的措施是：（1）盡量使徑向壓緊力均勻且與泄露壓力規(guī)律一致，使軸套承壓面受壓均勻，從而使軸套磨損小而且均勻。（2）使填料密封

14、結(jié)構(gòu)中的填料具有補(bǔ)償能力、足夠的潤(rùn)滑性和彈性。（3）密封的填料沿軸向抱緊力應(yīng)均勻分布。 鑒于以上分析，采用的填料密封結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一種能夠自動(dòng)根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的變化而變化密封力的填料密封結(jié)構(gòu)。 第2章 泵的基本知識(shí) 2.1 泵的功能 泵是各種水力機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種，是和我們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)活動(dòng)聯(lián)系最緊密的一種機(jī)械。在給水排水及農(nóng)業(yè)工程上都需要它，在工業(yè)工程上更需要它。如在給水排水工程中，泵從水源取水，抽送到水廠，凈化后的清水由送水泵輸送到城市管理網(wǎng)中去；對(duì)于城市的生活污水和工業(yè)廢水，經(jīng)排水管渠系統(tǒng)匯集后，也必須有排水泵將污水抽送到污水處理廠，經(jīng)處理后的污水再由另外排水泵排放如江河

15、湖海中去，或者排入農(nóng)田作為灌溉之用；再礦山輸送尾礦的尾礦泵、洗煤廠使用的泥漿泵、電站除灰的灰渣泵和河道疏浚的挖泥泵等，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、石化、食品等工業(yè)和污水處理、港口河道疏浚等作業(yè)中。 2.2 泵的概述 2.2.1 離心泵的主要部件 離心泵主要由葉輪、軸、泵殼、軸承、密封裝置等組成，具體介紹如下： 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(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體，葉輪 常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其他材料制成。 2）軸：離心泵的軸用來傳遞扭矩，驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，在軸上泵的葉輪、軸承、密封裝置及聯(lián)軸節(jié)等部件。 3）泵殼：將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體

16、。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時(shí)又是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。 4）軸承：軸承用來支撐轉(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)軸承和滾動(dòng)軸承，每一種又可分為向心軸承和推力軸承。 5）密封裝置：為了保泵的正常工作，應(yīng)防止液體外露和內(nèi)漏，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，最常見的密封裝置由填料密封、機(jī)械密封盒浮動(dòng)密封。 2.2.2 離心泵的工作原理 離心泵之所以能把水送出去是由于離心力的作用。水泵在工作前，泵

17、體和吸入管必須罐滿水形成真空狀態(tài)，當(dāng)葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片促使水快速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的水在離心力的作用下從葉輪中飛去，泵內(nèi)的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力（或水壓）的作用下通過管網(wǎng)壓到了吸入管內(nèi)。這樣循環(huán)不已，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽水。在此值得一提的是：離心泵啟動(dòng)前一定要向泵殼內(nèi)充滿水以后，方可啟動(dòng)，否則泵體將不能完成吸液，造成泵體發(fā)熱，振動(dòng)，不出水，產(chǎn)生“空轉(zhuǎn)”，對(duì)水泵造成損壞（簡(jiǎn)稱“氣縛”）造成設(shè)備事故。具體見圖2-1。 圖2-1 離心泵裝置簡(jiǎn)圖 2.3 泵的分類 離心泵是一種量大面廣的機(jī)械設(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)

18、格繁多，結(jié)構(gòu)形式多種多樣。 按泵軸的工作位置可分為橫軸泵和立軸泵：按壓出室形式可分為蝸殼式泵和導(dǎo)葉式泵；按吸入方式可分為單吸泵和雙吸泵；或按葉輪個(gè)數(shù)分為單機(jī)泵和多級(jí)泵。每一臺(tái)泵都可在上述各分類中找到自己所隸屬的結(jié)構(gòu)類型。泵的結(jié)構(gòu)形式是由幾個(gè)描述該泵結(jié)構(gòu)類型的屬于來命名的，如橫軸單級(jí)單吸蝸殼式離心泵、立軸多級(jí)導(dǎo)葉式離心泵等。 第3章 離心泵的水力設(shè)計(jì) 3.1 泵的基本設(shè)計(jì)參數(shù) 1）揚(yáng)程H=35m 2）流量Q=15m3/h 3）工作介質(zhì)為清水 4）必要汽蝕余量NPSHr=4m 5）工作介質(zhì)密度為=1000kg/m3 3.2 泵的比轉(zhuǎn)速計(jì)算 對(duì)于本次離心泵設(shè)計(jì)，必需汽蝕余

19、量為4m，轉(zhuǎn)速為2950r/min，比轉(zhuǎn)速可根據(jù)式3-13[4]來計(jì)算 ns===48.3 (3-1) 通過計(jì)算確定泵的比轉(zhuǎn)速ns=48.3 3.3 泵進(jìn)口及出口直徑的計(jì)算 泵的進(jìn)口直徑D1由進(jìn)口速度vs確定，其值通過查表5-1[4]確定為3m/s左右，選vs=2.1m/s，進(jìn)口直徑按式5-1[4]計(jì)算 D1===0.0503m (3-2) 泵出口直徑D2可取與D1相同，或小于D1，即 D2=(1~0.7)D1=(1~0.7)50.3=50.3~35.2mm (3-3) 經(jīng)圓整取D1=50mm，D2=35mm。 3.4 計(jì)算汽蝕比轉(zhuǎn)速 汽蝕

20、比轉(zhuǎn)速可由式5-2[4]計(jì)算 C===378.4 (3-4) 式中NPSHr為泵的必要汽蝕余量，由于轉(zhuǎn)速已經(jīng)給定，在這里就不對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行過多的計(jì)算。 3.5 泵的效率計(jì)算 3.5.1 水力效率 水力效率按式2-35[4]計(jì)算 =1+0.0835lg=0.837 (3-5) 3.5.2 容積效率 容積效率按式2-43[4]計(jì)算 ==0.951 (3-6) 考慮葉輪密封環(huán)處的泄露損失，級(jí)間泄露損失等取。 3.5.3 機(jī)械效率 機(jī)械效率按式2-47[4]計(jì)算 ==0.862

21、 (3-7) 3.5.4 離心泵的總效率 (3-8) 3.6 軸功率的計(jì)算和原動(dòng)機(jī)的選擇 3.6.1 計(jì)算軸功率 在選取了泵的總效率以后，按式4-1[5]計(jì)算軸功率 P===7.5 kW (3-9) 式中 Q——泵的流量（m3/s）； H——泵的揚(yáng)程（m）； ——抽送液體的密度（kg/m3）。 Ht= m (3-10) Qt= m3/s (3-11) 式中 Ht——理論揚(yáng)程（m）；

22、 Qt——理論流量(m3/s)。 3.6.2 確定泵的計(jì)算功率 泵的計(jì)算功率按式4-2[5]計(jì)算 kW (3-12) 式中 K1——水泵揚(yáng)程允差系數(shù)，K1=1.05~1.1; K2——水泵的流量的增大系數(shù)，K2=1.1。 原動(dòng)機(jī)功率根據(jù)計(jì)算功率Pj選取。 3.6.3 原動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果（Pj=9.075kW），選取Y160M1-2型電動(dòng)機(jī)，功率P為11kW，轉(zhuǎn)速2930r/min。 3.7 軸徑與輪轂直徑的初步計(jì)算 3.7.1 軸的最小直徑 dmin=m

23、 (3-13) 軸的材料選用3Cr13，許用切應(yīng)力[]=Pa,確定出泵的最小直徑后，參考類似結(jié)構(gòu)泵的泵軸，畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖。見圖3-1 圖3-1 軸的結(jié)構(gòu)草圖 軸的軸向尺寸是是由軸上的零件決定的，主要零件有：葉輪、止動(dòng)墊圈、軸套、深溝球軸承，結(jié)構(gòu)圖見圖3-2。 圖3-2 軸的結(jié)構(gòu)圖 3.7.2 輪轂直徑的計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的是單機(jī)泵，單機(jī)泵葉輪處得軸徑dy等于聯(lián)軸器內(nèi)的軸徑dmin。葉輪輪轂直徑dh必須保證軸孔開了鍵槽之后還有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強(qiáng)度，直徑按式4-3[5]計(jì)算，即 dh= (3-14) 由

24、于單級(jí)泵葉輪輪轂一般不通過葉輪進(jìn)口，因此取 dh=(1.4~2)dmin (3-15) 取dh=1.5dmin=46.95取整dh=45mm。 3.8 泵的結(jié)構(gòu)型式的選擇 此次設(shè)計(jì)的離心泵是懸架式懸臂泵，即一臺(tái)單級(jí)單吸橫軸離心泵，它由泵體、葉輪螺母、密封環(huán)、葉輪、泵蓋、軸套、密封裝置、懸架、泵軸支架組成，其泵腳與泵體鑄成一體，軸承置于懸臂安裝在泵體上的懸架內(nèi)，整臺(tái)泵的質(zhì)量主要由泵體承受。 第4章 葉輪的水力設(shè)計(jì) 葉輪尺寸的確定主要有速度系數(shù)發(fā)和相似換算法，在此次泵設(shè)計(jì)采用的是速度系數(shù)發(fā)。 4.

25、1 確定葉輪進(jìn)口速度 葉輪的進(jìn)口速度安式5-12[5]計(jì)算 m/s (4-1) 式中 ——葉輪進(jìn)口速度系數(shù)，根據(jù)比轉(zhuǎn)速及不同類型的泵從圖5-3[5]查的； H——單級(jí)揚(yáng)程(m)。 4.2 計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑 4.2.1 先求葉輪進(jìn)口的有效直徑 葉輪進(jìn)口的有效直徑按式5-13[5]計(jì)算 m (4-2) 式中 ——系數(shù)，按表4-1選取。通過查得，選取=4.5。 表4-1 系數(shù)的選擇 K0 效率與汽蝕指標(biāo) 適用范圍 3.5~4.0 效率較高，抗汽蝕性能差 多級(jí)泵次級(jí)葉輪及要求效率較高而對(duì)抗汽蝕性能

26、要求不高的場(chǎng)合 >4.5~4.5 效率及抗汽蝕性能中等 一般清水泵的單級(jí)單吸及雙吸葉輪和多級(jí)泵第一級(jí)葉輪 >4.5~5.0 效率較低，抗汽蝕性能較好 鍋爐給水泵第一級(jí)葉輪及對(duì)抗汽蝕性能要求較高的場(chǎng)合 >5.0>5.5 效率有較大的降低，高抗汽蝕性能 冷凝泵有前置誘導(dǎo)輪的離心泵 4.2.2 葉輪進(jìn)口直徑 葉輪進(jìn)口直徑按式5-15[5]計(jì)算 mm (4-3) 4.3 確定葉輪出口直徑 葉輪出口直徑按式5-17[4]計(jì)算 (4-4) mm (4-5) 式中 ——葉輪

27、出口直徑系數(shù)。 4.4 確定葉片厚度 葉輪工作是，葉片上承受著液體的反作用力和葉片質(zhì)量的離心力受力情況比較復(fù)雜，很難精確計(jì)算，通?？捎萌缦陆?jīng)驗(yàn)公式10-44[5]計(jì)算葉片的厚度。 mm (4-6) 系數(shù)K與離心泵的比轉(zhuǎn)速ns和葉片的材料有關(guān)，其值由表10-10[5]所示，材料選用鋼，所以K=3.2。 表4-2 系數(shù)K與ns和材料的關(guān)系 ns 40 60 70 80 90 130 190 280 鑄鐵 鋼 3.2 3 3.5 3.2 3.8 3.3 4.0 3.4 4.5 3.5 6

28、5 7 6 10 8 最后，綜合考慮取葉片真實(shí)厚度3mm。 4.5 葉片出口角的確定 離心泵葉片出庫(kù)安放角一般小于，當(dāng)>和<并取較大值時(shí)，H-Q性能曲線會(huì)出現(xiàn)駝峰現(xiàn)象，使離心泵運(yùn)行不穩(wěn)定。為了得到較高的效率，一般取。所以，綜合考慮取。 4.6 葉片數(shù)Z的選擇與葉片包角 葉輪葉片數(shù)的多少會(huì)影響泵揚(yáng)程的高低。用速度系數(shù)設(shè)計(jì)輪時(shí)，因?yàn)樗俣认禂?shù)是現(xiàn)有泵的參數(shù)上統(tǒng)計(jì)得來的，而現(xiàn)有泵的葉片數(shù)Z與比轉(zhuǎn)速ns之間存在著一定的關(guān)系。因此，泵的葉片數(shù)Z也可以根據(jù)比轉(zhuǎn)速ns按照這一關(guān)系確定之，通過查表5-2[5],綜合考慮，Z=8。 表4-3 離心泵的葉片數(shù)Z ns 30~60

29、 60~180 180~280 Z 5片長(zhǎng)葉片加5片短葉片或9~8 8~6 6~5 如果葉片數(shù)Z大，葉片包角應(yīng)小一些，葉片出口角也可大一些；如果葉片數(shù)Z小，葉片包角應(yīng)小一些，葉片出口角也要取小一些。一般可取，綜合考慮，葉片包角取。 4.7 葉輪出口寬度 葉輪出口寬度b2可按式5-19[4]計(jì)算 (4-7) mm (4-8) 綜合考慮，選取b2=5mm。 4.8 葉輪出口直徑及葉片出口安放角的精確計(jì)算 離心泵一般是選擇葉片出口角，精算D2,先計(jì)算葉輪出口軸面速度。 m/s (4-9) 葉輪出口速度按5-18[5]變形計(jì)算

30、 m/s (4-10) 無限葉片數(shù)下的葉片出口流面速度 =-=23.5-2.042=19.1 m/s (4-11) 無限葉片數(shù)下的理論揚(yáng)程 m (4-12) 可根據(jù)式5-20[4]的變形來計(jì)算出圓周速度 (4-13) 此時(shí)，可按式5-20[4]算出第一次精算的葉輪出口直徑D2 mm (4-14) 經(jīng)過比對(duì)可知，計(jì)算的精確值與速度系數(shù)法計(jì)算的誤差大于2%，所以修正，經(jīng)過計(jì)算當(dāng)為時(shí)，誤差在2%之內(nèi)，所以被修正為，并且確定葉輪出口直徑D2=150mm。 即得出，D2=150mm，=，Dj=68m

31、m，dh=45mm，b2=5mm。 4.9 葉輪軸面投影圖的繪制 根據(jù)求出的尺寸D2、Dj 、dh和b2，參考相近比轉(zhuǎn)速ns的葉輪圖紙，繪制葉輪的軸面投影。見圖4-1。 圖4-1 葉輪軸面投影圖 4.10 葉片繪型 對(duì)于比轉(zhuǎn)速ns小的離心泵，葉輪、葉片幾乎全部在軸面流道的徑向部分，其進(jìn)口邊均在同一個(gè)軸截面上，而且各流線葉片進(jìn)口三角形基本相同，葉片扭曲很小，可按圓柱形葉片設(shè)計(jì)那樣繪型。 圓柱形葉片的繪型比較簡(jiǎn)單，制造也很方便，但由于進(jìn)口邊來流一般不完全是徑向的，特別是對(duì)于前蓋流線，進(jìn)口邊往往處于軸面流拐彎處，，葉片的安放角與相對(duì)水流角會(huì)有較大的差別，造成較大的沖擊損失。一般說

32、比轉(zhuǎn)速小于90的泵，可采用圓柱形葉片，比轉(zhuǎn)速大于90的采用三位扭曲葉片。出于鑄造要求，有些比轉(zhuǎn)速大于90的離心泵，也采用圓柱形葉片。 圓柱形葉片可直接在平面圖上繪型，葉片骨線可用一個(gè)圓弧或多個(gè)圓弧畫成，本次設(shè)計(jì)采用兩段圓弧。見圖4-2。 作圖步驟： 1） 作出葉輪Dj和D2； 2） 作中間圓，其直徑 mm (4-15) 并計(jì)算d=Dj處得葉片安放角 (4-16) 3） 作半徑OA，由A點(diǎn)作AB，使; 4） 作半徑OC，使，并與圓弧Di相交與C； 5） 過A、C點(diǎn)作直線，并于

33、Di交于另一點(diǎn)D; 6） 連線半徑OD，做直線DE，使，并與直線AB交于E點(diǎn)； 7） 以E點(diǎn)為圓心以EA為半徑作圓弧，此圓弧必經(jīng)過D點(diǎn)； 8） 作半徑OF，使,并與D1圓交于點(diǎn)F； 9） 過D、F點(diǎn)作直線，并與D1圓交于另一點(diǎn)G; 10)作半徑OG，作直線GH，使，并與DE線交于點(diǎn)H； 11)以H為圓心，以O(shè)H為半徑作圓弧，此圓弧必通過G點(diǎn)； 12)以E和H為圓心，分別以為半徑作弧，并適當(dāng)削圓葉片進(jìn)口，即得圓柱形葉片形狀。其中為葉片真實(shí)厚度。 圖4-2 葉片 第5章 壓水室的水力設(shè)計(jì) 5.1 壓水室的作用 1）將葉輪中流出的液體收集起來送往下一級(jí)葉輪或管路系

34、統(tǒng)； 2）降低液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)中的損失。 3）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)那個(gè)帶來的水力損失。 為達(dá)到上述要求，壓水室在設(shè)計(jì)中要做到： 1）壓水式的水力損失占整個(gè)泵中的損失的很大一部分，為此壓水室中的水力損失應(yīng)盡量??； 2）盡可能使水流量軸對(duì)稱，提高泵運(yùn)行的穩(wěn)定性； 3）具有足夠的強(qiáng)度，較好的經(jīng)濟(jì)性及公益性，并考慮到泵布置的要求。 蝸形體的斷面形狀主要有梯形、矩形和圓形。 1）梯形斷面：梯形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力性能好，是蝸形體斷面中用的最廣的一種。 2）矩形斷面：矩形斷面具有與梯形斷面相同的優(yōu)點(diǎn)，適用于

35、各種ns的泵上。它的工藝性最好，且斷面比較容易打磨或加工，用于材料為鑄造收最不易光潔的鋼或不銹鋼而又要求很光潔的蝸形體上是最適宜的。由于這種斷面是等寬的，所以徑向尺寸比梯形斷面要略大一些。 3）圓形斷面：如果葉輪出口后即是圓形斷面，中間沒有過渡區(qū)，則由于圓形斷面在葉輪出口處突然擴(kuò)大，這對(duì)泵的水力性能是不利的。圓形斷面的優(yōu)點(diǎn)是在蝸形體受壓后，受力情況比上面兩種斷面要好。因此這種斷面適用于大型的額壓力高一些的泵上，這種情況下，液體出了葉輪后經(jīng)過擴(kuò)散導(dǎo)葉再進(jìn)入圓形斷面。 本次設(shè)計(jì)采用蝸形體，斷面形狀為梯形斷面。 5.2 蝸型體的計(jì)算 5.2.1 基圓直徑的確定 基圓直徑D3可按式5-4

36、0[5]計(jì)算 mm (5-1) 綜合考慮取mm。 5.2.2 蝸型體進(jìn)口寬度計(jì)算 進(jìn)口寬度b3可按式5-41[5]計(jì)算 mm (5-2) 5.2.3 舌角 舌角可按式5-42[5] (5-3) 5.2.4 隔舌起始角 一般將通過隔舌起點(diǎn)（即蝸形線與基圓相交的點(diǎn)）的斷面稱為0斷面，Ⅷ斷面與0斷面之間的夾角稱為隔舌起始角。理論上隔舌起點(diǎn)應(yīng)放在Ⅷ斷面的基圓上，但是泵的ns增加后，蝸形體中的速度減慢，蝸形體斷面面積增加，徑向尺寸增加，會(huì)使隔舌變得很薄，或影響蝸形體擴(kuò)散管在此區(qū)域的形狀。因此ns增大后，也應(yīng)適當(dāng)增加

37、。值可參考表5-4[5]選取。 表5-1 隔舌起始 ns 30~80 90~130 140~220 230~360 通過查表5-4[5],綜合考慮選取。 5.2.5 蝸形體各斷面面積的計(jì)算 計(jì)算蝸形體各斷面面積時(shí)，是把蝸形體中的圓周方向平均速度看作常數(shù)來設(shè)計(jì)的。計(jì)算時(shí)先根據(jù)ns在圖5-33[5]查的K3,按式5-43[5]求出各斷面中的平均速度。 m/s (5-4) 式中 ——蝸形體各斷面中的平均速度（m/s）； H——泵的揚(yáng)程（m）； g——重力加速度，g=10m/s2；

38、 K3——速度系數(shù)，由圖5-33[5]中查得。通過查表5-33[5]可得K3=0.55。 通過Ⅷ斷面的流量按式5-44[5]計(jì)算。 QⅧ=m3/h (5-5) 式中 ——隔舌起始角（度）； Q——泵的揚(yáng)程（m/s）。 Ⅷ斷面面積由式5-45[5]得。 FⅧ= QⅧ/=14.6/3600/14.6=0.00028m2 (5-6) 5.2.6 擴(kuò)散管的計(jì)算 蝸形體擴(kuò)散管部分的作用在于降低泵壓出口的液流速度，使液體一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，減少壓出管路的水力損失。 擴(kuò)散管的進(jìn)口可看做是蝸形體的Ⅷ斷面，其出口時(shí)泵的壓出口。設(shè)計(jì)計(jì)算擴(kuò)散管的長(zhǎng)度L

39、和壓出口直徑Dy時(shí)，原則上長(zhǎng)度L應(yīng)盡可能小，并應(yīng)照顧到泵壓出口法蘭尺寸符合法蘭標(biāo)準(zhǔn)，法蘭位置適當(dāng)，便于加工和裝拆法蘭螺栓。另外，為了減小擴(kuò)散損失，擴(kuò)散角應(yīng)在的范圍內(nèi)。 根據(jù)結(jié)構(gòu)選定擴(kuò)散管長(zhǎng)度L=140mm，由公式5-48[5]算出Ⅷ斷面當(dāng)量直徑DⅧ DⅧ=(4FⅧ/π)1/2 =（40.00028/3.14）1/2=18.819mm (5-7) 綜合考慮，擴(kuò)散管當(dāng)量擴(kuò)散角，壓出口直徑Dy可由5-47[5]變形計(jì)算 + DⅧ=mm (5-8) 壓出口直徑Dy=43.5mm 5.2.7 蝸形體的繪型 先確定基圓直徑D3和蝸形體進(jìn)口寬度b3，以b3為底邊，作

40、等腰梯形，此梯形的二斜邊的斜度應(yīng)符合，并令其面積略大于Ⅷ斷面面積AⅧ，然后將梯形圓角的取大一些，使圓角后的梯形面積等于Ⅷ斷面的計(jì)算面積AⅧ，Ⅷ斷面即算作成。 繪圖時(shí)要注意下述事項(xiàng)：為便于繪制斷面、比較各斷面的形狀和識(shí)圖方便起見，八個(gè)斷面可繪制在一起；而為了圖面清晰，各個(gè)斷面可只繪出一半。蝸形體外壁如系弧線，則其圓弧半徑R8、R、R6……應(yīng)隨斷面包角的減小而有規(guī)律的增大，且應(yīng)使O斷面處為直線。否則會(huì)增大隔舌與葉輪之間的間隙，影響泵的性能。 斷面高度H8、H7……，圓角半徑r8、r7……，側(cè)劈斜度等，均應(yīng)如前所述，隨著包角的減小而有規(guī)律的減小。一般H8、H7、H6……H1的數(shù)值是等差的，h1

41、不小于b3／2，斷面面積與計(jì)算值不符，則以調(diào)整斷面高度月H8、H7…較為方便。梯形斷面見圖5-1。蝸型體平面圖見圖5-2。 圖5-1 梯形斷面 圖5-2 蝸型體平面圖 第6章 吸水室的設(shè)計(jì) 6.1 吸水室尺寸確定 離心泵吸水室是指泵進(jìn)口法蘭至葉輪進(jìn)口前泵體的過流部分，吸入室設(shè)計(jì)的好壞影響到水泵的抗汽蝕性能。 按照吸水室的形狀可分為錐管吸水室、環(huán)形吸水室和半螺旋形吸水室三種。本次吸水室采用錐管吸水室，如圖錐管吸水室廣泛用于單級(jí)懸臂離心泵上，其水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度分布從進(jìn)口到水泵葉輪進(jìn)口逐步均勻變化，其出口直徑與進(jìn)口直徑相同，入口直徑比出口直徑大7%~10%，而入口

42、的經(jīng)濟(jì)流速在3m/s左右，允許錐度為，這樣就可以確定該吸水室的尺寸。 錐管吸水室的進(jìn)口直徑 mm (6-1) 綜合考慮取Ds=80mm。 錐度取 則吸入長(zhǎng)度 mm (6-2) 綜合考慮，適當(dāng)加長(zhǎng)一些，取=60mm。結(jié)構(gòu)圖見6-1。 圖6-1 吸水室  第7章 徑向力軸向力及其平衡 7.1 徑向力及平衡 7.1.1 徑向力的產(chǎn)生 采用蝸形壓水室的泵在最優(yōu)工況時(shí)，蝸室各斷面中的壓力基本上是均勻的。當(dāng)泵的流量小于最優(yōu)工況流量時(shí)蝸室中的液體流速減慢，而葉輪出口液體的絕對(duì)速度由出口速度三角形可看出大于最優(yōu)工況時(shí)的絕對(duì)速度，同時(shí)也大于蝸室中的速

43、度，從葉輪中流出的液體不斷撞擊著蝸室中的液體，使蝸室中的液體接受能量，蝸室中的液體壓力便自隔舌開始向擴(kuò)散管進(jìn)口不斷增加。當(dāng)泵的流量大于最優(yōu)工況流量時(shí)，與上述情況相反，從葉輪中流出的液體的絕對(duì)速度小雨最優(yōu)工況時(shí)的絕對(duì)速度，也小于蝸室中的液體流速，兩種液體在蝸室中撞擊的結(jié)果，蝸室中的液體要不斷付出能量，以增加從葉輪中流出的液體的速度，這樣，蝸室中的液體壓力自隔舌至擴(kuò)散管進(jìn)口是逐漸降低的。蝸室各斷面就產(chǎn)生一個(gè)徑向力。又因?yàn)槿~輪周圍液體壓力分布的不均勻，破壞了葉輪中液體的軸對(duì)稱流動(dòng)，壓力大的地方液體自葉輪中流出得少，壓力小的地方液體自葉輪中流出得多。由于沿葉輪的圓周液體流出的多少不一樣，所以作用于葉輪

44、圓周上的液體動(dòng)反力也不一樣，這又引起一個(gè)徑向力。作用于葉輪上的徑向力就是上述兩個(gè)徑向力的向量和[5]。 7.1.2 徑向力的計(jì)算 壓水室是渦室的泵，在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力可按式9-1[5]計(jì)算 N (7-1) 式中 ——偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力 (N)； ——包括前、后蓋板的葉輪出口寬度，取 ＝0.01140m； ——實(shí)驗(yàn)系數(shù)，查取得 ＝0.080。 7.1.3 徑向力的平衡 由于徑向力是和葉輪的出口直徑、葉輪的出口寬度成正比。因此它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大，同時(shí)也隨著揚(yáng)程的增加而增大[5]。 本次設(shè)計(jì)的是單級(jí)單吸離心泵，單機(jī)蝸殼泵的徑

45、向力平衡，可以采用雙蝸殼或加導(dǎo)葉來實(shí)現(xiàn)，在雙蝸殼中，每一蝸室雖然沒有完全消除徑向力，但兩個(gè)蝸室相隔對(duì)稱布置，作用于葉輪上的徑向力是互相平衡的。用導(dǎo)葉雖能平衡徑向力，但泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化了。 通過計(jì)算可得，徑向力不是很大，可以不設(shè)置徑向力平衡裝置。 7.2 軸向力及平衡 7.2.1 軸向力的產(chǎn)生 離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)部件受到一個(gè)與軸線平行的軸向力。這個(gè)力相當(dāng)大，特別是多級(jí)離心泵。軸向力主要包括兩部分： 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處得軸向力F1。 2）流體流入流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生動(dòng)反力F2，其方向與F1相反。 此外

46、對(duì)于入口壓力較高的懸臂式單吸泵，還要考慮作用在軸端上的入口壓力引起的軸向壓力，其方向與F1相反。對(duì)于立式離心泵，其轉(zhuǎn)子的部分重量也是軸向力[4]。 7.2.2 軸向力計(jì)算 1) 葉輪前后壓力引起的軸向力F1可按式2-58[4]估算 N (7-2) 式中 D1——葉輪進(jìn)口處的直徑(mm)； dh——輪轂直徑(mm)； H——葉輪實(shí)際揚(yáng)程(mm)； i——葉輪級(jí)數(shù)(mm)； k——系數(shù)，ns=60~150時(shí)為0.6，當(dāng)ns=150~250時(shí)為0.8。 2）液體作用與葉輪入口的動(dòng)反力可按式2-59[4]計(jì)算 N

47、 (7-3) 式中 ——葉輪的質(zhì)量流量(m3/s)； v0——葉輪進(jìn)口處的速度（m/s）。 3)總的軸向里 N (7-4) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，軸向力指向入口。 7.2.3 軸向力的平衡 常用水力方法平衡部分或全部軸向力。這一方法包括使葉輪或整個(gè)表面上的壓力對(duì)稱分布，或增設(shè)在所有運(yùn)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，因此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[4]。 本次設(shè)計(jì)的泵是單級(jí)葉輪，所采取的措施是開平衡。 在葉輪的后蓋板上對(duì)著葉輪入口開幾個(gè)平衡孔，如圖7-1所示，

48、使后蓋板前后空間想通，同時(shí)在后蓋板后側(cè)的軸向力增設(shè)密封環(huán)，其直徑與葉輪進(jìn)口密封環(huán)直徑相同。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但增加了內(nèi)泄露，同時(shí)也使進(jìn)口水流更加紊亂，降低水泵效率。 圖7-1 平衡孔 第8章 泵零件選擇及強(qiáng)度計(jì)算 8.1 葉輪蓋板的強(qiáng)度計(jì)算 蓋板中的應(yīng)力主要是由離心力引起的，如應(yīng)力的前后蓋板是等厚的，半徑越小的地方圓周應(yīng)力越大，在D0和Dx處的應(yīng)力近似由式10-42[5]計(jì)算，葉輪材料采用ZG1Cr13,許用應(yīng)力[]=98~130Mpa MPa (8-1) 式中 ——蓋板中D0和Dx處得圓周應(yīng)力（Pa）； ——材料密度（kg/m3）；

49、u2——蓋板外徑的圓周速度（m/s）; []——許用應(yīng)力（Pa）。 計(jì)算結(jié)果說明葉輪安全。 按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板時(shí)，蓋板直徑Dx=0.08m處的厚度，首先得計(jì)算出角速度 角速度 rad/s (8-2) 蓋板直徑Dx=0.08m處的厚度，可按式10-43[5]計(jì)算 mm (8-3) 式中 ——蓋板直徑Dx=0.08m處的厚度； ——葉輪最大直徑處蓋板的厚度，參考其他葉輪尺寸，綜合考慮取4mm； 8.2 葉輪輪轂的強(qiáng)度計(jì)算 葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪的質(zhì)量能夠產(chǎn)生離心力。 離心力使輪轂內(nèi)孔處產(chǎn)生的圓周方向應(yīng)

50、力可用如下近似公式10-45[5]進(jìn)行計(jì)算 MPa (8-4) 葉輪材料為ZG1Cr13，362Mpa 安全系數(shù) (8-5) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，葉輪強(qiáng)度滿足要求 式中 ——輪轂內(nèi)孔處的圓周方向應(yīng)力（Pa） ——材料密度（kg/m3）; ——葉輪外徑的圓周速度（m/s）。 8.3 葉輪配合的選擇 在離心力的作用下，葉輪輪轂內(nèi)控增大，對(duì)于熱裝的葉輪，輪轂與軸的最小過盈量要大于離心力使輪轂內(nèi)控產(chǎn)生的變形量。 離心力使輪轂內(nèi)孔直徑的變形量可按式10-46[5] =80μm (

51、8-6) 本處的配合是過盈配合，輪轂與軸的最小過盈量要大于離心力使輪轂內(nèi)孔產(chǎn)生的變形量。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果μm，參考其他離心泵的輪轂配合進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮要把過盈余量保持在80~160μm即可。 1）確定基準(zhǔn)制：按照其不受原材料、標(biāo)準(zhǔn)件和結(jié)構(gòu)的限制，選基孔制。 2）確定孔的公差帶：配合公差μm，這個(gè)數(shù)值應(yīng)大于或等于孔與軸的公差之和，孔與軸的公差應(yīng)在μm左右。 這時(shí)要看孔、軸的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)，如在7級(jí)以上，則取孔比軸低一級(jí)，如在8級(jí)以下，則可取孔、軸同級(jí)。 查附表3-1[7],得IT7=57μm。 可取孔的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)為7級(jí)，即孔的公差帶為H7，并可開始畫公差帶圖。 3）確定軸公差帶：

52、因?yàn)槭沁^盈配合，可以知道軸的公差帶位置在零線的上方。 (8-7) 因已知要求最小過盈余量μm，即軸基本偏差應(yīng)接近80μm。 查附表3-2[6],取軸的基本偏差為r，es=+108 軸的公差應(yīng)初步確定為 μm (8-8) 查附表3-1[6]得知，取IT6=36μm 這時(shí) μm (8-9) 軸的公差帶確定為r6 最后，配合選取。 8.4 輪轂熱裝溫度計(jì)算 加熱輪轂，使其內(nèi)控產(chǎn)生的變形（內(nèi)孔增大）應(yīng)為最大過盈量的1.5倍，可進(jìn)行裝配，加熱后的溫度稱為熱裝溫度，可用式計(jì)算。 (8-10) t

53、1=20℃，=，=， 式中 t——熱裝溫度（℃）； t1——室溫（℃）； ——最大過盈量（cm）； ——輪轂的平均直徑（cm）； ——葉輪材料的線膨脹系數(shù)（1/deg）。 8.5 軸的強(qiáng)度校核 1）轉(zhuǎn)子的重量 因?yàn)槭桥P式泵，轉(zhuǎn)子的重量是徑向力，而且是固定方向的徑向力。軸的重量是均布載荷，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以吧軸分成幾段變成集中載荷，泵采用蝸形體，在設(shè)計(jì)工況下沒有附加徑向力，另外軸也沒有皮帶的拉力或者齒輪的嚙合力，因此，固定方向的徑向力就只有轉(zhuǎn)子的重量。葉輪重量估算為260N。 2）軸向力 液體作用在葉輪和平衡盤上的軸向力，在水力設(shè)計(jì)是進(jìn)行計(jì)算了。作用

54、在葉輪上的軸向力F=419.5N。 3）支反力 固定方向徑向力作用在兩個(gè)軸承A、B上的支反力分別用RA、RB表示，其方都假設(shè)向上。葉輪與軸承A的距離為209mm，軸承之間的距離為190mm。 支反力之和等于所有徑向力之和。 RA+RB-260=0 (8-11) 對(duì)B點(diǎn)取矩 解之得 RA=546N RB=-286N 4)彎矩圖及扭矩圖 圖8-1 彎矩圖及扭矩圖 通過彎矩圖及扭矩圖可知，最危險(xiǎn)斷面在軸承A處。 可以按第三強(qiáng)度理論來進(jìn)行校核。 MPa (8-12) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，軸的強(qiáng)度滿足要求。 8.6 鍵的強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)泵來說，聯(lián)軸

55、器處得鍵所傳遞的扭矩最大。對(duì)于單機(jī)泵，可近似地認(rèn)為葉輪處得鍵所傳遞的扭矩同聯(lián)軸器處得相同。 鍵強(qiáng)度計(jì)算的目的是校驗(yàn)鍵在所傳遞扭矩的作用下，鍵所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力與鍵接觸零件（例如：聯(lián)軸器、葉輪、平衡盤…等轉(zhuǎn)子零件）的有效傳遞扭矩的工作面上的擠壓應(yīng)力（當(dāng)然也包括鍵，但通常是校驗(yàn)抗擠壓差的零件）是否滿足強(qiáng)度要求。 根據(jù)葉輪處直徑選擇鍵為標(biāo)準(zhǔn)圓頭普通平鍵（A），鍵的寬度b=0.008m，鍵的高度h=0.008m，鍵的總長(zhǎng)L=0.025m。結(jié)構(gòu)形式見圖8-2. 圖8-2 鍵的結(jié)構(gòu)圖 8.6.1 工作面上的擠壓應(yīng)力 鍵及其聯(lián)接零件傳遞扭矩的工作面上擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足如下公式10-55[5]要求：

56、 (8-13) 式中 ——工作面上的擠壓應(yīng)力 (Pa)； ——鍵所傳遞的扭矩，與軸所傳動(dòng)的扭矩相等 (N·m)； ——安裝葉輪處的軸徑 (m)； ——鍵的高度 (m)； ——鍵的有效長(zhǎng)度，(mm)； ——材料的許用擠壓應(yīng)力 (Pa)。 鍵采用的材料為45號(hào)鋼材，所以 代入數(shù)據(jù)得 MPa (8-14) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，滿足強(qiáng)度條件。 8.6.2 切應(yīng)力 鍵的切應(yīng)力產(chǎn)生最大的切應(yīng)力，其值應(yīng)滿足如下公式10-56[5]的要求： (8-15) 式

57、中 ——切應(yīng)力 (Pa)； ——鍵的寬度 (m)； ——材料的許用切應(yīng)力，鍵的材料為45號(hào)鋼材，所以取。 代入數(shù)據(jù)得 MPa (8-16) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，滿足強(qiáng)度條件。 8.7 軸承和聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)泵結(jié)構(gòu)以及參考其他類型的結(jié)構(gòu)，選軸承為：深溝球軸承6009型，兩個(gè)軸承成對(duì)使用，具體結(jié)構(gòu)見圖8-3。 圖8-3 6009型深溝球軸承 此泵是進(jìn)行全天24小時(shí)連續(xù)工作，軸承必須達(dá)到預(yù)期壽命。雖然兩個(gè)軸承成對(duì)使用，但是必須計(jì)算軸承的壽命以保證安全。 又因?yàn)閮奢S承載荷不同，現(xiàn)對(duì)較大的載荷進(jìn)行計(jì)算就可。 因?yàn)?，查得徑向系?shù)，軸向系數(shù)。軸的當(dāng)

58、量動(dòng)載荷為 N (8-17) 進(jìn)行對(duì)軸承的壽命計(jì)算 h (8-18) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，軸承的壽命符合要求。 式中 Cy——泵的基本額定載荷(N)； Py——泵的當(dāng)量動(dòng)載荷(N)； n——泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。 泵常用的聯(lián)軸器有兩種：爪形聯(lián)軸器和柱銷聯(lián)軸器，本次設(shè)計(jì)采用柱銷聯(lián)軸器，型號(hào)為 B1101-6-20-35。 第9章 泵體的厚度計(jì)算 9.1 蝸殼厚度的計(jì)算 蝸殼的幾何形狀很復(fù)雜的，而且受力后產(chǎn)生的應(yīng)力更復(fù)雜，因此很難用精確計(jì)算的方法求出壁厚，可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式10-62[5]進(jìn)行計(jì)算。 泵的Q=35m，H=15m，n=2930r/

59、min，蝸殼的材料HT200，kg/m2,安全系數(shù)n=4。 cm (9-1) 式中 ——蝸殼壁厚（cm）； D——蝸殼內(nèi)壁最大徑向尺寸，通常在壓水室的4和8斷面處（cm）； p——包括進(jìn)口壓力的泵設(shè)計(jì)點(diǎn)壓力（kg/cm2）； ——材料的許用應(yīng)力（kg/cm2）. 材料的許用應(yīng)力，其中n為安全系數(shù)，其值與泵的結(jié)構(gòu)、大小和比轉(zhuǎn)速有關(guān)。 本次設(shè)計(jì)的是單吸懸臂泵、n=4~15。小泵（如吸入口徑不大于50mm）和高比轉(zhuǎn)速（高于250）的泵取大值；壓力較高的泵和大泵取小值；一般的可取n=7。 9.2 中段壁厚的計(jì)算 對(duì)于分段式多級(jí)泵，

60、中段承受內(nèi)壓，在最后一個(gè)中段上承受著最大的內(nèi)壓力。中段的形狀近似圓筒，因此可按承受內(nèi)壓的薄壁圓筒來計(jì)算。 但是本次設(shè)計(jì)的是單級(jí)單吸清水離心泵，不用考慮用內(nèi)壓進(jìn)行計(jì)算。 綜合考慮，運(yùn)用類比法對(duì)比其他IS型泵，取中段壁厚的厚度cm。 第10章 泵的軸封 10.1 常用的軸封種類及設(shè)計(jì)要求 泵內(nèi)液體和泵外空氣之間壓力不同，順著軸就要產(chǎn)生泄露，為此需要設(shè)置密封裝置，稱其為泵的軸封。泵內(nèi)軸封處的壓力小于大氣壓力，軸封是用于防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)；泵內(nèi)軸封處的壓力大于大氣壓力，軸封是用以防止液體泄露。 泵常用的軸封種類： 1） 填料密封； 2） 機(jī)械密封； 3） 浮動(dòng)密封。 設(shè)計(jì)密封裝

61、置的要求： 1） 密封可靠，能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)； 2） 消耗功率??； 3） 適應(yīng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化。 設(shè)計(jì)密封裝置要考慮被密封液體的性能（腐蝕性、含雜質(zhì)的磨損性、凝固性、侵透性、揮發(fā)性、有毒、引火、有位等），溫度（高溫、常溫、低溫溫度變化范圍）和壓力（高壓、常壓、低壓、真空、壓力變化范圍）。 根據(jù)本次的設(shè)計(jì)情況，選用已有的改進(jìn)填料密封裝置。 10.2 填料密封的工作原理 填料密封式用填料填塞泄露通道阻止泄露的一種密封形式。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆維修方便、成本低廉而廣泛用于離心泵上。在離心泵上的填料密封即是動(dòng)密封，又是靜密封，所用填料為由侵石棉盤根軟填料。其不足之處在于密封性能較差，對(duì)軸或

62、軸套磨損大，損失功耗大以及使用壽命短等。 近幾年，許多從事填料密封的研究工作者，在密封的機(jī)理以及結(jié)構(gòu)研究上做了大量的工作，使得填料密封的結(jié)構(gòu)更為科學(xué)合理，本次的填料密封采用了黑龍江科技學(xué)院機(jī)械系，韓建勇、王平山的離心清水泵填料密封的改進(jìn)設(shè)計(jì)[1]。 10.3 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)及其缺陷 10.3.1 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu) 在傳統(tǒng)填料密封中，內(nèi)部流體可能通過下列途徑泄漏； 1） 流體通過填料本身的縫隙而出現(xiàn)滲漏； 2） 流體通過填料與轉(zhuǎn)軸之間的縫隙而泄漏； 3） 流體通過填料與箱壁之間的縫隙而泄漏。 填料置于填料箱中，通過壓蓋將填料壓緊在軸上，填料依靠壓蓋軸向壓緊， 產(chǎn)生

63、徑向變形，填滿間隙。填料在變形時(shí)，依靠徑向變形產(chǎn)生的徑向力緊貼轉(zhuǎn)軸與填料箱內(nèi)壁表面，實(shí)現(xiàn)密封。 這就是說，在填料密封可能出現(xiàn)的三個(gè)泄露途徑中，填料本身的縫隙泄露可以通過壓實(shí)軟填料的方法來消除；箱壁內(nèi)表面與填料之間的泄露，因?yàn)闊o相對(duì)運(yùn)動(dòng)且填料被壓實(shí)而與填料箱內(nèi)壁表緊密貼合，達(dá)到了止漏目的；只有填料與轉(zhuǎn)軸之間，因有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并存在微小間隙，所以常造成泄露。 10.3.2 傳統(tǒng)填料密封的不足 預(yù)緊力恒定。預(yù)緊力恒定，即密封力恒定，而被密封介質(zhì)的壓力是波動(dòng)變化的，這就可能出現(xiàn)密封填料過度密封或密封不足。 軸或軸套磨損嚴(yán)重。密封力不足時(shí)，采取的方法往往是加大預(yù)緊力，這樣使預(yù)緊力過大，造成密封填

64、料與軸接觸面之間的摩擦力加大，并導(dǎo)致填料對(duì)軸或軸套磨損嚴(yán)重，功率磨損增大，泵的機(jī)械效率降低。 檢修周期短。由于填料對(duì)軸或軸套磨損嚴(yán)重，為使泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，停機(jī)更換填料的次數(shù)就增多，這樣運(yùn)行成本就提高了。 10.4 填料密封的結(jié)構(gòu)改造 在分析了傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)、工作原理及其缺陷后，要想改善和提高填料密封的密封效果，在填料密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮解決的問題是： 1）盡量使徑向壓緊力均勻且與泄漏壓力規(guī)律一致，使軸套承壓面受壓均勻，從而使軸套磨損小而且均勻。 2）使填料密封結(jié)構(gòu)中的填料具有補(bǔ)償能力、足夠的潤(rùn)滑性和彈性。 3）密封的填料沿軸向抱緊力應(yīng)均勻分布。鑒于以上分析，新型的填料密封結(jié)構(gòu)應(yīng)該是

65、一種能夠自動(dòng)根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的變化而變化密封力的填料密封結(jié)構(gòu)。改造后的填料密封結(jié)構(gòu)見圖10-1。 1 軸 2 泵蓋 3 軸封腔套 4 填料 5 壓蓋 6 彈簧 7 調(diào)節(jié)螺母 8 軸封腔套螺栓 圖10-1 填料密封 結(jié) 論 在此設(shè)計(jì)中，主要包括單級(jí)單吸清水離心泵的方案設(shè)計(jì)，離心泵基本參數(shù)選擇、離心泵葉片的水力設(shè)計(jì)、離心泵壓水室的水利設(shè)計(jì)、離心泵吸水室的水利設(shè)計(jì)。以及進(jìn)行軸向力及徑向力的平衡，最后要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 泵設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)就是泵的密封，本次設(shè)計(jì)采用的新式的填料密封，它可以根據(jù)壓力的改變來改變密封力的裝置，針對(duì)傳統(tǒng)填料密

66、封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與密封原理，分析了對(duì)密封填料加載所引起的密封填料受力的不合理性；從力學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)填料密封的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，提出了反向加力的新型填料密封的不足，使得填料密封的原理與結(jié)構(gòu)更為合理，其密封性能和使用壽命得到提高，有一定的參考價(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1] 王平山，韓建勇．離心清水泵填料密封設(shè)計(jì)改進(jìn)[J]．水泵技術(shù).2006, 2: 44-46 [2] 朱保林,張淑佳,林鋒,胡清波. 離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 水泵技術(shù), 2005, (02) ：21-254 . [3] 丁成偉．離心泵與軸流泵[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981． [4] 關(guān)醒凡．現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：宇航出版社，1995． [5] 沈陽水泵研究所．葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198. [6] 王世剛，林景凡，李世桓．互換性與質(zhì)量控制基礎(chǔ)[M]．北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1999． [7] 查森．葉片泵原理及水力設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998. [8] 朱玉峰. 離心泵葉輪繪型時(shí)葉片加厚的精確方法[J]河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),