474 單吸渣漿泵設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì),單吸渣漿泵,設(shè)計(jì),機(jī)械,密封 1單吸渣漿泵設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)摘 要離心式渣漿泵廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、冶金、電力、水利、交通等部門(mén)，主要進(jìn)行靜礦、尾礦、灰渣、泥沙等固體物料的水力輸送，但其過(guò)流部件的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，其主要破壞形式為過(guò)流部件洞穿和變形，過(guò)流部件的嚴(yán)重磨損，惡化了泵內(nèi)流動(dòng)特性及外特性，縮短了泵的實(shí)際使用壽命，使生產(chǎn)效率降低，加大耗能和設(shè)備的投資，進(jìn)而影響生產(chǎn)的發(fā)展。因此所設(shè)計(jì)的渣漿泵中采用多葉片數(shù)來(lái)減少單個(gè)葉片的磨損，適當(dāng)?shù)脑黾舆^(guò)流部件的厚度并采用高硬度的耐磨材料來(lái)來(lái)減小磨損，將葉輪入口的后蓋板設(shè)計(jì)為凸出的、由光滑圓弧組成的輪轂頭。采用機(jī)械密封來(lái)防止高壓液體從泵中漏出和防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)并用背葉片來(lái)平衡軸向力。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了渣漿泵的總體結(jié)構(gòu)，工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：葉輪 背葉片 機(jī)械密封 2Single suction slurry pump design and mechanical seal designAbstractThe slurry pump is the extensive applying in the coal, mineral mountain, metallurgy, electrical, water conservancy, transportation and so on. It is main to proceed the water power of the static mineral, tail mineral, ash grain, sediment solid material transportation. But its very serious over the abrasion that flow the parts. Its main breakage form is over flow the parts penetrate with transformation. Over serious abrasion that flow the parts，it is worsening the pump inside flows characteristic and outside characteristics, shorting the actual service life of the pump and making production efficiency lower, enlarging consumes the investment of the equipments, and then affecting the development of the production. It adopt many leaf's number to reduce the single abrasion of leaf's slice for this designing slurry pump, also increased combines over the thickness that flow the parts the high degree of hardness in adoption bears to whet the material to come to let up the wear and tear, and empressed an entrance covers plank design as to bulge and smooth hubcap head . Adopted the filler which is sealed completely to prevent the high pressure liquid to leak from the pump with keep air from entering to pump the inside counteract to carry on the back leaf's slice to equilibrium stalk face dint. This design was detailed to introduce the total construction that slurry pump, the work principle designs with the construction.Key words : impeller auxiliary impeller the filler seals3第 1 章 概論1.1 泵的定義及其用途“泵”這個(gè)名詞本身的意義說(shuō)明其作用是用來(lái)提水，而且在很長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期，這是它的唯一的用途。然而現(xiàn)在，泵的應(yīng)用范圍非常的廣泛而且多方面，以致把泵說(shuō)成是提水的機(jī)器就顯得很片面。出城市和工業(yè)供水外，泵還用于灌溉、水力蓄能、給水、運(yùn)輸?，F(xiàn)在有熱電廠用泵、船用泵、化工、石油、造紙、泥煤以及其它工業(yè)用特殊型式的泵?！∧壳埃鼭{泵的應(yīng)用范圍中，80%左右都是用在礦山行業(yè)選礦廠。由于礦石初選工況較為惡劣，因此在這一工段，渣漿泵的使用壽命普遍較低。當(dāng)然，不同的礦石，磨蝕性也不一樣。在洗煤行業(yè)，由于工況不同，較大煤塊，煤矸石容易堵塞，對(duì)于渣漿泵的設(shè)計(jì)要求很高?；幢钡V務(wù)局下屬某洗煤廠 05 年采用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的、替代原來(lái)從澳大利亞進(jìn)口的渣漿泵，至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，輸送較大煤塊、煤矸石無(wú)堵塞，使用磨損壽命超過(guò)了國(guó)外進(jìn)口泵。在海水選砂領(lǐng)域，渣漿泵應(yīng)用也開(kāi)始逐漸被客戶認(rèn)可。但是在海水里選砂，河道里挖沙，渣漿泵更容易被稱(chēng)為砂泵，挖泥泵。盡管叫法不一，但是從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和泵的性能原理上來(lái)講，都可以通稱(chēng)為渣漿泵。因此在這海水選砂中我們經(jīng)常稱(chēng)為砂泵，在河道清淤里面習(xí)慣上叫挖泥泵。渣漿泵的用途雖然廣泛，但是正確的應(yīng)用是十分重要的。渣漿泵由于其名稱(chēng)本身的局限性使得一些非本行業(yè)的人對(duì)此產(chǎn)生誤解，事實(shí)上，泥漿泵，雜質(zhì)泵，挖泥泵，清淤泵，等都在渣漿泵的應(yīng)用范圍。在渣漿泵的應(yīng)用過(guò)程中，一定要注意合理的設(shè)計(jì)正確。在很多的機(jī)器中，采用泵作為輔助裝置，以保證潤(rùn)滑。泵是應(yīng)用最廣泛的的機(jī)器之一，而且各種泵的結(jié)構(gòu)是是極為多樣的。因此，泵的定義可以說(shuō)成是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為所抽送液體的能量的機(jī)器。1.2 泵的分類(lèi)1.2.1 葉片式泵1、葉片式泵葉片式泵是由裝在主軸上的葉輪的作用，給液體以能量的機(jī)器。按其作用原理可作如下分類(lèi)： （1）離心泵： 離心泵主要是由離心力的作用，給葉輪內(nèi)的液體以壓力能和速度能，4進(jìn)而，在殼體或者導(dǎo)葉內(nèi)，將其一部分速度能轉(zhuǎn)變成壓力能，進(jìn)行抽送液體的泵。（2）軸流泵：軸流泵是由葉片的升力作用，給葉輪內(nèi)液體以壓力能和速度能，進(jìn)而，通常是在導(dǎo)葉內(nèi)，將其一部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽M(jìn)行抽送液體的泵。（3）混流泵：混流泵是介于離心泵和軸流泵之間，它是由離心力和葉片升力的作用，給葉輪內(nèi)的液體以壓力能和速度能，進(jìn)而，在導(dǎo)葉內(nèi)，將其一部分速度能轉(zhuǎn)變成壓力能，進(jìn)行抽送液體的泵。1.2.2 容積式泵1、容積式泵是由活塞、柱塞、以及轉(zhuǎn)子等的排吸作用，進(jìn)行抽送液體的機(jī)器。容積式泵大致分為往復(fù)泵和轉(zhuǎn)子泵。（1）往復(fù)泵：往復(fù)泵是由柱塞等的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行排送液體。其類(lèi)型有：活塞泵、柱塞泵和隔膜泵。（2）轉(zhuǎn)子泵：轉(zhuǎn)子泵是由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行排送液體液體的泵。下列泵屬于轉(zhuǎn)子泵：齒輪泵、螺桿泵、凸輪泵、滑片泵。1.2.3 特殊類(lèi)型的泵1、特殊類(lèi)型的泵這類(lèi)泵是指葉片式泵和容積式泵以外的特殊的泵。主要由以下幾種：旋渦泵、空氣揚(yáng)水泵、射流泵、粘性泵、電磁泵.第 2 章 泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 泵基本參數(shù)的確定2.1.1 泵吸入口和排除口的確定1、設(shè)計(jì)給定的基本參數(shù)是轉(zhuǎn)速 n=63m3/h2、泵吸入口和排除口的確定泵吸入口的確定主要取決于吸入管內(nèi)的流速 V0 。如果 V0 選取過(guò)小，則泵的體積增大，并可能影響泵的效率以及造成吸入管堵塞，而 V0 選取過(guò)大則會(huì)影響泵的的吸入性能并使磨損增加。取 V0=3.5m/sD= 04VQ?= 3605.?=79.8 mm式中 D——吸入口徑(mm)5Q——流量(m3/h)V0——吸入管內(nèi)的流速(m/s)根據(jù)法蘭連接取標(biāo)準(zhǔn)入口 D=80mm。一般來(lái)說(shuō)，低壓泵的吸入口徑和出口直徑是相等的，但是在壓力較高時(shí)，出于對(duì)管路系統(tǒng)投資經(jīng)濟(jì)性的考慮，泵的吸入口徑大于泵的吐出口徑，一般由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：D?=(1—0.7)D式中 ?——吐出口徑(mm)故 =80—56取標(biāo)準(zhǔn)直徑 65 mm比轉(zhuǎn)數(shù) ns=3.65?n Q0.5/h0.75=502.1.2 軸徑的初步計(jì)算根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)確定泵的轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)數(shù)、級(jí)數(shù)和結(jié)構(gòu)形式后，必須求出軸徑和輪轂直徑才能進(jìn)行水利元件的設(shè)計(jì)。 、首先求出軸功率，由以下公式：Ne= 10QH?=gs?= 360158.9.4?=2.76kw式中 H ——揚(yáng)程(m)s——介質(zhì)密度(kg/m3)?——重度(N/m3)Ne——有益功率 (kw)由公式 ?= Ne?62%式中 ? ——傳動(dòng)效率N ——軸功率(kw)N?e= 62.07=4.45kw取 N=4.45kw則電動(dòng)機(jī)功率 Nd=kN?6式中 Nd ——電動(dòng)機(jī)功率(kw)k——功率富裕系數(shù)，一般 k 取 1.1 —1.2（功率大使取小值）?——傳動(dòng)效率，皮帶傳動(dòng)為 0.95—0.98，直接傳動(dòng)時(shí)為 1。而渣漿泵選用皮帶傳動(dòng)，因?yàn)榭梢愿鼡Q皮帶直徑來(lái)較方便的改變泵的轉(zhuǎn)速，同時(shí)防止泵的渣漿體損壞泵。所以 Nd= ?kN= 96.05421?=5.56kw (k 取 1.2， ?取 0.96)從《機(jī)械零件》可以查得，可按下式計(jì)算泵軸傳遞的扭力矩M= nNd?97360= 148056.973=365.76kg?cm由扭矩初步計(jì)算最小軸徑，由材料力學(xué)可知d=3][2.0pM?式中 [p]——材料的許用切應(yīng)力(kg?cm)d ——最小軸徑 cm.由于泵軸的材料為 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，查得許用應(yīng)力為 50—60 MPa,這里取[p]=50MPad=3][2.0pM?=350.76=1.47cm由于泵在運(yùn)行中，除了承受扭矩外，還承受由渦室產(chǎn)生的徑向力，葉輪自吸及其由靜不平衡所引起的離心力，均會(huì)使軸產(chǎn)生彎曲，所以按扭矩公式計(jì)算的最小軸徑并非實(shí)際的最小軸徑。因此初選軸徑 35mm。 2.2 葉輪的水力設(shè)計(jì)2.2.1 葉輪的主要參數(shù)的選擇和計(jì)算HR 為揚(yáng)程比，如果用 H 表示泵抽送清水時(shí)的揚(yáng)程，Hm 表示抽送固液兩相液體時(shí)的揚(yáng)程，則 HR=m，當(dāng)泵抽送固液兩相液體時(shí)，影響泵的因素很多，如泵的流量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑、固體濃度、固體顆粒直徑、固體密度、固體顆粒粒度分布、混合物的粘性系數(shù)等等，但一般認(rèn)為其中最主要的影響因素有固體濃度、顆粒當(dāng)量直徑7和固體密度。幾個(gè)主要經(jīng)驗(yàn)公式列于下表 2-1：表 2-1作 者 HR 表 達(dá) 式CAVE0.0385?Cw(S-1) ( S4+1 )Ln(44d)VOCADLOCv ( S-1 )[0.167+6.02 250)1(Dd??]BURGESS 1-1(1- Cv)n; n=n(d, ?)SELLGREN 0.32Cw0.7CD0.25(S-1)07何希杰給出了 BURGESS 公式中的 n 的經(jīng)驗(yàn)公式：n=(0.21+ 35.1dLn)?S式中 d——為固體當(dāng)量直徑(mm)計(jì)算得 S=4.4由公式S= ?m式中 ——液相密度m——固相密度可得 ?m=4.4?103 1、葉輪的進(jìn)口直徑 D0在葉輪的進(jìn)口處有Vf-Vs=Uei……………………………( 1 )式中 Vf——液相速度(m/s)Vs——固相速度(m/s)Uei——臨界沉降速度 (m/s)根據(jù)瓦斯普提的計(jì)算公式可求得：Uei= dimsiCg???3)1(4………………( 2 )式中 Cdi——固體顆粒阻力系數(shù)，一般取 Cdi=0.2；dsi——固體顆粒的當(dāng)量直徑（m）8dsi=C?CDe ……………………………( 3 )式中 C——系數(shù)，一般取 C=0.2De——水流當(dāng)量直徑(m)De=KBe3nQ…………………………………( 4 )式中 KBe——修整系數(shù)，KBe=3.5 —4.5取 KBe=3.5將（4） 、 （3） 、代入（2）可解出臨界沉降速度 Uei.De=4?14806=0.091dsi=0.2 2.0?0.094=0.0084Uei= 2.013)(.9??=1.37m/s水的畸變速度 Vf 可由下式計(jì)算Vf= 24efDQ??………………………………（ 5 ）式中 Qf—水的流量(m3/s)Qf=(1-Cv)Q…………………………………( 6 )將（6）代入（5）可求得 Vf,將 Uei 、Vf 代入（1）可求得固體顆粒速度 Vs。Qf=(1-0.2)?63=50.4Vf= 360)9.(42?=2.02m/sVs= Vf-Uei=2.02-1.37=0.65m/s葉輪進(jìn)口處固體流動(dòng)的當(dāng)量直徑：Ds= sVQ??4…………………………………( 7 )式中 Qs—固體的流量（假定）Qs=Q-Qf………………………………………( 8 )9Ds= 3605.)4.(???=0.082葉輪進(jìn)口處液體流動(dòng)的當(dāng)量直徑：Df= vfVQ???4……………………………( 9 )式中 v?—泵的容積效率，可根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù) ns 和流量 Q 查得， v?=0.96，代入（9）Df= 96.032.145?=0.0959葉輪進(jìn)口直徑可用下式計(jì)算：D0 =2fsD?…………………………（ 10 ）=2)095.()8.(=0.127m圓整取 D0=130mm2、葉片進(jìn)口 D1 直徑可用下式計(jì)算一般情況下，流道中心線上葉片進(jìn)口直徑可用下式進(jìn)行計(jì)算：D1=kD0……………………………………（ 11 ）式中 k——系數(shù)，k=0.8—1.0，低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪取大值，計(jì)算得 D1=114mm。3、葉片數(shù) N一般取取 N=3—5，從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，為改善渣漿泵的通過(guò)性能， 應(yīng)盡量取 N=5。4、葉輪出口直徑 D2 ： 葉輪出口直徑 D2 的大小不但直接影響泵的揚(yáng)程，而且對(duì)泵的效率也有很大的影響，因?yàn)閴毫κ业乃p失大小直接與葉輪出口的絕對(duì)速度有關(guān)。為了減小壓水室的水力損失，應(yīng)當(dāng)在在滿足設(shè)計(jì)參數(shù)的條件下使葉輪出口的絕對(duì)速度最小，并以次來(lái)確定葉輪的出口直徑 D2。查資料的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定 D2：對(duì)于 N=5, D2=8.91( 10sn)-0.585Du對(duì)于 N=4, D2=9.23(s)-0.474Du對(duì)于 N=3, D2=9.6( 10sn)-0.525Du10Du=3nQ= 148063?=0.023m所設(shè)計(jì)的渣漿泵的 N=5D2=8.91( 105)-0.535 0.023=0.296m圓整取 D2=300mm 5、葉片的進(jìn)口寬度 b1 出口寬度 b2 渣漿泵葉輪葉片一般作成等寬度葉片，主要考慮固體顆粒的通過(guò)性能，為了考慮固體顆粒堵塞流道和減輕磨損，所設(shè)計(jì)的渣漿泵葉片出口處的寬度 b2 略大于 b1，一般b2 可用下式進(jìn)行計(jì)算：b2=kb2 cvkC?1)- 6 ?3nQ………………………( 12 )式中 kb2—系數(shù)，kb2=1.35—1.85，輕型渣漿泵取小值，重型渣漿泵取大值。kc=Cv+(1- Cv) fsV?=0.2+(1-0.2) 02.65=1.13b2=1.5?( 13.?)- 6 ?31480=36mmb1=1.2 36=44mm6、葉片進(jìn)口安放角 1??1= ′+?式中 ′——入口液流角——沖角，一般取 5o—10o,主要考慮提高泵的吸入性能和通過(guò)性能。?′可由下式進(jìn)行計(jì)算：11tg?′=1muV?式中 u1 ——計(jì)算點(diǎn)液體的圓周速度(m/s)Vu1 ——計(jì)算點(diǎn)液體絕對(duì)速度的圓周分量 (m/s)Vm1——計(jì)算點(diǎn)液體的軸面速度(m/s)對(duì)于直錐形吸入室 Vu1=0u1=160Dn?=3.480?= 8.83 m/sVm1= 01???bDQ式中 —容積效率，一般取 0.9—0.95，這里取 0.91—排擠系數(shù)，取 1?=1-0.04 N=0.8所以 Vm1 = 3609.84.0.36??=1.698m/stg ?′= 83.691=0.19所以 ′=10o 1?= ′+?=10o+15o= 25o 7、葉片出口安放角 2?在確定葉片出口角時(shí)應(yīng)考慮泵的比轉(zhuǎn)數(shù)、對(duì)特性曲線形狀的要求以及流道的擴(kuò)散程度等。一般取 2=20o—30o,取 2=20o 。8、葉片包角 ?12為保證葉片安放角線性變化，或者變化較為平緩，包角 ?對(duì)應(yīng)不同比轉(zhuǎn)數(shù)的泵有不同的最佳值。由兩相流理論推導(dǎo)出的計(jì)算式在實(shí)踐中的效果良好，可以滿足泵的要求。?= o+?式中 =3o—10o?o= ??2360ln1??tgr式中 r1 ——葉片出口直徑（mm）r2——葉片進(jìn)口直徑(mm)o =130o9、葉片厚度 2?通常取 =2—4mm.取 2=4mm計(jì)算葉片出口圓周厚度 ：?= 22sin1??ctg?式中 ——葉輪出口軸面截線與流線的夾角，常取 2?=70o—90o,取 2?=80o?=4 octg80sin12?=11.87mm10、前、后蓋板的形狀和厚度葉輪的蓋板的磨損較為嚴(yán)重，尤其是后蓋板與葉片進(jìn)口邊相交處，暫取前、后板的厚度均為 8mm，設(shè)計(jì)葉輪入口處前蓋板的軸面為一個(gè)圓弧，可有效減小脫流，并減小渣漿對(duì)后蓋板的沖擊。葉輪入口后蓋板處的形狀對(duì)減小該處的磨損有明顯的影響。高硬度耐磨材料，葉輪入口后蓋板應(yīng)該有凸出的、由光滑圓弧形成的輪轂頭。11、葉片繪圖當(dāng)葉輪主要幾何尺寸確定后，即可進(jìn)行葉片繪型。葉片采用變角螺旋線型，其特點(diǎn)是數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，葉片包角可自由選擇，并在任意包角下保持葉片角的均勻變化，便于優(yōu)化設(shè)計(jì)，其線型符合葉輪中固體的運(yùn)動(dòng)的軌跡，損失小，磨損均勻，是目前最新型的圓柱型葉片。其數(shù)學(xué)表達(dá)式：13r=r1 ]1[12?????tgktgke????????式中 k =ln)(112tgrt? =25o2=20or1 ——葉片出口直徑r2 ——葉片進(jìn)口直徑?——葉片包角計(jì)算得 k=0.55因此r=57]46.01306.[15.????????koe?將包角六等分 1=21.67o2?=43.33o3=65o4=86.67o5?=108.33o分別帶入公式得：1?r=50mm2=58mm3?r=70mm4=116mm5?r=148mm14根據(jù)以上的數(shù)據(jù)繪葉片投影如下：12、背葉片的設(shè)計(jì)：（1）背葉片的作用： 背葉片可減小填料處的壓力，有利于填料密封，并可以減小泵的軸向力。（2）背葉片的片數(shù)： 背葉片通常取 8—13 枚，或者為葉片數(shù)的兩倍，由于葉輪片的數(shù)目為 5，因此取背葉片的數(shù)目為 10。（3）背葉片高度：通常為了保證泵的性能，將前端間隙調(diào)至最小，這樣，后背葉片與后蓋板的間隙增大，為了使后背葉片有較好的密封效果，其高度應(yīng)較前背葉片大，一般為前葉片的高度的兩片以上。背葉片出口附近的線速度及濃度較高，為了減小該處與對(duì)應(yīng)的前后護(hù)板處的磨損，背葉片出口附近有一定的傾斜度，傾斜范圍又葉輪半徑的 32到葉輪外圓，出口處背葉片的高度為總高度的 21到 3。故后背葉片的高度： h1=(0.2—0.45)b2b2 =36mm,取 h1 =10mm前背葉片的高度：h2 = (0.5—0.35) h1圖 2—1 葉片投影取 h2 =4mm （4）背葉片的形狀：設(shè)計(jì)采用楔形的平面形狀。（5）背葉片的寬度：背葉片的寬度取 6mm 。（6）背葉片的磨損：由于葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，背葉片的區(qū)域內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)大顆粒固體，但細(xì)小的顆粒濃度隨半徑增大而增加，所以背葉片的厚度由小半徑到大半徑遞增，背葉15片的磨損比葉片磨損輕，可較薄，葉輪前端間隙磨損后，泄露量會(huì)增加，前背葉片區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)大顆粒固體，加快背葉片的磨損，所以所設(shè)計(jì)前背葉片的厚度比厚背葉片的厚度大。 2.3 壓水室的設(shè)計(jì)（1）基圓直徑 D3D3=（1.05—1.20）D2故取 D3=330mm（2）進(jìn)口寬度 b3：b3 =（ b2+ 1?+ 2）+C1= (36+8+8+14)+20= 86mm式中 1?， 2 ——葉輪前后板的厚度，包括前后背葉片的厚度。 C1 ——系數(shù)，C1=5—20，渣漿泵取大值。（3）隔舌安放角的設(shè)計(jì)： 隔舌不僅對(duì)泵的性能，而且對(duì)護(hù)套的抗磨性有顯著的影響。隔舌處的渣漿流速較高，渣漿腐蝕性能越強(qiáng)，隔舌距葉輪的距離因該越大，該距離越大，偏離最佳工況時(shí)葉輪承受的徑向力越小，泵的性能曲線越平坦，高效區(qū)越寬，泵的最佳效率越低，在最佳的效率點(diǎn)以下的范圍內(nèi)，隔舌間隙處環(huán)流量大，泵在小流量時(shí)，隔舌的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，尤其是重型泵，隔舌頭部應(yīng)設(shè)計(jì)成圓弧狀，圓的半徑應(yīng)適當(dāng)，過(guò)小一則不抗磨，二則在變工況時(shí)易脫流，過(guò)大則效果不好，而且易遭受大顆粒的高速大沖角碰撞，同時(shí)產(chǎn)生較大的繞流速度。 （4）渦室斷面面積先求出渦室畸變速度 V3f，固體顆粒速度 V3s ,然后求出水流過(guò)流面積 F3f 和固體過(guò)流面積 F3s , 則渦室第Ⅷ斷面面積為： FⅧ=F3f+ F3s…………………………………( 1 )采用等速度法，即渦室各個(gè)斷面的速度相等，可求出渦室中的介質(zhì)速度： V3=Kv3 gH2………………………………( 2 )=0.5?358.9=13.1m/s由兩相流原理得： 2323Vsf??……………………………… ( 3 ) 16V3f-V3s =uei…………………………………( 4 )聯(lián)立兩式 V3f=9.92m/sV3s=8.55m/sF3f= 92.3608??sfVQ=1.4 10-3m2F3s= sV3= 5.8602?=0.4 10-3m2FⅧ=F3f +F3s =1.8 10-3 m2由于介質(zhì)從葉輪均勻流出，故斷面面積均勻變化。F1 = 87FⅧ=1.575 ?10-3F2 = 86FⅧ=1.35 ?10-3F3 =5Ⅷ=1.125 10-3F4 = `84FⅧ=0.9 ?10-3F5 = `3Ⅷ=0.675 10-3F6 = 82FⅧ=0.45 ?10-3F7= 1Ⅷ=0.225 10-3在求得以上的數(shù)值后，就可以按螺旋形渦室的繪圖方法繪出平面圖和軸面圖，軸面圖個(gè)斷面根部可以根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝要求修圖。（5）螺旋形渦室的繪圖計(jì)算完以上的尺寸后，就可以繪制圖紙了，在繪型時(shí)，既要考慮計(jì)算時(shí)所選定的尺寸，又要考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性。在繪型時(shí)可能由于結(jié)構(gòu)的需要而對(duì)尺寸做必要的修改。繪型具體步驟如下：1、在平面圖上畫(huà)出坐標(biāo)軸，并作基圓。172、作渦室 8 個(gè)斷面的位置，個(gè)斷面間夾角均為 45o。3、做出軸面圖的寬度，并以此寬度作梯形，使等腰梯形面積大于 VⅧ斷面面積。梯形兩邊的延長(zhǎng)線的夾角不大于 60o，一般取 30o 到 40o,比轉(zhuǎn)數(shù)大，此角可取大些，反之，取得小些。低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可取為正方形。取夾角為 32o,4、按結(jié)構(gòu)和工藝要求，將梯形的四個(gè)角修圓，修圓后的梨形面積等于計(jì)算的 FⅧ。5、在軸面上依次作出第Ⅶ、Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ斷面，方法同上，在作圖時(shí)應(yīng)使渦室各斷面的徑向高度和修圓的半徑有規(guī)律的變化。6、將各個(gè)斷面的徑向尺寸移到平面圖的相應(yīng)斷面上。7、將各斷面的頂點(diǎn)用圓弧光滑連接，然后逐點(diǎn)用圓弧光滑連接各斷面頂點(diǎn)，成為螺旋行渦室輪廓線。8、做泵舌安放角，此角與螺旋形渦室輪廓線的交點(diǎn)即為泵舌的位置。9、作擴(kuò)散管部分。擴(kuò)散管應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散角，還有標(biāo)準(zhǔn)的吐出徑。擴(kuò)散管出口的中心線與渦室軸線的距離應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)選定，并使擴(kuò)散管與渦室螺旋線和泵舌光滑連接。擴(kuò)散管長(zhǎng)度取整數(shù)。圖 2—2 泵體斷面圖螺旋形渦室斷面尺寸標(biāo)注法：圖 2—3 螺旋形渦室斷面18（6）護(hù)套的設(shè)計(jì)1、護(hù)套的斷面形狀：由于葉輪出口處較寬、前后蓋板厚度較大，加之有背葉片，也就決定了護(hù)套的進(jìn)口寬度較大。為了保證泵的性能，護(hù)套各過(guò)流斷面的面積應(yīng)適當(dāng)，另外，為了不使渣漿顆粒在護(hù)套外壁集中，該壁面應(yīng)為直線，綜上所述，護(hù)套各斷面形狀應(yīng)為矩形。2、護(hù)套的性能：護(hù)套的性能與葉輪的性能基本上確定了泵的性能，通常，葉輪所產(chǎn)生的揚(yáng)程隨渣漿濃度的增加而下降，護(hù)套的阻力隨濃度的增加而增加，尤其是重型泵。使得泵的性能發(fā)生變化，渣漿濃度越高，泵的揚(yáng)程越低，同時(shí)最佳的效率點(diǎn)向小流量移動(dòng)。為了保證泵的性能，隨著要求輸送濃度的增加，護(hù)套斷面的尺寸應(yīng)加大，以減小護(hù)套的流速和阻力，如果護(hù)套的寬度不變，需要加大徑向尺寸，加大量又所輸送的渣漿性質(zhì)定，渣漿的腐蝕性越強(qiáng)，徑向尺寸越大，反之越小。（7）護(hù)套與隔板的間隙護(hù)套與護(hù)板間隙處經(jīng)常受到渣漿的嚴(yán)重磨損，該間隙傾斜的角度越小，間隙值越小，間隙 長(zhǎng)度越大越抗磨。另外，護(hù)板裝入護(hù)套后應(yīng)該有一定的伸出量，這樣自葉輪流出的渣漿不會(huì)直接沖刷間隙，就可以有效的降低間隙的磨損。 （8）壁面的磨損渣漿泵輸送的介質(zhì)含有固體顆粒，因而磨損是渣漿泵面臨的主要問(wèn)題之一，解決磨損問(wèn)題的途徑有三條：一是選用適當(dāng)?shù)牟牧?，二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)使得易磨損部件便于更損部位進(jìn)行加強(qiáng)；三是合理地進(jìn)行過(guò)流部件的水力設(shè)計(jì)。水泵中由于流體的機(jī)械作用而造成的磨損可以分為三類(lèi)：一是流體中所含固體顆粒的沖擊造成的摩擦損傷，二是汽蝕損傷，三是損傷和腐蝕共同作用而造成的損傷。摩擦損失常見(jiàn)于葉輪、渦室及管道的彎曲部分。Roco 對(duì)輸送兩相流體的固體顆粒的磨損機(jī)理進(jìn)行了研究，提出了三種模型。一是固體顆粒以較大的角度與壁面強(qiáng)烈沖擊而造成的沖擊損傷，這種損傷在陶瓷等脆性材料中容易發(fā)生。二是由于流道壁面附近的許多固體顆粒的長(zhǎng)期反復(fù)沖擊而造成的疲勞損傷。三是固體顆粒比較小的角度沿壁面運(yùn)動(dòng)而造成的切削損傷，它容易發(fā)生在韌性較好的金屬材料上。磨損與固體顆粒的硬度有很大的關(guān)系，當(dāng)固體顆粒的硬度接近或超過(guò)壁面材料的硬度時(shí)，磨損急劇增加。當(dāng)液流的流速增加時(shí)，磨損也隨之增加，查有關(guān)資料介紹，沖擊損傷與流速的 2～6 方成正比，切削損傷于流速的 2.3 次方成正比。另外，液流中固體顆粒的含量增加時(shí)磨損也會(huì)增加。防止沖擊損傷可以采用韌性材料，而增加材料的硬度可以減小切削損傷。目前常用的耐磨材料有高 Cr 鑄鐵，在介質(zhì)具有腐蝕時(shí)可以采用不銹鋼，鎳合金，鈦合金等。在流道內(nèi)橡膠襯里也是經(jīng)常采用的方法。值得注意的是，陶瓷材料作為耐磨材料近年來(lái)獲得了廣泛的應(yīng)用。19第 3 章 徑向力與軸向力的平衡3.1 徑向力及其平衡在設(shè)計(jì)螺旋形泵時(shí)，通常認(rèn)為流體從葉輪均勻流出，并在渦室中做等速運(yùn)動(dòng)。因此，螺旋形渦室是在一定的設(shè)計(jì)流量下，為了配合一定的葉輪而設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)流量下，渦室可以基本上保證流體在葉輪的周?chē)龅人龠\(yùn)動(dòng)，因此葉輪周?chē)鷫毫Υ篌w上是均勻分布的，在葉輪上也不產(chǎn)生徑向力，葉輪和渦室是一致工作的。然而，當(dāng)造成葉輪和渦室協(xié)調(diào)工作的條件—流離發(fā)生變化時(shí)，即泵在大流量或者是大于小流量下工作時(shí)，葉輪和渦室協(xié)調(diào)的一致性就遭到破壞，在葉輪周?chē)黧w流動(dòng)速度和壓力分布變得不均勻，便形成了作用在葉輪上的徑向力。在設(shè)計(jì)流量時(shí)，渦室內(nèi)的流體流動(dòng)速度和流體流出葉輪的速度基本是一致的，因此從葉輪流出的流體能平順地流入渦室，所以在葉輪周?chē)黧w的流動(dòng)速度和壓力是分布均勻的，此時(shí)沒(méi)有徑向力，在小于設(shè)計(jì)流離時(shí)，渦室內(nèi)的流體流動(dòng)速度一定減慢。但是，從葉輪出口三角形中可以看出，在小于設(shè)計(jì)流離時(shí)流體流出葉輪的速度不是減小，反而增加了，方向也發(fā)生了變化。一方面渦室里流動(dòng)的速度減慢，另一方面葉輪出口處流動(dòng)的速度增加，兩方面就發(fā)生了矛盾，從葉輪里流出的液體，再不能平順地與渦室內(nèi)流體匯合，而是撞擊在渦室內(nèi)的流體上。撞擊的結(jié)果，使流出葉輪流體的流動(dòng)速度下降到渦室里的流動(dòng)速度，同時(shí)，把一部分動(dòng)能通過(guò)撞擊傳給渦室內(nèi)的流體，使渦室里流體的壓力增高。流體從渦室前端流到渦室后斷的過(guò)程中，不斷受到撞擊，不斷增加壓力，致使渦室里壓力的分布曲線成為逐漸上升的形狀。壓力分布不均勻是行成徑向力的主要原因。同樣的分析，也可以說(shuō)明在大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，渦室里流體壓力是不斷下降的。渦室里流體的壓力，對(duì)流出葉輪的流體其著阻礙作用，由于壓力的均勻，流體流出葉輪的速度是不一致的，因此，葉輪周?chē)芰黧w流出的反沖力是不均勻的，這是形成徑向力的次要原因，這是伴隨壓力分布不均勻而產(chǎn)生的。在計(jì)算軸和軸承時(shí)，必須考慮作用在葉輪上徑向力，因?yàn)楸貌粫?huì)總是在設(shè)計(jì)流量下工作在起動(dòng)和停車(chē)時(shí)甚至要在流量下工作。渦殼式離心泵的葉輪上的徑向力，可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P=0.36(1- 2dQ)HBD2?20式中 P ——作用在葉輪上的徑向力（公斤） Q ——實(shí)際工作流量(m3/h)Qd ——設(shè)計(jì)流量(m3/h)H ——泵的揚(yáng)程（米）B ——葉輪出口總寬度（包括前后蓋板）(米)D2 ——葉輪外徑（米）? ——液體重度（公斤/米 3）如果在 50%的設(shè)計(jì)流量下進(jìn)行的話，則計(jì)算的結(jié)果如下：P=0.36?(1-0.25) 35?0.085 0.3 4.6?10 3=1108 公斤有時(shí)，徑向力會(huì)使軸產(chǎn)生較大的撓度，甚至使密封環(huán)、級(jí)間套和軸套產(chǎn)生研磨而損壞，同時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)著的軸，徑向力是個(gè)交變載荷，會(huì)使軸因疲勞而破壞。因此，消除徑向力和減輕徑向力對(duì)軸的作用的十分必要的。將渦室分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的部分，既構(gòu)成平常所說(shuō)的雙層渦室或雙渦室，在雙渦室里，雖然在每個(gè)渦室里的壓力分布仍是不均勻的，但由于兩個(gè)渦室相互對(duì)稱(chēng)，作用在葉輪上的徑向力是互相平衡的。3.2 軸向力及其分析離心泵是泵產(chǎn)品中及其重要的一種，約占各種泵的 70%，其作用范圍是相當(dāng)?shù)拇?，而且?yīng)用面較廣，既然泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著如此巨大的作用，那么保證泵的順暢運(yùn)行就顯得尤為重要了，但根據(jù)對(duì)離心泵的調(diào)查，離心泵故障停機(jī)檢修多半是由軸封失效和軸承損壞所至，而軸封和軸承壽命均與泵的軸向力的大小有密切的關(guān)系，因此，泵的軸向力的研究具有十分重要的價(jià)值，只有準(zhǔn)確的了解泵的軸向力的大小并掌握其變化規(guī)律，以致最終做到對(duì)軸向力大小的控制，才能恰當(dāng)?shù)倪x擇軸承和密封，使泵的運(yùn)行可靠性得以提高，從而減少泵的故障停機(jī)檢修，延長(zhǎng)泵的壽命，提高泵的利用率，這無(wú)疑具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。長(zhǎng)期以來(lái)，離心泵的軸向力一直是泵的行業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的問(wèn)題，然而人們對(duì)離心泵軸向力認(rèn)識(shí)的現(xiàn)狀正象一些專(zhuān)著中所指的那樣， “軸向力既難準(zhǔn)確計(jì)算又難準(zhǔn)確測(cè)量” ，目前，對(duì)于離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的軸向力的原因，認(rèn)識(shí)幾乎是一致的，但是按照不同的計(jì)算出的軸向力的值，有時(shí)還是相差很大的，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上實(shí)測(cè)的軸向力甚至比最大計(jì)算值還要大很多，由于軸向力對(duì)離心泵的設(shè)計(jì)和運(yùn)行質(zhì)量影響很大，21因此，定量的了解軸向力的大小并盡可能的減小它，是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。分析泵內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)，應(yīng)在流體力學(xué)一般原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并考慮有關(guān)技術(shù)科學(xué)的部門(mén)，如水輪機(jī)、航空、壓縮機(jī)以及其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)研究成果，葉片泵的理論基礎(chǔ)是直接由流體力學(xué)的基本原理推演出來(lái)的規(guī)律。從泵的技術(shù)發(fā)展觀點(diǎn)來(lái)看，液體運(yùn)動(dòng)的很多問(wèn)題是很有趣的，但還沒(méi)有充分的理論分析，主要是目前的數(shù)學(xué)、流體力學(xué)發(fā)展還不是很充分。軸向力產(chǎn)生的原因是由于葉輪在液流內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，沿每個(gè)葉片的兩邊產(chǎn)生壓力差，所以，葉輪和液流產(chǎn)生力的相互作用。葉片對(duì)液流的壓力造成了液流的強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)及其移動(dòng)，增加了液流的壓力和速度，既增加了機(jī)械能。同時(shí)，液流對(duì)葉輪的前后蓋板以及暴露于液流中的轉(zhuǎn)子其他部分均會(huì)產(chǎn)生力的作用，泵腔中運(yùn)動(dòng)流體對(duì)轉(zhuǎn)子壓力分布的積分結(jié)果表現(xiàn)為對(duì)轉(zhuǎn)子的一個(gè)很大的作用力，此力消除了徑向分量，還有軸向分量。根據(jù)目前為止的研究，一致認(rèn)為產(chǎn)生的軸向力有幾個(gè)方面的原因，意識(shí)離心泵葉輪的前后蓋板受液體壓力的面積的大小不等，前后泵腔中 液體的壓強(qiáng)分布也不盡相同，因此，作用于兩蓋板上的流體壓力以及作用于吸入口的流體壓力在軸向上不能平衡，造成軸向的分力，這個(gè)軸向的分力是軸向力的主要組成部分。二是由于液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其速度大小及方向均不同，液體動(dòng)量的軸向分量發(fā)生了變化。根據(jù)動(dòng)量定理，在軸向作用了一個(gè)沖力，或稱(chēng)為動(dòng)反力，這個(gè)作用在葉輪上的力也是軸向力的組成部分。對(duì)于懸臂式葉輪，由于吸入壓力與大氣壓力不同而引起軸向力，其方向視具體情況而定，對(duì)于立式離心泵，轉(zhuǎn)子的重量也是軸向力的組成部分。3.3 軸向力的平衡在大多數(shù)情況下，泵內(nèi)的軸向力值是比較大的。因此，必須設(shè)法平衡或者消除作用在葉輪上的軸向力，否則，它將使轉(zhuǎn)子竄動(dòng)甚至與固定零件接觸，造成零部件損壞，如果止推軸襯能可靠地受軸向推力，這將是最有效的解決方法。但由于軸向力通常較大，用止推軸襯來(lái)平衡就會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。所以，最好的辦法是用水力方法來(lái)平衡部分或者是全部軸向力。但是，按目前的觀點(diǎn)，只有在降低離心泵效率的情況下才能做到這一點(diǎn)。在單級(jí)離心泵內(nèi)，通常采用下述兩種方法之一來(lái)減小或者是消除軸向推力，第一種方法是在單吸葉輪后蓋板上也設(shè)密封環(huán)，這樣在葉輪背面形成一個(gè)平衡室，室內(nèi)壓力通過(guò)后蓋板上的平衡孔或者專(zhuān)用的回水管與葉輪入口壓力平衡，平衡孔總面積或卸荷管斷面應(yīng)比密封環(huán)間隙面積大四倍。采用卸荷管的方法在結(jié)構(gòu)上比采用平衡孔的方法要好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用平衡孔后流經(jīng)后蓋板上的平衡孔的液體流動(dòng)方向與葉輪入口處液流的方向相反，破壞了葉輪入口處的液流分布。著兩種方法都會(huì)增加22容積損失。為了保證完全軸向力，還必須采取一定的措施。第二種法是在后蓋板上加背葉片，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，用背葉片減小葉輪和泵體間腔室內(nèi)的壓力。很明顯，第一種方法會(huì)使泵的容積損失增加一倍，而在密封環(huán)磨損時(shí)，容積損失還要加大。第二種方法需要一定的附加功率，此附加功率并不隨時(shí)間變化，對(duì)輸送含有固體雜質(zhì)的流體的流體來(lái)說(shuō)，這種方法比第一種方法更為經(jīng)濟(jì)而有效。3.4 用背葉片平衡軸向力采用背葉片平衡軸向力需要消耗一些功率，但是通常認(rèn)為這個(gè)功率值不會(huì)超過(guò)采用平衡孔所產(chǎn)生的泄露量而消耗的功率。該功率值與背葉片外徑的平方成正比，與背葉片的平均寬度成正比。因此，為了達(dá)到同樣的平衡，希望適當(dāng)?shù)販p小背葉片的外徑而增加其寬度，為了減小背葉片消耗的功率，計(jì)算中的背葉片的寬度可以事先給定。通過(guò)分析軸向力產(chǎn)生的原因及理論計(jì)算方法，闡明了要從理論上準(zhǔn)確計(jì)算離心泵的軸向力在目前還是可能的。現(xiàn)行的一些計(jì)算公式是在經(jīng)過(guò)適當(dāng)簡(jiǎn)化后得出的，雖然它們各自在不同側(cè)面突出了問(wèn)題的主要方面，但均不能準(zhǔn)確的表達(dá)軸向力，只能對(duì)軸向力的大小做出大小的估計(jì)。用背葉片平衡軸向力的公式同樣是如此，也是建立在 許多假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)的公式上的，同樣不能精確的描述背葉片平衡軸向力的真實(shí)情況。因此只能用實(shí)驗(yàn)研究測(cè)量其準(zhǔn)確性。第 4 章 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算4.1 引言 對(duì)于離心泵的零件，特別是對(duì)過(guò)流部件來(lái)說(shuō)，耐汽蝕、沖刷化學(xué)腐蝕和電腐蝕也是十分重要的。因此要進(jìn)行校核，但由于泵的一些零部件形狀不規(guī)則用一般的材料力學(xué)的公式難以解決這些零部件的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。在工作過(guò)程中，離心泵零件受外力的作用，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(lái)反抗變形和破壞。一般，把零件抵抗變形的能力叫剛度，把零件抵抗破壞的能力叫做強(qiáng)度。為了提高泵的使用性能和壽命，應(yīng)該盡量使這些尺寸大些，但另一方面，在實(shí)際中，又希望泵的零件盡可能的小，而且成本低，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 要滿足這兩方面的矛盾，合理的確定離心泵的零件的尺寸和材料，這樣既滿足要求，又可以合理的使用材料的。234.2 葉輪的強(qiáng)度的計(jì)算葉輪的強(qiáng)度可以分為葉輪蓋板的強(qiáng)度、葉片強(qiáng)度和輪轂強(qiáng)度的計(jì)算4.2.1 葉輪強(qiáng)度計(jì)算離心泵不斷的向高速化方向發(fā)展，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速提高后，葉輪因離心力而產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之提高，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)一定的數(shù)值后，就會(huì)導(dǎo)致葉輪的損壞。在計(jì)算的過(guò)程中可以把葉輪簡(jiǎn)化為一個(gè)圓盤(pán)（即將葉片對(duì)葉輪概板的影響忽略不計(jì)） 。計(jì)算分析表明，對(duì)于旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)來(lái)說(shuō)，圓周方向的應(yīng)力應(yīng)該是主要的，葉輪圓周方向的速度于圓周方向的應(yīng)力近似的滿足以下的關(guān)系：?=104 gm?2?式中 ——葉輪材料的重度（MPa） ，對(duì)于鑄鐵葉輪來(lái)說(shuō) m?=.0073（MPa） ，對(duì)于鑄鋼來(lái)說(shuō) m?=0.0078（MPa） ，對(duì)于銅葉輪來(lái)說(shuō) m?=0.0088（MPa） ；2?——葉輪圓周速度（米/秒）g ——重力加速度，一般取 980（厘米/秒 2）2= ?kH=1.1 358.92?=28.8m/s所以 ?=104 9078.?（28.8）2= 66 而許用應(yīng)力[ ]=250～350 ，因此滿足條件，經(jīng)驗(yàn)表明鑄鐵葉輪的圓周速度可以最高可以達(dá)到 60 米/秒左右，因此，單級(jí)揚(yáng)程可以達(dá)到 200 米左右，鑄鋼葉輪的圓周速度可以達(dá)到 110 米/秒左右，因此，單級(jí)揚(yáng)程可以達(dá)到 650 米/ 秒左右。如果葉輪的圓周速度沒(méi)有超過(guò)上述的范圍，則葉輪蓋板的厚度可有由結(jié)構(gòu)與工藝上的要求決定，懸臂式泵和多級(jí)泵的葉輪蓋板的厚度一般可以由下表選取，對(duì)于雙級(jí)泵的葉輪蓋板的厚度可以比表中推薦的值大 31到一倍。葉輪的直徑為 300mm ，考慮到渣漿泵的耐磨性，可取蓋板的厚度為 10mm .表 4—1 葉輪蓋板厚度表葉輪直徑 100～180 181～250 251～520 >52024（mm）蓋板厚度(mm)4 5 6 74.2.2 葉片厚度的計(jì)算為了擴(kuò)大葉輪流道的有效過(guò)流面積，希望葉片越薄越好；但如果葉片選擇的過(guò)于薄，在鑄造上有一定的困難，而且從強(qiáng)度方面考慮，葉片也需要有一定的厚度。目前，鑄鐵的葉輪的最小葉片的厚度為 3 到 4 毫米，鑄鋼葉片的最小厚度為 5 到 6 毫米，葉片也不可以選擇的太厚，葉片太厚降低效率，惡化泵的汽蝕性能。大泵的葉片厚度要適當(dāng)?shù)募雍褚稽c(diǎn)，這樣對(duì)延長(zhǎng)泵的壽命有好處表 4—2 葉片厚度的經(jīng)驗(yàn)公式比 轉(zhuǎn) 數(shù)40 60 70 80 90 130 190 280材料 系 數(shù) k鑄鐵 3.2 3.5 3.8 4.0 4.5 6 7 10鑄鋼 3 3.2 3.3 3.4 3.5 5 6 8葉片厚度，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：S=kD2 zH+1=3.2?0.3 53+1= 3.53mm所以選葉片的厚度符合強(qiáng)度要求4.2.3 輪轂強(qiáng)度的計(jì)算對(duì)于一般離心泵，葉輪和軸是動(dòng)配合，大型鍋爐給水泵和熱油泵等產(chǎn)品，葉輪和軸是靜配合，為了使輪轂和軸的配合不松動(dòng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸和葉輪配合的最小公盈，在葉輪輪轂處有離心力所引起的應(yīng)力變形可近似地按照下面公式計(jì)算：?D= E?Dc式中 E ——彈性模數(shù)（MPa） ，對(duì)于鑄鐵 E=1.3?106Dc ——葉輪輪轂平均直徑（厘米）,Dc=6cm25?D ——由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形（厘米） ，D 應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈 ?min ,即 D〈 min ?D= E?Dc= 6103.549?106=0.0018mm葉輪與軸配合的最小公盈 ?min=0.0025mm ,符合條件。4.3 泵體強(qiáng)度的計(jì)算常用的離心泵的泵體有渦室和中段兩種，耐磨離心式渣漿泵采用螺旋行渦室。下面介紹渦室的計(jì)算方法。渦室壁厚的計(jì)算方法：渦室是離心泵中較大的零件，并承受高壓液體作用。所以，渦室除了應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性以外，為了保證運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，還必須有足夠的剛度。在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中，雖然由于渦室的的強(qiáng)度夠了，但由于剛度不夠，在加工、實(shí)驗(yàn)、存放的過(guò)程中發(fā)生了變形，影響離心泵的運(yùn)行和裝配。目前，一般低壓和中壓泵的渦室均以鑄鐵制造，實(shí)踐表明，如果泵體的壁厚超過(guò)了40 毫米，在鑄造時(shí)容易產(chǎn)生疏松現(xiàn)象。所以，對(duì)吐出壓力大于 50（公斤/厘米 2）的泵，很少采用鑄鐵泵體，一般采用高強(qiáng)度鑄鐵、鑄鐵或者是合金剛鑄造。由于渦室的形狀不規(guī)則，很難的計(jì)算渦室的內(nèi)應(yīng)力，現(xiàn)推薦下列公式：S=Scq HQ?][?式中 S ——渦室壁厚（厘米）[ ] ——許用應(yīng)力 （MPa） ，在上式中，鑄鐵的使用應(yīng)力 100～150 MPa，鑄鋼的許用應(yīng)力 200～250 MPa,比轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)取大值。Scq ——渦室的當(dāng)量壁厚，可由下式計(jì)算：26Scq= sn154+0.0084ns+7.2=30.9+0.42+7.2=38.52mS= Scq HQ?][?=38.52 35062=6.5mm由于考慮渣槳泵的耐磨性，可以將渦室壁厚取為 10mm .4.4 泵軸的校核4.4.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核軸的扭轉(zhuǎn)條件為： T?=W= 32.095dnP??[?]R Mpa式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（Mpa）T ——軸所受的扭矩（Nm）WT ——軸的抗扭截面系數(shù)（mm3）N ——軸的轉(zhuǎn)速 （r/min）P ——軸傳遞的功率（ Kw）d —— 計(jì)算截面處軸的直徑（mm） 查 45 號(hào)鋼的許用應(yīng)力[ ?]R=30Mpa則 T=W= 352.01486.9?=4.18 Mpa4.18MpaS=1.4,故滿足要求。4.4.6 軸的剛度校核計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角 ?來(lái)表示，階梯軸的轉(zhuǎn)角為：?=5.73?104 LG1??ziiIplT式中 Ti ——軸所受的扭矩(N?mm)G ——軸的材料剪切彈性模量(Mpa) 對(duì)于剛才 G=8.1?108MpaIp ——軸截面的極慣性矩，mm4,對(duì)于圓軸 Ip= 3214.d階梯軸L ——階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度(mm)32Z ——階梯軸受扭矩作用的段數(shù)Ti , il ——分別代表階梯軸第 i 項(xiàng)所受的扭矩和長(zhǎng)度軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為： ??[ ] o/m式中 [?]——軸每米長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角，一般為 0.5～1 o/m=5.73?104 LG1??ziiIplT=8 10-6煙氣脫硫裝置，是以，我國(guó)此刻運(yùn)行的火電廠迫切需要一種既具備高脫硫效率且節(jié)省占地面積的濕法脫硫新工藝，母公司為德國(guó)魯爾集團(tuán)公司(Ruhr AG)的德國(guó)斯特雅便拆立式管道離心泵克集團(tuán)公司(steag AG)自 1969 年起頭開(kāi)發(fā)以 CaO 或 CaCO 為脫硫劑的緊湊密切式濕法脫硫新工藝，該工藝具備脫硫效率高、占地面積小的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，1977 年在德國(guó) wilhelmshaven 第一套具備貿(mào)易化使用價(jià)值的緊湊密切式濕法脫硫工業(yè)化測(cè)試設(shè)備對(duì) 5×10Nm/h 的燃煤電廠煙氣進(jìn)行脫硫，相應(yīng)的汽輪發(fā)電機(jī)組的電功率為 140 MW；1982 年第一臺(tái)工藝脫硫設(shè)備在該電廠投入運(yùn)行，脫硫的煙宇量為 1.5×10Nm/h，相應(yīng)的汽輪發(fā)電機(jī)組的電功率為 450 MW，該工藝到 2000 年已成功應(yīng)用的火電機(jī)組容量跨越 2×10MW，單臺(tái)鍋爐的最大額定煙氣流量為 2.29×10Nm/h，單臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組的最大額定電功41率為 750MW，緊湊多級(jí)管道泵密切式濕法脫硫工藝出格適用于已運(yùn)行電廠增加脫硫裝置的改造方案，對(duì)我國(guó)大批火電廠的增加脫硫裝置的改造方案具備重要的實(shí)用價(jià)值。 1、燃煤火電廠各種泵的脫硫工藝 緊湊密切式濕法脫硫工藝的流程圖，來(lái)自電除塵器⑴溫度為 120～130％的待脫硫的煙氣進(jìn)入回轉(zhuǎn)式煙氣加熱器⑵，把熱量放給來(lái)自脫硫塔⑷溫度為 40～45℃的凈化煙氣，凈化后的煙氣是經(jīng)過(guò)立式風(fēng)機(jī)⑶使其壓力升高來(lái)降服回轉(zhuǎn)式煙氣加熱器的流動(dòng)阻力，凈化后的煙氣溫度升高到 80～90％后排人煙囪，以到達(dá)煙氣進(jìn)入煙囪的溫氟塑料自吸泵度要求，放熱后的煙氣從脫硫塔底部進(jìn)入脫硫塔向上流動(dòng)，在脫硫塔內(nèi)待脫硫的煙氣與來(lái)自脫硫塔底部經(jīng)泵(6)，升壓后從漫衍在脫硫塔上部的噴嘴兒⑸噴出的脫硫劑漿液進(jìn)行混淆發(fā)生化學(xué)反映到達(dá)脫硫目的，化學(xué)反映產(chǎn)物從脫硫塔上部流向脫硫塔下部，與經(jīng)風(fēng)機(jī)⑻送人脫硫塔的空氣進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)反映，形成脫硫'>煙氣脫硫的副產(chǎn)品石膏的漿液，石膏漿液進(jìn)入經(jīng)漿泵⑼送人分離器(10)，分離出來(lái)的濃石膏漿液進(jìn)入石膏出產(chǎn)體系⑾，孕育發(fā)生石膏產(chǎn)品，從石膏出產(chǎn)體系⑾分離出來(lái)的廢液與分離器潛水排污泵(10)分離出來(lái)的廢液進(jìn)入混淆器(12)，流出混淆器(12)的漿液分成 3 部門(mén)，一部門(mén)進(jìn)入脫硫劑制漿體系(16)，另外一部門(mén)進(jìn)入脫硫塔再循環(huán)哄騙，還有一部門(mén)經(jīng)漿泵⒀升壓后送人分離器⒁，分離出來(lái)的廢水送入廢水處理體系(15)進(jìn)行凈化處理，漿泵(7)將漿液升壓后在脫硫塔下部進(jìn)行攪拌，防止脫硫塔下部漿液沉淀，脫硫所需的工藝用水經(jīng)抽水機(jī)送入脫硫塔，隨著脫硫劑的不停補(bǔ)充，就能夠使脫硫體系連續(xù)運(yùn)行，完成對(duì)煙氣的連續(xù)脫硫。 2 泵的脫硫工藝的應(yīng)用實(shí)例 緊湊密切式濕法脫硫工藝與自吸式無(wú)堵塞排污泵常見(jiàn)的濕法脫硫工藝相比，主要差別是脫硫凈化后的煙氣經(jīng)立式風(fēng)機(jī)升壓后送入回轉(zhuǎn)式煙氣加熱器升溫，然后再送人煙囪排入大氣中。 緊湊密切式濕法脫硫工藝已在德國(guó)、荷蘭、土耳其、印尼、意大利、西班牙、巴西等十幾個(gè)國(guó)家得到推廣和應(yīng)用，脫硫劑別離可以接納 CaO、CaO/CaC03、海水，電廠的汽油可所以煙煤、褐煤、石油焦等，持久現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的脫硫效率從早期的 90％到達(dá)目前的 95％以上，最高可達(dá) 98.5％，列出了緊湊密切式濕法脫硫工藝的部門(mén)實(shí)例。德國(guó)對(duì)電廠排放要求十分嚴(yán)酷，燃煤火電廠煙氣的排放限定值 S 為 400 mg/Nm 脫硫手動(dòng)泵效率要大于 85％，NO 為 200 mg/Nm，煙塵 50mg/Nm，這使電力出產(chǎn)中為環(huán)保支出的成本十分可觀，在德國(guó)燃煤火力發(fā)電廠電力成本的構(gòu)成中：汽油成本65％、濕法脫硫及出產(chǎn)石膏 15％、脫氮成本 9％、除塵成本 5％、噪音治理 2％、水費(fèi) 3％、廠區(qū)生活習(xí)性維護(hù)用度 1％，德國(guó)燃煤電廠現(xiàn)實(shí)的煙氣排放值優(yōu)于排放限定值，某電廠脫硫'>煙氣脫硫的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行記載繪出的煙氣 SO，出口含量和現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的脫硫效率，圖中表白，脫硫前煙氣中的 SO 濃度約為 11000 mg/Nm，脫硫后煙氣中的 SO 濃度約為 33mg/Nm，脫硫效率為 99.7％緊湊密切式濕法脫硫過(guò)程孕育發(fā)生的石膏產(chǎn)量可由下式計(jì)較。 3、緊湊密切式機(jī)油泵濕法脫硫工藝應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中的改進(jìn)措施 在緊湊密切式濕法脫硫工藝的實(shí)用過(guò)程當(dāng)中，為了進(jìn)一步提高該脫硫工藝的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靠得住性，主要進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的技能改進(jìn)： 423、1 提高設(shè)備運(yùn)行的靠得住性 接納耐磨材料和螺旋型大口徑噴嘴兒，解決了噴嘴兒的擁塞和磨耗問(wèn)題，不僅提高了噴嘴兒的耐磨機(jī)能和漿液流場(chǎng)的均勻性，而且使噴嘴兒的壓差由改進(jìn)前的 0.20 MP下降到 0.08 MP，實(shí)現(xiàn)了噴嘴兒節(jié)能跨越 30％。 脫硫塔內(nèi)部接納橡膠內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)省了鋼材，而且提高了脫硫塔的耐腐化機(jī)能汽動(dòng)泵，從而也提高了脫硫塔的使用生存的年限和運(yùn)行靠得住性。 3、2 削減脫硫裝置的占地面積和初投資 接納立式風(fēng)機(jī)給進(jìn)入煙氣加熱器的凈化煙氣升壓，節(jié)省了緊湊密切式脫硫裝置的安裝尺寸，省電了煙氣管道的長(zhǎng)度，不僅可以大幅度降低煙氣的流動(dòng)阻力，而且省電了該脫硫工藝的占地面積和降低了該脫硫工藝的初投資，易于在已運(yùn)行的燃煤機(jī)組上接納此脫硫工藝，如單機(jī)容量 400 MW 燃煤機(jī)組的脫硫塔的直徑為 12.5m，回轉(zhuǎn)式煙氣加熱器的直徑為 10m。 3、3 優(yōu)化脫硫工藝的運(yùn)行方式和參量 為了改善凈化后手動(dòng)泵的煙氣中液體顆粒的分離效果，使氣液分離器接納瓦壟板折返結(jié)構(gòu)，在增加氣液分離面積和增加氣液分離流程的同時(shí)，降低了分離器的高度，從而也到達(dá)了降低脫硫塔高度的效果。 在脫硫塔底部接納漿液循環(huán)攪拌措施，使脫硫塔底部的漿液的濃度變得十分均勻，提高了脫硫塔底部的容積有用哄騙率，從而降低了脫硫塔的高度，如 930MW 燃煤機(jī)組的鍋爐高度為 175m，而緊湊密切式脫硫塔的高度為 48m。 將脫硫塔內(nèi)的噴嘴兒層設(shè)為 6 層，每?jī)蓪訃娮靸河靡慌_(tái)漿泵供給噴嘴兒漿液，使噴嘴兒的流量可以調(diào)潛水軸流泵節(jié)，從而包管不同煙氣 SO 濃度時(shí)均能到達(dá)較高的脫硫效率，以加強(qiáng)該脫硫工藝對(duì)汽油的適應(yīng)性。 經(jīng)過(guò)上面所說(shuō)的改進(jìn)措施的實(shí)行，使緊湊密切式濕法脫硫工藝具備改造用度低、節(jié)省占地面積、體系的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靠得住性都很高的一種新的濕法脫硫工藝，得到廣泛推廣和應(yīng)用，成為運(yùn)行中的大型燃煤電廠脫硫改造的首選新工藝。 4、竣事語(yǔ) 緊湊密切式濕法脫硫工藝現(xiàn)實(shí)持久運(yùn)行的脫硫效率此刻已超高 95％，最高已到