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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目： 螺旋離心泵設(shè)計 學(xué) 院：  一、選題依據(jù) 1. 論文題目 螺旋離心泵設(shè)計 2. 研究領(lǐng)域 綜合設(shè)計 3. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值理論意義： 螺旋離心泵是一種無堵塞泵，有著真正的無堵塞性能。其他的普通無堵塞離心泵在輸入纖維狀固體時，固體常常會附著在葉片的邊緣上導(dǎo)致在進出口的堵塞，最終造成故障。而裝有螺旋離心葉輪的螺旋離心泵則不存在這一問題，螺旋狀的葉輪會使各種填充物不能在進出口造成堵塞，使填充物順利通過，避免了許多機械故障。螺旋離心泵又一優(yōu)勢是“柔和輸送”，即使是固體物質(zhì)在輸送過程中也會隨著輸送方向向前運動，不會撞擊泵內(nèi)的任何部位。既可以保證輸送的物質(zhì)不被破壞，保持原來的物理狀態(tài)，又可以有效的保護其內(nèi)部不因為各種物質(zhì)的撞擊而遭到破壞。能夠低成本平穩(wěn)運行、擁有高自吸能力、無過載區(qū)域及有著小巧的結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用價值： 在現(xiàn)代生產(chǎn)中，使用泵來輸送固體的應(yīng)用領(lǐng)域越來越大，如：泥漿、灰渣礦石、糧食、紙漿、水果蔬菜、魚蝦貝殼等等。要輸送這類物質(zhì)，需要泵有很多特性，如無堵塞與耐磨損。在眾多種類的泵中最適合的泵這是螺旋離心泵。螺旋離心泵結(jié)合了傳統(tǒng)離心泵和螺旋泵的特點,應(yīng)用于市政污水領(lǐng)域中,可以輸送含有大顆粒物質(zhì)的液體,保證無堵塞輸送、柔性輸送。世界上第一臺螺旋離心泵是用來輸送魚類的，后來用于輸送固液兩相的流體，讓其能夠輸送高粘度的液體。它的開式葉輪中有一到兩片螺旋形葉片可以防止堵塞，讓填充物順利流動。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 （一）國內(nèi)發(fā)展概況 （1）螺旋離心泵設(shè)計 以國內(nèi)外大量的實踐以及資料為依據(jù)，以清水泵的有關(guān)公式為基礎(chǔ)提出了經(jīng)驗統(tǒng)計速度系數(shù)設(shè)計法。這種方法雖然理論上不夠完善與充分，但是實用性很強，在有豐富經(jīng)驗和足夠的資料下可以得要良好的效果，得到了廣泛的應(yīng)用[1-6]。后張玉新等提出了一種適用于低速離心渣漿泵的無過載設(shè)計方法[7]。劉彥春設(shè)計了低比轉(zhuǎn)速渣漿泵，分析了各主參數(shù)對泵的影響，推薦出合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)[8]。 70 世紀(jì)中期，蔡寶元提出了兩相流畸變速度設(shè)計法，指出了雜質(zhì)泵的性能特點[9]。 80 年代末，徐洪元等提出了兩相流速度比設(shè)計法，可有效地轉(zhuǎn)換能量，是對于固液泵水力設(shè)計的新突破[10]。 （2） 磨損機理和磨損規(guī)律的研究 國內(nèi)有關(guān)材料的磨損方面研究較多，如由田愛民[19]、羅先武[20]等人用失重法、磨損測 量法、表面涂層法研究了葉輪轉(zhuǎn)速、顆粒濃度等參數(shù)對磨損的影響。洪亮等推出了一種渣漿泵材料的磨損試驗方法[21]。楊建國等人提出了使用導(dǎo)輪來減輕磨損的方法，并初步驗證了這種方法的可行性[22]。而后劉忠祥[23]、王榮貴[24]等研究了磨蝕機理，提出了抗磨蝕的措施。但到現(xiàn)在研究任然不足，實際生產(chǎn)中磨損與空蝕往往共同作用， 并且與外界因素有關(guān)，使各種情況更加復(fù)雜，還需要更多更深入的研究。 （3） 螺旋離心泵內(nèi)部流場的研究 國內(nèi)對其內(nèi)部流動的研究現(xiàn)在主要集中在對顆粒的運動規(guī)律的數(shù)值模擬與實驗研究上。朱金曦采用有限元的方法計算了葉輪流面的流場，且用查分法計算了葉輪內(nèi)部固體的運動軌跡[32]。劉正英等用有限差分法對固液兩相流動規(guī)律進行了模擬[33]。王宏等用懸浮體固液兩相流粒群進行了模擬[34]。趙靜亭用高速攝影機記錄顆粒的運動規(guī)律， 解釋了出口劇烈磨損的原因[35]。韋章兵總結(jié)了不同濃度與顆粒的煤水導(dǎo)致泵性能的變化，為螺旋離心泵的使用與開發(fā)提供了參考[39]。 ( 4 )螺旋離心泵設(shè)計 CAD 在國內(nèi)，泵的 CAD 技術(shù)已經(jīng)接近工程實用，工藝設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計基本實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計，但與 CFD 結(jié)合仍然比較少。江蘇理工大學(xué)設(shè)計的應(yīng)用軟件 PCA2000 可以繪制多種泵的葉輪[42]；王德軍使用 MSVC 開發(fā)了新一代的離心泵的 CAD 軟件，有著很好的實用性[43]。但由于螺旋離心泵的固液流動的復(fù)雜性等問題，且其 CAD 技術(shù)研究起步較晚，遠不如清水泵的成熟。 （二）國外發(fā)展概況 六十年代初，瑞士工程師馬丁.斯塔列為了研究出能輸送魚而不損傷魚的輸送系統(tǒng)二發(fā)明了帶有螺旋型葉輪的螺旋離心泵，先后獲得了秘魯、美國與西德等國家的專利。第一臺螺旋離心泵是用于秘魯一家工廠的魚類加工，隨后用來運輸固液兩相流體，可以排水和輸送具有高粘度的液體。英國的 Hidrostal Process Engineering Ltd 公司首先獲得了這種泵的生產(chǎn)權(quán)德國的 Hidrostal 與 KSB 公司開發(fā)出了這種泵的系列產(chǎn)品；英國的 Sigmund、日本的久保田、太平洋機工等公司也相繼開發(fā)出了系列產(chǎn)品。 （1） 螺旋離心泵設(shè)計 Alwksander S.Roudnev 研究了蝸殼形狀對泵性能的影響與設(shè)計時應(yīng)該考慮的問題，將其運用到了兩類大功率的螺旋離心泵中，取得了很好的效果[14]。 （2） 磨損機理和磨損規(guī)律的研究 國外開始研究磨損的時間較早，開展過很多實驗研究與理論分析工作。比如日本的Yoshiro Iwai 等于 13 種不同的材料在不同條件下的襯套進行了耐雜質(zhì)磨蝕的實驗，探討了在不同沖角以及顆粒的尺寸的條件下材料的磨蝕特性，并給出了相應(yīng)的計算公式[16]；H.X.Zhao 等進行了螺旋離心泵葉片的陶瓷涂層的磨蝕性研究，發(fā)現(xiàn)其與噴涂技術(shù)有關(guān)，并且可以用硬度指標(biāo)來衡量耐磨性[17]；Craig.I.Walker 等對襯套的形式與對泵磨損的影響進行了研究，并給出了相應(yīng)的經(jīng)驗公式[18]。 （3） 螺旋離心泵內(nèi)部流場的研究 了解其兩相流動流場的分布對螺旋離心泵的設(shè)計、效率、減輕磨損都有很高的意義。國外對于固粒運動的研究開始較早，已經(jīng)運用了 LDV 與 PIV 技術(shù)進行研究。日本的H.Tsukamoto 等對泵內(nèi)部的兩相流動的壓力分布進行了測量，并用 CCD 相機對其的流動進行了觀測，最后得出螺旋離心泵的性能受到顆粒的密度、濃度與尺寸的影響，進出口處與工作面的磨損與顆粒的分布有關(guān)[30]；B K Gandh 等人實現(xiàn)了一個用損失分析的方法來實現(xiàn)預(yù)測螺旋離心泵的性能曲線的方法，且這種方法經(jīng)過試驗表明是比較可靠的[31]。 （4） 螺旋離心泵設(shè)計 CAD 隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，泵的計算機輔助 CAD 的技術(shù)在國外已經(jīng)相對成熟。其內(nèi)容涉及到許多方面，如：結(jié)構(gòu)設(shè)計、水力設(shè)計與性能的預(yù)測，并且做到了與 CFD 很好的結(jié)合，利用了 CFD 的技術(shù)來展示各項結(jié)果并用計算機來指導(dǎo)完成泵的相關(guān)設(shè)計。Concepts NREC 公司研究了 CFD 技術(shù)在泵的設(shè)計中起到的作用，得出了使用 CAD 技術(shù)與 CFD 技術(shù)相結(jié)合的方法的好處，在節(jié)約時間、提高效率的同時還降低了成本[40]；KSB 公司的 Sven Baumgarten 與 Thomas Muller 利用計算機對 GIW 泵進行了優(yōu)化設(shè)計，并進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)比原來的效率提高了 6％[41]。 （三）總結(jié) 螺旋離心泵是將螺旋泵與離心泵合為一體的新型雜質(zhì)泵，使其可以將這兩種泵的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。與以往的雜質(zhì)泵相比，螺旋離心泵具有很多優(yōu)勢，如: 無堵塞性能好、無損性能好、效率高，且高效區(qū)寬廣、功率曲線平坦、良好的調(diào)節(jié)性能、泵的吸入性能好、具有優(yōu)良的抗汽蝕性能、可輸送油水混合物而不致乳化。造紙業(yè)（高濃度紙漿的輸送）、漁業(yè)（輸送活魚、活蝦等）、糖業(yè)、食品(輸送土豆、甜菜等塊狀蔬菜)、冶金、環(huán)保(河道清淤：淤泥、沙的輸送)、化學(xué)工業(yè)等各行業(yè)和污水處理作業(yè)中有十分廣泛的應(yīng)用前景。 到目前為止，螺旋離心泵的設(shè)計不管在理論還是經(jīng)驗方面都遠遠沒有達到設(shè)計普通離心泵那樣的水平，制約了螺旋離心泵的應(yīng)用與發(fā)展。同時，雖然泵的 CAD 方面在國內(nèi)做了較多的工作，但其基本上都是針對于普通離心泵，并沒有針對這種類型的泵的CAD 設(shè)計軟件，所以積極開發(fā)對于螺旋離心泵的水力設(shè)計以及 CAD 軟件的開發(fā)對螺旋離心泵的發(fā)展具有重要的意義與實際的應(yīng)用價值。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1. 重點解決的問題 （1） 螺旋離心泵特有的三維螺旋葉輪設(shè)計 （2） 設(shè)計一臺固液兩相流體的螺旋離心泵 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 首先要查閱有關(guān)于螺旋離心泵的文獻及論文，利用學(xué)校圖書館的資源查閱外文文獻，并且翻譯，了解國外對本課題的研究現(xiàn)狀，掌握螺旋離心泵的工作原理，然后通過查閱機械設(shè)計手冊等其他相關(guān)工具書和參考書籍，開始對本課題所需要設(shè)計的螺旋離心泵根據(jù)具體要求和優(yōu)化條件進行設(shè)計和零部件的選擇計算，使用 CAD 軟件進行工程視圖的繪制，便于更加具體形象的展示螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)，最后根據(jù)整個過程的草稿數(shù)據(jù)和已經(jīng)完成的各種零件圖完成畢業(yè)論文的編寫。 3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 1) 結(jié)構(gòu)設(shè)計一套; 2) 總裝配圖一份; 3) 各主要配件的零件圖; 4) 畢業(yè)論文; 三、論文（設(shè)計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） （1） 螺旋離心泵的粗略選型 （2） 螺旋離心泵主要幾何參數(shù)的確定 （3） 螺旋離心葉輪的幾何參數(shù)的確定 （4） 主要零部件的強度校核 （5） 主要零部件的零件圖繪制 （6） 總裝配圖繪制 （7） 說明書的編寫 2. 論文（設(shè)計）進度計劃第 1 周 查閱相關(guān)資料 第 2 周 分析現(xiàn)有螺旋離心泵，完成開題報告初稿。第 3 周 深入研究螺旋離心泵，提出問題 第 4 周 開題報告撰寫及準(zhǔn)備開題答辯第 5 周 完成螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)選型 第 6 周 根據(jù)所研究的內(nèi)容對螺旋離心泵各零部件進行選擇第 7 周 對螺旋離心泵各零部件進行設(shè)計 第 8 周 完成相關(guān)的設(shè)計計算第 9 周 完成裝配圖 第 10 周 中期檢查第 11 周 完成零件圖 第 12 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 第 13 周 對說明書有關(guān)設(shè)計進行校核 第 14 周 打印論文及圖紙，進一步完善整理資料第 15 周 準(zhǔn)備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 丁成偉.離心泵與軸流泵原理與水力設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1981. 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