畢業(yè)設(shè)計（論文）-螺旋離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計【全套圖紙】

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1、I 摘 要 設(shè)計了一臺用于輸送固液兩相流體的螺旋離心泵。本文的設(shè)計重點和難 點是螺旋離心泵特有的是三維螺旋葉輪的設(shè)計。因此，葉輪設(shè)計是以何希杰 和勞學(xué)蘇提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負壓面空間曲線方程為依據(jù)進 行的設(shè)計，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。根據(jù)設(shè)計參數(shù)和工作條件的要求， 在設(shè)計上采用固液兩相流理論對葉輪、背葉片、壓出室等泵過流部件進行水 力設(shè)計。說明書從螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計開始，分別進行了葉輪的設(shè)計與繪 形、壓水室及吸水室的設(shè)計、軸向力極其平衡、主要通用零部件的選擇、V 型 帶傳動設(shè)計和離心泵主要零部件的強度計算。 本文為設(shè)計高效螺旋離心泵提供了一個重要的參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞 固液兩相流

2、 螺旋離心泵 三維螺旋葉輪 空間曲線 對數(shù)螺旋線 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 II Abstract The article designs a screw centrifugal pump used to transport the mix flows of solid and liquid. The emphases and difficulty of the article is the design of three dimensional screw impeller owned by screw centrifugal pump. So, the

3、 design of impeller is designed with the space curve screw equation of impeller vane work surface of screw centrifugal pump and minus pressure surface raised by Xue su LAO and Xi jie HE. I take it as the gist of design. The impeller vane line is logarithm screw curve. Accord to the design parameter

4、and the require of work condition, on the design , we do waterpower design to impeller , back vane, press out house and some flow over parts with the theory of the mix flows of solid and liquid. The article starts with structure design of screw centrifugal pump, and design the calculation and drawin

5、g of impeller, pressure out house and off water house, the force of direction of axis and its balance, the choice of the main parts in common use, the transmission design of V strip and intensity calculation of the parts of screw centrifugal pump. The article provides an important reference for desi

6、gning the high efficiency screw centrifugal pump Key words the mix flows of solid and liquid screw centrifugal pump three dimensional screw impeller the space the curve logarithm screw curve 1 一般部分 第一章 緒論 1.1 螺旋離心泵概述 泵是把原動機的機械能轉(zhuǎn)換為抽送液體能量的機器。一般，原動機通過 泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，對液體做功使其能量增加，從而使要求數(shù)量的液體從吸 入口通過泵的過流部分，輸送到要求的

7、高度或要求有壓力的地方。 泵是世界上最早發(fā)明的機器之一?，F(xiàn)今世界上泵產(chǎn)品產(chǎn)量僅次于電機， 所消耗的電量大約為總發(fā)電量的四分之一。泵的種類甚多，應(yīng)用極為廣泛。 除農(nóng)田灌溉、城市和工業(yè)給排水、熱電廠、石油煉廠、石油礦廠、輸油管線、 化工廠、鋼鐵廠、采礦、造船等部門外，目前泵在原子能發(fā)電、艦艇的噴水 推進、火箭的燃料供給等方面亦得到重要應(yīng)用。另外，還可以用泵來對固體 如煤、魚等進行長距離水力輸送。泵抽送的介質(zhì)除水外，有油、酸、堿漿 料一直到超低溫的液態(tài)氣體和高溫熔融金屬。可以說，凡是要讓液體流 動的地方，就有泵在工作。泵在國民經(jīng)濟中起著十分重要的作用。 根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵輸送固態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域日

8、益擴大，如污水污 物、泥漿、紙漿、灰渣礦石、糧食淀粉、甜菜水果、魚蝦貝殼等不勝枚舉。 據(jù)文獻介紹，如今已成功地從 5000 米深的海底用泵向陸地輸送猛礦石。對輸 送這類物質(zhì)的泵，有兩個主要要求：一是無堵塞，二是耐磨損。耐磨損主要 與材料有關(guān)，無堵塞主要取決于葉輪的結(jié)構(gòu)形式。目前作為無堵塞泵葉輪的 結(jié)構(gòu)形式有：1.開式或半開式葉輪；2.旋流式葉輪；3.單（雙）流道式葉輪； 4.螺旋離心葉輪。 螺旋離心泵是典型的無堵塞離心泵。世界上第一臺螺旋離心泵是用來輸 送魚類，隨后用來輸送固液兩相流體，可以用來排雨水和輸送高黏度液體。 為防止故態(tài)物質(zhì)堵塞，使之順利的流出，開式葉輪中有一片或兩片扭曲的螺 旋形葉

9、片，在錐形的輪轂體上由吸入口沿軸延長，葉片的半徑逐漸增大，形 成螺旋形流道。殼體由吸入蓋和渦殼兩部分組成。吸入蓋部分的葉輪，產(chǎn)生 螺旋推進作用，渦殼部分的葉輪像一般的離心泵產(chǎn)生離心作用，葉片進口的 銳角部分將雜物導(dǎo)向軸心附近，再利用螺旋作用使之沿軸線推進。這種泵是 容積泵和離心泵的組合，故稱為螺旋離心泵。 2 1.2 離心泵主要零部件及結(jié)構(gòu)形式 離心泵的主要零部件包括：前蓋板、葉輪、主軸、渦室、后蓋板、軸封、 軸承體、帶輪和支架。離心泵中還包括像螺母、法蘭盤、軸承等具有通用標(biāo) 準(zhǔn)的零部件。 離心泵的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾個： 1. 按主軸方向 臥式：主軸水平放置； 立式：主軸垂直放置； 斜式：主

10、軸傾斜放置。 按液體流出葉輪的方向 離心式裝徑流式葉輪； 混流式裝混流式葉輪； 軸流式裝軸流式葉輪。 按吸入方式 單吸裝單吸葉輪； 雙吸裝雙吸葉輪。 按級數(shù) 單級裝一個葉輪； 多級同一根軸上裝兩個或兩個以上的葉輪。 按葉片安裝方法 可調(diào)葉片：葉輪的葉片安放角可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)； 固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的結(jié)構(gòu)。 按殼體剖分方式 分段式：殼體按與主軸垂直的平面剖分； 節(jié)段式：在分段式多級泵中，每一級殼體都是分開式的； 中開式：殼體在通過軸心線的平面上分開； 水平中開式：在中開式中，剖分面是水平的； 垂直中開式：在中開式中，剖分面是垂直的； 斜中開式：在中開式中，剖分面是傾斜的。 按泵體形式

11、 渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有帶渦室的殼體； 雙渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有雙渦室的殼體； 3 透平泵：帶導(dǎo)葉的離心泵； 筒式泵：內(nèi)殼體外裝有圓筒狀的耐壓殼體； 雙殼泵：指筒式泵之外的雙層殼體泵。 特殊結(jié)構(gòu)泵 潛水電泵：驅(qū)動泵的電動機與泵一起放在水中使用的泵； 貫流式泵：泵體內(nèi)裝有電動機等驅(qū)動裝置； 屏蔽泵：泵與電動機直連（共用一根軸） ，電動機定子內(nèi)側(cè)裝有屏蔽套，以防 液體進入。 自吸式泵：在一般的自吸泵中抽送液體作用的葉輪同時能起灌水作用，泵啟 動是無須灌水。 管道泵：泵作為管路的一部分，無須特別改變管路即可安裝泵。 無堵塞泵：抽送液體中所含的固體不能在泵內(nèi)造成堵塞。 第二章 總體方案的確定 2.1

12、設(shè)計參數(shù) 流量 Q=80m3/h ，揚程 H=13m ，效率 =65% 轉(zhuǎn)速：1450r/min ， 吸程：7m（水柱） 2.2 方案的確定 設(shè)計上以國際標(biāo)準(zhǔn)的 IS 泵為基型，此次設(shè)計的螺旋離心泵，在設(shè)計結(jié)構(gòu) 上采用單級單吸懸臂臥式結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)是裝有背葉片的具有特殊的三維 螺旋葉片的葉輪，葉片型線為空間對數(shù)螺旋線，采用液固兩相流理論進行水 力設(shè)計。 由于該泵是通過其特殊的三維螺旋葉片將螺旋的容積推進作用和葉片的 離心作用有機的結(jié)合，使介質(zhì)獲得能量。所以它兼有容積泵和葉片泵的特點， 是二者相互結(jié)合的產(chǎn)物。較一般的普通雜質(zhì)泵和旋流泵相比，具有以下特點： （1）無堵塞性能好；（2）無損性能好；

13、（3）效率高，與其他同類雜質(zhì)泵相 比效率高 5%以上；（4）泵的吸入性能好。可抽送含氣介質(zhì)，含氣量在 15%以 下時，泵的性能，震動基本不發(fā)生變化。 （5）具有優(yōu)良的抗汽蝕性能。其他 參數(shù)相同的條件下，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即 NPSHr 最小。 該螺旋離心泵在結(jié)構(gòu)上主要有三大部分組成，分別為泵頭部分，軸封部 分以及傳動部分，分別敘述其結(jié)構(gòu)特點。 4 1泵頭部分 泵頭部分由泵體和泵蓋組成。前，后蓋板的直徑大于葉輪直徑，葉輪可 由前或后拆卸，葉輪為螺旋離心葉輪，葉輪的后蓋板帶有背葉片以減少泄露， 提高泵的壽命及效率。 2軸封部分 本次設(shè)計的軸封采用填料軸封，填料軸封結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，但需使

14、用軸封水，還需配備供應(yīng)軸封水的泵。 3傳動部分 傳動部分包括托架和軸承組件，軸承根據(jù)傳動的功率不同選擇單列向心 圓錐滾子軸承，能夠承受泵的最大軸向及徑向載荷，軸承采用干油潤滑，軸 承體兩端有密封端蓋，并且有兩道密封圈，能有效的防止污物進入軸承，保 證軸承安全運行，具有較高的使用壽命。 2.3 原動機的選擇 根據(jù)泵實際工作要求， 該泵與鉆機配套使用時，常需要野外作業(yè)，電源 使用不方便，故選用柴油機作為原動機，柴油機轉(zhuǎn)速選擇r/min，用2200 n V 型帶傳動，因給定泵的轉(zhuǎn)速 n=1450r/min，故傳動比 i= 。52. 11450/2200/ n n 柴油機功率計算： 泵輸出功率： 36

15、7 mmQH S Ne = 367 13801065 . 2 3 =7.5KW 式中： 介質(zhì)密度 kg/m m S 3 Q流量（m3/h） H 揚程（m） m 泵輸入功率： N= e N = 65 . 0 5 . 7 5 =11.54KW 式中： 泵效率 柴油機功率： 1 0 N N = 96 . 0 54.11 =12.02KW 式中： V 帶傳動效率，取=0.96 1 1 因此，原動機選擇轉(zhuǎn)速為r/min，功率為 12KW 的柴油機。2200 n 2.4 水力設(shè)計 設(shè)計比轉(zhuǎn)數(shù)： 4 3 65 . 3 H Qn ns 式中： n泵軸的轉(zhuǎn)速（r/min） Q流量（m3/h） H揚程（m） 故：

16、 244.115 13 3600/80145065 . 3 4 3 s n 沉降層速度： ) 1(2sgDFv LSB =) 165 . 2 (1 . 08 . 9238 . 1 =2.48（m/s） 入口速度： 2 1 05 . 0 14 . 3 80 A Q v =2.83（m/s） 出口速度： m/s83 . 2 12 vv 6 SB vvv 21 滿足設(shè)計要求。 泵的進口直徑：mm（標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤直徑）100 S D 泵的出口直徑：mm（標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤直徑）100 d D 第三章 葉輪的設(shè)計 3.1 概述 1982 年，A布斯曼較早地在離心泵葉輪上采用對數(shù)螺旋線。1961 年， J郝比奇在“模

17、型挖泥泵特性”一文中，通過實驗指出，采用對數(shù)螺旋線葉 形葉輪的泵，其輸送清水和漿體時的效率均高于漸開線等葉形的葉輪。目前 渣漿泵葉輪葉片型線設(shè)計中，比較廣泛地采用對數(shù)螺旋線。本次的葉輪設(shè)計 是以勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負壓面空間曲線 方程為依據(jù)進行的設(shè)計，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。 3.2 葉輪主要參數(shù)的確定 圖 3-1 葉輪軸面投影圖 1葉輪最大外徑： max2 D 7 = （m） max2 D qs Dnk 168 . 0 )100/( 式中： 025 . 0 1450 360080 / 3 3 nQDq k=1012.5 故： = max2 D025 . 0 )1

18、00/244.115( 168 . 0 k =0.2380.298（m） ?。?=260 mm max2 D 2葉輪出口寬度： 2 b = 2 b q s D n 53 . 0 ) 100 (3 =025 . 0 ) 100 244.115 (3 53 . 0 =80.86（mm） ?。?=80（mm） 2 b 3葉輪出口直徑： 1 D = 1 D 3 1 n Q K 其中： 5 . 65 . 3 1 K = 1 D 3 1 1450 360080 K =0.8360.161（m） 取 =100（mm） 1 D （主要考慮效率兼顧泵的抗汽蝕性能） 8 4輪轂直徑： h d =19.96+0.0

19、7 h d s n =19.96+0.07115.244 =28（mm） 5葉輪軸向長度 L： L= max2 ) 100 23 . 0 24. 1 (r ns =130 100 244.115 23 . 0 41.2）（ =195.66（mm） 圓整后得： L=195（mm） 6輪緣側(cè)圓弧半徑： 1 R =52.28+0.91 1 R s n =52.28+0.91115.244 1 R =157.15 圓整后等： =160（mm） 7輪轂側(cè)圓弧半徑： 2 R =73.4+1.29 2 R s n =73.4+1.29 115.244 =222.06 圓整后等： =220（mm） 2 R 8

20、輪轂側(cè)圓弧半徑： 3 R 9 =6090（mm） 3 R 取 =70（mm） 3 R 9輪緣側(cè)葉片傾角： 1 =60.51-0.13 1 s n =60.51-0.13 115.244 1 =45.528 取 =45 1 10輪轂側(cè)葉片傾角： 2 =57.1-0.1 2 s n =57.1-0.1 115.244 2 =45.58 2 取 =45 2 11葉輪出口傾角： 3 =7.79 3 03.24ln s n =7.7903.24244.115ln =12.95 取 =13 3 12葉輪出口最小直徑： min2 D 10 = min2 D 32max2 2tgbD =260-2 1380t

21、g =189.45 取=190（mm） min2 D 13輪緣和輪轂各段軸向長度： 41 LL L =（0.450.68）L=（0.450.68）=87.75132.6 （作圖在范圍 1 195 內(nèi)） 156117195)8 . 06 . 0()8 . 06 . 0( 2 LL 取 =140（mm） 2 L L =（0.20.4）L=3978 3 取 L =60（mm） 3 L =（0.050.08）L=9.7515.6 （作圖在范圍內(nèi)） 4 14輪緣側(cè)葉片出口安放角： sh2 = sh2 )1 ( 2 21 shsh m Ku V tg 其中： gHKV mm 2 22 其中： 04938

22、. 0 ) 100 (048 . 0 2 . 0 2 s m n K 60/145026014 . 3 60/ max22 nDu sh =19.7297 11 8055 . 0 ) 100 (826 . 0 177 . 0 s sh n K 所以： )8055 . 0 1 (7297.19 138 . 9204938 . 0 1 2 tg sh =11.6 15輪轂側(cè)葉片出口安放角： hu2 = hu2 )1 ( 2 21 huhu m Ku V tg 其中： 60 min2 2 nD u uh = 60 145019014 . 3 =14.42 164 . 0 ) 100 (848 . 0

23、 s hu n K =0.789 所以： )789 . 0 1 (42.14 138 . 9204938 . 0 1 2 tg hu =14.5 16葉片進口安放角： hush11 , 151812 11 shsh 取 657560 11 huhu 取 17葉輪出口葉片包角： ex =156.95（ ex 43 . 0 ) 100 s n =147.67 12 取 =150 ex 18輪緣螺線起點處圓弧半徑： 0 R =0.63 0 R17 . 4 s n =0.63 115.244-4.17 =68.43 圓整得： =70（mm） 0 R 19輪轂側(cè)葉片包角： hu =821.17-1.42

24、 hu s n =821.17-1.42 115.244 =657.524 取 =658 hu 20輪緣側(cè)葉片包角： sh =652-1.02 sh s n =652-1.02244.115 =534.451 取 =535 sh 21計算葉輪曲面螺線 首先計算葉輪輪緣側(cè)曲面螺線。包括和各曲面上的螺線，其次 21a a 32a a 計算葉輪出口邊曲面螺線，最后，計算輪轂側(cè)曲面螺線，包括， 11b a 21b b 和各曲面上的螺線。 32b b 43b b 13 （1）曲面螺線方程： 21a a 由何希杰所推導(dǎo)的公式： 0 0 )1 ( )1 ( zbz rbr 式中)130,115(),( 10

25、0 點坐標(biāo)為arz 根據(jù)邊界條件，以空間曲線方程為： 點為坐標(biāo)原點得 o 21a a r=1301-0.00163 z=1151-0.00163 = 1350 (= z=86.34)34.101,135r時 (2) 空間曲線螺線方程: 32a a 設(shè)端點對應(yīng)的螺線轉(zhuǎn)角分別為和在上取一點 p(z,r)轉(zhuǎn) 32a a 2a 3a 32a a 角為,可建立 z,r,三者之間的關(guān)系如下: 2 3 21 2 32 32 2 )() 2 ( )( s a aa az a ZZR D Rr ZZ ZZ 根據(jù)邊界條件，以空間曲線方程為：點為坐標(biāo)原點得 o 32a a 2 2560024.206 216 . 0

26、 48.115 Zr Z 535135 （3）曲面螺線方程： 11b a 14 1280 150 130 80 150 115 tgr Z 1500 （4）曲面螺線方程： 21b b 2 )41.186(490081.146 172 . 0 23.169 Zr Z 100150 （5）曲面螺線方程： 32b b 006 . 0 1 41.186 006 . 0 1 8 .99 Z r 86100 （6）曲面螺線方程： 43b b 2 )55(4840031.229 184 . 0 85.150 Zr Z 52086 表 3-1 輪緣側(cè)曲面螺線（部分）值 N012345678 022.54567

27、.590112.5135157.5180 r130125.2120.5115.7110.5106.6101.496.391.3 Z115110.7106.6102.497.894.389.781.576.6 N91011121314151617 202.5225247.5270292.5315337.5360382.5 r86.481.676.972.267.663.158.754.450.4 Z71.866.96257.252.347.542.537.732.9 N18192021222324 405427.5450472.5495517.5535 r48.647.947.246.846.3

28、46.146 15 Z2823.218.313.48.63.70 表 3-2 出口段螺線（部分）值 N0-1-2-3-4-5-6-7 0-22.5-45-67.5-90-112.5-135-150 r130127.5125.1122.6120.1117.6115.2113.5 Z115126.9138.9150.8162.7174.6186.6194.5 表 3-3 輪轂側(cè)曲面螺線（部分）值 N-6-5-4-3-2-10123 - 135 -112.5-90- 67.5 -45- 22.5 022.54567. 5 r110 .5 103.597.993.288.68479. 3 74.770

29、65. 5 Z192 .5 188.6287. 1 261. 9 236.7211. 6 186 .41 161. 2 136. 1 110 N456789101112 90112. 5 135157 .5 180202.5225247. 5 270 r6156.652.2484440.53733.730. 5 Z134.3130. 2 126.1121 .9 111.8113.6109. 5 105. 4 101 .2 N131415161718192021 67.663.158.754 .4 50.440 5 427.5450472.5 r28.426.324.322 .4 21.120

30、.3 16.314.113 Z97.192.988.884 .7 80.576 .4 72.268.164 N222324 495517.5520 r12.512.212 Z59.855.755.2 16 22葉片螺線平面圖 根據(jù)上述葉輪葉片曲面螺線計算結(jié)果，繪制葉片螺線。在圓周上取 16 個 軸面，每兩個軸面夾角為 22.5 ,當(dāng) Z=0 時,空間螺線在平面上投影,如圖所示: 圖 3-2 空間螺線在平面上的投影圖 23葉片厚度計算 確定葉片厚度時，應(yīng)注意到鑄造的可能性，對鑄鐵葉輪，葉片最小厚度 為 34 毫米，本次設(shè)計的葉輪材料選用 MT-4，葉片厚度（S）由經(jīng)驗公式求 出： 1 max2

31、Z H KDS 式中： K經(jīng)驗系數(shù)，與材料和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，查表得 K=5 葉輪外徑 max2 D H揚程 Z葉片數(shù)，Z=1 所以： S=1 1 13 26 . 0 5 17 =5.687（mm） 取： S=6（mm） 3.3 背葉片的設(shè)計 背葉片的主要作用是減壓，其減壓程度決定了背葉片的幾何參數(shù)。背葉 片對于一般的泵而言，還有另一個作用，就是能夠及時地把固體顆粒甩至渦 室內(nèi)，以防止固體顆粒進入填料箱，破壞其密封性能。背葉片減壓后剩余的 壓頭可由下列經(jīng)驗公式求出： SR H = 式中： SR H)() 2 ()() 1000 ( 286 1 222 2 22 max2 22 SRR d DD tS

32、 tS DD n H 泵腔壓頭（包括灌注壓頭）m，其中灌注壓頭 d HHH15 . 0 0 HHd)15 . 0 1 ( n泵的轉(zhuǎn)速 n=1450r/min 葉輪外徑 cm =27cm max2 D max2 D 背葉片外徑 cm =19cm R D R D min2 D 背葉片寬度 取=5mm 2 S 2 S t背葉片與渦室間隙 取 t=1mm 背葉片內(nèi)徑 cm 取 =8cm S D S D 故：=（1+0.15） SR H)819() 15 125 ()1926() 1000 1450 ( 286 1 13 222222 =9.65（m） SR H 由計算結(jié)果可知，經(jīng)背葉片減壓后，剩余壓頭

33、為 9.65m，如果近似把 1bar=10m 水柱，則剩余壓頭為 0.965bar。 18 第四章 壓水室及吸水室的設(shè)計 4.1 壓水室的用途及分類 壓水室即渦形體，是泵中的一個非常重要的過流部件。它主要是把從吸 水室和葉輪中流通過來的高速流體介質(zhì)，通過葉輪的離心力作用，送入下級 葉輪進口或者送入排出管路，從而把泵軸的機械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能。 常用的壓水室結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形壓水室、螺旋形壓水室、以及半螺旋形壓 水室。實驗數(shù)據(jù)顯示，螺旋形壓水室比環(huán)形壓水室的效率個高，所以本次設(shè) 計的螺旋離心泵采用的是螺旋形壓水室。 4.2 壓水室的設(shè)計 壓水室的設(shè)計要根據(jù)泵輸送介質(zhì)的特性來決定。 過去我國生產(chǎn)的老

34、型號離心雜質(zhì)泵幾乎全是環(huán)形壓水室，壓水室各個斷 面的水流速度不同，用環(huán)形壓水室可減輕隔舌的磨損，但沖擊損失較大，這 也是雜質(zhì)泵水力效率很低的原因之一。為了增大效率選用螺旋形壓水室，考 慮到離心雜質(zhì)泵的特點，為了減少隔舌處的磨損，降低噪音，提高其壽命， 渦殼斷面選擇矩形，如圖所示： 圖 4-3 泵體斷面圖 螺旋形渦室俗稱渦形體，其主要優(yōu)點是制造比較方便，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，缺點是單渦殼泵在非設(shè)計 公況運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡的徑向力。 在設(shè)計螺旋形渦室時，通常認為液體從葉輪中均勻流出，并在渦室中作 等速運動，渦室只起收集液體的作用，在擴散管中將液體的一部分動能變?yōu)?/p>

35、 壓能。 渦殼主要由兩部分組成。即壓水室和出水管。主要是壓水室的設(shè)計，壓 泵體斷面圖 19 水室的作用是以最小的水力損失將葉輪流出的高速水流引向吐出口，并且將 水流的一部分動能變?yōu)閴毫δ堋?壓水室?guī)缀螀?shù)的確定： 1基圓直徑 3 D ： 根據(jù)經(jīng)驗取 3 D =290 mm 2.渦室寬度： 3 B = 3 B 905 . 0 ) 100 (97.91 s n =134.57 圓整后得： =135mm 3 B 3.隔舌位置角： 0 = 0 s nln12 . 0 62.15 =15.62-0.12244.115ln =15.05 取 =15 0 從渦室出口中心線起反時針方向 0 4.隔舌位置出間隙

36、： 0 S =（0.234-0.041 0 S 3 )lnDns =（0.234-0.041290)244.115ln =8.74 取 =9mm 0 S 20 5.渦室內(nèi)輪廓線型線： 采用對數(shù)螺線： e 0 式中： 初始動徑 0 動徑角 角系數(shù) 根據(jù)邊界條件求出=202.5 ，=1.910 ，根據(jù)公式計算各個斷面 0 3 位置和距中心點的半徑。結(jié)果列于下表： 表 4-1 各斷面位置和中心點半徑 斷面 )( 0304590135 )(mm 202.5214.5220.6240.3261.7 180225270315360 285.1310.5338.2368.4401.3 6.壓水室的壁厚 根據(jù)

37、鑄造要求，強度要求，由經(jīng)驗初步選取壁厚為 8mm。 4.3 吸水室的設(shè)計 吸水室是指泵進口法蘭到葉輪出口的過程部分。吸水室的作用是將吸入 管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。吸入室的水力損失比壓水室相比 叫得多，但是吸入室中液流的流動狀態(tài)直接影響葉輪中的流動狀態(tài)。對泵的 效率有一定的影響，對泵的汽蝕性能影響也比較大。因此，對吸水室有如下 要求： 1.保證葉輪進口有要求的速度場，如：速度分布均勻，大小適當(dāng)，方向符合 等。 2.吸水室內(nèi)部分布均勻，方向符合等。 3.吸水室的類型主要有：錐形管吸水室、圓環(huán)形吸水室以及半螺旋形吸水室 等。 21 由于本次設(shè)計的是螺旋離心式水泵，省略設(shè)計洗入室。 第五

38、章 軸向力及其平衡 水泵運轉(zhuǎn)時，在其轉(zhuǎn)子上作用一個很大的與軸心線重合的力叫做軸向力。 5.1 產(chǎn)生軸向力的主要原因 1.液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其速度大小及方向都不相同，液 體動量的軸向矢量發(fā)生了變化，因此，由動量定理在軸上作用了一個沖力， 這個作用在葉輪上的力也是軸向力的一部分。 2.水泵葉輪前后蓋板承受液體壓力的面積大小不等，前后泵腔中的液體壓強 分布也不相同，因此，作用于葉輪上的壓力在軸向上不能平衡，造成了一個 軸向力，這個軸向力是軸向力的主要部分。 5.2 軸向力的計算 螺旋式葉輪可按半開式葉輪經(jīng)驗公式來近似計算軸向力，公式如下： HkdrF 111 2 式中： 圓心在葉片

39、入口邊上，并且與葉輪輪廓相切的圓的直徑。 1 d =cm 1 d362/ )( 1 h dD k軸向力系數(shù)，查表得 k=1.63 圓心處的半徑，=（mm 1 r 1 d 1 r904/ ) 21 DD 液體重度，=2650kg/m3 故： 26501363 . 1 036 . 0 09 . 0 14 . 3 2 1 F =1143N 5.3 軸向力的平衡方法 1利用對稱性，平衡軸向力從分析對稱形狀的雙吸葉輪可知，它相當(dāng) 于兩個單吸葉輪并聯(lián)工作，這種葉輪軸向力是自動平衡的這個辦法廣泛的 22 應(yīng)用于單吸兩級懸臂泵，渦殼式多級泵以及立式多級泵上 2改造葉輪，以減少或平衡軸向力用改變?nèi)~輪形狀的辦法，

40、降低葉輪 背面壓力，達到平衡或者減少軸向力的目的 3采用專門的平衡裝置，如平衡鼓裝置，平衡盤裝置 4對于單級小型軸向吸入泵軸向力不太大，一般采用徑向止推軸承來平 衡軸向力，但有時考慮受徑向力作用，可采用圓錐滾子軸承來承擔(dān) 5采用平衡孔，使后泵腔的下部與葉輪的吸入口相連，使兩面壓力相同， 但不能完全平衡軸向力這種平衡軸向力的方法存在以下兩個缺點：（） 泵的泄露量大，因此降低了泵的效率 （）液體流入葉輪時的速度不均勻， 因而降低了葉輪的水力效率 綜上所述，該泵的軸向力較大，如果采用均壓孔來平衡軸向力，不但水 力效率降低，又會因固體顆粒滲入填料箱或串到背葉片內(nèi)，從而加速了葉輪 填料及軸的磨損，綜合以

41、上兩種方式，采用單列圓錐滾子軸承平衡軸向 力因為這種軸承可以同時承受較大的軸向力和徑向力 第 6 章 主要通用零部件的選擇 6.1 正確選用主要通用零部件的重要性 現(xiàn)代大部分機械設(shè)備中有相當(dāng)部分是通用零部件。也就是說通用零部件 對于現(xiàn)代機械來說，是非常重要的也是必不可少的部分。 通用零部件關(guān)系著機械產(chǎn)品的加工制造效率和經(jīng)濟效益。因為合理的通 用零部件的選擇可以方便產(chǎn)品的組裝和使用后的維修工作。特別是標(biāo)準(zhǔn)化后 的零部件對于主要零件的設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)件的選購以及方便用戶使用維修方面更 是具有非常重要的意義。 6.2 軸封結(jié)構(gòu)的選擇 6.2.1 離心泵常用的填料 1. 用石墨或黃油侵透的棉織調(diào)料，用于低壓

42、離心泵輸送常溫清水。 2. 石墨侵透的石棉填料，在中等溫度及壓力下使用。一般輸送液體的溫度低 于 250，壓力小于 10kg/cm ，最大壓力不小于 18kg/cm2。最高溫度為 2 400。 6.2.2 填料密封結(jié)構(gòu)尺寸的確定 23 在已知軸徑或軸套直徑后，可按水泵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選用填料壓蓋，填料套， 填料環(huán)，長扣螺栓和螺母等。填料可取 46 圈，如果沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填料函 的主要結(jié)構(gòu)尺寸可按下列步驟確定。 圖 6.1 填料函結(jié)構(gòu) 1填料寬度 S（mm） S（1.41.8）d 式中： d軸或軸套直徑 所以： S=（1.01.8）56 =7.513.5 取 S=9mm 2填料高度 H（mm） 當(dāng)液體壓

43、力 P10kg/cm 時 2 H=（57）S =4563 取 H=49mm 3填料壓蓋高度 h（mm） h=（23）S =1827 取 h=25mm 4壓入填料函體內(nèi)的填料壓蓋長度 b（mm） b=（0.51）S =4.59 取 b=9mm 24 5填料壓蓋螺栓長度 L 應(yīng)保證在填料函體內(nèi)裝滿填料時不需加蓋就就能擰上螺母。 6填料壓蓋螺栓直徑 d 可按下表選?。?d 表 6.1 螺栓直徑系列 軸或軸套外徑20253035407580100 螺栓直徑M6M8M10M12 所以螺栓直徑選取為= M10 d 7填料壓蓋厚度 a（mm） a=（0.71.0） d =710 取 a=7mm 6.2.3

44、填料密封的安裝技術(shù)要求 1切割填料時，最好將它繞在與軸外徑相同的圓棒上切割，以保證尺寸準(zhǔn)確 和切口平行、整齊、無松散的石棉線頭，并成 30 度角。裝填料時填料接頭必 須錯開，一般交錯 120 度。 2在安裝時應(yīng)注意使填料對準(zhǔn)水封環(huán)，以免填料添死水封環(huán)，使水封失去作 用。 3在液體溫度超過 105或吸入壓力大于 8kg/cm 時，對填料函體應(yīng)進行冷 2 卻，并采用水冷填料壓蓋。 4為保證填料函的密封性能，對填料函應(yīng)進行水封，一般用自來水或從泵吐 出口引水即可。 由于此次設(shè)計的為離心式固液兩相泵，為防止泄露現(xiàn)象出現(xiàn)，軸封水經(jīng)計 算得 3bar。 6.3 軸承部件的選擇 軸承是支撐離心泵轉(zhuǎn)子的部件，

45、承受徑向和軸向載荷，在離心泵中應(yīng)用 較多的是滾動軸承。 滾動軸承的優(yōu)點是：軸承磨損小，軸或轉(zhuǎn)子不會因軸承磨損而下沉很多。 軸承間隙小，能保證軸的對中性，互換性好，維修方便，磨損系數(shù)小，泵的 啟動力矩小，軸承的軸向尺寸小，缺點是擔(dān)負沖擊的能力較差，在高速時易 有噪音，安裝要求準(zhǔn)確，滾珠的工作能力隨滾珠分離圈線速度的增加而減小。 25 總的來說，滾動軸承的優(yōu)點遠遠超過缺點，所以，逐漸在各種機械中廣 泛使用。 1軸承的潤滑及結(jié)構(gòu)選擇 由于設(shè)計選用的軸承必須能夠同時承受軸向載荷和徑向載荷，故選用向 心推力軸承，經(jīng)計算擬選單列圓錐磙子軸承。 滾動軸承能否正常工作，與軸承的潤滑情況密切相關(guān)，一般來說，被輸

46、 送介質(zhì)在 80以下，轉(zhuǎn)速在 2900r/min 以下的泵，可以采用脂潤滑，此次設(shè) 計的離心泵轉(zhuǎn)速為 1450r/min，常溫下輸送介質(zhì)，故采用脂潤滑，潤滑脂選用 鋰基潤滑脂 SY1412-75 的 2 或 3 。 # 2軸承安裝時應(yīng)注意的幾個問題 （1）與內(nèi)圈一起旋轉(zhuǎn)的軸，一般采用過渡配合，js6，k6。 （2）安裝時預(yù)熱軸承內(nèi)圈不允許超過 120。 （3）裝軸承處的軸面最好淬火處理，以免拆卸時將軸擦傷。 （4）與外圈配合的軸承體可采用過渡配合或間隙配合。 第 7 章 V 型帶的傳動設(shè)計 帶傳動由主動輪、從動輪和張緊在兩輪上的撓性帶組成。當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn) 時，依靠帶和輪間的摩擦來拖動從動輪一起轉(zhuǎn)

47、動，并傳遞一定的動力。 7.1 主要特點及應(yīng)用 優(yōu)點：1 結(jié)構(gòu)簡單，價格低；2 傳動平穩(wěn)，無噪聲；3 能緩沖，吸振和過 載保護；4 中心距范圍廣。缺點是：1 摩擦型帶傳動不能保證準(zhǔn)確的傳動比， 效率低；2 會產(chǎn)生較大的壓軸力；3 使用壽命較短。 在近代機械中，帶傳動應(yīng)用廣泛，尤其是在中小功率電動機與工作機之間的 動力傳遞中，最為常見。帶的工作速度一般為 525m/s，使用高速環(huán)形膠帶 時可達 60m/s，使用棉綸片復(fù)合平帶時可高達 80 m/s。膠帆布平帶傳遞功率 小于 500KW，普通 V 帶傳遞功率小于 700KW。 7.2 帶型的選擇 由于此次設(shè)計的螺旋離心泵主要從事的是野外工作，所以原

48、動機選擇的 是柴油機，菜油機和泵軸的連接選擇用 V 帶傳動有兩個方面的考慮：1 方便調(diào) 速 2 當(dāng)泵發(fā)生堵塞時，V 型帶可以打滑以防止損壞柴油機。 由于所選柴油機轉(zhuǎn)速r/min 和柴油機計算功率 12.02KW，由2200 n 26 機械設(shè)計手冊中冊圖 8-1 初選膠帶為 A 型。 小帶輪直徑： 1 D 由表 8-6 和表 8-12 選擇=100mm 1 D 大帶輪直徑： 2 D = 2 D n nD 1 )1 ( = 1450 2200100 )05 . 0 1 ( =144mm 式中： 比例系數(shù)，取=0.05 計算帶長： 122 2 144100 2 21 DD Dm 22 2 10014

49、4 2 12 DD 取中心距 a： a=500mm 帶長 L： L= a aDm 2 2 = 500 22 500212214 . 3 2 =1384.05 取基準(zhǔn)長度 =1400mm d L 求中心距和包角： 中心距 a： 22 8 4 1 4 ）（ m m DL DL a a= 22 22812214 . 3 1400 4 1 4 12214 . 3 1400 ）（ 27 =508mm 小帶輪包角： 1 = 1 60180 12 a DD = 60 508 100144 180 =174.8 120 求帶根數(shù)： 帶速 V： 100060 11 nD V 100060 220010014 .

50、 3 =11.45m/s 根數(shù) Z： La c KKPP P z )( 00 式中： 計算功率 12.02KW c P 包角系數(shù)，查表 13.10 得 0.98 a K 長度系數(shù)，查表 13.11 得 0.96 L K 單根 V 帶的基本額定功率，查表 13.4 得 2.8KW 0 P 單根 V 帶的基本額定功率的增量，查表 13.6 得 0 P 0.24KW 所以 96 . 0 98 . 0 )24 . 0 8 . 2( 02.12 z 取 z=4 根 求軸上載荷 張緊力： 0 F 28 = 0 F 2 1 5 . 2 500qv Kzv pc =500 2 45.111 . 0 1 98

51、. 0 5 . 2 45.114 02.12 =216.6N 軸上載荷： Q F = Q F 2 sin2 1 0 zF = 2 8 . 174 sin 6 . 21642 =1731N 第 8 章 離心泵主要零部件的強度計算 離心泵的主要零部件在設(shè)計的時候需要進行強度計算以滿足運行和安全 要求。在螺旋離心泵中，需要進行強度計算的零部件主要有：泵體，泵軸和 軸承。 8.1 泵體的強度計算 渦室是離心泵中較大的零件，并承受高壓液體作用。所以，渦室應(yīng)有足 夠的強度和剛度，本次設(shè)計的螺旋離心泵的泵體強度計算是校核渦室的壁厚， 計算公式如下： H H Q SS cg 式中：S渦室厚度 cm 許用應(yīng)力（

52、kg/cm2） ，鑄鐵 100150 （kg/cm2） ，鑄鋼 200250 kg/cm2。 渦室當(dāng)量壁厚， cg S 29 = cg S2 . 70084 . 0 1545 s s n n =2 . 7244.1150084 . 0 244.115 1545 =21.57 S= 200 13 13 3600/80 57.21 =0.58cm 所以設(shè)計時選用 MT-4，壁厚為 8cm，滿足強度要求。 8.2 泵軸的校核 校核過程如下： 受力簡圖如下： A B Y BY BX G 280 圖 8-1 受力簡圖 已知： 葉輪自重，經(jīng)估計=180 N G F G F V 帶泵軸的拉力，=1012.2

53、 N L F L F T 泵軸傳遞的扭矩，T=49.7 N.m 計算支撐反力： 水平面反力： N 234 200 260180 AX F N 414180234 BX F 垂直面反力： N 3 . 607 200 120 2 . 1012 AY F N 5 . 1619 2 . 1012 3 . 607 BY F 畫彎矩圖： 水平面彎矩圖： 30 A B .m 圖 8-2 水平面彎矩圖 垂直面彎矩圖： AB 46800 .m 圖 8-3 垂直面彎矩圖 合成彎矩圖： AB .m 46800 .m 圖 8-4 合成彎矩圖 畫轉(zhuǎn)矩圖： T=49700Nmm 轉(zhuǎn)矩圖： AB 49700 .mm 圖 8

54、-5 轉(zhuǎn)矩圖 許用應(yīng)力： 許用應(yīng)力值： 用插值法由表得Mpa, Mpa 5 . 102 0 b 60 1 b 應(yīng)力校正系數(shù)： 31 59 . 0 5 . 102 60 0 1 b b 畫當(dāng)量彎矩圖： 當(dāng)量彎矩： 在 A 點： 22 )( TMM = 22 2932391098 =95701 N.mm A 點處軸徑:50 mm 軸徑: =25.250 mm 3 3 601 . 0 95701 1 . 0 M dA 軸鋼度校核: 由實踐經(jīng)驗公式,單級懸臂泵比 t/l1.01.5 就不會有問題. t/l=260/200=1.31.5,故鋼度可滿足要求. 8.3 軸承的校核 查表得 30210 軸承的

55、主要性能參數(shù)如下： N, N, 3 10 2 . 75 r C 3 1092 or C42. 0e r/min4300, 8 . 0, 4 . 1 00 NYY N 2 . 1486234 7 . 1467 2222 AYAX rA FFF N615414455 2222 BYBX rB FFF B r rB 32 圖 8-6 受力分析圖 壽命計算： 附加軸向力： N531 8 . 2 2 . 1486 2 Y F F rA SA N 7 . 219 8 . 2 2 . 615 2 Y F F rB SB 軸承軸向力： SA FN 7 . 2540FF 2350NF SB 故軸承 A 被壓緊，

56、 N531 1 SA FF N 7 . 2540 2 FFF SB X/Y 值： 6 . 14 . 0.7 . 1 2 . 1486 7 . 2540 6 . 14 . 0.86 . 0 2 . 615 531 2 1 AA rA BB rB YXe F F YXe F F 沖擊載荷系數(shù)： d f 考慮到輕沖擊，查表得=1.2 d f 當(dāng)量動載荷： N1541)5316 . 1 2 . 10864 . 0(2 . 1)( 1 FYFXfP ArAAdA N 4311) 7 . 25406 . 16154 . 0(2 . 1)( 2 FYFXfP BrBBdB 軸承壽命： 因，只計算 B 軸承壽

57、命： BA PP 33 h 7 . 17796) 4311 10 2 . 738 . 0 ( 1450 16670 )( 16670 3 10 B r h P C n L 每天工作 360 天，每天工作 8 小時，則其工作年限為 。 年2 . 6 8360 7 . 17796 第九章 結(jié)論 “螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計”介紹了一種高效、實用的設(shè)計方法。它采用 實驗和現(xiàn)場運行性能指標(biāo)都優(yōu)秀的設(shè)計方法和經(jīng)驗公式，本次設(shè)計我采用了 勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負壓面空間曲線方程 為依據(jù)的設(shè)計方法，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。從而為設(shè)計性能優(yōu)秀的螺 旋離心泵提供了保障。此次設(shè)計的螺旋離心泵

58、具有很多優(yōu)點，比如：（1）無 堵塞性能好；（2）無損性能好；（3）效率高，與其他同類雜質(zhì)泵相比效率 高 5%以上；（4）泵的吸入性能好?？沙樗秃瑲饨橘|(zhì)，含氣量在 15%以下時， 泵的性能，震動基本不發(fā)生變化。 （5）具有優(yōu)良的抗汽蝕性能。其他參數(shù)相 同的條件下，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即 NPSHr 最小。因此，此螺旋離心 泵在市場上有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。適用于各種行業(yè)。 在本次設(shè)計中，一方面我自己做了大量的努力；另一方面也得到了各位 指導(dǎo)老師的大力幫助，這才使得我的設(shè)計能夠按時完成?？梢钥隙ǖ氖?，本 次設(shè)計中由于本人的知識層次及設(shè)計經(jīng)驗不足，難免會有一些不足之處，懇 請各位老師批評指正！

59、34 參考文獻 1 丁成偉. 離心泵與軸流泵. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1981: 143-158 2 A.J.斯捷潘諾夫. 離心泵和軸流泵. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1980: 74-93 3 金樹德, 陳次昌. 現(xiàn)代水泵設(shè)計方法. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 1993: 139- 148 4 雷宏. 機械工程基礎(chǔ)(上冊). 黑龍江: 黑龍江人民出版社, 2000: 142-215 5 雷宏. 機械工程基礎(chǔ)(中冊). 黑龍江: 黑龍江人民出版社, 2000: 603-605 6 雷宏. 機械工程基礎(chǔ)(下冊). 黑龍江: 黑龍江人民出版社, 2000: 760-778 7 勞學(xué)蘇, 何希杰.

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