环境管理_离心泵说明书

离心泵设计离心泵设计 摘摘 要：要：本设计采用的是双级单吸式离心泵结构。泵由电动机通过联轴器直接传动， 使液体压力得到升高，达到输送液体的功能。叶轮是泵的核心部分，主要采用一元 理论设计方法设计，得到了流道流线较好的叶轮。轴根据满足强度条件计算得到最 小轴径，设定安装叶轮处轴径，结构为阶梯轴。当装配图的总体结构尺寸确定后， 进行了轴的强度，刚度，及临界转速的校核。吸入室采用直锥型吸入室，压出室选 用螺旋形压出室。叶轮背后设有背叶片平衡了部分轴向力，余下的小部分轴向力又 轴承来平衡；径向力，由于泵的径向力本来就不大，所以无需采用专门的平衡措施。 轴封采用填料密封。不仅能满足密封要求，而且结构简单便于维修。根据轴所受的 径向力和轴向力来选择恰当的轴承，并配制润滑，密封措施。其余标准件按目标选 用，并作相应校核。 关键词：关键词：离心泵；泵的水力设计；泵的结构设计；叶轮 LightLight HydrocarbonHydrocarbon PumpPump DesignDesign Abstract: the designed pump is a double-stage, single-suction centrifugal pump. It is driven directly by an electromotor to increase fluid pressure and transport the fluid. Its impeller which was designed with one-dimension flow theory has good stream line. The shaft was designed according to strength condition and get least diameter where fix impeller of axle, and the shaft was design to a stepped shaft. The gross structure of assembly dreading was ascertain, and then check the intensity, rigidity and critical speed. Suction chamber adopt right cone sop chamber, while pumping chamber adopt spirally extrude chamber . Behind the impeller used some laminate to equation parts of the axial force, and the lest axial force was equaled by bearing. Because the radial force is not to high so there is no need to adopt some special equilibrium measure . Shaft gland adopt packing seal. not only be able to satisfaction the require of the pressurize, but also the structure is simple to be repaired. select the correct bearing by the radial force and the axial force, and select the correct lubricate and pressurize way .the rest building block was adopt by GB, and do the homologize check. Keyword：Centrifugal pump； Hydraulic pump design； The structural design of pump； Impeller 目目 录录 1 绪论7 2 离心泵的水力设计8 2.1 确定泵型.8 2.2 叶轮的设计.8 2.2.1 提供设计的数据和要求.8 2.2.2 确定泵的总体结构形式和泵出口直径的确定.8 2.2.3 泵转速的确定.9 2.2.4 泵比转数 ns的计算9 2.2.5 估算泵的效率.9 2.2.5.1 水力损失和水力效率.9 2.2.5.2 容积损失和容积效率 V.10 2.2.5.3 机械损失和机械效率10 2.2.6 电动机的选择.11 2.2.7 初定叶轮的主要尺寸.11 2.2.7.1 轴径和轮毂直径的确定.11 2.2.7.2 叶轮进口直径.12 2.2.7.3 叶片出口宽度.13 2.2.7.4 叶轮外径.13 2.2.7.5 叶片出口角和叶片.13 2.2.8 精算叶轮出口直径.13 2.2.8.1 叶片出口排挤系数13 2.2.8.2 理论扬程13 2.2.8.3 叶片修正系数14 2.2.8.4 无穷叶片数理论扬程.14 2.2.8.5 叶片出口轴面速度.14 2.2.8.6 叶片出口圆周速度.14 2.2.8.7 叶轮出口直径.15 2.2.8.8 第二次精算叶轮出口直径.15 2.2.8.9 第三次精算叶轮出口直径.15 2.3 叶片绘型.16 2.3.1 计算叶片进口速度.16 2.3.2 叶片进口角.16 2.3.3 叶片厚度17 2.3.4 叶片前后盖板的设计.17 2.3.5 叶片的绘型18 2.3.5.1 作轴面投影图18 2.3.5.2 作叶轮平面投影图双圆弧法19 3 离心泵压出室和吸入室的设计21 3.1 离心泵压出室的设计.21 3.1.1 压出室的作用和要求.21 3.1.2 螺旋式压出室断面的计算.21 3.2 离心泵吸入室的设计.24 4 离心泵中的轴向力、径向力及其平衡25 4.1 泵中离心的轴向力的计算及其平衡.25 4.1.1 轴向力的计算.25 4.1.2 轴向力的平衡.26 4.2 泵中离心的径向力的计算及其平衡.26 4.2.1 泵中离心的径向力26 4.2.2 径向力的平衡.27 5 泵轴的校核29 5.1 泵壳的材料选用.29 5.2 泵轴的校核.29 5.2.1 轴强度的校核.29 5.2.1.1 作轴的受力简图.30 5.2.1.2 作弯矩图.31 5.2.1.3 危险截面的当量弯矩.31 5.2.1.4 计算危险截面处轴的直径.31 5.2.2 轴的临界转速计算33 6 泵密封 轴承 联轴器的设计35 6.1 密封.35 6.2.1 轴承的选取.35 6.2.2 轴承的密封.35 6.2.3 轴承的校核.36 6.2.3.1 轴承的当量动载荷 P.36 6.2.3.3 轴承的当量静载荷.36 6.2.3.4 轴承端盖的设计.36 6.3 联轴器的选择及校核.37 6.3.1 联轴器的选择.37 6.3.2 联轴器的校核.38 7 其它零件的设计39 7.1 键的设计与校核.39 7.1.1 键的设计.39 7.1.2 键的校核.39 7.2 叶轮口环的设计.39 7.3 泵体密封环的结构设计.40 8 结论41 参考文献参考文献42 致谢致谢43 附录附录 A44 附录附录 B.47 附录附录 B.48 1 1 绪论绪论 泵是世界上最早发明的机器之一。在现今世界上，泵作为一种通用机械广泛应 用于国民经济各部门。泵的类型复杂，品种规格繁多。其中，离心式泵以其结构简 单，质量轻，流量稳定，易于制造和便于维护等一系列优点，被广泛应用。正因为 如此，目前来看，离心泵的基本结构已发挥得比较完善。今后趋向控制泄露，减少 污染，减小污染，减小能耗和降低成本等方向进行发展，而主要着重于泵用材料及 轴封的改进。 本设计对象是轻烃泵。确定泵型为离心式轻烃泵。设计中着重以下几方面的设计 （1）结构设计 根据所给设计参数和使用工况，确定泵型为两级单吸涡壳式 离心泵，由于本泵比转数小，效率低，结构内部设计在前人的基础上作了恰当的改 进。 （2）密封选择 泵的密封常称作轴封，轴封的作用是防止高压液体从泵中泄 露出和防止空气进入泵内。轴封有软填料密封和机械密封。软填料密封常用于泵轴 密封（包括旋转式与往复式）带搅拌反应器的轴封以及阀杆密封等。其使用范围 广介质压力由真空 1.3310- 5 至 35 MPa,工作温度-50600。密封面线速度至 20m/s。填料密封结构简单，装卸方便，成本低廉。机械密封的密封性能良好，泄漏 量低，摩檫功率损失小，对轴的磨损轻微，但成本比较高。所设计的泵轴符合软填 料密封的要求，故选择软填料密封。 （3）材料选择 正确选择泵用材料，不仅可降低泵的成本，还可提高泵的可 靠性和使用寿命。针对本设计泵的使用工况，考虑到液体的性质，选择了一般的 HT200。 总之，本设计的目的就是在满足设计要求的前提下，改进泵的结构，改良密封，恰 当选材，降低成本，得到良好性能的，满足具体工况条件的专用泵。 2 2 离心泵的水力设计离心泵的水力设计 2.12.1 确定泵型确定泵型 该设计为轻烃泵，流量为 50m3/h ,温度： 1 , 起正冲角为 =1 1 。冲角的范围为 =310。采用正冲角能提高抗汽蚀性能，并且对效率影响不大。 236 . 0 4 . 9 22 . 2 tan 1 1 1 u vm （2 34） 3 . 13 1 3 . 22 3 . 16)93( 3 . 13 11 取 1=20 2.3.32.3.3 叶片厚度叶片厚度 74. 31 7 25 290. 051 2 Z H KDS i mm （235） 式中 K经验系数，与材料的比转有关，不同材料的系数 K 推荐值，在表 214 选取 7。因叶片为铸铁，取 K=5 D2叶轮外径（m） Hi单级扬程（m） Z叶片的数目 铸铁的叶片厚度最小为 23mm, 为了方便铸造，计算时初取 S=5mm 选取 HT200 为泵的叶轮材料 6。HT200 的铸造性能好，有良好的机械性能，在大 气、水和弱腐蚀介质和温度不高的情况下，有良好的耐蚀性。可用于承受冲击负荷， 要求韧性高的铸件。 2.3.42.3.4 叶片前后盖板的设计叶片前后盖板的设计2 2 叶轮盖板的强度计算 叶轮的圆周速度与圆周方向应力有以下联系 2 2 4 108 . 9u g rm （2 36） 式中 rm叶轮材料的密度 kg/cm3 铸铁叶轮=0.0073kg/cm3 u2叶轮圆周速度 m/s g重力加速度 m/s2 一般取 g=980cm/s2 MPa 8 . 1697.22 980 0073 . 0 108 . 9 4 而 HT200 的 =90MPa9 由表 2139查得。取 S=4mm 2.3.52.3.5 叶片的绘型叶片的绘型 叶片的绘型方法很多，对圆柱形叶片一般常用双圆弧法； 2.3.5.12.3.5.1 作轴面投影图作轴面投影图 图图 2 23 3 叶轮轴面投影图画法叶轮轴面投影图画法 轴面是包含轴心线的截面，如图 23 所示。OA 面即是轴面。轴面投影图就 是将叶轮上的点，按旋转投影法投影在某一轴上的图形。在轴面投影图上，可以比 较全面地看到叶轮前，后盖板的形状，叶片入口边，出口边各相对于叶轮轴心线的 径向位置和轴向位置。但是，入口边，出口边上各点并不一定在同一轴面上。 作图步骤如下： （1）.取 D2,Do和 dh的一半作轴心线 OO 的平行线 FB,GH 和 DE; （2）.作轴心线 OO 的垂线 AB 与 FB 交于 B 点； （3）.过 B 点作 BC 线使 =-35（负角表示 BC 在 AB 线的右侧） 。 角的大 小与泵的比转数 ns 和结构形式有关。 （4）.以适当的半径 R2 画圆弧，使之与直线 DE 和 BC 相切，得到叶轮后盖板的 处步轮廓线； （5）.作轴新 2 线 OO 的平行线 JK，JK 距离为 2 1 D 。在 JK 线上以相应点为圆 心，以 2 1 b 为半径作园，使之与后盖板轮廓向相切； （6）.截取 FB=b2,连接入口圆弧与 M 相切。并以适当的圆弧（半径为 R1）或直 线作成叶轮前盖板的轮廓线并通过 F 点。 （7）.作叶片入口边。对于圆柱形叶片的泵，叶片入口边平行与轴. 2.3.5.22.3.5.2 作叶轮平面投影图作叶轮平面投影图双圆弧法双圆弧法 图图 2 24 4 叶轮平面投影图的画法叶轮平面投影图的画法 （1）作叶轮的 D2和 D1圆，如图 24 所示 （1） 作中间圆 Di,一般取（ 2 12 DD Di ） 。按下面公式计算对应于 Di,的 i 12 121 1 )( DD DDi i （2 37） （2） 作半径线 OA，由 A 点作直线 AK，使OAK=2; （3） 半径线 OC，使AOC=i,+2，并与 Di,圆交于点 C。连接 A.C, 直线 AC 与 Di圆交于另一点 D; （4） 连接 OD,作直线 DE,使ODE=i,并与 AK 线交于 E 点； （5） 以 E 点为圆心，EA 为半径画弧，此弧必过 D 点； （6） 作半径线 OF，使DOF=i,+1并与 D1圆交于 F 点，连接 D.F。直线 DF 与 D1圆交于另一点 G； （7） 连接 G,O 并作 GH 线，使OGH=1，GH 线与 DE 线交于 H 点； （8） 以 H 点为圆心，HD(或 HG)为半径画弧，此弧必通过 G 点； （9） 以 E 点和 H 点为圆心，分别以 EA+S（或者 2 S EA）和 HD+S （或者 2 S HD ）为半径作弧，即得叶片的形状。不过在进口处应将叶片入口 削尖修圆。其中 S 为叶片真实厚度； （10）以叶片数等分外圆，仿上法便可依次绘出其它叶片来。 3 3 离心泵压出室和吸入室的设计离心泵压出室和吸入室的设计 3.13.1 离心泵压出室的设计离心泵压出室的设计 3.1.13.1.1 压出室的作用和要求压出室的作用和要求 压出室是指叶轮出口到泵出口法兰的过流部分。液体从叶轮中流出来的速度是 很大的，但液体进入下一级叶轮（或进入压水管道中）又要求其速度降到叶轮入口 要求的速度。因此，在离心泵中压出室要在水力损失最小的前提下完成以下任务： 为在叶轮内形成稳定的相对运动的条件，必须保证液体在压出室内的流动是轴对称 的；把从叶轮流出的高速度液体收集起来，并将液体的大部分动能转换为压力能， 然后，输送到管道或送到下一级叶轮入口，而且在能量转换过程中不被破坏液体在 压出室中的轴对称流动；流出叶轮的液体，具有很大的速度环量，而液体进入次级 叶轮人口时，要求其速度环量基本上对于零，因此第三个作用是消除速度环量，压 出室中的水力损失是离心泵内水力损失的重要组成部分。按其结构可分为螺旋式压 出室；环行压出室和叶片式压出室。由于结构和加工要求，本设计采用螺旋式压出 室。 3.1.23.1.2 螺旋式压出室断面的计算螺旋式压出室断面的计算 螺旋式压出室螺旋线开始的位置称为隔舌。隔舌所在半径 r3,称为基圆半径。隔 舌与叶轮外径之间应有一适当的间隙，间隙过大，则由于液体在间隙内循环而损失 功率，使泵的最佳效率下降，间隙过小，则可能使泵在大流量下压水室内产生汽蚀， 并伴随有噪音和震动。通常 23 )05 . 1 03. 1 (rr ，对于低比转数泵选取小的系数值， 而高比转数泵选取大一些的系数。本设计泵为低比转数 8 . 15014504 . 1 04 . 1 23 rrmm （31） 取 151mm 螺旋式压出室人口宽度 5 . 2329005 . 0 905 . 0 223 Dbbmm （3 2） 取 b3=23mm 采用速度系数法设计压出室采用速度系数法设计压出室。螺旋式压出室断面面积大小，由所选取的压出室 内液体流动速度决定 压出室中液体流动 068.11258 . 925 . 02 33 gHKv v m/s （33） 式中 Kv3螺旋式压出室中的速度系数，由图 65 查得1 H泵的单级扬 压出室第八断面：F= 2 3 872.1255 068.11 3600/50 mm v Q （3 4） 第七断面：F= 8 7 F = 2 888.1098872.1255 8 7 mm 第六断面： F= 8 6 F=941.904 2 mm 第五断面： F= 8 5 F=784.92 2 mm 第四断面： F= 8 4 F=621.936 2 mm 第三断面： F= 8 3 F=470.952 2 mm 第二断面： F= 8 2 F=313.968 2 mm 第一断面： F= 8 1 F =156.984 2 mm 图图 3-13-1 螺旋型压水室设计图例螺旋型压水室设计图例 由三角关系可知 rrR r 3 sin （35） 式中 断面侧壁倾斜角； r断面过度圆弧半径； R断面外壁所在半径 令 sin1 sin A （36） cos)1 (2 360 90 2 AAAB （3 7） 则 3 2 33 2 4 r B BFbb R （3 8） 取 40