200D多段离心式清水泵结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 泵作为一种通用机械，在国民经济中各个领域都有广泛的应用。农业的灌溉和排涝，城市的供水和排水都需要泵。在工业的各个部门泵更是不可缺少的。本人此次设计的是 200D 型离心式清水泵。此类泵是利用叶片和液体相互作用来输送液体的叶片泵的一种，输送清水（含杂质量小 1%，颗粒度小于 物理化学性质类似于水的其他液体。它输送介质温度小于 80 C ，适用于矿山排水、工厂和城市给排水等场合。 离心泵具有结构简单，系统无需卸压装置，运行安全可靠和性能优良等特点。 本文介绍 200段式多级泵的用途比较广泛，产量也比较大，这种泵实际上等于将几个叶轮装在一根轴上，串联的工作，所以扬程一般比较高，每个叶轮均有相应的导叶。 关键词 :离心泵 导叶 叶轮 平衡装置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 is as of is in in of in 00Ds at or of is to to a of in %, is , in of is 0, as is in It is s as to is of 00Ds to of is in of is to to on an so is is by 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目 录 摘 要 . 1 . 2 目 录 . 3 第 1 章 诸论 . 7 第 2 章 泵的概述 . 8 及其在国民经济中的应用 . 8 的分类 . 8 叶片式离心泵的型式 . 9 主轴方向 . 9 按液体从叶轮流出的方向 . 9 按吸入方式 . 9 按级数 . 9 按叶片安装方法 . 10 按壳体分开方式 . 10 按泵体形式 . 10 第 3 章 离心泵的基本理论知识及主要部件 . 11 离心泵的结构形式 . 11 泵的基本参数 . 11 流量 . 11 扬程 . 12 转速 . 13 汽蚀余量 . 13 功率和效率 . 14 泵的各种损失及泵的效率 . 14 离心泵主要零部件及结构型式 . 16 吸入室及其结 构型式 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 叶轮及其结构型式 . 17 压出室及其结构型式 . 18 轴封机构及其结构型式 . 19 轴向力平衡机构及其结构型式 . 20 其它零部件 . 20 第 4 章 离心泵结构设计 . 21 心泵结构方案的选择 . 21 电机的选择 . 21 定电机转数 n、比转数 级数 i . 22 步确定吸入口直径 D、流速 吐出口直径 D . 24 定泵的最小汽蚀余量 汽蚀比转数 C . 25 径的初步设计 . 27 心泵叶轮的设计 . 28 定叶轮入口直径 . 29 确 定叶片入口边直径 . 31 确定叶片入口处绝对速度 . 31 确定叶片入口宽度 . 32 定叶片入口处圆周速度 1u . 32 定叶片数 Z . 32 定叶片入口轴面速度1. 33 定叶片入口安放角 1 . 33 定叶片厚度 . 34 定叶片排挤系数 1 . 35 片包角 的确定 . 36 定叶轮外径 2D . 36 定叶片出口安放角 2 . 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 确定叶轮出口宽度 2b . 37 定叶轮出口绝对速度和圆周速 度的夹角 2 . 39 向导叶的设计计算 . 41 定基圆直径 . 41 确定导叶入口角3. 41 确定导叶入口宽度 . 42 定导叶喉部面积和形状 . 42 确定导叶入口厚度 S . 43 确定导叶扩散角 . 44 确定导叶扩散段长度 L . 44 定反导叶入口角5. 45 确定反导叶叶片数 . 46 确定反导叶出口角6. 46 吸入室的设计 . 46 衡装置的设计计算 . 46 定平衡盘两侧压差 . 47 算平衡盘半径 r . 48 计算轴向间隙长度0r . 49 定轴向间隙0b . 50 算平衡盘的泄漏量0q. 51 第 5 章 离心泵主要零部件 的强度计算 . 52 叶轮盖板强度计算 . 52 叶片厚度计算 . 53 轮毂的强度计算 . 54 分段式多级泵中段计算 . 55 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 泵体密封面连接螺栓计算 . 55 泵轴的校核 . 57 键的强度校核 . 59 第 6 章 离心泵主要通用零部件的选择 . 61 轴封结构的选择 . 61 封的作用 . 61 料密封 . 61 承部件的选择 . 62 轴器的选择 . 62 第 7 章 离心泵材料的选择 . 63 壳体 . 63 轴 . 63 叶轮 . 63 第 8 章 经济分析 . 65 经济工作条件 . 65 术经济分析的性质 . 65 参考文献 . 67 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 1 章 诸论 D 型离心式清水泵在国内外有了很大的发展。在国民经济的各个领域都有应用，无论是农业、城市、矿山，还是工业的各个部门都有它的存在。总之，无论是尖端的科学技术，还是日常的生活，到处 都需要泵，到处都有泵在运行。只要有泵的地方就有离心泵的存在，其发展前景是可观的。在我国泵业发展庞大。从单级到多级，对泵的研究机理已经达到了国际水准。离心泵是泵中的一个分支。我国的离心泵研究合理，基本上满足从农业到工业跨领域性应用。 我的设计题目是 200D 多段离心式清水泵结构设计。根据指导教师给的设计参数的具体分析，我设计的多段离心式清水泵需要的流量是 每小时 280 立方米 ，扬程是 260 米水柱，工作效率为 70%，转速为每分钟 1470 转，液体重度为每立方米 1000 千克。多段离心式清水泵，它属于 D 型泵。 D 型离心 式清水泵是单吸多级分段式离心泵，供输送清水及物理化学性质类似于水的液体之用。具有效率高，性能范围广，运转安全平稳，噪声低，寿命长，零件互换性强，使用维护方便，产品规格齐全，覆盖面广等优点。卧式多级分段式离心泵依靠自身的结构可以满足大流量高扬程供水需求。往往是农业工业中不可却少的排水设施。因而该泵的性能应用范围是泵业发展所关注的。在密封采用软填料密封，注入液体或循环液体可以即起到密封作用又可以隔离及冷却。该泵价格底，结构简单、安装检修方便，因此可以隔离及冷却适用于工厂、城市、矿山、农村的给排水等，分段式多级泵 的用途比较广泛，产量也比较大，它应用领域也在不断地扩大，具有广泛的研究意义。 离心泵是一种用量最大的水泵，在给水及农业工程、固体颗粒液体输送工程、石油及化学工业、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等国民经济各个部门都有广泛的应用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 2 章 泵的概述 及其在国民经济中的应用 泵是应用非常广泛的通用机械，在国民经济各部门中，泵是不可缺少的机械设备，输送各种液体都离不开它。例如在火力发电厂中，向锅炉送水的给水泵；向汽轮机凝汽器送冷却水的循环水泵；排出凝汽器中凝结水的凝结水泵；在几级加热器之间增加 水流压力的中继水泵；排除热力系统各处疏水的疏水泵；向热力网系统补充水的补给水泵以及向热力系统中补充软化水的水泵等。这些泵都是火力发电厂的重要辅助设备。此外，还有用来输送各种润滑油、药液以及排除锅炉灰渣的特殊用途的泵。而且随着科学技术的发展，其应用范围正在迅速扩大。据 1984 年统计，泵耗电量占全国用电量的 20%，耗油量占全国总用油量的 5%。可见，提高泵类产品的技术指标，对节约能源，加速四个现代化建设具有重要意义。 的分类 泵的类型复杂，品种规格繁多。按其工作原理可分为以下三大类： 叶片式泵： 是利用叶 片和液体相互作用来输送液体 ,叶片式泵是由装在主轴上的叶轮的作用，给液体以能量的机器。按其作用原理可分为以下几类：它主要是包括离心泵和轴流泵、混流泵。 离心泵主要是由离心力的作用，给叶轮内液体以压力能和速度能，进而，在壳体或导叶内，将其一部分速度能转变为压力能，进行抽送液体的泵。离心泵是叶片泵的一种，它具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修等优点。国内外生产实践表明：离心泵的产值在泵类产品中是最高的。这也是我的设计的目的，了解其结构和特点。 还有容积泵包括往复泵和 转达子泵。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 由于我主要研究的是离心泵在这里就对其它的泵不多作介绍了。 叶片式离心泵的型式 叶片式泵按其结构型式，可详细分类如下： 主轴方向 轴水平放置； 轴垂直放置； 轴倾斜放置； 按液体从叶轮流出的方向 体主要在与主轴垂直的平面上流出； 体主要在与主轴为中心轴的圆锥面上流出； 体主要在与主轴同心的圆柱上流出； 按吸入方式 轮只在一面有吸入口； 轮在两 面有吸入口； 按级数 体通过一个叶轮的结构； 体通过同一轴上的两个以上叶轮的结构，称为 2级 ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 按叶片安装方法 轮的叶片安放角度可以调节； 轮的叶片安放角度是固定的； 按壳体分开方式 体按与主轴垂直的平面分开； 分段式多级泵中，每一级壳体都是分开的； 体在通过轴心线的平面上分开； 中开式中分开面是水平的； 中开式中分开面是垂直的； 中开倾斜的式中分开面是 按泵体形式 轮压出侧具有带蜗室的壳体； 轮压出侧具有带两个轴心对称的蜗室的壳体； 导叶的离心泵； 壳体外装有圆筒状的耐压壳体 筒式泵之外的双层壳体； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 第 3 章 离心泵的基本理论知识及主要部件 离心泵的结构形式 离心泵结构形式虽然很多，但由于作用原理相同，所以主要零部件的形状是相近的。离心泵的主要零部件有以下几种：叶轮，吸入室，压出室，密封环，轴封机构，轴向力平衡机构。泵的 主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室，其中还包括导叶。泵的吸水室位于叶轮前面，其作用是把液体引向叶轮、有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。 压水室位于叶轮外围，其作用是收集从叶轮流出的液体，送入排出管。压水室主要有螺旋形压水室、矩形形压水室两种形式。 叶轮是泵最重要的工作元件，是过流部件的心脏。叶轮由盖板和中间的叶片组成，根据液体从叶轮流出的方向不同，叶轮分为径流式、混流式和轴流式三种型式。 径流式叶、混流式叶轮、轴流式叶轮 泵的基本参数 表示泵的主要性能的参数有以下几个： 流量 Q、扬程 H、转速 n、汽蚀 余量 h、功率 效率 流量 流量是泵在单位时间内输送出去的流体量（体积或质量），其中，体积流量用 Q 表示，单位是： m3/s、 m3/h、 L/s 等，质量流量用位是： t/h、 kg/s 等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 质量流量和体积流量的关系为 Q 式中 流体的密度（ kg/t/，常温清水 1000kg/ 液体重度 随温度变化，而压力变化对其影响较小。所以，在计算中可根据实际情况由表查出。 扬程 扬程是泵所抽送的单位重量的液体从泵进口处（泵进口法兰）到泵出口处（泵出口法兰）能量的增值。也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。其单位是 N m/=m，即泵抽送液体的液柱高度，习惯简称为米。 根据定义，泵的扬程可以写为 式中 泵出 口处单位重量流体的能量（ m） 泵进口处单位重量流体的能量（ m） 单位重量流体的能量在水力学中称为水头，通常由压力水头gP(m)、速度水头m)、位置水头 Z（ m）三部分组成，即 22， 22买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 因此 )(222式 中 泵出品、进口处液体的静压力 泵出品、进口处液体的速度 泵出品、进口到任选的测量基准面的距离 转速 转速是泵轴单位时间的转数，用符号 n 表示，单位是 r/与所用的原动机形式有关，如采用电作为 动力源的可以选择电机直接驱动，也可以选择加入一个变速器，来改变转数；也可以选择采用汽油机、柴油机驱动；还可以采用汽轮机驱动。 汽蚀余量 汽蚀余量是表示汽蚀性能的主要参数。把泵入口的全水头和液体饱和蒸气压力水头差，作为发生汽蚀的大致标准。汽蚀余量国内曾用 h 表示。 2211 式中 泵入口处的静压力 泵入口处的平均流速 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 功率和 效率 泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用 N 表示。 泵的有效功率又称输出功率，用 示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。 有效功率为： （ 或 10001000 e （ 式中 泵输送液体的密度（ kg/ 泵 输送液体的重度（ N/ Q 泵的流量（ m3/s） H 泵的扬程（ m） g 重力加速度（ m/ 若液体重度的单位 Q、 H 的单位与上式相同，则 102e （ 轴功率 N 和有效功率 差为泵内的损失功率，其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比，用 表示，即 ， 也可以用下式表示 式中 m 机械效率 v 容积效率 k 水力效率 泵的各种损失及泵的效率 机械损失和机械效率：原动机传到泵轴上的功率又称轴功率，首买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 先要花费一部分去克服轴承和密封装置的摩擦损失，剩下来的轴功率用来带动叶轮旋转。但是叶轮旋转的机械能并没有全部传给通过叶轮的液体，其中一部分消耗于克服叶轮前、后盖板表面与液体和盖板表面与泵腔中液体之间的摩擦，这部分损失称为圆盘摩擦损失。而机械损失效率 m 由轴承损失功率、密封损失功率和圆盘损失功率大小表示。 N 式中 轴承损失功率 密封损失功率 圆盘损失功率 机械损失 输入水力功率 输入水力功率用来对通过叶轮的液体作功，因而叶轮出口处液体的压力高于进口压力。出口和进口的压差，使得通过叶轮的一部分液体从泵腔经叶轮密封环间隙向叶轮进口逆流。这样，通过叶轮的流量称泵的理论流量，并没有完全输送到泵的出口。其中泄漏量 q 这部分液体把从叶轮中获得的能量消耗于泄漏的流动过程中。即从高压液体（出口压力）变为低压（进口压力）液体。所以容积损失的实质也是能量损失。容积损失的大小用容积效率v来计量。容积效率为通过叶轮除掉泄漏之后的液体（实际的流量 Q）的功率和通过叶轮液体（理论流量 率（输入水力功率）之比，即 式中 泵的理论流量 ； 泵的理论扬程，它表示叶轮传给单位重量流体的能 量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 q 泄漏量 多级泵有级间泄漏。另外，泵平衡轴向力装置、密封装置等的泄漏量也应算在泵的容积损失之中。这些都是我应该注意的问题。 通过叶轮的液体从叶轮中接收的能量 并没有完全输送出去，因为液体在泵过流部分和冲击、脱流、速度方向及大小变化都会引起水力损失，从而要消耗掉一部分能量。单位重量液体在泵过流部分流动中损失的能量称为水力损失，用 h 来表示。由于存在水力损失，单位重量流体经过泵增加的能量 H，要小于叶轮传给单位 重量液体的能量 。泵的水力损失的大小用泵的水力效率来计量。水力效率为去掉水力损失液体的功率和未经水力损失液体功率之比，即 H 总效率为有效输出功率 之比，即 变化为 H 即 泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率之乘积。 离心泵主要零部件及结构型式 我将按液流从泵入口至出口所经过部件的先后顺序，来讨论和介绍各个主要部件 及其结构型式。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 吸入室及其结构型式 吸入室的作用是将吸入管路中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。吸入室对液体进入叶轮的流动情况有很大的影响，所以吸入室形状的好坏能影响离心泵的汽蚀性能。对于泵的设计来说也是非常重要的。 1. 锥形管吸入室 锥形管吸入室，这种型式的吸入室的结构简单，制造方便，能在叶 轮入口前产生不大的加速度，使叶轮前流速均匀，液体在锥形管吸入室中损失很小。但是，它主要用于悬臂式结构，其它结构形式的泵中很少采用。所以并不是我所选的吸入室。 2. 圆环形吸入室 圆环形吸入室，这种型式的吸入室的优点是机构简单轴向尺寸较短，缺点是液体进入叶轮时有冲击和旋涡损失：在叶轮前，液流分布也不太均匀。但是，由于多级泵的扬程、吸入室中的水力损失所占比重不大，故在多级泵中广泛使用。由于毕业设计需要我也采用了圆环形吸入室。符合设计要求。 3. 半螺旋形吸入室 半螺旋形吸入室，这种型式的吸入室的优点是液体进入叶 轮时流动情况比较好，速度比较均匀，但液体进入叶轮前有预旋，多少要降低离心泵的扬程对比转数较小的泵的影响还不太明显，对转数较大的泵的影响就很显著了。我国的中开式泵都采用半螺旋形吸入室，也有个别悬臂泵采用这种形式。也不在考虑之内。 叶轮及其结构型式 叶轮的功用是将原动机的机械能传递给液体，使液体的压力能和动能均有所提高的零件。叶轮是影响离心泵性能的主要零件。叶轮一般由前盖板、叶片、后盖板和轮毂所组成。叶轮的材料要求有高强度、抗腐蚀、抗冲刷的性能，因此一般采用铸铁、磷青铜或黄铜制成。而大型给水泵和凝 结水泵则一般采用不锈钢。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 其结构有开式、半开式和闭式。 压出室及其结构型式 压出室的作用是以最小的损失，将从叶轮中流出的液体收集起来，均匀地引至泵的吐出口或次级叶轮，在这个过程中，还将液体的一部分动能转变为压力能。 1. 螺旋形涡室 它一般用于单级泵，不在考虑之内。 2. 环形压出室 由于环形压出室内的各个断面面积相等，所以，各处的流速不相等，因此，无论是否在设计工况下工作，在环形压出室中总是有冲击损失的。所以具有环形压出室泵的效率较高而具有螺旋形压出室的泵效率低，由于我设计的是清水泵，所以环 形压出室，也不考虑。 3. 径向导叶 径向导叶：导叶与涡室的作用相似，可以把导叶看作在叶轮周围安放的几个涡室（也可以把涡室看作是只有一个叶片的导叶）。导叶的作用是以最小损失，把由叶轮流出的高速液体收集起来，并把液体的一部分动能变为压能，还要通过反导叶以最小损失把液体均匀得引向次级叶轮。 4. 流道式导叶 流道式导叶：流道式导叶的特点是液体丛导叶入口到反导叶出口都在导叶流道内流动，所以速度变化比较均匀。目前，我国的分段式多级泵一般很少采用流道式导叶。符合设计要求，压出室我选择扭曲径向导叶。 5. 扭曲叶片式导 叶 扭曲叶片式导叶：扭曲叶片式导叶引导液流和能量转换的效果虽然没有径向导叶好，但是，扭曲叶片式导叶径向尺寸比较小，所以深井泵、潜水泵、作业面潜水泵和一部分混流泵由于泵的外径受到限制而采用扭曲叶片式导叶。扭曲叶片式导叶收集液体和能量转换工作全部在导叶流道内进行。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 轴封机构及其结构型式 在泵轴伸出泵体处，旋转的泵轴和固定的泵体之间有轴封机构。离心泵的轴封机构有两个作用：减少有压力的液体流出泵外和防止空气进入泵内。尽管轴封在离心泵中所占的位置不大，但泵是否正常运转却和轴封密切有关。 1. 有骨架的橡 胶密封 有骨架的橡胶密封：在这种密封中，密封碗是主要密封元件，它利用橡胶的弹力和弹簧压力将密封碗紧压在轴（轴套）上。这种密封结构的优点是，结构简单、体积小、密封效果比较显著；缺点是密封碗内孔尺寸容易超差。因此，将轴压得太紧，造成消耗功率太大。这种密封结构安装要求较严，寿命比较短，所以在小泵上用得还比较多，在大泵上很少采用。 2. 填料密封 填料密封：是一般离心泵中最常用的密封结构，一般由填料套、填料环、填料、填料压盖、长扣双头螺栓和螺母组成，靠填料和轴（或轴套）的外圆表面接触来实现密封的。轴封的严密性可以用 松紧填料压盖的方法来调节。填料密封的合理泄漏量是液体从填料函中渗漏出来，成滴状，每分钟泄漏量为 60 滴左右。根据计算和资料我采用了此密封。 3. 机械密封 机械密封：主要密封原件、辅助密封原件、压紧原