SZ-4型水环式真空泵设计【图纸丢失、只有论文】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 攀枝花钢城集团有限公司  协力分公司本科生实习论文  水环式真空泵常见机械故障分析和解决方法研究  实习生：   指导老师：   二 O 一 三 年五月  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目    录  摘要 . . I 1 绪论 .水环式真空泵 概述 .水环式真空泵工作原理 .水环式真空泵常见故障 . .题研究内容、目的及意义 .水环式真空泵 轴孔磨损、轴磨损及断裂 .孔磨损分析 . .孔磨损解决方法 . . .疲劳强度校核 .裂、断解决方法探讨 .水环式真空泵叶片断裂 . .片断裂分析 .决方法探讨 . 轴承磨损问题 .语 . . . . 16 致谢 . . .考文献 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘   要  本课题 题目为  水环式真空泵常见 机械 故障分析和解决方法的研究 。  本课题的目的是 针对水环式真空泵叶轮 叶片断裂 ， 转 轴 磨损，轴承损坏，转子结垢予以理论分析和强度、寿命计算，对照日常检修台帐记录，从而得出故障结论，并提出解决措施。  其主要内容为：    概述真空泵的工作原理，列出泵的常见故障，反应出本课题研究的意义。    对轴孔和轴的振动，磨损进行分析，并提出通过配合公差予以解决。校          核轴的疲劳强 度，得出轴的安全系数不符要求，并提出解决方法。    对转子进行受力分析，得出叶片断裂原因，并提出解决方法。    对轴承磨损问题分析，得出通过改进轴承类型予以解决。    用 行二维平面构图，完成对机构的结构和应力分析。  关键词 ：水环式真空泵，叶片 ， 轴孔， 转轴，轴承， 振动， 磨损，断裂  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1  1 绪论  水环式真空泵概述  列水环 式真空泵 （简称： 空泵）及压缩机是用来抽吸或压缩空气和其他无腐蚀性、不溶于水、不含有固体颗料的空气，以便在密闭 容器中形成真空和压力。但吸入气体允许混有少量液体。 环式真空泵被广泛运用于机械、石油化工、制药、食品、制糖工业及电子领域。 环式真空泵由于在工作过程中，气体的压缩是等温的，所以在压缩和抽吸易燃、易爆气体时，不易发生危险，所以   图 1  水环 式真空 泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点：  结构简单，制造精度要求不高，容易加工。   结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。   压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。   由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的 密封可直接由水封来完成。   吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。   水环 式真空 泵 也有其缺点：效率低，一般在 30%左右，较好的可达 50%。   真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压强只能达到 20004000油作工作液，可达 130 水环式真空泵 工作原理  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2  如图 1所示，叶轮 偏心地装在泵体 内，起动时向泵内注入一定高度的水，因此当叶片旋转时，水受离心力的作用而在泵体壁上形成  ，水环上部内表面与轮毂相切， 沿箭头方向旋转，在前半转的过程中，水环内表面逐渐与轮毂脱离，因此在叶轮叶片间形成空间并逐渐扩大，这样就在吸气口吸入空气；在后半转的过程中，水环的内表面渐渐与轮毂靠近，叶片间的空间容积随着缩小，叶片间的空气因此被压缩而排出。  如此叶轮每转动一周，叶片间的空间容积改变一次，每个叶片间的水好像活塞一样往复一次，泵就连续不断地抽吸气体 ，达到工作目的 。  图 2 图 3 图  由于在工作中，水会发热，同时一部分水会气体一起被排走，因此泵在工作中，泵中必须不断地供给冷水，以冷却 和补充泵内消耗的水。供给的冷水以 15为宜。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3  当泵排出的气体是废气的时候，在排气一端接有一水箱，废气和所带的一部分水排入水箱后，气体再由水箱的出管 排出 ，而水就落入水箱的底部经回水管再回到泵内使用，如果水循环时间长了便会发热，这时需从水箱的供水处供给一定的冷水。  水环式真空泵常见故障  常见故障有：  叶轮叶片断裂 ， 叶轮的材质为  叶轮与轴的配合破坏，叶轮松动导致 转子轴磨损 甚至断轴 。  泵的振动、轴磨损 造成的振动 导致 轴承 烧损。   课题研 究目的、内容及意义  本课题对老污泥正在使用的 4 台 水环式真空泵所出现的问题予以分析，并提出解决方案。通过对轴，轴承，叶轮的受力分析和强度，疲劳度的计算，得出故障出现原因，针对原因给以解决措施。解决现场设备出现的故障，减少其维修周期，降低其维修率，对生产需要和降低维护成本，都是很必要的。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4  2 水环式真空泵轴孔磨损，轴磨损及断裂  自 08 年 11 月份检修台帐，单是 1#真空泵因为轴孔磨损导致设备检修有 3次，轴磨损及断裂有 7 次。下面根据水环式真空泵和压缩机结构 对比，分三方面分析断轴原因。  孔磨损分析及解决  由于 水环式真空泵叶轮与轴的形位公差 90D/d，为间隙配合，而且的工作原理是叶轮偏心安装，存在交变工况受力严重不均。设备运行一段时间后，在受力不均的情况下，轴与叶轮配合部分磨损使轴与叶轮间隙加大，致使叶轮在轴上窜 动 ，间隙进一步加大后，使轴所受的径向力加大，最终造成泵轴疲劳断裂。同时，叶轮在轴上的窜动使叶轮间歇性与两侧泵盖摩擦，使叶轮与泵盖间间隙加大， 振动加大， 在影响性能的同时，造成两侧泵盖磨损严重，从而导致机泵失效报废。  孔 磨损解决方法  由图纸和测量结果可得：  包容直径 60合直径 0包容内径 合长度 72机械零件设计手册可查得  微观不平十点高度 容件屈服点 230容件弹性模量 90000N/ 2被包容件屈服点 785包容件弹性模量 11000N/ 2包容件和被包容件的泊松比a=i=擦系数 =机转速 n=740r/机功率 P=75此计算得， 传递力 550P/n=9550    =保持轴与轴孔不窜动，在该 用下 传递载荷所需的最小结合压力  Pf 2传递载荷所需的最小有效过盈量持轴与轴孔不窜动， 联结件不产生塑性变形的传递力  91904N 连接件不产生塑性变形所容许的最大有效过盈量4075买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5  则 选择配合的步骤和结果：  选择配合的要求   >选基本过盈量  0<b2 ，取b=表确定配合 H7/= =该配合条件下能有效保持轴与轴孔的定位，有效地防止轴孔磨损。  疲劳强度校核  根据断轴的断面分析，轴断部位往往在键槽或截面突变处，轴的断裂面接近垂直于轴线，像刀切一样。整个断面大部分光滑呈金属本色，下部分较 粗糙，这表明是疲劳破坏所致。而产生疲劳破坏的原因是泵腔内气体对泵轴有一个径向作用力。气体在泵腔的作用力，可分为四个区域，如图 6 图 4 1 区域：在该区域内，可认为吸入压力不变；  2 区域：压力随 角的增加而增加；  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6  3 区域：可认为压力不变，等于排气压力；  4 区域：由 于气体透过径向间隙，从排气区泄露到吸气区。可认为在该区域内气压由 排气压力直线地下降到吸入压力。  这四个区域对轴作用力的合力，即为气体对泵轴的径向力。  泵材质差，计算精度很底，安全系数应当在 n= 由检修情况知轴断部位为转子安装位置，对该面进行应力校核  真空泵的轴采用 45 钢，可用第三强度理论求出危险截面的当量应力ee= 22 4 式中 危险截面上弯矩产生的弯曲应力；  T 扭矩产生的切应力。  对于直径为 d 的圆轴  1.0  T =32.0  式中 W, 分别为轴断的抗弯，抗扭截面模量。  将 T 值代入e表达式 得  e= 22 )(4)( =2   转轴的对称循环变应力，而 T 的循环特性往往与同，为考虑两者循环特性不同的影响，对式中 T 乘以折算系数 ，则弯扭强度计算的校核为：  e=  式中 当量弯矩（   买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7   根据扭矩性质而定的折算系数。  真空泵技术规范表（上海泵阀制造有限公司）：  图 5 注： 0%到 90%的吸气量，压力从  排气量随着供水量的大小与侧盖间隙的大小而变化，特别是流量较小时，如调 整不准确，更容易引起偏小。 2 表内的数值是在下列条件下提出：水温 15 C，空气20 C，气体相对湿度 70%，大气压力 760内数据偏差不超过 5%。  抗弯截面模量 W= 3d /32=  390 2900扭截面模量 d =390 45800图 5 可得，计算轴在真空度最大时受力最大， 轴受 弯矩M=1000000 463 520/1000000=面上的扭矩 T=9550P/n=9550 75740=967905 险截面的当量应力  e=40/=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8  轴材料为 45 钢，调质处理，由轴常用材料性能表查得 B=640 75 55面上由于轴肩而形成打得理论应力集中系数册可得轴的材料的敏性系数为  ，  故有效应力集中系数为         手册得尺寸系数 ；扭转尺寸系数 。  轴按磨削加工，由手册得表面质量系数为    轴未经表面强化处理，即 ，则按手册得综合系数为  又由手册得材料特性系数       =  取 = = 取 =是，计算安全系数 公式则得22 =1.2<n 通过计算可知，轴的疲劳强度是满足不了安全系数的要求的。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9  裂、断 解决方法 探讨  1 改变轴的材质。泵轴的原来材料是 45 钢， 通过调质处理其布氏硬度至41303。 45 钢在热处理过后一般都在这硬度范围 ，由于转轴的 工作环境比较差，又有偏心载荷，并且转轴需要与轴孔保持很好的配合，建议采用1种材料耐磨性，各种抗性都很好，工作也叫稳定，材质比 45 钢有较大优势。  2 增加轴径，加大轴径一定程度上可以满足要求，但是需要对泵体进行改造，轴承，一系列都需改变。这就需要对真空泵进行再次设计，优化。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10  3 水环式真空泵叶片断裂  真空泵叶片出现断裂和掉落情况，多数为叶片在不同程度上由根部断裂，而且发生在起动过程中。  片断裂分析   叶片工作过程  由 叶片工作原理可知，叶轮前 半转是吸气过程，后半转是排气过程。由 0开始，随着叶片之间形成的空间逐渐增大，负压逐渐升高，吸入气体量最大，负压最高；而后，由于吸入气体充满上述空间，随着叶片继续转动，逐渐降低，当转到 180时，叶片间的空间由负压状态变为正压状态，正负压值均为零。由  180起，随着水环表面与轮毂接近，叶片旋转到 270左右，即被压缩气体即将由排气孔排出时，正压最高，压缩气体一经排出，正压值随之下降，当转到360时，叶片之间的空间又由正压状态变为负压状态，如图 4，图 5 所示。叶轮连续不断旋转，上述正 、负压状态呈周期性变化。  图 5叶片工作过程  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11  图 6叶片受力状态  起动之前，泵体内水呈静止状态，叶片开始运动时，受水的阻力很大，甚至产生 真空泵无法起动的现象。另外，叶片旋转时，下部水环厚度大、流速底；上部水环厚度小、流速高，由于流线疏密不同，叶轮上受力不平衡，于是产生振动，叶片随之振动。  水环式真空泵的工作负压，由真空泵上所安装的真空表显示，通常 为540560上述工作状态下，抽放气体量为 右。  取一个叶片做受力分析，如图 5。叶片由 0到 180旋转过程钟，由于叶片之间的 空间呈负压状态，叶片受到水环的压力 用；叶片在 180到      360旋转过程 中 ，由于叶片之间呈正压状态，故叶片受到压缩气体的压力 此，叶片运转过程钟，连续不断地受到其方向呈周期性变化的正、反两个方向的力的作用。   叶片断裂原因  叶片每 旋转 360，受正反方向的压力，该力作周期性变化，这是引起叶片根部断裂的主要原因。 如图 5 所示 ， 叶片在两个互为反向的压力周期作用下运转，其根部受弯矩最大，必然造成叶片根部疲劳损伤，若叶片强度低，就会导致根部断裂。  决方法探讨  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12  A 改变叶轮材质，由灰铸铁 叶轮改为铸钢叶轮。  B 改变起动方法，即改鼠笼式电机直接起动为绕线式电机变速起动。  C 由 真空泵性能可得，采用更大功率的水环式真空泵，对设备进行更新。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13  4 轴承磨损问题  泵轴在腐蚀介质中工作时，因腐蚀造成粗糙表面，促成产生疲劳裂纹，而且降低了轴的疲劳极限。 轮配合采用 90D/d，基孔制二级配合，为的是用铸铁轴套调整叶轮，使它与泵体两端间的间隙保持均匀。这种配合方式造成进入间隙的腐蚀性气体腐蚀轴及叶轮的配合表面，间隙逐渐扩大，发 展成叶轮和轴产生径向撞击，造成应力集中，降低了轴的强度。  水环式真空泵在轴承设计采用前后各一个 313 单列向心球轴承，但是这不能调整径向偏差，安装时前后轴承座必须在同一轴线上，如果稍有偏差就会加大轴扭矩。这也是造成轴断的一个因素。国外设计有的采用前、后各一个双列向心球面球轴承或双列向心球面滚子轴承 ，如图 7 图 7 西德产 2H）型泵采用前、后各一个单列向心短圆柱滚子轴承和各一个双向推力球轴承，以及各二个压力弹簧。如图 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14  图 8 东德产 各一个球面滑动轴承（锡青铜）。如图 9 图 9 艾利毛式泵采用前、后各一个滑动轴承（钨金瓦）和一个双向推力球轴承，如图10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15  图 10 上述各泵可见，国外水环泵在轴承设计上，具有使轴在轴向、径向可调的自动调位的优点，故可保证泵轴始终在同一轴线上运动，不存在 泵轴不能自调的缺点。  建议用 3616 双列向心球面滚子轴承替换 313 单列向心球轴承，这样容许的静负荷由 5400高到了 16000目的是避免在安装钟由于不同心产生的扭力，同时延长了轴承的更换周期。用 3613代替 313轴承，其轴承宽度由 338么轴和轴承座尺寸也要作相应改变。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16  结  语  本次课题研究针对作业区负责维护的老污泥 4 台 水环式真空泵，该设备检修频繁，故障部位较为集中，首先对轴孔磨损进行分析，侧重点在轴与轴的配合公差，通过改变配合方式试解决轴孔磨损和轴振动问题；计算校核轴、轴承，通过安全系数的比较得出改变轴的材质或者加大转轴尺寸防止轴裂，轴断事故的发生，轴承则通过改变轴承类型来解决轴承损坏问题。  本课题一部分数据和计算方法参考了厂家数据和相关专业设计资料，并有现场测量所得数据，旨在找出故障原因并予以解决，以降低检修强度和维护次数，期达到获得实际效益的目的。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17  致   谢  至此，论文完毕。 本论文的研究工作是在理论师傅郑远能悉心指导和关怀下完成的，其中倾注着师傅的汗水和心血。从论文的选题，论文的入题角度，侧重点，并且在计算方面都给以指导和严格要求，经常性的探讨，让我充分开动自己脑筋去理解完成