潜水泵毕业设计

1 / 41 潜水泵毕业设计 前言 劳动人民在与自然界的斗争中创造了最原始的提水工具，如水车、辘轳等，这些就是水泵的雏形。随着生产的发展和对自然规律的认识和掌握，这些原始的提水工具就发展成为现代的泵。 现在，水泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。农业的灌溉和排涝，城市的给水和排水都需要泵。在工业的各个部门中，泵更是不可缺少的设备。如在动力工业中需要锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵；在采矿工业中需要矿山排水泵、水砂冲填泵、水采泵、煤水 泵；在石油工业中需要泥浆泵、注水泵、深井采油泵、输油泵、石油炼制用泵等；在化学工业中需要耐腐蚀泵、比例泵、计量泵等；在交通运输工业中需要燃油泵、喷油泵、润滑油泵、液压泵等。由此可见泵在工业中起到举足轻重的作用。以前，泵只用来输送常温清水，所以常把泵称为水泵。但是，现在这个概念已经不十分确切了。 据国家有关部门统计，离心泵每年的耗电量占总发电量的 10 。叶轮机械主要的能量转换是在叶轮中完成的，因此设计高效率的叶轮对离心泵的节能降耗有重要意义。随着计算机技术和数值计算方法的飞速发展， CFD 对离心泵 流2 / 41 场分析结果的可信度逐增强，其分析结果运用于工程实践是可靠的。本文在总结传统设计理论的优缺点后，引出现代运用计算机技术和数值计算理论的离心式水泵的叶轮结构设计方法，即速度系数设计法。 在目前世界能源日趋紧张的形势下，降低泵的能量损失，提高它的效率是一个更加有意义的事情。叶轮是离心泵最重要的部件，在某种意义上来说离心泵的优化问题就是对叶轮的优化。所以把对离心泵叶轮的优化作为本文研究内容。 本文主要对离心式水泵的叶轮结构进行设计，首先弄清离心泵工作性能的主要参数，需要设计叶轮结构的各部分 尺寸，在叶轮设计过程中对泵的性能影响较大的参数主要有：叶轮进、出口直径 D0 和 D2，叶片的进、出口宽度 b1、b2，叶片的进、出口安装角 ?1、 ?2 等 6 个参数。所以合理设计这些参数非常重要。同时在设计过程中对叶轮的强度进行计算，在工作过程中，离心泵零件承受各种外力的作用，使零件产生变形和破坏，而零件依靠自身的尺寸和材料性能来反抗变形。 一般，把零件抵抗变形的能力叫做刚度，把零件抵抗破坏的能力叫强度。所以，在设计离心泵叶轮时，应使零件具有足够的强度和刚度，以提高泵运行的可靠性和寿命。叶轮的强度计算主要分为叶轮盖板 强度、叶片强度和轮毂强度三 3 / 41 部分。叶轮的绘型和叶轮的技术要求也是相当重要的，这是保证叶轮正确叶片形状的必要前提。 最后，通过建立数字模型对叶轮结构进行优化设计。 1 离心泵叶轮结构 叶轮机械主要的能量转换是在叶轮中完成的，因此设计高效率的叶轮对离心泵的节能降耗有重要意义。叶轮是离心泵的最重要的零部件，在某种意义上来说离心泵的优化问题就是对叶轮的优化。所以设计经济合理的离心泵叶轮结构至关重要。 叶轮 叶轮是离心泵最主要的零部件，叶轮是将 来自原动机的能量传递给液体的零件，液体流经叶轮后能量增加。叶轮一般由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。图 1-1 a 所示的这种叶轮叫闭式叶轮；如果叶轮没有前盖板，就叫半开式叶轮，如图 1-1 b 所示。没有前盖板、也没有后盖板的叶轮叫开式叶轮，开式叶轮在一般情况下很少采用。 叶片后盖板 a ) b ) 图 1-1 离心泵的叶轮 a） 闭式叶轮 b） 半开式叶轮 Leave leafs round of heart pump a) Shut type leaf round b) The half open type leafs round 4 / 41 离心泵的主要性能参数 离心泵上都有标牌，标牌上标明了泵的型号、主要参数和指标。表示泵工作性能的参数叫泵的性能参数，如流量 Q、扬程 H、转速 n、功率 N、效率 ?、汽蚀余量 ?h 等。 叶轮的主要设计参数 在叶轮设计过程中对泵的性能影响较大的参数主要有：叶轮进、出口直径 D0 和 D2，叶片的进、出口宽度 b1、b2，叶片的进、出口安装角 ?1、 ?2 等 6 个参数。所以合理设计这些参数非常重要。 液体在离心泵叶轮里的流动 离心泵工作时，液体一方面随着叶轮一起旋转，同时转动着的叶轮里向外流。液体随着叶轮的旋转运动称为圆周运动，其速度称为圆周速度，用 u 表示。液体从旋转着的叶轮里向外的流动称为相对运动，其速度称为相对速度，用 ?表示。液体相对于泵体的运动称为绝对运动，其速度称为绝对速度，用 ?表示。绝对速度 ?的向量等于圆周速度 u 和相对速度 ?的向量和，即 ? ?u? ? 2 离心泵叶轮的设计计算 根据前面的介绍及结 合实际情况离心式水泵的叶轮5 / 41 的设计方法有两种即相似设计法和速度系数设计法。用相似设计法虽然很方便，但是，它只能保持原有水力模型的水平。因此，在采用相似设计法时，必须结合模型实验，不断分析和改进原有模型不足之处，才能逐步提高产品水平。所以，综合考虑采用速度系数设计法是比较合理的。 速度系数设计法 速度系数设计法的导出 由公式 ?1p?2pu1pu2p?2p 可知，相似泵在相似工况下，相应速度比相等。能 ? ?1m?2mu1mu2m?2m 不能由此找出一种设计离心泵的方法呢？ 两台相似的泵在相似的工况下，由公式 HpHm ?2 可知： HmnD ?22 HpnpDp 如果取 D 为各自的叶轮外径 D2，则上式可写为： 222HmnmD2um ?22m?22 HpnpD2pu2p 上式可改写为： 6 / 41 u 22p 22u2u2mm?Hp?2gHP Hm2gHm u2p? 式中 Hm 和 u2m 模型泵的扬程和叶轮出口圆周速度， Hm 和 u2m 是已知的。 令 则 ?Ku2 中文摘要 摘 要：石安河第三泵站位于东海县房山镇石安河东岸，与房山站，石梁河站及相 关配套工程一起构成连云港市引淮入石补水工程。该泵站设计流量为 8m3/s，设计扬程 ，最大扬程。选用 900HLB-10型混流泵，配 YSL5005-10型 280kW 电动机 4 台套。站房采用湿室墩墙结构，主要建筑物包括泵房、隔墩、进水池、出 水池、后墙，主厂房，副厂房等。该泵站的兴建，将对抗旱灌溉及防洪排涝发挥重要作用。本论文为石安河第三泵站初步设计，报告内容包括水泵的选型，辅助设备选择，主要建筑物设计，稳定计算，结构计算等。 关键词：灌溉，排涝，流量，扬程，稳定计算，结7 / 41 构计算 英文摘要 Abstract supplement irrigation water to south through the main, while meeting the ABSTRACT： irrigation, drainage, industrial and agricultural production, shipping and transportation requirements of peoples living water, according to transfer function of the pumping station, decided in the new, between the old and the construction of the canal pass through Young Nanhe The third pumping station. The pump station design flow of 8 m3 / s, design head , the maximum head Use 900HLB-10 Vertical axial flow pump , with YSL5002-12 type 280kW electric motor 4 sets. Pier station house wet room wall structure, the main buildings, including pumping station, pier, into the pool, a pool, the back wall, the main plant, vice plant and so on. The construction of the pumping station, irrigation and drought would play an important role in flood control and drainage. This paper is the first station through Nanhe the preliminary design report, including the selection of pumps, auxiliary equipment 8 / 41 selection, the main building design, stability analysis, structure calculation. Key Words: irrigation drainage flow head structure type selection stability analysis stress analysis 目 录 1. 综合说明 . I 兴 建缘由 . 6 设 计 流 量 与 水 位 资料 . 6 建 筑 物 等级 .9 / 41 . 6 工 程 地 质 资料 . 6 2. 设计参数确定 . 7 设 计 流 量 的 确定 . 7 水 位 分 析 与 特 征 扬 程 的 确定 . 7 3. 水泵的选型与配套 .10 / 41 . 8 水 泵 选 型 资料 . 8 水泵选型方案 . 8 第 一 组 方案 . 8 第 二 组 方案 . 9 4. 枢 纽 布 置 及 泵 站 结 构 形式 . 11 泵 站 枢 纽 布11 / 41 置 . 11 5. 主 要 建 筑 物 设计 . 13 前 池 设计 . 13 前 池 扩 散角 . 13 第 一 组 方案 . 13 前 池 池长 .12 / 41 . 13 池 底 纵 向 坡度 . 13 第 二 组 方案 . 13 前 池 池长 . 13 池 底 纵 向 坡度 . 13 前池构造 . 14 13 / 41 进水池设计 . 14 第一组方案 . 14 进 水 池 的 宽度 . 14 悬 空 高 度 的 确定 . 14 后 壁 距 的 确定 . 14 进 水 池 长 度L .14 / 41 . 15 站 房 平 面 设计 . 15 泵 房 主 要 高 程 的 确定 . 16 水泵吸水喇叭管管口高程 . 16 底板高程 . 16 电机层楼板高程 . 16 15 / 41 机房屋面大梁下缘高 . 16 出水设计 . 17 出 水 管 出 口 直径 . 17 池 底 至 管 口 下 缘 距离 . 17 出 水 池 墙 顶 高 程 和 池 底 高程 . 17 出 水 池 宽16 / 41 度 . 17 出 水 池 长度 . 17 干 渠 护 长度 . 18 出 水 池 与 干 渠 的 渐 变段 . 18 第 二 组 方案 . 18 进水池的宽度 .17 / 41 . 18 悬 空 高 度 的 确定 . 18 后 壁 距 的 确定 . 18 进 水 池 长 度L . 19 站 房 平 面 设计 . 19 泵 房 主 要 高 程 的 确定 . 20 水 泵 吸 水 喇 叭 管 管 口 高18 / 41 程 . 20 底 板 高程 . 20 电 机 层 楼 板 高程 . 20 机 房 屋 面 大 梁 下 缘高 . 20 出水设计 . 21 出 水 管 出 口 直径 .19 / 41 . 21 池 底 至 管 口 下 缘 距离 . 21 出 水 池 墙 顶 高 程 和 池 底 高程 . 21 出 水 池 宽度 . 21 出 水 池 长度 . 21 干 渠 护 长度 . 22 20 / 41 出 水 池 与 干 渠 的 渐 变段 . 22 附 属 设 备 选 择 和 布置 . 22 配 电 设 备 布置 . 22 供 、 排 水 系 统 布置 . 22 起 重 设备 . 22 拦 污 清 污 设备 .21 / 41 . 22 6. 水泵的工况点校核 . 23 管路布置 . 23 第一组方案 . 23 局 部 阻 力 系 数 计算 . 23 沿 程 阻 力 系 数 计算 .22 / 41 . 23 设计运行情况 . 23 最高运行情况 . 24 第二组方案 . 24 局 部 阻 力 系 数 计算 . 24 沿 程 阻 力 系 数 计算 . 25 设计运行情23 / 41 况 . 25 最高运行情况 . 25 7. 泵房稳定计算 . 27 防渗计算 . 27 防渗长度校核 . 27 第一组方24 / 41 案 . 27 第 二 组 方案 . 29 渗透坡降校核 . 31 第一组 方案 . 31