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离心式渣浆泵结构设计说明书.doc

离心式渣浆泵结构设计【5张图纸】【优秀】

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关键词：: 离心式渣浆泵结构设计图纸离心式渣浆泵

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离心式渣浆泵结构设计

66页 29000字数+说明书+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要 …………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ……………………………………………………………………Ⅱ

一般部分

第1章概论 ………………………………………………………………1

1.1 泵的定义及其用途 ……………………………………………1

1.2 泵的分类 ……………………………………………………… 1

1.2.1 叶片式泵 ……………………………………………… 1

1.2.2 容积式泵 ……………………………………………… 1

1.2.3 特殊类型的泵 …………………………………………2

第2章泵的结构设计与计算 …………………………………………3

2.1 泵基本参数的确定………………………………………………3

2.1.1 泵吸入口和排除口的确定 …………………………3

2.1.2 轴径的初步计算 …………………………………… 3

2.2 叶轮的水力设计…………………………………………………5

2.2.1 叶轮的主要参数的选择和计算 ……………………5

2.3 压水室的设计 ………………………………………………14

第3章　径向力与轴向力的平衡 ………………………………………20

3.1 径向力及其平衡 ………………………………………………20

3.2 轴向力及其分 …………………………………………………21

3.3 轴向力的平衡 …………………………………………………23

3.4 用背叶片平衡轴向力…………………………………………23

第4章　离心泵主要零部件的强度计算………………………………25

4.1 引言………………………………………………………………25

4.2 叶轮的强度的 ………………………………………………25

4.2.1 叶轮强度计算 ………………………………………25

4.2.2 叶片厚度的计算………………………………………26

4.2.3 轮毂强度的计算………………………………………27

4.3 泵体强度的计算 ………………………………………………28

4.4 泵轴的校核………………………………………………………29

4.4.1 按扭转强度校核 ………………………………………29

4.4.2 按弯扭合成强度条件计算 ………………………… 29

4.4.3 校核轴的强度 ………………………………………31

4.4.4 按疲劳强度条件进行精确校核 ……………………31

4.4.5 按静强度条件进行校核 ……………………………35

4.4.6 轴的刚度校核计算 …………………………………35

4.5 键的校核…………………………………………………………35

4.5.1 键的剪应力校核 ………………………………………35

4.5.2 键的挤压切应力的计算………………………………36

第5章渣浆泵零部件的选择………………………………………………37

5.1 选用渣浆泵零部件的重要性 ………………………………37

5.2 轴封结构的选择…………………………………………………38

5.2.1 常用的填料 ……………………………………………38

5.2.2 填料函结构尺寸的确定………………………………38

5.2.3 填料密封安装技术要求 ……………………………40

5.3 轴承部件的选择 …………………………………………… 40

5.3.1 滚动轴承的润滑及轴承结……………………………41

5.3.2 滚动轴承安装时的问题 ……………………………41

第6章渣浆泵装配及运转的注意事项 ………………………………42

6.1 装配时的注意事项 ……………………………………………42

6.2 运转时的注意事项 ……………………………………………42

6.3 维护和保养………………………………………………………43

6.3.1 轴封的维护 ……………………………………………43

6.3.2 叶轮的调节 ……………………………………………43

6.3.3 轴承组件 ………………………………………………44

第7章经济分析 …………………………………………………………45

结论 …………………………………………………………………………46

参考文献 ………………………………………………………………47

专题部分

固液两相流离心泵磨损机理和叶轮的设计……………………………49

致谢……………………………………………………………………………69

摘要

　　　离心式渣浆泵广泛应用于煤炭、矿山、冶金、电力、水利、交通等部门，主要进行静矿、尾矿、灰渣、泥沙等固体物料的水力输送，但其过流部件的磨损相当严重，其主要破坏形式为过流部件洞穿和变形，过流部件的严重磨损，恶化了泵内流动特性及外特性，缩短了泵的实际使用寿命，使生产效率降低，加大耗能和设备的投资，进而影响生产的发展。因此所设计的渣浆泵中采用多叶片数来减少单个叶片的磨损，适当的增加过流部件的厚度并采用高硬度的耐磨材料来来减小磨损，将叶轮入口的后盖板设计为凸出的、由光滑圆弧组成的轮毂头。采用填料密封来防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内并用背叶片来平衡轴向力。本设计详细介绍了渣浆泵的总体结构，工作原理和结构设计。

关键词：叶轮背叶片填料密封

一般部分

第1章概论

1.1泵的定义及其用途

“泵”这个名词本身的意义说明其作用是用来提水，而且在很长的一个时期，这是它的唯一的用途。然而现在，泵的应用范围非常的广泛而且多方面，以致把泵说成是提水的机器就显得很片面。出城市和工业供水外，泵还用于灌溉、水力蓄能、给水、运输。现在有热电厂用泵、船用泵、化工、石油、造纸、泥煤以及其它工业用特殊型式的泵。在很多的机器中，采用泵作为辅助装置，以保证润滑。泵是应用最广泛的的机器之一，而且各种泵的结构是是极为多样的。因此，泵的定义可以说成是把原动机的机械能转换为所抽送液体的能量的机器。

1.2泵的分类

1.2.1叶片式泵

1、叶片式泵

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。按其作用原理可作如下分类：

（1）离心泵：离心泵主要是由离心力的作用，给叶轮内的液体以压力能和速度能，进而，在壳体或者导叶内，将其一部分速度能转变成压力能，进行抽送液体的泵。

（2）轴流泵：轴流泵是由叶片的升力作用，给叶轮内液体以压力能和速度能，进而，通常是在导叶内，将其一部分速度能转变为压力能，进行抽送液体的泵。

（3）混流泵：混流泵是介于离心泵和轴流泵之间，它是由离心力和叶片升力的作用，给叶轮内的液体以压力能和速度能，进而，在导叶内，将其一部分速度能转变成压力能，进行抽送液体的泵。

1.2.2容积式泵

1、容积式泵

是由活塞、柱塞、以及转子等的排吸作用，进行抽送液体的机器。容积式泵大致分为往复泵和转子泵。

（1）往复泵：往复泵是由柱塞等的往复运动，进行排送液体。其类型有：活塞泵、柱塞泵和隔膜泵。

（2）转子泵：转子泵是由旋转运动进行排送液体液体的泵。下列泵属于转子泵：齿轮泵、螺杆泵、凸轮泵、滑片泵。

1.2.3特殊类型的泵

1、特殊类型的泵

这类泵是指叶片式泵和容积式泵以外的特殊的泵。主要由以下几种：旋涡泵、空气扬水泵、射流泵、粘性泵、电磁泵.

内容简介：: 摘要离心式渣浆泵广泛应用于煤炭、矿山、冶金、电力、水利、交通等部门，主要进行静矿、尾矿、灰渣、泥沙等固体物料的水力输送，但其过流部件的磨损相当严重，其主要破坏形式为过流部件洞穿和变形，过流部件的严重磨损，恶化了泵内流动特性及外特性，缩短了泵的实际使用寿命，使生产效率降低，加大耗能和设备的投资，进而影响生产的发展。因此所设计的渣浆泵中采用多叶片数来减少单个叶片的磨损，适当的增加过流部件的厚度并采用高硬度的耐磨材料来来减小磨损，将叶轮入口的后盖板设计为凸出的、由光滑圆弧组成的轮毂头。采用填料密封来防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内并用背叶片来平衡轴向力。本设计详细介绍了渣浆泵的总体结构，工作原理和结构设计。关键词：叶轮背叶片填料密封 AbstractThe slurry pump is the extensive applying in the coal, mineral mountain, metallurgy, electrical, water conservancy, transportation and so on. It is main to proceed the water power of the static mineral, tail mineral, ash grain, sediment solid material transportation. But its very serious over the abrasion that flow the parts. Its main breakage form is over flow the parts penetrate with transformation. Over serious abrasion that flow the parts，it is worsening the pump inside flows characteristic and outside characteristics, shorting the actual service life of the pump and making production efficiency lower, enlarging consumes the investment of the equipments, and then affecting the development of the production. It adopt many leafs number to reduce the single abrasion of leafs slice for this designing slurry pump, also increased combines over the thickness that flow the parts the high degree of hardness in adoption bears to whet the material to come to let up the wear and tear, and empressed an entrance covers plank design as to bulge and smooth hubcap head . Adopted the filler which is sealed completely to prevent the high pressure liquid to leak from the pump with keep air from entering to pump the inside counteract to carry on the back leafs slice to equilibrium stalk face dint. This design was detailed to introduce the total construction that slurry pump, the work principle designs with the construction.Key words : impeller auxiliary impeller the filler seals目录摘要 Abstract 一般部分第1章概论 11.1 泵的定义及其用途 11.2 泵的分类 11.2.1 叶片式泵 11.2.2 容积式泵 11.2.3 特殊类型的泵 2第2章泵的结构设计与计算 32.1 泵基本参数的确定32.1.1 泵吸入口和排除口的确定 32.1.2 轴径的初步计算 32.2 叶轮的水力设计52.2.1 叶轮的主要参数的选择和计算 52.3 压水室的设计 14第3章径向力与轴向力的平衡 203.1 径向力及其平衡 203.2 轴向力及其分 213.3 轴向力的平衡 233.4 用背叶片平衡轴向力23第4章离心泵主要零部件的强度计算254.1 引言254.2 叶轮的强度的 254.2.1 叶轮强度计算 254.2.2 叶片厚度的计算264.2.3 轮毂强度的计算274.3 泵体强度的计算 284.4 泵轴的校核294.4.1 按扭转强度校核 294.4.2 按弯扭合成强度条件计算 294.4.3 校核轴的强度 314.4.4 按疲劳强度条件进行精确校核 314.4.5 按静强度条件进行校核 354.4.6 轴的刚度校核计算 354.5 键的校核354.5.1 键的剪应力校核 354.5.2 键的挤压切应力的计算36第5章渣浆泵零部件的选择375.1 选用渣浆泵零部件的重要性 375.2 轴封结构的选择385.2.1 常用的填料 385.2.2 填料函结构尺寸的确定385.2.3 填料密封安装技术要求 405.3 轴承部件的选择 405.3.1 滚动轴承的润滑及轴承结415.3.2 滚动轴承安装时的问题 41第6章渣浆泵装配及运转的注意事项 426.1 装配时的注意事项 426.2 运转时的注意事项 426.3 维护和保养436.3.1 轴封的维护 436.3.2 叶轮的调节 436.3.3 轴承组件 44第7章经济分析 45结论 46参考文献 47专题部分固液两相流离心泵磨损机理和叶轮的设计49致谢6961一般部分第1章概论1.1泵的定义及其用途“泵”这个名词本身的意义说明其作用是用来提水，而且在很长的一个时期，这是它的唯一的用途。然而现在，泵的应用范围非常的广泛而且多方面，以致把泵说成是提水的机器就显得很片面。出城市和工业供水外，泵还用于灌溉、水力蓄能、给水、运输。现在有热电厂用泵、船用泵、化工、石油、造纸、泥煤以及其它工业用特殊型式的泵。在很多的机器中，采用泵作为辅助装置，以保证润滑。泵是应用最广泛的的机器之一，而且各种泵的结构是是极为多样的。因此，泵的定义可以说成是把原动机的机械能转换为所抽送液体的能量的机器。1.2泵的分类1.2.1叶片式泵1、叶片式泵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。按其作用原理可作如下分类：（1）离心泵：离心泵主要是由离心力的作用，给叶轮内的液体以压力能和速度能，进而，在壳体或者导叶内，将其一部分速度能转变成压力能，进行抽送液体的泵。（2）轴流泵：轴流泵是由叶片的升力作用，给叶轮内液体以压力能和速度能，进而，通常是在导叶内，将其一部分速度能转变为压力能，进行抽送液体的泵。（3）混流泵：混流泵是介于离心泵和轴流泵之间，它是由离心力和叶片升力的作用，给叶轮内的液体以压力能和速度能，进而，在导叶内，将其一部分速度能转变成压力能，进行抽送液体的泵。1.2.2容积式泵1、容积式泵是由活塞、柱塞、以及转子等的排吸作用，进行抽送液体的机器。容积式泵大致分为往复泵和转子泵。（1）往复泵：往复泵是由柱塞等的往复运动，进行排送液体。其类型有：活塞泵、柱塞泵和隔膜泵。（2）转子泵：转子泵是由旋转运动进行排送液体液体的泵。下列泵属于转子泵：齿轮泵、螺杆泵、凸轮泵、滑片泵。1.2.3特殊类型的泵1、特殊类型的泵这类泵是指叶片式泵和容积式泵以外的特殊的泵。主要由以下几种：旋涡泵、空气扬水泵、射流泵、粘性泵、电磁泵.第2章泵的结构设计与计算2.1泵基本参数的确定2.1.1泵吸入口和排除口的确定1、设计给定的基本参数是转速 n=63m3/h2、泵吸入口和排除口的确定泵吸入口的确定主要取决于吸入管内的流速 V0 。如果V0选取过小，则泵的体积增大，并可能影响泵的效率以及造成吸入管堵塞，而V0选取过大则会影响泵的的吸入性能并使磨损增加。取V0=3.5m/sD=79.8 mm式中 D吸入口径(mm) Q流量(m3/h) V0吸入管内的流速(m/s)根据法兰连接取标准入口D=80mm。一般来说，低压泵的吸入口径和出口直径是相等的，但是在压力较高时，出于对管路系统投资经济性的考虑，泵的吸入口径大于泵的吐出口径，一般由以下经验公式计算：=(10.7)D式中吐出口径(mm) 故 =8056 取标准直径65 mm比转数ns=3.65nQ0.5/h0.75 =502.1.2轴径的初步计算根据给定的设计参数确定泵的转速、比转数、级数和结构形式后，必须求出轴径和轮毂直径才能进行水利元件的设计。、首先求出轴功率，由以下公式：Ne=2.76kw式中 H 扬程(m)介质密度(kg/m3) 重度(N/m3)Ne有益功率(kw)由公式 =62%式中传动效率N 轴功率(kw)N=4.45kw取N=4.45kw则电动机功率 Nd=式中 Nd 电动机功率(kw) k功率富裕系数，一般k取1.1 1.2（功率大使取小值）传动效率，皮带传动为0.950.98，直接传动时为1。而渣浆泵选用皮带传动，因为可以更换皮带直径来较方便的改变泵的转速，同时防止泵的渣浆体损坏泵。所以 Nd=5.56kw (k取1.2，取0.96)从机械零件可以查得，可按下式计算泵轴传递的扭力矩 M=365.76kgcm 由扭矩初步计算最小轴径，由材料力学可知d=式中 p材料的许用切应力(kgcm)d 最小轴径cm.由于泵轴的材料为45号钢调质处理，查得许用应力为5060 MPa,这里取p=50MPad=1.47cm由于泵在运行中，除了承受扭矩外，还承受由涡室产生的径向力，叶轮自吸及其由静不平衡所引起的离心力，均会使轴产生弯曲，所以按扭矩公式计算的最小轴径并非实际的最小轴径。因此初选轴径35mm。 2.2叶轮的水力设计2.2.1叶轮的主要参数的选择和计算HR为扬程比，如果用H表示泵抽送清水时的扬程，Hm表示抽送固液两相液体时的扬程，则HR=，当泵抽送固液两相液体时，影响泵的因素很多，如泵的流量、转速、叶轮直径、固体浓度、固体颗粒直径、固体密度、固体颗粒粒度分布、混合物的粘性系数等等，但一般认为其中最主要的影响因素有固体浓度、颗粒当量直径和固体密度。几个主要经验公式列于下表2-1：表 2-1作者HR 表达式CAVE0.0385Cw(S-1) ( +1 )Ln(44d) VOCADLOCv( S-1 )0.167+6.02 BURGESS1-1(1- Cv)n; n=n(d,) SELLGREN0.32Cw0.7CD0.25(S-1)07何希杰给出了BURGESS公式中的n的经验公式： n=(0.21+)S 式中 d为固体当量直径(mm) 计算得 S=4.4由公式S=式中液相密度 m固相密度可得m=4.4103 1、叶轮的进口直径D0在叶轮的进口处有Vf-Vs=Uei( 1 )式中 Vf液相速度(m/s) Vs固相速度(m/s) Uei临界沉降速度(m/s)根据瓦斯普提的计算公式可求得： Uei= ( 2 )式中 Cdi固体颗粒阻力系数，一般取Cdi=0.2；dsi固体颗粒的当量直径（m）dsi=CDe ( 3 )式中 C系数，一般取 C=0.2 De水流当量直径(m) De=KBe( 4 )式中 KBe修整系数，KBe=3.54.5取KBe=3.5将（4）、（3）、代入（2）可解出临界沉降速度Uei.De=4=0.091 dsi=0.20.094=0.0084Uei=1.37m/s水的畸变速度Vf可由下式计算 Vf=（ 5 ）式中Qf水的流量(m3/s) Qf=(1-Cv)Q( 6 )将（6）代入（5）可求得Vf,将Uei 、Vf代入（1）可求得固体颗粒速度Vs。Qf=(1-0.2)63=50.4Vf=2.02m/sVs= Vf-Uei=2.02-1.37=0.65m/s叶轮进口处固体流动的当量直径： Ds=( 7 )式中 Qs固体的流量（假定） Qs=Q-Qf( 8 )Ds=0.082 叶轮进口处液体流动的当量直径： Df=( 9 )式中泵的容积效率，可根据比转数ns和流量Q查得，=0.96，代入（9）Df=0.0959叶轮进口直径可用下式计算： D0 =（ 10 ） = =0.127m 圆整取D0=130mm2、叶片进口D1直径可用下式计算一般情况下，流道中心线上叶片进口直径可用下式进行计算： D1=kD0（ 11 ）式中k系数，k=0.81.0，低比转数叶轮取大值，计算得D1=114mm。3、叶片数 N一般取取N=35，从实际经验来看，为改善渣浆泵的通过性能，应尽量取N=5。4、叶轮出口直径D2 ：叶轮出口直径D2的大小不但直接影响泵的扬程，而且对泵的效率也有很大的影响，因为压力室的水力损失大小直接与叶轮出口的绝对速度有关。为了减小压水室的水力损失，应当在在满足设计参数的条件下使叶轮出口的绝对速度最小，并以次来确定叶轮的出口直径D2。查资料的经验公式来确定D2：对于N=5, D2=8.91()-0.585Du对于N=4, D2=9.23()-0.474Du对于N=3, D2=9.6()-0.525DuDu= =0.023m所设计的渣浆泵的N=5 D2=8.91()-0.535 0.023 =0.296m 圆整取D2=300mm 5、叶片的进口宽度b1出口宽度b2 渣浆泵叶轮叶片一般作成等宽度叶片，主要考虑固体颗粒的通过性能，为了考虑固体颗粒堵塞流道和减轻磨损，所设计的渣浆泵叶片出口处的宽度b2略大于b1，一般b2可用下式进行计算： b2=kb2)- ( 12 )式中 kb2系数，kb2=1.351.85，轻型渣浆泵取小值，重型渣浆泵取大值。kc=Cv+(1- Cv) =0.2+(1-0.2) =1.13b2=1.5()- =36mm b1=1.236=44mm6、叶片进口安放角1=+式中入口液流角冲角，一般取5o10o,主要考虑提高泵的吸入性能和通过性能。可由下式进行计算： tg=式中 u1 计算点液体的圆周速度(m/s) Vu1 计算点液体绝对速度的圆周分量(m/s) Vm1计算点液体的轴面速度(m/s)对于直锥形吸入室Vu1=0u1= = = 8.83 m/sVm1=式中容积效率，一般取0.90.95，这里取0.9 排挤系数，取=1-0.04 N=0.8所以 Vm1 = =1.698m/stg=0.19所以=10o=+ =10o+15o = 25o 7、叶片出口安放角在确定叶片出口角时应考虑泵的比转数、对特性曲线形状的要求以及流道的扩散程度等。一般取 =20o30o,取=20o 。8、叶片包角为保证叶片安放角线性变化，或者变化较为平缓，包角对应不同比转数的泵有不同的最佳值。由两相流理论推导出的计算式在实践中的效果良好，可以满足泵的要求。=o+式中 =3o10oo=式中 r1 叶片出口直径（mm）r2叶片进口直径(mm)o =130o9、叶片厚度通常取=24mm.取=4mm计算叶片出口圆周厚度：=式中叶轮出口轴面截线与流线的夹角，常取=70o90o,取=80o=4 =11.87mm10、前、后盖板的形状和厚度叶轮的盖板的磨损较为严重，尤其是后盖板与叶片进口边相交处，暂取前、后板的厚度均为8mm，设计叶轮入口处前盖板的轴面为一个圆弧，可有效减小脱流，并减小渣浆对后盖板的冲击。叶轮入口后盖板处的形状对减小该处的磨损有明显的影响。高硬度耐磨材料，叶轮入口后盖板应该有凸出的、由光滑圆弧形成的轮毂头。11、叶片绘图当叶轮主要几何尺寸确定后，即可进行叶片绘型。叶片采用变角螺旋线型，其特点是数学模型简单，叶片包角可自由选择，并在任意包角下保持叶片角的均匀变化，便于优化设计，其线型符合叶轮中固体的运动的轨迹，损失小，磨损均匀，是目前最新型的圆柱型叶片。其数学表达式：r=r1 式中 k = =25o =20o r1 叶片出口直径r2 叶片进口直径叶片包角计算得k=0.55因此r=57将包角六等分=21.67o=43.33o=65o=86.67o=108.33o分别带入公式得： =50mm=58mm=70mm=116mm=148mm根据以上的数据绘叶片投影如下：12、背叶片的设计：（1）背叶片的作用：背叶片可减小填料处的压力，有利于填料密封，并可以减小泵的轴向力。（2）背叶片的片数：背叶片通常取813枚，或者为叶片数的两倍，由于叶轮片的数目为5，因此取背叶片的数目为10。（3）背叶片高度：通常为了保证泵的性能，将前端间隙调至最小，这样，后背叶片与后盖板的间隙增大，为了使后背叶片有较好的密封效果，其高度应较前背叶片大，一般为前叶片的高度的两片以上。背叶片出口附近的线速度及浓度较高，为了减小该处与对应的前后护板处的磨损，背叶片出口附近有一定的倾斜度，倾斜范围又叶轮半径的到叶轮外圆，出口处背叶片的高度为总高度的到。故后背叶片的高度： h1=(0.20.45)b2b2 =36mm,取h1 =10mm 前背叶片的高度：h2 = (0.50.35) h1图21 叶片投影取h2 =4mm （4）背叶片的形状：设计采用楔形的平面形状。（5）背叶片的宽度：背叶片的宽度取6mm 。（6）背叶片的磨损：由于叶片的转动，背叶片的区域内不会出现大颗粒固体，但细小的颗粒浓度随半径增大而增加，所以背叶片的厚度由小半径到大半径递增，背叶片的磨损比叶片磨损轻，可较薄，叶轮前端间隙磨损后，泄露量会增加，前背叶片区域也会出现大颗粒固体，加快背叶片的磨损，所以所设计前背叶片的厚度比厚背叶片的厚度大。 2.3压水室的设计（1）基圆直径D3D3=（1.051.20）D2 故取D3=330mm（2）进口宽度b3：b3 =（b2+）+C1 = (36+8+8+14)+20 = 86mm式中，叶轮前后板的厚度，包括前后背叶片的厚度。 C1 系数，C1=520，渣浆泵取大值。（3）隔舌安放角的设计：隔舌不仅对泵的性能，而且对护套的抗磨性有显著的影响。隔舌处的渣浆流速较高，渣浆腐蚀性能越强，隔舌距叶轮的距离因该越大，该距离越大，偏离最佳工况时叶轮承受的径向力越小，泵的性能曲线越平坦，高效区越宽，泵的最佳效率越低，在最佳的效率点以下的范围内，隔舌间隙处环流量大，泵在小流量时，隔舌的磨损相当严重，尤其是重型泵，隔舌头部应设计成圆弧状，圆的半径应适当，过小一则不抗磨，二则在变工况时易脱流，过大则效果不好，而且易遭受大颗粒的高速大冲角碰撞，同时产生较大的绕流速度。（4）涡室断面面积先求出涡室畸变速度V3f，固体颗粒速度V3s ,然后求出水流过流面积F3f和固体过流面积F3s , 则涡室第断面面积为： F=F3f+ F3s( 1 )采用等速度法，即涡室各个断面的速度相等，可求出涡室中的介质速度： V3=Kv3( 2 ) =0.5 =13.1m/s由两相流原理得： ( 3 ) V3f-V3s =uei( 4 )联立两式 V3f=9.92m/s V3s=8.55m/sF3f=1.4 10-3m2 F3s=0.410-3m2 F=F3f +F3s =1.8 10-3 m2由于介质从叶轮均匀流出，故断面面积均匀变化。F1 =1.57510-3 F2 =1.3510-3 F3 =1.125 10-3 F4 =0.910-3 F5 =0.67510-3 F6 =0.4510-3 F7= =0.22510-3在求得以上的数值后，就可以按螺旋形涡室的绘图方法绘出平面图和轴面图，轴面图个断面根部可以根据结构和工艺要求修图。（5）螺旋形涡室的绘图计算完以上的尺寸后，就可以绘制图纸了，在绘型时，既要考虑计算时所选定的尺寸，又要考虑结构安排的可能性。在绘型时可能由于结构的需要而对尺寸做必要的修改。绘型具体步骤如下：1、在平面图上画出坐标轴，并作基圆。2、作涡室8个断面的位置，个断面间夹角均为45o。3、做出轴面图的宽度，并以此宽度作梯形，使等腰梯形面积大于V断面面积。梯形两边的延长线的夹角不大于60o，一般取30o到40o,比转数大，此角可取大些，反之，取得小些。低比转数的泵可取为正方形。取夹角为32o,4、按结构和工艺要求，将梯形的四个角修圆，修圆后的梨形面积等于计算的。5、在轴面上依次作出第、断面，方法同上，在作图时应使涡室各断面的径向高度和修圆的半径有规律的变化。6、将各个断面的径向尺寸移到平面图的相应断面上。7、将各断面的顶点用圆弧光滑连接，然后逐点用圆弧光滑连接各断面顶点，成为螺旋行涡室轮廓线。8、做泵舌安放角，此角与螺旋形涡室轮廓线的交点即为泵舌的位置。9、作扩散管部分。扩散管应具有适当的扩散角，还有标准的吐出径。扩散管出口的中心线与涡室轴线的距离应根据结构选定，并使扩散管与涡室螺旋线和泵舌光滑连接。扩散管长度取整数。图22 泵体断面图螺旋形涡室断面尺寸标注法：图23 螺旋形涡室断面（6）护套的设计1、护套的断面形状：由于叶轮出口处较宽、前后盖板厚度较大，加之有背叶片，也就决定了护套的进口宽度较大。为了保证泵的性能，护套各过流断面的面积应适当，另外，为了不使渣浆颗粒在护套外壁集中，该壁面应为直线，综上所述，护套各断面形状应为矩形。2、护套的性能：护套的性能与叶轮的性能基本上确定了泵的性能，通常，叶轮所产生的扬程随渣浆浓度的增加而下降，护套的阻力随浓度的增加而增加，尤其是重型泵。使得泵的性能发生变化，渣浆浓度越高，泵的扬程越低，同时最佳的效率点向小流量移动。为了保证泵的性能，随着要求输送浓度的增加，护套断面的尺寸应加大，以减小护套的流速和阻力，如果护套的宽度不变，需要加大径向尺寸，加大量又所输送的渣浆性质定，渣浆的腐蚀性越强，径向尺寸越大，反之越小。（7）护套与隔板的间隙护套与护板间隙处经常受到渣浆的严重磨损，该间隙倾斜的角度越小，间隙值越小，间隙长度越大越抗磨。另外，护板装入护套后应该有一定的伸出量，这样自叶轮流出的渣浆不会直接冲刷间隙，就可以有效的降低间隙的磨损。（8）壁面的磨损渣浆泵输送的介质含有固体颗粒，因而磨损是渣浆泵面临的主要问题之一，解决磨损问题的途径有三条：一是选用适当的材料，二是在结构设计时使得易磨损部件便于更损部位进行加强；三是合理地进行过流部件的水力设计。水泵中由于流体的机械作用而造成的磨损可以分为三类：一是流体中所含固体颗粒的冲击造成的摩擦损伤，二是汽蚀损伤，三是损伤和腐蚀共同作用而造成的损伤。摩擦损失常见于叶轮、涡室及管道的弯曲部分。Roco对输送两相流体的固体颗粒的磨损机理进行了研究，提出了三种模型。一是固体颗粒以较大的角度与壁面强烈冲击而造成的冲击损伤，这种损伤在陶瓷等脆性材料中容易发生。二是由于流道壁面附近的许多固体颗粒的长期反复冲击而造成的疲劳损伤。三是固体颗粒比较小的角度沿壁面运动而造成的切削损伤，它容易发生在韧性较好的金属材料上。磨损与固体颗粒的硬度有很大的关系，当固体颗粒的硬度接近或超过壁面材料的硬度时，磨损急剧增加。当液流的流速增加时，磨损也随之增加，查有关资料介绍，冲击损伤与流速的26 方成正比，切削损伤于流速的2.3次方成正比。另外，液流中固体颗粒的含量增加时磨损也会增加。防止冲击损伤可以采用韧性材料，而增加材料的硬度可以减小切削损伤。目前常用的耐磨材料有高Cr铸铁，在介质具有腐蚀时可以采用不锈钢，镍合金，钛合金等。在流道内橡胶衬里也是经常采用的方法。值得注意的是，陶瓷材料作为耐磨材料近年来获得了广泛的应用。第3章径向力与轴向力的平衡3.1径向力及其平衡在设计螺旋形泵时，通常认为流体从叶轮均匀流出，并在涡室中做等速运动。因此，螺旋形涡室是在一定的设计流量下，为了配合一定的叶轮而设计的，在设计流量下，涡室可以基本上保证流体在叶轮的周围做等速运动，因此叶轮周围压力大体上是均匀分布的，在叶轮上也不产生径向力，叶轮和涡室是一致工作的。然而，当造成叶轮和涡室协调工作的条件流离发生变化时，即泵在大流量或者是大于小流量下工作时，叶轮和涡室协调的一致性就遭到破坏，在叶轮周围流体流动速度和压力分布变得不均匀，便形成了作用在叶轮上的径向力。在设计流量时，涡室内的流体流动速度和流体流出叶轮的速度基本是一致的，因此从叶轮流出的流体能平顺地流入涡室，所以在叶轮周围流体的流动速度和压力是分布均匀的，此时没有径向力，在小于设计流离时，涡室内的流体流动速度一定减慢。但是，从叶轮出口三角形中可以看出，在小于设计流离时流体流出叶轮的速度不是减小，反而增加了，方向也发生了变化。一方面涡室里流动的速度减慢，另一方面叶轮出口处流动的速度增加，两方面就发生了矛盾，从叶轮里流出的液体，再不能平顺地与涡室内流体汇合，而是撞击在涡室内的流体上。撞击的结果，使流出叶轮流体的流动速度下降到涡室里的流动速度，同时，把一部分动能通过撞击传给涡室内的流体，使涡室里流体的压力增高。流体从涡室前端流到涡室后断的过程中，不断受到撞击，不断增加压力，致使涡室里压力的分布曲线成为逐渐上升的形状。压力分布不均匀是行成径向力的主要原因。同样的分析，也可以说明在大于设计流量时，涡室里流体压力是不断下降的。涡室里流体的压力，对流出叶轮的流体其着阻碍作用，由于压力的均匀，流体流出叶轮的速度是不一致的，因此，叶轮周围受流体流出的反冲力是不均匀的，这是形成径向力的次要原因，这是伴随压力分布不均匀而产生的。在计算轴和轴承时，必须考虑作用在叶轮上径向力，因为泵不会总是在设计流量下工作在起动和停车时甚至要在流量下工作。涡壳式离心泵的叶轮上的径向力，可以用经验公式计算：P=0.36(1-)HBD2式中 P 作用在叶轮上的径向力（公斤） Q 实际工作流量(m3/h) Qd 设计流量(m3/h) H 泵的扬程（米） B 叶轮出口总宽度（包括前后盖板）(米) D2 叶轮外径（米）液体重度（公斤/米3）如果在50%的设计流量下进行的话，则计算的结果如下：P=0.36(1-0.25) 350.0850.34.610 3 =1108公斤有时，径向力会使轴产生较大的挠度，甚至使密封环、级间套和轴套产生研磨而损坏，同时，对于转动着的轴，径向力是个交变载荷，会使轴因疲劳而破坏。因此，消除径向力和减轻径向力对轴的作用的十分必要的。将涡室分成两个对称的部分，既构成平常所说的双层涡室或双涡室，在双涡室里，虽然在每个涡室里的压力分布仍是不均匀的，但由于两个涡室相互对称，作用在叶轮上的径向力是互相平衡的。3.2轴向力及其分析离心泵是泵产品中及其重要的一种，约占各种泵的70%，其作用范围是相当的大，而且应用面较广，既然泵在国民经济中发挥着如此巨大的作用，那么保证泵的顺畅运行就显得尤为重要了，但根据对离心泵的调查，离心泵故障停机检修多半是由轴封失效和轴承损坏所至，而轴封和轴承寿命均与泵的轴向力的大小有密切的关系，因此，泵的轴向力的研究具有十分重要的价值，只有准确的了解泵的轴向力的大小并掌握其变化规律，以致最终做到对轴向力大小的控制，才能恰当的选择轴承和密封，使泵的运行可靠性得以提高，从而减少泵的故障停机检修，延长泵的寿命，提高泵的利用率，这无疑具有巨大的社会效益和经济效益。长期以来，离心泵的轴向力一直是泵的行业内人士十分关注的问题，然而人们对离心泵轴向力认识的现状正象一些专著中所指的那样，“轴向力既难准确计算又难准确测量”，目前，对于离心泵运转时所产生的轴向力的原因，认识几乎是一致的，但是按照不同的计算出的轴向力的值，有时还是相差很大的，在实验台上实测的轴向力甚至比最大计算值还要大很多，由于轴向力对离心泵的设计和运行质量影响很大，因此，定量的了解轴向力的大小并尽可能的减小它，是一个十分重要的问题。分析泵内的流体运动，应在流体力学一般原理的基础上进行，并考虑有关技术科学的部门，如水轮机、航空、压缩机以及其他学科的实验研究成果，叶片泵的理论基础是直接由流体力学的基本原理推演出来的规律。从泵的技术发展观点来看，液体运动的很多问题是很有趣的，但还没有充分的理论分析，主要是目前的数学、流体力学发展还不是很充分。轴向力产生的原因是由于叶轮在液流内旋转时，沿每个叶片的两边产生压力差，所以，叶轮和液流产生力的相互作用。叶片对液流的压力造成了液流的强制旋转及其移动，增加了液流的压力和速度，既增加了机械能。同时，液流对叶轮的前后盖板以及暴露于液流中的转子其他部分均会产生力的作用，泵腔中运动流体对转子压力分布的积分结果表现为对转子的一个很大的作用力，此力消除了径向分量，还有轴向分量。根据目前为止的研究，一致认为产生的轴向力有几个方面的原因，意识离心泵叶轮的前后盖板受液体压力的面积的大小不等，前后泵腔中液体的压强分布也不尽相同，因此，作用于两盖板上的流体压力以及作用于吸入口的流体压力在轴向上不能平衡，造成轴向的分力，这个轴向的分力是轴向力的主要组成部分。二是由于液体流入叶轮吸入口及从叶轮出口流出，其速度大小及方向均不同，液体动量的轴向分量发生了变化。根据动量定理，在轴向作用了一个冲力，或称为动反力，这个作用在叶轮上的力也是轴向力的组成部分。对于悬臂式叶轮，由于吸入压力与大气压力不同而引起轴向力，其方向视具体情况而定，对于立式离心泵，转子的重量也是轴向力的组成部分。3.3轴向力的平衡在大多数情况下，泵内的轴向力值是比较大的。因此，必须设法平衡或者消除作用在叶轮上的轴向力，否则，它将使转子窜动甚至与固定零件接触，造成零部件损坏，如果止推轴衬能可靠地受轴向推力，这将是最有效的解决方法。但由于轴向力通常较大，用止推轴衬来平衡就会使结构复杂。所以，最好的办法是用水力方法来平衡部分或者是全部轴向力。但是，按目前的观点，只有在降低离心泵效率的情况下才能做到这一点。在单级离心泵内，通常采用下述两种方法之一来减小或者是消除轴向推力，第一种方法是在单吸叶轮后盖板上也设密封环，这样在叶轮背面形成一个平衡室，室内压力通过后盖板上的平衡孔或者专用的回水管与叶轮入口压力平衡，平衡孔总面积或卸荷管断面应比密封环间隙面积大四倍。采用卸荷管的方法在结构上比采用平衡孔的方法要好，但结构复杂，采用平衡孔后流经后盖板上的平衡孔的液体流动方向与叶轮入口处液流的方向相反，破坏了叶轮入口处的液流分布。着两种方法都会增加容积损失。为了保证完全轴向力，还必须采取一定的措施。第二种法是在后盖板上加背叶片，当旋转时，用背叶片减小叶轮和泵体间腔室内的压力。很明显，第一种方法会使泵的容积损失增加一倍，而在密封环磨损时，容积损失还要加大。第二种方法需要一定的附加功率，此附加功率并不随时间变化，对输送含有固体杂质的流体的流体来说，这种方法比第一种方法更为经济而有效。3.4用背叶片平衡轴向力采用背叶片平衡轴向力需要消耗一些功率，但是通常认为这个功率值不会超过采用平衡孔所产生的泄露量而消耗的功率。该功率值与背叶片外径的平方成正比，与背叶片的平均宽度成正比。因此，为了达到同样的平衡，希望适当地减小背叶片的外径而增加其宽度，为了减小背叶片消耗的功率，计算中的背叶片的宽度可以事先给定。通过分析轴向力产生的原因及理论计算方法，阐明了要从理论上准确计算离心泵的轴向力在目前还是可能的。现行的一些计算公式是在经过适当简化后得出的，虽然它们各自在不同侧面突出了问题的主要方面，但均不能准确的表达轴向力，只能对轴向力的大小做出大小的估计。用背叶片平衡轴向力的公式同样是如此，也是建立在许多假设和经验的公式上的，同样不能精确的描述背叶片平衡轴向力的真实情况。因此只能用实验研究测量其准确性。第4章离心泵主要零部件的强度计算4.1引言对于离心泵的零件，特别是对过流部件来说，耐汽蚀、冲刷化学腐蚀和电腐蚀也是十分重要的。因此要进行校核，但由于泵的一些零部件形状不规则用一般的材料力学的公式难以解决这些零部件的强度和刚度问题。在工作过程中，离心泵零件受外力的作用，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和破坏。一般，把零件抵抗变形的能力叫刚度，把零件抵抗破坏的能力叫做强度。为了提高泵的使用性能和寿命，应该尽量使这些尺寸大些，但另一方面，在实际中，又希望泵的零件尽可能的小，而且成本低，所以在设计的过程中，要满足这两方面的矛盾，合理的确定离心泵的零件的尺寸和材料，这样既满足要求，又可以合理的使用材料的。4.2叶轮的强度的计算叶轮的强度可以分为叶轮盖板的强度、叶片强度和轮毂强度的计算4.2.1叶轮强度计算离心泵不断的向高速化方向发展，当泵的转速提高后，叶轮因离心力而产生的应力也随之提高，当转速超过一定的数值后，就会导致叶轮的损坏。在计算的过程中可以把叶轮简化为一个圆盘（即将叶片对叶轮概板的影响忽略不计）。计算分析表明，对于旋转圆盘来说，圆周方向的应力应该是主要的，叶轮圆周方向的速度于圆周方向的应力近似的满足以下的关系：=104式中叶轮材料的重度（MPa），对于铸铁叶轮来说=.0073（MPa），对于铸钢来说=0.0078（MPa），对于铜叶轮来说=0.0088（MPa）；叶轮圆周速度（米/秒）g 重力加速度，一般取980（厘米/秒2）=1.1=28.8m/s所以 =104（28.8）2 = 66 而许用应力=250350，因此满足条件，经验表明铸铁叶轮的圆周速度可以最高可以达到60米/秒左右，因此，单级扬程可以达到200米左右，铸钢叶轮的圆周速度可以达到110米/秒左右，因此，单级扬程可以达到650米/秒左右。如果叶轮的圆周速度没有超过上述的范围，则叶轮盖板的厚度可有由结构与工艺上的要求决定，悬臂式泵和多级泵的叶轮盖板的厚度一般可以由下表选取，对于双级泵的叶轮盖板的厚度可以比表中推荐的值大到一倍。叶轮的直径为300mm ，考虑到渣浆泵的耐磨性，可取盖板的厚度为10mm .表41 叶轮盖板厚度表叶轮直径（mm）100180181250251520520盖板厚度(mm)45674.2.2叶片厚度的计算为了扩大叶轮流道的有效过流面积，希望叶片越薄越好；但如果叶片选择的过于薄，在铸造上有一定的困难，而且从强度方面考虑，叶片也需要有一定的厚度。目前，铸铁的叶轮的最小叶片的厚度为3到4毫米，铸钢叶片的最小厚度为5到6毫米，叶片也不可以选择的太厚，叶片太厚降低效率，恶化泵的汽蚀性能。大泵的叶片厚度要适当的加厚一点，这样对延长泵的寿命有好处表42 叶片厚度的经验公式材料比转数4060708090130190280系数 k铸铁4.04.56710铸钢3.5568叶片厚度，可按下列经验公式计算：S =kD2 +1 =3.20.3+1= 3.53mm所以选叶片的厚度符合强度要求4.2.3轮毂强度的计算对于一般离心泵，叶轮和轴是动配合，大型锅炉给水泵和热油泵等产品，叶轮和轴是静配合，为了使轮毂和轴的配合不松动，在运转时由离心力产生的变形应小于轴和叶轮配合的最小公盈，在叶轮轮毂处有离心力所引起的应力变形可近似地按照下面公式计算：D=Dc 式中 E 弹性模数（MPa），对于铸铁E=1.3106 Dc 叶轮轮毂平均直径（厘米）,Dc=6cm D 由离心力引起的叶轮轮毂直径的变形（厘米）， D应小于叶轮和轴配合的最小公盈min ,即Dmin D=Dc =106 =0.0018mm叶轮与轴配合的最小公盈min=0.0025mm ,符合条件。4.3泵体强度的计算常用的离心泵的泵体有涡室和中段两种，耐磨离心式渣浆泵采用螺旋行涡室。下面介绍涡室的计算方法。涡室壁厚的计算方法：涡室是离心泵中较大的零件，并承受高压液体作用。所以，涡室除了应有足够的强度和良好的工艺性以外，为了保证运转的可靠性，还必须有足够的刚度。在生产实验中，在实际的生产实验中，虽然由于涡室的的强度够了，但由于刚度不够，在加工、实验、存放的过程中发生了变形，影响离心泵的运行和装配。目前，一般低压和中压泵的涡室均以铸铁制造，实践表明，如果泵体的壁厚超过了40毫米，在铸造时容易产生疏松现象。所以，对吐出压力大于50（公斤/厘米2）的泵，很少采用铸铁泵体，一般采用高强度铸铁、铸铁或者是合金刚铸造。由于涡室的形状不规则，很难的计算涡室的内应力，现推荐下列公式：S=Scq式中 S 涡室壁厚（厘米）许用应力（MPa），在上式中，铸铁的使用应力100150 MPa，铸钢的许用应力200250 MPa,比转数小时取大值。 Scq 涡室的当量壁厚，可由下式计算：Scq=+0.0084ns+7.2 =30.9+0.42+7.2 =38.52mS= Scq =38.52=6.5mm由于考虑渣桨泵的耐磨性，可以将涡室壁厚取为10mm .4.4泵轴的校核4.4.1 按扭转强度校核轴的扭转条件为：=R Mpa式中扭转切应力（Mpa） T 轴所受的扭矩（Nm） WT 轴的抗扭截面系数（mm3） N 轴的转速（r/min） P 轴传递的功率（Kw） d 计算截面处轴的直径（mm）查45号钢的许用应力R=30Mpa则 =4.18 Mpa4.18MpaS=1.4,故满足要求。4.4.6轴的刚度校核计算轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示，阶梯轴的转角为：=5.73104式中 Ti 轴所受的扭矩(Nmm)G 轴的材料剪切弹性模量(Mpa) 对于刚才G=8.1108MpaIp 轴截面的极惯性矩，mm4,对于圆轴Ip=阶梯轴L 阶梯轴受扭矩作用的长度(mm)Z 阶梯轴受扭矩作用的段数Ti , 分别代表阶梯轴第i项所受的扭矩和长度轴的扭转刚度条件为： o/m式中轴每米长的允许扭转角，一般为0.51 o/m=5.73104=810-60.5故轴的刚度满足要求。4.5键的校核4.5.1键的剪应力校核M0.5dbl式中 M 轴所传递的扭矩(Nm)d 轴径(cm)b 键的宽度(cm)l 键的长度 (cm) 键的许用剪切应力（公斤/厘米2），一般键为45号钢，取=600公斤/厘米2。T=7200公斤厘米。M=5807200, 所以键满足剪切应力的要求。4.5.2键的挤压切应力的计算挤压可以按下式计算得： M0.25dhl式中 h 键高（mm）许用挤压应力（公斤/厘米2），可取铸铁的许用挤压应力，=1100公斤/厘米2l 键长 M 键的传递扭矩（公斤厘米）计算得：T=3600公斤厘米， M=780.263600所以键满足挤压应力要求。第5章渣浆泵零部件的选择5.1选用渣浆泵零部件的重要性正确的设计过流部件和选用材料是保证泵达的性能和使用性命的重要条件。但是，如果泵其他零件不能正常工作，就是过流部件设计得再好，材料选用的再好，也不能保证泵的性能和寿命，经验表明，泵在运行中所产生的问题大部分是材料的选用问题以及主要零部件的选择问题和精度问题。对耐腐蚀性泵运行中的事故进行分析表明，纯属泵性能方面的问题的仅占总事故的10.6% ，其他都属于材料的选用问题以及主要零部件的选用问题和制造精度问题。由此可见，正确的选用泵主要零部件是保证泵正常运行的重要条件。对于离心式渣浆泵来说，过流部件占的数量毕竟还是比较少见的，而其他零件的数量还是比较多的。随着国民经济的发展，泵的品种越来越多，如果不努力提高离心泵零部件的标准化和通用化程度，就会使零部件的种类越来越多，批量相对的越来越小，这就造成了生产管理的混乱，限制了劳动生产率的提高，而且给使用和维护也带来了很大的困难。因此，不断的提高离心泵的零部件的标准化和通用化程度一直是泵行业的一项重要工作，现在，托架、支架填料环、填料套、轴承架、联轴器等零件都有了行业标准和系列标准，产品的标准化和通用化的不断提高。以F型的耐腐蚀性泵为例，共有30个型号，但只有6个托架，即平均5个型号的产品公用一个托架。由于产品标准化和通用化的提高，改善了工厂了生产管理，提高了劳动生产率，有力的保证了水泵业的持续跃进。因此，在设计离心泵时，应尽可能按国家标准和行业标准选用通用标准零部件。在泵的所有零部件中，在运转中最容易发生的问题是轴封部件，轴承润滑部件和冷却部件，如果对这些部件的选用不当，轻者离心泵不能工作后者使离心泵烧毁，重者引起严重的事故（如易燃、易爆、有毒液体由轴封部件中泄露出，引起火灾，爆炸和中毒事故）。高温、高压、高速泵所占泵的行业的比重逐年增大，经验表明，泵的温度越高，压力越大，轴封，润滑和冷却问题也显得重要。5.2轴封结构的选择轴封的作用主要是防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内，尽管轴封在离心泵中所占的位置并不大，但泵是否能正常运转却和轴封有密切的关系，如果轴封选用不当，不但在运转中需要维修，泄露很多被输送的液体，而且可能由于泄露出的易燃、易爆和有毒液体而引起火灾，爆炸和中毒事件，后果不堪设想，因此，必须合理选用轴封结构才能保证离心泵的安全运行。离心泵常用的轴封结构有：有骨架的橡胶密封，填料密封，机械密封和浮动环密封。在设计中，本人采用填料密封，填料密封是一般离心泵的常用的密封机构，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（轴套）的外圆表面接触来实现密封，轴封的严密性可以用松紧填料压盖的方法来调节，如果填料压的太紧，虽然可以减少泄露，但填料与轴套的摩擦损失会增大，降低填料和轴套的寿命，严重时造成发热，冒烟，甚至将填料与轴套烧毁；如果将填料压得太松，则泄露量增大，甚至能因泄露过多或者大量空气经填料密封进入离心泵而使泵无法正常工作。填料密封的合理泄露是：液体从填料函中渗漏出来，成滴状，每分钟潺潺量为60滴左右。对有毒，腐蚀及贵重液体，由于要求泄露量较小甚至不准漏出，所以不能采用填料密封。5.2.1常用的填料1、用石墨或黄油浸透的棉织填料，用于低压离心泵输送常温清水，小于40oC2、石墨浸透的石棉填料，在中等温度及压力下使用。一般输送液体的温度低于250oC ，压力小于10公斤/厘米2 ，最大压力不超过18公斤/厘米2，轴或轴套外圆最大线速度不超过25米/秒。3、金属箔包石棉芯子填料，适用于输送石油产品和水，允许工作压力为25 Mpa，最高温度为400oC ，设计时选用石墨浸透的石棉填料作为密封材料。5.2.2填料函结构尺寸的确定1、填料宽度S(mm)S=(1.41.8)式中 d轴或轴套直径(mm)计算得S=12mm2、填料高度H(mm)当液体压力P10公斤/厘米2 H =(57)SH =72mm3、填料压盖高度h(mm)h=(23)S计算得h=30mm4、压入填料函体内的填料压盖长度b(mm)b=（0.51）S计算得 b=6mm5、填料压盖螺栓长度l(mm)应保证在填料函体内装满填料时不需要加压就能拧上螺母6、填料压盖螺栓直径d(mm)表51 填料压盖螺栓直径轴或轴套直径20253035407580100螺栓直径M6M8M10M12由轴套为55 mm,选择M10。7、填料压盖厚度a（毫米）a=（0.81）d计算得a=10mm式中 d填料压盖螺栓直径图6 1 填料密封安装技术要求5.2.3填料密封安装技术要求1、切割填料时，最好将它绕在轴或轴套外径相同的圆棒上切割，以保证尺寸准确和切口平行、整齐、无松散的石棉线头、并成30o角。装填料时，填料接头必须错开，一般交错120o 。2、在安装时应注意使填料环对准水封孔，以免填料堵死水封孔，使水封失去作用。3、在液体温度超过105oC或吸入压力大于8公斤/厘米2时，对填料函体应进行冷却，并采用水冷填料压盖。4、为保证填料函的密封性能，对填料函应进行水封，一般用自来水或从泵吐出口引水即可，如果输送的是衣帽间高压油品，则密封液体应该用常温中性密封油，每个填料函的密封油量一般为0.20.5米3时，密封油压力应比所在侧填料函前的压力高0.51.5公斤/厘米2。5.3轴承部件的选择轴承是支撑离心泵转子的部件，承受径向和轴向载荷。根据轴承结构的不同，可分为滚动轴承及滑动轴承两大类。本次设计采用滚动轴承，滚动轴承的优点是：轴承磨损小，轴或转子不会因为轴承的磨损而下沉很多；轴承间隙小，能保证轴的对中性；互换性好，维修方便；摩擦系数小，泵的起动力矩小；轴承才轴向尺寸小；缺点是：负担冲击的能力差，在高速时有噪音；安装要求精确；滚珠的工作能力随滚珠分离圈线速度的增加而减少。总的来说，滚动轴承的优点远远超过缺点，所以逐渐在各种机器中广泛采用。不承受轴向力或承受部分轴向力，转速一般在2950转/分，轴径在100毫米以下的轴承均可采用滚动轴承。5.3.1滚动轴承的润滑及轴承结构滚动轴承是否能正常工作与轴承润滑情况密切相关。一般说来，被输送液体的温度在80oC，转速在2950转/分以下的小型泵，可以用润滑脂润滑。如果转速较高，功率较大或被输送液体的温度超过80oC时，一般用润滑油润滑。悬臂泵轴承部件可采用润滑脂润滑，也可以采用稀油润滑，油面应保持在最下部的滚珠的中心附近。5.3.2滚动轴承安装时的问题1、与内圈一起旋转的轴，一般采用过盈配合。安装前，轴承应在热油加热到150oC左右，即可不用任何特殊工具就能装在轴上。2、装轴承处的轴表面最好进行淬火处理，以避免拆卸时将轴擦伤。3、轴承内圈应靠在轴肩上，并用锁紧螺母压紧若轴肩支撑面太小（每边不得小于12毫米）可增加垫圈，每边的高度58毫米。4、与外圈配合的轴承体可采用过渡配合。5、轴承的寿命在很大的程度上取决于润滑油的质量及安全油面的位置。润滑油一般采用20号机油。油温太高会引起轴承发热，一般油室内的油面不高于最下部的滚珠中心附近。第6章渣浆泵装配及运转的注意事项6.1 装配时的注意事项装配时用油煮预热轴衬，温度不允许超过100oc ,轴衬内圈必须紧靠轴肩，轴衬采用脂润滑时，注意在装配时加入适量的轴衬润滑脂，轴衬润滑脂采用锂基润滑脂2号或者3号。轴衬采用稀油润滑时，托架箱内加注的机油不应超过油标的水平刻度线（红色），机油采用N32或者N46(即20号或者0号)机油。6.2 运转时的注意事项1、泵应安放在牢固的基础上，以承受泵的全部重量消除震动，拧紧全部地脚螺栓。2、用手盘车转动轴，轴应能带动叶轮均匀转动，无紧涩现象。3、检查电机转向，要保证泵按泵壳上所标出的箭头方向转动，注意不允许反向转动，否则叶轮螺纹会脱扣，以致造成泵的损坏。4、直联或者采用调速型液力偶合器传动时，泵轴和电机轴应精确对中，皮带传动时，泵轴和电机轴应平行，并调整槽轮位置，使其与槽带垂直，以免引起剧烈的振动和磨损。5、管路和阀门应分别支撑，进出水管要有支架，以免将管路的重量都压在泵上，出水管与水泵间应装闸阀，内径不得小于管子内径，垂直输送时应加止回阀（水平输送时有无均可），在泵的进水管处应装配一段可拆卸的短管，其长度应足以拆开泵壳和更换易损件，便于泵的检修。6、泵高位布置时，吸水管应尽量短些，管径不小于叶轮入口直径，弯头也尽量少，管子弯曲圆弧不宜太小，以免损失过大。管子应无漏气现象，法兰连要严密，防止空气进入。7、轴封检查，用背叶片轴封时，由于其停车密封结构的不同，故当填料箱上装有油杯时，则需通过油杯加润滑脂，润滑脂推荐用钙钠基润滑脂。当填料箱上装有常压水冷却水管管接头时，应接通水管引入常压冷却水。填料轴封时应在起动前打开轴封水并检查轴封水量，水压是否合适，调节填料压盖压紧螺钉，以调节填料的松紧程度，调节轴封水，从填料压盖处的泄露以一滴滴渗出为好，填料太紧，轴套易发热，同时耗费功率，填料太松则液体泄露量太大。8、在可能的情况下，应在泵输送渣浆泵前用清水启动泵，打开进水管阀门，开动电动机，检查进出口压力和流量，检查填料处泄露量，若填料发热，可先松填料压盖螺栓，使泄露量大些，待填料与轴跑合后再调节泄露量至规定值。9、在运转中应定期检查轴封水的压力和流量，及时调节填料压盖或者更换填料。定期检查轴承组件运转的情况，开始时运转时若轴衬发热，则可停泵待轴衬冷却后再次进行运转，若轴衬仍严重发热，温度持续上升，则须拆检轴衬组件，检查原因。一般轴衬发热多是由于润滑油过量或者油中有杂质引起的，轴衬润滑脂（润滑油）量要适当、清洁，要定期添加。泵性能随着叶轮与护板间隙的增大而发生变化，效率有所降低，故应及时调整叶轮与前护板的间隙，以保持泵能在高效率的情况下运转，当泵磨损到不能满足系统需要时，应更换易损件。停泵前应尽可能使泵抽送30分钟清水，以清洗流经泵内的渣浆，然后依次关闭闸门、泵及轴封水。6.3 维护和保养6.3.1轴封的维护背叶片在轴封时应经常检查常压冷却水管中是否始终保持一定水量通过，采用润滑脂润滑的应定期往油杯注油，以润滑其停车密封的填料。填料轴封时要定期检查轴的封水压及水量，要始终保持少量清洁水沿轴流过，定期调节填料压盖，检查并定期更换填料。轴封的水压，轴封水量应符合上述轴封检查的要求。6.3.2叶轮的调节为了保证泵的高效运转，就必须及时调整叶轮与前护板之间的间隙，使其保证在0.751.5mm之间，调节叶轮间隙时应首先停泵，松开托架盖上压紧螺栓，对称均匀拧调托架尾部的调整螺栓，使轴承组件向前移动，同时手转动轴，使叶轮与前护板有摩擦为止，然后测量托架尾部轴承箱法兰内策面与托架法兰平面的间隙a ,然后通过调节螺栓是轴承组件后移，再测量轴承箱法兰内侧面与托架法兰平面的间隙b,b应等于 a+0.751.5mm ,此时叶轮与前护板之间的间隙既在0.751.5mm之间，最后将调节螺栓上的螺母锁紧，拧紧托架盖上的压紧螺栓，调整后，在再次起动前须重新检查叶轮转动是否正常，轴承组件压紧螺栓与调节螺栓是否拧紧，然后在起动泵。6.3.3 轴承组件在泵的运转过程中，应经常检查轴承温升及润滑油的情况，定期的添加润滑油和检查拖架油池内冷却管及轴承冷却管是否有水通过。第7章经济分析离心泵是一个应用范围十分广泛的泵，它是靠工作叶轮旋转来抽送液体的，或使液体产生压力。本次设计的离心式渣浆泵应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业输送腐蚀性或腐蚀性渣浆，并采用背叶片及填料密封，泵轴悬臂短，刚性好，可以在恶劣的工况下不会产生弯曲和振动，轴承可以承受泵的较大的轴向载荷，并且设计的托架便于安装和运送，同时采用标准件较多，有利于降低成本，如果设计的泵按年产销3000台计算的话，可以年增产值800万元左右，若在计入运输费等，会有更好的经济效益。本次设计的渣浆泵结构合理，拆装方便，在小规模的工厂中如果采用所设计的渣浆泵，具有噪声低、密封性好的特点。密封性好可以减少泄露，可以减少因打扫厂房环境所需要的人力和物力，同时叶轮采用合理的耐磨材料，避免了在使用过程中由于输送液体具有腐蚀性而损坏叶轮，提高了叶轮的使用寿命，降低了成本，并且在设计的过程中，考虑到运输的过程的方便，设计的托架便于拆卸，可以减少运输的消耗，同时所设计的的渣浆泵占地面积小，对于小规模的厂房来说是一个非常好多产品，通过计算上面的这些优点一年就可以减少1万元左右，经过几年的使用可以创造出相当可观的经济效益。同时所设计的渣浆泵也有相当好的社会效益，从工作环境的条件来说，减小噪音可以提供一个优良的工作环境，可以提高工人的工作效率，同时泄露小，可以减小对环境的污染，创造出良好的环境效益。结论本次设计的为高效节能型、单级、单吸、卧式、悬臂、双泵壳离心式渣浆泵，适用于电力、冶金等行业输送含有固体颗粒的磨蚀性或腐蚀性浆体，泵体采用内外双层结构，泵壳为垂直中开式结构，用螺栓连接，离心泵内流场对磨损起关键作用，特别是叶轮出口附近的射流尾流结构是离心泵内的局部磨损的重要原因。泵轴悬臂短，刚性好，可以在恶劣的工况下不会产生弯曲和振动，轴承可以承受泵的较大的轴向载荷，并且设计的托架便于安装和运送。过流部件（叶轮、蜗壳、前护板、后护板、轴套、背叶片）采用耐磨材料制造，泵壳与托架用螺栓联接，泵的出水口位置可根据需要，按45o间隔，旋转八个不同的角度安装使用，叶轮前后盖板带有背叶片，以减少泄露提高使用寿命，叶轮与轴采用螺纹连接牢固可靠，护板与蜗壳的密封采用o型密封圈，方便可靠，所设计泵具有效率高、使用寿命长、重量轻、震动小、噪声低的特点。参考文献1 李建成. 水力机械测试技术. 机械工业出版社，1982：12142 关开元. 用计算机处理离心泵性能测试数据的方法和步骤. 水泵技术. 1986, 9（6）:10-12 3 任仲岳. 电机电工微机测试. 上海交通大学出版社，19864 王安生. 离心泵的汽蚀判拒与热力学准则，机械工业出版社，19785 王经国. 提高离心泵抗汽蚀性能的有效途径. 机械工业出版社，19766 徐朗. 螺旋离心泵的内部流动和性能研究. 江苏工学院博士论文. 1990:3-67 查森. 离心式和轴流式水泵. 机械工业出版社，19618 刘湘文. 离心式泥泵系数设计法. 水泵技术，1982，1：47499 黄黔生. 离心式泥泵叶轮的改进. 水电部第十三工程局，198310 何希杰. 离心式泥浆泵的基本原理与设计方法. 杂质泵及管道水力输送学术讨论会论文集. 1989：102111 蔡保元. 离心泵的“两相流”理论及其设计理论. 科学通报. 1983：49049812 许洪元. 离心式渣浆泵的设计理论研究和应用. 水力发电学报. 1998：708513 吴玉林. 杂质泵叶轮中固体颗粒运动规律的实验研究. 清华大学学报. 1992, 32（5）：506014罗先武. 氧化铝流程泵的高效设计和抗磨设计分析对比. 流体机械，1998, 26（10）：182115 郭中兴.我国水力机械抗泥沙磨损的实验研究.水机腐蚀，1993：11216关醒凡. 泵的理论与设计. 机械工业出版社，1987：18218417 林福严. 磨损理论与抗磨设计. 科学出版社，199318 高志强. 离心泵内叶轮的固体颗粒运行规律研究. 清华大学硕士学位论文, 199219 白文雄. 离心砂泵的设计与实践.石油机械，1995，23（1）：121620 姜培正. 液固两相流泵设计的几个问题. 西安交大情报室，199821 佟庆理. 两相流动理论基础. 冶金工业出版社， 198222 张爱习. 离心式杂质泵的性能及水力设计. 河北机械，1 99223 金树德. 现代水泵设计方法. 兵器工业出版社， 1993：13013924 陈次昌. 两相流泵的理论与设计. 兵器工业出版社， 1994：13013225 厉蒲江. 不堵塞泵的设计方法. 航出版社， 1955：40042826 Turton R K.Principles of 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离心泵磨损情况分析叶轮是固液两相流离心泵内磨损最严重的零件，而叶轮出口处又是叶轮中磨损最严重位置之一，磨损后的出口端部极薄，呈锯齿状。叶片工作面与后盖板相交棱角处有很深的条形沟纹，这种条形沟在叶片工作面的不同部位深度和宽度不同，一般在叶轮出口附近最深，甚至有可能使叶片或后盖板洞穿。叶片非工作面上有凹凸不平的麻坑，但相对工作面磨痕较浅。叶片入口附近有带形凹坑，个别凹坑很深甚至使后盖板洞穿而导致叶轮失效。叶轮前后盖板内表面有颗粒滑痕，除靠近叶片工作面位置外，磨损较轻；外表面光滑、有均匀磨损痕迹。叶轮磨损状况如图1。近十几年来，国内外多名学者进行了离心泵叶轮磨损进行了研究但他们基本上都是通过对固体颗粒在叶轮中的运动轨迹的分析和用数值分析的方法来研究叶轮的磨损。2.2 磨损机理现代的流场分析与流动测试研究表明离心叶轮流道内的流动基本上是由相对速度较小的尾流区和近似于无粘性的射流区所组成(图2)，射流结构尾流区紧贴在叶轮的前盖板和非工作面上，尾流区愈宽，射流尾流之间的剪层愈薄，两者之间的速度梯度愈大，意味着射流尾流结构愈强，叶轮内的损失也就愈大。尾流的形成与发展是边界层的发展、二次流的发展、流动分离和分层效应等因素相互影响相互促进而形成的。简而言之，就是由于叶轮流道内的液流受到叶片作功作用不均匀，靠近叶片工作面强而靠近非工作面弱，在逆向压力梯度作用下，靠近出口处非工作面的边界层容易产生分离，使液流在边界层附近产生回流和脱流，形成尾流区。图1 叶轮颗粒运动和磨损情况图2 离心泵内的尾流相对流线方向的旋涡是由两个因素产生：流线曲率和旋转角速度。假定综合反应曲率和旋转的量为Ri，对工作面上的边界层而言，Ri0，也即工作面上的边界层是不稳定的，而非工作面上的边界层是稳定的。由于受到叶轮流道内的二次流的影响，工作面不稳定边界层里的低能微团就会通过前、后盖板进入非工作面上的边界层，致使非工作面的边界层越来越厚，而工作面上的边界层则很薄，边界层里的液流速度较低，而边界层外主流的液流速度较高，这样就形成了如图2所示的尾流射流结构。叶轮中的损失集中在尾流区，其间只有叶轮通道总流量的一小部分流体穿过。在尾流区与射流区之间，存在着具有一定速度梯度的区域。速度梯度过大，会形成射流尾流剪切层，由于哥氏力及流线曲率的存在，射流尾流不可混掺。尾流区的存在是真实流动效应的综合反映，它不仅影响叶轮的效率，而且将大大增加蜗壳内的流动损失。在径向与前向叶轮中尤其明显，而低比转速离心泵的叶轮就是径向叶轮。射流尾流水力结构一方面消耗了很大的能量，致使扬程和效率下降，另一方面使叶片工作面和后盖板内壁的磨损加剧，尤其在靠近叶轮出口两者的交接处，磨损十分剧烈，常导致固液两相流离心泵的局部磨损失效。离心泵叶轮一般叶片数较少，不能假定速度沿通道方向线性分布，如叶片上的载荷较大，即使考虑了粘性的影响，从总体上讲吸力边与压力边的速度差也会较大，从而导致通道法向方向上速度梯度较大。叶片数减少时，如叶形变化不大，则相对速度变化不大，若不减小通道宽度，速度梯度的增加分层效应增加，因此叶轮叶片的包角应加大，即采用大后弯式，以减小通道宽度，增加相对速度。分层效应与叶片的吸力边、压力边的速度差有关，即与叶片上的载荷有关。欲减小分层效应必须减小叶片上的载荷。为了减小流道的磨阻损失及提高抗空蚀性能等因素，经常适当地减少叶片数，但叶片数减少后，将使叶片上的载荷增加，从而使分层效应增加。为了减少分层效应，必须加长流道以减少叶片单位长度上的载荷，因此叶片数较少的叶轮，其叶型总是取大后弯的形式，一般叶片数越少，叶片越长，并且叶轮通道的当量扩张角一般小于10。当然，过分加长流道将增加流道的壁面磨擦损失，反而不利于效率的提高。对于定常运动的颗粒运动受力分析可知，在每一颗粒轨迹线上只有一个特定的运动速度能满足平衡方程。相对于平衡轨迹上的颗粒速度过大或不足都将引起附加的哥氏力与离心力的指向，比平衡流动所要求慢的颗粒，倾向于移向吸力边，比平衡流动所要求的速度快的颗粒倾向于移向压力边，这就是所谓的颗粒运动的分层效应。因此对固液两相流泵，除了考虑液相的分层效应，还应考虑固相的分层效应。从实际流场来看，固体颗粒有趋向于叶片工作面的趋势，只是对于质量(密度及粒径)的影响不同，趋向的速度和位置不同。而质量的影响与流场有关，如果射流尾流结构强，则流场对颗粒质量的影响将较大，当设计较合理，射流尾流结构弱时，流场对颗粒质量的影响将较小。显然，从泵实际流场分析可知，射流尾流结构对颗粒运动轨迹具有决定性影响，从而影响泵的磨损。同时实际流场分析也很好地解决了上述不同观点之间的矛盾。观点1的理论分析没有考虑到实际流场的复杂性，其计算流场是用有限元计算的叶轮S1流面的液体速度场，没有考虑到射流尾流结构，因此得到的结果有一定的局限性。但观点1的试验正是采用小出口角、少叶片数等有利减弱射流尾流结构的叶轮，因此，试验与理论较相符。而观点2的试验采用大出口角、多叶片数的叶轮，因此其射流尾流结构较强，对较大质量的固体颗粒，在进入叶轮的初期受流*的后期受射流尾流结构的影响较大，将越来越趋近工作面。2.3 设计方法固液两相流离心泵的主要问题是磨损，效率次之。为了提高泵的抗磨性，除考虑材料外，还应从实际流场出发，对叶轮进行合理设计等。固液两相流离心泵内的磨损主要有两种类型：切削磨损和疲劳磨损。对切削磨损要求材料硬度高，对疲劳磨损则要求材料韧性好，因此理想的耐磨材料应该是同时具有很高的硬度和韧性，但实际中往往是矛盾的。采用国内外应用比较成熟的Cr15Mo3，这种材料能满足输送介质要求。2.3.1 叶片出口角叶片出口角对泵的性能影响很大，它不但影响扬程，而且对性能曲线的形状有影响。其值和固体颗粒粒径d50、浓度Cw等有关。根据颗粒在叶轮中的运动轨迹分析可知：粒径大时，它在叶轮流道内流动的曲率较大，和叶片工作面接触相对较少，出口角可较大，取2=2030；反之，粒径小时应认小的出口角，2=1525。为了减弱射流尾流结构，固液两相流泵亦采用较小的叶片出口角，这样在较少叶片数时可得到较高的扬程和稳定性，并可尽量减少颗粒碰撞叶片工作面。同时减少2可使进入压出室的流体流动速度减小，对降低压出室水力损失及压出室的磨损均是有利的。2.3.2 叶片数固液两相流泵大都采用较少的叶片以减少磨损，一般Z=47.叶片出口角和叶片数都对泵性能有很大影响，两者之间有密切联系。以前为达到较高扬程一般采用多叶片数大出口角，这对固液两相流泵是很不利的。理论和试验都表明，少叶片数和小出口角更适合。较少叶片数可减轻叶轮进出口排挤现象，也有利于克服性能曲线的驼峰。2.3.3 叶片进口角度考虑磨损和防堵塞,一般叶片进口边的厚度取稍厚。对于细颗粒,1=1825；对于输送磨蚀性较强的介质，1=3040。3 结论1)离心泵内流场对磨损起关键作用，特别是叶轮出口附近的射流尾流结构是离心泵内的局部磨损的重要原因。2)固体颗粒都有趋向于叶轮工作面的趋势，采用小叶片出口角2、少叶片数Z和大出口宽度b2的叶轮能减轻泵的磨损。参考文献1 朱金曦. 叶轮内固体颗粒运动轨迹的分析计算 .水泵技术.1998: (3)2 赵振海. 管道内固液混合物运动的基本方程. 水泵技术. 1992: (1)3 许洪元. 关于泵轮中颗粒运动的研究. 水泵技术.1994: (5)4 沈天耀. 离心叶轮的内流理论基础. 杭州：浙江大学出版社，19875 许洪元. 心泵叶轮磨损规律研究. 中国工程热物理学会流体机械学术会议论文集. 1997: (11)6 郭晓民等. 经验法设计渣浆泵嗅. 水泵技术， 1996: (1)7 关醒凡. 的理论与设计. 北京：械工业出版社， 1987第十届美国水射流研讨会1999年8月14至17日：休斯顿，休斯顿水射流冲击作用下物料的建模分析Z.Guo*与M.Ramulu*M.G.Jenkins*波士顿西北科技合作中心Redmond,WA美国大学机械工程部Seattle WA摘要通过有限元分析和实验的测量方法与干涉测量法建立数学模型从而研究磨料水射流钻孔技术，有限元分析的精确性可以通过与实验所得的数值进行比较。对尺寸为25.419.56.25毫米的聚碳酸酯和陶器类样本受集中的静载荷进行研究，从而得出二者的一定联系，同样可以和镀瓷的材料进行比较，我们可以发现有限元模型可以反映出在静载荷下实际的负载状态。在数字化和实验的技术相结合的条件下推定待测的物质与磨料水射流钻孔时的浆柱之间的联系而得出结论。关键词：莫尔干涉测量法，有限元建模分析，静载荷1、概述磨料水射流加工应用于工业生产已有十五年的历史了，它广泛应用于切割，钻孔，尤其是对坚硬物料的切割。然而，磨料水射流切割技术相当复杂，我们对这方面的了解比较困难。我们只有在理想的状况下将力学与水射流技术联系起来应用在加工工艺过程的研究中才能被应用在更为广泛的经济领域中。解决问题的一种方法是利用数字模拟的分析方法（Kobayashi,1987）,这种方法是被用来研究脆性金属受到磨料水射流穿透作用下的受力状态（Guo,1998）。Ramulu(1993)利用光测弹性学来分析透明材料从而研究水射流力学和磨料水射流加工。一种光学实验的测量法，干涉测量法，被用来研究陶瓷等易碎材料在水射流冲击作用下表面的变化。对样本在受力状态下进行有限元分析，并利用实验结果对照，二者吻合。这就足有力的证明了实验与有限元分析的可靠性。这项研究的目的是利用光波干涉来测定水射流作用下物体表面的张力，从而建立有限元模型来分析冲击的过程。实验模拟和有限元模型的建立通过分析易碎材料受集中力进行校核。2、光学实验的建立和过程磨料水射流系统的研究由高压泵，多个喷嘴，捕捉单元，还有提供磨料的漏斗。在磨料水射流的喷嘴处有一个直径0.3毫米的孔和内径为1.02毫米的硬质合金管子。光波干涉被用来测量陶瓷等脆性材料的静负荷，光波干涉实验装置由许多部分组成，有微感应仪器，还有用来产生和测量光波条纹的电子设备等。测试的样本为块状氧化铝的静负荷，其尺寸为25.4mm19.5mm6.25mm 。样本被平均1毫米1200条的衍射光栅所覆盖。实验的具体细节可在Guo 和Ramulu（1995、1997）。除有高压水射流装置外，还有一个静载荷的测量装置来计算区域的变化趋势。光学测量装置如图1所示，样本表面的静载荷是由直径为2毫米锯齿状的物体加载的。将标准校核好的砝码放在由塑料组成的滑移托架上，作用在样本上的全部静载荷通过安放在滑移托架中间的测压元件来测量的。由于这是一个静态实验，所以只需要一个摄象机就能够完成拍摄光波条纹的任务。当u区域范围内的光波条纹被记录时，区域范围就是封闭的，反之亦然。静载荷装置外形详见图b。一个锯齿状元件被缠到测压元件上，如图c表示。全部的载荷数值可以有测压元件很快地读出来，如图d所示。接下来的光波干涉实验的程序，包括u和的范围内的光波条纹的变化都可以被拍摄记录下来的。静载荷由零开始慢慢的增加作用在滑移托架上，快速录象的摄象机可以记录u和的光波条纹的微量变化。a、用来测定样本在静载荷状态下变化的光学仪器 b、静载荷装置c、测压元件和样本图d、测压元件图图1 实验装置3、有限元建模分析有限元分析的代码被应用在这里，齿状部分被假定为直径为2毫米的圆柱体。利用几何的对称性，来确定样本的模型。在实验的测试过程中，样本底部不粘在基座上。图二是一个典型的网状的有限元分析的模型，有2548和节点和1863个元件组成。图 b是放大的的部分。一个组织结构为三维的立体元件（固体45）被用来测量样本和齿状部分的联系。在齿状部分和样本的分界面被假定为一个相互联系的模型，（关联49）。用有限元分析建立的网状模型仅仅反映了样本的表面的一部分。4、结论及其讨论图 3所示的在u和区域内的光波图案表明了样本的静载荷由0牛增至45牛。我们可以发现最开始的时候在u和区域内都在0牛负荷的条件下。然而，在u和区域内光波的波纹关于受载荷的线对称，光波的波纹的数量随着载荷的增大而增多，这种情形尤其是在区域内更为明显，如图3（b）所示，图4表明对于氧化铝样本的u和区域内的光波当载荷由0牛增大至62.3牛的时候，刚开始的时候在u区域内有2条，在区域内有3条，随着载荷的增大，在两个区域内的波纹仅仅在一个范围内变化。但数量并未增多。（a）典型的直角网孔（b）放大图图 2 处于静载荷状态下的聚碳酸酯的有限元建模分析图5（a）和（b）表示的是处在44.5牛静载荷下聚碳酸酯的表面的变化的等高线，在的等高线关于静负荷的中心线对称。在图5中描绘的曲线反映的是在同样的位移中（41710-6毫米）一个干涉条纹级次的划分情况，同样反映了在一个干涉条纹级次的不同光波波纹的样式。在图5（a）和（b）中，在44.5牛的

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