D型节段式四级离泵设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321中国矿业大学成人教育学院2010届毕业设计1 概述离心泵即液体从叶轮轴向进入,叶轮内转为径向流出的泵.根据结构形式可分为单级和多级.单级即一台水泵只有一个叶轮.多级即为一台水泵内有两个和两个以上叶轮.分段多级离心泵多用于工业部门,是一种结构紧凑,有利于提高标准化,通用化程度的机构型式,其扬程取决于级数,故扬程范围较广.在离心泵中它能达到的扬程最高,几乎所有的各种用途的高扬程离心泵均采用这种结构型式.分段式多级泵的主要零部件有吸入段,中段,压出段,轴.叶轮.导叶.密封环,平衡盘,平衡板,轴承部件,穿杠等.1.1泵的主要参数表征泵主要性能的参数有以下几个.1.1.1流量Q流量是泵在单位时间内输送出去的液体量1.1.2 扬程H扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰)能量的增值,也就是牛顿液体通过泵获得的有效能量.H=158m1.1.3.转速n转速是泵轴单位时间的转数n=2900rpm1.1.4.气蚀余量NPSH 气蚀余量又叫净正吸头,是表示气蚀性能的主要参数 NPSH=4.8m- 36 -1.2吸入口径与压出口径的确定1.2.1确定泵的总地结构形式多级离心泵,.电动机直接联接传动1.2.2.吸入口径吸入口径是指泵吸入口法兰处管的内径,由合理的进口流速确定泵的进口流速一般为3m/s左右,从制造经济性考虑,大型泵流速取大些,以减小泵的体积,提高过流能力,从提高气蚀性能考虑,应取较大的进口直径,以减小流速.耕具常用泵的流量和流速关系,由插值法取吸入流速为: 取离心泵系列中的标准口径此时泵的吸入口流速为:1.2.3.压出口径压出口径是指泵排出法兰处管的内径,对于低扬程泵.本设计H=158m,故取=80mm1.3泵转速校核按气蚀条件校核泵的转速取则气蚀比转数取c=700,则现电机转速2950rpm,小于3072rpm,故符合要求.2.泵结构型式的选择2.1选择泵的比转数并确定泵的水力方案当选取单级时,60效率低考虑采用多级泵当选取级数为了得到高效率且又节省材料,取泵的级数为4,2.2泵的结构型式 分段式多级泵与蜗壳式多级泵相比,重量和尺寸都比较小,铸造,加工均较容易,段与段之间密封容易达到,径向力平衡,轴向力也完全可以平衡,所以设计成分段式多级泵。2.3.泵的效率估标2.3.1.水力效率2.3.2.容积效率考虑到平衡盘泄漏量与理论流量之比为,从图中查取2.3.3.机械效率查图 泵的总效率根据计算结果:,.于是 2.4泵轴功率和电机的选择2.4.1, 泵的轴功率2.4.2 原动机功率K余量系数取.传动功率.直连=1.02.5 轴直径和轮毂直径的计算2.5.1 轴径的计算 泵轴材料选用45钢,调质处理HB=241286 ,取 按扭矩计算泵轴直径 式中扭矩() 材料的许用切应力 取标准直径 考虑结构取 2.5.2轮毂的直径计算 采用一般平键传递扭矩,叶轮轮毂直径 装叶轮出轴径根据结构确定 取2.6 轴向力的平衡结构选择该泵轴向力的平衡结构选择平衡盘而不用平衡鼓,应为平衡要设止推轴承,且泄露量较大.3.水力设计3.1利用速度系数法计算叶轮主要尺寸叶轮是将来自原动力的能量传递给液体的零件.一般由前盖板,后盖板,叶轮和轮毂组成 单级叶轮的主要参数 3.1.1确定叶轮入口直径1. 叶轮入口速度 式中叶轮入口速度系数 从图21中查取 第一级=0.159 次级 =0.20 H单级扬程 第一级叶轮: 次级叶轮 : 2.叶轮入口的直径 第一级叶轮次级叶轮 对于分段式多级泵第一级叶轮,一般略加大叶轮如楼直径,以减低液体进入叶轮时的流速,提高泵的抗气蚀性能,而其他各级由于已经有一定的吸入压力,故应尽量减小叶轮入口直径,以提高效率. 第一级叶轮取 次级叶轮取 3.1.2 确定叶片入口边直径在叶轮流道入口边上取圆心,作流道的内切圆,内切圆圆心到轴心先距离的两倍即为叶片入口边直径 叶片入口边直径一般可按比转速确定 则,取等于次级叶轮的,即 3.1.3确定叶片入口宽度先确定叶片入口出的绝对速度 一般取= 第一级叶轮 次级叶轮 入口宽度 第一级 次级 取同一宽度入口3.1.4确定叶片入口出圆周速度 3.1.5确定叶片数 对于的泵,叶片一般取6片3.1.6确定叶片入口轴面速度 可按下式确定 叶片入口排挤系数一般 取 第一级 次级 确定叶片厚度和叶片安装角后,再校核值.3.1.7确定叶片的厚度S对于铸铁也乱,叶片最小厚度为 取3.1.8计算叶片排挤系数 式中 t叶片节距 叶片在圆周方向的厚度 ,近似取 与前取近似3.1.9 叶片包角的确定目前对的泵，一般取初取 更机后面的设计修正3.1.10确定叶轮外径 叶轮出口圆周速度 从图21中查取，时 叶轮外径 取 3.1.11 叶片安放角 初取 在后继具体设计中进行修正。3.1.12 确定叶轮出口宽度 从图21中查=0.111 式中叶片出口处圆周方向厚度 3.1.13绘制叶轮的轴面投影图，检查轴面液流过断面面积变化，作叶片进口边根据数据： 第一级： 次级 绘图3.1.14 绘制轴面液流的流线轴面流线是流面和轴面的交线，也就是叶片和流面交线的轴面投影。一条轴面流线轴线旋转一周形成的回转面是一个流面。要分流面，只要把流道分成几个小流道就行了，一般按各小流道通过相等的流量，且通过各小流道的流量不变来分。按一元理论，速度沿过水断面均匀分布，故只把总的过水断面分成几个相等的小过水段面即可。本设计中，做中间流线及前后盖板流线共3条。 分法： 1.分出口边线段， 2.进口边按每个圆环变积相等确定分点 后盖板流线进口处半径 前盖板流线进口处半径 3.有了始末分点，凭经验画出各条轴面流线，然后沿整个流道去若干组水断面，检查同一过水断面上两流线间的小过水断面是否相等，不相等的应修改，直到相等或者相差在3之间为止。小过水断面面积为3.1.15 计算流线上叶片的进出口安放角1.流线 设： 有图中量的 叶片厚度为。进口边处为， 进叶片后液流速度 冲角 计算得的冲角值一般选用范围内，故假设可以2.流线 设 有图得 冲角在之间，故假设可以。3.线 设， 冲角在内，假设可以 安装角 ，选出口安放角作图后再修正3.1.16 在轴面流线上分点（作图分店法）在轴面投影图旁画两条夹角为的射线表示夹角为的两个轴面从出口开始沿轴面流线取长度，若中点半径对应的两射线间弧长 与相等，则分点正确，若不等，另取直到为止。3.1.17 在方格网上进行叶片绘型（保角变换法）叶轮叶片在方格网上展开图 如图所示，方格网上横线表示轴面流线响相应分点，竖线表示夹角为对应分点所用的轴面， 流线叶片进口角分别是 ，使叶片安放角由进口逐渐变化到出口，修正出口安放角为，叶片包角为803.1.18 叶轮叶片的轴面截线图方格网上画出的三条相对流线，就是叶片表面的三条型线，用面1方格网中的竖线1截三条型线，相当于用轴面截叶片，所得三点连线为叶片轴面截线。 3.1.19 在轴面投影图的轴面截线上加叶片厚度 叶片厚度在进口边为3mm，逐渐变为5mm，厚度分布图所示垂直于轴面截线方向厚度为 式中叶片真实厚度 叶片安放角 叶轮叶片加厚列表计算1轴面流线轴面截线033.64.3555555 3.313.974.785.615.665.775.965.9965.9962轴面流线轴面截线33.64.35555553.374.044.835.665.776.035.965.9965.9963轴面流线轴面截线33.64.3555555 3.434.25.136.036.036.035.965.9965.9963.2 导叶3.2.1 导叶的基圆直径3.2.2 导叶入口角 液轮出口绝对液流角 取3.2.3导叶入口宽度 3.2.4导叶的叶片数及喉部高度 速度系数 查图可得 导叶片数与叶轮叶片数不等或互质，一面发生共振，因叶轮叶片数故导叶叶片数为 喉部高度 取 导叶喉部面积，3.2.5导叶入口厚度 铸铁的导叶 取3.2.6导叶扩散角 扩散角一般为 取3.2.7导叶扩散段长度L 式中导叶扩散段出口面积 取整 3.2.8导叶外径 取3.2.9反导叶入口角 3.2.10反导叶叶片数 （片）3.2.11反导叶出口角 取3.3 轴向力平衡机构 选计算以下各参数3.3.1叶轮外径圆周速度 3.3.2轮毂直径圆周速度 3.3.3理论扬程 3.3.4势扬程4其他部件结构选择4.1 联轴器结构选择及校核 取的泵的标准最小轴径 转速扭矩选择泵行业的爪型联舟器B1104-66-20-35 强度计算4.1.1挤压应力 弹性块（图）传递扭矩表面的挤压应力满足下式 式中挤压应力 K工作情况系数，与原动机有关 对于电动机取K=1.75 联轴器转速的扭矩 接触面中心直径接触面长度接触面高度联轴器爪数4.1.2转速联轴器最大外圆的速度应满足本本式要求 式子中：线速度 联轴器最大直径 联轴器转速 许用线速度 对于钢件 满足要求4.2 轴承的选择及校核 从轴的受力图上知，轴承受到的最大径想力为27.783kg，由于平衡盘的作用，轴承受到的轴向载荷较小，最大值不超过20kg 轴承处轴径为40mm，选择圆柱滚子轴承32308E 查表的 额定动载荷 C=76.21 KN 额定静载荷 KN 设轴承寿命 20000h4.2.1按额定动载荷计算 当 时，查设计手册 而 水泵 4.2.2 按额定静载荷计算 安全系数 正常工作时 查手册得 故32308E轴承满足要求4.3 轴封 采用一般的填函结构，填充浸油石墨石棉填料或金属丝石棉填料4.4静密封 主要是中段与中段，中段与吸入段，中段与压出段间的密封面，由于密封面的压力不太大，选用纸垫密封。5 主要零部件的强度计算5.1 叶轮强度计算5.1.1 叶轮盖板强度计算 式子中叶轮材料的重度 对于铸铁叶轮 选用HT250 满足要求 安全5.1.2 叶片厚度计算 铸纲叶片最小厚度为 叶片厚度 查表 实际 满足要求5.1.3 轮毂强度计算 叶轮轮毂和轴采用间隙配合 轮毂中的应力为停泵后轮毂和轴心温差应力 式中轮毂材料线膨胀系数 停泵后轮毂和轴的最大温差 安全系数 安全5.2 键的强度校核 四级叶轮的扭矩 一级叶轮的扭矩 5.2.1 联轴器键槽侧面的挤压应力 安全 式子中扭矩 联轴器内轴径 键的高度 键的有效长度 5.2.2 联轴器内键的切应力 式子中键的宽度 键的材料选用45纲 故键安全5.2.3 叶轮键的选择 叶轮出轴径为40mm 故选择键，由于联轴器处扭矩最大，当联轴器处键满足要求时，在叶轮处也满足要求。5.3平衡盘强度校验 平衡盘受两种力，一是水推力，近似的认为是均布载荷P，一是旋转的离心力，均在盘的轮毂处产生最大应力，在外援处产生最大饶度，分别计算如下5.3.1应力计算1由于水推力产生的弯曲应力 式子中 平衡盘外径 平衡盘根部厚度 液体作用在盘上的压力 系数 当时，查图得 2由于离心力引起圆周方向的应力 式子中泊松比 材料重度 平衡盘旋转角速度 3折算应力（按第四强度理论） 平衡盘为HT520， 故安全5.3.2 饶度计算 在平衡盘外径上产生的最大轴向变形 可用下式折算 式中 最大变形量 系数 查图当时， 材料的弹性模量 可以满足设计要求5.4 轴的强度验算5.4.1 计算各转子的重量（根据重度和体积） 泵联轴器 3.625kg 轴 8.1kg 轴套 1.44kg 轴套 1.158kg 叶轮 8.7kg 平衡盘 2.312kg 因为本设计中的泵为卧式泵，转子的重量是径向力，而且是固定方向的径向力，轴的重量是均布载荷，但为了简化计算，可把轴分成几段变成集中载荷，并把她们加在其他转子零件的重量上5.4.2钮矩 在水力设计时算的5.4.3轴向力 在水力设计中知，四级叶轮总的轴向力为4179.22N=426kg5.4.4不平衡离心力 本设计叶轮尺寸较小，不平衡重也小，可以近似认为处于静平衡状态，离心力忽略不计5.4.5轴不同面上的钮矩，轴向力弯矩 1钮矩图连轴器出钮矩最大为1124.47经第一级叶轮减少为843.35经第二级叶轮减小后为562.235经第三级叶轮减少为281.11752 轴向力图 从第一级叶轮起逐级增加，末级叶轮和平衡盘间轴向力最大3 支反力 固定方向径向力（本设计中只是转子重量）作用在两个轴承A B上的支反力分别用和表示，方向垂直向上对A点取矩 4 弯矩图 利用对各点取矩的方法，求出各点由固定方向径向力产生的弯矩1.A点的弯矩 2.C点的弯矩 3.D点的弯矩4.E点的弯矩 5.F点的弯矩 6.G点的弯矩 7.H点的弯矩 8.I点的弯矩 5.4.6 强度校核1最危险断面的确定从钮矩图和弯矩图上可以看出，E F断面（即第二，第三级叶轮处）为危险断面 E断面处，弯曲应力弯矩 =542.56轴径 键槽宽度 键槽深度 E断面的弯曲断面系数为 则弯曲应力为拉应力 轴向力 222.711kg断面积拉应力 切应力 钮矩 钮矩的断面系数 切应力折算应力 轴的材料为45钢， 查表得=10 安全系数 10 安全 F断面处1） 弯曲应力 弯矩 2） 拉应力 周向力 3） 切应力 钮矩 4） 折算应力 小于E断面处的应力，故安全5.5 中段强度计算 第一级中段受到的内压力为： 式子中 液体的重度把中短当作受内压力的圆筒，材料为HT2000，中段壁厚按薄壁容器考虑 初选： 式中 中段直径 材料许用应力 故可以按薄壁圆筒计算，考虑到中段铸造加工时有足够的钢性且不至于发生变形 取=1cm 则中段外径5.6 穿杠和中段密封凸缘宽度的强度计算5.6.1初步确定穿杠直径d和密封凸缘宽度h 式中中段壁厚 0.015mm 穿杠工作部分长度 0.402m 中段组长度 0.207m 垫片系数 3 泵介质压力 3 中段内径 穿杠数目 4 中段材料的线膨胀系数 材料弹性摸量 穿杠材料许用应力 中段接缝处材料（垫片）的许用挤压应力 取 中段和穿杠的温差 凸缘宽度 5.6.2 强度校1计算作用力 式中 排出盖的内孔直径 式中 穿杠和中段的柔度系数 穿杠总断面积 中段的断面积2 工作时穿杠拉应力 安全系数 安全 由于结构需要，取穿杠直径为6 轴的临界转速计算任何轴系数都有固有震动频率。当轴的转速等于转子本身的固有振动频率时，轴的运转变为不平衡，即产生共振现象。产生共振时的转速为轴的临界转速，转速由低到高，依次产生，第一次共振时的转速为轴的第一临界转速。第二次共振时是轴的第二次临界转速临界转速计算的目的是为了验算已经选定的泵轴转速是否能避开转子的固有震动频率，在合理的转速范围内，以保证泵能安全可靠的运行。合理的转速范围是对于钢性轴（轴的转速低于第一临界转速） 0.8对于柔性轴（轴的转速高于第一临界转速）对于双支承的多级泵，为了提高各项技术经济指示，可设成柔性轴，根据经验分式计算临界转速 式中 经验系数 取7.5 轴最大直径 40mm 转子总量 51.31kg 轴承跨距 0.689m 致 谢首先感谢丁保华老师在这三个月来的热情关心和精心指导，使我能顺利的完成这次毕业设计这次毕业设计是对在大学所学理论知识的一次综合运用，也是对多学知识综合运用能力的一