双吸渣浆泵的设计及机械密封设计【9张CAD图纸和说明书】
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双吸渣浆泵
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1双吸渣浆泵设计及机械密封设计摘要：泵是应用非常广泛的通用机械，可以说是液体流动之处，几乎都有泵在工作。而且，随着科学技术的发展，泵的应用领域正在迅速扩大，根据国家统计，泵的耗电量都约占全国总发电量的 1/5,可见泵是当然的耗能大户。因而,提高泵技术水平对节约能耗具有重要意义。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。采用机械端面密封使密封面紧密贴合，防止介质泄漏，自动补偿密封面磨损。本设计详细介绍了渣浆泵的总体结构、工作原理、结构设计和机械密封设计。关键词:渣浆泵 机械密封 密封圈2Double suction slurry pump design and mechanical seal designAbstract:Pump is the most widely used general machinery,it can be said that any liquid flows,almost all of the pumps work,With the development of science and technology, pumping application areas are expanding rapidly,According to national statistics.Pump power consumption accounted for a fifth of the country,we can see that the pump is only natural consumption market.Pump technology will increase the level of energy conservation has a very important significance. The 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 . This design was detailed to introduce the total construction that slurry pump, the work principle designs with the construction and the mechanical seal.Key words: Slurry pump, Mechanical seal,Ring3第一章 概论第一节 渣浆泵的用途和类型1、渣浆泵的用途渣浆泵可广泛用于矿山，电力、冶金、煤炭、环保等行业输送含有磨蚀性固体颗粒的浆体。如冶金选 渣浆泵矿厂矿浆输送，火电厂水力除灰、洗煤厂煤浆及重介输送，疏浚河道，河流清淤等。在化工产业，也可输送一些含有结晶的腐蚀性浆体。目前，渣浆泵的应用范围中，80%左右都是用在矿山行业选矿厂。由于矿石初选工况较为恶劣，因此在这一工段，渣浆泵的使用寿命普遍较低。当然，不同的矿石，磨蚀性也不一样。在洗煤行业，由于工况不同，较大煤块，煤矸石容易堵塞，对于渣浆泵的设计要求很高。淮北矿务局下属某洗煤厂 05 年采用经特殊设计的、替代原来从澳大利亚进口的渣浆泵，至今运转正常，输送较大煤块、煤矸石无堵塞，使用磨损寿命超过了国外进口泵。在海水选砂领域，渣浆泵应用也开始逐渐被客户认可。但是在海水里选砂，河道里挖沙，渣浆泵更容易被称为砂泵，挖泥泵。尽管叫法不一，但是从结构特点和泵的性能原理上来讲，都可以通称为渣浆泵。因此在这海水选砂中我们经常称为砂泵，在河道清淤里面习惯上叫挖泥泵。渣浆泵的用途虽然广泛，但是正确的应用是十分重要的。渣浆泵由于其名称本身的局限性使得一些非本行业的人对此产生误解，事实上，泥浆泵，杂质泵，挖泥泵，清淤泵，等都在渣浆泵的应用范围。在渣浆泵的应用过程中，一定要注意合理的设计，正确的计算，合适的选型，这几点非常重要。2、渣浆泵类型渣浆泵从物理学原理上讲属于离心泵的一种，从概念上讲指通过借助离心力（泵的叶轮的旋转）的作用使固、液混合介质能量增加的一种机械，将电能转换成介质的动能和势能的设备。渣浆泵的名称是从输送介质的角度来划分的一种离心泵。另外渣浆泵从不同角度还可以具体划分不同类型：（1） 从叶轮数目划分：单级渣浆泵和多级渣浆泵（2） 从泵轴与水平面位置划分：卧式渣浆泵和立式渣浆泵（3） 从叶轮吸入进水的方式划分：单吸渣浆泵和双吸渣浆泵（4 ）从泵壳的结构方式：水平中开式和垂直结合式4本毕业设计选择双吸类型的渣浆泵。第二节 渣浆泵的密封渣浆泵的密封有三种形式：填料密封，付叶轮密封，机械密封。三种密封形式各有优劣势。首先填料密封，是最普通的一种密封，是通过注入轴封水的形式，不断在填料里面注入一定压力水，一防止泵体浆体外泄：对于不适于用付叶轮轴封的多级串联泵，采用填料轴封。填料轴封结构简单，维修方便，价格便宜。其次付叶轮密封，是通过一个反向离心力的叶轮作用力，防止浆体外泄。在泵进口正压力值不大于泵出口压力值 10%时的单级泵或多级串联泵的第一级泵可以采用付叶轮轴封，付叶轮轴封具有不需轴封水，不稀释浆体，密封效果好等优点。因此在浆体中不允许稀释的情况下，可考虑此种密封。再次，机械密封，一般是对密封要求比较高的情况使用。特别是一些化工，食品领域，不仅要求密封，而且最主要是不允许加入额外成分进入泵体。缺点就是，成本高，维修困难等。本毕业设计选择机械密封作为渣浆泵的密封形式。本设计选定的基本参数：流量 Q=162m3/h； 扬程 H=78m； 转速 n=2900r/min； 比转数 ns=60。5第二章 渣浆泵基本原理第一节 泵的工作原理泵是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。泵用来增加液体的位能、压能、动能。原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功，使其能量增加，从而使需要数量的液体，由吸水池经泵的过流部件输送到要求的高度或要求压力的地方。如下图 1-1 所示,是简单的离心泵装置。原动机带动叶轮旋转，将水从 A 处吸入泵内，排送到 B 处。泵中起主导作用的是叶轮,叶轮中的叶片强迫液体旋转,液体在离心力作用下向四周甩出。这种情况和转动的雨伞上的水滴向四周甩出去的道理一样。泵内的液体甩出去后，新的液体在大气压力下进入泵内,如此连续不断地从 A 处向 B 处供水。泵在开动前，应先灌满水。如不灌满水，叶轮只能带动空气旋转,因空气的单位体积的质量很小，产生的离心力甚小，无力把泵内和排水管路中的空气排出，不能在泵内造成一定的真空，水也就吸不上来。泵的底阀是为灌水用的，泵出口侧的调节阀是用来调节流量的。6第二节 机械密封基本原理机械密封是由两块密封元件（静环和动环）垂直于轴的光滑而平直的表面相互贴合，并做相对转动而构成的密封装置，如图 2-1 所示。它是靠弹性构件（如弹簧6）和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，故又称端面密封。构成机械密封的基本元件有：端面密封副（静环 1 和动环 2） 、弹性元件（如弹簧 4） 、辅助密封（如 O 型圈 8、9 和 10） 、传动件（如传动销 3 和传动螺钉 7） 、防转件（如防转销 11）和紧固件（如弹簧座 5、推环 13、压盖 12、紧定螺钉 6 与轴套 14） ，其中，、为泄漏点。7图 2-2 机械密封原理图第三章 渣浆泵的结构设计第一节 泵汽蚀余量的计算汽蚀余量对于泵的设计、试验和使用都是十分重要的汽蚀基本参数。设计泵时根据对汽蚀性能的要求设计泵,如果用户给定了具体的使用条件,则设计泵的汽蚀余量必须小于按使用条件确定的装置汽蚀余量 。欲提高泵的汽蚀性能,应尽rNPSHaNPSH量减小 。泵试验时,通过汽蚀试验验证 ,这是确定 唯一可靠的方法。r r rS它一方面可以验证泵是否达到设计的 值。另一方面,考虑一个安全余量,得到许r用汽蚀余量 ,作为用户确定几何安装高度的依据.可见,正确地理解和确定汽蚀S余量是十分重要的。为了深入理解汽蚀的概念,应区分以下几种汽蚀余量：1、 装置汽蚀余量又叫有效的汽蚀余量。是由吸入装置提供的, 越大aNPH aNPSH泵越不容易发生汽蚀。2、 泵汽蚀余量又叫必需的汽蚀余量,是规定泵要达到的汽蚀性能参数, rS越小,泵的抗汽蚀性能越好。rP3、 试验汽蚀余量,是汽蚀试验时算出的值, 试验汽蚀余量有任意多个,但对tNH应泵性能下降一定值的试验汽蚀余量只有一个,称为临界汽蚀余量,用表示。cS4、 许用汽蚀余量,这是确定泵使用条件(如安装高度)用的汽蚀余量,它应P大于临界汽蚀余量,以保证泵运行时不发生汽蚀,通常取 =NPSH或 = +k, k 是安全值。cNPSH5.1cNPSH这些汽蚀余量有如下关系: arc 泵汽蚀余量的计算:HNPSrHNPSr式中: 托马汽蚀系数；8泵最高效率点下的泵单级扬程；H最高效率点下的泵汽蚀余量。rNPS根据【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。 】 查图 4-7取 =0.035，所以 。73.2805.Hr第二节 泵的基本参数的确定1、 确定泵的进口直径泵进口直径也叫泵吸入口径,是指泵吸入法兰处管的内径。吸入口径由合理的进口流速确定。泵的进口流速一般为 3m/s 左右，从制造经济行考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵体积，提高过流能力。从提高抗汽蚀性能考虑，应取较大的进口直径，以减小流速。常用的泵吸入口径，流量和流速的关系如图所示。对抗汽蚀性能要求高的泵，在吸入口径小于 250mm 时，可取吸入口径流速 ，在吸入口径大于smVs/8.10250mm 时，可取 。选定吸入流速后，按下式确定 ,在该设计中，双smVs/2.41 D吸离心式渣浆泵： ssVQD4吸入口径（mm）40 50 65 80 100 150 200 250流速（m/s）1.375 1.77 2.1 2.76 3.53 2.83 2.65 2.83单级泵 流量（m 3/h）6.25 12.5 25 50 100 180 300 500注：此表取自【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。 】取吸入口流速 ，代入公式得：sVs/mQDss 1382.0364取泵的吸入口径为 150mm。2、确定泵的出口直径泵出口直径也叫泵排出口径，是指泵排出法兰处管的的内径。对于低扬程泵，排出口径可与吸入口径相同；对于高扬程泵，为减小泵的体积和排出管路直径，可取排出口径小于吸入口径，一般取9sdD)7.01(式中： 泵的排出口径泵的吸入口径s根据该泵的特性，由于该泵的流量大，考虑排水管路的经济性 mSd 1057.0. 取 。mD13、泵转速的确定 确定泵转速应考虑以下因素：（1）泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此应选择尽量高的转速；（2）转速和比转数有关，而比转数和效率有关，所以转速应该和比转数结合起来确定；（3）确定转速应考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机等）和传动装置（皮带传动、齿轮传动、液力偶合器传动等） ；（4）转速增高，过流部件的磨损加快，机组的振动、噪声变大；（5）提高泵的转速受到汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式4326.5rNPSHQnC式中： 泵的转速（r/min）n泵流量（m 3/s）双吸泵取Q2可知：转速 和汽蚀基本参数 及 有确定的关系，如得不到满足，将发生rSC汽蚀。对既定得泵汽蚀比转数 值为定值，转速增加，流量增加，则 增加，当rNPSH该值大于装置汽蚀余量 时，泵将发生汽蚀。aNPH选 , ，150C73.2rSsmQ/045.3则 in79.6.51.43 rn根据汽蚀要求，泵的转速应小于 ，而实际转速为i/3min/290r4、估算泵的效率（1）水力效率 水力效率 按下式计算hh10，式中： 泵流%86.02362901lg835.01lg0835.1 nQh Q量（m 3/s）双吸泵取 2泵的转速（r/min）（2）容积效率 容积效率 可按下式计算vv3268.01sn该容积效率为只考虑叶轮前密封环的泄漏的值,对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况,容积效率还要相应降低。则 %96.068.0168.013232 svn（3）机械效率 m 87.017.107. 6767smn泵的总效率 %298mvh泵的理论扬程 Hht 7.06.泵的理论流量 hQVt /5.189.235、轴功率和原动机功率泵的轴功率： KwgHP75.436072.1089原动机功率： KwKtg .5.4.式中: 余量系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表 7-10取 =1.1(原动机为电动机)传动效率 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表 7-11t取 (直联)0.1所以选择 55Kw 的电动机可满足要求,查【机械零件手册吴宗泽主编】选择电动机11的型号为 Y250M-2。第四章 渣浆泵轴的设计直联式双吸渣浆泵是将轴设计为空心轴和电机轴相联,泵无需底座，所以直接用电动机支起泵来工作的，当电机轴和空心轴联成一体时，可看作是刚性连接，这时按一根轴来计算，但在其受力分析时，我们找不到电机的原始材料，为了保证这根轴符合要求，我们最后按外伸梁和悬臂梁两种方法分析计算，只有这样才能保证计算的准确度。第一节 轴按外伸梁设计1、扭矩的计算 mNnPnMcn 1.29705.12.1950式中: 扭矩( )mN计算功率 取cPc.2、根据扭矩计算泵轴直径的初步计算 mMdn 0276.152.0.353 式中: 材料的许用切应力( ) 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表 7-Pa12 取 Pa51值的大小决定轴的粗细，轴细可以节省材料，提高叶轮水力和汽蚀性能；轴粗能增强泵的刚度,提高运行可靠性。故泵轴的最小轴径取 ，泵轴的最大尺寸md301取 。m90123、 画出轴的结构草图 如图所示(由已知图纸改进) 027?3148801?9?55图 4-1 轴结构草图叶轮的左边用螺母锁紧,右边用轴套定位,轴套内径取 45mm，外径取 60mm，轴经过处圆角统一取 R=2mm(特殊要求除外)。4、轴的强度计算（1）叶轮所受径向力的计算( )32108.9BHDKFrN式中: 泵扬程 m78叶轮外径 2 306.2包括盖板的叶轮出口宽度( )B2.05.2试验系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 rK图 17-30 取 2.rK则 NHDFr32108.9 N1500326.780.9（2）叶轮所受径向不平衡离心力的计算(N)RnGRnGccc 29298.12式中: 最大半径处的残余不平衡质量(g) 取 gc3叶轮的最大半径( ) Rm153则 NnFcc 8.4229098.01098.2 （3）水平总的受力: NFcR .43垂直总的受力: C31153 （4）计算水平面支承反力 NFFQRR 4.6598702.5982231 13NFFRQR 265983.1201.5982332 （5）计算垂直面支承反力 RR 4.23598.1598331 NFRR.223（6）计算水平面 C 和 D 处的弯矩(考虑到 C 和 D 处可能是危险截面) mMRCH 2.180234.6281 mNNFD 173454635（7）计算垂直面 C 处和 D 处的弯矩RCV 2.80234.8231 mFMD 54915（8）计算合成弯矩C 点合成弯矩：mNCVH 197522.80.122D 点合成弯矩： mNMDV 8054973222（9）计算 C 和 D 处当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表 2-7 由插入法得3.21b3.10b591b6.01bmNTMC 234206.97222 D 180711802（10）校核轴的强度根据弯矩大小及轴的直径选定 C 和 D 两截面进行强度校核，由【机械设计吴宗泽主编】表 2-5，当 45 钢 ，按表 2-7 用插值法得MPab640MPab591C 截面当量弯曲应力：14bCC MPamNdMW133 095.041.2.0 （因 C 截面有键槽，考虑对轴强度削弱影响，故 d 乘以 0.95）D 截面当量弯曲应力： bDPaNd133 20451.087. 因此，C 和 D 两截面均安全。（11）校核轴径在叶轮中心截面处： mMC2341在电动机第一轴承处： mNTM 2637106.22212在电动机中间截面处：945.3722223mdb 45591.041.03Mb6.27.33122 mdb 58.59.04.0331 轴的截面形状是影响轴刚度的重要因素，当将实心轴改为外径为原直径的 2 倍的空心轴，并使空心轴的质量为原实心轴质量的 2 倍时，轴的强度提高到实心轴强度的 6.5倍，刚度提高到实心轴刚度的 13 倍，所以该空心轴符合要求。图 4-2 轴结构图3027?148801?45?59015FR3R1MnFR2FR3R3R1R2FQ轴 受 力 简 图水 平 面 受 力 R1R2垂 直 面 受 力图 4-3 轴受力分析图水 平 面 弯 矩 图垂 直 面 弯 矩 图 18002.16图 4-4 轴弯矩图第二节 轴按悬臂梁设计1、扭矩的计算 mNnPnMcn 1.29705.12.1950式中: 扭矩( )mN计算功率 取cPc.2、根据扭矩计算泵轴直径的初步计算 mMdn 0276.152.0.353 式中: 材料的许用切应力( ) 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表 7-Pa12 取 5值的大小决定轴的粗细,轴细可以节省材料,提高叶轮水力和汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度,提高运行可靠性.故泵轴的最小轴径取 ,泵轴的最大尺寸 。md301m903、画出轴的结构草图 如图所示(由已知图纸改进)合 成 弯 矩 图转 矩 T图当 量 弯 矩 图19752019752210173027?148801?9?55图 4-5 轴结构改进图叶轮的左边用螺母锁紧,右边用轴套定位，轴套内径取 45mm，外径取 60mm，轴经过处圆角统一取 R=2mm(特殊要求除外)。4、轴的强度计算（1）叶轮所受径向力的计算( )32108.9BHDKFrN式中: 泵扬程 m78叶轮外径 2 06.2包括盖板的叶轮出口宽度( )B32.05.2试验系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 图 17-30 取rK.r则 NBHDF32108.9 N1500326.7802.9（2）叶轮所受径向不平衡离心力的计算(N)RnGRnGccc 29298.12式中: 最大半径处的残余不平衡质量(g)取Gg3叶轮的最大半径( ) Rm15则 NnFcc 8.42290398.101098.2 （3）水平总的受力: FcR 38.43垂直总的受力: C.153 （4）计算水平面支承反力：NFQR 38.97068.19231计算垂直面支承反力： R1231（5）计算水平面弯矩：18mNNFMRDH 54.338.192283计算垂直面弯矩：mRV .3（6）计算合成弯矩：mNNDVH 8.769454.3222（7）计算当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表 2-7 由插入法得3.21b3.10b591b6.01b叶轮中线截面处： mNTMC 266.02电动机第一轴承处： mND 1482610.8.7942222（8）校核轴径叶轮中线截面处： MdbC5.7591.06.3311 电动机第一轴承处：mdbD3.259.0486.3312轴的截面形状是影响轴刚度的重要因素，当将实心轴改为外径为原直径的 2 倍的空心轴，并使空心轴的质量为原实心轴质量的 2 倍时，轴的强度提高到实心轴强度的 6.5倍，刚度提高到实心轴刚度的 13 倍，所以该空心轴符合要求。19垂 直 面 弯 矩 图合 成 弯 矩 图 543.7698210148266转 矩 T图当 量 弯 矩 图图 4-6 轴受力与力矩图轴 受 力 简 图水 平 面 受 力垂 直 面 受 力 FR3R3 FR1R1FR3R3 FR1FR1Q3027?148 801?90?45 520第五章 叶轮结构设计及尺寸计算第一节 结构设计1、叶轮材料的确定叶轮是渣浆泵传递能量的主要部件，通过它把电能转换为液体的压力能和动能，因此，要求叶轮具有足够的机械强度和完好的叶片形状，在材料上，除了考虑介质腐蚀，磨损外，由于它是旋转部件，故还应考虑离心力作用下的强度。通常，用于叶轮的材料有铸铁，青铜铸件，不锈钢，铬钢等。当叶轮圆周速度超过 30m/s，考虑铸铁强度不能承受这样大的离心力的作用，则需改用青铜作材料，由于本设计泵属于中小型泵，其圆周速度远小于 30m/s，在考虑到渣浆泵工作过程中浆体的有较强的磨蚀和腐蚀性能，同时考虑到泵的效率和抗汽蚀性能的要求，故选高铬铸铁，具有效率高，节能、使用寿命长、质量轻、结构合理、运行可靠、振动小、噪声低、维修方便等显著特点，减振性好，可以减轻由于浆体冲击造成的振动，而 Cr26 又是在高铬铸铁中这些性能更为突出的，所以，本设计中叶轮的材料选用 Cr26 作为原材料，热处理采用表面淬火及去应力退火，许用应力为&25-35MP a 2、叶轮结构型式的确定本设计选用闭式叶轮。闭式叶轮由前盖板，后盖板，叶片和轮毂组成。叶轮主要尺寸的确定有三种方法：相似换算法、速度系数法、叶轮外径 或叶2D片出口角 的理论计算。2叶轮采用速度系数法设计，速度系数法是建立在一系列相似泵基础上的设计，利用统计系数计算过流部件的个部分尺寸。图 5-1 叶轮结构图21第二节 叶轮设计尺寸计算1、叶轮轮毂直径 的计算hd叶轮轮毂直径必须保证轴孔在开键槽之后有一定的厚度，使轮毂具有足够的强度，通常 ，在满足轮毂结构强度的条件下，尽量减小 ，则有利于改善流ihd4.12 hd动条件。取 Pa50轴直径 mMdn 6.270.12.353 根据叶轮轮毂直径应取 1.21.4 倍的轴直径，根据设计要求，取叶轮所在的轴的直径为 45 ，所以 。取mmh.84.1dh2、叶轮进口直径 的计算jD因为有的叶轮有轮毂（穿轴叶轮） ，有的叶轮没有轮毂（悬臂式叶轮） ，为从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引入叶轮进口当量直径 的概念。以OD为直径的圆面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积，即 。 按O 422hjdO下式确定3nQKDO2hOjdD式中： 泵流量（m 3/s）对双吸泵取 ；Q泵转速（ ）ni/r系数，根据统计资料选取OK主要考虑效率 0.453OK兼顾效率和汽蚀 主要考虑汽蚀 .mnQDO 810.293601.43 dhj 822取 mj10223、叶轮外径的计算 3213212 90606.95.06.935. nQDsm.1取 3624、叶轮出口宽度的计算 3653652 2901107.4.107.64. nQbsm.因为两个叶轮设计在一起，所以叶轮出口宽度 mb25、叶片数的计算和选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数，一方面考虑尽量减小叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。叶轮叶片数： 2sin131eRZm对于低比转数离心泵叶轮， ，21R12e则 sin23sin13 21121 eRZi5.6i5.6 212212D60sin70.sin.112 jDK53.式中： 叶轮进口直径j叶片进口直径1叶轮外径223叶片进口角 取1012叶片出口角 取2 6低比转数叶轮取大值0.71K通常采用叶片数 ，取该叶轮叶片数为 6。5Z6、精算叶轮外径（第一次）（1）理论扬程 mHht 7.9086.（2）修正系数 93.06215.0612（3）有限叶片数修正系数根据经验有限叶片数修正系数 ，此处取45.P4.0P（4）无穷叶片数理论扬程 mHtT 6.130.7.901（5）叶片出口排挤系数 96.0sin2306sin222 ctgctgDZ（6）出口轴面速度 smbQVVm /31.29.2.4522 （7）出口圆周速度 6.1308.26.231.2002 tgtgHttgUtmm sm/2.（8）出口直径 nD48.02936022与假定不符，进行第二次计算。7、精算叶轮外径（第二次）24（1）叶片出口排挤系数 95.0sin2612536sin1222 ctgctgDZ（2）出口轴面速度 smbQVVm /83.296.0.0.42 （3）出口圆周速度 6.1308.26.283.2002 tgtgHttgUtmm sm/8.（4）叶轮外径 mnD5.029836022与假定值接近，不再进行计算。8、叶轮出口速度（1）出口轴面速度（由上述计算得）95.02smV/83.2（2） 出口圆周速度 ssnDU/26.8/609.602（3） 出口圆周分速度 smsgHVtU /23./26.38792（4）无穷叶片数出口圆周分速度 ssgtU /45.3/6.38109229、叶轮进口速度（1）叶轮进口圆周速度进口分点半径为 22hji RnR25式中: 所分的流道数n从轴线侧算起欲求的流线序号如图所示,中间的流线序号为 ,所分i 2i的流道 4图 5-2 浆体流线图则: mRRhja 8.453045343 2222 hjb .12222mRRhjc 360435042222 ssnDUaa /9.1/698.6011 bb /5.2/0241.11 smnDUcc /1/693.2601（2）叶片进口轴面液流过水断面面积 221 03.04.5.2bRFaca 18679b 221 4.3. mcc（3）C 流线处叶片进口角(假定 )01c26smsFQVCmlc /7.36/9.0142.96051 3.71clUtg187c1 348c75（4）校核 c12111sinccc tgDZ 290sin75136ctg84.由轴面投影图假设 ,与假设 相近。90.1c27第六章 压出室和吸入室的水力设计第一节 压出室的水力设计压出室的作用在于：（1）将叶片中流出的液体收集起来并送往下一级叶轮或管路系统。（2）降低液体的流速，实现动能到压能的转化，并可减小液体流往下一级叶轮或管路系统的损失。（3）消除液体流出叶轮后的旋转运动，以避免由于这种旋转运动带来的水力损失。本设计采用的压出室是蜗形体，即螺旋形涡室。1、涡形体的各断面面积涡室断面面积对泵的性能影响很小，对同一叶轮，如果涡室断面面积过小，则流量-杨程曲线变陡，最高效率点向小流量方向移动，效率降低，如果涡室断面过大，则流量- 杨程曲线比较平坦，最高效率点向大流量方向移动，效率也降低，但在数值上要比涡室面积过小时降低值要少。图 6-1 涡室断面图涡室断面面积的大小，由所选取的涡室流速决定，涡室各断面面积内的平均速度相等且为：3VgHK23式中： 速度系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 图 8-10 当 时，3 60sn48.0K泵的扬程 m7828代入上式 smV/8.17.9248.03根据 取涡室隔舌安放角 ，共分 8 个断面，通过最大断面 8 的流量为：6sn50ssQ/043./4.3630388 断面的面积为： 22238 30.14cmmVF其余各断面面积按此式计算： 8F式中： 断面包角各断面面积计算见下表2、舌 角的计算3舌角 是在涡室第 8 断面的 0 点（即涡室螺旋线的起始点）处，螺旋线的切线与3基园切线间的夹角。 smugHVt /23.6.3792式中： 理论扬程t叶轮出口圆周速度2舌角 7128.03.83 arctgarctg3、涡室进口宽度 3b可以用叶轮出口宽度加叶轮前后盖板厚度，再按结构需要加必要的间隙即可，涡室入口宽度对泵性能没有明显的影响，但取的微宽些可改善叶轮和涡室的对中性。一般取： mDBb 6.4250.305.223 式中： 包括前后盖板的叶轮出口宽度：2 B30断面 1 2 3 4 5 6 7 8包角 15 60 105 150 195 240 285 330面积 F2cm1 42 73 1051361671992329叶轮外径2D实际绘型时取 mb434、基圆直径 3基圆直径不易太大，如果过大，叶轮与隔舌间隙就大，初增大泵的尺寸外，还将使泵的效率降低，但如果基园取得太小，在大流量工况时在泵舌处容易产生汽蚀，引起振动。 mD2508.13.08.13.2m16.275.9取 mD263第二节 吸水室的水力设计1、吸入室的作用吸入室是指泵的吸入法兰到叶轮入口前泵体的过流部分，吸入室的作用是将吸入管中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。吸入室中的水力损失要比压出室的水力损失小的多，因此，与压出室相比，吸入室的重要性要小的多，尽管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影响着叶轮的效率和泵的汽蚀性能。2、吸入室的分类吸入室有以下四类：直锥形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室、双吸泵螺旋形吸入室1.直锥形吸入室常用于单级悬臂式泵中，它能保证液流逐渐加速而均匀地进入叶轮。2.环形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口处设有许多导向径，以防止液体在其中打转而产生预旋，常用于杂质泵和多级泵。3.半螺旋形吸入室主要用于单级泵中和水平式开式泵等,能保证在叶轮进口得到均匀的速度场。本次设计泵采用双吸泵螺旋形吸入室。这种结构的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便，液体在双吸泵螺旋形吸入室内流动速度递增，使液体在叶轮进口能得到均匀的速度，液体在双吸泵螺旋形吸入室水力损失很小，汽蚀性能也比较好。30第七章 渣浆泵零件的强度计算第一节 泵体强度计算1、壳体壁厚因涡壳几何形状复杂,且受力不均,故难以精确计算,下面可以用来估计壁厚 )(5.9806cmHQSd式中: 泵扬程(m)泵流量( ) s/3许用应力(Pa) (铸铁)aKP147098当量壁厚,按下式计算dS2.7084.15ssn2.6.6015445.3则 .96HQSd 10.9873. mc12、强度校核用鲁吉斯方法进行校核,本方法假定最大应力发生在尺寸最大的轴面上,角度为处m31图 7-1 鲁吉斯强度校核分析图aKP80m026.R174.0m012.R2.01574.0R 7.64.021.507.212424 radKm3.16.05.2312（1）轴面应力 KPaPu 1895.07215.85.15. 332 .4.06.31p 15.0.172405.172.15.72803KPa436KPapu 4868911 （2）圆周应力 31652.0u3317.2501.7280652.897. KPa43322 41.0P 323 17.504.7.5.718KPa624.7 KPau 6971.64.2 （3）径向应力 a803225.0KPaaud 35488025.341 （符合条件）178dbn（4）轴向变形 0212EP 026.1285.7. 93 m179.第二节 泵体法兰强度计算泵体法兰中作用着三个力,如图所示图 7-2 法兰受力分析图1、由泵体内介质压力形成的力 F,力 F 使法兰的结合分开,作用在距内壁 处,其近似2值认为等于 NNtPDF3104801.23.0式中：t把合螺栓间距（m）D泵体法兰内径P泵体内压力2、结合密封力 Q，力 Q 按直线分布，到 aa 截面终止。因此，33aa 截面是紧密配合的截面。力 Q 作用在离法兰外边缘 处，最危险的断面是过2nm螺栓中心孔的断面。弯曲应力是： 26bdtFn法兰厚度为： mt 235104.01.366对高铬铸铁 65b第三节 键的强度校核1、叶轮与轴相连处的键图 7-3 轴断面图叶轮键尺寸： 91407hbl轴径： md45扭矩： NMn.21工作面的挤压应力： dhlMlFnj2Pa70.9.045.12KKPaj 63347934aa 断面的剪切应力： KPadblMFn70.14.05.22KPaj 869,169则该键符合要求。2、电动机轴与叶轮轴相连处的键图 7-4 电机轴断面图键尺寸： 1067hbl轴径： md5扭矩： NMn.21工作面的挤压应力： dhlMlFnj42Pa07.105.2KKPaj 9635.193aa 断面的剪切应力： adbln07.1.05.2Paj 8694,6854则该键符合要求。第四节 叶轮强度计算1、盖板强度计算35盖板中的应力主要由离心力造成的，半径越小的地方应力越大，叶轮简图如下：图 7-5 叶轮简图（1）叶轮外径： mD25.0（2）材料密度： 3/78Kg（3）叶轮简图： x9. sradMPn/5.2601.5（4）叶轮出口圆周速度 的值按下式计算：2UsmgHK/3.478.9203.12 式中： 出口圆周速度系数 根据比转数查叶片泵设计手册图 5-3 得U.2（5）在 和 处的应力近似用下式计算 :jDx 223.40785.08. u KPaKPa40815（6）按等强度设计盖板，盖板任意直径处的厚度 按下式计算xD422nDxe409.25.10426782.0.m4式中： 材料密度（ ）3/Kg许用应力 对钢 ，对铸铁4s65s材料的屈服强度s Pa36材料的抗拉强度bPa该盖板符合要求2、叶片厚度计算根据叶片工作面和背面的压力差，可近似得出下面计算叶片厚度的公式： mZHADS8.2675.0132 式中： 泵的扬程叶片数叶轮外径2A系数，与比转数和材料有关，查【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。 】表 19-9 取 A=3.1根据实际情况和铸造工艺要求取 为合适。mS43、轮毂强度计算（1）热装叶轮轮毂和轴配合的选择对一般离心泵，叶轮和轴是间隙配合，但锅炉给水水泵等有时采用过盈配合，为了使轮毂和轴的配合不松动，运转时离心力产生的变形应小于轴与轮毂配合的最小公盈。离心力在轮毂中产生的应力亦可用下式计算，即 KPau10453.78025.8.02轴与轮毂的配合：孔 轴.059.4最大间隙： max最小间隙： 18.in mEDe 018.36.025.049式中： 轮毂平均直径e材料的弹性模量（2）轮毂强度计算轮毂中的应力为装配应力（有过盈时）和停泵后轮毂和轴心温差应力之和温差应力： KPaEt 4573210261.92 安全系数： 5.47302nnb37第五节 泵体连接螺栓的强度计算1、计算密封力为了保证接缝的密封性,螺栓里力除了抵消工作力之外,还有一部分保证接缝的紧密结合,这部分力称为密封力或残余欲紧力。此力和接缝垫片性质有关，可以写成： PamPp120804.132 式中： 接缝处密封压力被密封介质压力垫片系数查【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。 】表 19-12 取 （纸垫）4.1垫片的有效宽度： mBb126.32 密封力： KNdpP5.002 式中： 泵接触的实际宽度B密封面（垫片）的中径2垫片有效宽度b2、计算螺栓欲紧力 和总作用力0P螺栓欲紧力 : 0KNpDd 948041.4222 201PxKP5.13.9.2.07总作用力 : 4.9.02.170式中： 安全系数 取 4K基本载荷系数 对金属垫片取 ，对非金属垫片取x 2.1x 4.03x3、强度校核在装配条件下螺栓的强度计算（1）螺栓上的力矩（扳手力矩） mNZdPKM34106.24.107.3038式中： 螺栓外径d螺栓数Z与螺母、垫圈表面状态有关，查【现代泵技术手册关醒凡编著，宇K航出版社。 】表 19-13，取 2.0K（2）螺栓上的应力拉应力： PaZdP8351043.27210扭矩： 3.0145.20.1724020fdsPZMmnN.6切应力： KPadn82013.27.031折算应力： KPa132784605安全系数： .17213845dsn式中： 螺栓内径1螺距s螺栓中径md螺栓摩擦系数，与螺纹表面状态有关，查【现代泵技术手册关醒凡f编著，宇航出版社。 】表 19-14，取 3.0f（3）螺栓在工作条件下的强度计算拉应力： KPaZdP1058403.221安全系数： 4.6581bn（4）校核垫片挤压强度 KPaKPabdPjj 78453120.42 39许用挤压应力 由【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。 】表 19-12 查取j第六节 泵出口法兰的强度校核法兰和短管的过度处是危险截面，如图所示：图 7-6 法兰与短管过度图密封力: KNmPd 92.380.13.01.22 介质力： p2.684欲紧力
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