离心泵的设计及其密封【9张图/9000字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-装配图.dwg

A2-机械密封.dwg

A2-泵盖.dwg

A2-轴.dwg

A3-叶轮.dwg

A3-旋转环.dwg

A4-弹簧.dwg

A4-弹簧座.dwg

A4-静环.dwg

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关键词：: 离心泵设计及其密封优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，30页。9000字。
任务书一份。
外文翻译一份。

图纸共9张，如下所示
A0-装配图.dwg
A2-机械密封.dwg
A2-泵盖.dwg
A2-轴.dwg
A3-叶轮.dwg
A3-旋转环.dwg
A4-弹簧.dwg
A4-弹簧座.dwg
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目录
一内容摘要……………………………………………………………1
二离心泵的工作原理以及密封方案选择……………………………2
2.1 离心泵的工作原理………………………………………… 2
2.2 密封方案选择……………………………………………… 2
三离心泵的设计………………………………………………………4
3.1 离心泵的基本原理………………………………………… 4
3.2 离心泵气蚀余量的计算…………………………………… 5
3.3 离心泵基本参数的确定…………………………………… 6
1 确定泵的进口直径…………………………………………6
2 确定泵的出口直径…………………………………………6
3 泵转速的确定………………………………………………7
4 轴功率和原动机功率确定 ……………………………… 7
3.4 压入室和吸出室的计算…………………………………… 8
1 压出室水力计算………………………………………… 8
2 吸入室的水力设计……………………………………… 8
3.5 轴的计算…………………………………………………… 9
1 扭矩的计算……………………………………………… 9
2 泵轴直径的初步计算…………………………………… 9
3 轴的强度计算……………………………………………19
4 轴的强度校核……………………………………………12
3.6 叶轮结构设计及主要尺寸计算……………………………14
1 结构设计…………………………………………………14
2 叶轮结构型式的确定……………………………………14
3 叶轮轮毂直径的计算…………………………………14
4 叶轮进口直径的计算 ……………………………… 15
5 叶轮外径的计算…………………………………………15
6 叶轮出口宽度的计算……………………………………16
7 叶片数的计算和选择……………………………………16
8 精算叶轮外径……………………………………………17
9 叶轮出口速度……………………………………………17
10 叶轮进口速度……………………………………………18
11 叶轮强度计算……………………………………………19
3.7 泵体和键的强度计算………………………………………21
1 泵体强度计算……………………………………………21
2 键的强度校核……………………………………………23
四离心泵的密封设计及其计算…………………………………… 26
4.1 密封的介绍…………………………………………………26
4.2 端面比压的计算……………………………………………27
五结论………………………………………………………………29
六参考文献…………………………………………………………30
七附录………………………………………………………………31
英文翻译…………………………………………………………31
题目离心泵的设计及其密封
摘要：在当今社会离心泵的应用是很广泛的,在国民经济的许多部门要用到它。在供给系统中几乎是不可缺少的一种设备。在泵的实际应用中损耗严重，特别是化工用泵在实际应用中损耗，主要是轴封部分，在输送过程中由于密封不当而出现泄漏造成重大损失和事故。轴封有填料密封和机械密封。填料密封使用周期短，损耗高，效率低。本设计使用机械密封。主要以自己设计的离心泵为基础，对泵的密封进行改进，以减少损耗，提高离心泵寿命。本设计其主要工作内容如下，自己设计一台扬程为40m，流量为100m /h的离心泵。电机功率为7.5kw，转速为2900r/min，.在0—80 C工作环境下输送带杂质液体的离心泵的机械密封。
关键词：泵填料密封离心泵机械密封

Centrifugal pump design and sealing
Abstract: In today's society, the centrifugal pump is applied widely in the national economy, many departments should use it. In the supply system is almost an indispensable equipment. The practical application in pump industry, especially with serious loss in actual application of pump shaft seals, mainly is loss in the process of conveying, due to improper seal leakage caused heavy losses and accidents. Shaft seals have packing seal and mechanical seal. Packing seal use short cycle, the loss is high. Efficiency is low. This design USES mechanical seal. Mainly in their design based on centrifugal pump, and the improved seal pump, in order to reduce loss, improve the centrifugal pump life. This design is the main content of work, design a head for 40 MB, flow 100m/h of centrifugal pump. Electric power is 7.5 kw, speed for 2900r/min, the 0-80 C work environment impurity liquid conveyer belt of centrifugal pump mechanical seal.
Keywords: pump packing seal centrifugal pump mechanical seal

一、主要内容及基本要求
1、了解离心泵的基本原理和密封在应用中的重要性。
2、设计离心泵的内部零件以及密封部件。用CAD绘图合计2张A0图纸。
3、设计说明书7000字以上，内容完整，计算准确。
4、外文翻译5000字符以上，中文翻译通顺。

二、重点研究的问题
离心泵的工作原理和设计及其机械密封设计。

三、技术指标
主要技术参数：离心泵的扬程40m，流量100m3/h。
机械密封的端面比压 0.58Mpa。

离心泵的设计及其密封

内容简介：: 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：离心泵的设计及其密封学号： 2006183917 姓名：谢力争专业：机械设计制造及其自动化指导教师：文美纯系主任：周友行一、主要内容及基本要求 1、了解离心泵的基本原理和密封在应用中的重要性。 2、设计离心泵的内部零件以及密封部件。用图合计 2 张纸。 3、设计说明书 7000 字以上，内容完整，计算准确。 4、外文翻译 5000 字符以上，中文翻译通顺。二、重点研究的问题离心泵的工作原理和设计及其机械密封设计。三、技术指标主要技术参数：离心泵的扬程 40m，流量 100m3/h。机械密封的端面比压四、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间 1 查阅与课题相关资料 1 周 2 开题报告、制定设计方案 2 3 周 3 设计计算 4 周 4 校核计算 5 周 5 图 6 6 整理说明书、外文翻译 11 周 7 修改图纸和说明书 12 周 8 打印图纸、毕业设计答辩 13 周四、应收集的资料及主要参考文献 1.机械设计吴宗泽主编北京：高等教育出版社， 2001 2.离心泵与轴流泵丁成伟著南宁：机械工业出版社， 1985 3.现代泵技术手册关醒凡著北京：宇航出版社， 1995 4.机械设计手册（第二卷）机械设计手册编委会编著北京：机械工业出版社， 5. 机械设计标准应用手册（第二卷）汪凯著北京：机械工业出版社， 6. 中国机械设计大典 (第三卷 ) 南昌 :江西科学技术出版社 , 7. 材料力学宋子康蔡文安著北京 :同济大学出版社 , 8. 机械制图 (第五版 ) 大连理工大学工程画教研室编北京 :高等教育出版社 ,. 工程流体力学侯国祥等编北京 :机械工业出版社 , 10.机械设计基础课程设计陈立德主编北京：高等教育出版社，附录英文翻译鞋楦扫描机的控制系统的开发 1 引言在全球制鞋业中，中国制鞋业可谓异军突起。短短的十多年，中国一跃升为全球最大的鞋类生产国和出口国。制鞋业的迅猛发展也带动了鞋楦业，鞋子的样式越来越多，就要求鞋楦也要不断翻新，这促成了鞋楦从耐用品变成易耗品。机械鞋楦机采用的是仿形加工的原理，它实现了鞋楦加工的批量生产，带来了鞋楦业的飞速发展。但是机械鞋楦机也有其不可避免的缺点：首先，从产品角度来讲，它加工出来的鞋楦的鞋帮两侧，总有几道较明显的纵痕，鞋楦很不光滑，这对于要求越来越高的制鞋业来说，是不能满足要求的；其次，机械鞋楦机在实现鞋楦的缩放时，需要工人凭经验手工调整机器，这对工人要求比较高；再次，也是最重要的，传统的加工方法无法建立工件尺寸的文件，也无法做任何的外形修改。 2 数控鞋楦机的数字化逆向工程系统数控鞋楦机可以避免机械鞋楦机的缺点。数控鞋楦机采用数字化的逆向工程系统，数字化的逆向工程系统在对鞋楦模型进行三维扫描后，得到模型的三维数据文件，通过处理数据文件（如表面光滑处理，插值处理等），实现对鞋楦模型的缩放，并能改变鞋楦加工表面的螺旋线的螺距，从而改善加工表面的质量。同时，所得数据文件可以存入电脑，需要时可再调出来，同一类型的鞋楦只需扫描一次，管理非常方便。显然，这样的数字化逆向工程系统才是满足现代鞋楦业的发展的。数控鞋楦机的数字逆向工程流程图如图 1 所示：图 1 数控鞋楦机的数字逆向工程流程图国外的数控鞋楦机到目前为止已经非常完善了，在实际应用中也得到极大肯定。我们国内由于种种原因，起步较晚，所以笔者所在实验室在参考国外机器的前提下，以实际应用作为主要目的，进行数控鞋楦机的研制，为国内在该领域的企业提供一些参考。该数控鞋楦机有两部分组成，一部分是扫描机，它通过扫描得到鞋楦的三维数据，另一部分是刻楦机，它利用扫描得到的三维数据加工出鞋楦。本文主要讨论鞋楦扫描机的控制系统设计，只有扫描得到的数据文件准确，才能保证加工出来的鞋楦的质量，因此鞋楦扫描机是实现鞋楦加工的基础和前提。 3 鞋楦扫描机的扫描原理首先，简要介绍一下鞋楦扫描机的扫描原理，如下图 2 所示。图 2 鞋楦扫描机的扫描原理图如上图所示， X 轴带动鞋楦的自转， Y 轴为指向鞋楦中心线， Z 轴在鞋楦长度方向移动，即扫描轮移动的方向。鞋楦扫描机采用接触式测量方式，所用测量工具为扫描轮，它安装在描轮靠在鞋楦上，其后面由气泵顶着，扫描轮随着鞋子的运动而前后移动，扫描轮后面的光栅尺采集鞋楦数据。 4 鞋楦扫描机的控制系统概述鞋楦扫描机采用作为上位机，利用面向对象的语言进行软件设计、开发，通过运动控制卡驱动系统并采集三根轴的数据，得到扫描数据文件，以用于加工。上位机作为扫描机的操作界面，完成数据分析、处理以及对执行机构的控制等任务。运动控制卡作为控制核心，完成发送及接收脉冲。伺服电机接受板卡发送的脉冲，驱动各个轴运动，同时，伺服电机编码器反馈给运动控制。整个控制系统简图如下图 3 所示。图 3 控制系统总框图下面主要介绍运动控制卡，伺服电机以及光栅尺的选择及控制 4 1 运动控制卡的选择及控制在扫描系统中，运动控制卡是整个系统的核心，因此选择合适的运动控制卡是很重要的。在扫描过程中，运动控制卡需要控制 Z 轴和 X 轴的伺服电机，运动控制卡不仅要发送脉冲给电机驱动器，同时接受伺服电机编码器反馈的脉冲数。运动控制卡还接受光栅尺反馈信号。由于是采集鞋楦三维的数据，采样点越密集，加工出来的产品越光滑。在本系统中，设定鞋楦转一圈需要采样几百个点，因此对运动控制卡的驱动输出脉冲要求比较高，对编码器输入频率也有一定要求，控制轴数要求三轴。综合考虑各种性能以及经济性等 ,选择深圳雷赛公司的列运动控制卡。本系统的运动控制卡是基于线的高性能运动控制卡，可控制多达四轴步进或伺服电机。此系列具有即插即用、最高 4冲频率、 S 曲线减振功能、编码器反馈、随时变速等高级功能。本运动控制卡的每一轴的两个信号输出口用来输出脉冲和方向信号，这两个输出口可以由程序设成正脉冲 +反脉冲（双脉冲）模式或脉冲 +方向模式（单脉冲）。本系统采用脉冲 +方向形式，并设定脉冲为差分输出方式，在差分输出模式下，每一个信号可以被差分成一对相异的信号。使用差分输出方式可有效的减少传输中的干扰，提高可靠性。X 轴和 Z 轴的伺服电机驱动器接收来自运动控制卡的脉冲和方向信号。本运动控制卡可同时控制四根轴，每一轴都有三对差分的 A 相、 B 相和 Z 相输入信号，号用来进行位置计算，号用作原点索引信号。每一轴都有一个原点开关信号，通过机械原点信号输入来查找该轴的原点，可通过软件设定原点开关模式。每一轴都有两个位置限位信号正向限位）和向限位），可通过软件设定限位开关模式。在本系统中， X 轴和 Z 轴的伺服电机编码器反馈的脉冲信号都接入运动控制卡。由于每根轴运动初始有个起始位，因此需要用原点信号，软件通过搜索原点信号来确定起始位。 X 轴为旋转方向，不需要正反限位，只采用一个原点信号。 Z 轴除了原点信号外，还接入正负两个位置限位信号，两个限位起保护作用。通用数字输入输出口也可用来接一些开关信号。对于单轴运动，按照运动距离来分 ,本运动控制卡有定长运行模式和连续运行模式。按照运动速度来分，本运动控制卡有梯形速度运行模式和 S 曲线运行模式。 S 曲线运行模式用来让一根轴以 S 曲线速度运行指定脉冲数， S 曲线运行模式可以有效消除并改善加减速时的振动，使运动非常平滑。如下图 4 所示 : 图 4 S 曲线速度及加速度由于 S 曲线运行模式较于梯形速度运行模式的优点，本系统中均采用 S 曲线运行模式。在扫描开始前，为了测量鞋楦的底板直长，需要将鞋楦转过一定角度，这时采用定长运行模式。在扫描过程中， Z 轴和 X 轴执行同时但独立的运动，并且是连续运动。同时保证这两根轴以一定的比例速度运动。实际情况证明，本运动控制卡能满足本系统的要求，实现鞋楦数据的三维扫描，从而得到鞋楦三维据文件。 4 2 伺服电机的选择及控制由于本控制系统对实时性要求比较高，运动控制卡发送脉冲给电机驱动器，要求电机立即发脉冲，不得延迟，不得有误。因此本控制系统不能采用步进电机，而必须采用伺服电机系统。同时伺服电机具有控制精度高，较强的过载能力，速度响应性能好，运行性能可靠等一系列优点。在本系统中，我们选用数字式交流伺服驱动器置的伺服电机为动器所带电机的额定输出功率为转编码器为增量型 2500P/r，输入电源为 3 相 220V，额定速度为 2000r/m。本系统中要求到位比较准确迅速，由于在鞋楦转一圈（即 X 轴转动一圈）需要采样几百个点，因此对伺服系统的响应要求比较高。同时，伺服电机的参数对扫描质量也有一定影响。在系统采用的控制模式下，将伺服电机的参数调整到比较好的情况，主要是以下几个参数。 1参数一位置环增益）定义位置控制的响应曲线，增益设定越高，定位时间越快。 2参数一速度环增益）和参数起获得伺服系统的总响应曲线。尽可能设定高增益。 3参数度前馈）设定位置控制中速度前馈量。在电机恒速运转时，若将此值设为 100，位置偏差几乎为零。此值设定得较高，可在较小的位置偏差获得较快反应，但可能会导致超调。通过对数的设置，可以很方便的与各种频率的指令脉冲相匹配，以达到理想的控制分辨率 (角度 /脉冲 )。二者的值差异过大会造成控制精度下降。所以推荐：电子齿轮比 )为： 1/50电子齿轮比 20。 4 3 光栅尺的选择及控制在本控制系统中，光栅尺用于采集 Y 轴数据，它安装在扫描轮的后面，在扫描过程中，扫描轮不断前后移动，从而带动光栅尺移动，光栅尺采集到的脉冲信号反馈到运动控制卡。结合实际应用情况，考虑精度、可靠性、经济性等各种因素，我们选用性光栅尺。它采用的玻璃镀铬刻度栅距为 20度为 5辨率为 1输出信号为差动号，输出信号周期 “T”为 4大速度为 60m/于在本系统中，光栅尺需要不停前后移动，而该光栅尺读数头移动采用滚动轴承，可最小限度减小磨损，大大提高使用寿命，该光栅尺的移动寿命超过 9000 馈系统提供的电信号是通过镀刻在直尺上的铬线栅格，通过光电处理转换成电信号。馈系统用红外线发光二极管作为光源，这种光源具有安全、可靠和寿命长的特点。为在测量中提供一个绝对参考点，在线性光栅尺临近反馈刻线的某些位置提供参考点标记信号。此标记信号是由特定的刻线产生的一个脉冲，当运行通过该点时能确定机床的绝对位置，这主要是为防止数控机床掉电后轴意外移动而产生误差。性光栅尺每隔 50o。此标记产生的信号，是和反馈信号同步的，目的是为保证可靠的测量重复精度。实际情况证明，性光栅尺能够满足本系统的控制要求。 5 结束语如上，运动控制卡，伺服系统和光栅尺构成了鞋楦扫描机的数字控制系统。实际证明，整个控制系统运作非常稳定，将扫描得到的数据文件用于鞋楦刻楦机加工，加工出来的产品很光滑，完全避免了机械鞋楦机的缺点，能够满足市场的需求。参考文献： 1许智钦孙长库编著 3D 逆向工程技术中国计量出版社 2深圳雷赛制板硬件手册 3深圳雷赛制板软件手册 4 流伺服电机驱动器系列使用说明 5 栅尺使用说明 In s A 0 to s of by to is it of of it by of as it is to in of of to to of do to 2 of NC be of in of D of by as a of of of At be in to of is of to is of NC of C so in ue to a of in of as C in to of C of be it by is a D D by by to by of of is 3 a to as . As of is at in of it in on by of 4 C as a C + + of by in PC as a of as a t to of . of In is of a is In to to to at it is In to of of is of a a A of as as as as of is on CI up or of a as at of of of be UL IR be to (+ or in o. of .1 o. 1of o. 1o. 0a be a of be an to to of of , B of EA B Z a of to of be L + (L-( by In of is a it to to to X do a or I be to of to of to to a at be to so is in a at of in of in to to In at of an is at a of of of of 4.2 is to to be be At of a of In we C .5 r, 320 V, 000 r / m. to as in of of At on of a in be to of a 1. of of 2. to As as 3. to in of In if as a 100% is so to a it to be a of to of in It is 1 / 50 20. 4.3 In of it in of to to we It 0 5a TL T 0 m / In be ,000 in as a is To a of of is by a a to is to NC 0 mm a o. is is to of 5 As a be of be to of 1. un a 3-D s 2. 3. 4. C 5. 目录一内容摘要 1 二离心泵的工作原理以及密封方案选择 2 离心泵的工作原理 2 密封方案选择 2 三离心泵的设计 4 离心泵的基本原理 4 离心泵气蚀余量的计算 5 离心泵基本参数的确定 6 1 确定泵的进口直径 6 2 确定泵的出口直径 6 3 泵转速的确定 7 4 轴功率和原动机功率确定 7 压入室和吸出室的计算 8 1 压出室水力计算 8 2 吸入室的水力设计 8 轴的计算 9 1 扭矩的计算 9 2 泵轴直径的初步计算 9 3 轴的强度计算 19 4 轴的强度校核 12 叶轮结构设计及主要尺寸计算 14 1 结构设计 14 2 叶轮结构型式的确定 14 3 叶轮轮毂直径 14 4 叶轮进口直径 15 5 叶轮外径的计算 15 6 叶轮出口宽度的计算 16 7 叶片数的计算和选择 16 8 精算叶轮外径 17 9 叶轮出口速度 17 10 叶轮进口速度 18 11 叶轮强度计算 19 泵体和键的强度计算 21 1 泵体强度计算 21 2 键的强度校核 23 四离心泵的密封设计及其计算 26 密封的介绍 26 端面比压的计算 27 五结论 29 六参考文献 30 七附录 31 英文翻译 31 1 题目离心泵的设计及其密封摘要：在当今社会离心泵的应用是很广泛的 ,在国民经济的许多部门要用到它。在供给系统中几乎是不可缺少的一种设备。在泵的实际应用中损耗严重，特别是化工用泵在实际应用中损耗，主要是轴封部分，在输送过程中由于密封不当而出现泄漏造成重大损失和事故。轴封有填料密封和机械密封。填料密封使用周期短，损耗高，效率低。本设计使用机械密封。主要以自己设计的离心泵为基础，对泵的密封进行改进，以减少损耗，提高离心泵寿命。本设计其主要工作内容如下，自己设计一台扬程为 40m，流量为 100h 的离心泵。电机功率为转速为 2900r/ 800 C 工作环境下输送带杂质液体的离心泵的机械密封。关键词：泵填料密封离心泵机械密封 In s is in In is an in in of is in of to is is in on in to is of a 0 00m/h of .5 900r/ of 2 二离心泵的工作原理以及方案选择离心泵的工作原理离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时候液体的动能与压能均增大。就可以达到效果。离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。密封方案选择离心泵的密封也叫轴封。它是旋转轴和泵体之间的密封。分为机械密封和填料密封。填料密封一般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根。他的优点是结构简单、成本低、适用范围广。但是在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁，运转不到一个周期，轴套就已磨损成花瓶状，严重时还会出现轴套磨断，并且水封环后面更换不到的盘根均已腐烂，无法起到密封作用。它的主要缺点是 1、填料与轴直接接触，且相对转动，造成轴与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。 2、为了使填料与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉，填料密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制。 3、填料与轴或轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至达到 5 10的惊人比例。也就是说：从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透纤维材料造成泄漏；其二是从填料与填料箱体之间泄漏；其三是从填料与轴表面之间泄漏。机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。常用机械密封结构由静止环（静环） 1、旋转环（动环） 2、弹性元件 3、弹簧座 4、紧定螺钉 5、旋转环辅助密封圈 6 和静止环辅助密封圈 8 等元件组成，防转销 7 固定在压盖 9 上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。相对于填料密封，机械密封的优点是： 1 密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的 1/100； 2使用寿命长在油、水类介质中一般可达 1 2 年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上； 3摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的 10% 50%； 4轴或轴套基本上不受摩损； 5维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修； 3 6抗振性好对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感； 7 适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。 8 对现今许多工厂的 “零泄漏 ”需要，填料无法达到此要求；根本适应范围广，随意性更大，但对于在工厂，经常更换或维护将对工厂造成很大损失。但是机械密封由于零件相对较多，所以结构较复杂，对制造加工要求高，并且安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平。发生偶然性事故时，处理较困难。还有机械密封的一次性投资高，必须考虑成本问题。综合二种密封方式，考虑本设计中输送的化学液体，并可能带有腐蚀性，一旦泄漏会出重大事故。必须选择密封性能好的方式。故本设计采用机械密封。要求计算出机械密封的各种力和端面比压。 4 三离心泵的设计离心泵的基本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、动能对液体做功 ,使其能量增加 ,从而使需要数量的液体 ,使液体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是简单的离心泵装置。原动机带动叶轮旋转 ,将水从排送到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。如图3 阀下液面p 1p 0图（ 2 ）：工作原理示意图图 35 泵汽蚀余量的计算方法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 ,应尽量减小泵试验时 ,通过汽蚀试验验证这是确定一可靠的方法。它一方面可以验证泵是否达到设计的。另一方面 ,考虑一个安全余量 ,得到许用汽蚀余量 ,作为用户确定几何安装高度的依据正确地理解和确定汽蚀余量是十分重要的。为了深入理解汽蚀的概念 ,应区分以下几种汽蚀余量：装置汽蚀余量又叫有效的汽蚀余量。是由吸入装置提供的 , 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 , 小 ,泵的抗汽蚀性能越好。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 4. 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 ,它应大于临界汽蚀余量 , 以保证泵运行时不发生汽蚀 , 通常取 k, 这些汽蚀余量有如下关系 : P S S S S H 泵汽蚀余量的计算 : r 式中 : 托马汽蚀系数； H 泵最高效率点下的泵单级扬程；最高效率点下的泵汽蚀余量。根据【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。】查图 46 取 =以 r =40=3 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的进口流速一般为 3m/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 250，可取吸入口径流速在吸入口径大于 250取选定吸入流速后，按下式确定该设计中，此泵为单吸离心泵。吸入口径（ 40 50 65 80 100 150 200 250 单级泵流速（ m/s）量（ m3/h） 5 50 100 180 300 500 表 3：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 h，代入公式得： 0044 入取泵的吸入口径为 125 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 (出式中：泵的排出口径泵的吸入口径根据该泵的特性，由于该泵的流量大，考虑排水管路的经济性 7 1 0 51 5 出取 00出3. 泵转速的确定确定泵转速应考虑以下因素： (1)的体积越小，重量越轻，据此应选择尽量高的转速； (2)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)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)流部件的磨损加快，机组的振动、噪声变大； (5)汽蚀比转数公式式中： n 泵的转速（ r/ Q 泵流量（ m3/s）可知：转速 n 和汽蚀基本参数 C 有确定的关系，如得不到满足，将发生汽蚀。对既定得泵汽蚀比转数 C 值为定值，转速增加，流量增加，则加，当该值大于装置汽蚀余量将发生汽蚀。选 1500C ,. 3，则 m S r 根据汽蚀要求，泵的转速应小于 779 r ，而实际转速为 900 r 4. 轴功率和原动机功率的确定泵的轴功率轴原动机功率原式中 : K 余量系数查【现代泵技术手册关醒凡编著】表 7 K =动机为电动机 ) t 传动效率查【现代泵技术手册关醒凡编著】表 7 0.1t(直联 ) 8 所以选择查【机械零件手册吴宗泽主编】选择电动机的型号为压出室和吸入室的设计 1. 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。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。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。 2. 吸入室的水力设计 (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、单吸泵螺旋形吸入室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。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。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。本次设计泵采用单吸泵螺旋形吸入室。这种结构的吸入室性能好，结构简单，制造方便，液体在单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。轴的设计离心泵轴的设计为空心轴和电机轴用联轴器直接相联。为了保证这根轴符合要求 ,我们最后按外伸梁方法分析计算。 1 扭矩的计算 7 0 5 5 09 5 5 0 原式中 : 扭矩 ( ) P 计算功率取原 9 2 泵轴直径的初步计算 n 3 531 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 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 0 ,泵轴的最大尺寸取 3 轴的强度计算（ 1）叶轮所受径向力的计算 322 r (N ) 式中 : H 泵扬程 0 2D 叶轮外径 2 2B 包括盖板的叶轮出口宽度 (m ) 3 试验系数查【现代泵技术手册关醒凡编著】图 172.0则 r 322 （ 2）叶轮所受径向不平衡离心力的计算 029029 c (N) 式中 : G 最大半径处的残余不平衡质量 (g)取 0R 叶轮的最大半径 ( 53 则 929 （ 3）水平总的受力 : 3 垂直总的受力 : 10 （ 4）计算水平面支承反力 92881598299598283 31 62598 83299 3 3 2 （ 5）计算垂直面支承反力 R 1 R 91598 2 （ 6）计算水平面 C 和考虑到 C 和 1 1 （ 7）计算垂直面 C 处和 2 0 5 2 4 2 91 8 31 8 51 （ 8）计算合成弯矩 197 01 2222 128 8 80524 2 9117 7 34 2222 （ 9）计算处当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表 2插入法得 b b 591 b C 2 3 4 3 3 22 1 1 1 0 7 1 5 2 2222 D 222 （ 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 45钢 40，按表 2 91 11 P 333 （因虑对轴强度削弱影响，故 333 0 7 0 因此：两截面均安全（ 11）校核轴径在叶轮中心截面处： 2 3 4 3 3 21在电动机第一轴承处： 266 372211 32 222212 在电动机中间截面处： 22223 b 3 111 b 3 122 b 3 133 轴的受力分析如下 12 F 3F 1M 2F 3F 1 轴受力简图水平面受力F 2垂直面受力水平面弯矩图垂直面弯矩轴的强度校核轴的校核（ 1）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 )( 2321 = 13 查表机械设计表 15得 1 =60此 1 ，故安全。（ 2）精确校核轴的疲劳强度 *S/ 22 S S= 1 /K*a+*m S 截面抗弯截面系数 W=53 =16637抗扭截面系数 .2 53 =33250 截面的左侧的弯矩 M=166758*(7171=截面上的扭矩 T=面上的弯曲应力 =M/W=92534/16637=面上的扭转切应力 =T/ 60000/33250=28.的材料为 45 钢，调质处理。由表 15 B =640 1 =275 =155 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表查取，因r/d=5=;经插值得， =按磨削加工，得表面质量系数为 =未经表面强化处理，即q=1，得 K= K=算安全系数 *S/ 22 = S=14 故可知其安全。叶轮结构设计及主要尺寸计算 1 结构设计叶轮是离心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，在考虑到材料来源的难易，铸造上的方便与否，同时考虑到泵的效率和抗汽蚀性能的要求，故选灰口铸铁，虽然它的强度不高，但它的生产工艺简单，价格低廉，易于熔化，浇铸性能好，冷凝的收缩性小，而且，其切削性能好，便于加工，减振性好，可以减轻由于水力冲击造成的振动，而以，本设计中叶轮的材料选用为原材料，热处理采用退火，许用应力为 &25 叶轮结构型式的确定本设计选用半闭式叶轮。闭式叶轮由前盖板，后盖板，叶片和轮毂组成，半闭式叶轮多用于杂质泵。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 2D 或叶片出口角 2 的理论计算。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 3 叶轮轮毂直径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， 15 通常 ih 在满足轮毂结构强度的条件下，尽量减小有利于改善流动条件。取轴直径 n 3 53 根据叶轮轮毂直径应取的轴直径，根据设计要求，取叶轮所在的轴的直径为 35所以。取 04 叶轮进口直径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 4422 。下式确定 3 O 22式中： Q 泵流量（ m3/s）对双吸泵取2Q； n 泵转速（ r ）系数，根据统计资料选取主要考虑效率 O 3 016081 2222 取 005 叶轮外径的计算 16 3213212 s 取 502 6 叶轮出口宽度的计算 3653652 2 9 0 03 6 0 s 因为两个叶轮设计在一起，所以叶轮出口宽度 22 7 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：21 2121 m ， 12 则 2s 1122121 2s 112 122112 12 22620s 式中：叶轮进口直径 1D 叶片进口直径 2D 叶轮外径 17 1 叶片进口角取 01 20 2 叶片出口角取 02 26 K 低比转数叶轮取大值通常采用叶片数 75Z ，取该叶轮叶片数为 6 8 精算叶轮外径（ 1） 61252 361s c t gc t （ 2）（ 3）（ 4）外与假定值接近，不再进行计算 9 叶轮出口速度（ 1）上述计算得） m / （ 2） . 出口圆周速度 0 外（ 3） . 出口圆周分速度 22 （ 4） . 无穷叶片数出口圆周分速度 18 2 10 叶轮进口速度（ 1）进口分点半径为 222 式中 : n 所分的流道数 i 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 2i ,所分的流道 4n 图 3 : 22222 22222 630430504222222 0 1 0 1 11/60 1 （ 2） 221 19 221 221 0 0 1 4 （ 3）假定 c) l c/ 1 4 4 111 31741311873 751 c （ 4） 11111 s 290s 由轴面投影图假设 901 c,与假设 c相近 . 11 叶轮强度计算 (1）盖板强度计算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 3轮外径：材料密度： 3/7800 20 叶轮简图： 9.0n / 15 5 0 0 0 叶轮出口圆周速度 2U 的值按下式计算： / 式中：2 出口圆周速度系数根据比转数查叶片泵设计手册图 5，盖板任意直径处的厚度 4222222 e 4 607 8 0 022727 1 8 2 式中：材料密度（ 3/ 许用应力对钢 43 s ，对铸铁 65 s s 材料的屈服强度 b 材料的抗拉强度该盖板符合要求 (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：式中： H 泵的扬程 Z 叶片数 2D 叶轮外径 A 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=据实际情况和铸造工艺要求取为合适。（ 3) 轮毂强度计算热装叶轮轮毂和轴配合的选择 21 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 K P 0 4 5 0 08 2 2 轴与轮毂的配合：孔最大间隙：最小间隙： e 000 9 式中：轮毂平均直径 E 材料的弹性模量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： 62 安全系数： 3 224 00 002 nn b 泵体和键的强度计算 1 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 )(d 式中 : H 泵扬程 (m) Q 泵流量 ( ) 许用应力 ( 7 1 09 8 0 7 (铸铁 ) 当量壁厚 ,按下式计算 22 8 4 5 则 06 6 (2)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m处图 3-6 00 R 24 2 K r 23 轴面应力 K P 23 21 p 3 K 3 3 4 81 4 3 6 31 8 9 8 5111 圆周应力 312 6 5 333 9 8 K P 径向应力 0 03 K P 3 5 4 3 4 831 （符合条件）轴向变形 02221122 24 322 2 键的强度校核（ 1）叶轮与轴相连处的键图 3轮键尺寸： 91407 轴径： 5 扭矩： 14 j 19613314710034749 a K P n j 8826058940,11169 则该键符合要求。（ 2）电动机轴与叶轮轴相连处的键 25 图 3尺寸： 101670 轴径： 5 扭矩： j 196133 a K P n j 8826058940,6854 则该键符合要求。 26 四离心泵的密封设计及其计算封的介绍旋转的泵轴和固定的泵体间的密封简称轴封，我在本设计中用的是机械密封。在次泵的设计中，机械密封的作用主要是

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