模型系统中螺杆泵衬套的设计

目录摘 要 4第 1 章 引 言 6第 2 章 设计分析 82.1设计分析 82.2方案的论述及确定 82.3涉及的主要计算说明 9第 3 章 主要部件的选择和计算 103.1螺旋叶片的设计 103.2电动机的选择 103.3带传动的设计计算 123.4圆锥滚子轴承的选择校核 153.5进出油口的设计 163.6螺旋销钉的校核 173.7电路的选择及技术要求 18第 4 章 设计总结 21参考文献 22致谢 232插图清单图 2-2 总体设计方案.8图 3-1 螺旋叶片的设计.10图 3-3 普通 V 带截面尺寸.13图 3-4 中间轴轴承的受力简图.15图 3-5 进出油口的设计.18图 3-7 电动机电路图.19模型系统中螺旋泵衬套的设计3模型系统中螺旋泵衬套的设计摘要本设计为模型系统中螺旋泵衬套的设计，实际上说明白了就是模型系统中螺旋输送机的设计。工业上输送石油等具有腐蚀性的液体常用螺旋输送机来完成，螺旋轴作为一个输送机的中心，在螺旋轴心上有螺旋叶片，螺旋叶片的运转是跟随者螺旋轴的转动带动起来的，随着螺旋叶片的旋转，从而进行对石油等液体的提升输送。螺旋叶片材料为钢铁铸件，为了防止过度摩擦，设计上会在螺旋筒内壁上加上耐磨的橡胶套，以防止螺旋叶片旋转的时候，摩擦力过大从而引起机械的磨损，影响其使用寿命，同时橡胶套还可以起到一定的密闭作用。电动机作为本设计的动力源，电动机作用在皮带上从而带动螺旋轴的运转。本设计经过深思熟虑及查阅图书馆各种资料，尤其是螺旋叶片的设计，从而来完成了本次设计。主要涉及内容包括：1. 螺旋泵衬套设计的总体方案确定2. 螺旋叶片的设计计算3. 轴的校核、轴承的校核、电动机的选择等并且，在整个设计中引用了 AutoCAD2010 作为绘图工具，提高了绘图过程的速度、精度。AutoCAD 完成了主要部件的绘图。关键词：螺旋泵；螺旋泵衬套；螺旋输送机；螺旋叶片.4AbstractThe design for the screw pump bushings designed to understand is actually said screw conveyor design. Screw conveyor to transport petroleum , a center conveyor screw shaft , the shaft has a helical blade , the screw shaft driven by operating the operation of the spiral blade according to the direction of the spiral , for the oil to enhance the delivery . Spiral blade material is steel parts , in order to avoid serious friction in the inner wall of the spiral tube design with rubber wear sleeve , wear-resistant rubber sleeve is designed to rotate when the helical blades , they can reduce friction , and play a role in airtight . Power source for the electric motor , the motor running through the belt driven screw axis operation .The thoughtful design of all kinds of information and access to the library , especially the spiral blade design to complete this design .Mainly involved include:A spiral pump bushing overall program designed to determine the2 spiral blade design calculations3 check , bearing checking, select the motor shaft , etc.Also, throughout the design AutoCAD2010 cited as drawing tools to improve the process of drawing speed, accuracy. AutoCAD drawings of the main part of the completion .Keywords : screw pump；screw pump；screw conveyor helical；blade bushing.模型系统中螺旋泵衬套的设计5第 1 章 引 言作为一种典型的小流量、高扬程的工业用泵，迷宫螺旋泵它被广泛应用于石油运输以及化工工程中输送具有腐蚀性的介质。与其他种类的泵相比，其的设计研制开发的时间相对是比较晚的，目前理论知识还不是很成熟，目前为止，该泵的设计、安装、使用、以及维护都比较依赖于经验和实验的。加强对这种泵的研究对于指导实际生产就具有很大的意义。一个成熟的体系可以让我们更优越的使用这种泵，其次，也有利于这种泵的改进与推广。随着我国经济的发展，各行各业及相互关联的产业也逐渐发展，比如在我国的油田行业，各种打油设备、输油设备及各种油田中使用的辅助设备，会日趋完善。油类的开采和加工都离不开机械设备，或者与机械设备配套相关的电器或者液压等。机械设备的研发需要专业的机械设计人员，然而机械设计人员是需要具有一定知识的前提下进行学习和实践来逐渐成为一名优秀的设计师。根据老师给出的题目和要求，是让我们结合实际情况，运用我们的知识，让实践和理论相结合，来完成对机械设备的设计和研发。只有实践与理论结合后，为我们以后的个人发展尤其对社会的造福有非常大的意义。本设计的目的主要是运用我们所学习的专业知识来进行实践运行，为以后自己走上工作岗位打下基石。对课题的研究可以使其能够走上本行业岗位后，可以更深入的改造设备和创新设备。为我们以后在机械行业的发展，能有极其深远的意义。机械行业的研究和开发是永无止境的，虽然道理和公式等是固定不变的，但是运行固定的道理和公式，可以创新出不同的产品，来用于不同的行业。本课题主要研究动向是，运用机械知识，来设计一套螺旋泵，本螺旋泵为单螺杆转子，用于石油业等液体行业。自从 1687 年，牛顿宣布，直到 50 年代初，有两种方法来研究流体的运动规律：一是实验研究，以实验为研究手段;另一个是理论分析的方法，使用单流模式的假设，解析解给出了一些问题。前者是昂贵的，对于更复杂的非流动现象，后者也无能为力。在 20 世纪的 1970 年，实验研究计算流体力学和理论研究的快速发展起到了促进作用，也提供了基础更为简化的流程模型，多种分析方法来发展和完善。实验研究、理论分析方法和数值模拟已成为当前研究体运动规律的三种基本方法。该方法6对迷宫螺旋泵流场的数值模拟，希望能够准确地建立流场的数学模型，流场计算的数据参数，提供对设计的进一步发展提供参考。在这项研究中的流场，可缩短设计过程，减少化验次数，降低产品开发成本，提高效率，获得与实际的结果与按照详细流程来做的差不多。本设计是在原来的基础上改进的，也就是本次设计的创新之处，可以通过带轮传动来代替联轴器，进而起到加速运行的目的，这样输送速度高，工作量大。其他细节问题主要是类比性设计。螺钉从事空间体积变化移动依靠形成的螺丝泵及运输液体或加压所以，回转泵。 螺杆泵按照螺杆数目分类可分为：单螺杆泵、 双螺杆泵、 三螺杆泵螺旋泵。图为双螺杆泵。当主动螺杆旋转，驱动螺杆传动啮合的旋转，螺杆啮合的抽吸腔室的空间的容积逐渐增大，压力降。液体在压差作用下进入啮合空间容积。当容积增大到最大值形成一密封腔，密封腔相邻的内部的液体沿轴方向时，直到放电室在一端。腔的空间体积的减小啮合漏端的螺丝，和排液。带齿轮泵螺杆工程是类似结构中，但用螺丝来更换齿轮。表为各种螺杆泵的特点和应用范围。螺杆泵的流量和压力脉冲很小，噪声和振动小，有自吸能力，但螺杆加工较困难。单吸和双吸泵具有两种结构，但只有单一类型的单螺杆泵。泵必须配带安全阀（单螺杆泵不必配带） ，以防止由于某种原因如排出管堵塞使泵的出口压力超过容许值而损坏泵或原动机 。螺丝因为可以变速传动系统，自吸能力，可以得到扭转，可输送含有固体颗粒、 废水处理厂，广泛用于水、 湿的污泥和液体絮凝剂的运输中的液体。螺杆泵选用应遵循经济、合理、可靠 的原则。如果在设计选型方面考虑不周，会给以后的使用、管理、维修带来麻烦，所以选用一台按生产实际需要，合理可靠的螺杆泵既能保证生产顺利进行，又可降低修理成本。模型系统中螺旋泵衬套的设计7第 2 章 总体设计分析2.1 设计分析输油用单螺杆泵定子，规格为:180X4000，外径为 180 mm， ，长度 4000mm 转子螺距 T/ 2 为 55 mm，取定子螺旋孔的导程 T 为 110 mm。上述为常用的单螺杆泵的设计，电动机通过联轴器连接带动转子运转，进而达到输油的目的。前后分别有进出口，直接采用法兰连接即可。有设计要求和查阅的参考设计图片，本设计也是利用电动机作为动力源，电动机带动电机轮，电机轮通过皮带传递给皮带轮，然后皮带轮直接与螺旋轴连接，带动螺旋轴运转，螺旋轴运转中使其石油等液体被输送进来，达到输送的目的。2.2 方案的论述及确定根据设计任务和设计分析，设计出以下设计方案。本图为主视图，主要显示内部机构，内部机构为螺旋线输送机的设计，内部可以看出转子螺旋线及与轴的连接方式，通过螺栓钉和轴头与螺旋线连接。轴头一侧分别有圆锥滚子轴承。输入轴头处是透盖，外侧安装有皮带轮，输出轴头处是闷盖。8设计俯视图，俯视图反应出电动机通过皮带传动与输入轴头连接。2.3 涉及的主要计算和说明1、设计直径 180，长度 4000，螺距为 110，根据已知条件可以计算单杆螺旋转子的流量，流量可以粗算为，在一个螺距内，外径尺寸的体积减去内径尺寸的体积，体积之差为单流量。那么：（3.14*90*90*110-3.14*45*45*110）/1000000=2.1L2、计算单个螺距在行程 4000 内的运行速度，那么由螺距 110，可以计算出：4000/110=36，电动机转速按 6 级计算，取值 960 转/分，那么 960/60=16 转/秒。那么可以计算 4 米内运行的速度为：36/16=2.25 秒。运行石油从一个螺距开始到结束大约需要 2.25 秒时间。3、设计中没有给出设计扬程，本设计自身设计扬程为 2 米，那么根据公式：螺旋轴的功率=油泵出油流量 * 扬程 * 油的重度 / 油泵效率。查阅资料：参数如下，油泵出油流量 2.1L/2.25S=1L/S，大约为 1 升，在一秒内的流量。设计扬程为 2 米，油的重度为油液的密度：0.8*1000 千克 /立方米。油泵的效率，按照水泵的效率计算即可。把上述带人公式计算得到：1*0.001*2*0.8*1000/0.8=2KW电动机功率=1.151.25*轴功率,取值 1.2，那么功率为 2*1.2=2.4KW.故选择电动机功率为 3KW-6.型号：Y112M-64、其他辅助设计，均按照标准进行设计，非标主要零件均校核后进行设计。模型系统中螺旋泵衬套的设计9第 3 章 主要零部件的选择 设计计算3.1 螺旋叶片的设计根据设计要求，设计螺旋叶片，螺距 110，外径 180，把螺旋叶片采用焊接的形式固定直径 90 的圆管上，采用先点焊接，后段焊的方式进行焊接。因输送液体为油液，不防止生锈等现象，故设计中采用选用普通钢材即可。3.2 电动机的选择选择电动机包括选择电动机的类型、结构、功率、转速和型号。在工业上一般采用三相交流电动机。目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单向交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。一、三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机为旋转条件的确定是需要旋转磁场内定子绕组用来产生旋转磁场。 三个转子之间、以及三相异步电动机组的电压差事在空间的取向也是 120 度的差异，这样，当电流进入定子三相电源绕组，定子绕组产生旋转磁场。即的每个变化的周期，在一个旋转的空间旋转磁场，旋转磁场和当前的旋转速度的变化是同步的。旋转磁场的转速为：N = 60f/P 其中 F 为电10源频率，磁场的磁对级数是 P ，N 是转子每分钟的转数。根据这个公式，我们知道，磁极的数目和使用电源的频率决定了电动机的转速。因此，交流电动机的转速可以以两种方法控制：1、改变磁极法；2、变频法。在过去，使用第一种方法。目前采用变频技术实现交流电机的无级调速。观察可以发现，电流的相序决定了旋转磁场的旋转方向。 按顺时针方向排列相序 A、 B、 C、 顺时针旋转的磁场，如果三个电源线换用任何两个，例如，B 相电流进入 C 阶段，C 相电流入 B 相绕组，相序成：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用它我们可以很容易地改变三相电动机的旋转方向。定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，当前的转子酒吧和旋转磁场相互作用中的电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子旋转磁场方向沿到 n1 的旋转速度。在一般情况下， n1 的旋转磁场下无转速电机的实际转速。假设那 n = n1，然后转子和旋转磁场有没有相对运动，不会削减磁力线，它不会产生电磁转矩，所以转子转速 n1 必须小于 n。为此我们称其为异步电动机。二、单相交流电动机的旋转原理 当单相的正弦电流通过定子上的线圈时，电动机可以产生一个磁场强度和方向随时间变化而变化的磁场，但这种磁场的变化是固定的在空间方位上，所以又称之为交变脉动磁场。根据磁场变化的特点，这个交变脉动磁场可以简单的分为两个以旋转方向相反、转速相同的旋转磁场。转子静止时，这两个磁场产生的两个方向相反大小相等的转矩，其合成转矩中和为零，所以这时电动机的转子是不旋转的。如果我们施加一个外力使电动机朝着一个方向旋转时（如逆时针方向旋转）这时转子与逆时针旋转方向的旋转磁场的切割磁力线运动变小，转子与顺时针旋转方向的切割磁力线运动变大，由于力的不等，这时候电动机就会旋转起来。由于主绕阻和启动绕组在空间相位上相差 90 度，所以这时候需要在启动绕组上串接一个电容以达到主绕阻和启动绕组的电流在相位上也是相差 90 度。这时候空间上相差 90 度的绕阻通入时间差为 90 度的电流的时候，就会产生一个旋转的模型系统中螺旋泵衬套的设计11磁场在空间上在其作用下，由于电动机受力原因，就会自动的旋转起来。这种电动机的定子以两种方式制成凸极式的，两级和四级。磁极面全极点小槽开口，极是分为两个部分，一个铜环短路部分小包装，如果杆盖住，这样，称为罩级式电动机。在单向绕阻的磁极上，它们的线圈都是串联的，极性连接必须由 N、 S、 N、 S 这样的顺序安排。根据楞次定律，在定子上的绕阻通电后产生磁通在磁极中，由于其中会产生一个在相位上滞后 90 度的感应电流，产生的磁场力作用在电动机的转子上，从而使电动机转动起来。Y 系列的三相交流异步电动机由于构造简单，生产方便，后期维护方便，在工程作业中，常常被优先考虑使用。当生产中选用 Y 系列的三相交流异步电动机时，常常是由于需求的启动力矩和转动惯量比较小的时候。使用 YZ 和 YZR 系列的三相交流异步电动机的时候，往往是需求电动机的过载能力和转动惯量比较大的时候。电动机的结构分为：开启式、防护式、封闭式、和防暴式。而这次由于设计的需要，本次所使用的电动机为 3KW-6。3.3 带传动的设计计算（计算过程中使用的资料为新编机械设计手册上册）设计中按照 3KW 电动功率进行带轮的设计即可。已知电动机型号为 Y 112M-6， 额定功率 p=3kw，转速 =960r/min， 1. 设计1n功率 PC（kw）PC = Akp试中 传递功率（kw）p工况系数 Ak查表有 =1.3 所以 PC =1.3 3=3.9（kw）2. 选择带型 由设计功率 PC =3.9kw 和图 53 选择 B 型带。见图 43.112图 3-3 普通 V 带截面尺寸3. 小带轮基准直径 （mm）1d为了提高带的寿命，参照表 4.114 和表 4.115 应选取较大的直径，所以选取有=120mm1d4. 计算大带轮基准直径 （mm）2设计速比为 1:1，那么大带轮的外径尺寸为 120mm.5. 验算带速 (m/s)vmax106vndv普通 v 带 （m/s）,为了充分发挥 v 带的传动能力应使3025max（m/s）20e9.5.3048RF则 NYPAr 67.48591.25.1. 轴承 B： e3.09.57R则 NFr1 计算轴承寿命因为 ，轴承 B 受载大，所以按轴承 B 计算寿命，查得 30214 轴承基rBPrA本额定载荷 ，轴承工作温度小于 ，取温度系数 ，则轴承KNCr8.67C101tf寿命， hpfnLrth 48.725)9.5786(.194)(1 3若按 8 年的使用寿命计算，两班制工作，轴承的预期寿命为， ,所以所选轴承合适。hh38061301L1hn3.5 进、出油口的设计16进出油口，主要一端与螺栓输送机管连接，一端通过法兰与油管连接，起到过渡的作用。设计中考虑到安全和节省原料方面，采用了焊接，使其外部法兰和内部圆管进行焊接，焊接完成后，需要对法兰钻孔等处理，焊接过程中要注意焊接变形及焊接后法兰的平面度。3.6 螺旋销钉的校核根据转速 960 转/分，那么转速为 960/60=16 转/秒，那么转换为线速度为：此时管直径为 90，那么 3.14*90*16/1000=4.52 米/秒。有公式 P=FV/1000， 把公式中功率 3KW,转速 4.52 米/秒。带人公式可以得到：F=664N。那么计算销钉的抗剪强度为：销钉选用 20，材料为 45，经调整处理。查阅 45 钢抗拉强度为 600MPa,剪切强度为（0.6-0.8）x600=360-480 取值 370那么：370*3.14*10*10=116180N 大于 664，故满足要求。模型系统中螺旋泵衬套的设计173.7 电路选择及技术要求由于中国内地大部分地方所用电都是单相电，而为了达到所需功率得选用三相电动机，所以得先牵三相交流电到室内再连接到电动机上。对于使用要求不高，条件不允许的用户可以考虑使用变压器把单相电变三相电的方法：根据你的要求做一个三个绕组的变压器，一个绕组为 A 相，同时，余下两个绕组，一个绕组的异名端串一电容后与 A 相绕组的同名端相接，该接点定为中性点，绕组的同名端直接作为C 相输出（由电容实现移相 60 度，即得到 180+60=240 度的 C 相） ，另一个绕组的异名端与中性点直接相接，同名端作为 B 相输出（由电容实现移相 60 度，即得到 180-60=120 度的 B 相） 。 由于电容的移相角由负载电流决定，所以最终的电路还需要作些处理，有几种方式： 1. 后面接一个三相变压器作为缓冲输出，已稳定三相负载； 2. 使用容量足够大的电容，可保证负载电流在一定范围内以变化时对相移的影响不大； 3. 使用接成星形的三个平衡电阻，此方式最简便，但效率最差，电阻消耗了很大一部分电功率；这种方法在技术上能够实现。但我们用三相电的目的，就是想增大设备容量，提高设备出力；单相电改为三相电后，功率是没有办法上升的，虽然能出三相电，但达不到三相电的出力。所以不是万不得已的情况下，不建议使用。为了更好保证电路使用要求和电路使用安全，选用图 5-7 电路比较符合实际使用要求。18图 3-7 电动机电路图电路安装中要注意以下要求：1：根据电动机功率为 3KW，要求电路中保险丝允许通过的最大电流为 25A，三级刀开关和热继电器应与之适配也为 25A。2：其中根据三相异步电动机工作原理，为了保证电动机使用安全热继电器得在两相上都接，接一相不能够保证电动机使用安全，接三相浪费元件。模型系统中螺旋泵衬套的设计19第 4 章 设计总结本文是围绕大型工业机械产品螺旋泵衬套的设计，实现了工业采集石油的机械化，应用本机器后，可使广大工人阶层大大节省劳动量，提高生产效率和生产质量。该机的关键部分是传动结构，因为螺旋泵工总的的整个过程主要由这部分完成的。本次设计是对我的四年的大学生活做出的总结,同时为将来工作进行了一次适应性训练，从中锻炼自己解分析问题、解决问题的能力，为今后自己的研究生生活打下一个良好的基础。从这次设计也可以看出一些问题:1.心态:应该保持认真的态度,坚持冷静独立的解决问题2.基本:认真学好基本知识,扎实自己的基本知识,使面对问题时不会遇到很多挫折,从而打击自己的信心,结果使自己很浮躁,越来越不想搞这设计,故应该好好学习基本知识,一步一步的来,不要急功近利!3.树立自己的良好形象,乐观的面对生活,坚持自己的想法和意识总的说来,虽然在这次设计中自己学到了很多的东西,取得一定的成绩,但同时也存在一定的不足和缺陷,我想这都是这次设计的价值所在,以后的日子以后自己应该更加努力认真,以冷静沉着的心态去办好每一件事情!日子总过得那么快，我们四年的大学生活也几近接近了尾声，四年中这次毕业设计是对我们个人最大的挑战。刚开始拿到题目的时候，只觉得这次的毕业设计只是对这四年来所学知识的一次巩固，真的到了着手设计的时候才发现在即在实际操作计算中，有多么的不足，像是一个刚刚出了颗的小鸟，对于飞翔也只能渴望，需要自己努力张开翅膀，才能畅然的翱翔。人总是在进步，我们都像是一个个的白纸，等待着生活渲染在上面最斑斓的色彩，眼高手低使我们这些毕业生的通病，只有不断地学习，才能更丰富自己，在以后遇到同样地事情，能从容淡定的处理。这次的毕业设计，更是无形之中拉近了我跟同学以及我们的指导老师之间的距离，这种浓厚的学习氛围，让大家的激情高涨，心情澎湃，在做设计的过程中遇到的种种困难，更是有你们，我才能解决的那么的从容。这些大概就是对我们这次设计的总结吧，需要学习的东西真的很多，俗话说得好“活到老，学到老”，这句话将会陪伴我走完一生，随时随地，任何人，都有可能是你的老师！再有就是，需要自己合理的笑话吸收所学的东西，学习，最忌讳的20事情就是，学，不一致用，我们需要将学习到的知识，真正的武装起来，静心的研习，达到学以致用的效果。模型系统中螺旋泵衬套的设计21参考文献吴宗泽主编.机械设计禁忌 500 例M.机械工业出版社，1988王新荣主编.机械制造工艺学M.哈尔滨工程大学出版社,2000中国机械设计大典编委会编.中国机械设计大典M.江西科学技术出版社,1990郑树森主编.机械零件设计手册M.哈尔滨工业大学出版社,1998濮良贵，纪名刚主编.机械设计M.北京：高等教育出版社 2005钟毅芳，杨家军，程德云，张卫国，傅祥志主编.机械设计原理与方法.华中科技大学出版社M，2002成大先主编. 机械设计手册M. 北京：化学工业出版社，2004刘顺安.液压传动与气压传动.吉林科学技术出版雷天绝.新编液压工程手册.北京理工大学出版社 1998.11邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，2001.03高春甫等编.机电控制系统设计与分析.科学出版社，2007.08周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用.机械工业出版社，2003.02机械设计手册编委会.机械设计手册（单行本）液压传动控制.机械工业出版社，2007.03董景新.控制工程基础.清华大学出版社 2007.2鲍宏亚 李月华.MSC-51 系列单片机应用系统设计及实用技术.中国宇航出版社 2005.9徐灏、石松副主编. 新编机械设计师手册.机械工业出版社,1993 徐灏主编. 新编机械设计师手册（下）. 机械工业出版社,1993刘品.刘丽华主编. 互换性与测量技术基础. 哈尔滨工业大学出版社,2001肖旭霖主编.食品加工机械与设备.中国轻工业出版社,199422致谢时