新型潜污泵的设计

新 型 潜 污 泵 的 设 计摘 要 本 次 设 计 主 要 是 进 行 了 传 统 潜 水 排 污 泵 的 改 进 设 计 。 本 设 计 分 两 部 分 进 行 ；机 械 部 分 的 设 计 根 据 给 定 的 主 要 设 计 参 数 和 要 求 ， 主 要 完 成 了 叶 轮 、 泵 壳 的 设 计 ，以 及 泵 的 总 体 结 构 优 化 设 计 。 并 验 算 泵 的 可 靠 性 ， 绘 制 泵 的 总 装 图 及 叶 轮 、 泵 壳 、 泵轴 等 零 件 图 ， 对 各 主 要 零 部 件 进 行 强 度 校 核 ， 对 铰 刀 以 及 螺 旋 桨 的 安 装 。 电 子 检 测 模块 的 设 计 给 选 定 的 原 型 泵 设 计 一 个 合 适 的 泄 漏 检 测 装 置 。 同 时 完 成 控 制 电 路 的 设 计 以及 检 测 的 程 序 的 编 写 。关 键 词 ： 潜 污 泵 、 水 力 设 计 、 强 度 校 核 、 泄 漏 检 测 、 铰 刀 及 螺 旋 桨 Design of New-stye Submersible PumpAbstract: In order to develop the design of the traditional submersible sewage pump, this design was composed of two parts: It completed the optimal designs of the impeller, pump casing, as well as the overall structure. based on the given parameters and requirements, It was also included calculating the reliability of the pump, recalculating strength of the major parts, installing of reamer propeller, and painting the pump assembly diagrams and impeller, pump shell, shaft and other parts diagram.for the given prototype pump, it designed an appropriate leak detection device by the electronic detection module. Simultaneously, it worked out the control circuit and procedures for the detection.Key words:Submersible sewage pump, hydraulic design, strength check, leak detection, reamer and propeller目 录摘 要 .11 前 言 .12 原 型 泵 的 选 择 .23 优 化 改 进 方 案 的 确 定 和 结 构 方 案 的 确 定 .33.1 对 切 割 铰 刀 的 设 计 .33.2 叶 轮 设 计 计 算 .33.3 确 定 泵 进 出 口 直 径 .33.6 确 定 效 率 .53.7 确 定 功 率 .53.8 初 步 确 定 叶 轮 的 主 要 尺 寸 .63.9 蜗 壳 的 设 计 .94 压 水 室 的 计 算 及 绘 型 .94.1 涡 室 的 主 要 结 构 参 数 .94.1.1 基 圆 直 径 .94.1.2 涡 室 进 口 宽 .104.1.3 涡 室 隔 舌 安 放 角 .104.1.4 隔 舌 螺 旋 角 .104.1.5 涡 室 断 面 形 状 和 断 面 面 积 .114.1.6 涡 室 扩 散 管 的 设 计 计 算 .124.2 涡 室 绘 型 步 骤 .125 污 水 泵 结 构 设 计 及 部 分 零 件 的 强 度 校 核 .135.1 污 水 泵 结 构 特 点 .135.1.1 叶 轮 .135.1.2 泵 体 .135.1.3 泵 轴 .135.1.4 轴 承 .135.1.5 密 封 环 .135.1.6 填 料 函 .145.2 部 分 零 件 的 强 度 计 算 与 校 .145.2.1 最 小 轴 径 的 计 算 .145.2.2 键 的 计 算 及 强 度 校 核 .145.2.3 轴 向 力 的 计 算 .165.2.4 径 向 力 的 计 算 .165.2.5 轴 承 寿 命 的 计 算 .175.2.6 填 料 的 计 算 .196 电 子 检 测 控 制 模 块 设 计 .206.1 污 水 泵 泄 漏 检 测 原 理 .206.3 主 程 序 流 程 设 计 .217 结 论 .23参 考 文 献 .23致 谢 .错 误 ！ 未 定 义 书 签 。附 录 .2311 前 言水 泵 作 为 一 种 通 用 机 械 ， 在 社 会 各 行 各 业 中 发 挥 着 重 要 作 用 。 它 是 除 电动 机 以 外 使 用 范 围 最 广 泛 的 机 械 ， 几 乎 没 有 一 个 国 民 经 济 部 门 不 使 用 水 泵 。泵 对 发 展 生 产 、 保 证 人 民 的 正 常 生 活 和 保 障 人 民 的 生 命 财 产 安 全 具 有 至 关 重要 的 作 用 。 而 潜 污 泵 是 用 于 化 工 、 石 油 、 制 药 、 采 矿 、 造 纸 工 业 、 水 泥 厂 、炼 钢 厂 、 电 厂 、 煤 加 工 工 业 、 以 及 城 市 污 水 处 理 厂 排 水 系 统 、 市 政 工 程 、 建筑 工 地 等 行 业 输 送 带 颗 粒 的 污 水 、 污 物 ， 也 可 用 于 抽 送 清 水 及 带 腐 蚀 性 介 质的 一 种 新 型 水 泵 。 在 改 善 生 活 生 产 条 件 等 方 面 更 是 功 不 可 没 。在 现 有 的 污 水 泵 不 能 满 足 生 产 生 活 需 要 的 情 况 下 ， 作 为 一 个 机 械 设 计 人员 ， 改 进 设 计 一 台 高 质 量 的 生 活 污 水 泵 ， 无 论 从 节 能 还 是 从 企 业 生 产 的 经 济性 角 度 考 虑 ， 都 会 带 来 巨 大 的 经 济 效 益 。 设 计 一 种 经 济 、 安 全 、 优 质 高 效 的泵 ， 无 疑 是 摆 在 我 们 面 前 的 一 项 艰 巨 任 务 。经 验 无 疑 是 一 项 影 响 设 计 优 劣 的 重 要 因 素 。 在 今 天 ， 相 当 多 的 设 计 环 节仍 然 是 靠 经 验 确 定 的 ， 很 多 的 计 算 公 式 也 是 根 据 经 验 总 结 出 来 的 ， 所 以 ， 设计 精 度 仍 然 局 限 在 一 定 范 围 内 。 为 了 提 高 设 计 的 准 确 性 ， 在 设 计 工 程 中 必 须要 有 认 真 、 严 谨 的 科 学 态 度 ， 同 时 尽 量 采 用 适 合 资 深 设 计 情 况 的 公 式 来 设 计计 算 。光 有 理 论 知 识 是 不 能 做 好 泵 的 设 计 的 ， 此 次 设 计 指 导 老 师 为 我 提 供 了 一次 实 践 的 机 会 ， 观 察 各 种 型 号 各 种 用 途 的 污 水 泵 设 计 制 造 过 程 。 本 次 实 践 有助 于 理 解 、 巩 固 理 论 知 识 和 为 以 后 的 工 作 打 下 基 础 。 因 此 我 们 必 须 端 正 设 计态 度 ， 以 严 肃 的 眼 光 看 待 设 计 ， 以 严 谨 的 工 作 作 风 对 待 设 计 ， 同 时 在 实 践 过程 中 多 想 、 多 问 、 多 动 手 ， 使 我 们 能 够 在 以 后 的 工 作 中 迅 速 进 入 角 色 ， 完 成从 学 生 到 工 程 技 术 人 员 的 转 变 。22 原 型 泵 的 选 择污 水 泵 原 型 泵 的 选 择 是 本 设 计 的 第 一 阶 段 工 作 ， 是 根 据 泵 的 设 计 要 求 、 性能 参 数 ， 主 要 指 泵 的 可 靠 性 、 泄 漏 检 测 及 报 警 装 置 ， 以 及 泵 的 机 械 结 构 的 可改 进 性 。 比 较 了 几 种 常 见 的 叶 片 式 污 水 泵 ， 根 据 其 工 作 原 理 的 不 同 可 分 为 如下 几 种 ： 开 式 和 半 开 式 、 单 流 道 和 双 流 道 式 、 旋 流 式 、 螺 旋 离 心 式 以 及 和 一般 叶 片 泵 差 不 多 的 少 叶 片 数 (为 2 或 3)的 污 水 泵 【 1】 。 上 述 污 水 泵 因 其 工 作原 理 的 不 同 而 显 示 出 不 同 的 特 点 ， 适 合 于 不 同 的 使 用 场 所 ， 其 具 体 的 特 点 和应 用 场 所 可 以 参 考 文 献 1。 这 些 污 水 泵 都 有 一 定 的 输 送 污 水 的 能 力 ， 但 也存 在 一 些 不 足 ， 如 流 道 式 、 螺 旋 离 心 式 污 水 泵 虽 然 具 有 较 好 的 通 过 能 力 和 较高 的 运 行 效 率 ， 却 有 运 转 平 稳 性 不 好 的 缺 点 ， 其 噪 音 和 振 动 相 对 较 大 1；旋 流 式 污 水 泵 通 过 能 力 强 ， 运 行 效 率 却 很 低 ； 由 一 般 清 水 泵 加 宽 流 道 而 成 的污 水 泵 虽 然 运 行 效 率 相 对 较 高 ， 其 通 过 性 能 特 别 是 抗 缠 绕 性 能 却 比 其 它 结 构的 污 水 泵 要 差 。 为 了 克 服 现 有 污 水 泵 存 在 的 问 题 ， 本 此 设 计 中 我 选 择 了 前 伸式 双 叶 片 叶 轮 ， 该 型 污 水 泵 运 行 效 率 高 、 通 过 性 能 好 ， 运 行 平 稳 。 基 于 上 述标 准 ， 在 老 师 的 指 导 下 本 设 计 选 择 了 涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 污 水 泵 的 设 计 方 法 。根 据 涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 污 水 泵 中 污 物 的 通 过 机 理 ,认 为 叶 片 前 伸 可 以 在 泵进 口 流 道 中 形 成 涡 旋 ,而 这 种 涡 旋 对 长 纤 维 物 料 有 拉 直 和 拉 动 的 作 用 。 在 泵壳 方 面 通 过 两 个 星 期 的 观 察 和 请 教 ， 发 现 小 型 污 水 泵 大 多 使 用 螺 旋 形 涡 室 。螺 旋 形 涡 室 俗 称 涡 形 体 ， 其 主 要 优 点 是 制 造 比 较 方 便 ， 泵 性 能 曲 线 高 效 率 区域 比 较 宽 广 ， 车 削 叶 轮 后 泵 效 率 变 化 比 较 小 ， 缺 点 是 单 涡 壳 泵 在 非 设 计 情 况运 转 时 产 生 不 平 衡 的 径 向 力 。其 参 数 为 ： 流 量 Q=50m3/h 扬 程 H=80m转 速 n=2900r/min 效 率 76.0%功 率 7.5KW33 优 化 改 进 方 案 的 确 定 和 结 构 方 案 的 确 定3.1 对 切 割 铰 刀 的 设 计由 于 现 有 的 通 用 污 水 泵 无 法 满 足 生 产 生 活 需 要 ， 污 水 泵 的 长 纤 维 通 过 能 力弱 。 市 场 通 用 排 污 泵 不 适 用 于 化 工 、 石 油 、 制 药 、 采 矿 、 造 纸 、 电 厂 及 城市 污 水 处 理 、 市 政 工 程 、 公 共 设 施 排 污 等 输 送 带 颗 粒 、 纤 维 的 污 水 污 物 。参 考 了 指 导 老 师 的 意 见 以 及 市 场 新 型 污 水 泵 的 资 料 后 。 确 定 带 切 割 铰 刀 叶 轮的 方 案 。 改 进 后 水 泵 排 污 通 过 能 力 强 ， 带 切 割 性 能 好 ， 能 将 污 水 中 的 长 纤 维 、塑 料 、 纸 、 带 、 布 条 、 稻 草 、 绳 子 等 杂 质 切 碎 后 排 出 ， 该 类 型 排 污 泵 主 要用 于 排 送 生 活 废 水 、 污 水 、 及 含 有 长 纤 维 纸 屑 、 木 屑 、 淀 粉 、 泥 沙 、 矿 石粒 等 固 体 悬 浮 物 和 非 腐 蚀 性 介 质 。 在 本 设 计 中 将 铰 刀 设 计 成 具 有 一 定 倾 角的 刀 片 。 使 其 具 有 小 型 螺 旋 浆 的 功 能 ， 能 在 工 作 过 程 中 搅 浑 污 水 ， 减 少 残 留抽 吸 ， 降 低 了 人 工 清 污 的 难 度 。 铰 刀 与 轴 的 连 接 采 用 螺 栓 连 接 。3.2 叶 轮 设 计 计 算由 于 现 在 通 用 的 污 水 泵 存 在 以 下 几 个 缺 点 ；1、 振 动 剧 烈 。2、 噪 声 极 大 。3、 由 于 受 脉 动 径 向 力 的 影 响 ,轴 承 容 易 损 坏 。4、 长 纤 维 物 料 通 过 泵 时 ,使 污 水 泵 常 因 缠 绕 而 堵 塞 。因 此 ,本 设 计 的 改 造 需 要 解 决 运 行 的 稳 定 性 、 长 纤 维 物 料 的 通 过 性 及 节 能运 行 等 问 题 。 采 用 原 有 的 单 流 道 结 构 显 然 不 理 想 ,双 流 道 结 构 可 以 提 高 运行 的 稳 定 性 ,但 是 其 通 过 性 能 却 不 如 单 流 道 好 ;采 用 旋 流 泵 虽 然 通 过 性 能 好 ,但运 行 效 率 却 很 低 ;而 螺 旋 离 心 泵 则 同 样 存 在 前 述 的 运 行 稳 定 性 问 题 。 污 水 泵的 固 体 物 料 通 过 性 能 和 运 行 效 率 是 两 个 关 键 问 题 ,这 两 者 是 相 互 矛 盾 的 。大 幅 度 加 大 或 变 相 加 大 流 道 可 提 高 通 过 性 能 ,却 会 影 响 泵 的 效 率 。 为 较 好 地解 决 这 一 矛 盾 ,参 考 了 许 多 国 内 外 先 进 污 水 泵 叶 轮 设 计 。 最 后 选 择 了 涡 旋 前伸 式 双 叶 片 叶 轮 。3.3 确 定 泵 进 出 口 直 径泵 吸 入 口 径 。 泵 吸 入 口 直 径 由 合 理 流 速 确 定 。 泵 吸 入 口 流 速 一 般 为3m/s 左 右 ， 但 从 制 造 方 法 考 虑 ， 大 型 泵 的 流 速 取 大 一 些 ， 以 减 少 泵 的 体 积 ，提 高 过 流 能 力 ； 但 为 了 提 高 泵 的 抗 汽 蚀 性 能 ， 应 减 少 吸 入 流 速 。泵 排 出 口 径 。 对 于 低 扬 程 泵 ， 可 取 与 吸 入 口 径 相 同 ， 而 对 于 高 扬 程 泵 ，为 减 少 泵 的 体 积 和 排 出 口 直 径 ， 可 使 排 出 口 径 小 于 吸 入 口 径 ， 一 般 取4(0.71)t sD式 中 ： 泵 排 出 口 直 径 ；tD泵 吸 入 口 直 径 ；s泵 吸 入 口 直 径 Ds 按 下 式 确 定(1)4ssQV式 中 ： 泵 吸 入 口 的 平 均 流 速 。s最 终 确 定 的 泵 的 吸 入 口 和 排 出 口 直 径 ， 应 该 符 合 标 准 直 径 。根 据 本 次 设 计 给 定 泵 的 数 据 ， 确 定 ： mDs12泵 出 口 直 径(0.71)0.8t ssD泵 进 口 速 度2244.53(/).56sQVms泵 出 口 速 度22407.8(/).136tt sD3.3 比 转 速 的 计 算泵 的 比 转 速 本 来 指 在 最 高 效 率 处 的 性 能 参 数 的 一 个 组 合 值 。 但 是 ， 由 于泵 产 品 一 般 在 设 计 点 运 行 时 间 最 多 ， 因 此 总 希 望 泵 在 设 计 点 处 有 最 高 效 率 ，于 是 ：(2)3.65/4nQsHn转 速 ， r/minQ流 量 ， m3/sH扬 程 ， m代 入 数 据 计 算 ： 203.6593948ns53.6 确 定 效 率水 力 效 率109.828036.745.gQHPkw容 积 效 率 2233110.970.680.68vsn圆 盘 摩 擦 损 失 效 率 和 机 械 效 率 76761.0.9310.msn考 虑 到 轴 承 填 料 损 失 ， 取 ：.92.89m总 效 率 0.vh3.7 确 定 功 率3.7.1 轴 功 率09.8280361.745.gQHNkw3.7.2 计 算 配 套 功 率 .8369.()NKkw其 中 ， 1扭 矩 3369.9.50.51020.4()nPMNmn3.7.3 最 小 轴 径6参 考 文 献 5P102,泵 轴 常 用 材 料 的 许 用 切 应 力 ， 对 于 普 通 优 质 碳 钢 的 范 围 在 (343 441)105， 对 于 合 金 钢 的 范 围 在 (441 588)105， 单位 是 牛 顿 /米 2。 本 设 计 选 材 料 合 金 钢 ， 故 的 范 围 在 (441 588)105。代 数 据 计 算 得5.3.03nMd(3)3.8 初 步 确 定 叶 轮 的 主 要 尺 寸3.8.1 叶 轮 进 口 直 径 0D叶 轮 进 口 直 径 与 进 口 速 度 有 关 ， 进 口 速 度 一 般 不 超 过 34m/s。0V提 高 叶 轮 进 口 流 速 会 降 低 泵 的 抗 汽 蚀 性 能 和 水 力 效 率 。 实 践 证 明 ： 泵 在 相 应增 加 进 口 流 速 很 广 的 范 围 内 运 转 时 ， 能 保 持 水 里 效 率 不 变 ， 所 以 如 果 设 计0V的 泵 对 抗 汽 蚀 性 能 要 求 不 变 ， 可 以 选 较 小 的 以 减 少 叶 轮 密 封 环 的 泄 漏 量 ，0D以 提 高 容 积 效 率 。决 定 叶 轮 水 力 损 失 的 是 相 对 速 度 的 大 小 和 变 化 ， 所 以 应 该 考 虑 泵 进 口 相对 速 度 的 影 响 ， 通 常 在 叶 轮 流 道 中 相 对 速 度 是 扩 散 的 ， 即 。 从 减 小12w进 口 相 对 撞 击 损 失 考 虑 ， 希 望 减 小 ， 若 假 定 最 小 ， 可 以 计 算 叶 轮 进 口1w1直 径 。进 口 当 量 直 径 ：(4)30nQkDe式 中 ： 统 计 系 数 。0考 虑 泵 效 率 和 汽 蚀 因 素 ， 的 选 用 范 围 是 ：0k主 要 考 虑 效 率 ： ；03.54兼 顾 效 率 和 汽 蚀 ： ；.主 要 考 虑 汽 蚀 ： 。0k.进 一 步 增 加 ， 可 改 善 大 流 量 下 的 工 作 条 件 ， 提 高 泵 的 抗 汽 蚀 性 能 。这 次 设 计 兼 顾 效 率 和 汽 蚀 ， 取 。04.5(5)(12093.30 mnQkDe7由 于 选 用 的 是 涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 叶 轮 ， dh=0， 故20e120()ehDdm)(12020 mDee叶 轮 出 口 直 径 的 初 步 计 算叶 轮 外 径 和 叶 片 出 口 角 等 出 口 几 何 参 数 ， 是 影 响 泵 扬 程 的 最 重 要22因 素 。 另 外 ， 影 响 泵 扬 程 的 有 限 叶 片 数 修 正 系 数 也 与 和 以 及 叶 片 数2等 参 数 有 关 。 可 见 影 响 泵 扬 程 的 几 个 参 数 之 间 互 相 影 响 。 因 此 ， 必 须 假 定 某些 参 数 为 定 值 的 条 件 下 ， 求 解 叶 轮 外 径 。因 为 压 水 室 的 水 力 损 失 和 叶 轮 出 口 的 绝 对 速 度 的 平 方 成 正 比 。 为 减 少压 水 室 的 水 力 损 失 ， 应 当 减 少 叶 轮 出 口 的 绝 对 速 度 ， 因 此 ， 我 们 把 满 足 设 计参 数 下 使 叶 轮 出 口 绝 对 速 度 最 小 作 为 的 出 发 点 。2D由 叶 轮 出 口 速 度 三 角 形(6)22muvv叶 轮 出 口 轴 面 速 度 和 圆 周 分 速 度 均 与 叶 轮 外 径 有 关 ， 现 将 表 示 为2V（ ） 的 函 数 ， 由 基 本 方 程 式2Du21uuTvHg推 出 的 计 算 公 式 为 ：21/21/2939.35().5().700sDnk叶 轮 出 口 宽 度 5/65/62 90.4().4()0.211sbnk332.0.16bQKm3.8.2 叶 片 数 的 计 算 与 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 时 ，一 方 面 考 虑 减 少 叶 片 的 排 挤 和 表 面 摩 擦 ； 另 一 方 面 又 要 使 叶 轮 流 道 有 足 够 的长 度 ， 以 保 证 液 流 的 稳 定 性 和 叶 片 对 液 体 的 的 充 分 作 用 。涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 污 水 泵 的 设 计涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 结 构 叶 轮 如 图 1 所 示 ,具 有 以 下 特 点 : 叶 轮 为 两 叶 片 ,叶 片 向 进 口 边 延 伸 较 多 ,特 别 是 后 盖 板 流 线 更 为 突 出 。 流 道 进 口 处 中 心轮 毂 较 一 般 叶 轮 轮 毂 小 。 叶 轮 为 半 开 式 结 构 。 图 1 叶 轮 轴 面 示 意 图8图 1 叶 轮 面 示 意 图Figure 1 impeller face schemes螺 旋 离 心 泵 是 将 离 心 泵 叶 片 螺 旋 向 前 延 伸 ,延 伸 度 大 ,且 前 盖 板 流 线 延 伸 比后 盖 板 多 ,而 涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 泵 叶 片 前 伸 度 不 如 螺 旋 离 心 泵 大 ,且 叶 片 后盖 板 流 线 比 前 盖 板 流 线 延 伸 要 多 。3.8.3 相 关 轴 面 图 形 几 何 参 数 的 确 定 及 叶 片 绘 型叶 轮 出 口 宽 度 b2考 虑 到 叶 轮 要 有 一 定 的 通 过 能 力 ,同 时 叶 片 数 要 较 少 ,因 此 b2 要 比 一 般 离 心泵 叶 轮 的 大 。 叶 片 包 角 p 为 有 利 叶 片 做 功 ， 叶 片 包 角 宜 取 之 间 。4508要 注 意 的 是 ， 前 盖 板 流 线 和 后 盖 板 流 线 包 角 应 有 区 别 ， 后 盖 板 流 线 包 角 一 般应 比 前 盖 板 流 线 包 角 大 ， 以 免 叶 片 在 进 口 处 重 叠 太 多 ， 以 至 流 道1208在 进 口 处 显 得 拥 堵 叶 片 进 口 边 和 进 出 El 安 放 角 的 确 定 如 果 叶 片 过 于 前 伸 ， 叶 轮 进 口 段 排 挤 就会 较 大 ， 这 要 进 一 步 加 大 叶 轮 进 口 直 径 ， 螺 旋 离 心 泵 就 是 这 样 如 果 前 伸 不够 多 ， 就 和 一 般 的 离 心 泵 没 什 么 区 别 ， 达 不 到 设 计 的 目 的 确 定 了 叶 片 进 口边 后 可 计 算 叶 片 的 进 口 安 放 角 对 后 盖 板 流 线 ， 取 冲 角 、 前 盖53a板 流 线 宜 取 ， 有 利 于 型 线 变 化 均 匀 叶 片 出 口 安 放 角 在 少 叶 片105a大 包 角 时 ， 可 根 据 一 般 离 心 泵 的 设 计 经 验 来 取 ， 对 于 中 高 比02b转 速 可 以 取 ， 对 于 低 比 转 速 可 以 取 。4032b9其 次 ,由 于 叶 片 宽 度 的 增 大 ,导 致 叶 轮 出 口 流 速 相 对 减 小 ,因 而 喉 部 面 积 宜相 应 增 大 ,根 据 研 究 ,一 般 喉 部 面 积 宜 增 加 10%20%。设 计 计 算 的 结 果 ： 盖 板 处 出 口 直 径 =184mm， 后 盖 板 出 口 直 径 =178 2D2Dmm 进 口 处 轮 毂 直 径 =27 5 mm， =120 mm， =56 mm， 后 盖 板 包 角 取hd2b前 盖 板 包 角 取40从 图 2 可 以 看 出 ， 在 叶 片 数 为 2 时 ， 选 取 适 当 的 叶 片 包 角 ， 叶 片 较 大 幅 度地 前 伸 ， 不 会 在 进 口 处 导 致 堵 塞 。3.9 蜗 壳 的 设 计涡 旋 前 伸 式 双 叶 片 污 水 泵 蜗 壳 的 设 计 与 一 般 蜗 壳 应 有 所 区 别 。 首 先 ,基 圆 直 径 D3 与 D2 之 间 应 有 较 大 的 间 隙 。 其 原 因 为 :一 是 便 于 大 颗 粒 和 长纤 维 顺 利 通 过 ;二 是 由 于 两 叶 片 结 构 叶 轮 流 道 对 液 体 的 控 制 能 力 减 弱 ,尾 流区 加 大 ,叶 轮 出 口 流 场 的 不 均 匀 性 大 于 一 般 离 心 泵 ,增 大 基 圆 直 径 有 利 于 蜗壳 内 液 体 流 动 均 匀 ,从 而 提 高 泵 的 效 率 。 这 里 选 择 =(1.081.25) 。3DD4 压 水 室 的 计 算 及 绘 型获 得 能 量 的 水 流 沿 叶 轮 圆 周 流 出 后 ， 将 进 入 泵 的 压 水 室 。 压 水 室 是 泵 不可 或 缺 的 重 要 的 过 流 部 件 ， 其 设 计 、 制 造 水 平 的 高 低 ， 对 泵 的 性 能 ， 特 别 是泵 的 效 率 和 指 标 HQ 曲 线 的 形 态 ， 有 十 分 明 显 的 影 响 。根 据 泵 的 用 途 不 同 ， 泵 的 压 水 室 有 不 同 的 结 构 形 成 ， 但 它 们 的 基 本 功 能则 是 相 同 的 ： 收 集 从 叶 轮 流 出 的 水 流 ， 将 水 送 到 泵 出 口 或 下 一 级 叶 轮 入 口 ；水 流 在 叶 轮 处 绝 对 速 度 比 较 大 ， 水 流 在 压 水 室 出 口 的 平 均 速 度 显 著 下 降 ， 这种 将 水 流 的 部 分 动 能 转 化 为 压 能 的 结 果 ， 将 使 水 流 在 泵 出 口 管 路 中 的 水 力 损失 减 小 。 水 流 在 压 水 室 中 流 动 时 ， 由 于 无 外 力 对 水 流 的 做 正 功 ， 水 流 的 机 械能 不 可 能 增 加 ， 相 反 ， 压 水 室 中 不 可 避 免 的 存 在 水 力 损 失 。 因 此 ， 压 水 室 应该 在 水 力 损 失 最 小 的 条 件 下 ， 实 现 其 基 本 功 能 。低 比 转 速 泵 所 用 的 压 水 室 主 要 为 螺 旋 型 压 水 室 ,它 由 螺 旋 管 (蜗 壳 )和扩 散 管 组 成 。4.1 涡 室 的 主 要 结 构 参 数4.1.1 基 圆 直 径螺 旋 形 压 水 室 的 扩 散 管 与 螺 线 管 由 一 假 想 无 厚 度 的 尖 形 隔 舌 相 分 离 ， 隔舌 尖 端 所 在 的 假 想 圆 称 为 基 圆 ， 直 径 以 表 示 。3D10应 大 于 叶 轮 直 径 ， 使 叶 轮 外 径 与 隔 舌 之 间 有 一 间 隙 。 这 一 间 隙 太3D2D小 。 会 引 起 泵 工 作 中 格 外 的 震 动 和 噪 声 ， 并 使 设 计 点 效 率 下 降 ； 这 一 间 隙太 大 ， 会 使 泵 在 非 设 计 工 况 点 间 隙 处 产 生 过 大 的 环 流 ， 增 大 水 力 损 失 。 可取 ： 23)08.1.(7= m.24根 据 经 验 取 D534.1.2 涡 室 进 口 宽涡 室 进 口 宽 度 通 常 大 于 包 括 前 后 盖 板 的 叶 轮 出 口 宽 度 ， 至 少 应 有3b 2b一 定 的 间 隙 ， 以 补 偿 转 子 的 串 动 和 制 造 误 差 。 目 前 ， 有 些 涡 室 的 取 的 相3当 宽 ， 这 样 ， 使 前 后 盖 板 带 动 旋 转 的 液 体 可 通 畅 的 输 入 压 水 室 ， 回 收 一 部 分圆 盘 摩 擦 功 率 ， 提 高 泵 的 效 率 。 另 外 可 适 应 不 同 宽 度 的 叶 轮 ， 提 高 产 品 的 通用 性 。 通 常 ： 22305.Db3718m.9根 据 文 献 2的 提 法 ， 在 进 行 适 当 加 宽 并 参 考 相 应 的 水 力 模 型 ， 取 涡 室 进口 宽 度 为 32mm。4.1.3 涡 室 隔 舌 安 放 角参 考 文 献 2P245,根 据 表 8-1 列 出 的 和 的 关 系 。 选 择0sn0154.1.4 隔 舌 螺 旋 角隔 舌 螺 旋 角 是 在 涡 室 第 断 面 的 0 点 处 ， 螺 旋 线 的 切 线 与 基 圆 切 线0间 的 夹 角 。 或 近 似 认 为 为 隔 舌 螺 旋 角 是 隔 舌 处 内 壁 与 圆 周 方 向 的 夹 角 。 为 了符 合 流 动 规 律 ， 减 少 液 流 的 撞 击 ， 隔 舌 螺 旋 角 应 等 于 叶 轮 出 口 稍 后 的 绝 对 液流 角 。320arctn4.876512.3muv114.1.5 涡 室 断 面 形 状 和 断 面 面 积涡 壳 断 面 形 状 有 矩 形 、 梨 形 、 梯 形 和 圆 形 等 。 涡 室 截 线 形 状 对 性 能 影 响不 大 ， 可 根 据 结 构 和 制 造 方 便 来 选 择 。 为 便 于 计 算 和 绘 型 ， 涡 室 通 常 取 8个 彼 此 成 45的 断 面 ， 即 用 8 个 轴 面 切 割 涡 室 。 设 计 时 先 计 算 第 断 面为 基 础 进 行 确 定 。 各 种 形 状 的 第 断 面 可 用 解 析 法 确 定 ， 但 实 际 设 计 中 大都 用 速 度 系 数 法 确 定 。本 设 计 选 用 的 是 梯 形 断 面 。速 度 系 数 法速 度 系 数 法 是 一 种 广 义 的 相 似 换 算 法 ， 它 是 根 据 统 计 的 性 能 良 好 的 速 度系 数 进 行 设 计 的 ， 和 叶 轮 速 度 系 数 类 似 ：(6)32vkgH式 中 ： 涡 室 断 面 的 平 均 速 度 ；3v泵 的 单 级 扬 程 ；H速 度 系 数 ， 可 按 文 献 2P249 图 8-10 查 取3k3k320.4215.8/vgms一 般 通 过 第 断 面 的 流 量 和 泵 流 量 相 差 不 大 ， 取 稍 大 的 涡 室 面 积 并 无 坏处 ， 因 而 可 用 泵 总 流 量 计 算 第 断 面 的 面 积 ， 即 ：228320.35061.8QF其 它 断 面 的 面 积 ， 按 涡 室 各 断 面 速 度 相 等 的 确 定 ：2184.m2765F238.341m25890.65F672783.m124.1.6 涡 室 扩 散 管 的 设 计 计 算扩 散 管 的 作 用 在 于 降 低 速 度 ， 转 换 为 压 力 能 ， 同 时 减 少 排 出 管 路 中 的 损失 。 扩 散 管 的 进 口 可 认 为 是 涡 室 的 第 个 断 面 ， 出 口 是 泵 的 排 出 口 ， 扩 散管 的 主 要 结 构 参 数 是 ：（ 1） 排 出 口 径 ， 应 符 合 经 济 流 速 和 标 准 直 径 ， 见 叶 轮 设 计 部 分dD（ 2） 扩 散 管 高 度 L， 在 保 证 扩 散 管 和 加 工 及 螺 栓 连 接 的 条 件 下 ， 应 尽量 取 小 值 ， 以 减 少 泵 的 尺 寸 ；（ 3） 扩 散 角 ， 常 用 范 围 是 8 124.2 涡 室 绘 型 步 骤可 以 用 七 段 圆 弧 连 接 这 几 点 ， 在 平 面 上 形 成 光 滑 连 续 的 蜗 壳 轮 廓 线 。 这七 段 圆 弧 应 满 足 如 下 条 件 ： 由 于 不 在 同 一 直 线 上 的 三 个 点 决 定 一 个 圆 ，0、 、 三 个 点 形 成 第 一 段 圆 弧 。 第 二 段 圆 弧 应 通 过 、 两 个 点 并 与第 一 段 圆 弧 相 切 于 点 。 以 下 各 段 圆 弧 具 有 第 二 段 圆 弧 类 似 的 特 点 。建 立 平 面 直 角 坐 标 系 ， 在 此 坐 标 系 下 ， 0， ， 九 个 点 可 以 根据 表 3-3 数 据 找 出 ， 利 用 这 些 点 ， 可 以 确 定 0 ， ， 八 条 线 段 的 中 垂 线 ， 线 段 0 和 的 中 垂 线 的 交 点 ， 就是 第 一 段 圆 弧 圆 心 。 圆 心 到 0， ， 三 点 是 等 距 的 ， 这 一 距 离 就 是 第 一 段圆 弧 半 径 。 第 一 段 圆 弧 确 定 后 ， 过 点 和 第 一 段 圆 弧 的 圆 心 的 直 线 与 线 段 中 垂 线 的 交 点 ， 就 是 第 二 段 圆 弧 的 圆 心 ， 圆 心 到 点 或 点 的 距 离就 是 第 二 段 圆 弧 半 径 。 这 样 形 成 的 第 二 段 圆 弧 显 然 与 第 一 段 圆 弧 相 切 于 点 ， 且 通 过 ， 两 个 点 ， 符 合 要 求 ， 与 求 第 二 段 圆 弧 类 似 ， 可 以 作 出 五 段圆 弧 。扩 散 管 的 绘 制 参 考 文 献 2P774 页 有 关 尺 寸 标 注 进 行 绘 制 。参 考 离 心 泵 的 涡 壳 的 水 力 模 型 ， 具 体 数 据 详 见 如 下 ：上 部 分 涡 壳 断 面 R= ，m3表 1 下 部 分 涡 壳 断 面 相 关 数 据 （ ）mTable 1-one part of the spiral case related data ( ）R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8107.21 99.86 62.61 55.21 53.46 52.82 52.15 53.7313表 2 涡 壳 顶 端 到 基 圆 的 距 离 （ ）mTable 2 spiral case top to the round distance ( )H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H811.356 19.814 26.863 33.056 38.595 43.695 48.432 52.8755 污 水 泵 结 构 设 计 及 部 分 零 件 的 强 度 校 核5.1 污 水 泵 结 构 特 点本 次 设 计 的 前 伸 式 双 叶 片 污 水 泵 为 一 台 一 体 化 泵 ， 它 的 叶 轮 由 叶 轮 螺 母 、止 动 垫 圈 和 平 键 固 定 在 泵 轴 的 左 端 。 泵 轴 的 直 接 连 电 机 ， 以 便 实 现 动 力 拖 动 。为 防 止 泵 内 液 体 沿 泵 轴 穿 出 泵 壳 处 的 间 隙 泄 露 ， 泵 在 该 间 隙 处 皆 设 有 轴 封 。该 泵 采 用 的 是 填 料 式 轴 封 ， 它 由 轴 套 、 填 料 、 填 料 环 和 填 料 压 盖 等 组 成 。 泵工 作 时 ， 泵 轴 用 两 个 单 列 向 心 球 轴 承 支 撑 着 转 动 ， 从 而 带 动 叶 轮 在 泵 体 和 泵盖 组 成 的 泵 腔 内 旋 转 。5.1.1 叶 轮叶 轮 在 泵 体 内 悬 臂 安 装 在 主 轴 的 一 端 ， 与 轴 采 用 键 连 接 方 式 。5.1.2 泵 体泵 体 也 称 泵 壳 ， 它 是 泵 的 主 体 ， 蜗 壳 就 是 它 的 一 部 分 ， 起 到 支 撑 固 定 的作 用 ， 并 于 安 装 轴 承 的 悬 架 相 连 接 。5.1.3 泵 轴泵 轴 的 作 用 是 与 电 动 机 相 连 接 ， 将 电 动 机 的 转 矩 传 给 叶 轮 ， 所 以 它 是 传递 机 械 能 的 主 要 部 件 。5.1.4 轴 承轴 承 是 套 在 泵 轴 上 支 撑 泵 轴 的 构 件 ， 本 次 设 计 采 用 两 个 调 心 球 轴 承 ， 采用 油 润 滑 。 加 油 时 应 注 意 ， 太 多 油 要 沿 泵 轴 渗 出 并 且 飘 溅 ， 太 少 轴 承 又 要 过热 ， 烧 坏 造 成 事 故 。 在 泵 运 行 过 程 中 轴 承 最 高 温 度 在 85， 一 般 运 行 在65左 右 ， 如 果 高 了 就 要 查 找 原 因 并 及 时 处 理 。5.1.5 密 封 环密 封 环 又 称 减 漏 环 。 叶 轮 进 口 与 泵 壳 间 的 间 隙 过 大 ， 会 造 成 泵 内 高 压 区的 水 经 间 隙 流 向 低 压 区 ， 影 响 泵 的 出 水 量 ， 效 率 降 低 。 间 隙 过 小 ， 会 造 成 泵壳 摩 擦 产 生 损 失 。 为 了 增 加 回 流 阻 力 减 少 内 漏 ， 延 长 叶 轮 和 泵 壳 所 使 用 寿 命 ，在 泵 壳 内 缘 和 叶 轮 外 缘 结 合 处 装 有 密 封 环 ， 密 封 的 间 隙 保 持 在 0.5mm 左 右 。145.1.6 填 料 函填 料 函 主 要 由 填 料 、 填 料 环 、 填 料 压 盖 、 水 封 管 等 组 成 。 填 料 函 的 作用 主 要 是 为 了 封 闭 泵 壳 与 泵 轴 之 间 的 空 隙 ， 不 让 泵 内 的 水 流 流 到 外 面 来 ，也 不 让 外 面 的