分段式级离心泵的设计设计说明书

摘 要 论述了在高比转速离心式水泵叶轮的设计过程中 利用保角变换法 在保证叶片进出口安放 角不变的情况下 将流面展开为平面 并在此平面流面上设计绘制出流线 以确定中间流道部分 叶片空间变化情况 并论述了进行扭曲叶片绘型设计所需要注意和解决的一些较重要问题 关键字关键字 离心泵 高比转速 绘型设计 前 言 0 第一章 概述 0 1 离心泵的基本构造是由六部分组成的 0 2 离心泵的过流部件 1 3 离心泵的工作原理 2 4 下面介绍离心泵的几条重要的性能曲线 2 5 合理配置 安全运行 优质供水 3 第二章 泵的主要参数 4 第三章 吸入口径与压出口径的确定 4 第四章 转速的选择与核算 5 第五章 泵结构型式的选择 5 5 1 选择泵的比转速并确定泵的级数 5 5 2 泵的结构型式 5 5 3 泵效率的估算 5 5 4 泵轴功率和电机的选择 6 5 5 轴径和轮毂直径的计算 6 5 6 轴向力的平衡结构选择 6 第六章 水力设计 7 6 1 叶轮 7 6 1 1 求叶轮进口速度 7 6 1 2 叶轮进口直径 7 6 1 3 确定叶轮叶片数 7 6 1 4 确定叶片的出口安放角 7 6 1 5 确定叶轮外径及叶片厚度 7 6 1 6 确定叶轮出口轴面速度 7 6 1 7 确定叶轮出口宽度 7 6 1 8 绘制叶轮的轴面投影图 检查轴面液流过流断面面积变化 并作 叶片进口边 7 6 1 9 会轴面液流的流线 7 6 1 10 在轴面液流流线上分点 7 6 1 11 计算流线上叶片的进口安放角 7 6 1 12 在方格网上进行叶片绘制 7 6 1 13 叶轮叶片的轴面截线图 7 6 1 14 在轴面投影图的轴面截线上加叶片厚度 7 6 1 15 绘制叶片木模图 7 6 2 导叶的设计 7 6 2 1 导叶基圆直径 7 6 2 2 导叶进口宽度 7 6 2 3 导叶进口角度 7 6 2 4 导叶的叶片数及喉部高度的计算 7 6 2 5 扩散段得计算 7 6 2 6 导叶外径的计算 7 6 3 反导叶的计算 7 6 3 1 反导叶进口宽度的计算 7 6 3 2 反导叶进口安放角的计算 7 6 4 轴向力平衡机构的计算 7 6 4 1 计算转子的轴向力 7 6 4 1 1 第一级叶轮的轴向力计算 7 6 4 1 2 次级叶轮的轴向力计算 7 6 4 1 3 计算转子上的轴向力 7 6 4 2 计算平衡机构前后的压力差 7 6 4 3 选取压差系数 k 并确定 7 6 4 4 选取平衡盘外径和黑晶的比值 7 6 4 5 选取轴向间隙 7 6 4 6 计算 10 级泵平衡盘的内半径和外半径 7 6 4 7 计算 10 级泵平衡盘得泄漏量 7 6 4 8 确定径向间隙及其长度 7 第七章 轴的临界转速计算及强度计算 7 7 1 用经验公式计算轴的临界转速 7 7 2 叶轮轮盘 7 7 3 键的强度校核 7 7 3 1 联轴器键槽侧面的挤压力计算 7 7 3 2 联轴器内键的切应力计算 7 7 3 3 叶轮键的选择 7 7 4 中段强度的计算 7 7 5 密封凸缘宽度与穿杠强度计算 7 7 5 1 根据强度条件选择密封凸缘的最小宽度及穿杠最小直径 7 7 5 2 泵工作时穿杠上的最大拉力 7 7 5 3 穿杠上的最大拉应力 7 7 5 4 工作是穿杠的伸长量 7 7 5 5 第一季中段密封面上的挤压应力的计算 7 7 5 6 装配时穿杠的预紧力 扳手上的力矩 穿杠应力与伸长及 螺母转角 7 7 6 压出段得强度计算 7 7 6 1 压出段穿杠法兰的厚度计算 7 7 6 2 压出段的强度计算 7 7 7 平衡盘得强度验算 7 7 7 1 应力计算 7 7 7 2 挠度计算 7 7 7 3 叶轮盖板厚度的计算 7 7 7 4 泵吸入段与出口段的壁厚计算 7 第八章 其它部件的结构选择 7 8 1 联轴器 7 8 2 轴承 7 8 3 轴封 7 8 4 静密封 7 第九章 轴和轴承的核算 7 9 1 轴的强度核算 7 9 2 轴承的校核 7 第十章 卧式多级离心泵的维护与检修 7 10 1 离心泵的结构与工作原理 7 10 1 1 离心泵的结构 7 10 1 2 离心泵的工作原理 7 10 2 离心泵的常见故障机修理建议 7 10 2 1 启动故障 7 10 2 1 1 点击不能正常启动 7 10 2 1 2 水泵反向旋转 7 10 2 1 3 离心泵转动后部出水 7 10 3 运转故障 7 10 3 1 流量不足或停止 7 10 3 2 声音异常或振动过大 7 10 3 3 轴过热 7 10 3 4 泵耗用功率 7 10 4 离心泵的日常维护 7 10 4 1 离心泵的使用注意事项 7 10 4 1 1 开机前的准备 7 10 4 1 2 运行中的检查 7 10 4 1 3 停机和停机后的注意事项 7 10 4 2 离心泵的周期性检查 7 致 谢 错误 未定义书签 错误 未定义书签 参考文献 7 前 言 随着石油化工等工业的不断发展 对离心泵的要求不断增加 离心泵做为输送物料的一 种转动设备 对连续性较强的化工装置生产尤为重要 因此 需要很多要求输送高温介质及 高扬程的离心泵 而离心泵运转过程中 难免会出现各种各样的故障 因而 如何提高泵运 转的可靠性 寿命及效率 以及对发生的故障及时准确的判断处理 是保证生产平稳运行的 重要手段 泵是一种将能量传递给被输送的液体 使其能量增加 从而达到抽送液体的目的机械 它包括 1 把原动机的机械能传递给它所抽送的液体 是液体的机械能 液体的位能 压能 及动能 增加 从而使被抽送液体能克服管中的阻力 从低能量 位能及压能较低 的液体 源经过高管路流向高能量 未能及压能较高 液体地方 2 泵把液流甲的能量传递给液流乙 当这两股液流流过泵的时候 使液流甲的能量减小 液流乙的能量增大 两股液流混在一起 流出泵 达到抽送液流乙的目的 这钟泵叫做射流泵 分段式多级泵的优点是 流道形状较规则 壳体尺寸小 因此铸造容易 工时少 普通 设备就能加工 段与段之间的承压面积相对较小 密封面窄 因此前段上穿杠的凸缘尺寸相 对较小 密封面很少出现密封不住的情况 密封面窄不易变形 圆筒形受力情况较好 壁厚 相对较小 缺点是 转子零件与壳体装配要交替进行 并有垂直度要求 装配比较困难 拆 卸时 转子零件与壳体也要交替的一件件的拆下 装拆由侧面进行 零件数量较多 装拆工 作量大 维修困难 且要拆卸进出水管路 第一章 概述 1 离心泵的基本构造是由六部分组成的 离心泵的基本构造是由六部分组成的分别是叶轮 泵体 泵轴 轴承 密封环 填料函 1 叶轮是离心泵的核心部分 它转速高出力大 叶轮上的叶片又起到主要作用 叶轮在 装配前要通过静平衡实验 叶轮上的内外表面要求光滑 以减少水流的摩擦损失 2 泵体也称泵壳 它是水泵的主体 起到支撑固定作用 并与安装轴承的托架相连接 3 泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接 将电动机的转距传给叶轮 所以它是传递机 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 1 械能的主要部件 4 轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件 有滚动轴承和滑动轴承两种 滚 动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为 2 3 3 4 的体积太多会发热 太少又有响声并发热 滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的 加油到油位线 太多油要沿泵轴渗出并且漂贱 太少轴承又要过热烧坏造成事故 在水泵运 行过程中轴承的温度最高在 85 度一般运行在 60 度左右 如果高了就要查找 原因 是否有杂质 油质是否发黑 是否进水 并及时处理 5 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此间隙流 向低压区 影响泵的出水量 效率降低 间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损 为了增 加回流阻力减少内漏 延缓叶轮和壳的所使用寿命 在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封 环 密封的间隙保持在 0 25 1 10mm 之间为宜 6 填料函主要由填料 水封环 填料筒 填料压盖 水封管组成 填料函的作用主要是 为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙 不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵 内 始终保持水泵内的真空 当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填 料冷却 保持水泵的正常运行 所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要 注意 在运行 600 个小时左右就要对填料进行更换 2 离心泵的过流部件 离心泵的过流部件有 吸入室 叶轮 压出室三个部分 叶轮室是泵的 核心 也是流部件的核心 泵通过叶轮对液体的作功 使其能量增加 叶轮 按液体流出的方向分为三类 1 径流式叶轮 离心式叶轮 液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮 2 斜流式叶轮 混流式叶轮 液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮 3 轴流式叶轮液体流动的方向与轴线平行的 叶轮按吸入的方式分为二类 1 单吸叶轮 即叶轮从一侧吸入液体 2 双吸叶轮 即叶轮从两侧吸入液体 叶轮按盖板形式分为三类 1 封闭式叶轮 2 敞开式叶轮 3 半开式叶轮 其中封闭式叶轮应用很广泛 前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 2 DL 型立式多级离心泵 ISG 型系列立式管道离心泵 SG 型管道增压泵 3 离心泵的工作原理 离心泵的工作原理是 离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用 水泵在工作前 泵体和进水管必须罐满水行成真空状态 当叶轮快速转动时 叶片促使水很快旋转 旋转着 的水在离心力的作用下从叶轮中飞去 泵内的水被抛出后 叶轮的中心部分形成真空区域 水原的水在大气压力 或水压 的作用下通过管网压到了进水泵内 这样循环不已 就可以 实现连续抽水 在此值得一提的是 离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后 方可启动 否则将造成泵体发热 震动 出水量减少 对水泵造成损坏 简称 气蚀 造成设备事故 离心泵的种类很多 分类方法常见的有以下几种方式 1 按叶轮吸入方式分 单吸式离心 泵双吸式离心泵 2 按叶轮数目分 单级离心泵多级离心泵 3 按叶轮结构分 敞开式叶轮离 心泵半开式叶轮离心泵封闭式叶轮离心泵 4 按工作压力分 低压离心泵中压离心泵高压离 心泵边 立式离心泵 4 下面介绍离心泵的几条重要的性能曲线 水泵的性能参数如流量 Q 扬程 H 轴功率 N 转速 n 效率 之间存在的一定的关系 他 们之间的量值变化关系用曲线来表示 这种曲线就称为水泵的性能曲线 水泵的性能参数之间的相互变化关系及相互制约性 首先以该水泵的额顶转速为先决条 件的 水泵性能曲线主要有三条曲线 流量 扬程曲线 流量 功率曲线 流量 效率曲线 A 流量 扬程特性曲线 它是离心 泵的基本的性能曲线 比转速小于 80 的离心泵具有上升和下降的特点 既中 间凸起 两边下弯 称驼峰性能曲线 比转速在 80 150 之间的离心泵具有平坦的性能曲 线 比转数在 150 以上的离心泵具有陡降性能曲线 一般的说 当流量小时 扬程就高 随 着流量的增加扬程就逐渐下降 B 流量 功率曲线 轴功率是随着流量而增加的 当流量 Q 0 时 相应的轴功率并不等于零 而为一定值 约正常运行的 60 左右 这个功率主要消耗于机械损失上 此时水泵里是充满水的 如 果长时间的运行 会导致泵内温度不断升高 泵壳 轴承会发热 严重时可能使泵体热力变 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 3 形 我们称为 闷水头 此时扬程为最大值 当出水阀逐渐打开时 流量就会逐渐增加 轴功率亦缓慢的增加 C 流量 效率曲线 它的曲线象山头形状 当流量为零时 效率也等于零 随着流量的增大 效率也逐渐的 增加 但增加到一定数值之后效率就下降了 效率有一个最高值 在最高效率点附近 效率 都比较高 这个区域称为高效率区 5 合理配置 安全运行 优质供水 以上四个方面了解了离心泵构造 工作原理 特性曲线以后 如何合理配置电机水泵的 功率 是保证水泵的安全运行 优质供水 降低生产成本的关键 合理配置水泵功率 发挥 水泵最佳工作区域的安全运行 我厂供水的实际情况 足已说明设备合理配置的重要性 可 靠性和经济性 1 机泵设备合理配置的重要性 水厂的主要任务是保证全市人民的生产和生活用水 南 厂原来日最大供水量 90 万吨 进水量 出水量能满足地区压力 但最近十年时间 随着市政 动迁 用水大户的迁移 供水量日趋减少 随着人民生活质量提高 对水质的需求越来越高 出厂水达到 0 3NTU 如何确保优质供水 企业采取了一系列措施 a 调整机泵设备的合理配置 实行人机 最佳组合 b 加大科技创新 投入大量的资金改造原来落后的净水设备 C 投入资金 改造旧设备 老管网 提高水力条件 安装静态混合器等 D 安装四十台仪表 运用现 代化监测系统 对水质进行全过程的监测和控制 确保优质水 这些措施充分说明了机泵设 备和净水设备合理配置的重要性 2 机泵设备安全运行的可靠性 为了确保机泵设备安全运行 企业对机泵设备管理更加 规范 每年一次的大检修 每月一次的二级保养 每日一次的一级保养制度 这些 ISO9002 质量管理 是保证机泵设备安全运行的各项措施 为了保证安全运行的可靠性 操作工人的 技术素质的培训 提高 安全操作规程执行都要严格执行 这些安全操作制度的落实 是确 保机泵设备运行的可靠性的保证 3 机泵设备安全运行的经济性 一谈到经济性就是企业制水的成本 包括电 矾 氯 氨 要以最安全的运行方式 最佳的调度模式 最低的制水成本 来控制企业的经济活动 提高经济效益 在这方面企业已经积累了一定经验 如 最安全的运行方式 上海的城市供 水泵网是互通的 有公司中心调度室来控制地区的供水压力 过高容易造成爆泵 给人民 国家造成财产损失 水压过低 影响部分用户的用水 造成企业的不良形象 因此 白天保 持地区的压力是 30 35 千帕左右 夜间地区压力保持在 30 以下千帕 根据管网压力的要求 白天开高扬程机泵 夜间开高 低扬程组合 有效地控制了出厂水压力 保证了地区管网和 宾馆高楼的用水 采用这些最佳的机泵组合 既节约了电耗 又合理地控制了压力 这些方 法保证了机泵设备安全运行的经济性 随着科技的不断发展 水泵的现代化程度也不断提高 减少了许多的人为泵理操作 现 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 4 在大多采用计算机监控的自动操作模式 这也就对操作人员的自身素质提出了更高的要求 因为一台水泵的异常状况会影响到整各供水系统的网络 造成严重的后果 经过几年的实际 工作和理论的学习 把所学的知识运用到实践工作中去 合理安排好水量的分配和调度 利 用各台水泵的特性使用最少的功率达到水泵的最大出水量 达到最佳运行状态 并做到安全 优质 低耗供水 第二章 泵的主要参数 泵的主要参数有以下 设计一台离心泵 抽送常温清水 最高温度不超过 80 要求 流量 Q 220 h 扬程 H 850m 装置汽蚀 h 6 3m 流量 Q 220 h 扬程 H 850m 装置汽蚀余量 h 6 3m 第 3 章 吸入口径与压出口径的确定 又叶轮进口速 0 0 V2g V KH 3 1 0 V K 叶轮进口速度系数 由 叶轮泵设计手册 图 5 3 查得 0 V K 0 1508 次级叶轮 0 V K 0 224 由公式 3 1 0 V0 1508 2g 85 6 15 m s 所以吸入口速度 S V 0 5 0 8 0 V 3 m s 则吸入口径为 0 0 785 S Q D V 0 161m 3 2 根据计算取离心泵系列中的标准口径 S D 0 2m 200 mm 这是泵的吸入口的流速为 22 61 1 1 95m s 0 7850 785 0 21000 S S Q D 由于该泵压力较高 考虑到压出管路系统投资的经济性 取压出口径为 y 0 7 0 7 0 20 14m S DD 取标准管径 y 0 15m 150 mm D 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 5 第四章 转速的选择与核算 根据泵的扬程 不需要很高的转速 没有必要设置增速箱 但若选择较低的转速 则泵 的尺寸会比较大 因而体积大 质量重 故选一般电机的最高转速 n 2980 r min 装置汽蚀余量应等于允许汽蚀余余量由以下公式算得 ar h hK 取裕度 K 0 3 泵汽蚀余量为 ra h h 6 30 3 6mK 计算泵的汽蚀比转速 3 43 4 r 5 62n5 62 2980 0 0611 1080 h6 Q C 计算所得的汽蚀比转速是可以得到的 因此所选择的比转速是合适的 第五章 泵结构型式的选择 5 1 选择泵的比转速并确定泵的级数 设 i 为泵的级数 则比转速 单级叶轮 3 43 4 s3 4 3 4 3 65n3 65 2980220 n i 17 02i 60 850 i Q H 5 1 由上试可得如下不同级数的比转速 级数678910 比转速65 573 48188 795 4 为了得到较高的效率 取泵的级数为 10 级 s n 95 4 5 2 泵的结构型式 分段式多级泵与蜗壳式多级泵相比 质量和尺寸都比较小 铸造加工较容易 段与段间 密封容易达到 径向力平衡 轴向力也可以完全平衡 所以设计成段式多级泵 5 3 泵效率的估算 将泵效率估取如下 1 容积效率 v 94 0 94 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 6 2 机械效率 m 92 3 水力效率 h 87 泵的总效率 vmh 0 94 0 92 0 87 0 752 75 取 5 4 泵轴功率和电机的选择 泵的轴功率为 2 61 1 679 100 75 QH KW 计算功率 j12 KPK P 试中 K1 水泵扬程系数 K1 1 05 1 1 取 K1 1 07 K2 水泵流量变 化系数 K2 1 1 取 1 1 2 K 1 07 1 1 679800 kw j P 按照计算功率选取配带功率 根据电机功率等级 9 级泵和 10 级泵都选用功率为 800KW 的 JK 800 型高速中型异步电动机 5 5 轴径和轮毂直径的计算 泵轴材料用 45 钢 调质处理许用剪应力取 2 500 kg cm 则泵轴在联轴器内 最小 的轴径为 3 0 2 t M d 5 1 扭矩 97400 tt MP n kg cm 代入公式 5 1 得 单位厘米 3 97400 800 6 4 0 2 500 2980 dm 取联轴器内径为 d 65 mm 确定叶轮轮毂直径采用一般平直传递扭矩 叶轮处轴的直径 h d d1 21 4 y d 在本例中 根据结构确定叶轮处轴径 80 y dmm 轮毂直径为 1 181 18 8094 5 hy ddmm 取 h d 95mm 5 6 轴向力的平衡结构选择 该泵轴向力的平衡结构选用平衡盘而没有选用平衡鼓 因为平衡鼓要设止推轴承 且泄 漏两较大 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 7 第六章 水力设计 6 1 叶轮 单级叶轮的主要参数 流量 扬程 H 850m 转速 比 3 220 Qmh 2980 minnr 转速1080 s n 6 1 1 求叶轮进口速度 0 0 2 v vKgH 6 1 0 V K 叶轮进口速度系数 由 轮泵设计手册 图 5 3 查得 0 V K 0 1508 次级 叶轮 0 V K 0 224 由公式 5 1 得 0 V0 1508 2g 85 6 15 m s 次级叶轮的初速度 0 0 224 2859 14vgm s 6 1 2 叶轮进口直径 叶轮进口有效直径 0 0 4 t Q D v 6 2 第一级叶轮的直径为 0 4 220 0 116 6 15 Dm 6 3 次级叶轮的直径为 0 4 220 0 09525m 9014 3600 0 94 D 6 4 叶轮进口直径为 22 j0h dDD 6 5 第一级叶轮的直径 22 t 0 1160 095 0 15m 150mmD 6 6 次级叶轮的直径 22 j 0 095250 095 0 1345mD 6 7 取次级叶轮进口直径为 j 135Dmm 去次级叶轮进口直径为 j 130mmD 这时 0 v 9 m s 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 8 6 1 3 确定叶轮叶片数 由 叶轮泵设计手册 中的表 5 2 查得 当 s n 60180 时 86Z 取首级叶轮叶 片数 6Z 片 取次级叶轮叶片数 7Z 首级叶轮叶片数 6Z 片 可增大进口排挤系数 t 有利于提高泵的抗汽蚀性能 6 1 4 确定叶片的出口安放角 取叶轮叶片出口安放角 2 30 6 1 5 确定叶轮外径及叶片厚度 由 叶轮泵设计手册 中的表 5 3 查得 2 u 0 996K 叶轮出口圆周速度为 2 2u u 2g0 996 2g 85 40 7 m sKH 6 8 叶轮外径 2 2 60u60 40 7 0 261m n2980 D 6 9 取 2 0 262m 262mmD 叶片厚度为 S 5mm 6 1 6 确定叶轮出口轴面速度 由 叶轮泵设计手册 中的表 5 3 查得 m 0 112 K 则 4 57 2 mm u 2g0 112 2g 854057 m sKH 2 6 10 6 1 7 确定叶轮出口宽度 确定次级叶轮的出口宽度 第一级叶轮的出口宽度与次级叶轮的相同 次级叶轮 Z 7 S 5mm 2 30 2 262mmD 可求得出口叶片排挤系数 0 915 2 22 7 5 110 916 sin262 sin30 ZS D 6 11 叶轮出口宽度为 2 22m2 220 b 0 0189mm 0 262 0 915 4057 3600 0 94 V Q DV 6 12 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 9 取 2 19bmm 6 1 8 绘制叶轮的轴面投影图 检查轴面液流过流断面面积变化并作 叶片进口边 根据求出的尺寸 2 D 2 b j D 和 h d 参考近似 s n 的叶轮图纸 绘制叶轮的轴面投影 图 如图 5 1 及图 5 2 图 5 1 第一级叶轮轴面投影图 图 5 2 次级叶轮轴面投影图 第一级叶轮为了得到较好的抗汽蚀性能 使进口边处液流流过流断面面积比叶轮进口有 效面积大 1 1 2 5 倍 在本例中 2 tt0 b 1 46 4 DD 作曲线检查轴面液流过过流断面面 积变化 c 2bAR 式中 c R 轴面液流过流断面形成重心的半径 b 轴面也流过流断面形成的线长度 曲线图中纵坐标为 A 横坐标为流道中线长度 L 第一级叶轮和次级叶轮的轴面过流断 面面积变化见下表和图 5 3 与图 5 4 第一级叶轮轴面液流流断面面积变化表 位置进口123456789出口 L cm 01 01 953 054 455 656 77 78 79 710 65 b cm 2 752 752 853 153 53 02 722 462 262 081 9 c R cm 6 1256 136 186 307 058 159 1610 2511 2312 2213 2 cb R cm 16 5816 817 619 8524 6524 4524 8225 225 3845 4225 1 A 2 cm 106106110 6124 7155153 6158 0158 4169 5159 7157 7 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 10 图 5 3 首级叶轮轴面过流断面面积变化曲线图 次级叶轮轴断面液流过流断面面积变化表 位置进口12345678出口 L cm 01 42 83 95 06 057 18 159 210 25 b cm 2 02 02 222 2252 082 0462 011 971 9361 9 c R cm 5 755 756 06 757 858 99 9511 0012 0513 1 cb R cm 11 511 513 3216 0516 3218 2220 0021 723 3524 89 A 2 cm 72 372 383 784 7102 5114 6125 7136 3146 9156 4 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 11 图 5 4 次级叶轮轴面过流断面面积变化曲线区 作叶片进口边 叶片进口边得平面投影是在同一轴面上 在叶轮的轴面投影图上作叶 片进口边 应尽量使几条轴面流线的长度趋于相等 并使进口边和轴面流线的交角不要太小 本例中叶片进口边的轴面投影如图 5 1 和图 5 2 所示 6 1 9 会轴面液流的流线 第一级叶轮做中间流线及前后盖板处的流线共三条 轴面液流过流断面形成线 7 至出口 中间流线与流道中线重合 由形成线 3 至形成线 6 做中间流线 在同意轴面液流过流断面形 成线上应使面积A A 即2b bRR 如2bbRR 则流线向小边移动 1bb b mm 222 AARR RR 式中 R 形成线上原b 与b 分点至轴中心线的半径 mm 列表计算如下 6 1 10 在轴面液流流线上分点 第一级叶轮流线上的分点如图 5 5 a a 流线 b b 流线和 c c 流线分点的辅助图分别 绘在轴面投影图的左边和右边 均取 5 次级叶轮流线上的分点如图 5 6 a a 流线分点的辅助图绘在轴面投影图的左边 b b 流线分点的辅助图绘在轴面投影图的右边 亦取 5 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 12 6 1 11 计算流线上叶片的进口安放角 第一级叶轮 如图 5 5 a a 流线 m1a 1a 1au1a tg u V V m1a c111av v 2b Q R 1 u2a a1 2 z 1 R S a1 a1 u1a sin S S 111 sin aaa tgtg 设 18 a1 由图中量得 44 a1 0 6947 0 3249 0 44sintg18tg a1 2258 43122258 0 tg 1 a1 取叶片厚度为 5mm 进口边为 3mm 1a R77 mm 6 13 2201 0 3 4312sin 3 sin a1 a1 u1a S S 6 13 8312 0 1688 0 1 772 6 136 1 a1 6 14 进叶片后也留速度为 sm28 6 8312 0 6094 0 0315 0 0630 0 2 220 2 m1a V 6 15 0 u1a V sm24 60 2980154 0 u a1 6 16 262 0 24 28 6 u v tg a1 m1a a1 4114262 0 tg 1 a1 计算所得冲角值在一般选用范围 10 3 内 假设的 18 a1 是可以的 b b 流线 设 3019 b1 由图中量出 66 a1 3235 0 9135 0 3541 0 66sin3019tgsintgtg b1b1b1 56173235 0 tg 1 b1 叶片进口出后度为 3 mm mm71 b1 R mm75 9 3080 0 3 5617sin 3 sin b1 b1 b1v S S 6 17 869 0 131 0 1 712 75 9 6 1 b1 6 18 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 13 sm83 4 6094 0 8690 0 035 0 705 0 2 220 2 m1b V 6 19 0 u1b V sm 2 22 60 2980142 0 u b1 6 20 218 0 2202 4083 u tg b1 m1b b1 V 6 21 1812218 0 tg 1 b1 则冲角为 12718123019 b1b1 计算所得的 在选用范围之内 所选 3019 b1 是可以的 C C 流线 设 23 c1 由图中量得 90 c1 因此 c1c1 叶片进口处厚度为 3mm 65 c1 R mm67 7 3907 0 3 23sin 3 sin c1 c1 u1c S S 6 22 8312 0 1688 0 1 652 67 7 6 1 c1 6 23 sm05 5 6094 0 8312 0 035 0 0705 02 220 2 m1a V 6 24 0 u1c V sm 3 20 60 2980130 0 u c1 6 25 2488 0 3 20 05 5 u tg c1 m1c c1 V 6 26 58132488 0 tg 1 c1 冲角 29581323 c1c1 在所选用范围之内 次级叶轮 图 5 6 由于前一级反导叶出口角 a a 接近 8090 引起的叶片进口处液流 的圆周分速度 u1 v 很小 不计此影响 用同样的方法求得 3827 b1 a1 6 1 12 在方格网上进行叶片绘制 第一级叶轮叶片在方格网上的展开图如 5 7 叶片出口角度为 30 a b c 流线叫叶片 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 14 进口角分别为 23301918 使叶片安放角由进口逐渐变化到出口 叶片包角为 85 第二级叶轮叶片在方格网上的展开图如图 5 8 叶片出口角为 30 a b 流线叶片进口 度分别为 27 和 38 叶片包角为 80 6 1 14 在轴面投影图的轴面截线上加叶片厚度 叶片的厚度在进口边为 3mm 逐渐变为 5mm 厚度分布 第一级叶轮如图 5 7 右下方 次级叶轮如图 5 8 右下方 垂直于轴面截线方向的厚度为 con m S S 6 2 导叶的设计 6 2 1 导叶基圆直径 mmDD 1 275 62 26426205 1 01 1 05 1 01 1 23 取 270 2 D 6 2 2 导叶进口宽度 mmbb75 23 85 211925 1 15 1 25 1 15 1 23 取 mmb24 3 6 2 3 导叶进口角度 1 3 3 1 1 1tgatga 222um VVtga smVm75 4 2 2 1 2 u gH Vu m H H h 6 97 87 0 85 1 m Dn u 8 40 60 2980262 0 60 2 所以能求的其速度为 smVu 4 23 8 40 6 9781 9 2 1955 0 4 23 57 4 2 2 2 v m V V tga 所以 2 411 a 2540 0 2150 0 1955 0 3 1 1 1 3 tga 去导叶的进口角度为 3 3012 a 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 15 6 2 4 导叶的叶片数及喉部高度的计算 查得 39 0 2 K 所以可以求出导叶的液体平均速度为 smgHgKV1685239 0 2 23 由以下的公式 5 27 可以求的出导叶数 64 6 360016 1000 24 220 2 33 Vb Q Zd 5 27 因叶轮叶片数为 7 Z 片 所以 取 6 d Z 片 所以根据下列公式就能够求出喉部 高度 m bVZ Q a d 0265 0 3600 1000 24 166 220 33 3 5 28 6 2 5 扩散段得计算 先求出扩散段出口处液体速度 165 0 4 05 0 4 0 34 VV sm8 4 6 取 smV8 4 流道系取两面扩散的 出口断面处 43 ba 由以下公式 能求得 m VZ Q ba d 0358 0 360086 220 4 43 取 43 ba 0 036m 扩散角为 8 6 取 7 由以下公式可以求得扩散段得长 度为 m tg tg aa L0775 0 3032 0265 0 036 0 2 2 34 取 L 80mm 6 28 6 2 6 导叶外径的计算 mmDD405 3512705 1 3 15 1 3 1 24 取 mmD385 4 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 16 6 3 反导叶的计算 6 3 1 反导叶进口宽度的计算 叶轮进口直径 mmDj135 反导叶进口直径 mmD322 5 m b b0313 0 0343 0 15 1 05 1 036 0 15 1 05 1 4 5 取 mb32032 0 5 6 3 2 反导叶进口安放角的计算 反导叶出口欧直径为 mmD115 6 反导叶进口安放角为 5 5 冲角 15 10 2 5 u mb V V tg sm bD Q Vm09 2 9 0032 0 322 0 0611 0 555 5 取 9 0 5 6 29 sm baZ Q V d 85 7 036 0 036 0 6 0611 0 44 4 17 4 6 30 smconconVVm51 7 1785 7 444 sm R R VV mu 9 161 0 1930 0 51 7 5 4 45 23 0 9 09 2 5 5 5 u m V V tg 所以 5 3513 所以反导叶进口安放角为 5 5 3828 3523 取 5 3024 根据经验论证取反导叶出口安放角为 80 6 6 4 轴向力平衡机构的计算 叶轮外径圆周速度 sm nD u 9 40 60 2980262 0 60 2 2 6 31 2222 2 1673 9 40smu 轮毂直径圆周速度 sm nd u h h 8 14 60 2980095 0 60 6 32 2222 219 8 14smuh 单级理论扬程为 m H H h t 7 97 87 0 85 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 17 势扬程为 m u gH HH t tp 7 69 16732 8 9 7 97 1 7 97 2 1 2 2 6 33 6 4 1 计算转子的轴向力 6 4 1 1 第一级叶轮的轴向力计算 轴向力 g u R rR HrRF hmi Phmi 82 1 2 2 2 2 22 22 1 N847 8 98 1673 131 0 2 0475 0 085 0 1 7 690475 0 085 0 1000 2 22 22 6 34 动反力 grR Q VV g Q F hjv mm t 22 2 20 2 cos N g 8 40 0475 0 075 0 1000 94 0 3600 220 22 2 6 35 所以作用在第一级叶轮上的轴向力为 NFFF 2 806 8 40847 2 1 6 4 1 2 次级叶轮的轴向力计算 轴向力 g u R rR HrRF hmj phmj 82 1 2 2 2 2 22 22 1 6 36 N564 8 98 1673 131 0 2 0475 0 075 0 1 7 690475 0 075 0 1000 2 22 22 动反力 cos 20 2mm T VV g Q F 6 37 N g 7 59 0475 0 0675 0 1000 94 0 3600 220 22 2 所以作用在次级叶轮上的轴向力为 NFFF 3 504 7 59564 2 1 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 18 6 4 1 3 计算转子上的轴向力 本例中的平衡盘机构是不带平衡鼓的 转子上的总轴向力 F 为各级叶轮轴向 力之和 9 级泵 F NFF 6 4840 3 5048 2 8068 10 级泵 F NFF 9 5344 3 5049 2 8069 6 4 2 计算平衡机构前后的压力差 4 22 2 10 24 1 1 g uu HiHP h p 6 38 9 级泵 2 12 73 10 1 8 92 2191673 4 1 7 69858cmkgP 10 级泵 2 62 81 10 1 8 92 2191673 4 1 7 69859cmkgP 6 4 3 选取压差系数 k 并确定 2 P 按最多级数 10 级 计算平衡盘 取 k 0 38 所以平衡盘前后的压力差为 2 2 02 3162 8138 0 cmkgPkP 6 39 6 4 4 选取平衡盘外径和黑晶的比值 nw RR 引泵的总扬程比较高 所以取 nw RR 1 316 所以 00 375 0 m RL 6 4 5 选取轴向间隙 由表 9 1 泵设计手册 取 1 3 n Rb 1000 3 1 0 6 4 6 计算 10 级泵平衡盘的内半径和外半径 平衡盘内半径 2 hn r P F cR 当 nw RR 1 316 n Rb 1000 3 1 0 时 查得 C 0 8718 把已 知的值代入上式可求得内半径为 67 7 75 4 02 31 9 5344 8718 0 2 n R 取 cmRn8 n R 取整后 由以下公 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 19 式核算平衡盘前后的压力差 22 2 hn rR F P 当 nw RR 1 316 n Rb 1000 3 1 0 是查得 316 1 a 代入上式可求出压力差为 2 22 2 6 27 75 4 8316 1 9 5344 cmkgP 径向间隙前后的压力差为 2 21 02 54 6 2762 81cmkgPPP 压差系数 k 3382 0 62 81 6 27 2 PP 平衡盘外径为 cmRw 5 108316 1 取 cmRw11 6 4 7 计算 10 级泵平衡盘得泄漏量 p p kDq n 2 2 当 nw RR 1 316 n Rb 1000 3 1 0 0 104mm 时 查得 k 14 85 代入上式得泄漏量为 hmq 32 32 6 27616 0 85 14 相对泄漏量为 87 2 0287 0 220 32 6 Qq 压差系数为 338 0 62 81 6 272 p P K 6 4 8 确定径向间隙及其长度 取 mb 1000 2 0 由公式计算径向间隙的速度系数 283 0 2 540 1000 2 0 095 0 50000 32 6 50000 1 1 1 p P bd q h 当 283 0 时 查得 562 1 1 b l 由此可求得轴向间隙长度为 mm b l bL 4 1125622 0 1 1 11 但是结构要求 mmL120 110 1 取 mmL110 1 此时 550 1 1 b l 由图 9 37 泵设计手册 查得 286 0 1 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 20 第七章 轴的临界转速计算及强度计算 7 1 用经验公式计算轴的临界转速 轴的第一临界转速 3 1 1 594 1 GL EJ Q K n m cr 7 1 轴的第二临界转速 3 2 2 1594 GL EJ Q K n m cr 7 2 式中 E 轴材料的弹性惯量 对 45 钢 26 101 2cmkgE J 圆盘部分轴断面的惯性矩 cmdJ m 2018 6464 44 L 轴承的跨距 L 185 2cm 1 K 无阶梯轴的第一临界转速系数 54 0 2 185 100 744 0 5 107 801 L L G G Y Z 时查得 1680 1 K 2 K 无阶梯轴的第二临界转速系数 查得 7100 2 K 1 Q 有阶梯轴的第一临界转速修正系数 7 1 1026 0 744 0 1 p m Y Z J J L L G G 时查得 02 1 1 Q 2 Q 有阶梯轴的第二临界转速修正系数 2 Q 1 02 其中 Z G 轴重 Z G 80kg Y G 圆盘总重为 Y G 107 5kg 1 L 最外端量圆盘重心之间的距离 为 1 1 L 00cm 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 21 2 L 轴两端阶梯段得长度 2 L 19cm p J 阶梯轴段断面的惯性矩 8 1177 6464 44 pp dJ 将以上数值代入公式 7 1 和 7 2 计算公式得 min1563 2 185 5 187 201101 2 02 1 1680 594 1 3 6 1 rncr min6605 2 185 5 187 201101 2 02 1 7100 594 1 3 6 2 rncr 7 2 叶轮轮盘 叶轮轮盘由于叶轮单级扬程为 85m 叶轮外圆圆周速度不大 离心力引起的应力也不大 因此叶轮轮盘的强度不必计算 7 3 键的强度校核 10 级叶轮的扭矩为 cmkg n P M j t 26150 29800 800 9740097400 7 3 1 级叶轮的扭矩为 cmkgMM tt 261526150 10 1 10 1 1 7 4 7 3 1 联轴器键槽侧面的挤压力计算 2 4 cmkg dhl Mt j 7 5 式中 t M 扭矩 26150 kg cm d 联轴器内轴径 6 5cm h 键的高度 l 键的有效长度 7cm 将以上各值代入上式 7 5 得 22 15001442 71 15 6 261504 cmkgcmkg j 可以使用 7 3 2 联轴器内键的切应力计算 2 2 cmkg dbl Mt 7 6 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 22 式中 b 键的宽度 1 8cm 其它的符号及数值同上 代入公式 7 6 得 2 372 28 15 6 261502 cmkg 由因键的材料为 45 钢 3 900 600cmkg 所以是安全的 7 3 3 叶轮键的选择 单级叶轮所需的轴径为 mmdd 2 3065465 0 465 0 1 故选 36 30 1 d 范围内的键为叶轮用的键 即叶轮键尺寸为 1422 hb 7 4 中段强度的计算 倒数第二级的中段受着最大的内应力 2 5 76 10 85850 cmkg r HH P e 把中段当作受内压力 P 的圆 中段的材 料选用 QT50 1 5 中段的壁厚按薄壁容器考虑 用下式作初步计算 cm P PD 2 7 7 式中 P 中段所受的内压力为 76 5 2 cmkg D 中段的内径为 39cm 材料的许用拉应力为 2 5000cmkg b 因此 2 1000 5 5000 cmkg 代入公式 7 7 得 cm58 1 5 7610002 39 5 76 由计算所得厚度可看出 1 108 13958 1 238 2 DD 中段是属于薄 壁容器 因此上面的方法计算是合适的 考虑中段在加工时有足够的刚性而不致发生变形 取 cm2 中段外径 434392 DDy 在 D 39cm 内增加 0 25cm 的加工余量 因此实际厚度是 2 25cm 7 5 密封凸缘宽度与穿杠强度计算 7 5 1 根据强度条件选择密封凸缘的最小宽度及穿杠最小直径 1 选择密封凸缘宽度 b 泵工作时 穿杠的拉力减去介质工作压力后剩下的挤压力 此力在第一级中断与前段的 密封面上产生的挤应力等于或接近许用挤压应力 这时的密封凸缘宽度即为密封凸缘的最小 北方民族大学过程装备与控制工程 2011 届毕业设计 23 宽度 由技术设计图可得 密封凸缘内径 D 39mm 中断壁厚 2 25cm 穿杠工作部分长度 1 126 5cm L 中段组的长度 2 909 54cm L 穿杠工作长度与中段组长度的平均值 12 1 108 73 2 LLL 已知下列数据 泵最大 10 级 工作压力 2 max 85kg cm P 碳钢的弹性模量 32 2 1 10 kg cmE 中段材料的线膨胀系数 5 1 1 101 C 确定下列数值 取垫料的系数为 m 3 2 该泵最高可输送 80 C 的清水冷态启动时