矿山分离结构的设计【含CAD图纸+PDF图】
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毕业设计开题报告设 计 题 目: 矿山分离结构的设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械设计制造及其自动化08-12 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日1 研究目的和意义近几十年来，矿山分离机的结构设计在国民经济各部门生产中的应用范围日益扩大，如用于抽送污水、粪便、泥浆和各类纤维杂质浆料，杂质泵已成为泵应用中非常重要的领域。目前国内的杂质泵产品主要有污水泵、泥浆泵、纸浆泵和旋流泵，综观应用情况，现有各种杂质泵虽然具有抽送含颗粒、杂质混合液的较好性能，但由于受泵型结构所限，泵在工作中会时常发生绕缠与堵塞障碍，而且对物料破坏严重，更无法用于抽送长纤维、大粒径固体物和要求不损伤的物料，元不能满足多行业的需要。矿山分离机（简称螺旋泵）是一种新型杂质泵，具有加好的无堵塞、无绕缠与损伤少的性能。该新产品的开发在国外已有近30年历史，60年代由秘鲁率先推出，尔后日本、西德等国亦相继研制成功。据报道，目前国外的螺旋泵技术产品发展很快，现已研制有单头、双头和带有盖板等不同结构的螺旋式叶轮，并且制成普通干式泵、浸没式泵、潜水泵多种系列产品，在许多生产部门得到广泛应用。我国的螺旋泵新技术产品开发起步较晚，1988年螺旋式离心泵的研制成功尚属国内首次。新产品已通过专家鉴定，并在多行业进行了几年的生产应用推广，取得了显著的生产效果与经济效益。2 课题研究现状及分析2.1国内外发展情况20世纪60年代初，为了解决秘鲁沿岸鱼类加工厂活鱼保鲜输送问题，瑞士工程师Martin Stlale发明了带有螺旋型叶轮的泵，由于该泵融合了螺旋泵和离心泵两者的优点，所以被称为螺旋离心泵。此泵先后获得秘鲁、美国和西德等国的专利，随之马丁先生又建立了瑞士海斯特股份有限公司并任集团总裁。此后，马丁先生便致力于螺旋离心泵的进一步开发研究，在泵送活鱼的应用基础上，将其由原来的鱼泵发展为多品种、多系列螺旋离心泵，并不断扩大其应用领域，目前，该系列产品已成为复杂介质泵送领域的重要输送设备。德国Hidrostal Gmbh和KSB公司也已经开发出该泵的系列产品。英国Sigmund、日本荏原、久保田、太平洋机工、石川岛播磨重工业等公司都相继开发出这种泵的系列产品。由于螺旋离心泵用途与结构的特殊，直到20世纪80年代才见到国外公开发表的研究成果，目前国外已有成熟的产品，德国、美国、日本和英国的公司已相继开发出这种泵的系列产品。但其中关于他们的文章大多都是产品介绍，而有关泵的研究和设计方面的文章很少见。国内对螺旋离心泵的设计研究起始于20世纪80年代末期，朱荣生、关醒凡根据多年的研究成果提出了一套确定螺旋离心泵叶轮几何参数的经验公式，并且用运包角变换法对叶轮进行了绘形，以此用于产品开发；陈红勋、朱荣生L20认为与普通离心泵一样，螺旋离心泵的设计关键主要在叶轮，而叶轮设计的关键则是要找出叶轮结构参数与螺旋离心泵性能参数之间的定量关系，这种定量关系的建立需要从理论与实践两方面人手，他们以两种不同方法对叶轮的结构参数进行了定义，并在此基础上提出这些结构参数的确定方法；介绍了螺旋不堵塞泵的叶轮、泵体的设计方法，并通过实例对设计方法进行了验证；刘自贵等介绍了国外螺旋离心泵的科研概况以及他们所作的变速运行结果，提出了较为实用的设计方法；赵天成悼等介绍了在两相流泵设计中两相流动的最低极限速度的选择与确定原则，讨论了固体颗粒对叶轮泵壳内流动特性的影响，提出了两相流泵最经济输送范围下所具有的最佳重量浓度；何希杰、劳学苏提出了螺旋离心泵叶轮叶片工作面和负压面空间曲面方程和具体的水力设计方法，对于螺旋离心泵的研究和设计具有实际意义。李仁年副等人从理论上分析了螺旋离心泵各种性能之间的关系，提出在设计螺旋离心泵时应综合考虑各种因素，以满足不同应用的要求。我国的螺旋泵新技术产品开发起步较晚，1988年LLB螺旋离心泵的研制成功尚属国内首次，新产品通过专家鉴定，并在多行业进行了几年的生产应用推广，取得了显著的生产效果与经济效益。1989年为湖南、广西两个造纸厂提供LLBl50150型泵3台，用于粗、细纸浆的输送。1992年为广东普宁海藻工业公司和青岛黄海海藻工业公司分别提供LLBl50-100型泵17台和13台，用于浸泡海带、麒麟菜及其消化胶液的输送。在连续几年的生产应用中，两种泵均性能稳定，工作可靠，未曾发生缠绕与堵塞故障，并且与原用泵相比，输送效率高、耗能低，在节电(30一50)、减轻劳动强度、降低成本和提高生产功效等方面取得了良好的生产效果。3 研究/设计的目标在总体设计给定的设计条件下，完成一种螺旋离心式砂石泵。使其达到无堵塞性能好；无损性能好；效率高，且高效区宽广；功率曲线平坦；良好的调节性能；泵的吸人性能好；具有优良的抗汽蚀性能；腐蚀小，过流部件寿命长；理想的噪声特性。4 基本内容、拟解决的主要问题1、砂石泵总体设计；2、砂石泵水利设计与计算；3、砂石泵主要零部件设计；4、砂石泵通用零件选择；主要参数：出口：200mm；入口：200mm；流量：120m3/h；扬程：H=15m；转速：1450r/min；轴转速：9.61KW。4.1它的工作原理：流体在高速旋转的叶轮作用下被吸入泵腔，叶轮由螺旋段和离心段两部分组成，螺旋部分提供一个正向的位移推力，此力在轴向的延伸处形成一种弯转的分力，使人口处的水流沿着叶轮的切线方向而不是与叶轮成直角作用下被吸人泵腔，叶轮由螺旋段和离心段两部分组成，螺旋部分提供一个正向的位向而不是与叶轮成直角或某一角度进入泵体。螺旋部分的轴向推力使水流平稳前进，直至离心部分，再由离心部分推送水流从出口排出。4.2砂石泵的主要零部件：泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。泵吸水室位于叶轮前面，其作用是把液体引向叶轮。有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。压水室位于叶轮外围，其作用是收集从叶轮流出的液体，送入排出管。压水室主要有螺旋形压水室（涡壳）、导叶和空间导叶三种形式。叶轮是泵最重要的工作元件，是过流部件的心脏。叶轮由盖板和中间的叶片组成。根据液体从叶轮流出的方向不同，叶轮分为径流式、混流式和轴流式三种型式。径流式叶轮液体流出叶轮的方向垂直于轴线，即沿半径方向流出；混流式（包括斜流式）叶轮液体流出叶轮的方式倾斜于轴线；轴流式叶轮液体流出叶轮的方向平行于轴线，即沿轴线方向流出。泵的类型：泵可以分为叶片式泵（动力式泵）、容积式泵和其它类型泵三大类。所谓叶片式泵，是依靠叶轮在壳体中旋转，通过流体动力参数的变化把能量传给液体的机械。叶片式泵的简单分类如下：(1)离心式（装径流式叶轮）1)单吸（叶轮一面进水）2)双吸（叶轮两面进水）(2)混流式（装混流式叶轮）(3)轴流式（装轴流式叶轮）(4)单级（装一个叶轮）(5)多级（装多个叶轮）4.3砂石泵的发展：砂石泵具有输送各类杂质、浆料和固体物料无堵塞、不损伤等良好功能，故在一些生产部门拥有广泛的推广应用前景和显著的经济效益。由于砂石泵具有很多优点,因此,今后我国的需求量将持续增长,并有以下主要发展趋势。1、发展多功能多用途砂石泵我国砂石泵的形式和外国著名的砂石泵生产厂的产品相比还不够多,如带有切割装置的泵、多级泵、抽送腐蚀性介质的砂石泵等生产的还很少,然而其市场的需求量又很大,因此,具有很好的发展前途。2、开发高可靠性机械密封机械密封是砂石泵的关键部分,采用两道单端面机械密封,这样介质的压力可以作用到端面,泄漏方向为内流型,这些都是有利的,但结构稍复杂。在油室内装双端面机械密封,两侧的端面应采用不同的结构型式,使介质的压力能作用到下侧的端面上,否则只靠弹簧力,密封端面的反推力易使端面打开。因此,还应进一步在结构和材料方面进行研究,提高其可靠性和寿命。3、新材料新技术新工艺等将逐步应用普通泵已使用不锈钢、氟塑料(F46)、衬塑、衬胶、喷涂陶瓷等,所有这些材料应当尽快应用到砂石泵上,扩大砂石泵的应用领域。而计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等新技术、新工艺的应用也势在必行。事实证明,新技术、新材料、新工艺的应用,不但解放劳动生产力,而且还可以保证产品质量稳定可靠。4、注意砂石泵的外观质量并逐步打入国际市场我国的砂石泵在国际市场上有着明显的价格竞争优势,但是必须要注意提高砂石泵的可靠性和寿命,尤其要改善砂石泵的外观质量,要给用户一种美的感觉,以使国产的砂石泵早日更多地打入国际市场。4.4砂石泵研究设想：砂石泵是一种通用机械，应用范围广泛。因此在本次结构设计中最多考虑到的因素就是经济实用性和性能稳定性。只有投入低，效益高的产品才能被市场认同。在设计过程中尽可能采用低成本原材料，同时优化结构设计并保证其性能能够满足工作需求。设计就要有创新、有可行性。本次螺旋式砂石泵的结构是设计就是为了使砂石泵广泛应用于实际生产中，并在保证低成本的同时有更多的效益。本章对砂石泵的经济效益，社会效益，使用寿命以及泵本身的节能底噪性进行试验性分析，表明该泵有实际应用性。本次泵体在设计上更多的考虑的实际生产，使该泵在高效节能，经济效益，社会效益等感方面有更多优势。5 设计方案设计上以国际标准的IS泵为基型，此次设计的螺旋离心式沙石泵，在设计结构上采用单级单吸悬臂卧式结构，其主要结构是装有背叶片的具有特殊的三维螺旋叶片的叶轮，叶片型线为空间对数螺旋线，采用液固两相流理论进行水力设计。由于该泵是通过其特殊的三维螺旋叶片将螺旋的容积推进作用和叶片的离心作用有机的结合，使介质获得能量。所以它兼有容积泵和叶片泵的特点，是二者相互结合的产物。较一般的普通杂质泵和旋流泵相比，具有以下特点：（1）无堵塞性能好；（2）无损性能好；（3）效率高，与其他同类杂质泵相比效率高5%以上；（4）泵的吸入性能好。可抽送含气介质，含气量在15%以下时，泵的性能，震动基本不发生变化。（5）具有优良的抗汽蚀性能。其他参数相同的条件下，螺旋离心式沙石泵的汽蚀性最好，即NPSHr最小。该螺旋离心式沙石泵在结构上主要有三大部分组成，分别为泵头部分，轴封部分以及传动部分，分别叙述其结构特点。1、泵头部分泵头部分由泵体和泵盖组成。前，后盖板的直径大于叶轮直径，叶轮可由前或后拆卸，叶轮为螺旋离心叶轮，叶轮的后盖板带有背叶片以减少泄露，提高泵的寿命及效率。2、轴封部分本次设计的轴封采用填料轴封，填料轴封结构简单，维修方便，但需使用轴封水，还需配备供应轴封水的泵。3、传动部分传动部分包括托架和轴承组件，轴承根据传动的功率不同选择单列向心圆锥滚子轴承，能够承受泵的最大轴向及径向载荷，轴承采用干油润滑，轴承体两端有密封端盖，并且有两道密封圈，能有效的防止污物进入轴承，保证轴承安全运行，具有较高的使用寿命。6 技术路线1、根据搜查到的技术资料，拟定总体设计方案，从而使泵体在设计上更多的考虑的实际生产，使该泵在高效节能，经济效益，社会效益等感方面有更多优势；2、根据结构优化设计，拟定多种设计方案，从而确定出本次设计的最终设计方案；3、要确定泵的总体结构形式、确定泵的转速、确定泵的水利方案并进行叶轮磨损分析和砂石泵主要零件的强度计算等等；7 进度安排2月27日3月19日：调研及收集相关资料；撰写开题报告；3月19日4月02日：砂石泵总体设计；4月02日4月23日：砂石泵水利设计与计算； 4月23日5月14日：砂石泵主要零部件设计；5月14日6月04日：砂石泵通用零件选择；6月04日6月15日：整理资料，准备毕业答辩 8 参考文献1 尚德波. 现代机床数控技术发展动态J. 职大学报, 2001, (04) .2 柴燕. 概念设计在结构中的应用J长江建设, 2004, (03) .3 邹慧君,王石刚,蔡逆水,亢金月. 基于多层推理机制的机械产品概念设计J计算机辅助设计与图形学学报, 1997, (06) . 4 成大先机械设计手册 第1卷M.化学工业出版社，2002.5 秦树人,张思复,汤宝平,何辉,王旭. 集成测试技术与虚拟式仪器面向21世纪的仪器系统J中国机械工程, 1999, (01) .6 梁冰，朱玉才.固液两相流泵的边界层理论及其应用M.科学出版社，2003.7 孙明.机械工程基础（上、中、下册）M.黑龙江人民出版，2000.8 陈乃祥，吴玉林.离心泵M.机械工业出版，2003.9 劳学苏、希杰主编. 螺旋离心泵的原理与设计方法. 水泵技术，200410 田爱民主编. 离心式渣浆泵叶轮的磨损规律研究. 水泵技术，200911 崇 凯主编.机械制造技术基础课程设计指南. 化学工业出版社，2006.1212 陈于萍，高晓康主编.
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