南京工业大学过控毕业设计开题报告

1、毕业设计 （ 论文） 开题报告 学生姓名： 董超 学 号： 1201100508 所在学院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 设计（论文 ）题目： 双级双排出石墨泵设计 指导教师： 邵春雷 2014 年 3 月 19 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文献综述 1.离心泵分类及主要部件 泵是把原动机的机械能转化成抽送液体能量的机器。原动机通过泵轴带动叶轮旋 转，对液体做功，使其能量增加，从而使需要数量的液体，由吸水池经泵的过流部件输 送到要求的高处或要求压力的地方。 离心泵

2、在工作时，依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力作用下获得了能量以提 高了压强。离心泵在工作前，泵体和进口管线必须罐满液体介质，防止气蚀现象发生。 当叶轮快速转动时，叶片促使介质很快旋转，旋转着的介质在离心力的作用下从叶轮中 飞出，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。一面不断地吸入液体，一面 又不断地给予吸入的液体一定的能量，将液体排出。离心泵便如此连续不断地工作。 1.1离心泵的分类 按参考文献 1 ，可以将离心泵进行一下分类： 一、按工作叶轮数目来分类 1、单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。如图 1-1 所示。 图 1-1 单级单吸悬臂式离心泵 1-泵体； 2-泵盖； 3-叶轮； 4

3、-轴； 5-叶轮螺母； 6-制动垫圈； 7-轴套； 8-填料压盖； 9-填料环； 10-填料； 11-悬架轴承部件 2、多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n 个叶轮产 的扬程之和。如图 1-2 所示。 图 1-2 多级离心泵 1-泵轴； 2-轴套螺母； 3-轴承盖； 4-轴承衬套甲； 5-单列向心球轴承； 6-轴承体； 7-轴套甲； 8-填料压盖； 9-填料环； 10-进水段； 11-叶轮； 12-密封环； 13-中段； 14-出水段； 15-平衡环； 16-平衡盘； 17-尾盖； 18- 轴套乙； 19-轴承衬套乙； 20-圆螺母 二、作压力来分类 1、低压泵阀：压力

4、低于 100 米水柱； 2、中压泵：压力在 100650 米水柱之间； 3、高压泵：压力高于 650 米水柱。 三、按叶轮进水方式来分类 1、单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口。如图1-1 所示。 2、双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比单吸式 泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。如图 1-3 所示。 四、按泵壳结合缝形式来分类 1、水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。 2、垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。 图 1-3 单级双吸离心泵 1-泵体； 2-泵盖； 3-叶轮； 4-泵轴； 5-密封环； 6-轴套； 7-

5、填料挡套； 8-填料； 9-填料环； 10- 水封管； 11-填料压盖； 12- 轴套螺母； 13-固定螺栓； 14-轴承架； 15- 轴承体； 16- 单列向 心球轴承； 17-圆螺母； 18-轴承器； 19-轴承挡套； 20-轴承盖； 21- 双头螺栓； 21-键 五、按泵轴位置来分类 1、卧式泵：泵轴位于水平位置。 2、立式泵：泵轴位于垂直位置。 六、按叶轮出来的水引向压出室的方式分类 1、蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。 2、导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出 口管。 1.2离心泵的主要部件 离心泵的品种很多，各种类型泵的结构虽然

6、不同， 但主要零部件基本相同（如图 1-1、 图 1-2 、图 1-3 ）。主要零部件有泵壳、泵盖、泵体、叶轮、密封环、泵轴、机封或填料 函、联轴器、轴承等 2。 1.2.1离心泵转子 转子是指离心泵的转动部分，它包括叶轮、泵轴、轴套、轴承等零件； 一、叶轮 叶轮是离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送，是离心 泵重要零件一。 叶轮一般由轮毅、叶片和盖板三部分组成。叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分，叶 轮口侧的盖板称为前盖板，另一侧的盖板称为后盖板。 按结构形式，叶轮可分为以下三种。 (1)闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板，盖板间有 46 个叶片，如图 14(a)所示。闭式 叶轮效

7、率较高，应用最广，适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有单 吸和双吸两种类型。双吸叶轮如图 111 所示，适用于大流量泵，其抗汽蚀性能较好。 如图 14(b)。这种叶轮结构简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物 或带纤维体。 (2)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板，如图 14(c)所示。它适用于输送易于沉淀或 含固体悬浮物的液体，其效率介于开式和闭式叶轮之间。 离心泵叶轮的叶片有圆柱形叶片和组曲叶片两种。 圆柱形叶片是指整个叶片沿宽度 方向均与叶轮轴线平行，图 1-4 所示的叶轮叶片均为圆柱形叶片。 (a)闭式；(b)半闭式；( c)开式图 1-5 双级叶轮 图 1-4 离

8、心泵的叶轮 二、泵轴 离心泵的泵轴的主要作用是传递动力，支承叶轮保持在工作位置正常运转。一端通 过联轴器与电动机轴相连，另一端支承着叶轮作旋转运动，轴上装有轴承、轴向密封等 零部件 3。 泵轴属阶梯轴类零件，一般情况下为一整体。但在防腐泵中，由于不锈钢的价格较 高，有时采用组合件。接触介质的部分用不锈钢，安装轴承及联轴器的部分用优质碳素 结构钢，不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或过盈配合连接。 由于泵轴用于传递动力， 且高速旋转，在输送清水等无腐蚀性介质的泵中，一般用45#钢制造，并且进行调质处理。在输送盐溶液等弱腐蚀性介质的泵中，泵轴材料用 40Cr，且调质处理。 在防腐蚀泵 中，即输送酸、

9、碱等强腐蚀性介质的泵中，泵轴材质一般为 1Crl8Ni9 或 1Crl8Ni9Ti 等 不锈钢。 图 1-6 泵轴 三、轴套 轴套的作用是保护泵轴，使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦，所以轴套 是离心泵的易磨损件 4。轴套表面一般也可以进行渗碳、 渗氮、 镀铬、喷涂等处理方法， 表面粗糙造度要求一般要达到 Ra3.2mRa0.8m。可以降低摩擦系数， 提高使用寿命。 图 1-7 轴套 图 1-8 轴承 四、轴承 轴承起支承转子重量和承受力的作用。离心泵上多使用滚动轴承，其外圈与轴承座 孔采用基轴制，内圈与转轴采用基孔制，配合类别国家标准有推荐值，可按具体情况选 用。轴承一般用润滑脂和润滑

10、油润滑 5。 1.2.2蜗壳和导轮 蜗壳与导轮的作用，一是汇集叶轮出口处的液体，引入到下一级叶轮入口或泵的出 口；二是将叶轮出口的高速液体的部分动能转变为静压能。一般单级和中开式多级泵常 设置蜗壳，分段式多级泵则采用导轮 6。 一、蜗壳 蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的出口管之间截面积逐渐增大的螺旋 形流道，如图 19 所示。其流道逐渐扩大，出口为扩散管状。液体从叶轮流出后，其 流速可以平缓地降低，使很大一部分动能转变为静压能 7。 图 1-9 蜗壳 图 1-10 导轮 、导轮 导轮是一个固定不动的圆盘，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，这些导叶构成了一 条条扩散形流道，背面有将液体引向下

11、一级叶轮人口的反向导叶，其结构如图 1-10 所 示8。液体从叶轮甩出后，平缓地进入导轮，沿着正向导叶继续向外流动，速度逐渐降 低，动能大部分转变为静压能。液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮导轮上的 导叶数一般为 48 片，导叶的入口角一般为 816，叶轮与导叶间的径向单侧间隙约 为 lmm 。若间隙过大，效率会降低；间隙过小，则会引起振动和噪声。与蜗壳相比，采 用导轮的分段式多级离心泵的泵壳容易制造，转能的效率也较高。但安装检修较蜗壳困 难9。另外，当工况偏离设计工况时，液体流出叶轮时的运动轨迹与导叶形状不一致， 使其产生较大的冲击损失 10 。由于导轮的几何形状较为复杂， 所以一般用

12、铸铁铸造而成。 1.2.3密封环 从叶轮流出的高压液体通过旋转的叶轮与固定的泵壳之间的间隙又回到叶轮的吸 入口，称为内泄漏，如图 111 所示。为了减少内泄漏，保护泵壳，在与叶轮入口处相 对应的壳体上装有可拆换的密封环 11。 密封环的结构形式有三种，如图 112 所示。图 112(a)为平环式，结构简单，制 造方便 12。但密封效果差；图 l12(b)为直角式的密封环，液体泄漏时通过一个 90的 通道，密封效果比平环式好，应用广泛；图 112(c)为迷宫式密封环，密封效果好，但 结构复杂，制造困难，一般离心泵中很少采用。密封环内孔与叶轮外圆处的径向间隙一 般在 0.10.2mm 之间13。

13、图 1-11 泵内液体的泄露 (a)平环式 (b)直角式 图 1-12 密封环形式 (c)迷宫式 1.2.4周向密封装置 从叶轮流出的高压液体，经过叶轮背面，沿着泵轴和泵壳的间隙流向泵外，称为外 泄漏14。在旋转的泵轴和静止的泵壳之间的密封装置称为轴封装置 3 。它可以防止和减 少外泄漏，提高泵的效率，同时还可以防止空气吸入泵内，保证泵的正常运行。特别在 输送易燃、易爆和有毒液体时，轴封装置的密封可靠性是保证离心泵安全运行的重要条 件。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 、填料密封 料密封指依靠填料和轴 (轴套)的外圆表面接触来实现密封的装置。 它由填料箱 (又称 填料函 )、填料、液封

14、环、填料压盖和双头螺栓等组成，如图 1-13所示。液封环安装时 必须对准填料函上的入液口，通过液封管与泵的出液管相通，引入压力液体形成液封， 并冷却润滑填料 15 。填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料发生变形，并和轴(或 轴套 )的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。 。 低压离心泵输送温度小于 40时，常用石墨填料或黄油渗透的棉织填料； 输送温度 小于250、压力小于 18MPa的液体时，用石墨浸透的石棉填料； 输送温度小于 400 允许工作压力为 25MPa 的石油产品时，用金属箔包石棉芯子填料 17 。 图 1-13 填料密封装置 1-轴； 2-压盖； 3-填料； 4-填料箱；

15、 5-液封环； 6-引液管 图 1-14 机械密封装置 l-紧定螺钉； 2-弹簧座； 3-弹簧； 4-推环； 5-动环密封圈； 6-动环； 7-静环； 8-静环密封圈； 9-防转销 二、机械密封 高压、高转速、强腐蚀等恶劣的工作条件 填料密封的密封性能差， 不适用于高温、 机械密封装置具有密封性能好，尺寸紧凑，使用寿命长，功率消耗小等优点，近年来在 化工生产中得到了广泛的使用 3 。 结构及工作原理依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装 置，称为机械密封，又称端面密封。其结构如图 1-14所示。紧定螺钉 1，将弹簧座 2 固 定在轴上，弹簧座 2、弹簧 3、推环 4、动环 6

16、和动环密封圈 5均随轴转动， 6静环 7、 静环密封圈 8 装在压盖上，并由防转销 9 固定，静止不动。动环、静环、动环密封圈和 弹簧是机械密封的主要元件。 而动环随轴转动并与静环紧密贴合是保证机械密封达到良 好效果的关键 18。 2 离心泵的水利设计 2.1离心泵的水利设计要解决的问题及设计参数 一、离心泵的水利设计要解决三方面的问题： 1）过流部件的主要参数，以及部件各部分的最佳比例。 2）流型设计，选定在水力设计过程中所选定的过流部件的流动规律。 3）叶轮叶片及流道的型线设计，提供过流部件的加工木模图 19 。 二、离心泵的主要设计参数 据文献 1 、2和9 ，离心泵的设计需要提供的原始

17、数据有水泵叶轮流量 QT，扬程 H，所提供的电动机的转速 n，装置空化余量 NPSHa 或吸入高度 Ha，效率 ，介质的性 质，对性能曲线的特殊要求等。然后根据这些原始数据确定泵进出口流道的直径，泵的 转速。最后根据这些数据计算出空化比转速 C，比转速 ns，泵的效率等。 2.2离心泵的传统设计方法及优化设计方法 据参考文献 1 ，到目前为止， 工程上传统实用的离心泵水力设计方法主要有： 模型 换算法，速度系数法，变形设计法，面积比原理，自由旋涡理论等。本文采用速度系数 法对离心泵进行水力设计，速度系数法又称设计系数法，其实质也是一种相似设计法， 所不同的是模型换算法是以一台模型泵为基础。 据

18、参考文献 14 ，我们可以将近年来对泵的优化设计归纳为以下几种： 1.加大流量设计方法 加大流量设计法的指导思想是 ,对给定的设计流量和比速进行放大 ,用放大了的流量 和比速来设计一台较大的泵。 根据试验统计 20,对于中、低比速离心泵 ns 越高,越高；Q 越大 ,也越高。在低比速和小流量的范围内 ,随比速和流量的增加迅速提高。且较大的 泵的 曲线基本上包络了较小泵的 线,因此不仅提高了最高效率和设计点效率 ,还提高 了整个使用范围内的平均效率。 2.无过载理论与设计方法 无过载离心泵是指 ,能在关死扬程到零扬程范围内任何工况点运行 ,都不会发生过载 或因过载而烧坏原动机的离心泵。 离心泵的

19、轴功率曲线随流量增加而不断上升 ,而且比速越低 ,轴功率曲线随流量增加 上升越快 21。这种轴功率特性使离心泵在大流量、 低扬程工况运行时易过载甚至烧坏原 动机。一般工业用泵均在特定的管路系统中工作 ,运转工况均有所保证 ,基本没有过载问 题。而农用泵和工程用泵的运行工况多变 ,且管路上没有流量调节阀 ,故运行时极易出现 过载。 因为低比速泵一般在最高效率点的流量的右侧达到最大轴功率值,根据该工况来确 定原动机的配套功率显然是不合理的 ,因此希望最大轴功率位置尽可能接近设计点 ,这样 泵就可以选择较小的功率备用系数 22 。 另外在文献 6 中，陈洪海，袁寿其等人在传统设计的基础上对低比速离心

20、泵提出了 速度系数法优化设计，损失极值法优化设计，反 正反准则筛选法优化设计，等优化 设计方法，给我们对泵的优化设计指明道路。 3 有待解决的问题及展望 3.1基础理论的研究 低比速离心泵的基础理论研究包括叶轮内流动的理论分析、 内流测试、CFD 计算技 术和 CIMS 技术等 23。 由于受到计算机运算速度与容量的限制以及计算方法的限制,叶轮内的真实情况还 不能准确地由数值计算模拟出来。 虽然近年来越来越多的研究人员致力于这方面的研究 工作,但用于指导生产和性能预测的精度还远未达到商用水平。 CFD 技术在航空航天、风机等其他流体机械领域已广泛应用 ,但在泵行业仅停留在 高校和科研院所的研究

21、阶段 ,尚未在企业中推广。 先进的技术 CIMS 已较广泛使用于其它 机械行业 ,但在泵行业却仅限于个别先进企业初步应用 , 多数企业至今未涉足 3.2结构与材料的研究 离心泵的结构和材料主要根据用途来选择。目前 ,除了泵的水力设计 ,人们对低比速 离心泵的结构与材料很少研究 24 。实际上泵材料的选择对泵的使用寿命影响极大 ,不可 忽视。材料选择时应针对泵所处的内外环境以及各主要零件的不同要求与用途,再根据材 料的性能来进行选择与使用 25。例如 ,化工用的耐腐蚀泵 ,由于介质和耐腐蚀材料都很多 应根据介质的性质来选择耐腐蚀材料。与介质接触的零件如泵体、泵盖、叶轮、密封环 等采用相同种材料

22、,而与介质不接触的零件如泵轴就采用普通的 45号碳钢 26。选择材料 时还要综合考虑经济性、安全性、易加工性和抗汽蚀性等,例如马氏体组织的低碳 13Gr4Ni 钢及马氏体、奥氏体 13Gr6Ni,不仅材料性能和焊接性能好 ,而且具有优良的抗汽 蚀性能 27。 3.3展望 根据以上的讨论 ,可以预计低比转速离心泵的研究主要有以下发展趋势理论研究的 重点仍然是泵内部的全三维流动计算、 内流测试、 多相流和汽蚀等。 并在此基础上 ,提高 性能预测和计算机仿真技术 28。以后的水力设计方法是多目标、 多约束的优化设计法 29 。 不仅考虑水力设计 ,还兼顾到可靠性、 节能、制造技术、价值工程、产品的模

23、块化和个性 化相结合等。结构方面将采用更加可靠的密封技术和轴承 ,重点发展无密封泵技术 ,包括 屏蔽泵和磁力驱动泵 30。新材料的研究也是今后泵行业发展的重点。 4 参考文献 1 陈乃祥，吴玉林 .离心泵M. 北京：机械工业出版社， 2003. 2 关醒凡.泵的理论与设计 M. 北京：机械工业出版社， 1987. 3 杨诗成.离心泵结构与部件 M. 北京：水利电力出版社， 1990 4 李文广.特低比速离心泵叶轮内部流动分析 J.水泵技术， 2005，（1）：16. 5 赵斌娟，王泽 .离心泵叶轮内流数值模拟的现状和展望 J. 农业化研究， 2002，（3）： 4952. 6 陈洪海，袁寿其

24、.低比速离心泵优化设计方法 J. 流体机械， 2001，29（8）： 1922. 7 徐伟幸，袁寿其 .低比速离心泵叶轮优化设计进展 J.流体机械， 2006，34（2）：39 42. 8 谈明高，袁寿其，刘厚林 .离心泵性能预测的研究现状及其展望 J. 水泵技术， 2005， （3）：2325. 9 丁伟成 .离心泵与轴流泵：原理及水力设计 M. 北京：机械工业出版社， 1981 10 张人会，杨军虎.低比速叶轮多目标优化设计方法探讨 J.甘肃科学学报， 2002，14： 7983. 11 张剑慈，崔宝玲，李映，朱祖超，陈鹰 .低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计 系统 J.机械工程学报，

25、2006，42（7）：2124. 12 史佩琦，崔宝玲，陈洁达，黄达钢 . 低比转速离心泵内部流场数值模拟 J. 浙江理 工大学学报， 2012，29（4）：575 579. 13 张玉臻.低比转速离心泵设计方法 J.流体机械， 2006，22（4）：3540. 14 戴正元，李龙 .低比转速离心泵设计理论现状及发展 J.水泵技术， 2000，（ 3）：3 7. 15 朱绪广.低比转速离心泵设计探讨 J.排灌机械， 1993，（2）：910. 16 张佩芳，袁寿其，黄良勇 .低比转速离心泵研究现状与发展趋势 J.水泵技术， 2004， （1）：2024. 17 刘会海，王福军 .低比转速离心泵

26、主要几何参数的病态优化计算法 J.农业机械学报， 1987，（4）：4247. 18 相树义 .多级离心泵设计缺陷及对策 J.化工施工技术， 2000，22（3）：37. 19 林霞，陈波 .化工离心泵选型 J. 石油 /化工通用机械， 2010，（1）： 3438. 20 王凯，刘厚林，袁寿其，吴贤芳 . 离心泵多工况水力设计方法 J. 华中科技大学学 报，2012，40（5）：1519. 21 高章发，刘建生 .离心泵设计新思路 J.技术与应用， 2004，（ 10）： 7881. 22 张人会，郑凯，杨军虎，李仁年.离心泵叶轮参数化设计 J.排灌机械工程学报， 2012， 30（4）：4

27、18422. 23 迟秋立，张晓光，姜元锋，李东霖.低比转数离心泵设计 J.机械工程师， 2012，（8）： 178180. 24 李文广.特低比速离心泵叶轮内部流动分析 J.水泵技术， 2005，（1）：16. 25 宦月庆，邵春雷，黄星路，朱瑞松，戴玉林，顾伯勤.中比转数离心泵内部流场的 三维数值模拟 J.南京工业大学学报， 2010，32（2）：42 45. 26 ZHU Zuchao*,GUO Xiaomei, CUI Baoling, LI Yi. External Characteristics and Internal Flow Features of a Centrifugal

28、 Pump during Rapid Startup J. CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING ，2011，24（5）： 798804. 27 TAN Lei*, CAO ShuLiang ，GUI ShaoBo . Hydraulic design and pre-whirl regulation law of inlet guide vane for centrifugal pump J. SCIENCE CHINA Technological Sciences， 2010，53（8）：21422151. 28 TAN Lei, CAO Sh

29、uLiang, WANG YuMing ， ZHU BaoShan. Influence of axial distance on pre-whirl regulation by the inlet guide vanes for a centrifugal pump J. SCIENCE CHINA Technological Sciences ，2012，55（ 4）：10371044. 29 SHI Weidong, ZHOU Ling*, LU Weigang, PEI Bing, and LANG Tao. Numerical Prediction and Performance Experiment in a Deep-well Centrifugal Pump with Different Impeller Outlet Width J. CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING ， 2013，26（1）：4652. 30 ZHANG Yuliang, L