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8张CAD图纸+文档全套 JDSN150 M9 双吸泵 设计 CAD 图纸 文档 全套

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江苏大学本科生毕业论文（设计）开题报告学院： 专业： 学号： 年级： 学 生 姓 名 指 导 教 师 论文（设计）题目JDSN150-M9双吸泵设计与本课题有关的国内外研究情况：双吸泵作为离心泵的一种重要形式，因其具有扬程高、流量大等特点，在工程中得到广泛应用。这种泵型的叶轮实际上由两个背靠背的叶轮组合而成，从叶轮流出的水流汇入一个蜗壳中。双吸泵具有如下一些特点：它相当于两个相同直径的单吸叶轮同时工作，在同样的叶轮外径下流量可增大一倍；泵壳水平中开，检查和维修方便，同时，双吸泵进出口在同一方向上且垂直于泵轴，利于泵和进出水管的布置与安装；双吸泵的叶轮结构对称，没有轴向力，运行较平稳。我国早期的双吸泵是在前苏联的基础上发展而来的，虽然性能比较稳定，效率基本达标，但是系列化水平不高，性能范围窄。经过多方面的努力，通过对传统双吸泵产品机型改良和改型，开发出了系列化的产品，同时关注到了效率、气蚀、压力脉动等多种运行性能和紧凑、便于维修和安装的结构型式。在双吸中开泵的叶轮流道解析设计方面，钟绍湘、班允吉等人提出了叶轮周面流线分点的一些解析方法，使得叶片包角变换法绘形有了理论依据。同时，汪建华、李治滨等人分别在叶轮轴面流道面积计算和轴面流道中线的计算方面做了许多工作,这些都是用现代设计方法设计和绘制叶轮叶片必不可少的工作。钟绍湘教授还在离心泵叶轮分流面的研究中，通过对流场的测试，发现轴面速度的流量值沿过流断面的大致呈抛物线规律分布，以此为基础进行轴面流道的划分，但其他工作还是沿用传统的一元方法。自吴仲华教授提出两类流面通用理论之后，很多学者对此进行了研究和计算，离心泵叶轮内部的数值预测有了阶段性飞跃。鉴于全三维粘性湍流数值模拟的准确性和一致性，能准确模拟流道内部流场分布，预测泵的性能参数和进行优化设计。现阶段，随CFD商业化软件的开发和完善。整个中开双吸泵的设计周期大大缩短。吸入室是单级中开离心双吸泵的引水部件。它对单级中开离心双吸泵的能量性能起着重要的作用。吸入室设计的好坏，直接影响着单级中开离心双吸泵的叶轮的进口流场，从而直接影响叶轮的性能。虽然吸入室本身引起的能量损失不大整机的百分之一，但是良好的设计与精确的加工能大大提高整机的效率。半螺旋型吸入室结构复杂，目前没有特别的软件进行造型和网格划分。只能通过三维造型的通用软件UG进行造型。而且现阶段，还没有研究人员对吸入室进行结构化网格划分。叶轮的设计与开发可以通过ANSYS WORKBENCH里面集成B1adeGen来辅助参数化设计。极大的缩短了叶轮的优化设计周期，同时通过这款软件能更好的绘制出理想的叶轮。叶轮是单级双吸中开离心泵的核心部件。叶轮设计的好坏直接制约着整体的性能。叶轮可以通过ANSYS ICEM进行绘制。蜗壳是单级双吸中开离心泵的出水部件。蜗壳的造型和网格划分都是蜗壳优化设计过程中的难点。目前对于中开双吸泵的蜗壳的隔舌的造型以及蜗壳的网格划分的研究相对较少，也没有蜗壳通用的网格划分软件。蜗壳设计的好坏对整体蜗壳性能的影响很大。因此，对蜗壳的优化设计也是单级中开双吸泵优化设计的一个重要思路。本课题研究的主要内容及方法：（1）研究的主要内容本型泵的主要零件有：泵体、泵盖、叶轮、轴、双吸密封环、轴套、轴承等。除轴的材料为优质碳素钢外，其余多为铸铁制成，根据用户需要，也可变换零件材质。该系列泵为卧式结构，泵壳水平中开而分为泵体、泵盖，泵的吸入口与吐出口均在水泵轴心线下方泵体上，与轴线垂直呈水平方向，检修时勿需拆卸进水、排出管路及电动机（或其他原动机），只须揭开泵盖，即可方便地进行检修、更换零件。泵轴由两个单列向心球轴承支承，轴承装在泵体两端的轴承体内，用油脂润滑。与国内同类泵相比，轴径、轴承加大，轴、轴承更为可靠，运行更为平稳,寿命长。由于50轴承以上转子尾端轴承配有轴承衬套，拆装轴上零件十分方便。泵轴被轴套、衬套等件完全包裹密封，接合位嵌以O形密封圈，泵轴与液体被完全隔离，避免了轴的锈蚀及腐蚀，同时易于装拆轴上零件。设计要求：流量160m3/h；扬程51m；转速2960r/min结构方案：下图是双吸泵的结构（2）研究的方法双吸中开泵的设计遵循一般离心泵的设计方法，目前仍主要采用一元方法设计，三元方法性能校正。在设计方面，假定流道内部速度均匀分布，以半理论半经验方法进行设计。双吸中开泵的一个重要难点是叶片的绘行。在低比转速离心泵的叶轮设计优化和绘行方面，严敬做出了极大的贡献。提出了一系列优化设计的数学模型和叶轮叶片绘行的方案思路。叶轮的设计与开发可以通过ANSYS WORKBENCH里面集成B1adeGen来辅助参数化设计。极大的缩短了叶轮的优化设计周期，同时通过这款软件能更好的绘制出理想的叶轮。叶轮是单级双吸中开离心泵的核心部件。叶轮设计的好坏直接制约着整体的性能。叶轮可以通过ANSYS ICEM进行绘制。蜗壳是单级双吸中开离心泵的出水部件。蜗壳的造型和网格划分都是蜗壳优化设计过程中的难点。目前对于中开双吸泵的蜗壳的隔舌的造型以及蜗壳的网格划分的研究相对较少，也没有蜗壳通用的网格划分软件。蜗壳设计的好坏对整体蜗壳性能的影响很大。因此，对蜗壳的优化设计也是单级中开双吸泵优化设计的一个重要思路。通过AutoCAD绘图软件绘制JDSN150-M9双吸泵装配图和主要零件图。本课题所需要解决的问题：1.待解决的问题(1) 性能范围不广，尤其缺少百米以上扬程的产品；(2) 结构陈旧，如轴封只考虑填料密封等；(3) 叶片造型复杂；(4) 效率低、气蚀、压力脉动等存在；(5) 要求适应多种运行性能和紧凑、便于维修和安装的结构型式。预期结果及其意义：（1）研究结果通过对JDSN150-M9双吸泵的设计，对大学所学机械设计、机械原理、流体力学、互换性与测量技术、机械制图等进行了巩固，对大学所学知识进行了总结与升华，同时也掌握了通常机械产品的设计规程及方法。（2）研究意义通过本次毕业设计锻炼了查阅资料、设计计算、机械制图等能力，也培养了机械产品的整体设计能力、组织协调能力、沟通能力等。JDSN系列单级双吸、卧式中开离心泵是在消化、吸收国外同类产品先进技术基础上研制的第四代中开式双吸泵新产品。同时泵是应用非常广泛的通用机械，同时又是耗能“大户”，凡有液体流动之处，几乎都有泵在工作。此外，尚存在着应当用泵而没有用泵的地方，因此，新领域用泵也不断出现。“十一五”期间，大量核电、火电、三大化工、南水北调、西气东输、煤化工和海水淡化等项目的实施，需要大量高技术含量的高性能泵。而双吸泵结构简单，不动进出水管路，打开上泵盖可吊出转子，因而检修十分方便;轴向力自行平衡，轴承的可靠性高。因为不存在平衡装置泄漏，两侧叶轮共用一个压水室，只有两个盖板表面，所以双吸泵的效率比相同比转速的单吸泵效率高。由于双吸泵有这些优点，所以在水厂、电厂、钢厂、市政和建筑等部门获得非常广泛的应用。泵在国民经济各个行业中得到广泛应用，在石油化工、天然气、原油成品油管道输送系统中，在精细化工、制药和食品生产系统中，在水电、火电和核电的电力生产系统中，在城市管网和企业的给排水和消防系统中，在炼钢、矿山、煤炭开采生产系统中，在船舶、车辆、飞机、火箭以及各种运动机械的系统中，在农田的排灌系统中都大量使用各种类型的泵。完成课题的各阶段工作具体安排起止日期本阶段的工作安排2015.3.13.15收集并阅读双吸泵相关资料并完成开题报告3.163.31调查国内外研究现况及双吸泵结构原理，提出设计方案4.14.15对各主要零件进行设计计算并校核4.164.20撰写论文4.214.30绘制JDSN150-M9双吸泵设计装配图及主要零件图5.16.15整理论文、图纸准备毕业设计答辩指导教师意见： 签名： 年 月 日系审批意见： 签名： 年 月 日摘 要双吸泵作为离心泵的一种重要形式，因其具有扬程高、流量大等特点，在工程中得到广泛应用。这种泵型的叶轮实际上由两个背靠背的叶轮组合而成，从叶轮流出的水流汇入一个蜗壳中。本型泵的主要零件有：泵体、泵盖、叶轮、轴、双吸密封环、轴套、轴承等。本文首先调查了双吸泵的研究下现况并分析了JDSN150-M9双吸泵的结构特点，通过对这些的分析提出设计方案；接着，对该双吸泵的总体参数进行了计算，及对主要零部件及结构进行了设计；然后，校核了各主要零部件的强度；最后通过AutoCAD绘图软件绘制了JDSN150-M9双吸泵的装配图及主要零件图。通过此次毕业设计熟悉了双吸泵的设计过程，综合考察大学四年所学的专业课，如工程材料、机械制图、机械加工工艺、叶片泵原理及设计等。关键词：双吸泵；叶片；轴；设计校核AbstractDouble suction pump as an important form of centrifugal pumps, because of its head high, flow characteristics, are widely used in engineering. This pump impeller is actually a combination of two back to back impellers made of imported water outflow from the impeller in a volute. The main part of this type of pump: pump, pump cover, impeller, shaft, double suction seal rings, bushings, bearings.This paper investigated the double suction pump under study and analysis of the current situation JDSN150-M9 double suction pump structural characteristics, the analysis of these proposed designs; then, the double suction pump of population parameters were calculated, and for the main components and structure design; then, checking the strength of the main components; finally drawn JDSN150-M9 double suction pump assembly drawing and the main part drawing by AutoCAD drawing software.The graduation project by familiar double suction pump design process, a comprehensive study of the university is four courses, such as engineering materials, mechanical drawing, mechanical processing, vane pumps and other design principles.Keywords: Double suction pump; Blade; Axis; Design verification目 录摘 要IAbstractI第一章 绪论11.1概况11.1.1主要用途11.1.2泵型号意义11.1.3使用条件11.1.4结构说明21.2国内外研究现况2第二章 双吸泵的总体设计42.1设计要求与分析42.2泵汽蚀余量的计算42.3基本参数的确定52.3.1确定泵的进口直径52.3.2确定泵的出口直径62.3.3泵转速的确定62.3.4估算泵的效率72.3.5电动机的选择8第三章 主要零件及结构的设计93.1轴的设计93.1.1轴按外伸梁设计93.1.2轴按悬臂梁设计133.2叶轮结构设计及主要尺寸计算173.2.1结构设计（选料）173.2.2叶轮结构型式的确定173.2.3叶轮轮毂直径的计算183.2.4叶轮进口直径的计算183.2.5叶轮外径的计算193.2.6叶轮出口宽度的计算193.2.7叶片数的计算和选择193.2.8精算叶轮外径（第一次）203.2.9精算叶轮外径（第二次）213.2.10叶轮出口速度223.2.11叶轮进口速度223.3轴封设计计算243.3.1密封端面间液体压力分布规律243.3.2载荷系数和平衡系数25第四章 压出室和吸入室的水力设计264.1压出室的水力设计264.1.1涡形体的各断面面积264.1.2舌角的计算274.1.3涡室进口宽度274.1.4基圆直径284.2吸入室的水力设计284.2.1吸入室的作用284.2.2吸入室的分类28第五章 零件的强度计算295.1泵体强度计算295.1.1壳体壁厚295.1.2强度校核295.2泵体法兰强度计算315.3键的强度校核325.3.1叶轮与轴相连处的键325.3.2电动机轴与叶轮轴相连处的键325.4叶轮强度计算335.4.1盖板强度计算335.4.2叶片厚度计算345.4.3轮毂强度计算355.5泵体连接螺栓的强度计算355.5.1计算密封力365.5.2计算螺栓欲紧力和总作用力365.5.3强度校核365.6泵出口法兰的强度校核385.7连接螺栓和连接法兰的强度校核395.7.1连接螺栓的强度校核395.7.2连接法兰的强度计算39总 结41参考文献42致 谢4344第一章 绪论1.1概况泵是应用非常广泛的通用机械，同时又是耗能“大户”，凡有液体流动之处，几乎都有泵在工作。此外，尚存在着应当用泵而没有用泵的地方，因此，新领域用泵也不断出现。“十一五”期间，大量核电、火电、三大化工、南水北调、西气东输、煤化工和海水淡化等项目的实施，需要大量高技术含量的高性能泵。而双吸泵结构简单，不动进出水管路，打开上泵盖可吊出转子，因而检修十分方便;轴向力自行平衡，轴承的可靠性高。因为不存在平衡装置泄漏，两侧叶轮共用一个压水室，只有两个盖板表面，所以双吸泵的效率比相同比转速的单吸泵效率高。由于双吸泵有这些优点，所以在水厂、电厂、钢厂、市政和建筑等部门获得非常广泛的应用。JDSN系列单级双吸、卧式中开离心泵是在消化、吸收国外同类产品先进技术基础上研制的第四代中开式双吸泵新产品。1.1.1主要用途供输送清水及物理化学性质类似于水的液体，液体最高温度一般不得超过100。广泛适用于城市给排水、城镇供水；钢铁冶金企业、石化炼油厂、造纸厂、油田、热电厂、机场建设、化纤厂、纺织厂、糖厂、化工厂、电站的给排水；工厂、矿山的消防系统给水、空调系统供水；集中供热系统给水；农田排涝灌溉及各种水利工程1.1.2泵型号意义例如 JD S N 250 M 4 - 503 - F 反时针旋转(顺时针无标注)规格代码名义比转数的1/10M:标准叶轮，N:改型叶轮泵进口直径为250mm新一代中开式双吸式离心泵单位简称：江苏大学1.1.3使用条件转速： 990，1480和2960 r/min电压： 380V，6kV或10kV进出口径： 150600 mm流量范围: 683975 m3/h扬程范围: 6200 m温度范围： 液体最高温度800 C，特殊配置可达1150 C，环境温度一般400 C允许进口压力：一般不超过0.6 MPa ，特殊配置可达1.01.6MPa允许输送介质：清水或物理化学性质类似于清水的其他液体密封水管部件：进口压力0.03 MPa时不安装结构设计： 单级双吸水平中开蜗壳离心泵，卧式安装，驱动机（电动机或内燃机）可根据需要设置在泵的左侧或右侧（即面向出口，驱动机在左侧为逆时针旋转，在右侧为顺时针旋转）。1.1.4结构说明该系列泵为卧式结构，泵壳水平中开而分为泵体、泵盖，泵的吸入口与吐出口均在水泵轴心线下方泵体上，与轴线垂直呈水平方向，检修时勿需拆卸进水、排出管路及电动机（或其他原动机），只须揭开泵盖，即可方便地进行检修、更换零件。从联轴器向泵的方向看去，水泵为顺时针方向旋转。根据需要也可提供逆时针旋转的泵，但订货时应明确提出。由于转子尾端轴承采用止动垫圈加圆螺母固定，避免停机反转造成轴上螺母松动，现场改变旋向时勿需变换任何零件，只须拆下叶轮，即可按需重装。泵体与泵盖构成叶轮的工作室，中高扬程泵的压水室为双蜗室，泵的径向力得到基本平衡，双吸密封环用以减少水泵压水室的水从叶轮处漏回吸水室，在进、出水法兰上制有安装真空表和压力表的管螺纹孔，进出水法兰的下部制有放水的管螺纹。叶轮经过静平衡校验，双吸叶轮的轴向力利用其叶片的对称布置达到平衡。本型泵的主要零件有：泵体、泵盖、叶轮、轴、双吸密封环、轴套、轴承等。除轴的材料为优质碳素钢外，其余多为铸铁制成，根据用户需要，也可变换零件材质。1.2国内外研究现况我国早期的双吸泵是在前苏联的基础上发展而来的，虽然性能比较稳定，效率基本达标，但是系列化水平不高，性能范围窄。经过多方面的努力，通过对传统双吸泵产品机型改良和改型，开发出了系列化的产品，同时关注到了效率、气蚀、压力脉动等多种运行性能和紧凑、便于维修和安装的结构型式。双吸中开泵的设计遵循一般离心泵的设计方法，目前仍主要采用一元方法设计，三元方法性能校正。在设计方面，假定流道内部速度均匀分布，以半理论半经验方法进行设计。双吸中开泵的一个重要难点是叶片的绘行。在低比转速离心泵的叶轮设计优化和绘行方面，严敬做出了极大的贡献。提出了一系列优化设计的数学模型和叶轮叶片绘行的方案思路。在双吸中开泵的叶轮流道解析设计方面，钟绍湘、班允吉等人提出了叶轮周面流线分点的一些解析方法，使得叶片包角变换法绘形有了理论依据。同时，汪建华、李治滨等人分别在叶轮轴面流道面积计算和轴面流道中线的计算方面做了许多工作，这些都是用现代设计方法设计和绘制叶轮叶片必不可少的工作。钟绍湘教授还在离心泵叶轮分流面的研究中，通过对流场的测试，发现轴面速度的流量值沿过流断面的大致呈抛物线规律分布，以此为基础进行轴面流道的划分，但其他工作还是沿用传统的一元方法。自吴仲华教授提出两类流面通用理论之后，很多学者对此进行了研究和计算，离心泵叶轮内部的数值预测有了阶段性飞跃。鉴于全三维粘性湍流数值模拟的准确性和一致性，能准确模拟流道内部流场分布，预测泵的性能参数和进行优化设计。现阶段，随CFD商业化软件的开发和完善。整个中开双吸泵的设计周期大大缩短。吸入室是单级中开离心双吸泵的引水部件。它对单级中开离心双吸泵的能量性能起着重要的作用。吸入室设计的好坏，直接影响着单级中开离心双吸泵的叶轮的进口流场，从而直接影响叶轮的性能。虽然吸入室本身引起的能量损失不大整机的百分之一，但是良好的设计与精确的加工能大大提高整机的效率。半螺旋型吸入室结构复杂，目前没有特别的软件进行造型和网格划分。只能通过三维造型的通用软件UG进行造型。而且现阶段，还没有研究人员对吸入室进行结构化网格划分。叶轮的设计与开发可以通过ANSYS WORKBENCH里面集成B1adeGen来辅助参数化设计。极大的缩短了叶轮的优化设计周期，同时通过这款软件能更好的绘制出理想的叶轮。叶轮是单级双吸中开离心泵的核心部件。叶轮设计的好坏直接制约着整体的性能。叶轮可以通过ANSYS ICEM进行绘制。蜗壳是单级双吸中开离心泵的出水部件。蜗壳的造型和网格划分都是蜗壳优化设计过程中的难点。目前对于中开双吸泵的蜗壳的隔舌的造型以及蜗壳的网格划分的研究相对较少，也没有蜗壳通用的网格划分软件。蜗壳设计的好坏对整体蜗壳性能的影响很大。因此，对蜗壳的优化设计也是单级中开双吸泵优化设计的一个重要思路。第二章 双吸泵的总体设计2.1设计要求与分析要求：设计JDSN150-M9双吸泵，流量160m3/h；扬程51m；转速2960r/min。JD S N 150 M 9 名义比转数的1/10，即90M：标准叶轮，N：改型叶轮泵进口直径为150mm新一代中开式双吸式离心泵单位简称：江苏大学通过以上设计参数及型号要求可知JDSN150-M9双吸泵的技术参数如下：流量： 160m3/h扬程： 51m转速： 2960r/min泵进口直径：150mm叶轮： 标准叶轮名义比转数： 902.2泵汽蚀余量的计算汽蚀余量对于泵的设计、试验和使用都是十分重要的汽蚀基本参数。设计泵时根据对汽蚀性能的要求设计泵，如果用户给定了具体的使用条件，则设计泵的汽蚀余量必须小于按使用条件确定的装置汽蚀余量。欲提高泵的汽蚀性能，应尽量减小。泵试验时，通过汽蚀试验验证，这是确定唯一可靠的方法。它一方面可以验证泵是否达到设计的值。另一方面，考虑一个安全余量，得到许用汽蚀余量，作为用户确定几何安装高度的依据.可见，正确地理解和确定汽蚀余量是十分重要的。为了深入理解汽蚀的概念，应区分以下几种汽蚀余量：（1）装置汽蚀余量又叫有效的汽蚀余量。是由吸入装置提供的，越大泵越不容易发生汽蚀。（2）泵汽蚀余量又叫必需的汽蚀余量，是规定泵要达到的汽蚀性能参数， 越小，泵的抗汽蚀性能越好。（3）试验汽蚀余量，是汽蚀试验时算出的值， 试验汽蚀余量有任意多个，但对应泵性能下降一定值的试验汽蚀余量只有一个，称为临界汽蚀余量，用表示。（4）许用汽蚀余量，这是确定泵使用条件(如安装高度)用的汽蚀余量，它应大于临界汽蚀余量，以保证泵运行时不发生汽蚀，通常取=或=+k， k是安全值。这些汽蚀余量有如下关系:泵汽蚀余量的计算: 式中: 托马汽蚀系数； 泵最高效率点下的泵单级扬程； 最高效率点下的泵汽蚀余量。根据【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。】 查图4-7取=0.035所以2.3基本参数的确定2.3.1确定泵的进口直径泵进口直径也叫泵吸入口径，是指泵吸入法兰处管的内径.吸入口径由合理的进口流速确定。泵的进口流速一般为3m/s左右，从制造经济行考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵体积，提高过流能力。从提高抗汽蚀性能考虑，应取较大的进口直径，以减小流速。常用的泵吸入口径，流量和流速的关系如图所示。对抗汽蚀性能要求高的泵，在吸入口径小于250mm时，可取吸入口径流速，在吸入口径大于250mm时，可取。选定吸入流速后，按下式确定，在该设计中，JDSN150-M9为清水双吸离心泵。吸入口径（mm）40506580100150200250单级泵流速（m/s）1.3751.772.12.763.532.832.652.83流量（m3/h）6.2512.52550100180300500注：此表取自【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。】取吸入口流速，代入公式得：，取泵的吸入口径为150mm。2.3.2确定泵的出口直径泵出口直径也叫泵排出口径，是指泵排出法兰处管的的内径。对于低扬程泵，排出口径可与吸入口径相同；对于高扬程泵，为减小泵的体积和排出管路直径，可取排出口径小于吸入口径，一般取式中：泵的排出口径 泵的吸入口径根据该泵的特性，由于该泵的流量大，考虑排水管路的经济性取2.3.3泵转速的确定 确定泵转速应考虑以下因素：（1）泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此应选择尽量高的转速；（2）转速和比转数有关，而比转数和效率有关，所以转速应该和比转数结合起来确定；（3）确定转速应考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机等）和传动装置（皮带传动、齿轮传动、液力偶合器传动等）；（4）转速增高，过流部件的磨损加快，机组的振动、噪声变大；（5）提高泵的转速受到汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式式中： 泵的转速（r/min） 泵流量（m3/s）双吸泵取可知：转速和汽蚀基本参数及有确定的关系，如得不到满足，将发生汽蚀。对既定得泵汽蚀比转数值为定值，转速增加，流量增加，则增加，当该值大于装置汽蚀余量时，泵将发生汽蚀。选 ，则 根据汽蚀要求，泵的转速应小于，而实际转速为2.3.4估算泵的效率（1）水力效率 水力效率按下式计算式中：泵流量（m3/s）双吸泵取 泵的转速（r/min）（2）容积效率 容积效率可按下式计算该容积效率为只考虑叶轮前密封环的泄漏的值，对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况，容积效率还要相应降低。则 （3）机械效率泵的总效率 泵的理论扬程 泵的理论流量 2.3.5电动机的选择泵的轴功率原动机功率式中: 余量系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表7-10取=1.1(原动机为电动机)传动效率 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表7-11取(直联)所以选择37Kw的电动机可满足要求，查【机械零件手册吴宗泽主编】选择电动机的型号为Y200L-2。第三章 主要零件及结构的设计3.1轴的设计本次设计的JDSN150-M9双吸离心泵将轴设计为空心轴和电机轴相联，泵无需底座，所以直接用电动机支起泵来工作的，当电机轴和空心轴联成一体时，可看作是刚性连接，这时按一根轴来计算，但在其受力分析时，我们找不到电机的原始材料，为了保证这根轴符合要求，我们最后按外伸梁和悬臂梁两种方法分析计算，只有这样才能保证计算的准确度。3.1.1轴按外伸梁设计（1）扭矩的计算式中: 扭矩()计算功率 取（2）根据扭矩计算泵轴直径的初步计算式中: 材料的许用切应力() 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表7-12取值的大小决定轴的粗细，轴细可以节省材料，提高叶轮水力和汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度，提高运行可靠性.故泵轴的最小轴径取，泵轴的最大尺寸取（3）画出轴的结构草图 如图所示(由已知图纸改进)叶轮的左边用螺母锁紧，右边用轴套定位，轴套内径取45mm，外径取60mm，轴经过处圆角统一取R=2mm(特殊要求除外).（4）轴的强度计算（a）叶轮所受径向力的计算()式中: 泵扬程 叶轮外径 包括盖板的叶轮出口宽度() 试验系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 图17-30取则 （b）叶轮所受径向不平衡离心力的计算(N)式中: 最大半径处的残余不平衡质量(g)取叶轮的最大半径() 则（c）水平总的受力: 垂直总的受力: （d）计算水平面支承反力（e）计算垂直面支承反力（f）计算水平面C和D处的弯矩(考虑到C和D处可能是危险截面)（g）计算垂直面C处和D处的弯矩（h）计算合成弯矩C点合成弯矩： D点合成弯矩：（i）计算C和D处当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表2-7 由插入法得 （j）校核轴的强度根据弯矩大小及轴的直径选定C和D两截面进行强度校核，由【机械设计吴宗泽主编】表2-5，当45钢，按表2-7用插值法得C截面当量弯曲应力：（因C截面有键槽，考虑对轴强度削弱影响，故d乘以0.95）D截面当量弯曲应力：因此：C和D两截面均安全（k）校核轴径在叶轮中心截面处：在电动机第一轴承处：在电动机中间截面处： 轴的截面形状是影响轴刚度的重要因素，当将实心轴改为外径为原直径的2倍的空心轴，并使空心轴的质量为原实心轴质量的2倍时，轴的强度提高到实心轴强度的6.5倍，刚度提高到实心轴刚度的13倍，所以该空心轴符合要求。3.1.2轴按悬臂梁设计(1)扭矩的计算式中: 扭矩()计算功率 取(2)根据扭矩计算泵轴直径的初步计算式中: 材料的许用切应力() 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表7-12取值的大小决定轴的粗细，轴细可以节省材料，提高叶轮水力和汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度，提高运行可靠性.故泵轴的最小轴径取，泵轴的最大尺寸取(3)画出轴的结构草图 如图所示(由已知图纸改进)叶轮的左边用螺母锁紧，右边用轴套定位，轴套内径取45mm，外径取60mm，轴经过处圆角统一取R=2mm(特殊要求除外).(4)轴的强度计算（a）叶轮所受径向力的计算()式中: 泵扬程 叶轮外径 包括盖板的叶轮出口宽度() 试验系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 图17-30取则 （b）叶轮所受径向不平衡离心力的计算(N)式中: 最大半径处的残余不平衡质量(g)取叶轮的最大半径() 则（c）水平总的受力: 垂直总的受力: （d）计算水平面支承反力： 计算垂直面支承反力：（e）计算水平面弯矩： 计算垂直面弯矩： （f）计算合成弯矩： （g）计算当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表2-7 由插入法得 叶轮中线截面处：电动机第一轴承处：（h）校核轴径叶轮中线截面处：电动机第一轴承处： 轴的截面形状是影响轴刚度的重要因素，当将实心轴改为外径为原直径的2倍的空心轴，并使空心轴的质量为原实心轴质量的2倍时，轴的强度提高到实心轴强度的6.5倍，刚度提高到实心轴刚度的13倍，所以该空心轴符合要求。3.2叶轮结构设计及主要尺寸计算3.2.1结构设计（选料）叶轮是离心泵传递能量的主要部件，通过它把电能转换为液体的压力能和动能，因此，要求叶轮具有足够的机械强度和完好的叶片形状，在材料上，除了考虑介质腐蚀，磨损外，由于它是旋转部件，故还应考虑离心力作用下的强度。通常，用于叶轮的材料有铸铁，青铜铸件，不锈钢，铬钢等。当叶轮圆周速度超过30m/s，考虑铸铁强度不能承受这样大的离心力的作用，则需改用青铜作材料，由于本设计泵属于中小型泵，其圆周速度远小于30m/s，在考虑到材料来源的难易，铸造上的方便与否，同时考虑到泵的效率和抗汽蚀性能的要求，故选灰口铸铁，虽然它的强度不高，但它的生产工艺简单，价格低廉，易于熔化，浇铸性能好，冷凝的收缩性小，而且，其切削性能好，便于加工，减振性好，可以减轻由于水力冲击造成的振动，而HT200又是在灰口铸铁中这些性能更为突出的，所以，本设计中叶轮的材料选用HT200作为原材料，热处理采用退火，许用应力为&25-35MPa3.2.2叶轮结构型式的确定本设计选用闭式叶轮。闭式叶轮由前盖板，后盖板，叶片和轮毂组成，闭式叶轮多用于清水泵。叶轮主要尺寸的确定有三种方法：相似换算法、速度系数法、叶轮外径或叶片出口角的理论计算。叶轮采用速度系数法设计，速度系数法是建立在一系列相似泵基础上的设计，利用统计系数计算过流部件的个部分尺寸。3.2.3叶轮轮毂直径的计算叶轮轮毂直径必须保证轴孔在开键槽之后有一定的厚度，使轮毂具有足够的强度，通常，在满足轮毂结构强度的条件下，尽量减小，则有利于改善流动条件。取轴直径根据叶轮轮毂直径应取1.21.4倍的轴直径，根据设计要求，取叶轮所在的轴的直径为45，所以。取3.2.4叶轮进口直径的计算因为有的叶轮有轮毂（穿轴叶轮），有的叶轮没有轮毂（悬臂式叶轮），为从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引入叶轮进口当量直径的概念。以为直径的圆面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积，即。按下式确定 式中：泵流量（m3/s）对双吸泵取；泵转速（）系数，根据统计资料选取主要考虑效率 兼顾效率和汽蚀 主要考虑汽蚀 取3.2.5叶轮外径的计算 取3.2.6叶轮出口宽度的计算因为两个叶轮设计在一起，所以叶轮出口宽度3.2.7叶片数的计算和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，一方面考虑尽量减小叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。叶轮叶片数：对于低比转数离心泵叶轮，则式中： 叶轮进口直径叶片进口直径叶轮外径叶片进口角 取叶片出口角 取低比转数叶轮取大值通常采用叶片数，取该叶轮叶片数为63.2.8精算叶轮外径（第一次）1.理论扬程2.修正系数3.有限叶片数修正系数根据经验有限叶片数修正系数，此处取4.无穷叶片数理论扬程5.叶片出口排挤系数6.出口轴面速度7.出口圆周速度8.出口直径与假定不符，进行第二次计算，取3.2.9精算叶轮外径（第二次）1.叶片出口排挤系数2.出口轴面速度3.出口圆周速度 4.叶轮外径与假定值接近，不再进行计算。3.2.10叶轮出口速度（1）出口轴面速度（由上述计算得）（2） 出口圆周速度（3）出口圆周分速度（4）无穷叶片数出口圆周分速度3.2.11叶轮进口速度（1）叶轮进口圆周速度进口分点半径为式中: 所分的流道数 从轴线侧算起欲求的流线序号如图所示，中间的流线序号为，所分的流道则:（2）叶片进口轴面液流过水断面面积（3）C流线处叶片进口角(假定) （4）校核由轴面投影图假设，与假设相近。3.3轴封设计计算正确地设计过流部件和选用材料是保证离心泵性能和寿命的重要条件。在泵的所有零部件中，在运转中最容易发生问题的是轴封部件，轴承润滑部件，和冷却部件，旋转的泵轴和固定的泵体间的密封简称轴封。必须合理选用轴封结构才能保证离心泵安全运行。离心泵中常用的轴封结构有：有骨架的橡胶密封，填料密封，机械密封和浮动环密封。该泵的轴采用机械密封，密封选用152a型机械密封，此机械密封件为外装、外流、单端面、多弹簧结构，其弹簧被一特制聚四氟乙烯套所保护，动环靠由剖分式压紧环加紧的聚四氟乙烯波纹管传动，安装方便。3.3.1密封端面间液体压力分布规律密封介质在液体的情况，端面摩擦副的最佳工作状态是半液体摩擦，液体处于全部接触面积中，并认为摩擦副间隙内液体流动的阻力沿径向不变。这样间隙内的压力按线性变化，压力分布为直角三角形。实际上间隙内部液体质点由于绕轴旋转作用有惯性力，当该力方向与液体流动方向相反时（内流式），其压力分布呈内凹形式；当惯性力方向与液体流动方向一致时（外流式），其压力分布呈外凸形式。液体的粘度对压力分布也有影响，低粘度液体（液态丙烷、丁烷、氨）压力分布是外凸的，高粘度液体（重润滑油）压力分布是内凹的。泄漏量对压力分布也有影响，泄漏量极少时压力分布呈凹形，较大时呈凸形。3.3.2载荷系数和平衡系数（1）载荷系数（2）平衡系数平衡系数表示介质产生的比压，在接触端面上的减荷程度，通过改变可使端面比压控制在合适的范围内，以扩大密封使用的压力范围。第四章 压出室和吸入室的水力设计4.1压出室的水力设计压出室的作用在于：（1）将叶片中流出的液体收集起来并送往下一级叶轮或管路系统。（2）降低液体的流速，实现动能到压能的转化，并可减小液体流往下一级叶轮或管路系统的损失。（3）消除液体流出叶轮后的旋转运动，以避免由于这种旋转运动带来的水力损失。本设计采用的压出室是蜗形体，即螺旋形涡室。4.1.1涡形体的各断面面积涡室断面面积对泵的性能影响很小，对同一叶轮，如果涡室断面面积过小，则流量-杨程曲线变陡，最高效率点向小流量方向移动，效率降低，如果涡室断面过大，则流量-杨程曲线比较平坦，最高效率点向大流量方向移动，效率也降低，但在数值上要比涡室面积过小时降低值要少。涡室断面面积的大小，由所选取的涡室流速决定，涡室各断面面积内的平均速度相等且为：式中：速度系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 图8-10当时，泵的扬程代入上式根据取涡室隔舌安放角，共分8个断面，通过最大断面8的流量为：8断面的面积为：其余各断面面积按下式计算：式中：断面包角各断面面积计算见下表断面12345678包角1560105150195240285330面积14273105136167199234.1.2舌角的计算舌角是在涡室第8断面的0点（即涡室螺旋线的起始点）处，螺旋线的切线与基园切线间的夹角。式中：理论扬程叶轮出口圆周速度舌角4.1.3涡室进口宽度可以用叶轮出口宽度加叶轮前后盖板厚度，再按结构需要加必要的间隙即可，涡室入口宽度对泵性能没有明显的影响，但取的微宽些可改善叶轮和涡室的对中性。一般取：式中：包括前后盖板的叶轮出口宽度叶轮外径实际绘型时4.1.4基圆直径 基圆直径不易太大，如果过大，叶轮与隔舌间隙就大，初增大泵的尺寸外，还将使泵的效率降低，但如果基园取得太小，在大流量工况时在泵舌处容易产生汽蚀，引起振动。取4.2吸入室的水力设计4.2.1吸入室的作用吸入室是指泵的吸入法兰到叶轮入口前泵体的过流部分，吸入室的作用是将吸入管中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。吸入室中的水力损失要比压出室的水力损失小的多，因此，与压出室相比，吸入室的重要性要小的多，尽管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影响着叶轮的效率和泵的汽蚀性能。4.2.2吸入室的分类吸入室有以下四类：直锥形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室、双吸泵螺旋形吸入室1.直锥形吸入室常用于单级悬臂式泵中，它能保证液流逐渐加速而均匀地进入叶轮。2.环形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口处设有许多导向径，以防止液体在其中打转而产生预旋，常用于杂质泵和多级泵。3.半螺旋形吸入室主要用于单级泵中和水平式开式泵等，能保证在叶轮进口得到均匀的速度场。本次设计泵采用双吸泵螺旋形吸入室。这种结构的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便，液体在双吸泵螺旋形吸入室内流动速度递增，使液体在叶轮进口能得到均匀的速度，液体在双吸泵螺旋形吸入室水力损失很小，汽蚀性能也比较好。第五章 零件的强度计算5.1泵体强度计算5.1.1壳体壁厚因涡壳几何形状复杂，且受力不均，故难以精确计算，下面可以用来估计壁厚式中: 泵扬程(m)泵流量() 许用应力(Pa) (铸铁)当量壁厚，按下式计算则5.1.2强度校核用鲁吉斯方法进行校核，本方法假定最大应力发生在尺寸最大的轴面上，角度为处 （1）轴面应力（2）圆周应力（3）径向应力 （符合条件）（4）轴向变形5.2泵体法兰强度计算泵体法兰中作用着三个力，如图所示 (1)由泵体内介质压力形成的力F，力F使法兰的结合分开，作用在距内壁处，其近似值认为等于式中：t把合螺栓间距（m）D泵体法兰内径P泵体内压力（2）结合密封力Q，力Q按直线分布，到aa截面终止。因此，aa截面是紧密配合的截面。力Q作用在离法兰外边缘处，最危险的断面是过螺栓中心孔的断面。弯曲应力是：法兰厚度为： 对铸铁5.3键的强度校核5.3.1叶轮与轴相连处的键叶轮键尺寸：轴径：扭矩：工作面的挤压应力：aa断面的剪切应力：则该键符合要求。5.3.2电动机轴与叶轮轴相连处的键键尺寸：轴径：扭矩：工作面的挤压应力：aa断面的剪切应力：则该键符合要求。5.4叶轮强度计算5.4.1盖板强度计算盖板中的应力主要由离心力造成的，半径越小的地方应力越大，叶轮简图如下：（1）叶轮外径：（2）材料密度：（3）叶轮简图： （4）叶轮出口圆周速度的值按下式计算：式中：出口圆周速度系数 根据比转数查叶片泵设计手册图5-3得（5）在和处的应力近似用下式计算:（6）按等强度设计盖板，盖板任意直径处的厚度按下式计算式中：材料密度（） 许用应力 对钢，对铸铁材料的屈服强度材料的抗拉强度该盖板符合要求5.4.2叶片厚度计算根据叶片工作面和背面的压力差，可近似得出下面计算叶片厚度的公式：式中：泵的扬程叶片数叶轮外径A系数，与比转数和材料有关，查【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。】表19-9取A=3.1根据实际情况和铸造工艺要求取为合适。5.4.3轮毂强度计算（1）热装叶轮轮毂和轴配合的选择对一般离心泵，叶轮和轴是间隙配合，但锅炉给水水泵等有时采用过盈配合，为了使轮毂和轴的配合不松动，运转时离心力产生的变形应小于轴与轮毂配合的最小公盈。离心力在轮毂中产生的应力亦可用下式计算，即轴与轮毂的配合：孔 轴最大间隙：最小间隙：式中：轮毂平均直径材料的弹性模量（2）轮毂强度计算轮毂中的应力为装配应力（有过盈时）和停泵后轮毂和轴心温差应力之和温差应力：安全系数：5.5泵体连接螺栓的强度计算5.5.1计算密封力为了保证接缝的密封性，螺栓里力除了抵消工作力之外，还有一部分保证接缝的紧密结合，这部分力称为密封力或残余欲紧力。此力和接缝垫片性质有