常温清水单级单吸卧式离心泵设计（含20张CAD图纸）
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常温
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开题报告学院： 专业： 学号： 年级： 学 生 姓 名 指 导 教 师 设计题目常温清水单级单吸卧式离心泵设计(ns=80.6)与本课题有关的国内外研究情况： 泵是量大面广的通用产品，其中的单级单吸离心泵（以下简称离心泵）属泵类中量大面广、品种繁多的产品，也是明显受世界金融危机影响较大的泵产品之一。 在改革开放之前，离心泵产品大多由沈阳水泵研究所组织联合设计，对老产品技术进行升级换代。单级泵在20世纪50年代是K型泵（参考前苏联的产品），20世纪60年代为BA型（B型）泵，20世纪70年代为IS型泵。IS型泵，当时尽量向国际标准靠拢，加之大力推广，现已占据我国单级泵主导位置，至今已30年。这期间，一方面泵本身技术在进步，另一方面国民经济各部门对泵不断提出更多更高的要求。现在看来，现有单级泵的性能与可靠性已难以满足国家的需要，尤其是泵的效率与现代的高效节能产品相比存在着很大的差距。 国内单级单吸离心泵性能参数范围窄。 IS（IH）泵29个品种。流量12.5400，扬程20400m。扬程20125m时的最大流量为200，流量400m3/h时的最大扬程为50m。国外单级泵的参数：XA泵最大流量为650，ISO泵最大流量为720，CZ泵最大流量为1700，ZA泵最大量为2390。有的单级泵扬程超过200m。我国有些泵厂，为了满足订货需要，已将流量在IS泵的基础上扩大到3 200，扬程增加到200m。 目前单级单吸离心泵的主要缺陷： 1、效率和汽蚀指标偏低 经初步统计分析，我国单级泵与世界先进水平相比，效率低2%左右，汽蚀余量约高10%。实际上大约有1/4的产品还达不到规定指标。 2、全部采用单涡壳结构压水室，泵运行的稳定性差 目前，国内单级单吸离心泵全部采用单涡壳结构压水室，有损泵运行的稳定性。更多地采用双涡壳结构压水室，已成为世界泵发展的一个趋势。采用双涡壳结构，可以减小泵运行中的径向力，从而降低泵的振动噪声；另外双涡壳结构有助于扩大泵的高效范围。 3、叶轮进口堵塞 IS（IH）泵中，有些泵的进口面积过小，流速过高，导致叶轮进口堵塞，不但影响汽蚀性能，而且使叶片间流道的扩散度增大，使泵的效率下降，这也是泵在大流量时，流量上不去的重要原因。 4、只有一条性能曲线 ，限制了泵的使用范围。IS（IH）泵，在样本等资料中只给出设计点和大、小流量三个点的性能参数，一条过只有三点性能参数的曲线。国外泵均给出包括至少有两次切割叶轮直径的通用特性曲线（含等效曲线、汽蚀余量曲线和轴功率曲线），既扩大了泵的使用范围，又为选泵提供了方便条件。 5、整体结构造型、零部件的结构有待改进 国内外单级单吸离心泵的主要特点： 1、运行平稳：泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。 2、滴水不漏：不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。 3、噪音低：两个低噪音的轴承支撑下的水泵，除电机微弱声响，基本无噪音。 4、故障率低：结构合理，关键部分采用一流品质配套，整机无故障工作时间大大提高。 5、维修方便：更换密封、轴承、简易方便。 6、占地更省：卧式单级离心泵是水平吸入，垂直吐出，立式单级离心泵是出口可向左、向右两个方向，便管道布置安装，节省空间。 当前，单级单吸离心泵的主要应用场合： 1、IS卧式清水泵，供输送清水及物理化学性质类似于清水的其它液体之用，使用温度t80。 2、IR卧式热水泵广泛适用于：冶金、化工、纺织、造纸以及宾馆饭店等锅炉热水增压循环输送及城市采暖系统，ir型使用温度t120。 3、IH卧式化工泵，供输送不含固体颗粒，具有腐蚀性、粘度类似于水的液体，使用温度为-20+120。 4、ISW卧式管道油泵，供输送汽油、煤油、柴油等油类产品或易燃、易爆液体，被输送介质温度为-20 +120本课题研究的主要内容及方法： 目前基于经验数据和设计理论的一元设计理论已经相当成熟，当前普遍采用的设计理论。依据已经积累的水力模型能够设计出一些水利性能比较优秀的产品。但离心泵内部流动是一个全三维的复杂流动，采用一元设计理论设计的理论模型并不能满足要求，优化设计因此随之出现和发展，并成为离心泵设计过程中的关键步骤。其与反问题设计技术相互配合，并且与CAD技术、CAM技术、人工智能技术等结合，能够实现高效水力模型的快速、智能化设计和制造。 依赖计算机、计算流体力学以及计算机辅助设计等领域的技术发展，人们在一元设计方法的改进、优化设计和内部流动数值模拟等方面取得了先进的成果，包括国外较为先进的CAD/CFD交互设计技术，是的离心泵的设计逐步从一元流设计向三元流设计方向发展。 国内外预测泵性能的主要方法就是流场分析法、水力损失法和神经网络法。水力损失法经过几十年的发展,现今已经较成熟,但它的预测精度有待进一步提高。神经网络法目前的预测精度不是很高,而且其精度的提高在很大程度上依赖于人工神经网络学科的发展。对于研究泵的工作者,最具发展潜力的就是流场分析法。 世界上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。以后的水力设计方法是多目标、多约束的优化设计法。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新材料的研究也是今后泵行业发展的重点。监测系统与故障诊断系统的进一步发展将使泵的工作更加可靠,并减少运行维修费用。 本课题依据关醒凡教授现代泵设计手册里面所介绍的离心泵叶片、涡壳的设计方法，结合以往的设计资料及调研学习的结果，完成常温清水单级单吸卧式离心泵的水利设计和结构设计，绘制叶轮和蜗壳的木模图以及主要部件的结构图。并在完成课题的同时争取有所创新，寻找改进的方法。 传统的水利设计方法主要有：相似换算法、速度系数法、面积比原理设计法、加大流量设计法、短叶片偏置法等。 下面介绍应用比较广泛的两种方法： 1、相似换算法：相似换算法是建立在相似理论基础上的一种方法，通过在一台模型泵的基础上对相似模型泵的尺寸进行放大或缩小来得到所有设计的泵尺寸。对完全相似的泵来说，比转速ns相等。在相似工况下，假设实型泵和模型泵的效率相等，已知一台泵的几何形状和性能参数，利用相似定律，按照比例放大或缩小为另一台几何相似的泵，并换算出相应的性能曲线。这种设计要求要有一个水力模型库。 2、速度系数法：速度系数法是以速度系数图来进行设计的。实质上，它仍然是基于相似理论基础的一种相似换算法，它同样要求要有较好的泵模型，设计时按ns选取速度系数，并作为水力尺寸的依据。它们的各项系数都是在比转速大于或等于30的情况下取得的，也就限制了它们用于较低比转速和超低比转速离心泵的设计。目前已有不少人对这种图进行了改进，并用此方法进行泵的设计和优化。这也是本课题主要采用的方法。本课题所需要解决的问题： 由于是常温清水离心泵，所以对泵体以及其他零件的材料没有特殊的要求。在密封方面，传统的密封方式有填料密封和机械密封，填料密封虽然价格低，维修方便，但是可靠性较差，而机械密封密封效果较好，可靠性高，所以本课题选用机械密封。 另外，单级离心泵的设计主要问题之一是轴向力的平衡问题。通常平衡轴向力的方法有如下几种。 1、叶轮上开平衡孔：其目的是使叶轮两侧的压力相等，从而使轴向力平衡，在叶轮轮盘上靠近轮毅的地方对称地钻几个小孔，并在泵壳与轮盘上设置密封环，使叶轮两侧液体压力差大大减小，起到减小轴向力的作用。这种方法简单、可靠，但有一部分液体回流叶轮吸人口，降低了泵的效率。本课题采用的就是本方法。 2、采用双吸叶轮：它是利用叶轮本身结构特点，达到自身平衡，由于双吸叶轮两侧对称，所以理论上不会产生轴向力，但由于制造质量及叶轮两侧液体流动的差异，不可能使轴向力完全平衡。 3、叶轮上设径向筋板：在叶轮轮盘外侧设置径向筋板以平衡轴向力，设立径向筋板后，叶轮高压侧内液体被径向筋板带动，以接近叶轮旋转速度的速度旋转，在离心力的作用下，使此空腔内液体压力降低，从而使叶轮两侧轴向力达到平衡。其缺点就是有附加功率损耗。一般在小泵中采用4条径向筋板，大泵采用6条径向筋板。 4、设置止推轴承：在用以上方法不能完全消除轴向力时，要采用装止推轴承的方法来承受剩余轴向力。 5、对于多级泵常常采用平衡盘和平衡鼓的方法平衡轴向力。预期结果及其意义： 通过前期的调研，资料的查询，结合自身所学的知识和学校以及企业导师的指导，完成本课题的相关内容，使设计结果达到参数要求和预期的结果。在完成本课题的过程中，掌握泵设计的过程、影响性能参数的因素，以及数据的选取与处理。熟悉标准的选择以及标准件（轴承、键等）选择和类型。熟练绘图软（UG、CAD）的应用。为以后的工作学习打下好的基础。参考文献： 1我国单级单吸离心泵的现状及发展方向 关醒凡、商明华、张生昌 2离心泵性能预测的研究现状及展望 谈明高、袁寿其、刘厚林 3国内离心泵的发展 李必祥 4低比转速离心
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