【新KS型单级单吸离心泵的设计12000字（论文）】

PAGE3新KS型单级单吸离心泵的设计目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 51.1研究背景 51.2研究现状 51.3研究内容 62新KS单级单吸离心泵的性能及结构组成 62.1型号意义示例及名词解释 62.1.1型号意义 62.1.2名词解释 62.2新KS型单级单吸离心泵的主要性能参数 72.2.1流量的意义 72.2.2扬程的意义 72.2.3效率的意义 72.3新KS型单级单吸离心泵的特性曲线 82.4新KS型单级单吸离心泵的工作原理 92.5新KS型单级单吸离心泵的主要部件 112.5.1叶轮 112.5.2泵壳 132.5.3泵轴 152.5.4轴承 162.5.5悬架 162.5.6填料函及密封 172.6新KS型单级单吸离心泵的安装 182.6.1离心泵的安装高度计算 182.6.2新KS型单级单吸离心泵的安装图 192.7本章小结 213新KS型单级单吸离心泵的动力优化设计 213.1新KS型单级单吸离心泵的动力源组成 213.2新KS型单级单吸离心泵的转速设计 223.2.1输送液体物性的影响及换算 233.2.2转速的影响及换算 233.2.3叶轮直径的影响及换算 233.3叶轮处的优化设计 243.3.1叶轮轮毂处的强度校核 243.3.2叶轮处动力设计思路概述 253.3.3叶轮处动力设计 263.3.4叶轮处动力设计使用优缺点 293.4本章小结 304结束语 30参考文献 30附录 331绪论1.1研究背景水的推广,对人们的生活与生产都十分重要。在古代,也有不同的提水装置,如古埃及的链条泵(公元前17世纪)、中国的橘子锥(公元前17世纪)、滑轮(公元前11世纪)和水车(公元前1世纪)。更有名的是公元前三世纪阿基米德所创造的螺杆系统,它能够平稳、不断地把从水上升至几米的高空。它的设计仍然被现代螺杆泵所采用。使用离心机力输水的设想,首先呈现在了达芬奇的素描中。在一六八九年,法兰西物理学者帕潘开发出了具有四叶片齿轮的蜗壳离心泵。而更类似于现代离心泵的是传统的马萨诸塞泵,它带有径向直叶、半开型的双吸叶轮和蜗壳结构,于一八一八年问世于美国。从一八五一年至一八七五年间,具有导叶轮的多级离心式泵相继问世,使研制更高扬程的离心式泵变为了可能。虽然早在一千七百五十四,瑞士数学家欧拉就给出了有关叶轮等水力机械设备的基础方程,为现代离心机泵的工程设计提供了基础,但直至高速电机的出现使离心泵于十九世纪底拥有了理想的动能源之时,它的理论优势并不能发挥作用。在英国雷诺、德国普莱德勒等许多学者的理论研究成果与实际基础上,离心泵的工作效率已经有了较大改善,其性能范围与应用也在日益拓宽。它已成为中国现代使用最普遍、产量最高的水泵。1.2研究现状工业革命以后,部分西欧发达国家的制造业兴起较早,成长很快。工业化后我国的水泵行业兴起较早,通过长期的发展与完善,泵的设计水平已经达到了很高的水准,种类繁多。近年来,由于国民经济的蓬勃发展,对工农业水泵的需要量也日益提高,极大的促进了工业水泵技术的迅速蓬勃发展。由于现代科技的快速发展与要求,以及国外泵技术的进步,许多国家在泵的生产和使用过程中建立了一系列完善的标准。全球领先的离心泵制造商有Grundfos、KSB、Sulzer、Ebara和Schlumberger，全球前五大离心泵制造商拥有超过百分之九十五的市场份额。目前，我国是世界上最大的离心泵市场，市场份额约百分之六十，其次是欧洲和北美，市场总份额超过百分之三十。二零二零年,全球离心泵市场规模将超过二零一六年亿元,预期在二零二六年规模将超过三千亿,复合年增长率(复合年增长率)为百分之二点九。每年，我国泵的能耗约占全国总能耗的百分之二十，泵的燃料消耗约占全国总燃料消耗的百分之五十。离心泵是应用最广泛的泵，但一般离心泵的综合效率只有百分之五十到百分之六十。我国离心泵的运行效率平均比国外低百分之十到百分之三十，节能潜力在三百到四百亿千瓦时左右。所以,为改善离心机泵的工作特性和质量,将离心机泵的效能主要由机器效能、容积效能和液力效能三个方面所组成,主要是液压效率较低，为了提高液压效率，准确计算离心泵的动力源并保证其性能是非常重要的。因此，这方面的研究迫在眉睫。充分利用叶轮的改进，精确控制离心泵的内部流量，减少影响离心泵性能的因素，研究离心泵的新设计方法，进一步提高泵的效率，以提高其综合成本效益。1.3研究内容离心泵的水力优化一直是离心泵研究人员最感兴趣的课题之一，由于时间、精力和试验条件等原因限制，导致一些结果得不到真正的验证，难免出现一些补不足和缺陷的地方。在二十一世纪,计算机技术和计算流体力学的进展给离心泵齿轮中内流的数值模拟的发展带来了崭新的机会,本文在旧KS单机单吸离心泵的基础上对离心泵的主要部件进行了的优化，新KS型单级单吸离心泵将在使用性能和安全问题方面进行了更全面优化设计。论文的具体安排如下：在第一章中，本文首先介绍了研究的背景和国内外市场对新KS型单级单吸离心泵的研究状况以及大概的设计思想。第二章介绍了新KS型单级单吸离心泵系统的工作原理、性能、主要零部件的组成以及新KS型单级单吸离心泵系统可设计的方向。第三章在第二章新KS型单级单吸离心泵系统的经过分析基础上，构思设计了一种对新KS型单级单吸离心泵动力源的动力优化以及后的优缺点。2新KS单级单吸离心泵的性能及结构组成2.1型号意义示例及名词解释2.1.1型号意义KS125—100—200KS——满足国外技术标准的用语中央空调冷却等行业的单级单吸离心型泵。125——泵吸入口直径（mm）；100——泵排出口的直径（mm）；200——叶轮名义直径(mm)；2.1.2名词解释离心泵：通过离心力输送水的泵。单级单吸：单级意味着离心泵中只有一个叶轮用于出口运动，单吸意味着离心泵中只有一个进水口。离心泵系统一般还分为双级双吸、单级双吸和单级双吸离心泵。叶轮和入水口的总量,一般是根据离心机泵的输出功率和特性技术参数来决定的,当中以单级单吸离心机泵在输出功率和特性方面最为单一。2.2新KS型单级单吸离心泵的重要性能参数2.2.1流量的意义离心式泵流量,是指离心泵所泵送液体的能量和泵送液体的单位时间体积。水泵的流量决定于水泵的结构规格(主要是叶轮直径和叶片宽度)以及速度。在实际操作中,这主要取决于水泵能传递的液体重量以及软管的强度,还有水泵在此过程中所需要的水压。注意:由于泵设置在特殊管路上,管道特性应影响流速大小。2.2.2扬程的意义离心泵的最大水头流动力,又叫做水泵扬程,是指单位质量流体阻力经由水泵后所得到的能力。泵头长度决定了泵的基本构造(例如,叶轮直径尺寸、叶片曲率、速度等)。目前,由于泵压头理论的估计还不够准确,所以通常使用试验方式确定。水泵的扬程可以经过试验确认,即在水泵进口装设最大真空度计,出口安装压力表，但不考虑两个压力表横截面上的动能差。(即Δu2/2g=0)，不计两表截面间的能量损失(即∑f1-2=0)，则此泵的最大扬程可用下式计量（2-1）注意以下两点：(1)式中，P2是离心泵出口处的压力表读数（PA）；P1是离心泵进口处的真空表读数（表压负值，PA）。(2)注意分离式离心泵的扬程和提升离心泵高度的两个完全不同概念。扬程是指在一定单位内重量或流体经离心泵后所得到的能力。在离心泵的一段管路系统当中两截面间可列出柏努利方程式并整理可得:H=Δz+Δppg（1）式中H为扬程，而升扬高度仅指Δz一项。2.2.3效率的意义离心泵的效率η:反映离心泵对液体供给的有效能量和电动机供应给离心泵的能量轴之比。离心泵的能量损失包括以下几项：容积损失ηv：在实际应用中，泵有各种渗漏和回流现象，这就导致了泵对这些液体作无效的工作，从而减少了泵的实际输送能力。ηv与离心机械损失ηm：水力损失ηℎ：由叶片内部涡流所造成的力经济损失、当液态流入水泵中时的液压冲击经济损失和液态与水泵壳体和叶子间的磨擦经济损失之总和。水力损失ηh离心式水泵的总效能反映了这三项电能损失的总和,故又简称为总效能或η,总效能即为这三种效能的乘积，即：η=ηvηmηℎ这里ηv、ηm与流量图2.1效率分析从水力损失图2.1可知:额定流速Qs(ηℎ=0.8-0.9)情况下hf值最少,泵的效率值,与其输出液体的种类、规格、尺寸、加工精度和特性等相关。大中型水泵的效能值一般较高,而中小型水泵的效能值则较低了。2.3新KS型单级单吸离心泵的特性曲线不同的水泵性能指标间具有一定的互相依赖性。可对水泵进行试验,分别测定并计算出主要特性参数,然后绘制曲线表。这种曲线也叫做水泵特性曲线。因为各种水泵,均有由泵厂家所给出的特定特性曲线。而推荐的特性部分,也称为水泵的工作范围,一般在厂家所提供的特性曲线上表示。泵的现实工作地点根据制泵曲线和水泵装置特征曲线的交集而决定。在选型和应用大型水泵时,泵的现实工作地点应在工作区域内,以确保经济、安全的工作。另外,针对于不同黏度的液体,同一水泵的特性曲线也有所不同。在一般情形下,由水泵厂商提供的特性曲线主要是指清水输出特性曲线。而至于离心泵,则由于液体黏度的提高,扬程和效率的增加,以及有效输出功率的提高,使得在工业生产上有时也会用较小的粘度加热黏度较大的液体,以提高输送效率。特性曲线是指N～Q、H～Q及η～Q（也有含△h～Q或hs～Q的）等的关系的特性曲线。特性曲线图见图2.1。特性曲线的共同特点：（1）H～Q：Q↑→H↓；（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，N为min；（3）η～Q：先Q↑→η↑，达ηmin后Q↑→η↓，达到ηmax点结束。其下的H、Q（即Os）、N为同一个工况系数——都标在了铭牌上。选择泵的类型时,至少应使它在大于或等于百分之九十二的ηmax下正常工作。图2.2泵的特性曲线2.4新KS型单级单吸离心泵的工作原理离心泵的作用实际上是物体惯性运动的体现。例如，当伞在慢慢旋转时,水滴随着伞旋转,因此伞与水滴间的磨擦力就是水滴的向心力。但是,当伞的转速变更快更高,摩擦力不能使水滴保持圆周运动,那么水滴就离开伞而向外缘移动。就好像在绳上拉了一块石头。假如你跑得过快,绳就会断,石头也会飞走。也叫离心分离法。离心泵正是按照这一机械原理而设计的。高速旋转叶轮的叶片转动,水高速喷射,以实现输出目的。离心泵有很多种不同型式的泵。可分成民生泵和工业泵。就输出介质而言,可分成清洁泵、污物泵、耐腐蚀泵等。单级单吸离心泵的主体组成部分为吸气室、叶轮和水压室。吸气室设在涡轮装置进门前方,把液体引至涡轮装置。增压水室一般由螺旋型增压水室(蜗壳式)、导叶和空气导叶等组件构成。叶轮是泵的重要工作组成部分,是泵芯的重要流动组成部分。叶轮一般由盖板和叶子中心等构成。当单级单吸离心泵在起动前,先给泵内充液体,接着起动离心型泵,由于叶轮的旋转迅速,叶片推动液体,液体通过旋转惯量差流入叶轮外缘,在叶轮吸入间内吸收液体。在这种过程中,液体流经叶轮叶片内,而流动周围的液体则上升到叶子上,反之亦然。虽然叶片对液体的推动力大小相等,但却与提升压强方向相反。这种力作用到液体上,使它可以得到的热能而从涡轮机中除去。液体的动能和压强都能增加。起动后,大齿轮在轴承驱动下高速旋转,而叶片内部的液体也需要旋转。在离心力影响下,液态由叶轮中央向叶片外缘喷出而获取动能,然后液态又高速离开叶轮外缘流入螺线泵壳。在蜗壳内,液面随着节流管的逐渐扩张而下降,使部分动能转换为静水能,最后再高压进入排水阀,在需要时将其输送到那里。当液体由叶轮中央流入外缘后,叶轮中央也会产生相应的真空。因为在储罐液位上的压强超过了离心泵进口处压强极限,所以液体不断地被压进叶轮。很显然,如果只有车轮在不断旋转,液体就会不断地被吸进或者流出。工作原理图见图2.3。图2.3单级单吸离心泵工作原理2.5新KS型单级单吸离心泵的主要部件单级单吸离心泵的基础结构由以下七个部门构成:叶轮、泵体、泵轴、轴承、悬架、机械密封件和填料函。它由二个主要部分构成:一是离心泵的齿轮和轴承等转动部分;二是由离心泵的泵壳、填料函以及轴承类型所构成的静态部分。2.5.1叶轮叶轮是离心力泵的一部分,其速度高,输出力量大,叶轮叶片起了主要功能,因此叶轮在安装之前都需要先进行静平衡测试。汽轮机的上下表面都应当平滑,以降低与水的摩擦损失。叶轮的主要功能是把发动机的机械能直接送入液体中,以提高液体的静态温度和动力(主要是增加静态能量)。按工作叶轮数目来分类：（1）单级泵:也就是说,泵轴上只是一组齿轮。（2）多级泵:也就是说,在泵轴上有二个或更多组齿轮。此时,泵的平均水泵扬程就等于多个叶轮所产生的水泵扬程之和。按工作压力来分类：（1）低压泵:水压小于一百米水柱;（2）中压泵:工作压力在一百到六百五十米水柱间;（3）高压泵:指水压大于六百五十米水柱。按叶轮进水方式来分类：（1）单侧进水泵：又称单吸泵，即叶轮上只有一个进水口；（2）双侧进水泵：又称双吸泵，即叶轮两侧各有一个进水口。它的总流量约为普通单吸泵的二倍,可大致看成二台单吸泵叶轮背靠背布置在一起。按泵壳结合缝形式来分类：（1）水平中开式泵道:即在经过轴心线的水准表面上开有结合缝。（2）垂直接合面泵：即接合面垂直于轴线。按泵轴位置来分类：（1）卧式泵：泵轴线处于同一水平位置。（2）立式泵：泵轴线处于直角位置。按将叶轮所产生的水流引向压出室的方法分类：（1）蜗壳泵：水从叶轮中排出后,以螺旋状方式垂直进入泵壳。（2）导叶泵：水自叶轮内排出后,先流经叶轮外侧的导叶组,继而再流向下一层或进入出口管。叶轮见图2.4。图2.4叶轮2.5.2泵壳泵体的功能是把叶轮封闭于特定的空隙内,以地将和压出液面。水泵外壳为蜗壳形状,故也叫蜗壳。由于流道横截面积的逐步增加,向叶轮周围喷射的高速液态的转速也逐步减小,使部分动力可高效地转化为静压能。泵壳不但接收从叶轮中发出的高压液体,还充当能量转换装置。F=1−∅360Vtℎ泵体见图2.5。图2.5泵体泵盖见图2.6。图2.6泵盖2.5.3泵轴泵轴的功能是支承齿轮等转动部分,驱使齿轮在设定的工作地点高速旋转,从而把驱动力传送给各部分。所以,它是输送机械能的主要部分。离心泵的主轴必须以相应的速率转动,承担很大的转矩和扭力。而轴承也应具备适当的硬度和几何精度,以便于把对密封性能的不良影响降到最低点,并将磨损和损坏的风险降至最低。泵轴见图2.7。图2.7泵轴2.5.4轴承离心泵的推力轴承有滚动轴承和滑动轴承两类。其中包括了单面推力球传动轴承、双面推力球传动轴承、短推动圆锥滚子轴封、长推动圆锥滚子轴承以及,角接触式传动轴承也可承载轴向载荷。推力滑动轴承一般是实心、单环、半空心、多环等的固定式推力轴承,以及倾斜扇形推力轴承。滚柱轴承也应采用黄油加以适当润滑,但通常都是三分之二到四分之三体积过热，噪音太小。滑动轴承应采用透明油润滑，加油时应涂抹在油位线上。过多的润滑油就会沿泵轴流动和漂移,过少的滚动轴承则会形成磨擦和过热,导致灼伤。水泵正常工作时轴承的最高工作温度为八十五℃,正常工作时间则通常在六十℃以下。如高,应检查病因(有无杂质、油质有无黑、有无渗水),并及时处理。轴承所衬用的金属材质主要有铸钢、巴氏合金、铜合金、铝合金、陶质金和非金属材质。2.5.5悬架悬架通过滚动轴承部分支持着泵的转动部分,滑动轴承受泵的径向推力和轴向力。悬架见图2.8。图2.8悬架2.5.6填料函及密封填料箱主要由填充物、水封环、填充物罐、充填物压盖、水封管等构成。填料函的作用就是堵塞泵壳体和泵轴间的缝隙,使泵内的水不向外流淌,使泵内的空气也不向外流淌。从而始终保持泵中的最大真空度!所以密封很重要！当泵轴和填料碰撞并形成热能时,填料将利用水封管和封闭圈制冷,泵也将正常工作。所以,在泵工作阶段,应该格外小心检测填料函的密封性。在工作了大约六百五十小时后,就应该更换填充物。密封见图2.9。图2.9填料函及密封2.6新KS型单级单吸离心泵的安装KS系列单级单吸离心泵检测的重点是确认泵的安装标高。该标高是指实际海平面与泵叶轮中心线位置之间的相垂直间距,不能与标准规定的真空吸气标高混乱。泵铭牌及生产技术说明书中规范的容许真空吸气标高,是指在标准大气压下离心泵进水口段的真空值;测量环境温度为二十℃,并考虑与尾水管配对时的压力状况。泵的安装标高为扣减吸入压头损失和剩余值后的容许吸气标高,该高程必须大于实际地面上的吸气标高。泵的安装标高也不能大于设计值,否则离心泵将不能吸入水。另外,因为计算离心泵的体积以及吸入泵管的大小会造成阻力损失,因此建议采用较简单的管路布置方式,并减少管路弯头以及其他配件的布置面积,并合理考虑一些较大口径管路,以降低管路流量。2.6.1离心泵的安装高度计算允许真空高度hs是P1泵进水口在压力下的最大允许真空高度。实际允许真空中吸入高度HS值并非按照公式推算的,而是由泵经过试验后确认的。该值附于泵样品上,供使用者检测。必须注意的是,在泵样品中给出的HS值采用了清洁水为主要工作介质,工作条件为二十℃,压力为1.013×105Pa。如果工作条件与工作介质不同，则应进行转换。（1）输送液体换算步骤Hs1＝Hs＋Ha－10.33－Hυ－0.24当运送其他液体之后,如果运送的液体和清水的要求和试验条件并不相同，需要进行两步转换：第一步是根据上述公式找出泵样品中的水Hs1；第二步是公式将Hs1换算成H΄s。（2）汽蚀余量Δh关于油泵,NPSH主要用于计算装高δH值,即泵内可以吸入液体的真空度,即泵的允许装高,单位是米。所用的δH值取自于油泵样品中,其值用约二十℃的清水测定。若运输其他液体时,则必须从有关书中对其值加以纠正,并仔细检验。吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）标准大气压能压管路真空高度十点三三米。2.6.2新KS型单级单吸离心泵的安装图图2.10单级单吸离心泵装配图图2.11单级单吸离心泵爆炸图图2.12单级单吸离心泵3D总图X向图2.13单级单吸离心泵3D总图Y向图2.14新KS型单级单吸离心泵子零件底座图2.15新KS型单级单吸离心泵子零件电动机图2.16新KS型单级单吸离心泵子零件防护罩图2.17新KS型单级单吸离心泵子零件静环压盖图2.18新KS型单级单吸离心泵子零件密封装置图2.19新KS型单级单吸离心泵子零件动力轴承图2.20新KS型单级单吸离心泵子零件叶轮2.7本章小结本章先介绍了新KS型单级单吸离心泵的性能、特性、工作原理、结构以及安装。通过分析新KS型单级单吸离心泵的性能特性、工作原理、结构安装组成，可以得出叶轮的形状、叶轮的转速是离心泵的工作的心脏。3新KS型单级单吸离心泵的动力优化设计3.1新KS型单级单吸离心泵的动力源组成动力源的功率应根据实际情况来确定。计算公式如下：P动=P泵／(η齿×η扭×η离×η泵)

=Q×P×H／(102×η齿×η扭×η离×η式中：P动——所需的动力源输出功率（KW）P泵——被试泵的水功率（KW）η齿——齿轮箱效率（％）η扭——扭矩仪效率（％）η离——离合器效率（％）η泵——水泵的效率（％）Q——水泵的流量（m3／s）H——水泵的扬程（m）V——水的体积

（Kg／m3）我们可以以η泵为参考量，通过计算，得出P动与P泵的关系曲线，计算中可以假设η齿、η扭和η离分别为0.95、0.98和0.98。轴和电动机是动力源的不或缺的一部分，但不是最关键的那部分，所以不作设计计算。轴功率：电动机单位时间内做的功转换效率。式中k为一种系数，我们称他为离心泵功率余量系数，我们这里取取k等于1.1。我们选取泵的传动装置为直联传动，，（3-2）Q——水泵的流量（m3／sH——水泵的扬程（m）；Ne——有效功率（％）η——水泵的效率（％）；g——为引力常数（重力加速度）；P——所需的动力源输出功率(KW)；K——离心泵功率余量系数；3.2新KS型单级单吸离心泵的转速设计轴的质量对离心泵有着至关重要的作用，轴的损坏意味着叶轮的直接损坏。因此必须对轴进行校核。首先展开径向力计算,作用于离心泵轴线上的径向载荷,大致包括:转轮质量带来的重量；由于流体的分布，叶轮周围的压力分布不同；旋转部分也会有离心力（力的方向会改变）。接下来，对考虑到可能影响的零件进行全面计算。当离心泵输出的物料不是常温、而是常压下的清水时、当齿轮直径被剪切或速度发生变化时,整个油泵特性都会改变,对特性曲线进行了换算。3.2.1输送液体物性的影响及换算密度ρ——只有N=QHρ/（102η）受其影响，其它值不变。粘度μ——μ↑→Hf↑→H↓，Q↓→η↑，N↑。当液体的运动粘度γ（=μ/ρ）>20×10-6m2/s时，将其参数按以下公式方法换算：Q'=CQQ（3-3）H'=CHH（3-4）η'=Cηη（3-5）Q——离心泵输送清水时的流量；H——离心泵输送清水时的压力；η——离心泵输送清水时的效率；3.2.2转速的影响及换算当速度变化时,速度的三角形也随之改变,H、Q、η、N均改变。在μ不大;但设η不变(△N<20%)时,则有以下近似关系:图3.1近似关系图QT=Cr2πD2b2（3-6）HT∞=u2c2cosα2/g（α1=90o）（3-7）Ne=ω△M=HT∞QTρg（3-8）（3-9）（3-10）（3-11）3.2.3叶轮直径的影响及换算同型号泵可以更换为口径小一些的齿轮，只b2稍有变化，犹如对原叶轮“切割”了一刀（切割量（5%D2）。当n不变时，有近似关系：（3-12）（3-13）（3-14）称为切割定律。当叶轮的孔径与其它规格都变化时，则相似工况下有：（3-15）（3-16）（3-17）Q——离心泵输送清水时的流量；D——离心泵输送清水时的长度；N——离心泵输送清水时的效率；3.3叶轮处的优化设计3.3.1叶轮轮毂处的强度校核叶轮叶轮由泵轴推动回转,并相互作用于叶子内部的流线。流线在叶轮中心的离心力作用下,被甩到外。当流线达到叶轮的外圆方位时,由于流量特别大泵壳体接收由叶子所发出的液体,液态在泵壳体内沿着蜗壳管道中逐步增大的方位流过,将流线的动能转变为静压能,从而降低了能源损失。所以,泵壳体并不仅仅是一种液态收集器,它更是一种能量转换装置，因而，在动力源中叶轮作为最主要的零件其强度尤为重要，轮毂作为叶轮的连接件传递动力，所以因进行强度校核。由于叶轮的轮毂处是依靠键进行传动。故对叶轮的强度校核中，校核工作落实在轮毂处键的强度校核（本次所选键材料均为45钢），同样采用材料力学的相关知识进行校核。轮毂处的键选择GB/T1095-2003，此处轴径d=174mm，则（3-18）上式中：T——传递的转矩(N·m)；k——键工作面与轮毂键槽的接触长度，可以通过标准件的尺寸表查得；l——键的工作长度(mm),圆头平键；d——轴的直径(mm)；——单位为MPa；——单位为MPa；计算结果如下σ查表知故键符合强度要求，叶轮轮毂处的强度是安全的。3.3.2叶轮处动力设计思路概述叶轮通常有两种分类方式：（1）比转速：叶轮产生的流量与扬程（或压差）之间的关系称为比转速。（2）物理设计：叶轮是开式还是闭式，是单吸还是双吸，以及叶轮叶片的设计方式等细节都可以用来描述和分类叶轮。本文主要设计单级单吸的离心泵所以我们直接采用比转速的叶轮设计方案。比转速流(ns),即是在最大直径叶轮上和在给定速度下,在最高效率点的比流量相同时,涉及泵性能的指数。比转速用公式定义为：ns=nxq0.5/H0.75（3-19）上式中，Ns——比转速；n——泵转速，（r/min）；q——泵的总流量，（m3/s）；H——扬程（首级扬程），m（US制，ft）；离心泵的总效率（当介质为水时）为（输出）功率与轴（输入）功率之比，如下式所示：Ef=Pw/Ps（3-20）上式中：Ef——效率Pw——水的输出功率Ps——轴输入功率Ps是提供给泵轴的制动马力（BHP）功率，而Pw是：Pw=(QxH)/3960（3-21）上式中：Q——流量（GPM）；H——扬程（ft）；提高叶轮的比转速从而提高水力效率。影响叶轮水力效率的因素较多，最明显的因素有：（1）叶片数。对于离心泵，一般而言,提高叶子数有助于提高液体流速,并相应提高水泵的扬程。但是,由于叶子数的提高会减小流道的溢流范围,进而造成流速的加快以及叶子表面上磨擦损失的扩大。所以,叶片数量太多不但会降低叶轮的质量,而且还会削弱叶轮的汽蚀特性,进而使得泵的特性曲线上产生了驼峰。通常，离心泵叶轮叶片数较多地选用5～7片。（2）扭曲叶片。试验表明，在设计工况和高流量区，扭曲叶片比圆叶片离心泵具有更高的效率。同时，扭叶片离心泵的最低点扬程高于弧形叶片（可以改善扬程特性曲线，减小凸台峰值）。这样,就可适当地使叶轮从叶片扩展至泵的进口边缘,这就等于加了一个较小的电感器。优化的叶片前缘型线(如抛物线前缘型线、减小吸入侧叶片厚度等)能够更有效地控制叶片前缘电压峰值,从而降低了部分负载运行的灵敏度。3.3.3叶轮处动力设计在普通叶轮的叶片上优化前缘轮廓，让设计后的新叶轮相当于增加一只小的诱导轮（见图3.2），因而叶轮的轴向推力和径向力需要计算。图3.2新设计叶片轴向推力是指作用于泵转子上的所有轴向力（F）的合力，见图3.3。图3.3单级离心泵的轴向推力总图对于单级离心泵，作用在转子上的轴向推力包括：（1）叶轮轴向力（F1）：是吐出侧叶轮盖板（Fd）和吸入侧叶轮盖板（Fs）上的轴向压力之差，即F1=Fd−（2）动量（FJ）：是一种持续作用于特定空间中流体的力（可参见流体力学中的动量守恒原理），其计算如下：FJ

=ρ·Q·ΔVax（3-22）式中，ρ——为泵送介质的密度；Q——为泵送流量；ΔVax——为叶轮进口和出口处绝对转速轴流式分量间的差额；（3）在轴密封处轴的横截面Ass上由轴封上游和下游的静压产生的合成压力，即FWd=AWd·ΔpWd（3-23）（4）特殊的轴向力，例如，在泵启动过程中，叶轮和壳体之间的间隙（侧隙）中的涡流条件发生变化时产生的轴向力。（5）其它的轴向力，例如非卧式离心泵上的转子重量（FW）或电动机中的磁拉力（Fmech）等。对于水力平衡的单级单吸叶轮的轴向推力构成见如图3.4：图3.4单级离心泵的轴向推力构成图F1+FI=α*ρ*g*H*D2上式中，α——为轴向推力系数（基于经验）；ρ——为泵送介质密度；g——为引力常数（重力加速度）；H——为扬程；D2m——为平均叶轮直径；D2轴向推力系数基本上取决于比转速（ns）。对于径向和混流叶轮，以下计算公式适用于6rpm<ns

<130rpm的范围：α=0.5×(Dsp/D2m)3

+0.09≈0.1～0.3（3-26）式中，Dsp——为吸入侧叶轮盖板处受控间隙的直径；当Dsp为0.8·Qopt至1.0·Qopt的流量时，以及间隙宽度S=0.1mm。如果间隙宽度增加一倍，α则增加约8%。压力不均与流体的径向力采用物理及力学的相关知识进行可以得出：（3-27）式中:Q——实际工况的流量（m³/s）；——设计工况的流量（m³/s）；H——泵的扬程（m）；——加盖板后的叶轮的最大输出宽度厚度（m）；——叶轮外径（m）；——液体密度（kg/m³）；在叶轮与壳体之间的吐出侧和吸入侧间隙中，处理的流体的旋转对径向压力（F）产生很大影响。所处理的旋转流体的平均角速度约为叶轮转速的一半。经过优化设计可以得出：（1）叶轮出口叶片高度。当叶轮出口叶片高度增加时，扬程会有所提高，流量-扬程曲线会由陡峭变得相对平缓；而泵的最高效率值随着叶片高度的增加而增加，同时高效区会向大流量方向偏移。（2）叶轮叶片宽度。扬程随叶轮叶片宽度的增加而减小；最高效率值随着叶轮叶片宽度的增加而增加，高效区随叶片宽度的增加而向小流量方向偏移，且效率曲线在最佳效率点的右侧迅速下降。（3）叶轮出口叶片角。扬程随出口叶片角的增大而增大；最高效率值随出口叶片角的增大而降低。当出口叶片角较小时，在最高效率点右侧泵的效率迅速下降。小诱导轮是带有少量叶片的轴向叶轮,布置在实际离心式水泵叶轮的正上游方（对于悬臂泵，通常安装在转子部件的螺纹区域，代替叶轮螺母。通过卸下叶轮螺母并将其更换为诱导轮，可以将小诱导轮安装到标准型号的泵中），并以与泵叶轮相同的转速旋转。在多级泵上，它安装在第一级叶轮的上游（叶轮入口处）。当轴开始旋转时，小诱导轮将随其一起旋转、并泵送流体，从而增加叶轮入口的压力。（4）小诱导轮的任务是增加泵吸入口的汽蚀余量，也可以说是用于降低泵的汽蚀余量，通过增加叶轮径向力上游的静压（从而增加汽蚀余量）来确保泵运行时不会发生汽蚀现象。3.3.4叶轮处动力设计使用优缺点优点:后盖上有一个平衡孔,以减少轴向推力。应在涡轮周围设置导轮,以最大限度地增加液体动能转化效果。而导轮则是设在叶片轮外侧的固定式叶片环。叶子的弯曲方向与叶轮叶片弯曲方向恰恰相反。当导向轮布置在弯角附近时,它就与叶轮的出液方位相匹配了,并使流经泵壳的液态方位平滑地变化。这样,动能损失就很小了,由动态能至静止能量的变化效率很高。缺点：当液体的高压流离开叶轮外缘后,部分高压流入叶轮的后盖后部,而液体入口前部叶轮气压较低,造成泵的轴向推动力不够,只把叶轮引向进口侧,很容易导致叶轮和泵壳体的损坏。它还可以引起剧烈震荡。通过平衡孔可以将部分高压液逸出到低压区,从而减小了汽轮机前后的液体压力,如果汽轮机卡住，可能造成严重事故。3.4本章小结本章通过第二章的分析和模拟铺垫，设计出了一种新KS型单级单吸离心泵动力源的叶轮优化，通过优化前缘轮廓，让设计后的新叶轮相当于增加一只小的诱导轮，通过计算叶轮的轴向推力和径向力进一步增强离心泵的动力。

4总结与展望4.1总结在本次的产品设计过程中,出新KS型单级单吸离心泵是在原来的KS型单级单吸离心泵的设计基础上做出的又一次完善,本文将以型号KS125-100-200为数据基础,来阐述离心机泵的特性、基本原理和主要部分构造,并展示了新型KS型单级单吸离心泵的主要构造组成和安装模型,对离心机泵的基本原理剖析后的文章对离心机泵的主要动力源进行了优化设计猜想,并对离心机泵的主要动力源进行了详细的优化设计并经过了计算校核验证,在分析时要充分考虑离心式泵的安