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高扬程水泵的设计【含CAD图纸、说明书】,含CAD图纸、说明书,扬程,水泵,设计,CAD,图纸,说明书

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XXXX学院毕业设计（论文）课题名称： 高扬程水泵的设计专 业： 机电一体化班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 年 月 日摘要伴随国内经济的飞速发展，中国的制造业迎来的发展的春天。水泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。供输送清水之用，效率高，性能范围广，运转安全平稳，噪声低，寿命长，零件互换性强，使用维护方便，产品规格齐全，覆盖面广。从上世纪中叶开始，随着泵工业技术的迅速发展，人们就开始致力于研究高扬程水泵并且得到了普遍的应用。高扬程水泵的适用范围非常广泛，从民用到农用再到工业生产都离不开高扬程水泵。高扬程水泵满足人们需要需要把介质远距离输送的需求。本文在研究当前高扬程水泵的基础上，依据任务书给定的数据，确定原动机，由转数、比转数选择泵的结构形式；利用相似设计法对叶轮、轴、压出室、吸入室、托架进行了设计；对其结构装置及主要零部件进行设计、校核及分析。达到了锻炼学生思考和设计的能力，为立足社会夯实了基础。关键词：水泵、高扬程、结构装置、设计、校核ABSTRACTWith the rapid development of the domestic economy, the development of Chinas manufacturing industry to usher in the spring. As a general mechanical pump, the national economy in various fields have been widely used. For the transport of water use, high efficiency, wide range of performance, smooth operation safety, low noise, long life, parts interchangeability, easy maintenance, complete product specifications, wide coverage. From the beginning of the century, with the rapid development of industrial pump technology, people began working on high lift pump and has been widely used. Scope high lift pump is very wide, from civilian to agricultural and then industrial production are inseparable from the high lift pump. High lift pump needs to meet the needs of people need long-distance transport medium.Based on the current research on the basis of high-lift pump, according to the mission statement given data to determine the prime mover, the number of revolutions, revolutions than the formal structure of the pump selection; use a similar method to the design of the impeller, shaft, press out the room, inhalation room, brackets were designed; the design, verification and analysis of equipment and major components of its structure. Training students to achieve the ability to think and design, based on the community as a solid foundation.Keywords: pumps, high lift, construction equipment, design, verification- 23 -目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论31.1 本课题研究的目的及意义31.2 水泵的发展概述31.3 国内外水泵的发展现状41.4 水泵的发展趋势51.5 高扬程水泵的工作原理及结构分析71.6 本课题研究的主要内容8第2章 总体方案的设计92.1 设计参数的确定92.2 总体结构的确定92.3 原电机的选择92.3.1 电动机型号的确定92.3.2 比转数ns和级数i的确定102.4 吸入口直径、流速和吐出口直径的初定102.5 最小汽蚀余量和汽蚀比转数的确定11第3章 主要零部件的设计133.1 泵轴的设计133.2 叶轮的设计143.3 径向导叶的设计计算193.4 吸入室的设计203.5 平衡装置的设计计算21第4章 主要零部件的校核244.1 叶轮盖板强度计算244.2 叶片厚度计算254.3 轮毂的强度计算254.4 分段式多级泵中段计算254.5 泵体密封面连接螺栓计算264.6 轴的校核274.7 键的强度校核28第5章 其他零部件的选择295.1 轴承部件的选择295.2 联轴器的选择29结论30致谢31参考文献32第1章 绪论1.1 本课题研究的目的及意义水泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。供输送清水之用，效率高，性能范围广，运转安全平稳，噪声低，寿命长，零件互换性强，使用维护方便，产品规格齐全，覆盖面广。随着它应用领域的不断地扩大和先进技术的不断发展，具有广泛的研究意义。高扬程水泵是水泵的一种，其适用范围也非常广泛，从民用到农用再到工业生产，都离不开高扬程水泵。高扬程水泵满足人们需要需要把介质远距离输送的需求，农业：用于灌渠引水工程，远距离输送灌溉水，保证旱涝季节农用灌溉用水问题，高扬程水泵搭配大流量灌溉泵效果更佳；工业：工业管道介质输送，尤其以带有锅炉房、化工厂、污水处理厂等，对高扬程水泵的使用需求更大；矿区：矿区使用一般使用在矿井深处，抽送矿井淤积污水，以便矿井工作的顺利进行。民用：高层建筑送水。1.2 水泵的发展概述水泵顾名思义就是输送液体或使液体增压的机械。水泵主要用来输送液体包括水、液态金属等。依据一定的工具对水进行收集或者是运输在我们日常的生活或者是生产当中是比较普遍的。在我国的远古时代就有著名的思想家发明的水车等等。当然了通过资料的查看，我们知道其中最为著名的也是最具影响力的当是阿基米德螺旋线的诞生。这样一个螺旋线从诞生开始一直到现在，依旧发挥了他重要的作用。纵观历史，我们能够发现泵从产生到发展的巅峰是在19世纪的时候，这个时候它已经用在了生产中得方方面面。随着需求量剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的高扬程水泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。利用离心力输水的想法最早出现在列奥.纳多.达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳高扬程水泵。但更接近于现在高扬程水泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片泵。1875年，带有导叶的多级高扬程水泵相继被发明，使得发展高扬程高扬程水泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力方程式，奠定了高扬程水泵设计基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使高扬程水泵获得理想动力源之后，才得以充分发挥。在英国雷诺的理论研究和实践的基础上，高扬程水泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。回转泵的出现对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄露大、磨损大等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题。并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。1.3 国内外水泵的发展现状1、国外研究现状国外泵业发展迅速，高科技应用起了致关重要的作用，如CAD/CAM技术的应用，推动了泵的设计多样化，生产朝多品种，小批量发展。制造技术的提高给泵业的发展注入了新的力量，80年代中后期，国外泵业在制造技术方面的特点是采用数控机床和加工中心日益普及，并且正在过渡到采用FMC和FMS。与此同时各种新材料的开发和应用也是推动泵技术发展的一个重要因素，不锈钢、塑料等新型材料正逐步取代老材料，使泵的应用领域得到扩大。密封技术是近几年来的一颗新星。由合成纤维等材料制成的低摩擦压缩填料相比，在多方面显出优势。2、国内研究现状我国的水泵技术起步于上世纪60年代，发展于90年代，目前我国水泵已有近百个系列、1500多个品种，而国外水泵的品种在6000种以上。我国在水泵的品种上仍然有不少缺口，现在产品仅能基本适用国民经济发展的要求。例如，对于2500万吨/年以上的炼油厂装置和炼油深加工装置、60万KW以上的火力发电机组等具有特殊要求的装置，国产水泵难以满足其要求；对于高压小流量、高压大流量等工业用泵，现有国产水泵产品仅有少量几种可供选用。近几年来，我国的水泵技术水平有了很大的提高，通过引进技术、更新改造、消化创新，我们通过分析可以晓得，我们国家生产出来的最新的水泵，他的技术含量已经达到了世界上面的领先的地位了。而最重要的是什么呢？我们说就是水泵的核心位置的核心技术的领先地位。看完了国内的发展，我们现在在放眼国际，我们又能够清晰的看到我们国家自己生产的水泵，和外国人生产的水泵在制造水平上还是存在着不小的差距的，企业的生产力还不是特别的强悍，专用泵的生产的水平还是不够的。通过了上面的分析和资料的查看，我们能够清晰的看到，中国在水泵的制造上面为什么不如国外的好呢？其最最重要的原因就是中国人自主开发的能力还不是特别的强悍，中国人的技术水平是不低的，但我们因为看地比较的少，施展的经验比较的少。所以我们在稳定性等方面当然存在了一定的距离的。现在外国人有在采用全新的VAD/CAM/CIMS，进行组合是设计、全面的分析和虚拟的制造了，这样做的好处是什么呢？能够及时的发现设计过程中出现的问题，以便进行解决，我们中国人也在采用这样一种全新的技术，但是和国外的利用率和成功率比起来，还是有一定的距离的，使用性也是比较的差。在产品质量方面，一些较大型企业的先进产品能够达到较好的水平，但整个行业仍处于质量控制相对不严的状态，从而使泵的能耗、泄露、震动和无故障运作周期等主要技术经济指标总体上仍处于较低水平。由于水泵的设计、开发能力、开发速度与质量控制远远不能满足我国工业发展的速度，因此、我国核电、化工等工业建设所需的水泵类至今还主要依靠进口。如果这一现状不加以改善，我国的水泵行业将难以进入国际先进水平。1.4 水泵的发展趋势1、泵内在特性的提升与追求外在特性在现在关于泵的设计和生产上面，我们能够清晰的看到，国内许多的生产商家在积极的从事这方面的研究，他们为中国在这个方面的发展做出了重要的贡献。但是通过参看也发现有不少的商家生产的产品是不符合要求和国家的相关的规定的，但是这些产品已经流露到了市面上，因而就引发了不合格产品出现的这样那样的问题不足之处。正常的泵泵的性。我们国家企业内部的设计部门的设计人员为了一个水泵的一个性能或者是优化一个特性上面往往会消耗许许多多的时间和精力，因为我们在设计部设计出来的泵假如我们预想的效率是100%，但到了实际的生产当中就没有100%，因为这当中存在着能量消耗的问题，因而这就需要我们进行进一步的优化设计和分析乃至校核。我们现在生产的泵一般的情况下都是一整套的生产，这样做的好处是进行集中的设计和集中控制，即使遇到了问题我们也可以集中的处理。2、机电一体化的进一步发展在中国经济快速向前发展的同时，机电一体化技术也在快速的向前发展。因为泵的发展涉及的领域比较的多，覆盖的范围也比较的广泛，因此泵的发展涉及到了领域也比较的多，概括起来就是机电一体化的发展。你比如将怎么样消除泵上面的轴封的这个问题，我们就需要从了解电动机的结构开始，仅局限于泵本身是没有办法实现的，解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，我们还需要提升泵在工作时候的工作的效率，以及本在工作的时候所有的控制元件等等。要解决上面讲到的这些问题，一个主要的着手点就是控制水平的提升控制技术的提高，这样才能够更快、更好更合理的用好机电一体化技术。在中国制造业发展的这么多年以来，我们能够清晰的看到高扬程水泵能够快速、健康的发展，其中一个主要的方面就是得益于材料的发展和新材料的诞生。在进行泵的制造的时候最初的材料我们采用的是非常便宜也非常容易得到的HT200.而现在我们采用的材料，是近几年刚刚发展起来的合金材料，这样一种材料的使用和诞生，能够在很大的程度上面控制泵在工作的过程中，因为摩擦和腐蚀等等问题。当然了，这样一种新的材料的诞生，我们现在已经将其运用到泵上面能够运用到的地方了。这样一种材料在造价上面是比传统的材料的造价要高一些，当中他的使用的寿安和使用的性能，比传统材料的使用要长和广泛。现在发展的一个重要的标志是信息技术的发展。在设计部门从事泵的设计和分析的手段，已经由之前的水工更新为现在的计算机电脑操作了，这一个更新在减轻工人工作量的同时，还能够使得我们设计的数据更加的合理，分析的更加的准确。最重要的是能够大大减少工人师傅设计的时间和设计的周期，这样又能够为企业降低了一定的设计成本。在几年前我们就提出了三个名称CAD、CAM以及后来出现的CAPP。上面将到的这三个名称就是计算机辅助设计、装置和工艺的有机结合。可以这样讲一个企业在进行产品的设计、产品的装配和产品的分析的时候是不可能不采用电脑进行操作的，当然了cam在中国现在的大环境下运用的还不是特别的广泛，现在只是进行小批量的设计。与此同时，除利用计算机制图外还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可靠性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的工艺问题、局部结构问题及装配性问题等方面提至生产前进行防范，缩短产品的试制期。1.5 高扬程水泵的工作原理及结构分析联结，泵的旋转方向，从驱动端看，泵为顺时针方向旋转。其主要的机构包含以下几个方面：1、定子部分 主要由吸入段、中段、吐出段、导叶、填料函体和轴承体等分别用拉紧螺栓联接成一体，从联轴器端看，泵吸入口为水平右方向，吐出口为垂直向上。2、转子部分 主要由轴、叶轮、平衡盘、轴承及轴套等组成。3、泵的密封（1）泵进水段、中段、出水段之间的静止结合面用纸垫或二硫化钼来密封。（2）泵各级间采用节流密封。（3）泵的两侧轴封采用软填料密封。（4）采用挡水圈挡水，防止水进入轴承。4、轴承部分除MD(P)6-25、MD(P)12-25型泵轴承采用GB/T292-94角接触球轴承以外，其余泵型的整个转子由两端的圆柱滚子轴承GB/T283-94支承；轴承采用3号通用锂基润滑脂润滑。由于MD(P)6-25、MD(P)12-25型泵轴承采用了GB/T292-94角接触球轴承，所以转子无轴向窜动量，其余泵型的转子应有轴向窜动量。5、平衡部分由于叶轮前后盖板受压面积不等，产生轴向力，此轴向力由平衡装置承担。由平衡盘、平衡环组成。泵的平衡室由出水段、尾盖、平衡水管部件所组成，平衡水管部件绝对不允许堵塞，可用闸阀调节平衡水管部件内水的流动。1.6 本课题研究的主要内容通过图书馆、网络等获取知识的途径，充分了解国内外高扬程水泵的研究现状及发展趋势，掌握高扬程水泵的组成、分类、工作原理及工作特点。本次设计通过对高扬程水泵的研究，设计出一台克服高度和阻力的高扬程水泵。已知条件：泵的最大扬程为37m、最小扬程为32m。1、课题研究的内容：1）了解高扬程水泵的研究现状及发展趋势。2）掌握高扬程水泵的结构及工作原理。3) 完成高扬程水泵开题报告的撰写。4) 完成高扬程水泵毕业论文的撰写。5) 绘制水泵装配图和主要零件图的绘制。2、课题设计的要求：1）开题报告的编写。2）毕业设计说明书。3）高扬程水泵的总装配图及主要零件图。第2章 总体方案的设计2.1 设计参数的确定1、流量Q=280 m3/h2、最大扬程H=37m、最小扬程H=32m、3、效率=70% 4、转速n= 1470 r/min5、液体重度=1000 kg/m32.2 总体结构的确定高扬程水泵的主要零部件有以下几种：叶轮，吸入室，压出室，密封环，轴封机构，轴向力平衡机构。泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室，其中还包括导叶。泵的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、矩形形压水室两种形式。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。2.3 原电机的选择2.3.1 电动机型号的确定选择原电机时应该综合考虑动力来源、价格、投资和维护管理费用等。由于电源比较方便，一般均采用电机驱动。所以本设计采用电机直接驱动。高扬程水泵轴功率的计算： 式中：Ne泵的有效功率KW高扬程水泵的效率=0.70清水的重度1000kg/m3Q高扬程水泵的流量280m3/hH高扬程水泵的扬程37m则则计算功率：Nc=1.2N=1.240.31=48.37kw查“机械设计手册”选电机型号为Y250M-2型2.3.2 比转数ns和级数i的确定由于本泵是采用电机直接驱动的形式，所以电机转数确定，满载转数n=1470r/min 。根据比转数计算公式： 式中：n s比转数；n泵的转数1470r/min；Q泵的流量280m3/h；H泵的扬程37m；i多级泵的级数将上述数值带入上式可得如下关n=分别带入级数i=3、4、5、6、7、8级，分别求出相应的比转数ns的值，见表2.1级数i与比转数ns关系表表2.1级数i与比转数ns关系表级数i345678比转数ns227282332381429475综合考虑，确定级数为i=6级，比转数 ns=381。2.4 吸入口直径、流速和吐出口直径的初定常用的泵吸入口径、流量和流速的关系见表2.2。表2.2泵吸入口径、流量和流速的关系吸入口径（mm）506580100150200250300400多级泵流速m/s1.772.12.5432.442.482.542.843.42流量m3/s12.52546851552804507201500对汽蚀性能要求较高的泵（汽蚀比转数C1000），在吸入口径小于250毫米时，建议取吸入口流速Vs=1.01.8 m/s；在吸入口径大于250毫米时，建议取吸入口流速Vs=1.42.2 m/s。根据上述分析取吸入口流速Vs=2.4 m/s，则由公式：D=式中Q流量280m3/s；Vs吸入口流速2.48m/s；则D=0.198m由上表可圆整为D=200mm由吸入口流速公式Vs=可得Vs=2.477m/s由吐出口流速公式 =D=2002.5 最小汽蚀余量和汽蚀比转数的确定取C=680、n=1470 r/min、Q=280 /h=(5.62nC)=4.07 m由“清水的汽化压力与温度的关系曲线”在泵的设计手册，可查得，常温下清水的汽化压力Pv=0.024kg/cm2根据计算公式：式中：Pa标准大气压Pa=1 kg/cm2Pv温下清水的汽化压力Pv=0.024 kg/cm2最小汽余量=3.2 mVs吸入口流速 Vs=2.5 m/s带入上式可得 m根据汽蚀比转数计算公式 式中Q=280 m3/h、n=1470r/min、=4.07 m将上述数值带入上式可得=802为了安全，最大吸入口真空度常减去0.3做允许吸上真空度。m第3章 主要零部件的设计3.1 泵轴的设计从机械零件书中可知，可按下式计算传递扭力矩M=式中：M泵轴所传递的扭力矩NmNc计算功率Nc=48.37KWn泵转数n=1470r/min将上述数值带入公式得M=314.2Nm按扭矩初步计算的最小轴径d为d= 式中 材料的许用应力（Pa）；d最小轴径（m）机械手册上查“泵轴常用材料的许用切应力”， 本泵选择Q235调质处理HB=235 则=235Pa 则最小轴径d=选用该类型联轴器。选择YL1型联轴器，根据联轴器将最小轴径圆整为d=60mm。 固定转子的零件螺纹直径为d=72mm 安装轴承和叶轮处的直径为d1=75mm由于叶轮和轴通常是用键联结的，因此，轮毂要有一定强度，轮毂的直径dh可按下列经验公式计算。确定轮毂处的直径式中k经验系数，一般取k=1.21.4,取k=1.4d1安装叶轮处的轴的直径d1=75 mm则dh=kd1 =1.475=105 mm泵轴在运行中，除了承受扭矩外，还承受由皮带传动所引起的径向力、转子自重及由不平衡所引起的离心力等，这些力都会使轴产生弯曲；而轴向力会使轴产生拉伸或压缩。在轴径初步计算中，合理选择许用应力，除可节省材料外，对泵来说还有其特殊意义。3.2 叶轮的设计1、计算叶轮入口直径由于泵要求效率比较高，而多级泵的次级叶轮入口已有一定压力，故可将泵入口速度系数尽可能取得高些。先确定叶轮入口速度，可用公式 式中：叶轮入口速度系数；H泵的单级扬程由上图可以查到叶轮入口速度系数=0.22，泵的单级扬程Hi=37/6=6.17m所以m/s通过叶轮的流量Q可用公式 式中泵的容积效率查图离心泵的设计基础，得流量等于38m3/h的容积效率，可查得=0.942则 m3则叶轮入口的直径可根据公式 取D0=70mm一般与比转数有关，由于本设计的比转数ns=167在100200之间，所以D1D0,一般入口边平行于轴心线；对流量较小的泵，可取D1D0;对流量较大的泵，也可将入口边伸入吸入口，但是应注意铸造造型的工艺性。取D1=(10.8)D0=150mm3、计算叶片入口处绝对速度一般取=，对汽蚀性能要求高的泵，取=(0.40.83)这里取=0.7=0.7=0.74.4=3.08 m/s4、计算叶片入口宽度泵叶轮入口尺寸，入口宽度和入口边直径除影响泵的抗汽蚀性能影响很大。计算公式为5、计算叶片入口处圆周速度计算用公式则6、计算叶片数泵的效率跟叶片数的多少有直接关系。对的泵，取6片；对低比转速的泵可以取9片，但应注意勿使入口流道堵塞；对高比转数的泵可以去45片。在一般情况下，增加叶片数可以改善液体流动情况，适当提高泵的扬程，但叶片数增加后将增加叶片摩擦损失，减少流道过流面积。取z=6片7、计算叶片入口轴面速度叶片入口轴面速度Vm1可按下式确定=式中 为叶片入口排挤系数,在设计泵时先选取排挤系数进行试算，待叶片厚度和叶片入口安放角确定后，在来校核值。在估算时一般取，这里取=1.3。则=1.33.08=4.00m/s 8、计算叶片入口安放角由速度三角形知 式中：液体进入叶轮相对速度的液流角。 前面已经计算过。则 叶轮入口安放角比相对速度角增大了一个角度，这个角度叫冲角，用表示，叶片入口安放角为一般冲角取=，叶片入口安放角则叶片入口安放角=选择一个冲角的原因是：液体在进入叶轮前，已受吸入室、轴或叶轮的影响而旋转运动，增加冲角就是考虑了预选的影响，以减少液体冲击损失；取正冲角后，叶片入口处排挤系数减小了，几增大叶片入口积，改善了液体流动情况，可以提高泵的汽蚀性能。冲角对泵抗汽蚀性能有一定的影响。9、计算叶片厚度选用铸钢材料的叶轮，故叶片厚度S1=6 mm10计算叶片排挤系数叶片排挤系数等于流道入口叶片厚度的过流面积与考虑叶片厚度过流面积之比值式中叶片节矩，=；叶片在圆周方向上的厚度按公式：=；入口处的叶片实际厚度将上述三个式子联立可得式中D1叶片入口边直径；S1叶片厚度；Z叶片数目；入口安放角。则11、计算叶片包角叶片包角的选择至关重要。包角越大、叶片间流道越广，则叶片单位长度负荷小，流道扩散程度越小，有利于叶片与液流的能量交换。如叶片包角太大，则叶片与液体的摩擦损失增加，铸造工艺性差，所以包角大小应适当选取。对的泵，一般取=。取=12、计算叶轮外径由公式 式中叶轮出口圆周速度，m/s，可按下式计算=式中叶轮出口圆周速度系数，取为0.38。H 多级泵的单级扬程则= m/s 则D2=140mm根据公式取系数为1.1，Z=6 片13、计算叶片出口安放角对高转速的泵，安放角可以取得小一些，低比转速的泵可取得大一些。叶片出口安放角对性能曲线的形状，叶轮流道形状和泵的扬程影响都较大。取=14、计算叶轮出口宽度b2可以通过叶轮出口轴面速度确定， VM2可按下式计算 式中为叶轮出口轴面速度系数，取值0.15；H多级泵的单级扬程。则 m/s由于已确定，所以可以按下式计算式中流经叶轮的流量，m3/s；D2叶轮外径，m；Z叶片数目；叶片出口处圆周方向的厚度，可有下述公式计算 式中：S2叶轮出口处叶片真实厚度；叶片出口安放角。可得 m15、计算叶轮出口绝对速度和圆周速度的夹角叶轮出口排挤代入公式可解得=m/s由公式：可得 又因 式中经验系数由下式计算得 由于2=300所以=取将上述各个数据代入公式可得得=在有限叶片时，液体实际流出角为，可得液体流出叶轮的绝对速度V2为= 3.3 径向导叶的设计计算1、确定基圆直径根据经验可按下式计算D3=D2+(13)=348+2=350 mm2、确定导叶入口角 取= 3、确定导叶入口宽度b3导叶入口宽b3可按下式计算：= 取=13 mm4、确定导叶喉部面积和形状导叶喉部速度 式中导叶喉部速度系数，取=0.35；H 水泵的单级扬程。则=可按下式计算导叶喉部尺寸 ，F=其中F为导叶喉部面积。Z 为导叶片数，选择7 片。F=， 取整数30mm5、确定导叶入口厚度S 。导叶扩散段长度L 式中 为扩散角。 为导叶扩散段出口面积=其中=。L，取整数46mm。导叶外径。取整数360mm. 依据相关的设计资料和手册我们选取。7、确定导叶扩散段长度L m/s 取 m/s扩散段出口的面积可由下式计算 式中，Q泵计算流量；z导叶叶片数，取z=5；离开导叶扩散段速度则 m2导叶扩散段长度可按下式计算 式中：扩散角；喉部尺寸；导叶扩散段出口的面积取L=107mm 根据结构和绘型的需要，取按公式，取系数为1.42，则mm8、确定反导叶入口角 取=3009、确定反导叶叶片数 取反导叶叶片数z=710、确定反导叶出口角 取3.4 吸入室的设计圆环形吸入室优点是结构简单，轴向尺寸较短， 缺点是液体进入叶轮时有冲击和旋涡损失，但是，由于多级泵的扬程高，吸入室中的水力损失所占的比重不大，故在多级泵中应用。 3.5 平衡装置的设计计算由于作用在叶轮两侧的压力不等，故轴向力存在。除由于压力不对称所引起的轴向力以外，液体的反冲力以及叶轮内部压力不对称都能引起轴向力。对一般入口压力较低的泵来说，只要计算由叶轮两侧压力分布不对称所引起的轴向力就可以。为了克服轴向力并限制转子的轴向串动是必须的。1、确定平衡盘两侧压差应该已最少的级数来计算平衡盘的尺寸，在泵只有两极时平衡盘两侧压差以按下式计算式中，P-P0平衡鼓两侧的压差；H泵的总扬程；Hi泵的末级扬程；水的重度；K经验系数，一般取K=0.6则： N/m2取平衡盘两侧压差为平衡鼓两侧压差的55%，则即 N/m22、计算平衡盘半径 第一级叶轮的轴向力按公式计算式中K实验系数，与比转数有关，当ns=40200时，k=0.60.8 取k=0.6；Hi泵的单级扬程；水的重度；第一级叶轮密封环半径，=0.09m；叶轮轮毂直径，=0.028m则第一级叶轮的轴向力第二级叶轮的轴向力计算公式同第一级的一样只是把叶轮密封环直径换成第二极的直径了。第二级密封环直径为：=0.10m则第二级叶轮的轴向力为级数最少时泵的总轴向力F N令平衡力A等于轴向力F，一般取轴向间隙长度与平衡盘半径之比为0.20.3，这里取则 m取3、计算轴向间隙长度和平衡盘外圆半径r平衡盘的轴向间隙宽度L0 和平衡盘外圆半径r可分别按下式计算：、将上面计算得的数值带入公式446和公式447，可分别求出相应值则 m 取L0=0.012 m=12 mm则=0.042+0.012=0.054 m=54 mm4、确定轴向间隙和径向间隙b在0.1-0.2mm取值，b在0.2-0.4mm取值。取=0.000125m；b=0.0003 m5、计算径向间隙长度L计算径向间隙长度L，可按下式计算取，则上式化为 m 取L=60mm6、计算平衡盘的泄漏量平衡机构两侧压差按下式计算：P-= N/m2平衡盘两侧压差=0.55（P-） N/m2径向间隙两侧压差P-=（P-）-（） N/m2平衡盘的泄漏量按下式计算：=0.000229 m3/s；所以 m3/h由于泵的总流量为38 m3/h,而平衡盘的泄漏量为0.8 m3/h，占总流量的百分比为。泄漏量约占泵流量的1.09%左右，实践证明，平衡盘工作是可靠的。第4章 主要零部件的校核4.1 叶轮盖板强度计算叶轮的圆周速度与圆周方向应力有以下关系=式中叶轮材料的重度，对铸铁叶轮取71540（牛/）；叶轮圆周速度（）；g重力加速度（），一般取g 为9.8则 N/m2由表4.1查叶轮的许用应力=250350，材料为HT20-40，合格。表4.1 叶轮的许用应力材料名称热处理状态许用应力()HT20-40退火处理24.5-34.3ZG25退火处理58.8-68.6ZG1Cr13退火处理88.2-98ZG2 Cr13调质处理98-107.8Ni-Resist固熔化处理44.1-53.9ZGCr28退火处理68.6-78.4可知叶轮符合要求经验表明，铸铁叶轮的圆周速度最高可达到60米/秒左右。因此，单级扬程可达200米左右；合金叶轮的圆周速度最高可到10米/秒，因此，单级扬程可达到650米左右。表4.2 叶轮盖板厚度叶轮直径100-180181-250251-520520盖板厚度 4 5 6 7因为叶轮的圆周速度没有超过上述范围,则叶轮盖板厚度由结构与工艺上的要求决定,悬臂式泵和多级泵的叶轮盖板厚度一般可按表5-2选取。由表4.2叶轮盖板厚度选取4mm4.2 叶片厚度计算叶片厚度(毫米)可按下列经验公式计算+1式中经验系数,材料和转速有关,对铸铁和铸钢叶轮,系数按离心泵设计基8-3叶片厚度经验系数选，取=5叶轮外径(米)；单级扬程(米)；Z叶片数则S，所以合格。4.3 轮毂的强度计算叶轮轮毂处由离心力所引起的应力可近似的按下式计算,由此应力所引起的变形为式中E弹性模量；对铸铁E=12.74；叶轮轮毂平均直径(米)；由离心力引起的叶轮轮毂直径的变形(米)；应小于叶轮和轴配合的最小公盈,既则由公差配合表可知，二级精度第六种静配合的最小公盈=0.005mm1，由此可按薄壁圆桶计算，带入公式= 由此可知，中段是安全4.5 泵体密封面连接螺栓计算每个螺栓上总的载荷P平衡液体静压力的拉力可按下式计算 为了保证泵体结合面密封性的拉力可按下式计算式中泵体密封面垫片平均直径（米）；泵腔内液体最大静压力 （牛顿/）；n螺钉数；m密封面系数，m=2；b泵体密封面垫片有效计算宽度；当垫片实际宽度米时，取b=;当。代入数据=11683 N =34756 N每个螺栓的总负荷P为P=46439N 螺栓材料45号钢， N/m2，取材料的许用应力 N/m2连接螺栓的最小直径按下式计算d= d=0.017 m 此处计算出的d是连接螺栓最小直径，由GB19663知，M=18的螺纹底径为=17.46,因此，取连接螺栓的螺纹为M18。4.6 轴的校核1、校核轴的强度轴径d可按下式计算 式中 为材料的许用应力； 为当量弯矩。泵轴的当量弯矩，可按下式计算= 式中 为计算断面的弯矩；M 为计算断面的扭矩取。图4.1为泵轴受力示意图： 图4.1 泵轴受力示意图首先计算出F1的大小：则根据泵轴的受力计算出弯矩然后画出弯矩图由此可见泵轴的危险截面在叶轮的安装处。则有泵轴的当量弯矩所以图4.2 弯矩图所以，轴是安全的。2、校核轴的刚度计算轴的细长比。故泵轴是可以采用的。4.7 键的强度校核键的剪切应力可按下式计算式中M键所传递的扭矩；d轴径；b键的宽度；l键的长度；键的许用剪切应力，一般键为45号钢，可取=58.8106牛顿/米2挤压应力可按下试计算式中h键高；许用挤压应力，取钢的许用挤压应力=147106-156.8106 N/m2；铸钢的许用挤压应力可取=88.2106-107.8106 N/m2根据实际情况可知，泵轴传递的扭矩M=28.32 Nm,联轴器处的轴径为d=20mm,选用键632由JB113-60可知，键的尺寸为b=6mm,h=6mm,l=32mm得 N/m2由于键的材料是45#，泵联轴器的材料是铸铁的。所以、键是安全的，轮毂也是安全的。- 32 -第5章 其他零部件的选择5.1 轴承部件的选择选用滚动轴承，因为它的优点是：轴承磨损小，轴或转子不会因为轴承磨损而下沉很多；轴承间隙小，能保证轴的对中性，互换性好，维修方便；摩擦系数小，泵的启动力矩小；轴承的轴向尺寸小。而滑动轴承结构复杂、零件多、体积较大，故多用在高转速大型离心泵上。我选用的是角接触球轴承。5.2 联轴器的选择联轴器是使泵轴与原动机轴互相连接并传递功率的部件，泵通常是用联轴器直接与电机连接的。随着工业的发展，联轴器的结构形式也日益增多。在该设计的泵中选用爪型弹性联轴器，爪型弹性联轴器体积小，重量轻，结构简单，便于加工制造，安装方便。在小功率和轴径不太大的泵上广泛使用。，泵联轴器选用HL1，材料为HT20-40。结论在自己的努力下、老师的指导下、同组同学的帮助下，本人毕业设计已经基本上是完成了。本文设计的高扬程水泵有以下的优点:1、适用范围广。2、效率高，配用电动机的功率小, 节能效果显著。3、工人加工起来比较的便捷、维修起来也是不难的，并且还有一个好的地方就是对工人专业技能的要求还是比较低的。虽然在本次毕业设计的过程中，我花费了大量的时间、精力和查阅了大量的资料，但纵观全文本次设计还存在以下的不足：1、从理论上对泵做了优化设计后，需要对设计做相关的试验，从试验中找出设计的不足，针对不足做进一步的优化和改进。2、在设计的过程中，我们发现通过数学模型的建立来对形成进行控制还是相当困难的。在这次的设计中，我们仅仅只是对它的工作原理以及工作特点进行了粗狂的简述，我们还可以通过控制系统数学模型的建立，来