污水離心泵設(shè)計(jì)說明書

1、摘 要 污水泵屬于離心雜質(zhì)的一種，具有多種形式：如潛水式和干式二種，目前最常的潛水式為wq型潛水污水泵，最常見的干式污水泵如w型臥式污水泵和wl型立式污水泵二種，抗堵性和可靠性是污水泵優(yōu)劣的重要因素。在處理工業(yè)污水時(shí)，由于污水中含有酸性或者堿性物質(zhì)，襯膠泵的使用非常廣泛。一般都會(huì)在污水處理池前，都會(huì)加一個(gè)過濾網(wǎng)，將纖維纏繞物等攔在泵的吸入口之前，使得不能進(jìn)入泵腔，從而使得泵能夠更好的工作，壽命更長。本設(shè)計(jì)從離心泵的基本工作原理出發(fā)，在充分考慮了各種樣式泵優(yōu)劣性的前提下，確定選擇單級(jí)單吸式離心泵。通過查閱許多參考資料，對離心泵基本參數(shù)進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算。確定了泵的各種設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇了設(shè)計(jì)泵所

2、需要的各種標(biāo)準(zhǔn)零件。從經(jīng)濟(jì)可靠性出發(fā)，合理設(shè)計(jì)離心泵部件，選擇標(biāo)準(zhǔn)連接件，保證金川集團(tuán)鎳鹽廠污水泵設(shè)計(jì)的安全性，實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：污水泵；設(shè)計(jì)參數(shù)；葉輪；泵體；軸封；可靠性；abstract: sewage pumps are centrifugal an impurity, a variety of forms: as submersible and dry type two kinds, the most commonly dive formula wq submersible sewage pumps, the most common dry sewage pumps such a

3、s w-type horizontal and wl vertical sewage pumps sewage pumps two kinds, anti-blocking sewage pumps and reliability are the pros and cons of important factors. in the treatment of industrial wastewater, due to wastewater containing acidic or alkaline substances, rubber lined pump is widely used. usu

4、ally in the sewage treatment pond before, will add a filter, such as the fiber twisting thing stopped before the pump suction, making it impossible to enter the pump chamber, which allows the pump to work better and longer life. this design from the basic working principle of centrifugal pump starti

5、ng, taking full account of the pros and cons of various styles pump under the premise sure to select single-stage single-suction centrifugal pumps. researching many references on the basic parameters of centrifugal pump, a series of design calculations. determining design parameters of the pump, the

6、 pump is selected to design the various standard part. starting from the economic reliability, reasonable design centrifugal pump parts, selection criteria connections, margin-group nickel salt plant sewage pump designed for safety, practicality, economy.keywords: sewage pumps; design parameters; im

7、peller; pump; seal; reliability;目錄1 緒論12 設(shè)計(jì)依據(jù)3 2.1 工藝流程3 2.2 原始設(shè)計(jì)參數(shù)33 方案確定44 污水泵性能參數(shù)計(jì)算54.1 轉(zhuǎn)速54.2 揚(yáng)程54.3 比轉(zhuǎn)速64.4 效率64.5 功率75 污水泵葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算95.1 葉輪進(jìn)口直徑95.2 葉片入口邊直徑95.3 葉片入口處絕對速度95.4 葉片入口寬度105.5 葉片入口處圓周速度105.6 葉片數(shù)105.7 葉片入口軸面速度115.8 葉片入口安裝角115.9 葉片出口安裝角115.10 葉輪外徑125.11 葉片厚度125.12 葉片排擠系數(shù)校核125.13 葉片包角的確定1

8、35.14 葉輪出口寬度135.15 葉輪的軸面投影圖136 泵體設(shè)計(jì)146.1 吸入室146.1.1 概述146.1.2 直錐形吸入室設(shè)計(jì)146.2 壓出室146.2.1 基圓146.2.2 蝸室入口寬度156.2.3 舌角156.2.4 泵舌安裝角：156.2.5 蝸室斷面面積156.2.6 擴(kuò)散管187 污水泵軸設(shè)計(jì)及校核187.1 泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)197.1.1 泵軸傳遞扭矩197.1.2 泵軸材料選擇197.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)197.2 軸向力及其平衡197.2.1 軸向力計(jì)算197.2.2 軸向力的平衡207.3 徑向力及其平衡217.4 泵軸的校核218 污水泵軸封設(shè)計(jì)26 8.

9、1 機(jī)械密封26 8.2 密封腔處的介質(zhì)壓力26 8.3 密封面平均直徑的圓周速度26 8.4 密封腔內(nèi)的介質(zhì)溫度26 8.5 機(jī)械密封具體結(jié)構(gòu)27 8.6 機(jī)械密封輔助措施27 8.7 機(jī)械密封沖洗27 8.8 機(jī)械密封潤滑27 8.9 機(jī)械密封冷卻279 軸承、聯(lián)軸器、鍵的選擇及校核299.1 軸承299.1.1 軸承選擇299.1.3 軸承潤滑309.1.4 軸承密封309.2 鍵的選擇與校核309.2.1 鍵的選擇309.2.2 鍵的強(qiáng)度校核31 9.3 聯(lián)軸器選擇329.3.1 聯(lián)軸器329.3.2 聯(lián)軸器的校核3210 結(jié)論34致謝35參考文獻(xiàn)36金川集團(tuán)鎳鹽廠污水泵設(shè)計(jì)1 緒論1

10、.1、工程背景金川集團(tuán)股份有限公司（簡稱金川公司）是采、選、冶、化配套的大型有色冶金、化工聯(lián)合企業(yè)，生產(chǎn)鎳、鉑、銅、鈷、稀有貴金屬和硫酸、燒堿、液氯、鹽酸、亞硫酸鈉等化工產(chǎn)品以及有色金屬深加工產(chǎn)品，鎳和鉑族金屬產(chǎn)量占中國的90%以上，是中國最大的鎳鈷生產(chǎn)基地，第三大銅生產(chǎn)基地，被譽(yù)為中國的“鎳都”。長期以來，金川集團(tuán)對環(huán)境保護(hù)工作一直十分重視，尤其是2000年以來，金川公司在新一屆領(lǐng)導(dǎo)班子積極落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，堅(jiān)持走科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好的新型工業(yè)化道路，依靠科技進(jìn)步，立足全球發(fā)展，實(shí)施國際化經(jīng)營，使公司規(guī)模不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量不斷提高。金川集團(tuán)在快速

11、發(fā)展過程中，不斷加大污染控制及環(huán)境保護(hù)工作力度，通過加大投資和強(qiáng)化管理，保證了公司協(xié)調(diào)、健康和可持續(xù)發(fā)展，區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和環(huán)境面貌發(fā)生了根本的變化。金川集團(tuán)公司2008年重點(diǎn)節(jié)能減排環(huán)保攻關(guān)項(xiàng)目，“含重金屬離子污水處理站”擴(kuò)能改造工程，投運(yùn)后，可將公司精煉廠、鎳鹽廠、銅鹽廠及新產(chǎn)品公司等生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的工業(yè)污水進(jìn)行處理，每年處理回用含重金屬離子高鹽份工業(yè)污水200萬噸，還可從污水中回收有價(jià)值金屬300噸，從根本上解決公司生產(chǎn)廠區(qū)含重金屬離子工業(yè)污水達(dá)標(biāo)排放和回收利用的難題。本設(shè)計(jì)就是針對泵在化工裝置中的重要性的不斷提高的現(xiàn)狀下，針對工程實(shí)際（金川集團(tuán)鎳鹽污水處理），進(jìn)行泵的改良，對提高泵的使用效率

12、，降低能耗，具有重要的意義。1.2、國內(nèi)現(xiàn)狀利用離心力輸水的想法最早出現(xiàn)在列奧納多達(dá)芬奇所作的草圖中。1689年，法國物理學(xué)家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。但更接近于現(xiàn)代離心泵的，則是1818年在美國出現(xiàn)的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞泵。18511875年，帶有導(dǎo)葉的多級(jí)離心泵相繼被發(fā)明，使得發(fā)展高揚(yáng)程離心泵成為可能。盡管早在1754年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉就提出了葉輪式水力機(jī)械的基本方程式，奠定了離心泵設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，但直到19世紀(jì)末，高速電動(dòng)機(jī)的發(fā)明使離心泵獲得理想動(dòng)力源之后，它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮。在英國的雷諾和德國的1普夫萊德雷爾等許多學(xué)者的理論研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上

13、，離心泵的效率大大提高，它的性能范圍和使用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大，已成為現(xiàn)代應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的泵。 國內(nèi)污水處理設(shè)備的生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代中后期，當(dāng)時(shí)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、成套化、系列化水平很低，定型產(chǎn)品較少。進(jìn)人20世紀(jì)90年代以來，國家有關(guān)部門先后對主要污水泵處理設(shè)備制造企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水泵處理專用設(shè)備和與之配套的通用設(shè)備的生產(chǎn)水平都有了很大提高。目前，日處理5、10、25、50噸的城市污水泵處理廠的全部或主要設(shè)備都可實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。其中，國產(chǎn)的微孔曝氣器、高強(qiáng)度曝氣機(jī)、帶式壓濾機(jī)、各類格柵除污機(jī)、刮泥機(jī)、刮砂機(jī)、曝氣轉(zhuǎn)刷、曝氣鼓風(fēng)機(jī)、大型污水泵、潛水泵等已基本上能夠

14、適應(yīng)國內(nèi)市場需求，還有部分產(chǎn)品出口。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，從日處理5萬噸到50萬噸規(guī)模的污水污泥提升系統(tǒng)、機(jī)械過濾沉淀系統(tǒng)、曝氣處理系統(tǒng)、污泥脫水處理系統(tǒng)等國產(chǎn)設(shè)備，已相當(dāng)于國際20世紀(jì)80年代水平，并能夠提供成套設(shè)備。在產(chǎn)品水平方面，能耗較大的鼓風(fēng)機(jī)、污水泵、潛水泵等產(chǎn)品，單機(jī)設(shè)備效率已接近國際20世紀(jì)80年代水平。成套產(chǎn)品的總體水平相當(dāng)于國際20世紀(jì)七八十年代的水平。 2 設(shè)計(jì)依據(jù) 2.1 工藝流程鎳鹽廠車間污水首先全部匯集到一起，經(jīng)廢水處理泵打入吸附柱，在吸附柱中雨收集池里的反洗液混合進(jìn)行初步反應(yīng)，隨后在吸附柱中處理后的液體一部分進(jìn)入沉淀池，另一部分進(jìn)入預(yù)處理池，進(jìn)入沉淀池的液體經(jīng)沉淀進(jìn)入收集

15、池，同時(shí)收集池里的沉淀物可分離后循環(huán)使用。而前邊進(jìn)入預(yù)處理池的部分，經(jīng)泵再次打入吸附柱與收集池中的反洗液進(jìn)行混合反應(yīng)，一部分處理過的鎳鹽污水已經(jīng)完全無害，輸送到完全處理液收集池中，另一部分液體進(jìn)入沉淀池中沉淀，然后送入收集池中，同時(shí)收集池中的沉淀物也可循環(huán)使用。從而將鎳鹽廠污水處理完成。此次設(shè)計(jì)主要為污水第一次進(jìn)入處理系統(tǒng)的泵。 2.2 原始設(shè)計(jì)參數(shù) 金川集團(tuán)鎳鹽廠污水年處理量70萬噸，每年工作330天，每天工作24小時(shí)。 假設(shè)鎳鹽污水密度為1000 3 方案確定 離心泵基本工作性能特點(diǎn)5：（1） 轉(zhuǎn)速高，通常為1500r/min3000r/min或更高，流量均勻；（2） 流量隨揚(yáng)程而變化，流

16、量范圍大，通常10350 m3/h，最大流量可達(dá)10000 m3/h以上；（3） 揚(yáng)程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程。單級(jí)揚(yáng)程一般10m80m。工作壓力一般10105pa；（4） 功率范圍很大，一般在500kw以內(nèi)，最大可達(dá)1000kw以上；（5） 效率較高，一般0.500.90，在額定流量下效率最高，隨著流量變化效率降低。綜合以上論述計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用單級(jí)單吸離心泵結(jié)構(gòu)。葉輪：本次污水泵設(shè)計(jì)采用半開式葉輪，相比于閉式葉輪，半開式葉輪以其簡單的結(jié)構(gòu)、良好的通過性能在污水泵設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。葉片：葉片對污水泵的揚(yáng)程效率及過流能力有很大的影響，選擇葉片數(shù)時(shí)一方面要考慮葉道有足夠?qū)挾?/p>

17、即取較少的葉片使葉道有較強(qiáng)的過流能力，另一方面又要保證泵的揚(yáng)程和效率。對于這種形式的污水泵葉片數(shù)一般取68。吸入室：使液體以最小的損失均勻地進(jìn)入葉輪的零件。主要有直錐行吸水室、圓環(huán)形吸水室和半螺旋形吸水室三種結(jié)構(gòu)形式?？紤]到直錐式吸水室結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良。其中液體在直錐行收縮管中流動(dòng)，流速漸增，分布均勻，水力損失小，保證葉輪進(jìn)口有均勻地速度場，并且多用于單級(jí)懸臂式泵，所以本次設(shè)計(jì)采用直錐行吸水室。軸封：本設(shè)計(jì)采用機(jī)械密封。機(jī)械密封由于兩個(gè)端面的緊密貼合，使密封端面之間的交界（密封界面）形成一微小間隙，當(dāng)有壓介質(zhì)通過此間隙時(shí)形成極薄的液膜，造成阻力，防止介質(zhì)泄漏，又使端面得以潤滑，由此獲得較好的

18、密封效果。當(dāng)采用機(jī)械密封時(shí)，密封腔中應(yīng)該充滿密封液，其應(yīng)力應(yīng)比工作介質(zhì)壓力大。4 污水泵性能參數(shù)計(jì)算4.1 轉(zhuǎn)速確定泵轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)考慮下面因素3：1、泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此，應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；2、轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來確定；3、確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種類（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)）和傳動(dòng)裝置（變速傳動(dòng)等）；4、提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式 可知，轉(zhuǎn)速和汽蝕基本參數(shù)和有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對于一定的值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則增加，當(dāng)該值大于裝置提供的裝置汽蝕余量時(shí)，泵便發(fā)生汽蝕。假設(shè)，選擇c=980則：=3

19、688 (4-1)即泵轉(zhuǎn)速應(yīng)小于3688，選擇泵轉(zhuǎn)速為2900則 (4-2) 式中：4.2 揚(yáng)程 ，1、吸入喇叭管損失：=0.037m（查表得=0.15）2、彎頭損失：0.75m（查表得=0.9）3、吸入直管損失：0.322m（查表的=0.03）4、水平直管損失： =0.817m 5、蝶閥全開損失：=0.037m 6、泵出口直管損失：1.702m總的裝置揚(yáng)程：h=32.005m取裝置實(shí)際揚(yáng)程為h=35m 4.3 比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速是影響離心泵葉輪結(jié)構(gòu)和性能的一個(gè)參數(shù)。1、在250的范圍，泵的效率最好，當(dāng)60 時(shí)，泵的效率顯著下降；2、采用單吸葉輪過大時(shí)，可考慮改用雙吸，反之采用雙吸過小時(shí)，可考慮改用

20、單吸葉輪； 3、泵的特性曲線形狀也和有關(guān)。比轉(zhuǎn)數(shù)： （43）式中：比轉(zhuǎn)數(shù)； n泵軸轉(zhuǎn)速，r/m； 4.4 效率泵的總效率就等于其機(jī)械效率、容積效率和水力效率三者之乘積。因此，要想提高泵的效率就必須在設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行等各個(gè)方面注意減少各種損失。目前，離心泵的總效率視其大小、型式和結(jié)構(gòu)不同一般為0.550.90.在設(shè)計(jì)之前只能按統(tǒng)計(jì)資料（經(jīng)驗(yàn)公式或曲線）或類似的實(shí)際產(chǎn)品大致確定欲設(shè)計(jì)泵的效率，待設(shè)計(jì)完之后，可以近似估算所設(shè)計(jì)泵的效率，只有在泵制造完成之后，通過試驗(yàn)才能精確地確定其效率5。 1、水力效率： (4-4) 2、容積效率： (4-5)3、機(jī)械效率： (4-6)泵的總效率：4.5 功率 （4

21、-7）式中，重力加速度，m/s2；流體密度，kg/m3；設(shè)計(jì)流量，m3/s；泵的揚(yáng)程，m；有效功率，kw；1、泵軸功率 （4-8）式中：設(shè)計(jì)工況下的軸功率，kw； 泵效率。 2、 泵計(jì)算功率 （4-9）式中 ，計(jì)算功率，kw； 根據(jù)計(jì)算的功率選擇電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)如下表：查表選用y160 m2-25 污水泵葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 葉輪進(jìn)口直徑葉輪入口速度： （5-1）式中，葉輪入口速度，m/s；k0葉輪入口速度系數(shù)； 通過葉輪的流量： 葉輪進(jìn)口直徑： 5.2 葉片入口邊直徑在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片入口邊直徑，葉片入口邊直徑一般可按比轉(zhuǎn)速

22、ns確定。40100，則(一般入口邊平行于軸心線；對流量較小的泵，可取；對流量較大的泵，也可將入口邊伸向吸入口，但是應(yīng)注意鑄造造型的工藝性)：100200，則(10.8)；200300，則(0.80.6)；300500，則(0.70.5)；500，則(軸流泵)。本設(shè)計(jì)中葉片入口邊直徑取80mm。5.3 葉片入口處絕對速度 一般取或略大于，對抗汽蝕性能要求較高的泵，可?。?.40.83）。本設(shè)計(jì)中取。5.4 葉片入口寬度 （5-2）離心泵葉輪入口尺寸，和除影響泵的性能和效率外，對泵的抗汽蝕性能影響很大。為提高汽蝕性能適當(dāng)增加，取=25mm。經(jīng)驗(yàn)表明，葉片入口過流斷面積和葉輪入口面積之比，在下列范

23、圍內(nèi)較好： (5-3) =1.25合適。5.5 葉片入口處圓周速度 (5-4) 5.6 葉片數(shù)目前尚無準(zhǔn)確的方法確定葉片數(shù)，對250的泵，一般取6片；對低比轉(zhuǎn)速的泵可取9片，但應(yīng)注意勿使入口流道堵塞；對高比轉(zhuǎn)速的泵可取4片5片。一般情況可按下表選取。表4-1 葉片數(shù)的選擇比轉(zhuǎn)速ns506060180180280葉片數(shù)z988665本設(shè)計(jì)葉片數(shù)取為6。5.7 葉片入口軸面速度 (5-5) 式中，葉片入口排擠系數(shù); 設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，先選取排擠系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，待葉片厚度和葉片入口安裝角確定后，再來校核值。計(jì)算時(shí)，一般取0.91，低比轉(zhuǎn)速的小泵取大值。本設(shè)計(jì)中，取0.80。5.8 葉片入口安裝角葉片入口安

24、裝角就是在葉片入口處，葉片工作面的切線（嚴(yán)格地說，應(yīng)該是在流面上葉片骨線的切線）與圓周切線間的夾角。假定液體是無旋流入葉輪內(nèi)，則由速度三角形可知： tan （56）式中，液體進(jìn)入葉輪相對速度的液流角。葉輪入口處的葉片安裝角比相對速度液流角增大了的角度，這個(gè)角度叫做沖角，以表示。葉片入口安裝角： （57）一般沖角取13，葉片入口安裝角40。本設(shè)計(jì)中，取，tan 取5.9 葉片出口安裝角葉片出口安裝角一般在1640范圍內(nèi)，通常選用2030范圍內(nèi)。對高比轉(zhuǎn)速的泵，可以取得小些，對低比轉(zhuǎn)速的泵，可取得大些。葉片出口安裝角對葉輪流道形狀和泵的效率影響很大。本設(shè)計(jì)中取30。5.10 葉輪外徑 （5-8）

25、（5-9）取5.11 葉片厚度較小泵，考慮鑄造工藝性，對鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為3mm4mm；對鑄鋼葉輪，葉片最小厚度為5mm6mm。大泵應(yīng)適當(dāng)增加葉片厚度，以便使葉片有足夠的剛度。本設(shè)計(jì)中 (5-10)5.12 葉片排擠系數(shù)校核葉片排擠系數(shù)是葉片厚度對流道入口過流斷面面積影響的系數(shù)，等于流道入口考慮葉片厚度的過流面積與不考慮葉片厚度過流面積之比值。 （511）式中，葉片節(jié)距；葉片在圓周方向上的厚度； （512） ； （513）式中，入口處的葉片實(shí)際厚度（嚴(yán)格說是流面上的厚度）；由式（5-11），式（5-12）和式（5-13）得： （514） ， 與假設(shè)值0.80相接近，校核合適。5.13 葉

26、片包角的確定包角就是葉片入口邊與圓心的連線和出口邊與圓心連線間的夾角。對比轉(zhuǎn)速60220的泵，一般取75150，低比轉(zhuǎn)速葉輪取大值，高比轉(zhuǎn)速葉輪取小值。包角確定后，在繪型時(shí)還有根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)男薷?。在本設(shè)計(jì)中, =90。5.14 葉輪出口寬度取 ，葉輪出口軸面速度為： =3.667 m/s (5-15) 葉片出口圓周厚度： =8 mm (5-16) 葉輪出口寬度： (5-17) =14.23 mm 取5.15 葉輪的軸面投影圖6 泵體設(shè)計(jì)出于使泵能達(dá)到較高效率，必須使葉輪、能量轉(zhuǎn)換裝置和吸入室三者之間有良好的匹配，如果匹配不當(dāng)，不能保證流體在吸入室和能量轉(zhuǎn)換裝置中有良好的流動(dòng)，那么即使葉輪

27、設(shè)計(jì)得再完善，仍會(huì)導(dǎo)致泵的效率下降，達(dá)不到預(yù)期的性能要求，因此三者應(yīng)作為一個(gè)整體考慮。計(jì)算得質(zhì)量流量為： 體積流量為： 取 泵吸入口直徑=103mm，查標(biāo)準(zhǔn)取=125mm，由于為小流量泵，出口直徑=125mm6.1 吸入室6.1.1 概述離心泵吸入管路接頭與葉輪進(jìn)口前的空間稱為吸入室。它是液體進(jìn)入離心泵經(jīng)過的第一個(gè)構(gòu)件。液體流過吸入室后，才進(jìn)入葉輪。在液體由吸入管進(jìn)入葉輪的流動(dòng)過程中，流速要發(fā)生變化，特別是流速分布要進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)液體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。因此，在葉輪之前設(shè)置吸入室以調(diào)整液流是重要的。其作用是以最小的流動(dòng)損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并且要求液流在葉輪進(jìn)口處具有較為均勻的速度分

28、布。根據(jù)離心泵類型，容量的大小，使用場合的不同，吸入室主要類型有直錐形、彎管形、螺旋形。本設(shè)計(jì)采用直錐形吸入室。6.1.2 直錐形吸入室設(shè)計(jì)直錐形吸入室結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，液流的流速分布均勻，流動(dòng)阻力損失亦小，所以多用在單級(jí)單吸離心泵上。直錐形吸入室出口直徑與葉輪進(jìn)口直徑相同，所以出口直徑為80mm，進(jìn)口直徑為125mm。6.2 壓出室螺旋形壓出室由一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的螺旋形流道和一個(gè)擴(kuò)壓管組成，位于葉輪出口之后，作用是收集從葉輪中高速流出的液體，使其速度降低，轉(zhuǎn)變速度動(dòng)能為壓能，并且把液體按一定要求送入下級(jí)葉輪進(jìn)口或送入排出管路。螺旋形壓出室主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，制造比較方便，泵性能曲線高效率

29、區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率變化比較??；缺點(diǎn)是單蝸室泵在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力，此外，蝸室內(nèi)部表面不易加工。在設(shè)計(jì)螺旋形壓出室時(shí)通常認(rèn)為液體從葉輪中均勻流出，并在蝸室中作等速運(yùn)動(dòng)5。6.2.1 基圓螺旋形壓出室螺旋線開始的位置稱為隔舌。隔舌所在直徑稱為基圓直徑。隔舌與葉輪外徑之間應(yīng)有一適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙過小，則可能使泵在大流量下壓水室內(nèi)產(chǎn)生汽蝕，并伴隨著噪音和振動(dòng)，若間隙過大，則由于液體在間隙內(nèi)循環(huán)而損失功率，使泵的最佳效率下降。1.10） （61）基圓大小在上式范圍內(nèi)選擇時(shí)，對泵性能沒有明顯影響。低比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取小的系數(shù)值，高比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取大的系數(shù)值。 180mm6.2.2 蝸室入口

30、寬度用葉輪出口寬度加葉輪前后蓋板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可。蝸室入口寬度對泵性能沒有明顯影響，取得略微寬些可改善葉輪和蝸室性能。 （62）式中：s葉輪蓋板厚度，mm；c常數(shù)，一般取c=520。c值的大小與比轉(zhuǎn)速，葉輪大小，液體黏度及是否含有固體顆粒有關(guān)。比轉(zhuǎn)速小，葉輪小，液體黏度低時(shí)，取小值；否則，取大值。本設(shè)計(jì)取mm。6.2.3 舌角舌角是在蝸室第斷面的0點(diǎn)（即蝸室螺旋線的起始點(diǎn)）處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾角。為了使液體無沖擊地從葉輪進(jìn)入蝸室，一般等于葉輪出口絕對速度的液流角。6.2.4 泵舌安裝角：理論上泵舌應(yīng)該在第斷面的基圓上，但這樣做會(huì)使泵舌與葉輪間的間隙過小，易產(chǎn)生振動(dòng)

31、，并且泵舌也太薄。所以一般都將泵舌沿蝸室螺旋線移動(dòng)角，此角即為泵舌安裝角。泵舌安裝角由表61選取。表61 泵舌安裝角選擇比轉(zhuǎn)速406080130180220280360安裝角1015202530384545選取泵舌安裝角時(shí)，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性，一般應(yīng)使泵舌a處的圓角半徑2.5mm，如果泵比較小，可適當(dāng)加大角。本設(shè)計(jì)泵舌安裝角25。6.2.5 蝸室斷面面積蝸室斷面面積對泵的性能影響很大，泵比轉(zhuǎn)速越小，影響越大，比轉(zhuǎn)速越大，影響越小。蝸室斷面面積的大小，由所選取的蝸室流速?zèng)Q定。蝸室中的液流速度可按下式計(jì)算： （63）式中：蝸室0點(diǎn)處第斷面液流速度，m/s；蝸室中的速度系數(shù)。根據(jù)比轉(zhuǎn)速由文獻(xiàn)5

32、，86選取螺旋形蝸室和導(dǎo)葉中的速度系數(shù)。蝸室最大斷面（即第斷面）處的面積f： （64） 由于液體是從葉輪中均勻流出的，故蝸室各斷面面積也均勻第變化，可按下式計(jì)算各斷面面積：第一斷面面積： ，；第二斷面面積： ，；第三斷面面積： ，；第四斷面面積： ，；第五斷面面積： ，；第六斷面面積： ，；第七斷面面積： ，。確定角，一般取，取求a、b值： （6-5） （6-6） （6-7） 式中：b3壓水室入口寬度，mm；i= ；第一斷面尺寸：mm ，mm；第二斷面尺寸：mm ，mm；第三斷面尺寸：mm ，mm；第四斷面尺寸：mm ，mm；第五斷面尺寸：mm ，mm；第六斷面尺寸：mm ，mm；第七斷面尺寸

33、：mm， mm；第八斷面尺寸：mm ，mm。6.2.6 擴(kuò)散管為減少壓力管路中的水力損失，須進(jìn)一步降低壓水室中的流動(dòng)速度，這一任務(wù)通常由在第斷面后設(shè)置的擴(kuò)散管來實(shí)現(xiàn)。液體離開蝸室后進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管中，8085的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。擴(kuò)散管末端為泵的吐出口，與吐出管路相連接，所以吐出直徑應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管徑選取，其流速符合經(jīng)濟(jì)流速。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角一般取812，擴(kuò)散角過大，會(huì)導(dǎo)致邊界層內(nèi)液體脫流，增加水力損失。擴(kuò)散管的長度與進(jìn)口截面直徑之比不得大于2.53，否則，由于邊界層厚度增加，液流會(huì)脫流，惡化擴(kuò)散管的工作性能。本泵擴(kuò)散角選取8，吐出口直徑為125mm。7 污水泵軸設(shè)計(jì)及校核7.1 泵軸及

34、其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1.1 泵軸傳遞扭矩 （71） 式中：me泵軸傳遞扭矩； 7.1.2 泵軸材料選擇根據(jù)泵軸工作特點(diǎn)和承受的應(yīng)力，在材料選擇上應(yīng)考慮使用耐疲勞強(qiáng)度比較好的碳素鋼，合金鋼，這些材料的綜合性能都比較好。1） 泵軸轉(zhuǎn)速不高，輸送介質(zhì)的溫度壓力不高時(shí)，用碳素鋼；2） 泵軸轉(zhuǎn)速高，輸送介質(zhì)的溫度壓力高時(shí)，選用機(jī)械強(qiáng)度比較高的合金鋼。本設(shè)計(jì)泵軸選用45鋼材料，調(diào)質(zhì)處理300，需用切應(yīng)力為49mpa58.8 mpa。7.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取則最小軸徑為： 取20mm。輪轂直徑dh對泵的吸入性能沒有什么影響，本設(shè)計(jì)中。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸

35、的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)室軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。7.2 軸向力及其平衡7.2.1 軸向力計(jì)算離心泵運(yùn)行時(shí)，因葉輪兩側(cè)的壓強(qiáng)不等而產(chǎn)生了一個(gè)方向指向泵吸入口、并與泵軸平行的作用力，稱為軸向力。這個(gè)力往往可以達(dá)到數(shù)萬牛頓，使整個(gè)轉(zhuǎn)子壓向吸入口，不僅可能引起動(dòng)靜部件碰撞和磨損，而且還會(huì)增加軸承負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)，對泵的正常運(yùn)行很不利。圖71所示為單級(jí)單吸臥式離心泵葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)分布圖5。圖71 單級(jí)單吸臥式離心泵葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)分布圖 （7-2）式中，軸向力，n； 基圓直徑m輪轂直徑m。 在

36、離心泵中，液體自軸向流入葉輪，而由徑向流出，故液體軸向動(dòng)量變化導(dǎo)致液體對葉輪產(chǎn)生一個(gè)軸向動(dòng)反力，其方向與方向相反。 （7-3） 式中： 流過葉輪的理論體積流量；葉輪進(jìn)口前的流速。故作用在單級(jí)單吸臥室離心泵葉輪上的軸向力的合力為 （7-4）對低比轉(zhuǎn)速的離心泵而言，軸向力其主要作用，故計(jì)算時(shí)往往不計(jì)的影響。本設(shè)計(jì)由于比轉(zhuǎn)速小，故不考慮的作用。另外，上述式子的推導(dǎo)中，由于不計(jì)密封口環(huán)泄露量對軸向力的影響，以及其他未能認(rèn)識(shí)的原因，按照計(jì)算公式求得的軸向力的計(jì)算值往往比實(shí)測值小得多，因此，在具體使用時(shí)計(jì)算公式時(shí)應(yīng)作充分考慮。計(jì)算得： 7.2.2 軸向力的平衡采用平衡孔平衡軸向力。在葉輪的后蓋板上靠近輪轂

37、的地方開一圈小孔（平衡孔），以使葉輪背面環(huán)形室保持恒定的低壓，如圖72所示。為減少泄露，在葉輪后蓋板也裝上密封環(huán)，其半徑位置與吸入口的密封環(huán)位置一致。一般平衡孔總面積必須大于葉輪后蓋板密封環(huán)間隙面積的4倍5倍，但由于葉輪背面環(huán)形室內(nèi)的流體經(jīng)過平衡孔流進(jìn)葉輪時(shí)，會(huì)破壞葉輪進(jìn)口處液流的吸入狀態(tài)，增大了葉輪中的流動(dòng)損失，使流動(dòng)效率和抗汽蝕性能降低，因而只在小型泵的采用。這種方法簡單，可靠，但平衡效果不佳，不能完全平衡軸向力，只能平衡70%90%的軸向力，剩余的軸向力需由止推軸承來承擔(dān)5。圖72 平衡孔7.3 徑向力及其平衡蝸殼形壓出室泵，其壓出室是按設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)的。因此，當(dāng)泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，葉輪

38、周圍壓出室中液體的速度和壓強(qiáng)的分布基本上均勻的、軸對稱的，故作用在葉輪上的徑向力的合力為0。當(dāng)泵在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，由于葉輪周圍壓出室的液體的速度和壓強(qiáng)分布出現(xiàn)非均勻性，故作用在葉輪上的徑向力的合力不為0，產(chǎn)生一個(gè)作用在葉輪上的總的徑向力5。 （75）蝸殼式泵在頻繁啟動(dòng)或經(jīng)常在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的徑向力，是個(gè)交變應(yīng)力（載荷），容易軸產(chǎn)生疲勞破環(huán)，這個(gè)交變應(yīng)力也會(huì)使軸產(chǎn)生定向的撓度，甚至使密封環(huán)、級(jí)間套和軸套、軸承發(fā)生末損壞。因此，必須采用徑向力平衡措施，以設(shè)法消除徑向力。采用雙層壓出室平衡徑向力：單級(jí)泵可采用雙層壓出室，即用分隔符將壓出室分成兩個(gè)對稱的部分，這兩個(gè)部分在其共用的擴(kuò)散管重

39、新匯合，雖然在每個(gè)壓出室里壓強(qiáng)分布式不均勻的，但由于上下壓出室相互對稱，從而使泵在所有運(yùn)行工況下產(chǎn)生對稱的徑向力，作用在葉輪上的徑向力相互抵消，達(dá)到平衡。7.4 泵軸的校核軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，以防止斷裂或塑性變形，而對剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大彈性變形。對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞9。工作過程中，離心泵軸受各種外力作用，使軸變形和破壞，而軸靠自身的尺寸和材料性能來抵抗變形和破壞。一般把軸抗變形的

40、能力叫做剛度，把軸抗破壞的能力叫做強(qiáng)度。設(shè)計(jì)離心泵軸，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵運(yùn)行的可靠性和壽命，這樣就要盡量使軸尺寸做得大些，材料用得好些；另一方面，又希望軸的重量輕、成本低，這些要求是相互矛盾的，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要正確處理這種矛盾，合理地確定離心泵軸尺寸和材料，以便滿足軸的剛度和強(qiáng)度要求，又要物盡其用，合理使用材料。葉輪等零件均是裝在軸上,并同時(shí)在泵體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),軸的強(qiáng)度和剛度對泵的壽命和可靠性有很大的影響,所以,對軸的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核是十分必要的。軸的自重： （7-6）式中：v軸總體積，以軸的平均直徑26mm為軸徑計(jì)算的軸的體積，m3；軸材料的密度，kg/m3。葉輪的自重 ： (7-

41、7) 式中：n葉輪個(gè)數(shù)； m單個(gè)葉輪質(zhì)量，估算葉輪質(zhì)量為20kg； 其他零件自重相比軸和葉輪自重可以忽略不計(jì)。作軸受力簡圖如圖71：圖71 軸受力簡圖求支座反力r1 ，r2， （78）由式（93）得：式中：徑向力，； （79） （710）求得得b點(diǎn),c點(diǎn)彎矩： 作軸的彎矩圖72：圖72 軸彎矩圖軸扭矩圖73 圖73 軸扭矩圖 軸彎扭矩合成圖，見圖74： 圖74 彎扭矩合成圖由圖74可見，b面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為： meb= （711） mec= （712）計(jì)算危險(xiǎn)截面處直徑： db=mm （713） mm （714） 考慮到軸上鍵槽對軸的削弱故增大軸徑5db21.98mm26 mmdc21.2

42、 mm30 mm軸強(qiáng)度校核安全。8 污水泵軸封設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體之間的密封裝置簡稱軸封。軸封的作用主要是防止高壓液體從泵中泄漏以及空氣進(jìn)入泵內(nèi)造成輸送液體量的減小。軸封的選擇至關(guān)重要，如果軸封選擇不當(dāng)，不僅會(huì)帶來泵內(nèi)液體的泄漏，而且在泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要經(jīng)常維修，造成維修費(fèi)用的增加，以及泵連續(xù)工作時(shí)間的減小。在現(xiàn)代化的大型工廠中，設(shè)備的連續(xù)工作時(shí)間的減小就等于利潤的減小。而且當(dāng)泵內(nèi)輸送的是易燃，易爆和有毒液體時(shí)，泄漏問題更是至關(guān)重要的。8.1 機(jī)械密封本設(shè)計(jì)泵采用機(jī)械密封。機(jī)械密封（端面密封），由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持

43、貼合并相對滑動(dòng)而構(gòu)成的防治流體泄露的裝置。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式選擇的主要依據(jù)是密封的工作參數(shù)，介質(zhì)特性，對密封的泄露和壽命要求，以及安裝密封的有效空間限制。此外，還要考慮安裝維修和密封的價(jià)格等因素。機(jī)械密封由于兩個(gè)端面的緊密貼合，使密封端面之間的交界（密封界面）形成一微小間隙，當(dāng)有壓介質(zhì)通過此間隙時(shí)形成極薄的液膜，造成阻力，防止介質(zhì)泄漏，又使端面得以潤滑，由此獲得長期的潤滑效果。機(jī)械密封主要有以下四大部分組成：（1）由動(dòng)環(huán)靜環(huán)組成的一對摩擦副，研磨面；（2）彈性元件（或磁性元件）為主的補(bǔ)償緩沖結(jié)構(gòu)；（3）輔助密封圈；（4）使動(dòng)環(huán)和軸一起旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。8.2 密封腔處的介質(zhì)壓力值的大小可以初步確定

44、是否選擇平衡式的結(jié)構(gòu)以及平衡程度。當(dāng)介質(zhì)粘度高，潤滑性能好，,通常選用非平衡式結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)選用非平衡式結(jié)構(gòu)。8.3 密封面平均直徑的圓周速度值的大小確定彈性元件是否隨軸旋轉(zhuǎn)，即采用彈簧旋轉(zhuǎn)式或彈簧靜式結(jié)構(gòu)。在30m/s的范圍內(nèi)通常采用彈簧旋轉(zhuǎn)式。本設(shè)計(jì)選用彈簧旋轉(zhuǎn)式。8.4 密封腔內(nèi)的介質(zhì)溫度確定輔助密封圈材料、密封面的冷卻方法及輔助系統(tǒng)。溫度在0 80范圍內(nèi)，輔助密封圈通常選用丁顩橡膠形密封圈，介質(zhì)溫度高于80時(shí)，在密封領(lǐng)域中通常要按高溫來處理，此時(shí)必須采取相應(yīng)的冷卻措施。本泵設(shè)計(jì)溫度t80，采用o形密封圈。8.5 機(jī)械密封具體結(jié)構(gòu)按上述工作參數(shù)和介質(zhì)特性選定的往往只是一個(gè)初步方案，最終確定

45、還必須考慮主機(jī)的特性和對密封的某些特殊要求。密封環(huán)端面采用軟硬兩種不同材料配對。窄環(huán)常用軟材料，寬環(huán)常用硬材料，這樣可避免磨損后硬環(huán)嵌入軟環(huán)。在強(qiáng)度、剛度允許前提下，端面寬度，應(yīng)盡量選取較小值，過大則冷卻、潤滑效果不好。但也不宜過小，否則會(huì)使端面壓力增加，溫度升高，磨損加劇。此外，選擇時(shí)也應(yīng)考慮密封工作的條件。硬環(huán)端面寬度應(yīng)比軟環(huán)大13mm。端面凸臺(tái)高度，一般取23mm。石墨、填充聚四氟乙烯、青銅等可取3mm；碳化鎢可取2mm。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮低強(qiáng)度材料的耐磨性。在載荷系數(shù)k、面寬度b及平衡直徑db確定后，即可算出端面內(nèi)徑：非平衡式：（15）； （81）端面外直徑：。 （82）對于密封環(huán)于軸的配

46、合間隙，旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)取值不同。對于旋轉(zhuǎn)環(huán)，雖然與軸無相對運(yùn)動(dòng)，但為了保證具有一定浮動(dòng)性以補(bǔ)償軸與靜止環(huán)的偏斜和軸振動(dòng)等影響，取直徑間隙1mm。對于靜止環(huán)，因?yàn)樗c軸有相對運(yùn)動(dòng)，其間隙值應(yīng)較大，一般取直徑間隙2mm。8.6 機(jī)械密封輔助措施為使機(jī)械密封可靠、穩(wěn)定的工作，除密封本身應(yīng)設(shè)計(jì)合理、材料選用適當(dāng)和制造安裝良好外，選用合適的輔助系統(tǒng)也起著重要的作用。常用的輔助措施包括潤滑、沖洗、冷卻和過濾等，可根據(jù)具體工作條件加以配合選用。8.7 機(jī)械密封沖洗機(jī)械密封系統(tǒng)的最重要的單元流程。根據(jù)沖洗液的來源和走向，沖洗可分為自沖洗、外沖洗和循環(huán)沖洗。利用被密封介質(zhì)本身來實(shí)現(xiàn)對密封的沖洗稱為自沖洗，適用于

47、密封腔內(nèi)的壓力小于泵出口壓力，大于泵進(jìn)口壓力的場合，具有正向直通式?jīng)_洗，正向旁通式?jīng)_洗，反向旁通式?jīng)_洗。本泵采用自沖洗。 8.8 機(jī)械密封潤滑對密封端面進(jìn)行適當(dāng)潤滑是減少磨損和延長壽面的必要措施，部分摩擦熱也可以由潤滑劑帶走。本泵直接利用介質(zhì)作為潤滑劑。8.9 機(jī)械密封冷卻機(jī)械密封工作時(shí)端面上產(chǎn)生的熱量應(yīng)及時(shí)傳遞出去，否則端面間的液膜就會(huì)汽化而形成干摩擦，這時(shí)必須采取相應(yīng)的冷卻措施。冷卻效果與密封幾何形狀、材料、散熱條件和傳熱面積等有關(guān)?？衫脹_洗孔實(shí)現(xiàn)冷卻。高溫、高速時(shí)應(yīng)沿圓周均布設(shè)置若干個(gè)沖洗孔，使密封環(huán)周圍溫差不至于過大。溫度較高時(shí)，可用冷卻器來冷卻沖洗液，也可以采用間接的冷卻方式。8.10 裝配前注意事項(xiàng)