軸流泵設(shè)計(jì)說明書

1、 JIANGSU UNIVERSITY本 科 課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)說明書題目: 立式軸流泵學(xué)院名稱: 能源與動(dòng)力工程學(xué)院專業(yè)班級(jí): 流體機(jī)械及其自動(dòng)控制卓越學(xué)生姓名: 范嶼岑學(xué) 號(hào): 3100201065設(shè)計(jì)導(dǎo)師: 高波2013 年11月目錄第一部分內(nèi)容摘要3 第二部分概述4 第三部分設(shè)計(jì)方案及原理說明7 第四部分水力設(shè)計(jì)8 第五部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15 第六部分重要部件的校核20 第七部分參考文獻(xiàn)25 第八部分課程設(shè)計(jì)小結(jié)26第一部分內(nèi)容摘要軸流泵流量大,揚(yáng)程低,比轉(zhuǎn)速高,軸流泵的液流沿軸方向流動(dòng),其設(shè)計(jì)的基本原理與離心泵基本相同。軸流泵大多是單級(jí)立式的,可以分為固定葉片式和可調(diào)葉片式兩種。本設(shè)計(jì)的題

2、目是可調(diào)葉片式軸流泵即葉片可調(diào)節(jié)傾斜角度。其內(nèi)容只有大致工況設(shè)定,沒有具體工作環(huán)境說明的要求,大致要求材料要有一定的耐腐蝕性能。此外,軸流泵廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)合。泵既有離心式的,也有軸流式的,既有立式的,也有臥式的,既有單級(jí)的,也有多級(jí)的,應(yīng)不同場(chǎng)合而定。本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求為設(shè)計(jì)立式軸流泵,這就決定了設(shè)計(jì)方向?yàn)?立式、單級(jí)、軸流。泵主要由泵體、傳動(dòng)軸和傳動(dòng)裝置等組成。其傳動(dòng)裝置是將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給泵軸的中間裝置。泵設(shè)計(jì)最主要的是水力設(shè)計(jì)葉片及導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)。葉片的水力設(shè)計(jì)采用兩種方法:圓弧法和升力法。經(jīng)分析比較:采用圓弧法設(shè)計(jì)的軸面投影圖葉片更為光滑,難度相對(duì)更高;采用升力法設(shè)計(jì)的軸面投影圖,雖然

3、比圓弧法設(shè)計(jì)的稍微差點(diǎn),但是,由于當(dāng)今國(guó)內(nèi)的制造水平對(duì)于三維曲面的加工還相對(duì)落后,即使是好的設(shè)計(jì)也是難以加工出來的,對(duì)于空間曲面加工效果好的機(jī)床是五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床,國(guó)內(nèi)包括在國(guó)內(nèi)的外企,擁有五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的公司屈指可數(shù)。回頭來看升力設(shè)計(jì)法,這種水力設(shè)計(jì)法雖然可能相對(duì)簡(jiǎn)陋,但是它簡(jiǎn)單實(shí)用,可操作性強(qiáng),更加適合初級(jí)設(shè)計(jì)人員,對(duì)于本科畢業(yè)生來說是更好的操練工具。導(dǎo)葉則采用的是流線設(shè)計(jì)法。由于導(dǎo)葉是按錐面分流線,所以設(shè)計(jì)為空間導(dǎo)葉。水力設(shè)計(jì)之后是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),它決定著泵的受力情況,影響到泵的許多零件的強(qiáng)度問題,所以也是相當(dāng)重要的。此次設(shè)計(jì)主要依據(jù)關(guān)醒凡教授的現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行水力設(shè)計(jì),所有圖紙均采用AutoCA

4、D軟件繪制。第二部分概述一、設(shè)計(jì)依據(jù)1.設(shè)計(jì)參數(shù):揚(yáng)程 H= 4 (m轉(zhuǎn)速 n= 1470 ( r/min 比轉(zhuǎn)速 ns=1600算得 Q=0.7114m3/s二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、文獻(xiàn)檢索、市場(chǎng)調(diào)研通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的檢索和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)調(diào)研,了解目前所設(shè)計(jì)類型泵的特點(diǎn)和研究情況,熟悉其水力設(shè)計(jì)方法,對(duì)比分析幾種主要結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn),確定設(shè)計(jì)方案。綜合文獻(xiàn)檢索和市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果,寫出調(diào)研報(bào)告。2、外文資料翻譯外文資料翻譯應(yīng)通順、正確。3、水力設(shè)計(jì)掌握所設(shè)計(jì)類型泵的水力設(shè)計(jì)方法,按照給定設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行水力設(shè)計(jì),繪制木模圖。4、裝配圖和零件圖的繪制整體結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)必須合理、可靠,能滿足實(shí)際要求,裝配圖和所有

5、零件圖均可采用手工或CAD繪制,尺寸、公差等標(biāo)注正確,圖紙符合國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)。5、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)綜合概括其設(shè)計(jì)計(jì)算過程和內(nèi)容;結(jié)構(gòu)形式的確定、水力設(shè)計(jì)、主要零件(軸、鍵的強(qiáng)度校核、軸承使用壽命校核等,論證嚴(yán)謹(jǐn),計(jì)算正確。三、設(shè)計(jì)思路1.文獻(xiàn)檢索:通過對(duì)有關(guān)軸流式料漿泵方面資料的檢索、學(xué)習(xí),掌握其葉輪和導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)方法,比較和掌握軸流式料漿泵的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)。2.調(diào)研工作:了解所輸送介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì),以確定所用關(guān)鍵過流部件的材料。通過對(duì)有關(guān)軸流泵,以及料漿泵方面論文資料的檢索和學(xué)習(xí),進(jìn)一步掌握其相關(guān)的水力設(shè)計(jì),尤其是決定所設(shè)計(jì)的泵的重要性能相關(guān)的關(guān)鍵步驟。并且在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下對(duì)靖江市金麟泵的

6、實(shí)地參觀和學(xué)習(xí),對(duì)所設(shè)計(jì)的軸流料漿泵及其它的離心液下化工泵的結(jié)構(gòu)有了深刻的了解,并將其吸收到設(shè)計(jì)中去。3.水力設(shè)計(jì):依據(jù)關(guān)醒凡教授現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊(cè)里面所介紹的軸流泵葉片、導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法,結(jié)合以往的設(shè)計(jì)資料及調(diào)研學(xué)習(xí)的結(jié)果,進(jìn)行葉片、導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì),繪制木模圖。4. 畫總裝圖:參考以往軸流泵結(jié)構(gòu),畫總裝圖。選擇鍵、軸承等型號(hào)并對(duì)軸、鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核。5.畫零件圖:參考已有的資料簡(jiǎn)圖,根據(jù)水力設(shè)計(jì)結(jié)果,畫葉輪座、導(dǎo)葉體等過流和結(jié)構(gòu)部件的零件圖,并在零件設(shè)計(jì)時(shí)考慮材料的工藝性及強(qiáng)度要求。6.畫其他零件:畫其他非標(biāo)準(zhǔn)零件的圖紙,形成整套圖紙。7. 整理設(shè)計(jì)說明書。四、設(shè)計(jì)意義1.熟悉軸流泵設(shè)計(jì)流程,明白一

7、些參數(shù)值意義,如何選取其值大小,以及其對(duì)葉輪外形、效率的影響。2.鍛煉查閱資料、搜索所需資料的能力;熟悉材料標(biāo)準(zhǔn),尤其是不銹鋼的選用,熟練掌握軸承、鍵標(biāo)準(zhǔn)及類型選用。熟練掌握繪圖軟件(AUTOCAD等,提高繪圖速度,掌握繪圖技巧。第三部分設(shè)計(jì)方案及原理說明1.設(shè)計(jì)原理根據(jù)關(guān)醒凡教授現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊(cè)(北京:宇航出版社 19952.葉片、葉輪座等重要過流部件采用耐腐蝕不銹鋼材料。考慮制造工藝,導(dǎo)葉體、直管等零件過渡部位均采用圓角過渡。本設(shè)計(jì)中,葉輪、導(dǎo)葉體均采用砂型鑄造。(彎管與出口法蘭鑄造成一體3.采用升力法進(jìn)行葉片的水力設(shè)計(jì);采用流線法進(jìn)行導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)4.其他零件參考以往和實(shí)際產(chǎn)品的泵結(jié)構(gòu)。5

8、.對(duì)鍵、軸等進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí),力求精確,采用合理的安全系數(shù)以保證不盲目浪費(fèi)材料。第四部分水力設(shè)計(jì)一、葉輪的水力設(shè)計(jì)(一結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇1.葉輪直徑DD=10.5(0.7114/K K一般取350415,取K=350.則D=10.5(0.7114/350=0.473m 取D=0.45m=450mm2.確定輪轂比由比轉(zhuǎn)速與輪轂比的關(guān)系圖大致取dh/D=0.30.35dn=1503.確定葉片數(shù)Z葉片數(shù)通常按選取 為了更易于調(diào)節(jié)動(dòng)平衡,取Z=34.確定葉柵稠密度Z=3,葉輪外緣的葉柵稠密度推薦為,=0.650.75,同時(shí),適當(dāng)減小外緣的,增加輪轂側(cè)的,以減小內(nèi)外側(cè)翼型的長(zhǎng)度差,均衡葉片出口的揚(yáng)程。所以,輪

9、轂和輪緣之間各截面的按直線規(guī)律變化,其值為 取,則=0.885.確定葉片翼型的厚度:通常輪轂截面的相對(duì)厚度為(1015%輪緣截面的厚度按工藝條件確定,通常輪緣截面的相對(duì)厚度(25%從輪轂到輪緣其厚度按直線規(guī)律變化。(二選定截面及計(jì)算 1.確定計(jì)算截面通常選取五個(gè)彼此等距離的計(jì)算流面。各計(jì)算流面的半徑可按下式確定:取r1=75mm取r5=225mmr3=(r1+r5/2=150mmr4=(r5+r3/2=187.5mmr2=(r1+r3/2=112.5mm2.確定軸面速度和速度環(huán)量(1確定軸面速度初算時(shí)忽略容積損失,之后再修正,則取,即=4*0.7114/(0.45*0.45-0.15*0.15

10、=5.032m/s(2確定速度環(huán)量=60*9.8*4/1470=1.63.升力法設(shè)計(jì)計(jì)算選定截面計(jì)算表格 4.計(jì)算泵的汽蝕比轉(zhuǎn)速C知道設(shè)計(jì)流量Q和軸流泵的轉(zhuǎn)速n,根據(jù)GB/T 13006-91,查取臨界汽蝕余量,計(jì)算泵的汽蝕比轉(zhuǎn)速C: 計(jì)算各截面翼型厚度坐標(biāo)(1截面:l=138mm ymax=10.08 重心位置yc=4.13mm r=0.81mm(2截面:l=193mm ymax=8.54mm R=0.854mm 斷面面積F=1219.68 慣性矩J0=5673.79重心位置yc=3.5mm r=0.68mm(3截面:l=239mm ymax=6.96mm 重心位置yc=2.85mm r=0

11、.56mm (4截面:l=275mm ymax=5.42mm 重心位置yc=2.22mm r=0.43mm (5截面:l=302mm ymax=3.84mm 重心位置yc=1.57mm r=0.31mm5.葉輪繪型(1畫翼型展開圖(2確定葉片旋轉(zhuǎn)軸線位置:旋轉(zhuǎn)軸線通常取離翼弦進(jìn)口為(0.30.4l處,而且一般和翼型最大厚度位置一致。另外,旋轉(zhuǎn)中心一般通過翼型的骨線,也可以偏離骨線,但是,其縱向位置應(yīng)當(dāng)有規(guī)律變化,以保證葉片表面的光滑。(3作葉片軸面投影圖,(4坐平面投影圖和木模截線圖二、導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)(一導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇1.確定導(dǎo)葉體的擴(kuò)散角一般導(dǎo)葉體的擴(kuò)散角為,取。2.導(dǎo)葉進(jìn)口邊一般和葉輪

12、出口平行,其間距為e=(0.050.1D,即 e=22.545mm, 取 e=45mm3.葉片數(shù)一般取Z=510片,高比轉(zhuǎn)速取小值,取Z=5.4.彎管(管徑為通常是等截面的,因此,與之相聯(lián)的擴(kuò)散管出口直徑(也應(yīng)該與彎管相同,為標(biāo)準(zhǔn)直徑。故=450mm5.擴(kuò)散管長(zhǎng)度l=(1.52.7 ,為擴(kuò)散管進(jìn)口直徑。建議l=(1.41.4 ,綜合以上,取l=700mm。6.導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)與計(jì)算(見下表:m/sm/s弧度mmmmmm角度rad(二導(dǎo)葉繪型按錐面分流面,其作圖方法和葉輪葉片繪型完全相同,即采用扭曲三角形法繪型。1.根據(jù)計(jì)算繪制軸面投影圖,在軸面投影圖上作等距木模截線。2.作流線展開圖3.在展開圖上作

13、流線4.做平面投影圖第五部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一吸入室的設(shè)計(jì)葉輪直徑選用喇叭口形吸入口。軸流泵吸入室的作用和要求與離心泵的吸入室一樣:1.將水吸入葉輪如口;2.吸入室中水力損失要小;3.液流自吸入室流入葉輪吸入口時(shí),速度分布要均勻。喇叭形吸入管的設(shè)計(jì):喇叭形吸入管,它的上端與葉輪室相連,這是一種最簡(jiǎn)單的,水力性能最好的吸入室,液體經(jīng)過喇叭管后速度封閉均勻。設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)為半調(diào)節(jié)的要求,和葉輪螺母的實(shí)際尺寸,本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。取內(nèi)管壁圓弧半徑 R=160mm,喇叭管高H=160mm。其最終圖如下: (二彎管的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,彎管轉(zhuǎn)角為60°,內(nèi)曲率半徑為=(0.51,為彎管進(jìn)口直徑。所以

14、,=(0.51*500=250500mm, 取=500mm。 (三泵軸的設(shè)計(jì)1.估算泵的效率(1估算水力效率水力效率可由經(jīng)驗(yàn)公式算得,即,取(2估算泵的總效率軸流泵的容積效率較高,一般取0.960.99,取0.96;機(jī)械效率視具體結(jié)構(gòu)型式而定,一般取0.950.97,取0.95所以,總效率為=0.91×0.96×0.95=0.829取=0.822.軸功率P的確定P=(根據(jù)設(shè)計(jì)要求,取=1000=1000*9.8*0.7114*4/1000/0.82=34.02KW3. 計(jì)算配套功率PP=P其中, 由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)(原動(dòng)機(jī) K=1.2,=1P=P=×34.02=40.8

15、24(KW使用電動(dòng)機(jī)為:Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)225M4p, P=45kw 4.計(jì)算扭矩MM=9550 =292.35(Nm5.計(jì)算軸徑dd=28.99mm d取40mm(材料選用3Cr13 其中=600*10P(四 軸承的選用軸向力A=kpgH(Rm²-Rh²=1*1000*9.8*4*(0.225 ²-0.025²=6157.52N1 下軸承的選用:雙列角接觸球軸承滾動(dòng)軸承根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 296-1994軸承代號(hào): 3314基本尺寸/mm d: 70 、基本尺寸/mm D:125、基本尺寸/mm B:39.7基本額定載荷/kN|Cr: 132kN基本

16、額定載荷/kN|C0r: 172kN極限轉(zhuǎn)速/(r/min|脂: 2800極限轉(zhuǎn)速/(r/min|油: 3800重量/kg| W: 1.9kg2.上軸承的選用:(五出口法蘭的確定由GB2555-81 并查現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)JB7859標(biāo)準(zhǔn)平面對(duì)焊鋼制管法蘭(PN0.6MPa公稱通徑DN: 500mm法蘭焊端外徑(管子外徑|A: 508mm法蘭外徑D: 645mm,螺栓孔中心圓直徑K: 600mm螺栓孔徑L:22 ,螺栓數(shù)量 n: 20 ,法蘭厚度C:26 .(六墊圈,螺栓,墊片的選用彈簧墊圈:按GB93-87選取螺栓:六角頭型按GB5782-86選取墊圈:按GB/T95-2002選取各具體尺寸按照

17、總裝圖中的要求。(七電機(jī)的選取選取電機(jī)型號(hào)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)225M4p, P=45kw立式安裝、機(jī)座不帶底腳、端蓋上有凸緣、軸伸向下的電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào): 225M-4, 凸緣號(hào): FF400外形尺寸AC: 475 , 外形尺寸AD: 345外形尺寸HF: 610 , 外形尺寸L: 935水泵的整體結(jié)構(gòu)見裝配圖 第六部分重要部件的校核一、鍵的確定及校核在本次的設(shè)計(jì)中,在葉輪葉片與葉輪座部分,主軸與聯(lián)軸器都需使用鍵。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)GB/T 109619901.葉輪與軸處使用的鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩 T = 292.35N·mm軸的直徑 d =35 mm鍵的類型A型鍵的截面尺寸b×h =1

18、0x8 mm鍵的長(zhǎng)度L =60mm鍵的有效長(zhǎng)度L0 =50.000 mm軸槽深t :5.0mm轂槽深t1: 3.3mm最弱的材料鋼載荷類型靜載荷許用應(yīng)力p =135 MPa計(jì)算應(yīng)力p =69.607 MPa <所以,校核計(jì)算結(jié)果: 滿足強(qiáng)度要求2.軸與聯(lián)軸器處使用的鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩 T = 292.35N·mm軸的直徑 d =40 mm鍵的類型A型鍵的截面尺寸b×h =12x8 mm鍵的長(zhǎng)度L =80 mm鍵的有效長(zhǎng)度L0 =66.000 mm接觸高度k =3.600 mm最弱的材料鋼載荷類型靜載荷允許用應(yīng)力p =135 MPa 計(jì)算應(yīng)力p =18.046 MPa<

19、所以,校核計(jì)算結(jié)果: 滿足強(qiáng)度要求二、軸向力和徑向力的計(jì)算1. 軸向力的計(jì)算軸流料漿泵的軸向力通過成對(duì)反裝角接觸球軸承平衡。軸向力主要組成:A. 作用在葉片上的軸向力;B.輪轂上液體作用的軸向力;C.轉(zhuǎn)子重量G。(1 作用在葉片上的軸向力 式中:葉輪半徑(m葉輪輪轂半徑(m引入輪轂比=1/3,得到=5272.47N(2 輪轂上_液體作用的軸向力=798.79N(3 轉(zhuǎn)子重量a. 泵軸重量=250Nb. 葉輪及輪轂重量G=350Nc. 聯(lián)軸器重量G=113Nd. 角接觸球軸承重量G=19N所以,轉(zhuǎn)子總重量為 732N則,總軸向力為=5272.47+798.79+732=6803.26(N2.徑向

20、力計(jì)算由葉輪、聯(lián)軸器等轉(zhuǎn)動(dòng)部件殘余平衡質(zhì)量引起的離心力。 最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g葉輪、聯(lián)軸器等的最大半徑(mm允許不平衡量的計(jì)算公式:m=M*G*60/(2rn*10³(g本設(shè)計(jì)采用輪轂處的滑動(dòng)軸承平衡徑向力。(1葉輪處:最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g=7.26g葉輪、聯(lián)軸器等的最大半徑(mm=225mm =37.73(N(2聯(lián)軸器處: =10.82(N所以,總的徑向力為:=37.73+10.82=48.55(N因此,徑向力非常小,可以忽略。三、軸承壽命較核 由軸承負(fù)荷計(jì)算公式 式中:作用于軸承的負(fù)荷(N:理論上的計(jì)算負(fù)荷(N:負(fù)荷系數(shù)由以上計(jì)算,有Fr=48.55(NFa=

21、6803.26(N當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷查表得 則=0.63*48.55+1.24*6803.26=8466.63軸承壽命(單位h: 球軸承,由轉(zhuǎn)速,1450基本額定載荷/kN Cr: 132kN,溫度系數(shù)=1.00 則,計(jì)算得Lh=43558.29h >40000h約為1815天,4.97年以上四、軸的強(qiáng)度校核根據(jù)前面用扭矩計(jì)算得最小軸徑,對(duì)其進(jìn)行校核如下:軸的材料為3Cr13,直徑d =40mm扭矩=292.35N·m,軸向力A=6803.26N危險(xiǎn)斷面在葉輪與軸聯(lián)結(jié)處:1.拉應(yīng)力=0.00121m²、=6803.26/0.00121=5.6Mpa2.彎曲應(yīng)力由于葉輪的重力在

22、葉輪處產(chǎn)生的彎矩=0,所以3.切應(yīng)力 =2.353*10-5 按第四強(qiáng)度理論折算應(yīng)力 =292.35/2.353*10-5=12.4MPa= 22.195MPa安全系數(shù)n 的 n=22 所以 =28.70022,即軸滿足強(qiáng)度要求。第七部分參考文獻(xiàn)1 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第一,二,三,四,五卷化學(xué)工業(yè)出版社2 關(guān)醒凡編著:現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè),北京:宇航出版社,1995.93 查森編著:葉片泵原理及水力設(shè)計(jì),蘇理工大學(xué),2002.94 甘肅工業(yè)大學(xué)丁成偉主編離心泵與軸留泵原理及水力設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社,1981.75 張克危主編:流體機(jī)械原理,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.56 西北工業(yè)大學(xué)工程制圖教研室編:畫法幾何及機(jī)械制圖,陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2000.77 甘立新主編幾何量公差與檢測(cè),上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005,78 王之櫟王大康主編機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì),機(jī)械工業(yè)出版