雙吸離心油泵的結(jié)構(gòu)及其機械密封設(shè)計

1、石油大學(xué)勝利學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計楊玉政題目：雙吸離心油泵的結(jié)構(gòu)及其機械密封設(shè)計學(xué)生姓名:學(xué)號：201108016216學(xué)院：機械與控制工程學(xué)院專業(yè)班級：2011級機械本科二班馬立安指導(dǎo)教師:2015年5月15日中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要離心泵在工業(yè)和農(nóng)業(yè)各部分使用非常廣泛，雙吸單級泵實際上等于將兩個相同的葉輪背靠背地裝在一根軸上并聯(lián)地工作這種泵流量大能自動平衡軸向力。雙吸離心泵是從葉輪兩面進水的離心泵，因泵蓋和泵體是采用水平接縫進行裝配的，又稱為水平中開式離心泵。與普通離心泵相比，效率高、流量大、揚程較高。雙吸單級泵一般采用半螺旋形吸入室。運行平穩(wěn)優(yōu)化設(shè)計的雙吸葉輪使軸向力減小

2、到最低限度，且有優(yōu)異水力性能的葉型，并經(jīng)精密鑄造，泵殼內(nèi)表面及葉輪表面極其光華具有顯著的抗汽蝕性能和高效率。從電機的選擇計算、軸的選擇計算、葉輪的尺寸以及水泵的外形尺寸的確定，基本上解決了泵的大體結(jié)構(gòu),在其它部件中,連接法蘭、葉輪螺母等都是根據(jù)具體位置來計算設(shè)計的，根據(jù)泵工作的環(huán)境和軸經(jīng)的大小選擇機械密封以滿足工作要求。軸封可選用機械密封或填料密封，能保證8000小時運行無泄漏。關(guān)鍵詞：離心泵；結(jié)構(gòu)；密封中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractCentrifugalpumpsinvariouspartsofindustryandagricultureiswidelyusedsi

3、ngle-stagedouble-suctionpumpsinfactequivalenttotwoofthesameimpellermountedbacktobacktoworkinaparallelaxisthatcanautomaticallybalancetrafficflowpumpaxialforce.Doublesuctioncentrifugalpumpfromthetwosidesofthewatercentrifugalpumpimpeller,pumpcoverandpumpbodyhorizontalseamisadoptedtoassembly,alsoknownas

4、horizontalsplit-casecentrifugalpump.Comparedwithcommoncentrifugapump,highefficiency,largeflow,highliftSingle-stagedouble-suctionpumpsgenerallyusethesemi-spiralsuctionchamber.Smoothoperationoptimizationdesignofdoublesuctionimpellertominimizetheaxialforce,andhaveexcellenthydraulicperformanceofleaftype

5、,andtheprecisioncasting,pumpshellsurfaceandthesurfaceoftheimpellerisextremelyguanghuahassignificantanticavitationperformanceandhighefficiency.Calculatedfromthemotorofchoice,thechoiceofaxiscalculations,thepumpimpellersizeandshapetodeterminethesize,basicallytosolvethegeneralstructureofthepump,inotherp

6、arts,theconnectionflange,impellernutsareallcalculatedbasedonspecificlocationdesignedtoworkunderthepumpshaftbythesizeoftheenvironmentandselectmechanicalsealtomeetthejobrequirements.Choosemechanicalsealsorpackingsealoftheshaftsealingsystem.Canguarantee8000hoursrunningwithoutleakage.KeywordsCentrifugal

7、pump;Structure;Seal中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄第一章引言.11.1 離心泵的發(fā)展前景11.2 各種離心泵的的工作環(huán)境2第二章泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計.42.1 簡述泵的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計.4.2.2 估算泵的效率52.3 軸功率和原動機功率62.4 泵的基本參數(shù)的確定72.4.1 確定泵的進口直徑72.4.2 確定泵的出口直徑82.4.3 泵轉(zhuǎn)速的確定82.5 葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及主要尺寸計算 葉輪的材料選擇. 葉輪結(jié)構(gòu)型式的確定102.5.3 葉輪輪轂直徑dh的計算.112.5.4 葉輪進口直徑Dj的計算.5 葉輪外徑的計算1.32

8、.5.6 葉輪出口寬度的計算132.5.7 葉輪強度計算1.32.6 軸的設(shè)計計算 扭矩的計算.2 根據(jù)扭矩計算泵軸直徑的計算.3 畫出軸的受力簡圖如圖2-9所示1.7.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.6.4 軸的強度計算 軸的彎矩圖212.6.6 軸整體結(jié)構(gòu)圖212.7 壓出室和吸入室的水力設(shè)計212.7.1 壓出室的水力設(shè)計212.7.2 渦形體的各斷面面積222.7.3 渦室進口寬度b3232.8 吸入室的選擇232.8.1 吸入室的作用232.8.2 吸入室的分類24第三章泵的軸封設(shè)計計算253.1 常用的軸封結(jié)構(gòu)

9、及其特點253.1.1 常用的軸封結(jié)構(gòu) 軸封結(jié)構(gòu)的特點253.2 機械密封的概念組成及其工作原理.1 機械密封的基本概念：273.2.2 機械密封的組成： 機械密封的工作原理27.3.3 機械密封的計算283.3.1 端面比壓的計算和彈簧比壓的選擇 機械密封型號的選擇283.3.3 機械密封的材料選擇例表3-229總結(jié).31致謝.32中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）參考文獻.33中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章引言1.1 離心泵的發(fā)展前景泵在國內(nèi)是應(yīng)用相當(dāng)廣泛的能用機械產(chǎn)品，不管是農(nóng)業(yè)機械，還是工業(yè)機械，應(yīng)用都

10、很普通。離心泵是廣泛應(yīng)用于化工產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的一種通用流體機械。它具有性能適應(yīng)范圍廣（包括流量、壓頭及對輸送介質(zhì)性質(zhì)的適應(yīng)性）、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操縱輕易、操縱用度低等諸多優(yōu)點。隨著國內(nèi)工業(yè)各項設(shè)施的基本完善以及水電事業(yè)的快速發(fā)展，使得國內(nèi)不銹鋼離心泵市場需求也在不斷上升，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也到了一個熱火朝天的狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)的鑄鐵泵，不銹鋼離心泵更是以其卓越的質(zhì)量和技術(shù)深的下游市場親睞。由于新進入企業(yè)不斷增多，我國離心泵行業(yè)面臨新的發(fā)展形勢，上游原材料價格持續(xù)上漲，導(dǎo)致行業(yè)利潤降低，因此我國離心泵行業(yè)市場競爭也日趨激烈。面對這一現(xiàn)狀，離心泵行業(yè)業(yè)內(nèi)企業(yè)要積極應(yīng)對，注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力，不斷提高自身生產(chǎn)技術(shù)，加強

11、企業(yè)競爭優(yōu)勢，于此同時離心泵行業(yè)內(nèi)企業(yè)還應(yīng)全面把握該行業(yè)的市場運行態(tài)勢，不斷學(xué)習(xí)該行業(yè)最新生產(chǎn)技術(shù)，了解該行業(yè)國家政策法規(guī)走向，掌握同行業(yè)競爭對手的發(fā)展動態(tài)，只有如此才能使企業(yè)充分了解該行業(yè)的發(fā)展動態(tài)及自身在行業(yè)中所處地位，并制定正確的發(fā)展策略以使企業(yè)在殘酷的市場競爭中取得領(lǐng)先優(yōu)勢。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵業(yè)企業(yè)的增多，競爭力越來越大，將來泵類產(chǎn)品的高科技技術(shù)，優(yōu)秀的售后服務(wù)將成為最有力的競爭手段。做好泵類企業(yè)的廣告宣傳，充分利用可利用的一切資源，特別是網(wǎng)絡(luò)資源，讓更多的用戶了解自己的產(chǎn)品，讓更多的人有機會接觸自己的產(chǎn)品，泵類行業(yè)的前景發(fā)展還是一片光明的。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）

12、1.2 各種離心泵的的工作環(huán)境泵是把原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體能量的機器。泵用來增加液體的位能、壓能、動能。原動機通過泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，對液體做功，使其能量增加，從而使需要數(shù)量的液體，由吸水池經(jīng)泵的過流部件輸送到要求的高度或要求壓力的地方。離心泵的主要工作性能參數(shù)有流量Q,揚程H,轉(zhuǎn)速n,功率P,效率,汽蝕余量等。泵的結(jié)構(gòu)型式有很多，例如單吸單級泵，兩極懸臂泵，雙吸單級泵，分段式多級泵，渦殼式多級泵深井泵，潛水電泵等。單吸單級泵的用途很多一般流量在5.5-300m）h揚程在8-150m范圍內(nèi)都用這種泵。軸封機構(gòu)可以采用機械密封，也可以采用填料密封和浮動密封。兩級懸臂泵用于單級懸臂泵不滿足要求，而

13、采用多級泵的級數(shù)又較少時。這種泵的揚程范圍為70-240m流量為5-100m3/h。分段式多吸泵實際上等于將幾個葉輪裝在一根軸上，串聯(lián)的工作所以其揚程一般較高。它的流量一般在5-720m3/h,揚程在100-650m范圍內(nèi)。采用螺旋形壓出室的泵叫做渦殼式多級泵。這種泵一般用與流量較大揚程較高的城市供水，礦山排水和輸油管線等，這種泵的揚程范圍為100-500m,流量為450-1500m3rh如果要把深井的水提到地上來，一般采用深井泵。具使用電機一般為立式電機。其井徑一般在100-500mm范圍內(nèi)，泵的流量為8-900m3/h,揚程為10-150m。雙吸單級泵在工業(yè)和農(nóng)業(yè)各部門使用也較廣，它實際上

14、是等于將兩個相同的葉輪背靠背的裝在一根軸上并聯(lián)的工作，這種泵不但流量較大，而且能平衡軸向力，其流量在120-20000m3h,揚程在10T10m范圍內(nèi)。軸封機構(gòu)可用機械密封，填料密封等，一般用機械密封。而且它能提高泵的總效率。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）泵在國內(nèi)是應(yīng)用相當(dāng)廣泛的能用機械產(chǎn)品，不管是農(nóng)業(yè)機械，還是工業(yè)機械，應(yīng)用都很普遍。基本用途主要用來輸送液體，包括水，油，乳化液，液態(tài)金屬等，也可以輸送液體、氣體混合物。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第二章泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1簡述泵的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計因本次畢業(yè)設(shè)計是結(jié)合實習(xí)所在單位石油工藝上使用的離心油泵，雙吸式離心油泵與普

15、通離心泵相比，效率高、流量大、揚程較高，運行平穩(wěn)，抗汽蝕能力強，密封性能好。所以在我們石化單位應(yīng)用廣泛，已成為石化企業(yè)不可缺少的重要裝置。通過平時對單機雙吸式離心泵的觀察分析，對其工作原理有了深刻認識，其工作時入口液體同時進入葉輪中心區(qū)域，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪在離心力的作用將液體甩出，葉輪中心就形成低壓區(qū)，入口液體在大氣壓作用下，源源不斷的流向低壓區(qū)，即進入葉輪中心后又被甩出的循環(huán)過程。本課題要采用流量Q為150m3/h,揚程H為60m,比轉(zhuǎn)速ns=60為主要參數(shù)，泵基本長度為740mms度為490mm進口直徑為130mm出口直徑為100mm具有較高的效率，綜和比較各種泵的使用環(huán)境和流量揚程范圍選用

16、單級雙吸式離心泵。下圖所示為該泵的實體結(jié)構(gòu)圖，從而得出設(shè)計的流程。圖2-1雙吸式離心泵中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）其泵體的整體剖面結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖2-2泵體剖面圖1-泵體2-.泵蓋3-葉輪4-泵軸5-密封環(huán)6-軸套8-機械密封10-水封管11-壓蓋12-軸套螺母13-固定螺栓14-軸承架15-軸承體16-向心球軸承18-聯(lián)軸器20-軸承蓋21-雙頭螺栓22-鍵2.2估算泵的效率1.水力效率，按下式計算cQs0150h=10.0835lg3=10.0835lg3n290036002:0.82=82%,、，3Q式中：Qs泵流重（m/s）該公式中流重QsM一（Q為所設(shè)計泵流重2值為15

17、0吊/h）n泵的轉(zhuǎn)速（r/min）（在這n取普通轉(zhuǎn)速2900r/min）中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.容積效率上、可按下式計算r11v-210.68ns3該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏的值,對于有平衡孔、級間泄漏和平衡盤泄漏的情況,容積效率還要相應(yīng)降低。貝（Jv=1-=12:.0.9696%10.68nsmi.0.6860%3.機械效率nm11m-1-0.077-1-0.0770.87-87%ns:60；6泵的總效率J00；1100J=hvm=82%96%87%:71%泵的理論揚程Ht=且=73.2mh0.82泵的理論流量Qt=Q=15_156.75m3/hv0.962.3

18、 軸功率和原動機功率gQH10009.815060,泵的軸功率PKw=34.5Kw100010000.713600K1.1原動機功率PP34.5Kw:37.9Kw9t1.0式中：K余量系數(shù)查文獻2表7-10取K=1.1（原動機為電動機）中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）“t傳動效率查文獻2表7-11取=1.0（直聯(lián)）所以選擇45Kw的電動機可滿足要求，查文獻10選擇電動機的型號為Y225-22.4 泵的基本參數(shù)的確定2.4.1 確定泵的進口直徑泵進口直徑也叫泵吸入口徑，是指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑.吸入口主要取決于流速。泵的進口流速一般為3m/s左右，從制造經(jīng)濟行考慮，大型泵的流速取大些，以

19、減小泵體積，提高過流能力。從提高抗汽蝕性能考慮，應(yīng)取較大的進口直徑，以減小流速。常用的泵吸入口徑，流量和流速的關(guān)系如圖所示。對抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于250m耐，可取吸入口徑流速Vs=1.01.8m/s,在吸入口徑大于250mm時，可取Vs=1.42.2m/s。吸入流速按下式確定。Ds=4Q;流速，流量與吸-Vs入口徑的關(guān)系如表2-1。吸入口徑(mm40506580100150200250單流速(m/s)1.3751.772.12.763.532.832.652.83級(nVh)6.2512.52550100180300500泵表2-1注：此表取自參考文獻2已知流量Q=150iVh

20、,根據(jù)上表取吸入口流速Vs=3m/s,代入公式得:Ds=0.1283m4Q二4150；Ns-二36003中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)為方便計算，取泵的吸入口徑為130mm2.4.2 確定泵的出口直徑泵出口直徑也叫泵排出口徑，是指泵排出法蘭處管的的內(nèi)徑。對于低揚程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對于高揚程泵，為減小泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于吸入口徑，一般取Dd=(10.7)Ds式中：Dd泵的排出口徑，Ds泵的吸入口徑根據(jù)該泵的特性，由于該泵的流量大，考慮排水管路的經(jīng)濟性取Dd=100mmDd=0.8Ds=0.8130mm=104mm故泵的進出口外形圖如下:圖2-3泵進出口

21、2.4.3 泵轉(zhuǎn)速的確定.影響泵轉(zhuǎn)速的因素: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)該和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來確定；中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3 .泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式5.62n、QC=一二NPSHr4式中：n泵的轉(zhuǎn)速（r/min）Q泵流量（m/h）雙吸泵取Q2可知：轉(zhuǎn)速n和汽蝕基本參數(shù)NPSHr及C有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將發(fā)生汽蝕。二.泵的轉(zhuǎn)速計算:選C=1150,NPSHr=2.10,Q=0.0416m3/s3CNPSHr45.62槨311502.1042475r/min5

22、.62.0.0208根據(jù)汽蝕要求，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于2475r/min,從實際選定的電機來看泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為2470r/min。故滿足條件。計算比轉(zhuǎn)數(shù)ns=3.65n3&=66由此可知這樣的比轉(zhuǎn)速不能達s33H4604到預(yù)定的要求修正得ns=3.65n3Q=60由故設(shè)計成雙吸泵。H%2.5葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及主要尺寸計算2.5.1 葉輪的材料選擇葉輪是離心泵傳遞能量的主要部件，通過它把電能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能和動能，因此，要求葉輪具有足夠的機械強度和完好的葉片形狀，在材料上,除了考慮介質(zhì)腐蝕，磨損外，由于它是旋轉(zhuǎn)部件，故還應(yīng)考慮離心力作用下中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）的強度。通常，用于葉輪的材料有

23、鑄鐵，青銅鑄件，不銹鋼，銘鋼等。當(dāng)葉輪圓周速度超過30m/考慮鑄鐵強度不能承受這樣大的離心力的作用，則需改用青銅作材料，由于本設(shè)計泵屬于中小型泵，其圓周速度遠小于30m/s,在考慮到材料來源的難易，鑄造上的方便與否，同時考慮到泵的效率和抗汽蝕性能的要求，故選灰口鑄鐵，雖然它的強度不高，但它的生產(chǎn)工藝簡單，價格低廉，易于熔化，澆鑄性能好，冷凝的收縮性小，而且，其切削性能好，便于加工，減振性好，可以減輕由于水力沖擊造成的振動，而HT200Z是在灰口鑄鐵中這些性能更為突出的，所以，本設(shè)計中葉輪的材料選用HT200乍為原材料，熱處理采用退火，許用應(yīng)力為&25-35MR2.5.2 葉輪結(jié)構(gòu)型式的確定葉輪

24、一般可分為單吸式和雙吸式兩種。單吸式葉輪為單邊吸水葉輪前蓋板不對稱，雙吸式葉輪為雙邊吸水前蓋板對稱。一般大流量離心泵多采用雙吸式葉輪。如圖：圖2-4葉輪葉輪按形狀可分為閉式，開式，半畢式。本設(shè)計選用閉式葉輪。閉式葉輪由前蓋板，后蓋板，葉片和輪轂組成。10中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）圖2-5葉輪構(gòu)造圖1.輪轂2.前蓋板3.后蓋板4.葉片葉輪主要尺寸的確定有三種方法：相似換算法、速度系數(shù)法、葉輪外徑d2或葉片出口角外的理論計算。此處葉輪的計算采用速度系數(shù)法設(shè)計，速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計，利用統(tǒng)計系數(shù)計算過流部件的個部分尺寸。2.5.3 葉輪輪轂直徑dh的計算圖2-6葉

25、輪示意圖葉輪輪轂直徑必須保證軸孔在開鍵槽之后有一定的厚度，使輪轂具有足11中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）夠的強度，通常dh=（1.21.4乩，在滿足輪轂結(jié)構(gòu)強度的條件下，盡量減小金，則有利于改善流動條件?。?500105Pa-Mn211.1軸直徑di=33.:5=0.0276m=27.6mm：28mm-0.2I.I0.2500105根據(jù)葉輪輪轂直徑應(yīng)取1.21.4倍的軸直徑，根據(jù)設(shè)計要求，取葉輪所在的軸的直徑為28mm,所以dh=1.3父28=36.4mm。取dh=40mm2.5.4 葉輪進口直徑Dj的計算以Do為直徑的圓面積等于葉輪進口去掉輪轂的有效面積，即2Do按下式確定DO二D

26、j-dh-4一4Do=KoQDj=ydO+dhnQ式中：q泵流量（m/s）對雙吸泵取Q；2n泵轉(zhuǎn)速（r/min）Ko系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計資料選取兼顧效率和汽蝕Ko=4.04.5=4.11503600224700.081m=81mmDj=DOd=V812402：90mm取Dj-90mm12中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)1=9.359.6,D2=9.3 葉輪外徑的計250.2-256.4mm取D2=252mm2.5.6 葉輪出口寬度的計算55nnsVQ660下I150b2=(0.640.7)13-=(0.640.7),黑21100)Yn1100，33

27、600x2470二(10.411.4mm因為兩個葉輪設(shè)計在一起，所以葉輪出口寬度b2=22mm2.5.7葉輪強度計算一、葉片厚度計算根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面計算葉片厚度的公式：八H60S=AD2-=2.5mm式中：H泵的揚程Z葉片數(shù)D2葉輪外徑A系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)和材料有關(guān)，查文獻2表19-9取A=3.1根據(jù)實際情況和鑄造工藝要求取S=4mm為合適。葉輪基本設(shè)計圖如下13中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）圖2-7葉輪二、蓋板強度計算蓋板中的應(yīng)力主要由離心力造成的，半徑越小的地方應(yīng)力越大，葉輪簡圖如上圖2-7所示。1 .葉輪外徑：D2=0.252m2 .

28、材料密度：P=7800Kg/m33 .葉輪簡圖：Dx=0.09m切=P=55000=260.5rad/sMn211.14 .葉輪出口圓周速度U2的值按下式計算：U2=Ku2.2gH=1.03.29.860=35.3m/s式中：Ku2出口圓周速度系數(shù)根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)查葉片泵設(shè)計手冊圖5-3得KU2=1.035 .在dj和Dx處的應(yīng)力近似用下式計算：二二0.825：%；=0.825780040.3214中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）=10451KPa二LT-4800040000KPa6 .按等強度設(shè)計蓋板，蓋板任意直徑處的厚度Dx按下式計算一囪D*|ej780026020.25220.092|

29、=0.0042.71828-2541074二4mm式中：材料密度（Kg/m3）h】一一許用應(yīng)力對鋼b=,對鑄鐵b=。3- 45-6二s材料的屈服強度Pa入一一材料的抗拉強度Pa該蓋板符合要求三、輪轂強度計算1 .葉輪輪轂和軸配合的選擇對一般離心泵，葉輪和軸是采用過盈配合，為了使輪轂和軸的配合不松動，運轉(zhuǎn)時離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸與輪轂配合的最小公盈。離心力在輪轂中產(chǎn)生的應(yīng)力亦可用下式計算，即22二=0.825u=0.825780040.3=10451KPa軸與輪轂的配合：孔。奇必軸黑59最大間隙：；max=0.059mm15中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）最小間隙：，min=0.018

30、mm-DeE104510000.0459128109=0.0036mmD=0.0036mm：二0.018mm式中：De輪轂平均直徑E材料的彈性模量2.輪轂強度計算輪轂中的應(yīng)力為裝配應(yīng)力（有過盈時）和停泵后輪轂和軸心溫差應(yīng)力之和溫差應(yīng)力：:2HtE=11.110206109=45732KPa安全系數(shù)：n=口240000=5.25.n5457322.6軸的設(shè)計計算2.6.1 扭矩的計算軸按懸臂梁簡化其受力情況如圖5.3所示P1.2P1.245Mn=9550=9550=9550=198.2Nmnn2970式中：Mn扭矩（Nm）PC計算功率取Pc=1.2P2.6.2根據(jù)扭矩計算泵軸直徑的計算d=3Mn

31、=3198.20.2!0.2500105=0.0245m式中：材料的許用切應(yīng)力（Pa）查文獻2表7-12取1-500105Pa16中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）現(xiàn)取泵軸的最小軸徑取d1=30mm,泵軸的最大尺寸取90mm。泵軸設(shè)計如下圖：圖2-8泵軸2.6.3 畫出軸的受力簡圖如圖2-9所示FR3Fri軸受力簡圖XFr3Fri水平面受力FR3FriFqFR3垂直面受力Fri圖2-9葉輪的左邊用螺母鎖緊，右邊用軸套定位。軸套內(nèi)徑取45mmt卜徑取17中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）60mm如圖:圖2-10軸套2.6.4 軸的強度計算(1)葉輪所受徑向力的計算F=9.81KrHD

32、2B2103(N)式中：H泵揚程H=60mD2葉輪外徑D2=252mm=0.252mB2包括蓋板白葉輪出口寬度(m)B2=20.0050.022-0.032mKr試驗系數(shù)查文獻2圖17-30取Kr=0.02則F=9.81KrHD2B2103N=9.810.02600.3060032103N=150N(2)葉輪所受徑向不平衡離心力的計算Fc-1.129.810Gcn2R-10.9810第Gcn2R(N)18中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）式中：Gc最大半徑處白殘余不平衡質(zhì)量(g)取Gc=3gR葉輪白最大半徑(mm)R=126mm則Fc=10.9810Gcn2R=10,9810，32900

33、2126N=42.38Ncc(3)水平總、的受力:Fr=FFc=15042.38N=192.38NR3c垂直總的受力：FR3=FFC=15042.38N=192.38N(4)計算水平面支承反力：FR1=Fr3Fq-192.38706N-898.38N計算垂直面支承反力：Fr1=Fr3=192.38N(5)計算水平面彎矩：_,_MDH=283Fr3=283192.38Nmm=54443.54Nmm如圖5,4所示計算垂直面彎矩：Mdv-283FR3=283192.38Nmm-54443.54Nmm如圖5.4所示(6)計算合成彎矩：M=mDhMDv=254443.542Nmm=76994.8Nmm如

34、圖5.4所示(7)計算當(dāng)量彎矩查口表2-7由插入法得t1b-213.30b=101.3t4b-5919中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)化I:0.6二0bI葉輪中線截面處:MC=:T2=0.6211100Nmm=126660Nmm電動機第一軸承處:MD=M2=T2=.76994.820.62111002Nmm=148226Nmm(8)校核軸徑不皿以盛沙不以MC-126660葉輪中線截面處：d1=3f3=3*=27.8mm45mm丫0.1卜00.159電動機第一軸承處:=29.3mm:55mm“一Md31482262-0.1!二b廠0.159軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)實心軸為外

35、徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實心軸質(zhì)量的2倍，軸的強度提高到實心軸強度的6.5倍，剛度提高到實心軸剛度的13倍，則該空心軸符合要求。20中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.6.5軸的彎矩圖水平面彎矩圖54443.5454443.54垂直面彎矩圖圖2-112.6.6軸整體結(jié)構(gòu)圖圖2-12泵軸2.7壓出室和吸入室的水力設(shè)計2.7.1 壓出室的水力設(shè)計壓出室的作用在于：1將葉片中流出的液體收集起來并送往下一級葉輪或管路系統(tǒng)。2 .降低液體的流速，實現(xiàn)動能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體流往下一級21中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）葉輪或管路系統(tǒng)的損失。3 .消除液體流出葉

36、輪后的旋轉(zhuǎn)運動，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運動帶來的水力損失。本設(shè)計采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。4 .7.2渦形體的各斷面面積渦室斷面面積對泵的性能影響很小，對同一葉輪，如果渦室斷面面積過小，則流量-楊程曲線變陡，最高效率點向小流量方向移動，效率降低，如果渦室斷面過大，則流量-楊程曲線比較平坦，最高效率點向大流量方向移動，效率也降低，但在數(shù)值上要比渦室面積過小時降低值要少。渦室斷面面積的大小，由所選取的渦室流速決定，渦室各斷面面積內(nèi)的平均速度V33相等且為：V3=K32gH式中：K3速度系數(shù)查2圖8-10當(dāng)ns=80時，K3=0.48sH泵的揚程H-60m代入上式V3=0.4829.86048

37、.8ms根據(jù)ns=60取渦室隔舌安放角%=15=,共分8個斷面，通過最大斷面8的流量為:Q8360-oQ360360-15330.045m/s=0.043m/s3608斷面的面積為:Q80.0432m18.8=0.0023m2-23cm222中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）其余各斷面面積按下式計算:中F：=F88式中：斷面包角各斷面面積計算見下表2-2斷面12345678包角中31560105150195240285330回積“(cm)14.27.310.513.616.719.923表2-22.7.3渦室進口寬度b3可以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，

38、渦室入口寬度對泵性能沒有明顯的影響，但取的微寬些可改善葉輪和渦室的對中性。一般?。篵3=B20.05D2=300.05252mm=42.6mm式中：B2包括前后蓋板的葉輪出口寬度B2=4222=30mmD2葉輪外徑實際繪型時b3-44mm2.8吸入室的選擇2.8.1 吸入室的作用吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過流部分，吸入室的作用23中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。

39、2.8.2 吸入室的分類吸入室有以下四類：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、雙吸泵螺旋形吸入室1 .直錐形吸入室常用于單級懸臂式泵中，它能保證液流逐漸加速而均勻地進入葉輪。2 .環(huán)形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口處設(shè)有許多導(dǎo)向徑，以防止液體在其中打轉(zhuǎn)而產(chǎn)生預(yù)旋，常用于雜質(zhì)泵和多級泵。3 .半螺旋形吸入室主要用于單級泵中和水平式開式泵等，能保證在葉輪進口得到均勻的速度場。本次設(shè)計泵采用雙吸泵螺旋形吸入室。這種結(jié)構(gòu)的吸入室水力性能好，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，液體在雙吸泵螺旋形吸入室內(nèi)流動速度遞增，液體在葉輪進口能得到均勻的速度，液體在吸入室水力損失很小，汽蝕性能也較好。24中國石油大學(xué)勝利學(xué)

40、院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第三章泵的軸封設(shè)計計算3.1 常用的軸封結(jié)構(gòu)及其特點3.1.1 常用的軸封結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體間的密封簡稱軸封。軸封的作用主要是防止高壓液體從泵中漏出和防止空氣進入泵內(nèi)。盡管軸封在離心泵中所占的位置不大，但泵是否能正常運行，卻和軸封密切有關(guān)。如果軸封選用不當(dāng)，不但在運轉(zhuǎn)中需要經(jīng)常維修，漏損很多被輸送的液體，而且可能由于漏出的易燃，易爆和有毒液體引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故。后果不堪設(shè)想。因此，必須合理選用軸封結(jié)構(gòu)才能保證離心泵安全運行。離心泵中常用的軸封結(jié)構(gòu)有：有骨架的橡膠密封，填料密封，機械密封和浮動環(huán)密封。正確地設(shè)計過流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽命的重要條件

41、。經(jīng)驗表明，離心泵在運行時所產(chǎn)生的問題大部分是材料選用問題，主要零部件的選擇問題和制造精度問題。對耐磨蝕泵運行中的事故進行分析表明。純屬泵方面的問題僅占事故中的10.6%,其他都屬于選用問題，因此可見，正確地選用離心泵主要零部件是保證正常運行的重要條件。在泵的所有零部件中，在運轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問題的是軸封部件，軸承潤滑部件，和冷卻部件，另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，高溫，高壓，高速泵所占比重逐年增大。經(jīng)驗表明，泵的溫度越高、壓力越高、軸封、潤滑和冷卻問題也越顯得重要。3.1.2 軸封結(jié)構(gòu)的特點有骨架的橡膠密封的結(jié)構(gòu)特點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，密封效果比較顯著；缺點是密封碗內(nèi)孔尺寸容易超差。25中國石油大

42、學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）軟填料密封結(jié)構(gòu)特點是比較簡單成本低，缺點是密封狀態(tài)不穩(wěn)定，泄漏量很大，使用壽命短。機械密封的特點是機械密封可靠，在長周期的運行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100;機械密封使用壽命長；摩擦功率消耗小機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10險50%軸或軸套基本上不受摩損；維修周期長端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修；抗振性好對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；適用范圍廣機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。但其缺點有：機械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對制造加

43、工要求高；機械密封安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術(shù)水平；發(fā)生偶然性事故時，機械密封處理較困難；機械密封一次性投資高。本泵的軸封機構(gòu)采用機械密封，如下圖所示：圖3-1軸封26中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3.2 機械密封的概念組成及其工作原理3.2.1 機械密封的基本概念：機械密封是指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。補償環(huán)的輔助密封為金屬波紋管的稱為波紋管機械密封。3.2.2 機械密封的組成：主要有以下四類部件。a.主要密封件：動環(huán)和靜環(huán)；b.輔助密封件：密封圈；c.

44、壓緊件：彈簧、推環(huán)；d.傳動件：彈箕座及鍵或固定螺釘。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：l一緊定螺釘；2彈簧座；3-彈簧；4推環(huán)；5一動環(huán)密封圈；6一動環(huán)；7靜環(huán);8靜環(huán)密封圈；9-防轉(zhuǎn)銷圖3-2機械密封3.2.3 機械密封的工作原理機械密封又稱端面密封（MechanicalSeal）,是旋轉(zhuǎn)軸用動密封。機械密封是靠一對或幾對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持接合并配以輔助密封而達到的阻漏的軸封裝置c27中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)3.3 機械密封的計算3.3.1 端面比壓的計算和彈簧比壓的選擇密封環(huán)接觸端面平均壓力Pp=PL=0.340.5017MPap密封環(huán)

45、接觸端面液膜推開力R=(D22-D12)Pp=1090N4 p總的彈簧力Fs=D22-D12Ps=1283N4密封腔內(nèi)介質(zhì)作用力Fl=D22-d02PL-3209N動環(huán)所受的合力F=FLFs-R=3209128340902402端面比壓PC=F=0.5MPac二224D22-D12dg軸徑；mmDi密封環(huán)接觸端面內(nèi)徑；mmD2密封環(huán)接觸端面外徑；mmpL密封腔介質(zhì)壓力；MPaps彈簧比壓；MPa根據(jù)密封型式，介質(zhì)與條件可選取ps=0.2MPa經(jīng)計算可知由它確定的PC在0.30.6范圍內(nèi)，滿足條件。3.3.3 機械密封型號的選擇根據(jù)軸徑的大小和泵的工作情況該泵機械密封選用1527型機械密封，此機械密封件內(nèi)裝、單端面、單彈簧、非平衡型、并圈彈簧傳動，其彈簧被一特制聚四氟乙烯套所保護，動環(huán)靠由剖分式壓緊環(huán)加緊的聚四氟乙烯波紋。28中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）圖3-31527型機械密封1 .結(jié)構(gòu)特點：內(nèi)裝、單端面、單彈簧、非平衡型、并圈彈簧傳動2 .應(yīng)用范圍溫度：-20204C壓力：1Mpa線速度：3000r/min介質(zhì)：油類、水和一般腐蝕性液體1527機械密封的安裝尺寸如下表3-1所示型號MODELDD1D2D3LL11527-909011410511574.315.7表3-13.3.4 機械密封的材料選擇例表3-2