南京工業(yè)大學過控畢業(yè)設計開題報告

1、 畢業(yè)設計(論文)開題報告學生姓名： 董超 學 號： 1201100508 所在學院： 機械與動力工程學院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 設計(論文)題目： 雙級雙排出石墨泵設計 指導教師： 邵春雷 2013 2014 年 3 月 19 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.離心泵分類及主要部件泵是把原動機的機械能轉化成抽送液體能量的機器。原動機通過泵軸帶動葉輪旋轉，對液體做功，使其能量增加，從而使需要數量的液體，由吸水池經泵的過流部件輸送到要求的高處或要求壓力的地方。離心泵在工作時，

2、依靠高速旋轉的葉輪，液體在慣性離心力作用下獲得了能量以提高了壓強。離心泵在工作前，泵體和進口管線必須罐滿液體介質，防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。當葉輪快速轉動時，葉片促使介質很快旋轉，旋轉著的介質在離心力的作用下從葉輪中飛出，泵內的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。一面不斷地吸入液體，一面又不斷地給予吸入的液體一定的能量，將液體排出。離心泵便如此連續(xù)不斷地工作。 1.1離心泵的分類按參考文獻1，可以將離心泵進行一下分類：一、按工作葉輪數目來分類1、單級泵：即在泵軸上只有一個葉輪。如圖1-1所示。圖1-1 單級單吸懸臂式離心泵1-泵體；2-泵蓋；3-葉輪；4-軸；5-葉輪螺母；6-制動墊圈；7-軸套；

3、8-填料壓蓋；9-填料環(huán)；10-填料；11-懸架軸承部件2、多級泵：即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪，這時泵的總揚程為n個葉輪產的揚程之和。如圖1-2所示。圖1-2 多級離心泵1-泵軸；2-軸套螺母；3-軸承蓋；4-軸承襯套甲；5-單列向心球軸承；6-軸承體；7-軸套甲；8-填料壓蓋；9-填料環(huán)；10-進水段；11-葉輪；12-密封環(huán)；13-中段；14-出水段；15-平衡環(huán)；16-平衡盤；17-尾蓋；18-軸套乙；19-軸承襯套乙；20-圓螺母二、作壓力來分類1、低壓泵閥：壓力低于100米水柱；2、中壓泵：壓力在100650米水柱之間；3、高壓泵：壓力高于650米水柱。三、按葉輪進水方式來分類

4、1、單側進水式泵：又叫單吸泵，即葉輪上只有一個進水口。如圖1-1所示。2、雙側進水式泵：又叫雙吸泵，即葉輪兩側都有一個進水口。它的流量比單吸式泵大一倍，可以近似看作是二個單吸泵葉輪背靠背地放在了一起。如圖1-3所示。四、按泵殼結合縫形式來分類1、水平中開式泵：即在通過軸心線的水平面上開有結合縫。2、垂直結合面泵：即結合面與軸心線相垂直。圖1-3 單級雙吸離心泵1-泵體；2-泵蓋；3-葉輪；4-泵軸；5-密封環(huán)；6-軸套；7-填料擋套；8-填料；9-填料環(huán)；10-水封管；11-填料壓蓋；12-軸套螺母；13-固定螺栓；14-軸承架；15-軸承體；16-單列向心球軸承；17-圓螺母；18-軸承器；

5、19-軸承擋套；20-軸承蓋；21-雙頭螺栓；21-鍵五、按泵軸位置來分類1、臥式泵：泵軸位于水平位置。2、立式泵：泵軸位于垂直位置。六、按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類1、蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋線形狀的泵殼。2、導葉泵：水從葉輪出來后，進入它外面設置的導葉，之后進入下一級或流入出口管。1.2離心泵的主要部件離心泵的品種很多，各種類型泵的結構雖然不同，但主要零部件基本相同（如圖1-1、圖1-2、圖1-3）。主要零部件有泵殼、泵蓋、泵體、葉輪、密封環(huán)、泵軸、機封或填料函、聯(lián)軸器、軸承等2。1.2.1離心泵轉子轉子是指離心泵的轉動部分，它包括葉輪、泵軸、軸套、軸承等零件；1、

6、葉輪葉輪是離心泵的做功零件，依靠它高速旋轉對液體做功而實現(xiàn)液體的輸送，是離心泵重要零件一。 葉輪一般由輪毅、葉片和蓋板三部分組成。葉輪的蓋板有前蓋板和后蓋板之分，葉輪口側的蓋板稱為前蓋板，另一側的蓋板稱為后蓋板。按結構形式，葉輪可分為以下三種。(1)閉式葉輪葉輪的兩側均有蓋板，蓋板間有46個葉片，如圖14(a)所示。閉式葉輪效率較高，應用最廣，適用于輸送不含固體顆粒及纖維的清潔液體。閉式葉輪有單吸和雙吸兩種類型。雙吸葉輪如圖111所示，適用于大流量泵，其抗汽蝕性能較好。如圖14(b)。這種葉輪結構簡單，制造容易，但效率低，適用輸送含較多固體懸浮物或帶纖維體。(2)半開式葉輪這種葉輪只有后蓋板，

7、如圖14(c)所示。它適用于輸送易于沉淀或含固體懸浮物的液體，其效率介于開式和閉式葉輪之間。離心泵葉輪的葉片有圓柱形葉片和組曲葉片兩種。圓柱形葉片是指整個葉片沿寬度方向均與葉輪軸線平行，圖1-4所示的葉輪葉片均為圓柱形葉片。 （a）閉式；（b）半閉式；（c）開式 圖1-5 雙級葉輪 圖1-4 離心泵的葉輪二、泵軸離心泵的泵軸的主要作用是傳遞動力，支承葉輪保持在工作位置正常運轉。一端通過聯(lián)軸器與電動機軸相連，另一端支承著葉輪作旋轉運動，軸上裝有軸承、軸向密封等零部件3。泵軸屬階梯軸類零件，一般情況下為一整體。但在防腐泵中，由于不銹鋼的價格較高，有時采用組合件。接觸介質的部分用不銹鋼，安裝軸承及聯(lián)

8、軸器的部分用優(yōu)質碳素結構鋼，不銹鋼與碳鋼之間可以采用承插連接或過盈配合連接。由于泵軸用于傳遞動力，且高速旋轉，在輸送清水等無腐蝕性介質的泵中，一般用45#鋼制造，并且進行調質處理。在輸送鹽溶液等弱腐蝕性介質的泵中，泵軸材料用40Cr，且調質處理。在防腐蝕泵中，即輸送酸、堿等強腐蝕性介質的泵中，泵軸材質一般為1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不銹鋼。圖1-6 泵軸三、軸套軸套的作用是保護泵軸，使填料與泵軸的摩擦轉變?yōu)樘盍吓c軸套的摩擦，所以軸套是離心泵的易磨損件4。軸套表面一般也可以進行滲碳、滲氮、鍍鉻、噴涂等處理方法，表面粗糙造度要求一般要達到Ra3.2mRa0.8m?？梢越档湍Σ料禂?，提

9、高使用壽命。 圖1-7 軸套 圖1-8 軸承四、軸承軸承起支承轉子重量和承受力的作用。離心泵上多使用滾動軸承，其外圈與軸承座孔采用基軸制，內圈與轉軸采用基孔制，配合類別國家標準有推薦值，可按具體情況選用。軸承一般用潤滑脂和潤滑油潤滑5。1.2.2蝸殼和導輪蝸殼與導輪的作用，一是匯集葉輪出口處的液體，引入到下一級葉輪入口或泵的出口；二是將葉輪出口的高速液體的部分動能轉變?yōu)殪o壓能。一般單級和中開式多級泵常設置蝸殼，分段式多級泵則采用導輪6。一、蝸殼蝸殼是指葉輪出口到下一級葉輪入口或到泵的出口管之間截面積逐漸增大的螺旋形流道，如圖19所示。其流道逐漸擴大，出口為擴散管狀。液體從葉輪流出后，其流速可以

10、平緩地降低，使很大一部分動能轉變?yōu)殪o壓能7。 圖1-9 蝸殼 圖1-10 導輪二、導輪導輪是一個固定不動的圓盤，正面有包在葉輪外緣的正向導葉，這些導葉構成了一條條擴散形流道，背面有將液體引向下一級葉輪人口的反向導葉，其結構如圖1-10所示8。液體從葉輪甩出后，平緩地進入導輪，沿著正向導葉繼續(xù)向外流動，速度逐漸降低，動能大部分轉變?yōu)殪o壓能。液體經導輪背面的反向導葉被引入下一級葉輪導輪上的導葉數一般為48片，導葉的入口角一般為8°一16°，葉輪與導葉間的徑向單側間隙約為lmm。若間隙過大，效率會降低；間隙過小，則會引起振動和噪聲。與蝸殼相比，采用導輪的分段式多級離心泵的泵殼容易

11、制造，轉能的效率也較高。但安裝檢修較蝸殼困難9。另外，當工況偏離設計工況時，液體流出葉輪時的運動軌跡與導葉形狀不一致，使其產生較大的沖擊損失10。由于導輪的幾何形狀較為復雜，所以一般用鑄鐵鑄造而成。1.2.3密封環(huán)從葉輪流出的高壓液體通過旋轉的葉輪與固定的泵殼之間的間隙又回到葉輪的吸入口，稱為內泄漏，如圖111所示。為了減少內泄漏，保護泵殼，在與葉輪入口處相對應的殼體上裝有可拆換的密封環(huán)11。密封環(huán)的結構形式有三種，如圖112所示。圖112(a)為平環(huán)式，結構簡單，制造方便12。但密封效果差；圖l12(b)為直角式的密封環(huán)，液體泄漏時通過一個90°的通道，密封效果比平環(huán)式好，應用廣泛

12、；圖112(c)為迷宮式密封環(huán)，密封效果好，但結構復雜，制造困難，一般離心泵中很少采用。密封環(huán)內孔與葉輪外圓處的徑向間隙一般在0.10.2mm之間13。 圖1-11 (a)平環(huán)式 (b)直角式 (c)迷宮式 泵內液體的泄露這是什么意思？把圖和圖題放到同一頁中。 圖1-12 密封環(huán)形式1.2.4周向密封裝置從葉輪流出的高壓液體，經過葉輪背面，沿著泵軸和泵殼的間隙流向泵外，稱為外泄漏14。在旋轉的泵軸和靜止的泵殼之間的密封裝置稱為軸封裝置3。它可以防止和減少外泄漏，提高泵的效率，同時還可以防止空氣吸入泵內，保證泵的正常運行。特別在輸送易燃、易爆和有毒液體時，軸封裝置的密封可靠性是保證離心泵安全運行

13、的重要條件。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。1、 填料密封料密封指依靠填料和軸(軸套)的外圓表面接觸來實現(xiàn)密封的裝置。它由填料箱(又稱填料函)、填料、液封環(huán)、填料壓蓋和雙頭螺栓等組成，如圖1-13所示。液封環(huán)安裝時必須對準填料函上的入液口，通過液封管與泵的出液管相通，引入壓力液體形成液封，并冷卻潤滑填料15。填料密封是通過填料壓蓋壓緊填料，使填料發(fā)生變形，并和軸(或軸套)的外圓表面接觸，防止液體外流和空氣吸入泵內。低壓離心泵輸送溫度小于40時，常用石墨填料或黃油滲透的棉織填料；輸送溫度小于250、壓力小于18MPa的液體時，用石墨浸透的石棉填料；輸送溫度小于400、允許工作壓力為25M

14、Pa的石油產品時，用金屬箔包石棉芯子填料17。 圖1-13 填料密封裝置 圖1-14 機械密封裝置 1-軸；2-壓蓋；3-填料；4-填料箱； l-緊定螺釘；2-彈簧座；3-彈簧；4-推環(huán)； 5-液封環(huán)；6-引液管 5-動環(huán)密封圈；6-動環(huán)；7-靜環(huán)； 8-靜環(huán)密封圈；9-防轉銷2、 機械密封填料密封的密封性能差，不適用于高溫、高壓、高轉速、強腐蝕等惡劣的工作條件。機械密封裝置具有密封性能好，尺寸緊湊，使用壽命長，功率消耗小等優(yōu)點，近年來在化工生產中得到了廣泛的使用3。結構及工作原理依靠靜環(huán)與動環(huán)的端面相互貼合，并作相對轉動而構成的密封裝置，稱為機械密封，又稱端面密封。其結構如圖1-14所示。緊

15、定螺釘1，將彈簧座2固定在軸上，彈簧座2、彈簧3、推環(huán)4、動環(huán)6和動環(huán)密封圈5均隨軸轉動，6靜環(huán)7、靜環(huán)密封圈8裝在壓蓋上，并由防轉銷9固定，靜止不動。動環(huán)、靜環(huán)、動環(huán)密封圈和彈簧是機械密封的主要元件。而動環(huán)隨軸轉動并與靜環(huán)緊密貼合是保證機械密封達到良好效果的關鍵18。2離心泵的水利設計2.1離心泵的水利設計要解決的問題及設計參數1、 離心泵的水利設計要解決三方面的問題：1） 過流部件的主要參數，以及部件各部分的最佳比例。2） 流型設計，選定在水力設計過程中所選定的過流部件的流動規(guī)律。3） 葉輪葉片及流道的型線設計，提供過流部件的加工木模圖19。2、 離心泵的主要設計參數據文獻1、2和9，離心

16、泵的設計需要提供的原始數據有水泵葉輪流量QT，揚程H，所提供的電動機的轉速n，裝置空化余量NPSHa或吸入高度Ha，效率，介質的性質，對性能曲線的特殊要求等。然后根據這些原始數據確定泵進出口流道的直徑，泵的轉速。最后根據這些數據計算出空化比轉速C，比轉速ns，泵的效率等。2.2離心泵的傳統(tǒng)設計方法及優(yōu)化設計方法據參考文獻1，到目前為止，工程上傳統(tǒng)實用的離心泵水力設計方法主要有：模型換算法，速度系數法，變形設計法，面積比原理，自由旋渦理論等。本文采用速度系數法對離心泵進行水力設計，速度系數法又稱設計系數法，其實質也是一種相似設計法，所不同的是模型換算法是以一臺模型泵為基礎。據參考文獻14，我們可

17、以將近年來對泵的優(yōu)化設計歸納為以下幾種：1. 加大流量設計方法加大流量設計法的指導思想是,對給定的設計流量和比速進行放大,用放大了的流量和比速來設計一臺較大的泵。根據試驗統(tǒng)計20,對于中、低比速離心泵ns越高,越高；Q越大,也越高。在低比速和小流量的范圍內,隨比速和流量的增加迅速提高。且較大的泵的曲線基本上包絡了較小泵的線,因此不僅提高了最高效率和設計點效率,還提高了整個使用范圍內的平均效率。2. 無過載理論與設計方法無過載離心泵是指,能在關死揚程到零揚程范圍內任何工況點運行,都不會發(fā)生過載或因過載而燒壞原動機的離心泵。離心泵的軸功率曲線隨流量增加而不斷上升,而且比速越低,軸功率曲線隨流量增加

18、上升越快21。這種軸功率特性使離心泵在大流量、低揚程工況運行時易過載甚至燒壞原動機。一般工業(yè)用泵均在特定的管路系統(tǒng)中工作,運轉工況均有所保證,基本沒有過載問題。而農用泵和工程用泵的運行工況多變,且管路上沒有流量調節(jié)閥,故運行時極易出現(xiàn)過載。因為低比速泵一般在最高效率點的流量的右側達到最大軸功率值,根據該工況來確定原動機的配套功率顯然是不合理的,因此希望最大軸功率位置盡可能接近設計點,這樣泵就可以選擇較小的功率備用系數22。另外在文獻6中，陳洪海，袁壽其等人在傳統(tǒng)設計的基礎上對低比速離心泵提出了速度系數法優(yōu)化設計，損失極值法優(yōu)化設計，反正反準則篩選法優(yōu)化設計，等優(yōu)化設計方法，給我們對泵的優(yōu)化設計

19、指明道路。3有待解決的問題及展望3.1基礎理論的研究低比速離心泵的基礎理論研究包括葉輪內流動的理論分析、內流測試、CFD計算技術和CIMS技術等23。由于受到計算機運算速度與容量的限制以及計算方法的限制,葉輪內的真實情況還不能準確地由數值計算模擬出來。雖然近年來越來越多的研究人員致力于這方面的研究工作,但用于指導生產和性能預測的精度還遠未達到商用水平。CFD技術在航空航天、風機等其他流體機械領域已廣泛應用,但在泵行業(yè)僅停留在高校和科研院所的研究階段,尚未在企業(yè)中推廣。先進的技術CIMS已較廣泛使用于其它機械行業(yè),但在泵行業(yè)卻僅限于個別先進企業(yè)初步應用,多數企業(yè)至今未涉足。3.2結構與材料的研究

20、離心泵的結構和材料主要根據用途來選擇。目前,除了泵的水力設計,人們對低比速離心泵的結構與材料很少研究24。實際上泵材料的選擇對泵的使用壽命影響極大,不可忽視。材料選擇時應針對泵所處的內外環(huán)境以及各主要零件的不同要求與用途,再根據材料的性能來進行選擇與使用25。例如,化工用的耐腐蝕泵,由于介質和耐腐蝕材料都很多,應根據介質的性質來選擇耐腐蝕材料。與介質接觸的零件如泵體、泵蓋、葉輪、密封環(huán)等采用相同種材料,而與介質不接觸的零件如泵軸就采用普通的45號碳鋼26。選擇材料時還要綜合考慮經濟性、安全性、易加工性和抗汽蝕性等,例如馬氏體組織的低碳13Gr4Ni鋼及馬氏體、奧氏體13Gr6Ni,不僅材料性能

21、和焊接性能好,而且具有優(yōu)良的抗汽蝕性能27。3.3展望根據以上的討論,可以預計低比轉速離心泵的研究主要有以下發(fā)展趨勢理論研究的重點仍然是泵內部的全三維流動計算、內流測試、多相流和汽蝕等。并在此基礎上,提高性能預測和計算機仿真技術28。以后的水力設計方法是多目標、多約束的優(yōu)化設計法29。不僅考慮水力設計,還兼顧到可靠性、節(jié)能、制造技術、價值工程、產品的模塊化和個性化相結合等。結構方面將采用更加可靠的密封技術和軸承,重點發(fā)展無密封泵技術,包括屏蔽泵和磁力驅動泵30。新材料的研究也是今后泵行業(yè)發(fā)展的重點。4參考文獻1 陳乃祥，吳玉林.離心泵M.北京：機械工業(yè)出版社，2003.2 關醒凡.泵的理論與設

22、計M.北京：機械工業(yè)出版社，1987.3 楊詩成.離心泵結構與部件M.北京：水利電力出版社，1990 4 李文廣.特低比速離心泵葉輪內部流動分析J.水泵技術，2005，（1）：16.5 趙斌娟，王澤.離心泵葉輪內流數值模擬的現(xiàn)狀和展望J. 農業(yè)化研究，2002，（3）：4952.6 陳洪海，袁壽其.低比速離心泵優(yōu)化設計方法J.流體機械，2001，29（8）：1922.7 徐偉幸，袁壽其.低比速離心泵葉輪優(yōu)化設計進展J.流體機械，2006，34（2）：3942.8 談明高，袁壽其，劉厚林.離心泵性能預測的研究現(xiàn)狀及其展望J. 水泵技術，2005，（3）：2325.9 丁偉成.離心泵與軸流泵：原理

23、及水力設計M. 北京：機械工業(yè)出版社，1981 10 張人會，楊軍虎.低比速葉輪多目標優(yōu)化設計方法探討J.甘肅科學學報，2002，14：期號？7983.11 張劍慈，崔寶玲，李映，朱祖超，陳鷹.低比轉速開式葉輪高速離心泵的優(yōu)化設計系統(tǒng)J.機械工程學報，2006，42（7）：2124.12 史佩琦，崔寶玲，陳潔達，黃達鋼. 低比轉速離心泵內部流場數值模擬J. 浙江理工大學學報，2012，29（4）：575579.13 張玉臻.低比轉速離心泵設計方法J.流體機械，2006，22（4）：3540.14 戴正元，李龍.低比轉速離心泵設計理論現(xiàn)狀及發(fā)展J.水泵技術，2000，（3）：37.15 朱緒廣.

24、低比轉速離心泵設計探討J.排灌機械，1993，（2）：9卷號？10.16 張佩芳，袁壽其，黃良勇.低比轉速離心泵研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.水泵技術，2004，（1）：2024.17 劉會海，王福軍.低比轉速離心泵主要幾何參數的病態(tài)優(yōu)化計算法J.農業(yè)機械學報，1987，（4）卷號？：4247.18 相樹義.多級離心泵設計缺陷及對策J.化工施工技術，2000，22（3）：37.19 林霞，陳波.化工離心泵選型J. 石油/化工通用機械，2010，（1）： 3438.20 王凱，劉厚林，袁壽其，吳賢芳. 離心泵多工況水力設計方法J. 華中科技大學學報，2012，40（5）：1519.21 高章發(fā)，劉建生.

25、離心泵設計新思路J.技術與應用，2004，（10）： 7881.22 張人會，鄭凱，楊軍虎，李仁年.離心泵葉輪參數化設計J.排灌機械工程學報，2012，30（4）：418422.23 遲秋立，張曉光，姜元鋒，李東霖.低比轉數離心泵設計J.機械工程師，2012，（8）：178180.24 李文廣.特低比速離心泵葉輪內部流動分析J.水泵技術，2005，（1）：16.25 宦月慶，邵春雷，黃星路，朱瑞松，戴玉林，顧伯勤.中比轉數離心泵內部流場的三維數值模擬J.南京工業(yè)大學學報，2010，32（2）：4245.26 ZHU Zuchao*,GUO Xiaomei, CUI Baoling, LI Yi

26、. External Characteristics and Internal Flow Features of a Centrifugal Pump during Rapid Startup J. CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING，2011，24（5）：798804.27 TAN Lei*, CAO ShuLiang，GUI ShaoBo . Hydraulic design and pre-whirl regulation law of inlet guide vane for centrifugal pump J. SCIENCE CHI

27、NA Technological Sciences，2010，53（8）：21422151.28 TAN Lei, CAO ShuLiang, WANG YuMing，ZHU BaoShan. Influence of axial distance on pre-whirl regulation by the inlet guide vanes for a centrifugal pump J. SCIENCE CHINA Technological Sciences ，2012，55（4）：10371044.29 SHI Weidong, ZHOU Ling*, LU Weigang, PEI Bing, and LANG Tao. Numerical Prediction and Performance Experiment in a Deep-well Centrifugal Pump with Different Impeller Outlet Width J. CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING，2013，26（1）：4652.30 ZHANG Yuliang, LI Yi*, CUI Baoling