0SJ-35型砂漿泵的水力及結(jié)構(gòu)設(shè)計

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯目錄摘要……………21前言………………32葉輪的水力設(shè)計…………………42.1泵的主要設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定……42.2葉輪主要參數(shù)的選擇和計算…………………72.3葉輪的繪型……………………123壓水室的水力設(shè)計……………273.1壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理…273.2壓水室的設(shè)計和計算…………294結(jié)構(gòu)設(shè)計…………354.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………354.2裝配圖輪廓尺寸的初定……355強度計算…………………355.1泵軸的強度及臨界轉(zhuǎn)速計算…………………365.2鍵的強度計算…………………426結(jié)論………………43總結(jié)與體會…………44謝辭…………………44參考文獻……………45摘要本設(shè)計是根據(jù)給定設(shè)計參數(shù)完成50SJ-35型砂漿泵的水力及結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括葉輪、壓水室的水力設(shè)計、吸水管路的水力設(shè)計和泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計。確定出葉輪的幾何參數(shù)，繪制并檢查葉輪軸面投影圖，采用新方法繪制圓柱形葉片。根據(jù)蝸殼內(nèi)速度矩守恒，確定出蝸殼八個斷面參數(shù)，并進行繪形。最后對泵進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制了裝配圖和部分零件圖，并對軸和鍵進行了強度校核計算。關(guān)鍵詞：離心泵、葉輪、水力設(shè)計、蝸殼、結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractAccordingtothedesignparametersatthegivenpoint,thispaperaccomplishedthedesignofthecentrifugalpump.Itmainlycontainedthehydraulicdesignoftheimpeller,volutecasingandstructuralofpump,structuraldesignofthepump.Basedontheresolutionmethodofdesignofthepump,authorobtainedthegeometricparametersoftheimpeller.Thenauthorprojectedandcheckedthecross-sectionofimpeller,andusethenewmethodtodrawcylindricalblades.Authorcalculatedparametersofcross-sectionofvoluteusingdigitalintegralmethod.Authoralsodrewthespiralcurveanddiffuserofvolutecasing.Finally,thestructuralofthepumpwasdesignedandassemblydrawingcomponentgraphicsweredrew.Inaddition,thisprogramhasbeencheckedstrengthofthepumpshaft.【Keywords】：centrifugalpumps；impeller；hydraulicdesign；volutecasing；structuraldesign1前言泵是一種應(yīng)用非常普遍的水力通用機械，在石油及化學(xué)工業(yè)、固體顆粒及液體輸送、給水排水及農(nóng)業(yè)工程、航空航天、車輛工程、能源和航海等方面都有著廣泛的應(yīng)用。近年來，在工業(yè)建設(shè)和化工化學(xué)等工業(yè)部門的迅猛發(fā)展中，需求葉片離心泵的市場越來越大。根據(jù)本次設(shè)計給定設(shè)計參數(shù)完成50SJ-35型砂漿離心泵水力及和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成泵總裝圖的繪制。該泵在設(shè)計點運行參數(shù)如下：根據(jù)給定設(shè)計參數(shù)完成50SJ-35型渣漿泵水力（主要包括葉輪、壓水室的水力設(shè)計計算）及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成泵總裝圖的繪制。該泵在設(shè)計點運行參數(shù)如下：揚程H=35m，流量Q=50m3/h，轉(zhuǎn)速n=1480r/min，效率η=44%，裝置汽蝕余量。畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成以下成果：設(shè)計計算說明書一份，不少于10000字；葉輪水力設(shè)計圖一張（A1）；壓水室水力設(shè)計圖一張（A1）；軸、葉輪或泵體零件圖各一張（A2）；泵總裝圖一張（A0）。應(yīng)注意以下問題：計算步驟清晰，結(jié)果正確；設(shè)計圖樣應(yīng)符合行業(yè)標準和習慣。２葉輪的水力設(shè)計2.1泵的主要設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定2.1.1給定的數(shù)據(jù)和要求泵的型號：50SJ-35（2）轉(zhuǎn)速：n=1480r/min（3）揚程：H=35m（4）效率：η=72.5%（5）必需空蝕余量（NPSH）r=3.5m（6）流量：Q=50m3/h應(yīng)注意以下問題：(1)計算步驟清晰，結(jié)果正確；（2）設(shè)計圖樣應(yīng)符合行設(shè)計圖樣應(yīng)符合行業(yè)標準和習慣。2.1.2確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和泵的進出口直徑泵吸入口徑泵的吸入口徑由合理的進口流速確定。泵吸入口的流速一般為3泵的吸入口徑由合理的進口流速確定。泵吸入口的流速一般為3左右。從制造方便考慮，大型泵的流速取大一些，以減少泵的體積，提高過流能力;而提高泵的抗空蝕性能，則應(yīng)該減少泵的吸入口的流速。綜合考慮：初定v=2.76m/s則吸入口徑D===80mm選取=2.76m/s結(jié)果取D=80mm對于低揚程泵，可取與吸入口徑相同，高揚程泵，為減少泵的體積和排出口直徑，可使排出口徑小于吸入口徑，一般取反算進口流速得到v==2.76m/s，這與初選流速保持一致。對于低揚程泵，可取與吸入口徑相同，高揚程泵，為減少泵的體積和排出口直徑，可使排出口徑小于吸入口徑，一般取(2)泵排出口徑式中：為泵排出口直徑；為泵吸入口直徑。最終確定的泵的吸入口和排出口直徑，應(yīng)該符合標準直徑。這次設(shè)計揚程為50m，根據(jù)公式：本次設(shè)計取=80mm2.1.3泵轉(zhuǎn)速的確定及電動機型號確定泵的轉(zhuǎn)速時考慮到下面因素：泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，因此，應(yīng)該選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；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；確定轉(zhuǎn)速應(yīng)該考慮原動機的種類（電動機、內(nèi)燃機、汽輪機等）和傳動裝置（皮帶傳動、齒輪傳動、液力偶合器傳動等）；轉(zhuǎn)速增高，過流部件的磨損加快，機組的振動、噪聲變大。通常優(yōu)先選擇電動機直接聯(lián)結(jié)傳動，異步電動機的同步轉(zhuǎn)速見表2.1泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，因此，應(yīng)該選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；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；確定轉(zhuǎn)速應(yīng)該考慮原動機的種類（電動機、內(nèi)燃機、汽輪機等）和傳動裝置（皮帶傳動、齒輪傳動、液力偶合器傳動等）；轉(zhuǎn)速增高，過流部件的磨損加快，機組的振動、噪聲變大。表2.1電機同步轉(zhuǎn)速極對數(shù)24681012同步轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）300015001000750600500電動機帶負荷后的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速，通常按照2﹪左右的轉(zhuǎn)差率確定電動機的額定轉(zhuǎn)速。由泵給定轉(zhuǎn)速n=1480r/min,選取極對數(shù)P=4，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的異步電動機。汽蝕驗算即可知，轉(zhuǎn)速n、汽蝕基本參數(shù)可知，轉(zhuǎn)速n、汽蝕基本參數(shù)和C這三個參數(shù)之間有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對于一定的C值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，流量增加，則將增大，當該值大于所提供的裝置汽蝕余量時，就會發(fā)生汽蝕。按汽蝕條件來確定泵的轉(zhuǎn)速的方法是：先選擇C值，按給定的裝置汽蝕余量或幾何安裝高度，計算汽蝕條件下所允許的轉(zhuǎn)速。汽蝕允許轉(zhuǎn)速：n=1504經(jīng)驗算可知，轉(zhuǎn)速n=1480r/min小于汽蝕允許的轉(zhuǎn)速，符合要求。2.1.4計算比轉(zhuǎn)數(shù)，確定泵的水力方案比轉(zhuǎn)數(shù)的公式為：在確定比轉(zhuǎn)數(shù)時應(yīng)考慮下列因素：⑴、在=150～250的范圍，泵的效率最高，當＜60時，泵的效率將顯著下降；⑵、采用單級單吸式時,若過大，可考慮改成雙吸，反之采用雙吸時，過小時，可考慮改成單吸式葉輪；⑶、泵的特性曲線的形狀也和大小有關(guān)；⑷、比轉(zhuǎn)數(shù)和泵的級數(shù)有關(guān)，級數(shù)越多，越大。臥式泵一般不超過10級，立式深井泵和潛水泵級數(shù)多達幾十至幾百級。[2]2.2葉輪的主要參數(shù)的選擇和計算葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進口直徑、葉片進口直徑、葉輪輪轂直徑、葉片進口安放角、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、葉片出口角和葉片數(shù)Z。葉輪進口幾何參數(shù)對汽蝕具有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對性能（H、Q）具有重要影響，而兩者對效率均有影響。2.2.1葉輪出口直徑的初步計算葉輪外徑和葉片出口角等出口幾何參數(shù)，是影響泵的揚程的最重要的因素。另外，影響泵揚程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也與和及葉片數(shù)等參數(shù)有關(guān)?？梢娪绊懕玫膿P程的幾個參數(shù)之間互為影響。因此，必須在假定某些進口當量直徑：,整取74mm式中:根據(jù)統(tǒng)計資料，對此泵確定為=4.5進一步增加,可以改善大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能考慮效率和汽蝕，的選用范圍是：考慮因素主要考慮效率兼顧效率和汽蝕主要考慮汽蝕值3.5～4.04.0～5.05.0～5.5本次設(shè)計選取選取=4.5輪轂直徑：所以葉輪進口直徑：=74mm為了減少壓水室的水力損失，應(yīng)當減小葉輪出口的絕對速度，因此，我們把在滿足設(shè)計參數(shù)下使葉輪出口絕對速度最小作為確定的出發(fā)點。由葉輪出口速度三角形葉輪出口軸面速度和圓周分速度均與葉輪外徑有關(guān)，現(xiàn)將表示為的函數(shù)，由基本方程式推出的計算公式并計算出具體的數(shù)值為：代入具體值得到：2.2.2葉輪出口寬度的計算與選擇代入具體值得到：2.2.3葉片數(shù)的選擇在確定這兩個參數(shù)時，從圖1可看出，該資料是以泵的H～Q曲線不出現(xiàn)駝峰為基本依據(jù)而設(shè)計的。事實上，這兩個參數(shù)對泵的H～Q曲線形狀有根本的影響[3]。故而由參考資料得到：Z=42.2.4泵效率的選擇與計算水力效率，機械效率，容積效率現(xiàn)都已分別計算，然后再計算總效率。（1）容積效率:容積效率可以采用下面的經(jīng)驗公式計算：圓盤損失效率：機械效率：假定軸承、填料損失為2％，故?。河捎谥揽傂师?44%，又可以計算出=58%2.2.5精算葉輪外徑葉輪外徑是葉輪最重要的尺寸，故需要精確計算。以基本方程式精確計算，從理論上講是比較嚴格的，但其中的水力效率，有限葉片修正系數(shù)，也只能用經(jīng)驗公式計算。實踐證明，精確計算的數(shù)值是基本可靠的。由基本方程式：由出口速度三角形所以整理后得：由可以求得離心泵一般是選擇適當?shù)慕蔷鉡5].以下是需要說明的幾點：（1）查相應(yīng)資料，葉片出口安放角一般要在的范圍內(nèi)，通常選用。對高比轉(zhuǎn)速泵，可以取小些，低比轉(zhuǎn)速泵可以取大一些。本次設(shè)計取=。（2）求葉片出口排擠系數(shù)，軸面截線與軸面流線的夾角取。（3）第一次精確計算葉輪外徑，按照初定尺寸畫出軸面投影后計算[1]。（4）從鑄造角度考慮，由于鋼水具有流動性，硬度高，具有脆性，易開裂，低于8mm不易于加工，并且本次設(shè)計的砂漿泵要求耐磨，故應(yīng)該適當選取較大的，本次設(shè)計綜合考慮各方面因素，選取=12mm。葉片出口排擠系數(shù)：理論揚程：=修正系數(shù)：其中取靜矩：=有限葉片數(shù)修正系數(shù)：P=無窮葉片理論揚程：在每一次的計算中都認為是不變的。第一次精算：排擠系數(shù)：出口軸面速度：出口圓周速度：故有=出口直徑：取=0.336m由于由此可見求得的值和初始定的值相差很小，不超過2％，說明是比較精確的值了。2.3葉輪的繪型葉輪是影響本次設(shè)計的離心砂漿泵性能的主要零件。因此，精確的葉片繪型是保證葉片的形狀的必需前提。葉輪所有幾何參數(shù)確定后，就應(yīng)當根據(jù)所計算得到的尺寸完成葉片初步繪型，而首先應(yīng)繪制葉輪軸面的投影圖。畫圖時，最好參考相近，并且性能良好的葉輪軸面圖作為參考依據(jù)，并考慮本次砂漿泵的設(shè)計的具體情況加以相應(yīng)改善。軸面投影圖的形狀，尤為重要，應(yīng)經(jīng)過多次修改，要求力求光滑順暢。與此同時，必須考慮到得問題有：葉輪是影響本次設(shè)計的離心砂漿泵性能的主要零件。因此，精確的葉片繪型是保證葉片的形狀的必需前提。葉輪所有幾何參數(shù)確定后，就應(yīng)當根據(jù)所計算得到的尺寸完成葉片初步繪型，而首先應(yīng)繪制葉輪軸面的投影圖。畫圖時，最好參考相近，并且性能良好的葉輪軸面圖作為參考依據(jù)，并考慮本次砂漿泵的設(shè)計的具體情況加以相應(yīng)改善。軸面投影圖的形狀，尤為重要，應(yīng)經(jīng)過多次修改，要求力求光滑順暢。與此同時，必須考慮到得問題有：(1)前后蓋板出口保持一段平行或?qū)ΨQ變化；(2)流道彎曲不應(yīng)過急，在軸向結(jié)構(gòu)允許的情況下，以采取較大的曲率半徑為宜。2.3.1葉輪軸面投影圖的繪制軸面投影圖繪制的已知尺寸有且僅有四個：葉輪出口半徑，葉輪進口半徑以及葉輪出口寬度和輪轂直徑軸面投影圖繪制的已知尺寸有且僅有四個：葉輪出口半徑，葉輪進口半徑以及葉輪出口寬度和輪轂直徑，這四個已知尺寸應(yīng)該滿足所繪軸面投影圖。在繪制低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪軸面投影圖時，應(yīng)注意以下問題：（1）軸面圖上，前后蓋板內(nèi)表面的投影在葉輪出口部分，在低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪中都是直線。為提高葉輪水力效率和保證圓柱形葉片進口沖角不至太大，這兩條直線應(yīng)對稱布置。（2）葉輪流道寬暢一些，有利于減少葉輪的水流速度，降低水力損失，也有利于增強葉輪抗氣蝕性能，保證有少量氣泡出現(xiàn)后泵的外特性不致迅速變化。從這個角度考慮應(yīng)使上述兩條直線分離程度盡量大，但長度是有限的。前蓋板以一段圓弧過渡兩直線，該圓弧應(yīng)于兩直線相切。在泵的軸向尺寸要求不嚴格時，可取大一些。后蓋板流線下部一半也以一段圓弧構(gòu)成，此圓弧與直線相切，也應(yīng)與1/2的水平線相切（對于軸不穿越葉輪吸入口的葉輪，水平線指葉輪軸心線，這時并不強求圓弧與軸心線一定相切），比值一般在1.2～2這一范圍內(nèi)。2.3.2檢查軸面流道過水斷面變化情況(3)假設(shè)曲線AEB弧長為b，曲線AEB繞葉輪軸心線旋轉(zhuǎn)一周所得的軸面液流過水斷面面積可用來計算，如表2.1所示：序號RcbLF118.53704300.8228.1434.8234.166156.5343.5526.5752.057270.5468.3116.9979.387292.25100.6814112.188566134.312145.7210126716810179.4210556表2.1F-L曲線列表各過流斷面的面積F計算出后，可用縱坐標表示過流斷面面積F，用橫坐標表示流道中線長度L，做出F值隨L變化的F-L曲線，以觀察F沿流道的變化情況。如曲線2.2所示：圖2.2F-L曲線依次量出各計算點過水斷面形成線與流道中線交點到葉輪進口中點的曲線距離。并分別按上述方法計算出面積。2.3.3作中間流線圖一元理論假設(shè)流動是對稱的，即每個軸面上的流動是相同的。在同一過流斷面上軸面速度相等，做流線就是將每一個過流斷面分成幾個面積相等的單元面積。反映在軸面投影圖上就是這些流線將過流斷面形成線分成若干小段，而每段長度和其形心道葉輪軸心線距離與2的乘積相等。三條流線將過流斷面形成線分成兩部分，一元理論假設(shè)流動是對稱的，即每個軸面上的流動是相同的。在同一過流斷面上軸面速度相等，做流線就是將每一個過流斷面分成幾個面積相等的單元面積。反映在軸面投影圖上就是這些流線將過流斷面形成線分成若干小段，而每段長度和其形心道葉輪軸心線距離與2的乘積相等。三條流線將過流斷面形成線分成兩部分，，而，形心到軸心線距離分別為，。得：=或=。作中間流線時可以隨手勾畫出流線的形狀，然后進行驗算。在同一過流斷面上分成的每一單元過流斷面面積都相等。否則，重新修改流線形狀，直到面積相等為止。當過流斷面形成線被分成幾部分后，這些小段曲線與直線相近，因此在本次設(shè)計中，我近似的把每個小圓的直徑當作這些小段圓弧的值，每個小圓的圓心當作對應(yīng)圓弧斷的形心。表2.2劃分中間流線面積檢查計算表r1r2Rc1Rc2F1F2誤差13.075.4313.0731.571072.81076.50.3％13.025.814.7332.671204.41189.91.2％11.896.3120.2837.721514.31494.71.3％10.036.4629.9145.231884.418352.6％6.295.6744.6150.91762.11812.42.7％4.734.656.1859.43166917172.7％4.14.071.4874.5187118401.6％3.683.6107.64111.552487.62521.91.3％2.52.51681682637.62637.60％軸面流線是軸面和流面的交線，也就是葉片和流面交線的面投影；一條軸面流線繞軸旋轉(zhuǎn)一周形成的回轉(zhuǎn)面是一個流面。因而，要分流面就是將每一過流斷面分成幾個面積相等的單元面積，反映在軸面投影圖上就是將過流斷面分成若干小段。按每個圓環(huán)面積相等確定分點。2.3.4葉片進口安放角的選擇和計算(1)葉片進口邊的確定在畫出葉輪軸面投影圖之后，應(yīng)在圖中畫出葉片進口邊，進口邊的位置對葉輪的汽蝕性能關(guān)系密切，葉片進口邊的形狀也對汽蝕初生有直接的影響。適當向葉片入口延伸，有利于提高葉輪抗汽蝕性能。進口邊各點葉片安放角相差不大，實際葉片進口邊都置于同一軸面內(nèi)。在葉片軸面投影圖上繪制葉片進口邊時，應(yīng)當注意：進口邊與前后蓋板輪轂線的夾角不要太小，A、B兩點的高度差不要太大，且過A、B兩點的直線與軸心線夾角一般在20～在畫出葉輪軸面投影圖之后，應(yīng)在圖中畫出葉片進口邊，進口邊的位置對葉輪的汽蝕性能關(guān)系密切，葉片進口邊的形狀也對汽蝕初生有直接的影響。適當向葉片入口延伸，有利于提高葉輪抗汽蝕性能。進口邊各點葉片安放角相差不大，實際葉片進口邊都置于同一軸面內(nèi)。在葉片軸面投影圖上繪制葉片進口邊時，應(yīng)當注意：進口邊與前后蓋板輪轂線的夾角不要太小，A、B兩點的高度差不要太大，且過A、B兩點的直線與軸心線夾角一般在20～40內(nèi)。葉片進口邊的確定如2.5所示。葉片進口角，通常取之大于液流角，即，其正沖角。沖角的范圍通常為。采用正沖角可以提高抗汽蝕性能，并且對效率影響不大，對于扭曲葉片可沿葉片進口邊各流線加同一沖角；也可以在前蓋板流線處使用最大沖角，因為這里是汽蝕敏感區(qū)，沖角從前蓋板到后蓋板遞減[6]。其原因可做如下解釋：=1\*GB3=1\*GB3①用正沖角，能增大葉片進口角，減少葉片的彎曲，從而增大葉片進口過流面積，減小葉片的排擠。最終減小葉片進口的和。=2\*GB3②用正沖角，在設(shè)計流量下，液體在葉片進口背面產(chǎn)生脫流。=3\*GB3③用正沖角,能改善在大流量的工作條件。若經(jīng)常在大流量下運轉(zhuǎn)，應(yīng)選較大的沖角。葉片進口邊有時和過水斷面形成線重合，有時不重合。進口邊與三條流線的交點a、b、c三點的過水斷面不同[6]。出口圓周速度：出口軸面排擠系數(shù)：出口軸面速度：出口圓周分速度：無窮葉片出口圓周分速度：葉片進口圓周速度：2.3.6作葉片進口邊并計算葉片進口速度葉片進口邊在平面上的投影最好在同一個軸面上，但也可以不在同一個軸面投影圖上。在葉輪的軸面投影圖上作葉片的進口邊，應(yīng)盡量讓葉片進口邊的幾條流線盡量相等。并且進口邊和流線夾角最好呈直角。葉片進口邊軸面投影的形狀，從鑄造方便的角度出發(fā)，最好為一直線或是有一定曲率的圓弧。葉片進口邊向吸入口方向適當延伸，以提高葉輪的抗汽蝕性能，并能使泵性能曲線上出現(xiàn)駝峰的可能性減小，并要求所做的進口邊應(yīng)使前后蓋板的長度不能相差太大，否則容易產(chǎn)生二次回流[5]。作圖時應(yīng)考慮以上的綜合因素，并參照比轉(zhuǎn)數(shù)相近的模型，作出出口邊。由已做出的圖量得R1b=25.89mm，。葉片進口邊在平面上的投影最好在同一個軸面上，但也可以不在同一個軸面投影圖上。在葉輪的軸面投影圖上作葉片的進口邊，應(yīng)盡量讓葉片進口邊的幾條流線盡量相等。并且進口邊和流線夾角最好呈直角。葉片進口邊軸面投影的形狀，從鑄造方便的角度出發(fā)，最好為一直線或是有一定曲率的圓弧。(1).作葉片進口邊并計算葉片進口速度(2).計算進口角量得,首先假定與假定相差太大，需要繼續(xù)估算；第二次假定,則用相同的計算方法可計算：與假定相差太大，需要繼續(xù)估算；第三次假定，則用相同的計算方法可計算：與假定相差較大，需要繼續(xù)估算；第四次假定，則用相同的計算方法可計算：此次假設(shè)與計算結(jié)果相近，故取2.3.7圓柱形葉片骨線繪型圓柱形葉片在低比轉(zhuǎn)速葉輪上有廣泛應(yīng)用。在平面圖上繪制葉片時，目前使用的一般方法任然采用幾段圓弧光滑連接，以形成葉片骨線。用這種方法畫成的葉片骨線僅能再葉片進出口處保證葉片安放角為計算值，其余部分安放角的變化規(guī)律責難以控制，有時可能出現(xiàn)中間某幾處的安放角反而比出口處更大的情況。使葉片安放角從進口到出口盡可能均勻的變化，是葉片設(shè)計努力追求的一個目標。[7]而圓柱形葉片骨線繪形可以實現(xiàn)這個目的。圓柱形葉片骨線繪形的主要設(shè)計參數(shù)包括以下幾個：。其中R1=37mm、R2=168mm、=47、=20、由前面計算可知：、、插入其他值有：3壓水室的水力設(shè)計根據(jù)泵的用途不同，泵的壓水室有不同的結(jié)構(gòu)形式，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪中的來流，將水流送到泵出口或下一級葉輪入口；水流在葉輪出口處絕對速度比較大，在低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪中尤其是這樣，水流在壓水室出口的平均速度將顯著下降，這種將水流的部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。應(yīng)該指出，由壓水室排出的流量，在設(shè)計點，應(yīng)當是用戶給定的設(shè)計流量，而不是考慮了容積損失后引入的理論流量。此外，由于壓水室是靜止部件，設(shè)計中也不引入相對速度的概念。單級單吸及單級雙吸泵中主要采用壓水室為螺旋形壓水室，多級泵中則采用徑向或流道式導(dǎo)流器及空間導(dǎo)葉。螺旋形壓水室具有適應(yīng)性強，效率高，高效區(qū)寬的優(yōu)點，其主要不足是過流內(nèi)表面難以機械加工。螺旋形壓水室由一段面積不斷增大的螺線管（蝸殼）和一擴散管構(gòu)成[8]。根據(jù)泵的用途不同，泵的壓水室有不同的結(jié)構(gòu)形式，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪中的來流，將水流送到泵出口或下一級葉輪入口；水流在葉輪出口處絕對速度比較大，在低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪中尤其是這樣，水流在壓水室出口的平均速度將顯著下降，這種將水流的部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。應(yīng)該指出，由壓水室排出的流量，在設(shè)計點，應(yīng)當是用戶給定的設(shè)計流量，而不是考慮了容積損失后引入的理論流量。此外，由于壓水室是靜止部件，設(shè)計中也不引入相對速度的概念。單級單吸及單級雙吸泵中主要采用壓水室為螺旋形壓水室，多級泵中則采用徑向或流道式導(dǎo)流器及空間導(dǎo)葉。螺旋形壓水室具有適應(yīng)性強，效率高，高效區(qū)寬的優(yōu)點，其主要不足是過流內(nèi)表面難以機械加工。3.1壓水室的設(shè)計和計算3.1.1壓水室的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）基圓半徑對于高和尺寸較小的泵取大值，反之取小值。故取1.047＝（2）壓水室進口寬度，其中e取3.3.1.2壓水室斷面形狀和各斷面面積根據(jù)壓水室的幾種斷面形狀（梯形，矩形，任意形狀），在此選擇矩形斷面形狀進行設(shè)計計算。參[9]，計算渦形體各斷面面積時，是把渦形體中的圓周方向平均速度看作常數(shù)來設(shè)計的，計算時應(yīng)先根據(jù)查取一個系數(shù)。參[9]，查，利用公式計算：，根據(jù)參考[9]得，=0.5，所以有：其中又,故可以帶入具體數(shù)據(jù)算得：，所以帶入具體值可得到：圖3.1壓水室軸面投影圖3.1.3壓水室平面圖的繪制根據(jù)計算得到的各斷面半徑,在平面圖上相應(yīng)的射線上點出,然后光滑連接所得的各點,得到渦室平面螺旋線.應(yīng)注意各點應(yīng)在圓弧光滑連接,即后段圓弧的圓心應(yīng)當在前一段圓弧終點延長線?？梢杂盟亩螆A弧連接這九點，在平面上形成光滑連續(xù)的蝸殼輪廓線。這四段圓弧應(yīng)滿足如下條件：由于不在同一直線上的三個點決定一個圓，0、Ⅰ根據(jù)計算得到的各斷面半徑,在平面圖上相應(yīng)的射線上點出,然后光滑連接所得的各點,得到渦室平面螺旋線.應(yīng)注意各點應(yīng)在圓弧光滑連接,即后段圓弧的圓心應(yīng)當在前一段圓弧終點延長線?？梢杂盟亩螆A弧連接這九點，在平面上形成光滑連續(xù)的蝸殼輪廓線。這四段圓弧應(yīng)滿足如下條件：由于不在同一直線上的三個點決定一個圓，0、Ⅰ、Ⅱ三個點形成第一段圓弧。圖3.2蝸殼平面圖表3.1各斷面計算值第i斷面Fi（mm）Hi（mm）Ri（mm）8106033.28.87927.529.9.7.475679526.56.6255662.522.95.725453019.14.7753397.5153.75226510.52.6251132.55.61.4（3）擴散管的設(shè)計蝸殼的第Ⅷ斷面既是螺線管的結(jié)束斷面，又是擴散管的起始斷面。擴散管在將來自壓水室的水排出泵體的同時，將進一步把水的動能轉(zhuǎn)化為壓力能，以減小水流在排除管道中的水力損失。擴散管的主要幾何參數(shù)有：1.排出口直徑由于泵出口通常直接和管路連接，故它的出口的尺寸應(yīng)參照標準尺寸決定，由50SJ-35出口直徑=80(mm)。2.擴散管高度L和擴散角θ為了減小擴散段的水力損失，擴散角一般取θ為了減小擴散段的水力損失，擴散角一般取θ=8°～12°，擴散管高度L可以根據(jù)進出口尺寸和擴散角決定，本次參照標準尺寸，L取=180mm）。對梯形斷面，中間斷面Ⅸ、Ⅹ取在三等分擴散管高L處。在確定中間斷面時，可以把第Ⅷ斷面畫在出口圓內(nèi)，然后作若干條射線，將兩個斷面間的射線三等分，光滑連接各分點，即可得到中間斷面的輪廓線。圖3.3蝸殼第8、9斷面4結(jié)構(gòu)設(shè)計在水力設(shè)計完成之后，要進行砂漿泵裝配圖的總體設(shè)計，包括泵的布置型式、零件結(jié)構(gòu)、型號選擇等等。由于臥式機組結(jié)構(gòu)簡單，又便于拆裝、檢修，因此本次設(shè)計采用臥式布置。4.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計泵的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)首先考慮泵軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，泵軸上所裝零件的不同決定了泵軸的軸頸系列，同時考慮退刀槽、倒圓、倒角等。同時軸的軸向尺寸由零件裝配尺寸決定。因此泵軸的設(shè)計應(yīng)先確定徑向尺寸。4.2裝配圖輪廓尺寸的初定裝配圖是先定出輪廓線，葉輪中心線，葉輪流道，壓水室斷面，吸水室斷面，加上泵體壁厚，葉輪蓋板的厚度。（1）確定葉輪蓋板厚度根據(jù)《離心泵設(shè)計基礎(chǔ)》，由葉輪直徑確定蓋板厚度，如圖表4.1所示：表4.1蓋板厚度葉輪直徑（mm）100～180181～250251～520>520蓋板厚度（mm）4567（2）蝸室壁厚的設(shè)計計算蝸室的幾何形狀復(fù)雜，而且受力后產(chǎn)生的應(yīng)力更加復(fù)雜。因此很難用精確計算的方法求出壁厚，可用如下的經(jīng)驗公式進行計算（《葉片泵設(shè)計手冊》）：式中：——蝸殼壁厚（cm）；——材料許用應(yīng)力；D——蝸殼壁厚最大徑向尺寸，通常在壓出室的4和8端面處（cm）；P——包括進口壓力的泵設(shè)計點壓力。鑄鐵；鑄鋼。[11]本設(shè)計材料采用鑄鐵，有：cm取。（3）吸入室壁厚一般情況下，吸入室壁厚比蝸室壁厚要略低一些，但本設(shè)計的吸入室徑向尺寸很大，為了達到強度要求，可取吸入室壁厚與壓水室壁厚相等。即：。其他零件盡量選擇標準件。5強度計算在泵的運行過程中，砂漿泵每個零部件都承受著各個內(nèi)力及外力的作用，然而這些力的作用可能使得零件產(chǎn)生變形甚至破壞。一般把零件抵抗變形的能力叫剛度，把零件的抗破壞的能力叫強度。設(shè)計離心泵零件的時候，應(yīng)考慮到使零件具有足夠的強度和剛度，以提高泵的運行可靠性和安全性。從這個角度考慮，就要把零件尺寸做得大些，用更好的材料，但是從經(jīng)濟性角度考慮，則應(yīng)該盡力讓零件小些，材料的使用更加經(jīng)濟合理，以減輕材料重量，降低成本。如何解決這一矛盾，這就要合理確定泵的零件尺寸及材料，既滿足泵零件強度和剛度的要求，具有更好的經(jīng)濟效益。這就是強度計算的目的[10]。5.1泵軸的強度及臨界轉(zhuǎn)速計算5.1.1泵軸的強度校核泵軸的自重和套在軸上的葉輪，軸套等零件的重量，轉(zhuǎn)子的徑向力，葉輪平衡后的剩余不平衡所引起的離心力都會使泵軸彎曲。因此，泵軸是在彎矩、扭矩和軸向力的聯(lián)合作用下工作的。軸強度的精確計算就是軸在扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸聯(lián)合作用下的強度計算。泵軸的自重和套在軸上的葉輪，軸套等零件的重量，轉(zhuǎn)子的徑向力，葉輪平衡后的剩余不平衡所引起的離心力都會使泵軸彎曲。因此，泵軸是在彎矩、扭矩和軸向力的聯(lián)合作用下工作的。軸強度的精確計算就是軸在扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸聯(lián)合作用下的強度計算。（1）徑向力對于臥式泵轉(zhuǎn)子的重量是徑向力（包括軸的重量和軸上零件的重量）；由于沿葉輪外緣壓力分布不均而產(chǎn)生的作用在葉輪上的徑向力，即附加徑向力；由于葉輪及聯(lián)軸器不可能絕對的靜平衡，殘余不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力。作用在泵軸上的載荷，除了轉(zhuǎn)子的重量外，其余皆與泵的運行工況有關(guān)，通常只計算設(shè)計工況時的，此時的附加徑向力為零。對于臥式泵轉(zhuǎn)子的重量是徑向力（包括軸的重量和軸上零件的重量）；由于沿葉輪外緣壓力分布不均而產(chǎn)生的作用在葉輪上的徑向力，即附加徑向力；由于葉輪及聯(lián)軸器不可能絕對的靜平衡，殘余不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力。作用在泵軸上的載荷，除了轉(zhuǎn)子的重量外，其余皆與泵的運行工況有關(guān)，通常只計算設(shè)計工況時的，此時的附加徑向力為零。式中：為軸各小段的直徑（m）；表示軸各小段的長度(m)；是泵軸材料的密度，取；2）計算葉輪的質(zhì)量。葉輪的形狀不規(guī)則，在計算具體不規(guī)則部分時可以分成若干的小部分，然后采用近似的規(guī)則圖形近似計算總的質(zhì)量。求葉片質(zhì)量計算葉片的質(zhì)量時將葉片簡化為一個厚度均勻的長方體，如圖5.1所示。葉片的厚度可按下式估算：式中：K——系數(shù)，對于本設(shè)計取為4.5；——葉輪的外徑（m）；H——單級揚程（m）；Z——葉片數(shù)。則全部葉片的質(zhì)量為：b)計算前蓋板質(zhì)量根據(jù)葉輪前蓋板形狀，將其簡化為厚度均勻的圓環(huán)。厚度S=5mm，考慮到前蓋板有彎曲，可以適當縮小圓環(huán)內(nèi)徑。＝＝0.41kgc)計算后蓋板質(zhì)量根據(jù)裝配圖相關(guān)尺寸，并將后蓋板簡化為一個圓環(huán)和一個套筒。計算后蓋板質(zhì)量如下：d)葉輪總的質(zhì)量為G3）最大徑向力公式=kＨγ式中：——徑向力（kg）；H——揚程（m）；——葉輪出口直徑（m）；——葉輪出口寬度（包括兩蓋板厚度）（m）；γ——液體重度（）,水的重度為1000K——徑向力系數(shù)，由下式確定。徑向力系數(shù)計算公式如下：式中：——設(shè)計流量；——實際流量。 取=0.95，則K=0.035 經(jīng)計算得到：6）計算葉輪不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力葉輪半徑，最大半徑上的不平衡重量。彈性塊聯(lián)軸器是標準件，可認為是靜平衡的。葉輪不平衡重量所產(chǎn)生的離心力為：（2）軸傳遞的扭矩式中：——配套功率；——泵的轉(zhuǎn)速；式中：K——工況變化系數(shù)，K＝1.1～1.2，此次設(shè)計取K=1.2（3）軸向力1)蓋板力（向下）的計算計算軸向力時，可按如下經(jīng)驗公式進行：其中，帶入得：2)動反力(向上)的計算1N式中：——；m/s；——m；則：總的軸向力，方向向左。2．軸不同斷面上的扭矩、軸向力的計算。根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，將泵軸簡化為一簡支梁，并考慮其最危險情況，降所有力移至左右兩端。計算出，。作出泵軸不同斷面上的扭矩圖、彎矩圖、剪力圖。3．強度校核(3)切應(yīng)力式中：——切應(yīng)力；——所計算斷面的扭矩(N*cm)；——所計算斷面的扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。對于無鍵槽的實心軸：4）折算應(yīng)力按第四強度理論，折算應(yīng)力為：軸材料的安全系數(shù)n為：式中：——軸材料的屈服極限；——軸材料的許用安全系數(shù)。軸材料為45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，查［1］得:，則，查得。安全系數(shù)則該泵軸滿足強度要求，同時也滿足疲勞強度要求，是安全的。5.1.2泵軸的臨界轉(zhuǎn)速計算離心泵的轉(zhuǎn)子和其他零件一樣，有自己固有的振動頻率。當軸的轉(zhuǎn)速逐漸增加達到泵轉(zhuǎn)子的固有頻率時，泵就猛烈的振動，當轉(zhuǎn)速低于或者高于這一轉(zhuǎn)速時，泵就會平衡的工作，當轉(zhuǎn)速達到另一較高的轉(zhuǎn)速時，泵又會出現(xiàn)振動現(xiàn)象，通常把泵發(fā)生振動時的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。泵的臨界轉(zhuǎn)速有幾個，依次成為第一臨界轉(zhuǎn)速，第二臨界轉(zhuǎn)速等。泵的工作轉(zhuǎn)速不能和臨界轉(zhuǎn)速相重合，相近或成倍數(shù)，否則將發(fā)生共振現(xiàn)象而使泵遭到破壞，計算泵的臨界轉(zhuǎn)速的目的就是為了讓泵的工作轉(zhuǎn)速避開泵的臨界轉(zhuǎn)速，以避免泵在工作時發(fā)生振動。離心泵的轉(zhuǎn)子和其他零件一樣，有自己固有的振動頻率。當軸的轉(zhuǎn)速逐漸增加達到泵轉(zhuǎn)子的固有頻率時，泵就猛烈的振動，當轉(zhuǎn)速低于或者高于這一轉(zhuǎn)速時，泵就會平衡的工作，當轉(zhuǎn)速達到另一較高的轉(zhuǎn)速時，泵又會出現(xiàn)振動現(xiàn)象，通常把泵發(fā)生振動時的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。泵的臨界轉(zhuǎn)速有幾個，依次成為第一臨界轉(zhuǎn)速，第二臨界轉(zhuǎn)速等。泵的工作轉(zhuǎn)速不能和臨界轉(zhuǎn)速相重合，相近或成倍數(shù)，否則將發(fā)生共振現(xiàn)象而使泵遭到破壞，計算泵的臨界轉(zhuǎn)速的目的就是為了讓泵的工作轉(zhuǎn)速避開泵的臨界轉(zhuǎn)速，以避免泵在工作時發(fā)生振動。求第一臨界轉(zhuǎn)速采用近似公式：（r/min）式中：——最大軸徑（mm）；——軸承跨距（m）；——轉(zhuǎn)子總重量（N）；——經(jīng)驗系數(shù)，對于由中間向兩端逐漸減小的軸采用＝7.5。則：對于剛性軸，合理的轉(zhuǎn)