畢業(yè)設(shè)計論文-IS12500型單級單吸離心泵的設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）IS125-100-250型單單吸離心泵的設(shè)計2

目

錄摘

...............................................................................................................................1前................................................................................................................................1.1畢業(yè)設(shè)計的目的和意.1.2設(shè)計的主要任.2葉輪的設(shè).2.1葉輪主要參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)方案的確.2.1.1確定泵進出口直.2.1.2汽蝕計.2.1.3比轉(zhuǎn)速的計.2.1.4確定效.2.1.5確定功.2.1.6初步確定葉輪的主要尺.2.1.7精算葉輪外.2.2葉輪軸面投影圖繪制中的相關(guān)計.2.2.1葉輪出口速.2.2.2流道中線檢.2.2.3中間流線的劃.2.2.4葉片進口邊的確.2.2.5葉輪進口速.2.2.6編程計算A、B、C三點的葉片安放.2.3葉片繪.2.3.1繪型原.2.3.2繪型步.2.3.3繪制葉片進出口三角.3汽蝕驗......................................................................................................................253.1計算清水中的必需汽蝕余.4壓水室的計算及繪.4.1渦室的主要結(jié)構(gòu)參.4.2渦室繪型步.5離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計及部分零件的強度校.5.1離心泵結(jié)構(gòu)特.5.1.1葉.5.1.2泵.5.1.3泵.5.1.4軸.5.1.5密封.5.1.6填料.5.2部分零件的強度計算與校.5.2.1最小軸徑的計.3

5.2.2鍵的計算及強度校.5.2.3軸向力的計.5.2.5軸承壽命的計.5.2.6填料的計.結(jié).................................................................................................................................6總結(jié)與體.....................................................................................................................37謝.................................................................................................................................7參考文.74

摘

要本次設(shè)計是進行IS125-100-250單級單吸離心泵的設(shè)計，根據(jù)給定的主要設(shè)計參數(shù)，主要完成了葉輪、泵殼的水力設(shè)計，以及泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并驗算泵的抗汽蝕性能，繪制泵的總裝圖及葉輪、泵殼、泵軸等零件圖，對葉輪、泵體、泵軸、軸承、鍵、法蘭盤和聯(lián)結(jié)螺栓等泵的主要零部件進行強度校核。自動變頻供水裝置設(shè)計，繪制了變頻供水裝置的管路布置圖，水泵機組安裝圖以及自動供水的主電路圖、控制圖?！娟P(guān)鍵】心泵、水力設(shè)計、強度校核、恒壓供水AbstractThisprogramisadesignforthesingle-stageandsingle-suctioncentrifugalpump,IS100-65-315pump.Thisdesignthestruct-uraldesignofthepumpandhydraulicofimpeller,pumpbo-dy.thehydraulicdesigntopreventcavitaion.Thisdesignalsocarriesonintensityandrigidityofthebearings,key,ringflange,couplingboltandotherparts.ThisdisignappliescombinedconstantpressurewaterautomaticstartandstopThisdesignonvariablefrequecywatersupplying,automaticstartandstopsystem.Thisdesigncarriesonva-rialefrequencywatersupplydrawing,pipearrangementdrawingofvariablefrequenywatersupplyequipment,maincircuitdiagramandcontrolchart.【Keywords】CentrifugalHydraulicdesign;Strengthcalculationandcheck;Constantpressurewatersupply5

1言水泵作為一種通用機械，在社會各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。它是除電動機以外使用范圍最廣泛的機械，幾乎沒有一個國民經(jīng)濟部門不使用水泵。泵對發(fā)展生產(chǎn)、保證人民的正常生活和保障人民的生命財產(chǎn)安全具有至關(guān)重要的作用。在農(nóng)業(yè)方面，水泵及排灌站在抵御洪澇、干旱災(zāi)害，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等方面更是功不可沒。作為一個水泵設(shè)計人員，設(shè)計一臺高質(zhì)量的泵，無論從節(jié)能還是從企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性角度考慮，都會帶來巨大的經(jīng)濟效益。尤其是在深化改革、市場經(jīng)濟運作的今天，圍繞價值工程學，以最低的生產(chǎn)投入，設(shè)計一種經(jīng)濟、安全、優(yōu)質(zhì)高效的泵，無疑是擺在我們面前的一項艱巨任務(wù)。經(jīng)驗無疑是一項影響設(shè)計優(yōu)劣的重要因素。在今天，相當多的設(shè)計環(huán)節(jié)仍然是靠經(jīng)驗確定的，很多的計算公式也是根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出來的，所以，設(shè)計精度仍然局限在一定范圍內(nèi)。為了提高設(shè)計的準確性，在設(shè)計工程中必須要有認真、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，同時盡量采用適合資深設(shè)計情況的公式。光有理論知識是不能做好泵的設(shè)計的，此次設(shè)計正好為我們提供了一次時間的機會，有助于理解、鞏固理論知識和為以后的工作打下基礎(chǔ)。因此我們必須端正設(shè)計態(tài)度，以嚴肅的眼光看待設(shè)計，以嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L對待設(shè)計，同時在實踐過程中多想、多問、多動手，使我們能夠在以后的工作中迅速進入角色，完成從學生到工程技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變。6

1.1畢業(yè)設(shè)計目和義畢業(yè)設(shè)計是本科學生必須經(jīng)歷的一項重要教學環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基本理論、基本知識和基本技能分析解決實際工程問題的重要一環(huán)。它與其它教學環(huán)節(jié)緊密配合相輔相成,是前面各個教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深入和發(fā)展。這一階段的學習重要性決定了學生必須嚴肅認真地完成設(shè)計內(nèi)容，奉獻高水平的設(shè)計成果。泵是量大面廣的通用機械產(chǎn)品,各類泵是城市與工業(yè)的一個重要組成部分,它廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。因,正確設(shè)計泵具有重大的社會意義和經(jīng)濟意義。1.2設(shè)計的主任1、完成葉輪、泵殼的水力設(shè)計并驗算泵的抗汽蝕性能。2、完成泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制總裝圖及葉輪、泵軸的零件圖。3、進行泵的主要零件的強度校核。4、完成自動變頻調(diào)速供水裝置設(shè)計。2輪的設(shè)計離心泵葉輪設(shè)計的第一階段工作，是根據(jù)提出的泵設(shè)計點的性能參數(shù)，主要指流量、揚程和轉(zhuǎn)速，確定葉輪全部幾何參數(shù)：葉輪直徑出口寬度b，葉片22出口安放角β，葉片數(shù)Z，葉輪吸入口直徑葉片出口排擠系數(shù)。這些結(jié)構(gòu)222參數(shù)不僅決定了葉片的基本幾何形態(tài)，也基本決定了泵的水力特征、泵的能量和汽蝕性能指標。已知設(shè)計參數(shù)為：流量Q=200m

3

/h

揚程H=80m轉(zhuǎn)速n=2900r/min

效率

η≥76.0%必需空蝕余量(NPSH)r=4.0m2.1葉輪主參的定結(jié)方的定7

2.1.1確定泵進口直徑泵吸入口徑泵吸入口直徑由合理流速確定吸入口流速一般為左右，但從制造方法考慮，大型泵的流速取大一些，以減少泵的體積，提高過流能力；但為了提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)減少吸入流速。泵排出口徑。對于低揚程泵，可取與吸入口徑相同，而對于高揚程泵，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(0.7~1)Dt式中：—泵排出口直徑；t—泵吸入口直徑；s泵吸入口直徑D下式確定sD式中—泵吸入口的平均流速。

4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。根據(jù)本次設(shè)計給定泵的型號，確定：125s⑵泵出口直徑0.8Dmmt⑶泵進口速度

4200D0.125

m)⑷泵出口速度t

4Q200Dt

/)2.1.2汽蝕計算(1)泵汽蝕余量NPSHK4.0ar(2)泵汽蝕轉(zhuǎn)數(shù)C

5.62nNPSH43/r

14398

HsHs2.1.3比轉(zhuǎn)速的算泵的比轉(zhuǎn)速本來指在最高效率處的性能參數(shù)的一個組合值。但是，由于泵產(chǎn)品一般在設(shè)計點運行時間最多，因此總希望泵在設(shè)計點處有最高效率，于是：ns

nQ3/n——轉(zhuǎn)速，r/minQ——流量，m

/sH——揚程，m代入數(shù)據(jù)計算：s

932.1.4確定效率⑴水力效率P

ρgQH10009.810000.747⑵容積效率

110.68n

3

11

3

0.97⑶圓盤摩擦損失效率和機械效率0.07

考慮到軸承填料損失，?。?.90.02⑷總效率0.8989

2.1.5確定功率⑴軸功率

ρgQH10001000⑵計算配套功率

69.96()其中，K⑶扭矩9.55n⑷最小軸徑

3

'9.55)參考文獻[5]P102,泵軸常用材料的許用切應(yīng)力，對于普通優(yōu)質(zhì)碳鋼[η]的范圍在(343～441)×10

5

，對于合金鋼[]的范圍在(441～588)×10

5

，單位是牛頓/米2

。本設(shè)計選材料45＃鋼，故[η]的范圍在(343～441)×10

5

3

n

3

5

mm2.1.6初步確定輪的主尺寸⑴葉輪進口直0葉輪進口直與進口速度有關(guān)進口速一般不超過3~4m/s提高葉輪00進口流速會降低泵的抗汽蝕性能和水力效率踐證明在相應(yīng)增加進口流V0很廣的范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時，能保持水里效率不變，所以如果設(shè)計的泵對抗汽蝕性能要求不變，可以選較小以減少葉輪密封環(huán)的泄漏量，以提高容積效率。0決定葉輪水力損失的是相對速度的大小和變化，所以應(yīng)該考慮泵進口相對速度的影響，通常在葉輪流道中相對速度是擴散的，＞。從減小進口相對撞1擊損失考慮，希望減，若假最小，可以計算葉輪進口直徑。11進口當量直徑：D

k

Q10

22式中：k—統(tǒng)計系數(shù)。考慮泵效率和汽蝕因素，k

的選用范圍是：主要考慮效率：

k3.5~

；兼顧效率和汽蝕4.0；0主要考慮汽蝕：

k5.5

。進一步增k，可改善大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能。這次設(shè)0計兼顧泵效率和汽蝕，4.5。0Dke

Q

4.5

120(mm)由于選用的是單級單吸葉輪，d=0，h0

2h

120()e⑵葉輪出口直的初步計算2葉輪外和葉片出口等出口幾何參數(shù)，是影響泵揚程的最重要因素。22另外，影響泵揚程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也β以及葉片數(shù)等參數(shù)有關(guān)。可2見影響泵揚程的幾個參數(shù)之間互相影響。因此，必須假定某些參數(shù)為定值的條件下，求解葉輪外徑。因為壓水室的水力損失和葉輪出口的絕對速度的平方成正比。為減少壓水室的水力損失，應(yīng)當減少葉輪出口的絕對速度，因此，我們把滿足設(shè)計參數(shù)下使葉輪出口絕對速度最小作的出發(fā)點。2由葉輪出口速度三角形v

222

2u2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)表示）222的函數(shù)，由基本方程式

T

uu1g推的計算公式為：2n93k9.35s)9.35)100100

9.70K2

3

2009.702900

mmm11

b2tb2t⑷葉輪出口寬度n93ks)5/60.64)0.602100100b2

b

3

1000.602n

0.016m⑸葉片數(shù)的計算與選擇葉片數(shù)對泵的揚程，效率，汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)時，一方面考慮減少葉片的排擠和表面摩擦；另一方面又要使葉輪流道有足夠的長度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液體的的充分作用。z6.55.4

D211D226096sin260962參考結(jié)果以及同類產(chǎn)品，取2.1.7精算葉輪徑⑴理論揚程HHm0.9h⑵修正系數(shù)2560⑶靜矩

60

Seq\o\ac(△,S)eq\o\ac(△,)eq\o\ac(△,R)ii42.2284.01109.140.0091

上式是通過初定尺寸按照畫軸面投影圖計算后，中間流線的靜矩來算的。⑷有限葉片數(shù)修正系數(shù)12

H2tan25H2tan25P

R22)260.0091⑸無窮葉片數(shù)理論揚程T∞

T在每次計算中都可以認為不變。∞⑹葉片出口排擠系數(shù)由經(jīng)驗公式需要經(jīng)過計算得到，K值鑄鐵取，鑄鋼取3.5。本設(shè)計中葉輪2制造采用鑄鐵。故K=4.5。δKD22

H

5.27mm

806

2

，902k

Zsin

625sin

)

0.91⑺出口軸面速度Vm2

Qbk22ms⑻出口圓周速度vmmtan2

2

2

gH

ttan25

4.87

2

/⑼出口直徑13

u2u260u

6029000.2603由于與假定的260mm非常接近，不超過，說明假定的值就是精確的值。故不再進行計算，取mm。22.2輪面影繪中相計2.2.1葉輪出口度⑴進口軸面速度由前面計算可得：m2

/⑵出口圓周速度u2

D260

⑶出口圓周分速度gH9.81vt22.65/s2⑷無窮葉片數(shù)出口圓周分速度vu

gHt29.10ms22.2.2流道中線查根據(jù)所求處的葉輪尺寸，，D參照比轉(zhuǎn)速相近的水力模型繪制葉輪的22軸面投影圖，在投影圖上，做很多內(nèi)切圓，并將個內(nèi)切圓的圓心用光滑的曲線連接起來，即得到流道中線。具體作圖方法可參考文獻[5]P117。表為F-L曲線的數(shù)據(jù)表。其中在入口邊時，2出口邊時

。214

378378表2-1F-L曲線的數(shù)據(jù)表由以上數(shù)據(jù)可以做出該方案的F-L線，見下圖。圖2.2F-L曲線圖1600014000

F-L曲線項目1100002800045400062000

F(mm2)1130411514.2859912135.9378512892.9433613486.6095213858.8184613947.75341

`

bi6055.526549.38643.431737.557731.807725.8946

R

C

3033.0239.1347.2757.1869.3885.77

L021.188534.03446.026958.177471.536989.047709

L

14525.76434034

21.966465871

105.389128

109.1582132.4986可以看出該曲線還是單調(diào)上升趨勢，是一條高效率的曲線，雖然在～89中間曲線并沒有完全成一條直線，但是本人通過多次努力達到這個效果還是不容易的，初次設(shè)計，敬請諒解。有關(guān)軸面投影圖的相關(guān)尺寸參考水力設(shè)計圖。2.2.3中間流線劃分流面是一張空間三維曲面，曲面上各面處水質(zhì)點的速度矢量與此三維曲面相切，水流質(zhì)點不能穿越水流，對理想流體，流面與鋼鐵薄板可以互換。在已經(jīng)確定葉輪軸面投影圖上，前后蓋板內(nèi)表面是兩條平面曲線，繞葉輪軸心線旋轉(zhuǎn)一周，得到兩個回轉(zhuǎn)面，就是葉輪前后蓋板面，它們是兩張流面。15

劃分原則：⑴先分進出口；⑵有了始末分點，憑經(jīng)驗畫出軸面流線。實際上在具體實踐過程中本設(shè)計采用了畫兩個相切圓的辦法，首先采用在前蓋板處采用兩點畫圓的方法，在CAD中先通過對象捕捉采用兩點畫圓近似與前蓋板相切，然后，以畫好的第一個圓，采用circle令中的t命令，與兩點相切，指定半徑的畫法，然后用list命令測得前一個圓的半徑，然后，再用circle命令中的t命令與第二個圓相切，然后在與前蓋板相切，達到了兩個圓同時與前蓋板相切和后蓋板相切后，再進行面積的比較。檢查同一過水斷面上兩流道間小過水斷面面積是否相等，不相等，修改至相等或滿足下面公式：A12A1

表2-3

分軸面流線計算表過水

(iav斷流道面號

i

Rci

Rcii

Rcii

Ri

誤差率12345678

0--11--20--11--20--11--20--11--20--11--20--11--20--11--20--11--2

38.930317.957328.327818.484123.849217.789618.751516.938416.779115.734314.286413.695712.674812.597311.585511.5998

23.5151.0535.4353.0843.757.6257.3163.8865.9468.7678.0779.8387.3688.4798.0198.55

915.2514916.72021003.654981.1361042.211025.0371074.6481082.0251106.4141081.891115.3391093.3281107.2711114.4831135.4951143.16

1831.9721984.792067.2472156.6732188.3042208.6672221.7542278.655

915.9858-0.0016992.3950.02241033.6230.01651078.337-0.00691094.1520.02221104.3330.01971110.877-0.00651139.328-0.00682.2.4葉片進口的確定參考文獻[3]P149，在葉輪軸面投影圖上繪制葉片進口邊時，應(yīng)注意：16

1A1A進口邊前后蓋板輪廓線夾角不要太小，、B兩點的高度差不要太大，在使用圓柱形葉片時，這是防止前蓋板處葉片沖角過大的重要措施。過A、B兩點的直線與軸心線夾角一般在20°到40°。進口邊的位置與葉輪汽蝕性能關(guān)系密切，進口邊適當向葉輪入口延伸，有利于提高葉輪抗汽蝕性能。但在葉輪進口直D較小，葉片數(shù)又較多時，采取這一j措施應(yīng)慎重，以防止進口部分堵塞嚴重，結(jié)果使葉片進口排擠系數(shù)過多減少，既不利于提高泵效率，也惡化了汽蝕性能。本設(shè)計通過對具體實施方案進行比較，確定了進口邊直線別交前蓋板A點，中間流線B點，后蓋板流線C點。2.2.5葉輪進口度⑴葉輪進口圓周速度通過在以檢查的中間流線圖上量。111nu1A18.36s60u1u1

160n160

/sm/⑵葉片進口軸面液流過水斷面面積葉片進口邊有時和過水斷面形成線重合，有時不重合。重合時三點的過水斷面線相同，不重合時，要分別做出過A、、C點的過水斷面形成線，具體在圖上是做過A、B、C三點的圓，此圓應(yīng)分別與前后蓋板流線相切，做過B點的圓時可只作一個圓相切即可，由于是處于中間流線上，兩邊的過水斷面面積相等，當然在CAD圖上只能近似做出來，暫時沒有想到完全過三點并與前后蓋板相切的方法。F1AAF1B

2

)FbCC⑶計算A流線葉片進口角假k1A

2

)VmA

QkFv1ms17

uuuu

'A

1u18.3617.42選擇1.27然在°～15°范圍以內(nèi)，1A∴11AA17.4218.691A

21A11A)sin1AAcot18.69sin61

)

2（由軸面圖上量

1A

）由上可以看出，與假定的值相同，各值即為所求。⑷計算B流線葉片進口角

Vu1B1Btg18.690.4237

22.961B⑸計算C流線葉片進口角

C1C

18.3632.791B流線葉片進口排擠系數(shù):18

kB

cotB1)sinBB679

)

（由軸面圖上量C流線葉片進口排擠系數(shù):

1B

）C

Zcot1sin1

1)C

6

cot80

)

0.83（由軸面圖上量B流線進口軸面速度：

）Vm1B

QFkv1BB5.39/sC流線進口軸面速度：V1C

QFkv1CC/sB流線葉片進口液流角：tgβ

'1B

vmu1B

1B

20.19C流線葉片進口液流角：β

'1

vu1

1

B流線葉片進口沖角：1B1C流線葉片進口沖角：

19

1

32.792.2.6編程計算B、C點的片安放值得指出的是，我的編程僅僅限于提供計算，由于安放角在有的文獻中提到應(yīng)該成逐漸增大的趨勢，所以參考文獻可以看出，先暫定1331以下是編程結(jié)果顯示以及程序代碼：⑴算a流線葉片進口角由以上計算可以看出，計算結(jié)果與我自行計算的結(jié)果相同，當然由于沖角的范圍選擇很大，在下面計算b流線葉片安放角的時候我會顯示兩個結(jié)果進行比較，為什么我前面要根據(jù)文獻假設(shè)出3條流線的葉片安放角，然后在VB程序編程計算。⑵計算b流線葉片進口角如果不預(yù)先按照文獻說的從大到小進行暫定角度，可能會出現(xiàn)以下情況，下面請看運行結(jié)果：可以看出由于沖角范圍在0到15°之間范圍很大片安放角很快就會收斂，所以可以看出我的編程僅僅是為了方便計算，計算的情況還是比較特殊，在以后的工作中看能不能進行改進。⑶計算c流線葉片進口角輸入其他數(shù)據(jù)看能否快速收斂⑷程序源代碼PrivateSubCommand1_Click()Dimz%,r1!,thick!,Q!,n%,dtbt!,bt!,btx!,bty#,u1!n=2900Q=100/3600z=Val(Text1.Text)thick=Val(Text2.Text)lmd=Val(Text3.Text)*3.1415/180r1=Val(Text4.Text)F=Val(Text5.Text)itv=Val(Text6.Text)bt=Val(Text7.Text)20

u1=Val(Text10.Text)start:bt=bt*3.1415/180psi=1-thick*z*Sqr((1+(1/Tan(bt)/Sin(lmd))^2))/(2*3.1415*r1)vm1=Q/(itv*F*psi)btx=Atn(vm1/u1)*180/3.1415bt=bt*180/3.1415dtbt=bt-btxIfdtbt>0Anddtbt<15ThenGoTooverElseGoTostart1over:Text8.Text=psiText9.Text=btGoToover1start1:Ifdtbt<0Thenbt=bt+1GoTostartElsebt=bt-1GoTostartEndIfover1:EndSub2.3葉片繪型2.3.1繪型原理在本次設(shè)計中，采用保角變換法進行葉片繪型。在一流面上，其上有一條流線。用一組夾角△的軸面和一組垂直軸線的平面去截流面，使之在流面上構(gòu)成小扇形的軸面流線長△S,和圓周上的長△u相等分成的這些小扇形足夠21

小時，則可以把流面上的曲面扇形看作是平面小正方形。流面上的小扇形從進口到出口逐漸增大。2.3.2繪型步驟⑴沿軸面流線分點此次設(shè)計采用了作圖分點法進行作圖，θ取為5°。見圖2-4圖2-4⑵畫展開流面并在其上繪制流線

軸面流線分點具體做法參考文獻[2]指出的是在CAD圖上做圖的畫應(yīng)該注意幾個問題，首先，保證型線光滑平順，其次，單向彎曲，凹凸均可，但不要出現(xiàn)形狀，再次，各型線有一定的對稱性。型線的形狀極為重要，不理想時應(yīng)堅決修改，必要時可以適當改變進口安放角、葉片進口邊位置、葉片包角、葉片進口邊不布置在同一軸面上等，重新繪制。方格網(wǎng)的繪制具體圖形見設(shè)計圖紙。⑶在軸面投影圖中畫軸面截線具體詳細做法參考文獻[2]P219頁，每隔10°取的軸面截線，然后按照相應(yīng)的比例反投射到軸面投影圖上。⑷葉片加厚具體做法見參考文獻[2]P219頁需要指出的是按照文獻的說法一般小泵葉片進口流面厚度約為2mm大厚度為4～5mm設(shè)計參考文獻[2]P227頁表7-17厚度計算表中葉片進口流面厚度的變化情況，逐漸由到6mm。表2-5a流線厚度計算表軸面

0

ⅡⅣⅤⅦⅧⅩa流線S(mm)

3

3.634.685.095.275.275.2722

β(°)cosβ

0.330.95

0.330.330.330.330.330.330.950.950.950.950.950.95sm

s

軸面

3.17Ⅺ

3.834.945.375.565.565.56Ⅻa流線

S(mm)β(°)cosβssm

5.270.370.93

5.270.440.915.655.82表2-6b流線厚度計算表軸面

0

ⅡⅣⅤⅦⅧⅩb流線

S(mm)β(°)cosβssm

30.400.923.26

3.634.685.095.275.275.270.400.400.400.400.440.440.920.920.920.920.910.913.945.085.535.725.815.81軸面

Ⅺ

Ⅻb流線

S(mm)β(°)cosβssm

5.270.440.91

5.270.440.915.815.81表2-7c流線厚度計算表c流線

軸面

0S(mm)3

ⅡⅣⅤⅦⅧⅩ3.634.685.095.275.275.2723

β(°)cosβ

0.570.84

0.570.570.570.570.570.550.840.80.840.840.840.85sm

s

軸面

3.57Ⅺ

4.325.576.056.276.276.17Ⅻc流線

S(mm)β(°)cosβssm

5.270.490.88

5.270.440.915.985.81⑸畫葉片剪裁圖詳細見文獻[2]P221頁，其中木模截線徑向坐標見第一張設(shè)計圖。2.3.3繪制葉片出口三形⑴出口速度三角形的繪制在葉片出口任意處u矢量都將與圓周相切向葉輪旋轉(zhuǎn)一側(cè)小。離心葉輪出口為一柱面，如果沒有葉片排擠，這一柱面面積，考慮葉片2出口排擠后，有效過水斷面面積,不同流面的排擠系數(shù)取常數(shù)。出口柱2面上,水流的絕對速度矢v并不與柱面正交但其軸面分v則是與出口柱面正交的且在各處認為是常數(shù)。由正好等于通過葉輪的流Q，則22Tv2b。出口絕對速v在圓周方向的投v可以通過歐拉方程求222得,即Hvg，在單吸泵v，因此vu。u1u22如果葉輪葉片無窮多無窮薄，葉片對水流有強烈的約束作用，水流只能沿葉片表面流動，在一流面上，水流方向與葉片表面方向一致，從而有而u2v則和上述的有限葉片時相同。具體圖形見圖第一頁。

表2-7

出口速度三角形數(shù)據(jù)(m/s)39.46

v(m/s)u22.65

v(m/s)m24.87

(°)25⑵進口速度三角形的繪制24

對于扭曲葉片來說,進口速度三角形應(yīng)當繪制三個前流線,中間流線和后流線三條流線與進口邊交點處的速度三角形以前流線處A點為例,A點的圓周速度與A點圓周相切并指向葉輪旋轉(zhuǎn)一方，其大小u,R為A點到軸心線的1A距離v矢量在圓周方向的投v為0,v重合,進口速度三角形變成一個1直角三角形。矢uw之間的相對液流'1

可以通過這點的葉片安放角減去對應(yīng)的沖角得到,至此，A點處的進口速度三角形可以確定。其它兩個進口速度三角形同理。1

表2-8

三流線與進口邊交點處速度三角形數(shù)據(jù)前蓋板流線中間流線18.36m/s14.66m/s

后蓋板流線9.64m/s

5.76m/s17.42°

5.39m/s20.19°

5.38m/s29.17°1速度三角形見設(shè)計圖紙第一頁。3蝕驗算3.1計算清水的需蝕量在完成了葉輪的水利設(shè)計后，應(yīng)對葉輪進行抗汽蝕能力檢查。泵汽蝕余量用表示。rNPSHr1

v22002g式中進口稍前液體的絕對平均速m0

0

進口稍前液體的相對平均速

1

速度壓降系數(shù)，通

1

1.0；

速度壓降系數(shù)，通

~0.4其中，可以用葉片進口邊易發(fā)生汽蝕的點處來代替，由進口速度三角形可0

1以得到16.2ms，在加液流角的情況下。11由下式確定：025

0

4

0.056

6.0s則：

r

m9.8129.81從計算可以看出設(shè)計的該臺泵的汽蝕性能較好，滿足要求。4水室的算及繪型獲得能量的水流沿葉輪圓周流出后，將進入泵的壓水室。壓水室是泵不可或缺的重要的過流部件，其設(shè)計、制造水平的高低，對泵的性能，特別是泵的效率和指標H—Q曲線的形態(tài)，有十分明顯的影響。根據(jù)泵的用途不同，泵的壓水室有不同的結(jié)構(gòu)形成，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪流出的水流，將水送到泵出口或下一級葉輪入口；水流在葉輪處絕對速度比較大，水流在壓水室出口的平均速度顯著下降，這種將水流的部分動能轉(zhuǎn)化為壓能的結(jié)果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。水流在壓水室中流動時，由于無外力對水流的做正功，水流的機械能不可能增加，相反，壓水室中不可避免的存在水力損失。因此，壓水室應(yīng)該在水力損失最小的條件下，實現(xiàn)其基本功能。低比轉(zhuǎn)速泵所用的壓水室主要為螺旋型壓水室它由螺旋管(蝸殼)和擴散管組成。4.1渦室的要構(gòu)數(shù)⑴基圓直3螺旋形壓水室的擴散管與螺線管由一假想無厚度的尖形隔舌相分離，隔舌尖端所在的假想圓稱為基圓，直徑表示。3應(yīng)大于葉輪直徑D，使葉輪外徑與隔舌之間有一間隙。這一間隙太小。會3引起泵工作中格外的震動和噪聲，并使設(shè)計點效率下降；這一間隙太大，會使泵在非設(shè)計工況點間隙處產(chǎn)生過大的環(huán)流，增大水力損失。可?。篋(1.03D21.03260267.8mm根據(jù)經(jīng)驗取D326

⑵渦室進口寬3渦室進口寬b通常大于包括前后蓋板的葉輪出口寬b，至少應(yīng)有一定的3間隙，以補償轉(zhuǎn)子的串動和制造誤差。目前，有些渦室b取的相當寬，這樣，3使前后蓋板帶動旋轉(zhuǎn)的液體可通暢的輸入壓水室，回收一部分圓盤摩擦功率，提高泵的效率。另外可適應(yīng)不同寬度的葉輪，提高產(chǎn)品的通用性。通常：b0.05D31根據(jù)文獻[2]的提法，在進行適當加寬并參考相應(yīng)的水力模型，取渦室進口寬度為32mm。⑶渦室隔舌安放0參考文獻[2]P245,根據(jù)表8-1列出的關(guān)系。選0⑷隔舌螺旋0

0

隔舌螺旋是在渦室第Ⅷ斷面的0點處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾0角。或近似認為為隔舌螺旋角是隔舌處內(nèi)壁與圓周方向的夾角。為了符合流動規(guī)律，減少液流的撞擊，隔舌螺旋角應(yīng)等于葉輪出口稍后的絕對液流。3

m2222.65⑸渦室斷面形狀和斷面面積渦殼斷面形狀有矩形、梨形、梯形和圓形等。渦室截線形狀對性能影響不大，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和制造方便來選擇。為便于計算和繪型，渦室通常取個彼此成45°的斷面，即用8個軸面切割渦室。設(shè)計時先計算第Ⅷ斷面為基礎(chǔ)進行確定。各種形狀的第Ⅷ斷面可用解析法確定，但實際設(shè)計中大都用速度系數(shù)法確定。本設(shè)計選用的是梯形斷面。①速度系數(shù)法速度系數(shù)法是一種廣義的相似換算法，它是根據(jù)統(tǒng)計的性能良好的速度系數(shù)進行設(shè)計的，和葉輪速度系數(shù)類似：33

gH式中v斷面的平均速度；3H單級揚程；k系數(shù)可按文獻[2]P249圖8-10查取327

1828384858681828384858683

0.42一般通過第Ⅷ斷面的流量和泵流量相差不大，取稍大的渦室面積并無壞處，因而可用泵總流量計算第Ⅷ斷面的面積，即：QF0.003505ν15.85

3505mm

其它斷面的面積，按渦室各斷面速度相等的確定：1FFmm8

22FFmm8

23FF8

24FF1752.58

25FFmm8

26FF2628.75mm8

2F7

78

F3066.8758

2⑹渦室擴散管的設(shè)計計算擴散管的作用在于降低速度，轉(zhuǎn)換為壓力能，同時減少排出管路中的損失。擴散管的進口可認為是渦室的第Ⅷ個斷面，出口是泵的排出口，擴散管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是：⒈排出口徑D，應(yīng)符合經(jīng)濟流速和標準直徑，見葉輪設(shè)計部分⒉擴散管高度L，在保證擴散管和加工及螺栓連接的條件下，應(yīng)盡量取小值，以減少泵的尺寸；⒊擴散角θ，常用范圍是8°～12°4.2渦室繪步參考IS125-100-250型離心泵的渦殼的水力模型，具體數(shù)據(jù)詳見如下：表4-1

渦殼斷面相關(guān)數(shù)據(jù)R13.07

R25.35

R37.25

R48.93

R510.42

R611.80

R7R813.0814.2828

H1

表4-2渦殼頂端到基圓的距離H2H3H4H5H6H7

H811.356

19.81426.86333.05638.59543.69548.43252.875可以用七段圓弧連接這九點，在平面上形成光滑連續(xù)的蝸殼輪廓線。這七段圓弧應(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。第二段圓弧應(yīng)通過Ⅱ、Ⅲ兩個點并與第一段圓弧相切于Ⅱ點。以下各段圓弧具有第二段圓弧類似的特點。建立平面直角坐標系在此坐標系下Ⅰ……Ⅷ九個點可以根據(jù)表3-3數(shù)據(jù)找出，利用這些點，可以確0—Ⅰ，Ⅰ—Ⅱ，Ⅱ—Ⅲ……Ⅶ—Ⅷ八條線段的中垂線，線段0—Ⅰ和Ⅰ—Ⅱ的中垂線的交點，就是第一段圓弧圓心。圓心到0，Ⅰ，Ⅱ三點是等距的，這一距離就是第一段圓弧半徑。第一段圓弧確定后，過Ⅱ點和第一段圓弧的圓心的直線與Ⅱ—Ⅲ線段中垂線的交點，就是第二段圓弧的圓心，圓心到Ⅱ點或Ⅲ點的距離就是第二段圓弧半徑。這樣形成的第二段圓弧顯然與第一段圓弧相切于Ⅱ點，且通過Ⅱ，Ⅲ兩個點，符合要求，與求第二段圓弧類似，可以作出五段圓弧。擴散管的繪制參考文獻[2]P774頁有關(guān)尺寸標注進行繪制。5心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計及分零件的強校核5.1離心泵結(jié)特本次設(shè)計的IS125-100-250心泵為一臺單級單吸橫軸離心泵，它的葉輪由葉輪螺母、止動墊圈和平鍵固定在泵軸的左端。泵軸的另一端用以裝聯(lián)軸器，以便實現(xiàn)動力拖動。為防止泵內(nèi)液體沿泵軸穿出泵殼處的間隙泄露，泵在該間隙處皆設(shè)有軸封。離心泵采用的是填料式軸封，它由軸套、填料、填料環(huán)和填料壓蓋等組成。泵工作時，泵軸用兩個單列向心球軸承支撐著轉(zhuǎn)動，從而帶動葉輪在泵體和泵蓋組成的泵腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。IS泵的泵腳與泵體鑄為一體，軸承置于懸臂安裝在泵體上的懸架內(nèi)。因此，整臺泵的重量主要由泵體承受。IS型泵的泵殼屬端蓋式泵殼它的泵殼由泵體和位于泵體一端的泵蓋組成，且泵體與泵蓋間沿與泵軸心線垂直的剖分面剖分IS泵的泵蓋位于泵體后端，只要卸開連接泵體和泵蓋的螺栓，葉輪即與泵蓋和懸架部件一起從泵體內(nèi)拆出。再加上泵吸入口和壓出口皆在泵體上，泵又采用了加長聯(lián)軸器與電機直聯(lián)。因此，29

檢修時不用拆卸吸入管路和壓出管路，也不必移動泵體和電動機，只需拆加長聯(lián)軸器的中間連接件，即可拆出泵轉(zhuǎn)子部件。5.1.1葉輪葉輪在泵體內(nèi)懸臂安裝在主軸的一端，與軸采用鍵連接方式。5.1.2泵體泵體也稱泵殼，它是泵的主體，蝸殼就是它的一部分，起到支撐固定的作用，并于安裝軸承的懸架相連接。5.1.3泵軸泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接，將電動機的轉(zhuǎn)矩傳給葉輪，所以它是傳遞機械能的主要部件。5.1.4軸承軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，本次設(shè)計采用兩個深溝球軸承，采用油潤滑。加油時應(yīng)注意，太多油要沿泵軸滲出并且飄濺，太少軸承又要過熱，燒壞造成事故。在泵運行過程中軸承最高溫度在85°，一般運行在65°左右，如果高了就要查找原因并及時處理。5.1.5密封環(huán)密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大，會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低。間隙過小，會造成泵殼摩擦產(chǎn)生損失。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，延長葉輪和泵殼所使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外緣結(jié)合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在左右。5.1.6填料函填料函主要由填料、填料環(huán)、填料壓蓋、水封管等組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流流到外面來，也不讓外面的30

空氣進入到泵內(nèi)，始終保持泵內(nèi)的真空。當泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管注水到填料環(huán)內(nèi)使填料冷卻，保持泵的正常運行。5.2部分零件強計與核5.2.1最小軸徑計算在設(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。由于泵軸上所裝的零件不同就決定了泵的不同軸徑系列，同時考慮到泵軸的加工工藝，又需要設(shè)計各種退刀槽、倒角、倒圓等，同時，軸的軸向尺寸是由零件裝配尺寸，以及零部件之間所需尺寸所決定的。因此泵的設(shè)計只能是先確定軸的徑向尺寸。葉輪、軸套等都在套在軸上，并同軸一起等速旋轉(zhuǎn)。軸的強度和剛度，對泵的運行可靠性和使用壽命有很大影響，所以，對泵的強度、剛度的校核是十分重要的。泵軸是在彎矩和扭矩聯(lián)合作用下工作的，通常以彎矩和扭矩聯(lián)合作用來校核軸的強度。最小軸徑一般發(fā)生在聯(lián)軸器或者裝配葉輪處。⑴最小軸徑的校核見前面的計算，我選擇的是通用軸，特選了軸。由于在最小軸徑處挖鍵槽，將對軸的強度產(chǎn)生影響，需將軸徑適當增大，增大情況可按下列兩種情況進行：100時，挖一個鍵槽，軸徑增大3%；兩個鍵槽，軸徑增大；②dmm時挖一個鍵槽軸徑增大～7%兩個鍵槽軸徑增大～15%根據(jù)以上求28.6mm，只挖一個鍵槽，所以按照第二種情況將軸增大5%，則32mm，而本設(shè)計選擇的最小軸徑是，顯然滿足要求。5.2.2鍵的計算強度校⑴確定鍵長度及截面尺寸本次設(shè)計中用到一個鍵，在軸與葉輪配合處，所采用的鍵為單圓頭普通平鍵，鍵的截面尺b按軸的直徑d在標準中選取，鍵長等于或略小于輪轂長。軸與葉輪配合處，由標準查得鍵的截面尺長度取45mm。鍵只按照工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算：31

p

T

/Kldl作長度，單位mm；圓頭平鍵LL指公稱長度mm；b為鍵寬；K與輪轂鍵槽的接觸高度K2，h為鍵高，mm徑，T遞扭矩(，T

/wP

為最大輸入功率，單位ww為軸的旋轉(zhuǎn)角速度(rad/s)w

/3030/s)鍵工作面上的擠壓應(yīng)力必須小[

]（軸、輪轂中弱者的許用擠壓應(yīng)力），p軸、輪轂中弱者的許用擠壓應(yīng)MPa，按表5-1選取。p表5-1只考慮靜連接鋼鑄鐵

靜載荷120～15070～80

輕微沖擊100～12050～60

沖擊60～4030～45①軸與葉輪的配合處45GB79的擠壓應(yīng)力為：l/245/41K/3.5T52200/303.53171.98Nm

p

171.98

3

/水泵屬于輕微沖擊，選擇的軸材為鋼，顯然，所以選擇的鍵滿足p強度要求。5.2.3軸向力的算泵在運轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上作用在軸向力，產(chǎn)生軸向力的原因有很多，主要是液流作用在葉輪上的力不平衡引起的。葉輪前后蓋板不對稱，前蓋板在吸入眼部分沒有蓋板，另一方面，葉輪前后蓋板像轉(zhuǎn)盤一樣帶動前后腔內(nèi)液體旋轉(zhuǎn)，前后蓋板側(cè)腔內(nèi)的液體壓力按照拋物線規(guī)律分布，且口環(huán)以上部分呈軸對稱分布，作用在后蓋板上的壓力，除口環(huán)以上部分與前蓋板對稱作用的壓力相抵消外，口環(huán)下部壓力減去吸入壓力所余壓力即為軸向力A，方向指向葉輪入口。軸向力可按下式計算：32

0r0rARp0

4(2R42

)(NR進口半徑（m）；0

的重度/m

3

）；

密度/

3

）

軸的旋轉(zhuǎn)角速度（rad/s）H勢揚程gH/u)為葉輪出口處的圓周速度，為PPT2T理論揚程。/(2uP

2

/(239.46

2

)(2)3/m1000/4RR2(3)A2(20)4

303.5324(

)N5.2.4徑向力的算計算公式為：KHDB3r22（其中

取0）D

—葉輪直徑B

—包括蓋板的葉輪出口寬度對螺旋型壓水室的泵來說，當水泵關(guān)死揚程時，即流Q=0時徑向力F最大。則最大徑向力：9.81KBr29.810.260940.25N

333

hh5.2.5軸承壽命計算由于水泵轉(zhuǎn)速較高，且同時受軸向力和徑向力，所以本次設(shè)計采用深溝球軸承，它的作用是支持旋轉(zhuǎn)及承受軸上的載荷，代號為。該軸承同時承受軸向力和徑向力。軸承壽命計算：基本額定壽命：按一組軸承中的軸承發(fā)生點蝕破壞，而的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以10

6

轉(zhuǎn)為單位）或工作小時數(shù)作為軸承基本額定壽命。基本額定動載荷：就是使軸承的基本額定壽命恰好10

6

轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值,用C表示,單位牛,一個型號的軸承有也只有一個基本額定動載荷。深溝球軸承壽命的計算公式:CL(r)nn

式中：n—軸承工作轉(zhuǎn)速，r/min—軸承基本額定動載荷查機械手冊C,基本額定靜載荷rr31.8KN（GB/T276-1994）0r—軸承工作時當量動載荷，n—軸承壽命，小時hε—球軸承為3深溝球軸承當量動載荷P的求解過程：⑴確定軸承承受的徑向載荷R，軸向載荷圖5-1

軸承受力圖由軸承受力圖有：①(244.8176)1②244.8R2已知F940.25N，于是得R2248.1N1307.8N。由軸的結(jié)構(gòu)及軸1向力的方向可知，全部軸向力全部由靠近葉輪的那一個軸承承擔，即所受的軸向力為A，根據(jù)分析可知，靠近葉輪的那一個軸承受的軸向力和徑向力都比離葉輪遠的那個軸承大，所以離葉輪較近的那個軸承更容易被破壞，即只需校核離葉輪近的軸承壽命。⑵計算/，考查它與e的關(guān)系，134

hh/2248.12.5707。查表5-1，得出