輸油泵畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄第一章緒論 11．1設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 11．1．1設(shè)計(jì)任務(wù) 11．1．2設(shè)計(jì)思想 11．1．3設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1第二章泵的概述 32．1泵的結(jié)構(gòu)原理 32．1．1泵的結(jié)造 32．1．2工作原理 32．2泵在裝置中的作用及要求 42．3泵的主要性能參數(shù) 4第三章材料的選擇 73．1泵零部件材料選擇 73．2軸封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料 9第四章結(jié)構(gòu)的論述 124．1葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 124．2壓水室的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn) 134．3吸水室的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn) 144．4泵軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 15第五章泵的水力計(jì)算 165．1泵的主要參數(shù)和尺寸的計(jì)算 165．2葉輪直徑確實(shí)定 195．2．1確定葉輪直徑的方法 195．2．2計(jì)算葉輪主要尺寸 195．3壓水室的水力計(jì)算 21第六章強(qiáng)度計(jì)算與校核 246．1軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 246．1．1計(jì)算作用在泵軸上的載荷 246．1．2計(jì)算軸上的扭矩、軸向力和彎矩 266．1．3軸的強(qiáng)度校核 286．2葉輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核 306．2．1蓋板強(qiáng)度計(jì)算 306．2．2葉片厚度計(jì)算 306．3鍵的強(qiáng)度計(jì)算與校核 316．3．1工作面的擠壓應(yīng)力 316．3．2a-a斷面的剪切應(yīng)力 316．4泵體的強(qiáng)度計(jì)算與校核 31第七章泵的故障分析 357．1泵零部件的損壞分析 357．2泵機(jī)械密封泄漏、損壞故障類型及原因分析 367．2．1機(jī)械密封的損壞形式 367．2．2機(jī)械密封的操作與維護(hù) 377．2．3泵機(jī)械密封檢修安裝程序 387．2．4機(jī)械密封的泄漏故障及排除方法 387．3一般的故障分析和處理方法 39第八章泵零部件三維建模 418．1泵軸的三維建模 418．2葉輪的三維建模 448．3泵體的三維建模 468．4其它零件的三維建模 48第九章泵的裝配與仿真 509．1軸承的裝配 509．2機(jī)械密封的裝配 519．3泵的總裝配圖 519．4裝配動(dòng)畫的制作 529．4．1裝配動(dòng)畫制作的流程 529．4．2裝配動(dòng)畫的制作方法 529．5仿真運(yùn)動(dòng)的制作 539．5．1傳動(dòng)仿真的流程 539．5．2工作仿真的制作方法 53第十章泵零部件渲染 5510．1泵零部件基于CINEMA4D的渲染 5510．1．1CINEMA4D的簡(jiǎn)介 5510．1．2Pro/Engineer文件轉(zhuǎn)換輸出至CINEMA4D 5510．1．3CINEMA4D的渲染 56設(shè)計(jì)總結(jié) 60致謝 61參考文獻(xiàn) 62附錄科技譯文 63附件 (光盤一張)第一章緒論泵是一種轉(zhuǎn)換能量的機(jī)械，它把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的能量，使液體動(dòng)能和壓力能增加，將液體從甲地輸送到乙地。泵在石化裝置中占有很重要的地位，裝置中的原料、產(chǎn)品、溶劑等液體都要用泵來輸送。工藝物料不僅種類繁多。而且對(duì)泵的要求也不同。有的輸送條件還相當(dāng)苛刻，因此應(yīng)正確地選用泵和原動(dòng)機(jī)。所選用的泵和原動(dòng)機(jī)不僅應(yīng)滿足工藝條件要求，而巳還應(yīng)投資少，運(yùn)行周期長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)用低，操作維修方便，占地面積小。如果選用不當(dāng)，將會(huì)造成長(zhǎng)期運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，甚至不能保證正常運(yùn)行，影響整個(gè)裝置的生產(chǎn)。因此對(duì)泵的選用應(yīng)給予充分重視。機(jī)械設(shè)計(jì)正在經(jīng)歷從二維CAD到三維CAD的轉(zhuǎn)變。在最近的十年中，機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從手工繪圖到計(jì)算機(jī)輔助繪圖〔二維CAD〕的巨大變化。二維CAD的應(yīng)用降低了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)形式從以前的趴圖板到現(xiàn)在的操作計(jì)算機(jī)；提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，CAD設(shè)計(jì)可以很方便地修改、復(fù)制，能夠輸出工整的圖樣。從手工繪圖到計(jì)算機(jī)輔助繪圖是機(jī)械設(shè)計(jì)方法和工具中的一大進(jìn)步，而從二維CAD到三維CAD那么是機(jī)械設(shè)計(jì)上的一次革命。它不但改變了設(shè)計(jì)的方法，而且徹底的改變了設(shè)計(jì)的思路和習(xí)慣。1．1設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)特點(diǎn)1．1．1設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)是圍繞150Y-75型離心油泵，對(duì)其進(jìn)行機(jī)械校核和泵的故障分析，并且應(yīng)用三維模型設(shè)計(jì)軟件PROE對(duì)其〔零部件〕進(jìn)行三維建模〔包括動(dòng)畫演示〕及仿真運(yùn)動(dòng)制作過程。1．1．2設(shè)計(jì)思想〔1〕． 通過這次課題的設(shè)計(jì)，能更加全面的掌握機(jī)械設(shè)計(jì)、校核工作〔包括軸、葉輪、泵體的強(qiáng)度計(jì)算與強(qiáng)度校核等〕?！?〕． 了解離心泵的機(jī)械設(shè)計(jì)、校核過程以及離心泵的工作原理。〔3〕．掌握泵的常見故障，針對(duì)所出現(xiàn)故障進(jìn)行診斷和檢修。〔4〕． 以一個(gè)實(shí)際的離心泵的設(shè)計(jì)校核工程來進(jìn)一部強(qiáng)化PROE的三維建模和動(dòng)態(tài)仿真的學(xué)習(xí)。1．1．3設(shè)計(jì)特點(diǎn)運(yùn)用Pro/E軟件將離心泵進(jìn)行三維建模，然后運(yùn)用軟件的功能對(duì)其整體裝配再進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和泵的運(yùn)動(dòng)演示，并對(duì)其進(jìn)行渲染，使其從裝配到運(yùn)行都如真實(shí)的展現(xiàn)出來。通過設(shè)計(jì)著重培養(yǎng)我們的設(shè)計(jì)、計(jì)算分析問題和解決問題的能力，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪圖能力、表達(dá)技術(shù)問題的能力以及開拓創(chuàng)新的能力。是我們綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來解決工程時(shí)間問題。此次設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步的PROE軟件的應(yīng)用水平。運(yùn)動(dòng)仿真與渲染對(duì)泵的推廣與展示具有很大的意義。第二章泵的概述2．1泵的結(jié)構(gòu)原理2．1．1泵的結(jié)造本次設(shè)計(jì)的泵為懸臂式單級(jí)單吸Y型油泵。泵體為垂直剖分懸架式，沿軸中心線平面支放在機(jī)架上，可以使泵軸向膨脹，保證同心。吸入口和排出口朝上有利于排除泵內(nèi)蒸汽、管線受熱自由膨脹，使泵兩側(cè)受力均勻，并使泵體上下預(yù)熱均勻。轉(zhuǎn)子由葉輪、葉輪螺帽和軸與軸套等組成，剩余不平衡的軸向力推力〔開平衡孔平衡局部軸向推力〕由軸承承受。葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)采用堆焊硬質(zhì)合金增加耐磨性。通常熱油泵的口環(huán)間隙要比冷油泵大些，這是考慮到熱油泵口環(huán)受熱膨脹的緣故。軸承局部的托架支承轉(zhuǎn)子，本身懸臂地固定在泵蓋上。流動(dòng)軸承受局部軸向力和全部徑向力，用稀油潤(rùn)滑，托架冷卻室可用水冷卻〔輸送介質(zhì)溫度時(shí)〕。泵的支架也有冷卻室，當(dāng)輸送介質(zhì)溫度高于時(shí)用冷卻水來冷卻支架。泵與電動(dòng)機(jī)采用彈性聯(lián)軸器，可以使泵軸有膨脹伸縮可能性〔葉輪與泵體也留有軸向膨脹的間隙〕。聯(lián)軸器中間有加長(zhǎng)聯(lián)軸器，檢修時(shí)卸下中間加長(zhǎng)聯(lián)軸器，可以不動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)而將泵蓋撤除〔加長(zhǎng)聯(lián)軸器的長(zhǎng)度應(yīng)保證抽出泵蓋和葉輪〕。從電動(dòng)機(jī)端看泵為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。2．1．2工作原理離心泵工作時(shí)，除泵本身以外，還裝有吸入管路、底閥、壓油管等。離心泵在開泵起動(dòng)以前，必需是充滿液體的，然后起動(dòng)泵。此時(shí)動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)泵軸，使葉輪旋轉(zhuǎn)。充滿葉輪片流道間的液體，在離心力作用下，從葉輪小心被甩向葉輪外緣。液體以高速進(jìn)入泵殼。液體從葉輪流出時(shí)，獲得了能量(動(dòng)能與壓能)。這些高能量的液體經(jīng)過泵殼導(dǎo)流(收集被葉輪甩出的液體)，流向壓出管。由于液體在葉輪旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生離心力，就像轉(zhuǎn)動(dòng)雨傘，水滴被甩出去一樣，所以叫做離心泵，在液體流向壓出管的同時(shí)，在葉輪的進(jìn)口處產(chǎn)生真空，通過吸入管進(jìn)入泵，進(jìn)入葉輪。葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，液體便源源不斷地通過離心泵由低處送到高處。當(dāng)離心泵啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，迫使預(yù)先充灌在葉片間液體旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運(yùn)動(dòng)。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動(dòng)過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而減速，局部動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。所以蝸形泵殼不僅是聚集由葉輪流出液體的部件，而且又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)，在貯槽液面與葉輪中心總勢(shì)能差的作用下，致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量最終表現(xiàn)為靜壓能的提高。2．2泵在裝置中的作用及要求石油化工生產(chǎn)包括石油煉制(煉油廠)、化肥工業(yè)、合成纖維、合成橡膠、合成塑料、根本有機(jī)原料等，泵所輸送的介質(zhì)種類較多，石油化工用泵的類型也較多。在石油化工生產(chǎn)方面，根據(jù)泵在工藝裝置中的地位和作用的不同，對(duì)用泵提出以下要求：〔1〕對(duì)于輸送某些易燃或易爆介質(zhì)的泵，要求泵密封可靠，電動(dòng)機(jī)為防爆或隔爆型；對(duì)某些有毒介質(zhì)，泵的密封要求更為嚴(yán)格；〔2〕由于工藝設(shè)備中油品大都處于汽液平衡狀態(tài)，要求泵的吸入性能好并應(yīng)采取灌注措施；〔3〕由于某些油品和化學(xué)介質(zhì)具有腐蝕性和沖蝕性，某些泵要求耐腐蝕和耐磨損；〔4〕為了使泵能連續(xù)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)采用專門的冷卻、密封、潤(rùn)滑等措施。離心油泵包括冷油泵、熱油泵和液態(tài)泵；冷油泵要求冷卻、密封可靠，輸送粘液時(shí)，還應(yīng)考慮粘度對(duì)泵性能的影響。熱油泵除上述要求外，由于油品溫度高，還應(yīng)滿足以下要求：〔1〕保證各局部零件的溫度膨脹，不產(chǎn)生偏心、歪斜或卡住，使泵的中心線兩側(cè)和上下溫度膨脹對(duì)稱和均勻〔建議采用保溫使泵內(nèi)外受熱均勻并減少熱損失〕；〔2〕泵的過流局部必須采用耐高溫的材料；〔3〕第一級(jí)葉輪吸入性能好，保證泵正常吸入；〔4〕保證必要局部的冷卻，改善泵零件工作條件；〔5〕開泵前必須均勻預(yù)熱，泵體溫度不得低于入口油溫40℃，其預(yù)熱速度一般為50℃/時(shí)，在開車預(yù)熱時(shí)應(yīng)將泵體支腳螺母松開0.3～0液態(tài)烴泵由于介質(zhì)重度小，飽和蒸汽壓和吸入壓力均較高，應(yīng)滿足以下要求：〔1〕保證油封防漏，并且使填料函內(nèi)壓力高于其飽和蒸汽壓；〔2〕防止汽化，保證氣體別離；〔3〕由于吸入壓力高，應(yīng)保證泵體強(qiáng)度和密封〔通常不采有用鑄鐵，而采用鑄鋼泵體〕；〔4〕注意軸向推力大小采取相應(yīng)措施，防止軸承損壞和軸彎曲等問題。2．3泵的主要性能參數(shù)〔1〕流量Q流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的液體的液體量〔體積或質(zhì)量〕體積流量用Q表示，單位是等。質(zhì)量流量用Qm表示，單位是：t/h、kg/s等。質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系為Qm=ρQ(2-1)式中ρ—液體的密度〔〕，常溫清水ρ=1000〔2〕揚(yáng)程H揚(yáng)程是泵所抽送的單位重量液體從泵進(jìn)口處〔泵進(jìn)口法蘭〕到泵出口處〔泵出口法蘭〕能量的增值。也就是一牛頓液體通過泵獲得的有效能量。其單位是米，即泵抽送液體的液注高度。根據(jù)定義，泵的揚(yáng)程可以寫為H=ED-ES(2-2)式中ED——在泵出口處單位重量液體的能量〔m〕；ES——在泵進(jìn)口處單位重量液體的能量〔m〕。單位重量液體的能量在水利學(xué)中稱為水頭，通常由壓力水頭p/g(m)、速度水頭ｖ2/2g(m)位置水頭Z〔m〕三局部組成，即，因此(2-3)式中PD、Ps——泵出口、進(jìn)口處液體的靜壓力；VD、VS——泵出口、進(jìn)口處液體的速度；ZD、ZS——泵出口、進(jìn)口到任選的測(cè)量基準(zhǔn)面的距離。泵的揚(yáng)程表征泵本身的性能，只和泵進(jìn)、出口法蘭處的液體的能量有關(guān)，而和泵裝置中液體的能量表示泵的揚(yáng)程。〔3〕轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)速是泵軸單位時(shí)間的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)數(shù)，用符號(hào)n表示，單位是r/min。〔4〕汽蝕余量NPSH氣蝕余量是指在泵入口處單位質(zhì)量液體所具有的超過汽化壓力的富裕能量，單位用m液柱表示。汽蝕余量越大，泵就不會(huì)發(fā)生汽蝕，氣蝕余量用Δh表示?！?〕功率和效率泵的功率是指泵在工作時(shí)，泵軸所需的功率，稱軸功率，用千瓦〔KW〕表示。1KW=102。泵的有效功率又稱輸入功率，Ne表示。它是單位時(shí)間內(nèi)從泵中輸送出去的液體在泵中獲得的有效能量。泵從動(dòng)力機(jī)所獲得的功率不能全部用來輸送液體，其中有一局部損失在機(jī)械摩擦、液體的回流，以及液體與葉輪、泵殼的摩擦和撞擊上。軸功率中扣除了這局部損失后，才是真正用于輸送液體的功率，稱為有效功率〔〕。泵的有效功率可用下式計(jì)算：(2-4)泵傳給液體的功率，必須從原動(dòng)機(jī)那里取得一定的輸入功率，把原動(dòng)機(jī)傳給泵軸的功率，叫做軸功率，用N表示。即：(2-5)式中——泵輸送液體的密度〔〕Q——泵的流量〔〕H——泵的揚(yáng)程〔m〕g——重力加速度〔〕軸功率N和有效功率Ne之差為泵的損失功率，其大小用泵的效率來計(jì)量。泵的效率為有效功率和軸功率之比，有η表示，即(2-6)第三章材料的選擇3．1泵零部件材料選擇在選擇泵過流部件的材料時(shí)，需要考慮的因素有：用戶經(jīng)驗(yàn)．預(yù)期泵壽命(如用于短期或者長(zhǎng)期使用)，間斷或連續(xù)使用，泵送有害或有毒液體或液體的條件。液體的腐蝕性因下面的一種或幾種情況而不同：溫度、濃度、純度、速度、混進(jìn)的固體和氣體。不銹鋼通常是指含鉻量12％～30%的鐵基耐蝕合金。不銹鋼的耐蝕性主要是由鉻的存在決定的，鐵鉻二元系是不銹鋼的根底。其他合金元素的添加可以影響和改變合金組織和性能。依碳含量的不同，可把18％鉻不銹鋼分成三類。即小于％碳的鐵素體鋼，％碳的奧氏體—鐵素體鋼及大于％碳的奧氏體鋼。選擇材料時(shí)應(yīng)考慮的問題：1)介質(zhì)的腐蝕性：材料對(duì)于介質(zhì)的耐腐蝕性是有一定范圍的，例如１Crl8Ni9耐中、稀濃度的硝酸或有機(jī)酸的腐蝕，但不耐稀硫酸、鹽酸的腐蝕。2)電化學(xué)腐蝕：在泵的整個(gè)流道最好用相同的金屬材料。3)介質(zhì)溫度：材料在很低的溫度下顯脆性，在高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生蠕變；某種材料能耐常溫的某種介質(zhì)的腐蝕。但不一定耐高溫的該介質(zhì)的腐蝕；所以材料性能應(yīng)滿足所輸送介質(zhì)溫度的要求。4)經(jīng)濟(jì)性：材料不同，其價(jià)格和機(jī)加工性能也各不相同，所以在幾種材料同時(shí)滿足腐蝕、溫度的要求下，應(yīng)選擇價(jià)格相對(duì)廉價(jià)、機(jī)加工性能好的材料。5)固體顆粒的磨損性：介質(zhì)中含有磨料性的固體顆粒時(shí)，應(yīng)采用耐磨的材料。6)材料間的咬合性：對(duì)于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件，如軸與軸套、螺栓與螺母、葉輪密封環(huán)與泵體密封環(huán)等，在選擇材料時(shí)應(yīng)使兩零件材料的硬度有些差異，否那么在裝卸和運(yùn)轉(zhuǎn)中容易互相咬合或擦傷；7)同一零件上溫差的大?。涸诠ぷ鲿r(shí)同一零件的溫差較大時(shí)．如在輸送高溫液體時(shí)泵蓋加冷卻，泵蓋與介質(zhì)接觸處溫度高膨脹大，與冷卻水接觸處溫度低膨脹小，這樣的零件宜采用塑性好的材料，以免運(yùn)轉(zhuǎn)中由于膨脹不同而產(chǎn)生裂紋。8)需要焊接的零件；在鑄造、加工及使用過程中需要補(bǔ)焊的零件應(yīng)用焊接性比擬好的材料，如低碳鋼的焊接性比高碳鋼的焊接性好。9)單級(jí)揚(yáng)程很高：?jiǎn)渭?jí)揚(yáng)程很高的泵，其液體流速很高，過流部件應(yīng)選用耐沖刷、抗汽蝕的高強(qiáng)度鋼，如沉淀硬化不銹鋼。煉油裝置泵的泵體和葉輪材料選擇一般可按以下要求選用。操作溫度T：-20℃<Ｔ<200℃-40℃<Ｔ<－20℃200℃<Ｔ<400℃時(shí)選用2．腐蝕性介質(zhì)：中等硫腐蝕：選用Ⅲ類材料對(duì)于冷油泵，通常采用Ⅰ類材料；對(duì)于液態(tài)烴泵，采用Ⅱ類材料；對(duì)于熱油泵，一般采用Ⅱ類材料，在介質(zhì)有有腐蝕性時(shí)采用Ⅲ類材料。本泵輸送油品含硫較高，屬中等硫腐蝕，油溫度為225℃故宜采用Ⅲ類材料。泵體：ZGCr5Mo；葉輪：ZG1Cr13；軸：3Cr13；葉輪密封環(huán)：Cr5Mo；軸套〔機(jī)械密封〕：3Cr13；泵體螺栓：45#。下面以泵的幾個(gè)主要零件為例說明材料的選擇要求：〔1〕葉輪的材料選擇要求在選擇葉輪材料時(shí)應(yīng)考慮以下準(zhǔn)那么：1.抗腐蝕強(qiáng)度；2.抗磨粒磨損強(qiáng)度；3.抗汽蝕強(qiáng)度；4.鑄造和機(jī)械加工特性；。本設(shè)計(jì)的150Y-75離心油泵葉輪選用的材料為：ZG1Cr13。〔2〕殼體的材料選擇要求在選擇離心泵殼體材料時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮以下因素：1.強(qiáng)度；2.抗腐蝕強(qiáng)度；3.抗磨粒磨損強(qiáng)度；4.鑄造和機(jī)加工性能；。本設(shè)計(jì)的150Y-75離心油泵泵體選用的材料為：ZGCr5Mo?！?〕軸的材料選擇要求在選擇離心泵軸的材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮以下準(zhǔn)那么：1.持久性極限；2.抗腐蝕強(qiáng)度；。持久性極限是一應(yīng)力值，低于這一應(yīng)力值時(shí)，軸可以承受無數(shù)次交變應(yīng)力而不破壞。因?yàn)檩S每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)發(fā)生一個(gè)交變應(yīng)力，這至少在理論上意味著如果軸上實(shí)際的最大彎曲應(yīng)力小于軸材料的持久性極限，那么軸決不會(huì)損壞。但是，在實(shí)踐中，由于腐蝕和因螺紋、鍵槽和軸凸肩的應(yīng)力增加，持久性極限就會(huì)顯著地減小。在估算選擇軸的材料時(shí)，必須考慮軸在抽送液體中的抗腐蝕強(qiáng)度以及缺口靈敏度。本設(shè)計(jì)的150Y-75離心油泵軸選用的材料為：3Cr13。3．2軸封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料泵內(nèi)液體和泵外空氣之間壓力不等，順著軸就要產(chǎn)生泄漏，為此需要設(shè)置密封裝置，稱其為軸封。泵內(nèi)軸封處的壓力小于大氣壓力時(shí)，軸封是用于防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)；泵內(nèi)軸封處的壓力大于大氣壓力時(shí)，軸封是用以防止液體泄漏。泵常用的軸封種類：1)填料密封；2)機(jī)械密封；3)浮動(dòng)密封。本次設(shè)計(jì)Y型油泵使用的機(jī)械密封為單端面平衡型機(jī)械密封，工作時(shí)，動(dòng)環(huán)兩端面因介質(zhì)壓力引起的軸向力互相平衡，動(dòng)環(huán)只受彈簧壓緊力，與介質(zhì)壓力無關(guān)。平衡型機(jī)械密封可用于高壓液體的密封。優(yōu)點(diǎn)：自身提供封液系統(tǒng)，用一對(duì)磨擦副，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、拆裝容易，但需自沖系統(tǒng)，以延行使用壽命。主要部件材料如下：靜環(huán)———碳化鎢動(dòng)環(huán)———碳化鎢密封圈——丁腈橡膠彈簧———3Cr13密封裝置的要求：1)密封可靠，能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)；2)消耗功率?。?)適應(yīng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化。密封裝置要考慮被密封液體的性能(腐蝕性、含雜質(zhì)的磨損性、凝固性、浸透性、揮發(fā)性、有毒、引火、有味等)，溫度和壓力。1型式按JB1472-75標(biāo)準(zhǔn)，泵用機(jī)械密封有103、104、109、110、111(適用于弱酸、弱堿、油、水、溶劑等介質(zhì))114型(適用于非結(jié)晶性的酸、堿、鹽)7種型式。2材料機(jī)械密封的材料選用較為復(fù)雜，選擇重點(diǎn)為磨擦副材料，如材料來源及加工均可解決，那么盡可能采用性能較好的材料。動(dòng)環(huán)采用9Cr18、1Cr13堆焊鈷鉻鎢、鑄鐵、碳化鎢、陶瓷、高硅鑄鐵等材料。靜環(huán)采用碳化鎢、浸樹脂石墨、青銅、酚醛樹脂。金屬陶瓷填充聚四氟乙烯等材料，輔助密封圈采用丁腈橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯、氟橡膠等材料機(jī)械密封如圖3-2，它是靠一對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)圓環(huán)的端面(一個(gè)固定，另一個(gè)與軸一起旋轉(zhuǎn))互相貼合形成微小軸向間隙起密封作用。相對(duì)運(yùn)功的圓環(huán)稱為靜環(huán)和動(dòng)環(huán)，其兩端面形成摩擦付。動(dòng)環(huán)靠密封室中液體的體力和壓緊元件的壓力，使動(dòng)環(huán)壓緊在靜環(huán)上。應(yīng)調(diào)節(jié)壓緊元件的壓力，使泵在不轉(zhuǎn)狀態(tài)也能保證動(dòng)靜環(huán)之間的貼合。機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn)是泄漏量極小；壽命長(zhǎng)，一般為1～2年；對(duì)軸的摩擦小；可自動(dòng)運(yùn)行而不需在遠(yuǎn)行時(shí)調(diào)正；功率損失小，共有填料密封的1/3～1/10；耐振動(dòng)性好；使用廣泛；目前轉(zhuǎn)速可達(dá)17000r/min，壓力到達(dá)30MPa。缺點(diǎn)是零件多，精度高，安裝拆卸要求高，相應(yīng)造價(jià)高。圖3-1機(jī)械密封1-彈簧座2-彈性元件3-轉(zhuǎn)動(dòng)銷4-動(dòng)環(huán)密封圈5-動(dòng)環(huán)6-靜環(huán)7-靜止環(huán)密封圈8-防轉(zhuǎn)銷〔1〕主要密封原件：由動(dòng)環(huán)〔旋轉(zhuǎn)環(huán)〕、靜環(huán)〔固定環(huán)〕組成。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)一般均用不同材料制成，一個(gè)硬度較低〔一般用石墨或石墨加其他充填劑〕，一個(gè)硬度較高〔可以用鋼、鋼錐焊硬質(zhì)合金、陶瓷等〕。但也可以根據(jù)具體情況將兩個(gè)環(huán)用同一材料制成〔如碳化鎢對(duì)碳化鎢〕〔2〕輔助密封原件：由動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈和其適當(dāng)?shù)膲|片組成。根據(jù)不同的要求，輔助密封原件采用O形環(huán)、V形環(huán)、楔形環(huán)或其他形狀的密封環(huán)。輔助密封原件除了應(yīng)具有密封能力外，還應(yīng)有一定的彈性，以便能吸收密封面有不良影響的振動(dòng)，輔助密封原件常用橡膠或塑料等材料制成?！?〕壓緊原件和其他輔助原件：如彈簧、推環(huán)、傳動(dòng)座、防轉(zhuǎn)銷等，以及為保證動(dòng)環(huán)和靜環(huán)工作所必須的其他零件，都屬于這一類原件。一、常用密封副材料性能1、石墨浸漬材料

具有良好的自潤(rùn)滑性和導(dǎo)熱性，磨擦系數(shù)低、熱脹系數(shù)小，有良好的耐腐蝕性，對(duì)強(qiáng)氧化性酸，如濃硫酸，硝酸外，耐各種濃度的酸，堿、鹽及有機(jī)化合物的腐蝕，還有良好的熱穩(wěn)定性，彈性模量小，易發(fā)生剩余變形，浸漬酚醛石墨耐酸性好，浸漬環(huán)氧石墨耐堿性好，浸漬呋喃石墨耐酸、耐堿、浸瑣金屬石墨耐高溫。浸漬石墨可分為浸樹脂和浸漬金屬兩種。浸樹脂石墨耐腐蝕性好，但不耐高溫〔耐溫約170~200℃〕；浸漬金屬石墨高溫性好〔浸青銅、鋁、鉛等耐高溫可達(dá)400~500℃〕，

2、碳化鎢合金

由碳化鎢、碳化鈦等硬度高、熔點(diǎn)高的金屬碳化物，是用加粘結(jié)劑粉末冶金的方法，壓制燒結(jié)成型。優(yōu)點(diǎn)是硬度、強(qiáng)度都很高，耐磨、耐高溫、耐腐蝕，線膨脹系數(shù)低，缺點(diǎn)是性脆，加工困難。碳化鎢是應(yīng)用最廣泛的端面密封副材料，多用作中低轉(zhuǎn)速機(jī)械密封的靜環(huán)，高速機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)。二、輔助密封圈的材料對(duì)輔助密封材料的要求是彈性好，摩擦系數(shù)小，耐磨、耐熱和低溫性好，抗介質(zhì)腐蝕、溶解和老化等，此外還要求在壓縮后和長(zhǎng)期使用中剩余變形好。常用的輔助密封圈材料是橡膠和聚四氟乙烯，此外還有軟聚氯乙烯。橡膠有較好的彈性、緩沖性、吸振性、耐熱性、耐腐蝕性。橡膠密封圈的密封效果好，應(yīng)用最廣泛。常用的橡膠有硅橡膠、丁晴橡膠、氯丁橡膠和氟橡膠等。三、彈性元件材料彈簧材料：

對(duì)彈簧材料的要求是：彈性好、耐介質(zhì)腐蝕。常用彈簧材料有不銹彈簧鋼〔1Cr18Ni9Ti等〕、鉻鋼〔3Cr13、4Cr13等〕、碳素彈簧鋼〔60Si2Mn等〕和磷青銅。第四章結(jié)構(gòu)的論述4．1葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)葉輪是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能傳遞給液體、提高液體能量的核心部件。其型式有封閉式、半開式及開式三種，如圖4-1所示。封閉式葉輪有單吸式及雙吸式兩種(圖4-2)。封閉式葉輪由兩個(gè)輪蓋構(gòu)成，一個(gè)蓋扳帶有輪毅，稱后蓋板(也稱后盤)。蓋板之間有一系列葉片形成流道，液體由葉輪中心進(jìn)入，沿葉片間流道向輪緣排出。一般用于輸送清水。葉片一般為5～12片，視葉輪用途而定。雙吸葉輪為兩個(gè)輪蓋都有吸人孔，液體從兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入葉輪，以提高葉輪的流量。半開式葉輪只有后蓋板，而開式葉輪前后蓋板均沒有。半開式和開式葉輪適合于輸送含雜質(zhì)的液體。葉輪常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其它材料制成。(a)閉式葉輪葉輪具有前蓋板和后蓋板，流道是封閉的。這種葉輪適用于高揚(yáng)程，輸送潔凈的液體。由于吸入口和排出口同泵殼之間有口環(huán)密封，從出口返回入口的液體泄漏量小，故泵的效率高。(b)、半開式葉輪葉輪只有后蓋板，沒有前蓋板，流道是半開啟的。這種葉輪適用于輸送具一定粘性或含有固體顆粒的液體。如沙泵、泥漿泵等可用之。(c)、開式葉輪葉輪既無前蓋板又無后蓋板，流道完全敞開這種葉輪常用于輸送漿狀或糊狀液體，如輸送含纖維液體，效率低，實(shí)際這種葉輪使用不多。1-閉式2-半閉式3-開式圖4-1葉輪的形式a)單吸式葉輪b)雙吸式葉輪圖4-2葉片有三種形式：1、直葉片〔很少用〕；2、單曲率葉片，也稱圓柱形葉片，葉片外表是單向彎曲的；3、雙曲率葉片，也稱空間扭曲葉片，葉片外表是雙向彎曲的，即空間曲面。4．2壓水室的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)壓水室是指葉輪出口法蘭盤至泵出口法蘭盤(對(duì)節(jié)段式多級(jí)泵是到次級(jí)葉輪進(jìn)口前，對(duì)水平中開水泵那么到過渡流道之前)的過流局部。其作用是收集從葉輪流出的高速液體，并將液體的大局部動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能．然后引入壓水管或后級(jí)葉輪進(jìn)口。壓水室是泵的重要組成局部。壓水室按結(jié)構(gòu)分成螺旋式壓水室(蝸殼)、環(huán)形壓水室和導(dǎo)葉壓水室。壓水室的作用為將葉輪中流出的液體收集起來并送到下一級(jí)葉輪或管道系統(tǒng)中；降低葉輪出來液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，以減少液體人在下一級(jí)葉輪或管道系統(tǒng)中的損失；消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以防止由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來的水力損失。螺旋壓水室如圖〔4-3〕所式，由斷面逐漸增大的螺旋線流道和一個(gè)擴(kuò)散管組成。為了保證葉輪內(nèi)有穩(wěn)定的相對(duì)流動(dòng)，螺旋壓水室內(nèi)的流動(dòng)應(yīng)當(dāng)是軸對(duì)稱的。這就要求壓水室內(nèi)的流動(dòng)是在不受外力條件下(理想流體)，按慣性自由流動(dòng)。它不僅起收集液體的作用，同時(shí)在螺旋形的擴(kuò)散管中將局部液體功能轉(zhuǎn)換成壓能。螺旋形壓水室具有制造方便、效率高的特點(diǎn)。水力性能好，用途廣，適應(yīng)性強(qiáng)，高效率范圍寬，但流道不能機(jī)械加工，尺寸形狀、外表光潔度直接靠鑄造來保證。a)結(jié)構(gòu)b)原理圖4-3螺旋型壓水室4．3吸水室的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)離心泵吸入管法蘭至葉輪進(jìn)口前的空間過流局部稱為吸入室。其作用是在最小水力損失情況下，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并使葉輪進(jìn)口處的流速盡可能均勻地分布。吸水室是指泵進(jìn)口法蘭盤到葉輪入口前泵體的過流局部。吸水室中的水力損失要比壓水室中的小得多，因此吸水室的重要性較低。但吸水室的設(shè)計(jì)影響水泵的抗空化性能，尤其對(duì)泵的汽蝕性能影響較大。對(duì)于低揚(yáng)程泵，損失的絕對(duì)值不大，但占揚(yáng)程的比例較大，因而對(duì)效率的影響比高揚(yáng)程泵相對(duì)要大得多因此吸水室的設(shè)計(jì)在損失最小的情況下應(yīng)保證沿吸水室的流速盡可能均勻分布，并將吸水室路內(nèi)的流速平穩(wěn)地變?yōu)槿~輪人口的速度。本泵為圓環(huán)形吸入室的結(jié)構(gòu)入圖4-4所示；圖４-４圓環(huán)形吸入室其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸短，缺點(diǎn)是液體進(jìn)入葉輪時(shí)有沖擊和旋渦損失；在葉輪前，液流分部也不太均勻。但是，由于多級(jí)泵的揚(yáng)程高，吸入室的水力損失所占的比重不大，故在多級(jí)泵中廣泛采用。圓環(huán)形吸入室直管段〔圖4-4〕的軸向尺寸逐漸增大，整個(gè)面積逐漸縮小，使液體進(jìn)入葉輪時(shí)有一個(gè)不大的加速度，圓環(huán)中的D和b尺寸比例應(yīng)適當(dāng)，否那么不能起到應(yīng)有的作用。4．4泵軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸是傳遞扭矩的主要部件，驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。軸徑按強(qiáng)度、剛度及臨界轉(zhuǎn)速確定。中小型泵多采用水平軸，葉輪裝配在軸上，葉輪間距用軸套定位。近代大型泵那么采用階梯軸，不等孔徑的葉輪用熱套法裝在軸上，并利用漸開線花鍵代替過去的短鍵。此種方法，葉輪與軸之間沒有間隙，不致使軸間竄水和沖刷，但拆裝困難。在軸上固定有泵的葉輪、軸承、密封裝置及聯(lián)軸節(jié)等部件。軸的受力復(fù)雜，受到由重量、葉輪旋轉(zhuǎn)造成的離心力及葉輪外緣不平衡造成的附加徑向力作用，在軸承處還受到靜態(tài)支撐力和動(dòng)態(tài)支撐力的作用。軸的具體結(jié)構(gòu)由布置的部件和加工工藝所決定。一般選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或高強(qiáng)度的合金鋼制造。在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要進(jìn)行靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力的計(jì)算，還要校核其疲勞和臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)泵軸的轉(zhuǎn)速逐漸增加并到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，泵就會(huì)猛烈地振動(dòng)起來，轉(zhuǎn)速低于或高于這一轉(zhuǎn)速時(shí)，泵就能平穩(wěn)地工作，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)另一個(gè)較高的數(shù)值時(shí)，泵又會(huì)重復(fù)出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象。通常把泵發(fā)生振動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。泵發(fā)生振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速有好幾個(gè)，這些臨界轉(zhuǎn)速由低到高，依次稱為第一臨界轉(zhuǎn)速、第二臨界轉(zhuǎn)速等等。泵的工作轉(zhuǎn)速不能與臨界轉(zhuǎn)速相重合、相接近或成倍數(shù)，否那么，將發(fā)生共振現(xiàn)象而泵遭到破壞。計(jì)算泵臨界轉(zhuǎn)速的目的就是為了使泵的工作避開臨界轉(zhuǎn)速，以免泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生振動(dòng)。泵的工作轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為剛性軸；高于第一臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為柔性軸。通常將單級(jí)泵的軸設(shè)計(jì)成剛性軸，即泵的工作轉(zhuǎn)速低于軸的臨界轉(zhuǎn)速。因?yàn)槿绻褑渭?jí)泵的軸設(shè)計(jì)成柔性軸時(shí)，每次開車和停車，軸都要通過第一臨界轉(zhuǎn)速而發(fā)生振動(dòng)，這些振動(dòng)會(huì)使葉輪密封環(huán)和填料函〔或機(jī)械密封、浮動(dòng)環(huán)密封等〕加速磨損，一般剛性軸的工作轉(zhuǎn)速必須滿足以下關(guān)系：一般柔性軸的工作轉(zhuǎn)速必須滿足以下關(guān)系：第五章泵的水力計(jì)算由150Y-75型離心油泵可查得數(shù)據(jù)流量200揚(yáng)程H=80m轉(zhuǎn)速n=2950r/min機(jī)械效率70%軸功率kw電機(jī)功率75kw允許汽蝕余量葉輪出口寬度b2=22mm葉輪外徑D2=260泵重255kg5．1泵的主要參數(shù)和尺寸的計(jì)算〔1〕泵的進(jìn)口直徑泵進(jìn)口直徑也叫泵吸入口徑，是指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑。根據(jù)國內(nèi)外管路經(jīng)濟(jì)流速分析和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，吸入管內(nèi)最大流速一般不超過5米/秒，最常用的流速一般為3米/秒左右。從制造經(jīng)濟(jì)性考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵的體積，提高過流能力。從提高泵抗汽蝕性能考慮，應(yīng)取較大的進(jìn)口直徑，以減小流速。對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于250mm時(shí)，可取吸入口流速m/s；在吸入口徑大于250mm時(shí)，可取m/s。選定吸入流速后，按下式確定。計(jì)算公式按?泵的理論與設(shè)計(jì)?。(5-1)式中：——泵吸入口徑〔米〕Vs——泵吸入口流速〔米/秒〕取=m/s，=200m3/h，算得：=0.153由于153mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，只能取泵吸入口徑為現(xiàn)取=150算得：；(5-2)〔2〕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內(nèi)徑。對(duì)于低揚(yáng)程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對(duì)于高揚(yáng)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(5-3)本設(shè)計(jì)中150Y-75離心油泵為高揚(yáng)程泵，所以取排出口徑小于吸入口徑。取=125mm。〔3〕泵的比轉(zhuǎn)數(shù)(5-4)〔4〕安裝高度，柴油的密度，吸入液面壓力等于汽油飽和蒸汽壓。設(shè)吸入裝置水力損失，按倒吸裝置計(jì)算安裝高度的公式：(5-5)〔5〕水力效率(5-6)〔6〕容積效率(5-7)〔7〕機(jī)械效率(5-8)〔8〕泵的總效率(5-9)〔9〕軸功率kw(5-10)〔10〕泵的軸徑泵軸的直徑應(yīng)按其承受的外載荷〔拉、壓、彎、扭〕和剛度及臨界轉(zhuǎn)速確定，因?yàn)榕ぞ厥潜幂S最主要的載荷，所以在開始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩確定泵軸的最小直徑，〔通常是聯(lián)軸器外的軸徑〕。同時(shí)應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)泵的具體情況，考慮影響剛度和臨界轉(zhuǎn)速的大概因素，可對(duì)粗算的軸徑作適當(dāng)?shù)男薷?，并圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑。待泵轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)完成后，再對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校核。按扭矩計(jì)算泵軸直徑的公式為〔m〕(5-11)式中—扭矩〔〕(5-12)—計(jì)算功率，=1.2N=KW—材料的許用應(yīng)力〔pa〕，該泵軸材料為3Cr13,查得=。MPa33值的大小，決定軸的粗細(xì)，軸細(xì)可以節(jié)省材料，提高葉輪水力和汽蝕性能，軸粗增強(qiáng)泵的剛度，提高運(yùn)行可靠性。確定出泵軸的最小直徑后，參考類似結(jié)構(gòu)泵的泵軸，畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖。根據(jù)軸各段的結(jié)構(gòu)和工藝要求，確定裝葉輪處的軸徑和輪轂直徑。葉輪輪轂直徑必須保證軸孔在開鍵槽之后有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強(qiáng)度，通常。在滿足其輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，盡量減小，那么有利于改善流動(dòng)條件。在畫泵軸結(jié)構(gòu)草圖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：各段軸徑應(yīng)盡量取用標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋；軸上的螺紋一般采用標(biāo)準(zhǔn)牙螺紋，其內(nèi)徑應(yīng)大于螺紋前軸段的直徑；軸定位凸肩一般為1~2mm。實(shí)際軸的最小直徑為，最大直徑為。滿足許用應(yīng)力要求?！?1〕泵的揚(yáng)程的計(jì)算由?泵和電動(dòng)機(jī)的選用?查得，150Y-75離心油泵的葉輪外徑=260mm，與泵的實(shí)際葉輪外徑相符。葉輪圓周速度:〔m/s〕〔5-13〕揚(yáng)程:〔m〕〔5-14〕5．2葉輪直徑確實(shí)定5．2．1確定葉輪直徑的方法可以用下面三種方法去頂葉輪的主要尺寸：〔1〕相似換算法這種方法很簡(jiǎn)單，也很可靠，其作法是選一臺(tái)與要設(shè)計(jì)泵相似的泵對(duì)過流局部的全部尺寸進(jìn)行放大或縮小。〔2〕速度系數(shù)法速度系數(shù)法實(shí)際上也是一種相似設(shè)計(jì)法。它和模型換算法在實(shí)質(zhì)上是相同的，其差異在于模型換算是建立在一臺(tái)相似泵根底上的設(shè)計(jì)，而速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵根底上的設(shè)計(jì)。也就是說，速度系數(shù)法是按相似的原理，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過流部件的各局部尺寸?！?〕葉輪外徑或葉片出口角的理論計(jì)算葉輪外徑和角的精確計(jì)算方法5．2．2計(jì)算葉輪主要尺寸〔1〕用速度系數(shù)法計(jì)算葉輪主要尺寸的公式，(5-15)式中—泵的流量〔〕，對(duì)雙吸泵?。弧棉D(zhuǎn)速〔r/min〕；—系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選?。褐饕紤]效率～兼顧效率和汽蝕～主要考慮汽蝕～，所以〔m〕(5-16)葉輪進(jìn)口直徑〔m〕(5-17)測(cè)得實(shí)際葉輪進(jìn)口直徑=0.150〔m〕，〔小的取大值〕(5-18)，〔小的取大值〕(5-19)，所以取大值(5-20)〔m〕(5-21)測(cè)得實(shí)際葉輪外徑=0.261〔m〕(5-22)〔m〕(5-23)測(cè)得實(shí)際葉輪出口寬度=22〔mm〕〔2〕葉片數(shù)的計(jì)算和選擇葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減少葉片的排擠和外表的摩擦，另一方面又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。對(duì)于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心式葉輪(5-24)通常采用的葉片數(shù)為Z=5～7，葉片數(shù)少時(shí)，包角應(yīng)適當(dāng)加大，但包角最大不要超過180。本設(shè)計(jì)中，實(shí)際葉片數(shù)Z=6，葉片出口包角=30。5．3壓水室的水力計(jì)算吸水室位于葉輪之前，壓水室位于葉輪之后，它們和葉輪一起構(gòu)成泵的過流部件。因?yàn)槲液蛪核沂枪潭ǖ倪^流部件，研究其中的流動(dòng)時(shí)，一般不引入相對(duì)速度。絕對(duì)速度的大小和過水?dāng)嗝娣e有關(guān)，方向與其幾何形狀有關(guān)。絕對(duì)速度可分解成兩個(gè)分量：圓周分量和軸面分量，即。通常所說的壓水室是指螺旋形壓水室、環(huán)行壓水室和導(dǎo)葉等的總稱。流出葉輪的液體，其絕對(duì)速度值很大，且具有很大的旋轉(zhuǎn)分量。但液體通過壓水室以后，絕對(duì)速度變小，旋轉(zhuǎn)分量等于零或是很小的值，因而壓水室是轉(zhuǎn)換能量的過流部件。壓水室具有以下三種根本形式〔圖5-1〕。通常，主要采用a、b兩種形式，從水力方面看，螺旋形壓水室中流動(dòng)比擬理想，適應(yīng)性強(qiáng)，高效率范圍寬。但流道不能機(jī)械加工，尺寸形狀、外表光潔度直接靠鑄造來保證。葉片式壓水室一般可以單獨(dú)制造，并可以進(jìn)行機(jī)械加工，但水力方面不如螺旋形壓水室理想。渦室主要用于單級(jí)泵和中開式多級(jí)泵，葉片式壓水室主要用于多級(jí)泵，而帶導(dǎo)葉的環(huán)行壓水室，因能消除徑向力，主要用于大型單級(jí)泵。本設(shè)計(jì)中，泵采用的是螺旋形壓水室。123圖5-1壓水室的根本形式1〕螺旋形壓水室2〕導(dǎo)葉3〕帶導(dǎo)葉的環(huán)形壓水室設(shè)計(jì)計(jì)算按下述步驟進(jìn)行：渦形體的各斷面面積〔圖5-2〕圖5-2渦形體斷面圖渦形體各斷面積內(nèi)的平均速度相等且為(5-25)式中：-速度系數(shù)，查?泵的理論與設(shè)計(jì)?圖9-10。當(dāng)時(shí)，=0.4；H-泵的揚(yáng)程，H=80m。代入上式m/s渦形體隔舌安放角，共分8個(gè)斷面，通過最大斷面8的流量為m3/s(5-26)第8斷面的面積為m2(5-27)其它各斷面面積按下式計(jì)算：(5-24)式中—斷面包角〔〕。2.舌角的計(jì)算舌角應(yīng)與葉輪出口絕對(duì)速度的液流角一致，即(5-24)式中—中間流線出口處有限葉片數(shù)時(shí)液流的圓周分速度。—查?泵的理論與設(shè)計(jì)?圖8-15，圖表得：所以(m/s)〔m/s〕(5-24)代入上式(5-24)一般，實(shí)際尺寸=404.基圓直徑基圓直徑為(5-24)實(shí)際尺寸=270mm。第六章強(qiáng)度計(jì)算與校核6．1軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核6．1．1計(jì)算作用在泵軸上的載荷泵軸上可能作用的載荷有以下幾種：〔1〕對(duì)臥式泵轉(zhuǎn)子重量是徑向力；〔2〕由于葉輪外周壓力分布不均引起的水力徑向力、由皮帶垃力和齒輪嚙合等傳動(dòng)裝置引起的徑向力；〔3〕由葉輪聯(lián)軸器等傳動(dòng)部件剩余不平衡重量引起的離心力〔力的方向是變化的〕，其值可用下式計(jì)算(6-1)N式中—最大半徑處的剩余不平衡重量〔kg〕；R—葉輪、聯(lián)軸器等的最大半徑〔mm〕。泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上作用著軸向力，該力將拉動(dòng)轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)。因此，必須設(shè)法消除或平衡此軸向力，方能使泵正常工作。泵轉(zhuǎn)子上作用的軸向力，由以下各分力組成：〔1〕葉輪前、后蓋板不對(duì)稱產(chǎn)生的軸向力，此力指向葉輪吸入口方向，用表示；〔2〕動(dòng)反力，此力指向葉輪后面，用表示；〔3〕軸臺(tái)、軸端等結(jié)構(gòu)因素引起的軸向力，其方向視具體情況而定，用表示；〔4〕轉(zhuǎn)子重量引起的軸向力，與轉(zhuǎn)子的布置方式有關(guān)，用表示；〔5〕影響軸向力的其它因素。這里我們只考慮蓋板力和動(dòng)反力合成的軸向力。=1\*GB3①蓋板力的計(jì)算由圖6-1可知，葉輪前后蓋板不對(duì)稱，前蓋板在吸入眼局部沒有蓋板。另一方面，葉輪前后蓋板像輪盤一樣帶動(dòng)前后腔內(nèi)的液體旋轉(zhuǎn)，蓋板側(cè)腔內(nèi)的液體壓力按拋物線規(guī)律分布。作用在后蓋板上的壓力，除口環(huán)以上局部與前蓋板對(duì)稱作用的壓力相抵消外，口環(huán)下部減去吸入壓力所余壓力，產(chǎn)生的軸向力，方向指向葉輪入口。此力即是。圖6-1軸向力計(jì)算原理圖=圓柱體重量+拋物體重量(6-2)式中——單級(jí)葉輪的勢(shì)揚(yáng)程；——葉輪旋轉(zhuǎn)角速度。=2\*GB3②動(dòng)反力的計(jì)算液體通常沿軸向進(jìn)入葉輪，沿徑向或斜向流出。液流通過葉輪其方向之所以變化，是因?yàn)橐后w受到葉輪作用力的結(jié)果。反之，液體給葉輪一個(gè)大小相等方向相反的反作用力，該力即動(dòng)反力，指向葉輪后面，由動(dòng)量定理〔N〕(6-3)式中——液體密度〔〕；——泵理論流量〔〕；、——葉片進(jìn)口稍前、出口稍后的軸面速度〔m/s〕；——葉輪出口軸面速度與軸線方向的夾角。〔N·m〕(6-4)因?yàn)楸玫妮S功率、徑向力等都和泵的工況有關(guān)，所以泵軸在必要時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)工況和非設(shè)計(jì)工況〔如零流量〕分別進(jìn)行計(jì)算。通?？砂丛O(shè)計(jì)工況進(jìn)行。6．1．2計(jì)算軸上的扭矩、軸向力和彎矩從聯(lián)軸器端起，遇到葉輪后逐級(jí)遞減，是階梯式的。葉輪處的扭矩〔N·m〕(6-5)從第一級(jí)起逐級(jí)增加，末級(jí)葉輪和平衡盤〔推力軸承〕間的軸向力最大。對(duì)稱布置葉輪間的軸上也作用有軸向力，具體情況應(yīng)按結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。葉輪旋轉(zhuǎn)角速度:〔rad/s〕(6-6)單級(jí)葉輪的勢(shì)揚(yáng)程：(6-7)〔m〕〔m/s〕(6-8)〔m〕(6-9)計(jì)算葉輪軸向力：測(cè)得葉輪有關(guān)尺寸m，葉輪密封環(huán)半徑m，葉輪輪轂半徑m(6-10)〔N〕因?yàn)椋?6-11)作用在葉輪上總的軸向力為〔N〕(6-12)本設(shè)計(jì)在葉輪上開設(shè)平衡孔，使葉輪兩側(cè)的壓力幾乎相等，平衡軸向力。按兩種情況計(jì)算：〔1〕由轉(zhuǎn)子重量〔水力徑向力，傳動(dòng)裝置力〕等引起的固定方向的支反力和彎矩，可按水平方向和垂直方向進(jìn)行合成(6-13)〔2〕由不平衡離心力引起的變化方向的支反力和彎矩、?？偟闹Х戳蛷澗兀?6-14)通常的泵軸，，。那么，(6-15)在計(jì)算時(shí)可把加在相應(yīng)處轉(zhuǎn)子重量?jī)?nèi)直接確定和。解析法求支反力和彎矩〔圖6-2〕：轉(zhuǎn)子重量和相應(yīng)的不平衡離心力加在一起〔不考慮水力徑向力〕，分成幾個(gè)集中載荷作用于軸上。葉輪的集中載荷用P1表示AB=22BC=2AC=48圖6-2支反力和彎矩示意圖葉輪的質(zhì)量為9.〔N〕(6-16)對(duì)于A點(diǎn)：(6-17)帶入數(shù)據(jù)，解得：(N)對(duì)于B點(diǎn)：(6-18)帶入數(shù)據(jù)，解得：(N)所以，由彎矩圖求得支反力=N，=N(6-19)葉輪C點(diǎn)處的彎矩為〔N·m〕(6-20)中間軸承支承處的彎矩為〔N·m〕〔6-21)6．1．3軸的強(qiáng)度校核〔1〕確定危險(xiǎn)斷面、計(jì)算應(yīng)力危險(xiǎn)斷面是指折算應(yīng)力最大的斷面，對(duì)于受力較復(fù)雜的泵軸可同是選二、三個(gè)斷面進(jìn)行計(jì)算，從中找出危險(xiǎn)斷面。彎曲應(yīng)力〔Pa〕(6-22)拉〔壓〕應(yīng)力〔Pa〕(6-23)切應(yīng)力〔Pa〕(6-24)式中：、、—計(jì)算斷面的彎矩〔〕、軸向力〔N〕和扭矩〔〕；、、—計(jì)算斷面的彎曲斷面系數(shù)〔〕、斷面積〔〕和扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)〔〕。、、的計(jì)算公式按?泵的理論與設(shè)計(jì)?表13-1公式計(jì)算。按第四強(qiáng)度理論，折算應(yīng)力為〔Pa〕(6-25)按屈服極限取平安系數(shù)(6-26)材料許用平安系數(shù)查?泵的理論與設(shè)計(jì)?列于表6-1軸材料零件與軸的配合軸上有光軸過盈配合間隙配合鍵槽碳鋼1．287811851．512111216106合金鋼1．5131213161071．8191617201482．124212228169表6-1軸材料的許用平安系數(shù)[n]值當(dāng)算得的平安系數(shù)等于或大于表中給出的時(shí)，軸既滿足了強(qiáng)度要求，又滿足了疲勞強(qiáng)度要求，故可不再進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。否那么，應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算，如能滿足疲勞強(qiáng)度要求，也認(rèn)為軸是平安的?！?〕計(jì)算軸上的載荷選葉輪處載面，分別計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力葉輪處斷面，N，m，m，m(6-27)m3(6-28)(6-29)m2(6-30)kPa(6-31)kPa(6-32)kPa(6-33)kPa(6-34)軸材料為3Cr13號(hào)鋼，材料的屈服極限查?泵的理論與設(shè)計(jì)?，MPa，由，查表6-3，。(6-35)因，所以軸既滿足了強(qiáng)度要求，又滿足了疲勞強(qiáng)度要求，故可不再進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。6．2葉輪的強(qiáng)度計(jì)算與校核6．2．1蓋板強(qiáng)度計(jì)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。在和處的應(yīng)力近似用下式計(jì)算〔Pa〕(6-36)式中——材料的密度〔〕；——許用應(yīng)力，對(duì)鋼，對(duì)鑄鐵；、——材料的屈服極限、拉伸強(qiáng)度〔Pa〕。本設(shè)計(jì)中，葉輪蓋板材料為鑄鋼，由?工程材料?常用金屬材料密度表，查得鑄鋼。由?機(jī)械設(shè)計(jì)根底?查得，ZG1Cr13的強(qiáng)度極限MPakPa(6-37)(130755～98066)kPa(6-38)，所以滿足強(qiáng)度要求。6．2．2葉片厚度計(jì)算根據(jù)葉片工作面和反面的壓力差，可近似得出下面計(jì)算葉片厚度的公式〔mm〕(6-39)式中——單級(jí)揚(yáng)程〔m〕；——葉片數(shù)；——葉片外徑〔m〕；——系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)和材料有關(guān)根據(jù)?泵的理論與設(shè)計(jì)?〔見表7-4〕，查得=3.5?！瞞m〕(6-40)實(shí)際葉片厚度mm。ns材料4060708090130190280鑄鐵、銅3.23.13.84.04.56710鋼33.23.33.43.5566表6-2常用材料的A值6．3鍵的強(qiáng)度計(jì)算與校核6．3．1工作面的擠壓應(yīng)力因?yàn)椋詳D壓應(yīng)力為〔Pa〕(6-43)式中——鍵所傳遞的扭矩〔〕，；——鍵高〔m〕，m，m;——軸徑〔m〕，m，m;——鍵長(zhǎng)〔m〕，m，m；——鍵寬〔m〕，m，m;許用擠壓應(yīng)力,鍵的材料為45號(hào)鋼對(duì)45號(hào)鋼kPakPa以設(shè)計(jì)中最短的鍵校核kPa(6-44)，所以滿足強(qiáng)度要求。另一鍵，鍵長(zhǎng)大于，所以偏小，顯然滿足強(qiáng)度要求。6．3．2a-a斷面的剪切應(yīng)力〔Pa〕(6-45)同樣以最短的鍵校核kPa(6-46)，所以滿足強(qiáng)度要求，同理也滿足強(qiáng)度要求。6．4泵體的強(qiáng)度計(jì)算與校核殼體臂厚：(6-47)(6-48)實(shí)際取臂厚S=8mm式中：H—泵揚(yáng)程〔m〕；Q—泵流量〔〕；—許用應(yīng)力〔pa〕,鑄鋼=〔19613~24517〕kpa；—當(dāng)量臂厚。強(qiáng)度校核：(6-49)(6-50)(6-51)軸面應(yīng)力：(6-52)(6-53)(6-54)圓周應(yīng)力：(6-55)(6-56)徑向應(yīng)力：對(duì)于塑性材料，折算應(yīng)力和平安系數(shù)為(6-57)(滿足強(qiáng)度要求)渦殼最大尺寸軸面內(nèi)的軸向變形為(6-58)式中：—；E—彈性模量，鑄鋼為；P—?dú)んw內(nèi)的最大工作壓力；—平安系數(shù)，塑性材料。第七章泵的故障分析7．1泵零部件的損壞分析〔1〕葉輪損壞分析離心泵葉輪的損壞，有如下幾種形式：1、葉輪盤面有較多的砂眼或穿孔，這大多是因介質(zhì)腐蝕或汽蝕所致。尤其是汽蝕，葉輪外表會(huì)因汽蝕時(shí)產(chǎn)生的汽泡凝結(jié)成的液體質(zhì)點(diǎn)的連續(xù)不斷的高頻率的打擊，破壞成蜂窩狀或海綿狀。這時(shí)，葉輪一般不能正常工作致使泵的揚(yáng)程、流量大大降低。2、葉輪入口處產(chǎn)生嚴(yán)重磨損或者偏磨。這一般是因安裝檢修不當(dāng)所致，未按標(biāo)準(zhǔn)控制好裝配間隙，嚴(yán)重的磨損或偏磨會(huì)使泵的功耗增加，最終導(dǎo)致泵不能正常工作。3、葉輪外表出現(xiàn)裂紋。這可能是由于制造的缺陷或安裝檢修時(shí)不慎所致。葉輪裂紋的出現(xiàn)，會(huì)使葉輪的機(jī)械強(qiáng)度下降，裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展最終會(huì)導(dǎo)致葉輪的斷裂破壞。4、葉輪壁變薄。這大多是因流體的沖刷所致。尤其是高壓泵，高壓液流對(duì)葉輪壁的沖刷最為突出。葉輪壁變薄會(huì)影響葉輪的機(jī)械強(qiáng)度，最終縮短葉輪的壽命?！?〕泵殼損壞分析泵殼是離心泵中較大的部件，一方面要承受高壓液體的作用力，另一方面，對(duì)輸送有有腐蝕性的液體的泵，又要承受介質(zhì)的腐蝕，對(duì)輸送高溫液體的泵，還要承受由高溫引起的熱應(yīng)力，所以，泵殼的工作條件大多是惡劣的。雖然在離心泵的設(shè)計(jì)中已考慮泵殼工作的這些因素，使泵殼有了一定的機(jī)械強(qiáng)度的剛度，但在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)中，仍免不了有損壞現(xiàn)象。泵殼的損壞一般以泵殼出現(xiàn)裂紋居多。這大多是因機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力的作用所致，尤其是材料為鑄鐵的泵殼，更因其是脆性材料而更容易產(chǎn)生裂紋。泵殼一旦有了裂紋，如果又還繼續(xù)受到外力的破壞作用，裂紋就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展成蜂窩狀孔洞，同樣影響泵殼的強(qiáng)度和泵的效率，導(dǎo)致泵工作不正常?！?〕泵軸損壞分析泵軸的損壞一般有：軸彎曲、磨損、裂紋、螺紋損壞、鍵槽變寬等形式，而以軸的彎曲和磨損最為常見。1、磨損泵軸容易發(fā)生磨損的部位，一是泵軸與填料接觸的地方，由于密封的需要，泵軸與填料必需有較為緊密的接觸，否那么，密封性能就不好。而泵軸與填料的緊密的接觸，就使得泵軸與填料間磨擦加劇，最終導(dǎo)致泵軸發(fā)生磨損。尤其是在填料壓得過緊以及填料密封的潤(rùn)滑不良的情況下，會(huì)因磨擦力的增加和磨擦產(chǎn)生的熱量來不及帶走，更加速泵軸的磨損。二是軸頸，對(duì)于滾動(dòng)軸承是由于軸承屢次拆卸和裝配，使其與軸產(chǎn)生磨損；對(duì)于滑動(dòng)軸承那么是由于不潔的潤(rùn)滑油致使軸頸部位磨出溝痕。2、彎曲泵軸產(chǎn)生彎曲的原因很多，操作上的、制造上的、設(shè)計(jì)上的和安裝上的許多不正確的因素都可以致使泵軸產(chǎn)生彎曲或?qū)Ρ幂S的彎曲有一定的影響。例如操作上：泵軸接近臨界轉(zhuǎn)速工作，輸送熱油的泵在開泵前未預(yù)熱，對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間停用的泵未安操作規(guī)程作經(jīng)常性的盤車等可致使泵軸產(chǎn)生彎曲。制造上，泵軸的材料選擇不當(dāng)，熱處理不當(dāng)。設(shè)計(jì)上，泵軸應(yīng)力集中的地方未采取有效的措施防止等也可使泵軸產(chǎn)生彎曲。還有安裝上的不文明施工，強(qiáng)拆、強(qiáng)扭和不正確的吊裝方法等?？傊贡幂S產(chǎn)生彎曲的原因很多。彎曲是泵軸最普遍的一種損壞，泵軸一旦產(chǎn)生彎曲，運(yùn)轉(zhuǎn)起來，泵就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)就會(huì)加速軸承等泵零件的損壞，最終導(dǎo)致泵的損壞或降低泵的使用壽命。7．2泵機(jī)械密封泄漏、損壞故障類型及原因分析7．2．1機(jī)械密封的損壞形式泵機(jī)械密封常遇到損壞形式可分為:腐蝕損壞、熱磨損壞、機(jī)械損壞、液固顆粒串入4種根本類型。1．1腐蝕損壞機(jī)械密封環(huán)所用材料，如不銹鋼、鋁、鉻合金等，其外表金屬環(huán)接觸腐蝕性介質(zhì)，而金屬自身又不耐腐蝕，就會(huì)產(chǎn)生外表腐蝕。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，缺氧條件下新氧化膜很難生成，使電偶腐蝕加劇，造成外表均勻腐蝕，并破壞了動(dòng)靜密封面。其現(xiàn)象是逐漸出現(xiàn)泄漏，并發(fā)出摩擦聲響。1．2熱損壞大多數(shù)泵機(jī)械密封都是考慮在液態(tài)環(huán)境中工作，因此開車前密封面就必須浸在液體之中。如果操作人員失誤、突然停電或設(shè)備啟動(dòng)時(shí)密封壓力缺乏，未到達(dá)滿充液面，端面在干摩擦或冷卻不良時(shí)，由于溫度升高產(chǎn)生氣體，斷面變粗糙，使機(jī)械密封部件老化，甚至破裂，造成密封面泄漏和大量泄漏現(xiàn)象。1．3機(jī)械損壞泵機(jī)械密封選用堆焊硬質(zhì)合金、鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環(huán)時(shí)，容易出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力破裂，主要因?yàn)椴牧显诩庸ぶ圃爝^程中，有本體應(yīng)力的存在。如焊加工時(shí)，有剩余應(yīng)力，在工作環(huán)境中，假設(shè)存在旋轉(zhuǎn)離心力、摩擦熱應(yīng)力或運(yùn)行過程中突然停電時(shí)，系統(tǒng)工藝配合不好，應(yīng)力破壞就很難防止。溫度越高，應(yīng)力機(jī)械破裂加快，造成密封環(huán)端面劇烈摩擦，直至密封環(huán)破裂。密封環(huán)裂紋一般是徑向發(fā)散型的，可能是一條或多條。是這些裂縫溝通了整個(gè)密封面，使泄漏面增大。1．4液固顆粒串入損壞由于工藝過程中液固顆粒介質(zhì)的存在，這些介質(zhì)易進(jìn)入機(jī)械密封，一般會(huì)構(gòu)成5種危害：①密封端面的加劇磨損：密封面之間因顆粒泄漏進(jìn)入端面，起著磨料作用，加速了密封面的磨損。②介質(zhì)側(cè)顆粒堵塞：由于顆粒的堆積、架橋，阻礙了彈簧、銷和輔助密封圈的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致補(bǔ)償環(huán)的追隨性和浮動(dòng)性下降。③大氣側(cè)顆粒堵塞：由