1、 Centrifugal pump working principle ; Hydraulic design; Component design of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing目 录目录中字体格式字号不对摘要IAbtractII第1章 绪论11.1 选此课题的意义11.2 本课题的研究现状11.3 本课题研究的主要内容1第2章 泵的基本知识32.1 泵的功能32.2 泵的概述32.2.1 离心泵的主要部件32.2.2 离心泵的工作原理
2、42.3 泵的分类4第3章 离心泵的水力设计53.1 泵的基本设计参数53.2 泵的比转速计算53.3 泵进口及出口直径的计算53.4 计算空化比转速63.5 泵的效率计算63.5.1 水力效率63.5.2 容积效率63.5.3 机械效率63.5.4 离心泵的总效率63.6 轴功率的计算和原动机的选择73.6.1 计算轴功率73.6.2 确定泵的计算功率73.6.3 原动机的选择73.7 轴径与轮毂直径的初步计算83.7.1 轴的最小直径83.7.2 轮毂直径的计算93.8 泵的结构型式的选择9第4章 叶轮的水力设计104.1 确定叶轮进口速度104.2 计算叶轮进口直径104.2.1 先求叶
3、轮进口的有效直径D0104.2.2 叶轮进口直径114.3 确定叶轮出口直径114.4 确定叶片厚度114.5 叶片出口角的确定124.6 叶片数Z的选择与叶片包角124.7 叶轮出口宽度124.8 叶轮出口直径及叶片出口安放角的精确计算134.9 叶轮轴面投影图的绘制134.10 叶片绘型14第5章 压水室的水力设计175.1 压水室的作用175.2 蜗型体的计算175.2.1 基圆直径的确定175.2.2 蜗型体进口宽度计算185.2.3 舌角185.2.4 隔舌起始角185.2.5 蜗形体各断面面积的计算185.2.6 扩散管的计算195.2.7 蜗形体的绘型19第6章 吸水室的设计21
4、6.1 吸水室尺寸确定21第7章 径向力轴向力及其平衡227.1 径向力及平衡227.1.1 径向力的产生227.1.2 径向力的计算227.1.3 径向力的平衡227.2 轴向力及平衡237.2.1 轴向力的产生237.2.2 轴向力计算237.2.3 轴向力的平衡24第8章 泵零件选择及强度计算258.1 叶轮盖板的强度计算258.2 叶轮轮毂的强度计算258.3 叶轮配合的选择268.4 轮毂热装温度计算278.5 轴的强度校核278.6 键的强度计算298.6.1 工作面上的挤压应力298.6.2 切应力308.7 轴承和联轴器的选择30第9章 泵体的厚度计算339.1 蜗壳厚度的计算
5、339.2 中段壁厚的计算33第10章 泵的轴封3410.1 常用的轴封种类及设计要求3410.2 填料密封的工作原理3410.3 传统填料密封结构及其缺陷3510.3.1 传统填料密封结构3510.3.2 传统填料密封的不足3510.4 填料密封的结构改造35结论37参考文献38致谢40第一章 绪论此处格式应为“第一章”以下同 水泵作为一种通用机械，在社会各行各业中发挥着重要作用。它是除电动 机以外使用范围最广泛的机械，几乎没有一个国民经济部门不使用水泵。泵对 发展生产、保证人民的正常生活和保障人民的生命财产安全具有至关重要的作 用。在农业方面，水泵及排灌站在抵御洪涝、干旱灾害，改善农业生产
6、条件等 方面更是功不可没。 关于选择单级单吸离心泵的设计，一方面，因为泵与我们的日常成活、与 整个社会联系都非常的紧密，其次，泵的结构对于我们来说也不太陌生，难度 适中，最后选择这样的课题进行设计也能够充分的检验我们对所学知识的理解 程度，培养我们查找工具书的能力以及自己处理问题的能力. 通过试验手段开展对泵性能的研究，或对已有的产品确定其实际的工作性能就显得极为重要。根据试验条件和目的的不同，性能试验可分为试验台试验和现场式试验两种。试验台试验是指，将泵安装在制造厂或使用单位的泵性能试验装置上而进行的试验。其主要目的是：确定泵的工作性能曲线，确定它的工作范围，可以更好的向用户提供经济、合理地
7、使用和选择的可靠数据；通过实验得到的性能曲线来校核设计参数，检验是否达到了设计所要求的技术指标，以便修改设计或改进制造质量。现场试验是指，泵安装到使用单位后，在实际的使用条件下进行的试验，其主要目的是为泵的安全、经济运行提供可靠的依据。例如，通过试验了解整个泵装置及管路系统的实际性能，据此来考察其选型是否合理，并以此为依据，制定经济运行方案，使其在负荷变动时也能随之按最经济合理的方式进行。在泵改造前进行试验，以便鉴定改进效果。通过试验测得的效率下降和出力变化的情况，来估计泵在长期运行中因汽化、磨损和内部不正常的泄露等因素所造成的内部损坏程度，以便及时检测并合理确定检修期限。泵是将原动机的机械能
8、或其它能源的能量传递给输送的液体，使液体的能 量增加 的机械。泵类产品是广泛应用在国防、电力、石油、化工、建筑等工 程领域的一种非要的通用机械产品。离心泵是工业泵产品中数量最多、用途最广泛的一种产品,其他产品多是在离心泵技术的基础上进行设计的, 所以,泵的运用在国民经济的各个部门都很普遍, 它的技术性能对各相关行业影响巨大。但由于泵内部流动非常复杂,造成泵的水力设计还停留在半理论、半经验和试验验证的基础上进行设计.通过分析传统填料密封结构、工作原理及其缺陷后，要改善和提高填料密封的密封效果，可采取的措施是：（1）尽量使径向压紧力均匀且与泄露压力规律一致，使轴套承压面受压均匀，从而使轴套磨损小而
9、且均匀。（2）使填料密封结构中的填料具有补偿能力、足够的润滑性和弹性。（3）密封的填料沿轴向抱紧力应均匀分布。鉴于以上分析，采用的填料密封结构应该是一种能够自动根据被密封介质压力的变化而变化密封力的填料密封结构。第二章 离心泵的设计参数以及设计要求2.1 离心泵的设计参数设计一适用于工业和城市给排水，高层建筑增压送水，园林灌溉，消防增 压及设备配 套，船舶用泵。结合目前离心泵的型谱，确定如下参数作为本次离 心泵设计的参数。 1）扬程H=36m2）流量Q=78m3/h3）工作介质为清水4）必要空化余量NPSHr=4m5）工作介质密度为=1000kg/m32.2 名词解释离心泵：通过利用离心力输水
10、的水泵。单级单吸：单级是指一个叶轮，单吸是指只有一个进水口。在离心泵系列中还有双级双吸、双级单吸、单级双吸离心泵，至于叶轮和进水口的数量主要是通过考虑到离心泵的功率和性能参数来确定的，其中单级单吸离心泵是功率和性能最简单的一种。2.3 离心泵的工作原理 离心其实是物体惯性的表现比如雨伞上的水滴当雨伞缓慢转动时水滴会跟随雨伞转动这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。 但是如果雨伞转动加快这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动那么水滴将脱离雨伞向外缘运动就象用一根绳子拉着石块做圆周运动如果速度太快绳子将会断开石块将会飞出这个就是所谓的离心。 离心泵就是根据这个原理设计的高速旋转的叶轮叶片带
11、动水转动将水甩出从而达到输送的目的。 离心泵有好多种从使用上可以分为民用与工业用泵从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。 单级单吸离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的进水口前、导叶和空间导叶三面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室（蜗壳式）种形式；叶轮是泵的最重要的工作. 单级单吸离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于
12、液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。2.4单级单吸离心泵的主要部件 单级单吸离心泵的基本构造是由七部分组成的，分别是：叶轮，泵体（即
13、泵体和泵盖），泵轴，轴承，悬架，机械密封，填料函。两个主要部分构成：一是包括叶轮和泵轴的旋转部件；二是由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。1）叶轮叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能（主要增加静压能）。叶轮按液体流出的方向分为三类：（1）径流式叶轮（离心式叶轮）液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮。（2）斜流式叶轮（混流式叶轮）液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮。（3）轴流式叶轮液体流动的方向与轴线平行的。叶轮按吸入的方式分
14、为二类：（1）单吸叶轮（即叶轮从一侧吸入液体）。（2）双吸叶轮（即叶轮从两侧吸入液体）。叶轮按盖板形式分为三类：（1）封闭式叶轮。（2）敞开式叶轮。（3）半开式叶轮。其中封闭式叶轮应用很广泛，前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。2）泵壳（泵体、泵盖） 泵体作用是将叶轮封闭在一定空间内，以便由叶轮作用吸入和排除流体。泵壳多做成蜗壳形状，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速旋转的液体流速渐下降，是部分动能有效的转换成静压能。泵壳不仅汇集了叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。3）泵轴泵轴的作用是支持和固定叶轮等回转体，带动叶轮在正确的工作位置 做高速旋转并传递驱动功率的
15、元件，所以它是传递机械能的主要元件。离心泵泵轴工作时要以一定的转速作旋转运动，承受较大的弯矩和转矩。轴要有足够的强度、硬度和几何精度，将对密封性能的不良影响降低到最低程度，最大限度的减少摩擦损伤和危险性。4）轴承离心泵轴承按摩擦性质不同，轴承分为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴 承在离心泵中起着很重要的作用，它主要用于支承转子。5）密封装置：为了保泵的正常工作，应防止液体外露和内漏，或外界空气吸入泵内，因此必须在叶轮和泵壳间、轴与壳体间装有密封装置，最常见的密封装置由填料密 第三章 泵主要设计参数和结构方案确定3.1 设计参数输送介质：清水； 工作温度：80；介质密度：1000kg/m3；体积流量：
16、78m3/h；泵扬程：36m；泵效率：72%；泵必需汽蚀余量：3.0m。3.2 泵进出口直径3.2.1 泵吸入口径泵吸入口径由合理的进口流速确定。泵吸入口的流速一般设为/s左右。从制造方便考虑，大型泵流速取大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而要提高泵的抗汽蚀性能，应减少吸入流速3。综合考虑，取泵吸入口的平均流速vs=3m/s。 （31） 式中，Ds泵吸入口径mm; 泵吸入口流速，。按照标准管径mm。3.2.2 泵排出口径低扬程泵，取与吸入口径相同3。因，取70mm。3.3 泵转速确定泵转速时应考虑下面因素3： 泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此，应选择尽量高的转速； 转速和比转数有关
17、，而比转数和效率有关，所以转速应和比转数结合起来确定； 确定转速应考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机）和传动装置（变速传动等）； 提高泵的转速受到汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式 可知，转速和汽蚀基本参数和有确定的关系，如得不到满足，将产生汽蚀。对于一定的值，假设提高转速，则增加，当该值大于装置提供的装置汽蚀余量时，泵便发生汽蚀。 设计体积流量。 c=1032.67根据对，等参数的要求以及考虑结构，制造，动力等因素确定合适转速。按汽蚀要求确定比转速时： （32） 式中，C汽蚀比转数，C=80; 泵必需的汽蚀余量，m。N=29503415r/m。 故所选用原动机合理。 （3-3）3.4 泵
18、水力机构及方案水利管道上的主要用泵从用途上可分为给水泵和主输泵两种。主输泵是各泵站的输水用泵。在构造上，水利管道所用离心泵一般为单级双吸，两级双吸，多级单吸几种。单级泵用作给水泵或串联操作的主输泵。多级泵则用于主输泵的并联操作，根据需要的扬程选择多级泵的级数。因为要求较高的工作效率，主泵的比转数都比较高，因而水泵必需的最小汽蚀余量也大，这意味着，主泵的抗汽蚀性能较差，往往需要正压进泵。离心泵基本工作性能特点5： 转速高，通常为1500r/m3000r/m或更高，流量均匀； 流量随扬程而变化，流量范围大，通常10350 m3/h，最大流量可达10000 m3/h以上； 扬程随流量而变化，在一定流
19、量下只能供给一定扬程。单级扬程一般10m80m。多级泵扬程可达300m以上，工作压力一般10105Pa； 功率范围很大，一般在500kw以内，最大可达1000kw以上； 效率较高，一般0.500.90，在额定流量下效率最高，随着流量变化效率降 单级扬程一般为57m，最大可达8m以上。3.5 泵的效率3.5.1 泵总效率泵的总效率就等于其机械效率、容积效率和水力效率三者之乘积。因此，要想提高泵的效率就必须在设计、制造及运行等各个方面注意减少各种损失。目前，离心泵的总效率视其大小、型式和结构不同一般为0.550.90.在设计之前只能按统计资料（经验公式或曲线）或类似的实际产品大致确定欲设计泵的效率
20、，待设计完之后，可以近似估算所设计泵的效率，只有在泵制造完成之后，通过试验才能精确地确定其效率5。3.5.2 机械损失和机械效率原动机传到泵轴上的功率，首先要花费一部分去克服轴承和轴封的摩擦损失，然后还要花费一部分去克服叶轮前后盖板外侧与流体间的圆盘摩擦损失。在上述三种损失中，圆盘摩擦损失占的比重最大，而轴承和轴封的损失一般认为与泵的尺寸无关，只与零件表面加工质量、轴封结构等因素有关，约占轴功率的14。上述三种损失功率之和称为机械损失，其大小用机械效率来衡量。3.5.3 容积损失和容积效率输入水力功率用来对通过叶轮的流体做功，因而叶轮出口处流体的压力高于进口压力。由于泵中转动部件与静止部件之间
21、存在间隙，因而当叶轮旋转时，必然有一部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧。这样，通过叶轮的流量（理论流量）并没有完全输送到出口，其中泄露量这部分液体把从叶轮中获得的能量消耗与泄露的流动过程中，把由泄露造成的损失称为容积损失，其大小用容积效率来衡量。容积损失主要发生在密封环处、平衡轴向力装置处、密封装置处。对于多级泵来说还有级间泄露。需要说明的是，在泵的流量变小时，其泄露量的相对值要增大。所以对于小流量高压头的泵，应尽量减少泄露量，提高容积效率。容积损失和比转速有关，随着比转速的增大，容积损失逐渐减少。一般情况下，在所有比转速范围内，容积损失等于所有圆盘摩擦损失的一半。3.5.4 水力损失和水力效
22、率通过叶轮的有效流体（除掉泄露）从叶轮中接收的能量，也没有完全输送出去，因为流体在泵的过流部分的流动中伴有沿程摩擦损失和叶片进出口冲撞、脱流、漩涡等引起的局部损失，从而要消耗掉一部分能量。单位重量流体在泵过流部分流动中损失的能量称为流动损失，用h来表示，其大小用流动效率来衡量。本设计中，确定预设计的泵的为72%。第四章 离心泵泵轴及叶轮水力设计计算4.1 泵轴及其结构设计4.1.1 泵轴传递扭矩 （41） 式中：Me泵轴传递扭矩；4.1.2 泵轴材料选择根据泵轴工作特点和承受的应力，在材料选择上应考虑使用耐疲劳强度比较好的碳素钢，合金钢，这些材料的综合性能都比较好。1） 泵轴转速不高，输送介质的温度压力不高时，用碳素钢；2） 泵轴转速高，输送介质的温度压力高时，选用机械强度比较高的合金钢。本设计泵轴选用45钢材料，调质处理HB=245286，需用切应力为49MPa58.8 MPa。4.1.3 轴结构设计根据圆轴扭转时的强度条件： （42）式中：最大切应力，MPa；Wt抗扭截面系数， 许用应力，MPa；对于实心轴： （4
