IS10080125单级单吸清水泵设计删减版.docx
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IS10080125单级单吸清水泵设计删减版
OFSO"
•1965-
四川理工学院毕业设计
IS100-80-125单级单吸清水泵设计
学生:
学号:
0901*******
专业:
过程装备与控制工程
班级:
2009.1
指导教师:
王维慧
四川理工学院机械工程学院
—O—三年六月
U!
四川理工学院
毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目:
IS100-80-125单级单吸清水泵设计
院:
机械工程学院专业:
过程装备与控制工程班级:
2009级1班学号:
0901*******
学生:
指导教师:
王维慧
接受任务时间2013年3丿11日
系主任(签名)院长(签名)
1.毕业设计(论文)的主要内容及基本要求
1设计(论文)的要求
完成:
装配图1张,零件图2张(CAD绘制),设计说明书1份
2设计(论文)的原始数据
泵型号:
IS100-80-125流量:
60(m3/h)扬程:
24m转速:
2900ipm
汽蚀余量Ah=4.0m
2.指定查阅的主要参考文献及说明
1《机械设计手册》,机械工业出版社
2《机械制图》,清华大学出版社
3《过程流体机械》,化学工业出版社
3.进度安排
设计(论文)各阶段名称
起止日期
1
资料收集,阅读文献,完成开题报告
3月2日至3月25日
2
完成所有结构设计和设计计算工作
3月26日至4月21日
3
完成所有图纸绘制
4月22日至5月22日
4
完成设计说明书
5月23日至6月1日
5
完成图纸和说明书的修改,准备毕业答辩
6月2日至6月10日
IS系列清水泵属于单级单吸的轴向吸入性离心泵,其广泛运用于给水排水及农业工程、石油及化学工业、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等各个领域中。
本次设计根据给定的主要设计参数,完成了叶轮、泵壳的水力设计,以及泵的总体结构设计,并验算泵的抗汽蚀性能,对叶轮、泵体、泵轴、轴承、键、法兰盘和联结螺栓等泵的主要零部件进行强度校核,完成了泵的总装图及主要零件图的绘制。
关键词:
清水泵;水力设计;叶轮;强度校核
ABSTRACT
ISseiieswaterpumpbelongstotheaxialsingle-stagesinglesuctioncentrifugalpumpuilialation,iswidelyusedinwatersupplyanddramageandagiicultuialengineemig,petioleumandchemicalindustry,aerospaceandmaiineengineeimg,energyengmeeimgandvelucleengineenngandotherfields.
Thisdesignaccoidmgtothegivendesignpaiameteis,thehydraulicdesignofimpeller,pumpcasing,andtheoverallstmctuieofthepumpdesign,andthecavitationpeifomianceofcheckuigpump,themainpartsofpumpbody,mipellei;pumpshaftbearing,bond,flangeandboltandthepumpinletlinestiength.completethediawmgofpumpassemblydiagramandpartsdiagram.
Keyword:
waterpump;hydiaulicdesign;unpeller;strengthcheck
摘要I
ABSTRACTII
第1章前言
1.1选此课题的意义1
1.2本课题的研究现状1
1.3本课题研究的主要内容1
第2章泵的基本知识3
2.1泵的简介3
2.2泵的用途3
2.3泵的分类4
2.4IS系列清水泵简介4
2.5IS型单级单吸离心泵发展及工作原理5
第3章径向力和轴向力及其平衡计算6
3.1径向力及其平衡6
第4章清水泵的水力设计错误!
未定义书签。
4.1泵的水力设计方案错误!
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4.8压水室和吸水室的水力设计错误!
未定义书签。
4.8.2吸水室设计
4.8.1压水室设计错误!
未定义书签。
•错误!
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5.1叶轮强度计算•……
5.3.2键的挤压应力计算
第6章离心泵主要通用部件的选择6.1联轴器的选择
6.2轴承的选择和计算
6.2.1轴承的选择
6.2.2轴承的寿命计算
6.3轴时类及设计要求
6.3.1填料的选择
6.3.2填料函结构及尺寸的确定错误!
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6.3.3填料密封的安装技术要求错误!
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第7章离心泵装配及运转时的注意事项
•错误!
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7.1装配时的注意事项・
7.3.3轴承组件...
第8章结论
参考文献
致谢
•错误!
未定义书签。
・・・・・・・・・・•・・・・・1
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16
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收塔设计
◎1600迪吸收塔机蹴设计及三樂聲数化骥摸6400进做科离心机设计
板貳^京规设计庾三览聲数化慈模 超声汲採伤在设剖5接缺陷中的检测与弁祈固过吉扳曲热器常奴i殳计及豈弟化建禅搅拌器•曲漳数的卖验测定与分祈 进如斗轉设it与分析 某工艺潼程一段冷碍聂计 盐水加热器设计与分祈 制冷循邛系统高圧民热交换器设计 100ND泥浆泉毕业设计 i10沉析橹的设计 15川脱煉話设计 250S65双吸离心泵设计 HY帥0—N韶心机结构设计 IL1000-N钱蓝离心机设计 ILSW-N裾蓝离•卜机设计 1S100-80-125单级单吸淸水泵设计18150-125^00单级单吸清水泵设计 M634K推益离-帧閒十 SS600-N三足式葯冷J1毕业设计 SS800-N三足式裔心机设计 VBW^斗反应莹设计 內1Annurv SS600-N三足式离心机毕业设计 SS800-N三足式冉心机设计 VI32"浆斛竝址+ ①1600SQ塡灿吸收塔设计01000启槻包扎式尿素合成塔设计C1600SQO及收塔 貝肖自卅污特性的酸JH捕风机轴封改逬尿亲合成塔毕业设计竣B抽冈机链对性龍研咒廷汽冷炭凝冷却器设计 lOn^mmL型仝气圧纟lSn^mmL型空气压纟20nMninL型仝迁圧绍枕结25OS39双吧曲丟如+3m'mmVJnPmtnV 1L12 IS80①1000绕带式尿素合成塔设计 4200宦板包扎式尿素台成塔设计 3600绕带武尿素合成塔设计 C1800层板色扎式尿卑合或姑设计 61800整体锻焊式氨合成塔设计 0600热套式$合加设计 CSOO层板包扎式m台成塔设计 6800热套式尿奉合成石设计 G600层板包扌IM氛合成塔设计 b.05ad居宰废水內循环处理实验装豊设计 1000m5化石柏气储鑼设计 I0O0L捡拌反应盖设计 32OOU柱品日笛事按反应器设计 8000L提取扭设计 10000心圆柱形輩储18设计 500m滋化石油气储復设计 5曲d废水处I里内術歼高效反应商殳计F】50m幣旗板英疽冷却器分折与设计F50m: 锋碇板扭熱寻设计与分祈 0159羽厉天缝汽瓶设计 型鲨唐液冷茂寻设计与分忻竣水处建外循环高效反应器设计钢制汽瓶设计 凍鳥.岂伸性物膨i«;^g设计 过冷4露设计与分忻092十12如啡吨板贫油年酥溶港冷却寻设计与分忻拯拌券紘对損拌性能的第疏垃圾焚烧预分送或套装匿煤,由冷却器设计与H、析年产十万吨氢氧化祸运箱前列管式期汽冷亘三相流可视化硏完水冷换热器的设计与分析天然气冷却器设计与分析中温突换炉设计转化气菟一预加卷 第1章前言 1.1选此课题的意义 泵是一种应用广泛、耗能大的通用流体机械,我国每年各种泵的耗电量大约占全国总耗电量的20%,耗油量大约占全国总耗油量的50%o 离心泵是各种水力机械中应用最广泛的一种,是日常生活和生产活动联系最紧密的一种机械,在给水排水及农业工程、固体颗粒、液体输送工程、石油及化学工业、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等国民经济各个部门都有广泛的应用。 本次课题设计的清水离心泵适用工业和城市给水、排水,亦可用于农业排灌,供输送清水或物理化学性质类似清水的其他液体之用。 1.2本课题的研究现状 当前国内离心泵的技术水平通过儿十年的发展以及许可证技术引进,从综合技术水平來看,单、两级泵方面都具有国际先进水平,与国外同类型泵相比无差距,有些地方还是国际一流水平,如可靠性、效率、通化程度等。 而高温高压多级泵在结构形式、可靠方面己达到国际同类型水平,国内起步较晚,引进技术消化吸收,从89年,90年开始生产高技术水平泵,逐步开发完善,并代替进口。 国外离心泵总体技术水平比国内技术水平要高一些,效率合格率为85.7%,总体平均水平与国家标准规定值相比高2.30%,达到国家标准要求,效率、汽蚀余量合格率分布情况总体与国内的情况是相一致的,在低比转速处合格品分布率相对好一些。 1.3本课题研究的主要内容 本次课题研究的内容是单级单吸清水离心泵设计,包括单级单吸清水离心泵的方案设计,离心泵基本参数选择和结构方案、确定功率和电机的选择、叶轮主要参数的选择和计算、离心泵压水室和吸水室的设计,以及进行轴向力及径向力的平衡,最后要进行清水泵主要零部件的强度校核。 进行离心泵设计的难点就是密封设计,本次课题设计的离心泵密封类型是填料密封,填料密封是用填料填塞泄露通道阻止泄露的一种密封形式。 其不足之处在于密封性能较差,对轴或轴套磨损大,损失功率大以及使用寿命短等。 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,可釆取的措施是: (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。 (4)综上所述,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。 经验无疑是一项影响设计优劣的重要因素。 在今天,相当多的设计环节仍然是靠经验确定的,很多的计算公式也是根据经验总结出來的,所以,设计精度仍然局限在一定范围内。 为了提高设计的准确性,在设计工程中必须要有认真、严谨的科学态度,同时尽量釆用适合资深设计情况的公式。 (5)作为一个水泵设计人员,设计一台高质量的泵,无论从节能还是从企业生产的经济性角度考虑,都会带来巨大的经济效益。 尤其是在深化改革、市场经济运作的今天,围绕价值工程学,以最低的生产投入,设计一种经济、安全、优质高效的泵,无疑是摆在我们面前的一项艰巨任务。 光有理论知识是不能做好泵的设计的,此次设计正好为我们提供了一次时间的机会,有助于理解、巩固理论知识和为以后的工作打下基础。 因此我们必须端正设计态度,以严肃的眼光看待设计,以严谨的工作作风对待设计,同时在实践过程中多想、多问、多动手,使我们能够在以后的工作中迅速进入角色,完成从学生到工程技术人员的转变。 第2章泵的基本知识 2.1泵的简介 所谓泵,即将原动机的能量传递给所输送液体,从而达到使其位能、压能和动能增加的机器。 在此过程中,原动机通过轴承带动叶轮旋转,对其做功,使其能量增加,从而使需要的液体由吸水池经泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方。 泵的性能参数有很多,但主要有流量和扬程,此外还有轴功率、转速和必需汽蚀余量。 其中,流量是指单位时间内通过泵出口输出的液体量,一般釆用体积流量。 扬程是单位重量液体从泵进口(泵进口法兰)到泵出口(泵出口法兰)处能量的增值,也就是1N液体通过泵获得的有效能量。 对于容积式泵,能量增量主要体现在压力能增加上,所以通常以压力增量代替扬程來表示。 泵的效率不是一个独立性能参数,它可以由别的性能参数例如流量、扬程和轴功率按公式计算求得。 反之,己知流量、扬程和效率,也可求出轴功率。 泵的各个性能参数之间存在着一定的相互依赖变化关系,可以通过对泵进行试验,分别测得和算出参数值,并画成曲线來表示,这些曲线称为泵的特性曲线。 每一台泵都有特定的特性曲线,由泵制造厂提供。 通常在工厂给出的特性曲线上还标明推荐使用的性能区段,称为该泵的工作范围。 泵的实际工作点由泵的曲线与泵的装置特性曲线的交点来确定。 选择和使用泵,应使泵的工作点落在工作范围内,以保证运转经济性和安全。 此外,同一台泵输送粘度不同的液体时,其特性曲线也会改变。 通常,泵制造厂所给的特性曲线大多是指输送清洁冷水时的特性曲线。 对于动力式泵,随着液体粘度增大,扬程和效率降低,轴功率增大,所以工业上有时将粘度大的液体加热使粘性变小,以提高输送效率。 2.2泵的用途 泵作为一种通用机械,在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。 农业的灌溉和排涝,城市的给水和排水都要用泵。 在工业的各个部门中,泵更是不可缺少的机械。 如在动力工业中需要锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等;在釆矿工业中需要矿山徘水泵、水砂允填泵、煤水泵等;在石油工业中需要泥浆泵、注水泵、深井采油泵、石油炼制用泵等;在化学工业中需要耐腐蚀泵、计量泵等;在交通运输工业中需要燃油泵、喷油泵、润 滑油泵、液压泵等。 2.3泵的分类 泵的分类方法较多,可以按工作原理分、结构型式分,还可以按工作性能(如压力、比转数等)分。 按工作原理分大致有如下几种: (1)叶片式泵 这类泵以旋转叶轮作为传送能量的主要部件,它依靠有叶片的叶轮高速旋转來对流体作功,使流体获得能量。 这类泵在国民经济各部门,尤其在工农业生产中应用极广。 目前火力发电厂中的主要用栗多为此类。 如锅炉结水泵、凝结水泵、循环水泵及次渣泵等都是叶片式泵。 叶片式泵乂可根据液体在叶轮流道内的流动特点,分为离心式、铀流式及混流式三种。 流体在离开叶轮时的流向,如果是沿着垂直于主轴的半径方向,而且是离心的,则这类泵称为离心泵。 (2)容积式泵 容积式泵是靠工作时容积的周期性变化,来提高流体能量并输送出去。 如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、等。 在火力发电厂中,容积式泵用做供油或化学车间加药装置的动力设备。 (3)其它类型泵 真空泵,是用于抽取真空用泵,在医药及石油化工部门,车、船卸油等场合都有广泛应用。 乂如射水泵,在火力发电厂中用來抽吸凝汽器内空气,维持凝汽器的真空。 2.4IS系列清水泵简介 IS系列清水泵属于单级单吸的轴向吸入性离心泵,是供输送清水或物理化学性质类似于水的其它液体之用,运送介质温度不高于80°C。 其广泛运用于给水排水及农业工程、石油及化学工业、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等各个领域中。 泵是通用类产品,其中的单级单吸清水泵属泵类中量大面广的一类泵,目前共有29个IS系列的泵产品。 长期以來,单级单吸清水泵生产需求量占泵市场的30%以上。 我国的清水泵行业发展己有60多年历史,在这期间,一方面泵本身技术在进步,另一方面国民经济各部门对泵不断提出更多更高的要求。 现在看來,现有单级泵的性能与可靠性己难以满足国家的需要,尤其是泵的效率与现代的高效节能产品相比存在着很大的差距。 本次设计的是IS100-80-125单级单吸清水泵,以此型号为例: IS: 符合ISO国际标准的单级单吸悬臂式清水离心泵 100: 泵的出口直径(mm) 80: 泵的出口直径(mm) 125: 叶轮直径(mm) 2.5IS型单级单吸离心泵发展及工作原理 IS型清水泵是离心泵的一种。 1689年,法国物理学家巴涅完成了世界上第一台离心泵的设计。 但是直到19世纪中叶,由于动力机械转速低、功率小,这种离心泵一直未能付诸实现。 19世纪末期,小流量的活塞式泵远不能满足当时上业发展的需要,加上高转速的动力机械电动机和气涡轮的出现,才使得离心泵得到了广泛的应用。 自二十世纪以來,离心泵以其结构简单,适用范围广,运转可靠,操作维修方便等优点广泛地应用。 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元件,是过流部件的心脏,叶轮由盖板和中间的叶片组成。 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,反过來叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体,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,乂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,由于贮槽液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。 工作原理图: 图2TIS型单级单吸离心泵工作原理图 第3章径向力和轴向力及其平衡计算 3.1径向力及其平衡 采用蜗形压水室的泵在最优工况时,蜗室各断面中的压力基本上是均匀的。 当泵的流量小于最优工况流量时蜗室中的液体流速减慢,而叶轮出口液体的绝对速度由出口速度三角形可看出大于最优工况时的绝对速度,同时也大于蜗室中的速度,从叶轮中流出的液体不断撞击着蜗室中的液体,使蜗室中的液体接受能量,蜗室中的液体压力便自隔舌开始向扩散管进口不断增加。 当泵的流量大于最优工况流量时,与上述情况相反,从叶轮中流出的液体的绝对速度小雨最优工况时的绝对速度,也小于蜗室中的液体流速,两种液体在蜗室中撞击的结果,蜗室中的液体要不断付出能量,以增加从叶轮中流出的液体的速度,这样,蜗室中的液体压力自隔舌至扩散管进口是逐渐降低的。 蜗室各断面就产生一个径向力。 乂因为叶轮周围液体压力分布的不均匀,破坏了叶轮中液体的轴对称流动,压力大的地方液体自叶轮中流出得少,压力小的地方液体自叶轮中流出得多。 由于沿叶轮的圆周液体流出的多少不一样,所以作用于叶轮圆周上的液体动反力也不一样,这又引起一个径向力。 在设计流量时,涡室内的流体流动速度和流体流出叶轮的速度基本是一致的,所以从叶轮流出的流体能平顺地流入涡室,因此在叶轮周围流体的流动速度和压力是分布均匀的,此时没有径向力,在小于设计流离时,涡室内的流体流动速度一定减慢。 但是,从叶轮出口三角形中可以看出,在小于设计流离时流体流出叶轮的速度不是减小,反而增加,方向也发生了变化。 一方面涡室里流动的速度减慢,另一方面叶轮出口处流动的速度增加,两方面就发生了矛盾,从叶轮里流出的液体,再不能平顺地与涡室内流体汇合,而是撞击在涡室内的流体上。 撞击的结果致使流出叶轮流体的流动速度下降到涡室里的流动速度,同时,把一部分动能通过撞击传给涡室内的流体,使涡室里流体的压力增高。 流体从涡室前端流到涡室后断的过程中,不断受到撞击,不断增加压力,致使涡室里压力的分布曲线成为逐渐上升的形状。 压力分布不均匀是行成径向力的主要原因。 由于泵不会总是在设计流量下工作在起动和停车时其至要在流量下工作,所以在计算轴和轴承时,必须考虑作用在叶轮上径向力。 涡壳式离心泵的叶轮上的径向力,可以用经验公式计算: P=0.36(1冬)HB,D,y Qa (3-1) 式中: p: 作用在叶轮上的径向力(公斤); Q: 实际工作流量(m*h); Qd: 设计流量(m*h); H: 泵的扬程(米); 叶轮出口总宽度(包括前后盖板)(米); D2: 叶轮外径(米); /: 液体重度(公斤/米3),(水的重度为1000公斤/米3)。 代入数据得: 径向力有时会使轴产生较大的挠度,其至使密封环、级间套和轴套产生研磨而损坏,同时,对于转动轴,径向力是个交变载荷,会使轴因疲劳而破坏。 所以消除径向力和减轻径向力对轴的作用的十分必要的。 将涡室分成两个对称的部分,构成平常所说的双层涡室或双涡室,在双涡室里,虽然在每个涡室里的压力分布仍是不均匀的,但由于两个涡室相互对称,作用在叶轮上的径向力是互相平衡的。 3.2轴向力及其平衡 3.2.1轴向力的计算 近些年,离心泵的轴向力一直是泵的行业内人士比较关注的问题,然而人们对离心泵轴向力认识的现状正如所谓的“轴向力既难准确计算乂难准确测量”。 目前,对于离心泵运转时所产生的轴向力的原因认识几乎是一致的,但按照不同计算所得出的轴向力的值还是有很大的差距。 有时在实验台上实测的轴向力其至比最大计算值还要大很多,由于轴向力对离心泵的设计和运行质量影响很大,所以定量了解轴向力的大小并尽可能将其减小是一个十分重要的问题。 在分析泵内的流体运动时应在流体力学一般原理的基础上进行,并考虑有关技术科学的部分,如水轮机、航空、压缩机以及其他学科的实验研究成果,叶片泵的理论基础是直接由流体力学的基本原理推演出來的规律。 从泵的技术发展观点來看,液体运动的 1: 键的长度(cm); [o-J: 键的许用剪切应力(MPa),由表5-5可知45号钢,取[oJ^OOMPa。 带入数据得: 2M 2x20.25八”r- db-dl- =0.020x0.024=0°85Mpa<[ 表5-5键的许用剪切应力和许用挤压应力 材料 热处理状态 许用剪切应力[trJcMPa) 许用挤压应力[o-J(MPa) 45 调质处理HB=241〜302 600 1500 5・3・2键的挤压应力计算 挤压可以按下式计算得: 4M 4诂g](4-12) 式中: h: 键高(mm); 0]: 许用挤压应力,由表4-4可知45号钢,[ 1: 键长(mm); M: 键的传递扭矩(N・m)。 第6章离心泵主要通用部件的选择 清水泵的通用零件主要有联轴器、轴承部件、轴封结构、冷却系统等。 6.1联轴器的选择 联轴器是使泵轴与原动机轴互相连接并传递功率的部件,泵通常是用联轴器直接与电机连接的。 随着工业的发展,联轴器的结构形式也日益增多,通常使用的联轴器均己标准化了,需要时只要根据工作条件选用就可以了。 为了检查离心泵的安装精度,可以在儿个相反位置上测量联轴器平面间的间隙,联轴器两平面的最大和最小间隙的允差不得超过0.3毫米,两端中心线上下或左右允差不得超过0.1毫米。 泵常用的联轴器有两种: 即爪型弹性联轴器和弹性柱销联轴器。 这两种联轴器均已纳入水泵行业标推。 两半联轴器的材料用HT200制造,柱销的材料为45钢,弹性套用橡胶制成。 弹性柱销联铀器具有结构简单,安装方便,更换容易,尺寸小,重
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