旋流泵設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、 jiangsu university本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 學(xué)院名稱：能源與動(dòng)力工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：j動(dòng)力流體0901學(xué)生姓名：楊錫平學(xué) 號(hào)：3091104028指導(dǎo)老師：楊敏官 高波 李忠 2013年6月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目旋流泵設(shè)計(jì)(ns=63)目錄第1章 摘要-4 第二章 葉輪水利設(shè)計(jì)6 第一節(jié) 概述6 第二節(jié) 參數(shù)計(jì)算7 第三章 壓出室水利設(shè)計(jì) 26 第四章 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 31 第五章 強(qiáng)度計(jì)算 32 附 畢業(yè)小結(jié)39 參考文獻(xiàn)40第一章 摘要 內(nèi)容摘要 泵可能是世界上除了發(fā)動(dòng)機(jī)外運(yùn)用最廣泛的機(jī)械了，凡是有水流動(dòng)的地方就會(huì)有泵在工作。它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事業(yè)等

2、，已經(jīng)成為人們生活所不可缺少的一部分。 旋流泵是離心泵的一種，因其內(nèi)部流體存在旋轉(zhuǎn)的漩渦運(yùn)動(dòng)而得名。旋流泵多用于抽送復(fù)雜介質(zhì)或含雜質(zhì)流體，如含垃圾，短纖維物質(zhì)或含便類的兩相流體。旋流泵亦稱無(wú)堵塞泵，自由流泵或wemco泵。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是旋流泵。旋流泵設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉片為開式或半開式葉片為直葉片并呈放射狀布置。葉輪與前泵殼之間有較寬的軸向空間，或者說(shuō)葉輪后縮至泵殼后腔，這便為固體介質(zhì)通過(guò)泵體提供了良好的條件。abstractpump may be the most universal machine in the world except for electric motor. where

3、there is flowing water,there is a pump.its applied in many fields,such as industragriculture, military etc.pump is essencial in peoples daily life.the vortex pump is a kind of centrifugal pump, named for its internal fluid rotation in vortex motion. the vortex pump used for pumping complex media the

4、 impurities fluid, such as with trash, short fibers material or faeces of two-phase fluid. vortex pump, also known as non-clog pump, free-flow pump or wemco pump.the design of the contents of the vortex pump. the structural characteristics of the vortex pump impeller, said impeller for open or semi-

5、open, straight blade and radial arrangement of leaves, wide axial space between the impeller and the pump casing or shrink to the pump housing cavity this solid media through the pump a good condition.第2章 水利設(shè)計(jì)第1節(jié) 概述1. 設(shè)計(jì)依據(jù)流量 q=45 (m3/h)揚(yáng)程 h=20 (m)轉(zhuǎn)速 n=1450 (r/min)效率 50% 輸送介質(zhì)：常溫清水結(jié)構(gòu)形式：臥式2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 葉輪的水力

6、計(jì)算部分、葉輪水力圖形的繪制等；然后是吸水室的設(shè)計(jì)、壓出室的設(shè)計(jì)，以及水泵的整體結(jié)構(gòu)圖；最后是水泵標(biāo)準(zhǔn)件的選擇與部分零件的強(qiáng)度計(jì)算。3. 設(shè)計(jì)思路遵循泵的設(shè)計(jì)原理，泵的設(shè)計(jì)參數(shù)以及工作條件和性能要求等，并考慮了它的特點(diǎn)和應(yīng)用上的介質(zhì)特殊性，綜合了各種因素的結(jié)果，具體步驟參照泵的設(shè)計(jì)手冊(cè)和參考裝配圖紙而完成。4設(shè)計(jì)意義 更好的掌握泵的結(jié)構(gòu)原理，對(duì)泵的結(jié)構(gòu)有一個(gè)更加深入的了解。第二節(jié) 參數(shù)計(jì)算1 確定泵的整體結(jié)構(gòu)形式和進(jìn)口直徑 1.結(jié)構(gòu)形式：臥式 2.進(jìn)口直徑：ds 考慮制造的經(jīng)濟(jì)性，取vs=3m/s ,又ds=代入數(shù)據(jù)得： ds=0.0729m 取ds=80mm 3.出口直徑dd 對(duì)于低壓小流量

7、泵，取出口直徑dd=ds=80mm 4.比轉(zhuǎn)速 ns=62.565 5.估算泵的效率 水力效率 =1+0.0835log=0.859 圓盤損失效率=0.88 取軸承，填料損失為2%，則=0.863 容積效率=0.959所以：6確定泵的軸功率pd泵軸功率原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，取k=1.25，傳動(dòng)為直聯(lián)配套功率：pg= 則選配套功率為4.5kw 電動(dòng)機(jī)型號(hào)?滿載轉(zhuǎn)速1450r/min 同步轉(zhuǎn)速1450r/min其中：p是有效功率二、 泵的軸徑和葉輪輪轂直徑的初步計(jì)算1、計(jì)算轉(zhuǎn)子力矩m2、 軸的最小直徑材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理hb=260302,取=（58.988.3）mp m 取d=20mm 懸臂式單

8、級(jí)泵=0mm3、 工藝要求：1）、在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡(jiǎn)化；2）、為了便于裝配零件，應(yīng)去掉毛刺，軸端要倒角；3）、需磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；4） 、需切削螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。三、 葉輪主要尺寸的確定1.由選取z , , =63 , 旋流泵葉片通常選取612枚葉片，故取葉片數(shù)z=6，出口安放角見課本p125 ，表51選擇應(yīng)考慮的因素：、 低比轉(zhuǎn)速泵，選擇大的角以增大揚(yáng)程，減小，從而減小圓盤摩擦損失，提高泵是效率；、 增加角，在相同流量小葉輪出口速度增加，壓水室水力損失增加，并在小流量小沖角損失增加，易使特性曲線出現(xiàn)駝峰，因此不宜太大；、 大，葉片間相對(duì)流動(dòng)擴(kuò)

9、散嚴(yán)重；、 為獲得平坦的功率曲線，使泵在全揚(yáng)程范圍內(nèi)運(yùn)行， 可小于10 度。2、葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑： 3、葉輪出口直徑：取4. 葉輪進(jìn)口直徑：5葉片出口寬度：取5. 精算葉輪外徑第一次1） 理論揚(yáng)程 2） 修正系數(shù) 3） 靜距4） 有限葉片數(shù)修正系數(shù)5) 無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程 6） 葉片出口排擠系數(shù)取 取 代入數(shù)據(jù)有：7） 出口軸面速度8)出口圓周速度代入數(shù)據(jù)得： 代入數(shù)據(jù)得 9） 出口直徑 與245mm不符合 取7，精算葉輪外徑第二次 1）葉片出口排擠系數(shù)取 代入數(shù)據(jù)有： 2） 出口軸面速度 3) 出口圓周速度 代入數(shù)據(jù)得：4) 葉輪出口直徑 與相似 故取5） 葉輪出口速度 1）出口軸面速度 2

10、)出口圓周速度 代入數(shù)據(jù)得： 3）出口圓周速度 4 軸面投影圖的繪制1、找相近比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的軸面投影圖作為參考，根據(jù)前面計(jì)算所得到的葉輪基本尺寸，初步作葉輪的軸面投影圖。檢查軸面投影圖過(guò)流斷面面積變化，在流道內(nèi)作內(nèi)切圓，并將圓心連接起來(lái)，得到一條曲線，此為流道中線，求出每個(gè)圓的軸面液流過(guò)流斷面及其面積f，而后作出沿軸面投影圖中線的過(guò)流斷面面積變化曲線，我們希望fl曲線基本上為一條直線，即要求從葉輪進(jìn)口到出口沿中線l面積f的變化是均勻的，如果該曲線不理想，則應(yīng)修改軸面投影圖，直到檢查fl 曲線滿意為止。如下圖所示： b=(2/3)(ab+ao) 對(duì)各流道的面積計(jì)算列表如下：檢查圖3中間流線的繪制根

11、據(jù)每條相鄰軸面液流流線之間的流量相等的原則，在軸面投影圖上作流線，軸面液流的流線一般需作35條中低比轉(zhuǎn)速的葉輪可作三條，高比轉(zhuǎn)速葉輪可作五條，葉輪前后蓋板是兩條流線，故還需作13中間條流線，本設(shè)計(jì)中只需要再作一條中間流線即可。具體分流線時(shí),可先分進(jìn)出口,再修改.。畫中間流線時(shí)確定中間流線進(jìn)口分點(diǎn)半徑出口分點(diǎn)為出口寬度的中點(diǎn)，由此初步確定中間流線，然后再根據(jù)同一過(guò)水?dāng)嗝嫔蟽蓷l流線間過(guò)水?dāng)嗝婷娣e相等檢查修正。圖形如下:4.流線分點(diǎn) 對(duì)于水泵來(lái)講，自葉輪的出口邊到進(jìn)口邊為止，大致作八點(diǎn)到十二點(diǎn)左右為宜，點(diǎn)數(shù)太多或太少既是取得不當(dāng)。取見下圖：修改進(jìn)口邊的位置原則：1）盡量使葉片進(jìn)口邊和出口邊之間的三條

12、流線長(zhǎng)度趨于相等；2）進(jìn)口邊和流線的交角最好為90度，進(jìn)口邊軸面投影的形狀就鑄造而言，為直線較好；3）進(jìn)口邊應(yīng)向吸入口方向適當(dāng)延伸，以提高葉輪的抗汽蝕性能，并使泵性能曲線出現(xiàn)駝峰的可能性減小。5. 葉片的繪制1).確定葉輪進(jìn)口圓周速度在軸面投影圖上量的是 從而得 2) 葉片進(jìn)口軸面液流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e 3）葉片進(jìn)口角的計(jì)算葉片進(jìn)口角一般為1825度，通常等于進(jìn)口液流角加一個(gè)不大的沖角；沖角可取310度。 a d量得， ，a d 1、aa流線先取=0.859又 代入數(shù)據(jù)得2、 bb流線先取=0.843又 代入數(shù)據(jù)得3. cc流線先取=0.82代入數(shù)據(jù)得由以上計(jì)算得：葉片三條流線的進(jìn)口安放角分別為：4

13、)作方格網(wǎng)葉片型線圖作法：經(jīng)過(guò)軸心線作很多軸面，每相鄰軸面之間的夾角均相等，為，一般可取左右，每一軸面與流面有一交線，交線用羅馬數(shù)字、編號(hào)。再用與軸心線垂直的平面去切流面，在流面上就可以得到一個(gè)圓心在軸心線上的圓周線。用很多這樣的平面去切流面，切的方法是使流面上形成的方格網(wǎng)每個(gè)方格都是正方形。而后也給平面用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3編號(hào)。這樣，在流面上形成了方格網(wǎng)，在方格網(wǎng)上有一條葉片型線，它的坐標(biāo)是固定的?，F(xiàn)在要設(shè)法把流面展開，但流面是喇叭形的曲面，于是我們先用保角變換的方法保持葉片型線的坐標(biāo)位置，保持角度不變，把流面變化成圓柱面，得到在平面上的方格5)、軸面截線在方格網(wǎng)上進(jìn)行葉片繪型后，根據(jù)方格

14、網(wǎng)中點(diǎn)的位置,就可開始作軸面截線圖如下圖所示：6）、葉片加厚 葉片是有厚度，因此它與軸面相交，不應(yīng)只得到一條軸面截線，而應(yīng)當(dāng)是葉片的工作面和葉片的背面有軸面各有一條交流線，兩軸面截線之間是葉片與軸面的截線。 本設(shè)計(jì)中的厚度如下表：軸面0 1 2 3 45 6 7 8 910a流線22.32.53.03.23.43.63.7 4 4 420202020232323232330300.940.940.940.940.920.920.920.920.920.870.872.132.453.663.23.483.703.914.024.354.64.6b流線22.32.53.03.23.43.63.7

15、44423232323232525252530300.920.920.920.920.920.910.910.910.910.870.872.172.52.723.263.483.743.964.074.44.64.6c流線22.32.53.03.23.43.63.744426262626262626262630300.900.900.900.900.900.900.900.900.900.870.872.222.562.783.333.563.784.04.114.444.64.6加厚后的軸面投影圖7)、作木模圖 從葉輪吸入口方向去看葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，葉輪為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則我們作木模截線時(shí)，葉片

16、背面的木模截線畫在左面，而葉片工作面的木模截線畫在右面。流線a的葉片工作面和背面，流線c的葉片背面在平面上的投影畫在左面，作圖方法是用o點(diǎn)為圓心，用a流線處葉片工作面和背面與各軸面交點(diǎn)到軸心線的垂直距離，用c流線處葉片背面與各軸面交點(diǎn)到軸心線的垂直距離，即以這許多距離為半徑，在左部木模圖上做圓弧與相對(duì)應(yīng)的軸面相交，得到個(gè)各交點(diǎn)后，用光滑的曲線連接之，即得到這三條線在平面圖上的投影圖。 而后又以a、b、c等木模平板線與葉片背面各軸面截線的焦點(diǎn)到軸心線的垂直距離為半徑，仍以o點(diǎn)為圓心作圓弧再與相應(yīng)的軸面相交，并以光滑曲線連接之，得到a、b、c等平面與葉片背面的交線在平面圖上的投影線，我們稱此投影線

17、為木模截線。用同樣的方法，作出葉片工作面上a流線和c流線以及葉片背面上的c流線在平面圖上的投影線，以及葉片工作面的木模截線。這樣我們就完成了木模圖的繪制。如下所示： 第三章壓水室水力設(shè)計(jì)壓出室的作用和要求：1. 壓出室地作用是將葉輪中流出的液體收集起來(lái)，并送往壓力管路或下一級(jí)葉輪的吸入口。2. 將液體送往壓力管路或下一級(jí)葉輪的吸入口前，要消除葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把葉輪的這部分動(dòng)能盡量轉(zhuǎn)化成壓能。3. 將液體送往壓力管路或下一級(jí)葉輪前，要降低液流的速度，以減小壓力管路中的水利損失或適合下一級(jí)的葉輪吸入口要求。4. 液流自葉輪中流出時(shí)，速度是很大的，所以壓出室中的水力損失很大，它約將占整個(gè)水泵水力損失

18、的一半左右，所以壓出室的設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意，要求盡量減小壓出室本身的水力損失在設(shè)計(jì)工況下，液流自葉輪流入壓出室時(shí)要求不產(chǎn)生撞擊損失。一，確定渦室的主要參數(shù)：1，基圓直徑 2，渦室的進(jìn)口寬度 3，渦室的隔舌安放角 查表9-1，用插值法得二、確定渦室斷面形狀和斷面面積斷面形狀為任意端面用速度系數(shù)法計(jì)算第八斷面的面積 式中 渦室斷面的平均速度； 泵的單級(jí)揚(yáng)程； 速度系數(shù)，查圖9-7得 通過(guò)第八斷面的流量 第八斷面的面積 m=20mm三、 環(huán)形壓出室出口斷面后的擴(kuò)散管由于設(shè)計(jì)水泵為旋流泵，故還應(yīng)設(shè)計(jì)無(wú)液腔寬度以l及殼體間隙e(1)無(wú)液腔寬度無(wú)液腔寬度l增大，泵的揚(yáng)程和效率下降，泵的最高效率想大流量方向移動(dòng)

19、。l減小，泵的揚(yáng)程、效率均提高。但l減小后泵的通過(guò)能力下降，在保證要求的通過(guò)能力下，應(yīng)盡量取小l值。通常選用l的范圍 故取l=65mm (2)葉輪外殼與殼體的間隙該間隙對(duì)泵的性能有很大的影響，間隙小時(shí)，液體和殼壁相撞擊，損失增加，泵的揚(yáng)程和效率下降；適當(dāng)增加該間隙，液體可以通順流入泵腔，減小撞擊水力損失，泵的揚(yáng)程和效率提高。間隙使用范圍 故e=30mm（3）葉輪與無(wú)液腔的相對(duì)位置四， 出口斷面和擴(kuò)散管根據(jù)第八斷面面積以及無(wú)液腔寬度l得出出口斷面以及擴(kuò)散管如圖第四章 標(biāo)準(zhǔn)件的選用一、連接與緊固 1、葉輪聯(lián)結(jié)鍵： 根據(jù)國(guó)標(biāo)（gb/t1096 -2003）采用圓頭普通平鍵（a型）根據(jù)d=20mm查的

20、， l=32mm (其中葉輪處工作長(zhǎng)度為28mm) 2、聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)鍵： 根據(jù)國(guó)標(biāo)（gb/t1096 -2003）采用圓頭普通平鍵（a型） 根據(jù)d=24mm查得， l=40mm二、法蘭的選用及其尺寸 1、進(jìn)口處法蘭 公稱直徑ds=80mm， 具體尺寸： 2、出口處法蘭 公稱直徑dd = 80mm， 具體尺寸： 三、軸承的選用 由國(guó)標(biāo)gb/t292-1994選擇 深溝球軸承 代號(hào)：6305ddbdadac0rr/min256217325511.5kn14000（油）第四章 強(qiáng)度計(jì)算、部分零件的校核一、軸的強(qiáng)度校核1、葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度 2、 單級(jí)葉輪的勢(shì)揚(yáng)程 3、 軸向力的計(jì)算一般由下列各力組成：a

21、) 葉輪前、后蓋板不對(duì)稱產(chǎn)生的軸向力，此力指向吸入口方向，用表示；b) 動(dòng)反力，此力指想向葉輪后面，用表示； c) 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； d) 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；e) 影響軸向力的其他因素。其中：1） 軸向力2） 動(dòng)反力：液體通常由軸向進(jìn)入葉輪，沿徑向或者斜向流出，液流通過(guò)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作用力，該力即為動(dòng)反力：3） 葉輪及其內(nèi)部液體的重量： 由上所得，軸向力f為：4、 徑向力的計(jì)算葉輪等傳動(dòng)部件殘余不平衡質(zhì)量引起的離心力（力的方向是變化的）

22、，其值可用下式計(jì)算對(duì)于葉輪：5、 強(qiáng)度校核總軸向力f=471.52n危險(xiǎn)截面在葉輪連接處有鍵槽的軸截面彎曲應(yīng)力 拉應(yīng)力切應(yīng)力按第四強(qiáng)度理論，折算應(yīng)力為按屈服極限取安全系數(shù)則軸滿足強(qiáng)度要求。2、 鍵的強(qiáng)度計(jì)算1、 葉輪與軸之間的鍵 采用圓頭普通平鍵（a型）根據(jù)d=20mm 查得（1） 工作面的擠壓應(yīng)力 （2）剪切應(yīng)力 此鍵符合強(qiáng)度要求2、聯(lián)軸器與軸之間的鍵采用圓頭普通平鍵（a型）根據(jù)d=24mm查得，l=40mm l=40-8=32mm（1） 工作面的擠壓應(yīng)力 （2） 剪切應(yīng)力 此鍵符合強(qiáng)度要求3、 葉輪的強(qiáng)度計(jì)算1、 蓋板強(qiáng)度校核 葉輪外徑 蓋板的壓力主要由離心力造成的，半徑越小的地方，應(yīng)力越

23、大，校核要求 鋼， 鑄鐵 取 ，即10mm 按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板 則 符合要求2、 葉片厚度計(jì)算根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面的計(jì)算葉片厚度的公式： 查表得：a=4.5（鋼） 代入上式： 實(shí)際s=10mm 故符合要求。4、 泵體強(qiáng)度計(jì)算 1、殼體壁厚 因蝸殼幾何形狀復(fù)雜，且手里不均，故難以精確計(jì)算 用下式來(lái)計(jì)算：其中：當(dāng)量壁厚 故取s=10mm 鑄鐵5、 軸承的強(qiáng)度 1、在兩處軸徑d=25mm處，使用深溝球軸承，代號(hào)6305 查手冊(cè)知，cr=22.2kn， cor=11.5kn。 如上圖所示 軸承支反力，對(duì)兩點(diǎn)， ，則有： 得 因與fc方向相反，故為負(fù) 所以 軸向力： 由手冊(cè)查得： 其中：i=3 查得泵用軸承壽命為：800012000h，故符合強(qiáng)度要求。畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)這四年來(lái)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，也是為以后的工作打基礎(chǔ)，起了承上啟下的作用。在這一設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我由心底里感覺到了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性。所謂不積跬步無(wú)以致千里，不積小溪無(wú)一成江河，設(shè)計(jì)中的每一步，每一部分都不可或缺，環(huán)環(huán)相扣，緊密相接，幾乎用到了全部所學(xué)知識(shí)。也讓我感悟到前面所學(xué)課程的重要性，我很仔細(xì)認(rèn)真的完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我感慨頗多，同時(shí)也培養(yǎng)了自己吃苦耐勞的精神。 我所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是旋流泵。屬于離心泵中