D200多級離心清水泵結構設計畢業(yè)設計

1、 攀枝花學院機械工程學院 d200多級離心清水泵結構設計 題 目：d200多級離心清水泵結構設計學生姓名： 學生學號： 200910601065 院（系）： 機械工程學院 年級專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 2013年2月21日攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘要摘要 泵是將原動機的機械能或其他能源的能量傳遞給它所輸送的液體，使液體的能量增加的機械。其中離心泵是用量最大的水泵，在給水排水及農業(yè)工程、固體顆粒液體輸送工程、石油及化學工業(yè)、航天航空及航海工程、能源工程和車輛工程等國民經濟各個部門都有廣泛應用1。而此次設計的d200多級離心泵屬于d型臥式單吸多級節(jié)段式離心清水泵，主要用于

2、輸送清水（含雜質量小于1%，顆粒度小于0.1mm）或物理化學性質類似于水的其他液體。它輸送介質溫度小于80，適用于礦山排水、工廠與城市給排水等場合2。該系列泵具有效率高、性能范圍廣、運轉安全平穩(wěn)、噪音低、壽命長、安裝維修方便等優(yōu)點。對d200多級離心清水泵的各部分結構進行簡要說明以及對其幾何參數(shù)對它的影響進行分析選擇。多級節(jié)段式離心清水泵應用范圍廣，所以產量也相對較大。這類泵采用單軸串聯(lián)多個葉輪的方式從而達到高揚程的要求,而且每個葉輪具有相應的導輪。關鍵詞 離心泵，葉輪，導葉，平衡裝置i攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） abstractabstractthe pump is transfer t

3、he prime mover of the mechanical energy or other energy to give it the delivery of liquid, the liquid to increase the energy of the machine. centrifugal pump which is the maximum amount of water pump, the water supply and drainage and agricultural engineering, transportation engineering of liquid an

4、d solid particles, oil and chemical industry, aerospace and marine engineering, energy engineering and vehicle engineering and other national economic departments are widely used. d200 multistage centrifugal pump and the design of d type horizontal single suction multi-stage centrifugal pumps, mainl

5、y used for conveying water (containing impurities is less than 1%, particle size less than 0.1mm) or for other liquids similar to water in physical and chemical properties. the transmission medium temperature less than 80 , applicable to mine drainage, factory and the city drainage. this series of p

6、ump has the advantages of high efficiency, wide range of performance, safe and stable operation, low noise, long service life, convenient installation and repair.the structure of each part of the d200 multi-stage centrifugal pump were introduced as well as the influence of the geometric parameters o

7、n it were selected for analysis. multi-stage centrifugal water pump a wide range of applications, so the output is relatively large. this kind of pump adopts the way of single axis series multiple impeller so as to achieve the high lift requirements, and each has a corresponding wheel impeller.keywo

8、rds centrifugal pump, impeller, guide vane, balancing deviceii攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄目錄摘要iabstractii目錄.1.前 言11 泵的應用及分類11.1 泵的應用范圍11.2泵的分類11.2.1容積泵11.2.2 葉片式泵（動態(tài)泵）11.2.3其它類型泵11.3離心泵的分類11.3.1按葉輪數(shù)目分類21.3.2按軸的安裝分類21.3.3 按吸入方式分類31.3.4按葉片安裝方法分類31.3.5按工作壓力分類31.3.6 按殼體分開方式分類31.3.7 按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類31.3.8按泵的用途和輸分

9、送液體的性質32 離心泵原理及其主要參數(shù)42.1 離心泵的基本構造及工作原理42.1.1離心泵的基本構造42.1.2離心泵的工作原理42.2 離心泵的主要參數(shù)52.2.1 揚程52.2.2 流量52.2.3 功率和效率62.2.4 轉速62.2.5 汽蝕余量62.2.6 泵的各種損失及泵的效率73 離心泵的主要零部件83.1過流部件83.1.1 葉輪83.1.2 離心泵吸水室83.1.3 離心泵壓水室83.2結構部件83.2.1軸83.2.2軸承93.2.3密封裝置93.2.4軸向力平衡裝置93.2.5其它零部件104 d200多級離心泵結構設計114.1 d200離心泵結構方案的選擇114.

10、1.1 電機的選擇114.1.2 電機轉數(shù)、比轉數(shù)和級數(shù)114.1.3 確定進口直徑、流速和出口直徑134.1.4 確定泵的最小汽蝕余量hmin和汽蝕比轉數(shù)c144.2 軸徑的設計154.3 離心泵的葉輪的設計174.3.1葉輪進口直徑174.3.2確定葉片入口邊直徑204.3.3葉輪外徑204.3.4葉片入口寬度214.3.5葉片入口處圓周速度214.3.6確定葉片數(shù)214.3.7葉片厚度214.3.8葉片出口安放角214.3.9葉輪出口寬度224.3.10葉片入口軸面速度234.3.11葉片入口安放角234.3.12葉片排擠系數(shù)244.3.13 葉輪出口絕對速度和圓周速度的夾角244.3.

11、14 葉片包角的確定264. 4導葉的設計計算264.4.1 基圓直徑264.4.2 導葉入口寬度274.4.3 導葉入口角274.4.4導葉擴散角274.4.5 導葉入口厚度274.4.6 導葉喉部面積和形狀274.4.7導葉出口直徑284.4.8 導葉擴散段長度284.4.10彎道294.4.11反導葉入口角294.4.12反導葉出口角294.4.13反導葉葉片數(shù)294.4.14反導葉進、出口直徑304.5軸承的選擇304.6 聯(lián)軸器的選擇304.7 平衡裝置的設計305 離心泵主要零部件的強度計算325.1 離心泵軸的校核325.1.1軸的強度校核325.1.2軸的剛度校核335.2 鍵

12、的強度校核345.3 葉輪強度計算345.3.1 輪轂的強度計算345.3.2葉輪蓋板強度計算355.3.3 葉片厚度計算365.4離心泵渦室壁厚計算365.5 離心泵中段校核375.6泵體連接螺栓計算385.6.1確定單個螺栓所受總載荷385.6.2連接螺栓許用應力校核39結語40參考文獻41致謝4245攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論1 緒論1.1前 言據(jù)全國流體機械及工程國際學術會議上報告：泵是一種應用廣泛、耗能大的通用流體機械，我國每年各種泵的耗電量大約占全國總耗電量的20%,耗油量大約占全國總耗油量的50%。尤其是離心泵是各種泵中使用范圍最廣泛的。而d型多級節(jié)段式離心泵，供輸送清

13、水及物理化學性質類似于水的液體之用，具有效率高、性能范圍廣、運轉安全平穩(wěn)、噪音低、壽命長、安裝維修方便等優(yōu)點。常應用于輸送不含固體（磨料）、不含懸浮物的清水或物理化學性質類似于清水的其它液體。而且d系列臥式多級節(jié)段式離心泵依靠自身的結構可以滿足大流量高揚程供水需求，在農業(yè)、工業(yè)、礦山及城市給水中有著不可替代的作用。隨著它應用領域的不斷地擴大和先進技術的不斷發(fā)展，具有廣泛的研究意義。因此我的課題是d200多級離心清水泵結構設計。由指導教師給的具體設計參數(shù)進行分析，該設計的需要滿足的條件：流量q=280m3/h；揚程h=200m；效率=80%；轉速n=1470r/min；液體重度=1000kg/m

14、3。隨著泵產業(yè)的發(fā)展以及國內外各經濟單位對泵的各種需求，d系列多級離心泵逐漸被廣泛應用。可以說無論是農業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)還是礦山、城市以及其它工業(yè)幾乎都有它的身影。作為農業(yè)大國，我國的泵產業(yè)與國國外的差距在于生產技術與管理落后，導致：交貨不及時；鑄件表面質量及內在質量不理想；使用壽命短等缺點。所以要使個國民經濟單位的正常工作得到滿足，必須使我國的離心泵產業(yè)與國際接軌，尤其是國民經單位運用最多的d系列多級離心泵。1 .2泵的應用及分類1.2.1 泵的應用范圍泵輸送液體的種類繁多，諸如輸送清水、污水的潛水泵等,應用相當廣泛。 在化工和石油部門的生產中，原料和半成品乃至于成品大多是液體，而原

15、料到半成品再到成品的工藝過程較為復雜，在這些過程中泵起到了輸送及提供化學反應所需壓力的作用，除此之外，泵還可以用來調節(jié)很多裝置的溫度。在農業(yè)生產中，排灌機械主要靠蹦來承擔。我國作為農業(yè)大國，每年農村所需要的潛水泵和離心泵大致可以占泵總產量一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也應用較多的設備。礦井排水用高壓礦用潛水泵，在選礦、冶煉和軋制過程中也需用泵來供水等。 在電力部門，核電站需要核主泵、二級泵、三級泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。 在國防建設中，高壓及有放射性的液體，要求泵無泄漏等。1.2.2泵的分類泵的種類很多一般可以分為容積泵、葉片式泵（動態(tài)

16、泵）和其它類型泵三大類。1.容積泵容積泵是能量通過力的作用，周期性地向一個或一個以上的移動式有效附件的界面、液體相當于容積施加，導致壓力直接上升，達到輸送液體通過閥門或管件直至排出管線所需壓力的裝置。依據(jù)壓力產生元件的自然運動狀態(tài)，容積泵基本上分為往復式和回轉式兩類。2.葉片式泵（動態(tài)泵）葉片式泵是依靠高速旋轉的葉輪對液體的動力作用，把能量連續(xù)地傳遞給液體，使液體的動能（為主）和壓力能增加，隨后通過壓出室將動能轉換為壓力能，從而達到輸送液體的目的。葉片式泵根據(jù)葉輪和流道結構特點的不同可分為：離心泵、軸流泵、混流泵和旋渦泵等。3.其它類型泵其它類型泵的工作原理各異，如射流泵、水錘泵、氣升泵以及螺

17、旋泵等。螺旋泵是用螺旋推進原理來提高液體的位能，而其它泵都是用工作液體傳遞能量來輸送液體。1.2.3離心泵的分類 離心泵是動態(tài)泵中應用最廣的一類泵，可按以下方式分類。1.按葉輪數(shù)目分類單級泵：即在泵軸上只有一個葉輪；如圖1.3.1圖 1.3.1 sh型單級雙吸泵殼中開式離心泵多級泵：即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪，這時泵的總揚程為n個葉輪產生的揚程之和。如圖1.3.2所示。圖1.3.2 d型臥式多級離心泵2.按軸的安裝分類臥式泵：泵軸位于水平安裝；如上圖1.3.2所示。立式泵：泵軸位于垂直安裝；如圖1.3.3所示。圖1.3.3 isq系列立式管道離心泵3.按吸入方式分類單吸：葉輪只在一面有吸

18、入口；如圖2.3.4所示。雙吸：葉輪在兩面有吸入口；如圖1.3.1所示。圖1.3.4 is系列單級單吸式離心泵4.按葉片安裝方法分類可調葉片：葉輪的葉片安放角度可以調節(jié)；固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的。5.按工作壓力分類低壓泵：壓力低于100米水柱；中壓泵：壓力位于100-650米水柱之間；高壓泵：壓力高于650米水柱；6.按殼體分開方式分類分段式：殼體按與主軸垂直的平面分開；節(jié)段式：在分段式多級泵中，每一級殼體都是分開的；中開式：殼體在通過軸心線的平面上分開；如圖1.3.1所示。水平中開式：在中開式中分開面是水平的；垂直中開式：在中開式中分開面是垂直的；斜中開式：在中開式中分開面是傾斜

19、的。7.按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋線形狀的泵殼；如圖1.3.1導葉泵：水從葉輪出來后，進入它外面設置的導葉，之后進入下一級或流入出水管。8.按泵的用途和輸分送液體的性質按泵的用途和輸送液體的性質可分為：清水泵、泥漿泵、酸泵、堿泵、油泵、低溫泵、高溫泵、屏蔽泵。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 離心泵原理及其主要參數(shù)2 離心泵原理及其主要參數(shù)2.1 離心泵的基本構造及工作原理離心泵是應用面大，應用范圍廣的流體輸送設備。由于應用場合、性能參數(shù)、輸送介質和使用要求的不同，離心泵的品種及規(guī)格繁多，結構形式多種多樣。2.1.1離心泵的基本構造離心泵的基本構造

20、是由六部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。1葉輪作為離心泵的核心部分，具有較高轉速及較大輸出力。葉輪上起主要作用的是葉片，葉輪在裝配前要做靜平衡實驗。葉輪內外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。2泵體又稱泵殼，是泵的主體，起支撐和固定作用，并與安軸承的托架相連接。3泵軸的作用是經聯(lián)軸器將電機的轉距傳遞給葉輪，是傳遞機械能的主要部件。4軸承是支撐泵軸旋轉的構件，有滾動和滑動兩種形式。在水泵運行過程中軸承的溫度最高在85度一般運行在60度左右，如果高了就要查找原因并及時處理！5密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大會使泵內高壓區(qū)的水流向低壓區(qū)，使泵效率降低！而過小會使

21、葉輪與泵殼摩擦磨損。一般密封的間隙保持在0.251.10mm之間為宜。 6填料函主要由填料，水封環(huán)，填料筒，填料壓蓋，水封管組成。2.1.2離心泵的工作原理 1.泵軸帶動葉輪旋轉，對葉片間流體做功，流體由葉輪中心被拋向外圍；2.被拋出的液體由泵殼匯集，液體順著蝸殼形通道擴大的方向流動。泵殼使流體的部分動能化為壓能，使輸送能量損失減?。?.葉輪高速旋轉，迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開，從而在葉輪中心形成低壓，低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。4.葉輪外周安導輪使泵內液體能量轉換效率提高。導輪是葉輪外周固定的帶葉片的環(huán)。葉片的彎曲方和與葉輪葉片的相反，其角度與液體由葉輪流出的方向相適應，使

22、液體在泵殼內平穩(wěn)地轉換方向，使能耗最小，動壓能轉為靜壓能的效率高。5.軸向推力由后蓋板平衡孔來消除。葉輪周邊的液體帶著較高壓力離開，部分會滲到后蓋板后側，而葉輪前側入口處液體為低壓，故產生軸向推力。2.2 離心泵的主要參數(shù)泵的工作狀況常用工作參數(shù)來表示，主要工作參數(shù)有：揚程h、流量、轉速、汽蝕余量、功率和效率等。這些參數(shù)反映了泵的工作狀態(tài)和能量轉換程度。泵的主要性能指標也用這些主要工作參數(shù)來表示。2.2.1 揚程揚程又稱為泵的壓頭，是單位重量的液體從泵入口處到出口處的能量增量。其單位是，習慣簡稱為米。根據(jù)定義，泵的揚程h可以寫為 (21)式21中：泵出口處單位重量流體的能量（m）； 泵進口處單

23、位重量流體的能量（m）。單位重量流體的能量在水力學中稱為水頭，通常由壓力水頭 (m)、速度水頭 (m)、位置水頭z（m）三部分組成，即因此 (22)式22中： 、泵出口、進口處液體的靜壓力； 、泵出口、進口處液體的速度； 、泵出口、進口到任選的測量基準面的距離； 、泵出口、進口動能系數(shù)。2.2.2 流量流量是泵在單位時間通過水泵出口截面的液體量（體積或質量）。其中，體積流量用表示，單位是：m3/s、m3/h、l/s等，質量流量用表示，單位是：t/h、kg/s等。質量流量和體積流量的關系為 (23)式23中：流體的密度（kg/m3、t/m3），常溫清水1000kg/m3。實際上，水泵的轉動部件和

24、固定部件之間總是有間隙的，那么轉輪四周的液體由高壓側沿間隙漏向低壓側而未經泵出口截面流出而產生效益。所以實際產生效益的流量小于通過轉輪輸送的理論流量，該理論流量為 (24)泵的容積效率為 (25)2.2.3 功率和效率泵的功率又稱軸功率，通常指輸入功率，即電動機傳到泵軸上的功率，故用表示。泵的有效功率指泵的輸出功率，用表示，是單位時間內液體經泵輸送所獲得的有效能量。有效功率為： (26)或 (27)式26,27中： 泵輸送液體的密度； 泵輸送液體的重度； 泵的理論流量； 泵的理論揚程； 重力加速度。若液體重度的單位kgf/m3、的單位與上式相同，則 （28）軸功率和有效功率之差為泵內的損失功率

25、，其大小用泵的機械效率來計量。泵的機械效率為有效功率和軸功率之比，用表示，即 （29）也可以用下式表示 （210）式210中 機械效率；容積效率；水力效率； 總效率3。2.2.4 轉速泵的轉動部分包括葉輪、導葉、軸等，單位時間內葉輪旋轉的次數(shù)稱為轉速，用符號n表示，單位是轉每分（r/min）。泵由電動機帶動時，轉速與電動機轉速相同。當經過傳動裝置驅動軸時，可按泵的最優(yōu)運行工況選定轉速。2.2.5 汽蝕余量汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。單位用米標注，用（npsh）r。通常把泵入口的全水頭和液體飽和蒸氣壓力水頭之差，作為發(fā)生汽蝕的大致標準。汽蝕余量國內用表示。

26、 （211）式211中 泵入口處的靜壓力 泵入口處的平均流速2.2.6 泵的各種損失及泵的效率由離心泵知離心泵在把機械能轉化為液體能量過程中，伴有各種損失，這些損失用相應的效率來表示。離心泵內的損失可分三種，即機械損失、容積損失和水力損失，與之相對應泵的效率也分機械效率、容積效率和水力效率。 (1)機械損失和機械效率 軸承損失功率、密封損失功率和圓盤摩擦損失功率之和稱為機械損失，用來表示。軸功率去掉機械損失功率后稱為輸入水力功率，用來表示。機械效率為輸入水力功率和軸功率之比，即 （212）(2)容積損失和容積效率 容積損失的實質也是能量損失，容積損失的大小用容積效率來計算。容積效率為葉輪除掉泄

27、漏后液體(實際的流量)的功率及通過葉輪的液體(理論流量)的功率(輸入水力功率)之比，即 （213）(3)水力損失和水力效率 由于存在水力損失，單位質量液體經過泵增加的能量(h)，要小于葉輪傳給單位質量液體的能量()。泵的水力損失的大小用泵的水力效率來計量。用下式： （214）且泵的總效率等于機械效率、容積效率和水力效率之乘積，即 （215）上三式中 機械效率；容積效率；水力效率； 總效率；除掉泄漏之后的液體的功率；去掉水力損失液體的功率。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 離心泵的主要零部件3 離心泵的主要零部件離心泵的零部件分為過流部件和結構部件。過流部件和結構部件各自的包含如下。3.1過流部件

28、3.1.1 葉輪葉輪是泵的核心，也是過流部件的核心。其主要作用是把原動機的能量傳遞給液體。葉輪常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其它材料做成。1.葉輪按液體相對于旋轉軸線的流動方向分為三類：徑流式葉輪；混流式葉輪；軸流式葉輪。2.按液體流入的方式分為：單吸葉輪；雙吸葉輪。3.按結構形式分為：閉式葉輪；開式葉輪；半開式葉輪。其中如果泵的壓頭由單個葉輪產生，則稱之為單級泵。反之稱為多級泵。其中封閉式葉輪幾乎普遍用于抽送清潔液體的泵，所以應用較廣。3.1.2 離心泵吸水室吸水室是指泵進口段到葉輪入口泵體的過流部分。吸水室中的水力損失比壓出室小得多，故吸水室相對不算很重要。但它的設計影響泵的抗空化性，因此吸水室

29、應保證在損失最小的情況下流速盡可能均勻分布，并將室內的流速變?yōu)槿~輪的平穩(wěn)入口速度。按結構吸水室可以分為直錐型吸水室、彎管型吸水室、環(huán)形吸水室和半螺旋型吸水室。3.1.3 離心泵壓水室離心泵的壓水室是指葉輪出口至次級葉輪進口前的過流部分。壓出室作用是將葉輪中流出的液體收集起來并送到下一級葉輪或管道系統(tǒng)中；降低葉輪出來液體的流速，實現(xiàn)動能到壓能的轉化，以減少液體在下一級葉輪或管道系統(tǒng)中的損失；消除液體流出葉輪后的旋轉運動，以避免由于這種旋轉運動帶來的水力損失。壓水室按結構分成螺旋式壓水室、導葉壓水室和環(huán)形壓水室4。3.2結構部件3.2.1軸軸是用來傳遞扭矩，使葉輪旋轉。軸上固定有葉輪、軸承、密封裝

30、置及聯(lián)軸器等部件。軸的受力復雜，受到由重量、葉輪旋轉造成的離心力及葉輪外緣力不平衡造成的附加徑向力作用，在軸承處還受到靜態(tài)支撐力與動態(tài)支撐力作用。軸的最小直徑指聯(lián)軸器處的軸徑，常考慮到鍵槽或退刀槽對強度的削弱，給以適當?shù)脑黾?，并圓整取標注直徑。軸最小直徑公式 （315）式中為轉矩，當已知功率和轉速時；為材料的許可應力，對于35鋼。3.2.2軸承軸承用來支撐轉子零件，并承受轉子零件上的多種載荷。根據(jù)軸承中摩擦性質的不同可分為滑動軸承與滾動軸承。每一種又可以分為向心軸承和推力軸承。3.2.3密封裝置為了保證泵的正常工作，應防止液體外泄和內泄，或外界空氣吸入泵內，因此必須在葉輪和泵殼間、軸與殼體間裝

31、有密封裝置。1. 填料密封軟填料密封是填料密封中應用最廣泛的，又稱盤根盒密封，它由油浸石墨的石棉繩做填料，放于盤根盒中由套筒和壓蓋壓緊，依靠填料的變形達到密封。用軟填料時，在填料層中間安裝一個封漏環(huán)，把高壓液流引入此處，不僅起密封作用，同時也能起潤滑冷卻作用，2. 機械密封一對相對運動環(huán)的端面互相貼合形成微小軸向間隙起密封作用。3. 浮動密封浮動密封是靠浮動環(huán)端面和浮動套端面的接觸來實現(xiàn)軸向密封的，徑向密封是靠軸套外圓表面與浮動環(huán)內圓表面形成的狹窄縫隙以產生節(jié)流來密封的。4. 密封環(huán)轉輪入口的密封環(huán)又稱為口環(huán)，用來防止液流從葉輪出口經過殼體和葉輪外壁間隙返回葉輪進口的內泄漏，以提高水泵的容積效

32、率。5.副葉輪密封副葉輪密封是利用回轉體帶動流體使之產生離心力以克服泄漏的裝置，其密封能力來源于機器軸的旋轉帶動副葉輪所做的功，因此副葉輪密封又稱為動力密封 5。3.2.4軸向力平衡裝置離心泵運轉時，其轉動部分會受到一個與軸線平行的軸向力，這個力相當大，此力會使葉輪和軸發(fā)生竄動，葉輪與密封環(huán)發(fā)生摩擦，造成零件損壞，特別是多級離心泵。因此，必須設法平衡或消除軸向力。多級離心泵的軸向力平衡方法：對稱分布葉輪對稱分布多級泵的葉輪，通過縫隙的泄漏量最小，密封壓力最小，流道簡單。平衡鼓平衡鼓裝在末級葉輪的后面，其后面是平衡室，與第一級葉輪的吸入室相通。平衡盤在不同工況自動完全的平衡軸向力，故廣泛應用于多

33、級離心泵6。3.2.5其它零部件離心泵除上述主要零部件以外，還有中段、托架、支架、聯(lián)軸器等零部件。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） d200多級離心泵結構設計4 d200多級離心泵結構設計4.1 d200離心泵結構方案的選擇 根據(jù)指導老師給的任務要求（1、流量q=280m3/h；2、揚程h=200m；3、效率=80%；4、轉速n=1470r/min；5、液體重度=1000kg/m3；）確定離心泵的結構。4.1.1 電機的選擇離心泵的電機選擇需考慮以下因素： 根據(jù)不同結構形式的泵的負載性質和生產工藝對電動機的啟動、制動、運轉、調速等要求，選擇電動機類型。根據(jù)負載轉矩、轉速變化范圍和啟動頻繁程度等要

34、求。根據(jù)離心泵機組使用場所的環(huán)境條件。據(jù)電壓標準及對功率的要求，確定電動機的電壓等級。據(jù)機械的最高轉速要求，選擇電動機的額定轉速。除以上因素，還須考慮運行可靠性、供貨情況、節(jié)能要求、通用性、安裝檢修的難易、建設費用、維修等。離心泵軸功率的計算： （41）式41中：泵的有效功率；離心泵的效率；清水的重度；離心泵的流量；離心泵的揚程。則： 則計算功率： （42）查“機械設計手冊”選電機型號為y355m2-4型,該種型號的電機額定功率為250kw，同步轉速為1500 r/min,因此符合設計需要。4.1.2 電機轉數(shù)、比轉數(shù)和級數(shù)由于本泵是采用電機直接驅動的形式，所以電機轉數(shù)確定，滿載轉數(shù)n=147

35、0r/min 。根據(jù)多級泵比轉數(shù)計算公式： （43）式43中： 比轉數(shù) 泵的轉數(shù)； 泵的流量； 泵的揚程；多級泵的級數(shù)。將上述數(shù)值帶入上式可得如下關 分別帶入級數(shù)i=3、4、5、6、7、8級，分別求出相應的比轉數(shù)ns的值，見表4.1表4.1級數(shù)i與比轉數(shù)ns關系表級數(shù)i345678比轉數(shù)ns6480941081211341.比轉數(shù)（1）比轉數(shù)與泵效率密切有關，如圖4.1所示，在確定比轉數(shù)時必須同時考慮泵的效率是否能達到給定指標（2）在確定比轉數(shù)時，還應考慮到是否有合適的模型，如果有合適的模型，應該選取模型泵的比轉數(shù)，這樣不但簡化了試驗研究和設計工作，而且保證產品有較高的技術經濟指標。（3）離心

36、泵和混流泵的比轉數(shù)在30500范圍內。（4）比轉數(shù)的大小與葉輪形狀和泵性能曲線形狀有密切關系7。2.級數(shù)1)確定級數(shù)時，首先應該考慮到結構安排的可能性。臥式泵級數(shù)太多會增加軸的跨度，降低運行可靠性，給使用、維護、檢修工作帶來很多困難。目前，臥式多級象一般不超過l0級，最多不超過l5級。2)從結構的觀點來看，希望級數(shù)越少越好，也就是希望單級揚程越高越好。但是，在轉速一定的情況下，要提高單級揚程必須采用低比轉數(shù)葉輪，而比轉數(shù)越小，泵效率越低 8。圖 4.1 離心泵總效率圖由 “離心泵總效率”圖4.1，效率確定級數(shù)為級，比轉數(shù) 。4.1.3 確定進口直徑、流速和出口直徑泵進口直徑與吸入管內的流速有關

37、，據(jù)國內外管路經濟流速分析及相關標準規(guī)定，最常用的流速為3m/s左右，但最好根據(jù)具體情況作綜合分析比較，常用的多級泵吸入口徑、流量和流速的關系見表4-2。表4-2 泵吸入口徑、流量和流速的關系進口直徑/mm40506580100150200250300400多級泵1.3751.772.12.5432.442.482.542.843.426.5212.52546851.552804507201500則由公式： （44）式44中， 流量，單位應為m3/s, 進口平均流速， 取 則， 由上表可有，由（4-4）得吸入口流速公式： （45）可得： 泵的出口直徑可去與相同，或小于，即 取 （46）4.1.

38、4 確定泵的最小汽蝕余量hmin和汽蝕比轉數(shù)c最小汽蝕余量的大小與泵入口幾何形狀及液體流動情況密切有關。我們可以利用水力學中的相似原理，引入一個汽蝕比轉數(shù)c來表示離心泵的最小汽蝕余量與泵設計參數(shù)間的關系： （47）汽蝕比轉速是在入口幾何相似，運動相似和動力相似的條件下推導出來的。所以對一組入口幾何形狀（包括葉輪入口及吸入室）相似的泵，在相似的工況下，他們的c值相同。因此，c值可以作為葉輪入口和吸入室?guī)缀蜗嗨频呐袆e數(shù)9。泵的最小汽蝕余量越小，汽蝕比轉速越大，所以c值可以作為在考慮汽蝕性能時選取模型泵的一個參數(shù)。根據(jù)生產實踐經驗，可見表4-3。4-3 分段式多級泵的和吸入口徑（mm）8010015

39、0200250設計流量（）4685155280150500單雙雙轉速（r/min）295045002950550029505000148029505000148029502950汽蝕余量（m）3.56.34.07.54.584.55.5115.05.05.0汽蝕比轉速7438809051050110512307551285131085512201305由給定設計參數(shù)得 4.2 軸徑的設計根據(jù)給定的設計參數(shù)確定泵的轉速、比轉數(shù)、級數(shù)和結構形式后，必須求出軸徑和輪轂直徑才能進行水力原件設計。由公式4-1有：計算軸徑時用的計算功率較軸功率稍大些，因為軸功率是設計工況下的功率，而泵運行時的最大流量所對

40、應的功率大于軸功率，計算功率一般如式4-2所示：又由離心泵中查得： （48）又知，將上述數(shù)值帶入公式48得： 式子3-25為軸的最小直徑計算公式： 機械手冊上查“泵軸常用材料的許用切應力”，如表4-4所示。表4-4 泵常用材料許用切應力 材料熱處理要求許用切應力用途正火處理400500一般單級泵調質處理hb=241286500600一般多級泵調質處理hb=241302700800大功率高壓泵調質處理hb=268302600750耐腐蝕泵調質處理hb=241285750800高溫泵本泵選擇45調質處理，取軸最小直徑： 電機與泵軸之間一般采用彈性套柱銷聯(lián)軸器，上式算出的是聯(lián)軸器處的最小直徑，考慮到

41、開鍵槽，由機械零件設計手冊知一般加的裕量，將聯(lián)軸器將最小軸徑圓整為，安裝軸承和葉輪處的直徑為：。由于葉輪和軸通常是用鍵聯(lián)結的，因此，輪轂要有一定強度，輪轂的直徑可按下列經驗公式計算10。確定輪轂處的直徑： 、 （49）式中 經驗系數(shù)，通常取,這里?。话惭b葉輪處的軸的直徑，。則 4.3 離心泵的葉輪的設計離心泵葉輪（如圖4.2）的水利設計主要有相似設計法和速度系數(shù)設計法。這里運用速度系數(shù)設計法來確定葉輪的主要幾何參數(shù)。圖4.2 離心泵葉輪4.3.1葉輪進口直徑要求得必須先確定葉輪入口速度，可用公式 （410）式中 葉輪入口速度系數(shù) 泵的單級揚程對分段式多級泵第一級葉輪，一般略為加大葉輪入口直徑來

42、降低液體流進葉輪時的流速，進而提高泵的抗汽蝕性能。而其他各級葉輪由于已有一定的吸入壓力，故應盡量減小葉輪入口直徑，以提高泵的效率。設計時應按圖4.3中相應曲線選擇系數(shù)。圖4.3 離心泵葉輪的速度系數(shù)由圖4.3可以查到葉輪入口速度系數(shù)：多級泵首級葉輪,多級泵次級葉輪，泵的單級揚程，所以有：多級泵首級葉輪 多級泵次級葉輪 通過葉輪的流量可用公式： 即 （411）大于設計流量,因為通過葉輪的流量中有一部分經密封間隙返回葉輪入口處。可按下式計算： （412）圖4.4 離心泵的容積效率為容積效率，可由離心泵的設計基礎的215圖，即圖4.4查得。當流量，且時，可查得。則 在輪轂或軸穿過葉輪時，葉輪入口直徑

43、為： （413）所以有：首級葉輪?。淮渭壢~輪取。4.3.2確定葉片入口邊直徑在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內切圓，內切圓圓心到軸心線距離的兩倍即為葉片入口邊直徑，一般可按比轉數(shù)確定，如表4-5所示。表 4-5葉片入口邊直徑與葉輪入口直徑及關系取值范圍葉片入口邊直徑與葉輪入口直徑關系所以時， 取值范圍。4.3.3葉輪外徑 葉輪出口直徑可由公式414求得 (414)式中是葉輪出口圓周速度，可由下式求得： （415）式中 多級泵的單級揚程；葉輪出口圓周速度系數(shù)，可由圖4.3選取 。則 取 4.3.4葉片入口寬度離心泵葉輪入口尺寸和葉片入口寬度對泵的抗汽蝕性能影響很大。 （416）對首級葉輪:式中

44、為葉輪入口直徑，由離心泵設計基礎知時，葉片入口直徑取值范圍，??；為葉輪入口絕對速度，一般情況下取，得。即對次級葉輪:式中為葉輪入口直徑，一般?。粸槿~輪入口絕對速度，一般情況下取，得 。即4.3.5葉片入口處圓周速度計算用公式： （417）則 首級葉輪： 次級葉輪： 4.3.6確定葉片數(shù) 由離心泵的設計基礎知：對的泵，一般取6片；對低比轉速的泵可以取9片，但應注意勿使入口流道堵塞；對高比轉數(shù)的泵可以取45片；另外還可以根據(jù)經驗公式進行估計。 （418）式中為葉輪外徑（單位為厘米時），所以，取。4.3.7葉片厚度 一般在確定葉片厚度時應注意：對較小的泵，要考慮到鑄造的可能性，對鑄鐵葉輪，葉片最小厚

45、度為；對鑄鋼葉輪，葉片最小厚度為。對大泵應適當增加葉片厚度，以使葉片有足夠的剛度，此處取。4.3.8葉片出口安放角 由離心泵設計基礎知：葉片出口安放角一般在范圍內，通常選用，故此處取。4.3.9葉輪出口寬度由離心泵設計基礎知可以通過葉輪出口軸面速度確定，由其5-8圖得出 可按下式計算： （419）式419中 葉輪出口軸面速度系數(shù)，時，由圖4.3可?。欢嗉壉玫膯渭墦P程。則 確定后可由下式計算： （420）式420中 葉片數(shù)目，取葉片出口處圓周方向的厚度（米），可由下式計算： （421）式中 葉輪出口處葉片真實厚度（嚴格地說是流面上的速度），由離心泵設計基礎中圖59(如圖4.6)，這里??；葉片出口安放角。 圖4.5 葉輪出口排擠由上面兩公式聯(lián)立可得： （422）帶入數(shù)值： 4.3.10葉片入口軸面速度葉片入口軸面速度可由下式得到 (423)式中 葉片入口排擠系數(shù)，一般取，??； 葉片入口處絕對速度，一般取。即 首級葉輪： 次級葉輪：4.3.11葉片入口安放角圖 4.6 葉片入口安放角葉片入口安放角（圖4.7所示）由下式可得 （4