開題報(bào)告：常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵設(shè)計(jì)(ns=80.6)

1、開題報(bào)告學(xué)院： 專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 年級(jí)： 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 設(shè)計(jì)題目常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵設(shè)計(jì)(ns=80.6)與本課題有關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究情況： 泵是量大面廣的通用產(chǎn)品，其中的單級(jí)單吸離心泵（以下簡(jiǎn)稱離心泵）屬泵類中量大面廣、品種繁多的產(chǎn)品，也是明顯受世界金融危機(jī)影響較大的泵產(chǎn)品之一。 在改革開放之前，離心泵產(chǎn)品大多由沈陽(yáng)水泵研究所組織聯(lián)合設(shè)計(jì)，對(duì)老產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行升級(jí)換代。單級(jí)泵在20世紀(jì)50年代是K型泵（參考前蘇聯(lián)的產(chǎn)品），20世紀(jì)60年代為BA型（B型）泵，20世紀(jì)70年代為IS型泵。IS型泵，當(dāng)時(shí)盡量向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏，加之大力推廣，現(xiàn)已占據(jù)我國(guó)單級(jí)泵主導(dǎo)位置，至今已30年。這期

2、間，一方面泵本身技術(shù)在進(jìn)步，另一方面國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)泵不斷提出更多更高的要求?，F(xiàn)在看來，現(xiàn)有單級(jí)泵的性能與可靠性已難以滿足國(guó)家的需要，尤其是泵的效率與現(xiàn)代的高效節(jié)能產(chǎn)品相比存在著很大的差距。 國(guó)內(nèi)單級(jí)單吸離心泵性能參數(shù)范圍窄。 IS（IH）泵29個(gè)品種。流量12.5400，揚(yáng)程20400m。揚(yáng)程20125m時(shí)的最大流量為200，流量400m3/h時(shí)的最大揚(yáng)程為50m。國(guó)外單級(jí)泵的參數(shù)：XA泵最大流量為650，ISO泵最大流量為720，CZ泵最大流量為1700，ZA泵最大量為2390。有的單級(jí)泵揚(yáng)程超過200m。我國(guó)有些泵廠，為了滿足訂貨需要，已將流量在IS泵的基礎(chǔ)上擴(kuò)大到3 200，揚(yáng)程增加到

3、200m。 目前單級(jí)單吸離心泵的主要缺陷： 1、效率和汽蝕指標(biāo)偏低 經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)分析，我國(guó)單級(jí)泵與世界先進(jìn)水平相比，效率低2%左右，汽蝕余量約高10%。實(shí)際上大約有1/4的產(chǎn)品還達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)。 2、全部采用單渦殼結(jié)構(gòu)壓水室，泵運(yùn)行的穩(wěn)定性差 目前，國(guó)內(nèi)單級(jí)單吸離心泵全部采用單渦殼結(jié)構(gòu)壓水室，有損泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。更多地采用雙渦殼結(jié)構(gòu)壓水室，已成為世界泵發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。采用雙渦殼結(jié)構(gòu)，可以減小泵運(yùn)行中的徑向力，從而降低泵的振動(dòng)噪聲；另外雙渦殼結(jié)構(gòu)有助于擴(kuò)大泵的高效范圍。 3、葉輪進(jìn)口堵塞 IS（IH）泵中，有些泵的進(jìn)口面積過小，流速過高，導(dǎo)致葉輪進(jìn)口堵塞，不但影響汽蝕性能，而且使葉片間流道的擴(kuò)散度

4、增大，使泵的效率下降，這也是泵在大流量時(shí)，流量上不去的重要原因。 4、只有一條性能曲線 ，限制了泵的使用范圍。IS（IH）泵，在樣本等資料中只給出設(shè)計(jì)點(diǎn)和大、小流量三個(gè)點(diǎn)的性能參數(shù)，一條過只有三點(diǎn)性能參數(shù)的曲線。國(guó)外泵均給出包括至少有兩次切割葉輪直徑的通用特性曲線（含等效曲線、汽蝕余量曲線和軸功率曲線），既擴(kuò)大了泵的使用范圍，又為選泵提供了方便條件。 5、整體結(jié)構(gòu)造型、零部件的結(jié)構(gòu)有待改進(jìn) 國(guó)內(nèi)外單級(jí)單吸離心泵的主要特點(diǎn)： 1、運(yùn)行平穩(wěn)：泵軸的絕對(duì)同心度及葉輪優(yōu)異的動(dòng)靜平衡，保證平穩(wěn)運(yùn)行，絕無振動(dòng)。 2、滴水不漏：不同材質(zhì)的硬質(zhì)合金密封，保證了不同介質(zhì)輸送均無泄漏。 3、噪音低：兩個(gè)低噪音的軸

5、承支撐下的水泵，除電機(jī)微弱聲響，基本無噪音。 4、故障率低：結(jié)構(gòu)合理，關(guān)鍵部分采用一流品質(zhì)配套，整機(jī)無故障工作時(shí)間大大提高。 5、維修方便：更換密封、軸承、簡(jiǎn)易方便。 6、占地更省：臥式單級(jí)離心泵是水平吸入，垂直吐出，立式單級(jí)離心泵是出口可向左、向右兩個(gè)方向，便管道布置安裝，節(jié)省空間。 當(dāng)前，單級(jí)單吸離心泵的主要應(yīng)用場(chǎng)合： 1、IS臥式清水泵，供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它液體之用，使用溫度t80。 2、IR臥式熱水泵廣泛適用于：冶金、化工、紡織、造紙以及賓館飯店等鍋爐熱水增壓循環(huán)輸送及城市采暖系統(tǒng)，ir型使用溫度t120。 3、IH臥式化工泵，供輸送不含固體顆粒，具有腐蝕性、粘度類

6、似于水的液體，使用溫度為-20+120。 4、ISW臥式管道油泵，供輸送汽油、煤油、柴油等油類產(chǎn)品或易燃、易爆液體，被輸送介質(zhì)溫度為-20 +120本課題研究的主要內(nèi)容及方法： 目前基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)理論的一元設(shè)計(jì)理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，當(dāng)前普遍采用的設(shè)計(jì)理論。依據(jù)已經(jīng)積累的水力模型能夠設(shè)計(jì)出一些水利性能比較優(yōu)秀的產(chǎn)品。但離心泵內(nèi)部流動(dòng)是一個(gè)全三維的復(fù)雜流動(dòng)，采用一元設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)的理論模型并不能滿足要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)因此隨之出現(xiàn)和發(fā)展，并成為離心泵設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵步驟。其與反問題設(shè)計(jì)技術(shù)相互配合，并且與CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、人工智能技術(shù)等結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高效水力模型的快速、智能化設(shè)計(jì)和制造。 依賴計(jì)算機(jī)

7、、計(jì)算流體力學(xué)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，人們?cè)谝辉O(shè)計(jì)方法的改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬等方面取得了先進(jìn)的成果，包括國(guó)外較為先進(jìn)的CAD/CFD交互設(shè)計(jì)技術(shù)，是的離心泵的設(shè)計(jì)逐步從一元流設(shè)計(jì)向三元流設(shè)計(jì)方向發(fā)展。 國(guó)內(nèi)外預(yù)測(cè)泵性能的主要方法就是流場(chǎng)分析法、水力損失法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。水力損失法經(jīng)過幾十年的發(fā)展,現(xiàn)今已經(jīng)較成熟,但它的預(yù)測(cè)精度有待進(jìn)一步提高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法目前的預(yù)測(cè)精度不是很高,而且其精度的提高在很大程度上依賴于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)科的發(fā)展。對(duì)于研究泵的工作者,最具發(fā)展?jié)摿Φ木褪橇鲌?chǎng)分析法。 世界上理論研究的重點(diǎn)仍然是泵內(nèi)部的全三維流動(dòng)計(jì)算、內(nèi)流測(cè)試、多相流和汽蝕等。并在此基礎(chǔ)上

8、,提高性能預(yù)測(cè)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。以后的水力設(shè)計(jì)方法是多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)法。不僅考慮水力設(shè)計(jì),還兼顧到可靠性、節(jié)能、制造技術(shù)、價(jià)值工程、產(chǎn)品的模塊化和個(gè)性化相結(jié)合等。結(jié)構(gòu)方面將采用更加可靠的密封技術(shù)和軸承新材料的研究也是今后泵行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展將使泵的工作更加可靠,并減少運(yùn)行維修費(fèi)用。 本課題依據(jù)關(guān)醒凡教授現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊(cè)里面所介紹的離心泵葉片、渦殼的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合以往的設(shè)計(jì)資料及調(diào)研學(xué)習(xí)的結(jié)果，完成常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵的水利設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制葉輪和蝸殼的木模圖以及主要部件的結(jié)構(gòu)圖。并在完成課題的同時(shí)爭(zhēng)取有所創(chuàng)新，尋找改進(jìn)的方法。 傳統(tǒng)的水利設(shè)計(jì)方法主

9、要有：相似換算法、速度系數(shù)法、面積比原理設(shè)計(jì)法、加大流量設(shè)計(jì)法、短葉片偏置法等。 下面介紹應(yīng)用比較廣泛的兩種方法： 1、相似換算法：相似換算法是建立在相似理論基礎(chǔ)上的一種方法，通過在一臺(tái)模型泵的基礎(chǔ)上對(duì)相似模型泵的尺寸進(jìn)行放大或縮小來得到所有設(shè)計(jì)的泵尺寸。對(duì)完全相似的泵來說，比轉(zhuǎn)速ns相等。在相似工況下，假設(shè)實(shí)型泵和模型泵的效率相等，已知一臺(tái)泵的幾何形狀和性能參數(shù)，利用相似定律，按照比例放大或縮小為另一臺(tái)幾何相似的泵，并換算出相應(yīng)的性能曲線。這種設(shè)計(jì)要求要有一個(gè)水力模型庫(kù)。 2、速度系數(shù)法：速度系數(shù)法是以速度系數(shù)圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。實(shí)質(zhì)上，它仍然是基于相似理論基礎(chǔ)的一種相似換算法，它同樣要求要有較

10、好的泵模型，設(shè)計(jì)時(shí)按ns選取速度系數(shù)，并作為水力尺寸的依據(jù)。它們的各項(xiàng)系數(shù)都是在比轉(zhuǎn)速大于或等于30的情況下取得的，也就限制了它們用于較低比轉(zhuǎn)速和超低比轉(zhuǎn)速離心泵的設(shè)計(jì)。目前已有不少人對(duì)這種圖進(jìn)行了改進(jìn)，并用此方法進(jìn)行泵的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。這也是本課題主要采用的方法。本課題所需要解決的問題： 由于是常溫清水離心泵，所以對(duì)泵體以及其他零件的材料沒有特殊的要求。在密封方面，傳統(tǒng)的密封方式有填料密封和機(jī)械密封，填料密封雖然價(jià)格低，維修方便，但是可靠性較差，而機(jī)械密封密封效果較好，可靠性高，所以本課題選用機(jī)械密封。 另外，單級(jí)離心泵的設(shè)計(jì)主要問題之一是軸向力的平衡問題。通常平衡軸向力的方法有如下幾種。 1、

11、葉輪上開平衡孔：其目的是使葉輪兩側(cè)的壓力相等，從而使軸向力平衡，在葉輪輪盤上靠近輪毅的地方對(duì)稱地鉆幾個(gè)小孔，并在泵殼與輪盤上設(shè)置密封環(huán)，使葉輪兩側(cè)液體壓力差大大減小，起到減小軸向力的作用。這種方法簡(jiǎn)單、可靠，但有一部分液體回流葉輪吸人口，降低了泵的效率。本課題采用的就是本方法。 2、采用雙吸葉輪：它是利用葉輪本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，達(dá)到自身平衡，由于雙吸葉輪兩側(cè)對(duì)稱，所以理論上不會(huì)產(chǎn)生軸向力，但由于制造質(zhì)量及葉輪兩側(cè)液體流動(dòng)的差異，不可能使軸向力完全平衡。 3、葉輪上設(shè)徑向筋板：在葉輪輪盤外側(cè)設(shè)置徑向筋板以平衡軸向力，設(shè)立徑向筋板后，葉輪高壓側(cè)內(nèi)液體被徑向筋板帶動(dòng)，以接近葉輪旋轉(zhuǎn)速度的速度旋轉(zhuǎn)，在離心力

12、的作用下，使此空腔內(nèi)液體壓力降低，從而使葉輪兩側(cè)軸向力達(dá)到平衡。其缺點(diǎn)就是有附加功率損耗。一般在小泵中采用4條徑向筋板，大泵采用6條徑向筋板。 4、設(shè)置止推軸承：在用以上方法不能完全消除軸向力時(shí)，要采用裝止推軸承的方法來承受剩余軸向力。 5、對(duì)于多級(jí)泵常常采用平衡盤和平衡鼓的方法平衡軸向力。預(yù)期結(jié)果及其意義： 通過前期的調(diào)研，資料的查詢，結(jié)合自身所學(xué)的知識(shí)和學(xué)校以及企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)，完成本課題的相關(guān)內(nèi)容，使設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到參數(shù)要求和預(yù)期的結(jié)果。在完成本課題的過程中，掌握泵設(shè)計(jì)的過程、影響性能參數(shù)的因素，以及數(shù)據(jù)的選取與處理。熟悉標(biāo)準(zhǔn)的選擇以及標(biāo)準(zhǔn)件（軸承、鍵等）選擇和類型。熟練繪圖軟（UG、CAD）的應(yīng)用。為以后的工作學(xué)習(xí)打下好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)： 1我國(guó)單級(jí)單吸離心泵的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 關(guān)醒凡、商明華、張生昌 2離心泵性能預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)狀及展望 談明高、袁壽其、劉厚林 3國(guó)內(nèi)離心泵的發(fā)展 李必祥 4低比轉(zhuǎn)速離心泵研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 張佩芳、袁壽其、黃良勇 完成課題的各階段工作具體安排起止日期本階段的工作安排3.