離心泵的設計及其密封含9張CAD圖,離心泵,設計,及其,密封,cad 離心泵的設計及其密封 摘要：在當今社會離心泵的應用是很廣泛的,在國民經(jīng)濟的許多部門要用到它。在供給系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的一種設備。在泵的實際應用中損耗嚴重，特別是化工用泵在實際應用中損耗，主要是軸封部分，在輸送過程中由于密封不當而出現(xiàn)泄漏造成重大損失和事故。軸封有填料密封和機械密封。填料密封使用周期短，損耗高，效率低。本設計使用機械密封。主要以自己設計的離心泵為基礎，對泵的密封進行改進，以減少損耗，提高離心泵壽命。本設計其主要工作內容如下，自己設計一臺揚程為40m，流量為100m/h的離心泵。電機功率為7.5kw，轉速為2900r/min，.在0—80C工作環(huán)境下輸送帶雜質液體的離心泵的機械密封。 關鍵詞： 泵 填料密封 離心泵 機械密封 Centrifugal pump design and sealing Abstract: In today's society, the centrifugal pump is applied widely in the national economy, many departments should use it. In the supply system is almost an indispensable equipment. The practical application in pump industry, especially with serious loss in actual application of pump shaft seals, mainly is loss in the process of conveying, due to improper seal leakage caused heavy losses and accidents. Shaft seals have packing seal and mechanical seal. Packing seal use short cycle, the loss is high. Efficiency is low. This design USES mechanical seal. Mainly in their design based on centrifugal pump, and the improved seal pump, in order to reduce loss, improve the centrifugal pump life. This design is the main content of work, design a head for 40 MB, flow 100m/h of centrifugal pump. Electric power is 7.5 kw, speed for 2900r/min, the 0-80 C work environment impurity liquid conveyer belt of centrifugal pump mechanical seal. Keywords: pump packing seal centrifugal pump mechanical seal  目錄 一 內容摘要……………………………………………………………1 二 離心泵的工作原理以及密封方案選擇……………………………2 2.1 離心泵的工作原理………………………………………… 2 2.2 密封方案選擇……………………………………………… 2 三 離心泵的設計………………………………………………………4 3.1 離心泵的基本原理………………………………………… 4 3.2 離心泵氣蝕余量的計算…………………………………… 5 3.3 離心泵基本參數(shù)的確定…………………………………… 6 1 確定泵的進口直徑…………………………………………6 2 確定泵的出口直徑…………………………………………6 3 泵轉速的確定………………………………………………7 4 軸功率和原動機功率確定 ……………………………… 7 3.4 壓入室和吸出室的計算…………………………………… 8 1 壓出室水力計算………………………………………… 8 2 吸入室的水力設計……………………………………… 8 3.5 軸的計算…………………………………………………… 9 1 扭矩的計算……………………………………………… 9 2 泵軸直徑的初步計算…………………………………… 9 3 軸的強度計算……………………………………………19 4 軸的強度校核……………………………………………12 3.6 葉輪結構設計及主要尺寸計算……………………………14 1 結構設計…………………………………………………14 2 葉輪結構型式的確定……………………………………14 3 葉輪輪轂直徑的計算…………………………………14 4 葉輪進口直徑的計算 ……………………………… 15 5 葉輪外徑的計算…………………………………………15 6 葉輪出口寬度的計算……………………………………16 7 葉片數(shù)的計算和選擇……………………………………16 8 精算葉輪外徑……………………………………………17 9 葉輪出口速度……………………………………………17 10 葉輪進口速度……………………………………………18 11 葉輪強度計算……………………………………………19 3.7 泵體和鍵的強度計算………………………………………21 1 泵體強度計算……………………………………………21 2 鍵的強度校核……………………………………………23 四 離心泵的密封設計及其計算…………………………………… 26 4.1 密封的介紹…………………………………………………26 4.2 端面比壓的計算……………………………………………27 五 結論………………………………………………………………29 六 參考文獻…………………………………………………………30 二 離心泵的工作原理以及方案選擇 2.1 離心泵的工作原理 離心泵工作前，先將泵內充滿液體，然后啟動離心泵，葉輪快速轉動，葉輪的葉片驅使液體轉動，液體轉動時依靠慣性向葉輪外緣流去，同時葉輪從吸入室吸進液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運動中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個力對液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時候液體的動能與壓能均增大。就可以達到效果。 離心泵依靠旋轉葉輪對液體的作用把原動機的機械能傳遞給液體。由于離心泵的作用液體從葉輪進口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排出的液體經(jīng)過壓出室，大部分速度能轉換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這時，葉輪進口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）的作用下，被壓入葉輪的進口，于是，旋轉著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出液體。 2.2 密封方案選擇 離心泵的密封也叫軸封。它是旋轉軸和泵體之間的密封。分為機械密封和填料密封。 填料密封一般采用油浸石棉盤根或油浸棉紗盤根。他的優(yōu)點是結構簡單、成本低、適用范圍廣。但是在實際生產中，經(jīng)常出現(xiàn)這樣的狀況：新修好的設備，開始運行時軸封狀況良好，但用不了多久，泄漏量便不斷增加，調整壓蓋和更換填料的工作也逐漸頻繁，運轉不到一個周期，軸套就已磨損成花瓶狀，嚴重時還會出現(xiàn)軸套磨斷，并且水封環(huán)后面更換不到的盤根均已腐爛，無法起到密封作用。它的主要缺點是1、填料與軸直接接觸，且相對轉動，造成軸與軸套的磨損，所以必須定期或不定期更換軸套。2、為了使填料與軸或軸套間產生的摩擦熱及時散掉，填料密封必須保持一定量的泄漏，而且不易控制。3、填料與軸或軸套間的摩擦，造成電機有效功率降低，消耗電能，有時甚至達到5％－10％的驚人比例。也就是說：從填料密封的原理來看，流體在密封腔內可泄漏的通道有三處：其一是流體穿透纖維材料造成泄漏；其二是從填料與填料箱體之間泄漏；其三是從填料與軸表面之間泄漏。 機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。 常用機械密封結構由靜止環(huán)（靜環(huán)）1、旋轉環(huán)（動環(huán)）2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉環(huán)輔助密封圈6和靜止環(huán)輔助密封圈8等元件組成，防轉銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉動。旋轉環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)或非補償還。 相對于填料密封，機械密封的優(yōu)點是： 1密封可靠在長周期的運行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100； 2使用壽命長在油、水類介質中一般可達1～2年或更長時間，在化工介質中通常也能達半年以上； 3摩擦功率消耗小機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%； 4軸或軸套基本上不受摩損； 　　5維修周期長端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修； 　　6抗振性好 對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感； 　　7適用范圍廣機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。 　　8對現(xiàn)今許多工廠的“零泄漏”需要，填料無法達到此要求；根本適應范圍廣，隨意性更大，但對于在工廠，經(jīng)常更換或維護將對工廠造成很大損失。 　　但是機械密封由于零件相對較多，所以結構較復雜，對制造加工要求高，并且安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術水平。發(fā)生偶然性事故時，處理較困難。還有機械密封的一次性投資高，必須考慮成本問題。 綜合二種密封方式，考慮本設計中輸送的化學液體，并可能帶有腐蝕性，一旦泄漏會出重大事故。必須選擇密封性能好的方式。故本設計采用機械密封。要求計算出機械密封的各種力和端面比壓。 三 離心泵的設計 3.1 離心泵的基本原理 泵是把原動機的機械能轉換成液體能量的機器。泵用來增加液體的位能、壓能、動能.原動機通過泵軸帶動葉輪旋轉,對液體做功,使其能量增加,從而使需要數(shù)量的液體,使液體經(jīng)泵的過流部件輸送到要求的高度或要求壓力的地方。 如下圖1-1所示,是簡單的離心泵裝置。原動機帶動葉輪旋轉,將水從A處吸入泵內,排送到B處。泵中起主導作用的是葉輪,葉輪中的葉片強迫液體旋轉,液體在離心力作用下向四周甩出。這種情況和轉動的雨傘上的水滴向四周甩出去的道理一樣。泵內的液體甩出去后,新的液體在大氣壓力下進入泵內,如此連續(xù)不斷地從A處向B處供水。泵在開動前,應先灌滿水。如不灌滿水,葉輪只能帶動空氣旋轉,因空氣的單位體積的質量很小,產生的離心力甚小,無力把泵內和排水管路中的空氣排出,不能在泵內造成一定的真空,水也就吸不上來。泵的底閥是為灌水用的,泵出口側的調節(jié)閥是用來調節(jié)流量的。如圖3-1 圖3-1 3.2 泵汽蝕余量的計算方法 汽蝕余量對于泵的設計、試驗和使用都是十分重要的汽蝕基本參數(shù)。設計泵時根據(jù)對汽蝕性能的要求設計泵,如果用戶給定了具體的使用條件,則設計泵的汽蝕余量必須小于按使用條件確定的裝置汽蝕余量。欲提高泵的汽蝕性能,應盡量減小。泵試驗時,通過汽蝕試驗驗證,這是確定唯一可靠的方法。它一方面可以驗證泵是否達到設計的值。另一方面,考慮一個安全余量,得到許用汽蝕余量[],作為用戶確定幾何安裝高度的依據(jù).可見,正確地理解和確定汽蝕余量是十分重要的。 為了深入理解汽蝕的概念,應區(qū)分以下幾種汽蝕余量： 1.——裝置汽蝕余量又叫有效的汽蝕余量。是由吸入裝置提供的,越大泵越不容易發(fā)生汽蝕。 2.——泵汽蝕余量又叫必需的汽蝕余量,是規(guī)定泵要達到的汽蝕性能參數(shù), 越小,泵的抗汽蝕性能越好。 3.——試驗汽蝕余量,是汽蝕試驗時算出的值, 試驗汽蝕余量有任意多個,但對應泵性能下降一定值的試驗汽蝕余量只有一個,稱為臨界汽蝕余量,用表示。 4.——許用汽蝕余量,這是確定泵使用條件(如安裝高度)用的汽蝕余量,它應大于臨界汽蝕余量,以保證泵運行時不發(fā)生汽蝕,通常取=或=+k, k是安全值。 這些汽蝕余量有如下關系: 泵汽蝕余量的計算: 式中: ——托馬汽蝕系數(shù)； ——泵最高效率點下的泵單級揚程； ——最高效率點下的泵汽蝕余量。 根據(jù)【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社。】 查圖4-7 取=0.075 所以=0.03540=3 3.3 泵的基本參數(shù)的確定 1 確定泵的進口直徑 泵進口直徑也叫泵吸入口徑,是指泵吸入法蘭處管的內徑.吸入口徑由合理的進口流速確定。泵的進口流速一般為3m/s左右，從制造經(jīng)濟行考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵體積，提高過流能力。從提高抗汽蝕性能考慮，應取較大的進口直徑，以減小流速。常用的泵吸入口徑，流量和流速的關系如圖所示。對抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于250mm時，可取吸入口徑流速，在吸入口徑大于250mm時，可取。選定吸入流速后，按下式確定,在該設計中，此泵為單吸離心泵。 吸入口徑（mm） 40 50 65 80 100 150 200 250 單 級 泵 流速（m/s） 1.375 1.77 2.1 2.76 3.53 2.83 2.65 2.83 流量（m3/h） 6.25 12.5 25 50 100 180 300 500 表3-1 注：此表取自【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社。】 取吸入口流速V=3.2m/h，代入公式得： 取泵的吸入口徑為125mm。 2. 確定泵的出口直徑 泵出口直徑也叫泵排出口徑，是指泵排出法蘭處管的的內徑。對于低揚程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對于高揚程泵，為減小泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于吸入口徑，一般取 式中：R——泵的排出口徑 R——泵的吸入口徑 根據(jù)該泵的特性，由于該泵的流量大，考慮排水管路的經(jīng)濟性 取 3. 泵轉速的確定 確定泵轉速應考慮以下因素： (1).泵的轉速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此應選擇盡量高的轉速； (2).轉速和比轉數(shù)有關，而比轉數(shù)和效率有關，所以轉速應該和比轉數(shù)結合起來確定； (3).確定轉速應考慮原動機的種類（電動機、內燃機、汽輪機等）和傳動裝置（皮帶傳動、齒輪傳動、液力偶合器傳動等）； (4).轉速增高，過流部件的磨損加快，機組的振動、噪聲變大； (5).提高泵的轉速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉數(shù)公式 式中： ——泵的轉速（r/min） ——泵流量（m3/s） 可知：轉速和汽蝕基本參數(shù)及有確定的關系，如得不到滿足，將發(fā)生汽蝕。對既定得泵汽蝕比轉數(shù)值為定值，轉速增加，流量增加，則增加，當該值大于裝置汽蝕余量時，泵將發(fā)生汽蝕。 選 ,.=3， 則 根據(jù)汽蝕要求，泵的轉速應小于，而實際轉速為 4. 軸功率和原動機功率的確定 泵的軸功率 原動機功率 式中: ——余量系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著】 表7-10 取=1.1(原動機為電動機) ——傳動效率 查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著】 表7-11 取(直聯(lián)) 所以選擇7.5Kw的電動機可滿足要求,查【《機械零件手冊》吳宗澤主編】選擇電動機的型號為Y132S2-2 3.4 壓出室和吸入室的設計 1. 壓出室的水力設計 壓出室的作用在于： 1將葉片中流出的液體收集起來并送往下一級葉輪或管路系統(tǒng)。 2.降低液體的流速，實現(xiàn)動能到壓能的轉化，并可減小液體流往下一級葉輪或管路系統(tǒng)的損失。 3.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。 本設計采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。 2. 吸入室的水力設計 (1) 吸入室的作用 吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過流部分，吸入室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。 吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。 (2) 吸入室的分類 吸入室有以下四類：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、單吸泵螺旋形吸入室 直錐形吸入室常用于單級懸臂式泵中，它能保證液流逐漸加速而均勻地進入葉輪。 環(huán)形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口處設有許多導向徑，以防止液體在其中打轉而產生預旋，常用于雜質泵和多級泵。 半螺旋形吸入室主要用于單級泵中和水平式開式泵等,能保證在葉輪進口得到均勻的速度場。 本次設計泵采用單吸泵螺旋形吸入室。這種結構的吸入室性能好，結構簡單，制造方便，液體在單吸泵螺旋形吸入室內流動速度遞增，使液體在葉輪進口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好。 3.5 軸的設計 離心泵軸的設計為空心軸和電機軸用聯(lián)軸器直接相聯(lián)。為了保證這根軸符合要求,我們最后按外伸梁方法分析計算。 1 扭矩的計算 式中: ——扭矩() ——計算功率 取 2 泵軸直徑的初步計算 式中: ——材料的許用切應力() 查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著】 表7-12取 值的大小決定軸的粗細,軸細可以節(jié)省材料,提高葉輪水力和汽蝕性能;軸粗能增強泵的剛度,提高運行可靠性.故泵軸的最小軸徑取,泵軸的最大尺寸取 3 軸的強度計算 （1）葉輪所受徑向力的計算 () 式中: ——泵揚程 ——葉輪外徑 ——包括蓋板的葉輪出口寬度() ——試驗系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著】 圖17-30取 則 （2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計算 (N) 式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質量(g)取 ——葉輪的最大半徑() 則 （3）水平總的受力: 垂直總的受力: （4）計算水平面支承反力 （5）計算垂直面支承反力 （6）計算水平面C和D處的彎矩(考慮到C和D處可能是危險截面) （7）計算垂直面C處和D處的彎矩 （8）計算合成彎矩 C點合成彎矩： D點合成彎矩： （9）計算C和D處當量彎矩 查【《機械設計》吳宗澤主編】表2-7 由插入法得 （10）校核軸的強度 根據(jù)彎矩大小及軸的直徑選定C和D兩截面進行強度校核，由【《機械設計》吳宗澤主編】表2-5，當45鋼，按表2-7用插值法得 C截面當量彎曲應力： （因C截面有鍵槽，考慮對軸強度削弱影響，故d乘以0.95） D截面當量彎曲應力： 因此：C和D兩截面均安全 （11）校核軸徑 在葉輪中心截面處： 在電動機第一軸承處： 在電動機中間截面處： 軸的受力分析如下 圖3-2 4 軸的強度校核 軸的校核 （1）按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取==18.6Mpa； 查表《機械設計》表15-1查得[]=60Mpa;因此＜[]，故安全。（2）精確校核軸的疲勞強度 S=S*S/≥S S=/K*+*≥S 截面Ⅲ 抗彎截面系數(shù) W=0.1d=0.1*55=16637mm 抗扭截面系數(shù) W=0.2 d=0.2*55=33250 mm 截面Ⅲ的左側的彎矩M為 M=166758*(71-36)/71=92534N.m? 截面Ⅲ上的扭矩T為 T=960000N.m 截面上的彎曲應力 =M/W=92534/16637=5.6Mpa 截面上的扭轉切應力 =T/ W=960000/33250=28..2Mpa 軸的材料為45鋼，調質處理。由表15-1查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa； 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按表查取，因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;經(jīng)插值得 ， =1.31 軸按磨削加工，得表面質量系數(shù)為 ==0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即=1，得 K=2.80 K=1.62 計算安全系數(shù)S值， S=S*S/=9.5＞＞S=1.5 故可知其安全。 3.6 葉輪結構設計及主要尺寸計算 1 結構設計 葉輪是離心泵傳遞能量的主要部件，通過它把電能轉換為液體的壓力能和動能，因此，要求葉輪具有足夠的機械強度和完好的葉片形狀，在材料上，除了考慮介質腐蝕，磨損外，由于它是旋轉部件，故還應考慮離心力作用下的強度。 通常，用于葉輪的材料有鑄鐵，青銅鑄件，不銹鋼，鉻鋼等。當葉輪圓周速度超過30m/s，考慮鑄鐵強度不能承受這樣大的離心力的作用，則需改用青銅作材料，由于本設計泵屬于中小型泵，其圓周速度遠小于30m/s，在考慮到材料來源的難易，鑄造上的方便與否，同時考慮到泵的效率和抗汽蝕性能的要求，故選灰口鑄鐵，雖然它的強度不高，但它的生產工藝簡單，價格低廉，易于熔化，澆鑄性能好，冷凝的收縮性小，而且，其切削性能好，便于加工，減振性好，可以減輕由于水力沖擊造成的振動，而HT200又是在灰口鑄鐵中這些性能更為突出的，所以，本設計中葉輪的材料選用HT200作為原材料，熱處理采用退火，許用應力為[&]25-35MP 2 葉輪結構型式的確定 本設計選用半閉式葉輪。閉式葉輪由前蓋板，后蓋板，葉片和輪轂組成，半閉式葉輪多用于雜質泵。 葉輪主要尺寸的確定有三種方法：相似換算法、速度系數(shù)法、葉輪外徑或葉片出口角的理論計算。 葉輪采用速度系數(shù)法設計，速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎上的設計，利用統(tǒng)計系數(shù)計算過流部件的個部分尺寸。 圖3-3 3 葉輪輪轂直徑的計算 葉輪輪轂直徑必須保證軸孔在開鍵槽之后有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強度，通常，在滿足輪轂結構強度的條件下，盡量減小，則有利于改善流動條件。 取 軸直徑 根據(jù)葉輪輪轂直徑應取1.2～1.4倍的軸直徑，根據(jù)設計要求，取葉輪所在的軸的直徑為35，所以。取 4 葉輪進口直徑的計算 因為有的葉輪有輪轂（穿軸葉輪），有的葉輪沒有輪轂（懸臂式葉輪），為從研究問題中排除輪轂的影響，即考慮一般情況，引入葉輪進口當量直徑的概念。以為直徑的圓面積等于葉輪進口去掉輪轂的有效面積，即。按下式確定 式中：——泵流量（m3/s）對雙吸泵??； ——泵轉速（） ——系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計資料選取 主要考慮效率 兼顧效率和汽蝕 主要考慮汽蝕 取 5 葉輪外徑的計算 取 6 葉輪出口寬度的計算 因為兩個葉輪設計在一起，所以葉輪出口寬度 7 葉片數(shù)的計算和選擇 葉片數(shù)對泵的揚程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減小葉片的排擠和表面的摩擦；另一方面又要使葉道有足夠的長度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液體的充分作用。 葉輪葉片數(shù)： 對于低比轉數(shù)離心泵葉輪，， 則 式中： ——葉輪進口直徑 ——葉片進口直徑 ——葉輪外徑 ——葉片進口角 取 ——葉片出口角 取 低比轉數(shù)葉輪取大值 通常采用葉片數(shù)，取該葉輪葉片數(shù)為6 8 精算葉輪外徑 （1）.葉片出口排擠系數(shù) （2）.出口軸面速度 （3）.出口圓周速度 （4）.葉輪外徑 與假定值接近，不再進行計算 9 葉輪出口速度 （1）.出口軸面速度（由上述計算得） （2）. 出口圓周速度 （3）. 出口圓周分速度 （4）. 無窮葉片數(shù)出口圓周分速度 10 葉輪進口速度 （1）.葉輪進口圓周速度 進口分點半徑為 式中: ——所分的流道數(shù) ——從軸線側算起欲求的流線序號如圖所示,中間的流線序號為,所分的流道 圖3-4 則: （2）.葉片進口軸面液流過水斷面面積 （3）.C流線處葉片進口角(假定) （4）.校核 由軸面投影圖假設,與假設相近. 11 葉輪強度計算 (1） 蓋板強度計算 蓋板中的應力主要由離心力造成的，半徑越小的地方應力越大，葉輪簡圖如下： 圖3-5 葉輪外徑： 材料密度： 葉輪簡圖： 葉輪出口圓周速度的值按下式計算： 式中：——出口圓周速度系數(shù) 根據(jù)比轉數(shù)查《葉片泵設計手冊》圖5-3得 按等強度設計蓋板，蓋板任意直徑處的厚度按下式計算 式中：——材料密度（） ——許用應力 對鋼，對鑄鐵 ——材料的屈服強度 ——材料的抗拉強度 該蓋板符合要求 (2) 葉片厚度計算 根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面計算葉片厚度的公式： 式中：——泵的揚程 ——葉片數(shù) ——葉輪外徑 A——系數(shù)，與比轉數(shù)和材料有關，查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社。】表19-9取A=3.1 根據(jù)實際情況和鑄造工藝要求取為合適。 （3) 輪轂強度計算 熱裝葉輪輪轂和軸配合的選擇 對一般離心泵，葉輪和軸是間隙配合，但鍋爐給水水泵等有時采用過盈配合，為了使輪轂和軸的配合不松動，運轉時離心力產生的變形應小于軸與輪轂配合的最小公盈。離心力在輪轂中產生的應力亦可用下式計算，即 軸與輪轂的配合：孔 軸 最大間隙： 最小間隙： 式中：——輪轂平均直徑 ——材料的彈性模量 輪轂強度計算 輪轂中的應力為裝配應力（有過盈時）和停泵后輪轂和軸心溫差應力之和 溫差應力： 安全系數(shù)： 3.7 泵體和鍵的強度計算 1 泵體強度計算 (1)殼體壁厚 因渦殼幾何形狀復雜,且受力不均,故難以精確計算,下面可以用來估計壁厚 式中: ——泵揚程(m) ——泵流量() ——許用應力(Pa) (鑄鐵) ——當量壁厚,按下式計算 則 (2)強度校核 用魯吉斯方法進行校核,本方法假定最大應力發(fā)生在尺寸最大的軸面上,角度為處 圖3-6 軸面應力 圓周應力 徑向應力 （符合條件） 軸向變形 2 鍵的強度校核 （1）葉輪與軸相連處的鍵 圖3-7 葉輪鍵尺寸： 軸徑： 扭矩： 工作面的擠壓應力： a—a斷面的剪切應力： 則該鍵符合要求。 （2）電動機軸與葉輪軸相連處的鍵 圖3-8 鍵尺寸： 軸徑： 扭矩： 工作面的擠壓應力： a—a斷面的剪切應力： 則該鍵符合要求。 四 離心泵的密封設計及其計算 4.1 密封的介紹 旋轉的泵軸和固定的泵體間的密封簡稱軸封，我在本設計中用的是機械密封。在次泵的設計中，機械密封的作用主要是防止高壓液體從泵中漏出和防止空氣進入泵內。盡管機械密封在離心泵中所占的位置不大，但泵是否能正常運行，卻和機械密封密切相關。 機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。 常用機械密封結構由靜止環(huán)（靜環(huán)）1、旋轉環(huán)（動環(huán)）2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉環(huán)輔助密封圈6和靜止環(huán)輔助密封圈8等元件組成，防轉銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉動。旋轉環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)或非補償還。 機械密封中流體可能泄漏的途徑有A、B、C、D四個通道。C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。B通道是旋轉環(huán)與軸之間的密封，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環(huán)沿軸向作微量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環(huán)的旋轉環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉z、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結構。A通道則是旋轉環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤滑液膜，會加速端面的磨損；壓力過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設計和安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當?shù)姆秶畠取? 由于是單機單吸離心泵，可采用單端面外裝式平衡型密封。基本圖4-1如下； 1-密封墊 2-靜止環(huán) 3-旋轉環(huán) 4-密封圈 5-推環(huán) 6-彈簧 7-彈簧座 8-緊定螺釘 圖4-1 一些基本數(shù)據(jù) d——軸徑，mm； D——密封環(huán)接觸端面內徑，mm； D——密封環(huán)接觸端面外徑，mm； P——密封腔介質壓力，Mpa； P——彈簧比壓，Mpa； 4.2 端面比壓的計算 1， 密封環(huán)接觸端面平均壓力p/Mpa P= P=2.8Mpa =0.5 p=0.52.8=1.4Mpa 2密封環(huán)接觸端面液膜推開力R/N R=(D-D)P D=69mm D=58mm R=（69-58）=1535.3N 3 總的彈簧力F/N F=(D-D)P P=0.3Mpa F=（69-58）0.3=329N 4 密封腔內介質作用力F/N F= ( D- d) P d=35mm F= (69-35)2=5551.5N 5 動環(huán)所受的合力F/N F= F+ F-R =329+5551.5-1535.3=4345.2N 6端面比壓p/Mpa =4F/() =P+P(K-) K=0.6 P=0.3+2.8(0.6-0.5)=0.58Mpa 7 校核Pv值 查《機械設計手冊 潤滑與密封》表10-3-27可知； Pv（Pv） 故符合要求。 結論 離心泵的機械密封設計完成了，通過為時兩個月的設計，將我四年所學的知識做了一次大的串聯(lián)，使我逐漸把一些分散的知識點結合成了一個整體。 通過畢業(yè)設計，使我對離心泵的基本工作原理、設計步驟的關鍵環(huán)節(jié)以及機械密封的各種知識等有了一個詳細的認識，了解了它的設計過程，學會了查閱相關資料和各種設計手冊，翻閱理論課程書。 機械設計是需要細心和耐心的一項工作，要求設計人員能夠在設計的過程中有條理，一絲不茍，并且要有一定的耐心來培養(yǎng)自己做設計的信心，這樣才能有利于設計，切不可在設計過程中有半點的煩躁心理，否則便會事倍功半。 通過這次設計使我明白了我們無論做什么事情都要使自己有濃厚的興趣，以嚴謹持之以恒的態(tài)度來面對，這樣才能把一件事情做好。 參考文獻 1.《機械設計》吳宗澤主編 北京：高等教育出版社，2001 2.《離心泵與軸流泵》丁成偉著 南寧：機械工業(yè)出版社，1985 3.《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡著 北京：宇航出版社，1995 4.《機械設計手冊》（第二卷）機械設計手冊編委會編著 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8 5. 《機械設計標準應用手冊》（第二卷）汪凱著 北京：機械工業(yè)出版社，1997.8 6. 《中國機械設計大典》(第三卷) 南昌:江西科學技術出版社,2002.1 7. 《材料力學》宋子康 蔡文安著 北京:同濟大學出版社,1993.8 8. 《機械制圖》(第五版) 大連理工大學工程畫教研室編 北京:高等教育出版社,2003.8 9. 《工程流體力學》侯國祥等編 北京:機械工業(yè)出版社,2006.7 10. 《機械設計基礎課程設計》陳立德主編 北京：高等教育出版社，2006.7 33