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1、機電工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生：周東第28頁共27頁 目錄 設(shè)計總說明 2 DESIGN INSTRUCTION 3 第1章引言 2 1.1離心泵的發(fā)展概述及現(xiàn)狀 2 1.2離心泵的基本設(shè)計流程 3 第2章泵的基礎(chǔ) 4 2.1泵的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 4 2.2泵的重要部件的簡介 5 2.21泵體 5 2.22封環(huán) 5 2.23壓出室 5 2.24吸水室 5 2.25葉輪 6 2.3的工作原理 7 2.4 離心泵的主要性能參數(shù) 8 2.5泵的汽蝕 10 2.6葉片數(shù)和葉片載荷 13 第三章泵的設(shè)計數(shù)據(jù)的獲取 15 3.1泵的基本參數(shù) 15 3.2確定泵的進(jìn)

2、出口速度 15 3.3泵的進(jìn)出口直徑 16 3.4比轉(zhuǎn)速的計算 16 3.5效率計算 16 3.6軸的計算 17 3.7汽蝕計算 17 3.8葉輪的主要尺寸 18 3.9軸向力 19 3.10泵及泵腳座尺寸 20 3.11外型及安裝尺寸 21 第四章泵的加工 22 4.1葉輪的加工步驟 22 4.2泵軸的加工步驟 23 4.3泵體的加工 24 4.4懸架的加工 25 第五章泵的操作注意事項 25 第六章畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 26 設(shè)計總說明 離心泵是一種依靠葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力來輸送液體的泵。最早提到離心泵的是法國物理學(xué)家丹尼斯?帕潘，他在1689年發(fā)

3、明了可以稱之為離心泵雛形的一種機器，并于1705年制造了第一臺適用于提升液體的泵。該泵采用了多葉片的葉輪和蝸形體的泵殼。著名數(shù)學(xué)家歐拉于1750年對離心泵的流動進(jìn)行了理論分析，為離心泵的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1818年作為離心泵發(fā)展史上一個轉(zhuǎn)折點，在美國的馬薩諸塞州開始批量生產(chǎn)離心泵。1851年杰姆斯?斯圖爾特?格溫在英國獲得多級離心泵發(fā)明專利，英國科學(xué)家湯姆森采用導(dǎo)葉來提高泵的效率，帶有導(dǎo)葉的單級離心泵相繼被發(fā)明后，發(fā)展高揚程離心泵成為可能。 到19世紀(jì)末高速電動機的發(fā)明使得離心泵獲得理想動力源之后，它的優(yōu)越性得到了充分的發(fā)揮。在英國的雷諾和德國的普夫萊德雷爾等許多學(xué)者的理論研究和實踐的基礎(chǔ)上，

4、離心泵的效率大大提高，它的性能范圍和使用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大，已成為現(xiàn)代應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的泵。20世紀(jì)初，在蒸汽輪機的全盛時期，泵幾乎全是往復(fù)式的。1904年德國KSB泵閥集團(tuán)有限公司提供了鍋爐給水用高壓離心泵的系列，1905年蘇爾壽兄弟工廠開始多級串聯(lián)高壓泵的批量生產(chǎn)，離心泵呈現(xiàn)出一番朝氣蓬勃的多樣化的發(fā)展態(tài)勢。 RS型單級單吸離心泵采用最先進(jìn)的水力模型，根據(jù)is型離心泵之性能參數(shù)和立式泵的獨特結(jié)構(gòu)組合設(shè)計，并嚴(yán)格按照國際iso2858進(jìn)行設(shè)計制造，該產(chǎn)品軸封選用硬質(zhì)合金機械密封裝置，具有高效節(jié)能、性能可靠、安裝使用方便等特點。隨著機械制造技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用，離心泵在世界各國得到了很大發(fā)展

5、。 離心泵內(nèi)的實際流動規(guī)律很復(fù)雜，還遠(yuǎn)沒有被人們所認(rèn)識，以至于迄今泵的設(shè)計仍停留在半理論、半經(jīng)驗的階段。此次設(shè)計主要是針對離心泵的一些關(guān)鍵部分，以現(xiàn)有的is型離心泵為參照，先用水泵選型軟件計算出必要的參數(shù)，再采用三維機械設(shè)計軟件（SolidWorks）構(gòu)造出離心泵的模型，然后再進(jìn)行改進(jìn)完善。 我國閥門行業(yè)雖然近年來發(fā)展速度較快，但行業(yè)的整體水平仍低，產(chǎn)品技術(shù)含量低，許多參數(shù)高的關(guān)鍵閥門還依賴進(jìn)口。有專家估計，我國閥門水平與國外先進(jìn)國家相比要落后10到20年左右。在全球性的、動態(tài)多變的市場競爭環(huán)境下，我國的水泵產(chǎn)品嚴(yán)重缺乏市場競爭力。產(chǎn)品技術(shù)水平低、技術(shù)創(chuàng)新能力弱成為制約企業(yè)發(fā)展的痼疾，這些

6、缺陷是傳統(tǒng)的設(shè) 計方法固有的，因此必須在產(chǎn)品研發(fā)工作中采用現(xiàn)代設(shè)計手段，在方案定型或產(chǎn)品加工前采用計算機仿真模擬，同時變“經(jīng)驗設(shè)計”為“科學(xué)設(shè)計”，變“實測手 段”為“仿真手段”，變“規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)”為“分析標(biāo)準(zhǔn)”，企業(yè)才可能具有自主創(chuàng)新的設(shè)計能力。 水泵設(shè)計的最核心技術(shù)是過流件的水力學(xué)性能設(shè)計，葉輪、渦殼、導(dǎo)流體、導(dǎo)流片、出水口、進(jìn)水口及柵格的型面都將影響水泵的水力學(xué)性能。流體的流動特性決 定了水泵的過流部件和流道是一些復(fù)雜的曲面，因為泵內(nèi)流體的流動是三維的，包括渦流和紊流狀態(tài)，設(shè)計時還要考慮固定部分、轉(zhuǎn)動部分以及流體之間的交互作 用，這樣復(fù)雜的工作狀態(tài)很難通過設(shè)計員的經(jīng)驗以及試驗來實現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品

7、性能，所以必須采用流體分析軟件進(jìn)行仿真分析。 　　利用流體仿真軟件可以設(shè)計各種旋轉(zhuǎn)的、靜止的葉片元件，分析葉片對水的推擠和抽吸作用。葉片可以是曲面，也可以是直紋面，具有線性或組合斜角的前緣和尾 緣，邊緣外形可以很容易地從圓形修改到任意橢圓率直至簡單的直線。可進(jìn)行檢查輪轂和機匣曲線的連續(xù)性和質(zhì)量，并可分割成兩個或多個線段。對于軸流渦輪，可 通過設(shè)計相互獨立的壓力面和吸力面曲線獲得更好的跨音速葉型。通過同樣的方法可以在吸力面的尾緣附近增加特殊處理。 關(guān)鍵詞：機械密封，單級單吸，葉輪，參數(shù)化

8、 DESIGN INSTRUCTION Centrifugal pump is a kind of relying on the centrifugal force generated by the impeller rotates to transport liquid pump.The earliest mention of the centrifugal pump is a French physicist Dennis pan, he invented in 1689 can be called a centrifugal pump prototype of

9、a machine, and in 1705 created the first applies to improve liquid pump.The pump adopts the multi blade impeller and volute pump shell form.The famous mathematician euler in 1750 to the flow of centrifugal pump are analyzed in theory, laid the foundation for the development of centrifugal pump.In 18

10、18 as a turning point, the development history of the centrifugal pump in Massachusetts in the United States began to mass production of centrifugal pump.In 1851, James Stewart, Gwen multistage centrifugal pump in British invention patent, a British scientist Thomson guide vane is used to improve th

11、e efficiency of the pump, single stage centrifugal pump with guide vane have been invented, development of high lift centrifugal pump is possible. By the end of the 19th century the invention of the high-speed motor makes the centrifugal pump to obtain the ideal power source, after it has made full

12、 play to the superiority.Renault in the UK and Germanys puff dreier and many other scholars, on the basis of theory research and practice of centrifugal pump efficiency is greatly increased, the scope of its performance and use is also growing, has become a modern applied most widely, the largest ou

13、tput pump.At the beginning of the 20th century, in the heyday of steam turbine, and almost all of reciprocating pump.1904 Germany KSB pump valve group co., LTD provides the boiler feed water with high pressure centrifugal pump series, sulzer brothers factory started in 1905 multistage tandem mass pr

14、oduction of high pressure pump, centrifugal pump presents a diversification of vigorous development momentum. RS type single-stage single-suction centrifugal pump adopts the most advanced hydraulic model, according to the type is the performance of centrifugal pump parameters and the unique structu

15、re of the vertical pump combination design, and in strict accordance with international iso2858 to carry on the design and manufacture, the product of the shaft sealing choose carbide mechanical seal device, has high efficiency and energy saving, reliable performance, easy installation and use, etc.

16、As machinery manufacturing technology and the application of computer technology, the centrifugal pump got great development in the countries all over the world. Law of actual flow in a centrifugal pump is very complex, is far from being, people know that so far the pump design is still in the stag

17、e theory, and experience.This design is mainly aimed at some of the key part of the centrifugal pump, existing type is a centrifugal pump as the reference, with the pump selection software to calculate the necessary parameters, and then use 3 d mechanical design software SolidWorks model of centrifu

18、gal pump is constructed, and then to improve the perfect. Though the valve industry developing fast in recent years in China, but industry overall level is still low, product technology content is low, many parameters are the key to high valves also rely on imports.Experts estimated that, Chinas va

19、lve level to be lagging behind compared with advanced foreign countries about 10 to 20 years.In a global, dynamic and changeable environment, market competition of our country water pump is a severe lack of market competitiveness.Low level of product technology, technological innovation ability weak

20、 become the ills of enterprise development, these defects is inherent in the traditional design method, therefore must adopt modern design methods in product research and development work, before finalize the design or product processing by computer simulation, and at the same time "experience desig

21、n" to "scientific design", "measured hand" to "simulation", change "standard" for the "analysis standard", enterprises can have the design of the independent innovation ability. Water pump design flow is the most core technology of hydraulic performance of the design, the impeller and volute, diver

22、sion, deflector, an outlet and inlet, and grid type surface will be influence on the performance of the pump hydraulics.Fluid flow characteristics on the pump flow components and runner are some complex surface, because the flow of the fluid in the pumps three dimensional, including vortex flow and

23、turbulent flow condition, when the design consider fixed part, rotating part, and the interaction between the fluid for use, such complicated working condition it is difficult to through the designers experience and experiment to realize the optimization of product performance, so must use fluid ana

24、lysis software for simulation analysis. The use of fluid simulation software can design all kinds of rotating and stationary blade element, analysis of blade jostled for water and suction effect.Blade can be curved surface, also can be a ruled surface, with linear or combination of bevel leading ed

25、ge and trailing edge, the edge shape can be modified easily from circular to any ellipticity until a simple straight line.Can check the wheel hub and gearbox of the continuity of curve and quality, and can be divided into two or more line segments.For axial flow turbine, can be independent of each o

26、ther by design pressure side and suction side curve to obtain better transonic airfoil.By the same method can increase near the trailing edge on the suction surface special treatment. Keywords: mechanical seal, single-stage single-suction, impeller, parameterized Keyword：Mechanical seal, single-

27、stage single-suction, impeller, parameterized 井岡山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計用紙 第1章引言 1.1離心泵的發(fā)展概述及現(xiàn)狀 離心泵是一種靠葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的向心力來輸送液體的泵。最早提到離心泵的人是法國物理學(xué)家丹尼斯帕潘，他在1689年發(fā)明了可稱之為離心泵原型的一種裝置，并在1705年制作出了第一臺適用于輸送液體的泵，該泵采用了蝸殼形狀的的泵體，從此離心泵的發(fā)展拉開了序幕。瑞士的大數(shù)學(xué)家歐拉（Euler）對離心泵進(jìn)行了早期的積極探索，為離心泵的理論研究奠定了基礎(chǔ)。1818年是離心泵發(fā)展歷程上的一個重要的轉(zhuǎn)折點，在美國的馬薩諸塞州開始了大批量生產(chǎn)

28、離心泵。1851年杰姆斯斯圖爾特格溫在英國獲得了多級離心泵的發(fā)明專利，英國科學(xué)家湯姆森使用導(dǎo)葉來提高泵的效率，帶有導(dǎo)葉的單級離心泵相繼被發(fā)明，發(fā)展高揚程的離心泵成為可能。 離心泵的實際應(yīng)用與發(fā)展一直都受到了動力源的約束。19世紀(jì)末期，電磁學(xué)的巨大發(fā)展，使得制造出高速電動機成為了可能，高速電動機是離心泵的理想動力源，它讓離心泵擺脫了枷鎖，在生產(chǎn)領(lǐng)域中獲得了解放。德國科學(xué)家普夫萊德雷爾和英國科學(xué)家雷諾等學(xué)者為離心泵的水力研究做出了巨大的貢獻(xiàn)。到了20世紀(jì)中后期，離心泵呈現(xiàn)出一番朝氣蓬勃的多樣化的發(fā)展態(tài)勢。 離心泵在現(xiàn)代的輸送領(lǐng)域里是應(yīng)用最為廣泛的一種泵，它的生產(chǎn)量大大超過了其它類型的泵。對離心

29、泵的理論和實際工程應(yīng)用進(jìn)行深入的研究，制造出性能更加完美質(zhì)量更加可靠的離心泵具有重要的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。 從完成一款離心泵產(chǎn)品的設(shè)計制作再到把它投入市場獲取經(jīng)濟(jì)效益，是一個相當(dāng)繁瑣復(fù)雜高風(fēng)險的過程，需要投了很高的成本，設(shè)計制作周期長，實驗的過程中產(chǎn)品的報廢率也非常高。因此建立一套完善合理性價比高的產(chǎn)品設(shè)計制作的解決方案就顯得非常重要了。如果可以依據(jù)離心泵的泵殼、葉輪、壓水室等的相關(guān)的特性比較精確的得到離心泵的特性曲線，就可以大量的減少離心泵的試制、制作、試驗的成本?，F(xiàn)在離心泵的各項性能評估的結(jié)果還難以和實際生產(chǎn)上的需求相匹配。所以，離心泵的功能評估和分析有比較重要的理論價值和經(jīng)濟(jì)效益。各國

30、的學(xué)者對離心泵進(jìn)行了大量的理論研究和實驗分析，取得了豐富的理論成果和技術(shù)創(chuàng)新。 在對液體流動的流場進(jìn)行分析的過程中，總的來說就是研究離心泵的外特性和內(nèi)特性之間所存在的一些關(guān)系，探究其實質(zhì)從而更加健全的了解離心泵，這是一個熱點。它主要包括的內(nèi)容是探究泵內(nèi)部液體流動的內(nèi)在的特征，建立內(nèi)部流動規(guī)律與外部特性之間的關(guān)聯(lián)等。前者的研究更加的吸引人，科學(xué)家們已經(jīng)在部分理論和技術(shù)上取得了突破，成果也是不同凡響的。現(xiàn)今，給泵內(nèi)部的流場建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型還是比較困難的。 現(xiàn)在對湍流的數(shù)據(jù)仿真的方法主要有兩種：一種是大數(shù)據(jù)模擬，第二種是直接仿真分析的方法。由于計算機的處理能力和存儲能力的限制，直接仿真的方法在

31、工程中還應(yīng)用得較少。補充一點，現(xiàn)今研制水力、流體類產(chǎn)品主要是采用雷諾法。其將N-S方程對時間作算術(shù)平均，求解平均的流量，但要用到湍流數(shù)學(xué)模型來配合求解。K-e方程湍流數(shù)據(jù)模型，由于其有非常好的廣泛性和計算精度且數(shù)據(jù)計算的量又不會太多，因此成了研究最多、應(yīng)用最為廣泛的泵類模型之一。但是不管采用哪一種分析計算方法，所有的計算都是用計算機實現(xiàn)的，比如建立仿真模型、內(nèi)部流場特性的分析、部件劃分等一系列的過程。將來軟件在離心泵的研究領(lǐng)域?qū)兄卮蟮膽?yīng)用。 1.2離心泵的基本設(shè)計流程 第2章泵的基礎(chǔ) 2.1泵的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 2.2泵的重要部件的簡介 2.21泵體 通

32、常我們把泵體稱為泵殼，泵體是離心泵中的主要零部件，大部分的泵體都是徑向式的。離心泵有單級和多級之分，單級的泵體通常是蝸殼樣式的，這是最為常見的了。一般來說，為了能夠把離心泵的內(nèi)部變成真空狀態(tài)有些時候也需要給其加些液體，泵體的頂部都需要加一個小孔。泵體一般由鑄鐵或鑄鋼等材料制成，特殊情況時也會用其他的材料。泵體是承載離心泵液體壓力的一個重要部件。 2.22密封環(huán) 為了防止離心泵內(nèi)的液體泄漏(有可能是內(nèi)部泄漏，或者更加嚴(yán)重的是液體泄漏到外面了)，離心泵內(nèi)部設(shè)有封環(huán)這一密封裝置，封環(huán)是經(jīng)常要接受摩擦的部件，因此要用耐磨的材料來制作。 2.23壓出室 壓出室的作用： ① 收集外流的液體

33、 ② 轉(zhuǎn)換能量減少水力損失 ③ 消除旋轉(zhuǎn)造成的損失 下圖為壓出室類型： （1） （2） （3） （4） 圖（2.33） （1） 導(dǎo)葉（2）空間導(dǎo)葉（3）螺旋式壓水室（4）環(huán)形式壓水室 2.24吸水室 吸水室的作用主要有兩個： ① 引水，將吸水管中的液體引到到葉輪的入口。 ② 使離心泵獲得良好的機械性能和汽蝕性能，減小能量損耗，讓液體平穩(wěn)均勻的流進(jìn)葉輪進(jìn)口。 下圖為吸水室的類型： （1） （2）（3） 圖（2.32） （1）直錐形（2）彎管型（3）螺旋形 2.

34、25葉輪 泵內(nèi)部的液體是因為有葉輪的作用才獲得能量的，一臺離心泵我們評價它的性能的好壞的第一指標(biāo)就是看它的葉輪的好壞。葉輪有多種不同的類型樣式的，同樣一臺泵換上不同類型的葉輪后其表現(xiàn)出來的形式相去甚遠(yuǎn)。對于效率要求高，各項性能要求大的場合，通常離心泵的葉輪都是采用要有閉式這種類型的。而對于各項要求一般般的場合，離心泵的葉輪則通常采用開式這種類型的；當(dāng)然，葉輪形式還有介于開式和閉式之間的類型，那就是半開式葉輪。半開式的葉輪只有一面有蓋板，閉式葉輪的葉片都被前后兩塊蓋板給蓋住了；開式葉輪只有葉片。 下圖為葉輪的類型： （a）閉式（b）前半開式 （c）后半開式（d）開式 圖（2.3

35、4） 1-葉片2-后蓋板3-前蓋板4-輪轂 2.3的工作原理 離心運動在生活中經(jīng)常可以看到，它是物體慣性運動的一種表現(xiàn)。這正如當(dāng)用一根繩子拉著鐵球做旋轉(zhuǎn)運動時,如果我們旋轉(zhuǎn)的速度太快,離心力太大，繩子就會斷開,鐵球會向外飛馳而出。這是離心運動的一種表現(xiàn)形式，人們就是通過對生活中許許多多像這樣的慣性運動的細(xì)心觀察才發(fā)明了離心泵這種 機器。在離心泵中高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片將會帶動輸送介質(zhì)液體一起高速旋轉(zhuǎn),液體將會由于大離心力的作用而被甩出,這就達(dá)到了輸送工作介質(zhì)液體的目的了。泵有許多類型，離心泵只是其中的一種，還有像容積式泵、葉片式泵等型。我們在對離心泵進(jìn)行分類，有時也依據(jù)輸送介質(zhì)的類型來

36、劃分，如清水泵、雜質(zhì)泵、高溫泵、低溫泵等。 離心泵的吸水室是起著把泵內(nèi)的液體導(dǎo)入葉輪的作用；壓水室主要有蝸殼式的類型，葉輪是離心泵中最重要的部分，葉輪由蓋板和中間的葉片這兩部分組成，這三部分的零部件都屬于離心泵的過流部件，對泵的水力性能有著主要的影響作用。 離心泵在工作前應(yīng)該先讓其內(nèi)部先充滿液體。不然會對零部件造成傷害。葉輪在電動機的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，它將會受到泵內(nèi)部輸送液體的粘滯阻力的作用，但同時輸送液體也會給葉輪一個作用力，這就是作用力與反作用力的理論，最終輸送介質(zhì)獲得了能量。 我們可以大致的描述一下離心泵的運動，輸送液體首先是先進(jìn)入葉輪中心區(qū)域，在離心慣性力的帶動下，葉輪會對液體產(chǎn)生

37、一個強有力的作用，液體被快速的甩向葉輪的外面四周，然后進(jìn)入泵體中。這一期間液體由于向四周運動器能量會發(fā)生部分的轉(zhuǎn)換和損耗。有一部分的壓力能得到了增加，它們將會以高速高壓的狀態(tài)流進(jìn)入出水管道中，它們將有足夠的能量到達(dá)預(yù)定的地方，液體的機械能在流通的過程中會發(fā)生損耗，但是損耗比較小。葉輪中心和外部邊緣有一個巨大壓力差，有時甚至可以把其中心地帶看成是真空區(qū)域，液體在壓力差的作用下被連續(xù)不斷的壓入葉輪中。輸送液體是隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)不斷獲得機械能而運動變化的。 2.4離心泵的主要性能參數(shù) 1、揚程H：揚程是表征離心泵轉(zhuǎn)換能量的能力的一個參數(shù)。為了表述方便，我們把輸送液體在單位時間下通過離心泵的過程中所

38、獲得的機械能的多少定義為泵的揚程。 （通常） 2、流量Q：為了更好地表述不同類型的離心泵輸送液體的快慢程度，我們把單位時間內(nèi)泵傳送的液體介質(zhì)的體積稱為離心泵的流量，流量的形式也有多種類型。 一般用來表示其體積流量，用來表示其質(zhì)量流量 .它們的換算關(guān)系為： 3、轉(zhuǎn)速n：離心泵的動力源是電動機，在電動機的帶動下，它的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動速度是非常快的，用單位時間內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)來描述離心泵的轉(zhuǎn)動情況將更加的方便快捷，我們把它稱為離心泵的轉(zhuǎn)速。單位一般為轉(zhuǎn)/每分鐘來表述。 4、離心泵的能量損失： 離心泵的能量損失有好幾種，它們都對泵產(chǎn)生了一定的影響。 水力損失（ ）：輸送液

39、體的運動造成的損失。它和制作泵的材料，輸送液體的類型以及泵內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)都有關(guān)聯(lián)。液體在泵內(nèi)部流動的過程中會產(chǎn)生渦流而后使液體能量被損耗，液體進(jìn)入泵內(nèi)時的相互沖擊所造成的液體能量的不必要損耗的，泵殼、葉片和輸送介質(zhì)之間的粘滯摩擦所造成的損失。這些都構(gòu)成了泵水力上的損失。 ②機械損失（）：泵在運轉(zhuǎn)過程中，泵內(nèi)部的零部件之間會產(chǎn)生機械摩擦，例如，轉(zhuǎn)軸和軸承之間的機械摩擦，機械密封裝置和相應(yīng)的零件之間的接觸面所產(chǎn)生的機械磨損。對于制造精良的泵，機械磨損造成的影響不大。 ③容積壓力損失（）：泵的零部件的制造不可能都很完美，零部件之間的裝配也會存在著一些不足，這就導(dǎo)致了泵在運轉(zhuǎn)的過程中會出現(xiàn)液體的回

40、流泄漏等問題，從而造成能量的損耗。容積壓力損失和離心泵的結(jié)構(gòu)和液體在泵進(jìn)、出口之間的壓力差有關(guān)。 5、功率和效率η： ①有效功率：泵在運轉(zhuǎn)的過程中不可能得到電機的所有能量，我們把泵在單位時間內(nèi)獲得的可以用來作有用功的那部分能量稱為有效功率，也稱為泵的輸出功率。它的計算公式如下所示： ②轉(zhuǎn)動主軸的功率：泵的電機和泵的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器連接，傳動的過程中會有能量損耗，我們把在單位時間內(nèi)由電動機傳到泵的轉(zhuǎn)動主軸上的可以被利用的有效能量稱為轉(zhuǎn)動主軸的功率。 ③效率η：實際的被利用到做有用功的總的能量之和與電動機所輸出給離心泵的總的能量之和的比值被稱為效率，其表達(dá)式如下所示： 很多

41、的因素都會對離心泵的效率造成一定的影響，在設(shè)計制造和操作離心泵的過程中我們應(yīng)該嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。一般大型泵的效率較高，小型泵的效率較低。 6、泵的特性曲線 離心泵的性能參數(shù)之間有著一定的互相關(guān)聯(lián)變化的關(guān)系，對離心泵進(jìn)行試驗，分析能夠得到和計算出參數(shù)值，并且畫成一條關(guān)系曲線來表示，這些曲線，我們就稱其為離心泵的特性曲線。 同一類型的離心泵都是有它們自己特有的特性曲線，通常離心泵的生產(chǎn)制造廠家都會向顧客提供。通常在廠家給的特性曲線上還會標(biāo)出建議我們使用的區(qū)段范圍，這可以稱為該泵的工作限度。通過泵的特性曲線，我們可以由它們一目了然的了解泵的情況。一般包括了H-Q線、N-Q線、η-H線和

42、NPSHrh-Q等特性曲線線，離心泵的生產(chǎn)廠商通常都會提供給我們?nèi)康谋锰匦郧€，包括葉輪直徑不同的的H-Q特性曲線、等效功率特性曲線、等軸功率特性曲線及NPSHrh-Q特性曲線，我們需要認(rèn)真仔細(xì)的取研究分析這些特性曲線。 下圖為泵的一種類型的特性曲線： 圖（2.4） 2.5泵的汽蝕 1、汽蝕的概念： 汽蝕現(xiàn)象是在1893年發(fā)現(xiàn)的。汽蝕對水輪機器、螺旋槳、水泵等機械的性能有著巨大的影響，為了深入的了解汽蝕，人們對其進(jìn)行了大量研究。我們已經(jīng)找到了許多的方法來預(yù)防氣蝕和減小氣蝕對產(chǎn)品所造成的傷害，提高產(chǎn)品的使用壽命。 把液體分子之間在不斷的運動從而相互沖擊相互作用影響，這就會產(chǎn)生壓

43、力的作用，當(dāng)由于外部的條件的變化，使得液體分子的運動發(fā)生變化，當(dāng)它們之間的壓力值達(dá)到一定的值的時候，液體之中會產(chǎn)生氣泡。這種現(xiàn)象稱就被稱為汽蝕。通常產(chǎn)生的氣泡會向前流動，當(dāng)?shù)竭_(dá)高壓區(qū)域時，氣泡就會破裂，同時，液體的質(zhì)點充滿了空穴并且相互碰撞，導(dǎo)致過流部件的表面受到?jīng)_擊破壞。這個過程我們便稱其為泵的汽蝕過程。 2、泵內(nèi)汽蝕的過程 離心泵在運轉(zhuǎn)的過程中，如果它的過流部件的一些區(qū)域，由于某些原因，使得泵內(nèi)部的液體的絕對壓力下降到臨界值時，液體將會產(chǎn)生氣泡。氣泡流動到高壓區(qū)域時，氣泡將會破裂。泵內(nèi)的液體將會以快速的填充到空穴中，這就導(dǎo)致了液體之間的相互碰撞而形成水擊。這種現(xiàn)象發(fā)生在離心泵內(nèi)表

44、面上，將會使過流部件的功能受嚴(yán)重的破壞，甚至報廢而不能使用。下圖是一些常見被氣蝕破壞的部件： 圖（2.5-1） 3、 汽蝕時的影響： ①泵的過流部件受到腐蝕破壞：泵在汽蝕的狀態(tài)下長期運行時，其過流部件將會遭到嚴(yán)重的沖擊:一種是氣泡破滅時產(chǎn)生的連續(xù)不斷的強烈沖擊，導(dǎo)致過流部件的表面出現(xiàn)嚴(yán)重的脫離，甚至產(chǎn)生小孔，而不能使用；另一種是汽泡氣化時將會釋放出許多的熱量，這些熱量來不及散發(fā)出去，從而產(chǎn)生溫差，過流部件在其作用下產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。 ②性能下降：氣蝕對泵的零部件的損害是一個緩慢長久的過程，一般不容易被觀察到。其對各個零部件的的損傷都是有的，從而導(dǎo)致整體的性能下

45、降。 ③振動和噪聲：在一些少見的情況下，當(dāng)氣蝕對接觸的零部件的作用很強烈的時候，就有可能產(chǎn)生振動，甚至可以聽到噪音，根據(jù)噪音可以檢測汽蝕的是否發(fā)生。 氣蝕的作用是非常微小緩慢的，正是因為如此我們對其的研究探索也是很緩慢的，通常情況下我們不會關(guān)注到，但它確是水力機器中的主要危害方面之一 ，應(yīng)該非常值得我們重視，對氣蝕現(xiàn)象的研究還處在不完善的階段，還有待于各國學(xué)者專家的繼續(xù)努力，我國在這一方面也取得了一些不錯的成績。 下圖為不同的泵因汽蝕引起的特性曲線下降的示意圖： （1）離心泵 （2）混流泵 （3）軸流泵 圖（2.5-2） 4

46、、 汽蝕余量的：為了研究上的方便，我們定義了多種類型的氣蝕余量類型。主要包括有效氣蝕余量、必需氣蝕余量、許用氣蝕余量這三種。 ①有效汽蝕余量NPSHa：當(dāng)液體承受的壓力超過了其氣化壓力時，液體會發(fā)生氣蝕，為了定量的表述液體超過其氣化壓力的那部分，我們引進(jìn)有效氣蝕余量這一參數(shù)。它又被稱為裝置氣蝕余量。其數(shù)學(xué)計算公式如下所示： ②必需汽蝕余量NPSHr：泵抵抗氣蝕侵害的能力和泵的結(jié)構(gòu)、制造泵所用的材料、工藝等有密切的關(guān)聯(lián)。每一臺泵都應(yīng)該達(dá)到規(guī)定的可以抵抗氣蝕的能量要求，為了更好地分析泵的抗氣蝕性能，我們引進(jìn)必需氣蝕余量這一個概念。 （注：λ表示汽蝕系數(shù)） 5、吸

47、上真空度Hs 在離心泵的各個部分中的壓力都是不一樣的，我們需要定量的研究各部分之間的壓力差，所以定義真空度這一個概念，它表示泵的進(jìn)口處的壓力和外部的大氣壓力之差。通過轉(zhuǎn)換公式，還可以用吸上真空度來計算泵的安裝高度。 吸上真空度的計算公式如下： 對于吸上裝置： 對于倒灌裝置： （注：上式中Hg為泵安裝高度，△h為損失） 2.6葉片數(shù)和葉片載荷 1、葉輪的葉片數(shù)對葉輪的性能有著重要的影響，實際情況下，葉輪葉片數(shù)是比較少的，它們對輸送液體的約束是充滿了不確定的，從而導(dǎo)致了我們無法準(zhǔn)確的分析流動規(guī)律。通過理想化的方法，設(shè)想葉片數(shù)無線的多，那么它們將能夠

48、牢牢的約束住流動的液體，給其作用。雖然實際情況下無限葉片數(shù)是不可能的，但是我們可以比較清晰明了的分析液體的流動規(guī)律，并且通過一些轉(zhuǎn)換取舍就可以得到和實際情況比符合的結(jié)果。 無限葉片數(shù)的研究在很早以前就已經(jīng)開始了，我們在理論和實際應(yīng)用上都取得了關(guān)鍵的進(jìn)展。無限葉片數(shù)是一種理想化的狀態(tài)，它方便理論分析研究，但是它和實際的有限葉片數(shù)存在差別，主要表現(xiàn)在揚程上，我們用滑移來表示它們揚程的差，滑移是現(xiàn)實中存在的，它是一種慣性的作用，也就說是液體流動的慣性影響了泵內(nèi)部液體流動速度的變化規(guī)律。為了研究上的方便，我們引出了滑移系數(shù)的概念。 葉輪葉片數(shù)對離心泵的許多參數(shù)都有一定的影響。選擇葉輪葉片數(shù)的理

49、論依據(jù)是，首先我們應(yīng)當(dāng)盡量的去減少葉片表面間的相互摩擦的影響; 其次，應(yīng)該讓葉輪的流道具有合適的寬度和足夠的長度。這樣才能讓泵工作在良好的狀態(tài)中，而不出現(xiàn)運行故障。 研究表明，隨著葉輪葉片數(shù)的不斷增多，葉片對液體的約束作用就越強，液體流動時由于慣性的作用而產(chǎn)生的滑移就會因此而減弱，泵的揚程就會增加。但是泵內(nèi)的實際流動規(guī)律還是充滿不確定性的，理論的研究只是給予我們一個參考， 我們還是要在實際的應(yīng)用中不斷的改進(jìn)離心泵。 葉片數(shù)對泵揚程的影響如下所示： 圖（2.6） 2、葉片所承受的載荷也是一個重要的影響方面，它對葉片的使用具有重要的影響，部分研究結(jié)果表明：葉片載荷還可以作為判斷離

50、心泵是否發(fā)生了分流現(xiàn)象的重要依據(jù)，葉片所承受的載荷越大，則離心泵內(nèi)發(fā)生分流現(xiàn)象的可能性就越大，所造成的損失也就越大。一般來說，一個性能優(yōu)越的離心泵葉輪都應(yīng)該遵守載荷規(guī)定的。如果葉片所承受的載荷太大，將會造成嚴(yán)重的破壞，在葉輪葉片工作面上的相對速度甚至可能會低至零，這是非常嚴(yán)重的現(xiàn)象，在這種情況下極可能發(fā)生液體的流動分離現(xiàn)象。研究結(jié)果表明：W2/W1=0.75是一個臨界值，不低于此臨界值，離心泵才能正常的工作，如果低于0.75，泵內(nèi)的邊界層可能會出現(xiàn)分離。 離心泵的性能參數(shù)還有很多，它們都對泵的好壞產(chǎn)生了重要的影響，要想設(shè)計出一臺合格的離心泵需要綜合考慮各個方面的性能參數(shù)，有些性能參數(shù)甚至是相

51、互矛盾的，因此我們在設(shè)計的過程中需要兼顧到各個方面。 第三章 泵的設(shè)計數(shù)據(jù)的獲取 3.1泵的基本參數(shù) 下表為此次葉輪設(shè)計中所使用的一些基本參數(shù)。 流量Q 53.7 單位： 轉(zhuǎn)速n 3000 單位：轉(zhuǎn)/分 揚程H 16 單位：米 特性曲線 性能優(yōu)良 效率高、平穩(wěn)、無超負(fù)荷 效率η 78 設(shè)計工況的效率 輸送液體 水 常溫干凈的清水 汽蝕余量 4.5 單位：m,或給定幾何吸入高度 3.2確定泵的進(jìn)出口速度 1、進(jìn)出口速度主要取決于離心泵內(nèi)葉輪的轉(zhuǎn)速和進(jìn)出口直徑的大小值，其計算公式如下所示：

52、 2、同理，計算出口速度的 3.3泵的進(jìn)出口直徑 1、進(jìn)出口的大小對輸送液體的所獲得的能量有重要的影響，口子太大，輸送的液體的壓力就會偏小，從而不能到達(dá)預(yù)定的部位，口子太小，效率就不高，我們應(yīng)該根據(jù)實際情況合理的給定泵進(jìn)出口直徑的大小。進(jìn)口直徑（Ds）計算公式如下所示： 這里的下標(biāo)s表示的是吸入的意思，通常取Vs=2.3m/s,得=78，取整數(shù)80 出口直徑( )： =(0.71 )Ds本次設(shè)計中取=0.82Ds=68 3.4比轉(zhuǎn)速的計算 離心泵的比轉(zhuǎn)速其實是從相似理論中引申來的一個性能參數(shù)，它表征的是流量、揚程、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)之間的相互關(guān)系。通常我們?nèi)∽罡咝使ぷ髑闆r

53、時的比轉(zhuǎn)速來作為離心泵的比轉(zhuǎn)速。這樣得到的特性曲線將會更加優(yōu)越，比轉(zhuǎn)速計算公式如下所示： 3.5效率計算 1、容積效率： 2、水力效率： 3、機械效率： 4、泵的總效率： 3.6軸的計算 泵軸是離心泵的運動部件中的重要部分，通常影響泵軸性能的因素有強度和撓度兩項。 軸功率： 配套功率： （K是工作情況變化系數(shù)，取1.0到1.2） 扭矩： 最小軸徑： 3.7汽蝕計算 當(dāng)泵內(nèi)發(fā)生汽蝕時泵會產(chǎn)生噪聲與振動，過流部件遭到腐蝕破壞，泵的整體性能將會下降。氣蝕問題的研究一直都是流體類產(chǎn)品中的熱點和難點。

54、裝置汽蝕余量的計算： 泵的安裝高度： 汽蝕余量計算 NPSHr： 泵汽蝕轉(zhuǎn)速： （輸送水的泵其C值一般在8001000左右，符合設(shè)計要求。） 3.8葉輪的主要尺寸 葉輪進(jìn)出口參數(shù)對汽蝕具有重要影響，葉輪出口參數(shù)對泵的揚程流量等具有重要的影響，而兩者都對泵的效率均有影響。 圖（3.8） 為了計算的方便，我們引入葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑這一參數(shù)。Do值按以為參照來計算。 葉輪進(jìn)口直徑Do: 葉片數(shù)： 30 45 45 60 60 120 120 45 300 450 Z 8 11 6 9 5 8 4

55、6 3 5 本次設(shè)計中Z取6 葉輪出口寬度： ， 葉輪外徑D2; 3.9軸向力 由于泵軸的兩端壓力不同的影響將會使泵軸產(chǎn)生軸向力。軸向力的產(chǎn)生也還有其它很多的因素，有些屬于使用密封環(huán)磨損導(dǎo)致的，有些則是間隙增大所引起的，也有一些是屬于加工制造等因素引起的。離心泵要平穩(wěn)的運行，軸向力就應(yīng)該限制在一定的范圍之內(nèi)。 產(chǎn)生的平衡力可分成兩部分，其一是Rh至R1部分的作用力： 總的平衡力為: 化簡得： 3.10泵及泵腳座尺寸 圖（3.2） 下表為具體的尺寸參數(shù)(單位為毫米)：

56、 100 385 160 180 65 125 95 19 60 280 212 110 10 10 285 24 3.11外型及安裝尺寸 圖3.3 下表為具體的尺寸參數(shù)(單位為毫米)： 95 920 170 600 280 100 385 100 870 150 390 350 160 170 25 285 465

57、 在整個的設(shè)計過程中，我們應(yīng)該全面的考慮到泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象這兩個方面的影響，完成嚴(yán)格的計算，盡量避免在設(shè)計已經(jīng)完成以后再來想方法補救，這樣會浪費更大的成本。 第四章 泵的加工 4.1葉輪的加工步驟 工序號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 設(shè)備 1 粗車 夾緊右端外圓對流道進(jìn)行檢查及修正內(nèi)孔。 CA6140 車左端口平面以流道中心為基準(zhǔn)到規(guī)定尺寸。 車左端口留加工余量2mm。 車左端弧面。 車孔深度達(dá)到規(guī)定要求。 2 粗車 夾緊左端口進(jìn)行校正。 CA6140

58、 車配泵蓋端留加工余量。 車右端孔、內(nèi)孔和錐孔留一定的加工余量。 車右側(cè)弧面至光亮。 車大外圓到規(guī)定尺寸。 3 精車 夾緊左端外臺階，外圓跳動允許誤差0.05 CA6140 車右端面至規(guī)定尺寸。 車錐孔。 車右側(cè)內(nèi)外孔口至規(guī)定深度。 4 精車 車葉片外圓，跳動允差0.01。 CA6140 車左側(cè)端口到規(guī)定的尺寸。 5 插 插鍵槽孔。 插床機 6 鉗 鉆孔和去掉毛刺。 鉆床機

59、 7 檢 檢驗產(chǎn)品是否合格。 4.2泵軸的加工步驟 泵軸既是回轉(zhuǎn)運動部件，同時也是支撐部件，其加工應(yīng)特別小心仔細(xì)，要達(dá)到精度要求。 工序號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 設(shè)備 1 粗車 夾緊右端臺階 車外徑留4mm、臺階留3mm余量 CA6140 車中心孔達(dá)到規(guī)定的境地 2 熱 進(jìn)行熱處理 3 車 車整體，檢驗中心孔 CA6140 兩頂尖頂住兩端，車懸架外端，各留0.2mm-0.4mm加工余量 進(jìn)行倒角。

60、 夾住兩端，車中心孔，留加工余量0.2mm 車外錐、螺紋到規(guī)定尺寸 割槽、。 倒角 4 銑 銑兩端的鍵槽，中心線的對稱度達(dá)0.05mm 銑床 5 磨 磨各臺階面、精度達(dá)到規(guī)定的要求 磨床 6 檢 檢驗產(chǎn)品是否合格 4.3泵體的加工 工序號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 設(shè)備 1 車 車右端平面和孔。校正兩端。 立車 車內(nèi)孔至規(guī)定的尺寸 2 車 以底面為基準(zhǔn)

61、，車左端進(jìn)口的外徑 立車 車平面到規(guī)定的厚度。 3 車 車左端面 4 鏜 以右端平面為基準(zhǔn)，鏜外孔，保證距離 鏜床 5 車 壓緊泵體，車頂面出水口保證精度 鏜床 6 鉗 劃十字對準(zhǔn)線。 劃出水口法蘭聯(lián)接孔處的十字對準(zhǔn)線。 劃左端進(jìn)水口處的鉆模十字對準(zhǔn)線。 劃底面聯(lián)接孔的加工線。 劃放水孔的加工線。 7 鉆 鉆底面的孔達(dá)到精度要求 鉆床 8 磨 打磨去毛刺 磨床 9 試 做

62、2.5Mpa試水實驗，時間不少于8分鐘， 保證沒有漏水現(xiàn)象 10 檢 檢驗泵體是否合格 4.4懸架的加工 工序號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 設(shè)備 1 車 夾緊懸架，車端面至規(guī)定的精度。 C630 車外圓光到規(guī)定的精度 車兩孔及平面 2 車 調(diào)頭夾緊大外圓，車支架連接平面 C630 3 鉗 劃泵體連接孔的孔加工十字線； 劃懸架連接孔的加工十字線 4 鉆 鉆以上各孔，達(dá)到精度要

63、求 鉆床 5 鉗 打磨去毛刺。 6 檢 檢驗產(chǎn)品是否合格 第五章泵的操作注意事項 離心泵是否能夠正確啟動與停止，能否正常的運轉(zhuǎn)，這是整個輸送系統(tǒng)是否合格的重要標(biāo)志。在使用離心泵時應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)則來正確的使用。 1、在使用前，應(yīng)當(dāng)先檢查一下泵內(nèi)各個零部件之間的連接是否完好無損。檢查一下潤滑的情況，所使用的潤滑劑是否充足、干凈，假如潤滑劑不能滿足要求，則應(yīng)該進(jìn)行補充或更換。 2、初次啟動泵時我們應(yīng)當(dāng)檢查電機的轉(zhuǎn)向是否正確，假如電動機反轉(zhuǎn)將會導(dǎo)致泵的各項性能達(dá)不到規(guī)定的要求，嚴(yán)重的會使葉輪出故障，甚至發(fā)生重大的意外。所以在確定離心泵前

64、，我們應(yīng)當(dāng)非常認(rèn)真仔細(xì)的檢查轉(zhuǎn)向是否正確。對離心泵進(jìn)行試驗時，不能讓泵空轉(zhuǎn)，這會讓泵的各零部件之間產(chǎn)生巨大的摩擦，使泵因此而損壞。 3、機械密封零部件應(yīng)當(dāng)清洗干凈。假如輸送的液體是容易結(jié)晶的物質(zhì)，則更加應(yīng)當(dāng)注意，要提前檢查一下發(fā)現(xiàn)結(jié)晶物質(zhì)則立刻清洗掉它。如果重新更換了填料，則應(yīng)當(dāng)聯(lián)系維修人員先進(jìn)行調(diào)試校準(zhǔn)，然后在使用。 4、對于某些特殊的泵，在啟動泵之前應(yīng)當(dāng)先提高一下泵的溫度，因為這類泵是專門用在高溫環(huán)境中的。各零部件都不適合在常溫下運轉(zhuǎn)，若不預(yù)先加熱一下，將會造成泵的損壞。加熱的速度也應(yīng)當(dāng)合適，這是因為泵內(nèi)各零件的幾何參數(shù)和性能不一樣的緣故。如果加熱的速度太快，一些零件就有可能因為溫度上

65、升的太快而先膨脹，導(dǎo)致零部件之間的配合出現(xiàn)問題，因此我們應(yīng)當(dāng)采用慢速平穩(wěn)的方式進(jìn)行加熱。而對于在低溫環(huán)境下工作的離心泵，則應(yīng)當(dāng)采取同樣的方式。否則將會出現(xiàn)運行故障。 5、在調(diào)節(jié)流量的過程中，不可以通過減小泵吸入管路中的閥門的寬度的方式來減小泵的流量，這樣將會導(dǎo)致泵吸入口處的真空度降低，使泵產(chǎn)生汽蝕的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致零部件的損壞。 6、離心泵的輸送介質(zhì)如果是容易結(jié)晶的物質(zhì)的話，則在停止泵后應(yīng)當(dāng)按時的進(jìn)行清洗，防止液體在泵內(nèi)結(jié)晶，從而損壞離心泵。如果長時間不用離心泵的話，那么應(yīng)定期對泵進(jìn)行檢查，清理泵內(nèi)的垃圾，以防止泵內(nèi)部生銹，或發(fā)生變形。延長泵的使用壽命。 第六章 畢業(yè)設(shè)計小

66、結(jié) 經(jīng)過幾個月的奮斗，終于完成了畢業(yè)設(shè)計，從最初的迷茫到最后完成時的喜悅，我獲益良多，我設(shè)計的是一款離心泵，之前我對這類產(chǎn)品是比較陌生的，當(dāng)我完成時，我已經(jīng)學(xué)會了許多關(guān)于離心泵的知識，這對于我是一個不小的知識增長。特別感謝老師耐心指導(dǎo)和支持，同時還要感謝諸多同學(xué)的幫助。我切深的感悟到，不管遇到多大的困難，我們都應(yīng)該努力堅持的去克服它，困難最終都是會被克服的。在此次的設(shè)計中，我也發(fā)現(xiàn)了自己許多的問題，很多知識我都還沒有牢固的掌握，在這次設(shè)計完成后我才慢慢的學(xué)會掌握了，最后非常感謝楊老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助。 參考文獻(xiàn) [1]離心泵的設(shè)計和應(yīng)用陳國定機械工業(yè)出版社 1985年 [2]泵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)匯編王勝志中國機械泵行業(yè)協(xié)會 1995年 [3]公差與配合任國濤高等教育出版社 2002年 [4]機械設(shè)計課程設(shè)計劉海明王德超主編西北工業(yè)大學(xué)出版社 1995年5月三版 [5]機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書王偉倫李得志謝江海柴長景編王明章主編高等教育出版社 1996年8月第二版 [6]機械加工工藝手冊　張國定主編機械工