d1000離心式注水泵設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　題 目：D1000離心式注水泵設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　院 （系）：機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：機(jī)械0702

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時(shí)間：2011 年 3 月 12 日 </p><p><b>　　1 概 論</b></p><p>　　1.1 研究的背景和意義</p><p>　　油田注水系統(tǒng)是

3、油田能耗大戶，也是油田投資的主要領(lǐng)域之一，因此開發(fā)高效注水設(shè)備，提高現(xiàn)有注水系統(tǒng)運(yùn)行效率，對于降低油田生產(chǎn)成本具有重要意義。</p><p>　　早期注水是提高油田采收率的有效方法，通過人工注水可以提高地層壓力，使油層具有強(qiáng)有力的驅(qū)油條件，保持較高的油層壓力，有效克服各種阻力，達(dá)到長期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，而高壓注水泵在注水工藝中起著重要的作用。</p><p>　　在油田開發(fā)后期采用油層注水，以保持

4、油層壓力，從而提高原油產(chǎn)量。隨著鉆井深度的增加，注水油層也不斷加深。近幾年來國內(nèi)各大油田的部分注水單井或區(qū)塊高壓欠注問題日趨突出，促使人們逐漸認(rèn)識(shí)到發(fā)展增壓注水工藝的必要性。因此，增壓注水泵的發(fā)展十分迅速，到目前為止，增壓注水泵已初步形成離心式和往復(fù)式兩大類。</p><p>　　1.2 本設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　高壓注水泵是油層注水過程中的必需設(shè)備，而高壓注水泵一般用高壓柱塞泵

5、和高壓離心泵，但是高壓柱塞泵有可靠性差以及出口脈沖的缺點(diǎn)，同時(shí)隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油田注水量日趨增加，而且還在逐年增長中，排量小的柱塞泵已不能滿足要求，所以，油田采用比較多的還是高壓離心水泵。我國使用離心式注水泵的主要有大慶油田和勝利油田，在注水泵中所占比例達(dá)50%左右。目前，我國用于注水的電耗占油田全部耗電量的30%以上，而使用的離心式注水泵型號(hào)繁雜，部分效率偏低，與國際水平仍有相當(dāng)差距。因此，迫切需要建立起國產(chǎn)離心式注水泵的系列型譜

6、，研制出具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，并對現(xiàn)有離心式注水泵進(jìn)行技術(shù)改造，提高其運(yùn)行效率，以滿足石油工業(yè)發(fā)展的需要。</p><p>　　1.3 泵的發(fā)展展望及國內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　從目前國內(nèi)外泵的發(fā)展情況和生產(chǎn)需求對泵技術(shù)提出的要求看，在今后一段時(shí)期內(nèi)，它的主要發(fā)展展望可以概括為以下的幾個(gè)方面：</p><p>　　(1) 注意發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新領(lǐng)域用泵;</

7、p><p>　　(2) CFD、PIV等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合實(shí)際開展試驗(yàn)研究;</p><p>　　(3) 樹立精品意識(shí)，重視標(biāo)準(zhǔn)化、通用化;</p><p>　　(4) 重視關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品的研究與開發(fā);</p><p>　　1.3.1 國外情況</p><p>　　泵是伴隨著工業(yè)發(fā)展而發(fā)展起來的。19世紀(jì)時(shí)，國外已有了比較

8、完整的泵的型式和品種，并得到了廣泛的應(yīng)用。國外泵技術(shù)水平比較高的國家有美國、日本、荷蘭等。美國多為高揚(yáng)程、大流量的灌溉泵，日本和荷蘭的多為低揚(yáng)程、大流量的排水泵。</p><p>　　在國外，泵的技術(shù)發(fā)展迅速，美國的HASKEL公司、德國的LEYBOLD、日本的NIKKISO等都生產(chǎn)研究出高性能的泵；在工藝設(shè)備上，國外大型泵零件的加工大多采用數(shù)控加工或?qū)C(jī)加工，不論批量的大小，專用工裝、工夾使用都較多，這樣大大提

9、高了大型泵的制造質(zhì)量；在新技術(shù)的應(yīng)用上，泵水力設(shè)計(jì)與繪型軟件逐漸代替了人工計(jì)算和繪圖，大大提高了設(shè)計(jì)的效率。</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)情況</p><p>　　我國離心泵產(chǎn)品圖樣的來源可分為聯(lián)合設(shè)計(jì)﹑引進(jìn)﹑自行開發(fā)等幾種。</p><p>　　[1]聯(lián)合設(shè)計(jì)產(chǎn)品 以沈泵所為主的研究單位，在20世紀(jì)60至80年代，組織有關(guān)泵廠進(jìn)行了多種離心泵的聯(lián)合設(shè)計(jì)

10、。這些產(chǎn)品當(dāng)時(shí)都是國內(nèi)的主導(dǎo)產(chǎn)品，至今仍在生產(chǎn)，但是有些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)（造型）﹑性能指標(biāo)比較落后，應(yīng)該逐步用新型產(chǎn)品替代。</p><p>　　[2]引進(jìn)產(chǎn)品 80年代以前我國引進(jìn)的泵技術(shù)很少，到改革開放初期，大量從國外引進(jìn)泵技術(shù)，并隨著外國泵公司以合資或獨(dú)資的形式陸續(xù)進(jìn)入我國，也帶進(jìn)了一些新的泵產(chǎn)品技術(shù)。引進(jìn)的這些泵產(chǎn)品，技術(shù)比較成熟，性能比較先進(jìn)，對推進(jìn)我泵技術(shù)的發(fā)展起了重要作用，成為我國泵產(chǎn)品的主體，至今仍大

11、量生產(chǎn)。其中有的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)或性能方面也存在問題，應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。</p><p>　　[3]外國在華合資（獨(dú)資）泵企業(yè)的產(chǎn)品 這些產(chǎn)品的質(zhì)量大都比國內(nèi)產(chǎn)品好，盡管價(jià)格高，但銷售情況很好。</p><p>　　[4]自行開發(fā)產(chǎn)品 這些產(chǎn)品大部分通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，性能也有待進(jìn)一步提高。</p><p>　　由于引進(jìn)產(chǎn)品和KSB等著名企業(yè)的進(jìn)入，我國離心泵的生產(chǎn)能

12、力顯著提高。同時(shí)以CAD為主的新技術(shù)廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)的不斷提高，以及近年計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational FluidDynamics ）,簡稱CFD的問世，為離心泵的設(shè)計(jì)和制造提供了新的思路和手段。</p><p>　　目前，國內(nèi)較先進(jìn)的泵型主要有DF200-DF250型﹑DF300-DF400型等DF系列新型離心注水泵，已在大慶﹑勝利等油田推廣使用。但是,各油田泵效平均水平相差較大,與國外先

13、進(jìn)水平相比還有一定差距。</p><p>　　調(diào)研表明，我國離心式注水泵目前仍存在泵效低﹑壽命短﹑檢測手段落后和“三化”（即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化）程度差等問題。因此，必須重視關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品的研究與開發(fā)，樹立精品意識(shí)，重視“三化”問題，推進(jìn)我國離心泵技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　2 結(jié)構(gòu)方案的確定</p><p>　　2.1 注水泵的選擇</p&g

14、t;<p>　　本設(shè)計(jì)是油田用的注水泵，現(xiàn)今普遍采用的高壓泵有兩種，即離心泵和柱塞泵。</p><p>　　從壓力來說單級(jí)離心泵無法滿足本設(shè)計(jì)的要求，但可通過多級(jí)組合來實(shí)現(xiàn)。柱塞泵能滿足這一要求，但從流量上來講柱塞泵通過多缸組合才能滿足設(shè)計(jì)要求，而離心泵采用單葉輪的流量即可。</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上分析，離心泵即使采用多級(jí)組合也有體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，而柱塞泵則（多缸的

15、話）其體積大，重量大。</p><p>　　從性能上來說。離心泵可采用現(xiàn)在較為流行的機(jī)械密封，故其泄漏小，效率較高，而柱塞泵泄漏嚴(yán)重，特別是在高壓下，且其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高壓下工作性能不大穩(wěn)定。</p><p>　　從介質(zhì)上分析，本設(shè)計(jì)疏松的介質(zhì)為清水，對兩種泵都較合適，但相對柱塞泵來說其泄漏要大些。當(dāng)然如果輸送粘度較大或雜質(zhì)較多的介質(zhì)（如泥漿），油田上還是多用泥漿柱塞泵。</p>

16、<p>　　綜上分析及參閱的相關(guān)資料和指導(dǎo)老師的建議，本設(shè)計(jì)最終選擇分段式多級(jí)離心泵為設(shè)計(jì)對象。</p><p>　　2.2 零部件的選擇</p><p>　　離心泵結(jié)構(gòu)型式雖然多種多樣，但其工作原理基本上是相同的。</p><p>　　主要零部件有泵殼，葉輪，泵軸，吸入室，壓出室，密封環(huán)，軸封結(jié)構(gòu)，軸向力平衡機(jī)構(gòu)，聯(lián)軸器。本設(shè)計(jì)中的多級(jí)離心泵還有平衡

17、管，滑動(dòng)軸承，溫度計(jì)等輔助裝置。</p><p>　　在多級(jí)離心泵中，其主要零部件的結(jié)構(gòu)和功能基本上相同，本設(shè)計(jì)中多級(jí)離心泵的主要零部件的具體選擇如下：</p><p>　　2.2.1 葉輪的選擇</p><p>　　離心泵是通過葉輪對液體做功的，葉輪的好壞將直接影響到泵的性能，所以在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中葉輪的設(shè)計(jì)是非常重要的。</p><p>

18、　　用于離心泵的葉輪的形式主要有封閉式，半開式和開式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中選用比較常見的單吸式封閉葉輪。</p><p>　　2.2.2 軸封結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　在泵軸伸出泵體處，旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體之間有軸封機(jī)構(gòu)。離心泵的軸封機(jī)構(gòu)有兩個(gè)作用：減少有壓力的液體流出泵外和防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。</p><p>　　離心泵中

19、常用的軸封結(jié)構(gòu)有：有骨架的橡膠密封，填料密封，機(jī)械密封和浮動(dòng)環(huán)密封。</p><p>　　而石油機(jī)械中常見的密封有填料密封和機(jī)械密封兩種。</p><p>　　填料密封具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但填料密封是靠將填料緊壓在密封室內(nèi)，使其包緊泵軸來達(dá)到密封的，因此其摩擦及磨損都非常嚴(yán)重，功耗也較大，密封性能較差，壽命較短，而且需要經(jīng)常擰緊壓蓋，更換填料，因此對于密封要求較高或密封介質(zhì)壓力較高

20、時(shí)，填料密封一般情況下不宜采用。</p><p>　　機(jī)械密封是靠一組研配的端面而形成密封的，所以機(jī)械密封又稱為端面密封。機(jī)械密封的種類很多，但其工作原理基本相同。</p><p>　　機(jī)械密封的特點(diǎn)是：將容易泄漏的軸向密封改成泄漏的靜密封和端面徑向接觸的動(dòng)密封，與填料密封相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是泄漏量少，一般為10ml/h，泄漏量僅為填料密封的10%；壽命長，一般可連續(xù)使用1—2年；對軸的精度

21、及表面粗度要求相對較低；對軸的振動(dòng)敏感性相對較?。欢逸S不受磨損，機(jī)械密封的功耗少，約為填料密封的10%—50%；可靠性高，但其造價(jià)也高，對密封元件的制造要求及安裝要求也高，因此多用于要求較為嚴(yán)格的場合。</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)中的泵參數(shù)及上面的分析比較，并考慮其可靠性及經(jīng)濟(jì)性后決定，本設(shè)計(jì)采用機(jī)械密封。</p><p>　　其具體結(jié)構(gòu)形式見裝配圖中泵軸兩端。</p>

22、<p>　　2.2.3 冷卻系統(tǒng)的選擇</p><p>　　密封系統(tǒng)的冷卻沖洗的目的在于使機(jī)械密封散熱、降溫、潤滑和洗滌，以改善其工作環(huán)境，提高密封技術(shù)的應(yīng)用水平和擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，減少故障，降低能耗，延長其使用壽命和泵的維修周期，為工廠的安全生產(chǎn)提供安全保證。</p><p>　　機(jī)械密封在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是個(gè)熱源，其熱源來源于動(dòng)靜環(huán)的摩擦熱，旋轉(zhuǎn)元件在密封介質(zhì)中的攪拌熱，輔助元件

23、的震動(dòng)及摩擦熱，這些熱量會(huì)使密封腔中熱量升高，尤其是摩擦副端面的摩擦熱會(huì)直接影響到密封件的使用性能，采用沖洗法可使密封腔中的熱量隨這些沖洗液而帶走。</p><p>　　密封中沖洗的方式及選擇：</p><p>　　機(jī)械密封的沖洗方式有很多種，常見的有以下三種：</p><p>　　（1）自沖洗和它沖洗。利用密封介質(zhì)本身做沖洗液，由泵出口經(jīng)孔到密封腔，如果介質(zhì)本身不

24、宜做沖洗液，如黏度高的介質(zhì)，可選用與介質(zhì)相溶的介質(zhì)做沖洗液，進(jìn)行它沖洗。</p><p>　?。?）外沖洗和內(nèi)沖洗。外沖洗是在摩擦副外壓下進(jìn)行沖洗，其作用是對密封的泄漏進(jìn)行稀釋；內(nèi)沖洗是在摩擦副內(nèi)側(cè)進(jìn)行沖洗，其作用是帶走摩擦副產(chǎn)生的熱量及工作過程中產(chǎn)生的析出物防止介質(zhì)結(jié)晶、沉積。</p><p>　?。?）循環(huán)沖洗。在密封腔的附近軸上設(shè)一個(gè)小葉輪，借助小葉輪可將腔內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，帶走其熱

25、量，此種方式雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但與其他方式相比較，因?yàn)檠h(huán)沖洗帶走的熱量與機(jī)械密封在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的熱量相平衡，可以有利于節(jié)省能量的損耗。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的是自沖式密封，即選用介質(zhì)本身做沖洗液，這種沖洗方式的特點(diǎn)是：</p><p>　?。?）密封為靜止式平衡型，旋轉(zhuǎn)環(huán)可用硬質(zhì)材料，補(bǔ)償環(huán)可用軟質(zhì)材料并采用滿足高PV值的材料組對。</p><p>　　

26、（2）選擇合理的密封環(huán)幾何形狀和支撐點(diǎn)使其具有足夠的截面厚度。</p><p>　?。?）對冷卻沖洗做了周密的考慮，摩擦副被均一地冷卻，抑制了密封件的熱變形。</p><p>　　2.2.4 軸向力平衡機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上作用著軸向力，該力將拉動(dòng)轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)。雙吸葉輪由兩個(gè)軸向?qū)ΨQ的葉輪構(gòu)成，軸向力相互平衡，所以不存在軸向力，但是單吸

27、葉輪不具備像雙吸葉輪那樣的對稱性，作用在葉輪兩側(cè)的壓力不等，存在著軸向力。</p><p>　　對于多級(jí)離心泵來說，軸向力很大，有時(shí)可高達(dá)數(shù)萬牛頓，這么大的軸向力將使泵的轉(zhuǎn)子與靜止的部件接觸，造成損害，所以在設(shè)計(jì)中必須想辦法平衡掉此軸向力。</p><p>　　常見的用于平衡此軸向力的方式有以下幾種：</p><p>　?。?）葉輪的對稱布置。</p>

28、<p>　　這種對稱布置平衡軸向力的方法簡單，但增加了外回流管，使得泵殼笨重而且級(jí)間的泄漏量增加，同時(shí)這種方法不能完全抵消軸向力，還必須裝設(shè)推力軸承來平衡掉殘余的軸向力。</p><p>　?。?）采用平衡孔的方式。</p><p>　　這種平衡裝置方法簡單可靠，并且減少了軸封壓力，但增加了泄漏量，降低了泵的容積效率，同時(shí)從平衡孔中流入的流體與吸入口處的流體流向相反，彼此撞擊而

29、產(chǎn)生旋渦，破壞了流體速度的均一性，降低了泵的流動(dòng)性能，但這種方式亦不能完全平衡此軸向力。</p><p><b>　　（3）背葉片。</b></p><p>　　這種方式是根據(jù)作用在葉輪后蓋板的流體壓力值隨著背葉片間流體的旋轉(zhuǎn)角度的增加而下降的原理提出的，常用于雜質(zhì)泵。它除了能平衡軸向力外，還能阻止雜質(zhì)進(jìn)入軸端密封，提高軸端的使用壽命，但這種方式要消耗一定的功率，降低

30、泵的整體效率。</p><p><b>　　（4）平衡鼓。</b></p><p>　　平衡鼓是裝在末級(jí)葉輪后的一圓柱體。平衡鼓前面的壓力接近于末級(jí)葉輪的排出壓力，而平衡鼓后面的壓力等于吸入室中的壓力和平衡管中的阻力損失之和，這個(gè)壓力差值就是作用在平衡鼓上的平衡力。這種平衡方式在泵起停其他運(yùn)行條件發(fā)生變化時(shí)，不會(huì)發(fā)生平衡裝置動(dòng)靜部分的磨損及咬合現(xiàn)象，所以其運(yùn)行時(shí)安全可

31、靠的，但由于軸向力的計(jì)算不可能完全符合實(shí)際，且泵運(yùn)行時(shí)可能會(huì)發(fā)生工況變化，而平衡鼓不能調(diào)整平衡力以適應(yīng)軸向力的變化，所以平衡鼓只能平衡掉軸向力的90%—95%，其余的軸向力需由止推軸承來承受，這種方式被廣泛應(yīng)用于多級(jí)離心泵。</p><p>　　所以本設(shè)計(jì)采用平衡鼓方式，另外常用的平衡方式還有平衡盤及平衡鼓和平衡盤的混合使用，其原理和平衡鼓的差不多，這里就不再分別敘述了，需要的話可以參考《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書。&

32、lt;/p><p>　　2.2.5 軸承部件的選擇</p><p>　　軸承是支承離心泵轉(zhuǎn)子的部件，承受徑向和軸向載荷。根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)的不同，可分為滾動(dòng)軸承及滑動(dòng)軸承兩大類。</p><p><b>　?。?）滑動(dòng)軸承。</b></p><p>　　滑動(dòng)軸承在較大的沖擊載荷下工作可靠，平穩(wěn)無噪音，因有潤滑作用的油層而使其具有

33、吸震的能力，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件較多，體積較大，故多用在高轉(zhuǎn)速大型離心泵上。</p><p><b>　　（2）滾動(dòng)軸承。</b></p><p>　　滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是軸承磨損小，軸或轉(zhuǎn)子不會(huì)因軸承的磨損而下降很多；軸承間隙小，能保證軸的對中性；互換性好，維修方便；摩擦系數(shù)小，泵的啟動(dòng)力矩?。坏涑惺軟_擊載荷的能力差，在高速時(shí)易產(chǎn)生噪音，安裝要求準(zhǔn)確；滾珠的工作能力

34、隨滾珠分離圈線速度的增加而減少。不承受軸向力或承受部分軸向力，轉(zhuǎn)速一般在2950rpm以下，軸徑在100mm以下的軸承均可采用滾動(dòng)軸承。</p><p>　　綜合上述分析及設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比較后決定，本設(shè)計(jì)選擇滑動(dòng)軸承，其具體結(jié)構(gòu)見裝配圖軸端部分。</p><p>　　2.2.6 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　聯(lián)軸器是使泵軸與原動(dòng)機(jī)軸互相連接并傳遞功率的部件，泵通

35、常是用聯(lián)軸器直接與電機(jī)連接的。</p><p>　　常見泵使用的聯(lián)軸器多為撓性聯(lián)軸器，其優(yōu)點(diǎn)是能補(bǔ)償電機(jī)軸與泵軸的相對位移，緩和沖擊，降低對聯(lián)軸器安裝的對中性要求，可改變軸泵的自振頻率和避免發(fā)生危害性振動(dòng)等。</p><p>　　離心泵軸常用到的撓性聯(lián)軸器有：彈性柱銷聯(lián)軸器，爪型彈性聯(lián)軸器和膜片聯(lián)軸器三種。現(xiàn)今分別敘述如下：</p><p>　?。?）彈性柱銷聯(lián)軸器

36、：</p><p>　　彈性柱銷聯(lián)軸器以柱銷與兩半聯(lián)軸器凸緣相連，柱銷的一端以圓柱面和螺母于半聯(lián)軸器凸緣上的錐型銷孔形成固定配合，另一端帶有彈性套，裝在另一半聯(lián)軸器凸緣的柱銷孔中，彈性套用橡膠制成。</p><p>　　彈性柱銷聯(lián)軸器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，更換容易，尺寸小，重量輕，傳動(dòng)的扭矩大，其在水泵行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)是B1101，其最大許用扭矩為3490N.m，最大軸徑為150mm。

37、</p><p>　?。?）爪型彈性聯(lián)軸器：</p><p>　　爪型彈性聯(lián)軸器的特點(diǎn)是體積小，重量輕，便于加工制造，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，價(jià)格低，其在水泵行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)是B1104，其最大許用扭矩為85N.m，最大軸徑為50mm，常在小功率和軸徑不太大的泵上廣泛使用。</p><p><b>　　（3）膜片聯(lián)軸器：</b></p>

38、<p>　　膜片聯(lián)軸器采用一組厚度很薄的金屬彈簧片制成各種形狀，用螺栓分別于主從軸上的兩半聯(lián)軸器連接而成，其特點(diǎn)是不需要潤滑和維護(hù)，抗高溫及抗不對中性性能好，可靠性高，傳動(dòng)的扭矩大，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。</p><p>　　從以上的分析并結(jié)合設(shè)計(jì)的要求可看出，爪型彈性聯(lián)軸器傳遞的功率太小，不能滿足要求，彈性柱銷聯(lián)軸器傳遞的扭矩太小也不能滿足要求，且從可靠性和使用壽命上可看出在本設(shè)計(jì)中使用膜片聯(lián)軸器較

39、為合理，而且這種聯(lián)軸器在水泵業(yè)中的使用率也成上升趨勢。</p><p>　　3 泵的基本參數(shù)與基本方案的確定</p><p>　　3.1 泵的基本設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　流量Q=1000m3/h 揚(yáng)程H=1600m 轉(zhuǎn)速n=4500rpm</p><p>　　效率η=0.75 NPSHa=40

40、m 介質(zhì)溫度：60-70℃</p><p>　　介質(zhì)相對密度ν=1.01</p><p>　　3.2 基本方案的確定</p><p>　　3.2.1 確定比轉(zhuǎn)數(shù)及級(jí)數(shù)</p><p><b>　　根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)公式有</b></p><p><b>　?。?—1）<

41、;/b></p><p>　　而對于多級(jí)單吸式泵，一般只以其一級(jí)的壓頭來計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)，則</p><p>　　式中K—葉輪級(jí)數(shù)，取K=5，則</p><p>　　故采取5級(jí)泵作為設(shè)計(jì)對象。</p><p>　　3.2.2 泵進(jìn)出口直徑的確定</p><p>　　根據(jù)《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，可知泵的入口流速一般為vs=

42、3m/s左右。一般來說，低壓泵的進(jìn)口直徑和出口直徑是相等的，但是在壓力較高或泵較大時(shí)，出于對管路系統(tǒng)投資經(jīng)濟(jì)性的考慮，常取泵出口直徑小于進(jìn)口直徑，壓力越高，差值越大。一般取 </p><p>　　所以有： </p><p><b>　　（3—2）</b></p><p><b>　　mm</

43、b></p><p><b>　　取mm,則</b></p><p>　　mm （3—3）</p><p>　　式中泵進(jìn)口直徑 </p><p><b>　　泵出口直徑</b></p><p><b>　　泵的實(shí)際進(jìn)口流速<

44、;/b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　泵的實(shí)際出口流速</b></p><p><b>　　（3—5）</b></p><p><

45、;b>　　m/s</b></p><p>　　比較和可知，不需要再調(diào)整泵進(jìn)口直徑。</p><p>　　3.2.3 泵效率的初步計(jì)算</p><p><b>　　容積效率：</b></p><p><b>　?。?—6）</b></p><p><b

46、>　　水力效率：</b></p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　機(jī)械效率：假定軸承機(jī)械密封損失為2% </p><p><b>　　（3—8）</b></p><p>　　此泵的總效率為 </p><p><b&g

47、t;　?。?—9）</b></p><p>　　與設(shè)計(jì)要求0.75相比，可知滿足效率要求。</p><p>　　3.2.4 軸功率的計(jì)算</p><p><b>　　有效功率：</b></p><p><b>　?。?—10）</b></p><p><b

48、>　　kw</b></p><p><b>　　軸功率：</b></p><p><b>　?。?—11）</b></p><p><b>　　kw </b></p><p><b>　　配套功率：</b></p><

49、p><b>　?。?—12）</b></p><p>　　kw </p><p>　　式中K為工況變化系數(shù)，取K=1.2</p><p>　　3.2.5 原動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果和設(shè)計(jì)要求中的轉(zhuǎn)速，本離心泵采用定做電機(jī)，泵

50、轉(zhuǎn)速為1500r/min，然后用三級(jí)開速至4500r/min，功率為7000kw。</p><p>　　3.2.6 泵最小軸徑的確定</p><p>　　軸徑和輪轂直徑的確定：</p><p><b>　　扭矩</b></p><p><b>　?。?—13）</b></p><

51、;p>　　=14431.1N.m</p><p><b>　　最小軸徑d</b></p><p><b>　?。?—14）</b></p><p>　　這里選擇軸的材料為，其Mpa</p><p><b>　　mm</b></p><p><

52、b>　　取d=100mm</b></p><p>　　初步確定安裝葉輪處軸徑為mm</p><p><b>　　輪轂的直徑</b></p><p><b>　?。?—15）</b></p><p><b>　　mm</b></p><p&g

53、t;<b>　　取mm</b></p><p>　　4 葉輪的水力設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 葉輪主要參數(shù)的確定</p><p>　　葉輪尺寸的確定主要有速度系數(shù)法和相似換算法，在本泵設(shè)計(jì)中采用速度系數(shù)法。它和相似換算法在實(shí)質(zhì)上是相通的，其差別在于模型換算是建立在一臺(tái)相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，而速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，是

54、按相似的原理，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過流部件的各部分尺寸。</p><p>　　4.1.1 初定葉輪主要尺寸</p><p><b>　　葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑</b></p><p><b>　?。?—1）</b></p><p><b>　　mm</b></p><

55、;p><b>　　式中取4.4</b></p><p><b>　　葉輪進(jìn)口直徑</b></p><p><b>　?。?—2）</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　取mm</b><

56、;/p><p><b>　　葉輪出口直徑</b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p><b>　　=345mm</b></p><p><b>　　葉

57、輪出口寬度</b></p><p><b>　　（4—5）</b></p><p><b>　?。?—6）</b></p><p><b>　　=28mm</b></p><p>　　根據(jù)參考資料《離心泵與軸流泵原理及水力設(shè)計(jì)》，預(yù)先設(shè)葉片進(jìn)口角，而取葉片出口角。現(xiàn)

58、在尚無確定葉片數(shù)的準(zhǔn)確方法，對于的泵，一般取6片。根據(jù)其表5—2，葉片數(shù)Z取6</p><p>　　4.1.2 精算葉輪出口直徑</p><p><b>　　葉片出口排擠系數(shù)</b></p><p><b>　?。?—7）</b></p><p><b>　　假定mm，，而,則</

59、b></p><p><b>　　理論揚(yáng)程</b></p><p><b>　?。?—8）</b></p><p><b>　　葉輪修正系數(shù)</b></p><p><b>　　（4—9）</b></p><p>　　對于導(dǎo)葉

60、式壓出室，a=0.6</p><p><b>　　靜力矩</b></p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　=0.006428m</p><p><b>　　滑移系數(shù)</b></p><p><b>　　（4—11）

61、</b></p><p><b>　　無窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程</b></p><p><b>　?。?—12）</b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　出口軸面速度</b></p><p>

62、;<b>　　（4—13）</b></p><p><b>　　=10.46m/s</b></p><p><b>　　出口圓周速度</b></p><p><b>　?。?—14）</b></p><p><b>　　=87.35m/s<

63、/b></p><p><b>　　出口直徑</b></p><p><b>　?。?—15）</b></p><p><b>　　=371mm</b></p><p>　　取mm進(jìn)行第二次計(jì)算</p><p><b>　　葉片出口排擠系

64、數(shù)</b></p><p><b>　?。?—16）</b></p><p><b>　　出口軸面速度</b></p><p><b>　　（4—17）</b></p><p><b>　　=9.68m/s</b></p><

65、;p><b>　　出口圓周速度</b></p><p><b>　?。?—18）</b></p><p><b>　　=86.19m/s</b></p><p><b>　　出口直徑</b></p><p><b>　?。?—19）<

66、/b></p><p><b>　　=366mm</b></p><p><b>　　相對誤差為</b></p><p>　　可以確定以371mm作為葉輪的出口直徑</p><p>　　4.1.3 確定葉輪的各參數(shù)</p><p>　　以mm來確定葉輪的各參數(shù)<

67、/p><p><b>　　出口圓周速度</b></p><p><b>　?。?—20）</b></p><p><b>　　=87.37m/s</b></p><p><b>　　葉片出口排擠系數(shù)</b></p><p><b&

68、gt;　?。?—21）</b></p><p><b>　　出口軸面速度</b></p><p><b>　　（4—22）</b></p><p><b>　　=9.68m/s</b></p><p><b>　　出口圓周速度</b></

69、p><p><b>　　（4—23）</b></p><p><b>　　=39.01m/s</b></p><p>　　無窮葉片出口圓周速度</p><p><b>　?。?—24）</b></p><p><b>　　=64.59m/s<

70、/b></p><p><b>　　葉片進(jìn)口直徑</b></p><p><b>　?。?—25）</b></p><p>　　這里取，則=260mm</p><p><b>　　葉片進(jìn)口軸面速度</b></p><p><b>　?。?

71、—26）</b></p><p><b>　　=12.04m/s</b></p><p>　　葉片進(jìn)口處絕對速度，一般情況下可取,對抗汽蝕性能要求高的泵可取，這里取</p><p><b>　?。?—27）</b></p><p><b>　　=9.63m/s</b>

72、;</p><p><b>　　葉片進(jìn)口寬度</b></p><p><b>　?。?—28）</b></p><p><b>　　=35.3mm</b></p><p><b>　　取mm</b></p><p>　　葉片出口處圓

73、周角速度</p><p><b>　?。?—29）</b></p><p><b>　　=61.23m/s</b></p><p><b>　　葉片入口軸面速度</b></p><p><b>　　（4—30）</b></p><p&g

74、t;　　—葉片入口排擠系數(shù)，取</p><p><b>　　=11.56m/s</b></p><p><b>　　葉片入口安放角度</b></p><p><b>　?。?—31）</b></p><p>　　—葉片出口處圓周分速度，由吸入室（多級(jí)泵的反導(dǎo)葉出口角）的結(jié)構(gòu)確定

75、</p><p><b>　　液流無渦旋進(jìn)入時(shí)</b></p><p>　　—液體進(jìn)入葉輪相對速度液流角</p><p><b>　　（4—32）</b></p><p>　　為沖角，通常范圍為，這里取</p><p><b>　　取</b></p

76、><p><b>　　葉片厚度計(jì)算</b></p><p><b>　　（4—33）</b></p><p>　　K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與材料和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，根據(jù)《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-3選取為5</p><p><b>　　—單級(jí)揚(yáng)程（m）</b></p><p>

77、<b>　　Z—葉片數(shù)</b></p><p><b>　　—葉輪外徑（mm）</b></p><p><b>　　這里取S=8mm</b></p><p>　　葉輪出口絕對速度和圓周速度的夾角</p><p><b>　?。?—34）</b></p

78、><p><b>　　取</b></p><p>　　液流出口葉輪的絕對速度</p><p><b>　　（4—35）</b></p><p><b>　　=40.19m/s</b></p><p><b>　　校核</b></p

79、><p><b>　　（4—36）</b></p><p><b>　　相對誤差為</b></p><p>　　原來所取，相比較兩者相差不大，故不再更正了。</p><p>　　5 吸入室與壓出室的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 吸入室的選擇</p><

80、p>　　吸入室是指泵進(jìn)口法蘭到葉輪入口前泵體的過流部分。吸入室中的水力損失要比壓出室中的水力損失小很多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小一些。盡管如此，吸入室仍是水泵中不可缺少的部件，而且，在設(shè)計(jì)中對吸入室絕不可掉以輕心，這是因?yàn)槲胧以O(shè)計(jì)的好壞，直接影響到水泵汽蝕（空穴）性能。因此，設(shè)計(jì)吸入室時(shí)，要在水力損失最小的條件下保證：1）為了創(chuàng)造在設(shè)計(jì)工況中，葉輪內(nèi)穩(wěn)定的相對運(yùn)動(dòng)，沿吸入室所有斷面的流速必須盡可能均勻地分布；2）將

81、吸入管路內(nèi)的速度變?yōu)槿~輪入口所需的速度。</p><p>　　吸入室主要有三種結(jié)構(gòu)型式：錐形管吸入室、環(huán)形吸入室和半螺旋形吸入室。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用環(huán)形吸入室。此吸入室各軸面內(nèi)的斷面形狀和尺寸均相同。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。其缺點(diǎn)是存在沖擊和旋渦，并且液流速度分布不均勻?？稍谖胧抑屑尤敫舭?，這樣可以降低液流的斡旋，改善其吸入性能。主要應(yīng)用于節(jié)段式多級(jí)泵中。</p&g

82、t;<p>　　5.2 壓出室的設(shè)計(jì)</p><p>　　對多級(jí)泵來說，壓出室是指葉輪出口到泵出口法蘭（對節(jié)段式多級(jí)泵是到次級(jí)葉輪進(jìn)口前，對水平中開水泵則是到過渡流道之前）的過流部分。壓出室是泵的重要組成部分，并且和葉輪一樣，是任何一個(gè)葉片式泵都不可缺少的構(gòu)件。液體從葉輪中流出來的速度是很大的但液體進(jìn)入下一級(jí)葉輪（或進(jìn)入壓水管道中）又要求其速度降到葉輪入口要求的速度。因此，在離心泵中壓出室要在水力

83、損失最小的前提下完成以下任務(wù)：</p><p>　　為在葉輪內(nèi)形成穩(wěn)定的相對運(yùn)動(dòng)（使用動(dòng)量矩方程研究葉輪和液體相互作用力矩的唯一限制）的條件，必須保證液體在壓出室內(nèi)的流動(dòng)是軸對稱的；</p><p>　　把從葉輪流出的高速度液體收集起來，并將液體的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，然后，輸送到壓出管路或送到下一級(jí)葉輪入口，而且在能量轉(zhuǎn)換過程中不能破壞液流在壓出室中的軸對稱流動(dòng)；</p>

84、<p>　　流出葉輪的液體，具有很大的速度環(huán)量，而液體進(jìn)入次級(jí)葉輪入口時(shí)，要求其速度環(huán)量基本上等于零，即消除速度環(huán)量。</p><p>　　實(shí)踐證明，壓出室中的水力損失是離心泵內(nèi)水力損失的重要組成部分，在非設(shè)計(jì)工況中更為突出。因此，壓出室設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，將在很大程度上決定泵的完善程度。</p><p>　　壓出室主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：螺旋形渦室、環(huán)形壓出室、徑向?qū)~、流道式導(dǎo)葉和

85、扭曲葉片式導(dǎo)葉等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的壓出室采用徑向?qū)~室，但將反導(dǎo)葉（起吸入室作用）葉片去掉。</p><p><b>　　6 軸向力的計(jì)算</b></p><p>　　6.1 軸向力產(chǎn)生的原因</p><p>　　泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上作用著軸向力，該力將拉動(dòng)轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)。因此，必須設(shè)法消除或平衡此軸向力

86、，才能使泵正常工作。雙吸葉輪由兩個(gè)軸向?qū)ΨQ的葉輪構(gòu)成，軸向力相互平衡，所以不存在軸向力，但是單吸葉輪不具備像雙吸葉輪那樣的對稱性，由于作用在葉輪兩側(cè)的壓力不等，故有軸向力存在。</p><p>　　泵轉(zhuǎn)子上作用的軸向力主要有兩部分組成：</p><p>　?。?）葉輪前后蓋板不對稱產(chǎn)生的軸向力，此力指向葉輪吸入口方向，用F1表示；</p><p>　?。?）動(dòng)反力，

87、此力指向葉輪后面，用F2表示；</p><p>　　6.2 作用在葉輪上的軸向力</p><p><b>　　軸向力可按下式計(jì)算</b></p><p><b>　　（6—1）</b></p><p>　　式中—作用在一個(gè)葉輪上的軸向力，kg</p><p>　　實(shí)驗(yàn)系數(shù)，

88、與比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，當(dāng)時(shí)，K=0.6~0.8。取K=0.6</p><p><b>　　—單級(jí)揚(yáng)程，m</b></p><p>　　—液體重度, kg/m</p><p>　　—葉輪密封環(huán)直徑，m</p><p><b>　　—葉輪輪轂直徑，m</b></p><p><b&

89、gt;　　kg</b></p><p>　　液體作用于葉輪入口處動(dòng)反力</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　液體量得質(zhì)量流量，kg/s</p><p>　　液體重量的流量，n/s</p><p>　　—葉輪進(jìn)口處的液體速度，m/s</p>

90、<p><b>　　kg</b></p><p><b>　　泵總的軸向力為</b></p><p><b>　　kg</b></p><p><b>　　方向指向吸入口</b></p><p>　　7 泵零件的強(qiáng)度計(jì)算</p>

91、<p>　　7.1 葉輪強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　葉輪強(qiáng)度計(jì)算可以分為計(jì)算葉輪蓋板強(qiáng)度、葉片強(qiáng)度和輪轂強(qiáng)度三部分，現(xiàn)分別介紹如下：</p><p>　　7.1.1 葉輪蓋板強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　離心泵不斷向高速化方向發(fā)展，泵轉(zhuǎn)速提高后，葉輪因離心力而產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之提高，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定數(shù)值后，就會(huì)導(dǎo)致葉輪破壞。在計(jì)算時(shí)，可以把葉輪蓋簡化為一

92、個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓盤（即將葉片對葉輪蓋板的影響省略不計(jì)）。計(jì)算分析表明，對旋轉(zhuǎn)圓盤來說，圓周方向的應(yīng)力是主要的，葉輪的圓周速度與圓周方向應(yīng)力近似地有以下關(guān)系：</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中—葉輪材料的重度（kg/cm），對鑄鋼葉輪=0.0078 kg/cm</p><p>　　—葉輪圓周速度（m/s）<

93、/p><p><b>　　=608kg/cm</b></p><p>　　應(yīng)力應(yīng)小于葉輪材料的許用應(yīng)力，根據(jù)《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-1查得ZGCr28的kg/cm，，故葉輪蓋板強(qiáng)度滿足。</p><p>　　7.1.2 葉片厚度計(jì)算</p><p>　　為了擴(kuò)大葉輪流道有效過流面積，希望葉片越薄越好；但如果葉片選擇得太薄，

94、在鑄造工藝上有一定的困難，而且從強(qiáng)度方面考慮，葉片也需要有一定的厚度。葉片也不能選擇得太厚，葉片太厚要降低效率，惡化泵的汽蝕性能。大泵的葉片厚度要適當(dāng)加厚一些，這樣對延長葉輪壽命有好處。</p><p>　　此計(jì)算在“2.1.6離心泵葉輪幾何參數(shù)的具體計(jì)算”已進(jìn)行，在此不再重復(fù)。</p><p>　　7.1.3 輪轂強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　對一般離心泵，葉輪

95、和軸是動(dòng)配合。為了使輪轂和軸的配合不松動(dòng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸和葉輪配合的最小公盈。在葉輪輪轂處由離心力所引起的應(yīng)力可近似按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　E—彈性模數(shù)（kg/cm），對鑄鋼kg/cm</p><p>　　—葉輪輪轂平均直徑(cm)，=180mm</p>

96、<p>　　由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形(cm)</p><p><b>　　cm</b></p><p>　　應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈，即</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械零件手冊》的公差配合表查得軸徑為150mm，配合的最小公盈=0.03mm</p><p>　　由離心力所引起的變形小于最小的配合公

97、盈，故輪轂滿足要求。</p><p>　　7.2 泵軸的校核</p><p>　　葉輪、軸套等零件是套裝在軸上的，并同在泵體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，軸的強(qiáng)度和剛度對泵的壽命和可靠性有很大影響，所以，對軸的強(qiáng)度和剛度校核是十分必要的。</p><p>　　軸的具體結(jié)構(gòu)參見零件圖</p><p>　　根據(jù)《離心泵的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查得，軸的材料選用35CrMoA

98、，許用彎曲應(yīng)力Mpa，單個(gè)葉輪的重量為N </p><p><b>　　軸的重量為N</b></p><p><b>　　輪轂的重量為N</b></p><p>　　其中—分別為葉輪，軸，輪轂的重量</p><p><b>　　單位載荷</b></p><

99、;p><b>　　N/mm</b></p><p>　　7.3 軸的強(qiáng)度校核</p><p>　　泵軸的自重和套裝在軸上的葉輪、軸套等零件的重量，轉(zhuǎn)子的徑向力、由葉輪平衡后的剩余不平衡所引起的離心力等使泵彎曲，因此，泵軸是在彎曲與扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用下工作的，通常應(yīng)以彎曲和扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用來校核軸的強(qiáng)度。</p><p>　　作出軸的具體受力圖：&

100、lt;/p><p>　　圖7-1 軸的具體受力圖</p><p>　　其具體計(jì)算過程如下：集中載荷受力計(jì)算</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><

101、;p><b>　　N</b></p><p>　　圖7-2 集中載荷受力圖</p><p><b>　　均布載荷受力計(jì)算：</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　圖7-3 均布載荷受力圖</p><p>　　集中載

102、荷彎矩的計(jì)算：葉輪和輪轂在簡圖中的位置分別為a、b、c、d、e、f</p><p>　　=304482N.mm</p><p>　　=333444N.mm</p><p><b>　　N.mm</b></p><p>　　=30198N.mm</p><p>　　圖7-4 集中載荷彎矩圖<

103、/p><p>　　均布載荷彎矩的計(jì)算：</p><p>　　=358460 N.mm</p><p>　　=352947 N.mm</p><p>　　=321343 N.mm</p><p>　　=263650 N.mm</p><p>　　=202931 N.mm</p><

104、p>　　圖7-5 均布載荷彎矩圖</p><p>　　這里規(guī)定軸的彎矩順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)</p><p>　　集中載荷與均布載荷的合成計(jì)算</p><p>　　從集中載荷與均布載荷的彎矩圖中不難看出，此軸可能出現(xiàn)的最大彎矩處為b、c、d三點(diǎn)，現(xiàn)計(jì)算比較如下：</p><p><b>　　N.mm</b><

105、;/p><p><b>　　N.mm</b></p><p><b>　　N.mm</b></p><p>　　由此可知此軸的最大彎矩為N.mm</p><p><b>　　軸所受扭矩的計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)前面的計(jì)算可知：</p>

106、;<p>　　本軸所受的最大扭矩即為</p><p><b>　　N.mm</b></p><p><b>　　彎扭矩的合成</b></p><p><b>　　N.mm</b></p><p>　　軸所用材料的許用力Mpa，用插入法可得</p>&

107、lt;p><b>　　Mpa Mpa</b></p><p><b>　　最小軸徑mm</b></p><p>　　由于本軸的最小軸徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于mm</p><p>　　所以本軸的強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　　7.4 軸的剛度校核</p><p>　　軸受載荷

108、后發(fā)生彎曲變形扭轉(zhuǎn)變形，如果變形會(huì)影響到離心泵的正常工作，如發(fā)生咬死卡環(huán)等，所以軸的強(qiáng)度校核后還必須進(jìn)行剛度校核。</p><p>　　圖7-6 單位載荷 </p><p>　　圖7-7 單位載荷彎矩圖 </p><p>　　圖7-8 集中載荷彎矩圖</p><p>　　表7-1 具體計(jì)算過程</p><p&g

109、t;<b>　　第11行值求和</b></p><p><b>　　mm=0.024</b></p><p><b>　　一般轉(zhuǎn)軸的許可度為</b></p><p><b>　　L為兩點(diǎn)間的跨距</b></p><p>　　第6點(diǎn)即軸截面允許的撓度mm&l

110、t;/p><p><b>　　由此可知，該店</b></p><p><b>　　所以軸的剛度滿足。</b></p><p>　　7.5 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算</p><p>　　離心泵的轉(zhuǎn)子和其他軸系一樣，都有自己的固有振動(dòng)頻率。當(dāng)泵軸的轉(zhuǎn)速逐漸增加并接近泵轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)頻率時(shí)，泵就會(huì)猛烈地振動(dòng)起來，

111、轉(zhuǎn)速低于或高于這一轉(zhuǎn)速時(shí)，泵就能平穩(wěn)地工作，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)較高的數(shù)值時(shí)，泵又會(huì)重復(fù)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，通常把泵發(fā)生振動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。泵發(fā)生振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速有好幾個(gè)，這些臨界轉(zhuǎn)速由低到高，依次稱為第一臨界轉(zhuǎn)速、第二臨界轉(zhuǎn)速等等。泵的工作轉(zhuǎn)速不能與其臨界轉(zhuǎn)速相重合、相接近或成倍數(shù)，否則將會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象而使泵遭到破壞。計(jì)算泵臨界轉(zhuǎn)速的目的就是為了使泵的工作轉(zhuǎn)速避開其臨界轉(zhuǎn)速，以免泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生振動(dòng)。</p><p>

112、　　通常把多級(jí)泵的軸設(shè)計(jì)成柔性軸較為合理，即泵的工作轉(zhuǎn)速大于第一臨界轉(zhuǎn)速。因?yàn)槿绻讯嗉?jí)泵的軸設(shè)計(jì)成剛性軸時(shí)，軸的直徑增大，輪轂直徑和葉輪入口直徑也要相應(yīng)增大，這樣會(huì)降低泵的效率和汽蝕性能。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中運(yùn)用瑞利法，即常說的能量法來計(jì)算軸的臨界轉(zhuǎn)速，該泵軸的簡化模型如下圖：</p><p>　　圖7-9 泵軸的簡化模型</p><p>　　圖中：1

113、、2、3、4、5、6為葉輪平衡鼓，單個(gè)葉輪重量177N，平衡鼓質(zhì)量為22kg，兩支點(diǎn)軸自重為192kg，根據(jù)瑞利法中的計(jì)算公式</p><p><b>　　（7—3）</b></p><p>　　此公式中為各點(diǎn)靜撓度，可由材料力學(xué)課本的撓度公式求出：</p><p><b>　　mm；mm；mm</b></p>

114、<p><b>　　mm；mm；mm</b></p><p><b>　　r/min</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中軸的轉(zhuǎn)速為r/min，r/min</p><p>　　根據(jù)《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的第8章8-21式可知</p><p><b>　　r/min</b&g

115、t;</p><p><b>　　r/min</b></p><p>　　根據(jù)本計(jì)算可看出<n< </p><p><b>　　所以該軸為柔性軸。</b></p><p><b>　　7.6 鍵的校核</b></p><p>　　由于設(shè)計(jì)過

116、程中都是根據(jù)相關(guān)資料及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)來選擇設(shè)計(jì)的，所以這里只選擇一個(gè)具有代表性的校核即可。</p><p>　　這里以葉輪聯(lián)接鍵為例，其鍵型為16x10，GB1096—79</p><p>　　其截面尺寸為: 寬b=66mm，高h(yuǎn)=10mm，鍵長l=68mm</p><p>　　根據(jù)《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第八章第六節(jié)鍵的校核，取葉輪輪環(huán)鍵槽的許用擠應(yīng)力為Mpa</p&g

117、t;<p>　　鍵的接觸長度為=68-16=52mm</p><p>　　則聯(lián)接鍵所能傳遞的扭矩為</p><p><b>　　(7—4)</b></p><p>　　=0.25x10x52x145x110=2.8x103N.m</p><p>　　實(shí)際中要傳遞的轉(zhuǎn)矩為T=0.25x1.4x103N.m&l

118、t;/p><p><b>　　可見鍵是安全的。</b></p><p>　　7.7 聯(lián)接螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　7.7.1 螺栓的設(shè)計(jì)</p><p>　　預(yù)緊情況下螺栓載荷的計(jì)算</p><p>　　(7—5) </p>

119、<p><b>　　螺栓的最小載荷，N</b></p><p><b>　　墊片的有效寬度</b></p><p>　　墊片的平均直徑，mm</p><p>　　y—墊片的預(yù)緊比壓，取y=24Mpa</p><p>　　=3.14x7.0x10-3/8x0.607x24x106<

120、/p><p>　　=1.25x105N</p><p>　　操作工況下螺栓載荷的計(jì)算</p><p>　　=0.78DG2P+2x3.14DGbmp (7—6)</p><p>　　—操作工況下螺栓載荷，N</p><p>　　m—墊片，等數(shù)無固次O型圈m=0</p><p

121、>　　P—為設(shè)計(jì)壓力，Mpa</p><p>　　=0.785x（0.607）2x24x106+0</p><p>　　=6.94x106N</p><p>　　因?yàn)?，所以選計(jì)算螺栓的面積</p><p><b>　　螺栓的面積</b></p><p><b>　　(7—7)<

122、;/b></p><p>　　—設(shè)計(jì)溫度下螺栓的許用力，Mpa</p><p>　　選用螺栓材料為35CrMoA，其中=200Mpa</p><p>　　=0.94x106/200x106=0.0347m2</p><p>　　螺栓的有效面積，這里取為Am=0.035m2，螺栓光桿部分的直徑d0</p><p>

123、　　d0=52.78mm</p><p>　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可取M56x1.5螺栓。</p><p>　　別的螺栓設(shè)計(jì)過程與此相同，則不再分別敘述。</p><p>　　7.7.2 特殊螺栓的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中會(huì)用到一些較為特殊的螺栓，當(dāng)遇到此類螺栓時(shí)，可作如下特殊考慮：</p><p>　　a 采用中較細(xì)

124、的雙頭細(xì)牙螺栓</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的螺栓溫差應(yīng)力較小，耐沖擊，抗疲勞性高，細(xì)牙螺栓有利于自鎖，工作時(shí)螺紋受力均勻。</p><p>　　b 提高螺栓的加工精度</p><p>　　一般情況下，高壓螺栓的螺紋出差精度應(yīng)達(dá)到精密的要求，螺栓與螺母有較好的配合。</p><p>　　c 螺栓與螺母采用球面接觸</p><

125、;p>　　當(dāng)螺栓孔與端蓋的垂直度有偏差時(shí)，為防止產(chǎn)生附加的彎矩而用螺母的墊圈球面接觸，這樣有利于進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)</p><p>　　d 螺栓螺母的校核材料選用</p><p>　　一般情況下都選用強(qiáng)度較高的材料且應(yīng)具有足夠的塑性及韌性，常用的材料是35GRMOA或是40MNB，與之匹配的螺母為35GMOA或是35號(hào)鋼。</p><p>　　7.8 泵體強(qiáng)度計(jì)算

126、</p><p>　　常用的離心泵泵體有渦室和中段（包括前、后段）兩種，本泵采用中段設(shè)計(jì)。泵的中段在泵中起到緊固導(dǎo)葉的作用，其受力不大，可選用鑄造的方式進(jìn)行生產(chǎn)，材料選用Q235即可。</p><p>　　8 軸承的計(jì)算與校核</p><p>　　8.1 滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　滑動(dòng)軸承的基本參數(shù)：軸承的公稱直徑d，軸承長

127、度l，徑向間隙，對止推軸承還必須確定軸向間隙。</p><p><b>　　選擇長徑比/d</b></p><p>　　長徑比/d一般取0.8~1.2左右，取/d=0.8</p><p>　　d=110mm，則l=88mm，取l=90mm</p><p>　　計(jì)算作用在軸襯單位面積上的壓力p（亦稱比壓）</p>

128、;<p><b>　　（8—1）</b></p><p>　　式中每個(gè)軸承上的載荷（N），大致估算為F=3000N</p><p>　　軸襯處的軸徑（cm）</p><p><b>　　軸承長度（cm）</b></p><p>　　—軸承比壓（kg/cm）</p><

129、;p><b>　　kg/cm</b></p><p>　?。?）求軸頸處的線速度v(m/s)</p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　并計(jì)算pv值，kg.m/s.cm</p><p><b>　　選擇軸襯材料</b></p><

130、p>　　根據(jù)比壓p，線速度v，pv值，參考《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表9-6，選擇軸襯材料為ZChSnSbNb。</p><p><b>　　潤滑方式的選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸承平均載荷數(shù)K來決定軸承的潤滑方式：</p><p>　　50<K《100，采用油環(huán)或飛濺潤滑，需用水或循環(huán)油冷卻。</p><p

131、><b>　　確定軸瓦和軸的間隙</b></p><p>　　一般軸徑d=100~120mm，取間隙為0.15~0.20mm。</p><p>　　確定軸襯及軸頸表面光潔度的等級(jí)</p><p>　　一般軸襯內(nèi)圓表面為7級(jí)表面光潔度，軸頸外圓表面為8級(jí)至9級(jí)表面光潔度，這樣能保證軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>&

132、lt;b>　　選擇配合方式</b></p><p><b>　　軸頸與軸襯的配合用</b></p><p>　　表8-1 潤滑劑及潤滑方式的選擇</p><p>　　表8-2 承載能力的計(jì)算</p><p>　　表8-3 層流校核</p><p>　　表8-4 流量計(jì)算&