畢業(yè)設計（論文）IS125100250型單級單吸離心泵的設計

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1、 目 錄 摘 要 4 1前言 5 1.1畢業(yè)設計的目的和意義 6 1.2設計的主要任務 6 2葉輪的設計 6 2.1葉輪主要參數(shù)的確定和結構方案的確定 7 2.1.1確定泵進出口直徑 7 2.1.2汽蝕計算 7 2.1.3比轉速的計算 8 2.1.4確定效率 8 2.1.5確定功率 9 2.1.6初步確定葉輪的主要尺寸 10 2.1.7精算葉輪外徑 12 2.2葉輪軸面投影圖繪制中的相關計算 14 2.2.1葉輪出口速度 14 2.2.2流道中線檢查 14 2.2.3中間流線的劃分 15 2.2.

2、4葉片進口邊的確定 16 2.2.5葉輪進口速度 17 2.2.6編程計算A、B、C三點的葉片安放角 20 2.3葉片繪型 22 2.3.1繪型原理 22 2.3.2繪型步驟 22 2.3.3繪制葉片進出口三角形 24 3汽蝕驗算 26 3.1計算清水中的必需汽蝕余量 26 4壓水室的計算及繪型 26 4.1渦室的主要結構參數(shù) 27 4.2渦室繪型步驟 29 5離心泵結構設計及部分零件的強度校核 30 5.1離心泵結構特點 30 5.1.1葉輪 31 5.1.2泵體 31 5.1.3泵軸 31 5.1.4軸承 31 5.1.5密封環(huán) 31 5.1.6填料函

3、 31 5.2部分零件的強度計算與校核 32 5.2.1最小軸徑的計算 32 5.2.2鍵的計算及強度校核 32 5.2.3軸向力的計算 33 5.2.5軸承壽命的計算 35 5.2.6填料的計算 37 結論 38 總結與體會 38 謝辭 38 參考文獻 39  摘 要 本次設計是進行IS125-100-250型單級單吸離心泵的設計，根據(jù)給定的主要設計參數(shù)，主要完成了葉輪、泵殼的水力設計，以及泵的總體結構設計，并驗算泵的抗汽蝕性能，繪制泵的總裝圖及葉輪、泵殼、泵軸等零件圖，對葉輪、泵體、泵軸、軸承、鍵、法蘭盤和聯(lián)結螺

4、栓等泵的主要零部件進行強度校核。自動變頻供水裝置設計，繪制了變頻供水裝置的管路布置圖，水泵機組安裝圖以及自動供水的主電路圖、控制圖。 【關鍵詞】離心泵、水力設計、強度校核、恒壓供水 Abstract This program is a design for the single-stage and single-suction centrifugal pump, IS100-65-315 pump. This design completes the struct-ural design of the p

5、ump and hydraulic design of the impeller, pump bo-dy. Check the hydraulic design to prevent cavitaion. This design also carries on intensity and rigidity calculation of the impeller, casing,shaft, bearings, key, ring flange, coupling bolt and other parts. This disign applies combined constant pressu

6、re water supplying, automatic start and stop system. This design carries on variable frequecy water supplying, automatic start and stop system. This design carries on va-riale frequency water supply drawing, pipe arrangement drawing of variable frequeny water supply equipment, main circuit diagram a

7、nd control chart. 【Key words】 Centrifugal pump; Hydraulic design; Strength calculation and check; Constant pressure water supply 1前言 水泵作為一種通用機械，在社會各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。它是除電動機以外使用范圍最廣泛的機械，幾乎沒有一個國民經(jīng)濟部門不使用水泵。泵對發(fā)展生產(chǎn)、保證人民的正常生活和保障人民的生命財產(chǎn)安全具有至關重要的作用。在農(nóng)業(yè)方面，水泵及排灌站在抵御洪澇、干旱災害，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等方面更是功不可沒。

8、作為一個水泵設計人員，設計一臺高質(zhì)量的泵，無論從節(jié)能還是從企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性角度考慮，都會帶來巨大的經(jīng)濟效益。尤其是在深化改革、市場經(jīng)濟運作的今天，圍繞價值工程學，以最低的生產(chǎn)投入，設計一種經(jīng)濟、安全、優(yōu)質(zhì)高效的泵，無疑是擺在我們面前的一項艱巨任務。 經(jīng)驗無疑是一項影響設計優(yōu)劣的重要因素。在今天，相當多的設計環(huán)節(jié)仍然是靠經(jīng)驗確定的，很多的計算公式也是根據(jù)經(jīng)驗總結出來的，所以，設計精度仍然局限在一定范圍內(nèi)。為了提高設計的準確性，在設計工程中必須要有認真、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，同時盡量采用適合資深設計情況的公式。 光有理論知識是不能做好泵的設計的，此次設計正好為我們提供了一次時間的機會，有助于理解、鞏

9、固理論知識和為以后的工作打下基礎。因此我們必須端正設計態(tài)度，以嚴肅的眼光看待設計，以嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L對待設計，同時在實踐過程中多想、多問、多動手，使我們能夠在以后的工作中迅速進入角色，完成從學生到工程技術人員的轉變。 1.1畢業(yè)設計的目的和意義 畢業(yè)設計是本科學生必須經(jīng)歷的一項重要教學環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基本理論、基本知識和基本技能,分析解決實際工程問題的重要一環(huán)。它與其它教學環(huán)節(jié)緊密配合相輔相成,是前面各個教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深入和發(fā)展。這一階段的學習重要性決定了學生必須嚴肅認真地完成設計內(nèi)容，奉獻高水平的設計成果。

10、泵是量大面廣的通用機械產(chǎn)品,各類泵是城市與工業(yè)的一個重要組成部分,它廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。因此,正確設計泵具有重大的社會意義和經(jīng)濟意義。 1.2設計的主要任務 1、完成葉輪、泵殼的水力設計并驗算泵的抗汽蝕性能。 2、完成泵的總體結構設計，繪制總裝圖及葉輪、泵軸的零件圖。 3、進行泵的主要零件的強度校核。 4、完成自動變頻調(diào)速供水裝置設計。 2葉輪的設計 離心泵葉輪設計的第一階段工作，是根據(jù)提出的泵設計點的性能參數(shù)，主要指流量、揚程和轉速，確定葉輪全部幾何參數(shù)：葉輪直徑D2和出口寬度b2，葉片出口安放角β2，葉片數(shù)Z，葉輪吸入口直徑D2及葉片出口排擠系數(shù)ψ2。這些

11、結構參數(shù)不僅決定了葉片的基本幾何形態(tài)，也基本決定了泵的水力特征、泵的能量和汽蝕性能指標。 已知設計參數(shù)為：流量 Q=200m3/h 揚程 H=80m 轉速 n=2900r/min 效率 η≥76.0% 必需空蝕余量 (NPSH)r=4.0m 2.1葉輪主要參數(shù)的確定和結構方案的確定 2.1.1確定泵進出口直徑 泵吸入口徑。泵吸入口直徑由合理流速確定。泵吸入口流速一般為3m/s左右，但從制造方法考慮，大型泵的流速取大一些，以減少泵的體積，提高過流能力；但為了提高泵的抗汽

12、蝕性能，應減少吸入流速。 泵排出口徑。對于低揚程泵，可取與吸入口徑相同，而對于高揚程泵，為減少泵的體積和排出口直徑，可使排出口徑小于吸入口徑，一般取 式中： —泵排出口直徑； —泵吸入口直徑； 泵吸入口直徑Ds按下式確定 式中：—泵吸入口的平均流速。 最終確定的泵的吸入口和排出口直徑，應該符合標準直徑。 根據(jù)本次設計給定泵的型號，確定： ⑵泵出口直徑 ⑶泵進口速度 ⑷泵出口速度 2.1.2汽蝕計算 (1)泵汽蝕余量 (2)泵汽蝕轉數(shù) 2.1.3比轉速的計算 泵的比

13、轉速本來指在最高效率處的性能參數(shù)的一個組合值。但是，由于泵產(chǎn)品一般在設計點運行時間最多，因此總希望泵在設計點處有最高效率，于是： n——轉速，r/min Q——流量，m3/s H——揚程，m 代入數(shù)據(jù)計算： 2.1.4確定效率 ⑴水力效率 ⑵容積效率 ⑶圓盤摩擦損失效率和機械效率 考慮到軸承填料損失，?。? ⑷總效率 2.1.5確定功率 ⑴軸功率 ⑵計算配套功率 其中， ⑶扭矩 ⑷最小軸徑 參考文獻[5]P102,泵軸常用材料的許用切應力，對于普通優(yōu)質(zhì)碳鋼[τ]的范圍在(343～441)105，對于合金鋼[τ]

14、的范圍在(441～588)105，單位是牛頓/米2。本設計選材料45＃鋼，故[τ]的范圍在(343～441)105 2.1.6初步確定葉輪的主要尺寸 ⑴葉輪進口直徑 葉輪進口直徑與進口速度有關，進口速度一般不超過3~4m/s。提高葉輪進口流速會降低泵的抗汽蝕性能和水力效率。實踐證明：泵在相應增加進口流速很廣的范圍內(nèi)運轉時，能保持水里效率不變，所以如果設計的泵對抗汽蝕性能要求不變，可以選較小的以減少葉輪密封環(huán)的泄漏量，以提高容積效率。 決定葉輪水力損失的是相對速度的大小和變化，所以應該考慮泵進口相對速度的影響，通常在葉輪流道中相對速度是擴散的，即。從減小進口相對撞擊損失考慮，希望減小

15、，若假定最小，可以計算葉輪進口直徑。 進口當量直徑： 式中：—統(tǒng)計系數(shù)。 考慮泵效率和汽蝕因素，的選用范圍是： 主要考慮效率： ； 兼顧效率和汽蝕：； 主要考慮汽蝕：。 進一步增加，可改善大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能。這次設計兼顧泵效率和汽蝕，取。 由于選用的是單級單吸葉輪，dh=0，故 ⑵葉輪出口直徑的初步計算 葉輪外徑和葉片出口角等出口幾何參數(shù)，是影響泵揚程的最重要因素。另外，影響泵揚程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也與和以及葉片數(shù)等參數(shù)有關?？梢娪绊懕脫P程的幾個參數(shù)之間互相影響。因此，必須假定某些參數(shù)為定值的條件下，求

16、解葉輪外徑。 因為壓水室的水力損失和葉輪出口的絕對速度的平方成正比。為減少壓水室的水力損失，應當減少葉輪出口的絕對速度，因此，我們把滿足設計參數(shù)下使葉輪出口絕對速度最小作為的出發(fā)點。 由葉輪出口速度三角形 葉輪出口軸面速度和圓周分速度均與葉輪外徑有關，現(xiàn)將表示為（）的函數(shù)，由基本方程式 推出的計算公式為： ⑷葉輪出口寬度 ⑸葉片數(shù)的計算與選擇 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)時，一方面考慮減少葉片的排擠和表面摩擦；另一方面又要使葉輪流道有足夠的長度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液體的

17、的充分作用。 參考結果以及同類產(chǎn)品，取 2.1.7精算葉輪外徑 ⑴理論揚程 ⑵修正系數(shù) ⑶靜矩 上式是通過初定尺寸按照畫軸面投影圖計算后，中間流線的靜矩來算的。 ⑷有限葉片數(shù)修正系數(shù) ⑸無窮葉片數(shù)理論揚程 在每次計算中都可以認為不變。 ⑹葉片出口排擠系數(shù) 由經(jīng)驗公式，需要經(jīng)過計算得到，K值鑄鐵取4.5，鑄鋼取3.5。本設計中葉輪制造采用鑄鐵。故K=4.5。 取，取 ⑺出口軸面速度 ⑻出口圓周速度 ⑼出口直徑 由于與假定的260mm非常接近，不超過2%，說明假定的值就是精確的值。故不再進行計算，取。 2.2葉輪軸面投影

18、圖繪制中的相關計算 2.2.1葉輪出口速度 ⑴進口軸面速度 由前面計算可得： ⑵出口圓周速度 ⑶出口圓周分速度 ⑷無窮葉片數(shù)出口圓周分速度 2.2.2流道中線檢查 根據(jù)所求處的葉輪尺寸，，參照比轉速相近的水力模型，繪制葉輪的軸面投影圖，在投影圖上，做很多內(nèi)切圓，并將個內(nèi)切圓的圓心用光滑的曲線連接起來，即得到流道中線。 具體作圖方法可參考文獻[5]P117。表2-1為F-L曲線的數(shù)據(jù)表。 其中在入口邊時，，出口邊時。 項目 F(mm2) bi RC L 1 11304 60 30 0 2 11514.28599 55.5265

19、33.02 21.1885 3 12135.93785 49.386 39.13 34.034 4 12892.94336 43.4317 47.27 46.0269 5 13486.60952 37.5577 57.18 58.1774 6 13858.81846 31.8077 69.38 71.5369 7 13947.75341 25.8946 85.77 89.0477 8 14525.76434 21.966 105.3 109.1582 9 14469.12 18 128 132.4986 表2-1F-L曲

20、線的數(shù)據(jù)表 由以上數(shù)據(jù)可以做出該方案的F-L曲線，見下圖。 圖2.2 F-L曲線圖 F-L曲線 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 L 0 21 34 71 89 109 ` 46 58 可以看出該曲線還是單調(diào)上升趨勢，是一條高效率的曲線，雖然在58～89中間曲線并沒有完全成一條直線，但是本人通過多次努力達到這個效果還是不容易的，初次設計，敬請諒解。 有關軸面投影圖的相關尺寸參考水力設計圖。 2.2.3中間流線

21、的劃分 流面是一張空間三維曲面，曲面上各面處水質(zhì)點的速度矢量與此三維曲面相切，水流質(zhì)點不能穿越水流，對理想流體，流面與鋼鐵薄板可以互換。 在已經(jīng)確定葉輪軸面投影圖上，前后蓋板內(nèi)表面是兩條平面曲線，繞葉輪軸心線旋轉一周，得到兩個回轉面，就是葉輪前后蓋板面，它們是兩張流面。 劃分原則：⑴先分進出口；⑵有了始末分點，憑經(jīng)驗畫出軸面流線。實際上在具體實踐過程中本設計采用了畫兩個相切圓的辦法，首先采用在前蓋板處采用兩點畫圓的方法，在CAD中先通過對象捕捉采用兩點畫圓近似與前蓋板相切，然后，以畫好的第一個圓，采用circle命令中的t命令，與兩點相切，指定半徑的畫法，然后用list命令測得前一個圓的

22、半徑，然后，再用circle命令中的t命令與第二個圓相切，然后在與前蓋板相切，達到了兩個圓同時與前蓋板相切和后蓋板相切后，再進行面積的比較。 檢查同一過水斷面上兩流道間小過水斷面面積是否相等，不相等，修改至相等或滿足下面公式： 表2-3 分軸面流線計算表 過水斷面號 流道 誤差率 1 0--1 38.9303 23.51 915.2514 1831.972 915.9858 -0.0016 1--2 17.9573 51.05 916.7202 2 0--1 28.3278 35.43 1003.654 1984.79

23、 992.395 0.0224 1--2 18.4841 53.08 981.136 3 0--1 23.8492 43.7 1042.21 2067.247 1033.623 0.0165 1--2 17.7896 57.62 1025.037 4 0--1 18.7515 57.31 1074.648 2156.673 1078.337 -0.0069 1--2 16.9384 63.88 1082.025 5 0--1 16.7791 65.94 1106.414 2188.304 1094.152 0.0222

24、 1--2 15.7343 68.76 1081.89 6 0--1 14.2864 78.07 1115.339 2208.667 1104.333 0.0197 1--2 13.6957 79.83 1093.328 7 0--1 12.6748 87.36 1107.271 2221.754 1110.877 -0.0065 1--2 12.5973 88.47 1114.483 8 0--1 11.5855 98.01 1135.495 2278.655 1139.328 -0.0068 1--2 11.599

25、8 98.55 1143.16 2.2.4葉片進口邊的確定 參考文獻[3]P149，在葉輪軸面投影圖上繪制葉片進口邊時，應注意： 進口邊前后蓋板輪廓線夾角不要太小，A、B兩點的高度差不要太大，在使用圓柱形葉片時，這是防止前蓋板處葉片沖角過大的重要措施。過A、B兩點的直線與軸心線夾角一般在20到40。 進口邊的位置與葉輪汽蝕性能關系密切，進口邊適當向葉輪入口延伸，有利于提高葉輪抗汽蝕性能。但在葉輪進口直徑較小，葉片數(shù)又較多時，采取這一措施應慎重，以防止進口部分堵塞嚴重，結果使葉片進口排擠系數(shù)過多減少，既不利于提高泵效率，也惡化了汽蝕性能。 本設計通過對具體實施方案進行比較，確定

26、了進口邊直線ABC。別交前蓋板A點，中間流線B點，后蓋板流線C點。 2.2.5葉輪進口速度 ⑴葉輪進口圓周速度 通過在以檢查的中間流線圖上量取、、。 ⑵葉片進口軸面液流過水斷面面積 葉片進口邊有時和過水斷面形成線重合，有時不重合。重合時三點的過水斷面線相同，不重合時，要分別做出過A、B、C點的過水斷面形成線，具體在CAD圖上是做過A、B、C三點的圓，此圓應分別與前后蓋板流線相切，做過B點的圓時可只作一個圓相切即可，由于是處于中間流線上，兩邊的過水斷面面積相等，當然在CAD圖上只能近似做出來，暫時沒有想到完全過三點并與前后蓋板相切的方法。 ⑶計算A流線葉片

27、進口角 假定 選擇，顯然在0～15范圍以內(nèi)， ∴ （由軸面圖上量得，假定） 由上可以看出，與假定的值相同，各值即為所求。 ⑷計算B流線葉片進口角 ⑸計算C流線葉片進口角 B流線葉片進口排擠系數(shù): （由軸面圖上量得，假定） C流線葉片進口排擠系數(shù): （由軸面圖上量得，假定） B流線進口軸面速度： C流線進口軸面速度： B流線葉片進口液流角： C流線葉片進口液流角： B流線葉片進口沖角： C流線葉片進口沖角： 2.2.6編程計算A、B、C三點的葉片安放

28、角 值得指出的是，我的編程僅僅限于提供計算，由于安放角在有的文獻中提到應該成逐漸增大的趨勢，所以參考文獻可以看出，先暫定，， 。 以下是編程結果顯示以及程序代碼： 1 算a流線葉片進口角 由以上計算可以看出，計算結果與我自行計算的結果相同，當然由于沖角的范圍選擇很大，在下面計算b流線葉片安放角的時候我會顯示兩個結果進行比較，為什么我前面要根據(jù)文獻假設出3條流線的葉片安放角，然后在用VB程序編程計算。 ⑵計算b流線葉片進口角 如果不預先按照文獻說的從大到小進行暫定角度，可能會出現(xiàn)以下情況，下面請看運行結果： 可以看出由于沖角范圍在0到15之間范圍很大，葉片安放角很快就會收斂，所以

29、可以看出我的編程僅僅是為了方便計算，計算的情況還是比較特殊，在以后的工作中看能不能進行改進。 ⑶計算c流線葉片進口角 輸入其他數(shù)據(jù)看能否快速收斂 ⑷程序源代碼 Private Sub Command1_Click() Dim z%, r1!, thick!, lmd!, Q!, F!, n%, itv!, dtbt!, bt!, psi!, vm1!, btx!, bty#, u1! n = 2900 Q = 100 / 3600 z = Val(Text1.Text) thick = Val(Text2.Text) lmd = Val(Text3.Text) * 3.14

30、15 / 180 r1 = Val(Text4.Text) F = Val(Text5.Text) itv = Val(Text6.Text) bt = Val(Text7.Text) u1 = Val(Text10.Text) start: bt = bt * 3.1415 / 180 psi = 1 - thick * z * Sqr((1 + (1 / Tan(bt) / Sin(lmd)) ^ 2)) / (2 * 3.1415 * r1) vm1 = Q / (itv * F * psi) btx = Atn(vm1 / u1) * 180 / 3.1415 b

31、t = bt * 180 / 3.1415 dtbt = bt - btx If dtbt > 0 And dtbt < 15 Then GoTo over Else GoTo start1 over: Text8.Text = psi Text9.Text = bt GoTo over1 start1: If dtbt < 0 Then bt = bt + 1 GoTo start Else bt = bt - 1 GoTo start End If over1: End Sub 2.3葉片繪型 2.3.1繪型原理 在本次設計中，采用

32、保角變換法進行葉片繪型。在一流面上，其上有一條流線。用一組夾角為的軸面和一組垂直軸線的平面去截流面，使之在流面上構成小扇形的軸面流線長度,和圓周上的長度相等。當分成的這些小扇形足夠小時，則可以把流面上的曲面扇形看作是平面小正方形。流面上的小扇形從進口到出口逐漸增大。 2.3.2繪型步驟 ⑴沿軸面流線分點 此次設計采用了作圖分點法進行作圖，Δθ取為5。見圖2-4 圖2-4 軸面流線分點 ⑵畫展開流面并在其上繪制流線 具體做法參考文獻[2]，需要指出的是在CAD圖上做圖的畫應該注意幾個問題，首先，保證型線光滑平順，其次，單向彎曲

33、，凹凸均可，但不要出現(xiàn)S形狀，再次，各型線有一定的對稱性。 型線的形狀極為重要，不理想時應堅決修改，必要時可以適當改變進口安放角、葉片進口邊位置、葉片包角、葉片進口邊不布置在同一軸面上等，重新繪制。方格網(wǎng)的繪制具體圖形見設計圖紙。 ⑶在軸面投影圖中畫軸面截線 具體詳細做法參考文獻[2]P219頁，每隔10取的軸面截線，然后按照相應的比例反投射到軸面投影圖上。 ⑷葉片加厚 具體做法見參考文獻[2]P219頁，需要指出的是按照文獻的說法，一般小泵葉片進口流面厚度約為2mm，最大厚度為4～5mm，本設計參考文獻[2]P227頁表7-17厚度計算表中葉片進口流面厚度的變化情況，逐漸由3mm到

34、6mm。 表2-5 a流線厚度計算表 軸面 0 Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅶ Ⅷ Ⅹ a流線 S(mm) 3 3.63 4.68 5.09 5.27 5.27 5.27 β() 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 cosβ 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 3.17 3.83 4.94 5.37 5.56 5.56 5.56 軸面 Ⅺ Ⅻ a流線 S(mm) 5.27 5.27

35、 β() 0.37 0.44 cosβ 0.93 0.91 5.65 5.82 表2-6 b流線厚度計算表 軸面 0 Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅶ Ⅷ Ⅹ b流線 S(mm) 3 3.63 4.68 5.09 5.27 5.27 5.27 β() 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.44 0.44 cosβ 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.91 0.91 3.2

36、6 3.94 5.08 5.53 5.72 5.81 5.81 軸面 Ⅺ Ⅻ b流線 S(mm) 5.27 5.27 β() 0.44 0.44 cosβ 0.91 0.91 5.81 5.81 表2-7 c流線厚度計算表 軸面 0 Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅶ Ⅷ Ⅹ c流線 S(mm) 3 3.63 4.68 5.09 5.27 5.27 5.27 β() 0.57 0.57 0.57 0.57 0.57

37、 0.57 0.55 cosβ 0.84 0.84 0.8 0.84 0.84 0.84 0.85 3.57 4.32 5.57 6.05 6.27 6.27 6.17 軸面 Ⅺ Ⅻ c流線 S(mm) 5.27 5.27 β() 0.49 0.44 cosβ 0.88 0.91 5.98 5.81 ⑸畫葉片剪裁圖 詳細見文獻[2]P221頁，其中木模截線徑向坐標見CAD第一張設計圖。 2.3.3繪制葉片進出口三

38、角形 ⑴出口速度三角形的繪制 在葉片出口任意處，矢量都將與圓周相切，指向葉輪旋轉一側，大小為。離心葉輪出口為一柱面，如果沒有葉片排擠，這一柱面面積為，考慮葉片出口排擠后，有效過水斷面面積為,不同流面的排擠系數(shù)取常數(shù)。出口柱面上,水流的絕對速度矢量并不與柱面正交,但其軸面分量則是與出口柱面正交的且在各處認為是常數(shù)。由于正好等于通過葉輪的流量，則。出口絕對速度在圓周方向的投影可以通過歐拉方程求得,即，在單吸泵中，因此，。 如果葉輪葉片無窮多無窮薄，葉片對水流有強烈的約束作用，水流只能沿葉片表面流動，在一流面上，水流方向與葉片表面方向一致，從而有，而和則和上述的有限葉片時相同。具體圖形見CAD

39、圖第一頁。 表2-7 出口速度三角形數(shù)據(jù) (m/s) (m/s) (m/s) () 39.46 22.65 4.87 25 ⑵進口速度三角形的繪制 對于扭曲葉片來說,進口速度三角形應當繪制三個,前流線,中間流線和后流線三條流線與進口邊交點處的速度三角形,以前流線處A點為例, A點的圓周速度 與A點圓周相切并指向葉輪旋轉一方，其大小為,為A點到軸心線的距離。矢量在圓周方向的投影為0, 與重合,進口速度三角形變成一個直角三角形。矢量和之間的相對液流角可以通過這點的葉片安放角減去對應的沖角得到,至此，A點處的進口速度三角形可以確定。其它兩個

40、進口速度三角形同理。 表2-8 三流線與進口邊交點處速度三角形數(shù)據(jù) 前蓋板流線 中間流線 后蓋板流線 18.36 m/s 14.66 m/s 9.64 m/s 5.76 m/s 5.39 m/s 5.38m/s 17.42 20.19 29.17 速度三角形見設計圖紙第一頁。 3汽蝕驗算 3.1計算清水中的必需汽蝕余量 在完成了葉輪的水利設計后，應對葉輪進行抗汽蝕能力檢查。泵汽蝕余量用表示。 式中：葉片進口稍前液體的絕對平均速度； 葉片進口稍前液體的相對平均速度； 絕對速度壓降系數(shù)，通常；

41、 相對速度壓降系數(shù)，通常。 其中，可以用葉片進口邊易發(fā)生汽蝕的點處的來代替，由進口速度三角形可以得到，，在加液流角的情況下，。 由下式確定： 則： 從計算可以看出設計的該臺泵的汽蝕性能較好，滿足要求。 4壓水室的計算及繪型 獲得能量的水流沿葉輪圓周流出后，將進入泵的壓水室。壓水室是泵不可或缺的重要的過流部件，其設計、制造水平的高低，對泵的性能，特別是泵的效率和指標H—Q曲線的形態(tài)，有十分明顯的影響。 根據(jù)泵的用途不同，泵的壓水室有不同的結構形成，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪流出的水流，將水送到泵出口或下一級葉輪入口；水流在葉

42、輪處絕對速度比較大，水流在壓水室出口的平均速度顯著下降，這種將水流的部分動能轉化為壓能的結果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。水流在壓水室中流動時，由于無外力對水流的做正功，水流的機械能不可能增加，相反，壓水室中不可避免的存在水力損失。因此，壓水室應該在水力損失最小的條件下，實現(xiàn)其基本功能。 低比轉速泵所用的壓水室主要為螺旋型壓水室,它由螺旋管(蝸殼)和擴散管組成。 4.1渦室的主要結構參數(shù) ⑴基圓直徑 螺旋形壓水室的擴散管與螺線管由一假想無厚度的尖形隔舌相分離，隔舌尖端所在的假想圓稱為基圓，直徑以表示。 應大于葉輪直徑，使葉輪外徑與隔舌之間有一間隙。這一間隙太小。會引起泵

43、工作中格外的震動和噪聲，并使設計點效率下降；這一間隙太大，會使泵在非設計工況點間隙處產(chǎn)生過大的環(huán)流，增大水力損失?？扇。? 根據(jù)經(jīng)驗取 ⑵渦室進口寬度 渦室進口寬度通常大于包括前后蓋板的葉輪出口寬度，至少應有一定的間隙，以補償轉子的串動和制造誤差。目前，有些渦室的取的相當寬，這樣，使前后蓋板帶動旋轉的液體可通暢的輸入壓水室，回收一部分圓盤摩擦功率，提高泵的效率。另外可適應不同寬度的葉輪，提高產(chǎn)品的通用性。通常： 根據(jù)文獻[2]的提法，在進行適當加寬并參考相應的水力模型，取渦室進口寬度為32mm。 ⑶渦室隔舌安放角 參考文獻[2]P245,根據(jù)表8-1列出的和的關系。選擇 ⑷

44、隔舌螺旋角 隔舌螺旋角是在渦室第Ⅷ斷面的0點處，螺旋線的切線與基圓切線間的夾角?；蚪普J為為隔舌螺旋角是隔舌處內(nèi)壁與圓周方向的夾角。為了符合流動規(guī)律，減少液流的撞擊，隔舌螺旋角應等于葉輪出口稍后的絕對液流角。 ⑸渦室斷面形狀和斷面面積 渦殼斷面形狀有矩形、梨形、梯形和圓形等。渦室截線形狀對性能影響不大，可根據(jù)結構和制造方便來選擇。為便于計算和繪型，渦室通常取8個彼此成45的斷面，即用8個軸面切割渦室。設計時先計算第Ⅷ斷面為基礎進行確定。各種形狀的第Ⅷ斷面可用解析法確定，但實際設計中大都用速度系數(shù)法確定。 本設計選用的是梯形斷面。 ① 速度系數(shù)法 速度系數(shù)法是一種廣義的相似換算法

45、，它是根據(jù)統(tǒng)計的性能良好的速度系數(shù)進行設計的，和葉輪速度系數(shù)類似： 式中：渦室斷面的平均速度； 泵的單級揚程； 速度系數(shù)，可按文獻[2]P249圖8-10查取 一般通過第Ⅷ斷面的流量和泵流量相差不大，取稍大的渦室面積并無壞處，因而可用泵總流量計算第Ⅷ斷面的面積，即： 其它斷面的面積，按渦室各斷面速度相等的確定： ⑹渦室擴散管的設計計算 擴散管的作用在于降低速度，轉換為壓力能，同時減少排出管路中的損失。擴散管的進口可認為是渦室的第Ⅷ個斷面，出口是泵的排出口，擴散管的主要結構參數(shù)是： ⒈排出口徑，應符合經(jīng)濟流速和標準

46、直徑，見葉輪設計部分 ⒉擴散管高度L，在保證擴散管和加工及螺栓連接的條件下，應盡量取小值，以減少泵的尺寸； ⒊擴散角θ，常用范圍是8～12 4.2渦室繪型步驟 參考IS125-100-250型離心泵的渦殼的水力模型，具體數(shù)據(jù)詳見如下： 表4-1 渦殼斷面相關數(shù)據(jù) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 3.07 5.35 7.25 8.93 10.42 11.80 13.08 14.28 表4-2 渦殼頂端到基圓的距離 H

47、1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 11.356 19.814 26.863 33.056 38.595 43.695 48.432 52.875 可以用七段圓弧連接這九點，在平面上形成光滑連續(xù)的蝸殼輪廓線。這七段圓弧應滿足如下條件：由于不在同一直線上的三個點決定一個圓，0、Ⅰ、Ⅱ三個點形成第一段圓弧。第二段圓弧應通過Ⅱ、Ⅲ兩個點并與第一段圓弧相切于Ⅱ點。以下各段圓弧具有第二段圓弧類似的特點。 建立平面直角坐標系，在此坐標系下，0，Ⅰ，Ⅱ……Ⅷ九個點可以根據(jù)表3-3數(shù)據(jù)找出，利用這些點，可以確定0—Ⅰ，Ⅰ—Ⅱ，Ⅱ—Ⅲ……Ⅶ—Ⅷ八條線段的中

48、垂線，線段0—Ⅰ和Ⅰ—Ⅱ的中垂線的交點，就是第一段圓弧圓心。圓心到0，Ⅰ，Ⅱ三點是等距的，這一距離就是第一段圓弧半徑。第一段圓弧確定后，過Ⅱ點和第一段圓弧的圓心的直線與Ⅱ—Ⅲ線段中垂線的交點，就是第二段圓弧的圓心，圓心到Ⅱ點或Ⅲ點的距離就是第二段圓弧半徑。這樣形成的第二段圓弧顯然與第一段圓弧相切于Ⅱ點，且通過Ⅱ，Ⅲ兩個點，符合要求，與求第二段圓弧類似，可以作出五段圓弧。 擴散管的繪制參考文獻[2]P774頁有關尺寸標注進行繪制。 5離心泵結構設計及部分零件的強度校核 5.1離心泵結構特點 本次設計的IS125-100-250離心泵為一臺單級單吸橫軸離心泵，它的葉輪由葉輪螺母、止動墊

49、圈和平鍵固定在泵軸的左端。泵軸的另一端用以裝聯(lián)軸器，以便實現(xiàn)動力拖動。為防止泵內(nèi)液體沿泵軸穿出泵殼處的間隙泄露，泵在該間隙處皆設有軸封。離心泵采用的是填料式軸封，它由軸套、填料、填料環(huán)和填料壓蓋等組成。泵工作時，泵軸用兩個單列向心球軸承支撐著轉動，從而帶動葉輪在泵體和泵蓋組成的泵腔內(nèi)旋轉。IS泵的泵腳與泵體鑄為一體，軸承置于懸臂安裝在泵體上的懸架內(nèi)。因此，整臺泵的重量主要由泵體承受。 IS型泵的泵殼屬端蓋式泵殼，即它的泵殼由泵體和位于泵體一端的泵蓋組成，且泵體與泵蓋間沿與泵軸心線垂直的剖分面剖分。由于IS泵的泵蓋位于泵體后端，只要卸開連接泵體和泵蓋的螺栓，葉輪即與泵蓋和懸架部件一起從泵體內(nèi)拆

50、出。再加上泵吸入口和壓出口皆在泵體上，泵又采用了加長聯(lián)軸器與電機直聯(lián)。因此，檢修時不用拆卸吸入管路和壓出管路，也不必移動泵體和電動機，只需拆加長聯(lián)軸器的中間連接件，即可拆出泵轉子部件。 5.1.1葉輪 葉輪在泵體內(nèi)懸臂安裝在主軸的一端，與軸采用鍵連接方式。 5.1.2泵體 泵體也稱泵殼，它是泵的主體，蝸殼就是它的一部分，起到支撐固定的作用，并于安裝軸承的懸架相連接。 5.1.3泵軸 泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接，將電動機的轉矩傳給葉輪，所以它是傳遞機械能的主要部件。 5.1.4軸承 軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構件，本次設計采用兩個深溝球軸承，采用油潤滑。加

51、油時應注意，太多油要沿泵軸滲出并且飄濺，太少軸承又要過熱，燒壞造成事故。在泵運行過程中軸承最高溫度在85，一般運行在65左右，如果高了就要查找原因并及時處理。 5.1.5密封環(huán) 密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大，會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低。間隙過小，會造成泵殼摩擦產(chǎn)生損失。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，延長葉輪和泵殼所使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外緣結合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在0.5mm左右。 5.1.6填料函 填料函主要由填料、填料環(huán)、填料壓蓋、水封管等組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流流到外面

52、來，也不讓外面的空氣進入到泵內(nèi)，始終保持泵內(nèi)的真空。當泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管注水到填料環(huán)內(nèi)使填料冷卻，保持泵的正常運行。 5.2部分零件的強度計算與校核 5.2.1最小軸徑的計算 在設計泵的結構時，應首先考慮泵軸的結構設計。由于泵軸上所裝的零件不同就決定了泵的不同軸徑系列，同時考慮到泵軸的加工工藝，又需要設計各種退刀槽、倒角、倒圓等，同時，軸的軸向尺寸是由零件裝配尺寸，以及零部件之間所需尺寸所決定的。因此泵的設計只能是先確定軸的徑向尺寸。 葉輪、軸套等都在套在軸上，并同軸一起等速旋轉。軸的強度和剛度，對泵的運行可靠性和使用壽命有很大影響，所以，對泵的強度、剛度的校核是十

53、分重要的。 泵軸是在彎矩和扭矩聯(lián)合作用下工作的，通常以彎矩和扭矩聯(lián)合作用來校核軸的強度。 最小軸徑一般發(fā)生在聯(lián)軸器或者裝配葉輪處。 ⑴最小軸徑的校核 見前面的計算，我選擇的是通用軸，特選了40軸。 由于在最小軸徑處挖鍵槽，將對軸的強度產(chǎn)生影響，需將軸徑適當增大，增大情況可按下列兩種情況進行： ①時，挖一個鍵槽，軸徑增大3%；兩個鍵槽，軸徑增大7%； ② 時，挖一個鍵槽，軸徑增大5%～7%；兩個鍵槽，軸徑增大10%～15% 根據(jù)以上求的，只挖一個鍵槽，所以按照第二種情況將軸增大5%，則，而本設計選擇的最小軸徑是40mm，顯然滿足要求。 5.2.2鍵的計算及強度校核 ⑴確定

54、鍵長度及截面尺寸 本次設計中用到一個鍵，在軸與葉輪配合處，所采用的鍵為單圓頭普通平鍵，鍵的截面尺寸按軸的直徑d在標準中選取，鍵長等于或略小于輪轂長。 軸與葉輪配合處，由標準查得鍵的截面尺寸，長度取45mm。 鍵只按照工作面上的擠壓應力進行強度校核計算： 鍵工作長度，單位mm；圓頭平鍵，L指公稱長度，mm；b為鍵寬； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，h為鍵高，mm 軸直徑，mm 鍵傳遞扭矩()，，為最大輸入功率，單位w，w為軸的旋轉角速度(rad/s)， 鍵工作面上的擠壓應力必須小于（軸、輪轂中弱者的許用擠壓應力），軸、輪轂中弱者的許用擠壓應力，按表5-1選取。

55、 表5-1 只考慮靜連接 靜載荷 輕微沖擊 沖擊 鋼 120～150 100～120 60～40 鑄鐵 70～80 50～60 30～45 ①軸與葉輪的配合處鍵 的擠壓應力為： 水泵屬于輕微沖擊，選擇的軸材為鋼，顯然有，所以選擇的鍵滿足強度要求。 5.2.3軸向力的計算 泵在運轉中，轉子上作用在軸向力，產(chǎn)生軸向力的原因有很多，主要是液流作用在葉輪上的力不平衡引起的。 葉輪前后蓋板不對稱，前蓋板在吸入眼部分沒有蓋板，另一方面，葉輪前后蓋板像轉盤一樣帶動前后腔內(nèi)液體旋轉，前后蓋板側腔內(nèi)的液體壓力按照拋物線規(guī)律分布，且

56、口環(huán)以上部分呈軸對稱分布，作用在后蓋板上的壓力，除口環(huán)以上部分與前蓋板對稱作用的壓力相抵消外，口環(huán)下部壓力減去吸入壓力所余壓力即為軸向力A，方向指向葉輪入口。軸向力可按下式計算： 葉輪進口半徑（m）； 水的重度（）； 水的密度（） 軸的旋轉角速度（rad/s） 水泵勢揚程，，為葉輪出口處的圓周速度，為理論揚程。 5.2.4徑向力的計算 計算公式為： （其中取0） —葉輪直徑 —包括蓋板的葉輪出口寬度 對螺旋型壓水室的泵來說，當水泵關死揚程時，即流量Q=0時徑向力F最大。則最大徑向力： 5.2.5軸承壽命的計算 由于水泵轉速較高，且同時受軸向力和徑

57、向力，所以本次設計采用深溝球軸承，它的作用是支持旋轉及承受軸上的載荷，代號為6309。該軸承同時承受軸向力和徑向力。 軸承壽命計算： 基本額定壽命：按一組軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉數(shù)（以106轉為單位）或工作小時數(shù)作為軸承基本額定壽命。 基本額定動載荷：就是使軸承的基本額定壽命恰好為106轉時，軸承所能承受的載荷值,用C表示,單位牛,一個型號的軸承有也只有一個基本額定動載荷。 深溝球軸承壽命的計算公式: 式中： n—軸承工作轉速，r/min —軸承基本額定動載荷，查機械手冊，,基本額定靜載荷（GB/T 276-1994） —軸承工作

58、時當量動載荷，N —軸承壽命，小時 ε—球軸承為3 深溝球軸承當量動載荷P的求解過程： ⑴確定軸承承受的徑向載荷R，軸向載荷A 圖5-1 軸承受力圖 由軸承受力圖有：① ② 已知，于是得到，。由軸的結構及軸向力的方向可知，全部軸向力全部由靠近葉輪的那一個軸承承擔，即所受的軸向力為，根據(jù)分析可知，靠近葉輪的那一個軸承受的軸向力和徑向力都比離葉輪遠的那個軸承大，所以離葉輪較近的那個軸承更容易被破壞，即只需校核離葉輪近的軸承壽命。 2 計算，考查它與e的關系， 。查表5-1，得出。 3 計算，由此判定系數(shù)e，用線性插值法求出Y值。 ，查表

59、5-1，在表中介于0.130～0.250之間，對應的e值為0.31～0.37，Y值為1.2～1.4。 表5-1 徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y 軸承類型 相對軸向載荷 判斷系數(shù)e 名稱 代號 X Y X Y 深溝球 軸承 60000 0.025 1 0 0.56 2.0 0.22 0.040 1.8 0.24 0.070 1.6 0.27 0.130 1.4 0.31 0.250 1.2 0.37 0.50 1.0 0.44 4 ，為載荷系數(shù)，水泵取1.

60、0 計算得： ⑸小時 顯然壽命偏短，究其原因，是因為當時選擇軸承的時候，過于隨便，應該把外尺寸D選的更大一些，選擇03尺寸系列可能滿足要求。 5.2.6填料的計算 填料是以各種纖維、金屬等基礎材料和潤滑劑、粘結劑等輔助材料組合而成。填料應具備以下條件： ⑴有一定的塑性，在壓緊力的作用下產(chǎn)生一定的徑向力并緊密與軸接觸； ⑵有足夠的化學穩(wěn)定性，不污染介質(zhì)，不被介質(zhì)泡脹，填料中浸漬劑不被介質(zhì)溶解，填料本身不腐蝕密封面； ⑶自潤滑性能良好，耐磨、摩擦系數(shù)??； ⑷軸有少量偏心時，填料應有足夠的浮動彈性； ⑸制造簡單、拆裝方便 填料寬度根據(jù)軸徑大小選取，見表5-2

61、 表5-2 軸徑d(mm) 小于20 20～35 35～50 50～75 75～110 110～150 填料寬度e(mm) 5.0 6.4 9.5 12.7 15.9 19.0 所設計的軸徑d=40mm，所以填料寬度e=9.5mm。 表5-3 介質(zhì)壓力（） 1 1～35 35～75 70～100 >100 填料根數(shù) 3～4 4～5 5～6 6～7 >8 介質(zhì)壓力，故查表得填料根數(shù)為6根。

62、 結論 此次水泵設計采用通用的經(jīng)驗法，在參照同類型泵的基礎上，根據(jù)總結出的經(jīng)驗公式，先初略算得各項參數(shù)，然后再逐步優(yōu)化。本次設計的離心泵滿足泵的效率要求、汽蝕要求，并在設計時加強了強度性能，以使泵能在較惡劣的環(huán)境下工作。 總結與體會 四年的大學生活可謂豐富多彩，畢業(yè)設計的完成一個結束，也預示著新的生活的開始。仔細回味大學四年的日子，感觸很多。雖然沒有取得什么好的成績，但卻收獲許多寶貴的人生財富和學到了為人的哲理。 畢業(yè)設計是大學學習課程的最后一門必修課程，是對四年所學的檢驗。總的來說，這次設計是比較成功的。通過這次設計使我對以前所學知識的得到了進一步理解和鞏固，熟悉了泵設計的

63、基本過程，為以后的工作打下了較好的基礎。通過這次設計既學到了許多知識，又鍛煉了各方面的能力，同時還加深了同學之間、師生之間的感情，培養(yǎng)了認真細致的工作作風。對待實踐中遇到的問題時能做到認真對待，查找原因與解決問題的方法，解決問題的能力提高了不少?；叵氡敬卧O計的過程，也暴露出了自身存在的一些不足。主要是理論與實際的結合不夠緊密。在一些設計環(huán)節(jié)上僅從理論上考慮，沒有充分考慮到一些具體的實際生產(chǎn)工藝與過程。所設計的泵的結構可能與真實泵有一定的差別，原因可能是由于對泵的具體結構形式還不夠熟悉。我想這些應該是由于設計經(jīng)驗的不足導致的，我相信只要在以后的工作中多請教，學習與總結，問題肯定會得到解決的。

64、 謝辭 本次設計之所以能順利完成，離不開老師的細心指導和熱情幫助，在此衷心感謝本次設計的指導老師譚光儀老師！同時在設計的過程中還得到了學院的一些老師的幫助，在此表示深深地感謝！ 在做設計的過程中，同學們的互相幫助也解決了不少的難題，在此也一并感謝給予我?guī)椭耐瑢W們，祝愿大家在以后的工作中一切順利！ 參考文獻 [1] 關醒凡. 泵的理論與設計［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，1987 [2] 關醒凡. 現(xiàn)代泵技術手冊［M］.北京：宇航出版社，1998，8 [3] 嚴敬. 低比轉速離心泵［M］.成都：四川省科學出版社，1998，10 [4] 機械工業(yè)部.泵產(chǎn)品樣本[M].

65、北京：機械工業(yè)出版社，1997，11 [5] 丁成偉.離心泵與軸流泵［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，1981.7 [6] 查森.葉片泵原理及水力設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988.6 [7] 楊黎明、黃凱等.機械零件設計手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1984.7 [8] 丁成偉. 離心泵與軸流泵［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，1981 [9] 姜乃昌.水泵及水泵站［M］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.6 [10] 沈陽水泵研究所.葉片泵設計手冊［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，1983.7 [11] Lobanoff,Centrifugal pumps:design&application［M］.Houston,Gulf Publication,1994 37