常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵設(shè)計(jì)（含20張CAD圖紙）

常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵設(shè)計(jì)（含20張CAD圖紙）,常溫,清水,單級(jí)單吸,臥式,離心泵,設(shè)計(jì),20,CAD,圖紙 課題名稱：常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵設(shè)計(jì) 院（部）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止日期： 摘要： 本次設(shè)計(jì)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、蝸殼的設(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，完成了常溫清水單級(jí)單吸臥式離心泵的水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制了葉輪和蝸殼的木模圖以及各部件的結(jié)構(gòu)圖。同時(shí)對(duì)主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 關(guān)鍵字： 離心泵、水力設(shè)計(jì)、葉輪、蝸殼。 Abstract This graduation design is based on the design methods of centrifugal pump impeller and volute introduced in《modern pump design handbook》written by professor Guan Xingfan. Also combined with previous design data and research results. I completed room temperature water, single stage single suction horizontal centrifugal pump hydraulic design and structure design, drew the impeller and volute hydraulic drawing and the structure drawing of very components as well. At the same time, checked the strength of important parts. Key Words Centrifugal pump, Hydraulic design, Impeller, Casing. 目錄 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 5 水力設(shè)計(jì) 10 一、已知設(shè)計(jì)參數(shù) 10 二、泵設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算和確定 10 1. 泵設(shè)計(jì)參數(shù)確定 10 2. 泵進(jìn)、出口直徑的確定 11 三、葉輪主要幾何參數(shù)的計(jì)算和確定 11 1. 軸徑與輪轂直徑的初步計(jì)算 11 2. 葉輪進(jìn)口直徑D0的計(jì)算 12 3. 葉輪出口直徑D2的初步計(jì)算 12 4. 葉片出口寬度b2的計(jì)算 12 5. 葉片出口角β2的確定 12 6. 葉片數(shù)Z的計(jì)算與選擇 12 7. 葉輪出口直徑D2的精確計(jì)算 13 8. 葉輪主要幾何尺寸 14 9. 葉輪的出口速度 14 10．確定葉片入口處絕對(duì)速度V1和圓周速度u1 15 四、畫葉輪木模圖與零件圖 15 1．葉片軸面投影圖的繪制 15 2．繪制中間流線 17 3. 流線分點(diǎn)（作圖分點(diǎn)法） 18 4．確定進(jìn)口角β1 19 5．作方格網(wǎng) 21 6．繪制木模圖 22 五、壓水室的設(shè)計(jì) 24 1．基圓直徑D3的確定 25 2．壓水室的進(jìn)口寬度 25 3．隔舌安放角φ0 25 4．隔舌的螺旋角α0 25 5．?dāng)嗝婷娣eF 26 6. 當(dāng)量擴(kuò)散角 26 7．各斷面形狀的確定 27 8．壓出室的繪制 27 強(qiáng)度校核 30 一、鍵選取及強(qiáng)度校核 30 1．葉輪與軸處 30 2. 聯(lián)軸器與軸處 30 二、軸的強(qiáng)度校核 30 三、葉輪強(qiáng)度計(jì)算 32 四、聯(lián)軸器選取 32 設(shè)計(jì)總結(jié)及感想 33 參考文獻(xiàn) 34 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 泵是應(yīng)用非常廣的通用型產(chǎn)品，泵當(dāng)中的單級(jí)單吸式離心泵（以下簡(jiǎn)稱離心泵）是泵類中應(yīng)用最廣、品種繁多的產(chǎn)品。 在改革開(kāi)放之前，我國(guó)的離心泵產(chǎn)品絕大多數(shù)是由沈陽(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)盡最大努力向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齊，再加上大力推廣，現(xiàn)在已占據(jù)我國(guó)單級(jí)泵的主導(dǎo)位置。在這期間，一方面泵本身技術(shù)在進(jìn)步，另一方面來(lái)說(shuō)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)泵的要求不斷提高?，F(xiàn)在看來(lái)，現(xiàn)有我國(guó)的單級(jí)泵的性能與可靠性已很難滿足國(guó)家的需要，尤其是泵的效率與現(xiàn)代的高效節(jié)能的泵產(chǎn)品相比相差很多。 國(guó)內(nèi)的單級(jí)單吸式離心泵相關(guān)性能參數(shù)范圍窄。IS（IH）泵29個(gè)品種。流量從12.5m3/h到400m3/h，揚(yáng)程從20m到400m。揚(yáng)程20m時(shí)的最大流量為200m3/h，流量400m3/h時(shí)的最大揚(yáng)程為50m。下面是國(guó)外單級(jí)泵的相關(guān)參數(shù)：XA泵最大流量為650m3/h，ISO泵最大流量為720m3/h，CZ泵最大流量為1700m3/h，ZA泵最大量為2390m3/h。有的單級(jí)泵揚(yáng)程超過(guò)200m。我國(guó)的一些水泵廠，為了達(dá)到客戶的需要，已在IS泵的基礎(chǔ)上將流量擴(kuò)大到3200m3/h，揚(yáng)程增加到了200m。 目前單級(jí)單吸式離心泵的主要缺陷： 1、效率和汽蝕性能指標(biāo)相對(duì)較低。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)分析，與世界先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)單級(jí)泵效率低2%左右，汽蝕余量高約10%左右。大約有1/4的泵產(chǎn)品實(shí)際上仍然達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)。 2、基本上都采用單蝸殼結(jié)構(gòu)式壓水室，泵的運(yùn)行穩(wěn)定性較差。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)單級(jí)單吸式離心泵基本上全部都采用單蝸殼結(jié)構(gòu)壓水室，這樣的結(jié)構(gòu)有損泵的運(yùn)行穩(wěn)定性。能夠更多地采用雙蝸殼結(jié)構(gòu)壓水室，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外泵發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。如果采用雙蝸殼結(jié)構(gòu)，就可以減小泵運(yùn)行中的徑向力，這樣就能夠?qū)⒈玫恼駝?dòng)噪聲降低；另外雙蝸殼結(jié)構(gòu)對(duì)于擴(kuò)大泵的高效范圍很有幫助。 3、葉輪進(jìn)口堵塞。在IS（IH）型泵中，一些泵由于進(jìn)口面積過(guò)小，流速過(guò)高，從而導(dǎo)致葉輪進(jìn)口產(chǎn)生堵塞，一方面影響汽蝕性能，另一方面使增加了葉片間流道的擴(kuò)散度，導(dǎo)致泵的效率下降，這也是泵在大流量運(yùn)行時(shí)，流量上不去的一個(gè)重要原因。 4、只有一條性能曲線 ，限制了泵的使用范圍。IS（IH）型泵，在樣本等資料中，都只給出了設(shè)計(jì)點(diǎn)和大、小流量三個(gè)性能參數(shù)點(diǎn)，性能曲線只過(guò)三個(gè)參數(shù)點(diǎn)。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），一方面擴(kuò)大了泵的使用范圍，另一方面又為泵的選型提供了很方便條件。 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)同心度以及葉輪優(yōu)異的動(dòng)靜平衡，使泵的平穩(wěn)運(yùn)行得到了保證。 2、滴水不漏：不同材質(zhì)的硬質(zhì)合金密封以及高科技含量的機(jī)械密封，確保在輸送不同介質(zhì)時(shí)均無(wú)泄漏。 3、噪音低：在兩個(gè)低噪音的、平穩(wěn)運(yùn)行的軸承支撐下運(yùn)行的水泵，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，電機(jī)微弱的聲響之外，基本上無(wú)其他噪音。 4、故障率低：由于簡(jiǎn)單合理的結(jié)構(gòu)，采用國(guó)際一流品質(zhì)配套的關(guān)鍵部件，使得整臺(tái)機(jī)組無(wú)故障工作時(shí)間得到了很大的提高。 5、維修方便：目前，技術(shù)的發(fā)展使得更換密封、軸承非常簡(jiǎn)單方便。 6、占地更省：水平吸入，垂直吐出的臥式單級(jí)離心泵，以及出口可向左、向右兩個(gè)方向布置的立式單級(jí)離心泵，便于管道布置安裝，從而在很大程度上節(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，主要用于輸送清水及在物理化學(xué)性質(zhì)上類似于清水的其它液體，使用溫度一般低于80℃。 2、IR臥式熱水泵大量應(yīng)用在冶金、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型使用溫度低于120℃。 3、IH臥式化工泵，主要用于運(yùn)送不含固體粒子并且具有腐蝕性、粘度類似于水的液體，使用溫度一般從-20℃到+120℃。 4、ISW臥式管道油泵，大量應(yīng)用于運(yùn)送汽油、煤油、柴油等油類產(chǎn)品以及易燃、易爆液體，輸送介質(zhì)的溫度從-20℃到+120℃ 基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)理論的一元設(shè)計(jì)理論當(dāng)前已經(jīng)相當(dāng)成熟，成為目前普遍應(yīng)用的設(shè)計(jì)理論。根據(jù)已經(jīng)研究出的水力模型能夠設(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)復(fù)雜的、全三維的流動(dòng)，現(xiàn)在采用一元設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)理論模型以不能滿足需求。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)隨之出現(xiàn)和發(fā)展，而且成為離心泵設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟。優(yōu)化設(shè)計(jì)與反問(wèn)題設(shè)計(jì)技術(shù)互相融合，并且結(jié)合CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、人工智能技術(shù)等，能夠很大程度上實(shí)現(xiàn)高效水力模型的高速、智能化設(shè)計(jì)和制造。 依靠于計(jì)算機(jī)、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，國(guó)內(nèi)外在一元設(shè)計(jì)理論方法的改進(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豐碩的成果，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)慢慢的一步一步從一元流設(shè)計(jì)理論向三元流設(shè)計(jì)理論方向進(jìn)發(fā)。 國(guó)內(nèi)外預(yù)測(cè)泵性能的主要方法有流場(chǎng)分析法、水力損失法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 水力損失法現(xiàn)今已經(jīng)相對(duì)比較成熟,但水力損失法的預(yù)測(cè)精度需要進(jìn)一步提高。而目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)測(cè)精度并不是很高,而且它的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)于泵的研究工作者來(lái)說(shuō), 流場(chǎng)分析法最具有研究發(fā)展?jié)摿Α? 泵內(nèi)部的全三維流動(dòng)計(jì)算、內(nèi)流測(cè)試、多相流和汽蝕等仍然是國(guó)內(nèi)外理論研究的重點(diǎn)。而且在此基礎(chǔ)上,去提高性能預(yù)測(cè)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)法是以后水力設(shè)計(jì)方法的發(fā)展方向。一方面考慮到水力設(shè)計(jì),另一方面兼顧到了可靠性、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。在結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)用更加可靠、平穩(wěn)的密封技術(shù)和軸承新材料也是今后泵業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)問(wèn)題之一。為使泵的工作更加可靠，而且進(jìn)一步減少運(yùn)行維修費(fèi)用，就需要發(fā)展監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的水利設(shè)計(jì)方法主要有：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(guò)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(lái)得到所有設(shè)計(jì)的泵尺寸。對(duì)完全相似的泵來(lái)說(shuō)，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(lái)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。 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(méi)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(wèn)題之一是軸向力的平衡問(wèn)題。通常平衡軸向力的方法有如下幾種。 1、葉輪上開(kāi)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(lái)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 通過(guò)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(guò)程中，掌握泵設(shè)計(jì)的過(guò)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)。 水力設(shè)計(jì) 一、已知設(shè)計(jì)參數(shù) 流量： Q = 190m3/h = 0.0528m3/s 揚(yáng)程： H = 39m 轉(zhuǎn)速： n = 1500rpm NPSHr：4.5m 二、泵設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算和確定 1. 泵設(shè)計(jì)參數(shù)確定 1.1. 泵轉(zhuǎn)速 n 的確定 轉(zhuǎn)速選擇時(shí),需要考慮汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)的影響.n=1500rpm，Q=190m3/h，查曲線得C≈960，允許最大轉(zhuǎn)速為: nmax=C?NPSHR3/45.62?Q=960×4.53/45.62×0.0528 = 2296.8rpm 可知,nβ1’.其正沖角為?β=β1-β1’,沖角的范圍通常為?β=3°~15°。采用正沖角能夠提高抗汽蝕性能，并且對(duì)效率影響不大.所以，進(jìn)口角β1=Δβ+β1’,下面將對(duì)進(jìn)口角β1的計(jì)算方法進(jìn)行簡(jiǎn)述并進(jìn)行計(jì)算. 前面已經(jīng)畫出了葉片進(jìn)口邊，它可能不在同一個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔?，進(jìn)口邊與三條流線均有交點(diǎn)，過(guò)各個(gè)交點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝媸遣煌?，這是要計(jì)算某點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝妫鸵嫵鲂纬删€過(guò)該點(diǎn)的的過(guò)水?dāng)嗝娌⑶蟪鲈撨^(guò)水?dāng)嗝婷娣eF1.這之后葉片液流角按如下公式計(jì)算： tanβ1’=Vm1U1-VU1 其中： U1=πnD160表示計(jì)算點(diǎn)液體的圓周速度； Vm1=QηvF1ψ1表示計(jì)算點(diǎn)液體的軸面分速度； Vu1表示計(jì)算點(diǎn)液體的軸圓周分速度，這里由于吸入式為直錐形取0。 在計(jì)算中我們一般知道計(jì)算點(diǎn)處液體的圓周速度，流量，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e.但計(jì)算點(diǎn)的葉片排擠系數(shù)不知道，其值按如下公式計(jì)算： ψ1=1-δ1ZD1π1+(cotβ1sinλ1)2 Z表示葉片數(shù)； D1表示計(jì)算點(diǎn)的直徑； δ1表示計(jì)算點(diǎn)的真實(shí)厚度；λ1表示計(jì)算點(diǎn)軸面截線和軸面流線的夾角. 從上式可以看出.要計(jì)算液流角就要計(jì)算排擠系數(shù)，但計(jì)算排擠系數(shù)又要用到液流角.因此在計(jì)算時(shí)，要預(yù)先假定排擠系數(shù)，通過(guò)迭代計(jì)算最終確定液流角.這于計(jì)算出口直徑D2的方法相似.現(xiàn)以a-a流線為例計(jì)算液流角β1a,并用同樣的方法計(jì)算出其余兩流線上的液流角β1b,β1c. 第一步：先在軸面圖上畫出過(guò)計(jì)算點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝娌⒂?jì)算其面積大小. F=2πRCb 第二步：計(jì)算出該點(diǎn)的圓周速度： U1=πnD160 第三步：假定進(jìn)口排擠系數(shù)并計(jì)算出進(jìn)口角： 假定排擠系數(shù)ψ1a，計(jì)算軸面速度，計(jì)算進(jìn)口角，可以得到β1’,考慮沖角，取β 第四步：校核排擠系數(shù)ψ1a 迭代第三步和第四步，直至計(jì)算收斂.結(jié)果如下圖： 5．作方格網(wǎng) 根據(jù)分點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及包角的大?。ㄗ约憾ǎ┊嫹礁窬W(wǎng)，方格網(wǎng)的方格大小可以自己定，方格網(wǎng)豎線軸面流線相應(yīng)分點(diǎn)，橫線表示軸面間的夾角.畫好方格網(wǎng)后，便可在其上繪制流線.通常先畫中間流線，流線進(jìn)出口在方格網(wǎng)上的位置應(yīng)與軸面投影流線的分點(diǎn)對(duì)應(yīng)，包角可自行選取，過(guò)進(jìn)出口點(diǎn)作角 度等于計(jì)算的葉片進(jìn)出口安放角的直線，然后作光滑曲線使光滑曲面與進(jìn)出口 角度線相切.有些情況下，可在保證進(jìn)出口安放角的條件下隨意畫出型線.其他流線可用類似的方法繪出.型線應(yīng)滿足一下三點(diǎn)： 1：光滑平順； 2：?jiǎn)蜗驈澢?，不要出現(xiàn)S形狀，以平直稍凸為好； 3：各型線有一定的對(duì)稱性. 型線的形狀極為重要，不理想時(shí)應(yīng)堅(jiān)決修改，必要時(shí)可以適當(dāng)改變進(jìn)口安放角，葉片進(jìn) 出邊位置，葉片包角，葉片進(jìn)出口邊不布置在同一軸面上等，重新繪制。如圖為本次設(shè)計(jì)的方格網(wǎng)和流線如下圖： 葉片加厚數(shù)據(jù)： 由于軸面截線表示表示無(wú)厚度的葉片，而實(shí)際葉片是有厚度的，所以必須進(jìn)行葉片加厚.葉片可以再展開(kāi)流面上，軸面和平面圖上加厚.而本次設(shè)計(jì)應(yīng)該在軸面圖上加厚.方法如下： 以保角變換得到的軸面截線為骨線向兩邊加厚，或者以此為工作面向背面加厚.軸面投影圖上的軸面厚度按以下公式計(jì)算： Sm=Scosβ=δ1+tan2β+cot2λ 式中 S 表示流面厚度； δ表示真實(shí)厚度. 葉片厚度可按流線長(zhǎng)度給定，通常最大厚度在 離 進(jìn) 口為葉片全長(zhǎng)13~12處，進(jìn)出口部分應(yīng)盡量減薄.這樣，當(dāng)給定了真實(shí)厚度后，就可以列表計(jì)算各點(diǎn)的軸面厚度Sm.其中的β角從方格網(wǎng)展開(kāi)圖上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)量取，λ角從軸面投影圖上軸面截線對(duì)應(yīng)點(diǎn)量取.其他流線厚度可以類似算出.小泵 各流線可以去 相同的厚度.厚度計(jì)算可按下表計(jì)算 6．繪制木模圖 6.1．在軸面投影圖上繪制葉片工作面的軸面截線 如方格網(wǎng)上的圖所示，方格網(wǎng)上畫出的三條相對(duì)流線就是葉片表面的三型線.用軸面（方格網(wǎng)中的豎線）截三條流線，相當(dāng)于用軸面去截葉片，所得三點(diǎn)的連線是葉片的軸面截線.把方格網(wǎng)中每隔一定角度的豎線（表示軸面）和三條流線的交點(diǎn)，按相對(duì)應(yīng)分點(diǎn)的位置用插入法分別點(diǎn)到軸面投影圖三條流線上，然后連城光滑曲線，即為葉片的軸面截線.軸面截線應(yīng)光滑并有規(guī)律變化，并盡量使軸面截線與軸面流線的夾角接近90度.如圖為葉片工作圖的軸面截線圖 6.2.繪制葉片背面的軸面截線 通過(guò)上述計(jì)算厚度的步驟，得到葉片厚度即可在軸面圖上的各個(gè)相應(yīng)點(diǎn)上沿軸面流線方向 向進(jìn)口方向移動(dòng)指定厚度距離即可得到葉片背面的軸面截線.如下圖（其中紅色線表示葉片背面的軸面截線，黑色線代表葉片工作面的軸面截線）： 6.3.繪制木模圖 當(dāng)每條軸面截線上均加厚后就可以開(kāi)始畫木模圖了，其制方法如下： 在葉輪軸面截線圖上作垂直于軸心線的直線A,B,C……等線，使所有相鄰直線之間的距離相等.這個(gè)距離就表示作木模時(shí)所用的木模板的板厚，A,B,C……等線成為木模線.作好木模線，就在軸面投影圖右邊作以中心點(diǎn)O為圓心，作葉輪的外圓，并從O點(diǎn)開(kāi)始作很多個(gè)軸面，軸面的多少根據(jù)包角大小定，每個(gè)軸面間的夾角為10°，若包角不為10°的整數(shù)倍，則可讓正中間的軸面與其相鄰的軸面夾角不為10°.在左右兩邊均畫好包角大小的圓弧后就可以在其上繪制葉片的木模截線圖.從葉輪的吸入口方向去看葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，若轉(zhuǎn)動(dòng)是反時(shí)針?lè)较?，則我們作木模截線時(shí)，葉片背面的木模截線圖畫在左邊，而葉片工作面的木模截線圖畫在右邊.現(xiàn)設(shè)計(jì)水泵按反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，我們?cè)谧竺孀鞒隽骶€a-a的葉片工作面和背面，流線c-c的葉片背面以及A,B,C……等木模平板線與葉片背面各軸面截線的交點(diǎn)在平面圖上的投影.以流線a-a為例說(shuō)明作圖方法如下：以O(shè)點(diǎn)為圓心，用流線a-a（流線c-c或A,B,C……等木模平板線）處葉片工作面和背面與各軸面交點(diǎn)到軸心線的距離為半徑，在右邊木模圖上作圓與相對(duì)應(yīng)的軸面相交，得到各自的交點(diǎn)后用光滑曲線連接.有同樣的方法，在木模圖右邊作葉片工作面上a-a流線以及c-c流線，葉片背面上的c-c流線，葉片工作面的木模截線.這樣就完成了木模圖的繪制.本次設(shè)計(jì)的繪制結(jié)果如下： 五、壓水室的設(shè)計(jì) 壓水室是指葉輪出口到 泵出口法蘭（對(duì)節(jié)段式多級(jí)泵是到次級(jí)葉輪出口前，對(duì)水平中開(kāi)水泵則是到過(guò)渡流道之前）的過(guò)渡部分。設(shè)計(jì)壓水室的原則： （1）、水力損失最小，并保證液體在壓水室中的流動(dòng)是軸對(duì)稱的,以保證葉輪中的流動(dòng)穩(wěn)定； （2）、在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，軸對(duì)稱流動(dòng)不被破壞； （3）、消除葉輪的出口速度環(huán)量，即進(jìn)入第二級(jí)葉輪之前，速度環(huán)量等于0； （4）、設(shè)計(jì)工況，流入液體無(wú)撞擊損失； （5）、因流出葉輪的流體速度越大，壓出室的損失hf越大，對(duì)低ns尤甚，因此對(duì)低ns泵，加大過(guò)流面積，減小損失hf。 1．基圓直徑D3的確定 D3應(yīng)稍大于葉輪外徑D2，使隔舌和葉輪間有一適當(dāng)?shù)拈g隙。該間隙過(guò)小，容易因液流阻塞而引起噪聲和振動(dòng)，還可能在隔舌出發(fā)生汽蝕。間隙增大，能減小葉輪外周流動(dòng)的不均勻性，降低振動(dòng)和噪聲，并使效率稍有提高。但間隙過(guò)大除了增加徑向尺寸外，因間隙處存在旋轉(zhuǎn)的液流環(huán)，消耗一定的能量，泵的效率下降，通常取： D3=(1.03—1.08) D2,此處取D3=1.07D2=1.07×342≈365mm 2．壓水室的進(jìn)口寬度 b3通常大于包括前后蓋板的葉輪出口寬度b2，至少應(yīng)有一定的間隙，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子的串動(dòng)和制造誤差。 b3=2b2≈70mm 3．隔舌安放角φ0 隔舌位于渦室螺旋部分的始端或始端稍后，將螺旋線部分與擴(kuò)散管隔開(kāi).習(xí)慣稱過(guò)隔舌頭部的斷面為0斷面,隔舌和第8斷面的夾角為隔舌安放角，用φ0表示.一般φ0的取值與比轉(zhuǎn)速ns的大小有關(guān).根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》第307頁(yè)表9-1查得，當(dāng)比轉(zhuǎn)速ns為80.6時(shí)，隔舌安放角φ0取30°. 4．隔舌的螺旋角α0 為了符合流動(dòng)規(guī)律，減小液流的撞擊，隔舌螺旋角應(yīng)等于葉輪出口稍后的絕對(duì)液流角α3： tanα3=Vm3Vu2=Vm2VU2= 1.94715.933 則 α3=α0=7° 5．?dāng)嗝婷娣eF 采用速度系數(shù)法，查圖9-7得K3=0.425，壓水室中液流速度： V3=K32gH=11.75m/s 第8斷面的面積：F8=QV3 =4493.62 其他各斷面面積：Fφ=φφVIIIFVIII 斷面 I II III IV V VI VII VIII 包角 45 ° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 360° 面積/mm 561.70 1123.41 1685.11 2246.81 2808.51 3370.22 3931.92 4493.62 6. 當(dāng)量擴(kuò)散角 擴(kuò)散管的作用在于降低速度，轉(zhuǎn)換為壓力能，同時(shí)減小排除管路中的損失。擴(kuò)散管的進(jìn)口可以近似認(rèn)為是渦室的第8斷面，出口是泵的排出口，擴(kuò)散管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是： (1) 排出口Dd，應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)流速和標(biāo)準(zhǔn)直徑； (2) 擴(kuò)散管高度L，在保證擴(kuò)散角和安裝要求的條件下，應(yīng)盡量取小值，以減小泵的尺寸； (3) 擴(kuò)散角θ，常用范圍為7~13。 因擴(kuò)散管的進(jìn)口面積（F8）不是圓形，為此將F8變?yōu)楫?dāng)量的圓形面積，計(jì)算當(dāng)量角 式中D進(jìn)--擴(kuò)散管進(jìn)口當(dāng)量直徑（F8=π4D進(jìn)2） 取L=220mm，得θ=8° 作螺旋形壓出室各截面和擴(kuò)散段截面后，就求得各截面頂點(diǎn)到軸心線的距離，各截面的φ也為已知，于是就可以將各頂點(diǎn)布置在平面圖上，而后用光滑曲線連接之，或用幾個(gè)圓弧連接之，就得到螺旋形壓出室的平面圖。 7．各斷面形狀的確定 計(jì)算出個(gè)斷面的面積大小后，要確定斷面形狀，通常渦室斷面形狀有矩形，梯形，圓形等.有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，渦室斷面形狀與設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率關(guān)系不大.因此，設(shè)計(jì)時(shí)更注意斷面面積是否等于或接近計(jì)算面積.本次設(shè)計(jì)也是根據(jù)計(jì)算面積來(lái)確定斷面形狀的繪制.具體見(jiàn)圖紙. 8．壓出室的繪制 通過(guò)計(jì)算出的各截面面積數(shù)據(jù)Fφ,以及b3，參考相近比轉(zhuǎn)速的蝸殼形狀模型，并參考關(guān)系hH=0.35~0.5，γ=15°~25°進(jìn)行畫圖.要確保各截面面積要等于或近似等于計(jì)算面積.繪制結(jié)果如下: 8.1．各斷面平面圖 8.2．蝸室平面圖畫 用之前計(jì)算出的基圓直徑D3畫出基圓，根據(jù)所畫的各斷面軸面圖中的高度，在平面圖上相應(yīng)的射線上點(diǎn)出，然后每三個(gè)點(diǎn)都用光滑的圓弧連接起來(lái).同時(shí)根據(jù)擴(kuò)散管長(zhǎng)度L以及出口直徑Db畫出擴(kuò)散管，擴(kuò)散管螺旋部分由光滑曲線或圓弧連接.如下圖： 8.3.擴(kuò)散管截線圖 根據(jù)優(yōu)秀模擬的擴(kuò)散管截線圖，運(yùn)用相似換算原理計(jì)算出各個(gè)相應(yīng)點(diǎn)的位置，再用光滑曲線連接各個(gè)點(diǎn)。得到如下結(jié)果： 強(qiáng)度校核 一、鍵選取及強(qiáng)度校核 所有鍵都采用普通平鍵（GB/T1096—2003）。 1．葉輪與軸處 軸徑40mm，采用圓頭平鍵（A型），b×h×L =10mm×8mm×40mm τ=2Mndbl=2×198.680.04×0.01×0.04=24.8Mpa<[τ] 對(duì)于45號(hào)鋼σj=196Mpa、τ=88.26Mpa。 滿足強(qiáng)度要求 2. 聯(lián)軸器與軸處 軸徑42mm,采用圓頭平鍵（A型）,b×h×L =14mm×9mm×70mm τ=2Mndbl=2×198.680.042×0.01×0.07=13.5Mpa<[τ] 滿足強(qiáng)度要求 二、軸的強(qiáng)度校核 根據(jù)前面用扭矩計(jì)算得最小軸徑，對(duì)其進(jìn)行校核如下： 軸材料為 3Cr13直徑d =40mm 扭矩Mn=198.68N·m 軸向力主要由蓋板力產(chǎn)生： 帶入數(shù)據(jù)： A1=0.0892-0.0352π×1000×9.81 ×31.98-157.128×9.81×0.1712-0.0892+0.03522=5000.7N 危險(xiǎn)斷面在葉輪與軸聯(lián)結(jié)處。 1.拉應(yīng)力 滿足強(qiáng)度要求。 2.彎曲應(yīng)力σw=MW Wn=πd332-btd-t22d=π×0.04332-0.01×0.005×0.04-0.00522×0.04=5.52×10-6m3 葉輪的重力在葉輪處產(chǎn)生的彎矩M=254N·m 所以σw=MW=2545.52×10-6=46Mpa 3.切應(yīng)力τ=MnWn Wn=πd316-btd-t22d=π×0.04316-0.01×0.005×0.04-0.00522×0.04=1.882×10-5m3 按第四強(qiáng)度理論折算應(yīng)力 安全系數(shù)n=σsσd≥[n]，3Cr13 的σs=637Mpa, [n]=8 所以σsσd=63777.2=8.25>8軸滿足強(qiáng)度要求。 三、葉輪強(qiáng)度計(jì)算 蓋板中的應(yīng)力主要由離心力造成，半徑越小的地方，應(yīng)力越大。蓋板任意直徑 DX處的厚度，材料取ZG1Cr13,ρ=7800㎏/㎡,[σ]=(130755～98066)kpa。 葉輪強(qiáng)度校核： σ=0.825ρu22=0.825×7800×27.3842=4825.5kpa<[σ] 葉片蓋板任意直徑Dx處的厚度： δx=δ2e[ρw22[σ]?D22-Dx24] 出口處厚度: Dx=342mm δx=0.005×e[7800×157.122×4825.5×0.3422-0.34224]=5mm 進(jìn)口處厚度： Dx=162mm δx=0.005×e[7800×157.122×4825.5×0.3422-0.16224]=7.88mm 四、聯(lián)軸器選取 采用彈性膜片聯(lián)軸器（GB/T4323—2002） 根據(jù)傳遞扭矩的大小和軸徑的大小選取型號(hào),型號(hào)：LT6 參數(shù)：公稱轉(zhuǎn)矩250N·m，許用轉(zhuǎn)速3800r/min，軸孔徑d=42mm。 設(shè)計(jì)總結(jié)及感想 這次設(shè)計(jì)，首先，我要感謝學(xué)校導(dǎo)師李老師和企業(yè)導(dǎo)師對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，其次，也要感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助，當(dāng)我遇到困的時(shí)候，他們會(huì)很熱情的幫助我。下面我就對(duì)這次設(shè)計(jì)作以下總結(jié)。 總體來(lái)說(shuō)收獲很大。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，不光是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次大匯總，也是對(duì)自己獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的一次很好地鍛煉。同時(shí)，自學(xué)能力和動(dòng)手能力也得到了很大的提高,大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)也得到了鞏固。增強(qiáng)了我對(duì)CAD、UG等繪圖軟件的使用熟練程度。 設(shè)計(jì)是我在大學(xué)的最后一次作業(yè)，在完成這個(gè)作業(yè)的過(guò)程中，遇到了很多困難，從艱難的開(kāi)頭到最后完成時(shí)的如釋重負(fù)，讓我意識(shí)到知識(shí)要是只停留在理論階段是沒(méi)有意義的，只有將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，只有應(yīng)用它才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。這次設(shè)計(jì)也讓我明白，自己所需要學(xué)習(xí)的東西還有太多，知識(shí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，所以，我會(huì)在今后的工作和學(xué)習(xí)生活中不斷學(xué)習(xí)，努力提高自己的綜合素質(zhì)。 最后，再次感謝在完成畢設(shè)過(guò)程中幫助過(guò)我的老師和同學(xué)。這次設(shè)計(jì)的完成，我受益匪淺。 參考文獻(xiàn) [1]《泵的理論與設(shè)計(jì)2011版》 關(guān)醒凡 中國(guó)宇航出版社 [2]《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》 關(guān)醒凡 宇航出版社 [3]《葉片泵原理及水利設(shè)計(jì)》 查森 [4]《流體機(jī)械原理（上冊(cè)）》 張克危 機(jī)械工業(yè)出版社 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