6shz-60直聯(lián)式雙吸離心泵的設計
6shz-60直聯(lián)式雙吸離心泵的設計,shz,60,直聯(lián)式雙吸,離心泵,設計
畢業(yè)設計（論文）說明書
摘要
泵是應用非常廣泛的通用機械，可以說是液體流動之處，幾乎都有泵在工作。而且，隨著科學技術的發(fā)展，泵的應用領域正在迅速擴大，根據(jù)國家統(tǒng)計，泵的耗電量都約占全國總發(fā)電量的1/5,可見泵是當然的耗能大戶。因而,提高泵技術水平對節(jié)約能耗具有重要意義。 6SHZ—60型水泵是清水泵,在設計問題上,從電機的選擇計算、軸的選擇計算、葉輪的尺寸以及水泵的外形尺寸的確定,基本上解決了泵的大體結構,在其它部件中,連接法蘭、葉輪螺母等都是根據(jù)具體位置來計算設計的。傳動中的軸、鍵、泵蓋都要經(jīng)過必需的校核,使它的強度和壽命達到設計要求。
關鍵詞:水泵 電機 設計
Abstract
Pump is the most widely used general machinery,it can be said that any liquid flows,almost all of the pumps work,With the development of science and technology, pumping application areas are expanding rapidly,According to national statistics.Pump power consumption accounted for a fifth of the country,we can see that the pump is only natural consumption market.Pump technology will increase the level of energy conservation has a very important significance.6SHZ-60 is a water pump,the design issues,from motor choices,the choices of axis,the size of impeller pumps dimensions identification,
Largely determine the general structure pump. In other parts, the connecting flanges, Impeller nuts,etc.Are based on the specific location to calculate design.The drive shaft,bond,
Pumps are to be built after the necessary verification,so that their strength and life to the design requirements.
Key word:Water pump;Electrical machinery;Design
前言
畢業(yè)設計是對學生在畢業(yè)前所進行的一次綜合能力的訓練,是為給社會培養(yǎng)出合格的工程技術人員必須走過的重要環(huán)節(jié)。通過這次的畢業(yè)設計可以充分提高我們在以前所學的零散的理論知識的基礎上結合起來綜合的分析問題、解決問題的能力,這對我們上了崗位有很大的幫助。
我們這次的設計任務是6SHZ—60型的直聯(lián)式雙吸離心泵的基礎的設計,是一次專題性的設計,雖然與四年所學知識有一定的偏距,但是為了能把這次的設計搞好,在趙老師的指導下,我們在設計前努力查閱有關資料,做了必要的準備,我們邊設計邊查閱資料,給設計奠定了一定的基礎,這對我們的設計有很大的幫助。
這次設計集中于畫圖和水泵各部件的設計計算,我們先把指導老師所給的資料中的圖紙吃透,獨立分析問題,相互探討并且解決問題,充分體現(xiàn)了我們獨立解決問題的能力。
我們應該從現(xiàn)在做起學好扎實的基礎知識,不斷豐富自己的專業(yè)知識和實際操作能力, 這次設計，趙老師對我們進行了精心的指導，陽泉市水泵廠給了大力的支持并提供了有關資料，在此表示感謝，由于我們能力有限，在設計中難免有錯誤和不足之處。在此，請各位老師給于評定并提出建議。
第一章 離心泵的工作原理
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,由吸水池經(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。
第二章 水泵的設計
一.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=0.035
所以
二.泵的基本參數(shù)的確定 （確定泵的總體結構形式和進出口直徑）
（一）.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，6SHZ-60為清水雙吸離心泵。
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
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，代入公式得：
取泵的吸入口徑為150mm。
（二）.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：——泵的排出口徑
——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
（三）.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）雙吸泵取
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 ,，
則
根據(jù)汽蝕要求，泵的轉速應小于，而實際轉速為
（四）.估算泵的效率
1.水力效率 水力效率按下式計算
式中：——泵流量（m3/s）雙吸泵取
——泵的轉速（r/min）
2.容積效率 容積效率可按下式計算
該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏的值,對于有平衡孔、級間泄漏和平衡盤泄漏的情況,容積效率還要相應降低。
則
3.機械效率
泵的總效率
泵的理論揚程
泵的理論流量
（五）.軸功率和原動機功率
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55Kw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Y250M-2
第三章 水泵軸的設計
直聯(lián)式雙吸離心泵6SHZ-60是將軸設計為空心軸和電機軸相聯(lián),泵無需底座,所以直接用電動機支起泵來工作的,當電機軸和空心軸聯(lián)成一體時,可看作是剛性連接,這時按一根軸來計算,但在其受力分析時,我們找不到電機的原始材料,為了保證這根軸符合要求,我們最后按外伸梁和懸臂梁兩種方法分析計算,只有這樣才能保證計算的準確度。
一.軸按外伸梁設計
1.扭矩的計算
式中: ——扭矩()
——計算功率 取
2.根據(jù)扭矩計算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.畫出軸的結構草圖 如圖所示(由已知圖紙改進)
葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位,軸套內徑取45mm,外徑取60mm,軸經(jīng)過處圓角統(tǒng)一取R=2mm(特殊要求除外).
4.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
①在葉輪中心截面處：
②在電動機第一軸承處：
③在電動機中間截面處：
軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當將實心軸改為外徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質量為原實心軸質量的2倍時，軸的強度提高到實心軸強度的6.5倍，剛度提高到實心軸剛度的13倍，所以該空心軸符合要求。
二.軸按懸臂梁設計
1.扭矩的計算
式中: ——扭矩()
——計算功率 取
2.根據(jù)扭矩計算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.畫出軸的結構草圖 如圖所示(由已知圖紙改進)
葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位,軸套內徑取45mm,外徑取60mm,軸經(jīng)過處圓角統(tǒng)一取R=2mm(特殊要求除外).
4.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：
計算垂直面支承反力：
（5）計算水平面彎矩：
計算垂直面彎矩：
（6）計算合成彎矩：
（7）計算當量彎矩
查【《機械設計》吳宗澤主編】表2-7 由插入法得
葉輪中線截面處：
電動機第一軸承處：
（8）校核軸徑
①葉輪中線截面處：
②電動機第一軸承處：
軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當將實心軸改為外徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質量為原實心軸質量的2倍時，軸的強度提高到實心軸強度的6.5倍，剛度提高到實心軸剛度的13倍，所以該空心軸符合要求。
第四章 葉輪結構設計及主要尺寸計算
一．結構設計（選料）
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[&]25-35MPa
二．葉輪結構型式的確定
本設計選用閉式葉輪。閉式葉輪由前蓋板，后蓋板，葉片和輪轂組成，閉式葉輪多用于清水泵。
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。
三．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45，所以。取
四．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）對雙吸泵取；
——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
五．葉輪外徑的計算
取
六．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
七．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
八．精算葉輪外徑（第一次）
1.理論揚程
2.修正系數(shù)
3.有限葉片數(shù)修正系數(shù)
根據(jù)經(jīng)驗有限葉片數(shù)修正系數(shù)，此處取
4.無窮葉片數(shù)理論揚程
5.葉片出口排擠系數(shù)
6.出口軸面速度
7.出口圓周速度
8.出口直徑
與假定不符，進行第二次計算，取
九．精算葉輪外徑（第二次）
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。
十．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
十一．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
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.
第五章 壓出室和吸入室的水力設計
一.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。
(一) 渦形體的各斷面面積
渦室斷面面積對泵的性能影響很小，對同一葉輪，如果渦室斷面面積過小，則流量---楊程曲線變陡，最高效率點向小流量方向移動，效率降低，如果渦室斷面過大，則流量---楊程曲線比較平坦，最高效率點向大流量方向移動，效率也降低，但在數(shù)值上要比渦室面積過小時降低值要少。
渦室斷面面積的大小，由所選取的渦室流速決定，渦室各斷面面積內的平均速度相等且為：
式中：——速度系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著】 圖8-10當時，
——泵的揚程
代入上式
根據(jù)取渦室隔舌安放角，共分8個斷面，通過最大斷面8的流量為：
8斷面的面積為：
其余各斷面面積按下式計算：
式中：——斷面包角
各斷面面積計算見下表
斷面
1
2
3
4
5
6
7
8
包角
15
60
105
150
195
240
285
330
面積
1
4．2
7．3
10．5
13．6
16．7
19．9
23
（二）舌角的計算
舌角是在渦室第8斷面的0點（即渦室螺旋線的起始點）處，螺旋線的切線與基園切線間的夾角。
式中：——理論揚程
——葉輪出口圓周速度
舌角
（三）渦室進口寬度
可以用葉輪出口寬度加葉輪前后蓋板厚度，再按結構需要加必要的間隙即可，渦室入口寬度對泵性能沒有明顯的影響，但取的微寬些可改善葉輪和渦室的對中性。一般取：
式中：——包括前后蓋板的葉輪出口寬度
——葉輪外徑
實際繪型時
（四）基圓直徑
基圓直徑不易太大，如果過大，葉輪與隔舌間隙就大，初增大泵的尺寸外，還將使泵的效率降低，但如果基園取得太小，在大流量工況時在泵舌處容易產生汽蝕，引起振動。
取
二.吸入室的水力設計
(一)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。
(二)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、雙吸泵螺旋形吸入室
1.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。
2.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。
3.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。
本次設計泵采用雙吸泵螺旋形吸入室。這種結構的吸入室水力性能好，結構簡單，制造方便，液體在雙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。
第六章 水泵零件的強度計算
一.泵體強度計算
(一)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
(二)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
1.軸面應力
2.圓周應力
3.徑向應力
（符合條件）
4.軸向變形
二.泵體法蘭強度計算
泵體法蘭中作用著三個力,如圖所示
(一)由泵體內介質壓力形成的力F,力F使法蘭的結合分開,作用在距內壁處,其近似值認為等于
式中：t——把合螺栓間距（m）
D——泵體法蘭內徑
P——泵體內壓力
（二）結合密封力Q，力Q按直線分布，到a—a截面終止。因此，
a—a截面是緊密配合的截面。力Q作用在離法蘭外邊緣處，最危險的斷面是過螺栓中心孔的斷面。
彎曲應力是：
法蘭厚度為：
對鑄鐵
三.鍵的強度校核
（一）葉輪與軸相連處的鍵
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。
（二）電動機軸與葉輪軸相連處的鍵
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.葉輪強度計算
（一）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：
1.葉輪外徑：
2.材料密度：
3.葉輪簡圖：
4.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
5.在和處的應力近似用下式計算:
6.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
（二）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。
（三）輪轂強度計算
1.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
2.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)：
五.泵體連接螺栓的強度計算
（一）計算密封力
為了保證接縫的密封性,螺栓里力除了抵消工作力之外,還有一部分保證接縫的緊密結合,這部分力稱為密封力或殘余欲緊力。此力和接縫墊片性質有關，可以寫成：
式中：——接縫處密封壓力
——被密封介質壓力
——墊片系數(shù)查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社。】表19-12 ?。垑|）
墊片的有效寬度：
密封力：
式中：——泵接觸的實際寬度
——密封面（墊片）的中徑
——墊片有效寬度
（二）計算螺栓欲緊力和總作用力
螺栓欲緊力:
總作用力:
式中：——安全系數(shù) 取
——基本載荷系數(shù) 對金屬墊片取
對非金屬墊片取
（三）強度校核
在裝配條件下螺栓的強度計算
1.螺栓上的力矩（扳手力矩）
式中：——螺栓外徑
——螺栓數(shù)
——與螺母、墊圈表面狀態(tài)有關，查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-13，取
2.螺栓上的應力
拉應力：
扭矩：
切應力：
折算應力：
安全系數(shù)：
式中：——螺栓內徑
——螺距
——螺栓中徑
——螺栓摩擦系數(shù)，與螺紋表面狀態(tài)有關，查【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-14，取
3.螺栓在工作條件下的強度計算
拉應力：
安全系數(shù)：
4.校核墊片擠壓強度
許用擠壓應力由【《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-12查取
六.泵出口法蘭的強度校核
法蘭和短管的過度處是危險截面，如圖所示：
密封力:
介質力：
欲緊力：
法蘭和短管過度處截面的彎矩：
彎曲應力：
圓周應力：
折算應力：
安全系數(shù)：
出口法蘭符合要求
七.連接螺栓和連接法蘭的強度校核
（一）連接螺栓的強度校核
1.螺栓所受的剪應力
式中：——水泵的重量
——M18螺栓的截面積
——許用的剪切應力
——水從出口到最高揚程的總量
2.螺栓所受的擠壓應力
該螺栓符合要求
（二）連接法蘭的強度計算
1.求法蘭的內應力
連接法蘭的受力可簡化為如下圖所示
法 蘭 連 接 受 力 簡 圖
注：從理論上講，該螺旋形壓水室，由于葉輪周圍壓水室液體的速度和壓力是均勻的軸對稱的，液體從壓水室隔舌到擴散段進口的流動中不斷受到流出葉輪的液體的撞擊，不斷增加壓力，致使壓水室內液體壓力從隔舌開始微弱的變化，這是因為水泵長時間工作導致壓水室內液流壓力的軸對稱被破壞了，所以會受到極小的徑向力，由于徑向力極小對法蘭的強度破壞甚小，故在此忽略不計。
設AC桿受拉，BC桿受壓，由平衡條件得：
2.求法蘭所需的截面積
由強度條件得：
為了滿足鑄造工藝和加工的要求法蘭的厚度取20mm
3.校核法蘭強度
式中、都為法蘭的橫截面積
法蘭符合要求。
第七章 泵的軸封設計計算
正確地設計過流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽命的重要條件。但是，如果離心泵其他零件不能正常工作，就是過流部件設計的再好，材料選用的再好，也不能保證泵的性能和壽命。經(jīng)驗表明，離心泵在運行時所產生的問題大部分是材料選用問題，主要零部件的選擇問題和制造精度問題。對耐磨蝕泵運行中的事故進行分析表明。純屬泵方面的問題僅占事故中的10.6％，其他都屬于選用問題，因此可見，正確地選用離心泵主要零部件是保證正常運行的重要條件。
在泵的所有零部件中，在運轉中最容易發(fā)生問題的是軸封部件，軸承潤滑部件，和冷卻部件，如果對這些部件選用不多，輕者離心泵不能工作或使離心泵燒毀，重者能引起嚴重的人身設備事故（如易燃、易爆、有毒液體由軸封部件漏出，引起火災，爆炸和中毒事故）。另一方面，隨著技術的發(fā)展，高溫，高壓，高速泵所占比重逐年增大。經(jīng)驗表明，泵的溫度越高、壓力越高、軸封、潤滑和冷卻問題也越顯得重要。
旋轉的泵軸和固定的泵體間的密封簡稱軸封。軸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。盡管軸封在離心泵中所占的位置不大，但泵是否能正常運行，卻和軸封密切有關。如果軸封選用不當，不但在運轉中需要經(jīng)常維修，漏損很多被輸送的液體，而且可能由于漏出的易燃，易爆和有毒液體引起火災，爆炸和中毒事故。后果不堪設想。因此，必須合理選用軸封結構才能保證離心泵安全運行。
離心泵中常用的軸封結構有：有骨架的橡膠密封，填料密封，機械密封和浮動環(huán)密封。
該泵的軸采用機械密封，密封選用152a型機械密封，此機械密封件為外裝、外流、單端面、多彈簧結構，其彈簧被一特制聚四氟乙烯套所保護，動環(huán)靠由剖分式壓緊環(huán)加緊的聚四氟乙烯波紋管傳動，安裝方便。
（一）密封端面間液體壓力分布規(guī)律
密封介質在液體的情況，端面摩擦副的最佳工作狀態(tài)是半液體摩擦，液體處于全部接觸面積中，并認為摩擦副間隙內液體流動的阻力沿徑向不變。這樣間隙內的壓力按線性變化，壓力分布為直角三角形。
實際上間隙內部液體質點由于繞軸旋轉作用有慣性力，當該力方向與液體流動方向相反時（內流式），其壓力分布呈內凹形式；當慣性力方向與液體流動方向一致時（外流式），其壓力分布呈外凸形式。液體的粘度對壓力分布也有影響，低粘度液體（液態(tài)丙烷、丁烷、氨）壓力分布是外凸的，高粘度液體（重潤滑油）壓力分布是內凹的。泄漏量對壓力分布也有影響，泄漏量極少時壓力分布呈凹形，較大時呈凸形。
（二）載荷系數(shù)和平衡系數(shù)
1. 載荷系數(shù)
2. 平衡系數(shù)
平衡系數(shù)表示介質產生的比壓，在接觸端面上的減荷程度，通過改變可使端面比壓控制在合適的范圍內，以擴大密封使用的壓力范圍。
結論
6shz-60型離心泵的設計完成了，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，使我對水泵的基本工作原理、水泵設計步驟的關鍵環(huán)節(jié)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
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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
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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
外文資料：
Pump's outline
The pump is the application very widespread general machinery, may say that is place of the fluid flow, nearly has the pump in the work. Moreover, along with science's and technology's development, pump's application domain is expanding rapidly, according to the over-all state statistics, pump's power consumption approximately composes the national total output of electrical energy 1/5, obviously the pump is natural consumes energy the wealthy and powerful family. Therefore, raises the pump technical level to save the energy consumption to have the important meaning.
First. Centrifugal pump's principle of work
The drive leads impeller revolving through the pump spindle to have the centrifugal force, under the centrifugal action of force, the liquid is flung along the leaf blade flow channel to the impeller export, the liquid sends in after the volute collection the eduction tube. The liquid obtains the energy from the impeller, causes the pressure energy and the speed can increase, and depends upon this energy the hydraulic transport to the operating location. while the liquid is flung which exports to the impeller, the impeller eye center has formed the low pressure, has had the differential pressure in the imbibition pot and between the impeller center liquid, in the imbibition pot's liquid under this differential pressure function, after inhales the pipeline and pump's suction chamber unceasingly enters in the impeller.
Second, centrifugal pump's structure and main spare part
A centrifugal pump mainly by the pump body, the impeller, the packing ring, the rotation axis, the axis seals parts and so on box to be composed, some centrifugal pumps are also loaded with the guide pulley, the inducer, the balance disc and so on.
1. Pump body: Namely pump's shell, including suction chamber and delivery chamber.
①Suction chamber: Its function is enables the liquid to flow in evenly the impeller.
②Delivery chamber: Its function collects the liquid, and sends in it the subordinate impeller or guides the eduction tube, at the same time reduces the liquid the speed, causes the kinetic energy to further turn the pressure energy. The delivery chamber has the volute and the guide vane two forms.
2. Impeller: It is in the centrifugal pump transmits the energy for the liquid only part, the impeller with the bond fixation on the axis, leads revolving along with the axis by the prime mover, passes to through the leaf blade prime mover's energy the liquid.
Impeller classification:
①According to liquid inflow classification: Single suction impeller
(in impeller's one side has an entrance) and double attracts the impeller (liquid from impeller's lateral symmetry liudao impeller passage).
②Is opposite according to the liquid in centerline's flow direction classification: Runoff type impeller, axial-flow propeller and interflow type impeller.
③According to impeller's structural style classification: Shrouded impeller, open type impeller and semi-opened impeller.
3. Axis: Is transmits the mechanical energy the important components, the prime mover's torque passes to the impeller through it. The pump spindle is the pump rotor's major parts, on the axis is loaded with components and so on impeller, axle sleeve, balance disc. The pump spindle depending on the both sides bearing supporting, makes the high speed rotation in the pump, thus the pump spindle in a big way wants the bearing capacity, to be wear-resisting, to be anti-corrosive. Pump spindle's material selects the carbon steel or the alloy steel and after the quenching and retempering treatment generally.
4. Packing ring: Is installs in the rotation impeller and the static pump housing (center-section and guide vane's assembly) between packing assembly. It is function is through controls between the two gap method, increases in the pump between the high and low pressure cavity the fluid flow resistance, reduces divulging.
5. Axle sleeve: The axle sleeve is uses for to protect the pump spindle, causes it not to corrode and the attrition. When necessity, the axle sleeve may replace.
6. Axis seals: The pump spindle and around packing box between end cover's installs short for axis to seal, mainly prevents in pump's liquid divulging and the air enters in the pump, achieves seals and prevents the air admission to cause the pump cavitation goal. the axis seals form: Namely has skeleton's rubber seal, the packing seal and the mechanical seal.
7. axial force balancing unit.
Third. Centrifugal pump's prime task parameter
1. Current capacity: Namely the pump in unit of time discharges the liquid quantity, usually indicated with the Unit of volume that mark Q, the unit has m3/h, m3/s, l/s and so on,
2. Lifting: The transportation unit weight's liquid (pump suction flange) (pump discharge flange) from the pump inlet place to the pump exit, its energy's increment, indicated with H, the unit is m.
3. Rotational speed: Pump's rotational speed is the pump each minute revolving number of times, expressed with N. Electrical machinery rotational speed N generally about 2900 n/min.
4. Net positive suction head: Centrifugal pump's net positive suction head is expressed that pump's performance's main parameter, uses the symbolic representation.
5. Power and efficiency: Pump's power input is shaft power P, is also electric motor's output. Pump's output is the active power.
Fourth, pump proper energy loss
Pump mechanical energy which obtains from the prime mover, has a part to transform into the liquid energy, but another part because in the pump consumes loses. In the pump all losses may divide into the following several items:
1. Hydraulic loss by the liquid in pump impact, the turbulent flow and the surface friction creates. The impact and the eddy current loss are because the liquid flow change direction produces. The liquid flows through the flow channel general meeting which contacts to present the
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