流體機械畢業(yè)設計說明書IS離心泵

1、目 錄摘要31 前言42 葉輪的水力設計5 2.1 泵的主要設計參數(shù)和結構方案的確定5 2.2 葉輪主要參數(shù)的選擇和計算6 2.3 葉輪的繪型11 2.4 作葉輪進出口速度三角形233 壓水室的水力設計24 3.1 壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理24 3.2 壓水室的設計和計算264 結構設計31 4.1 主軸的結構設計31 4.2 裝配圖輪廓尺寸的初定 315強度計算33 5.1 泵軸的強度計算33 5.2 鍵的強度計算39 5.3 軸承壽命的計算406 結論44總結與體會45謝詞46參考文獻47摘 要本設計是根據(jù)給定設計參數(shù)完成單級單吸離心泵is200150250的水力及結構設計，主

2、要包括葉輪、壓水室的水力設計和泵的結構設計。確定出葉輪的幾何參數(shù)，繪制并檢查葉輪軸面投影圖，采用方格網(wǎng)保角變換法完成扭曲形葉片繪形。利用數(shù)字積分法，根據(jù)蝸殼內(nèi)速度矩守恒，確定出蝸殼八個斷面參數(shù)，并進行繪形。最后對泵進行結構設計，繪制了裝配圖和部分零件圖，并對軸進行了強度校核計算。關鍵詞：離心泵；葉輪；蝸殼；水力設計；結構設計abstractaccording to the design parameters at the given point, this paper accomplished the design of the centrifugal pump. it mainly cont

3、ained the hydraulic design of the impeller, volute casing and structural of pump, structural design of the pump. based on the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. then author projected and checked the cross-section of impeller, drew the c

4、ylindrical blade using methods of grid square conformal transformation. on the basis of constant velocity moment, author calculated parameters of cross-section of volute using digital integral method. author also drew the spiral curve and diffuser of volute casing. finally, the structural of the pum

5、p was designed and assembly drawing component graphics were drew. in addition, this program has been checked strength of the pump shaft.【key words】：centrifugal pumps；impeller；volute casing；hydraulic design；structural design1前言水泵是一種應用廣泛的水力通用機械，在航天、航空、發(fā)電、礦山、冶金、鋼鐵、機械、造紙、建筑以及農(nóng)業(yè)和服務業(yè)等方面都有著廣泛的應用。近年來，在農(nóng)田水利建

6、設和石油化學等工業(yè)部門的迅猛發(fā)展中，對離心泵的需求越來越大。本次設計是根據(jù)給定設計參數(shù)完成is200-150-250型離心泵水力及和結構設計，并完成泵總裝圖的繪制。該泵在設計點運行參數(shù)如下：揚程，流量，轉速，效率，必需空蝕余量；抽送介質(zhì)為溫度小于的清水或物理、化學性質(zhì)類似于水的其他液體。根據(jù)以上設計參數(shù)，完成如下設計內(nèi)容：(1) 葉輪水力設計，進行葉片繪形；(2) 壓水室水力設計，進行壓水室繪形；(3) 驗算泵的抗汽蝕性能；(4) 完成總裝圖的繪制；(5) 對泵的主要零件進行強度校核；(6) 編寫設計計算說明書，完成3000字專業(yè)文獻英譯漢。葉輪的水力設計葉輪是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗

7、空蝕能力、特性曲線的形狀，都與葉輪的水力設計有緊密的關系。2.1泵的主要設計參數(shù)和結構方案的確定2.1.1給定的數(shù)據(jù)和要求（1）泵的型號：is200150250（2）流量： （3）效率：。（4）揚程： （5）轉速： （6）必需空蝕余量（7）介質(zhì)的性質(zhì)：溫度小于的清水或物理化學性質(zhì)類似于水的其他液體。2.1.2確定泵的進出口直徑首先由給定的泵的標準型號is200-150-250，即可得泵進口直徑 泵出口直徑。2.1.3汽蝕驗算汽蝕比轉數(shù)可知，轉速、汽蝕基本參數(shù)和這三個參數(shù)之間有確定的關系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對于一定值，假設提高轉速，則將增大，當該值大于所提供的裝置汽蝕余量時，就會發(fā)生汽蝕

8、。按汽蝕條件來確定泵的轉速的方法，是先選擇值，按給定的裝置汽蝕余量或幾何安裝高度，計算汽蝕條件下所允許的轉速。即 式中：=（考慮汽蝕的安全余量）。汽蝕允許轉速：經(jīng)驗算可知，轉速小于汽蝕允許轉速，符合要求。2.1.4計算比轉速，確定泵的水力方案比轉速公式為 取186在范圍，泵的效率最高，當時，泵的效率將顯著下降。采用單級單吸式時過大，可考慮改成雙吸，反之采用雙吸過小時，可考慮改成單吸式葉輪，泵的特性曲線的形狀也和有關。本次設計選用單級單吸式的水力方案。2.2葉輪的主要參數(shù)的選擇和計算葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進口直徑、進口當量直徑、葉輪輪轂直徑、葉片進口安放角、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、葉片出口角

9、和葉片數(shù)z。葉輪進口幾何參數(shù)對汽蝕具有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對性能（h、q）具有重要影響，而兩者對效率均有影響。2.2.1葉輪進口直徑的確定葉輪進口直徑與進口速度有關，從前限制進口速度一般不超過，認為進一步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：泵在相應增加進口很廣的范圍內(nèi)運轉時，能保持水力效率不變，所以如果設計的泵對抗汽蝕性能要求不高，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。決定葉輪內(nèi)水力損失的速度是相對速度的大小和變化，所以應當考慮泵進口對相對速度的影響，通常在葉輪流道中相對速度是擴散的，即。這樣從減小進口相對撞擊損失的流道中的擴散損失考慮，都希望減小，

10、若假定最小 ，可推出計算葉輪進口直徑的公式。進口當量直徑：,圓整取192mm式中:根據(jù)統(tǒng)計資料，對此泵確定為=4.5進一步增加,可以改善大流量下的工作條件，提高泵的抗汽蝕性能考慮效率和汽蝕，的選用范圍是：主要考慮效率 =3.54.0 兼顧效率和汽蝕=4.05.0主要考慮汽蝕=5.05.5這里選取=4.5輪轂直徑：所以葉輪進口直徑：2.2.2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)，是影響泵的揚程的最重要的因素。另外，影響泵揚程的有限葉片數(shù)修正系數(shù)也與和及葉片數(shù)等參數(shù)有關。可見影響泵的揚程的幾個參數(shù)之間互為影響。因此，必須在假定某些參數(shù)為定值的條件下，求解葉輪外徑。因為壓水室的

11、水力損失和葉輪出口的絕對速度的平方成正比。為了減少壓水室的水力損失，應當減小葉輪出口的絕對速度，因此，我們把在滿足設計參數(shù)下使葉輪出口絕對速度最小作為確定的出發(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并計算出具體的數(shù)值為：取。2.2.3葉輪出口寬度的計算與選擇由于制造關系，這里取2.2.4葉片數(shù)的選擇葉片數(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，一方面考慮盡量減少葉片的排擠和表面的摩擦；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充分作用。參考1p108，葉片數(shù)按比轉速選擇（表2-

12、1），取。表2-13045456060120120300z8107867462.2.5泵效率的選擇與計算先分別計算或估算水力效率和容積效率，最后由已知的總效率推算出機械效率。（1）容積效率: 葉輪前后蓋板外側與腔內(nèi)側形成了兩個充滿液體的空腔，稱為泵腔。葉輪前蓋板處的間隙使前泵腔與葉輪進口相通，前泵腔的另一端與葉輪出口相通。在壓力差的作用下，有一部分水流流出葉輪后，又經(jīng)過前泵腔和葉輪進口間隙返回葉輪入口，這部分水從葉輪中獲得的能量在流動過程中全部不可逆的轉化為熱能，形成一種能量損失。在后泵腔輪轂處，因為設有各種形式的密封裝置，這一典型的流動可以忽略不計。因而葉輪進口密封間隙處的這一泄漏量代表了離

13、心泵中典型的主要的容積損失。容積效率可以采用下面的一些經(jīng)驗公式計算： （2）水力效率 （3） 機械效率 由于知道總效率，又可以計算出 2.2.6精算葉輪外徑葉輪外徑是葉輪最重要的尺寸，故需要精確計算。以基本方程式精確計算，從理論上講是比較嚴格的，但其中的水力效率，有限葉片修正系數(shù)，也只能用經(jīng)驗公式計算。實踐證明，精確計算的數(shù)值是基本可靠的。 由基本方程式： 由出口速度三角形 所以整理后得： 由可以求得 離心泵一般是選擇適當?shù)慕蔷恪＃?）查相應資料，葉片出口安放角一般在的范圍內(nèi)，通常選用。對高比轉速泵，可以取小些，低比轉速泵可以取大一些。本次設計取。（2） 求葉片出口排擠系數(shù)，需要確定葉片厚度

14、，軸面截線與軸面流線的夾角取。（3）第一次精確計算葉輪外徑，按照初定尺寸畫出軸面投影后計算。葉片出口排擠系數(shù)：理論揚程：修正系數(shù)： 其中取 靜矩：葉片修正系數(shù)：無窮葉片理論揚程：在每次計算中都可以認為不變。出口軸面速度：出口圓周速度：出口直徑：與初定的值相差超過，進行第二次精算。（4）第二次精確計算葉輪外徑葉片出口排擠系數(shù)：出口軸面速度：出口圓周速度：出口直徑： 與假定值相差小于，故可取為精確的葉輪外徑。2.3葉輪的繪型葉輪是影響離心泵性能的主要零件。因此，準確的繪型是保證葉片形狀的必要前提。葉輪全部幾何參數(shù)確定后，應當根據(jù)這些確定的尺寸完成葉片繪型，為此應首先繪制葉輪軸面投影圖。畫圖時，最好

15、選擇相近，性能良好的葉輪圖作為參考，考慮泵的設計的具體情況加以改進。軸面投影圖的形狀，十分關鍵，應經(jīng)過反復修改，力求光滑順暢。同時，應考慮到：(1)前后蓋板出口保持一段平行或對稱變化；(2)流道彎曲不應過急，在軸向結構允許的情況下，以采取較大的曲率半徑為宜。設計時參考性能較好的相同比轉速葉輪軸面投影圖形狀來繪制。2.3.1葉輪軸面投影圖的繪制軸面投影圖繪制的已知控制尺寸只有四個：葉輪半徑，葉輪進口直徑，葉輪出口寬度和輪轂直徑，所繪軸面投影圖應當滿足這四個已知尺寸。繪制低比轉速葉輪軸面投影圖時，應注意以下問題：軸面圖上，前后蓋板內(nèi)表面的投影在葉輪出口部分，在低比轉速葉輪中都是直線。為提高葉輪水力

16、效率和保證圓柱形葉片進口沖角不至太大，這兩條直線應對稱布置。葉輪流道寬暢一些，有利于減少葉輪的水流速度，降低水力損失，也有利于增強葉輪抗氣蝕性能，保證有少量氣泡出現(xiàn)后泵的外特性不致迅速變化。前蓋板以一段圓弧過渡兩直線，該圓弧應于兩直線相切。在泵的軸向尺寸要求不嚴格時，可取大一些。后蓋板流線下部一半也以一段圓弧構成，此圓弧與直線相切，也應與1/2的水平線相切（對于軸不穿越葉輪吸入口的葉輪，水平線指葉輪軸心線，這時并不強求圓弧與軸心線一定相切），比值一般在1.22這一范圍內(nèi)。必要時，過渡圓弧也可以用兩相切圓弧構成。 2.3.2檢查軸面流道過水斷面變化情況軸面投影圖畫出之后，必須檢查流道面積變化是否

17、合理，如圖2-1。如果流道面積無規(guī)律變化，則會產(chǎn)生局部漩渦，增大損失。圖2-1 軸面液流過水斷面檢查步驟如下：（1）在周面投影圖流道內(nèi)作610個內(nèi)切圓。內(nèi)切圓個數(shù)越多，檢查精度越高，但是工作量也越大。將這些內(nèi)切圓圓心用光滑的曲線連接起來，便是葉輪流道中心線。（2）依次量出各計算點過水斷面形成線與流道中線交點到葉輪進口中點的曲線距離，并分別按上述方法計算出面積，流道中線如圖2-2所示。（3）連接相應的圓心與前后蓋板的切點，如下圖中三角，將三角形中垂線分為三等分，分點為和。過點且和軸面流線相垂直的曲線是過水斷面的形成線，其長度可得。過水斷面形成線的重心近似認為和三角形的重心重合（點），重心半徑為。

18、設曲線長為b，曲線繞葉輪軸心線旋轉一周所得的軸面液流過水斷面面積可用來計算。依次量出各計算點過水斷面形成線與流道中線交點到葉輪進口中點的曲線距離，并分別按上述方法計算出面積。圖2-2 流道中線圖各過流斷面的面積計算出后，可用縱坐標表示過流斷面面積，用橫坐標表示流道中線長度，做出值隨變化的曲線，以觀察沿流道的變化情況，如表2-2所示：表 2-2 f-l曲線計算表序號(mm)(mm)(mm)14898289380260833127453388633481692411253372781195131494031113961494643043158由此表畫出曲線，如圖2-3所示：圖2-3 f-l曲線一般

19、來說，如曲線為直線或者接近直線的光滑曲線，則葉輪軸面投影圖就是合理的。2.3.3作中間流線圖 一元理論假設流動是對稱的，即每個軸面上的流動是相同的。在同一過流斷面上軸面速度相等，做流線就是將每一個過流斷面分成幾個面積相等的單元面積。反映在軸面投影圖上就是這些流線將過流斷面形成線分成若干小段，而每段長度和其形心道葉輪軸心線距離與的乘積相等。三條流線將過流斷面形成線分成兩部分，而，形心到軸心線距離分別為，。得：= 或 =。作中間流線時可以隨手勾畫出流線的形狀，然后進行驗算。在同一過流斷面上分成的每一單元過流斷面面積都相等。否則，重新修改流線形狀，直到面積相等為止。當過流斷面形成線被分成幾部分后，這

20、些小段曲線與直線相近，檢查時可以近似的取每一小段弧線的中心點作為該小段的形心。在作中間流線過程中，要想在同一過流斷面上分成幾個絕對相等的面積是可能的，但是這樣工作量太大，因此在作中間流線過程中，允許在同一過流斷面上分成若干個有一定誤差的斷面。一般允許誤差不得超過在同一過流斷面上各小段面積的平均值的。表2-3 劃分中間流線面積檢查計算表過水斷面流道誤差10-167.833.922982299.50.07%1-228.181.923010.07%20-16038.823282335.50.32%1-228.482.523430.32%30-137.673.227502745.50.16%1-229

21、.692.627410.16%40-126.8110.1295129270.81%1-228.6101.529030.83%50-124.2130.531583152.50.17%1-224.8126.931470.17%60123148.63418341801-223148.634180最后根據(jù)計算數(shù)據(jù)得如圖2-4所示。 圖2-4 中間流線的劃分軸面流線是軸面和流面的交線，也就是葉片和流面交線的面投影；一條軸面流線繞軸旋轉一周形成的回轉面是一個流面。因而，要分流面就是將每一過流斷面分成幾個面積相等的單元面積，反映在軸面投影圖上就是將過流斷面分成若干小段，按每個圓環(huán)面積相等確定分點。2.3.4

22、葉片進口安放角的選擇和計算（1）葉片進口邊的確定在畫出葉輪軸面投影圖之后，應在圖中畫出葉片進口邊，進口邊的位置對葉輪的汽蝕性能關系密切，葉片進口邊的形狀也對汽蝕初生有直接的影響。適當向葉片入口延伸，有利于提高葉輪抗汽蝕性能。進口邊各點葉片安放角相差不大，實際葉片進口邊都置于同一軸面內(nèi)。在葉片軸面投影圖上繪制葉片進口邊時，應當注意：進口邊與前后蓋板輪轂線的夾角不要太小，a、b兩點的高度差不要太大，且過a、b兩點的直線與軸心線夾角一般在內(nèi)。本次設計葉片進口邊的確定如圖2-5所示。圖2-5 葉片進口邊的確定（2）進口安放角的確定葉片進口角，通常取之大于液流角，即，其正沖角。沖角的范圍通常為。采用正沖

23、角可以提高抗汽蝕性能，并且對效率影響不大，對于扭曲葉片可沿葉片進口邊各流線加同一沖角；也可以在前蓋板流線處使用最大沖角，因為這里是汽蝕敏感區(qū)，沖角從前蓋板到后蓋板遞減。其原因可做如下解釋： 用正沖角，能增大葉片進口角，減少葉片的彎曲，從而增大葉片進口過流面積，減小葉片的排擠，最終減小葉片進口的和。 用正沖角，在設計流量下，液體在葉片進口背面產(chǎn)生脫流。 用正沖角,能改善在大流量的工作條件。若經(jīng)常在大流量下運轉，應選較大的沖角。葉片進口邊有時和過水斷面形成線重合，有時不重合。進口邊與三條流線的交點、三點的過水斷面不同。（3）葉片進口角的確定葉片進口角是葉輪主要幾何參數(shù)，對泵的性能參數(shù)、水力效率和特

24、性曲線的形狀有重要影響。常用的范圍是，增大角，在相同流向下葉輪出口速度增大，壓水室的水力損失增大，并且在非設計流量下沖擊損失增大，容易使特性曲線出現(xiàn)駝峰。本次設計取。2.3.5計算出口速度出口圓周速度：出口軸面排擠系數(shù)： 出口軸面速度： 出口圓周分速度：無窮葉片出口圓周分速度：葉片進口圓周速度： 2.3.6作葉片進口邊并計算葉片進口速度葉片進口邊在平面上的投影在同一個軸面上的為好。但是也可以不在一個軸面投影圖上，在葉輪的軸面投影上作葉片的進口邊，應盡量使葉片進口邊之間的幾條流線趨于相等。進口邊和流線夾角最好是直角。葉片進口邊軸面投影的形狀，從鑄造的角度出發(fā)，最好為一直線或是有一曲率的圓弧。葉片

25、進口邊向吸入口方向適當延伸，以提高葉輪的抗汽蝕性能，并能使泵性能曲線上出現(xiàn)駝峰的可能性減小，并要求所做的進口邊應使前后蓋板的長度不能相差太大，否則容易產(chǎn)生二此回流。作圖時應考慮以上的綜合因素，并參照比轉速相近的模型，作出出口邊。（1）作葉片進口邊并計算葉片進口速度（2）計算進口角 假設 取與假定的相符。 得 得b流線葉片進口排擠系數(shù)：b流線軸面進口速速：b流線葉片進口液流角： b流線葉片進口沖角：c流線葉片進口排擠系數(shù)：c流線軸面進口速度：c流線葉片進口液流角： c流線葉片進口沖角：一般來說，應該采用正沖角，能夠減小排擠，增大過流能力，減小葉片彎曲，增加葉片進口過流面積，且采用正沖角，在設計流

26、量下，液體在葉片進口背面產(chǎn)生脫流。因為背面是葉輪流道的低壓側，在這里形成的旋渦不容易向高壓側擴散，因而旋渦是穩(wěn)定的、局部的、對汽蝕影響較小。采用正沖角，還能改善在大流量下的工作條件，即泵在大流量下運轉，則應選擇較大正沖角。2.3.7葉片繪型所謂葉片繪型就是畫葉片。為此，應當在幾個流面上畫出流線（葉片骨線），然后按一定規(guī)律把這些流線串起來，變成了無厚度的葉片。畫葉片有兩種方法，作圖法和解析法。在本次設計中，采用保角變換法進行葉片繪型。繪型原理：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格網(wǎng)，并且令小扇形的軸面長度，和圓周方向上的長度相等。當

27、所分的這些小扇形足夠小時，則可以把流面上的曲面扇形，近似看作是小平面正方形。流面上的小扇形從進口到出口逐漸增大。所謂保角變換，顧名思義，就是保證空間上流線與圓周方向的角度不變的變換。在平面上的展開流線只要求其與圓周方向上的夾角和空間流線的角度對應相等。展開流線的長度和形狀則于實際流線可能不相同。因此只在相似，而不追求相同?？梢栽O想把流面展開成圓柱面，然后把圓柱面沿母線切開，展開成平面。由此可見，空間流線穿過流面上小扇形，將扇形兩邊分別切成兩段，相應的流線在平面方格網(wǎng)上，把正方形兩邊分別切成成比例的兩段，由相似的關系，則對應的角度相等，即保持角度不變，變換到（平面和軸面投影）上。因為所有繪制扭曲

28、葉片的方法，均適宜于繪制圓柱葉片，故以扭曲葉片為例進行敘述。沿軸面流線分點分點的實質(zhì)就是在流面上畫特征線，組成扇形格網(wǎng)。因為流面可以用軸面圖和平面圖表示，因此，分點在軸面圖上沿以條流線（相當于一個流面）進行。流面就是軸對稱的，一個流面的全部軸面流線均相同，所以只要分相應的一條軸面流線，就等于在整個流面上繪出了方格網(wǎng)。流線分點的方法很多，現(xiàn)在介紹兩種：a)逐點計算法： 式中：任取的兩軸面間的夾角，一般取，取的角度越小，分的點就越多； 流面上的扇形中心（軸面流線兩分點中間）的半徑。分點的方法是葉輪出口，沿軸面流線任意取，量出段中點的半徑，按照計算。如果算得的等于預先取的，則分點是正確的。若不等于，

29、重新取，再算直到兩者相等。繼而，從分得的點起，再分第2,3,4點，這種方法的缺點是容易產(chǎn)生積累誤差。b)作圖分點法：在軸面投影圖旁，畫兩條夾角等于的射線。這兩條射線表示夾角為的兩個軸面。與逐點計算分點法相同，一般取。從出口開始，先試取，若的中點與半徑對應的兩條射線間的弧長，與試取的相等，則分點是正確的，如果不是相等的，就逐次逼近，直到=為止。第1點確定以后，用同樣的方法分第2、3、4點。當流線平行軸線時，不變，用對應的截取流線即可，各流線用相同的分點。畫展開流面（平面方格網(wǎng)）在其上繪制流線，因為保角變化法繪型時基于局部相似，而不追求局部相等，所以幾個流面可以用一個平面方格網(wǎng)代替。方格網(wǎng)的大小任

30、意選取，橫線表示軸面流線的相應分點，豎線表示夾角為對應分點所用的軸面，畫出方格網(wǎng)并把特征線進行編號。而后在其上繪制流線，通常先畫中間流線。流線在方格網(wǎng)上的位置應該與相應軸面流線分點序號相對應。進出口角度應與預先確定好的值相符，包角大小可以靈活掌握。型線的形狀極為重要，不理想時，應該堅決修改。必要時，可以改變?nèi)~片進口邊的位置，包角的大小等。進口邊在方格網(wǎng)中位于同一豎線上，進口邊的三點位于同一條0豎線上，表示進口邊位于同一軸面上，一般離心泵進出口邊都位于同一軸面上。離心泵繪型的流線不理想時，進出口邊均可不位于同一軸面上，如何布置，主要由方格網(wǎng)上流線的形狀和下步所述的軸面截線形狀的好壞來決定，如圖2

31、-6所示。圖2-6 流線分點畫軸面截線在方格網(wǎng)中畫出的三條流線，就是葉片的三條型線。用軸面（相當于方格網(wǎng)中的豎線）去截這三條流線，相當于用軸面去截葉片，所截三點的連線，時一條軸面截線，把方格網(wǎng)中的每隔一定的角度的豎線和三條流線的交點，對應于編號1、2、3、4 的位置，用插入法分別插到軸面投影圖相應的三條流線上，把所得 的點連成光滑的曲線，就得到葉片的軸面截線。軸面截線應該光滑，按照一定的規(guī)律變化，軸面截線和流線的夾角最好接近，一般不要小于。角太小，蓋板和葉片的真實夾角過小，就會帶來鑄造困難、排擠嚴重和過水斷面形狀不良（濕周增長）等缺點。角可按照公式進行計算。葉片加厚方格網(wǎng)保角變換繪型，一般在軸

32、面投影圖上按照軸面截線所得的軸面截線為骨線向兩邊加厚，或認為是工作面向背面加厚。沿軸面流線方向的軸面厚度按照下式計算： 圖2-7 流面展開方格網(wǎng)和葉片厚度變化規(guī)律2.3.8繪制葉片木模圖繪制步驟：（1）在葉片的軸面裁剪圖上，做垂直于葉輪的垂線1-1，2-2這些垂線實際上就是一些垂直于葉輪軸心線的平面，通常稱為割面或者等高面。它們于葉片的交線就是葉片的木模截面。如果從葉輪入口方向看，葉輪為逆時針方向旋轉。我們就把葉片工作面的木模截線畫在平面投影圖的右側，把背面的木模截線畫在投影圖的左側。本此設計的葉輪為逆時針方向旋轉，直線1-1，2-2是等距離的，但也可以不是等距離?？丛O計者的需要，葉片扭曲較大

33、處距離式可以取小一些。（2）以o點為圓心作葉輪外圓，并在其中做中心角為的軸面投影圖的0、。（3）將沿后蓋板處的葉片工作面，背面與后蓋板的交線，以及前蓋板處的葉片工作面與前蓋板的交線投影到0點垂直線的左部，又將沿前蓋板處的葉片工作面，背面與前蓋板處的葉片工作面與后蓋板的交線投影到0點垂直線的右部，于是便得到葉片的內(nèi)外極限輪廓線。他們與葉片的入口和出口邊在平面圖上投影。就繪出了制造葉輪葉片木模的外圍線。（4）作模型截線：在葉片的軸面投影圖上，3-3割面截葉片背面的0、軸面截線于a、b、c三點，它們到軸心線距離分別為、。在平面投影圖上以0為圓心，以、為半徑畫弧交于0、軸面投影線于a、b、c三點，將a

34、、b、c三點光滑連接，就可以得到割面1-1截葉片背面的模型截線。同理：可作出其它各條模型截線。這樣就完成了葉片木模圖的繪制（注：在制造葉輪模型時，常常直接利用葉片木模裁剪圖，因此，應在箔尺上量取葉片裁剪圖的尺寸，如果沒有箔尺，鑄鐵葉輪的所有尺寸應該加作為收縮量，鋼和銅的葉輪應該加作為收縮量），木模截線圖如圖2-8所示。圖2-8 木模剪截圖2.4作葉片進出口速度三角形在前面的設計計算中，得到了各流線上的葉片的進出口流速，軸面流速，圓周速度，以及葉片的進出口液流角或出口角，加之葉片出口的圓周分速度，則可以作出進出口速度三角形。圖2-9 葉片進口速度三角形圖2-10 葉片出口速度三角形 壓水室的水力

35、設計吸水室位于葉輪之前，壓水室位于葉輪之后，它們一起構成泵的過流部件，因為吸水室和壓水室是固定的過流部件。一般不引入相對速度來研究其流動。通常所說的壓水室是指螺旋型的壓水室，環(huán)型壓水室和導葉體的總稱。獲得能量的水流沿葉輪圓周流出后，將進入泵的壓水室。壓水室是泵不可缺少的重要過流部件，其設計、制造水平高低，對泵的性能，特別是泵的效率指標和h-q曲線形態(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式，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪中的來流，將水流送到泵出口或下一級葉輪入口；水流在葉輪出口處絕對速度比較大，在低比轉速葉輪中尤其是這樣，水流在壓水室出口的平均速度將顯著下降，這

36、種將水流的部分動能轉化為壓力能的結果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。應該指出，由壓水室排出的流量，在設計點，應當是用戶給定的設計流量，而不是考慮了容積損失后引入的理論流量。此外，由于壓水室是靜止部件，設計中也不引入相對速度的概念。單級單吸及單級雙吸泵中主要采用壓水室為螺旋形壓水室，多級泵中則采用徑向或流道式導流器及空間導葉。螺旋形壓水室具有適應性強，效率高，高效區(qū)寬的優(yōu)點，其主要不足是過流內(nèi)表面難以機械加工。螺旋形壓水室由一段面積不斷增大的螺線管（蝸殼）和一擴散管構成。3.1壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理3.1.1壓水室的作用（1）收集從葉輪流出的液體，并輸送到排除口或下一級葉輪

37、吸入口。（2）保證流出葉輪的流動是軸對稱的，從而使葉輪內(nèi)具有穩(wěn)定的相對運動，以減小葉輪內(nèi)的水力損失。（3）降低液流速度，使速度能轉換成壓能。（4）消降液體從葉輪的流出的旋轉運動，以避免由此類造成的水力損失。壓水室的種類有三種，相互比較，螺旋型壓水室有以下優(yōu)點，壓水室的流動比較理想，適應性較強，高效率范圍寬。因此螺旋型壓水室為泵壓水室的首選的考慮對象，但其流道不能機械加工，尺寸形狀、表面粗糙只能靠鑄造來保證，所以要保證螺旋型壓水室的形狀，設計質(zhì)量鑄造及工藝設計質(zhì)量是關鍵。葉片式壓水室一般可以單獨制造，并可以進行機械加工，但水力方面不如螺旋型壓水室理想。渦室主要用于單級泵和中開式多級泵，葉片式多用

38、于多級泵，而導葉的環(huán)形壓水室，能消除徑向力，主要用于大型單級泵。本次設計選擇螺旋型壓水室。3.1.2螺旋型壓水室的作用及原理 液體從葉輪流出后，進入兩個平行的平板之間當忽略液體的粘性摩擦力時，液體不受任何外力作用，應遵從速度矩保持定理，即。壓水室的形狀，應當按照符合這種規(guī)律來設計。下面用數(shù)學公式來表示這種流動的跡線得到液體流動的軌跡后，按此軌道加作此固體壁。就作出了符合液體流動的壓水室。因、為常數(shù)，所以流動的液流角保持不變，即液體從葉輪流出后的跡線是一條對稱的螺旋線，液體的流動方向與圓周方向的夾角保持不變，這就是螺旋型壓水室對稱的由來。螺旋線上任意點的坐標可以為： 設時， 積分所以 ( 給定不

39、同的弧度)利用葉輪出口稍后的速度三角形，求得，給定不同的角，可以求得相應的半徑來從而可作出這條對數(shù)螺旋線來。實踐中所作的螺旋型壓水室，為了減小徑向尺寸，壓水室寬度多是擴散的，這樣可以減小、角，從而達到減小徑向尺寸的目的。所設計的螺旋型壓水室，能滿足壓水室的要求。第一：壓水室布置在葉輪出口外周，能夠把從葉輪流出的液體收集起來。第二：在設計工況下，液體符合自由流動，軸對稱的，從而保證了葉輪內(nèi)的相對流動的穩(wěn)定性。第三：壓水室隨著收集流量的增加，半徑逐漸向排出口增加，減小，減小，從而實現(xiàn)動能向壓能的轉換。第四：由于壓水室的出口的流動方向和渦室半徑垂直，這種結構保證清除流動的螺旋分量。3.2 壓水室的設

40、計和計算3.2.1壓水室的主要結構參數(shù)（1）基圓半徑切于隔舌頭部的圓稱為基圓，用表示。應稍大于葉輪外徑，使隔舌和葉輪間有適當?shù)拈g隙，該間隙過小，容易因液流阻塞而引起振動和操聲，但間隙過大，出增大徑向尺寸外，因間隙處存在桌流動環(huán)，消耗一定的能量，間隙越大泵的效率下降越多。本次設計取 （2）壓水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，以補償轉子的轉動和制造誤差，目前有些壓水室取得相當寬，以減少泵的徑向尺寸，也好使得葉輪前后蓋板帶動的旋轉的液體可通暢地流入壓水室，回收部分圓盤摩擦的損失，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。參考已有的同型號is200-1

41、50-250高效泵壓水室，取。（3）壓水室隔舌安放角隔舌位于壓水室螺旋線部分的始端，將螺旋線與擴散管隔開，習慣稱頭部的端面為0斷面，隔舌與第斷面的夾角為隔舌安放角，的大小應保證螺旋線部分與擴散管光滑連接，并盡量減少徑向尺寸，高比轉數(shù)泵大，大。壓水室外壁向徑向擴展的較大，因而取較大的角，以使形狀協(xié)調(diào)。參考2，本次設計取。（4）隔舌螺旋角隔舌安放角是隔舌處內(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體流角。 由前面的計算得知：；故 得： 取。3.2.2壓水室斷面形狀和各斷面面積為了便于計算和繪圖，壓水室通常取8個彼此成的斷面，即用8個軸面切割壓水室，設

42、計時先計算第斷面，其他斷面以第斷面為基礎進行確定。根據(jù)壓水室的幾種斷面形狀（梯形，矩形，任意形狀），在此選擇矩形斷面形狀進行設計計算。計算渦形體各斷面面積時，是把渦形體中的圓周方向平均速度看作常數(shù)來設計的，計算時應先根據(jù)查取一個系數(shù)。參考3查，利用公式計算： 參考3p148，查取得計算斷面的過流量，參考1，利用以下公式計算：則其它斷面面積可利用公式同理：；。在計算出各斷面的面積后，應根據(jù)選定的斷面形狀推出的斷面面積計算公式，計算各斷面距離軸心線的半徑，經(jīng)過計算各斷面的得： 第斷面；第斷面；第斷面；第斷面；第斷面；第斷面；第斷面；第斷面。各斷面的連接圓弧半徑的計算公式如下：第斷面；第斷面；第斷面

43、；第斷面；第斷面；第斷面；第斷面；第斷面。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以畫出壓水室軸面投影圖如圖3-1所示：圖3-1 壓水室軸面投影圖 3.2.3壓水室平面圖的繪制根據(jù)計算得到的各斷面半徑,在平面圖上相應的射線上點出,然后光滑連接所得的各點,得到渦室平面螺旋線.應注意各點應在圓弧光滑連接,即后段圓弧的圓心應當在前一段圓弧終點延長線?？梢杂盟亩螆A弧連接這九點，在平面上形成光滑連續(xù)的蝸殼輪廓線。這四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、三個點形成第一段圓弧。以下各段圓弧具有第一段圓弧類似的特點，如圖3-2所示:圖3-2 蝸殼平面圖蝸殼的第斷面既是螺線管的結束斷面，又是擴散管的起始斷面。

44、擴散管在將來自壓水室的水排出泵體的同時，將進一步把水的動能轉化為壓力能，以減小水流在排除管道中的水力損失。擴散管的主要幾何參數(shù)有：1)排出口直徑由于泵出口通常直接和管路連接，故它的出口的尺寸應參照標準尺寸決定，由is200-150-250出口直徑。2)擴散管高和擴散角為了減小擴散段的水力損失，擴散角一般取，擴散管高度可以根據(jù)進出口尺寸和擴散角決定，本次參照同型is泵尺寸，取。 對梯形斷面，中間斷面、取在三等分擴散管高處。在確定中間斷面時，可以把第斷面畫在出口圓內(nèi)，然后作若干條射線，將兩個斷面間的射線三等分，光滑連接各分點，即可得到中間斷面的輪廓線。也可以不等分，按照比例取各斷面的點，如圖3-3

45、所示：圖3-3 蝸殼斷面圖根據(jù)上述對螺旋管、擴散管繪形原理，可以做出螺旋形壓水室的平面投影圖，如圖3-4所示:圖3-4 壓水室的平面投影圖 4 結構設計在水力設計完成之后（吸水室、壓水室等有關尺寸需與裝配圖配合起來設計），應該進行裝配圖的總體設計，包括泵的布置型式，零件結構、型號選擇等。臥式機組結構簡單，便于拆裝、檢修，因此采用臥式布置。4.1主軸的結構設計在設計泵的結構時，應首先考慮泵軸的結構設計，泵軸上所裝零件的不同決定了泵軸的軸頸系列，同時考慮退刀槽、倒圓、倒角等。同時軸的軸向尺寸由零件裝配尺寸決定，因此泵軸的設計應先確定徑向尺寸。泵軸的具體型式見附錄圖紙04。4.2裝配圖輪廓尺寸的初定

46、裝配圖是先定出輪廓線，葉輪中心線，葉輪流道，壓水室斷面，吸水室斷面，加上泵體壁厚，葉輪蓋板的厚度。（1）確定葉輪蓋板厚度根據(jù)9，由葉輪直徑確定蓋板厚度，如圖表4-1所示。表4-1 蓋板厚度葉輪直徑（mm）100180181250251520520蓋板厚度（mm）4567本設計葉輪直徑為，因此蓋板厚度取為。（2）蝸室壁厚的設計計算蝸室的幾何形狀復雜，而且受力后產(chǎn)生的應力更加復雜。由10蝸室壁厚的計算公式為：式中：當量厚度；許用應力；鑄鐵；鑄鋼。本設計材料采用鑄鐵，有： ，取。（3）吸入室壁厚一般情況下，吸入室壁厚比蝸室壁厚要略低一些，但本設計的吸入室徑向尺寸很大，為了達到強度要求，可取吸入室壁厚

47、與壓水室壁厚相等，即：。在完成了上述基本設計計算后，把所選擇的零件畫到相應位置上，盡量選用標準件，以減少制造成本，提高設計經(jīng)濟性，同時便于制造、組裝。 5強度計算在泵的運行過程中，離心泵每個零件都承受各種外力作用，這些力的作用可能使得零件產(chǎn)生變形甚至破壞。一般把零件抵抗變形的能力叫剛度，把零件的抗破壞的能力叫強度。設計離心泵零件的時候，應考慮到使零件具有足夠的強度和剛度，以提高泵的運行可靠性和安全性。從這個角度考慮，就要把零件尺寸做得大些，用更好的材料，但是從經(jīng)濟性角度考慮，則應該盡力讓零件小些，材料的使用更加經(jīng)濟合理，以減輕材料重量，降低成本。如何解決這一矛盾，這就要合理確定泵的零件尺寸及材

48、料，既滿足泵零件強度和剛度的要求，具有更好的經(jīng)濟效益，這就是強度計算的目的。5.1泵軸的強度計算葉輪、軸套等零件都套在軸上，并同軸一起等速旋轉，軸的強度對泵的運行可靠性及使用壽命都有影響。所以，對泵軸的強度的校核是十分重要的。5.1.1泵軸的強度校核泵軸的自重和套在軸上的葉輪，軸套等零件的重量，轉子的徑向力，葉輪平衡后的剩余不平衡所引起的離心力都會使泵軸彎曲。因此，泵軸是在彎矩、扭矩和軸向力的聯(lián)合作用下工作的。軸強度的精確計算就是軸在扭轉、彎曲、拉伸聯(lián)合作用下的強度計算。1.作用在泵軸上的載荷及其計算：（1）徑向力對于臥式泵轉子的重量是徑向力（包括軸的重量和軸上零件的重量）；由于沿葉輪外緣壓力

49、分布不均而產(chǎn)生的作用在葉輪上的徑向力，即附加徑向力；由于葉輪及聯(lián)軸器不可能絕對的靜平衡，殘余不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力。作用在泵軸上的載荷，除了轉子的重量外，其余皆與泵的運行工況有關，通常只計算設計工況時的，此時的附加徑向力為零。a.計算泵軸的質(zhì)量式中 ： 軸各小段的直徑； 軸各小段的長度；泵軸材料的密度，取 ；b.計算葉輪的質(zhì)量葉輪的形狀不規(guī)則，在計算具體不規(guī)則部分時可以分成若干的小部分，然后采用近似的規(guī)則圖形近似計算總的質(zhì)量。a)求葉片質(zhì)量計算 葉片的質(zhì)量時將葉片簡化為一個厚度均勻的長方體，如圖5-1所示葉片的厚度可按下式估算：圖5-1 葉片簡化圖葉片的厚度可按下式估算 式中：系數(shù)，對于本設計

50、取為4.5；葉輪的外徑；單級揚程；則全部葉片的質(zhì)量為 ：b)計算前蓋板質(zhì)量 根據(jù)葉輪前蓋板形狀，將其簡化為厚度均勻的圓環(huán)。厚度，考慮到前蓋板有彎曲，可以適當縮小圓環(huán)內(nèi)徑，具體尺寸見圖5-2所示。 圖5-2 前蓋板圓環(huán)c)計算后蓋板質(zhì)量根據(jù)裝配圖相關尺寸，并將后蓋板簡化為一個圓環(huán)和一個套筒，計算后蓋板質(zhì)量如下：c.聯(lián)軸器的質(zhì)量計算查機械設計手冊選擇凸緣聯(lián)軸器型號為gyd6(gb5843-86)重量，公稱轉矩為。d.最大徑向力公式 式中：徑向力；揚程；葉輪出口直徑；葉輪出口寬度（包括兩蓋板厚度）；液體重度,水的重度為徑向力系數(shù)，由下式確定。徑向力系數(shù)計算公式如下：式中：設計流量；實際流量。經(jīng)計算e

51、.計算葉輪不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力 葉輪半徑，最大半徑上的不平衡重量。彈性塊聯(lián)軸器是標準件，可認為是靜平衡的。葉輪不平衡重量所產(chǎn)生的離心力為：（2）軸傳遞的扭矩式中：配套功率； 泵的轉速；式中：工況變化系數(shù)，此次設計取。（3）軸向力a.蓋板力（向左）的計算計算軸向力時，可按如下經(jīng)驗公式進行：其中 帶入得：b.動反力(向右)的計算 式中： ；則：總的軸向力，方向向左。2軸不同斷面上的扭矩、彎矩、軸向力的計算 。圖5-3 泵軸的強度計算根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，將泵軸簡化為一簡支梁，并考慮其最危險情況，降所有力移至左右兩端。計算出，。作出泵軸不同斷面上的扭矩圖、彎矩圖、剪力圖，如圖5-3所示。3強度校核 a.最危險斷面的確定由圖5-3可看出，最危險斷面是泵軸的b斷面，即靠近葉輪的軸承所在斷面。b.彎曲應力式中：彎曲應力；所計算斷面的彎矩；抗彎截面系數(shù)。對于無鍵槽的實心軸,可用下式計算：式中：軸的直徑。即 得：c.拉應力式中： 拉應力；所計算斷面的軸向力；所計算斷面的面積。d.切應力式中：切應力；所計算斷面的扭矩；所計算斷面的扭轉斷面系數(shù)。對于無鍵槽的實心軸：e.折算應力按第四強度理論，折算應力為： 軸材料的安全系數(shù)為：式中：軸材料的屈服極限；軸材料的許