流體機(jī)械設(shè)計(jì)說明書

1、本 科 生 畢 業(yè) 論 文畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 學(xué) 院： 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 班 級(jí)： 流體機(jī)械及其自動(dòng)控制0502 2009 年 06 月畢業(yè)設(shè)計(jì)題目常 規(guī) 液 下 化 工 泵 設(shè) 計(jì)目錄第一章 摘要 1第二章 葉輪水力設(shè)計(jì) 2第一節(jié) 概述 3第二節(jié) 參數(shù)計(jì)算 4第三章 壓出室水力設(shè)計(jì) 16第四章 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 20第五章 強(qiáng)度計(jì)算 21附 小結(jié) 27參考文獻(xiàn) 28 第一章 摘要內(nèi)容摘要 泵可能是世界上除了電動(dòng)機(jī)外應(yīng)用最普遍的機(jī)械。凡是有水流動(dòng)的地方就會(huì)有泵在工作。它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事業(yè)等，已經(jīng)成為人們生活所不可缺少的一部分。 離心泵是由密封在泵殼或泵體內(nèi)的一組旋轉(zhuǎn)葉片組成，這些葉片的作

2、用是通過離心力把能量傳遞給液體。離心泵具有兩個(gè)主要部分：）包括葉輪和軸在內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部件；）由泵體、泵殼蓋等組成的靜止部件. 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是液下化工泵。液下化工泵為立式離心泵，其工作原理與一般離心泵的工作原理相同。這種泵由于結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，以及具有不需要軸封這一主要優(yōu)點(diǎn)，因此在化工行業(yè)中得到極其廣泛的應(yīng)用。abstractpump may be the most universal machine in the world except for electric motor. where there is flowing water,there is a pump.its applied i

3、n many fields,such as industry, agriculture, military etc.pump is essencial in peoples daily life.a centrifugal pump consists of a set of rotating vanes enclosed within a housing or casingthat is used to impart energy to a fluid through centrifugal force. a centrifugal pump has two main parts: (1) a

4、 rotating element, including animpeller and a shaft, and (2) a stationary element made up of a casing, casing cover, andso on. aim of the design is submerged chemical pump,its a kind of vertical type centrifugal pump.its principle of work is the same to general centrifugal pump.this kind of pump is

5、widely used in chemical engineering for many reasons,such as its simple structure, conveniences of maintenance, unnecessary of shaft gland etc.第二章 水力設(shè)計(jì)一、概述1設(shè)計(jì)依據(jù)流量：=150 揚(yáng)程：h=12m 轉(zhuǎn)速：n=1450 輸送液體密度： 效率： 。結(jié)構(gòu)形式：懸臂液下式 泵液下長度：1m。2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 葉輪的水力計(jì)算部分、葉輪水力圖形的繪制等；然后是吸水室的設(shè)計(jì)、壓出室的設(shè)計(jì)，以及水泵的整體結(jié)構(gòu)圖；最后是水泵標(biāo)準(zhǔn)件的選擇與部分零件的強(qiáng)度計(jì)算。3

6、. 設(shè)計(jì)思路遵循泵的設(shè)計(jì)原理，泵的設(shè)計(jì)參數(shù)以及工作條件和性能要求等，并考慮了它的特掉和應(yīng)用上的介質(zhì)特殊性，綜合了各種因素的結(jié)果，具體步驟參照泵的設(shè)計(jì)手冊和參考裝配圖紙而完成。4.設(shè)計(jì)意義 更好的掌握泵的原理，對(duì)泵的結(jié)構(gòu)有一個(gè)更加深入的了解。二、 確定泵的整體結(jié)構(gòu)形式和進(jìn)口直徑1結(jié)構(gòu)形式：懸臂液下式2進(jìn)口直徑考慮制造的經(jīng)濟(jì)性，取， 又 代入數(shù)據(jù)得： 3.出口直徑 取=125mm 4比轉(zhuǎn)速 5.估算泵的效率 水力效率 圓盤損失效率 取軸承，填料損失為2% 則 容積效率 所以：% 6.確定泵的軸功率 泵軸功率： 原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，取k=1.2， 傳動(dòng)為直聯(lián) 配套功率： 選配套功率為11kw 其中：p是

7、有效功率三、 泵的軸徑和葉輪輪轂直徑的初步計(jì)算1計(jì)算轉(zhuǎn)子力矩m2軸的最小直徑材料選用3cr13，調(diào)質(zhì)處理hb=260302，取=（53.868.7）mpa取d=35mm 懸臂式單級(jí)泵3工藝要求：（1）在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡化；（2）為了便于裝配零件，應(yīng)去掉毛刺，軸端要倒角；（3）需磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；（4）需切削螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。四、 葉輪主要尺寸的確定1由選取 z 、 ，=168 ，取葉片數(shù)z=6 ，出口安放角選擇應(yīng)考慮的因素：(1)低比轉(zhuǎn)速泵，選擇大的角以增大揚(yáng)程，減小，從而減小圓盤摩擦損失，提高泵是效率；(2)增加角，在相同流量小葉輪出口速度增

8、加，壓水室水力損失增加，并在小流量小沖角損失增加，易使特性曲線出現(xiàn)駝峰，因此不宜太大；(3)大，葉片間相對(duì)流動(dòng)擴(kuò)散嚴(yán)重；(4)為獲得平坦的功率曲線，使泵在全揚(yáng)程范圍內(nèi)運(yùn)行，可小于10度。2.葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑： 取3.葉輪出口直徑：取4.葉輪進(jìn)口直徑：5.葉片出口寬度： 取 6.精算葉輪外徑第一次(1) 理論揚(yáng)程 (2) 修正系數(shù) (3) 靜矩 (4) 有限葉片數(shù)修正系數(shù) (5) 無窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程(6) 葉片出口排擠系數(shù) 取 代入數(shù)據(jù)有：(7) 出口軸面速度(8) 出口圓周速度 代入數(shù)據(jù)得：(9) 出口直徑 取 7.精算葉輪外徑第二次(1）葉片出口排擠系數(shù) 取 代入數(shù)據(jù)有：(2）出口軸面速度(

9、3)出口圓周速度 代入數(shù)據(jù)得：(4)葉輪出口直徑 滿足條件 故取 8. 葉輪出口速度 (1)出口軸面速度(2)出口圓周速度 代入數(shù)據(jù)得：(3)出口圓周分速度 四、軸面投影圖的繪制1. 找相近比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的軸面投影圖作為參考，根據(jù)前面計(jì)算所得到的葉輪基本尺寸，初步作葉輪的軸面投影圖。2.檢查軸面投影圖過流斷面面積變化，在流道內(nèi)作內(nèi)切圓，并將圓心連接起來，得到一條曲線，此為流道中線，求出每個(gè)圓的軸面液流過流斷面及其面積f，而后作出沿軸面投影圖中線的過流斷面面積變化曲線，我們希望fl曲線基本上為一條直線，即要求從葉輪進(jìn)口到出口沿中線l面積f的變化是均勻的，如果該曲線不理想，則應(yīng)修改軸面投影圖，直到檢查

10、fl 曲線滿意為止。如下圖所示：圖1 軸面投影圖3.過水?dāng)嗝婷娣e檢查55.669536.9514012918.3754.641644.133611.232814312.9345.757.683627.544816554.9641.788968.708939.364918031.5738.91580.179351.687919594.7135.921594.576866.18921335.333.9259104.175175.856322194.9932113.586.353522808.96brclf圖2 流道斷面面積的變化4中間流線的繪制 根據(jù)每條相鄰軸面液流流線之間的流量相等的原則，在軸面

11、投影圖上作流線，軸面液流的流線一般需作35條中低比轉(zhuǎn)速的葉輪可作三條，高比轉(zhuǎn)速葉輪可作五條，葉輪前后蓋板是兩條流線，故還需作13中間條流線，本設(shè)計(jì)中只需要再作一條中間流線即可。 具體分流線時(shí),可先分進(jìn)出口,再修改.畫中間流線時(shí)確定中間流線進(jìn)口分點(diǎn)半徑 出口分點(diǎn)為出口寬度的中點(diǎn)，由此初步確定中間流線，然后再根據(jù)同一過水?dāng)嗝嫔蟽蓷l流線間過水?dāng)嗝婷娣e相等檢查修正。圖形如下: 圖3 中間流線的繪制5.流線分點(diǎn)對(duì)于水泵來講，自葉輪的出口邊到進(jìn)口邊為止，大致作八點(diǎn)到十二點(diǎn)左右為宜，點(diǎn)數(shù)太多或太少既是取得不當(dāng)。取 見下圖： 圖4 流線分點(diǎn)6.修改進(jìn)口邊的位置原則：(1)盡量使葉片進(jìn)口邊和出口邊之間的三條流線

12、長度趨于相等；(2)進(jìn)口邊和流線的交角最好為90度，進(jìn)口邊軸面投影的形狀就鑄造而言，為直線較好；(3)進(jìn)口邊應(yīng)向吸入口方向適當(dāng)延伸，以提高葉輪的抗汽蝕性能，并使泵性能曲線出現(xiàn)駝峰的可能性減小。7.葉片的繪制(1)確定葉輪進(jìn)口圓周速度 在軸面投影圖上量的 從而可得： (2)葉片進(jìn)口軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e (3）葉片進(jìn)口角的計(jì)算葉片進(jìn)口角一般為1825度，通常等于進(jìn)口液流角加一個(gè)不大的沖角；沖角可取310度。 量得， aa流線 先取 ， ，又 代入數(shù)據(jù)得 符合條件bb流線 先取 ， ，又 代入數(shù)據(jù)得 符合條件cc流線 先取 ， ，又 代入數(shù)據(jù)得 符合條件由以上計(jì)算得：葉片三條流線的進(jìn)口安放角分別為：

13、 ， ，（4)作方格網(wǎng)葉片型線圖作法：經(jīng)過軸心線作很多軸面，每相鄰軸面之間的夾角均相等，為，一般可取左右，每一軸面與流面有一交線，交線用羅馬數(shù)字、編號(hào)。再用與軸心線垂直的平面去切流面，在流面上就可以得到一個(gè)圓心在軸心線上的圓周線。用很多這樣的平面去切流面，切的方法是使流面上形成的方格網(wǎng)每個(gè)方格都是正方形。而后也給平面用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3編號(hào)。這樣，在流面上形成了方格網(wǎng)，在方格網(wǎng)上有一條葉片型線，它的坐標(biāo)是固定的?，F(xiàn)在要設(shè)法把流面展開，但流面是喇叭形的曲面，于是我們先用保角變換的方法保持葉片型線的坐標(biāo)位置，保持角度不變，把流面變化成圓柱面，得到在平面上的方格 。 圖5 方格網(wǎng)展開圖（5）軸面截

14、線在方格網(wǎng)上進(jìn)行葉片繪型后，根據(jù)方格網(wǎng)中點(diǎn)的位置,就可開始作軸面截線圖 如下圖所示： 圖6 軸面截線圖（6）葉片加厚 葉片是有厚度，因此它與軸面相交，不應(yīng)只得到一條軸面截線，而應(yīng)當(dāng)是葉片的工作面和葉片的背面有軸面各有一條交流線，兩軸面截線之間是葉片與軸面的截線。 本設(shè)計(jì)中的厚度如下表：軸面0123456789a流線s(mm)2.52.72.933.94.34.33.73.53.5141516182021232631310.97 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.90 0.86 0.86 2.58 2.80 3.02 3.15 4.15 4.61 4.67 4.12

15、 4.08 4.08 b流線s(mm)2.52.72.933.94.34.33.73.53.5192022232425262731310.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.91 0.90 0.89 0.86 0.86 2.64 2.873.133.264.274.744.784.154.084.08 c流線s(mm)2.50 2.72.933.94.34.33.73.53.525 27.52929.53030303131310.90 0.89 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.86 0.86 0.86 2.78 3.043.123.454.54.974.97

16、4.134.084.08表1 葉片加厚數(shù)據(jù) 圖8 葉片加厚圖（7)作木模圖 從葉輪吸入口方向去看葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，葉輪為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則我們作木模截線時(shí)，葉片背面的木模截線畫在左面，而葉片工作面的木模截線畫在右面。流線a的葉片工作面和背面，流線c的葉片背面在平面上的投影畫在左面，作圖方法是用o點(diǎn)為圓心，用a流線處葉片工作面和背面與各軸面交點(diǎn)到軸心線的垂直距離，用c流線處葉片背面與各軸面交點(diǎn)到軸心線的垂直距離，即以這許多距離為半徑，在左部木模圖上做圓弧與相對(duì)應(yīng)的軸面相交，得到個(gè)各交點(diǎn)后，用光滑的曲線連接之，即得到這三條線在平面圖上的投影圖。而后又以a、b、c等木模平板線與葉片背面各軸面截線的焦點(diǎn)到軸

17、心線的垂直距離為半徑，仍以o點(diǎn)為圓心作圓弧再與相應(yīng)的軸面相交，并以光滑曲線連接之，得到a、b、c等平面與葉片背面的交線在平面圖上的投影線，我們稱此投影線為木模截線。用同樣的方法，作出葉片工作面上a流線和c流線以及葉片背面上的c流線在平面圖上的投影線，以及葉片工作面的木模截線。這樣我們就完成了木模圖的繪制。如下所示： 圖9 木模圖第三章 壓水室水力設(shè)計(jì) 壓出室的作用和要求：1. 壓出室地作用是將葉輪中流出的液體收集起來，并送往壓力管路或下一級(jí)葉輪的吸入口。2. 將液體送往壓力管路或下一級(jí)葉輪的吸入口前，要消除葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把葉輪的這部分動(dòng)能盡量轉(zhuǎn)化成壓能。3. 將液體送往壓力管路或下一級(jí)葉輪前

18、，要降低液流的速度，以減小壓力管路中的水利損失或適合下一級(jí)的葉輪吸入口要求。4. 液流自葉輪中流出時(shí)，速度是很大的，所以壓出室中的水力損失很大，它約將占整個(gè)水泵水力損失的一半左右，所以壓出室的設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意，要求盡量減小壓出室本身的水力損失在設(shè)計(jì)工況下，液流自葉流入壓出室時(shí)要求不產(chǎn)生撞擊損失。 螺旋形壓出室又叫渦殼，使離心泵中用的最廣泛的壓出室之一，本設(shè)計(jì)使用的也是這種壓出室。一、確定渦室的主要技術(shù)參數(shù)：1.基圓直徑 取=2402. 渦室的進(jìn)口寬度 取=55m 3. 渦室的隔舌安放角 查表8-1，用插值法 得。二、確定渦室斷面形狀和斷面面積 斷面形狀為任意端面，用速度系數(shù)法計(jì)算第八斷面的面積：

19、 式中 渦室斷面的平均速度； 泵的單級(jí)揚(yáng)程；速度系數(shù)，由手冊圖810 查取第八斷面的面積 故 根據(jù) 依次求得其余各斷面的面積在按照如上求解過程求出其余。各斷面相應(yīng)的參數(shù)值 斷面0iiiiiiivvvivii15601051501952402853300.0003340.0013350.0023370.0033390.0043400.0053420.0063430.007345412141620242832表2 蝸殼斷面面積三、作出口斷面形狀以螺旋形壓出室出口斷面處的圓周面積為參考，作出口斷面形狀。在半徑為處作，然后作半徑為r的圓，使它與線的中點(diǎn)相切，再從線兩端點(diǎn)作兩條斜線，使： ，見下圖： 圖

20、9 蝸殼水力圖 作螺旋形壓出室各截面后，就求得各截面頂點(diǎn)到軸心線的距離，各截面的也為已知，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。見下圖： 圖10 螺旋形壓出室的平面圖五、螺旋形壓出室出口斷面后的擴(kuò)散管擴(kuò)散管的進(jìn)口形狀和螺旋形壓出室出口斷面形狀一致，擴(kuò)散管路的出口應(yīng)采用管路的標(biāo)準(zhǔn)直徑，擴(kuò)散管的擴(kuò)散角可取，擴(kuò)散管的長度則由出口速度要求決定，求擴(kuò)散管出口速度時(shí)所用的流量為泵的設(shè)計(jì)流量q，與壓出室出口斷面的流量不等，擴(kuò)散管的長度也不宜太長，太長在擴(kuò)散管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)脫流。 ， ，取 l=270mm式中：為擴(kuò)散管的出口內(nèi)徑，為螺旋形壓出室出口斷

21、面的當(dāng)量直徑，即：。如圖所示：圖11蝸殼出口斷面圖第四章 標(biāo)準(zhǔn)件的選用一、連接與緊固1葉輪聯(lián)結(jié)鍵：根據(jù)國標(biāo)（gb/t1096 - 2000）采用單圓頭平鍵根據(jù)d=35mm查得b*h=10*8mm，l=36mm (其中葉輪處工作長度為31mm)2聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)鍵：根據(jù)國標(biāo)（gb/t1096 - 2000）根據(jù)d=35mm查得b*h=10*8 mml=70mm (工作長度為60mm) 類型為單圓頭平鍵。二、法蘭的選用及其尺寸1.進(jìn)口處法蘭 公稱直徑=150mm具體尺寸：=295mm，=255 mm，=17.5 mm，=m16 2.出口處法蘭 公稱直徑，具體尺寸：=250mm，=225 mm，=17.5

22、mm，=m16三、軸承的選用由國標(biāo)gb/t292-1994選擇1.調(diào)心滾子軸承代號(hào)：2309ktn1ddb45100367712819.27100（油）2.角接觸球軸承代號(hào)：72309ac/dtddb4585335412880.5 kn5600（油）第五章 強(qiáng)度計(jì)算一、軸的強(qiáng)度校核1葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度2單級(jí)葉輪的勢揚(yáng)程 ， 3軸向力的計(jì)算 一般由下列各力組成：（1）葉輪前、后蓋板不對(duì)稱產(chǎn)生的軸向力，此力指向吸入口方向，用 表示；（2）動(dòng)反力，此力指想向葉輪后面，用表示；（3）軸臺(tái)、軸端等結(jié)構(gòu)因素引起的軸向力，其方向視具體情況而定，用 表示；（4）轉(zhuǎn)子重量引起的軸向力，與轉(zhuǎn)子的布置方式有關(guān)，用表示

23、；（5）影響軸向力的其他因素。其中：（1）軸向力 （2）動(dòng)反力：液體通常由軸向進(jìn)入葉輪，沿徑向或者斜向流出，液流通過葉輪其方向之所以變化，是因?yàn)橐后w受到葉輪作用力的結(jié)果，反之，液體給葉輪一個(gè)大小相等方向相反的作用力，該力即為動(dòng)反力：， （3）葉輪及其內(nèi)部液體的重量： （4）軸的重量引起的軸向力4徑向力的計(jì)算 葉輪，聯(lián)軸器等傳動(dòng)部件殘余不平衡質(zhì)量引起的離心力（力的方向是變化的），可用下式計(jì)算 ： 聯(lián)軸器： 葉輪 f=210+352.74=563n 5強(qiáng)度校核總軸向力 f=1294n 危險(xiǎn)截面在葉輪連接處有鍵槽的軸截面。（1）彎曲應(yīng)力 彎矩m= （2）拉應(yīng)力 （3）切應(yīng)力 按第四強(qiáng)度理論，折算應(yīng)力

24、 按屈服極限取安全系數(shù) 則軸滿足強(qiáng)度要求。二、鍵的強(qiáng)度計(jì)算1.葉輪與軸之間的鍵 選用半圓頭普通平鍵 ,d=36mm (1)工作面的擠壓應(yīng)力 (2)剪切應(yīng)力 此鍵符合強(qiáng)度要求 。 2. 聯(lián)軸器與軸之間的鍵 選用圓頭普通平鍵 由軸徑查表確定鍵的尺寸 ,d=35mm （1） 工作面的擠壓應(yīng)力 （2） 剪切應(yīng)力 此鍵符合強(qiáng)度要求。三、葉輪強(qiáng)度計(jì)算1.蓋板強(qiáng)度校核 葉輪外徑 蓋板的壓力主要由離心力造成的，半徑越小的地方，應(yīng)力越大，校核要求鋼 ，鑄鐵=kpa取， 即6mm按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板則符合要求2、葉片厚度計(jì)算根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面的計(jì)算葉片厚度的公式：

25、查表得：a=3.2（鋼） h=70m z=6代入上式： 實(shí)際s=4mm故符合要求。四、泵體強(qiáng)度計(jì)算 1、殼體壁厚 因蝸殼幾何形狀復(fù)雜，且受力不均，故難以精確計(jì)算 用下式來估算：（cm）其中：當(dāng)量壁厚故：取s=10毫米鋼（1980714710）kpa五、軸承的強(qiáng)度校核圖12 軸1、在第2處軸徑d=45mm處，使用調(diào)心滾子軸承，代號(hào)2309ktn1查手冊知，。如上圖所示 軸承支反力 ，對(duì)2點(diǎn)， ，則有： ， 得 與方向相同 軸向力： 由手冊查得: 其中： 其中：查得泵用軸承的壽命為：4000060000h，故符合強(qiáng)度要求。2、 在點(diǎn)1處，使用角接觸球軸承，代號(hào)為7209ac，兩個(gè)。軸向力：，由相對(duì)軸向載荷插值 得： = 其中：查得泵用軸承的壽命為：4000060000h故符合強(qiáng)度要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)這四年來所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，也是為以后的工作打基礎(chǔ)，起了承上啟下的作用。在這一設(shè)計(jì)的過程中，我由心底里感覺到了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性。所謂不積跬步無以致千里，不積小溪無一成江河，設(shè)計(jì)中的每一步，每一部分都不可或缺，環(huán)環(huán)相扣，緊密相接，幾乎用到了全部所學(xué)知識(shí)。也讓我感悟到前面所學(xué)課