軸流泵設計說明書

1、 JIANGSU UNIVERSITY本 科 課 程 設 計設計說明書題目： 立式軸流泵學院名稱： 能源與動力工程學院專業(yè)班級： 流體機械及其自動控制卓越學生姓名： 范嶼岑學 號： 3100201065設計導師： 高波2013 年11月目 錄第一部分 內容摘要3第二部分 概 述4第三部分 設計方案及原理說明7第四部分 水力設計8第五部分 結構設計15第六部分 重要部件的校核20第七部分 參考文獻25第八部分 課程設計小結26第一部分 內容摘要 軸流泵流量大，揚程低，比轉速高，軸流泵的液流沿軸方向流動，其設計的基本原理與離心泵基本相同。軸流泵大多是單級立式的，可以分為固定葉片式和可調葉片式兩種。

2、本設計的題目是可調葉片式軸流泵即葉片可調節(jié)傾斜角度。其內容只有大致工況設定，沒有具體工作環(huán)境說明的要求，大致要求材料要有一定的耐腐蝕性能。此外，軸流泵廣泛應用于多種場合。泵既有離心式的，也有軸流式的，既有立式的，也有臥式的，既有單級的，也有多級的，應不同場合而定。本畢業(yè)設計要求為設計立式軸流泵，這就決定了設計方向為：立式、單級、軸流。 泵主要由泵體、傳動軸和傳動裝置等組成。其傳動裝置是將原動機的動力傳遞給泵軸的中間裝置。泵設計最主要的是水力設計葉片及導葉的水力設計。葉片的水力設計采用兩種方法：圓弧法和升力法。經分析比較：采用圓弧法設計的軸面投影圖葉片更為光滑，難度相對更高；采用升力法設計的軸面

3、投影圖，雖然比圓弧法設計的稍微差點，但是，由于當今國內的制造水平對于三維曲面的加工還相對落后，即使是好的設計也是難以加工出來的，對于空間曲面加工效果好的機床是五軸聯(lián)動機床，國內包括在國內的外企，擁有五軸聯(lián)動機床的公司屈指可數(shù)。回頭來看升力設計法，這種水力設計法雖然可能相對簡陋，但是它簡單實用，可操作性強，更加適合初級設計人員，對于本科畢業(yè)生來說是更好的操練工具。導葉則采用的是流線設計法。由于導葉是按錐面分流線，所以設計為空間導葉。水力設計之后是結構設計，它決定著泵的受力情況，影響到泵的許多零件的強度問題，所以也是相當重要的。此次設計主要依據(jù)關醒凡教授的現(xiàn)代泵設計手冊進行水力設計，所有圖紙均采用

4、AutoCAD軟件繪制。第二部分 概述一、設計依據(jù)1.設計參數(shù)： 揚程 H 4 (m) 轉速 n 1470 ( r/min ) 比轉速 ns1600算得 Q0.7114m3/s二、設計內容1、文獻檢索、市場調研通過對國內外相關文獻的檢索和國內市場調研，了解目前所設計類型泵的特點和研究情況，熟悉其水力設計方法，對比分析幾種主要結構形式的優(yōu)缺點，確定設計方案。綜合文獻檢索和市場調研的結果，寫出調研報告。2、外文資料翻譯外文資料翻譯應通順、正確。3、水力設計掌握所設計類型泵的水力設計方法，按照給定設計參數(shù)進行水力設計，繪制木模圖。4、裝配圖和零件圖的繪制整體結構和零件設計必須合理、可靠，能滿足實際要

5、求，裝配圖和所有零件圖均可采用手工或CAD繪制，尺寸、公差等標注正確，圖紙符合國家制圖標準。5、設計計算說明書應綜合概括其設計計算過程和內容；結構形式的確定、水力設計、主要零件（軸、鍵）的強度校核、軸承使用壽命校核等，論證嚴謹，計算正確。三、設計思路1.文獻檢索：通過對有關軸流式料漿泵方面資料的檢索、學習，掌握其葉輪和導葉的水力設計方法，比較和掌握軸流式料漿泵的結構型式及特點。2調研工作：了解所輸送介質的物理、化學性質，以確定所用關鍵過流部件的材料。通過對有關軸流泵，以及料漿泵方面論文資料的檢索和學習，進一步掌握其相關的水力設計，尤其是決定所設計的泵的重要性能相關的關鍵步驟。并且在導師的帶領下

6、對靖江市金麟泵的實地參觀和學習，對所設計的軸流料漿泵及其它的離心液下化工泵的結構有了深刻的了解，并將其吸收到設計中去。3水力設計：依據(jù)關醒凡教授現(xiàn)代泵設計手冊里面所介紹的軸流泵葉片、導葉的設計方法，結合以往的設計資料及調研學習的結果，進行葉片、導葉的水力設計，繪制木模圖。 4. 畫總裝圖：參考以往軸流泵結構，畫總裝圖。選擇鍵、軸承等型號并對軸、鍵進行強度校核。5畫零件圖：參考已有的資料簡圖，根據(jù)水力設計結果，畫葉輪座、導葉體等過流和結構部件的零件圖，并在零件設計時考慮材料的工藝性及強度要求。 6畫其他零件：畫其他非標準零件的圖紙，形成整套圖紙。7. 整理設計說明書。四、設計意義 1熟悉軸流泵設

7、計流程，明白一些參數(shù)值意義，如何選取其值大小，以及其對葉輪外形、效率的影響。2鍛煉查閱資料、搜索所需資料的能力；熟悉材料標準，尤其是不銹鋼的選用，熟練掌握軸承、鍵標準及類型選用。熟練掌握繪圖軟件（AUTOCAD等），提高繪圖速度，掌握繪圖技巧。第三部分 設計方案及原理說明1 設計原理根據(jù)關醒凡教授現(xiàn)代泵設計手冊（北京：宇航出版社 1995）2 葉片、葉輪座等重要過流部件采用耐腐蝕不銹鋼材料。考慮制造工藝，導葉體、直管等零件過渡部位均采用圓角過渡。本設計中，葉輪、導葉體均采用砂型鑄造。（彎管與出口法蘭鑄造成一體）3 采用升力法進行葉片的水力設計；采用流線法進行導葉的水力設計4 其他零件參考以往和

8、實際產品的泵結構。5 對鍵、軸等進行強度校核時，力求精確，采用合理的安全系數(shù)以保證不盲目浪費材料。第四部分 水力設計一、葉輪的水力設計（一）結構參數(shù)的選擇1葉輪直徑D D10.5（0.7114/K） K一般取350415，取K350. 則D10.5（0.7114/350）0.473m 取D0.45m450mm2確定輪轂比 由比轉速與輪轂比的關系圖 大致取dhD0.30.35 dn1503確定葉片數(shù)Z 葉片數(shù)通常按選取50070010001400Z5645343為了更易于調節(jié)動平衡，取Z=34確定葉柵稠密度Z=3,葉輪外緣的葉柵稠密度推薦為，0.650.75，同時，適當減小外緣的，增加輪轂側的，

9、以減小內外側翼型的長度差，均衡葉片出口的揚程。所以，輪轂和輪緣之間各截面的按直線規(guī)律變化，其值為取，則 0.885確定葉片翼型的厚度： 通常輪轂截面的相對厚度為 （1015）%輪緣截面的厚度按工藝條件確定，通常輪緣截面的相對厚度 （25）%從輪轂到輪緣其厚度按直線規(guī)律變化。（二） 選定截面及計算1確定計算截面通常選取五個彼此等距離的計算流面。 各計算流面的半徑可按下式確定： 取r175mm 取r5=225mm r3=（r1+r5)/2=150mm r4=(r5+r3)/2=187.5mm r2=(r1+r3)/2=112.5mm2確定軸面速度和速度環(huán)量（1）確定軸面速度 初算時忽略容積損失，之

10、后再修正，則取，即 =4*0.7114/(0.45*0.45-0.15*0.15)=5.032m/s（2）確定速度環(huán)量=60*9.8*4/1470=1.63升力法設計計算選定截面計算表格設計公式截面截面截面截面截面u-Vu2/29.658516.046522.126528.082533.9781D1502253003754502u=Dn/6011.54517.31823.09128.86334.63635.0325.0325.0325.0325.03243.7732.5431.9291.5611.316Vm15.625.565.535.55.47h0.900.890.880.870.8650.

11、5210.3140.2270.1790.148627.41417.42212.78710.1488.41871111180.99980.99980.99980.99980.999890.4760.3160.2380.1930.16410157.08235.619314.159392.699471.239110.880.820.760.700.6412138.23193.208238.761274.889301.5931313819323927530214118.608282.811514.903813.9481179.826150.6050.2550.1390.0870.059160.6880

12、.3110.1830.1240.09217L1.281.721.922.102.20180.5380.1810.0950.0590.042190.070.040.030.020.012010.088.547.25.423.8421 選擇翼型RAF-6RAF-6RAF-6RAF-6RAF-6221.80.30.20.512329.21417.72212.98710.6489.418240.5650.190.10.0620.0444計算泵的汽蝕比轉速C 知道設計流量Q和軸流泵的轉速n，根據(jù)GB/T 13006-91,查取臨界汽蝕余量,計算泵的汽蝕比轉速C：計算各截面翼型厚度坐標（1）截面：l=13

13、8mm ymax=10.08x/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x03713.8027.6041.4055.2069.0082.8096.60110.40124.20138.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y14671010101097641R=1.01mm 斷面面積F1029.37 慣性矩J0=6671.18重心位置yc4.13mm r0.81mm（2）截面：l=193mm ymax=8.54mmx/l00.0250.050.100.2

14、00.300.400.500.600.700.800.901.00x04.8259.6519.3038.6057.9077.2096.50115.80135.10154.40173.70193.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y0.8543.50145.03866.23428.1138.522928.45468.1137.42986.31964.78242.9890.6832R=0.854mm 斷面面積F1219.68 慣性矩J0=5673.79重心位置yc3.5mm r0.68mm（3）截面：l=239m

15、m ymax=6.96mmx/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x061223.9047.8071.7095.60119.50143.40167.30191.20215.10239.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y134577776542104917.7735.5353.3071.0788.84106.60124.37142.14159.90177.67R=0.696mm 斷面面積F1230.95 慣性矩J0=3803.38重心位置yc2

16、.85mm r0.56mm（4）截面：l=275mm ymax=5.42mmx/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x071427.5055.0082.50110.00137.50165.00192.50220.00247.50275.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y1234555554320R=0.542mm 斷面面積F1102.97 慣性矩J0=2066.68重心位置yc2.22mm r0.43mmx/l00.0250.050.100.

17、200.300.400.500.600.700.800.901.00x081530.2060.4090.60120.80151.00181.20211.40241.60271.80302.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y0223444433210（5）截面：l=302mm ymax=3.84mmR=0.384mm 斷面面積F858.16 慣性矩J0=807.13重心位置yc1.57mm r0.31mm5葉輪繪型（1）畫翼型展開圖（2）確定葉片旋轉軸線位置： 旋轉軸線通常取離翼弦進口為（0.30.4）l處，

18、而且一般和翼型最大厚度位置一致。另外，旋轉中心一般通過翼型的骨線，也可以偏離骨線，但是，其縱向位置應當有規(guī)律變化，以保證葉片表面的光滑。（3）作葉片軸面投影圖，（4）坐平面投影圖和木模截線圖二、導葉的水力設計（一） 導葉結構參數(shù)的選擇 1 確定導葉體的擴散角 一般導葉體的擴散角為，取。2 導葉進口邊一般和葉輪出口平行，其間距為e=（0.050.1）D,即 e=22.545mm, 取 e45mm3 葉片數(shù)一般取Z=510片，高比轉速取小值，取Z5.4 彎管（管徑為）通常是等截面的，因此，與之相聯(lián)的擴散管出口直徑（）也應該與彎管相同，為標準直徑。 故450mm5 擴散管長度l=(1.52.7) ,

19、為擴散管進口直徑。建議l=(1.41.4) ,綜合以上，取l=700mm。6 導葉的設計與計算(見下表):序號計算公式單位123451rm75112.5150187.52252m/s3.7732.5431.9291.5611.3163m/s5.0325.0325.0325.0325.03240.8950.9050.9100.9150.9251.492.1862.8673.5234.156弧度0.981.141.241.291.33角度56.1565.3271.0573.9176.26mm666667mm7.226.66.346.246.188777779mm67.3101134.6168.32

20、02100.890.930.950.960.9711emm166.5172.09177.67183.25188.8312角度909090909013174176180185190140.030.030.020.020.02rad0.060.060.040.040.0415298.845411.722546.63661.01790.958（二） 導葉繪型 按錐面分流面，其作圖方法和葉輪葉片繪型完全相同，即采用扭曲三角形法繪型。1根據(jù)計算繪制軸面投影圖，在軸面投影圖上作等距木模截線。2.作流線展開圖3.在展開圖上作流線4.做平面投影圖第五部分 結構設計（一）吸入室的設計葉輪直徑選用喇叭口形吸入口。

21、軸流泵吸入室的作用和要求與離心泵的吸入室一樣： 1.將水吸入葉輪如口； 2.吸入室中水力損失要?。?3.液流自吸入室流入葉輪吸入口時，速度分布要均勻。喇叭形吸入管的設計：喇叭形吸入管，它的上端與葉輪室相連，這是一種最簡單的，水力性能最好的吸入室，液體經過喇叭管后速度封閉均勻。設計時，根據(jù)設計為半調節(jié)的要求，和葉輪螺母的實際尺寸，本著經濟實用的原則。取內管壁圓弧半徑 R=160mm,喇叭管高H=160mm。其最終圖如下：（二）彎管的設計 根據(jù)設計要求，彎管轉角為60°，內曲率半徑為=（0.51）,為彎管進口直徑。所以，=（0.51）*500=250500mm, 取=500mm。（三）泵

22、軸的設計1.估算泵的效率（1）估算水力效率水力效率可由經驗公式算得，即 ， 取（2）估算泵的總效率 軸流泵的容積效率較高，一般取0.960.99,取0.96； 機械效率視具體結構型式而定，一般取0.950.97,取0.95所以，總效率為 =0.91×0.96×0.95=0.829取 =0.822.軸功率P的確定 P= （根據(jù)設計要求，取=1000）=1000*9.8*0.7114*4/1000/0.82=34.02KW3. 計算配套功率P P=P其中, 由電動機帶動（原動機） K=1.2,=1 P=P=×34.02=40.824(KW)使用電動機為：Y系列三相異步

23、電動機225M4p， P45kw4.計算扭矩M M=9550 =292.35(Nm)5.計算軸徑d d=28.99mm d取40mm (材料選用3Cr13 其中=600*10P)(四) 軸承的選用軸向力AkpgH(Rm²-Rh²)=1*1000*9.8*4*(0.225 ²0.025²）6157.52N 1 下軸承的選用：雙列角接觸球軸承 滾動軸承根據(jù)國標GB/T 296-1994 軸承代號: 3314 基本尺寸/mm d: 70 、基本尺寸/mm D:125、基本尺寸/mm B:39.7 基本額定載荷/kN|Cr: 132kN 基本額定載荷/kN|C0

24、r: 172kN極限轉速/(r/min)|脂: 2800極限轉速/(r/min)|油: 3800重量/kg| W: 1.9kg2.上軸承的選用： （五） 出口法蘭的確定 由GB2555-81 并查現(xiàn)代泵技術手冊JB7859標準平面對焊鋼制管法蘭(PN0.6MPa)公稱通徑DN: 500mm法蘭焊端外徑(管子外徑)|A: 508mm法蘭外徑D: 645mm，螺栓孔中心圓直徑K: 600mm螺栓孔徑L:22 ， 螺栓數(shù)量 n: 20 ， 法蘭厚度C:26 .（六）墊圈，螺栓，墊片的選用彈簧墊圈： 按GB93-87選取 螺栓：六角頭型按GB5782-86選取 墊圈：按GB/T95-2002選取 各具

25、體尺寸按照總裝圖中的要求。（七）電機的選取選取電機型號Y系列三相異步電動機225M4p， P45kw立式安裝、機座不帶底腳、端蓋上有凸緣、軸伸向下的電動機機座號: 225M-4, 凸緣號: FF400外形尺寸AC: 475 , 外形尺寸AD: 345外形尺寸HF: 610 , 外形尺寸L: 935 水泵的整體結構見裝配圖第六部分 重要部件的校核一、鍵的確定及校核 在本次的設計中，在葉輪葉片與葉輪座部分，主軸與聯(lián)軸器都需使用鍵。 查機械設計手冊GB/T 109619901. 葉輪與軸處使用的鍵 傳遞的轉矩 T = 292.35N·mm軸的直徑 d =35 mm鍵的類型A型鍵的截面尺寸b

26、×h =10x8 mm鍵的長度L =60mm鍵的有效長度L0 =50.000 mm軸槽深t ：5.0mm 轂槽深t1: 3.3mm最弱的材料鋼載荷類型靜載荷許用應力p =135 MPa 計算應力p =69.607 MPa 所以，校核計算結果： 滿足強度要求2. 軸與聯(lián)軸器處使用的鍵 傳遞的轉矩 T = 292.35N·mm軸的直徑 d =40 mm鍵的類型A型鍵的截面尺寸b×h =12x8 mm鍵的長度L =80 mm鍵的有效長度L0 =66.000 mm接觸高度k =3.600 mm最弱的材料鋼載荷類型靜載荷允許用應力p =135 MPa計算應力p =18.04

27、6 MPa所以，校核計算結果： 滿足強度要求二、 軸向力和徑向力的計算 1. 軸向力的計算軸流料漿泵的軸向力通過成對反裝角接觸球軸承平衡。軸向力主要組成：A. 作用在葉片上的軸向力；B.輪轂上液體作用的軸向力；C.轉子重量G。(1) 作用在葉片上的軸向力 式中：葉輪半徑（m） 葉輪輪轂半徑(m)引入輪轂比1/3，得到5272.47N(2) 輪轂上_液體作用的軸向力 798.79N(3) 轉子重量a. 泵軸重量 =250Nb. 葉輪及輪轂重量G350Nc. 聯(lián)軸器重量 G113Nd. 角接觸球軸承重量 G=19N所以，轉子總重量為 732N則，總軸向力為 =5272.47+798.79+732

28、=6803.26(N)2.徑向力計算由葉輪、聯(lián)軸器等轉動部件殘余平衡質量引起的離心力。 最大半徑處的殘余不平衡質量(g)葉輪、聯(lián)軸器等的最大半徑（mm）允許不平衡量的計算公式：mM*G*60/(2rn)*10³(g)本設計采用輪轂處的滑動軸承平衡徑向力。（1）葉輪處：最大半徑處的殘余不平衡質量(g)=7.26g葉輪、聯(lián)軸器等的最大半徑（mm）=225mm =37.73(N) （2）聯(lián)軸器處： =10.82(N) 所以，總的徑向力為： =37.73+10.82 =48.55(N) 因此，徑向力非常小，可以忽略。三、軸承壽命較核 由軸承負荷計算公式 式中： ：作用于軸承的負荷（N） ：理

29、論上的計算負荷（N） ：負荷系數(shù) 由以上計算，有Fr=48.55(N)Fa=6803.26(N) 當量動負荷 查表得 則=0.6348.55+1.24*6803.268466.63 軸承壽命（單位h）： 球軸承，由轉速，1450基本額定載荷/kN Cr: 132kN，溫度系數(shù)=1.00 則，計算得 Lh43558.29h >40000h約為1815天，4.97年以上四、 軸的強度校核根據(jù)前面用扭矩計算得最小軸徑，對其進行校核如下： 軸的材料為3Cr13，直徑d =40mm 扭矩=292.35N·m，軸向力A=6803.26N 危險斷面在葉輪與軸聯(lián)結處：1. 拉應力 =0.00121m² 、=6803.26/0.00121=5.6Mpa2. 彎曲應力 由于葉輪的重力在葉輪處產生的彎矩=0，所以 3. 切應力 =2.353*10-5 按第四強度理論折算應力 =292.35/2.353*10-5=12.4MPa = 22.195MPa 安全系數(shù) n 的 n=22 所以 =28.70022，即 軸滿足強度要求。第七部分 參 考 文 獻1 機械設計手冊