體流機(jī)械說明書is離心泵

西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書流體機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(IS離心泵)目錄摘要……………31前言………………42葉輪的水力設(shè)計(jì)…………………52.1泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定……52.2葉輪主要參數(shù)的選擇和計(jì)算…………62.3葉輪的繪型…………112.4作葉輪進(jìn)出口速度三角形……………233壓水室的水力設(shè)計(jì)……………243.1壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理……………243.2壓水室的設(shè)計(jì)和計(jì)算…………………264結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………314.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………314.2裝配圖輪廓尺寸的初定……………315強(qiáng)度計(jì)算………335.1泵軸的強(qiáng)度計(jì)算……335.2鍵的強(qiáng)度計(jì)算………395.3軸承壽命的計(jì)算…………406結(jié)論……………44總結(jié)與體會(huì)…………45謝詞………………46參考文獻(xiàn)……………47

摘要本設(shè)計(jì)是根據(jù)給定設(shè)計(jì)參數(shù)完成單級(jí)單吸離心泵IS200—150—250的水力及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括葉輪、壓水室的水力設(shè)計(jì)和泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(gè)斷面參數(shù)，并進(jìn)行繪形。最后對(duì)泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制了裝配圖和部分零件圖，并對(duì)軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算。關(guān)鍵詞：離心泵；葉輪；蝸殼；水力設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractAccordingtothedesignparametersatthegivenpoint,thispaperaccomplishedthedesignofthecentrifugalpump.Itmainlycontainedthehydraulicdesignoftheimpeller,volutecasingandstructuralofpump,structuraldesignofthepump.Basedontheresolutionmethodofdesignofthepump,authorobtainedthegeometricparametersoftheimpeller.Thenauthorprojectedandcheckedthecross-sectionofimpeller,drewthecylindricalbladeusingmethodsofgridsquareconformaltransformation.Onthebasisofconstantvelocitymoment,authorcalculatedparametersofcross-sectionofvoluteusingdigitalintegralmethod.Authoralsodrewthespiralcurveanddiffuserofvolutecasing.Finally,thestructuralofthepumpwasdesignedandassemblydrawingcomponentgraphicsweredrew.Inaddition,thisprogramhasbeencheckedstrengthofthepumpshaft.【Keywords】：centrifugalpumps；impeller；volutecasing；hydraulicdesign；structuraldesign

1前言水泵是一種應(yīng)用廣泛的水力通用機(jī)械，在航天、航空、發(fā)電、礦山、冶金、鋼鐵、機(jī)械、造紙、建筑以及農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。近年來，在農(nóng)田水利建設(shè)和石油化學(xué)等工業(yè)部門的迅猛發(fā)展中，對(duì)離心泵的需求越來越大。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)給定設(shè)計(jì)參數(shù)完成IS200-150-250型離心泵水力及和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成泵總裝圖的繪制。該泵在設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)如下：揚(yáng)程，流量，轉(zhuǎn)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(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體。根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)，完成如下設(shè)計(jì)內(nèi)容：葉輪水力設(shè)計(jì)，進(jìn)行葉片繪形；壓水室水力設(shè)計(jì)，進(jìn)行壓水室繪形；驗(yàn)算泵的抗汽蝕性能；完成總裝圖的繪制；對(duì)泵的主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，完成3000字專業(yè)文獻(xiàn)英譯漢。２葉輪的水力設(shè)計(jì)葉輪是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗空蝕能力、特性曲線的形狀，都與葉輪的水力設(shè)計(jì)有緊密的關(guān)系。2.1泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定2.1.1給定的數(shù)據(jù)和要求（1）泵的型號(hào)：IS200—150—250（2）流量：（3）效率：。（4）揚(yáng)程：（5）轉(zhuǎn)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(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體。2.1.2首先由給定的泵的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)IS200-150-250，即可得泵進(jìn)口直徑泵出口直徑。2.1.3汽蝕汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)可知，轉(zhuǎn)速、汽蝕基本參數(shù)和這三個(gè)參數(shù)之間有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對(duì)于一定值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則將增大，當(dāng)該值大于所提供的裝置汽蝕余量時(shí)，就會(huì)發(fā)生汽蝕。按汽蝕條件來確定泵的轉(zhuǎn)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(jì)算汽蝕條件下所允許的轉(zhuǎn)速。即式中：=（—考慮汽蝕的安全余量）。汽蝕允許轉(zhuǎn)速：經(jīng)驗(yàn)算可知，轉(zhuǎn)速小于汽蝕允許轉(zhuǎn)速，符合要求。2.1.4計(jì)算比轉(zhuǎn)速，確定泵比轉(zhuǎn)速公式為取186在范圍，泵的效率最高，當(dāng)時(shí)，泵的效率將顯著下降。采用單級(jí)單吸式時(shí)過大，可考慮改成雙吸，反之采用雙吸過小時(shí)，可考慮改成單吸式葉輪，泵的特性曲線的形狀也和有關(guān)。本次設(shè)計(jì)選用單級(jí)單吸式的水力方案。2.2葉輪的主要參數(shù)的選擇和計(jì)算葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進(jìn)口直徑、進(jìn)口當(dāng)量直徑、葉輪輪轂直徑、葉片進(jìn)口安放角、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、葉片出口角和葉片數(shù)Z。葉輪進(jìn)口幾何參數(shù)對(duì)汽蝕具有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對(duì)性能（H、Q）具有重要影響，而兩者對(duì)效率均有影響。2.2.1葉輪進(jìn)口直徑葉輪進(jìn)口直徑與進(jìn)口速度有關(guān)，從前限制進(jìn)口速度一般不超過，認(rèn)為進(jìn)一步提高葉輪進(jìn)口流速會(huì)降低泵的抗汽蝕性能和水力效率。實(shí)踐證明：泵在相應(yīng)增加進(jìn)口很廣的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能保持水力效率不變，所以如果設(shè)計(jì)的泵對(duì)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(duì)速度的大小和變化，所以應(yīng)當(dāng)考慮泵進(jìn)口對(duì)相對(duì)速度的影響，通常在葉輪流道中相對(duì)速度是擴(kuò)散的，即＞。這樣從減小進(jìn)口相對(duì)撞擊損失的流道中的擴(kuò)散損失考慮，都希望減小，若假定最小，可推出計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑的公式。進(jìn)口當(dāng)量直徑：,圓整取192式中:根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)此泵確定為=4.5進(jìn)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=3.5～4.0兼顧效率和汽蝕=4.0～5.0主要考慮汽蝕=5.0～5.5這里選取=4.5輪轂直徑：所以葉輪進(jìn)口直徑：2.2.2葉輪出口直徑葉輪外徑和葉片出口角等出口幾何參數(shù)，是影響泵的揚(yáng)程的最重要的因素。另外，影響泵揚(yáng)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(guān)?？梢娪绊懕玫膿P(yáng)程的幾個(gè)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?yàn)閴核业乃p失和葉輪出口的絕對(duì)速度的平方成正比。為了減少壓水室的水力損失，應(yīng)當(dāng)減小葉輪出口的絕對(duì)速度，因此，我們把在滿足設(shè)計(jì)參數(shù)下使葉輪出口絕對(duì)速度最小作為確定的出發(fā)點(diǎn)。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(guān)，現(xiàn)將表示為的函數(shù)，由基本方程式推出的計(jì)算公式并計(jì)算出具體的數(shù)值為：取。2.2.3葉輪出口寬度由于制造關(guān)系，這里取2.2.4葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)時(shí)，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(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。參考[1]P108，葉片數(shù)按比轉(zhuǎn)速選擇（表2-1），取。表2-130～4545～6060～120120～300Z8～107～86～74～62.2.5泵效率先分別計(jì)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(jī)械效率。（1）容積效率:葉輪前后蓋板外側(cè)與腔內(nèi)側(cè)形成了兩個(gè)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(jìn)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(jìn)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(dòng)過程中全部不可逆的轉(zhuǎn)化為熱能，形成一種能量損失。在后泵腔輪轂處，因?yàn)樵O(shè)有各種形式的密封裝置，這一典型的流動(dòng)可以忽略不計(jì)。因而葉輪進(jìn)口密封間隙處的這一泄漏量代表了離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(yàn)公式計(jì)算：（2）水力效率（3）機(jī)械效率由于知道總效率，又可以計(jì)算出2.2.6葉輪外徑是葉輪最重要的尺寸，故需要精確計(jì)算。以基本方程式精確計(jì)算，從理論上講是比較嚴(yán)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(yàn)公式計(jì)算。實(shí)踐證明，精確計(jì)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(dāng)?shù)慕蔷恪＃?）查相應(yīng)資料，葉片出口安放角一般在的范圍內(nèi)，通常選用。對(duì)高比轉(zhuǎn)速泵，可以取小些，低比轉(zhuǎn)速泵可以取大一些。本次設(shè)計(jì)取。（2）求葉片出口排擠系數(shù)，需要確定葉片厚度，軸面截線與軸面流線的夾角取。（3）第一次精確計(jì)算葉輪外徑，按照初定尺寸畫出軸面投影后計(jì)算。葉片出口排擠系數(shù)：理論揚(yáng)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(yáng)程：在每次計(jì)算中都可以認(rèn)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(jìn)行第二次精算。（4）第二次精確計(jì)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(zhǔn)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(yīng)當(dāng)根據(jù)這些確定的尺寸完成葉片繪型，為此應(yīng)首先繪制葉輪軸面投影圖。畫圖時(shí)，最好選擇相近，性能良好的葉輪圖作為參考，考慮泵的設(shè)計(jì)的具體情況加以改進(jìn)。軸面投影圖的形狀，十分關(guān)鍵，應(yīng)經(jīng)過反復(fù)修改，力求光滑順暢。同時(shí)，應(yīng)考慮到：(1)前后蓋板出口保持一段平行或?qū)ΨQ變化；(2)流道彎曲不應(yīng)過急，在軸向結(jié)構(gòu)允許的情況下，以采取較大的曲率半徑為宜。設(shè)計(jì)時(shí)參考性能較好的相同比轉(zhuǎn)速葉輪軸面投影圖形狀來繪制。2.3.1軸面投影圖繪制的已知控制尺寸只有四個(gè)：葉輪半徑，葉輪進(jìn)口直徑，葉輪出口寬度和輪轂直徑，所繪軸面投影圖應(yīng)當(dāng)滿足這四個(gè)已知尺寸。繪制低比轉(zhuǎn)速葉輪軸面投影圖時(shí)，應(yīng)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(zhuǎn)速葉輪中都是直線。為提高葉輪水力效率和保證圓柱形葉片進(jìn)口沖角不至太大，這兩條直線應(yīng)對(duì)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(qiáng)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(yīng)于兩直線相切。在泵的軸向尺寸要求不嚴(yán)格時(shí)，可取大一些。后蓋板流線下部一半也以一段圓弧構(gòu)成，此圓弧與直線相切，也應(yīng)與1/2的水平線相切（對(duì)于軸不穿越葉輪吸入口的葉輪，水平線指葉輪軸心線，這時(shí)并不強(qiáng)求圓弧與軸心線一定相切），比值一般在1.2～2這一范圍內(nèi)。必要時(shí)，過渡圓弧也可以用兩相切圓弧構(gòu)成。2.3.2軸面投影圖畫出之后，必須檢查流道面積變化是否合理，如圖2-1。如果流道面積無規(guī)律變化，則會(huì)產(chǎn)生局部漩渦，增大損失。圖2-1軸面液流過水?dāng)嗝鏅z查步驟如下：（1）在周面投影圖流道內(nèi)作6～10個(gè)內(nèi)切圓。內(nèi)切圓個(gè)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(jì)算點(diǎn)過水?dāng)嗝嫘纬删€與流道中線交點(diǎn)到葉輪進(jìn)口中點(diǎn)的曲線距離，并分別按上述方法計(jì)算出面積，流道中線如圖2-2所示。（3）連接相應(yīng)的圓心與前后蓋板的切點(diǎn)，如下圖中三角，將三角形中垂線分為三等分，分點(diǎn)為和。過點(diǎn)且和軸面流線相垂直的曲線是過水?dāng)嗝娴男纬删€，其長(zhǎng)度可得。過水?dāng)嗝嫘纬删€的重心近似認(rèn)為和三角形的重心重合（點(diǎn)），重心半徑為。設(shè)曲線長(zhǎng)為b，曲線繞葉輪軸心線旋轉(zhuǎn)一周所得的軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e可用來計(jì)算。依次量出各計(jì)算點(diǎn)過水?dāng)嗝嫘纬删€與流道中線交點(diǎn)到葉輪進(jìn)口中點(diǎn)的曲線距離，并分別按上述方法計(jì)算出面積。圖2-2流道中線圖各過流斷面的面積計(jì)算出后，可用縱坐標(biāo)表示過流斷面面積，用橫坐標(biāo)表示流道中線長(zhǎng)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2-2F-L曲線計(jì)算表序號(hào)(mm)(mm)(mm)14898289380260833127453388633481692411253372781195131494031113961494643043158由此表畫出曲線，如圖2-3所示：圖2-3F-L曲線一般來說，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。2.3.3一元理論假設(shè)流動(dòng)是對(duì)稱的，即每個(gè)軸面上的流動(dòng)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(gè)過流斷面分成幾個(gè)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(zhǎng)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(shí)可以隨手勾畫出流線的形狀，然后進(jìn)行驗(yàn)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(dāng)過流斷面形成線被分成幾部分后，這些小段曲線與直線相近，檢查時(shí)可以近似的取每一小段弧線的中心點(diǎn)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(gè)絕對(duì)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(gè)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(jì)算表過水?dāng)嗝媪鞯勒`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--229.692.627410.16%40--126.8110.1295129270.81%1--228.6101.529030.83%50--124.2130.531583152.50.17%1--224.8126.931470.17%60—123148.63418341801--223148.634180最后根據(jù)計(jì)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(zhuǎn)一周形成的回轉(zhuǎn)面是一個(gè)流面。因而，要分流面就是將每一過流斷面分成幾個(gè)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(gè)圓環(huán)面積相等確定分點(diǎn)。2.3.4（1）葉片進(jìn)口邊的確定在畫出葉輪軸面投影圖之后，應(yīng)在圖中畫出葉片進(jìn)口邊，進(jìn)口邊的位置對(duì)葉輪的汽蝕性能關(guān)系密切，葉片進(jìn)口邊的形狀也對(duì)汽蝕初生有直接的影響。適當(dāng)向葉片入口延伸，有利于提高葉輪抗汽蝕性能。進(jìn)口邊各點(diǎn)葉片安放角相差不大，實(shí)際葉片進(jìn)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(jìn)口邊時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：進(jìn)口邊與前后蓋板輪轂線的夾角不要太小，A、B兩點(diǎn)的高度差不要太大，且過A、B兩點(diǎn)的直線與軸心線夾角一般在內(nèi)。本次設(shè)計(jì)葉片進(jìn)口邊的確定如圖2-5所示。圖2-5葉片進(jìn)口邊的確定（2）進(jìn)口安放角的確定葉片進(jìn)口角，通常取之大于液流角，即，其正沖角。沖角的范圍通常為。采用正沖角可以提高抗汽蝕性能，并且對(duì)效率影響不大，對(duì)于扭曲葉片可沿葉片進(jìn)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?yàn)檫@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：=1\*GB3①用正沖角，能增大葉片進(jìn)口角，減少葉片的彎曲，從而增大葉片進(jìn)口過流面積，減小葉片的排擠，最終減小葉片進(jìn)口的和。=2\*GB3②用正沖角，在設(shè)計(jì)流量下，液體在葉片進(jìn)口背面產(chǎn)生脫流。=3\*GB3③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(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)選較大的沖角。葉片進(jìn)口邊有時(shí)和過水?dāng)嗝嫘纬删€重合，有時(shí)不重合。進(jìn)口邊與三條流線的交點(diǎn)、、三點(diǎn)的過水?dāng)嗝娌煌?。?）葉片進(jìn)口角的確定葉片進(jìn)口角是葉輪主要幾何參數(shù)，對(duì)泵的性能參數(shù)、水力效率和特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(shè)計(jì)流量下沖擊損失增大，容易使特性曲線出現(xiàn)駝峰。本次設(shè)計(jì)取。2.3.5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(jìn)口圓周速度：2.3.6葉片進(jìn)口邊在平面上的投影在同一個(gè)軸面上的為好。但是也可以不在一個(gè)軸面投影圖上，在葉輪的軸面投影上作葉片的進(jìn)口邊，應(yīng)盡量使葉片進(jìn)口邊之間的幾條流線趨于相等。進(jìn)口邊和流線夾角最好是直角。葉片進(jìn)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。葉片進(jìn)口邊向吸入口方向適當(dāng)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(jìn)口邊應(yīng)使前后蓋板的長(zhǎng)度不能相差太大，否則容易產(chǎn)生二此回流。作圖時(shí)應(yīng)考慮以上的綜合因素，并參照比轉(zhuǎn)速相近的模型，作出出口邊。（1）作葉片進(jìn)口邊并計(jì)算葉片進(jìn)口速度（2）計(jì)算進(jìn)口角假設(shè)取與假定的相符。得得B流線葉片進(jìn)口排擠系數(shù)：B流線軸面進(jìn)口速速：B流線葉片進(jìn)口液流角：B流線葉片進(jìn)口沖角：C流線葉片進(jìn)口排擠系數(shù)：C流線軸面進(jìn)口速度：C流線葉片進(jìn)口液流角：C流線葉片進(jìn)口沖角：一般來說，應(yīng)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(jìn)口過流面積，且采用正沖角，在設(shè)計(jì)流量下，液體在葉片進(jìn)口背面產(chǎn)生脫流。因?yàn)楸趁媸侨~輪流道的低壓側(cè)，在這里形成的旋渦不容易向高壓側(cè)擴(kuò)散，因而旋渦是穩(wěn)定的、局部的、對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)，則應(yīng)選擇較大正沖角。2.3.7所謂葉片繪型就是畫葉片。為此，應(yīng)當(dāng)在幾個(gè)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(shè)計(jì)中，采用保角變換法進(jìn)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(gòu)成小扇形格網(wǎng)，并且令小扇形的軸面長(zhǎng)度，和圓周方向上的長(zhǎng)度相等。當(dāng)所分的這些小扇形足夠小時(shí)，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(jìn)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(duì)應(yīng)相等。展開流線的長(zhǎng)度和形狀則于實(shí)際流線可能不相同。因此只在相似，而不追求相同?？梢栽O(shè)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(yīng)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(guān)系，則對(duì)應(yīng)的角度相等，即保持角度不變，變換到（平面和軸面投影）上。因?yàn)樗欣L制扭曲葉片的方法，均適宜于繪制圓柱葉片，故以扭曲葉片為例進(jìn)行敘述。=1\*GB3①沿軸面流線分點(diǎn)分點(diǎn)的實(shí)質(zhì)就是在流面上畫特征線，組成扇形格網(wǎng)。因?yàn)榱髅婵梢杂幂S面圖和平面圖表示，因此，分點(diǎn)在軸面圖上沿以條流線（相當(dāng)于一個(gè)流面）進(jìn)行。流面就是軸對(duì)稱的，一個(gè)流面的全部軸面流線均相同，所以只要分相應(yīng)的一條軸面流線，就等于在整個(gè)流面上繪出了方格網(wǎng)。流線分點(diǎn)的方法很多，現(xiàn)在介紹兩種：a)逐點(diǎn)計(jì)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(diǎn)就越多；——流面上的扇形中心（軸面流線兩分點(diǎn)中間）的半徑。分點(diǎn)的方法是葉輪出口，沿軸面流線任意取，量出段中點(diǎn)的半徑，按照計(jì)算。如果算得的等于預(yù)先取的，則分點(diǎn)是正確的。若不等于，重新取，再算直到兩者相等。繼而，從分得的點(diǎn)起，再分第2,3,4……點(diǎn)，這種方法的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生積累誤差。b)作圖分點(diǎn)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(gè)軸面。與逐點(diǎn)計(jì)算分點(diǎn)法相同，一般取。從出口開始，先試取，若的中點(diǎn)與半徑對(duì)應(yīng)的兩條射線間的弧長(zhǎng)，與試取的相等，則分點(diǎn)是正確的，如果不是相等的，就逐次逼近，直到=為止。第1點(diǎn)確定以后，用同樣的方法分第2、3、4……點(diǎn)。當(dāng)流線平行軸線時(shí)，不變，用對(duì)應(yīng)的截取流線即可，各流線用相同的分點(diǎn)。=2\*GB3②畫展開流面（平面方格網(wǎng)）在其上繪制流線，因?yàn)楸＝亲兓ɡL型時(shí)基于局部相似，而不追求局部相等，所以幾個(gè)流面可以用一個(gè)平面方格網(wǎng)代替。方格網(wǎng)的大小任意選取，橫線表示軸面流線的相應(yīng)分點(diǎn)，豎線表示夾角為對(duì)應(yīng)分點(diǎn)所用的軸面，畫出方格網(wǎng)并把特征線進(jìn)行編號(hào)。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(yīng)該與相應(yīng)軸面流線分點(diǎn)序號(hào)相對(duì)應(yīng)。進(jìn)出口角度應(yīng)與預(yù)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(shí)，應(yīng)該堅(jiān)決修改。必要時(shí)，可以改變?nèi)~片進(jìn)口邊的位置，包角的大小等。進(jìn)口邊在方格網(wǎng)中位于同一豎線上，進(jìn)口邊的三點(diǎn)位于同一條0豎線上，表示進(jìn)口邊位于同一軸面上，一般離心泵進(jìn)出口邊都位于同一軸面上。離心泵繪型的流線不理想時(shí)，進(jìn)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2-6所示。圖2-6流線分點(diǎn)=3\*GB3③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(dāng)于方格網(wǎng)中的豎線）去截這三條流線，相當(dāng)于用軸面去截葉片，所截三點(diǎn)的連線，時(shí)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(diǎn)，對(duì)應(yīng)于編號(hào)1、2、3、4……的位置，用插入法分別插到軸面投影圖相應(yīng)的三條流線上，把所得的點(diǎn)連成光滑的曲線，就得到葉片的軸面截線。軸面截線應(yīng)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(shí)夾角過小，就會(huì)帶來鑄造困難、排擠嚴(yán)重和過水?dāng)嗝嫘螤畈涣迹裰茉鲩L(zhǎng)）等缺點(diǎn)。角可按照公式進(jìn)行計(jì)算。=4\*GB3④葉片加厚方格網(wǎng)保角變換繪型，一般在軸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(rèn)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(jì)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(shí)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。我們就把葉片工作面的木模截線畫在平面投影圖的右側(cè)，把背面的木模截線畫在投影圖的左側(cè)。本此設(shè)計(jì)的葉輪為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，直線1-1，2-2……是等距離的，但也可以不是等距離?？丛O(shè)計(jì)者的需要，葉片扭曲較大處距離式可以取小一些。（2）以O(shè)點(diǎn)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、Ⅰ、Ⅱ……。（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(diǎn)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(diǎn)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、Ⅰ、Ⅱ軸面截線于a、b、c三點(diǎn)，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、Ⅰ、Ⅱ軸面投影線于a、b、c三點(diǎn)，將a、b、c三點(diǎn)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(shí)，常常直接利用葉片木模裁剪圖，因此，應(yīng)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(yīng)該加作為收縮量，鋼和銅的葉輪應(yīng)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(jìn)出口速度三角形在前面的設(shè)計(jì)計(jì)算中，得到了各流線上的葉片的進(jìn)出口流速，軸面流速，圓周速度，以及葉片的進(jìn)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(jìn)出口速度三角形。圖2-9葉片進(jìn)口速度三角形圖2-10葉片出口速度三角形

３壓水室的水力設(shè)計(jì)吸水室位于葉輪之前，壓水室位于葉輪之后，它們一起構(gòu)成泵的過流部件，因?yàn)槲液蛪核沂枪潭ǖ倪^流部件。一般不引入相對(duì)速度來研究其流動(dòng)。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(dǎo)葉體的總稱。獲得能量的水流沿葉輪圓周流出后，將進(jìn)入泵的壓水室。壓水室是泵不可缺少的重要過流部件，其設(shè)計(jì)、制造水平高低，對(duì)泵的性能，特別是泵的效率指標(biāo)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(jié)構(gòu)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(jí)葉輪入口；水流在葉輪出口處絕對(duì)速度比較大，在低比轉(zhuǎn)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，這種將水流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果，將使水流在泵出口管路中的水力損失減小。應(yīng)該指出，由壓水室排出的流量，在設(shè)計(jì)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是用戶給定的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中也不引入相對(duì)速度的概念。單級(jí)單吸及單級(jí)雙吸泵中主要采用壓水室為螺旋形壓水室，多級(jí)泵中則采用徑向或流道式導(dǎo)流器及空間導(dǎo)葉。螺旋形壓水室具有適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，高效區(qū)寬的優(yōu)點(diǎn)，其主要不足是過流內(nèi)表面難以機(jī)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(kuò)散管構(gòu)成。3.1壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理3.1.1（1）收集從葉輪流出的液體，并輸送到排除口或下一級(jí)葉輪吸入口。（2）保證流出葉輪的流動(dòng)是軸對(duì)稱的，從而使葉輪內(nèi)具有穩(wěn)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以減小葉輪內(nèi)的水力損失。（3）降低液流速度，使速度能轉(zhuǎn)換成壓能。（4）消降液體從葉輪的流出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)，壓水室的流動(dòng)比較理想，適應(yīng)性較強(qiáng)，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(duì)象，但其流道不能機(jī)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(shè)計(jì)質(zhì)量鑄造及工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量是關(guān)鍵。葉片式壓水室一般可以單獨(dú)制造，并可以進(jìn)行機(jī)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(jí)泵和中開式多級(jí)泵，葉片式多用于多級(jí)泵，而導(dǎo)葉的環(huán)形壓水室，能消除徑向力，主要用于大型單級(jí)泵。本次設(shè)計(jì)選擇螺旋型壓水室。3.1.2螺旋型液體從葉輪流出后，進(jìn)入兩個(gè)平行的平板之間當(dāng)忽略液體的粘性摩擦力時(shí)，液體不受任何外力作用，應(yīng)遵從速度矩保持定理，即。壓水室的形狀，應(yīng)當(dāng)按照符合這種規(guī)律來設(shè)計(jì)。下面用數(shù)學(xué)公式來表示這種流動(dòng)的跡線得到液體流動(dòng)的軌跡后，按此軌道加作此固體壁。就作出了符合液體流動(dòng)的壓水室。因、、為常數(shù)，所以流動(dòng)的液流角保持不變，即液體從葉輪流出后的跡線是一條對(duì)稱的螺旋線，液體的流動(dòng)方向與圓周方向的夾角保持不變，這就是螺旋型壓水室對(duì)稱的由來。螺旋線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)可以為：設(shè)時(shí)，，積分所以(給定不同的弧度)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(yīng)的半徑來從而可作出這條對(duì)數(shù)螺旋線來。實(shí)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(kuò)散的，這樣可以減小、角，從而達(dá)到減小徑向尺寸的目的。所設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工況下，液體符合自由流動(dòng)，軸對(duì)稱的，從而保證了葉輪內(nèi)的相對(duì)流動(dòng)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(shí)現(xiàn)動(dòng)能向壓能的轉(zhuǎn)換。第四：由于壓水室的出口的流動(dòng)方向和渦室半徑垂直，這種結(jié)構(gòu)保證清除流動(dòng)的螺旋分量。3.2壓水室的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.2.1壓水（1）基圓半徑切于隔舌頭部的圓稱為基圓，用表示。應(yīng)稍大于葉輪外徑，使隔舌和葉輪間有適當(dāng)?shù)拈g隙，該間隙過小，容易因液流阻塞而引起振動(dòng)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(dòng)環(huán)，消耗一定的能量，間隙越大泵的效率下降越多。本次設(shè)計(jì)取（2）壓水室進(jìn)口寬度通常大于包括前后蓋板的葉輪出口寬度，至少應(yīng)有一定的間隙，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)和制造誤差，目前有些壓水室取得相當(dāng)寬，以減少泵的徑向尺寸，也好使得葉輪前后蓋板帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)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(yīng)不同寬度的葉輪，提高產(chǎn)品的通用性。參考已有的同型號(hào)IS200-150-250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(kuò)散管隔開，習(xí)慣稱頭部的端面為0斷面，隔舌與第Ⅷ斷面的夾角為隔舌安放角，的大小應(yīng)保證螺旋線部分與擴(kuò)散管光滑連接，并盡量減少?gòu)较虺叽?，高比轉(zhuǎn)數(shù)泵大，大。壓水室外壁向徑向擴(kuò)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(shè)計(jì)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(dòng)規(guī)律減少液流的撞擊，隔舌螺旋角應(yīng)等于葉輪出口稍后的絕對(duì)液體流角。由前面的計(jì)算得知：；故得：取。3.2.2壓水為了便于計(jì)算和繪圖，壓水室通常取8個(gè)彼此成的斷面，即用8個(gè)軸面切割壓水室，設(shè)計(jì)時(shí)先計(jì)算第Ⅷ斷面，其他斷面以第Ⅷ斷面為基礎(chǔ)進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算渦形體各斷面面積時(shí)，是把渦形體中的圓周方向平均速度看作常數(shù)來設(shè)計(jì)的，計(jì)算時(shí)應(yīng)先根據(jù)查取一個(gè)系數(shù)。參考[3]查，利用公式計(jì)算：參考[3]P148，查取得計(jì)算Ⅷ斷面的過流量，參考[1]，利用以下公式計(jì)算：則其它斷面面積可利用公式同理：；；；；；；。在計(jì)算出各斷面的面積后，應(yīng)根據(jù)選定的斷面形狀推出的斷面面積計(jì)算公式，計(jì)算各斷面距離軸心線的半徑，經(jīng)過計(jì)算各斷面的得：第Ⅰ斷面；第Ⅱ斷面；第Ⅲ斷面；第Ⅳ斷面；第Ⅴ斷面；第Ⅵ斷面；第Ⅶ斷面；第Ⅷ斷面。各斷面的連接圓弧半徑的計(jì)算公式如下：第Ⅰ斷面；第Ⅱ斷面；第Ⅲ斷面；第Ⅳ斷面；第Ⅴ斷面；第Ⅵ斷面；第Ⅶ斷面；第Ⅷ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壓水室根據(jù)計(jì)算得到的各斷面半徑,在平面圖上相應(yīng)的射線上點(diǎn)出,然后光滑連接所得的各點(diǎn),得到渦室平面螺旋線.應(yīng)注意各點(diǎn)應(yīng)在圓弧光滑連接,即后段圓弧的圓心應(yīng)當(dāng)在前一段圓弧終點(diǎn)延長(zhǎng)線?？梢杂盟亩螆A弧連接這九點(diǎn)，在平面上形成光滑連續(xù)的蝸殼輪廓線。這四段圓弧應(yīng)滿足如下條件：由于不在同一直線上的三個(gè)點(diǎn)決定一個(gè)圓，0、Ⅰ、Ⅱ三個(gè)點(diǎn)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(diǎn)，如圖3-2所示:圖3-2蝸殼平面圖蝸殼的第Ⅷ斷面既是螺線管的結(jié)束斷面，又是擴(kuò)散管的起始斷面。擴(kuò)散管在將來自壓水室的水排出泵體的同時(shí)，將進(jìn)一步把水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，以減小水流在排除管道中的水力損失。擴(kuò)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(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)尺寸決定，由IS200-150-250出口直徑。2)擴(kuò)散管高和擴(kuò)散角為了減小擴(kuò)散段的水力損失，擴(kuò)散角一般取，擴(kuò)散管高度可以根據(jù)進(jìn)出口尺寸和擴(kuò)散角決定，本次參照同型IS泵尺寸，取。對(duì)梯形斷面，中間斷面Ⅸ、Ⅹ取在三等分?jǐn)U散管高處。在確定中間斷面時(shí)，可以把第Ⅷ斷面畫在出口圓內(nèi)，然后作若干條射線，將兩個(gè)斷面間的射線三等分，光滑連接各分點(diǎn)，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(diǎn)，如圖3-3所示：圖3-3蝸殼斷面圖根據(jù)上述對(duì)螺旋管、擴(kuò)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在水力設(shè)計(jì)完成之后（吸水室、壓水室等有關(guān)尺寸需與裝配圖配合起來設(shè)計(jì)），應(yīng)該進(jìn)行裝配圖的總體設(shè)計(jì)，包括泵的布置型式，零件結(jié)構(gòu)、型號(hào)選擇等。臥式機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆裝、檢修，因此采用臥式布置。4.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)泵的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)首先考慮泵軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，泵軸上所裝零件的不同決定了泵軸的軸頸系列，同時(shí)考慮退刀槽、倒圓、倒角等。同時(shí)軸的軸向尺寸由零件裝配尺寸決定，因此泵軸的設(shè)計(jì)應(yīng)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）100～180181～250251～520>520蓋板厚度（mm）4567本設(shè)計(jì)葉輪直徑為，因此蓋板厚度取為。（2）蝸室壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算蝸室的幾何形狀復(fù)雜，而且受力后產(chǎn)生的應(yīng)力更加復(fù)雜。由[10]蝸室壁厚的計(jì)算公式為：式中：——當(dāng)量厚度；——許用應(yīng)力；鑄鐵；鑄鋼。本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的吸入室徑向尺寸很大，為了達(dá)到強(qiáng)度要求，可取吸入室壁厚與壓水室壁厚相等，即：。在完成了上述基本設(shè)計(jì)計(jì)算后，把所選擇的零件畫到相應(yīng)位置上，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，以減少制造成本，提高設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)便于制造、組裝。

5強(qiáng)度計(jì)算在泵的運(yùn)行過程中，離心泵每個(gè)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(qiáng)度。設(shè)計(jì)離心泵零件的時(shí)候，應(yīng)考慮到使零件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵的運(yùn)行可靠性和安全性。從這個(gè)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(jì)性角度考慮，則應(yīng)該盡力讓零件小些，材料的使用更加經(jīng)濟(jì)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料，既滿足泵零件強(qiáng)度和剛度的要求，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，這就是強(qiáng)度計(jì)算的目的。5.1泵軸的強(qiáng)度計(jì)算葉輪、軸套等零件都套在軸上，并同軸一起等速旋轉(zhuǎn)，軸的強(qiáng)度對(duì)泵的運(yùn)行可靠性及使用壽命都有影響。所以，對(duì)泵軸的強(qiáng)度的校核是十分重要的。5.1.1泵軸的自重和套在軸上的葉輪，軸套等零件的重量，轉(zhuǎn)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(huì)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(qiáng)度的精確計(jì)算就是軸在扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸聯(lián)合作用下的強(qiáng)度計(jì)算。1.作用在泵軸上的載荷及其計(jì)算：（1）徑向力對(duì)于臥式泵轉(zhuǎn)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(duì)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(zhuǎn)子的重量外，其余皆與泵的運(yùn)行工況有關(guān)，通常只計(jì)算設(shè)計(jì)工況時(shí)的，此時(shí)的附加徑向力為零。A.計(jì)算泵軸的質(zhì)量式中：——軸各小段的直徑；——軸各小段的長(zhǎng)度；——泵軸材料的密度，取；B.計(jì)算葉輪的質(zhì)量葉輪的形狀不規(guī)則，在計(jì)算具體不規(guī)則部分時(shí)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(jì)算總的質(zhì)量。a)求葉片質(zhì)量計(jì)算葉片的質(zhì)量時(shí)將葉片簡(jiǎn)化為一個(gè)厚度均勻的長(zhǎng)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(jiǎn)化圖葉片的厚度可按下式估算式中：——系數(shù)，對(duì)于本設(shè)計(jì)取為4.5；——葉輪的外徑；——單級(jí)揚(yáng)程；則全部葉片的質(zhì)量為：b)計(jì)算前蓋板質(zhì)量根據(jù)葉輪前蓋板形狀，將其簡(jiǎn)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(dāng)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(jì)算后蓋板質(zhì)量根據(jù)裝配圖相關(guān)尺寸，并將后蓋板簡(jiǎn)化為一個(gè)圓環(huán)和一個(gè)套筒，計(jì)算后蓋板質(zhì)量如下：C.聯(lián)軸器的質(zhì)量計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇凸緣聯(lián)軸器型號(hào)為GYD6(GB5843-86)重量，公稱轉(zhuǎn)矩為。D.最大徑向力公式式中：——徑向力；——揚(yáng)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(jì)算公式如下：式中：——設(shè)計(jì)流量；——實(shí)際流量。經(jīng)計(jì)算E.計(jì)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(biāo)準(zhǔn)件，可認(rèn)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(zhuǎn)速；式中：——工況變化系數(shù)，，此次設(shè)計(jì)取。（3）軸向力A.蓋板力（向左）的計(jì)算計(jì)算軸向力時(shí)，可按如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行：其中帶入得：B.動(dòng)反力(向右)的計(jì)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(jì)算。圖5-3泵軸的強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)，將泵軸簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，并考慮其最危險(xiǎn)情況，降所有力移至左右兩端。計(jì)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(qiáng)度校核A.最危險(xiǎn)斷面的確定由圖5-3可看出，最危險(xiǎn)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(yīng)力式中：——彎曲應(yīng)力；——所計(jì)算斷面的彎矩；——抗彎截面系數(shù)。對(duì)于無鍵槽的實(shí)心軸,可用下式計(jì)算：式中：——軸的直徑。即得：C.拉應(yīng)力式中：——拉應(yīng)力；——所計(jì)算斷面的軸向力；——所計(jì)算斷面的面積。D.切應(yīng)力式中：——切應(yīng)力；——所計(jì)算斷面的扭矩；——所計(jì)算斷面的扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。對(duì)于無鍵槽的實(shí)心軸：E.折算應(yīng)力按第四強(qiáng)度理論，折算應(yīng)力為：軸材料的安全系數(shù)為：式中：——軸材料的屈服極限；——軸材料的許用安全系數(shù)。軸材料為45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得:則，查得。安全系數(shù)則該泵軸滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)也滿足疲勞強(qiáng)度要求，是安全的。5.2鍵的強(qiáng)度計(jì)算在泵中一般采用普通平鍵連接，在軸頸尺寸確定后，如果按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇鍵，則不需要進(jìn)行校核，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)件，必須進(jìn)行校核，為了穩(wěn)妥起見，這里對(duì)聯(lián)軸器處的鍵都進(jìn)行校核。普通平鍵屬于靜連接，主要失效形式有兩種：鍵在所傳遞的扭矩作用下，由于剪應(yīng)力和工作面上的擠壓應(yīng)力的作用，鍵被剪斷或者工作面被壓壞。5.2.聯(lián)軸器處鍵的尺寸為,鍵材料采用45號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力分別是：；（1）切應(yīng)力校核式中:——傳遞的扭矩，；——鍵的長(zhǎng)度，；——鍵的寬度,；——軸的直徑,。由上可見，，即該處的鍵滿足切應(yīng)力要求。（2）擠壓應(yīng)力校核式中:——傳遞的扭矩，；——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，為鍵的高度，；——鍵的長(zhǎng)度，；——軸的直徑,。由上可以看出，即該處的鍵滿足強(qiáng)度要求。5.3軸承壽命的計(jì)算5.3.1軸向力的計(jì)算泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子上作用的軸向力，產(chǎn)生軸向力的原因有很多，主要是液流作用在葉輪上的力不平衡引起的。葉輪前后蓋板不對(duì)稱，前蓋板在吸入眼部分沒有蓋板，另一方面，葉輪前后蓋板像轉(zhuǎn)盤一樣帶動(dòng)前后腔內(nèi)液體旋轉(zhuǎn)，前后蓋板側(cè)腔內(nèi)的液體壓力按照拋物線規(guī)律分布，且口環(huán)以上部分呈軸對(duì)稱分布，作用在后蓋板上的壓力，除口環(huán)以上部分與前蓋板對(duì)稱作用的壓力相抵消外，口環(huán)下部壓力減去吸入壓力所余壓力即為軸向力A，方向指向葉輪入口。軸向力可按下式計(jì)算：式中葉輪進(jìn)口半徑；水的重度（）；水的密度（）軸的旋轉(zhuǎn)角速度水泵勢(shì)揚(yáng)程，，。、5.3.2徑向力的計(jì)算計(jì)算公式為：（其中?。┦街小~輪直徑；——包括蓋板的葉輪出口寬度。對(duì)螺旋型壓水室的泵來說，當(dāng)水泵關(guān)死揚(yáng)程時(shí)，即流量時(shí)徑向力最大。則最大徑向力：5.3.3軸承壽命的計(jì)算由于水泵轉(zhuǎn)速較高，且同時(shí)受軸向力和徑向力，所以本次設(shè)計(jì)采用深溝球軸承，它的作用是支持旋轉(zhuǎn)及承受軸上的載荷，代號(hào)為6309。該軸承同時(shí)承受軸向力和徑向力。軸承壽命計(jì)算：基本額定壽命：按一組軸承中的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，而的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以轉(zhuǎn)為單位）或工作小時(shí)數(shù)作為軸承基本額定壽命?；绢~定動(dòng)載荷：就是使軸承的基本額定壽命恰好為轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值,用表示,單位牛,一個(gè)型號(hào)的軸承有也只有一個(gè)基本額定動(dòng)載荷。深溝球軸承壽命的計(jì)算公式:式中——軸承工作轉(zhuǎn)速，；——軸承基本額定動(dòng)載荷，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，,基本額定靜載荷（GB/T276-1994）；——軸承工作時(shí)當(dāng)量動(dòng)載荷，；——軸承壽命，小時(shí)；——球軸承為。深溝球軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的求解過程：（1）確定軸承承受的徑向載荷，軸向載荷圖5-5軸承受力圖由軸承受力圖有：①②已知，于是得到，。由軸的結(jié)構(gòu)及軸向力的方向可知，全部軸向力全部由靠近葉輪的那一個(gè)軸承承擔(dān)，即所受的軸向力為，根據(jù)分析可知，靠近葉輪的那一個(gè)軸承受的軸向力和徑向力都比離葉輪遠(yuǎn)的那個(gè)軸承大，所以離葉輪較近的那個(gè)軸承更容易被破壞，即只需校核離葉輪近的軸承壽命。（2）計(jì)算，考查它與的關(guān)系，，查表得。（3）計(jì)算，由此判定系數(shù)，用線性插值法求出值。，查表知介于之間，對(duì)應(yīng)的值為，值為。表5-1徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y軸承類型相對(duì)軸向載荷判斷系數(shù)名稱代號(hào)XYXY深溝球軸承600000.025100.562.00.220.0401.80.240.0701.60.270.1301.40.310.2501.20.370.501.00.44（4），為載荷系數(shù)，水泵取計(jì)算得：（5）小時(shí)使用壽命時(shí)間超過一萬小時(shí)，符合要求，因此軸承選擇是合理的。

6結(jié)論此次設(shè)計(jì)完成了一單級(jí)單吸離心泵的設(shè)計(jì)，包括葉輪、蝸殼的水力設(shè)計(jì)和繪制泵的裝配圖、零件圖以及部分零件校核。其中水力設(shè)計(jì)和零件校核部分，很多數(shù)據(jù)都采用編制公式進(jìn)行計(jì)算。在精算葉輪出口直徑時(shí)，采用逐次逼近法計(jì)算，裝配圖和零件圖的繪制參考了實(shí)物，其中螺紋連接、軸承等都采用標(biāo)準(zhǔn)件繪制。從對(duì)繪制裝配圖的不熟悉程度可以知道，由于很少接觸實(shí)物，缺少空間想象力，因此以后應(yīng)該更加重視實(shí)踐，增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力?？偨Y(jié)與體會(huì)為期一個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，通過這次系統(tǒng)、完整的水泵畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺。通過這次單吸泵的水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我初步接觸到了設(shè)計(jì)一臺(tái)泵的基本過程。從本次設(shè)計(jì)結(jié)果可以看出，該單級(jí)單吸離心泵的汽蝕性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、效率都基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。從基礎(chǔ)的水力設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、汽蝕、效率估算等，完成了一個(gè)專業(yè)泵的產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)過程。此次設(shè)計(jì)把以前的機(jī)械設(shè)計(jì)和專業(yè)課程設(shè)計(jì)很好地聯(lián)系起來，讓我們知道了一個(gè)個(gè)單一的零部件怎樣組裝成一個(gè)整體，對(duì)水泵結(jié)構(gòu)更加清楚。這次設(shè)計(jì)很好的鍛煉了自己，并使自己對(duì)本專業(yè)的知識(shí)又加深了一步，也培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作的能力，對(duì)我以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)本專業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中，需要查閱很多資料，包括對(duì)優(yōu)秀成果的借鑒和一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這就需要我們即時(shí)了解本行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展的新動(dòng)態(tài)。在設(shè)計(jì)過程中，也暴露了自己的一些缺點(diǎn)，比如對(duì)知識(shí)掌握不全面、理解不透徹等，碰到很多困難，因此加強(qiáng)自學(xué)能力，多向老師和同學(xué)請(qǐng)教也是很重要的。大家在設(shè)計(jì)過程中互相學(xué)習(xí)和探討，也大大提高了工作效率。

謝詞本次設(shè)計(jì)的順利完成，要特別感謝符杰老師的耐心指導(dǎo)和悉心講解，以及學(xué)院各位老師對(duì)我本次設(shè)計(jì)無私的幫助，在此表示真誠(chéng)的感謝。此外，還要感謝專業(yè)的很多同學(xué)，在這個(gè)設(shè)計(jì)中所給予的

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