离心泵主要零部件的强度计算.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑离心泵主要零部件的强度计算 离心泵主要零部件的强 度计算 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2022. 第九章离心泵主要零部件的强度计算 第一节引言 在工作过程中，离心泵零件承受各种外力的作用，使零件产生变形和破坏，而零件依靠自身的尺寸和材料性能来抵挡变形和破坏一般，把零件抗争变形的才能叫做刚度，把零件抗争破坏的才能叫做强度设计离心泵零件时，应使零件具有足够的强度和刚度，已提高泵运行的稳当性和寿命，这样就要尽量使零件的尺寸做得大些，材料用得好些；但另一方面，又梦想零件小、重量轻、本金低，这是彼此冲突的要求，在设计计算时要正确处理这个冲突，合理地确定离心泵零件尺寸和材料，以便得志零件的刚度和强度要求，又物尽其用，合理使用材料 但是，由于泵的一些零件外形不规矩，用一般材料力学的公式难以解决这些零件的强度和刚性的计算问题因此，推举一些阅历公式和许用应力，作为设计计算时的参考 对离心泵的零件，更加是对过流部件来说，耐汽蚀、冲刷、化学腐蚀和电腐蚀问题也是分外重要的，有些零件的刚度和强度都得志要求，就是由于汽蚀、冲刷、化学腐蚀和电腐蚀问题没有处理好而降低了产品的寿命。

对于输送高温液体的泵来说，还务必考虑材料的热应力问题 其次节叶轮强度计算 叶轮强度计算可以分为计算叶轮盖板强度、叶片强度和轮毂强度三片面，现分别介绍如下： 一、叶轮盖板强度计算： 离心泵不断向高速化方向进展，泵转速提高后，叶轮因离心力而产生的应力也随之提高，当转速超过确定数值后，就会导致叶轮破坏，在计算时，可以把叶轮盖板简化为一个旋转圆盘（即将叶片对叶轮盖板的影响疏忽不计）计算分析说明，对旋转圆盘来说，圆周方向的应力是主要的，叶轮的圆周速度与圆周方向的应力σ(MPa）近似地有以下的关系: 62210-?=u ρσ (9-1) 式中 ρ—材料密度（kg/m 3）；（铸铁ρ=7300 kg/m 3；铸钢ρ=7800 kg/m 3；铜ρ=7800 kg/m 3） u 2—叶轮圆周速度（m/s ）； 公式(9-1)中的应力σ应小于叶轮材料的许用应力〔σ〕，叶轮材料的许用应力建议按表9-1选取 表9-1 叶轮材料的许用应力 阅历说明，铸铁叶轮的圆周速度u 最高可达60 m/s左右。

因此，单级扬程可达成 2 200米左右；铬钢叶轮的圆周速度u 最高可用至110 m/s左右因此，单级扬程可达成 2 650米左右 假设叶轮的圆周速度没有超过上述范围，那么叶轮盖板厚度由布局与工艺上的要求抉择，悬臂式泵和多级泵的叶轮盖板厚度一般可按表9-2选取，双吸泵的叶轮盖板厚度较表中推举数值大1/3 到一倍 表9-2 叶轮盖板厚度 二、叶片厚度计算： 为扩大叶轮替道有效过流面积，梦想叶片越薄越好；但假设叶片选择得太薄，在铸造工艺上有确定的困难，而且从强度方面考虑，叶片也需要有确定的厚度目前，铸铁叶轮的最小叶片厚度为3～4毫米，铸钢叶片最小厚度为5～6毫米叶片也不能选择的太厚，叶片太厚要降低效率，恶化泵的汽蚀性能大泵的叶片厚度要适当加厚一些，这样对延长叶轮寿命有好处 表9-3 叶片厚度的阅历系数 叶片厚度S(毫米)可按以下阅历公式计算： 12 +=Z H KD S i (9-2) 式中 K —阅历系数，与材料和比转数有关，对铸铁和铸钢叶轮，系数K 推举按表9-3选取； D 2—叶轮直径（米）； H i —单级扬程（米）； Z —叶片数。

三、轮毂强度计算 对一般离心泵，叶轮和轴是动合作大型锅炉给水泵和热油泵等产品，叶轮和轴是静合作为了使轮毂和轴的合作不松动，在运转时由离心力产生的变形应小于轴和叶轮合作的最小过盈量在叶轮轮毂处由离心力所引起的应力可近似按公式（9-1）计算，由此应力所引起的变形为： C D E D σ =? (9-3) 式中 E —弹性模量（MPa ）；（铸铁E=×105；铸钢E=2×105；铜E=×105） D C —叶轮轮毂平均直径（mm ）； △D —由离心力引起的叶轮轮毂直径的变形（mm ） △D 应小于叶轮和轴合作的最小过盈量△min ，即 △D ＜△min 例题：叶轮外径D 2=360mm 、转速n ＝1480r/min 、比转数n s =96、单级扬程H i =40m 、叶片数Z=7、叶轮材料为HT200试计算叶轮盖板和叶片厚度假设轴径为75mm ，叶轮与轴的合作为H7/r6，轮毂平均直径D C =82.5mm ，试求泵在工作时叶轮和轴是否松动？ 解：1. 计算圆周方向应力，代入公式（9-1)，得 MPa u 68.51060148036.073001062 622=???? ?????=?=--πρσ 由表9-1知，σ＜〔σ〕，故在n ＝1480 r/min 时，叶轮盖板是安好的，此时叶轮盖板厚度由布局和工艺要求确定。

由表9-2知，可选叶轮盖板厚度为6mm 2．计算叶片厚度：由表9-3，取阅历系数K ＝5，代入公式(9-2)，得 mm Z H KD S i 3.5174036.0512 =+?=+= 取叶片厚度S=6mm 3. 代入公式(9-3)，可得离心力所引起的叶轮轮毂直径变形量△D ： 0039.05.82102.168.55=??==?C D E D σ mm 由公差合作表可知，φ75 H7/r6的最小过盈量△ =0.013mm,即 min △D＜△ min 所以，叶轮和轴不会松动 第三节泵体强度计算 常用的离心泵泵体有涡室和中段（包括前、后段）两种，现分别介绍近似的计算方法 一、涡室壁厚的计算 涡室是离心泵中较大的零件，并承受 高压液体作用所以，涡室除了应有足够 的强度和良好的工艺性外，为了保证运转 的稳当性，还务必有足够的刚度在生产 测验中，有个别涡室虽然强度够了，但由 于刚度不够，在加工、试验、存放和运行 过程中产生了变形，影响了离心泵的装配 和运行 目前，一般低压和中压泵的涡室均以 铸铁制造，实践说明，假设泵体壁厚超过 图9-1 离心泵涡室 40毫米，在铸造时轻易产生疏松现象。

所 以，对吐出压力超过5MPa的泵，很少采 用普遍铸铁泵体，一般均采用高强度铸铁 (如球磨铸铁)、铸钢或合金钢制造 由于涡室外形很不规矩，很难切实地 计算涡室中的应力，现推举以下建立在统 计根基上的方法： 〔σ〕 H H Q S S cq = (9-4) 式中 S —涡室壁厚（mm ），如图9-1所示： 〔σ〕—许用应力（MPa ）在应用公式(9-4)时，铸铁的许用应力按〔σ〕 =～ MPa ；铸刚的许用应力按〔σ〕=～计算；比转数小时取较大的许 用应力； S cq —涡室的当量壁厚，可按下式计算： 2.70084.01545++= s s cq n n S （9-5） 对大型泵，采用公式（9-5）计算时还务必留神使泵体有足够的刚度，对输送腐蚀性液体的泵，还应添加必要的腐蚀余量 二、分段式多级泵中段计算 可以把分段式多级泵中段认为是受压圆筒，如图9-2对外经D 2和内径D i 的比值 i ou D D ＞的中段，可认为是厚壁圆筒，对脆性材料的厚壁圆筒可按下式计算厚壁S(mm) 21i D P P S ???? ??--+=〔σ〕〔σ〕 （9-6） 图9-2 分段式多级泵的泵体 对塑性材料（如钢）可按下式计算壁厚S(mm)： 212i D P S ??? ? ??--=〔σ〕〔σ〕 （9-7） 式中 P —泵体承受的工作压力（MPa ）； D i —中段内径(mm)； 〔σ〕—许用应力（MPa ），按表9-4选取。

对外经D 和内径D i 的比值 ＜i ou D D 的中段，可认为是薄壁圆筒，薄壁圆筒可按下式计算壁厚S(mm)； 〔σ〕 2i PD S = (9-8) 表9-4 泵体的许用应力 对于输送腐蚀性液体的泵，应选用耐腐蚀材料，并添加适当的腐蚀余量C对弱腐蚀性液体，一般C=2mm；对中等腐蚀性液体，一般C=4mm；对强腐蚀性液体，一般C=6mm；对于输送高温液体的泵，除考虑热应力外，还应考虑材料的蠕变性质 除了计算中段的强度外，还应留神刚度，在生产测验中曾有个别泵体因刚度不够，在加工过程中发生变形，影响装配和运行 例题①：，有一台单吸单级悬臂式离心泵，Q=90米3／时、H=66米、n=2950转／分、叶轮外径D2=232毫米、以HT200铸铁制造泵体，求泵体厚度？ 解：首先计算泵的比转数: 5.7366360090295065.365.34343=??==H Q n n s 计算涡室的当量厚度S cq ，代入公式(9-5)得： 84.282.75.730084.05 .7315452.70084.01545=+?+=++=s s cq n n S 取HT200的许用应力〔σ〕=11MPa,代入式（9-4），得涡室厚度： mm H H Q S S cq 6.911 666636009084.28=??==〔σ〕 取涡室壁厚为10mm 。

例题②：有一台分段式多级泵，单级扬程为40米，最多级数为9级，中段外径D ou =560毫米，内径D i ＝516毫米，泵体材料为HT200，试校核强度 解：对9级的分段式多级泵来说，中段最多只承受8级压力（见图9-2)，故中段所承受压力P=ρgH=1000××320×10-6= 首先计算外径D ou 和内径D i 的比值： 085.1516560==i ou D D 由此可知应按薄壁圆筒计算，代入公式（9-8)得： MPa S PDi 8.362 5165602516138.32=-??==σ 由表9-4可知，中段是对比安好的 第四节 泵体密封面连接螺栓计算 多级泵穿杠（前、后段螺栓）和水平中开式上下泵体的螺栓是离心泵的主要零件之一，泵体完全靠螺栓的拉紧力来保证其密封性，如图9-2和图9-3所示这类螺栓在离心泵工作时，除了承受泵腔内液体静压力作用在泵体上的拉力P w。