毕业设计离心泵的水力设计

1、Abstract摘 要把液体提升、运送液体或者是增加液体的压力是泵的主要作用，泵可以把原动机的机械能转变成为液体的能量。在当今年代里，工业迅速的发展，使得具有多种优点的离心泵在国民经济快速发展中获得了极为广泛的应用。离心泵的优点包括：可在多种场合使用、本身的体积小、结构简单、操作方便、流量均匀、不易发生故障、使用寿命长、购买费与操作费用低等。在各个方面都会涉及到离心泵的使用，例如在能源、工业、农业，甚至在当今的军事领域很多都利用了离心泵的基本原理。关键词：叶轮，密封，装配，泵体，吸水室，压水室AbstractEnhance the liquid, a liquid or a transporting fluid pressure increase is the main action of the pump, the pump of the prime mover can be transformed into mechanical energy in the energy of the liquid. In todays era, the rapid development of i

2、ndustry, making the centrifugal pump has many advantages gained an extremely wide range of applications in the rapid development of the national economy. Advantages of centrifugal pumps include: available in a variety of occasions, their small size, simple structure, easy operation, flow uniformity, less prone to failure, long life, low purchase costs and operating expenses. Will be involved in all aspects of the use of centrifugal pumps, for example in the energy, industry, agriculture, and eve

3、n in many of todays military field use of the basic principle of centrifugal pump.8目录目录摘 要1Abstract2目录3引 言5第1章离心泵的概述71.1 离心泵的基本结构71.2 离心泵的工作原理81.3离心泵的拆装与装配9第2章 离心泵的水力设计112.1 泵的基本设计参数112.2 泵的比转速计算112.3 泵进口及出口直径的计算112.4轴的最小直径122.5 轮毂直径的计算12第3章 叶轮的水力设计133.1 确定叶轮进口速度133.2 确定叶片厚度133.3 叶片数Z的选择133.4叶轮进出口直径的计算143.5 叶轮出口宽度143.6 出口直径与安放角的计算153.7叶片绘型16第4章 径向力轴向力及其平衡174.1 径向力及平衡174.2 径向力的计算174.3 轴向力及平衡及计算184.4 轴向力的平衡19第5章 泵零件选择及强度计算205.1 叶轮轮毂的强度计算205.2 轮毂热装温度计算205.3轴的强度校核215.4 键的强度计算225.5 工作面上的挤压应力235.6 切应力

4、245.7 轴承联轴器的选择24第6章 泵体的厚度计算266.1 蜗壳厚度的计算266.2 中段壁厚的计算26第七章吸水室与压水室的设计277.1 吸水室尺寸确定277.2 压水室的作用287.3 蜗型体的计算287.4隔舌起始角297.5 蜗形体各断面面积的计算297.6 扩散管的计算30第8章 泵的轴封318.1常用的轴封种类及设计要求318.2 传统填料密封的不足318.3 填料密封的结构改造31结 论33参考文献34致 谢35引 言引 言作为一种给流体提供能量的通用机械泵在各种场合都得到应用,其中离心泵的应用最为广泛。离心泵的基本原理是通过利用离心力的作用使水体的压力增加从而使之流动。 具有扬程高、流量小的低比转数离心泵在化工、石油、制药、矿山和食品等许多领域得到了广泛地应用。作为机械设计及其自动化专业的学生，离心泵的知识在我们的许多专业课程中都有涉及到，并且在我们所学的液压课中更是对离心泵的内容有了更详细的介绍。通过老师的指导，以及老师对离心泵的多次拆装和多次的解说，对离心泵的基本结构与原理我们有了更进一步的了解。通过查阅各种资料使我对离心泵在各个领域的应用，特别是在化工生产

5、方面的应用有了更深刻的了解。当然事物也不是没有缺点的，虽然离心泵因为所具有的的优点使其得到广泛的应用，然而它的缺点是不可忽视的。因为泵工作时动力要求很大，因而它的震动幅度也很大，所以在工作期间出现很多的问题和故障，因此在我们充分的利用离心泵的优点致力于发展国民经济的时候不要忘记解决离心泵所存在的问题，只有这样才能提高离心泵的工作效率！离心泵的概述第1章离心泵的概述1.1 离心泵的基本结构离心泵的主要零件：泵体、泵盖、叶轮、轴承支架、填料与填料压盖等。基旋转的叶轮与蜗牛形的壳是离心泵的基本零件。 图1-1离心泵 （1）按照叶轮的结构形式分为半闭式、闭式与开式叶轮，闭式叶轮用于传送干净的液体，半开式叶轮适用于传送固体颗粒与粘稠的液体，开式叶轮用于传送污水、沙及含纤维的液体。图1-2叶轮（2）传递机械性能的主要部件是泵轴，其通过联轴器与电动机相连接 （3）离心泵的主体叫泵体又称之为泵壳，它与轴承支架相连接起着固定支撑的作用1.2 离心泵的工作原理工作时的离心泵，电动机带动叶轮以10003000r/min的速度运动，这样就使得叶片内的液体做同样的旋转运动。而且液体在离心力的作用下通过叶轮的中心

6、向外缘作径向的运动。当流经叶轮的过程中液体就获得了能量，离开叶轮的外缘高速进入到蜗形的泵壳中。进入泵壳后，因为流体通道的加大而速度减小，这样使得部分动能变成了静压能，当到达一定的压强后顺着切向通道从压出管道流出来。因此泵壳即是一个聚集由叶轮流出液体的部件，又是一个能量转化的装置。当液体通过叶轮的中心向外缘甩出时，叶轮中心也因此变成真空状态。因为离心泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力，通常为大气压与泵内压力即负压的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内。依靠叶轮的不断旋转，离心泵便不断地吸入和排除液体。由此可知，离心泵工作的原理便是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来实现液体的输送，而液体在离心泵中获得的机械能量最终则表现为静压能的提高。我们应该清楚，当泵在启动前没有向里面注入液体时，因为空气的密度低，即使叶轮旋转由于其产生的离心力很小，叶轮内部产生的低压不足以汲取液体，这样即使叶轮在高速的旋转着也不会有液体由泵口流出，这充分说明泵没有自吸的能力，我们把这种现象称之为气缚，由此知道要想泵能够正常工作在开启泵之前要首先向泵内注入液体。本次的设计是有关型号为Z

7、A25-200的离心泵，通过对该泵的设计与分析，了解其工作原理，弄清有关泵的重要性能及其参数，这样有助于改善泵的性能，从而提高泵的效率。针对目前由于离心泵的用途范围很广，在我国很多部分都会见到它，几乎是一种必不可少的给水设备。打一个比喻，如果把水送水管网看成是人身上的血管系统，那么就可以把离心泵看成是输送血液的心脏。1.3离心泵的拆装与装配 图1-3离心泵装配图（一）离心泵的拆装（1）把伸出一侧的轴承端盖上的螺栓与出水段、尾盖、轴承体三者之间的螺栓些卸下，这样就可以把轴承端盖、轴承体等轴承部件卸下；（2）把轴上面的圆螺母卸下按顺序拿下轴承内圈、轴承压盖和挡圈，并随后卸下填料压盖、填料环、填料在内的填料体；（3）依次卸下轴上的O形密封圈、轴套、平衡盘和键后，卸下出水段、末导叶、平衡环套等；（4）卸下末级叶轮和键后，卸下中段、导叶，按此依次卸下各级叶轮、中段和导叶，直到卸下前级叶轮为止；（5）卸下泵联轴器后，拧下进水段和轴承体的联接螺母及轴承压盖上的螺栓后，卸下进水段侧轴承部件；（6）将轴从进水段中抽出，拧下轴上固定螺母，依次将轴承内圈、O形密封圈、轴套等卸下；（7）采用滑动轴承的泵，其拆

8、卸顺序基本相同，仅在拆卸轴承部件时略有不同。（二）离心泵的装配一般情况下离心泵的装配顺序与它的拆卸顺序是正好相反的。在装配的时候要比在拆卸的时候更加的谨慎，这是由于装配时的直接决定了离心泵是否能够达到预计的效果而正常工作，除此之外装配的质量也直接决定了离心泵的使用寿命与工作时候的效率。因此在装配时要严格按照要求进行。其中有如下几点是装配时要注意的：（1）零件的加工精度与表面粗糙度要保护好使其不被破坏，要注意碰伤与划伤的发生，其次在密封时多采用的密封件要保持干净整洁只有这样才能保证密封精度，均匀分布螺钉与轮拴使其受力均匀；（2）泵的尺寸是按照规定进行设计的有一定的标准，因此其外形尺寸不能够随意的调整，因为随便改变泵的尺寸会影响泵的对中性从而影响泵的性能从；（3）将泵装配好并且在未填入料之前，用手旋转泵的转子，看泵中的转子是否转动灵活，其中轴向的窜动量是否符合规定的要求；（4）在确保一切检查合格后要对其进行填料。离心泵的水力设计第2章 离心泵的水力设计2.1 泵的基本设计参数1）扬程H=35m2）流量Q=15m3/h3）工作介质为清水4）必要空化余量NPSHr=4m5）工作介质密度为=1000kg/m32.2 泵的比转速计算此次设计的离心泵，转速为2950r/min，其中比转速由下面的式子来计算 ns=48.3由上式可以得到ns=48.32.3 泵进口及出口直径的计算通过查阅资料可以知道泵的进口直径D1为3m/s左右，进口速度v选v=2.1m/s，进口直径按照下式子计算 D1=0.0503m 对于泵出口的直径D2可以小于D1，也可以等于D1， 经圆整取D1=50mm，D2=35mm。2.4轴的最小直径dmin=m 所用轴的材料选择3Cr13，在知道泵的最小直径后，参照结构泵的相似泵轴，画出轴的结构草图。 图2-1轴2.5 轮毂直径的计算此次设计的泵的型号为ZA25-200它是一种单机泵，由于单机泵在叶轮处的轴径dy与联轴器内的轴径dmin相等。轮毂直径dh要确保在轴孔处开了键槽后还要存在一定的厚度，只有这样轮毂才有一定的刚度，直径按下式来计算，即由于单级泵叶轮轮毂一般不通过叶轮进口，因此取dh=(1.42)dmin 取dh=1.5dmin=4

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