炼油厂水循环泵设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 摘  要  本次设计的炼油厂 水循环泵 采用螺旋离心式泵 ， 螺旋离心泵 是一种具有极好地无堵塞、无缠绕与损伤少的新型杂质泵。主要应用于冶金、矿山、煤炭、电力、石化、食品、造纸等工业部门以及污水处理、港口河道疏浚等行业。  本 文 根据 选定的 水循环泵 的参数及要求。首先， 通过对 泵 的现况及类型原理进行了分析并 拟定设计方案 ，选定本次设计的炼油厂水循环泵采用螺旋离心式泵 ；接着，对主要零件包括 ，叶轮、泵壳、泵轴和 通用件 等 进行了设计与选择计算；然后，对主要零部件的强度进行了校核；最后， 绘制系统 二维 装配图和主要零件图 。  关键字： 水循环泵 ； 叶轮 ； 轴 ； 设计  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 he of is a of no to of in as as In to of of of of is D 要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 目  录  摘  要 . I . 一章  绪  论 . 1 究背景及意义 . 1 内外研究形状 . 1 外研究现状 . 1 第二章  总体设计 . 3 计要求 . 3 案设计 . 3 构方案选择 . 3 构特点及工作原理 . 3 动机的选择 . 4 力设计 . 5 第三章  主要零件的设计与选择计算 . 6 轮设计 . 6 轮主要参数的确定 . 6 叶片的设计 . 13 轴的设计 . 13 水室设计 . 15 形体各断面面积内的平均速度 3v  . 15 角 3a 的计算  . 15 圆直径 3D  . 16 片厚度的确定 . 16 要通用零部件的选择 . 17 封结构的选择 . 17 承部件的选择 . 17 轴器的选择 . 18 第四章  主要零件的强度计算 . 19 体的强度计算 . 19 轮强度计算 . 19 板强度计算 . 19 片厚度计算 . 20 需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 毂强度计算 . 20 轴的强度校核 . 21 轴的强度计算 . 21 轴的刚度校核 . 21 的校核 . 21 的选择 . 21 联接强度计算 . 21 承的校核 . 22 总  结 . 24 参考文献 . 25 致  谢 . 26 需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 第一章  绪  论  究背景及意义  泵是化工、石油部门的关键设备之一。在化工、石油部门生产中液体比较特殊，有的液体易挥发、易燃、易爆或有毒；有的为强腐蚀或高粘性的；有的要求在高温、高压或低温、低压下进行输送等。离心泵是一种消耗量大、应用面广的通用机械产品，该产品的市场需求量占泵类产品总需求的 80%，因 此针对如此量大面广的离心泵展开设计并力求对现有产品进行改造和技术升级意义重大。在过去的几年内，应该看到我国泵行业的技术发展趋势越来越与世界泵业技术发展趋向一致，但总体技术水平较低，在高、精、尖技术含量高的产品领域，泵产品供不应求，我国泵行业发展是存在很大空间的，据预测“十一五”期间，我国泵行业将以 25%的平均速度发展。泵产品国内市场占有率，“十一五”期间预计可达到 92%。由于国家注重重大工程国产化率的提高，因此，火电、核电和“三大化工”中的重点产品市场占有率预计可达 80% 85%。所以对于我国泵行业，虽然存在巨大的挑战，同时也存在极大的发展潜力，相信随着我国泵行业不断深入的发展，泵行业将取得不断的进步，最终走向世界。  内外研究 形状  外研究现状  20 世纪 60 年代初，为了解决秘鲁沿岸鱼类加工厂活鱼保鲜输送问题，瑞士工程师 明了带有螺旋型叶轮的泵，由于该泵融合了螺旋泵和离心泵两者的优点，所以被称为 水循环泵 。此泵先后获得秘鲁、美国和西德等国的专利，随之马丁先生又建立了瑞士海斯特股份有限公司并任集团总裁。此后，马丁先生便致力于离心泵的进一步开发研究，在泵送活鱼的应用 基础上，将其由原来的鱼泵发展为多品种、多系列离心泵，并不断扩大其应用领域，目前，该系列产品已成为复杂介质泵送领域的重要输送设备。德国  司也已经开发出该泵的系列产品。  英国 本荏原、久保田、太平洋机工、石川岛播磨重工业等公司都相继开发出这种泵的系列产品。由于 水循环泵 用途与结构的特殊，直到 20 世纪 80 年代才见到国外公开发表的研究成果，目前国外已有成熟的产品，德国、美国、日本和英国的公司已相继开发出这种泵的系列产品。但其中关于他们的文章大多都是产品介绍，而 有关泵的研究和设计方面的文章很少见 2。  随着现代工业生产和科学技术不断地发展，泵类产品也向着大型化、高速化和特殊化发展。近年来，国外大型泵发展较多，如 1500径的潜水泵、叶轮需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 直径 7m 的轴流泵、 2000屏蔽泵、流量为 2000t/h 的船用螺杆泵等。随着汽蚀问题、材料问题的不断解决，泵的转速越来越向高速化方向发展。泵的大型高速画的经济效果颇为显著，既缩小体积，有减轻重量。国外船用锅炉给水泵的转速已达 23000r/油化工行业已用 34000r/调整泵， 22000r/轴向柱塞泵 和 30000r/旋转活塞泵亦相继出现。随着工业生产的发展，对泵的要求越来越多，条件也越来越特殊。  内研究现状  现如今泵的应用是越来越广泛，特别是在石油 以掌握泵的特性是非常必要的。选择离心泵的课题设计不仅仅是对所学专业的一次真正的练兵，从市场前景分析，离心泵是一种消耗量大、应用面广的通用机械产品，该产品的市场需求量占泵类产品总需求的 80%，因此针对如此量大面广的离心泵展开设计并力求对现有产品进行改造和技术升级意义重大。在过去的几年内，应该看到我国泵行业的技术发展趋势越来越与世 界泵业技术发展趋向一致，但总体技术水平较低，在高、精、尖技术含量高的产品领域，泵产品供不应求，我国泵行业发展是存在很大空间的，据预测“十一五”期间，我国泵行业将以 25%的平均速度发展。泵产品国内市场占有率，“十一五”期间预计可达到 92%。由于国家注重重大工程国产化率的提高，因此，火电、核电和“三大化工”中的重点产品市场占有率预计可达 80% 85%。所以对于我国泵行业，虽然存在巨大的挑战，同时也存在极大的发展潜力，相信随着我国泵行业不断深入的发展，泵行业将取得不断的进步，最终走向世界 1。  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 第二章  总体设计  计要求  本次设计的炼油厂水循环泵选定 的主要参数如下：  （ 1） 出口： 80 （ 2） 入口： 125 （ 3） 流量： 90m3/h；  （ 4） 扬程： H=15m；  （ 5） 转速： 1450r/ （ 6） 轴功率：  案 设计  构 方案选择  此次设计的 水循环泵 ，在设计结构上采用单级单吸悬臂卧式 螺旋离心泵 结构，其主要结构是装有背叶片的具有特殊的三维螺旋叶片的叶轮，叶片型线为空间对数螺旋线，采用液固两相流理论进行水力设计。  该 水循环泵 在结构上主要 有三大部分组成，分别为泵头部分，轴封部分以及传动部分，分别叙述其结构特点。  （ 1） 泵头部分  泵头部分由泵体和泵盖组成。前，后盖板的直径大于叶轮直径，叶轮可由前或后拆卸，叶轮为螺旋离心叶轮，叶轮的后盖板带有背叶片以减少泄露，提高泵的寿命及效率。  （ 2） 轴封部分  本次设计的轴封采用填料轴封，填料轴封结构简单，维修方便，但需使用轴封水，还需配备供应轴封水的泵。  （ 3） 传动部分  传动部分包括托架和轴承组件，轴承根据传动的功率不同选择单列向心圆锥滚子轴承，能够承受泵的最大轴向及径向载荷，轴承采用干油润滑，轴承体两端有 密封端盖，并且有两道密封圈，能有效的防止污物进入轴承，保证轴承安全运行，具有较高的使用寿命。  构特点及工作原理  水循环泵 的基本结构如图 1 所示。其最主要的部件是螺旋离心式叶轮，最常用的螺旋离心叶轮有单叶片和双叶片两种形式。在运行过程中，螺旋部分起到了容积泵的作用，将吸入壳体中的物料沿轴向推进至离心部分，再通过离心部分需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 排出。因此，这种泵是容积泵和离心泵的组合。  图 1循环泵 结构简示意  它的工作原理 ： 流体在高速旋转的叶轮作用下被吸入泵腔 ， 叶轮由螺旋段和离心段两部分组成 ， 螺旋部分提供一个正向 的位移推力 ， 此力在轴向的延伸处形成一种弯转的分力 ， 使入口处的水流沿着叶轮的切线方向而不是与叶轮成直角作用下被吸入泵腔 ， 叶轮由螺旋段和离心段两部分组成 ， 螺旋部分提供一个正向的位向而不是与叶轮成直角或某一角度进入泵体。螺旋部分的轴向推力使水流平稳前进 ， 直至离心部分 ， 再由离心部分推送水流从出口排出。  动机的选择  根据泵实际工作要求，该泵与钻机配套使用时，常需要野外作业，电源使用不方便，故选用柴油机作为原动机，柴油机转速选择 200 ，用 V 型带传动，因给定泵的转速 n=1450r/传动比 i= 200/   柴油机功率计算：  泵输出功率：367 =367 =中： 介质密度  kg/Q 流量（ 3 ）   扬程（ m）  泵输入功率： N= 中： 泵效率  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 柴油机功率：10 = 中： 1 V 带传动效率，取 1 =此，原动机选择转速为 200 ，功率为 12柴油机。  力设计  设计比转数：  式中：   n 泵轴的转速（ r/ Q 流量（ 3 ）  H 扬程（ m）  故：  沉降层速度： )1(2 = ) =m/s）  入口速度：    21 m/s）  出口速度：    )/(   21  满足设计要求。  泵的进口直径：  125 （标准法兰盘直径）  泵的出口直径： 0 （标准法兰盘直径）  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 第三章  主要零件的 设计 与选择 计算  轮设计  轮主要参数的确定  图 3轮轴面投影图  （ 1） 叶轮最大外径   00/(  （ m）  式中：         0 2  5 03 6 0 090/ 33 0 ：            0 2  0 0/2 4  5( k =m）  取：           260 1） 叶轮出口宽度 2b ：  2b = n 00(3 = 02 0 024 (3 = 取：               2b =80（  （ 3） 叶轮出口直径 1D ：  1D = 31   需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 其中：                  K  1D =31 1450360090K=m）  取                      1D =80（  （主要考虑效率兼顾泵的抗汽蚀性能）  （ 4） 轮毂直径   8（  （ 5） 叶轮轴向长度 L：  L=m a  0 rn s = 1 301 00 2  2 ）（ = 圆整后得：       L=195（  （ 6） 轮缘侧圆弧半径 1R ：  1R = 1R =整后等： 1R =160（  （ 7） 轮毂侧圆弧半径 2R ：  2R =整后等： 2R =220（  （ 8） 轮毂侧圆弧半径 3R ：  3R =60 90（   取 3R =70（  （ 9） 轮缘侧叶片倾角 1 ：  1 = 1 = 需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 取 1 =45  （ 10） 轮毂侧叶片倾角 2 ：  2 = = 取 2 =45  （ 11） 叶轮出口倾角 3 ：  3 = = 取 3 =13  （ 12） 叶轮出口最小直径    32m   =2601380  = 190（  （ 13） 轮缘和轮毂各段轴向长度 41 ：  （ L=（ 195 =作图在范围内）  156117195) 取 2L =140（  （ L=39 78 取 0（  （ L=作图在范围内）  （ 14） 轮缘侧叶片出口安放角 ：  =)1(2 21 m 其中： 22 其中： 00( sm  4 5 02 6 m a  =要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 00( ) （ 15） 轮毂侧叶片出口安放角 ：  =)1(2 21 m 其中：60m =60 =  0 0(8 4 以：) （ 16） 叶片进口安放角 1 , ：   151812 11 取   657560 11 取  （ 17） 叶轮出口叶片包角 ：  =00    =150  （ 18） 轮缘螺线起点处圆弧半径 0R ：  0R =7.4整得：  0R =70（  （ 19） 轮毂侧叶片包角 ：  = 取   =658  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 （ 20） 轮缘侧叶片包角 ：  =  =535  （ 21） 计算叶轮曲面螺线  首先计算叶轮轮缘侧曲面螺线。包括 21 32曲面上的螺线，其次计算叶轮出口边 11面螺线，最后，计算轮毂侧曲面螺线，包括 21 32 43曲面上的螺线。  （ a） 21面螺线方程：  由何希杰所推导的公式：  00)1( )1(  式中 )1 3 0,1 1 5(),( 100 点坐标为 根据边界条件，以 点为坐标原点得o 21间曲线方程为：  r=130 z=115         = 1350  ( = 35 z=(b) 32间曲线螺线方程 : 设 32点对应的螺线转角分别为 2a 和 3a 在 32取一点 p(z， r)转角为 ， 可建立 z， r， 三者之间的关系如下 : 2321232322)()2()(  根据边界条件，以 点为坐标原点得o 32间曲线方程为：         535135  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 （ c） 11面螺线方程：  128015013080150115 1500  （ d） 21面螺线方程：  2)   1 001 50   （ e） 32面螺线方程：  0 0           86100  （ f） 43面螺线方程：  2)55(   52086  表 3缘侧曲面螺线（部分）值  N 0 1 2 3 4 5 6 7 8  0 5 0 35 80 r 130  115  9 10 11 12 13 14 15 16 17  25 70 15 60 382.5 r  2  18 19 20 21 22 23 24  405 50 95 35 r 6 Z 28  表 3口段螺线（部分）值  N 0 2 4 6   0 45 90 135 r 130  115  3毂侧曲面螺线（部分）值  N 5 3 1 0 1 2 3  90 45  5 要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 r 4 0  10 N 4 5 6 7 8 9 10 11 12  90 35 80 25 70 r 1 8 44 7   13 14 15 16 17 18 19 20 21  05 50 472.5 r 3 Z 4 N 22 23 24  495 20 r 2 Z  22） 叶片螺线平面图  根据上述叶轮叶片曲面螺线计算结果，绘制叶片螺线。在圆周上取 16 个轴面，每两个轴面夹角为 ， 当 Z=0 时 ， 空间螺线在平面上投影 ， 如图所示 : 图 3间螺线在平面上的投影图  （ 23） 叶片厚度计算  确定叶片厚度时，应注意到铸造的可能性，对铸铁叶轮，叶片最小厚度为 3 4 毫米，本次设计的叶轮材料选用 片厚度（ S）由经验公式求出：  1m a 需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 式中：    K 经验系数，与材料和比转数有关，查表得 K=5 叶轮外径  H 扬程  Z 叶片数， Z=1 所以：    S= = 取：     S=6（  叶片的设计  背叶片的主要作用是减压，其减压程度决定了背叶片的几何参数。背叶片对于一般的泵而言，还有另一个作用 ，就是能够及时地把固体颗粒甩至涡室内，以防止固体颗粒进入填料箱，破坏其密封性能。背叶片减压后剩余的压头 由下列经验公式求出：  = )()2()()1 0 0 0(2 8 61 222222m a   式中： 泵腔压头（包括灌注压头） m，其中灌注压头         HH d )  n 泵的转速  n=1450r/ 叶轮外径  cm 27D 背叶片外径  D = 19S 背叶片宽度  取 2S =5mm t 背叶片与涡室间隙  取 t=1D 背叶片内径    8： （ 1+)819()15 125()1926()10001450(286 113 222222 m）  由计算结果可知，经背叶片减压后，剩余压头为 果近似把 10剩余压头为  轴的设计  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 （ 1） 泵轴 上的功率 转速 转矩 T2  ， 4502  ， （ 2）初步确定轴的最小直径  先按式3 初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢，调质处理。根据机械设计表  112C ，于是得：  3  该处开有键槽故轴径加大 5 10，且 轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 1d 。为了使所选的轴直径 1d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩 2 ，取 K 。     按照计算转矩 小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计手册选用 公称转矩为 联轴器的孔径为 32取21 ，半联轴器长度为 2 ，半联轴器与轴配合的长度 01 。  （ 3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度  （ a）为了满足半联轴器的轴向定位的要求 2 轴段左端需制出轴肩，轴肩高度轴肩高度 ，取 3h 故取 2 段的直径 82 ，长度 72 。  (b) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。根据 82 ，查机械设计手册选取 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承 6308，其尺寸为 188040 故 563 ，考虑到还需安装档油环取 1 63 ， ，轴承采用轴肩进行轴向定位，轴肩高度 ，取 5.3h ，因此，取 54 。  (c)取安装 叶轮 处的轴的直径 56 ； 叶轮 左端与左轴承之间采用套筒定位。已知 叶轮 轮毂的宽度为 100了使套筒端面可靠地压紧 叶轮 ，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 86 。 叶轮 的右端采用轴肩定位，轴肩高度需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 ，取 3h ，则 85 。因三根轴在箱体内的长度大致相等，取44 ，  5 。  （ 4）轴上零件的周向定位  查机械设计表，联接联轴器的平键截面 6810 ；联接圆柱 叶轮 的平键截面 0810  水室设计  形体各断面面积内的平均速度 3v  由文献 1查得  33                                             (式中： 3k 是速度系数， 若 127 时，则 =H=15m，为泵的扬程。  代入上式 3v =s，取 3v =6m/s。  涡形体隔舌安放角 =20，分为六个断面，计算断面流量   60 20 m3/s                                       (断面面积  1 F(式  中  ：  是  断  面  包  角  。  角 3a 的计算  由文献 1查得  舌角 3a 应与叶轮出口绝对速度的液流角 2a 一致，即  3a = 2a =231                                          (式中： 2有限叶片数时中间流线出口处液流圆周的分速度。  取 22m/s                                     (需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 代入上式 3a = 2a =231=  涡形体宽度 3b ： 3b =（  2 b =105             （  绘型时实际 3b =180 圆直径 3D  由文献 1查得  基圆直径为：  3D = 2)D =350 367.2                         (取 3D =360  片厚度的确定  根据之前计算结果，诱导轮和叶轮距离 X 进口直径为 小越好，则取 x 为 20片厚度  204090  为轴面流线与水平的夹角  7024 =20 实际厚度 4 面厚度 22 c o s1 =4                      (圆周厚度  需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 o s 4c o s ou