25F1立式耐腐蚀化工泵设计方案

1 25第一章 绪论 泵是 指改变 容积 内流体的压力或输送流体的机器 ，能提升、输送或压缩流体。泵是受 原动机控制，驱使介质运动，是将原动机输出的能量转化为介质压力的能量转换装置。 泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。泵是一种通用机械，种类甚多，应用极广，可以说，在社 会经济各部门中，凡是有液体流动的地方，就有泵在工作。其主要应用范围是 :农田排灌、石油化工、动力工业、城市给排水、采狂和造船工业等。另外，泵在火箭燃料供给、船舶推进方面也得到应用。 水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵 (公元前 17 世纪 )，中国的桔槔 (公元前 17 世纪 )、辘轳 (公元前 11 世纪 )和水车 (公元 1 世纪 )。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。 在 1588 年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆 续出现了其他各种回转泵，但直到 19 世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。 20 世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速 电动机 驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。 利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。 1689 年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗体离心泵。但更接近于现代离 心泵的，则是1818 年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗体的所谓马萨诸塞泵。1851 1875 年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。 第一章 绪论 2 离心其实是物体惯性的表现 ， 比如雨伞上的水滴 ， 当雨伞缓慢转动时 ， 水滴会跟随雨伞转动 ， 这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞转动加快 ， 这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动 ， 那么水滴将脱离雨伞向外缘运动 ， 就象用一根绳子拉着石块做圆周运动 ， 如果速度太快 ， 绳子将会断开 ， 石块将会飞出 离心泵就是根据这个原 理设计的 ， 高速旋转的 叶轮 叶片带动水转动 ， 将水甩出 ，从而达到输送的目的。 1754 年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵理论基础。 19 世纪末，高速 电 动机的发明使离心泵获得理想 动力 源。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等学者的理论 研究 和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，其性能范围日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。 心泵的分类及其应用特点 1 离心泵按泵轴位置 分为：立式泵和卧式泵。 立式泵的特点为：泵轴位于水平位置；占地面积小建筑投入小，安装方便。缺点为：重心高，不适合无固定地脚场合运行。 卧式泵的特点为：泵轴位于垂直位置；使用场合广泛重心低稳定性好。缺点为：占地面积大、建筑投入大、体积大、重量重。 2 按扬程流量的要求并根据叶轮结构和组成级数分为： 表 1的结构形式 型式 特征 流量扬程 优缺点 单吸单级泵 泵的一端在托架内轴承支承，另一端悬出为悬臂端。可机械、填料或浮动环密封，较小还可有骨架橡胶密封。叶轮一般平衡孔平衡轴向力。 00 8150m 工作可靠，零部件少，易于加工，产量也较大。 两级悬臂单级悬臂扬程不满要求采用多级泵级数又较少时可用此泵。结构与单级相似，只多了一个5100 3 泵 叶轮，压出室和级间隔板，背靠背叶轮平衡轴向力。 70240m 双吸单级泵 相当于两个相同叶轮背靠背装在一起，并联工作。 一般半螺旋形吸入室，泵体水平中开，大泵滑动轴承 ，小泵滚动轴承。轴承装于泵两侧。 12020000 10110m 不但流量比较大，而且可以自动平衡轴向力。 工作可靠，维修方便，打开泵盖后可将整个转子取出。 分段多级泵 用途广泛，产量较大。等于将几个叶轮装在一根轴上串联工作，泵扬程一般都较高；每个叶轮均有相应导叶，第一级单吸或双吸（改善汽蚀性能），为平衡轴向力末级叶轮后装平衡盘，转子部分可左右窜动。 一般高压泵、锅炉给水泵、热油泵等都采用这种结构型式。 5720 100650m 高压分段式多级泵压 力 可 达280温度和压力较高，结构上要考虑材料的热膨胀和冷却问题 蜗壳多 级泵 采用螺旋形压出室的泵俗称蜗壳泵，把几个蜗壳泵装在一根轴上串联工作就成我可多级泵。 一般采用半螺旋吸水室，没个叶轮均有相应螺旋压出室，泵体中开，吸入口和吐出口都铸在泵体上，检修方便，不用拆卸。 主要用于流量较大扬程较高的城市给水、矿山排水和输油管线。 压力可达 180501500 100500m 检修方便，只要把上甭提取下即可取出整个转子；另由于叶轮对称布置，自动平衡轴向力，无需平衡机构。 但较同性能分段式多级泵体积大，铸造加工技术要求高， 深井泵 把深井中水提到地面一般用深井泵，外形受井径限制，细长，立式电机坐在地面泵座上，经常周带动井下叶轮旋转。没立式电机或没电可8900 第一章 绪论 4 用皮带轮传动。 10150m 潜水电泵 电机水泵一起，放于井下。对电机绕组绝缘要求高。潜水泵井径与深井泵同，一般100500 51200 10180m 节省传动轴和中间联轴器，利于提高泵转速，大大简化泵结构，地面泵房也可缩小甚至不要。 屏蔽泵 又称无填料泵，叶轮和电机转子连城一体，装于一个密封壳内，不需要采用填料函或机械密封，在输送易燃易爆、放射性、有毒或贵重液体时采用。 屏蔽套制造和焊接是屏蔽泵关键问题之 一。对输送高温液体的屏蔽泵除了需要对循环系统进行冷却还需对电机外壳和泵与电机连接处进行冷却。 00 1695m 自吸泵 泵吸入口有逆止阀，使泵内有一定液体，泵下部有回流阀，启动时打开回流阀泵内液体受叶轮高速旋转与吸入管路部分气体混合并在分离腔分离，气体吐出口排出，液体回流阀返回吸入口，如此循环使气体排尽，完成灌注过程。大部分与内燃机配套易于野外作业。 起动前无需想泵内管路灌注液体，故起了代替真空泵抽 出吸入管路空气的作用。 立式泵 凡轴垂直于地面安装的泵统称为立式泵，包括上述深井泵、潜水泵。可节省安装面积，另出于结构要求，例如多级泵级数太多，制成卧式泵有一定困难，可考虑立式泵。 缩小机组安装面积。 水轮泵 水轮机与泵直接连在一起，结构紧凑。00 5 部分水送到较高地方，不需要其它动力源。还可综合利用其能源。 8150m 3 按工作压力分为： a. 低压泵：压力低于 100 米水柱； b. 中压泵：压力在 100650 米水柱之间； c. 高压泵：压力高于 650 米水柱。 4 按泵壳结合缝形式分为： a. 水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。 b. 垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。 5 按叶轮出来的水引向压出室的方式分类 a. 蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。 b. 导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出口管。 6 按输送介质性质分为：清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵。 平时我们说某台水泵属于多级泵，是指叶轮多少来讲的。根据其它结构特征，它又有可能是卧式泵、垂 直结合面泵、导叶式泵、高压泵、单面进水式泵等。所以依据不同，叫法就不一样。另外，根据用途也可进行分类，如油泵、水泵、凝结水泵、排灰泵、循环水泵等。 心泵的主要部件及其作用 图 1离心泵结构示意图 第一章 绪论 6 如图 1示， 离心泵 的关键结构 是：泵体 （泵壳）， 叶轮 ， 密封环 ， 泵轴 ，轴承 ，轴封 。 体 泵体有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级泵的体体都是蜗体式的，多级泵径向剖分体体一般为环形体体或圆形体体。 一般 蜗体式泵体内腔呈螺旋型液道，用以收集从叶轮中甩出的液体，引向扩散管至泵出口。泵体承受全部的工作压力和液体的热负荷。 下列各图 为吸入室类型 ： 图 1 图 1图 1螺旋形吸入室 a)b)c) d)吸水室的作用： 将液体从吸水管路引入叶轮的进口处（引水） ；使液体以最小损失、均匀进入叶轮。 7 为了使泵有较好的能量性能和汽蚀性能 ， 要求液体流过吸水室时水力损 失最小且液体流入叶轮进口时速度分布均匀 。 压出室作用： 以最小损失将叶轮中流出的液体收集，均匀的引至吐口或次级叶轮； 顺便将一 部分动能转化为压能（减少水力损失） ； 消除旋转。 其结构形式有：螺旋行、环形、径向导叶、流道式导叶和扭转叶片式导叶。 如下列各图所示： 图 1旋形涡室 a)b)c)图 1 图 1向导叶 轮 叶轮是惟一的作功部件，泵通过叶轮对液体作功，将原动机能量传递给液体。第一章 绪论 8 叶轮型式有闭式、开式、半开式三种。闭式叶轮由叶片、前盖板、后盖板组成。半开式叶轮由叶片和后盖板组成。开式叶轮只有叶片，无盖板。闭式叶轮效率较高，开式叶轮效率较低（很少用）。 叶轮是离心泵的核心部分 ， 它转速高输出力大 ， 叶轮上的叶片又起到主要作用。叶轮上的内外表面要求光滑 ， 以减少水流的摩擦损失。 a 开式 b 半开式 c 闭式 图 1离心式叶轮的结构型式 离 心泵的叶轮、吸入室、压出室以及泵的吸入口和吐出口称为泵的过流部件。过流部件形状和材质的好坏是影响泵性能、效率和寿命的主要因素之一。 封环 密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区 ， 影响泵的出水量 ， 效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。密封环的作用是 减少高压区液体向低压区流动 防止泵的内泄漏和外泄漏 ，由耐磨材料制成的密封环 ， 镶于叶轮前后盖板和泵 体 上 ， 磨损后可以更换。为了增加回流阻力减少内漏 ， 延缓叶轮和泵壳的所使用寿命 ， 在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环 ， 密封的间隙保持在 间为宜。 泵体和叶轮上分别安装了两个密封环 泵体密封和叶轮密封环。 a 普通圆柱形 b 迷宫形 c 锯齿形 图 1封环的形式 9 轴和轴承 泵轴一端固定叶轮，一端装联轴器。 作用是借联轴器和电动机相连接 ， 将电动机的转距传给叶轮 ， 所以它是传递机械能的主要部件。 轴承 是套在泵轴上支撑泵轴的构件 ， 根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。 封 在泵轴伸出泵体处，旋转的泵轴和固定的泵体之间有轴封机构 。离心泵的轴封机构有两个作用，减少有压力的液体流出泵体外和防止空气进入泵内。离心泵常用轴封装置有四种结构形式：填料密封、机械密封、浮动环密封和有古架的橡胶密封等。填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。一般泵设计成既能装填料密封，又能装机械密封。 本次设计所采用为 153 型耐腐蚀机械密封如图： 第一章 绪论 10 图 153 型机械密封 1、 4 2 3 5 6轴向力平衡 机构 泵在运行中由于作用在转子的力不对称就产生了轴向力，而且在立式泵转子（包括其中液体）的重量，也造成泵的轴向力。如果不消除或平衡作用在叶轮上的（传到轴上）的轴向力，此轴向力将拉动转子轴向串动，与固定零件接触，造成泵零件的损坏以至不能工作，可采用下述方法平衡泵的轴向力。 1、 推力轴承 对于轴向力不大的小型泵，采用推力轴承承受轴向力，是简单儿经济的方法。即使采用其它平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。单级泵主要采用平衡孔或平衡管平衡轴向力；多级泵一般采用平衡鼓或平衡盘平衡轴向力。 2、 平衡孔或 平衡管 图 1衡孔平衡轴向力 如图 1示，在叶轮后盖板上附设密封环，密封环所在直径一般与前密封环相等，同时在后盖板下部开孔，或设专用连通管与吸入侧连通。由于液体流经密封环间隙的阻力损失，使密封下部的液体的压力下降，从而减小作用在后盖板上的轴向力。减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。通常取平衡孔大的总面积等于五倍平衡环间隙的面积。在这种情况下，仍有 10%15%的不平衡力。 3、双吸叶轮 11 双吸叶轮由于结构对称，能平衡轴向力，但由于制造误差，或两侧密封环磨损不同，亦会存在一定的残 余的轴向力。 4、背叶轮 图 1叶轮上装背叶片的示意图。 图 1叶轮结构 装背叶片泵的扬程大约提高 1%2%，使泵效率下降 2%3%。 5、叶轮对称布置 多级泵的叶轮半数对半数，面对面或者背靠背按一定次序排列起来，可使轴向力相互平衡。这种方法主要用于蜗壳式多级泵，有时也在节段式多级泵和潜水泵中使用。 6、平衡鼓 平衡鼓是个圆柱体，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转。平衡鼓外圆表面与泵体间形成径向间隙。平衡鼓前面是末级叶轮的后泵腔，后面是与吸入口 相连通的平衡室。这样作用在平衡鼓上的压差，形成指向右方的平衡力 F，该力用来平衡作用在转子上的轴向力。 1- 末级叶轮； 234图 1衡鼓与平衡盘联合装置 第一章 绪论 12 离心泵除了上述主要零部件以外，还有轴承体、托架、支架、联轴器等主要零部件。 心泵的工作原理 叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入口与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口与排出管连接。 在离心泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体形成真空状态；启动后，当叶轮 由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛出后，同时液体获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，被输液体在大气压（或水压）的作用下通过管道网压到了水管内。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。 叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心 力的作用，由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时，流速非常高。泵体汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在体内顺着蜗体形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。所以泵体的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。 液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。 汽蚀现象：如果离心泵在启动前体内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上，更甚 在 离心泵叶片 叶端 的高速减压区，在此形成空 穴 ，空穴在高压区被压破并产生冲击压力，破坏金属表面上的 保护膜 ，而使腐蚀速度加快。 这一现象称为汽蚀。 气蚀的特征是先在金属表面形成许多细小的麻点，然后逐渐扩大成洞穴 。 为防止汽蚀现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵体内空间灌满。这 13 一步操作称为灌泵。为防止灌入泵体内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。 5腐蚀泵的机理分析 泵是抽取 、增压或抽送液体介质的机器，泵在湿的大气和腐蚀介质溶液中，热力学性能始终是不稳定的，有从金属原子状态转变为离心状态的倾向。离心泵腐蚀过程的结果是水泵金属从金属点阵中转变为离子状态，形成可溶的金属氧化物、其氧化物或较为复杂的络合物，使离心泵失效而不能工作。而离心泵的叶轮、轴泵体等零件材料不同，它们的电极电位也不同，形成电位差，在腐蚀介质溶液中会产生腐蚀电流，造成水泵金属过流表面的渗透和溶解性腐蚀。 耐腐蚀泵 顾名思义是具有耐腐蚀性能的泵、主要用于具有腐蚀性液体的输送。是通用设备泵里面使用较为广泛的一种泵。 目前 国内市场腐蚀性液体输送使用最为广泛的为不锈钢材料材料制造的耐腐蚀泵、因其材料制造的耐腐蚀泵具有耐腐蚀范围广泛优越、维修操作方便等优点。 其 工作的过流介质是酸性、碱性、油性、有毒液体、挥发性性等液体，介质溶液离子浓度高、电阻小。选择合适的材料是耐腐蚀泵的一个关键内容。 泵的过流部件主要是叶轮、泵体、密封部件，是材料选择重点。叶轮是泵最主要的部件，叶轮有开式、半开式、闭式，它们的效率和汽蚀状况各不相同。叶轮的水力设计必须满足功能要求，同时要考虑效率，离心泵的一般效率为 41% 78%。 轴封装置保证离心泵正常、高效 运转。离心泵在工作是泵轴旋转而体不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与体之间的密封。 计流程 设计按照以下流程进行： 叶轮水力设计 绘制叶轮 泵体设计 泵零件设计 轴向力平衡 第二章 叶轮水力设计 14 第二章 叶轮水力设计 定泵的进出口直径 基本设计参数：出口直径 D=25量 Q=，扬程 H=25m，介质密度 g ，汽蚀余量 。 叶轮是泵的核心部分。泵的性能、效率、抗汽蚀性能、特性曲线的形状 ， 均与叶轮的水力设计有重要关系。 图 2泵的进口和出口 进口直径 吸入口直径 济流速 )决定， ( 4Q/ (2泵 最求高效率 吸入口的流 速 一般取为 s 左右。从制造方便考虑 ， 大型泵的流速取大些 ， 以减小泵的体积 ， 提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑 ， 15 应减小吸入流速 ；此处 下标 s 表示 入） ， 下处下标 d 表示 出 )。 结果取标准值 25 出口直径 出口直径 d（ 出口直径 ， 对于低扬程泵 ， 可取与吸入口径相同。 s (2故结果取 25 进口速度 由于进出口直径都取了标准值，所以 和 都有所变化，需要重新计算。 0 2 (2出口速度 进出口直径相同 ， 所以速度也相同： (2蚀计算 由于叶轮入口处压力低于工作水温的饱和压力，所以会引起一部分液体蒸发（即汽化）。蒸发后汽泡进入压力较高的区域时，受压突然凝结，于是四周的液体就向此处补充，造成水力冲击，这种现象称为 汽蚀现象 。这个连续的局部冲击负荷，会使材料的表面逐渐疲劳损坏，引起金属表面的剥蚀，进而出现大小蜂窝状蚀洞。除了冲击引起金属部件的损坏外，还有化学腐蚀作用，也就是在上述作用的同时，液体也析出氧气 ，发生氧化作用。 汽蚀过程的不稳定，引起水泵发生振动和噪音，同时由于汽蚀时汽泡堵塞叶轮槽道，所以此时流量、扬程均降低，效率下降。 2 40 第二章 叶轮水力设计 16 允许汽蚀余量 h 公式如下； (2(一般规定 k= 式中 转数计算 比转数， 水轮机、动力式泵和通风机等透平机械常用的一个重要参数 ， 又称 比转速。比转数小反映机器的流量小 ， 全压 (或扬程、水头 )高 ； 反之 ， 比转数大则机器的流量大 ， 全压（或扬程、水头）低。一台水泵 ， 取最高效率工况时的比转 数 做为 (2水泵的比转数 。 比转数 按式 2算 根据已知条件得：离心机以电机直接驱动 取转速 r ， i=1。 表 2比转数与叶轮形式 比转数 0050轮示意图 在设计离心泵时，需要有一个能表示泵的汽蚀性能 ， 又能与泵设计参数有关联的综合性参数，作为比较泵汽蚀性能和选择模型泵的依据。利用水利力学的相似原理，引出一个新的参数 C 来表示离心泵的最小汽蚀余量 泵设计参数间的关系： 4/3 17 h 4343m i n Q(2 根据经验和单吸单级泵的 C=400；由 大于所取电机转速，合格。 率计算 参照同类型产品并借助经验公式取泵的总效率 =（ = 水力效率 水力效率按下式计算 (2积效率 容积效率可按下列公式计算 (2该容积效率为只考虑叶 轮前密封圈的泄漏的值，本次设计有平衡孔，容积效率要相应降低，故 v= 机械效率 机械效率计算公式如下： (2考虑机械密封、圆盘摩擦、轴承的损失，取 7.0m效率 (2确定 h、 设计设计时使用。 m i 62m i h 4343 4 3 3 3 3/23/2 sv n7 1 0 0/( 6/76/7 sm n 第二章 叶轮水力设计 18 （拉、压、弯、扭）和刚度（挠度）及临界转速条件确定。因为扭矩是泵最主要的载荷 ， 开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小直径 ， 通常是联轴器处的轴径。 功率 (2算功率 (2K 是工况变化系数 ， 取 是传动效率，电机直联取 1 。 由前面所取电机为 p= . 矩 (2小轴径 (2是泵轴材料的许用切应力 (单位： N/其许用切应力可取 =（ 539687）105， =600105。 取标准直径 d=20 确定出泵轴最小直径后。参考类似结构泵的的泵轴的结构草图。其中在叶轮入口侧的轴颈 加工为 纹连接一螺帽，用于轴向固定叶轮。根各段结构草和工艺要求、确定装叶轮处的周径 由结构 0 2 8 m m 1 2 250 0 2 3 61 920. 51 61. 2s 182 9 0 8 53 19 图 2轴直径初分配图 表 2轴常用材料的许用切应力 材料 热处理要求 用途 35 正火 (343441) 105 一般单级泵 45 调质处理 41286 (441539) 105 一般单级泵 40质处理 41302 (637735) 105 大功率高压泵 3质处理 69302 (539687) 105 耐腐蚀泵 35质处理 41285 (687785) 105 在高温下工作的泵 (t=200400 ) 图 2叶轮主要尺寸参数示意图（左为穿轴叶轮，右为悬臂叶轮） 叶轮进口直径 片进口直径 轮轮毂直径 轮出口直径 轮出口宽度 二章 叶轮水力设计 20 计算叶轮主要尺寸 叶轮进口几何参数对汽蚀具有重要影响 ， 叶轮出口几何参数对性能（ H， Q）具有重要影响 ， 而两者对效率均有影响。图 2示的是穿轴和悬臂叶轮几何参数形状和主要参数尺寸参数。 轮进口直径 因为有的叶轮有轮毂 ， 有的没有轮毂 ，本次设计的叶轮有轮毂。从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引出叶轮进口当量 直径 下面先计算进口当量直径 (2表 20 的选择 主要考虑效率 顾效率和汽蚀 要考虑汽蚀 2轮出口宽度 根据统计资料 (2(2考虑到铸造工艺，取 2 。 轮外径 00/( sD (2e 280 2 0 00 0 30 02828 22220 b 2 0 322 00/( sb 1 (2取 50 叶片出口安放角 计算 一般为 15 35，随着 2 角度增大至 90，理想的性 能曲线变成水平的。为确保关死点扬程高于设计值，所以常取 25为折中值。 片数 按照叶片数的计算公式得： (2其中： 40=38照比转数选择叶片数所以选取 6Z 。 算叶轮外径 片出口排挤系数 (2选 =4假定 =90， 已知 Z=6， 50 论扬程 (2限叶片数修正系数 根据经验有限叶片数修正系数 .0p 。 穷叶片数理论扬程 根据普夫莱德尔公式得： (2取 = 11 4 1 0 00 0 322 515s i 0 381 5 i 11212D i n 25c 61s i nc 5 T ( 第二章 叶轮水力设计 22 口轴面速度 (2口圆周速度 (2轮直径 (2与假定直径不符合， 必须再次进行计算。 二次精算叶轮外径 叶片出口排挤系数 出口轴面速度 出口圆周速度 叶轮直径 与假定值相同 ， 不再进行计算 ； 取为偶数 ， 便于作图。 t a a i n 25c 61s i nc 0 t a a 3 41 3 0 0 342 23 第三章 绘制叶轮 叶轮是影响离心泵性能的主要零件，叶轮主要几何尺寸计算完毕后，可进行绘制工作。也由于叶片形状比较复杂，制造得不准会影响离心泵性能。因此准确的绘型是保证叶片形状正确的前提。 目前常用的绘型方法有：圆柱形叶片叶轮绘型法和保角变换绘型法。本次设计采用的是圆柱形叶片叶轮绘制法。 圆柱形叶片叶轮绘型主要步骤如 下： 轮轴面投影图 所谓轴面，是指通过叶轮轴线的截面。轴面投影就是将叶轮上的按圆弧投影在某一轴面的图形。在轴面投影图上可以比较全面地看到叶轮前后盖板形状，叶片入口处、出口处各点相对于叶轮轴心线的径向位置和轴向位置，但，入口处、出口处上各点并不定在同一轴面上。 图 3叶轮轴面投影过程示意图 叶轮各部的尺寸确定之后，可画出叶轮轴面投影图。画图时 考虑到： c. 出口前后盖板保持一段平行或对称变化； d. 流道弯曲不应过急，在轴向结构允许的条件下，以采用较大的曲率半径为宜。 作轴面投影图的步骤为： 1 取2轴心线 E,如图； 2 作轴心线 B，使 作 ，有 ，其大小与比转速和结构有关，比转速小可以取 0，故第三章 绘制叶轮 24 取 0 图 3 轴面投影图 的绘型 与直线 为叶轮后板盖的初步轮廓线； 点作轴心线 截取 FB=K。 ， 为半径作圆，使之与叶轮后板盖轮廓线相切； 轮廓线必须与 通过 面投影图的检查 轴面投影图画出后，检查流道面积变化是否合理。如果流道变化无规律，则液体在叶轮流道内有加速和减速、要产生局部漩涡，增大损失。具体为在轴面投影图流道内作很多内切圆，内切圆圆心距的大小视轴面投影图的大小而定，距离越小，检查精度越高，但工作量越大，这些内切圆圆心用圆滑曲线连接起来，就得到了叶轮轴面流道中线，还有就是通过计算过流面的面积 F，作 坐标图来观察流道变化情况。 由于比转速小，画一个圆弧的叶片较短，流道扩散情况不好，故本次采用两个圆弧。 具体作法如下： 25 图 3面投影图的检查 图 3柱形叶片叶轮的绘型 1 作叶轮的 1如图； 2 作中间圆， 及对应的 ； D 12 1D 2 12D第三章 绘制叶轮 26 3 做半径线 B，使 2； 4 做半径线 ，并与 ； 5 过 A、 并与 圆交于点 D； 6 连接 半径线 直线 ，并与 点。 7 以 弧通过 8 作半径线 1，并与 ； 9 过点 D、 与 ； 10 作半径线 ， 并与 ； 11 以点 弧必通过 12 以 E 和 H 点为圆心，分别以 和 为半径作圆弧，并适当削尖修圆叶片入口边，即叶片形状。 13 以叶片数 上述方法依次做其他叶片。 同理对平面投影图流道进行检查如图： 图 3叶轮平面投影图流道的检查 1i7 第四章 泵体设计 体的选择 泵体是泵结构的中心，也叫蜗壳或泵壳，其型式比较多。 一、 按剖分方式可分为： 这种型式的泵壳是在通过轴心的水平剖分面上分开，拆卸泵壳时与吸入、排出管道无 关，维修也比较方便。 这种型式的泵壳是在垂直轴心的垂直面上剖分，不易泄漏，但在维修时必须拆卸进口管道，所以维修不如水平剖分式泵壳方便。 这种型式的泵壳是从前端吸入，上面排出，泵壳在通过轴心的倾斜面上剖分，不拆卸吸入和排出管道，只拆开上半部泵壳即可检修内部。 这种型式的泵是把泵壳制作成筒体式的，对于压力非常高的泵，用单层泵体难以承受其压力，所以采用双层泵体。 二、 按泵壳的支承型式可分为标准支承式、中心支承式、悬臂式、管道式、悬挂式。 这种型式的泵，一般是 卧式，在泵体两侧有支脚，支脚用螺栓固定在底座上。 2、中心支承式 这种型式的泵，泵壳下侧的支脚安装在底座上，可适应输送高温流体而造成热膨胀应力的影响。 第四章 泵体设计 28 3、悬臂式 这种型式的泵，泵壳是一整体，并将泵体与吸入盖的组合件安装在轴承托架上。结构紧凑，拆卸方便。 4、管道式 这种型式的泵是作为管道的一部分和管道联接在一起的，并由管道支承。检修时，不需拆下与管道联接的泵体，就可以检修泵的转子和电动机。 5、悬挂式 这种型式的泵是泵壳装在排出管道上，泵壳在排出管以下部分悬挂在吸入容器上，泵壳是垂直剖分式的。 泵体（蜗 壳）在工作时是固定不动的。组成蜗壳的各个零部件的内腔形成了叶轮工作室吸入室和压出室。叶轮工作室是装有叶轮的空间，它的形状和大小由叶轮的结构型式和尺寸决定，在进行蜗壳设计前，吸入室和压出室的形状尺寸也都已经由水力设计确定。虽然蜗壳不是产生扬程的零部件，但因为它的内腔直接影响到泵的工作性能，所以设计和制造蜗壳时，必须准确地保证由水力设计和叶轮结构设计所提出的对内腔形状和尺寸的要求。 蜗壳内腔既然为泵的过流流道，蜗壳的结构就必然与泵的级数和叶轮、吸入室及压出室的型式及布置有关。另外，蜗壳还用于装设泵的支承及密封等 辅助工作机构合理紧凑，制造工艺好，有足够的强度和刚度，使用和维修方便并能满足泵的特殊使用要求。虽蜗壳的结构型式多种多样，但所有的蜗壳都有一个共同的特点，就是它们都要被剖分成部分，否则叶轮无法装入。 现在大多数的悬臂泵都是单级蜗体式泵，它们的蜗壳多属端盖式蜗壳，通常将仅在位于远离动力输入端的那一侧带有梢头盖的端盖式蜗壳称为前门端盖式蜗壳；在位于靠近动力输入端的一侧有泵盖的蜗壳称为后开门端盖式蜗壳；两侧皆有泵盖者称为双开门端盖式蜗壳。 确定方案：在上面的几种蜗壳形状经过综合比较分析，结合具体的需要，本次设计单级 蜗体式结构。蜗壳的结构见下图 4 29 a)b)c)图 4壳结构 壳的设计计算 图 4壳计算流程 1 基圆 (4一般大泵取小值，小泵取大值。如果基圆取得太小，在大流量时泵舌处容易产生汽蚀，引起振动。此处 40 2 涡室入口宽度 叶轮出口宽度 叶轮前后盖板厚 度，再按结构需要加必要的间隙即可。涡 23 D 第四章 泵体设计 30 室入口宽度对泵性能没有明显的影响，但取得略宽些可以改善叶轮和涡室的对中性。 223 (4此处取 43 舌角 3 舌角是在涡室第面的 0 点（及涡室螺旋线的起始点）处，螺旋线的切线与基圆切线间的夹角。为了使液体无冲击的从叶轮进入涡室，一般取 3等于叶轮出口绝对速度的液流角。 4 泵舌 安放角 在理论上泵舌应该在第断面的基圆上 ，但这样做会使泵舌与叶轮间的间隙过小，易产生振动，并且泵舌也太薄。所以将泵舌沿涡室螺旋线移动，此角即为泵舌安放角。 表 4泵舌安放角 0 80 130 180 220 280 360 10 15 20 25 30 38 45 45 在取泵舌安放 角时，还应考虑结构安排的可能性，一般应使泵舌处的圆角半径 r 为 2 米左右。 5 涡室断面面积的确定 涡室断面面积对泵性能影响很大，对同一个叶轮，如果涡室断面面积过小，流量 扬程曲线变陡，最高效率点向小流量方向移动，效率降低；如果涡室断面过大，则流量 扬程比较平坦，最高效率点向大流量方向移动，效率也较低，但在数值上要比涡室面积过小时降低值要少。 涡室中的流速： (4涡室最大断面（即第断 面）处的面积 : v 233 31 (4涡体其余 各断面面积： (46 扩散管 液体离开涡室后进入扩散管，在扩散管中，一部分动能变为压能。扩散管末段为泵的吐出口，与吐出管路相接。所以吐出口直径应该按国家标准规定的管径选取。为了尽量减少在扩散时的水力损失，扩散管的扩散角一般取 6 10。 体的绘制 制涡壳泵体时考虑的因素 。 1 在蜗壳设计中，最重要的设计变量是喉部面积，该面积和叶轮出口面积决定泵的最优工况点。当考虑用一个泵体安装不同叶轮时，应该先按照标准叶轮初定喉部面积，然后再将喉部面积增大 10%，以便保证大流量工况泵效率。 2 因为在扩散管中发生动能向压力能的转化，所以特别注意扩散管的设计。 3 设计的蜗壳应保证所有的断面内速度相等。 4 最多用三条圆弧光滑连接由隔舌到喉部的螺旋线。 5 蜗壳泵体，特别是双蜗壳泵体，铸造比较困难。在中小型泵中，蜗壳面积小，流道长，要求长的悬空砂芯。 制涡壳泵体 绘 制步骤：先确定基圆直径 涡形体进口宽度 后以 ) 将梯形圆角，并使圆角后梯形面积等于 其余各断面的绘制过程与上述断面的