IH化工离心泵设计.doc

毕业设计 毕业设计 题 目： ih6550160 系 （部）： 机械工程系 专 业 ： 化工设备维修技术0832 指导教师 ： 完成日期 ： 2011.05.05 前 言本书是对ih化工离心泵的一个简要说明。本书中简要概括了离心泵的工作原理、工作特点、工作中常见的故障及其检修方法。以ih 65-50-160为代表，通过对泵的工作条件，经济，环保等多方面考虑，确定泵零部件的选材和设计特点。化工泵由于工作的条件比一般的泵要苛刻的多，故设计时要有不同于一般泵的选材和结构。ih型化工泵为单吸悬臂式离心泵适用范围广泛，如化工、冶金、电力、造纸、食品、制药、合成纤维等工业部门，用于输送腐蚀性的或不允许污染的介质。介质工作温度一般为-20105 技术参数 5.5功率（kw） 25 流量（m3/h） 32扬程（m） 2900转数（转/分） 65温度（） -20105 性能描述 用途 用于化工、冶金、电力、造纸、食品、制药、合成纤维等工业部门，用于输送腐蚀性的或不允许污染的介质。介质工作温度一般为-20105。 化工离心泵的设计原则：1、 满足设计基本参数和化工工艺流程要求；2、 运行可靠、寿命长、经济性好；3、 结构先进，制造工艺良好，操作维修方便；本泵设计的是输送介质为62摄氏度下的浓度为65%的浓硝酸，故泵轴，叶轮，轴封等零部件都选用了特定的材质，在满足工艺性能的前提下，尽量节约成本价，以寻求最优化。在编写过程中，作者致力于把自己所学的专业知识与实际工作中所总结的经验相结合，抱着认真、严谨，科学的态度编著此书。虽然如此，但是由于作者本人的知识水平有限，本书中还是免不了会出现一些错误，漏洞和一些有争议的地方，希望广大同行，教师在发现本书的缺点后，能不吝赐教及时给于斧正。 编者 2011年3月目 录第一章 对ih化工泵的简要叙述 . 化工泵的基础知识 4 . 对轴封的分析 5. 机械密封常见的问题以及进行分析解决 6. 泵的装配、拆卸、安装方法及间隙调整等技术要求 6 . 泵的装配、拆卸、安装方法及间隙调整等技术要求 6. 泵的操作、运转中存在问题的解决方法 7. 泵的维护与检修注意事项 8第二章 设计过程.离心泵通用零部件的结构设计与选型 11 （一）悬架部件的结构设计 11 （二）、悬架部件装配技术要求 12.泵中主要零部件构造设计与计算 12 (一)、法兰的设计 12（二）轴的设计 14(三) 轴承的选用 20（四）轴封的选择 20（五）轴向力的平衡方法 22（六）泵体结构与强度计算 25 （七）泵体连接螺栓的强度计算 27（八）叶轮结构与强度计算 29第三章 其他参数的计算a . 允许汽蚀余量 35b. 泵的安装高度 36c. 估算泵的效率 37d、泵中能量损失与效率设计 38第四章 电机型号的选择（1） 转速n的分析和计算 40（2）原动机的功率计算与选型 40小结 44参考文献 45第一章 对ih化工泵的简要叙述. 化工泵的基础知识泵是用来输送液体并增加液体能量的一种机器。泵在国民济济的各个部门中得到了广泛的应用。在化工生产中，泵的使用更加广泛。化工泵有很多种，下面我就以化工用离心泵作简要分析：离心泵型号表示的意思：ih 65-50-160ih：单级单吸悬臂式离心泵。 65：吸入口直径为65mm 50：排出口直径为50mm 160：叶轮名义直径:160mmih化工泵的工作原理：利用机器的做功元件，对液体做功，使其在离心力场中压力得到提高，同时动能也大大增加，随后在扩张流道中流动时，这部分动能又转变为静压能，使液体压力进一步提高。这就是离心泵的增压原理。化工泵的特点：由于化工泵输送的大多数是一些高温，低温，高压，负压，有腐蚀性的介质，故对化工用的离心泵有不同于一般离心泵的特点，主要特点有：（1）能适应化工工艺需要泵在化工生产中，不但要输送液体物料并提供工艺要求的必要压力，还必须保证输送的物料量，在一定的化工单元操作中，要求泵的流量和扬程要稳定，保持泵高效率可靠运行。（2）耐腐蚀化工泵输送的介质，包括原料、反应中间物等往往多为腐蚀性介质。这就要求泵的材料选择适当和合理，保证泵的安全、稳定、长寿命运转。（3）耐高温、低温化工泵输送的高温介质，有流程液体物料，也有反应过程所需要和产生的载热液体。例如：冷凝液泵、锅炉给水泵、导热油泵。不管输送高温或低温的化工泵，选材和结构必须适当，必须有足够的强度，设计、制造的泵的零件能耐热冲击、热膨胀和低温冷变形、冷脆性等的影响。（4）耐磨损、耐冲刷由于化工泵输送的物流中含有悬浮固体颗粒，同时泵的叶轮、腔体也有的在高压高流速下工作，泵的零部件表面保护层被破坏，其寿命较短，所以必须提高化工泵的耐磨性、耐冲刷性，这就要求泵的材料选用耐磨的锰钢、陶瓷、铸铁等，选用耐冲刷的钛材、锰钢等。（5）运行可靠化工泵的运行可靠包括两个含义：一是长周期运行不出故障；二是运行中各种参数平稳。运行的可靠性对化工生产至关重要。若泵经常发生故障，不仅会造成经常停产，影响产量和经济效益，而且有时还可能造成化工系统的事故。化工泵转速的波动，会引起流量及泵出口压力的波动，使化工生产不能正常进行或系统中的反应受到影响，物料不能平衡，不仅造成浪费，甚至造成产品质量下降或使产品报废。（6）无泄漏或少泄漏化工泵输送的介质多数为易燃、易爆、有毒、有害的液体，一旦泄漏将严重污染环境，危及人身安全和职工的身心健康，更不符合无泄漏工厂和清洁文明工厂的要求，这就必须保证化工泵运行时不泄漏，在泵的密封上采用新技术、新材料，按规程操作，高质量检修。（7）能输送临界状态的液体临界状态的液体，当温度升高或压力降低时，往往会汽化。化工泵有时输送临界状态的液体，一旦液体在泵内汽化，则易于产生气蚀破坏，这就要求泵具有较高的抗气蚀性能。同时，液体的汽化，可能引起泵内动静部分的摩擦胶合，这就要求有关间隙取大一些。为了避免由于液体的汽化使机械密封、填料密封、迷宫密封等因干摩擦而破坏，这类化工泵必须有将泵内发生的气体充分排除的结构.ih化工的优点：水利性能布局合理，用户选择范围宽，“后开式”结构，检修方便、效率和吸程达到国际先进水平。化工泵具有性能稳定可靠，密封性能好，使用寿命长，造型美观，使用检修方便等优点。. 对轴封的分析轴封部件的选材、结构形式选型分析：轴封的优点：摩擦副磨损后在弹簧和密封流体压力的推动下实现补偿，能始终保持两密封端面的紧密接触。将极易泄露的轴向密封，改变为不易泄露的端面密封。根据密封的结构和原理的不同又将其分为机械密封和填料密封两种。机械密封的工作原理：它是靠动、静环的接触端面在密封流体压力和弹性元件的压紧力作用下紧密贴合，并相对滑动到达密封的。机械密封的优点：1.它在长期的密封状态中很稳定，泄露量很小。2.使用寿命长。3.运行中不用调整。用自动补偿机构。4.功率损耗小。由于机械密封端面接触面积较小，摩擦功率损耗小，一般仅为填料密封的20%-30%。5.轴或轴套表面不易磨损。6.机械密封由于具有缓冲功能，因此当设备或转轴在一定范围内振动时，仍能保持良好的密封性能。7.密封参数高，适用范围广。8.结构复杂、拆装不便。填料密封是在轴与壳体之间用弹、塑性材料或具有弹性结构的元件堵塞泄露通道的密封装置。工作原理：软填料装在填料箱内，压盖通过压盖螺栓轴向预紧力的作用使软填料产生轴向压缩变形，同时引起填料产生径向膨胀的趋势，而填料的膨胀又受到填料箱内壁与轴表面的阻碍作用，使其与两表面之间产生紧贴，间隙被填料塞而达到密封。填料密封的缺点：1.受力状态不良。2.散热、冷却能力不够。3.自动补偿能力较差。4.耐高温能力差。根据以上叙述，本化工泵选择机械密封比较合理。. 机械密封常见的问题以及进行分析解决机械密封出现泄漏的原因分析：1.静密封处密封圈安装不到位或损坏。2.动环和静环密封端面受损。3.弹簧受损，造成两密封端面接触不良。4.泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量大，动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转，动、静环磨损后，得不到补偿位移。对策：在装配机械密封时，轴的轴向窜动量应小于01mm ，辅助密封与轴的过盈量应适中，在保证径向密封的同时，动环装配后保证能在轴上灵活移动（把动环压向弹簧能自由地弹回来）。5.密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。对策：油室腔内润滑油面高度应加到高于动、静环密封面。6.转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡，汽蚀或轴承损坏（磨损），这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。对策：可根据维修标准来纠正上述问题。7.固体颗粒杂质引起的机械密封渗漏如果固体颗粒进入密封端面，将会划伤或加快密封端面的磨损。对策：尽量保持输送液体的洁净，如果不能保证则选用特殊材料制作密封环。8.弹簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大或过小的现象，误差2mm ，压缩量过大增加端面比压，摩擦热量过多，造成密封面热变形和加速端面磨损，压缩量过小动静环端面比压不足，则不能密封。9.安装动环密封圈的轴（或轴套）端面及安装静环密封圈的密封压盖（或壳体）的端面应倒角并修光，以免装配时碰伤动静环密封圈。. 泵的装配、拆卸、安装方法及间隙调整等技术要求答：装配、拆卸的技术要求：1.装配、拆卸顺序要正确。2.每个零件的装配位置要正确。3.完成装配后，泵能完成正常的工作。泵安装的技术要求：1.安装后，泵轴的中心线应水平或铅垂，其位置和标高必须符合设计要求。2.泵轴的中心线与电动机轴的中心线应同轴。3.泵与机座、机座与基础之间，必须连接牢固。4.泵各连接部分，必须具备较好的严密性。安装好后需要对泵和电机之间的联轴器进行同轴度和轴向间隙的调整，一般是固定泵端，调整电机端来达到所需的目的。两联轴器之间的轴向间隙，一般要大于泵和电动机轴的窜动量之和。至于同轴度的要求需要根据泵的工作要求来决定。. 泵的操作、运转中存在问题的解决方法 1. 泵出口压力过高打开出口阀门，直至达到工况点。2. 系统压力高于工况点a.装大一点的叶轮。b.增加转速。3. 泵和管路中的气体没有完全排出，泵内灌水不足泵与管路彻底排液或完全灌液。4. 进口管路或叶轮堵塞清除管路或叶轮中的堵塞物。5. 管路内形成气泡a.改变管路布置。b.如果需要可以安装排气阀。6. 装置汽蚀余量太低（在有灌注头装置时）a.检查进口容器内液位。b.完全打开进口管路上的闸阀。7. 吸上高度过高a.清洗进口滤网及进口管路。b.检查进水池的水位。c.改变吸入管路。8. 填料腔进气（对装有填料密封的泵）a.密封液的通路堵塞，排除堵塞，如果有必要可以从泵外部供应密封液，或增加密封压力。b.装新填料涵。9. 转向相反改变三相电动机的二相接线。10. 转速太低a.增加转速。b.增加电动机的使用电压。11. 泵内磨损太大更换磨损零件12. 泵系统压力低于订货时提供的数据a.调节排除管路上的截止阀，使之调整到工况点。b.在长期超载的情况下，必要是可调整叶轮直径。13. 填料压盖压得过紧或歪斜按要求调整填料压盖的松紧度。14. 转速太高降低转速。15. 轴封磨损a.检查轴封，必要时更换轴封。b.检查密封冲洗液的压力。16. 轴套表面粗糙，起沟槽或划痕更换新的轴套。17. 冷却液不够或冷却腔堵塞a.增加冷却液的流量。b.清洗冷却腔。c.调换清洁的冷却液。18. 填料压盖、端盖或密封垫没有拧紧，选用填料材质不对选用合适的填料，并拧紧填料压盖等。19. 泵运转不稳定a.改进吸入条件。b.检查泵装置的校正情况。c.重新做转子的动平衡。d.增加泵入口的吸入压力。20. 泵装置不成一直线检查联轴器的校正情况，必要时重新校正泵装置。21. 叶轮于泵壳有碰擦a.检查叶轮位置。b.检查管理连接，确保泵不受力。22. 循环供水系统故障增加循环供水系统管路截面积。. 泵的维护与检修注意事项。1.由于机械密封一般适用在清洁的，无悬浮颗粒的介质中使用，因此，对新安装的管路系统和储液灌，应认真冲洗干净，严防固体杂质进入机械密封端面帀使密封失效。2.在易结晶的介质中，使用机械密封应注意经常冲洗。停车后重新起动前，要将机械密封上的结晶清洗干净。3.拆卸机械密封应仔细，不许用手锤，铁器等敲击，以免破坏动、静环密封面。4.如果有污垢拆不下来时，应设法清除污垢，冲洗干净后再进行拆卸，以免损坏密封元件。5.安装机械密封前，应检查所有密封元件是否有失效或损坏，如有则应重新修复或更换。6.应严格检查动环与静环的相对磨擦密封面，不允许有任何细微的划痕、碰伤等缺陷。所有另部件，包括泵体，叶轮，密封腔等在装配前均应冲洗千净，尤其是动、静环端面，要用清洁，柔软的布或棉纱认真擦拭干净，然后涂上一层清洁的油脂或机油。7.装配中要注意消除偏差，紧固螺钉时，要均匀拧紧，避免发生偏斜，使密封失效。8.正确调整弹黃的压缩量，泵安装好以后，以手扳动转子时，应感觉到密封弹黃既有一定的压缩量，而又能轻快、灵活地转动没有咬紧的感觉。如感觉太紧或盘不动，则应适当调松一些。9.对有外部冲洗的机械密封，起动前应先开启冲洗波，使密封腔内充满密封液。停车时，先停泵，后关密封冲第二章 设计过程设计的已知条件：泵的型号：ih 65-50-160转速n=2900（r/min） 流量25m3/h 扬程 32米 效率57%轴功率：3.82kw 电机功率：5.5kw输送的介质：输送腐蚀性介质。 工作温度：-20105最小汽蚀余量h= 1. 泵体 2. 叶轮 3. 密封环 4. 叶轮螺母 5.轴封装置 6. 轴套 7. 中间体 8.油杯 9.悬架轴承部件离心泵性能曲线图比转数ns的分析与计算，确定泵的水力方案比转数ns是相似理论中引出的一个综合参数,它说明了相似泵的流量q扬程h之间的关系,相似泵在相似工况下,比转数相等,但同一台泵在不同工况下的比转数ns并不相等,在确定比转数时应考虑到以下因素。a. ns与泵效率密切相关在确定ns时必须同时考虑泵的效率是否能达到给定指标，一般来说，ns=120-210的区间，泵效率最高。ns 60泵的效率显著下降。b.采用单吸叶轮，ns过大时可采用双吸，反之，采用单吸。c.泵特性线的形状也和ns有关。d.比转数和泵的级数有关，级数越多，ns越大，趋势是尽量提高转速，减少级数，以提高泵运转的可靠性。根据设计依据，在能达到要求的前提下，为使结构简单运行可靠，应尽量采用较少级数，至此，本泵采用单级i=1，根据级数i=1计算ns为：ns =3.65n/3/4 =3.652900/（）3/4=3.65x2900x0.083/13.5=65.07取ns=66又因为ns=3.65n/h3/4 得出 m=q（3.65n/h3/4ns） =25/3600（3.652900/323/466） =0.826即m取1故泵的水力方案为单级单吸泵.离心泵通用零部件的结构设计与选型（一）悬架部件的结构设计1螺钉连接轴承盖与悬架体2轴承前后盖ht2040采用管螺纹型式起密封作用3前后盖垫模造纸平衡轴向力和径向力4气孔盖散热5单吸向心球轴承305支撑平衡轴向力和径向力6悬架体ht2040支撑泵7前后防尘盖ht2040阻止灰尘的进入8油位计部件塑料观察油位是否满足要求及时添加润滑油9管堵密封作用10管堵垫耐酸石棉板检漏作用（二）、悬架部件装配技术要求 悬臂泵在总装前要进行悬架部件小装，以检查各部件的积累误差是否影响泵的正常运转。悬臂泵托架部件小装图和技术要求如下： 悬架止口端面对轴的径向跳动误差为0.06mm 悬架止口端面对轴的端面的跳动允差为0.03mm 叶轮密封环端面对轴端面的跳动允差为0.06，轴套外圆的径向跳动允差为0.04mm检查悬架止口对轴的径向跳动和端面跳动测量的目的是为了保证悬架止口与轴的同心度和垂直度，以免装泵体时，泵盖与密封环发生碰撞。检查叶轮密封环外圆对基准面得径向跳动量主要是为了防止由于轴套外圆跳动而影响泵的泄露。.泵中主要零部件构造设计与计算(一)、 法兰的设计外形尺寸图吸入口排出口法兰连接尺寸图（1）泵吸入口径的确定ds和排出口径da的确定泵吸入口径的确定主要取决于吸入管内的流量、流量确定后，可根据流量q求泵吸入口的直径ds。取流速vs=1.3m/sds=0.082m=82mm查表可取管型为ds=80mm，则此时流速vs得：vs=1.382m/s一般来说，低压泵的吸入口径和排出口径是相等的。但是在压力较高或泵较大时，出于对管路系统投资经济性的考虑，常取泵排出口径小于入口径，压力越高，差值越大，一般推荐按下列经验公式计算：da=（10.7）ds=（10.7）80=(10070)mm查表可取标准管径da=65mm（二） 轴的设计：1 轴的选材化工离心泵的泵轴一般都采用45号钢，调节处理后的硬度hb=500600，许用切应力=500-600公斤/厘米32.轴的结构设计 轴的扭转计算计算时用计算功率比轴功率稍大些，因为轴功率是设计工况下的功率，而泵进行的最大流量所对应的功率大于轴功率一段为：nc=1.2n=1.2*33.79=40.548kw泵轴所传递的扭矩mn=97360*=97360=1361.29kg.cm轴的最小直径d=23.89cm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，此处有一个键槽，故轴径应增大5，即d1=d*1.05=23.87*1.05=25.06mm 取d=25mm为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应。故需同时选择联轴器的型号。（1） 联轴器的选择由于起动较频繁，起动时会产生很大的剪切应力。并且转速相对较高，如果采用无弹性联轴器连接，需要很高的对中度，给安装，维修的要求较高，需要的时间较长，花费的成本较高。故本处采用选弹性套柱销联轴器。（2）型号、尺寸选择根据轴径与联轴器孔径一致，选型号。查手册p126表9.3，选孔径为25mm的半联轴器，故取d1=25mm；半联轴器与轴配合是毂长度为44mm，标记为：tl型联轴器j2544 gb/t4324-84（3）该段轴的长度为保证半联轴器固定可靠，应使轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的断面上，故取l1=42mm。（4）确定穿越轴承盖轴段的直径为满足联轴器的定位要求，轴段需设计一轴肩。据轴肩高度，故d2=d1*1.14=28.5。取标准尺寸d2=30mm。（5）确定安装轴承处的轴径和轴承型号安装轴承段的轴径应比d2=30mm大，且是5的倍数，故取d3=35mm。由于泵无轴向力，故选6类轴承。初选6008.查手册p130：d=68mm，b=15mm，da=46mm，cr=17kn。(6)确定为满足轴承的定位要求，轴段需设一轴肩。据轴肩高度h=0.07d3=0.07*40=2.8mm，故取d4=45mm。 总体方案小结览表序号项目ih65-50-160备注125gb5662-80232357jb3559-80465jb3536-8052jb3562-8062900jb5662-807348单级965gb5662-8010501133.79n=rqh/1201247.306nm=1.4n13电机y132s2-2y系列电击样本145.515293016结构型式单级单吸悬臂gb5662-8017泵体轴向吸入径向排出歪脖子后开门脚支承式18叶轮闭式叶轮19轴封背叶轮加填料密封20悬架25悬架21传动方式直接传动22最小轴径2423过流部件的材质铝硅合金249425842686.227吸入流量59.52泵轴的结构如下图：（7）、轴的结构与校核计算a、轴的结构与校核计算根据该泵输送介质的特征，泵的工作条件（）,确定该泵泵轴材料为。其具体分析见前面泵初步设计部分。查离心泵设计基础表8-5，4-4 调质处后：hb=269-302 = b、轴的受力分析与计算（1）、轴的受力分析a、轴的受力分析泵轴受到自重量、叶轮的重量、套的重量、转子的径向力，由叶轮平衡后的残余不平衡所引起的离心力c，以及受到电机转速的扭矩，叶轮的阻力矩，由于、c均很小可忽略不计，故泵轴受到转子径向力、轴承的支力、残余轴向力。b、轴的受力计算=0 fa-rc=0 r=f=0 f（a+c）-r r= r r轴的强度计算 由于轴是在弯曲与扭矩联合作用下工作的，所以泵轴的强度设计应按玩具组合来考虑，又由泵轴的弯矩图可知a-a截面的弯矩值最大即该截面为危险截面。泵轴的当量弯矩可按下式计算 m=根据材料力学中的第三强理论、弯、扭联合作用的轴径d可按下式计算 da截面上有一键槽，故应增大5%，即a截面处所需的轴径d为dd1.05=2.61.05=24.78mm30mm轴的强度足够键的选择与校核计算由于本泵所用的键几乎与泵输送液体接触，故该泵用键可采用45号钢，在有些泵中，由于叶轮轮郼比较薄，常选用小于国际规定的键，在这种情况下需要校核键的剪切应力和挤压应力。该泵的叶轮用键选c840联轴用键选1050查标准gb/109679得键的尺寸为： c8*40b=8mmh=7mml=1890mm取l=40mm10*50b=10mmh=8mml=22110mm取l=50mm计算：由公式 = =76.5公斤/厘米可知键是安全的代入公式m0.25dhl计算键的挤压压力： = =191.2公斤/厘米由离心泵设计基础第九章知： 泵联轴器是用铸铁制造的，轮毂是安全的。(三) 轴承的选用：根据轴承所承受的作用力可选择应用广泛的深沟球轴承。再根据轴颈的直径 35mm可选择代号为6007型号的轴承。（四） 轴封的选择：化工泵输送的介质大多是有毒又害的，并且温度往往不是常温，就需要轴封装置有较好的密封性，以及耐高、低温的能力。故在此选用机械密封较为适宜。 轴封的结构设计计算：1、 背叶结构的设计计算 、背叶片结构的设计与计算 在叶片后盖板外侧设置一经向被叶片。并使其泵后盖保持很小的轴向间隙。这时当叶轮旋转时，背叶片强迫泵腔中的液体跟着叶轮匀速旋转。液体的角速度增加，使液体产生离心径向流动，从而降低了泵腔的轴封处的压力，减少了液体的泄漏量。 、压力分析 a、 叶轮内任意半径处的液体压力 p=-式中 p 任意半径的液体压力 叶轮出口的压力b、 叶轮后盖无叶背叶片是泵腔半径任意半径处的液体压力。 p= = =c、 叶片后盖板有背叶片在这种情况下，泵腔中的液体在背叶片的作用下产生离心向外流动角速都增大。压力要降低，使得轴封处的压力减少，作用在叶轮后盖板的轴向力也减少，设此时泵腔中液体的角速度为，且。根据研究认为，无背叶片是=这时泵腔填料函处的液体压力为p p= = =式中 -涡壳中压力 -叶轮后盖板外侧光滑面产生反压（n/）-背叶片内外径 t背叶片520mm 取t=5mm -背叶片与泵盖间的轴向间隙 =0.52mm 取=1mm s=t+=5+1=6mmk-间隙影想系数一般取k=0.80.98k=若 则 设计时可设求背叶片外径 = = = =1.62kgf/ 叶轮光滑面反压 = =0.29 kgf/（五） 轴向力的平衡方法径向力、轴向力的计算与平衡1、径向力的产生，计算与平衡、径向力的产生前面设计螺旋型涡室时，是按在设计流量下设计的，此时液体在叶轮周围水压室中的速度和压力是均匀的，轴对称的。因为是轴对称的，故作用于叶轮上的合力为零，理论上无径向力作用，但是，当叶轮和涡室协调工作的条件流量发生变化时，破坏了压力沿叶轮对称分布的条件，而产生径向力。当泵在小于设计流量下工作时，涡壳断面显得过大，沿涡壳流道的液体速度逐渐减小，压力逐渐增加，同时泵流量减小时，叶轮和流体速度反而增大，而且方向发生变化，结果液体冲入涡壳时产生冲击，叶轮中流动的液体速度减慢，动能减小，依靠冲击把能量传给涡壳中的液体，使涡壳中的液体压力增加，液体从涡室隔舌到扩压室进口的流动中，不断受到叶轮流出的液体的冲击，压力不断增加，因而涡室中的液体压力在隔舌处最小，在扩压室进口处最大，结果对叶轮产生一个径向跳动。当泵在设计流量下工作时，则与上述情况完全相反，叶轮产生的径向跳动的合力方向与大小设计流量下的径向跳动合力相差，因此，压力产生分布不均匀时形成径向跳动的主要原因。、径向力的计算 径向力计算按下列经验公式计算： 式中 ：设计流量 q:泵的工作实际流量 ：叶轮出口总宽度（包括前后盖板）（米） :作用在叶轮上的径向力（公斤） h ：泵的扬程（米） :叶轮外径（米） ：液体的重度（公斤/米3）（水的重度为1000公斤/米3） 此处的计算应该按最坏的情况考虑，即开车和停车的时候，q=0这样的设计所得是最大的径向力 即 =606径向力的平衡 径向力在小的单级离心泵中没有专门的平衡装置，而径向力会使轴产生较大的挠度，甚至使密封环间套和轴套发生研磨及损坏。同时对于转动着的轴，径向力是个交变载荷，会使轴因疲劳而破坏。因此可不必对径向力平衡装置。1、 轴向力的产生，计算与平衡 、轴向力的产生离心泵工作时，在泵形状不对的单级叶轮上，由于液体作用在叶轮的压力不平衡，将产生于泵平行的轴向力，轴向力包括前后盖板不对称产生的轴向力和动反力 、轴向力的计算a、 叶轮前后盖不对称产生的轴向力，此力指向入口方向，此力的大小按下列公式计算： 式中 作用在一个叶轮上的轴向了（公斤） 单级扬程(米) 液体重量（公斤/米3） 叶轮密封环半径（米） k 实验系数，与比转数有关。所以 =112.5b、 动反力此力指向叶轮后盖 式中 泵的理论流量 叶轮入口绝对速度 所以 泵总的轴向力为：（六） 泵体结构与强度计算 a、泵的选材从本泵输送的介质特性，泵的工作条件以及该泵的耐蚀性和连续运转性，该泵体的材料选用kmtbcr26，材料代号：a05。其具体分析见前面过流部件的选材分析部分。b、泵的结构尺寸整个泵的结构设计包括吸入室、压出室、扩压室（1）、吸入室的结构设计 吸入室是指泵进口法兰到叶轮进口的过流部分，起作用是吸入管路中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮，它对液体进口叶轮的流动情况有很大的影响，所以其几何形状的好坏直接影响泵的气蚀性能。设计吸入室时要求保证液体在进口叶轮时的速度分布均匀，大小适当。方向符合要求，吸入室的速度分布均匀，液体流过吸入室的损失要最小。基于以上分析，而本泵的结构也恰好是单级悬臂泵。故采用直锥形吸入室。吸入室进口直径可用以下公式计算： 式中 泵叶轮进口边直径由于泵进口法兰式采用标准法兰，故取标准直径 =80mm（2）、压出室的结构设计压出室的作用是以最小的损失将损失从叶轮中过的高速液体收集起来并引向泵和下一级叶轮入口。同时液体的一部分动能转变为压力能。压入室不但对离心泵性能有影响。而且如果压出室与叶轮配合不良好，将使泵产生震动，无法工作。根据设计资料表明，目前我国绝大部分单级泵均采用螺旋形压出室，因此本泵在设计中也采用螺旋形压出室。其结构型式采用目前国际上常用的轴向吸入，径向排除歪脖子式。结构尺寸见零件图 （3）、泵体强度计算由于涡壳几何形状很不规则，很难准确的计算涡壳中应力，故常用下列公式计算涡壳壁厚。 s=seq式中 s涡壳壁厚（cm） 许用应力（hgs/cm2） seq涡壳当量壁厚。 seq=+0.0084ns+7.2 =+0.0084x34+7.2 =45.44+0.2856+7.2 =52.9256取ht20-40铸铁许用应力=150公斤/厘米2.代入公式(8-4)得涡室厚度 s=52.9256xx =2.328cm由于本泵输送的腐蚀性介质,因而涡壳壁厚必须加上必要的腐蚀余量.取腐蚀余量为c=4mm,另外考虑到泵体的结构上的需要,取涡壳壁厚s=25mm.（七） 泵体连接螺栓的强度计算1、 材料和结构示意图 泵体是靠连接螺栓的拉应力来保证密封性能，螺栓是主要的受力元件。则要求螺栓材料具有强度和好的韧性。由此连接螺栓的材料可选用45号钢。2、 螺栓的受力分析与计算连接螺栓在离心泵工作时，除了承受腔内液体静压力的作用只在泵体上的拉力外，还有密封面压紧、保证密封面密封性的拉力。所以每个螺栓上的总载荷p为： p=pw+pm取螺栓个数为8个pw=其中d-泵体密封垫的平均直径 d=190mm=19cm pi泵腔内液体最大静压力 pi=1.5p=1.5(设计压力p+允许入口压力) =1.5（+1.033）9.81104 =6.5105 =6.5hgs/cm2 z-螺栓个数 pw= pm= 式中 m-密封垫系数与轴片材料结构有关,当t6mm所以b=0.5cm所以pm= =96.95(kgf)所以每个螺栓的总载荷p为 p= pw+pm=230.25+96.95 =327.2 kgf3、 螺栓最小直径dmin= 对碳素钢来说：d=6-16毫米时，可取=（0.2-0.25）s 现取=0.225s=0.225x24=5.4kgf/cm2 =540 kgf/cm2所以dmin=1.00cm=10mm 由此处计算的d是连接螺栓的最小直径,可在gb196-63中取该螺栓为m16.其m16的螺栓底径为直径13.835mm泵体连接螺栓选m16是安全的.（八） 叶轮结构与强度计算a、叶轮选材叶轮材料根据泵输送液体介质的化学性能及在离心力作用下的强度来确定输送具有较强腐蚀性的液体时可采用青铜、不锈钢、陶瓷、耐酸硅铁及塑料等制造，所以叶轮材料选用ht20-40.b、叶轮的结构与尺寸从本泵输送介质及效率两方面考虑,叶轮设计成闭式,闭式叶轮由前后盖板,叶片和叶毂组成,从吸入方式考虑,由于本泵流量较小,决定采用单级叶轮,这种单级叶轮结构简单,液体在夜里内的流动状况也较好,叶轮不穿轴,悬臂支承载轴上叶片式是后弯叶片.叶轮轮毂上开有键槽,通过键固定在轴上,以防止相对转动,考虑到泵输送的介质耐腐蚀性,键的材料可选用不锈钢,叶轮的轴向固定靠叶轮螺母和止退垫圈固定在转轴上,叶轮的螺母三维旋转方向与叶轮的转向相反,轴向间隙的调整用叶轮螺母 和垫片调节.叶轮的后盖板上带有背叶片,背叶片能平衡大部分轴向力,同时能减少轴封处的压力,提高填料的寿命,还有防止杂质进入轴封部件的功能.叶轮的设计步骤：确定叶轮的入口直径确定前，先用下式确定叶轮入口速度（米/秒）由图5-4知,可取叶轮的入口系数=0.125带入公式5-9的得叶轮入了口速度为:=0.125=4.46m/s由图2-15,取泵容积效率，则通过叶轮流量q为: q= =0.0388 m/s因为代入公式(5-11)得: = =0.1109m取=110mm确定叶片入口边直径:取得确定叶片入口边绝对速度, 取=(0.40.83)得=(0.40.83) =(0.40.83)4.46=1.7843.702()确定叶片入口宽度：代入公式（5-12）得=0.0686=68.6确定叶轮外径 通过叶轮出口圆周速度求得，可按下式计算： = 式中叶轮出口圆周速度系数，可从图5-4中取 =1.05 =1.05=35.7 叶轮外径可按下式计算： = =0.235=235确定叶轮出口宽度可以通过叶轮出口轴面速度确定，如图5-8，可按下述公式计算：式中 叶轮出口轴面速度系数，可按图5-4选择：=0.082叶轮出口宽度按下述公式计算:=式中 叶片出口处圆周方向厚度(米)可按下式计算: =式中 叶轮出口处叶片真实厚度 此处暂时叶片厚度,在强度计算部分再核算叶片厚度叶片出口安放角,取= 则: = =12=0.0022=2.2确定叶片数z =故取叶片数z为8片c、叶轮强度计算叶轮强度计算包括盖板强度、叶片强度和轮毂强度三部分。叶轮材料为ht20-40（1）盖板强度在计算时可以把盖板简化为一个选转圆盘（即将叶轮对盖板的影响忽略不计）计算分析表明，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切应力近似的有以下关系=式中 -叶轮材料的重度（公斤/厘米3）对于铸铁叶轮来说，=0.0073（公斤/厘米3） 叶轮的圆周速度（米/秒） g重力加速度（厘米/秒2）一般取 g=980厘米/秒2= =95公斤/厘米2由表 8-1知故在n=2900转/分时,叶轮盖板是安全的,此时叶轮盖板厚度由结构和工艺要求确定 由表8-2知可选叶轮盖板厚度为6厘米（2）叶片厚度计算 叶片厚度s可按下列经验式计算 由表8-3取经验系数k=3代入上式 =3x0.235+1 =3.009毫米s取叶片厚度s=6毫米故叶片的强度也足够（3）叶轮轮毂的强度计算代入公式（8-3）可得离心力所引起的叶轮轮毂直接变形量： = =0.000255769cm 由公差配合表可知： 综上所述:由于本设计的叶轮和轴的配合是属于动配合,则要求运转时由离心力产生的变形应大于轴和叶轮配合的最大功率而该轮毂的配合本身就是松动,所以叶轮轮毂的强度也足够.由以上三部分计算可知整个叶轮是安全的.第三章 其他参数的计算计算；a . 允许汽蚀余量：由于最小汽蚀余量h是泵发生汽蚀的临界值，使用时必须加上0.3m的安全量作为允许汽蚀余量：h=h+0.3故h=3.2+0.3=3.5mb