毕业论文-中压中流量液环泵的设计.doc

本科毕业设计（论文）说明书 中压中流量液环泵的设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 过程装备与控制工程 学生姓名 指导教师 提交日期 2008年6月10日 华 南 理 工 大 学毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给过控2004级（2）班学生毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 中压中流量液环泵的设计 2.应完成的项目： （1） 查阅文献，撰写开题报告（约2500字）；翻译英文资料（约5000字） （2） 液环泵条件的设定和确认 （3） 液环泵的选型计算及附件的选定 （4） 液环泵几何尺寸的计算与设计 （5） 液环泵功率计算与机械零件的设计 （6） 完成1张或以上A0号总装配图；绘制8张以上主要零件图和部装图 （7） 撰写毕业设计说明书（约1.5万字） 3.参考资料以及说明： （1）贾宗谟.漩涡泵 液环泵 射流泵M.机械工业出版社,1993 （2）任德高.水环泵(M).北京：机械工业出版社,1990 （3）Ager R. 徐成海译.水环真空泵和压缩机的研究J.真空,1978(4):5056 （4）沈阳水泵厂设计科.液环泵的设计J.水泵技术,1986(3): 21-29 （5）梁肇基等容积泵的发展与进动泵J.流体工程,1989(7):27-32 （6）祁增青等.液环泵的分类、结构与选择J.水泵技术，2000(2):13-17 （7）张彩霞,林楠.液环泵测试中补液系统的改进J.氯碱工业,2002(3):41-42 （8）吴泰忠.液环真空泵的气蚀防护J.化工设备与管道,2006,43(2):45-47 (9) 黄毅.对水环真空泵发展趋势及设计开发的几点看法J.真空,2004,41(4):27-29 (10)钟红华,张克威.径向间隙对临界压缩比的影响J.水泵技术,1998(1):20-25. (11)刘大恺.水力机械流体力学M.上海：上海交通大学出版社，1995. 4.本毕业设计（论文）任务书于2008年2月25日发出，应于2008年6月10日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）、研究所负责人 审核 年 月 日 指导教师 签发 年 月 日毕业设计（论文）评语：毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩负责人签字： 年 月 日 摘 要本文主要详细分析液环泵的工作原理、基本结构组成及其复杂的分类。文中提到在合理的环境条件下液环泵的运行特性，且它对抽送的气体和工作液体有不同的特性要求。通过深入的分析，决定液环泵性能和结构参数因素很多，叶轮、液环、吸和排气口的位置及形状等对液环泵性能有很大影响。对液环泵进行设计，就是要合理选取，计算液环泵的性能参数。液环泵的主要性能参数包括物理性能参数和几何性能参数。对液环泵的重要零件，如轴，键等要进行校核，要判断液环泵的设计是否合理，物理性能参数和几何性能参数是否满足要求。液环泵的选择在设计中很重要，液环泵的型号确定液环泵的主要参数大小。本文还详细分析了液环泵的安装，维护和检修，且对液环泵的故障进行分析。由于液环泵属于回转容积泵，是一种粗真空泵，且具有等温压缩，极易抽吸、压缩、易燃易爆的气体，而且结构简单、使用维修方便等特点，现在广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、电力、轻工、医药、食品以及通用行业等领域，是直接影响到真空成套设备性能质量的必不可少的基础产品。液环泵在我国的发展趋势主要是向大型号化、成套性、高效率、大抽气量的方向发展。我国己对液环泵进行研制设计，根据各行各业的需求，不断开发研制新型的液环泵，这大大促进了我国的液环泵设计研究的发展。关键词：液环泵，叶轮，液环，真空泵AbstractIn this paper, the operating principle,the compose of basic structure and complicated classify are introduced particularly.It mentions that the characteristic of the Liquid Ring Pump when it is operating in the proper circumstance condition.And It mention that different sending gas and operating liquid have different characteristic request.Through the analyses in this paper,there are a lot of factors to decide the structure parameter and performance parameter of the pump.The impeller,the liquid ring and the location of aspirator and vent and so on have prodigiouss influence on the performance of the Liquid Ring Pump.The deciding of it is to choose and calculate performance parameter of the Liquid Ring Pump reasonablely. The performance parameter of the pump mainly include physics parameter and geometry parameter.It is need to check the importance part of the Liquid Ring Pump such as spindle, key and so on. It is need to judge that the deciding of the Liquid Ring Pump is properly or not. It is need to judge that the physics parameter and geometry parameter can be sufficient to the request of the Liquid Ring Pump or not.It is important to choose the Liquid Ring Pump when it is decided.The value of the main parameter of the Liquid Ring Pump is decided by the type of the Liquid Ring Pump.The installation,maintenance,examine and repair of the Liquid Ring Pump is analyzed particularly by this paper.The malfunction of the Liquid Ring Pump is analyzed too.The Liquid Ring Pump is Pivoted Cubage Pump,it is a kind of coarse vacuum pump.Gas in the Liquid Ring Pump is isothermal constringent,it is easily to be pumped, compressed, burned and blasted.The structure of the pump is simple,the use and the maintain of the pump is expediently,so, it is the necessarily and basic product which can influence the performance of the vacuum equipment directly and widely used by the oil,chemical,metallurgy,mine,electric power,light industry,medicine,vivers and other currency industry. The development of the Liquid Ring Pump in China is tend to large-scale, whole-set, high efficiency,big pumping capacity. The study and the exploitation of this Pump in China is developing.According to the request of all kind of industry the new king of the Liquid Ring Pump is studying and empoldering in China.So is greatly beneficial to the development of the Liquid Ring Pump in China.Key words:Liquid ring pump,impeller,liquid ring, vacuum pump华南理工大学本科生毕业设计：中压中流量液环泵的设计目 录摘要Abstract第一章 绪论11.1液环泵概述11.2液环泵的发展与应用11.2.1 液环泵的发展11.2.2液环泵的特点21.2.3液环泵在各领域中的应用21.3本章小结3第二章 液环泵的基础知识介绍42.1液环泵的工作原理42.1.1液环泵的实际工作过程42.1.2液环泵的工作原理分析42.2液环泵的运转特性62.3液环泵的主要性能参数72.3.1液环泵的物理性能参数72.3.2液环泵的几何性能参数72.4液环泵的基本结构组成82.5液环泵的结构形式分类92.5.1按照叶轮个数分类92.5.2按照吸、排气状态分类92.5.3按照作用方式分类102.5.4按吸入方式分类102.5.5按泵轴支撑结构分类102.5.6按泵进、出口位置分类112.6液环泵的组合结构型式112.6.1轴向单作用112.6.2径向双作用112.7本章小结12第三章 中压小流量液环泵的设计133.1液环泵的设计条件133.2确定液环泵主要性能参数133.3确定叶轮圆周速度r2143.3确定r2b153.4确定r2、b和转速n163.5叶片设计173.6计算偏心距e及壳体半径R191目 录3.7设计吸气口及排气口203.8结构设计243.9本章小结25第四章 液环泵的校核274.1液环泵轴的校核274.1.1初步估算轴的最小直径274.1.2绘出轴的计算简图274.1.3计算作用在轴上的力284.1.4计算支反力284.1.5作弯矩图284.1.6作转矩图294.1.7作计算弯矩图294.1.8按弯扭合成力应力校核轴的强度294.2键联接的选择和强度校核304.3本章小结30第五章 液环真空泵的运行及其选择315.1液环泵的运行情况315.2液环真空泵的泵类型及型号的确定315.3选用液环真空泵时需要注意的事项325.4本章小结33第六章 液环真空泵的安装与维护检修346.1液环真空泵的安装346.1.1液环泵设备的安装346.2液环真空泵的操作356.2.1液环真空泵的启动356.2.2泵的停车356.3泵的维护366.4液环真空泵的拆卸及装配366.4.1泵的拆卸366.4.2泵的完全拆卸366.5液环泵的故障原因分析376.5.1抽气量不够376.5.2真空度降低376.5.3振动或有响声386.5.4轴承发热386.5.5启动困难386.6本章小结39结 束 语40参考文献43致 谢452华南理工大学本科生毕业设计：中压中流量液环泵的设计第一章 绪 论1.1液环泵概述液环泵与普通泵不一样，它是一种回转容积泵，是以旋转的液环作为液体活塞，抽吸或压送气体的回转容积泵，液环泵既可以做为真空泵使用，也可做为气体压缩机使用，而在工程实际中多数液环泵做为真空泵使用。液环泵是靠泵中的液体介质来传递能量的,泵中液体在偏心的叶轮作用下,在一定的工况下形成一个确定形状,实现对气体吸入、压缩、排出的工作过程,进而对气体进行输送。作真空泵用时对系统抽真空,作压缩机用时压送具有一定工作压力的气体。简单的液环泵的主要部件是叶轮和壳体。叶轮由叶片和轮毂构成，叶片可以同轮毂一起整体铸造而成，也可以将冲压的叶片焊接在轮毂上，甚至可以用塑料压堑成形。叶片有径向平板状的，也有弯曲的。壳体由若干零件组成，不同型式的液环泵，壳体的具体结构可能不同。但却有着共同的特点，那就是在壳体内部都要形成一个或两个圆柱体空间，叶轮在偏心地装在这个空间内，同时在壳体的适当位置上开设吸气口和排气口。吸气口和排气口开设在叶轮侧面的，实行轴向吸气和排气。吸气口和排气口设在气体分配器上，而气体分配器置于叶轮的内圆，实行径向吸气和排气。1.2液环泵的发展与应用1.2.1 液环泵的发展世界上第一台液环式真空泵是由美国纳氏工程公司于1904年发明的，所以液环泵也称“纳氏泵”。近一个世纪以来，纳氏公司一直从事真空技术的研究和开发，其产品技术和系统工程水平始终处于世界领导地位。1940年将平面式液环泵改进为锥体式泵。而已有80多年历史的斯特林SIHI液环式真空泵一直保持其世界领先地位，是世界许多著名的大型化工集团在真空泵等系列产品上的全球供应商。在国外，液环泵的销售额占全部真空泵市场的14%，仅次于干泵，所以Nash、Seimems和Kinney等公司都在我国投资建厂或建立销售网络，不断扩大在我国的市场份额。我国生产液环泵的厂家很多，如上海纳氏真空设备有限公司、武汉四方泵业集团有限公司、淄博水环真空泵厂、淄博市真空设备厂、烟台东港耐腐蚀泵有限公司、佛山水泵厂、四川省信达水泵厂、浙江真空设备集团有限公司、宝鸡水泵厂等。我国真空泵制造业有着悠久的历史和雄厚的基础，国产液环泵已经在各个不同领域得到应用并经过验证，有些泵还出口国外，得到国外用户的认可并受到好评，应该说我国液环泵制造业在国58第一章 绪 论内外市场仍然有着巨大的发展空间。通过对液环泵的应用和发展分析我们可以看出，液环泵的市场及应用领域都在不断变化和发展。1.2.2液环泵的特点优点：结构简单，制造精度要求不高，容易加工；结构紧凑，可以和驱动电机直联；接近等温压缩过程，抽排过程中，气体温度变化小，因此可以处理易燃、易爆气体；泵腔内无金属摩擦表面，无需润滑，因此可抽排含有灰尘、可凝性气体或气水混合物；吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。缺点：功耗大，效率低；极限压力高；叶轮圆周速度不高，结构尺寸大。由于液环泵具有等温压缩和用水作封液，可以抽除易燃、易爆及腐蚀性气体，还可以抽除含有灰尘和水分的气体等突出优点，作为基本的粗低真空获得设备在各行业得到了广泛的应用。1.2.3液环泵在各领域中的应用1)油和天然气工业领域：该领域中的气体回收是一个重要的生产步骤，而气体回收都是回收储罐碳氢气体的程序。气体回收可以通过撤除真空，从储罐压缩气体来实现。通过采用液环泵，可以回收、液化，然后再利用乙烷气体。过滤或除腊是指收集碳氢基油生产中的腊成分，液环泵持续消除可能含有带冷冻氮气的盘形或鼓形过滤器真空度。在火炬气/尾气回收装置中，液环压缩机是非常理想的选择。在聚酯、聚氯乙烯的生产中和在氯碱厂氯气包装工艺中液环泵也得到广泛的应用。2)冶金电力领域随着电力行业的不断发展，液环真空泵和成套机组针对该领域中的各种应用不断地进行优化设计，使发电成本逐步降低，大大提高了发电效率。除此之外，还用于烟气脱硫、飞灰输送、涡轮机密封管排气等。3)纸浆和纸张生产领域通过采用液环真空泵，为造纸机除水，可以降低造纸的成本，甚至可以提高纸张的质量。4)医药与食品领域在医疗实践、医院、实验室和制药设备中对各种装置和设备进行灭菌是至关重要的，而液环真空泵在灭菌器中是必不可少的设备。作为标准离心泵的一个替代选项，液环泵也在进入食品业。5)纺织业领域液环泵在纺织过程中各个步骤，如：织布，编织，布卷定位，纱线加工，洗涤和漂清等等都发挥着重要的作用。1.3本章小结1、液环泵是一种回转容积泵，可做为真空泵使用，也可做为气体压缩机使用，液环泵的主要部件是叶轮和壳体。2、使用液环泵具有很多优点，但也存在缺点，尽管如此，液环泵的应用范围还是很广的，液环泵的主要应用在以下领域：油和天然气工业、冶金电力、纸浆和纸张的生产、医药与食品、纺织业等。华南理工大学本科生毕业设计：中压中流量液环泵的设计第二章 液环泵的基础知识介绍2.1液环泵的工作原理液环式真空泵在其泵壳内安装带有多个叶片的转子，当转子旋转时，由离心力的作用，叶轮会将液体抛向泵壳，并且形成液环。液环和转子叶片形成容积周期变化的旋转变容真空泵。2.1.1液环泵的实际工作过程如图2.1所示：叶轮2和泵壳1形成水环3和工作腔5；工作腔容积有小变大，由大变小，构成压缩过程；被抽气体由入口4和进气管8进入；被抽气体由排气口6和排气管7排出；排出的气体和水经排气管7进入水箱10，水被回收；排出的气体经管道9排入大气。图2.1液环泵的实际工作过程2.1.2液环泵的工作原理分析如图2.2所示，叶轮偏心地安装在泵体内，当液环泵起动时，向泵内注入一定高度的水作为工作液体，假设叶轮按顺时针的方向旋转时，水受离心力的作用在泵体内壁形成一旋转的封闭水环，水环的上部内表面与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面则第二章 液环泵的基础知识介绍刚好与叶片顶端接触。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形的空间，而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0为起点的话，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与端盖上的吸气口相通，其空间内的气体压力降低，在外界大气压的作用下气体被吸入，当吸气终时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮在180到360的旋转过程中，水环内表面渐渐与轮毂靠近，小腔由大变小，其空间内气体压力升高，高于排气口压力时，并且当小腔与排气口相通时，气体就被排出。xe-gB;YV泵理论与设计泵阀技术交流相似理论泵阀维修泵阀资料泵阀标准泵密封技术低温泵泵用材料叶轮每旋转一周，叶片间空间（小腔）吸、排气一次，若干小腔不停地工作，如此往复，泵就连续不断地抽吸或压送气体。由于在液环泵的工作过程中，做功会产生热量，也就是会使工作水环发热，同时一部分水和气体一起被排走，因此，在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足液环泵的工作要求。图2.2液环泵的工作原理 当泵排出的气体不再利用时，在泵排气口一端接有汽水分离器（可自己制作一水箱代替），当废气和所带的部分水排入汽水分离器后，气体由排气管排出，水由于重力作用留在分离器内并经回水管供至泵内循环使用。随着工作时间增长，工作液温度会不断地升高，这时需给汽分离器加入一定量的冷水（可以用自来水），以降低工作液的温度，保证泵能达到所要求的技术要求和性能指标当做为压缩机使用时，泵排气口接有汽车分离器，汽车混合物进入汽水分离器后自动分离，气体由排气管输送到所需系统而工作液经过自动溢水开关放出，压缩气体时，工作液极易发热，由泵出口排出时，温度会变得较高，因此在汽水分离器的底部，要不断地供给冷水，以补充被放走的热水，同时起冷却作用，使工作液温度不致过高，从而保证压缩机性能，达到技术指标，满足工作要求。2.2液环泵的运转特性液环泵运转时，不可能得到低于工作液体蒸汽压力的入口压力，如果液体蒸汽压力接近入口压力，则会产生气蚀，对泵造成损害。例如，水在15 时的蒸汽压力为1.7103 Pa，为避免气蚀，允许水环泵的最低入口压力为3.3103 Pa。如果需要入口压力低于该值，则应选具有更低蒸汽压力的介质，如煤油、苯乙烯、乙二醇等，极限压力为6.7103 Pa 。 而当从泵出口侧流出的气体和液体混合物流入分离器，在分离器内气液分离，排出的气体含有相当于液体同温度下蒸汽压力的蒸汽含量。从工作液的价格和环境保护两方面考虑，运行方式的主要特点是新液体的使用量大量减少，大部分液体从分离器返回泵内，若在泵入口前加入冷液体，可使泵的入口温度基本保持恒定。 如果液环泵抽除有毒有害气体，或因工作需要必须使用高价格的工作液体，在分离器中分离出来的气体不能放空，应回收处理，而分离出来的液体则必须经换热器冷却至泵液正常工作温度后，全部返回泵中。 目前国产液环泵的主要型号有SZ型、SZB型、SZH型、SZZ型、SZL型、SK型、CBF型和ZBE1型。其中，SZ型液环泵可用于抽除无腐蚀性、不溶于水、或不含有固体颗粒的气体和空气；SZB型为悬臂式，使用特性与SZ型基本相同；SZH型液环式真空泵主要用于抽除空气，亦可以用于真空过滤装置；SZZ型和SZL型为直联泵，用途同ZS型泵；SK型液环式真空泵是一种效率较高的双作用型水环真空泵，工作气体温度在-10+40 ，广泛用于真空干燥、真空脱水、真空过滤等有大量水蒸汽溢出装置；CBF型通常用于抽吸不含固体颗粒，不溶或微溶于工作液的气体其抽吸区域为2001013mba范围内；ZBZ1型液环泵是引进德国技术开发的节能产品，用途同SK型液环式真空泵。 通常液环式真空泵的运行条件是泵吸入的气体温度为20 ，相对湿度为70%的空气，入口气体压力为101.325 kPa，泵工作液为15 的水。工作液体的温度及其蒸汽压力严重影响抽速。抽气室与叶轮室中工作液体分压力随温度升高而增大，结果使输运气体容积变小，泵抽速下降。 被抽气体对泵性能也有影响。如果被抽气体是由空气与蒸汽混合物组成，则被抽蒸汽与冷的工作液相接触时可发生冷凝，这时抽速有所增大。当然空气与水蒸汽的比例不同，对抽速的影响也是不一样的。 如果输送干燥空气，由于干燥空气的热容量小，它很快被冷却至工作液温度，被抽气体与工作液之间较大的温度差使气体的体积减小，结果会使液环泵抽速增大。如果被抽气体溶解于工作液中，当它随着工作液进入泵入口侧时会释放出来，结果会使抽速减小。液环真空泵所需功率受工作液粘度、密度、流量以及出口压力影响，运行时要予以关注。2.3液环泵的主要性能参数2.3.1液环泵的物理性能参数1)抽气速率(体积流率)(m3/s)当泵装有标准试验罩并按规定条件工作时，从试验罩流过的气体流量与在试验罩上指定位置测得的平衡压力之比。简称泵的抽速。即在一定的压力、温度下，真空泵在单位时间内从被抽容器中抽走的气体体积。2)极限压力（极限真空）（Pa）泵装有标准试验罩并按规定条件工作时，在不引入气体正常工作的情况下，趋向于稳定的最低压力。即是真空泵的入口端经过充分抽气后所能达到的最低的稳定的压力。3)压缩比泵对给定气体的出口压力与入口压力之比。液环泵的压缩比由泵的吸气口终了位置和排气口开始位置所决定。因为吸气口终止位置决定着吸气腔吸入气体的体积；而排气口开始的位置决定着排气时压缩了的气体的体积。对已经确定了结构尺寸的液环泵，可以求出其压缩比。其中泵的抽气速率和极限压力两个参量是在实际应用中选配真空泵的最重要的参量。4)起动压力泵无损坏起动并有抽气作用的压力5)前级压力排气压力低于一个大气压力的真空泵的出口压力。6)最大前级压力超过了能使泵损坏的前级压力。7)最大工作压力对应最大抽气量的入口压力。在此压力下，泵能连续工作而不恶化或损坏。8)抽气量（Pam3/s）流经泵入口的气体流量。2.3.2液环泵的几何性能参数决定液环泵性能和结构的主要几何参数有：叶轮半径R、叶轮轮毂比、偏心距e、叶轮叶片数Z、叶轮宽度B、叶片倾角、叶轮浸没在液环中的浸没度h。1)最小叶轮半径R液环泵的几何参数是在保证泵具有一定的排出压力和较好的液环形状的前提下进行。液环泵的排出压力从理论上主要决定叶轮圆周线速度，在转速一定情况下，叶轮半径R一定，圆周线速度也定了，从而排出压力也定了。从试验结果表明，液环泵的排出压力远远大于其理论计算的压力，而与叶轮圆周线速度的平方成正比关系。以R为最小既保证了泵有足够的排出压力，又使其径向轮毂尺寸最小并可直接确定其它的主要参数。2)偏心距e与泵的排出压力和流量Q的关系偏心距e应根据叶轮半径R来定，而R又决定泵的排出压力p，而与泵的流量Q几乎无关。3)叶轮叶片数Z与泵的排出压力p和流量Q的关系随泵的排出压力p增加，叶轮叶片数Z将增大，当压力增大到某一值时Z又不再增大，因Z再增大液环形状将变坏而与泵的流量Q关系不大。当叶片数Z增大时叶片与叶片间形成的格子孔之间的压力差降低叶片受力状况改善。4)叶轮轮毂比和叶片倾角保证泵产生最大的排出压力并保持液环有较好的形状在计算机参数优化时叶轮轮毂比和叶片倾角往往取小值。5)浸没度h随泵的排出压力变化的状况在泵的排出压力p1MPa以下，不管泵的流量是否变化，沉没度h基本不变。以后沉没度h随排出压力p增加而增大，同时随泵的流量Q的不同也有细微的变化。压力p增大，气体受到更大压缩，体积缩小，液环变厚，自然沉没度h有所增大。2.4液环泵的基本结构组成液环泵的主要结构如图2.3所示图2.3液环泵的主要结构1)壳体壳体分前后两个部分，壳体上有吸、排气口，与固定在壳体侧盖上的气体分配器串通。2)叶轮叶片前弯，使工作液体速度大，静压小，以获得较大的速度能，促使形成椭圆形液环。叶轮的长度几乎等于直径，叶轮的中心有圆柱形空心，装配时与气体分配器吻合在一起。3)气体分配器气体分配器装在侧盖上，应确保气体分配器外圆与侧盖定位止口端面的垂直度，避免装配后气体分配器外圆与叶轮内孔摩擦影响性能。气体分配器上开有吸气窗口和排气窗口，把气体送入液环所形成的负压空间，又把经压缩后的气体送到侧盖上的出口通道。4)侧盖侧盖共两个，固定于壳体两侧。各有吸气窗口和排气窗口，通过侧盖内部的通道与气体分配器串通。侧盖与气体分配器紧密结合在一起。5)承体与轴承压盖轴承固定在两个侧盖上，内各装一个单列向心球轴承，油脂润滑。轴承体内外侧装有轴承压盖。6)放水管路有填料供水管和水环供水管，并设有放水管路。7)封部分由填料(油浸石棉盘根)、填料环及填料压盖组成。填料压紧程度以密封水成滴流下为宜。也可设计或改装为机械密封。工作时，以一定的压力连续向液环泵内供水，形成水环。多余的水就不断地随气体经排气腔排出，经气液分离器收集，可经冷却后循环使用。2.5液环泵的结构形式分类2.5.1按照叶轮个数分类1)单级泵泵中只有一个叶轮，为液环泵最常见的形式；2)两级泵利用心轴将两个单级泵串联而成（非泵管道的串联）；2.5.2按照吸、排气状态分类1)液环真空泵泵的进口为真空状态，出口为大气压力。该类泵主要用于粗低真空获得，化工行业的脱酸、脱气等。 2)液环压缩机泵进口为大气压力状态，出口高于大气压力。主要用于化工行业介质的输送。3)液环真空压缩泵介于真空泵和压缩机二者之间的液环泵。该类液环泵进口为真空状态，出口为压缩状态，用于煤矿瓦斯气体抽除和火炉煤气的抽送。2.5.3按照作用方式分类1)单作用泵叶轮与泵体呈单偏心结构，叶轮旋转一次进行一次吸、排气。该方式结构简单，容易制造，吸、排气口面积大，压缩段较长，可以获得较高效率及极限真空，且不易产生涡流和气蚀。但叶轮转子受力不均匀。2)双作用泵叶轮与泵体呈双偏心结构，叶轮旋转一次进行两次吸、排气。2.5.4按吸入方式分类1)单吸从叶轮一侧吸、排气，结构简单，只适合于小气量泵。2)双吸从叶轮两侧同时吸、排气，结构复杂，适合于中、大气量泵。2.5.5按泵轴支撑结构分类1)悬臂式叶轮装在伸出两支撑(轴承)之外的泵轴上，因泵轴呈悬臂状而受力状态欠佳，不适用作两级泵。同理，做压缩机时，也不适宜做成单作用型式。因此，悬臂式基本上用作小气量单级真空泵或中、小气量双作用式压缩机。悬臂式又可进一步分为两类:a.直联泵该型泵泵轴直接由电机延伸或泵轴与电机轴直接连接而成，故结构简单、紧凑，体积小，重量轻，适合作小气量真空泵。b.托架泵泵轴由托架支撑，可以做成中、小气量的压缩机。但其比重量大，经济性差，只在特殊场合应用。如液环为强腐蚀性介质，对泵过流部分材质及轴封要求较高，此时，因该型泵零部件少，轴封只有一个，零件腐蚀破坏造成的损失相应减少，轴封的减少也增加了运行的可靠性。2)简支式叶轮装在支撑之内的泵轴上，该型泵泵轴受力状态好，适合于两级泵和绝大多数单级泵。2.5.6按泵进、出口位置分类1)泵进、出口在泵体上该型式结构紧凑，体积小。但制造稍难，不适于气体有腐蚀性场合，因为此时，气体以大约16m/s的高速打在泵进口处的通道壁面上，使得此处产生腐蚀一冲刷联合作用，泵体成了易损件。2)泵进、出口在侧盖上该型式做双吸泵时，需要另加两进、出口之间的连接弯管，但在气体有腐蚀性时，只是连接弯管为易损件，大大提高了经济性。2.6液环泵的组合结构型式按吸、排气方向及作用方式的不同组合，可形成4种基本的结构型式供选择，即轴向单作用、径向双作用、径向单作用及轴向双作用，后两种型式较少采用。选择依据为对泵性能的要求。下面谈谈前两种型式的选择。2.6.1轴向单作用性能要求为:较高真空的真空泵或工作压力0.1MPa的压缩机。确定选择轴向单作用液环泵。选择依据：a)轴向吸、排气与单作用的结合，使得该种结构型式在作真空泵时，具有极限真空高、效率高及高效区宽的优点，轴向单作用相与径向双作用相比，轴向单作用泵效率可提高8%。b)设计时，考虑选取适当的叶轮圆周速度，可将其用作工作压力0.1MPa的压缩机。c)便于做成两级泵。2.6.2径向双作用性能要求为:工作压力0.3MPa的压缩机或工作真空要求较低(真空度大于600hPa)的真空泵。确定选择径向双作用液环泵。选择依据：该方式转子径向力可自动平衡，作压缩机时气量曲线良好，径向双作用相对于轴向单作用，排气压较低于0.05MPa时，径向双作用泵的气量略低。排气压大于0.05 MPa时，随着压力的提高，气量越来越高，当排气压等于0.2 MPa时，气量可提高2.6倍，与其自身相比，此时轴向单作用相对最大气量下降幅度高达81%，而径向双作用只下降了25%,可见其气量曲线的平坦程度。2.7本章小结1、介绍了液环泵的工作原理：液环泵属于容积泵，以液体为工作介质，叶轮偏心安装于圆柱壳体，当叶轮旋转时，由于离心力的作用，使泵壳中的液体甩向四周，形成等厚度水环，并与叶轮相切形成月牙形空间，随着叶轮转动该空间周期性的变化，从而实现了泵的吸气，排气作用。2、液环泵运行是在合理的环境条件下运行，不同的环境条件下对工作液体有不同的要求，并且介绍了国产液环泵根据不同的型号有不同的用途，对抽送的气体也有不同的特性要求。3、确认了液环泵的物理和几何参数；决定液环泵性能和结构的参数有：叶轮半径R、叶轮轮毂比、偏心距e、叶轮叶片数Z、叶轮宽度B、叶片倾角、叶轮沉没在液环中的浸没度h、叶轮转速n、抽气速率和极限压力等。4、液环泵是有壳体、叶轮、气体分配器、侧盖、轴承体、轴承压盖、进放水管路、轴封部分等组成。其分类众多，可以按叶轮个数、吸排气状态、吸排气方向、作用方式、吸入方式、泵轴支撑结构、泵进出口位置、吸排气方向及作用方式的不同组合等等来分类。华南理工大学本科生毕业设计：中压中流量液环泵的设计第三章 中压中流量液环泵的设计3.1液环泵的设计条件液环泵按吸气和排气方式，液环泵有轴向吸排气和径向吸排气之分。轴向吸排气方式，气体的吸入和排出，是通过壳体侧盖上的吸气口和排出口进行的，其优点是结构简单、维修方便。按作用方式分类可以分单作用和双作用，而单作用就是叶轮与泵体呈单偏心，叶轮旋转一周，进行一次吸、排气，该方式结构简单，制造容易，吸、排气窗口面积较大，压缩段较长，作真空泵时，可获得较高的效率及极限真空。同时，因泵体内壁为圆柱形，光滑无突变，运行时液环不易产生涡流及汽蚀，特别适用于液环有腐蚀性场合。在本设计中是采用轴向单作用单级液环真空泵进行设计,以水为工作液体，气体为饱和空气，而要设计液环泵，就是要合理地确定液环泵的主要几何参数和液环泵的具体结构。下面的设计计算中基于进气温度为20，进水温度为15，排气压力1013hPa，吸入气体为饱和气体的条件下进行的。3.2确定液环泵主要性能参数众所周知，液环泵从密闭的容器中抽出空气，并向大气中排气。显然，液环泵的排气压力等于环境大气压且为常数。容器内的压力即为液环泵的吸气压力。液环泵开始工作时，容器内的压力等于外界环境大气压，即等于排气压力。随液环泵工作时间的延长，容器内的空气不断被抽出，致使容器内压力不断下降。由此可见，液环泵做为真空泵使用时，吸气压力P1是不断降低的，因此使参数（下面讲到）值是不断增大的，而不再保持常数。真空泵开始工作时，由于吸气压力等于排气压力，工作压缩比等于1，随着吸气压力的降低，液环泵的工作压缩比不断增大。在工作压缩比达到临界状态时称为临界压缩比，它表明液环泵在充分吸气的条件下，对气体的压缩能力是有一定限度的。但随着角度加大，工作液体不断压缩气体作功，也就是工作液体不断地把得自叶轮的能量传给气体。当到达角度临界cr时，液体把它从叶轮获得的能量全部用来对一定流量的气体压缩作功，使气体压力升高到临界值，这时如果再想增加气体的压力，气体流量势必减小，也就是不能充分吸气，才能取得能量的平衡。而当工作压缩比达到临界状态时，吸气压力称为临界压力，用P1cr表示。而对于工作液体的选择也是很重要的，选择的原则是，被抽送气体不应溶于作液第三章 中压中流量液环泵的设计体，更不能发生化学反应，同时应尽可能易得和廉价。最常用的工作液体是清洁的水，也有因特殊要求用硫酸和油类等液体的。采用饱和蒸汽压低的工作液体，可以获得更小的吸气压力，即获得更高的真空，这对液环真空泵是重要的。所以对于液环真空泵设计，常常给出以下重要的性能参数： 水的密度，取； 气体流量为零时的吸气压力，查相关特性表取70hPa； 排气压力，通常等于标准大气压，本设计中取1013hPa；P 轴功率，本设计中取185kw；液环真空泵的最大压缩比即是气体流量为零时的压缩比，用来表示，为 （31） 可得临界吸气压力为 （32）液环真空泵的临界压缩比即是当液环真空泵在充分吸气情况下能够达到的压缩比，用表示，为 （33）把70hpa ，1013hpa ，代入上面三个式子有： 14.471576.5hPa1.7573.3确定叶轮圆周速度在液环真空泵的设计中，确定叶轮圆周速度是非常重要的。因为圆周速度对液环泵的性能影响很大，可以说是全局性的。液环泵的其他的参数，例如临界压缩比，效率，极限真空与圆周速度有密切的关系，通常情况下圆周速度取得太小，液环泵就会达不到预定的临界压缩比，极限真空也会随着降低，致使液环泵的工作范围变窄，高真空区轴功率增加，另一方面，如果圆周速度取得更比较大，虽然能提高临界压缩比和极限真空，但是过大的圆周速度会致使泵的效率下降，同时轴功率一样会上升，而且受液环液化压力的影响，过大的圆周速度并不会使临界压缩比成比例的增加。所以液环泵的圆周速度也不宜取得过大。如何合理得选取液环泵的圆周速度，使液环泵即具有满意的性能要求，有要小的能耗，是本设计中的很重要的问题。本设计中对液环真空泵，需要考虑到实际情况与理论计算的差别，可以用式(34)计算液环泵的圆周速度： (34)式中为角速度，为叶轮外圆半径，式中（11.25）中取1.25，而系数需预先选取：=0.91.1，通常取1。17.166在确定圆周速度r2时，应注意大泵取较小的裕量，小泵取较大的裕量。所以在设计中根据实际情况可以取大于17.166的值。3.3确定r2b要求出r2b的值可由下面的 (39 ) 公式计算， (39 )在该式中，b为叶轮宽度，q为气体流量，q值的大小没有给出，可由给定的轴功率，用式(310)计算出气量q的值， (310)计算时，应预先选取 =0.650.82 现取 =0.8=0.680.85 现取 =0.75=0.030.05 现取 =0.045=0.40.6 现取 =0.4=0.30.5 现取 =0.36而上面己经提到P185kw185000w ，101300pa ，1.757代入(310)求出q的值， 然后把求出的q值代入(39 )得3.4确定r2、b和转速n现在有一系列转速n，分别为：、，现在取n，根据公式 有 由已经求出的r2值，有 再由已经求出的r2b值，有 而当求出的b和r2的比值b/ r212时，所选取的转速n及求得的r2和b是合理的，由b0.859m r20.616m 有 b/ r21.393 在12之间，故所选取的转速n及求得的r2和b是符合要求的。叶轮外圆半径确定后，轮豰半径为，与的关系为 所以 0.40.6160.247m最小淹没深度即淹深a，是为隔绝吸气区和压缩区而给出的，为a。考虑到理论计算与实际情况的差别、液环自由表面的倾斜和工作液体可能不足，淹深a应取