机械课程设计（论文）-离心泵的设计【全套图纸】.doc

吉 林 大 学食 品 工 程 系 统设 计 说 明 书离心泵的设计作者姓名：班 级：学 号：导师姓名：目 录1 绪论 41.1设计的目的和要求11.2本设计的内容 . 12 总体方案的选择 12.1 方案的论证 . 12.2方案的确定 . 13 叶轮主要参数的设计计算及泵的参数计算 . 43.1泵的计算及叶轮设计的计算 13.2 初选泵和电机. 1 3.3 泵机组的基础.1 3.4 泵的计算13.5 辅助设备的计算.14结构设计6 4.1结构分析1 4.2电机的选择1 4.3轴的结构设计4 4.4轴承的设计1 4.5加料部分结构设计1 4.6工作部分结构设计1 4.7卸料部分结构设计15总结 . 1参考文献 1全套图纸，加153893706绪论泵与风机、压缩机是流体机械的重要组成部分，一直是制冷与空调专业人士学习的基本科目。泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。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。 离心泵就是根据设计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. 离心泵有好多种.从使用上可以分为民用与工业用泵,从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。二、离心泵基本构造离心泵基本构造离心泵基本构造离心泵基本构造 离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函。 1、 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，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。 2、 泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。 3、 泵轴的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。 4、 轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/33/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热！滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂*，太少轴承又要过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理！ 5、 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。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0.251.10mm之间为宜。 6、 填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！在运行600个时左右就要对填料进行更换。 三、离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心泵的工作原理 离心泵的工作原理是：离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用。水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水行成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以实现连续抽水。在此值得一提的是：离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则将造成泵体发热，震动，出水量减少，对水泵造成损坏（简称“气蚀”）造成设备事故！一、设计目的及要求（一）设计目的（1）使学生所获得的专业理论知识加以系统化，整体化，以便于巩固和扩大所学的专业知识；（2）培养学生独立分析，解决实际问题的能力；（3）提高设计计算技巧和编写说明书及绘图能力；（4）培养学生具有一定的设计能力并通过课程设计，使学生进一步将所学的基础理论、基础技能综合的运用于设计实践，熟悉设计方法和步骤。（二）设计要求1、了解和掌握离心泵设计的一般方法和步骤，具备独立进行离心泵设计的能力。2、熟悉离心泵选型的基本原则，掌握离心泵设计要求。3、学会离心泵设计过程中设计图纸的表达方法，掌握其关键问题。4、提高学生综合运用所学的理论知识分析问题并通过查阅资料解决实际问题的能力。 二、设计的内容本设计是配合整个冷冻浓缩系统而设计的，是冷冻浓缩过程中后半程中用于把冷冻浓缩之后的冰晶吸入罐体的设备，因冷冻浓缩系统的整个规模和产量都很小，所以该泵的设计也很简单，并不需要大功率和扬程及流量。故选用了IS单级单吸式离心泵。二、总体方案的选择2.1方案的论证无论是在各类工业生产中，还是农业灌溉，管道输油系统、城市集中供热系统、自来水供给系统等，离心泵都是应用最为普遍的通用机械设备因此，如何合理地、经济地、最有效地使用离心泵，尤其是在输液系统的操作参数需要改变：例如其流量需要增大，或压头需要提高，或两者都需要增加时，即：需要现有系统增容时如何充分利用闲置设备与现有系统配置，进行优化设计，选择一个既经济可靠又满足实际要求的增容方案，是非常重要的离心泵输液系统增容的三种情况：（1）流量增加；（2）压头增加；（3）两者均需增加为了更好的配合整个冷冻浓缩系统，泵的选择需要能配合上整个系统的流量，液体的密度，扬程等数据，又因流量较小，故不需选择教复杂的泵机，只需选择较小较方便的泵机即可并且泵的结构也应尽量简化，也不需要很大的功率。2.2 方案的确定根据各种条件的确定及老师的审核最终确定选择单级单吸离心泵。三、设计计算一、泵的计算及叶轮的设计的计算1、设计扬程的计算由设计指导书中设计扬程的计算公式，得：H=7.43.653.521.05=15.015m2、流量的设计 该泵根据冷冻浓缩系统的总流量确定了该泵的流量为 Q=14.4m3/h3、泵形式及级数的确定 泵的比转速ns=255rad/min所以该泵设计为单级单吸离心泵较合适。4、转速的n的确定转速选择时，需要考虑把汽蚀比转数的影响。取设计转速为N=960rpm N=960rpm1480rpm,Q=0.278m3/s,查曲线得C=870，允许最大转速为Nmax= n筒=601000V/D=981.72 可知，nnmax,满足要求。5、（1）功率和效率 泵的有效功率时指单位时间内泵输出的液体获得的有效能量，也称输出功率。P=gQH/1000 kw式中Q泵的流量，m3/s;H泵的扬程，m;f介质的密度，kg/m3;g重力加速度，g=9.81m/s2。得该泵的功率P=3.818kw（2）传动装置的总效率：总=2轴承齿轮联轴器联轴器工作轴 =0.9820.970.990.990.95=0.87二、初选泵和电机1.选泵的主要依据：流量、扬程以及其变化规律 大小兼顾，调配灵活 型号整齐，互为备用 合理地用尽各水泵的高效段要近远期相结合。“小泵大基础 ”大中型泵站需作选泵方案比较。根据设计流量和设计扬程，从给排水设计手册第11册常用设备第二版中查表，选IS单级单吸式离心泵。三、泵机组的基础1.泵机组的基础查表得，底座长L1=4.38m，底座螺孔间距b=1.9m，底座地脚螺钉的直径d=0.5m，底座地脚螺钉的长度l=2d=1m。得基础长度L= L1+0.18=4.56m 基础宽度B=1.4+1.0=2.4m 基础高度H=1.4+2.1=3.5m 基础深度的校核 H=3W/LB H:基础的深度 W:机组的总重量，W=180+165=345Kg L:基础的长度 B:基础的宽度 :基础所用材料的容重，对于混凝土基础，=1855Kg/ m3 经计算可知H=456mm。所以基础的深度满足。（四）泵的计算（1）流量Q=wv =2eBRw(m3/rad) 式中 e定子和转子的中心距 w转子角速度 npv泵的容积效率本泵的流量为Q=14.4 m/h,经校核，符合上式。（2) 喇叭口的计算吸水管进口应设喇叭口，喇叭口直径为管道直径的1.31.5倍的进水管直径。所以取1.5倍吸水管直径，得喇叭口DN为81mm。（五）辅助设备设计 1）起重设备 由于本泵不设起重设备，该部分无需考虑 2）引水设备 泵系自灌式工作，无须引水设备。 3）通风设备 该泵体较小，无需通风设备。4）计量设备 在两根主压水管上各设一个水表。四、结构设计离心泵主要部件:（1）结构分析单级单吸式离心泵主要由泵体，叶轮，轴，轴承，轴盖组成。（2） 电动机的选择电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机确定电动机型号：根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y200L2-6。其主要性能：额定功率：22KW，额定转速970r/min，（3）轴的设计1.选择轴的材料轴是连接动力部分与工作部分的重要部件，将电动机的功率转化为旋转轴部分转动的功率。轴的材料选为45号钢，调质处理。查表得许用弯曲应力-1b=60MPa,得A=110dminA3Pn=110316.8140=54.3mm考虑键槽的影响轴径增加3%，dmin55.9=56mm2.轴功率的计算轴的转速为n=60rad/minNe=比重*扬程*流量*9.8/KK为系数（效率的倒数）取K=1.00故Ne=21.2kw1级圆柱齿轮减速器传动比范围18可得nd=1401120 (3)轴的结构设计 （1）轴的零件定位，固定和装配 在泵中，轴套筒靠中间侧用轴肩定位，右面用销定位，分别从两侧装入；周向定位采用键和过渡配合，两轴承以轴承肩定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，套筒和轴承从中间装入。根据泵的长度和功率，设计轴的长度为d0最小轴径32mm，由于要安装联轴器，长度50mm；d1段轴径增加5mm，由于安装轴承端盖，长度为50mm；d2段考虑没有轴向力存在，其内径为50mm，宽度为18mm，由于只有轴肩定位，则该段长18mm；d3段安装刮板套筒段长度为52mm，轴径156mm；d4轴肩段长4mm，轴径400mm；d5段长度26mm，轴径45mm；d6轴肩段同d4；d7右侧套筒段，长度25mm，轴径48mm。校核：(3)按弯扭复合强度计算求转矩：已知T3=271Nm求圆周力Ft： Ft=2T3/d2=2271103/300=1806.7N求径向力Fr Fr=Fttan=1806.70.36379=657.2N两轴承对称LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N (2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=328.649=16.1Nm (3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=903.3549=44.26Nm (4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（16.12+44.262）1/2 =47.1Nm (5)计算当量弯矩：根据课本P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=47.12+(1271)21/2 =275.06Nm (6)校核危险截面C的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1453)=1.36Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够根据根据条件，轴承预计寿命3658=2920小时1、计算输入轴承 （1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N初先两轴承为角接触轴承7206AC型FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N (2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N (3)求系数x、yFA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63根据表得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248720h预期寿命足够（4）轴承的设计由于转鼓和物料产生的轴向力较大由于加料不匀以及动平衡等原因，皮带轮对轴的压力等因素产生径向力。轴的工作温度较高，有一定热伸性，要求轴承对轴的伸长有一定适应性，故必须选择能承受轴向力、径向力及能游动的轴承，因此在结构上，将单列向心圆柱滚子轴承安排在上面，角接触球轴承置于下部，这样较好的适应了轴的传动。（5）加料部分结构设计主要是由进料口通过叶轮的转动，使内部气压降低，液体被吸入泵体。（6）工作部分的结构设计工作部分主要由轴和轴承组成。（7）卸料部分的结构设计卸料部分由内、外机壳及排液孔组成。五、总 结通过此次离心泵的课程设计，从查阅资料到请教老师，我从中学到了很多，也发现了自己很多的不足之处：由于没有充分准备资料，设计中的一些数据并没有正确按照规范设计查找，而是通过已知的数据，根据内差法求出的，可能存在较大的误差，导致该泵设计存在一些问题。所以在以后的学习和设计中，我除了会更加注重培养自己的设计意识外，还要更加注重相关资料、信息的收集，考虑问题更详细，分析问题更仔细。总之，在这次课程设计中，充分暴露了自己设计的薄弱环节和自己对所学知识的掌握还不够坚固但通过这次设计也使我能更加了解泵体设计的相关内容及加深了对食品机械设计知识的掌握，受益匪浅。五、参考文献1姜乃昌主编.水泵及水泵站(M)(第五版).北京：中国建筑工业出版社，2008，122给水排水设计手册第1、5、10、11册。3.中国市政工程西南设计研究院主编.给水排水设计手册(M)（第二版第1册）.北京