毕业设计（论文）IS125100250型单级单吸离心泵的设计

1、 目 录摘 要41前言51.1毕业设计的目的和意义61.2设计的主要任务62叶轮的设计62.1叶轮主要参数的确定和结构方案的确定72.1.1确定泵进出口直径72.1.2汽蚀计算72.1.3比转速的计算82.1.4确定效率82.1.5确定功率92.1.6初步确定叶轮的主要尺寸102.1.7精算叶轮外径122.2叶轮轴面投影图绘制中的相关计算142.2.1叶轮出口速度142.2.2流道中线检查142.2.3中间流线的划分152.2.4叶片进口边的确定162.2.5叶轮进口速度172.2.6编程计算a、b、c三点的叶片安放角202.3叶片绘型222.3.1绘型原理222.3.2绘型步骤222.3.3

2、绘制叶片进出口三角形243汽蚀验算263.1计算清水中的必需汽蚀余量264压水室的计算及绘型264.1涡室的主要结构参数274.2涡室绘型步骤295离心泵结构设计及部分零件的强度校核305.1离心泵结构特点305.1.1叶轮315.1.2泵体315.1.3泵轴315.1.4轴承315.1.5密封环315.1.6填料函315.2部分零件的强度计算与校核325.2.1最小轴径的计算325.2.2键的计算及强度校核325.2.3轴向力的计算335.2.5轴承寿命的计算355.2.6填料的计算37结论38总结与体会38谢辞38参考文献39 摘 要本次设计是进行is125-100-250型单级单吸离心泵

3、的设计，根据给定的主要设计参数，主要完成了叶轮、泵壳的水力设计，以及泵的总体结构设计，并验算泵的抗汽蚀性能，绘制泵的总装图及叶轮、泵壳、泵轴等零件图，对叶轮、泵体、泵轴、轴承、键、法兰盘和联结螺栓等泵的主要零部件进行强度校核。自动变频供水装置设计，绘制了变频供水装置的管路布置图，水泵机组安装图以及自动供水的主电路图、控制图。【关键词】离心泵、水力设计、强度校核、恒压供水 abstractthis program is a design for the single-stage and single-suction centrifugal pump, is100-65-315 pump. thi

4、s design completes the struct-ural design of the pump and hydraulic design of the impeller, pump bo-dy. check the hydraulic design to prevent cavitaion. this design also carries on intensity and rigidity calculation of the impeller, casing,shaft, bearings, key, ring flange, coupling bolt and other p

5、arts. this disign applies combined constant pressure water supplying, automatic start and stop system. this design carries on variable frequecy water supplying, automatic start and stop system. this design carries on va-riale frequency water supply drawing, pipe arrangement drawing of variable frequ

6、eny water supply equipment, main circuit diagram and control chart. 【key words】 centrifugal pump; hydraulic design; strength calculation and check; constant pressure water supply1前言水泵作为一种通用机械，在社会各行各业中发挥着重要作用。它是除电动机以外使用范围最广泛的机械，几乎没有一个国民经济部门不使用水泵。泵对发展生产、保证人民的正常生活和保障人民的生命财产安全具有至关重要的作用。在农业方面，水泵及排灌站在抵御洪涝

7、、干旱灾害，改善农业生产条件等方面更是功不可没。作为一个水泵设计人员，设计一台高质量的泵，无论从节能还是从企业生产的经济性角度考虑，都会带来巨大的经济效益。尤其是在深化改革、市场经济运作的今天，围绕价值工程学，以最低的生产投入，设计一种经济、安全、优质高效的泵，无疑是摆在我们面前的一项艰巨任务。经验无疑是一项影响设计优劣的重要因素。在今天，相当多的设计环节仍然是靠经验确定的，很多的计算公式也是根据经验总结出来的，所以，设计精度仍然局限在一定范围内。为了提高设计的准确性，在设计工程中必须要有认真、严谨的科学态度，同时尽量采用适合资深设计情况的公式。光有理论知识是不能做好泵的设计的，此次设计正好为

8、我们提供了一次时间的机会，有助于理解、巩固理论知识和为以后的工作打下基础。因此我们必须端正设计态度，以严肃的眼光看待设计，以严谨的工作作风对待设计，同时在实践过程中多想、多问、多动手，使我们能够在以后的工作中迅速进入角色，完成从学生到工程技术人员的转变。1.1毕业设计的目的和意义毕业设计是本科学生必须经历的一项重要教学环节,是培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能,分析解决实际工程问题的重要一环。它与其它教学环节紧密配合相辅相成,是前面各个教学环节的继续、深入和发展。这一阶段的学习重要性决定了学生必须严肃认真地完成设计内容，奉献高水平的设计成果。泵是量大面广的通用机械产品,各类泵是

9、城市与工业的一个重要组成部分,它广泛地应用于国民经济的各行各业。因此,正确设计泵具有重大的社会意义和经济意义。1.2设计的主要任务1、完成叶轮、泵壳的水力设计并验算泵的抗汽蚀性能。2、完成泵的总体结构设计，绘制总装图及叶轮、泵轴的零件图。3、进行泵的主要零件的强度校核。4、完成自动变频调速供水装置设计。2叶轮的设计离心泵叶轮设计的第一阶段工作，是根据提出的泵设计点的性能参数，主要指流量、扬程和转速，确定叶轮全部几何参数：叶轮直径d2和出口宽度b2，叶片出口安放角2，叶片数z，叶轮吸入口直径d2及叶片出口排挤系数2。这些结构参数不仅决定了叶片的基本几何形态，也基本决定了泵的水力特征、泵的能量和汽

10、蚀性能指标。已知设计参数为：流量 q=200m3/h 扬程 h=80m 转速 n=2900r/min 效率 76.0% 必需空蚀余量 (npsh)r=4.0m2.1叶轮主要参数的确定和结构方案的确定2.1.1确定泵进出口直径泵吸入口径。泵吸入口直径由合理流速确定。泵吸入口流速一般为3m/s左右，但从制造方法考虑，大型泵的流速取大一些，以减少泵的体积，提高过流能力；但为了提高泵的抗汽蚀性能，应减少吸入流速。泵排出口径。对于低扬程泵，可取与吸入口径相同，而对于高扬程泵，为减少泵的体积和排出口直径，可使排出口径小于吸入口径，一般取 式中： 泵排出口直径； 泵吸入口直径；泵吸入口直径ds按下式确定式中

11、：泵吸入口的平均流速。最终确定的泵的吸入口和排出口直径，应该符合标准直径。根据本次设计给定泵的型号，确定： 泵出口直径泵进口速度泵出口速度2.1.2汽蚀计算(1)泵汽蚀余量(2)泵汽蚀转数2.1.3比转速的计算泵的比转速本来指在最高效率处的性能参数的一个组合值。但是，由于泵产品一般在设计点运行时间最多，因此总希望泵在设计点处有最高效率，于是：n转速，r/minq流量，m3/sh扬程，m代入数据计算：2.1.4确定效率水力效率 容积效率圆盘摩擦损失效率和机械效率考虑到轴承填料损失，取：总效率2.1.5确定功率轴功率计算配套功率其中，扭矩最小轴径参考文献5p102,泵轴常用材料的许用切应力，对于普

12、通优质碳钢的范围在(343441)105，对于合金钢的范围在(441588)105，单位是牛顿/米2。本设计选材料45钢，故的范围在(343441)1052.1.6初步确定叶轮的主要尺寸叶轮进口直径叶轮进口直径与进口速度有关，进口速度一般不超过34m/s。提高叶轮进口流速会降低泵的抗汽蚀性能和水力效率。实践证明：泵在相应增加进口流速很广的范围内运转时，能保持水里效率不变，所以如果设计的泵对抗汽蚀性能要求不变，可以选较小的以减少叶轮密封环的泄漏量，以提高容积效率。决定叶轮水力损失的是相对速度的大小和变化，所以应该考虑泵进口相对速度的影响，通常在叶轮流道中相对速度是扩散的，即。从减小进口相对撞击损

13、失考虑，希望减小，若假定最小，可以计算叶轮进口直径。进口当量直径： 式中：统计系数。 考虑泵效率和汽蚀因素，的选用范围是： 主要考虑效率： ； 兼顾效率和汽蚀：； 主要考虑汽蚀：。 进一步增加，可改善大流量下的工作条件，提高泵的抗汽蚀性能。这次设计兼顾泵效率和汽蚀，取。由于选用的是单级单吸叶轮，dh=0，故叶轮出口直径的初步计算叶轮外径和叶片出口角等出口几何参数，是影响泵扬程的最重要因素。另外，影响泵扬程的有限叶片数修正系数也与和以及叶片数等参数有关。可见影响泵扬程的几个参数之间互相影响。因此，必须假定某些参数为定值的条件下，求解叶轮外径。因为压水室的水力损失和叶轮出口的绝对速度的平方成正比。

14、为减少压水室的水力损失，应当减少叶轮出口的绝对速度，因此，我们把满足设计参数下使叶轮出口绝对速度最小作为的出发点。由叶轮出口速度三角形 叶轮出口轴面速度和圆周分速度均与叶轮外径有关，现将表示为（）的函数，由基本方程式推出的计算公式为：叶轮出口宽度叶片数的计算与选择叶片数对泵的扬程，效率，汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数时，一方面考虑减少叶片的排挤和表面摩擦；另一方面又要使叶轮流道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的的充分作用。参考结果以及同类产品，取2.1.7精算叶轮外径理论扬程修正系数静矩上式是通过初定尺寸按照画轴面投影图计算后，中间流线的静矩来算的。有限叶片数修正系数无穷叶片数

15、理论扬程在每次计算中都可以认为不变。叶片出口排挤系数由经验公式，需要经过计算得到，k值铸铁取4.5，铸钢取3.5。本设计中叶轮制造采用铸铁。故k=4.5。取，取出口轴面速度出口圆周速度出口直径由于与假定的260mm非常接近，不超过2%，说明假定的值就是精确的值。故不再进行计算，取。2.2叶轮轴面投影图绘制中的相关计算2.2.1叶轮出口速度进口轴面速度由前面计算可得：出口圆周速度出口圆周分速度无穷叶片数出口圆周分速度2.2.2流道中线检查根据所求处的叶轮尺寸，参照比转速相近的水力模型，绘制叶轮的轴面投影图，在投影图上，做很多内切圆，并将个内切圆的圆心用光滑的曲线连接起来，即得到流道中线。具体作图

16、方法可参考文献5p117。表2-1为f-l曲线的数据表。其中在入口边时，出口边时。项目f(mm2)bircl11130460300211514.2859955.526533.0221.1885312135.9378549.38639.1334.034412892.9433643.431747.2746.0269513486.6095237.557757.1858.1774613858.8184631.807769.3871.5369713947.7534125.894685.7789.0477814525.7643421.966105.3109.1582914469.1218128132.49

17、86表2-1f-l曲线的数据表由以上数据可以做出该方案的f-l曲线，见下图。图2.2 f-l曲线图 f-l曲线0200040006000800010000120001400016000l0213471891094658可以看出该曲线还是单调上升趋势，是一条高效率的曲线，虽然在5889中间曲线并没有完全成一条直线，但是本人通过多次努力达到这个效果还是不容易的，初次设计，敬请谅解。有关轴面投影图的相关尺寸参考水力设计图。2.2.3中间流线的划分流面是一张空间三维曲面，曲面上各面处水质点的速度矢量与此三维曲面相切，水流质点不能穿越水流，对理想流体，流面与钢铁薄板可以互换。在已经确定叶轮轴面投影图上，

18、前后盖板内表面是两条平面曲线，绕叶轮轴心线旋转一周，得到两个回转面，就是叶轮前后盖板面，它们是两张流面。划分原则：先分进出口；有了始末分点，凭经验画出轴面流线。实际上在具体实践过程中本设计采用了画两个相切圆的办法，首先采用在前盖板处采用两点画圆的方法，在cad中先通过对象捕捉采用两点画圆近似与前盖板相切，然后，以画好的第一个圆，采用circle命令中的t命令，与两点相切，指定半径的画法，然后用list命令测得前一个圆的半径，然后，再用circle命令中的t命令与第二个圆相切，然后在与前盖板相切，达到了两个圆同时与前盖板相切和后盖板相切后，再进行面积的比较。检查同一过水断面上两流道间小过水断面面

19、积是否相等，不相等，修改至相等或满足下面公式：表2-3 分轴面流线计算表过水断面号流道误差率10-138.930323.51915.25141831.972915.9858-0.00161-217.957351.05916.720220-128.327835.431003.6541984.79992.3950.02241-218.484153.08981.13630-123.849243.71042.212067.2471033.6230.01651-217.789657.621025.03740-118.751557.311074.6482156.6731078.337-0.00691-21

20、6.938463.881082.02550-116.779165.941106.4142188.3041094.1520.02221-215.734368.761081.8960-114.286478.071115.3392208.6671104.3330.01971-213.695779.831093.32870-112.674887.361107.2712221.7541110.877-0.00651-212.597388.471114.48380-111.585598.011135.4952278.6551139.328-0.00681-211.599898.551143.162.2.4

21、叶片进口边的确定参考文献3p149，在叶轮轴面投影图上绘制叶片进口边时，应注意：进口边前后盖板轮廓线夹角不要太小，a、b两点的高度差不要太大，在使用圆柱形叶片时，这是防止前盖板处叶片冲角过大的重要措施。过a、b两点的直线与轴心线夹角一般在20到40。进口边的位置与叶轮汽蚀性能关系密切，进口边适当向叶轮入口延伸，有利于提高叶轮抗汽蚀性能。但在叶轮进口直径较小，叶片数又较多时，采取这一措施应慎重，以防止进口部分堵塞严重，结果使叶片进口排挤系数过多减少，既不利于提高泵效率，也恶化了汽蚀性能。本设计通过对具体实施方案进行比较，确定了进口边直线abc。别交前盖板a点，中间流线b点，后盖板流线c点。2.2

22、.5叶轮进口速度叶轮进口圆周速度通过在以检查的中间流线图上量取、。叶片进口轴面液流过水断面面积叶片进口边有时和过水断面形成线重合，有时不重合。重合时三点的过水断面线相同，不重合时，要分别做出过a、b、c点的过水断面形成线，具体在cad图上是做过a、b、c三点的圆，此圆应分别与前后盖板流线相切，做过b点的圆时可只作一个圆相切即可，由于是处于中间流线上，两边的过水断面面积相等，当然在cad图上只能近似做出来，暂时没有想到完全过三点并与前后盖板相切的方法。计算a流线叶片进口角假定选择，显然在015范围以内，（由轴面图上量得，假定）由上可以看出，与假定的值相同，各值即为所求。计算b流线叶片进口角计算c

23、流线叶片进口角b流线叶片进口排挤系数:（由轴面图上量得，假定）c流线叶片进口排挤系数:（由轴面图上量得，假定）b流线进口轴面速度：c流线进口轴面速度：b流线叶片进口液流角： c流线叶片进口液流角： b流线叶片进口冲角：c流线叶片进口冲角：2.2.6编程计算a、b、c三点的叶片安放角值得指出的是，我的编程仅仅限于提供计算，由于安放角在有的文献中提到应该成逐渐增大的趋势，所以参考文献可以看出，先暂定，。以下是编程结果显示以及程序代码：1 算a流线叶片进口角由以上计算可以看出，计算结果与我自行计算的结果相同，当然由于冲角的范围选择很大，在下面计算b流线叶片安放角的时候我会显示两个结果进行比较，为什么

24、我前面要根据文献假设出3条流线的叶片安放角，然后在用vb程序编程计算。计算b流线叶片进口角如果不预先按照文献说的从大到小进行暂定角度，可能会出现以下情况，下面请看运行结果：可以看出由于冲角范围在0到15之间范围很大，叶片安放角很快就会收敛，所以可以看出我的编程仅仅是为了方便计算，计算的情况还是比较特殊，在以后的工作中看能不能进行改进。计算c流线叶片进口角输入其他数据看能否快速收敛程序源代码private sub command1_click()dim z%, r1!, thick!, lmd!, q!, f!, n%, itv!, dtbt!, bt!, psi!, vm1!, btx!, b

25、ty#, u1!n = 2900q = 100 / 3600z = val(text1.text)thick = val(text2.text)lmd = val(text3.text) * 3.1415 / 180r1 = val(text4.text)f = val(text5.text)itv = val(text6.text)bt = val(text7.text)u1 = val(text10.text)start:bt = bt * 3.1415 / 180psi = 1 - thick * z * sqr(1 + (1 / tan(bt) / sin(lmd) 2) / (2 *

26、 3.1415 * r1)vm1 = q / (itv * f * psi)btx = atn(vm1 / u1) * 180 / 3.1415bt = bt * 180 / 3.1415dtbt = bt - btxif dtbt 0 and dtbt 15 then goto over else goto start1over:text8.text = psitext9.text = btgoto over1start1:if dtbt 100填料根数344556678介质压力，故查表得填料根数为6根。结论此次水泵设计采用通用的经验法，在参照同类型泵的基础上，根据总结出的经验公式，先初略算得各项参数，然后再逐步优化。本次设计的离心泵满足泵的效率要求、汽蚀要求，并在设计时加强了强度性能，以使泵能在较恶劣的环境下工作。总结与体会四年的大学生活可谓丰富多彩，毕业设计的完成一个结束，也预示着新的生活的开始。仔细回味大学四年的日子，感触很多。虽然没有取得什么好的成绩，但却收获许多宝贵的人生财富和学到了为人的哲理。毕业设计是大学学习课程的最后一门必修课程，是对四年所学的检验。总的来说，这次设计是比较成功的。通过这次设计使我对以前