离心泵设计计算说明书

1、第一部分 水力设计一、概述1.设计依据.流量：q=6.3m3/h 扬程：h=25m 转速：n=2950r/min级数：i=3综合考虑汽蚀性能和效率2.设计内容根据提供的流量，扬程，转速，级数来设计一台多级式水泵，需要能满足以上所有要求。3.设计思路 采用节段式多级离心泵（卧式）可以满足以上的要求，根据离心泵的设计步骤，运用流体力学知识计算水力设计部分，再参考节段式卧式多级离心泵的参考资料进行结构设计。4.设计意义 本次毕业设计可以让我们对大学四年所学的知识进行一次综合的归纳和总结，让我们把各科知识结合起来，用于具体的工程中去，是把我们学的理论知识用于实践的第一次尝试，也是我们从学校走向社会的过

2、渡。二、确定泵的总体结构形式和进出口直径（一）进口直径ds由q=6.3m3/h ，查现代泵技术手册（下 称手册）p180表7-1得吸入口流速 vs=1.375m/s，吸入口直径为40mm,ds=0.040265m=40.265mm,圆整ds =40mm,泵的出口直径 对于低扬程泵，一般取进口直径等于出口直径：取 dd = ds = 40mm。三、泵速的确定电动机的同步转速 n0=3000r/min 极数为 2；四、计算比转速ns，确定泵的水力方案ns =(3.65nq1/2)/h3/4=(3.65*2950/253/4)*(6.3/3600)1/2=40.3级数为3级，选择卧式。五、估算泵的效

3、率（1）总效率 初步估计泵的效率为=60%，（2）水力效率hh =1+0.0835lg(q/n)1/3=1+0.0835lg(6.3/3600/2950)1/3=82.7% （3）容积效率vv= 1/(1+0.68ns-2/3)=94.5%（4）机械效率m 圆盘效率：m=1-0.07/(ns/100)7/6=1-0.07/(40/100)7/6=79.6%查手册p184图7-3得：pm3/p=20%,考虑轴承和填料损失，则 pm1+pm2=（0.010.03）p，由于功率较小，取pm1+pm2=0.02 p。m=1-（0.010.03）p/p- pm3/p =1-0.02-0.2=0.78%，

4、与估算一致。(5)总效率所以有总的效率为：=hvm=0.827*0.945*0.78=60.4% 六、轴功率和原动力的功率（1）泵的轴功率p：p=qh/1000=1000*9.8*6.3*25*3/(1000*0.604*3600)=2.137kw(2)原动机功率：pg=k*p/t 由手册表7-11得直联t =0.97 表7-10，取k=1.2, pg=k*p/t =1.2*2.137/0.97=2.643kw七、轴径和轮毂直径 由pc= pg=38.64kwmn=9550 pc/n=9550*1.2*2.137/2950=8.31n.m由p187表7-12得：材料为45钢，取=450*105

5、n/m2 ，调质后hb = 241286。则最小直径：d=(mn/0.2)1/3=(8.31/0.2*450*105)1/3=0.00974m=9.7mm 取标准直径d=14mm,则，各段的轴径叶轮外直径：di=24mm, 轮毂直径： dh=(1.21.4) di =(1.21.4)×24=28.834mm 取dh =36mm八、 叶轮主要尺寸的计算; （1）叶轮进口当量直径d0及叶轮进口直径dj 当量直径：d0=k0*q/n1/3 兼顾效率和汽蚀，取k0=4.5 ，则 d0=4.5*(6.3/3600/2950)1/3=38mm，叶轮进口直径：dj=(d02+dn2)1/2=52m

6、m 取dj=52mm。 (2)叶轮出口直径d2 kd2=(9.359.6)*(ns/100)-1/2=16.717.15 d2=(16.717.15)*q/n1/3=12.41*(6.3/3600/2950)1/3=140144mm 取 d2 = 140mm。（3）叶轮出口宽度： kb2= （0.640.7）(ns/100)5/6=0.2980.326b2=kb2*q/n1/3=（0.2980.326）*(6.3/3600/2950)1/3=2.52.7mm 取 b2=5mm(4)叶轮出口安放角22=30度（5）确定叶片数：由ns=40 取叶片数 z=9（6）精算叶轮外径：（d2校核） 理论扬

7、程 ht=h/h=25/0.827=30.2m因比转速较低，取2b=30度，2=30度。叶片出口真实厚度2= 24mm，取2= 3mm。 叶片出口轴面截线与流线的夹角2=70º90º取环形吸入室vu1=0。叶片出口圆周速度：su2=2（1+ctg2/sin22）1/2=4.96mm叶片出口排挤系数：2=1-z su2/d2= 0.898 所以有：vm2=q/v d2b22 =6.3/（3600*0.9595*0.2*3.14*0.898*0.05）=0.938m/s有限叶片数修正系数：y=1-k/z*2*sin2b =0.843 d2= 60vm2/2ytg2+( vm2/

8、2ytg2)2+(ght+u1vu1)/y1/2 /n =60*（2.753+）/3.14/2950=140.8m因与140相差不大，故取d2=140mm。 （7）做叶轮轴面投影图，检查轴面截线的过流面积变化并确定叶轮进口边 叶轮过流断面面积曲线检查数据编号rc(mm)(mm)s（mm）b(mm)(mm2)l(mm)1224881105.2802224881105.286.063224881105.2810.55422.954.128.28.2133331183.75515.35526.893.97.87.81317.1821.01629.073.77.47.41350.94123.34731

9、.753.5771395.7326.04835.563.46.86.81518.55429.86939.383.36.66.61632.22233.681043.23.26.46.41736.29437.51147.023.16.26.21830.77141.321250.843661915.65145.141354.662.95.85.81990.93648.961458.482.85.65.62056.62552.781562.32.75.45.42112.71856.61666.122.65.25.22159.21560.4217702.555219864.31 (8)叶轮出口速度2=0

10、.898；出口轴面速度vm2=q/v d2b22=0.938 m/s; 出口圆周分速度u2u2=dn=21.61m/s ht=h/h=30.2m vu2= =13.7m/s (9)叶轮进口圆周速度 进口边定在10，10，10 =9.03m/s =9.03m/s=9.03m/s(10)叶轮进口速度tg1=tg1b*sin，su=s/sin，取s=2mm。取，进口排挤系数：1=1-z su /（*d1）=6.3/（3600*6.28*0.712*0.02926*0.945*0.0076）=1.862m/s=6.3/（3600*6.28*0.713*0.02928*0.945*0.0076）=1.8

11、58m/s=6.3/（3600*6.28*0.02931*0.945*0.714*0.0076）=1.854m/s=1.862/9.03 ， ；=1.858/9.03 , ；=1.854/9.03 , 。，满足。 (11)叶片加厚的数据叶片进口厚度为2mm，出口厚度为3mm，最大厚度为4mm（参考现代泵设计手册p219）。包角=20x5=100度=1.74弧度。tg=360b2/2r2，=67º>60º65º。在切于流线方向厚度sm=s/cos，为叶片在垂直于轴面截线平面内叶片安放角。叶片的径向厚度sr=sm/cos。tg=tgb*sin，为轴面截线与轴面流

12、线的夹角。 轴面b （度）（度）（度）（度）s（mm）sr（mm）0208720322.13iii23882322.332.53vi25892512.672.95ix27902713.13.48xi28.59028.513.463.94xiii29.59029.503.924.50xv30903003.784.36xvii30903003.54.04xix30903003.33.8xx30903003.03.46轴面b （度）（度）（度）（度）s（mm）sr（mm）0208820222.13iii23892322.332.53vi25902512.672.95ix27902713.13.48x

13、i28.59028.513.463.94xiii29.59029.503.924.50xv30903003.784.36xvii30903003.54.04xix30903003.33.8xx30903003.03.46轴面b （度）（度）（度）（度）s（mm）sr（mm）0208920222.13iii23902312.332.53vi25902512.672.95ix27902703.13.48xi28.59028.503.463.94xiii29.59029.503.924.50xv30903003.784.36xvii30903003.54.04xix30903003.33.8xx30

14、903003.03.46以上是a-a，b-b，c-c流线加厚数据。绘制木模图时，包角为100º，叶轮的转动方向是从叶轮的吸入口方向去看为逆时针方向。九、导叶 因设计的为多级离心泵，故而选用流道式导叶。它在水力性能上较径向导叶完善。(1)导叶的进口直径d3 d3=(1.021.05) d2=(1.021.05)*140=142.8147mm d3- d25mm， 取d3=144mm(2)进口宽度b3 b3= b2*(25)mm=710mm多级泵应该适当减小b3 ，取b3=7mm.(3)螺旋线的角度 导叶进口安放角 ，=0.938/13.7，取螺旋线的半径： 角度102030405060

15、708090弧度0.17450.3490.52360.6890.87271.0471.22171.3961.57r73.1174.2375.3776.5377.7178.9180.1281.3582.5 （4）导叶叶片数z和喉部面积a3 通常为37mm，取=4mm. 喉部取为正方形，a3=（10.6）b3=4.27mm。 =3.8通常导叶的叶片数不要与叶轮的叶片数相等或互为倍数，取z=4。 速度系数法，查手册图8-10得， k3=0.53, =11.73m/s;导叶喉部高度mm。 （5）扩散段的设计与计算 扩散段的进口面积为喉部面积f3 f3= a3 b3=5.3*7=37.1mm2 扩散段出

16、口面积速度v4 v4=（0.40.5）v3=4.6925.865 导叶出口直径d4 d4=(1.31.5) d3=187.2216 取d4=200mm 扩散段长度l l=(34) a3=(34)*5.3=15.921.2mm ，取l=16mm 扩散管出口面积f4f4=(1.51.8) f3=(1.51.8)*37.1=55.6566.78mm2 ，取f4 = 64 mm2 v4=m/s a4=b4=8mm 取a4=b4=8mm取直扩散段，他比弯扩散性能好。扩散角：=2*actg（f4/）1/2-（f3/）1/2/l=7.7º 在7º10º之间。（6）过渡段的设计

17、环行空间的进口面积应大于或稍等于扩散段的出口面积，转弯过程的面积适当大些是有益的。（7）反导叶的设计 d5=200mm, d6=48mm b5 = b4/(1.051.15)=6.97.6 取b5=7mm; (8)确定反导叶进口安放角和出口安放角直接由图中量得。十、次级叶轮主要尺寸的计算1.次级叶轮主要考虑效率，k0=3.54.0。 当量直径 d0=（3.54.0）*(6.3/3600/2950)1/3=29.433.6mm，取d0=32mm叶轮进口直径：dj=(d02+dn2)1/2=48mm ， 取dj=48mm。d2=140mm， b2=5mm， z=92. 做叶轮轴面投影图，检查轴面截

18、线的过流面积变化并确定叶轮进口边叶轮过流断面面积曲线检查数据位置（mm）s(mm)b(mm)rc(mm)(mm2)l(mm)136621791.280236621791.283.6233.16.26.221.14823.1078.1843.26.46.424.17971.440613.9553.16.26.225.931009.6115.9662.955.95.927.771028.93417.8692.855.75.729.871069.22719.96102.85.65.635.61251.98125.69112.755.55.541.331427.53831.42122.75.45.44

19、7.061595.89937.15132.655.35.352.791757.06242.88142.65.25.258.521911.02948.61152.555.15.164.252057.79954.34162.55570219860.09 (9)叶轮进口圆周速度 进口边定在11，11，11 =8.3m/s =8.26m/s=8.26m/s(10)叶轮进口速度tg1=tg1b*sin，su=s/sin，取s=2mm。取，进口排挤系数：1=1-z su /（*d1）=6.3/（3600*6.28*0.693*0.02686*0.945*0.00632）=2.5m/s=6.3/（3600*

20、6.28*0.697*0.02686*0.945*0.00632）=2.5m/s=6.3/（3600*6.28*0.02675*0.945*0.7*0.00632）=2.49m/s=2.5/8.3 ， ；=2.5/8.26 , ；=2.49/8.26 , 。，满足。 (11)叶片加厚的数据叶片进口厚度为2mm，出口厚度为3mm，最大厚度为4mm（参考现代泵设计手册p219）。包角=22x5=110度=1.9弧度。tg=360b2/2r2，=65.1º>60º65º。在切于流线方向厚度sm=s/cos，为叶片在垂直于轴面截线平面内叶片安放角。叶片的径向厚度sr

21、=sm/cos。tg=tgb*sin，为轴面截线与轴面流线的夹角。a-as(mm)sinbtanbsr02750.966210.3840.355152.212.47850.996230.4240.4052.693.02850.996250.4660.43553.343.56860.998270.5090.47044.03.84870.999290.5540.50534.39xv3.56880.999300.5770.52324.11xv3.38891.0300.5770.52313.90xix3.2891.0300.5770.52313.69xxi3.02891.0300.5770.52313

22、.49xx3891.0300.5770.52313.46b-bs(mm)sinbtanbsr02800.985210.3840.361102.172.47850.996230.4240.4052.693.02860.998250.4660.43543.343.56870.999270.5090.47034.03.84880.999290.5540.50624.39xv3.56891.0300.5770.52314.11xv3.38901.0300.5770.52303.9xix3.2901.0300.5770.52303.69xxi3.02901.0300.5770.52303.47xx390

23、1.0300.5770.52303.46c-cs(mm)sinbtanbsr02850.996210.3840.36552.152.47880.999230.4240.40122.683.02891.0250.4660.43613.333.56901.0270.5090.47103.993.84901.0290.5540.50604.389xv3.56901.0300.5770.52304.11xv3.38901.0300.5770.52303.90xix3.2901.0300.5770.52303.69xxi3.02901.0300.5770.52303.49xx3901.0300.5770

24、.52303.46绘制木模图时，包角为110º，叶轮的转动方向是从叶轮的吸入口方向去看为逆时针方向。十一、吸入室和压出室的设计1. 吸入室： 因为ds =40mm，而由查手册得，法兰:孔径40mm，d=130mm,d1=110mm,d0=13.5,4×m12,n=4,法兰厚度b=16mm,凸台高f=3mm，导角r=1.5mm。环型进水段出口处截面1面积应该比泵入口处0积小20%30%。a1=（0.70.8）a0=（0.70.8）rn2=879.21004.8mm2b1=a1/（2*rc1）=5.386.95mm 取6mm。进口截面的速度：v0=q/a0=1.393m/s，v

25、0=q/a0=1.393m/s。列0-0，1-1断面的伯努利方程，常温下水的汽化压力pv/g=0.24m，大气压pa/g=10.33m。pa/g+v12/2g+z1=h+ v22/2g+z210.33+1.3932/19.6+0=h+1.7862/19.6+0.15 h=10.12m> pv/g=0.24m。2. 压出室： 因为dd =65mm，而由查手册得，法兰:孔径65，d=185,d1=145,d0=17.5,8×m16,n=8,法兰厚度b=22mm,密封面尺寸d=122扩散斜度为1：10。十二、 平衡盘（一）计算轴向力 1.叶轮旋转角速度w 308.77rad/s 2.

26、单级叶轮的势扬程hp hp=ht(1-ght/2u22) ht=25/0.827=30.23m u2=21.61m/s hp=3.首级叶轮轴向力 a1= =9800 =273.4n动反力 a2= = = =3.07n a=a1-a2=273.41-3.07=270.34n4.次级叶轮轴向力 a1= =9800 =235.35n动反力 a2= = = =4.33n a=a1-a2=235.35-4.33=231.02n 作用在所有叶轮上的轴向力a a= a+（i-1）a=270.34+（3-1）*231.02=732.38n（二）平衡盘的水力设计 1.平衡盘机构前后的压力降的计算 （1）末级叶轮

27、出口处液体压力p2，设p1=0，则， p2= p1+h1（i-1）+hp =（25*2+20.64）*9800 =692.272kpa （2）末级叶轮泵腔径向间隙b1进口处的压力p3 p3= p2- u2=21.62m/s =5.56m/s p3= p2- =692.272- =637.708kpa(3)平衡盘后面轮毂处压力p6 p6=49 kpa（4）平衡机构前后压力降 = p3- p6=637.708-49=588.708 kpa 2.间隙b1=0.20.3mm,b2=0.10.2mm,r0=35mm 取b1=0.2mm，b2=0.1mm，r0=18mm =3.67 3.选择r1=（1.1

28、1.15）rm=30.832.2mm 取r1=30mm， 取r2=90mmb1, 4.校核压降系数 其中，则 = =0.398 =1+0.75+0.752-0.398*（1-0.75-2*0.752） =2.66 =0.2+0.75*（1-0.75）+0.752 =3.014.计算泄露q q =2.2×10-4m3/s% 满足于设计要求 5 计算长度l1 取 = =40.76mm十三、 填料密封 d=（1.21.4）×36=43.250.4，取d=46mm。填料宽10mm。 因为压力为大气压，故而填料为三根，又因为多级离心泵，所以采用有填料环的填料密封。填料截面为方形十四、

29、 泵零件的校核1.键的强度校核 （1）联轴器出处键的校核 联轴器处轴径为14mm，由机械设计实践查得键的尺寸为l×b×h=25×5×5，且采用c型键而扭矩为mn=9550 pc/n=8.31n.m轴的材料为45钢，因此，许用挤压应力取其平均值为，许用压力键的工作长度为l=l-b/2=25-2.5=22.5mm 因此键的强度足够。（2）叶轮处键的强度 装叶轮处轴径为24mm，由机械设计实践查得键的尺寸为l×b×h=80×8×7，和l×b×h=90×8×7且采用b型键，校核l=8

30、0mm的键。而扭矩为mn=9550 pc/n=8.31n.m轴的材料为45钢，因此，许用挤压应力取其平均值为，许用压力键的工作长度为l=l-b/2=80-4=76mm 因此键的强度足够。2. 叶轮强度的计算 （1）盖板强度的计算 盖板中的应力主要是由离心力造成的，半径越小的地方，应力越大。在dj和dx处的应力近似用下式计算 按等强度设计盖板，盖板任意直径dx处的厚度按下式计算 叶轮d2=140mm，盖板任意直径dx=0.07m，21.6m/s，材料：。 308.77rad/s =0.825*7800*21.62=3002.3kpa<pa =0.003*e =0.0

31、03m=3mm（2）.叶片厚度计算 根据叶片工作面和背面的压力差,可近似得出下面计算叶片厚度的公式: 由手册p557表19-9得a=3.25, d2=140mm, ns=40.3,z=9,h=25m=3*0.14*=0.7mm,而实际s=4mm,满足要求。3.平衡盘强度计算近似地认为平衡盘是受均布载荷的圆盘，均布载荷为在力p和离心力的作用下，盘的根部断面产生最大应力，外缘产生最大轴向变形，应力和扰度分别用下式计算（pa） ） （pa）其中r=0.04m，r=0.018m，h=0.08m，a=732.38n 材料zg1cr13，w=308.9rad/s 由，查得k=1.4， p=732.38/（

32、0.042-0.0182）=182.7kpa =63945kpa ） = =1075.275kpa =63414kpa kp 故强度满足使用要求。 4.中段强度计算 多级泵中段，作用着内压力p，倒数第二级作用着最大的内压力。在进行强度计算时，把中段当作承受内压力的圆筒，筒的另一端是自由的，另一端被约束住。 （1）.中段壁厚的选择 其中di=200mm， p=9800*50+101325=590kpa 材料zg1cr13，取=156909kpa =，而实际s=13mm， 所以，强度足够。 （2）.强度校核 根据实际采用的厚度，按下列步骤进行校核计算 式中， h-壁厚 中段的应力发生在约束端的端面

33、内，其径向弯矩密度为 圆周弯矩密度很小，其值为 径向力密度 最大径向应力 di=200mm。de=220mm，h=12mm，p=590kpa，l=12mm 材料zg1cr13， （rad/s） = =42.1n.m/m = =7028.9n/m =2339.9kpa 所以，强度满足要求。5.轴的强度校核及临界转速的计算 a.计算作用在轴上的载荷（1）弹性柱销联轴器质量为2kg，则g=20n（2）叶轮前段轴套和轴看作均布载荷，估算质量： m=，其作用力（3）叶轮质量产生的径向载荷估算其质量产生载荷=9800*3.14*(0.072-0.0182)*0.015=20n，三级叶轮=60n（4）平衡盘产生的径向载荷。估算其值为（5）叶轮后段轴套和轴看作均不载荷，其作用力为b.不平衡离心力 c.轴向力a d.轴的扭矩mn mn=8.31n.me.计算支反力 由力平衡得，=182由力矩平衡得：=