立式长轴泵的设计说明书(本科)

1、 JIANGSU UNIVERSITY 毕业设计说明书题目:LC立式长轴泵设计学院名称：专业班级： 姓 名： 学 号： 指导老师：目录一 摘要.1二 概述.1三 设计方案和原理. .2四水力设计和部分零件的强度校核.3第一章 叶轮和结构参数的确定 .3第2章 空间导叶的水利设计 .19第二章 其他零件设计与强度校核 .25五 小结.28六 参考文献.29一 摘要LC立式长轴泵属于离心泵，广泛运用于工业、农业、手工业等领域，其的使用温度一般控制在-20120左右。关键词：空间导叶；水力设计；长轴泵；叶轮。Vertical long-axle pump is a single-stage and

2、single-suction centrifugal pump and be applicable to the station, food of the chemical engineering, petroleum, metallurgy, electricity and make sections, such as medicine and synthetic fiber.etc. to transport temperature at-20 causticities with 120 lie quality or physics, chemistry function similar

3、in water of lie quality. This time design mainly comes to professor Guan xingfan according to the pass of modern pump design manual carry on structure and water power to design, all diagram papers all adopt CAXA and CAD software to draw.Key words：long-axle pump；hydraulic design.；impeller；Space guide

4、 vane二 概述一 设计内容 1设计参数： 扬程 H=24m 流量 Q=150m³/h 转速 n=2950r/min 2. 结构要求 A 结构设计须简单、可靠，稳定，能满足使用要求 B 结构设计不拘泥于参考图，要有创新性二 设计思路 1调研工作：只有结合优秀企业好的产品，才可以对LC立式长轴泵有进一步的认知。 2水力设计：由关醒凡的现代泵设计手册对空间导叶和叶轮进行水力设计并且绘制木模图。 3画零件图：画空间导叶、叶轮、零件图等时一定要知道材料的强度条件和加工工艺性能。 4. 画装配图：绘制装配图时要参照LC立式长轴泵的结构。选择键、联轴器、轴承、轴套等型号并对轴、键进行强度校核。

5、5画其他零件图：绘制非标准零件图。6. 整理设计说明书。三 设计意义 1了解LC立式长轴泵的设计过程，知道怎么选择相关参数、参数的意思和其对叶轮外形、效率的影响。 2了解材料标准，轴承、键标准和类型。对相关画图软件更加熟悉了，画图越来越快了，也知道了很多画图方法。第三部分 设计方案和原理说明1、 参照关醒凡的现代泵设计手册。2、部分零件的过渡地方都需要使用圆角过渡。3、画木模图时需要使用方格网保角变换法。4、 参照LC立式长轴泵的结构画其他零件图。5、 计算轴和键时要准确,选择恰当得安全系数来确保不过多浪费材料。 四 部分零件的校核和水力设计第一章 叶轮参数的确定与结构方案一、提供设计的数据和

6、要求 （1）泵的型号：150LC-24 （2）流量：Q=150m³/h （3）效率：=80.5% （4）扬程：H=24m （5）转速：n=2950r/min （6）介质的性质：化学性质与水相似并且温度不超过100的流体 （7）对特性曲线的要求：平坦并无驼峰现象二、确定泵的进出口管径 1、进口管径确定过程：首先确定，再确定，选择133mm标准直径：10，15，20，25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，400此处选标准直径 2、出口管径（出口法兰处直径）过程：首先参考入口管径的选择，然后依据标准直径进行相应的修改原则：低扬程泵：； 高扬程泵：s；

7、 一般比 低12 个档次。此处选 三、计算，确定水力方案和泵的型号确定原则：1、当 时， 当， 2、当双吸过小时，可考虑用单吸 反之，可以使用双吸的； 3、当单级叶轮过小时，可考虑用多级； 反之，当多级过大时，可考虑减少级数。 通常卧式泵不会超过16级,而立式泵却可以达到数百级。4、 与泵性能曲线形状有关。 采用单级单吸 =203四、估算泵的效率 (1) 水力效率 LC立式长轴泵的水力效率可以参考类似型号的泵进行选择0.865(2) 机械效率0.969 考虑填料和轴承的摩擦损失，取0.949 (3) 容积效率: 计算容积效率可以使用如下公式： 0.981所以泵的总效率： 80.5% 因为LC立

8、式长轴泵的表面粗糙度的存在，所以可以减小圆盘摩擦损失来增加泵的效率，因此80.5%是可以实现的。五、功率计算及原动机选型 1.轴功率P 的确定 12.2kw（取） 2.计算配套功率 其中由电动机带动（原动机） 5 =15.25kw 综上，所以选择电机P=18.5Kw。 3.最小轴径 的确定 由于多种力作用于轴，因此轴径的选择方案如下： 1）参考扭矩来选择最小的轴径，其中 是扭矩（N·m） 式中：扭距；为计算功率（kw）， K 为工况变化系数：K=1.11.2， 为轴材料的许用切应力，单位：Pa（），对于45钢，(441 539)×(Pa) 2）由于对临界转速与刚度的影响因素

9、有很多，所以需要对轴径进行合适的放大取整得 3）先设计好转子部件之后，然后再对轴的刚度、临界转速及强度适当校核； 此处选用 45钢，取； 取K1.2，则； 计算扭矩 =47.4Nm （=1.2*P） 计算轴径 d 17.5mm 适当放大轴径，取20mm六、确定叶轮的主要尺寸1. 叶轮进口直径 的确定 主要考虑效率 兼顾效率和汽蚀 主要考虑汽蚀 兼顾考虑汽蚀和效率 取 108.8mm （叶轮进口当量直径） 取叶轮进口直径=108mm2. 叶轮出口直径 的确定由叶轮出口速度三角形 把表示成（ ）的函数，由基本方程式 可以推算出的计算公式并且求出具体的值： 6.56-6.74 159-163 取 3

10、.叶轮出口宽度b 2 的确定 1.155-1.263 27.92-30.53mm 取 4. 叶片数z 的确定 叶片数 Z 对性能的影响： 如果Z减小，那么流体的稳定性就会减小。反之，Z，排挤和表面摩擦。可通过计算得到： 在理论设计时，可以选取Z57，同时也要考虑到包角得大小；Z 小时，可加大； 此处，计算后考虑包角，取Z6。叶片数z 取65. 叶片出口安放角2 的确定 对于离心泵，直接选择。：1840°， 考虑如下因素： 1）低 泵，应适应，以 2）如果增大 ， 并且Q相同，增加,那么压水室的水力损失就会增大,LC立式长轴泵的性能就会有最大值。 3） ，流道扩散（ w1/w2 ），损

11、失 4）对中、低比转速的LC立式长轴泵，如果轴线和叶轮出口边平行，那么各个流线就可以选择相同的 对高比转速、有空间导叶的LC立式长轴泵，因为出口边倾斜，所以为了让各个流线H 相同，因此小的一侧， 取大值，且按vur=const 计算 这里可以选择30°，之后再进行相应的修改。6. 精算叶轮外径 由基本方程式： 由出口速度三角形 所以整理后得： 由 可以求得 通常离心泵选取合适的 来准确计算 。第一次计算： 0.73823.14m/s150mm第二次计算：将代入 3.28m/s 0.738 =23.41m/s152mm 与159mm 相差不大，最终取七、叶轮的绘型 1. 叶轮轴面投影图

12、的绘制在画低比转速泵的叶轮轴面投影图时，需要考虑如下情况： 在轴面投影图上，在叶轮出口部分的是前后盖板内表面的投影，低比转速的泵的叶轮中均是直线。为了保证圆柱形叶片入口冲角不会过大以及增加叶轮的水力效率，因此这两条直线需要对称分布。 泵的叶轮流道应该宽一点，这样有利于降低叶轮的流速，减小水力损失，并且也有利于加大叶轮的抗气蚀性能。确保有少许气泡后泵的外形不会变化剧烈。前盖板用一段圆弧连接两条直线，并且圆弧要分别和两条直线都相切。后盖板的流线下面的一半也可以用一段圆弧组成，并且圆弧不仅要和和1/2的水平线相切，也要直线都相切。此外，其比值通常保持在1.22 左右。轴面液流过水断面如下图所示： 2

13、. 检验轴面流道过水断面的变化情况 流道面积如果变化得没有规律，就可能产生局部涡流。检查步骤如下： （1） 在轴面投影图的流道里需要绘制8到10 个内切圆，如果内切圆的数量越少，检验精确度就会越低。用光滑的曲线将所有内切圆的圆心连起来就是叶轮的流道中心线。流道中线图下图所示：轴面液流过水断面 (2) 将前后盖板的切点和与之对应的圆的圆心用光滑的曲线连起来，如图所示：把三角形中垂线OD 分为三等分，分点为E 和C。过水断面的形成线就是过E并与轴面流线垂直的曲线AEB ，其长度b 可得。 设b是曲线 AEB的长度，可以用 来计算曲线AEB 绕叶轮的轴心线旋转一周所得到的轴面流体过水断面的面积。 然

14、后量出各个流道中线交点和过水断面形成线到叶轮入口中点的曲线距离。并分别按上述方法计算出面积。流道中线图 算出每个过流断面的面积之后，然后可以用横坐标L表示流道中线的长度，用纵坐标F表示过流断面的面积，再作出F-L 图。如下图所示：FL 曲线图：通常， F-L 曲线如果是近似直线的光滑曲线或直线，那么叶轮的轴面投影图就是对的。由此可见该曲线较为光滑，符合要求。3. 作中间流线图 流面与轴面的交线就是轴面流线，即流面交线与叶片的面投影。因为一个流面是一条流线绕轴旋转一周所形成的回转面，因此，把每一个过流断面分成几个面积相同的单位面积就是分流面，在轴面投影图上的反映就是把过流断面分成许多小段。然后用

15、圆环面积相同的方法来确定分点，中间流线图如下图所示：中间流线划分图4.确定进口边位置和流线分点 (1) 叶片进口边的确定 一般叶片入口边是倾斜的，也许不在同一个过流断面上。进口边一般不希望放在流道的拐弯的地方，并且和三条流线之间的夹角有以下条件：和下流线之间的夹角拆超过70°、和上流线夹角为90°、和中间流线之间的夹角超过60°。前后盖板交点和入口边连线和叶轮轴心线之间的夹角一般保持在30 °-45 °左右。（2）流线分点 在轴面投影图的旁边绘制两条夹角为 的射线，其表示夹角是 的两个轴面。由入口起始首先试着选择，如果中点半径所对应的两射线间的

16、弧长和相同，那么分点就是对的，反之，就慢慢逼近一直到相同就停止。第一点确定后，用同样的方法分第 2、3点。各流线用同样的 分点。流线分点图如下图所示：5.确定包角及计算叶片进口安放角 （1）叶片进口安放角的计算一般叶片入口角选取值比液流角大：，正冲角为。冲角的范围通常为。使用正冲角可以增加LC立式长轴泵的抗汽蚀性能，而且对效率的影响不会太大，其原因可做如下解释： 使用正冲角可以增加叶片的进口角，并且减小叶片的弯曲程度，由此加大叶片进口过流面积来减少叶片的排挤，最终减小叶片进口的 和。使用正冲角可以大大改善大流量的工作要求，如果频繁在大流量的情况下工作，就可以选取比较大的冲角。叶过水断面形成线与

17、片的进口边有的时候重合，三条流线和进口边的交点a、b、c不一样。A流线： 54mm 59.844B流线： 40.04mm 59.844C流线：24.69mm 59.844三条流线和进口边的交点A,B,C的过流断面的面积如下： 三点的进口圆周速度： 3条 流线的叶片进口角： 14.39° 19.98° 30.2°取冲角3° 17.39° 22.98° 34.2°（2）包角的确定 初定包角为90°。6. 方格网上画轴面截线和流线 在方格网中绘制的三条线，即为叶片表面的三条型线。用轴面去截这三条流线，所截得三点的连接线即

18、为一条轴面截线。将三条流线的交点与方格网中每隔一定角度的竖线，分别对应1、2、3的位置，再使用插入法分别点到轴面投影图的相应的三条流线上，将所得到的点用光滑的曲线连接起来，就可以得到叶片的轴面截线。轴面截线的绘制7. 叶片的加厚 通常方格网的保角变换绘型在轴面投影图上按照轴面截线来加厚。在加厚时，可以近似认为之前所得到的轴面截线为骨线向两边分别加厚，轴面厚度按照下面的公式来计算： 轴面012345678910111213a流线S(mm)2 2.22.42.52.733.23.43.63.83.93.9441818192021222324252627282930· 0.950.950.

19、950.940.930.930.920.910.910.900.890.880.870.872.112.322.532.662.903.233.483.743.964.224.384.434.604.60b流线S(mm)22.22.32.42.633.13.23.33.53.73.84422222324242525262627282829300.930.930.920.910.910.910.910.900.900.890.880.880.870.872.152.372.502.642.863.303.413.563.673.934.204.324.604.60c流线S(mm)22.32.52

20、.62.833.13.23.33.53.73.84434343333333232323231313130300.830.830.840.840.840.850.850.850.850.860.860.860.870.872.412.772.983.103.333.533.653.763.884.074.304.424.604.60叶片加厚图8. 绘制叶片木模图 绘制步骤： （1） 在叶片的轴面裁剪图上作叶轮的垂线11，22通常把这些垂线称做等高面或者割面。它们于叶片的交线就是叶片的木模截面。 由叶轮的进口方向来看，叶轮是逆时针方向旋转的。我们就将叶片工作面的木模截线绘制在平面投影图的右边，将背

21、面的木模截线绘制在投影图的左边。本此设计的叶轮为逆时针方向旋转，直线11，22式等距离的，但也可以不是等距离。根据设计者的实际需求，叶片扭曲比较大的地方距离可以相对选择小一点。 （2） 以 o 点为圆心画叶轮的外圆，与此同时作中心角为的轴面投影图0、。 （3）把沿着后盖板的叶片工作面、背面、前盖板、前盖板的叶片工作面的交线投影到o点垂线的左侧。再把沿着前盖板的叶片工作面、前盖板、后盖板、背面的交线投影到o 点垂线的右侧，因此就可以得到叶片的内外极限轮廓线，叶片叶轮木模图的外围线就可以画出来了。 （4） 作模型截线：叶片的轴面投影图，33 割面截叶片背面的0、轴面截线于a、b、c 三点，设其到轴

22、心线之间的距离分别是、 。 （5） 以o 点为圆心，分别以、 、为半径画圆弧分别交0、轴面投影线a、b、c 三个点，把a、b、c 三点用光滑的曲线连起来就可以得到割面11 截叶片背面的模型截线。同理，可作出其它各条模型截线。这样就完成了叶片木模图的绘制。木模截线图如图：木模剪截图第2章 空间导叶的水力设计一、空间导叶的设计程序（一） 确定轴面投影 空间导叶的比转速范围很大，所以轴面投影得形状的千差万别，在绘制轴面投影的时候，最好选择比转速类似的结构图作为参照,与此同时应该考虑如下要求： l 与下级叶轮进口和叶轮出口顺畅的连接在一起； 2 最大凸起的地方不应该距离叶轮出口太近，出口地方有导入轴向

23、的趋势； 3 外形变化不应该不规则，应该要符合流体的流动要求； 4 导叶进口边的形状要合适。 此次设计中应该使用如图所示的轴面投影图：根据结构确定如下尺寸： 轴向长度L =95.4mm综上作出空间导叶的轴面投影图：轴面投影图（ 二检测轴面液流过水断面的变化 一般来说导叶的最大面积与叶轮出口面积的比值控制在0.81.1左右。 流道中线图过流断面面积检查此曲线较光滑，基本符合要求。（三）分流线 一般只分一条中间流线，然后再按三条流线进行设计。分流线方法与叶轮设计相同。划分中间流线（四）导叶进出口安放角的确定和叶轮计算类似，得到的三条流线的进口安放角分别为24.1°、22.7°、

24、21.3°。导叶的出口角一般来说选取85°到95°左右，在这里我们选取出口角为90°。二、采用保角变换法画叶片方格网保角变换法绘制导叶和绘制叶轮叶片基本类似，具体步骤如图所示：轴面流线分点在这里取=5°，外流线分20 个点，中间流线分16 个点，外流线分14 个点。叶片型线作叶片剪裁图第三章其他零件设计与强度校核一、背叶片设计 一般当离心泵工作的时候，在转子上就会产生了一个非常大的平行于泵轴的作用力：轴向力，泵的转子上轴向力由下面各个分力构成： 1由叶轮前后盖板的不对称而引起的轴向力，其指向叶轮吸入口的方向，以A1 来表示； 2动反力，其指向叶

25、轮后面，以A2 来表示； 3由轴端、轴台等结构因素而产生的轴向力，其方向根据具体的情况来定，以A3 来表示； 4由转子重量产生的轴向力，其方向和转子的布置方式有关系，以A4 来表示； 5影响轴向力的其它因素。 LC立式长轴泵在工作的时候，如果转子上有轴向力的作用，轴向力将会拉动转子轴向移动，所以必须采取措施来平衡轴向力才可以让泵正常运作。 （1）轴向力计算对这次设计的LC立式长轴泵来说，产生的轴向力主要有由轮毂轴端等结构的轴向力A3、动反力A2 和叶轮前后盖板不对称的轴向力A1。用下式估算轴向力 式中 A 总的轴向力（N）； H 泵单级扬程（m）； 叶轮密封环半径（m）； 叶轮轮毂半径（m）；

26、 i 泵级数； k 系数，当s n 较小时，k=0.6。 则可得 3267.4N 若不想办法平衡叶轮上的轴向力，轴向力就会拉动转子轴向移动，然后和固定零件接触从而造成泵零件的破损。平衡轴向力的方法有以下几种：1 推力轴承对轴向力较小的泵，简单而经济的方法是使用推力轴承来支撑轴向力。 2平衡孔或平衡管 在叶轮后盖板上装口环，口环的直径通常和前盖板口环的直径相同，与此同时在后盖板下面开平衡孔。因为液体流经口环间隙的阻力损失的存在，使口环下面液体的压力降低，所以需要减小后盖板上的轴向力，平衡孔与口环都是必不可少的。缺点是会让容积损失增大，经平衡孔的泄露和进入叶轮的主液流互相冲撞干扰了正常的流动，这样

27、会使泵的抗汽蚀性能降低。若在泵体上开孔，由吸入管和管线连接就可以大大改善此种情况，但是会让结构更加复杂。 2 背叶片平衡力 另 即可求得（取背叶片 = 8mm 宽度6mm）2、 法兰的设计及确定 查现代泵技术手册JB7859 出口部分的法兰 由出口直径 得，取公称直径 公称压力取 法兰的具体尺寸如下： 3、 键选取及强度校核 所有键都采用普通平键（GB/T109679）。 轴与毂的联接采用一般键联接。 1叶轮与轴处 轴径 采用圆头平键（C 型） 其中 算得 对于 45 号钢 可得满足强度要求。 2. 联轴器与轴处 轴径 24mm 采用圆头平键（C 型） b×h=8mm×7m

28、m L=36mm 根据叶轮与轴处键的强度校核。推之此处一定满足强度要求。4、 轴的强度校核 由之前使用扭矩计算出来的最小轴径进行校核： 轴材料为直径 d =24mm 扭矩Mn=47.4Nm 轴向力A=3267.4N 危险断面在下段轴两轴联结处。 1拉应力 2切应力 叶轮的重力在叶轮处产生的弯矩 M =0 所以 3弯曲应力 按第四强度理论折算应力 安全系数 45钢的 n=22 所以 88>22 轴满足强度要求。五、轴承选取 轴承是用来支承转子零件，并承受作用在转子零件上的各种载荷。由轴承中摩擦性质的不尽相同，轴承可以分成滚动与滑动两类，每一类轴承又可按照所承受的载荷方向分为向心轴承和推力轴

29、承两种。 因为滚动轴承摩擦系数比较小，启动时的阻力比较小，并且已经标准化，所以在普通机器中得到了比较广泛的运用。但是因为滑动轴承自身存在某些独一无二的优势，让它在有些滚动轴承不能使用的地方得到应用，比如：大振动和冲撞、运作转速比较大等特殊条件下。 轴承是用来支承转子零件，并承受作用在转子零件上的各种载荷。轴承又可按照所承受的载荷方向分为向心轴承和推力轴承两种。 轴承采用角接触球轴承（GB2921994） 根据轴径选取轴承。确定下轴承后，轴承端盖，轴的尺寸要遵循轴承的安装尺寸。六、电动机选取 Y 系列电动机为全封闭自扇冷式龙型三相异步电动机，用于空气中不含易燃，易爆或腐蚀性气体的场所。适用于电源

30、电压为380V 无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，运输机，搅拌机，农业机械等，也用于某些需要高起动转矩的机器，如压缩机等。根据泵的轴功率15.25KW、转速2950r/min 选择电机，则电动机型号为Y160ML-2 电动机额定功18.5KW。五 毕业设计小结为期将近四个月的毕业设计即将圆满结束，从开学时的一无所知到现在对泵有了更加深入的了解。其实泵渗透于我们生活的方方面面，而且应用领域十分广泛：农业、工业、制造业等。不仅如此，我还对泵的前景有了充分的认识。可以说毕业设计是大学学习中至关重要的一环， 也是对我大学四年学习的一个综合检测。本次我所设计的是150LC-24立式长轴泵，虽然整个过

31、程很漫长但我还是有条不紊的进行。并且在老师的细心指导下，我渐渐掌握了立式长轴泵的各种设计方法和设计理念。前途是光明的，但是道路却是曲折的。虽然在过程中历经千辛万苦，但是回想起来，却是最难忘的。从论文翻译到水力设计最后到结构设计，我对我们专业有了深刻的了解，认知。每一个过程都关系到水泵的效率，立式长轴泵的空间导叶在设计的过程中，往往至关重要，流道光滑。这样可以减少不必要的水力损失。理论联系实践，从实践中来到实践中去。在设计的过程中，我们往往会根据专业书去参考，但是有时候理论也要考虑到实践。实际的经验关系到，各个环节的取值，最后会影响到泵的效率。有些参数，是依靠经验去选取的，盲目的选取，只会增加效率的递减。在设计过程中，经验往往比理论重要。设计泵是一个十分复杂的流程，需要考虑各种影响因素。在设计过程中，通过查阅各种文献资料，对立式长轴泵的结构以及工作原理有了一定的了解。我不仅学会运用了专业知识进行设计，而且在材料的选择、外形设计、强度校核等方面充分运用了大一到大四所学到知识，并对以前所学的知识有了一个更深层次的强化。每天都会有许多问题产生然后与同学讨论，实在不会的就向老师请教，其实在此过程中才发现自己要学的东西太多太多，在学校学的知识不够扎实。这才体会到“书到用时方恨