离心泵说明书

36/36离心泵设计摘要：本设计采纳的是双级单吸式离心泵结构。泵由电动机通过联轴器直接传动，使液体压力得到升高，达到输送液体的功能。叶轮是泵的核心部分，要紧采纳一元理论设计方法设计，得到了流道流线较好的叶轮。轴依照满足强度条件计算得到最小轴径，设定安装叶轮处轴径，结构为阶梯轴。当装配图的总体结构尺寸确定后，进行了轴的强度，刚度，及临界转速的校核。吸入室采纳直锥型吸入室，压出室选用螺旋形压出室。叶轮背后设有背叶片平衡了部分轴向力，余下的小部分轴向力又轴承来平衡；径向力，由于泵的径向力本来就不大，因此无需采纳专门的平衡措施。轴封采纳填料密封。不仅能满足密封要求，而且结构简单便于维修。依照轴所受的径向力和轴向力来选择恰当的轴承，并配制润滑，密封措施。其余标准件按目标选用，并作相应校核。关键词：离心泵；泵的水力设计；泵的结构设计；叶轮LightHydrocarbonPumpDesignAbstract:thedesignedpumpisadouble-stage,single-suctioncentrifugalpump.Itisdrivendirectlybyanelectromotortoincreasefluidpressureandtransportthefluid.Itsimpellerwhichwasdesignedwithone-dimensionflowtheoryhasgoodstreamline.Theshaftwasdesignedaccordingtostrengthconditionandgetleastdiameterwherefiximpellerofaxle,andtheshaftwasdesigntoasteppedshaft.Thegrossstructureofassemblydreadingwasascertain,andthenchecktheintensity,rigidityandcriticalspeed.Suctionchamberadoptrightconesopchamber,whilepumpingchamberadoptspirallyextrudechamber.Behindtheimpellerusedsomelaminatetoequationpartsoftheaxialforce,andthelestaxialforcewasequaledbybearing.Becausetheradialforceisnottohighsothereisnoneedtoadoptsomespecialequilibriummeasure.Shaftglandadoptpackingseal.notonlybeabletosatisfactiontherequireofthepressurize,butalsothestructureissimpletoberepaired.selectthecorrectbearingbytheradialforceandtheaxialforce,andselectthecorrectlubricateandpressurizeway.therestbuildingblockwasadoptbyGB,anddothehomologizecheck.Keyword：Centrifugalpump；Hydraulicpumpdesign；Thestructuraldesignofpump；Impeller目录TOC\o"1-3"\u1绪论 72离心泵的水力设计 82.1确定泵型 82.2叶轮的设计 82.2.1提供设计的数据和要求 82.2.2确定泵的总体结构形式和泵出口直径的确定 82.2.3泵转速的确定 92.2.4泵比转数ns的计算 92.2.5估算泵的效率 92.2.5.1水力损失和水力效率 92.2.5.2容积损失和容积效率ηv 102.2.5.3机械损失和机械效率SKIPIF1<0 102.2.6电动机的选择 112.2.7初定叶轮的要紧尺寸 112.2.7.1轴径和轮毂直径的确定 112.2.7.2叶轮进口直径 122.2.7.3叶片出口宽度 132.2.7.4叶轮外径 132.2.7.5叶片出口角和叶片 132.2.8精算叶轮出口直径 132.2.8.1叶片出口排挤系数 132.2.8.2理论扬程 132.2.8.3叶片修正系数 142.2.8.4无穷叶片数理论扬程 142.2.8.5叶片出口轴面速度 142.2.8.6叶片出口圆周速度 142.2.8.7叶轮出口直径 152.2.8.8第二次精算叶轮出口直径 152.2.8.9第三次精算叶轮出口直径 152.3叶片绘型 162.3.1计算叶片进口速度 162.3.2叶片进口角 162.3.3叶片厚度 172.3.4叶片前后盖板的设计 172.3.5叶片的绘型 182.3.5.1作轴面投影图 182.3.5.2作叶轮平面投影图——双圆弧法 193离心泵压出室和吸入室的设计 213.1离心泵压出室的设计 213.1.1压出室的作用和要求 213.1.2螺旋式压出室断面的计算 213.2离心泵吸入室的设计 244离心泵中的轴向力、径向力及其平衡 254.1泵中离心的轴向力的计算及其平衡 254.1.1轴向力的计算 254.1.2轴向力的平衡 264.2泵中离心的径向力的计算及其平衡 264.2.1泵中离心的径向力 264.2.2径向力的平衡 275泵轴的校核 295.1泵壳的材料选用 295.2泵轴的校核 295.2.1轴强度的校核 295.2.1.1作轴的受力简图 305.2.1.2作弯矩图 315.2.1.3危险截面的当量弯矩 315.2.1.4计算危险截面处轴的直径 315.2.2轴的临界转速计算 336泵密封﹑轴承﹑联轴器的设计 356.1密封 356.2.1轴承的选取 356.2.2轴承的密封 356.2.3轴承的校核 366.2.3.1轴承的当量动载荷P 366.2.3.3轴承的当量静载荷 366.2.3.4轴承端盖的设计 366.3联轴器的选择及校核 376.3.1联轴器的选择 376.3.2联轴器的校核 387其它零件的设计 397.1键的设计与校核 397.1.1键的设计 397.1.2键的校核 397.2叶轮口环的设计 397.3泵体密封环的结构设计 408结论 41参考文献 42致谢 43附录A……………………..44附录B……………………...47附录B……………………...481绪论泵是世界上最早发明的机器之一。在现今世界上，泵作为一种通用机械广泛应用于国民经济各部门。泵的类型复杂，品种规格繁多。其中，离心式泵以其结构简单，质量轻，流量稳定，易于制造和便于维护等一系列优点，被广泛应用。正因为如此，目前来看，离心泵的差不多结构已发挥得比较完善。今后趋向操纵泄露，减少污染，减小污染，减小能耗和降低成本等方向进行进展，而要紧着重于泵用材料及轴封的改进。本设计对象是轻烃泵。确定泵型为离心式轻烃泵。设计中着重以下几方面的设计（1）结构设计依照所给设计参数和使用工况，确定泵型为两级单吸涡壳式离心泵，由于本泵比转数小，效率低，结构内部设计在前人的基础上作了恰当的改进。（2）密封选择泵的密封常称作轴封，轴封的作用是防止高压液体从泵中泄露出和防止空气进入泵内。轴封有软填料密封和机械密封。软填料密封常用于泵轴密封（包括旋转式与往复式）﹑带搅拌反应器的轴封以及阀杆密封等。其使用范围广介质压力由真空1.33×10-5至35MPa,工作温度-50—600℃。密封面线速度至20m/s。填料密封结构简单，装卸方便，成本低廉。机械密封的密封性能良好，泄漏量低，摩檫功率损失小，对轴的磨损轻微，但成本比较高。（3）材料选择正确选择泵用材料，不仅可降低泵的成本，还可提高泵的可靠性和使用寿命。针对本设计泵的使用工况，考虑到液体的性质，选择了一般的HT200。总之，本设计的目的确实是在满足设计要求的前提下，改进泵的结构，改良密封，恰当选材，降低成本，得到良好性能的，满足具体工况条件的专用泵。SKIPIF1<02离心泵的水力设计2.1确定泵型该设计为轻烃泵，流量为50m3/h,温度：<=50℃；扬程为50m;单级扬程为35m;共两级。效率为72%；NPSH:3.0m依照设计要求，选定该轻烃泵为两级单吸涡壳式离心泵。离心式具有结构简单，体积小，质量轻，流量稳定，易于制造和安装，便于维护等一系列优点。2.2叶轮的设计叶轮是泵的核心部分，泵的性能.效率.抗汽蚀性能.特性曲线的形状，均与叶轮的水力设计有重要关系[1]。2.2.1提供设计的数据和要求流量：50m3/h温度：50ºC扬程：35效率：72%NPSH:3.0m介质：液体2.2.2确定泵的总体结构形式和泵出口直径的确定泵吸入口径泵吸入口径由合理的进口流速确定。泵吸入口的流速一般为3米/秒左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵的体积提高过流能力。而提高泵的抗汽蚀性能，应减少吸入流速。总和考虑取泵吸入口的平均流速vs=3m/sSKIPIF1<0（2—1）式中Ds——泵吸入口径取Ds=80mm泵排出口径关于低扬程泵，可取与吸入口径相同。高扬程泵，为减少泵的体积和排出管口径，可使排出口径小于吸入口径，一般取SKIPIF1<0（2—2）取Di=80mm2.2.3泵转速的确定确定泵转速时应考虑下面因素：泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此，应选择尽量高的转速；转速和比转数有关，而比转数和效率有关，因此转速应和比转数结合起来确定；（3）确定转速应考虑原动机的种类；（4）提高泵的转速受到汽蚀条件的限制。SKIPIF1<0（2—3）采纳汽蚀条件确定泵转速的方法，是选择C[3]值。取C=700，所采纳的转速应小于汽蚀条件同意的转速。即SKIPIF1<0（2—4）取n=1500转/分2.2.4泵比转数ns的计算由比转数与流量、效率的关系可知，一级离心泵效率太低无法满足设计要求，故采纳二级,见附表[A]。则单级扬程H=35m比转数的公式为SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0=37.7（2—5）2.2.5估算泵的效率[2]2.2.5.1水力损失和水力效率水力损失要紧是液体在叶轮和泵壳流道内的冲击、磨擦损失以及脱流损失，它们以雷诺数及流道表面的粗糙度有关，并差不多上与流速的平方成正比。水力效率可用经验公式进行估算。ηh≈SKIPIF1<0SKIPIF1<00.792.2.5.2容积损失和容积效率ηvηv与比转数及流量有关。查文献[2]ηv=0.9752.2.5.3机械损失和机械效率SKIPIF1<0机械损失包括：轴封和轴承部位的摩擦功率损失PLm1查文献[2]得SKIPIF1<00.02Pe——泵的有效功率Pe=SKIPIF1<0SKIPIF1<0PLm1=0.02×3.36=0.067KW2）叶轮在液体中旋转时所产生的圆盘摩擦功率损失PLm2SKIPIF1<0SKIPIF1<0=SKIPIF1<0PLm2=0.0253×3.36=0.085KW总机械损失PLm=PLm1+PLm2=0.067+0.085=0.152KWP——泵的总功率P=PLm+Pe=0.152+3.36=3.512KW机械效率ηm=SKIPIF1<0SKIPIF1<0（2—7）总效率η=ηhηvηm=0.79SKIPIF1<00.975SKIPIF1<00.957=72.4%满足要求。（2—8）2.2.6电动机的选择泵的轴功率SKIPIF1<0（2—9）依照文献[2，表17--1]选择电动机为Y160M2型其中额定功率为11kw转速为1500转/分效率为0.8622.2.7初定叶轮的要紧尺寸SKIPIF1<0图2—1叶轮要紧尺寸2.2.7.1轴径和轮毂直径的确定泵轴的直径应按强度(拉、压、弯、扭)和刚度及临界转速确定。因为扭矩是泵最要紧的载荷，开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小直径，通常是联轴器处的轴径。轴所受扭矩为SKIPIF1<0（2—10）轴选用45钢，其[τ]=30MPa[3]因为此钢有良好的塑性和适当的强度，可做一般转轴。由表14—1[5]可得按扭矩计算轴径的公式为SKIPIF1<0（2—11）考虑到键对轴的削弱取d=30mmSKIPIF1<0图2—2泵轴的结构图装叶轮处的轴径dB=45mm(考虑轴肩)轮毂直径dh=(1.2~1.4)dB=1.2×45=54mm2.2.7.2叶轮进口直径叶轮进口直径又叫叶轮入眼直径或叶轮颈部直径，叶轮进口速度和叶轮进口直径有关。当量直径SKIPIF1<0（2—12）取SKIPIF1<0式中ko——系数（表77.2—10）[2]ko取4.0叶轮进口直径SKIPIF1<0（2—13）取Do=10叶轮进口直径Do和叶片进口直径D1的比值用K1表示即SKIPIF1<0（2—14）系数K1的数值范围K1=0.7~0.8关于低比转数叶轮取大值，故取K1=0.9取D1=1202.2.7.3叶片出口宽度SKIPIF1<0（2—15）式中SKIPIF1<0（2—16）取b2=92.2.7.4叶轮外径SKIPIF1<0（2—17）式中SKIPIF1<0（2—18）取D2=262.2.7.5叶片出口角和叶片叶片出口角与比转数有关，泵的比转数为57.7，文献[2表77.2—11]选取SKIPIF1<0叶片数对泵的扬程、效率汽蚀性能都有一定的阻碍。选择叶片数，一方面考虑尽量减少叶片的排挤系数和表面的摩擦，另一方面又要考虑使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。叶片数，也可按比转数选择[1]。本设计取Z=72.2.8精算叶轮出口直径2.2.8.1叶片出口排挤系数SKIPIF1<0（2—19）式中su——叶片圆周厚度，参考同类泵取su=3mm2.2.8.2理论扬程SKIPIF1<0（2—20）2.2.8.3叶片修正系数SKIPIF1<0（2—21）式中SKIPIF1<0（2—22）S——叶轮轴面投影上中间流线的长度对轴心线的静力矩SKIPIF1<0（2—23）2.2.8.4无穷叶片数理论扬程SKIPIF1<02.2.8.5叶片出口轴面速度SKIPIF1<0（2—24）2.2.8.6叶片出口圆周速度SKIPIF1<0（2—25）2.2.8.7叶轮出口直径SKIPIF1<0（2—26）取SKIPIF1<0此值与前值相差太远，还要计算。2.2.8.8第二次精算叶轮出口直径由公式（2—19）到（2—26）进行计算SKIPIF1<0S=0.00655m2P=0.444SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0取SKIPIF1<0此值与前值相差太远，还要计算。2.2.8.9第三次精算叶轮出口直径由公式（2—19）到（2—26）进行计算SKIPIF1<0S=0.00653m2P=0.448SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0与第二次精算叶轮出口直径相同，故取SKIPIF1<0叶片出口圆周分速度SKIPIF1<0（2—27）无穷叶片出口圆周分速度SKIPIF1<0（2—28）2.3叶片绘型2.3.1计算叶片进口速度叶片进口圆周速度SKIPIF1<0（2—29）叶片进口宽度SKIPIF1<0（2—30）式中τ——面积比（表77.2—10）（1.15～1.25）取SKIPIF1<0进口排挤系数SKIPIF1<0（2—31）叶片进口轴面液流过水面积SKIPIF1<0（2—32）叶片进口轴面速度SKIPIF1<0 SKIPIF1<0（2—33）2.3.2叶片进口角通常取之大于液流角，即β1>SKIPIF1<0,起正冲角为Δβ=β1－SKIPIF1<0。冲角的范围为Δβ=3º～10º。采纳正冲角能提高抗汽蚀性能，同时对效率阻碍不大。SKIPIF1<0（2—34）SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0取β1=20º2.3.3叶片厚度SKIPIF1<0mm（2—35）式中K——经验系数，与材料的比转有关，不同材料的系数K推举值，在表2—14选取[7]。因叶片为铸铁，取K=5D2——叶轮外径（m）Hi——单级扬程（m）Z——叶片的数目铸铁的叶片厚度最小为2~3mm,为了方便铸造，计算时初取S=5mm选取HT200为泵的叶轮材料[6]。HT200的铸造性能好，有良好的机械性能，在大气、水和弱腐蚀介质和温度不高的情况下，有良好的耐蚀性。可用于承受冲击负荷，要求韧性高的铸件。2.3.4叶片前后盖板的设计[2]叶轮盖板的强度计算叶轮的圆周速度与圆周方向应力有以下联系SKIPIF1<0（2—36）式中rm——叶轮材料的密度kg/cm3铸铁叶轮=0.0073kg/cm3u2——叶轮圆周速度m/sg——重力加速度m/s2一般取g=980cm/s2SKIPIF1<0而HT200的σ=90MPa[9]由表2—13[9]查得。取S=4mm2.3.5叶片的绘型叶片的绘型方法专门多，对圆柱形叶片一般常用双圆弧法；2.3.5.1作轴面投影图SKIPIF1<0图2—3叶轮轴面投影图画法轴面是包含轴心线的截面，如图2—3所示。O—A面即是轴面。轴面投影图确实是将叶轮上的点，按旋转投影法投影在某一轴上的图形。在轴面投影图上，能够比较全面地看到叶轮前，后盖板的形状，叶片入口边，出口边各相关于叶轮轴心线的径向位置和轴向位置。然而，入口边，出口边上各点并不一定在同一轴面上。作图步骤如下：（1）.取D2,Do和dh的一半作轴心线O—O的平行线FB,GH和DE;（2）.作轴心线O—O的垂线AB与FB交于B点；（3）.过B点作BC线使θ=-3º~5º（负角表示BC在AB线的右侧）。θ角的大小与泵的比转数ns和结构形式有关。（4）.以适当的半径R2画圆弧，使之与直线DE和BC相切，得到叶轮后盖板的处步轮廓线；（5）.作轴新2线O—O的平行线JK，JK距离为SKIPIF1<0。在JK线上以相应点为圆心，以SKIPIF1<0为半径作园，使之与后盖板轮廓向相切；（6）.截取FB=b2,连接入口圆弧与M相切。并以适当的圆弧（半径为R1）或直线作成叶轮前盖板的轮廓线并通过F点。（7）.作叶片入口边。关于圆柱形叶片的泵，叶片入口边平行与轴.2.3.5.2作叶轮平面投影图——双圆弧法图2—4叶轮平面投影图的画法（1）作叶轮的D2和D1圆，如图2—4所示作中间圆Di,一般取（SKIPIF1<0）。按下面公式计算对应于Di,的ßiSKIPIF1<0（2—37）作半径线OA，由A点作直线AK，使∠OAK=β2;半径线OC，使∠AOC=βi,+β2，并与Di,圆交于点C。连接A.C,直线AC与Di圆交于另一点D;连接OD,作直线DE,使∠ODE=βi,并与AK线交于E点；以E点为圆心，EA为半径画弧，此弧必过D点；作半径线OF，使∠DOF=βi,+β1并与D1圆交于F点，连接D.F。直线DF与D1圆交于另一点G；连接G,O并作GH线，使∠OGH=β1，GH线与DE线交于H点；以H点为圆心，HD(或HG)为半径画弧，此弧必通过G点；以E点和H点为圆心，分不以EA+S（或者SKIPIF1<0）和HD+S（或者SKIPIF1<0）为半径作弧，即得叶片的形状。只是在进口处应将叶片入口削尖修圆。其中S为叶片真实厚度；以叶片数等格外圆，仿上法便可依次绘出其它叶片来。3离心泵压出室和吸入室的设计3.1离心泵压出室的设计3.1.1压出室的作用和要求压出室是指叶轮出口到泵出口法兰的过流部分。液体从叶轮中流出来的速度是专门大的，但液体进入下一级叶轮（或进入压水管道中）又要求其速度降到叶轮入口要求的速度。因此，在离心泵中压出室要在水力损失最小的前提下完成以下任务：为在叶轮内形成稳定的相对运动的条件，必须保证液体在压出室内的流淌是轴对称的；把从叶轮流出的高速度液体收集起来，并将液体的大部分动能转换为压力能，然后，输送到管道或送到下一级叶轮入口，而且在能量转换过程中不被破坏液体在压出室中的轴对称流淌；流出叶轮的液体，具有专门大的速度环量，而液体进入次级叶轮人口时，要求其速度环量差不多上关于零，因此第三个作用是消除速度环量，压出室中的水力损失是离心泵内水力损失的重要组成部分。按其结构可分为螺旋式压出室；环行压出室和叶片式压出室。由于结构和加工要求，本设计采纳螺旋式压出室。3.1.2螺旋式压出室断面的计算螺旋式压出室螺旋线开始的位置称为隔舌。隔舌所在半径r3,称为基圆半径。隔舌与叶轮外径之间应有一适当的间隙，间隙过大，则由于液体在间隙内循环而损失功率，使泵的最佳效率下降，间隙过小，则可能使泵在大流量下压水室内产生汽蚀，并伴随有噪音和震动。通常SKIPIF1<0，关于低比转数泵选取小的系数值，而高比转数泵选取大一些的系数。本设计泵为低比转数SKIPIF1<0mm（3—1）取151mm螺旋式压出室人口宽度SKIPIF1<0mm（3—2）取b3=23采纳速度系数法设计压出室。螺旋式压出室断面面积大小，由所选取的压出室内液体流淌速度决定压出室中液体流淌SKIPIF1<0m/s（3—3）式中Kv3——螺旋式压出室中的速度系数，由图6—5查得[1]H——泵的单级扬SKIPIF1<0压出室第八断面：FⅧ=SKIPIF1<0（3—4）第七断面：FⅦ=SKIPIF1<0FⅧ=SKIPIF1<0SKIPIF1<0第六断面：FⅥ=SKIPIF1<0FⅧ=941.904SKIPIF1<0第五断面：FⅤ=SKIPIF1<0FⅧ=784.92SKIPIF1<0第四断面：FⅣ=SKIPIF1<0FⅧ=621.936SKIPIF1<0第三断面：FⅢ=SKIPIF1<0FⅧ=470.952SKIPIF1<0第二断面：FⅡ=SKIPIF1<0FⅧ=313.968SKIPIF1<0第一断面：FⅠ=SKIPIF1