离心泵结构设

摘要泵是应用非常广的通用机械，可以说是液体流动之处，几乎都有泵在工作。而且，随着科学技术的开展，泵的应用领域正在迅速扩大，据国家统计，泵的耗电量约占全国发电量的1/5，可见泵是当然的耗电大户。因而，提高泵的技术水平对节能具有重要意义。农业的灌溉和排涝，城市的供水和排水都需要泵。在工业的各个部门泵更是不可缺少的。此次设计的是D200型多级离心式清水泵结构设计,此类泵是利用叶片和液体相互作用来输送液体的叶片泵的一种，输送清水，物理化学性质类似于水的其他液体。它输送介质温度小于80，适用于矿山排水、工厂和城市给排水等场合。离心泵具有结构简单，系统无需卸压装置，运行平安可靠和性能优良等特点。本文介绍D200型离心泵的各局部结构和几何参数对泵性能的影响，分段式多级泵的用途比拟广泛，产量也比拟大，这种泵实际上等于将几个叶轮串联在一根轴上，所以扬程一般比拟高，每个叶轮均有相应的导叶。关键词离心泵,导叶,叶轮,平衡装置ABSTRACTPumpisasonekindofgeneralmachinery,itcanbesaidthatanyliquidflows,almostallofthepumpswork,withthedevelopmentofscienceandtechnology,pumpingapplicationareasareexpandingrapidly.Accordingtonationalstatistics,Pumppowerconsumptionaccountedforafifthofthecountry,wecanseethatthepumpisonlynaturalconsumptionmarket.Improvethetechnicallevelofenergyconservationpumphasimportantsignificance.Theagricultureirrigatesanddrainingfloodedfields,andthewatersupplyofcityanddrainingoffwaterallneedsthepump.Eachdepartmentpumpinindustrymorecannotlack.WhatIthistimedesignedis200D'smouldbeingatoddswiththecommunityortheleadershiptypeclearwaterpump.Thiskindofpumpisusingleafbladeandliquidtointeracttocarryakindofliquidvanepump,andcarriesclearwater(keepinginthemouththemiscellaneousqualitysmall1%,thegranulationissmallerthan0.1mm),similarotherliquidinwaterofphysicochemicalproperty.Itstransportmediumtemperatureissmallerthan80,occasionssuchasissuitableintheminedrainingoffwaterandfactoryandcityplumbingetc.Itissimplethatthecentrifugalpumppossessesthestructure,andthesystemneednotthedecompressiondevice,thecharacteristicssuchastorunsafeandreliablewiththefunctionfineetc.Thisbookisintroducedthevariouspartofstructureof200D'smouldcentrifugalpumpandhowmuchinfluencestothepumpfunctionofparameter,extensive,andoutputisalsofairlygreatly,infactthiskindofpumpisequaledtotoloadseveralimpellersonanaxle,tandemwork,sotheliftisgenerallyfairlyhigher,thateveryimpellerallhascorrespondingleads.Keywordsscentrifugalpump,impeller,theleafisledbytheleaf,thebalanceinstalling目录摘要 IABSTRACT II1绪论 12泵的概述 22.1泵的广泛应用 22.2泵的分类 22.2.1叶片式泵 22.2.2容积式泵 22.2.3其他类型泵 32.3叶片式离心泵的分类 32.3.1按工作时叶轮数目分类 32.3.2按泵轴位置分类 32.3.3按吸入方式分类 32.3.4按工作压力分类 32.3.4按叶轮出来的水引向压出室的方式分类 32.3.5按叶片安装方法分类 42.3.6按壳体分开方式分类 43离心泵的根本理论知识及主要部件 53.1离心泵的根本构造 53.2离心泵的主要工作参数 63.2.1扬程 63.2.2流量 63.2.3功率和效率 73.2.4转速 73.2.5汽蚀余量 83.2.6泵的各种损失及泵的效率 83.3离心泵的主要零部件 93.3.1叶轮 93.3.2吸入室 103.3.3压出室 113.3.4密封装置 123.3.5轴向力平衡装置 133.3.6其它零部件 134离心泵结构设计 144.1离心泵结构方案的选择 144.1.1原电机的选择 144.1.2电机转数n、比转数ns和级数i 154.1.3确定吸入口直径D、流速Vs和吐出口直径 164.1.4确定泵的最小汽蚀余量Δhmin和汽蚀比转数C 164.2轴径的设计 174.3离心泵叶轮的设计 194.3.1叶轮参数确实定 194.3.2叶片参数确实定 244.4导叶的设计计算 274.4.1导叶的介绍 274.4.2基圆直径D3 274.4.3导叶入口宽度b3 274.4.4导叶入口角 274.4.5导叶入口厚度S 284.4.6导叶喉部面积和形状 284.4.7导叶扩散角 294.4.8导叶扩散段长度L 294.4.9导叶出口直径 304.4.10反导叶设计 305轴承及其他零件的设计 315.1平衡装置的设计 315.2轴承的选择 325.3联轴器的选择 326离心泵主要零部件的强度计算 336.1泵轴的校核 336.2键的强度校核 356.3叶轮强度计算 366.4叶片厚度计算 376.5轮毂的强度计算 376.6分段式多级泵中段计算 386.7泵体密封面连接螺栓计算 38结论 41参考文献 42致谢 431绪论我的设计题目是《D200型多级离心式清水泵结构设计》，根据指导老师给的设计参数的具体分析，我设计的多段离心式清水泵需要的流量Q=280m3/h，扬程H=260m，扬程是260米水柱，工作效率η=80%，转速为n=1470r/min，液体重度γ=1000kg/m3。D型离心式清水泵是单吸多级分段式离心泵，供输送清水及物理化学性质类似于水的液体之用。具有效率高，性能范围广，运转平安平稳，噪声低，寿命长，零件互换性强，使用维护方便，产品规格齐全，覆盖面广等优点。卧式多级分段式离心泵依靠自身的结构可以满足大流量、高扬程供水需求，是农业工业中不可却少的排水设施。，而该泵的应用范围是泵业开展所关注的。密封采用主要采用软填料密封，还可以用注入液体或循环液体密封，这样既可以起到密封作用又可以隔离及冷却作用。该泵价格底，结构简单、安装检修方便，因此离心泵在给水及农业工程、固体颗粒液体输送工程、石油及化学工业、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等国民经济各个部门都有广泛的应用。分段式多级泵的用途比拟广泛，产量也比拟大，它的应用领域也在不断地扩大，具有广泛的研的研究意义。D型离心式清水泵在国内外有了很大的开展。在国民经济的各个领域都有应用，无论是农业、城市、矿山，还是工业的各个部门都有它的存在。总之，无论是尖端的科学技术，还是日常的生活，到处都需要泵，到处都有泵在运行。只要有泵的地方就有离心泵的存在，其开展前景是可观的。在我国，泵业开展庞大，从单级到多级，对泵的研究机理已经到达了国际水准。离心泵是泵中的一个分支，我国的离心泵研究合理，根本上满足从农业到工业跨领域性应用。2泵的概述2.1泵的广泛应用泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给泵所输送的液体，使液体的能量〔压能、位能和动能〕增加的机械。泵是一种通用机械，用途十分广泛，几乎涉及到从人民生活到国民经济建设的各个领域。在农业生产中主要使用的是农业水泵，由于我国土地辽阔，除拥有大面积的农田以外，还有大量的荒地有待开垦，这些土地都需要灌溉或排涝；在工业生产中，泵是不可缺少的机械设备，输送各种液体都离不开它。例如动力工业中锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵，输水泵、燃油泵；采矿工业的矿山排水泵、水砂充填泵；石油工业中的泥浆泵、注水泵、深井柴油泵，输油泵、石油炼制泵；化学工业中耐腐蚀泵、比例泵、计量泵。2.2泵的分类泵的种类很多，按其工作原理可分为如下三大类：2.2.1叶片式泵叶片式泵又称动力式泵，这种泵是利用高速旋转的叶片连续地给液体施加能量，到达输送液体的目的。叶片式泵又可以分为：离心泵、轴流泵和混流泵，他们的叶轮入流方向皆为轴向，所不同的是叶轮出流方向。离心泵中的液流在离心力的作用下，沿与泵轴线垂直的径向平面流出叶轮；轴流泵中的液流，在推力作用下，沿轴向流出叶轮；混流泵的叶轮出流方向介于离心泵和轴流泵之间，即在离心力和推力的共同作用下，液流沿斜向流出叶轮。2.2.2容积式泵容积式泵是通过封闭的、充满液体的工作室容积周期性变化，不连续地给液体施加能量，到达输送液体的目的。容积式泵按工作室容积变化的方向又可以分为往复式泵和回转式泵两大类。其他类型泵其他类型泵是指除叶片式和容积式泵以外的泵。这类泵的工作原理各异，如射流泵、水锤泵、气升泵、螺旋泵等。除螺旋泵是利用螺旋推进原理来提高液体的位能外，其他各类泵都是利用工作液体传递能量来输送液体。2.3叶片式离心泵的分类叶片式泵的分类很多，依据不同的结构特点可以划分如下：2.3.1按工作时叶轮数目分类1.单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮；2.多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和；2.3.2按泵轴位置分类1.卧式泵：泵轴位于水平位置；2.立式泵：泵轴位于垂直位置；2.3.3按吸入方式分类1.单吸：叶轮只在一面有吸入口；2.双吸：叶轮在两面有吸入口；按工作压力分类1.低压泵：压力低于100米水柱；2.中压泵：压力位于100-650米水柱之间；3.高压泵：压力高于650米水柱；按叶轮出来的水引向压出室的方式分类1.蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳；2.导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出水管；按叶片安装方法分类1.可调叶片：叶轮的叶片安放角度可以调节；2.固定叶片：叶轮的叶片安放角度是固定的。按壳体分开方式分类1.分段式：壳体按与主轴垂直的平面分开；2.节段式：在分段式多级泵中，每一级壳体都是分开的；3.中开式：壳体在通过轴心线的平面上分开；4.水平中开式：在中开式中分开面是水平的；5.垂直中开式：在中开式中分开面是垂直的；6.斜中开式：在中开式中分开面是倾斜的。3离心泵的根本理论知识及主要部件3.1离心泵的根本构造离心泵是一种量大面广的机械设备。由于应用场合、性能参数、输送介质和使用要求的不同，离心泵的品种及规格繁多，结构形式多种多样。离心泵的根本构造是由六局部组成的分别是叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环和填料函。1、叶轮是离心泵的核心局部，它转速高出力大，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。叶轮上的内外外表要求光滑，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与电动机相连接，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2/3～3/4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贱，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0.25～1.10mm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注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个小时左右就要对填料进行更换。3.2离心泵的主要工作参数表示泵的主要性能的参数有以下几个：流量Q、扬程H、转速n、汽蚀余量Δh、功率Ne和效率。扬程扬程是泵所抽送的单位重量的液体从泵进口处〔泵进口法兰〕到泵出口处〔泵出口法兰〕能量的增值。也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。其单位是N·m/=m，即泵抽送液体的液柱高度，习惯简称为米。根据定义，泵的扬程可以写为式中——泵出口处单位重量流体的能量〔m〕——泵进口处单位重量流体的能量〔m〕单位重量流体的能量在水力学中称为水头，通常由压力水头(m)、速度水头(m)、位置水头Z〔m〕三局部组成，即，因此式中、——泵出品、进口处液体的静压力、——泵出品、进口处液体的速度、——泵出品、进口到任选的测量基准面的距离流量流量是泵在单位时间内输送出去的流体量〔体积或质量〕，其中，体积流量用Q表示，单位是：m3/s、m3/h、L/s等，质量流量用表示，单位是：t/h、kg/s等。质量流量和体积流量的关系为＝式中——流体的密度〔kg/m3、t/m3〕，常温清水＝1000kg/m3。液体重度γ随温度变化，而压力变化对其影响较小。所以，在计算中可根据实际情况由表查出。3.2.3功率和效率泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用表示。泵的有效功率又称输出功率，用表示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。有效功率为：〔KW〕或〔KW〕式中ρ——泵输送液体的密度〔kg/m3〕——泵输送液体的重度〔N/m3〕Q——泵的流量〔m3/s〕H——泵的扬程〔m〕g——重力加速度〔m/s2〕假设液体重度的单位kgf/m3、Q、H的单位与上式相同，则〔KW〕轴功率和有效功率Ne之差为泵内的损失功率，其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比，用η表示，即也可以用下式表示式中ηm——机械效率ηv——容积效率ηk——水力效率转速泵的转动局部包括转轮〔叶轮〕和轴，单位时间转轮旋转的次数称为转速，用符号n表示，单位是r/min。泵的转速与所用的原动机形式有关，如用电动机直接带动时，与电动机转速相同；如经过传动装置驱动轴时，可按泵的最优运行工况选定转速。汽蚀余量汽蚀余量是表示汽蚀性能的主要参数。把泵入口的全水头和液体饱和蒸气压力水头之差，作为发生汽蚀的大致标准。汽蚀余量国内用表示。式中P1——泵入口处的静压力V1——泵入口处的平均流速泵的各种损失及泵的效率机械损失和机械效率：原动机传到泵轴上的功率又称轴功率，首先要花费一局部去克服轴承和密封装置的摩擦损失，剩下来的轴功率用来带动叶轮旋转。但是叶轮旋转的机械能并没有全部传给通过叶轮的液体，其中一局部消耗于克服叶轮前、后盖板外表与液体和盖板外表与泵腔中液体之间的摩擦，这局部损失称为圆盘摩擦损失。而机械损失效率ηm由轴承损失功率、密封损失功率和圆盘损失功率大小表示。式中Nm1——轴承损失功率Nm2——密封损失功率Nm3——圆盘损失功率Nm——机械损失Nˊ——输入水力功率输入水力功率用来对通过叶轮的液体作功，因而叶轮出口处液体的压力高于进口压力。出口和进口的压差，使得通过叶轮的一局部液体从泵腔经叶轮密封环间隙向叶轮进口逆流。这样，通过叶轮的流量Qt又称泵的理论流量，并没有完全输送到泵的出口。其中泄漏量这局部液体把从叶轮中获得的能量消耗于泄漏的流动过程中。即从高压液体〔出口压力〕变为低压〔进口压力〕液体。所以容积损失的实质也是能量损失。容积损失的大小用容积效率来计量。容积效率为通过叶轮除掉泄漏之后的液体〔实际的流量Q〕的功率和通过叶轮液体〔理论流量Qt〕功率〔输入水力功率〕之比，即式中Qt——泵的理论流量；——泵的理论扬程，它表示叶轮传给单位重量流体的能量——泄漏量多级泵有级间泄漏。另外，泵平衡轴向力装置、密封装置等的泄漏量也应算在泵的容积损失之中。这些都是我应该注意的问题。通过叶轮的液体从叶轮中接收的能量Ht，也并没有完全输送出去，因为液体在泵过流局部和冲击、脱流、速度方向及大小变化都会引起水力损失，从而要消耗掉一局部能量。单位重量液体在泵过流局部流动中损失的能量称为水力损失，用来表示。由于存在水力损失，单位重量流体经过泵增加的能量H，要小于叶轮传给单位重量液体的能量Ht，即。泵的水力损失的大小用泵的水力效率来计量。水力效率为去掉水力损失液体的功率和未经水力损失液体功率之比，即总效率为有效输出功率和轴功率之比，即变化为即泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率之乘积。3.3离心泵的主要零部件离心泵的过流部件有：吸水室、叶轮和压水室〔蜗壳〕三个局部。叶轮是泵的核心，也是过流部件的核心。泵通过叶轮对液体的作功，使其能量增加。3.3.1叶轮叶轮是离心泵主要的过流部件，其主要作用是把原动机的能量传递给液体。叶轮常用铸铁、铸钢、合金钢或其它材料做成。叶轮按液体流出的方向分为三类：〔1〕径流式叶轮〔离心式叶轮〕液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮；

〔2〕斜流式叶轮〔混流式叶轮〕液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮；

〔3〕轴流式叶轮液体流动的方向与轴线平行的。叶轮按吸入的方式分为二类：〔1〕单吸叶轮〔即叶轮从一侧吸入液体〕；〔2〕双吸叶轮〔即叶轮从两侧吸入液体〕。叶轮按盖板形式分为三类：〔1〕封闭式叶轮。〔2〕敞开式叶轮。〔3〕半开式叶轮。其中封闭式叶轮应用很广泛，前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。3.3.2吸入室吸入室是指泵进口法兰盘到叶轮入口前泵体的过流局部。吸入室中的水力损失要比压出室中的小得多，因此吸水室的重要性较低。但吸入室的设计影响泵的抗空化性能，因此吸入室的设计在损失最小的情况下应保证吸入室的流速尽可能均匀分布，并将吸入室路内的流速平稳地变为叶轮的入口速度。按结构吸入室可以分为直锥型吸入室、弯管型吸入室、环形吸水室和半螺旋型吸入室。1.直锥型吸入室直锥型吸入室广泛用于单级悬臂离心泵上。其水力性能好、结构简单，速度分布从进口到叶轮进口逐步变化。但是，它主要用于悬臂式结构，其它结构形式的泵中很少采用，所以并不是我所选的吸入室。2.弯管型吸入室弯管型吸入室可用于大型离心泵中。这种吸入室也有一段直锥形收缩管，故其优点和设计与直锥型根本相同。3.环形吸入室环形吸入室用于节段式多级泵中。其优点是结构简单，各轴面内的断面形状和尺寸均相同；缺点是存在水流冲击和蜗旋，且流速分布不均匀。但是，由于多级泵的扬程高、吸入室中的水力损失所占比重不大，故在多级泵中广泛使用，并且这样的结构对称，便于布置穿杆，能使热变形均匀，因此符合设计要求。4.半螺旋形吸入室半螺旋形吸入室广泛应用于单级双吸水泵和水平中开多级泵中。其优点是当轴穿过吸入室时，能够使液流绕过轴后也不产生漩涡，且能使液体均匀流入叶轮，此时小的漩涡只停留在其鼻端B点后面。但液体进入叶轮前有预旋，多少要降低离心泵的扬程，对转数较小的泵的影响还不太明显，对转数较大的泵的影响就很显著了，故不在考虑范围之内。3.3.3压出室压出室是指叶轮出口法兰盘至出口法兰盘〔对节段式多级泵是到次级叶轮进口前〕的过流局部。压出室是泵的重要组成局部，其作用是将叶轮中流出的液体收集起来并送到下一级叶轮或管道系统中；降低叶轮出来液体的流速，实现动能到压能的转化，以减少液体在下一级叶轮或管道系统中的损失；消除液体流出叶轮后的旋转运动，以防止由于这种旋转运动带来的水力损失。压出室按结构分为螺旋式压出室、环形压出室和导叶压出室。1.螺旋型压出室螺旋型压出室由断面逐渐增大的螺旋线流道和一个扩散管组成。为了保证叶轮内有稳定的相对流动，螺旋压出室内的液体流动应当是轴对称的，这就要求压出室内的流动是在不受外力条件下〔理想流体〕的惯性自由流动。但是平行平板间的螺旋压出室的体积过于庞大，而且水力损失大，因此实际上并不用。2.环形压出室由于环形压出室内的各个断面面积相等，所以各处的流速不相等。无论是否在设计工况下工作，在环形压出室中总是有冲击损失的。但具有环形压出室泵的效率较高，而具有螺旋型压出室的泵效率低，由于我设计的是清水泵，所以也不采用环形压出室。3.导叶压出室导叶压出室多用于节段式离心泵中，它除了结构上的优点外，还能在多种工况下平稳作用于叶轮的径向上，还可以吧导叶看成假设干个小型螺旋型压出室的总和。导叶按其结构形式分成径向导叶和流道式导叶。径向导叶：导叶与涡室的作用相似，可以把导叶看作在叶轮周围安放的几个涡室〔也可以把涡室看作是只有一个叶片的导叶〕。导叶的作用是以最小损失，把由叶轮流出的高速液体收集起来，并把液体的一局部动能变为压能，还要通过反导叶以最小损失把液体均匀得引向次级叶轮，根据设计要求，我选择扭曲径向导叶。流道式导叶：流道式导叶的特点是液体丛导叶入口到反导叶出口都在导叶流道内流动，所以速度变化比拟均匀。目前，我国的分段式多级泵一般很少采用流道式导叶。4.扭曲叶片式导叶扭曲叶片式导叶：扭曲叶片式导叶引导液流和能量转换的效果虽然没有径向导叶好，但是，扭曲叶片式导叶径向尺寸比拟小，所以深井泵、潜水泵、作业潜水泵和一局部混流泵由于泵的外径受到限制而采用扭曲叶片式导叶。扭曲叶片式导叶收集液体和能量转换工作全部在导叶流道内进行。3.3.4密封装置为了保证泵的正常工作，应防止液体外泄和内泄，或外界空气吸入泵内，因此必须在叶轮和泵壳间、轴与壳体间装有密封装置。尽管密封装置在离心泵中所占的位置不大，但泵是否正常运转却和轴封密切有关。最常用的密封装置有填料密封、机械密封和浮动密封。设计密封装置的要求是平安可靠，能长期运转，消耗功率小，适应泵运转状态的变化，还要考虑到液体的性能、温度和压力。1.填料密封填料密封是一般离心泵中最常用的密封结构，一般由填料套、填料环、填料、填料压盖、长扣双头螺栓和螺母组成，靠填料和轴〔或轴套〕的外圆外表接触来实现密封的。轴封的严密性可以用松紧填料压盖的方法来调节。填料密封的合理泄漏量是液体从填料函中渗漏出来，成滴状，每分钟泄漏量为60滴左右。根据计算和资料我采用了此密封。2.机械密封机械密封主要由密封原件、辅助密封原件、压紧原件和其他辅助原件组成。优点是密封性好、寿命长、泄漏少、功率消耗少，在运转中可以到达几乎不泄漏的程度，所以广泛应用于输送高温、高压和强腐蚀性的液体的离心泵。缺点是制造复杂、价格较贵、损坏时不易更换，另外主要密封原件和其他辅助密封原件的材料不好选择。4.浮动密封浮动密封是靠浮动环端面和浮动套端面的接触来实现轴向密封的，径向密封是靠轴套外圆外表与浮动环内圆外表形成的狭窄缝隙以产生节流来密封的。浮动密封的优缺点是结构简单、泄漏量介于机械密封和填料密封之间，运转可靠，但径向尺寸略大于其他密封机构。4.密封环转轮入口的密封环又称为口环，用来防止液流从叶轮出口经过壳体和叶轮外壁间隙返回叶轮进口的内泄漏，以提高水泵的容积效率。最简单的结构为平接密封环，在密封环的两侧或一侧安装上由抗磨材料的抗磨环，提高使用寿命。3.3.5轴向力平衡装置离心泵运转时，其转动局部会受到一个与轴线平行的轴向力，这个力相当大，此力会使叶轮和轴发生窜动，叶轮与密封环发生摩擦，造成零件损坏。因此，必须设法平衡或消除轴向力。轴向力主要包括两局部：1.叶轮前后两侧因压力不同，前盖板侧压力低，后盖板侧压力高，产生了从叶轮后盖板指向入口出的轴向力F1。2.液体流入流出叶轮方向和速度不同而产生动反力F2，其方向与F1相反。常用水力方法平衡局部或全部轴向力。这一方法包括使叶轮或整个外表上的压力对称分布，或增设在所有运转工况下保证轴向力平衡的系统。但是完全做到轴向力平衡是很难的，一般必须用止推轴承承受未被平衡的轴向力，而且要采用双向都能承受轴向力的轴承。单级单吸离心泵可采用平衡孔平衡轴向力。在叶轮后盖板靠近轴孔处的四周钻几个平衡孔，并在相应位置的泵盖上加装密封环，此环的直径可与叶轮入口处密封环的直径相等。压力水经过泵盖上密封环的间隙，再经平衡孔，流向叶轮吸入口，使叶轮两侧的压力大致平衡，这种方法构造简单，但是，开了平衡孔后，有回流损失，使水泵的效率有所降低。单级单吸离心泵亦可采用具有平衡筋板的叶轮来平衡轴向力。在叶轮后盖板上加4～6条径向的平衡筋板，当叶轮旋转时，筋板强迫叶轮后面的液流加快转动，从而使叶轮反面靠近泵轴附近的区域压力显著下降，到达减小或平衡轴向力的目的。另外，平衡筋板还能减小轴端密封处的水压力，并可防止杂质进入轴端密封，所以，平衡筋板常被用在输送杂质的泵上。单吸式叶轮由于背水面承受的水压力较进水侧大，这个轴向力随着泵的增大和扬程的增高而增大。为了平衡此轴向力，一般采用在靠近叶轮进口处的后轮盖上开4～6个小孔，这样便可减少叶轮进水面和背水面的压力差，从而降低水压对叶轮的轴向推力。但是由于叶轮反面的压力水经过平衡孔流向压力低的进水侧后，会降低叶轮的工作效率，所以，现在对小型低扬程泵所产生的轴向推力不大，均不开平衡孔，其轴向推力完全由轴承承当。另外，单级叶轮的轴向力平衡措施还有：采用双吸式叶轮；开平衡孔或加装平衡管；采用平衡叶片。多级离心泵的轴向力平衡措施有：对称分布叶轮、平衡鼓、平衡盘。3.3.6其它零部件离心泵除上述主要零部件以外，还有泵轴、中段、轴承体、托架、支架、联轴器等零部件。4离心泵结构设计4.1离心泵结构方案的选择4.1.1原电机的选择选择原电机时应该综合考虑动力来源、价格、投资和维护管理费用等。由于电源比拟方便，一般均采用电机驱动。所以本设计采用电机直接驱动。离心泵轴功率的计算：〔4—1〕式中：Nc——泵的有效功率KWη——离心泵的效率γ——清水的重度=1000kg/m3Q——离心泵的流量Q=280m3H——离心泵的扬程H=260m查“离心泵总效率〞图4.1取=0.80则：KW图4.1多级离心泵总效率则计算功率：〔4—2〕查“机械设计手册〞选电机型号为Y355L3-4型,该种型号的电机额定功率为315KW，同步转速为1500r/min,因此符合设计需要。4.1.2电机转数n、比转数ns和级数i由于本泵是采用电机直接驱动的形式，所以电机转数确定，满载转数n=1470r/min。根据多级泵比转数计算公式：〔4—3〕式中：ns——比转数n——泵的转数n=1470r/minQ——泵的流量Q=280m3H——泵的扬程H=260mi——多级泵的级数将上述数值带入上式可得如下关分别带入级数i=3、4、5、6、7、8级，分别求出相应的比转数ns的值，见表4.1表4.1级数i与比转数ns关系表级数i345678比转数ns5365778999110在确定比转数时应考虑以下因素：时，泵的效率最高，时，泵效率显著下降；当采用单吸叶轮过大时,可考虑采用双吸式，反之当采用双吸过小时，应改为单吸式；比转数和泵的级数有关，级数越多，越大。卧式泵一般不超过10级，级数太多会增加轴的跨度，降低运行的可行性，给使用、维护、检修工作带来很多困难。立式深井泵和潜水泵级数多达几十至几百级，但必须认真地解决轴向负荷的平衡和立式电机、立式增速齿轮箱的配套问题。因此，目前的趋势是尽量提高转速，减小级数，以提高泵运行的可靠性。由上表以及查阅了“离心泵总效率〞图4.1，综合考虑，确定级数为i=7级，比转数ns=99。4.1.3确定吸入口直径D、流速Vs和吐出口直径泵吸入口径确实定主要看吸入管内的流速，根据国内外管路经济流速分析和有关标准规定，吸入管内最大流速一般不超过5m/s，最常用的流速为3m/s左右，管径大时，流速可适中选得大些。从提高泵汽蚀性能的角度看希望泵吸入口的流速慢些，但流速慢了管径就要大些，又不经济。因此，必须根据具体情况作综合分析比拟。常用的泵吸入口径、流量和流速的关系见表4.2。表4.2泵吸入口径、流量和流速的关系吸入口径〔mm〕506580100150200250300400多级泵流速m/s1.772.12.5432.442.482.542.843.42流量m3/h12.52546851552804507201500对汽蚀性能要求较高的泵〔汽蚀比转数C>1000〕，在吸入口径小于250毫米时，建议取吸入口流速Vs=1.0~1.8m/s；在吸入口径大于250毫米时，建议取吸入口流速Vs=1.4~2.2m/s。其中进口平均流速Vs可以选为3m/s左右，则取吸入口流速Vs=3m/s。则由公式：〔4—4〕式中，Q—流量，单位应为m3/s,Q=280m3/hVs—吸入口流速，Vs=3m/s则，由上表可圆整为，D=0.20m=200mm由吸入口流速公式：Vs=〔4—5〕可得：Vs==2.477m/s泵的出口直径D2可去与D1相同，或小于D1，即则D2=D1=200mm〔4—6〕4.1.4确定泵的最小汽蚀余量Δhmin和汽蚀比转数C泵的允许吸上真空度是随泵使用地点的大气压，吸入管路中的阻力和流速，以及所抽送液体的性质和温度的不同而变化的。所以使用时不太方便，故引入了一个表示泵汽蚀性能的参数，这就是汽蚀余量。在设计离心泵时，需要有一个能表示泵的汽蚀性能，而又与泵的设计参数有联系的综合性参数，作为比拟泵汽蚀性能和选择模型泵的依据。故引入一个汽蚀比转数C来表示离心泵的最小汽蚀余量与泵设计参数间的关系。根据《离心泵设计根底》可查的分段式多级离心泵的和C关系：当吸入口直径为200mm时，=4.5m，C=755由“清水的汽化压力与温度的关系曲线〞在泵的设计手册上第四章第四小节可查得，常温下清水的汽化压力Pv=0.024kg/cm2

根据计算公式：〔4—7〕式中：Pa—标准大气压Pa=1kg/cm2Pv—温下清水的汽化压力Pv=0.024kg/cm2—最小汽余量=4.5mVs—吸入口流速Vs=2.477m/s将上述数值带入上式可得：=5.57m汽蚀比转速是在入口几何相似，运动相似和动力相似的条件下推导出来的，所以对一组入口相似的泵，在相似的工况下，他们的C值相同。因此，C值可以作为叶轮入口和吸入室几何相似的判别数。泵的最小汽蚀余量越小，汽蚀比转速越大，所以C值可以作为在考虑汽蚀性能时选取模型泵的一个参数。为了平安，最大吸入口真空度常减去0.3做允许吸上真空度。允许吸上真空度为：m4.2轴径的设计泵轴的直径应按其承受的外载荷〔拉、亚、弯、扭〕和刚度及临界转速条件确定。因为扭矩是泵轴的最主要的载荷，所以在开始设计时，可按扭矩确定泵轴的最小直径〔通常是联轴器处的直径〕。同时应根据所设计泵的具体情况，考虑影响刚度和临界转速的大概因素，可对粗算的轴径作适当的修改，并圆整到标准直径。待泵转子设计完成后，再对轴的强度、刚度和临界转速进行详细的校核。根据要求可以选用45号调质钢，在选择离心泵轴的材料时，要考虑到以下几个准则：持久性极限、抗腐蚀强度和缺口灵敏度。从《离心泵》书中可知，可按下式计算泵轴所传递的扭力矩M〔4—8〕式中：M—泵轴所传递的扭力矩N·mNc—计算功率Nc=297.38KWn—泵转数n=1470r/min将上述数值带入公式4—8得：N·m按扭矩初步计算的最小轴径d为：d=〔4—9〕式中[]——材料的许用应力〔Pa〕d——最小轴径〔m〕《机械手册》上查“泵轴常用材料的许用切应力〞，本泵选择45调质处理[]=(441-539)Pa则[]=500Pa则最小轴径d：d==由于电机与泵轴之间采用弹性套柱销联轴器，这种联轴器结构简单，工作可靠，装拆方便，刚性好，传递转矩大，所以选用该类型联轴器。根据上式算出来的是联轴器处的最小直径，又考虑到开键槽的影响，为平安起见，一般在此处加4%的裕量，即d1=(1+4%)d得d1=60.112mm，根据联轴器将最小轴径圆整为d=60mm。安装轴承和叶轮处的直径为：d1=75mm由于叶轮和轴通常是用键联结的，因此，轮毂要有一定强度，轮毂的直径dh可按以下经验公式计算。确定轮毂处的直径：、〔4—10〕式中：k—经验系数，通常取k=1.2—1.4,这里去k=1.4d1—安装叶轮处的轴的直径d1=75mm则：dh=kd1=1.475=105mm4.3离心泵叶轮的设计叶轮是将来自原动机的能量传递给液体的零件，液体流经叶轮能量增加。叶轮一般由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。如果叶轮没有前盖板，就是半开式叶轮，没有前盖板、也没有后盖板的叶轮叫开式叶轮，开式叶轮在一般情况下很少应用。由于本钱的问题我选用了铸铁作为叶轮的材料，在选择叶轮材料时，考虑以下准则：抗腐蚀强度、抗磨砺磨损强度、抗汽蚀强度、铸造和机械加工特性和本钱。叶轮主要几何参数有叶轮进口直径D0、叶片进口直径D1、叶轮轮毂直径dk、叶片进口宽度b1、叶片进口角η1、叶轮出口直径D2、叶轮出口宽度b2、叶片出口角η2、叶片数、叶片包角等。叶轮进口几何参数对汽蚀性能有重要的影响，叶轮出口几何参数对性能〔H、Q〕具有重要影响，而两者对泵的效率均有影响。由离心泵轴的设计可得轮毂的直径，在此根底上可以对叶轮个尺寸进行设计。4.3.1叶轮参数确实定1.叶轮进口直径D0由于泵要求效率比拟高，而多级泵的次级叶轮入口已有一定压力，故可将泵入口速度系数尽可能取得高些。先确定叶轮入口速度，可用公式〔4—11〕式中：——叶轮入口速度系数H——泵的单级扬程图4.2离心泵叶轮的速度系数由图4.2“离心泵叶轮的速度系数〞图可以查到叶轮入口速度系数：对于多级泵首级叶轮=0.141，,多级泵次级叶轮=0.220，泵的单级扬程Hi=260/7=37.1m所以：多级泵首级叶轮m/s多级泵次级叶轮m/s通过叶轮的流量Qˊ可用公式：〔4—12〕式中：——泵的容积效率查图《离心泵的设计根底》4—4可得流量等于280m3/h的容积效率，根据比转数ns=99可查得=0.96则：m3/s则叶轮入口的直径可根据公式：〔4—13〕首级叶轮取D0=200mm次级叶轮取D0=170mm2.叶轮外径由公式：(4—14)式中，—叶轮出口圆周速度，m/s，可按下式计算：=〔4—15〕式中，—叶轮出口圆周速度系数，由图4.2选取为0.96H—多级泵的单级扬程则，==m/s则，mm3.叶轮入口宽度b1离心泵叶轮入口尺寸，入口宽度和入口边直径影响泵的抗汽蚀性能影响很大。〔4—16〕对首级叶轮:式中为叶轮入口直径，一般情况下选，取；为叶轮入口绝对速度，一般情况下取，得m/s对次级叶轮:式中为叶轮入口直径，一般情况下选，取；为叶轮入口绝对速度，一般情况下取，得m/s4.叶轮入口处圆周速度计算用公式：〔4—17〕则：5.叶轮出口宽度实测说明，当叶片宽度改变时，通过叶轮的流量变化不大。因此，假设叶片宽度过窄，则叶片单位面积上的负荷增加，滑移系数增大而使叶轮的理论扬程减小，同时叶轮的相对速度增大，液流与叶片外表的摩擦损失增加，从而造成泵效率的下降。b2可以通过叶轮出口轴面速度确定，《离心泵的设计根底》叶轮出口速度三角形图5—8，VM2可按下式计算：〔4—18〕式中，—为叶轮出口轴面速度系数，可取值0.15。H—多级泵的单级扬程。则，m/s由于已确定，所以可以按下式计算b2:〔4—19〕式中：—流经叶轮的流量，m3/sD2—叶轮外径，mZ—叶片数目，—叶片出口处圆周方向的厚度，可有下述公式计算：〔4—20〕式中：S2—叶轮出口处叶片真实厚度〔严格地说是流面上的速度〕根据《离心泵设计根底》叶轮出口排挤5—9，这里取叶片的厚度S1=6mm，—叶片出口安放角。将公式4—19、4—20联立可得：〔4—21〕带入数值，可得：m6.叶轮出口绝对速度和圆周速度的夹角α2《离心泵设计根底》叶轮出口排挤5—9：〔4—22〕将各种数据代入公式4—17可解得：=m/s由公式：可得〔4—23〕又因：〔4—24〕式中：—经验系数，由下式计算得由于β2=300所以==取z—叶轮叶片数r2—叶轮出口半径r1—叶轮入口半径将上述各个数据代入公式4—24可得：将公式4—22与公式4—24计算的数据代入4—23可得：=在有限叶片时，液体实际流出角为，可得：〔4—25〕液体流出叶轮的绝对速度V2为：=叶片参数确实定1.叶片厚度S1从水力性能的角度考虑，叶片应尽量薄，这样一方面可以减少叶片对液流的排挤，提高泵的扬程，同时还可以减小叶片前缘处的尾流损失，提高效率。而从强度方面的要求考虑，则叶片应有一定的厚度。在确定叶片厚度时应注意：对较小的泵，要考虑到铸造的可能性，对铸铁叶轮，叶片最小厚度为毫米；对铸钢叶轮，叶片最小厚度为毫米。对大泵应适当增加叶片厚度，以使叶片有足够的刚度。我选用了铸钢材料的叶轮，故叶片厚度S1=6mm2.叶片入口轴面速度叶片入口轴面速度Vm1可按下式确定=〔4—26〕式中为叶片入口排挤系数,在设计离心泵时先选取排挤系数进行试算，待叶片厚度和叶片入口安放角确定后，在来校核值。在估算时一般取，这里取=1.2。则：=〔4—27〕=1.24.47=5.36m/s3.叶片入口安放角叶片入口安放角就在叶片入口处，叶片工作面的切线与圆周切线间的夹角，如图4-5示。假设液体是无旋流入叶轮内，则由速度三角形知：〔4—28〕式中：——液体进入叶轮相对速度的液流角。、前面已经计算过。则：叶轮入口安放角比相对速度角增大了一个角度，这个角度叫冲角，用表示，叶片入口安放角为：〔4—29〕一般冲角取=，叶片入口安放角则叶片入口安放角：=选择一个冲角的原因是：液体在进入叶轮前，已受吸入室、轴或叶轮的影响而旋转运动，增加冲角就是考虑了预选的影响，以减少液体冲击损失；取正冲角后，叶片入口处排挤系数减小了，几增大叶片入口积，改善了液体流动情况，可以提高泵的汽蚀性能。冲角对泵抗汽蚀性能有一定的影响。4.叶片出口安放角叶片出口安放角一般在16°~40°范围内，通常选用20°~30°，通常选用200~300。对高转速的泵，安放角可以取得小一些，低比转速的泵可取得大一些。叶片出口安放角对性能曲线的形状，叶轮流道形状和泵的扬程影响都较大。取=30°5.叶片排挤系数叶片排挤系数是叶片厚度对流道入口过流断面面积影响的系数。它等于流道入口叶片厚度的过流面积与考虑叶片厚度过流面积之比值：〔4—30〕式中—叶片节矩，如图4-5，可按：=，〔4—31〕—叶片在圆周方向上的厚度按公式：=〔4—32〕—入口处的叶片实际厚度〔严格的说是液面上的厚度〕将上述4—30、4—31、4—32三个式子联立可得：〔4—33〕式中，D1—叶片入口边直径S1—叶片厚度Z—叶片数目—叶片入口安放角则，6.叶片包角确实定叶片包角就是入口边与圆心的连线和出口边与圆心连线间的夹角。包角越大、叶片间流道越广，则叶片单位长度负荷小，流道扩散程度越小，有利于叶片与液流的能量交换。如叶片包角太大，则叶片与液体的摩擦损失增加，铸造工艺性差，所以包角大小应适中选取。对的泵，一般取=。取=4.4导叶的设计计算导叶的介绍导叶位于叶轮上方的导叶管中，并固定在导叶管上。它的主要作用是消除流体的旋转运动，减少水力损失。导叶的结构型式有：径向式导叶、流道式导叶、轴向导叶和只有反导叶的结构。径向导叶的流道由正叶轮环形空间反导叶组成。这种导叶主要用于节段式多级泵。正导叶起吸入室的作用，反导叶除起压出室的作用外，还起着把液体引入下一级叶轮的吸入室作用，所以这种导叶是兼备吸入室和压出室双重作用的固定导流部件，因此符合我设计的要求。基圆直径D3根据经验可按下式计算：取导叶入口宽度b3确定入口宽度不但要考虑到应有的间隙和制造误差，而且要考虑到运转中转子可能的轴向串动。导叶入口宽b3可按下式计算：取=24mm导叶入口角导叶入口角就是导叶在入口处的切线与基圆D3切线间的夹角，为了使液体无冲击地进入导叶，一般取入口角等于叶轮出口绝对速度液流角，一般在80～160范围内。取导叶入口厚度S导叶入口厚度由铸造工艺性和材料的强度确定，对铸铁的导叶，取S=3~5mm；对铸钢的导叶；取s=4~7mm。取S=5mm.4.4.6导叶喉部面积和形状导叶喉部就是导叶扩散段的入口，为了确定导叶喉部面积先应确定喉部速度。导叶喉部速度〔4—34〕式中：—导叶喉部速度系数，选取=0.4H—水泵的单级扬程。图4.3螺旋形涡室和导叶中的速度系数则：=导叶喉部尺寸，可按下式计算：导叶喉部尺寸，;其中F为导叶喉部面积。Z为导叶片数，选择5片。取.导叶喉部面积导叶扩散角扩散角度取得太大容易产生旋涡，增加损失，扩散角度取得太小则增大泵的径向尺寸。扩散段一般取直壁扩散，有时为了减少泵的外型尺寸，也可以略微弯曲。一般取导叶扩散段的扩散角θ=70~140取导叶扩散段长度L液体离开导叶扩散段时的速度，一般为叶轮出口速度的15～30%所以：m/s取m/s扩散段出口的面积可由下式计算：〔4—35〕式中，Q—泵的计算流量z—导叶叶片数，取z=5—液体离开导叶扩散段时的速度则：m2导叶扩散段长度可按下式计算：〔4—36〕式中：—导叶扩散角—导叶喉部尺寸—导叶扩散段出口的面积根据结构和绘型的需要，取取L=110mm导叶出口直径导叶外径可按公式，取系数为1.4，则：mm圆整取4.4.10反导叶设计设计反导叶应参考现有的性能良好的结构，考虑和正导叶及下级叶轮进口的衔接，力求流动的平衡流畅，保证要求的速度大小和方向的变化。1.反导叶叶片数 一般取反导叶叶片数与导叶叶片数相等。但是也可以根据具体情况有所增减。取反导叶叶片数为z=62.反导叶进、出口直径 反导叶直径一般小于，出口直径一般和叶轮进口直径相同，轴向宽度b根据要求的速度变化确定，一般为。所以，，，，取3.反导叶入口角液体离开导叶扩散段后，经一环形空间进入反导叶，反导叶的入口角一般等于液体离开扩散段时的出口角或有增大50左右的冲角。取=3004.确定反导叶出口角反导叶出口角一般取900,有时为了得到完全下降的性能曲线而将反导叶出口角取为600~900,以使液体进入下级叶轮时有一个不大的预旋。取5轴承及其他零件的设计5.1平衡装置的设计由于作用在叶轮两侧的压力不等，故轴向力必然存在。除由于压力不对称所引起的轴向力以外，液体的反冲力以及叶轮内部压力不对称都能引起轴向力。此轴向力将拉动转子轴向窜动，与固定零件接触，造成泵零件的损坏以至于不能正常工作。平衡轴向力的方法主要有：推力轴承、平衡孔或平衡管、双吸叶轮、背叶片、叶轮对称布置、平衡鼓。对于节段式多级泵，平衡轴向力的主要方法是采用平衡盘。平衡盘装在末级叶轮之后，随转子一起转动。平衡装置中有两个间隙，一个是由轴套外圈形成的径向间隙，一个是平衡盘内端面形成的轴向间隙，平衡盘后面的平衡室与泵吸入口联通。图5.1分段式离心泵的平衡盘装置平衡盘像一个浮动的液体润滑轴承，平衡盘和平衡鼓不同，它能自动平衡轴向力，这是因为平衡盘两个间隙相辅相成的结果。平衡装置总压差等于径向间隙压差和轴向间隙压差之和，即，，，平衡装置前后的压力、一般是不变的，即不变。这样，假设转子上的轴向力A大于平衡盘上的平衡力F，转子向左移动，轴向间隙减少，相应于该间隙的阻力增加，与此同时平衡装置的泄露量减少，因此，流过径向间隙的速度减少，该间隙中的损失减少，即减少。也就是平衡盘前面的压力增加，平衡力F增加，待增加到等于轴向力A,到达平衡。同样道理，当轴向力小于平衡力时，转子向左移动，同样也能到达平衡。平衡盘的工作过程是处于运动平衡的过程，平衡是暂时的、相对的。5.2轴承的选择轴承是支承离心泵转子的部件，承受径向和轴向载荷。根据轴承结构的不同，可以分别为滚动轴承和滑动轴承。选用滚动轴承的优点是：轴承磨损小，轴或转子不会因为轴承磨损而下沉很多；轴承间隙小，能保证轴的对中性，互换性好，维修方便；摩擦系数小，泵的启动力矩小；轴承的轴向尺寸小。而滑动轴承结构复杂、零件多、体积较大，故多用在高转速大型离心泵上。由于我设计的是多级泵，轴向力比拟大，所以选择能承受双向轴向载荷的双向推力球轴承。5.3联轴器的选择联轴器是使泵轴与原动机轴互相连接并传递功率的部件，泵通常是用联轴器直接与电机连接的。随着工业的开展，联轴器的结构形式也日益增多。在该设计的泵中应选用弹性可移式联轴器，这种联轴器体积小，重量轻，结构简单，便于加工制造，安装方便。而且还可以用联轴器中的弹性元件的变形来补偿被连接两轴的相对位移。在小功率和轴径不太大的泵上广泛使用爪型联轴器，由于我设计的最小轴径为60mm,所以选用弹性柱销联轴器，型号为HL5，公称扭矩为2000N·m,许用转速为2500r/min,由于此设计的最大扭矩为N·m，转速为1470r/min，故符合设计要求。6离心泵主要零部件的强度计算在工作过程中，离心泵零件承受各种外力作用，使零件产生变形和破坏，而零件依靠自身的尺寸和材料性能来对抗变形和破坏。设计离心泵零件时，应使零件具有足够的强度和刚度，以提高泵运行的可靠性和寿命，这样就要尽量使零件的尺寸做的大些，材料用的好些；但另一方面，又希望零件小、重量轻、本钱低，这就要求我们既要合理确定离心泵零件的尺寸和材料，又要满足零件的强度和刚度。由于泵的一些零件形状不规则，用一般的材料力学的公式难以解决这些零件的强度和刚度计算问题，因此，推荐使用一些经验公式和需用应力，可以很好的这些问题。6.1泵轴的校核叶轮、轴套等零件是套在轴上的，并同在泵体内高度旋转，轴的强度和刚度对泵的寿命和可靠性有很大的影响，所以，对轴的强度和刚度的校核是十分必要的。当泵的结构和轴长度未确定时，无法支承反力和轴所受的弯矩，在泵水力设计和结构设计初步完成后，应该校核泵轴的强度和刚度。1.校核轴的强度由于泵轴上安装的部件较多，故受力也比拟复杂，为了解决这个问题，轴上各段可简化为只有受均布载荷的作用，其受力如图：图6-1轴的受力分析如果都按最危险数值计算，可以简化计算，一旦校核合格，则轴一定合格。式中为液体的密度1000kg/m3；为包括盖板在内的叶轮宽度20mm;为叶轮外径K为压出室几何特征系数，取最大值0.36则根据均布载荷的最大弯矩公式：，P=q即根据传递扭矩的：代入公式得计算轴径危险截面代入数据的故轴径最小为60mm是适宜的。2.校核轴的刚度-计算轴的细长比：故泵轴是可以采用的。6.2键的强度校核在离心泵中一般均采用平键连接，在轴径尺寸确定后，如果按国家标准选用键，则无需进行校核。有些泵，由于叶轮轮毂比拟薄，常选用小于国家标准规定的键，在这种情况下需要校核键的剪切力和挤压应力。键的剪切应力可按下式计算：〔6—1〕式中：M——键所传递的扭矩；d——轴径；b——键的宽度；l——键的长度；——键的许用剪切应力，一般键为45号钢，可取=60×106N/m挤压应力可按下试计算：〔6—2〕式中h——键高；——许用挤压应力，一般应按轮毂材料进行校核，因为轮毂材料的许用挤压应力较键的要小，一般可取钢的许用挤压应力=147×106-156.8×106N/m2；铸钢的许用挤压应力可取=88.2×106-107.8×106N/m2根据实际情况可知，泵轴传递的扭矩M=1931.76N·m,联轴器处的轴径为d=60mm,选用键6×32〔GB1095-90〕由JB113-60可知，键的尺寸为b=6mm,h=6mm,l=32mm将上述数值代入公式6—1和6—2可得：N/m2由于键的材料是45#，泵联轴器的材料是铸铁的。所以：键是平安的，轮毂也是平安的。6.3叶轮强度计算叶轮强度的计算只要是叶轮盖板强度的计算。计算分析说明，对旋转圆盘而言，圆周速度与圆周方向应力有以下关系：=〔6—3〕式中—叶轮材料的重度，对铸铁叶轮取73000〔N/m〕—叶轮圆周速度〔m/s〕25.9m/sg—重力加速度〔cm/s2〕，一般取g为9.8〔cm/s2〕则：N/m2由表5-1查叶轮的许用应力[]=250~350，材料为HT20-40，合格。表6-1叶轮的许用应力材料名称热处理状态许用应力[](106N/m)HT20-40退火处理ZG25退火处理58.8-68.6ZG1Cr13退火处理88.2-98ZG2Cr13调质处理98-107.8Ni-Resist固熔化处理44.1-53.9ZGCr28退火处理68.6-78.4可知叶轮符合要求经验说明,铸铁叶轮的圆周速度最高可到达60m/s左右.因此,单级扬程可达40米左右;合金叶轮的圆周速度最高可到10m/s,因此,单级扬程可到达45米左右。表6-2叶轮盖板厚度叶轮直径(毫米)100-180181-250251-520>520盖板厚度(毫米)4567因为叶轮的圆周速度没有超过上述范围,则叶轮盖板厚度由结构与工艺上的要求决定,悬臂式泵和多级泵的叶轮盖板厚度一般可按表6-2选取。由表5-2叶轮盖板厚度选取6mm6.4叶片厚度计算为了扩大叶轮流道有效过流面积,希望叶片越薄越好；但如果叶片选择的太薄,在铸造工艺上有一定的困难,而且从强度方面考虑,叶片也需要有一定的厚度。目前,铸铁叶轮的最小叶片厚度为3-4毫米,铸钢叶片的最小厚度为5-6毫米。叶片也不能选的太厚,叶片太厚要降低效率,恶化泵的汽蚀性能。大泵的叶片厚度要适当加厚一些,这样对延长寿命有好处。叶片厚度(毫米)可按以下经验公式计算:+1(6—4)式中——经验系数,材料和转速有关,对铸铁和铸钢叶轮,系数按《离心泵设计基》8-3叶片厚度经验系数选，取=2——叶轮外径(米)——单级扬程(米)Z——叶片数则S，所以合格。6.5轮毂的强度计算对一般离心泵,叶轮和轴是动配合，为了使轮毂和轴的配合不松动,在运转时由离心力产生的变形力小于轴和叶轮配合的最小公盈.在叶轮轮毂处由离心力所引起的应力可近似的按下式计算,由此应力所引起的变形为:(6—5)式中E——弹性模量；对铸铁E=12.8；——叶轮轮毂平均直径(米)；——由离心力引起的叶轮轮毂直径的变形(米).应小于叶轮和轴配合的最小公盈,既<则由公差配合表可知，二级精度第六种静配合的最小公盈=0.005mm<由离心力所引起的变形小于最小的配合公盈，合格。6.6分段式多级泵中段计算可以把分段式多级泵中段认为是受压圆筒，对脆性材料的后壁圆桶可按式计算壁厚SS=式中P为泵体所承受的工作压力为中段内径为许用应力许用应力在250~400之间。取=300,内径选取=150mm,外径S=取S=14mm.首先计算外径和内径的比值：/=340/150=2.26>1，由此可按薄壁圆桶计算，带入公式。=[]