螺旋離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書

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1、 畢業(yè)設(shè)計（或論文）說明書 目 錄 摘要……………………………………………………………………Ⅰ Abstract ………………………………………………………………Ⅱ 第一章 緒論 …………………………………………………………1 1.1 螺旋離心泵概述…………………………………………………1 1.2 離心泵主要零部件及結(jié)構(gòu)形式…………………………………2 第二章　結(jié)構(gòu)形式的確定 ……………………………………………3 2.1 設(shè)計參數(shù) ………………………………………………………3 2.2 結(jié)構(gòu)確定 ………………………………………………………3

2、2.3 原動機的選擇……………………………………………………4 2.4 水力設(shè)計…………………………………………………………5 第三章　葉輪的設(shè)計 …………………………………………………6 3.1 概述………………………………………………………………6 3.2 葉輪主要參數(shù)的確定……………………………………………6 3.3 背葉片設(shè)計 ……………………………………………………17 第四章　壓水室及吸水室的設(shè)計 …………………………………18 4.1　壓水室的用途及分類 …………………………………………18 4.2　壓水室的設(shè)計 …………………………………………………

3、18 4.3 吸水室的設(shè)計 …………………………………………………21 第五章　軸向力及其平衡 …………………………………………21 5.1　產(chǎn)生軸向力的主要原因 ………………………………………21 5.2　軸向力計算 ……………………………………………………22 5.3　軸向力平衡方法 ………………………………………………22 第六章 主要通用零部件選擇………………………………………23 6.1 正確選用通用零部件的重要性 ………………………………23 6.2　軸封結(jié)構(gòu)選擇 …………………………………………………23 6.3　軸承部件選擇 ……………………………

4、……………………25 第七章　V型帶傳動設(shè)計……………………………………………26 7.1 主要特點及應(yīng)用 ………………………………………………26 7.2 帶型選擇 ………………………………………………………26 第八章　離心泵主要零部件的強度計算……………………………29 8.1 泵體強度計算 …………………………………………………29 8.2 泵軸校核 ………………………………………………………30 8.3 軸承校核 ………………………………………………………32 第九章　專題設(shè)計-自激振蕩磨料射流噴嘴內(nèi)流數(shù)值模擬研究 …34 結(jié)論……………………………………

5、………………………………43 致謝……………………………………………………………………44 參考文獻………………………………………………………………45 附錄1 …………………………………………………………………46 摘 要 此說明書設(shè)計了一臺用于輸送固液兩相流體的螺旋離心泵。本文的設(shè)計重點和難點是螺旋離心泵特有的是三維螺旋葉輪的設(shè)計。因此，葉輪設(shè)計是以何希杰和勞學(xué)蘇提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負壓面空間曲線方程為依據(jù)進行的設(shè)計，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。根據(jù)設(shè)計參數(shù)和工作條件的要求，在設(shè)計上采用固液兩相流理論對葉輪、背葉片、壓

6、出室等泵過流部件進行水力設(shè)計。說明書從螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計開始，分別進行了葉輪的設(shè)計與繪形、壓水室及吸水室的設(shè)計、軸向力極其平衡、主要通用零部件的選擇、V型帶傳動設(shè)計和離心泵主要零部件的強度計算。 本文為設(shè)計高效螺旋離心泵提供了一個重要的參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞 固液兩相流 螺旋離心泵 三維螺旋葉輪 空間曲線 對數(shù)螺旋線 Abstract The article designs a screw centrifugal pump used to transport the mix flows of soli

7、d and liquid. The emphases and difficulty of the article is the design of three dimensional screw impeller owned by screw centrifugal pump. So, the design of impeller is designed with the space curve screw equation of impeller vane work surface of screw centrifugal pump and minus pressure surface ra

8、ised by Xue su LAO and Xi jie HE. I take it as the gist of design. The impeller vane line is logarithm screw curve. Accord to the design parameter and the require of work condition, on the design , we do waterpower design to impeller , back vane, press out house and some flow over parts with the th

9、eory of the mix flows of solid and liquid. The article starts with structure design of screw centrifugal pump, and design the calculation and drawing of impeller, pressure out house and off water house, the force of direction of axis and its balance, the choice of the main parts in common use, the t

10、ransmission design of V strip and intensity calculation of the parts of screw centrifugal pump. The article provides an important reference for designing the high efficiency screw centrifugal pump Key words the mix flows of solid and liquid screw centrifugal pump three dimensional scr

11、ew impeller the space the curve logarithm screw curve IV 畢業(yè)設(shè)計（或論文）說明書 第一章 緒論 1.1螺旋離心泵概述 泵是把原動機的機械能轉(zhuǎn)換為抽送液體能量的機器。一般，原動機通過泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，對液體做功使其能量增加，從而使要求數(shù)量的液體從吸入口通過泵的過流部分，輸送到要求的高度或要求有壓力的地方。 泵是世界上最早發(fā)明的機器之一?，F(xiàn)今世界上泵產(chǎn)品產(chǎn)量僅次于電機，所消耗的電量大約為總發(fā)電量的四分之一。泵的種類甚多，應(yīng)用極為廣泛。除農(nóng)田灌溉、城市和工業(yè)給排水、熱電廠、石油煉廠、石油礦廠、輸油管線、化

12、工廠、鋼鐵廠、采礦、造船等部門外，目前泵在原子能發(fā)電、艦艇的噴水推進、火箭的燃料供給等方面亦得到重要應(yīng)用。另外，還可以用泵來對固體如煤、魚等進行長距離水力輸送。泵抽送的介質(zhì)除水外，有油、酸、堿漿料……一直到超低溫的液態(tài)氣體和高溫熔融金屬。可以說，凡是要讓液體流動的地方，就有泵在工作。泵在國民經(jīng)濟中起著十分重要的作用。 根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵輸送固態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，如污水污物、泥漿、紙漿、灰渣礦石、糧食淀粉、甜菜水果、魚蝦貝殼等不勝枚舉。據(jù)文獻介紹，如今已成功地從5000米深的海底用泵向陸地輸送猛礦石。對輸送這類物質(zhì)的泵，有兩個主要要求：一是無堵塞，二是耐磨損。耐磨損主要與材料有關(guān)，無

13、堵塞主要取決于葉輪的結(jié)構(gòu)形式。目前作為無堵塞泵葉輪的結(jié)構(gòu)形式有：1.開式或半開式葉輪；2.旋流式葉輪；3.單（雙）流道式葉輪；4.螺旋離心葉輪。 螺旋離心泵是典型的無堵塞離心泵。世界上第一臺螺旋離心泵是用來輸送魚類，隨后用來輸送固液兩相流體，可以用來排雨水和輸送高黏度液體。為防止故態(tài)物質(zhì)堵塞，使之順利的流出，開式葉輪中有一片或兩片扭曲的螺旋形葉片，在錐形的輪轂體上由吸入口沿軸延長，葉片的半徑逐漸增大，形成螺旋形流道。殼體由吸入蓋和渦殼兩部分組成。吸入蓋部分的葉輪，產(chǎn)生螺旋推進作用，渦殼部分的葉輪像一般的離心泵產(chǎn)生離心作用，葉片進口的銳角部分將雜物導(dǎo)向軸心附近，再利用螺旋作用使之沿軸線推進。這

14、種泵是容積泵和離心泵的組合，故稱為螺旋離心泵。 1.2離心泵主要零部件及結(jié)構(gòu)形式 離心泵的主要零部件包括：前蓋板、葉輪、主軸、渦室、后蓋板、軸封、軸承體、帶輪和支架。離心泵中還包括像螺母、法蘭盤、軸承等具有通用標準的零部件。 離心泵的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾個： 1. 按主軸方向 臥式：主軸水平放置； 立式：主軸垂直放置； 斜式：主軸傾斜放置。 ⒉ 按液體流出葉輪的方向 離心式——裝徑流式葉輪； 混流式——裝混流式葉輪； 軸流式——裝軸流式葉輪。 ⒊ 按吸入方式 單吸——裝單吸葉輪； 雙吸——裝雙吸葉輪。 ⒋ 按級數(shù) 單級——裝一個葉輪； 多級——同一根軸上裝兩個

15、或兩個以上的葉輪。 ⒌ 按葉片安裝方法 可調(diào)葉片：葉輪的葉片安放角可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)； 固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的結(jié)構(gòu)。 ⒍ 按殼體剖分方式 分段式：殼體按與主軸垂直的平面剖分；； 節(jié)段式：在分段式多級泵中，每一級殼體都是分開式的； 中開式：殼體在通過軸心線的平面上分開； 水平中開式：在中開式中，剖分面是水平的； 垂直中開式：在中開式中，剖分面是垂直的； 斜中開式：在中開式中，剖分面是傾斜的。 ⒎按泵體形式 渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有帶渦室的殼體； 雙渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有雙渦室的殼體； 透平泵：帶導(dǎo)葉的離心泵； 筒式泵：內(nèi)殼體外裝有圓筒狀的耐壓殼體； 雙殼泵

16、：指筒式泵之外的雙層殼體泵。 ⒏特殊結(jié)構(gòu)泵 潛水電泵：驅(qū)動泵的電動機與泵一起放在水中使用的泵； 貫流式泵：泵體內(nèi)裝有電動機等驅(qū)動裝置； 屏蔽泵：泵與電動機直連（共用一根軸），電動機定子內(nèi)側(cè)裝有屏蔽套，以防液體進入。 自吸式泵：在一般的自吸泵中抽送液體作用的葉輪同時能起灌水作用，泵啟動是無須灌水。 管道泵：泵作為管路的一部分，無須特別改變管路即可安裝泵。 無堵塞泵：抽送液體中所含的固體不能在泵內(nèi)造成堵塞。 第二章 總體方案的確定 2.1 設(shè)計參數(shù) 流量 Q=80m3/h ，揚程H=13m ，效率η=65% 轉(zhuǎn)速：1450r/min ， 吸程：7m（水柱） 2.2 方案的

17、確定 設(shè)計上以國際標準的IS泵為基型，此次設(shè)計的螺旋離心泵，在設(shè)計結(jié)構(gòu)上采用單級單吸懸臂臥式結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)是裝有背葉片的具有特殊的三維螺旋葉片的葉輪，葉片型線為空間對數(shù)螺旋線，采用液固兩相流理論進行水力設(shè)計。 由于該泵是通過其特殊的三維螺旋葉片將螺旋的容積推進作用和葉片的離心作用有機的結(jié)合，使介質(zhì)獲得能量。所以它兼有容積泵和葉片泵的特點，是二者相互結(jié)合的產(chǎn)物。較一般的普通雜質(zhì)泵和旋流泵相比，具有以下特點：（1）無堵塞性能好；（2）無損性能好；（3）效率高，與其他同類雜質(zhì)泵相比效率高5%以上；（4）泵的吸入性能好?？沙樗秃瑲饨橘|(zhì)，含氣量在15%以下時，泵的性能，震動基本不發(fā)生變化。（5）具

18、有優(yōu)良的抗汽蝕性能。其他參數(shù)相同的條件下，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即NPSHr最小。 該螺旋離心泵在結(jié)構(gòu)上主要有三大部分組成，分別為泵頭部分，軸封部分以及傳動部分，分別敘述其結(jié)構(gòu)特點。 1．泵頭部分 泵頭部分由泵體和泵蓋組成。前，后蓋板的直徑大于葉輪直徑，葉輪可由前或后拆卸，葉輪為螺旋離心葉輪，葉輪的后蓋板帶有背葉片以減少泄露，提高泵的壽命及效率。 2．軸封部分 本次設(shè)計的軸封采用填料軸封，填料軸封結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，但需使用軸封水，還需配備供應(yīng)軸封水的泵。 3．傳動部分 傳動部分包括托架和軸承組件，軸承根據(jù)傳動的功率不同選擇單列向心圓錐滾子軸承，能夠承受泵的最大

19、軸向及徑向載荷，軸承采用干油潤滑，軸承體兩端有密封端蓋，并且有兩道密封圈，能有效的防止污物進入軸承，保證軸承安全運行，具有較高的使用壽命。 2.3原動機的選擇 根據(jù)泵實際工作要求， 該泵與鉆機配套使用時，常需要野外作業(yè)，電源使用不方便，故選用柴油機作為原動機，柴油機轉(zhuǎn)速選擇，用V型帶傳動，因給定泵的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，故傳動比i=。 柴油機功率計算： 泵輸出功率： = =7.5KW 式中：——介質(zhì)密度 kg/m Q——流量（）

20、 H——揚程（m） 泵輸入功率：N= = =11.54KW 式中：——泵效率 柴油機功率： = =12.02KW 式中：——V帶傳動效率，取=0.96 因此，原動機選擇轉(zhuǎn)速為，功率為12KW的柴油機。 2.4水力設(shè)計 設(shè)計比轉(zhuǎn)數(shù)： 式中： n——泵軸的轉(zhuǎn)速（r/min）

21、 Q——流量（） H——揚程（m） 故： 沉降層速度： = =2.48（m/s） 入口速度： =2.83（m/s） 出口速度： ∴滿足設(shè)計要求。 泵的進口直徑：（標準法蘭盤直徑） 泵的出口直徑：（標準法蘭盤直徑） 第三章　葉輪的設(shè)計 3.1 概述 1982年，A．布斯曼較早地在離心泵葉輪上采用對數(shù)螺旋線。1961年，J．郝比奇在“模型挖泥泵特性”一文中，通過實驗指出，采用對數(shù)螺旋線葉形葉輪的泵，其輸送清水和漿體時的效率均高于漸開線等

22、葉形的葉輪。目前渣漿泵葉輪葉片型線設(shè)計中，比較廣泛地采用對數(shù)螺旋線。本次的葉輪設(shè)計是以勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負壓面空間曲線方程為依據(jù)進行的設(shè)計，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。 3.2 葉輪主要參數(shù)的確定 圖3-1 葉輪軸面投影圖 1．葉輪最大外徑： = （m） 式中： k=10～12.5 故： = =0.238～0.298（m） ?。? =260mm 2．葉輪出口寬度： = = =80.86（mm） ?。?

23、 =80（mm） 3．葉輪出口直徑： = 其中： = =0.836～0.161（m） 取 =100（mm） （主要考慮效率兼顧泵的抗汽蝕性能） 4．輪轂直徑： =19.96+0.07 =19.96+0.07115.244 =28（mm） 5．葉輪軸向長度L： L= = =195.66（mm） 圓整后得： L=195（mm） 6．輪緣側(cè)圓弧半徑： =52.28+0.9

24、1 =52.28+0.91115.244 =157.15 圓整后等：=160（mm） 7．輪轂側(cè)圓弧半徑： =73.4+1.29 =73.4+1.29115.244 =222.06 圓整后等：=220（mm） 8．輪轂側(cè)圓弧半徑： =60～90（mm） 取=70（mm） 9．輪緣側(cè)葉片傾角：

25、 =60.51-0.13 =60.51-0.13115.244 =45.528 取=45 10．輪轂側(cè)葉片傾角： =57.1-0.1 =57.1-0.1115.244 =45.58 取=45 11．葉輪出口傾角： =7.79 =7.79

26、 =12.95 取=13 12．葉輪出口最小直徑： = =260-2 =189.45 取=190（mm） 13．輪緣和輪轂各段軸向長度： L=（0.45～0.68）L=（0.45～0.68）=87.75～132.6 （作圖在范圍內(nèi)） 取=140（mm） L =（0.2～0.4）L=39～78 取L=60（mm） L=（0.05～

27、0.08）L=9.75～15.6 （作圖在范圍內(nèi)） 14．輪緣側(cè)葉片出口安放角： = 其中： 其中： =19.7297 所以： =11.6 15．輪轂側(cè)葉片出口安放角： = 其中： = =14.4

28、2 =0.789 所以： =14.5 16．葉片進口安放角： 17．葉輪出口葉片包角： =156.95（ =147.67 取 =150 18．輪緣螺線起點處圓弧半徑： =0.63

29、 =0.63115.244-4.17 =68.43 圓整得： =70（mm） 19．輪轂側(cè)葉片包角： =821.17-1.42 =821.17-1.42115.244 =657.524 取 =658 20．輪緣側(cè)葉片包角： =652-1.02 =652-1.02

30、 =534.451 取 =535 21．計算葉輪曲面螺線 首先計算葉輪輪緣側(cè)曲面螺線。包括和各曲面上的螺線，其次計算葉輪出口邊曲面螺線，最后，計算輪轂側(cè)曲面螺線，包括，和各曲面上的螺線。 （1）曲面螺線方程： 由何希杰所推導(dǎo)的公式： 式中 根據(jù)邊界條件，以空間曲線方程為： r=130[1-0.00163θ] z=115[1-0.00163θ] θ= (θ= z=86.34) (2) 空間曲線螺線方程: 設(shè)端點對應(yīng)的螺線轉(zhuǎn)

31、角分別為和在上取一點p(z,r)轉(zhuǎn)角為,可建立z,r,三者之間的關(guān)系如下: 根據(jù)邊界條件，以空間曲線方程為： （3）曲面螺線方程： （4）曲面螺線方程： （5）曲面螺線方程： （6）曲面螺線方程： 表3-1 輪緣側(cè)曲面螺線（部分）值 N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 r

32、 130 125.2 120.5 115.7 110.5 106.6 101.4 96.3 91.3 Z 115 110.7 106.6 102.4 97.8 94.3 89.7 81.5 76.6 N 9 10 11 12 13 14 15 16 17 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 360 382.5 r 86.4 81.6 76.9 72.2 67.6 63.1 58.7 54.4 50.4 Z 71.8 66.9 62 57.2 52.

33、3 47.5 42.5 37.7 32.9 N 18 19 20 21 22 23 24 405 427.5 450 472.5 495 517.5 535 r 48.6 47.9 47.2 46.8 46.3 46.1 46 Z 28 23.2 18.3 13.4 8.6 3.7 0 表3-2出口段螺線（部分）值 N 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 0 -22.5 -45 -67.5 -90 -112.5 -135 -150 r 130 127.5 125.

34、1 122.6 120.1 117.6 115.2 113.5 Z 115 126.9 138.9 150.8 162.7 174.6 186.6 194.5 表3-3輪轂側(cè)曲面螺線（部分）值 N -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 -135 -112.5 -90 -67.5 -45 -22.5 0 22.5 45 67.5 r 110.5 103.5 97.9 93.2 88.6 84 79.3 74.7 70 65.5 Z 192.5 188.6 287.1 261.

35、9 236.7 211.6 186.41 161.2 136.1 110 N 4 5 6 7 8 9 10 11 12 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 r 61 56.6 52.2 48 44 40.5 37 33.7 30.5 Z 134.3 130.2 126.1 121.9 111.8 113.6 109.5 105.4 101.2 N 13 14 15 16 17 18 19 20 21 67.6 63.1 5

36、8.7 54.4 50.4 405 427.5 450 472.5 r 28.4 26.3 24.3 22.4 21.1 20.3 16.3 14.1 13 Z 97.1 92.9 88.8 84.7 80.5 76.4 72.2 68.1 64 N 22 23 24 495 517.5 520 r 12.5 12.2 12 Z 59.8 55.7 55.2 22．葉片螺線平面圖 根據(jù)上述葉輪葉片曲面螺線計算結(jié)果，繪制葉片螺線。在圓周上取16個軸面，每兩個軸面夾角為22.5,當Z=0時,空間螺線在平面

37、上投影,如圖所示: 圖3-2 空間螺線在平面上的投影圖 23．葉片厚度計算 確定葉片厚度時，應(yīng)注意到鑄造的可能性，對鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為3～4毫米，本次設(shè)計的葉輪材料選用MT-4，葉片厚度（S）由經(jīng)驗公式求出： 式中： K——經(jīng)驗系數(shù)，與材料和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，查表得K=5 ——葉輪外徑 H——揚程 Z——葉片數(shù)，Z=1 所以： S= =5.687（mm） 取： S=6（mm） 3.3 背葉片的設(shè)計 背葉片的主

38、要作用是減壓，其減壓程度決定了背葉片的幾何參數(shù)。背葉片對于一般的泵而言，還有另一個作用，就是能夠及時地把固體顆粒甩至渦室內(nèi)，以防止固體顆粒進入填料箱，破壞其密封性能。背葉片減壓后剩余的壓頭可由下列經(jīng)驗公式求出： = 式中：——泵腔壓頭（包括灌注壓頭）m，其中灌注壓頭 n——泵的轉(zhuǎn)速 n=1450r/min ——葉輪外徑 cm =27cm ——背葉片外徑 cm ==19cm ——背葉片寬度 取=5mm t——背葉片與渦室間隙 取t=1mm ——背葉片內(nèi)徑 cm 取 =8cm 故：=（1+0.

39、15） =9.65（m） 由計算結(jié)果可知，經(jīng)背葉片減壓后，剩余壓頭為9.65m，如果近似把1bar=10m水柱，則剩余壓頭為0.965bar。 第四章 壓水室及吸水室的設(shè)計 4.1壓水室的用途及分類 壓水室即渦形體，是泵中的一個非常重要的過流部件。它主要是把從吸水室和葉輪中流通過來的高速流體介質(zhì)，通過葉輪的離心力作用，送入下級葉輪進口或者送入排出管路，從而把泵軸的機械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能。 常用的壓水室結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形壓水室、螺旋形壓水室、以及半螺旋形壓水室。實驗數(shù)據(jù)顯示，螺旋形壓水室比環(huán)形壓水室的效率個高，所以本次設(shè)計的螺旋離心泵采用的是螺旋形

40、壓水室。 4.2壓水室的設(shè)計 壓水室的設(shè)計要根據(jù)泵輸送介質(zhì)的特性來決定。 過去我國生產(chǎn)的老型號離心雜質(zhì)泵幾乎全是環(huán)形壓水室，壓水室各個斷面的水流速度不同，用環(huán)形壓水室可減輕隔舌的磨損，但沖擊損失較大，這也是雜質(zhì)泵水力效率很低的原因之一。為了增大效率選用螺旋形壓水室，考慮到離心雜質(zhì)泵的特點，為了減少隔舌處的磨損，降低噪音，提高其壽命，渦殼斷面選擇矩形，如圖所示： 圖4-3 泵體斷面圖 螺旋形渦室俗稱渦形體，其主要優(yōu)點是制造比較方便，泵性能曲線高效率區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率變化比較小，缺點是單渦殼泵在非設(shè)計公況運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡的徑向力。 在設(shè)計螺旋形渦室時，通常認為液體從葉輪中均

41、勻流出，并在渦室中作等速運動，渦室只起收集液體的作用，在擴散管中將液體的一部分動能變?yōu)閴耗堋? 渦殼主要由兩部分組成。即壓水室和出水管。主要是壓水室的設(shè)計，壓水室的作用是以最小的水力損失將葉輪流出的高速水流引向吐出口，并且將水流的一部分動能變?yōu)閴毫δ堋? 壓水室?guī)缀螀?shù)的確定： 1．基圓直徑： 根據(jù)經(jīng)驗取=290mm 2.渦室寬度： = =134.57 圓整后得：=135mm 3.隔舌位置角： = =15.62-0.12

42、 =15.05 取=15 ——從渦室出口中心線起反時針方向 4.隔舌位置出間隙： =（0.234-0.041 =（0.234-0.041 =8.74 取 =9mm 5.渦室內(nèi)輪廓線型線： 采用對數(shù)螺線： 式中： ——初始動徑 θ——動徑角 ——角系數(shù) 根據(jù)邊界條件求出=202.5 ，=1.910 ，根

43、據(jù)公式計算各個斷面位置和距中心點的半徑。結(jié)果列于下表： 表4-1 各斷面位置和中心點半徑 斷面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 0 30 45 90 135 202.5 214.5 220.6 240.3 261.7 Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 180 225 270 315 360 285.1 310.5 338.2 368.4 401.3 6.壓水室的壁厚 根據(jù)鑄造要求，強度要求，由經(jīng)驗初步選取壁厚為8mm。 4.3 吸水室的設(shè)計 吸水室是指泵進口法蘭到葉輪出口的過程部分。吸水室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。吸

44、入室的水力損失比壓水室相比叫得多，但是吸入室中液流的流動狀態(tài)直接影響葉輪中的流動狀態(tài)。對泵的效率有一定的影響，對泵的汽蝕性能影響也比較大。因此，對吸水室有如下要求： 1.保證葉輪進口有要求的速度場，如：速度分布均勻，大小適當，方向符合等。 2.吸水室內(nèi)部分布均勻，方向符合等。 3.吸水室的類型主要有：錐形管吸水室、圓環(huán)形吸水室以及半螺旋形吸水室等。 由于本次設(shè)計的是螺旋離心式水泵，省略設(shè)計洗入室。 第五章 軸向力及其平衡 水泵運轉(zhuǎn)時，在其轉(zhuǎn)子上作用一個很大的與軸心線重合的力叫做軸向力。 5.1 產(chǎn)生軸向力的主要原因 1.液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其速度大小及方向都不

45、相同，液體動量的軸向矢量發(fā)生了變化，因此，由動量定理在軸上作用了一個沖力，這個作用在葉輪上的力也是軸向力的一部分。 2.水泵葉輪前后蓋板承受液體壓力的面積大小不等，前后泵腔中的液體壓強分布也不相同，因此，作用于葉輪上的壓力在軸向上不能平衡，造成了一個軸向力，這個軸向力是軸向力的主要部分。 5.2 軸向力的計算 螺旋式葉輪可按半開式葉輪經(jīng)驗公式來近似計算軸向力，公式如下： 式中： ——圓心在葉片入口邊上，并且與葉輪輪廓相切的圓的直徑。 = k——軸向力系數(shù)，查表得 k=1.63 ——圓心處的半徑，=（ ——液體重度，=2650kg/ 故：

46、 =1143N 5.3 軸向力的平衡方法 　　1．利用對稱性，平衡軸向力．從分析對稱形狀的雙吸葉輪可知，它相當于兩個單吸葉輪并聯(lián)工作，這種葉輪軸向力是自動平衡的．這個辦法廣泛的應(yīng)用于單吸兩級懸臂泵，渦殼式多級泵以及立式多級泵上． 2．改造葉輪，以減少或平衡軸向力．用改變?nèi)~輪形狀的辦法，降低葉輪背面壓力，達到平衡或者減少軸向力的目的． 3．采用專門的平衡裝置，如平衡鼓裝置，平衡盤裝置． 4．對于單級小型軸向吸入泵軸向力不太大，一般采用徑向止推軸承來平衡軸向力，但有時考慮受徑向力作用，可采用圓錐滾子軸承來承擔． 5．采用平衡孔，使后泵腔的下部與葉輪的吸入口相連，使兩面壓力相

47、同，但不能完全平衡軸向力．這種平衡軸向力的方法存在以下兩個缺點：（１）泵的泄露量大，因此降低了泵的效率．（２）液體流入葉輪時的速度不均勻，因而降低了葉輪的水力效率． 綜上所述，該泵的軸向力較大，如果采用均壓孔來平衡軸向力，不但水力效率降低，又會因固體顆粒滲入填料箱或串到背葉片內(nèi)，從而加速了葉輪填料及軸的磨損，綜合以上兩種方式，采用單列圓錐滾子軸承平衡軸向力．因為這種軸承可以同時承受較大的軸向力和徑向力． 第6章 主要通用零部件的選擇 6.1 正確選用主要通用零部件的重要性 現(xiàn)代大部分機械設(shè)備中有相當部分是通用零部件。也就是說通用零部件對于現(xiàn)代機械來說，是非常重要的也是必

48、不可少的部分。 通用零部件關(guān)系著機械產(chǎn)品的加工制造效率和經(jīng)濟效益。因為合理的通用零部件的選擇可以方便產(chǎn)品的組裝和使用后的維修工作。特別是標準化后的零部件對于主要零件的設(shè)計、標準件的選購以及方便用戶使用維修方面更是具有非常重要的意義。 6.2 軸封結(jié)構(gòu)的選擇 一．離心泵常用的填料 （１）用石墨或黃油侵透的棉織調(diào)料，用于低壓離心泵輸送常溫清水。 （２）石墨侵透的石棉填料，在中等溫度及壓力下使用。一般輸送液體的溫度低于250℃，壓力小于10kg/cm，最大壓力不小于18kg/cm。最高溫度為400℃。 二．填料密封結(jié)構(gòu)尺寸的確定 在已知軸徑或軸套直徑后，可按水泵行業(yè)標準選用填料壓蓋，

49、填料套，填料環(huán)，長扣螺栓和螺母等。填料可取4～6圈，如果沒有行業(yè)標準，填料函的主要結(jié)構(gòu)尺寸可按下列步驟確定。 圖6.1 填料函結(jié)構(gòu) 1．填料寬度Ｓ（ｍｍ） 　　　　?。樱剑?.4～1.8） 式中：d——軸或軸套直徑 所以：S=（1.0～1.8） =7.5～13.5 取 S=9mm 2．填料高度H（mm） 當液體壓力P≤10kg/cm時 H=（5～7）S =45～63 取H=49mm 3．填料壓蓋高度h（mm） h=（2～3）S =18～27

50、 取h=25mm 4．壓入填料函體內(nèi)的填料壓蓋長度b（mm） b=（0.5～1）S =4.5～9 取 b=9mm 5．填料壓蓋螺栓長度L 應(yīng)保證在填料函體內(nèi)裝滿填料時不需加蓋就就能擰上螺母。 6．填料壓蓋螺栓直徑 可按下表選取： 表6.1 螺栓直徑系列 軸或軸套外徑 20～25 30～35 40～75 80～100 螺栓直徑 M6 M8 M10 M12 所以螺栓直徑選取為= M10 7．填料壓蓋厚度a（mm） a=（0.7～1.0）

51、 =7～10 取 a=7mm 三．填料密封的安裝技術(shù)要求 1．切割填料時，最好將它繞在與軸外徑相同的圓棒上切割，以保證尺寸準確和切口平行、整齊、無松散的石棉線頭，并成30度角。裝填料時填料接頭必須錯開，一般交錯120度。 2．在安裝時應(yīng)注意使填料對準水封環(huán)，以免填料添死水封環(huán)，使水封失去作用。 3．在液體溫度超過105℃或吸入壓力大于8kg/cm時，對填料函體應(yīng)進行冷卻，并采用水冷填料壓蓋。 4．為保證填料函的密封性能，對填料函應(yīng)進行水封，一般用自來水或從泵吐出口引水即可。 由于此次設(shè)計的為離心式固液兩相泵，為防止泄露現(xiàn)象出現(xiàn)，軸封

52、水經(jīng)計算得3bar。 6.3 軸承部件的選擇 軸承是支撐離心泵轉(zhuǎn)子的部件，承受徑向和軸向載荷，在離心泵中應(yīng)用較多的是滾動軸承。 滾動軸承的優(yōu)點是：軸承磨損小，軸或轉(zhuǎn)子不會因軸承磨損而下沉很多。軸承間隙小，能保證軸的對中性，互換性好，維修方便，磨損系數(shù)小，泵的啟動力矩小，軸承的軸向尺寸小，缺點是擔負沖擊的能力較差，在高速時易有噪音，安裝要求準確，滾珠的工作能力隨滾珠分離圈線速度的增加而減小。 總的來說，滾動軸承的優(yōu)點遠遠超過缺點，所以，逐漸在各種機械中廣泛使用。 1．軸承的潤滑及結(jié)構(gòu)選擇 由于設(shè)計選用的軸承必須能夠同時承受軸向載荷和徑向載荷，故選用向心推力軸承，經(jīng)計算擬選單列圓錐磙

53、子軸承。 滾動軸承能否正常工作，與軸承的潤滑情況密切相關(guān)，一般來說，被輸送介質(zhì)在80℃以下，轉(zhuǎn)速在2900r/min以下的泵，可以采用脂潤滑，此次設(shè)計的離心泵轉(zhuǎn)速為1450r/min，常溫下輸送介質(zhì)，故采用脂潤滑，潤滑脂選用鋰基潤滑脂SY1412-75的2或3。 2．軸承安裝時應(yīng)注意的幾個問題 （1）與內(nèi)圈一起旋轉(zhuǎn)的軸，一般采用過渡配合，js6，k6。 （2）安裝時預(yù)熱軸承內(nèi)圈不允許超過120℃。 （3）裝軸承處的軸面最好淬火處理，以免拆卸時將軸擦傷。 （4）與外圈配合的軸承體可采用過渡配合或間隙配合。 第7章 V型帶的傳動設(shè)計 帶傳動由主動輪、從動輪

54、和張緊在兩輪上的撓性帶組成。當主動輪旋轉(zhuǎn)時，依靠帶和輪間的摩擦來拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定的動力。 7.1 主要特點及應(yīng)用 優(yōu)點：1結(jié)構(gòu)簡單，價格低；2傳動平穩(wěn)，無噪聲；3能緩沖，吸振和過載保護；4中心距范圍廣。缺點是：1摩擦型帶傳動不能保證準確的傳動比，效率低；2會產(chǎn)生較大的壓軸力；3使用壽命較短。 在近代機械中，帶傳動應(yīng)用廣泛，尤其是在中小功率電動機與工作機之間的動力傳遞中，最為常見。帶的工作速度一般為5～25m/s，使用高速環(huán)形膠帶時可達60m/s，使用棉綸片復(fù)合平帶時可高達80 m/s。膠帆布平帶傳遞功率小于500KW，普通V帶傳遞功率小于700KW。 7.2 帶型的選

55、擇 由于此次設(shè)計的螺旋離心泵主要從事的是野外工作，所以原動機選擇的是柴油機，菜油機和泵軸的連接選擇用V帶傳動有兩個方面的考慮：1方便調(diào)速2當泵發(fā)生堵塞時，V型帶可以打滑以防止損壞柴油機。 由于所選柴油機轉(zhuǎn)速和柴油機計算功率12.02KW，由《機械設(shè)計手冊》中冊圖8-1初選膠帶為A型。 小帶輪直徑： 由表8-6和表8-12選擇=100mm 大帶輪直徑： = = =144mm 式中：——比例系數(shù)，取=0.05 計算帶長：

56、取中心距a： a=500mm 帶長L： L= = =1384.05 取基準長度=1400mm 求中心距和包角： 中心距a： a= =508mm 小帶輪包角： = = =174.8≥120 求帶根數(shù)： 帶速V： =11.45m/s 根數(shù)Z： 式中：——計算功率12.02KW

57、 ——包角系數(shù)，查表13.10 得0.98 ——長度系數(shù)，查表13.11 得0.96 ——單根V帶的基本額定功率，查表13.4 得2.8KW ——單根V帶的基本額定功率的增量，查表13.6 得0.24KW 所以 取z=4根 求軸上載荷 張緊力： = =500 =216.6N 軸上載荷： = = =1731N

58、 第8章 離心泵主要零部件的強度計算 離心泵的主要零部件在設(shè)計的時候需要進行強度計算以滿足運行和安全要求。在螺旋離心泵中，需要進行強度計算的零部件主要有：泵體，泵軸和軸承。 8.1泵體的強度計算 渦室是離心泵中較大的零件，并承受高壓液體作用。所以，渦室應(yīng)有足夠的強度和剛度，本次設(shè)計的螺旋離心泵的泵體強度計算是校核渦室的壁厚，計算公式如下： 式中：S——渦室厚度 cm ——許用應(yīng)力（），鑄鐵100～150，鑄鋼200～250。 ——渦室當量壁厚， =

59、 = =21.57 S= =0.58cm 所以設(shè)計時選用MT-4，壁厚為8cm，滿足強度要求。 8.2 泵軸的校核 校核過程如下： 受力簡圖如下： 圖8-1 受力簡圖 已知： ——葉輪自重，經(jīng)估計=180N ——V帶泵軸的拉力，=1012.2N T—— 泵軸傳遞的扭矩，T=49.7 N.m 計算支撐反力： 水平面反力： 垂直面反力： 畫彎矩圖： 水平面彎矩圖： 圖8-2水平面彎矩圖 垂直面彎矩圖： 圖8-3垂直

60、面彎矩圖 合成彎矩圖： 圖8-4合成彎矩圖 畫轉(zhuǎn)矩圖： T=49700N．mm 轉(zhuǎn)矩圖： 圖8-5轉(zhuǎn)矩圖 許用應(yīng)力： 許用應(yīng)力值： 用插值法由表得 應(yīng)力校正系數(shù)： 畫當量彎矩圖： 當量彎矩： 在A點： = =95701 N.mm A點處軸徑:50 mm 軸徑: =25.2≤50 mm 軸鋼度校核: 由實踐經(jīng)驗公式,單級懸臂泵比t/l≤1.0～1.5就不會有問題. t/l=260/200=1.3≤1.5,故鋼度可滿足

61、要求. 8.3 軸承的校核 查表得30210軸承的主要性能參數(shù)如下： 圖8-6 受力分析圖 壽命計算： 附加軸向力： 軸承軸向力： 故軸承A被壓緊， X/Y值： 沖擊載荷系數(shù)： 考慮到輕沖擊，查表得=1.2 當量動載荷： 軸承壽命： 因，只計算B軸承壽命： 每天工作360天，每天工作8小時，則其工作年限為 。 第九章 專題設(shè)計-自激振蕩磨料射流噴嘴內(nèi)流數(shù)值模擬研究 1.引言 自激振蕩磨料射流技術(shù)是一項全新的水射流切割技術(shù)。 研究自激振蕩磨料射流噴嘴內(nèi)流的運動對于優(yōu)化水射流切割技術(shù)是非常重要的

62、。 噴嘴內(nèi)的運動是一種非常復(fù)雜的三維流動，應(yīng)用現(xiàn)代計算流體動力學(xué)(CFD) 對噴嘴內(nèi)流復(fù)雜的流體運動進行數(shù)值模擬， 既經(jīng)濟可靠又快速方便。避免了實驗過程中周期長、勞動強度大、浪費人力物力和財力等缺點。 2.流場控制方程 流場的求解，是通過求解雷諾時均、可壓縮N-S方程來得到的。通過調(diào)整數(shù)值算法的有關(guān)項，使用于求解可壓縮流動的程序可以用來模擬不可壓流。 （1）基本假設(shè)：流體在流動過程中不可壓縮。 （2）基本方程： 質(zhì)量方程： （1） 動量方程： （2） 能量方程： （3） 剪切應(yīng)力為：

63、 （4） 其中為： （5） 有效粘性是分子粘性和湍流粘性的和 （6） 式中的湍流粘性是由湍流模型得到的，是單位體積的粘性損失，由下式表示： （7） 熱通量為 （8） 這里和分別為分子和湍流的熱傳導(dǎo)系數(shù)。在此處的分析中，假設(shè)不存在熱通量。 紊流的時均方程： （9） 式中字母上方的橫線表示時均值，為紊動粘性系數(shù)。 3.方程離散 求

64、解區(qū)域劃分成一系列有限的控制體， 如圖1所示，然后寫出一個控制體上的質(zhì)量（連續(xù)性）、動量和能量的一般輸送方程并進行離散。 圖1流體區(qū)域控制體網(wǎng)格劃分示意圖 4.流場三維模擬計算 （1）給定的計算條件 初始條件為：入口壓強15Mpa、粒子直徑0.35mm。 （2）基本假設(shè) 1. 流體在流動過程中不可壓縮； 2. 假設(shè)固體顆粒是具有相同直徑、均勻密度的球體； 3. 當固體粒子占體積的比例小于千分之五時，認為粒子的存在對液體參數(shù)的影響很小。 4. 忽略粒子間的相互作用； 5. 粒子在液流中受到了力主要是氣體的粘滯阻力相比之下其它力可以忽略不計； 6. 液固兩相具有相同的溫度

65、場； 7. 不考慮固相與壁面的摩擦力。 （3）網(wǎng)格劃分 采用美國Fluent公司的GAMBIT2.0軟件進行有限元建模、網(wǎng)格劃分及設(shè)置邊界條件。將網(wǎng)格大小定為0.2，0.8-1之間的網(wǎng)格數(shù)為225個，占網(wǎng)格總數(shù)的0.05%，說明網(wǎng)格劃分較為理想。網(wǎng)格圖如圖所示。 圖2 模型網(wǎng)格劃分 （4）邊界條件 在GAMBIT2.0中設(shè)置求解器為FLUENT5/6，對有限元模型設(shè)置邊界條件。將有限元模型中的邊和面共分為以下幾種類型： ① 流體（FLUID）區(qū)域：圖2所示區(qū)域均為流體流動區(qū)域； ② 入口（inlet）：為壓力入口（PRESSURE-INLET）給出進口全壓；

66、③ 出口（outlet）：為自由流動出口（OUTFLOW），給定出口背壓； ④ 墻 （wall）：為只有一個流動區(qū)域擁有的面，設(shè)置為墻（WALL），流體在墻內(nèi)流動，不能跑到墻外去。 內(nèi)部流場的分析利用美國Flent公司的軟件FLUENT6.0來進行模擬分析。計算前，選用離散、隱式求解器，二階k-epsilon紊流模型。湍流動能和湍流動能擴散率。湍流動能和湍流動能擴散率由下面表達式確定： （10） （11） 設(shè)置進口相對壓力為15Mpa，選擇二階迎風方程（Second Order Upwind）進行計算。計算結(jié)果如圖3圖至圖10所示。 圖3 Z軸速度等值線圖 圖4 Z軸上色速度矢量圖 圖5 動壓力等值線圖 圖6 速度大小等值線圖 圖7 全壓等值線圖 圖8 湍動能k等值線圖 圖9 湍動耗散率等值線圖 圖10 靜壓等值線圖 5.計算結(jié)果分析 圖3表示Z軸速度等值線分布情況，由圖可知，速度在同一截面上呈完全軸對稱分布，速度不斷增加，且在振蕩腔軸心線上達到最大。振蕩腔內(nèi)有明顯回流，在渦流中心速度最小。 圖4表示Z軸上色速度