螺旋离心泵的设计 摘要：此说明书设计了一台用于输送固液两相流体的螺旋离心泵。本文的设计重点和难点是螺旋离心泵特有的是三维螺旋叶轮的设计。因此，叶轮设计是以何希杰和劳学苏提出的螺旋离心泵叶轮叶片工作面和负压面空间曲线方程为依据进行的设计，叶轮叶片型线为对数螺旋线。根据设计参数和工作条件的要求，在设计上采用固液两相流理论对叶轮、背叶片、压出室等泵过流部件进行水力设计。说明书从螺旋离心泵的结构设计开始，分别进行了叶轮的设计与绘形、压水室及吸水室的设计、轴向力极其平衡、主要通用零部件的选择、V型带传动设计和离心泵主要零部件的强度计算。 本文为设计高效螺旋离心泵提供了一个重要的参考是依据。 关键词：固液两相流 螺旋离心泵 三维螺旋叶轮 空间曲线 对数螺旋线 Spiral centrifugal pump design Abstract ：The article designs a screw centrifugal pump used to transport the mix flows of solid 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 raised 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 theory 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 transmission 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 screw impeller the space the curve logarithm screw curve 第一章 绪论 1.1螺旋离心泵概述 泵是把原动机的机械能转换为抽送液体能量的机器。一般，原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功使其能量增加，从而使要求数量的液体从吸入口通过泵的过流部分，输送到要求的高度或要求有压力的地方。 泵是世界上最早发明的机器之一。现今世界上泵产品产量仅次于电机，所消耗的电量大约为总发电量的四分之一。泵的种类甚多，应用极为广泛。除农田灌溉、城市和工业给排水、热电厂、石油炼厂、石油矿厂、输油管线、化工厂、钢铁厂、采矿、造船等部门外，目前泵在原子能发电、舰艇的喷水推进、火箭的燃料供给等方面亦得到重要应用。另外，还可以用泵来对固体如煤、鱼等进行长距离水力输送。泵抽送的介质除水外，有油、酸、碱浆料……一直到超低温的液态气体和高温熔融金属。可以说，凡是要让液体流动的地方，就有泵在工作。泵在国民经济中起着十分重要的作用。 根据科学技术的发展，泵输送固态物质的应用领域日益扩大，如污水污物、泥浆、纸浆、灰渣矿石、粮食淀粉、甜菜水果、鱼虾贝壳等不胜枚举。据文献介绍，如今已成功地从5000米深的海底用泵向陆地输送猛矿石。对输送这类物质的泵，有两个主要要求：一是无堵塞，二是耐磨损。耐磨损主要与材料有关，无堵塞主要根据叶轮的结构及形式。目前作为无堵塞泵叶轮的结构及形式有：1.开式或半开式叶轮；2.旋流式叶轮；3.单（双）流道式叶轮；4.螺旋离心叶轮。 螺旋离心泵是典型的无堵塞离心泵。世界上第一台螺旋离心泵是用来输送鱼类，随后用来输送固液两相流体，可拿来排雨水和输送高黏度液体。为防止故态物质堵塞，使之顺利的流出，开式叶轮中有一片或两片扭曲的螺旋形叶片，在锥形的轮毂体上由吸入口沿轴延长，叶片的半径逐渐增大，形成螺旋形流道。壳体由吸入盖和涡壳两部分所组成。吸入盖部分的叶轮，产生螺旋推进作用，涡壳部分的叶轮像一般的离心泵产生离心作用，叶片进口的锐角部分将杂物导向轴心附近，再利用螺旋作用使之沿轴线推进。这种泵是容积泵和离心泵的组合，故称为螺旋离心泵。 1.2离心泵主要零部件及结构及形式 离心泵的主要零部件包括：前盖板、叶轮、主轴、涡室、后盖板、轴封、轴承体、带轮和支架。离心泵中还包括像螺母、法兰盘、轴承等具有通用标准的零部件。 离心泵的结构及形式主要有以下几个： 1. 按主轴方向 卧式：主轴水平放置； 立式：主轴垂直放置； 斜式：主轴倾斜放置。 ⒉ 按液体流出叶轮的方向 离心式——装径流式叶轮； 混流式——装混流式叶轮； 轴流式——装轴流式叶轮。 ⒊ 按吸入方式 单吸——装单吸叶轮； 双吸——装双吸叶轮。 ⒋ 按级数 单级——装一个叶轮； 多级——同一根轴上装两个或两个以上的叶轮。 ⒌ 按叶片安装的步骤 可调叶片：叶轮的叶片安放角能调节的结构； 固定叶片：叶轮的叶片安放角度是固定的结构。 ⒍ 按壳体剖分方式 分段式：壳体按与主轴垂直的平面剖分；； 节段式：在分段式多级泵中，每一级壳体都是分开式的； 中开式：壳体在通过轴心线的平面上分开； 水平中开式：在中开式中，剖分面是水平的； 垂直中开式：在中开式中，剖分面是垂直的； 斜中开式：在中开式中，剖分面是倾斜的。 ⒎按泵体形式 涡壳泵：叶轮排出侧具有带涡室的壳体； 双涡壳泵：叶轮排出侧具有双涡室的壳体； 透平泵：带导叶的离心泵； 筒式泵：内壳体外装有圆筒状的耐压壳体； 双壳泵：指筒式泵之外的双层壳体泵。 ⒏特殊结构泵 潜水电泵：驱动泵的电动机与泵一起放在水中使用的泵； 贯流式泵：泵体内装有电动机等驱动装置； 屏蔽泵：泵与电动机直连（共用一根轴），电动机定子内侧装有屏蔽套，以防液体进入。 自吸式泵：在一般的自吸泵中抽送液体作用的叶轮同时能起灌水作用，泵启动是无须灌水。 管道泵：泵作为管路的一部分，无须特别改变管路即可安装泵。 无堵塞泵：抽送液体中所含的固体不能在泵内造成堵塞。 第二章 总体方案的确定 2.1 设计参数 流量 Q=80m3/h ，扬程H=13m ，效率η=65% 转速：1450r/min ， 吸程：7m（水柱） 2.2 方案的确定 设计上以国际标准的IS泵为基型，此次设计的螺旋离心泵，在设计结构上采用单级单吸悬臂卧式结构，其主要结构是装有背叶片的具有特殊的三维螺旋叶片的叶轮，叶片型线为空间对数螺旋线，采用液固两相流理论进行水力设计。 由于该泵是通过其特殊的三维螺旋叶片将螺旋的容积推进作用和叶片的离心作用有机的结合，使介质获得能量。所以它兼有容积泵和叶片泵的特点，是二者相互结合的产物。较一般的普通杂质泵和旋流泵相比，具有以下特点：（1）无堵塞性能好；（2）无损性能好；（3）效率高，与其他同类杂质泵相比效率高5%以上；（4）泵的吸入性能好。可抽送含气介质，含气量在15%以下时，泵的性能，震动基本不发生明显的变化。（5）具有优良的抗汽蚀性能。其他参数相同的条件下，螺旋离心泵的汽蚀性最好，即NPSHr最小。 该螺旋离心泵在结构上主要有三大部分所组成，分别为泵头部分，轴封部分以及传动部分，分别叙述其结构特点。 1．泵头部分 泵头部分由泵体和泵盖组成。前，后盖板的直径大于叶轮直径，叶轮可由前或后拆卸，叶轮为螺旋离心叶轮，叶轮的后盖板带有背叶片以减少泄露，提高泵的寿命及效率。 2．轴封部分 本次设计的轴封采用填料轴封，填料轴封结构相对比较简单，维修方便，但需使用轴封水，还需配备供应轴封水的泵。 3．传动部分 传动部分包括托架和轴承组件，轴承根据传动的功率不同选择单列向心圆锥滚子轴承，可承受泵的最大轴向及径向载荷，轴承采用干油润滑，轴承体两端有密封端盖，并且有两道密封圈，能有效的防止污物进入轴承，保证轴承安全运作，具有较高的常规使用的寿命。 2.3原动机的选择 根据泵实际在做的工作要求， 该泵与钻机配套使用时，常需要野外作业，电源使用不方便，故选用柴油机作为原动机，柴油机转速选择，用V型带传动，因给定泵的转速n=1450r/min，故传动比i=。 柴油机功率计算： 泵输出功率： = =7.5KW 式中：——介质密度 kg/m Q——流量（） H——扬程（m） 泵输入功率：N= = =11.54KW 式中：——泵效率 柴油机功率： = =12.02KW 式中：——V带传动效率，取=0.96 因此，原动机选择转速为，功率为12KW的柴油机。 2.4水力设计 设计比转数： 式中： n——泵轴的转速（r/min） Q——流量（） H——扬程（m） 故： 沉降层速度： = =2.48（m/s） 入口速度： =2.83（m/s） 出口速度： ∴满足设计的基本要求。 泵的进口直径：（标准法兰盘直径） 泵的出口直径：（标准法兰盘直径） 第三章叶轮的设计 3.1 概述 1982年，A．布斯曼较早地在离心泵叶轮上采用对数螺旋线年，J．郝比奇在“模型挖泥泵特性”一文中，通过实验指出，采用对数螺旋线叶形叶轮的泵，其输送清水和浆体时的效率均高于渐开线等叶形的叶轮。目前渣浆泵叶轮叶片型线设计中，较为广泛地采用对数螺旋线。本次的叶轮设计是以劳学苏以及何希杰提出的螺旋离心泵叶轮叶片工作面和负压面空间曲线方程为依据进行的设计，叶轮叶片型线 叶轮主要参数的确定 图3-1 叶轮轴面投影图 1．叶轮最大外径： = （m） 式中： k=10～12.5 故： = =0.238～0.298（m） 取： =260mm 2．叶轮出口宽度： = = =80.86（mm） 取： =80（mm） 3．叶轮出口直径： = 其中： = =0.836～0.161（m） 取 =100（mm） （主要考虑效率兼顾泵的抗汽蚀性能） 4．轮毂直径： =19.96+0.07× =19.96+0.07×115.244 =28（mm） 5．叶轮轴向长度L： L= = =195.66（mm） 圆整后得： L=195（mm） 6．轮缘侧圆弧半径： =52.28+0.91 =52.28+0.91×115.244 =157.15 圆整后等：=160（mm） 7．轮毂侧圆弧半径： =73.4+1.29 =73.4+1.29115.244 =222.06 圆整后等：=220（mm） 8．轮毂侧圆弧半径： =60～90（mm） 取=70（mm） 9．轮缘侧叶片倾角： =60.51-0.13 =60.51-0.13115.244 =45.528 取=45 10．轮毂侧叶片倾角： =57.1-0.1 =57.1-0.1115.244 =45.58 取=45 11．叶轮出口倾角： =7.79 =7.79 =12.95 取=13 12．叶轮出口最小直径： = =260-2 =189.45 取=190（mm） 13．轮缘和轮毂各段轴向长度： L=（0.45～0.68）L=（0.45～0.68）=87.75～132.6 （作图在范围内） 取=140（mm） L =（0.2～0.4）L=39～78 取L=60（mm） L=（0.05～0.08）L=9.75～15.6 （作图在范围内） 14．轮缘侧叶片出口安放角： = 其中： 其中： =19.7297 所以： =11.6 15．轮毂侧叶片出口安放角： = 其中： = =14.42 =0.789 所以： =14.5 16．叶片进口安放角： 17．叶轮出口叶片包角： =156.95（ =147.67 取 =150 18．轮缘螺线 圆整得： =70（mm） 19．轮毂侧叶片包角： =821.17-1.42 =821.17-1.42115.244 =657.524 取 =658 20．轮缘侧叶片包角： =652-1.02 =652-1.02 =534.451 取 =535 21．计算叶轮曲面螺线 首先计算叶轮轮缘侧曲面螺线。包括和各曲面上的螺线，其次计算叶轮出口边曲面螺线，最后，计算轮毂侧曲面螺线，包括，和各曲面上的螺线）曲面螺线方程： 由何希杰所推导的公式： 式中 根据边界条件，以空间曲线θ] θ= (θ= z=86.34) (2) 空间曲线螺线方程: 设端点对应的螺线转角分别为和在上取一点p(z,r)转角为,可建立z,r,三者之间的关系如下: 根据边界条件，以空间曲线）曲面螺线）曲面螺线 0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 r 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 52.3 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出口段螺线 -45 -67.5 -90 -112.5 -135 -150 r 130 127.5 125.1 122.6 120.1 117.6 115.2 113.5 Z 115 126.9 138.9 150.8 162.7 174.6 186.6 194.5 表3-3轮毂侧曲面螺线 -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 192.5 188.6 287.1 261.9 236.7 211.6 186.4 161.2 136.1 110 N 4 5 6 7 8 9 10 11 12 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 r 1 56.6 52.2 48 44 40.5 37 33.7 30.5 Z 34.3 130.2 126.1 121.9 111.8 113.6 109.5 105.4 101.2 N 13 14 15 16 17 18 19 20 21 67.6 63.1 58.7 54.4 50.4 405 427.5 450 472.5 r 8.4 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．叶片螺线平面图 根据上述叶轮叶片曲面螺线计算结果，绘制叶片螺线个轴面，每两个轴面夹角为22.5,当Z=0时,空间螺线在平面上投影,如图所示: 图3-2 空间螺线．叶片厚度计算 确定叶片厚度时，应注意到铸造的可能性，对铸铁叶轮，叶片最小厚度为3～4毫米，本次设计的叶轮材料选用MT-4，叶片厚度（S）由经验公式求出： 式中： K——经验系数，与材料和比转数有关，查表得K=5 ——叶轮外径 H——扬程 Z——叶片数，Z=1 所以： S= =5.687（mm） 取： S=6（mm） 3.3 背叶片的设计 背叶片的最大的作用是减压，其减压程度决定了背叶片的几何参数。背叶片对于一般的泵而言，还有另一个作用，就能及时地把固体颗粒甩至涡室内，以防止固体颗粒进入填料箱，破坏其密封性能。背叶片减压后剩余的压头可由下列经验公式求出： = 式中：——泵腔压头（包括灌注压头）m，其中灌注压头 n——泵的转速 n=1450r/min ——叶轮外径 cm =27cm ——背叶片外径 cm ==19cm ——背叶片宽度 取=5mm t——背叶片与涡室间隙 取t=1mm ——背叶片内径 cm 取 =8cm 故：=（1+0.15） =9.65（m） 由计算结果可知，经背叶片减压后，剩余压头为9.65m，如果近似把1bar=10m水柱，则剩余压头为0.965bar。 第四章 压水室及吸水室的设计 4.1压水室的用途及分类 压水室即涡形体，是泵中的一个很重要的过流部件。它主要是把从吸水室和叶轮中流通过来的高速流体介质，通过叶轮的离心力作用，送入下级叶轮进口或者送入排出管路，从而把泵轴的机械能转化为液体的压力能。 常用的压水室结构及形式有环形压水室、螺旋形压水室、以及半螺旋形压水室。实验多个方面数据显示，螺旋形压水室比环形压水室的效率个高，所以本次设计的螺旋离心泵采用的是螺旋形压水室。 4.2压水室的设计 压水室的设计要根据泵输送介质的特性来决定。 过去我们国家生产的老型号离心杂质泵几乎全是环形压水室，压水室各个断面的水流速度不同，用环形压水室可减轻隔舌的磨损，但冲击损失较大，这也是杂质泵水力效率很低的原因之一。为了增大效率选用螺旋形压水室，考虑到离心杂质泵的特点，为减少隔舌处的磨损，降低噪音，提高其寿命，涡壳断面选择矩形，如图所示： 图4-3 泵体断面图 螺旋形涡室俗称涡形体，其主要优点是制造较为方便，泵性能曲线高效率区域比较宽广，车削叶轮后泵效率变化比较小，缺点是单涡壳泵在非设计公况运转时产生不平衡的径向力。 在设计螺旋形涡室时，通常认为液体从叶轮中均匀流出，并在涡室中作等速运动，涡室只起收集液体的作用，在扩散管中将液体的一部分动能变为压能。 涡壳主要由两部分所组成。即压水室和出水管。主要是压水室的设计，压水室的作用是以最小的水力损失将叶轮流出的高速水流引向吐出口，并且将水流的一部分动能变为压力能。 压水室几何参数的确定： 1．基圆直径： 根据经验取=290mm 2.涡室宽度： = =134.57 圆整后得：=135mm 3.隔舌位置角： = =15.62-0.12 =15.05 取=15 ——从涡室出口中心线.隔舌位置出间隙： =（0.234-0.041 =（0.234-0.041 =8.74 取 =9mm 5.涡室内轮廓线型线： 采用对数螺线： 式中： ——初始动径 θ——动径角 ——角系数 根据边界条件求出=202.5 ，=1.9×10 ，根据公式计算各个断面位置和距中心点的半径。结果列于下表： 表4-1 各断面位置和中心点半径 断面 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.压水室的壁厚 根据铸造要求，强度要求，由经验初步选取壁厚为8mm。 4.3 吸水室的设计 吸水室是指泵进口法兰到叶轮出口的过程部分。吸水室的作用是将吸入管中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。吸水室的水力损失比压水室相比小得多，但是吸入室中液流的流动状态直接影响叶轮中的流动状态。对泵的效率有一定的影响，对泵的汽蚀性能影响也比较大。因此，对吸水室有如下要求： 1.保证叶轮进口有要求的速度场，如：速度分布均匀，大小适当，方向符合等。 2.吸水室内部分布均匀，方向符合等。 3.吸水室的类型主要有：锥形管吸水室、圆环形吸水室以及半螺旋形吸水室等。 由于本次设

  截止阀体零件的PROC及钻Φ34孔的工装夹具机械CAD图纸设计.doc

  （部编版）语文六年级上册课外阅读“天天练”100篇,附参.doc

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者