螺旋離心泵結構設計【三維PROE模型】【含12張CAD圖紙】

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附錄 1：外文翻譯 化工工業(yè)離心泵 作者：J.M.Coucson, J.F.Ricardson 出版日期（期刊號）：Chemical Engineering, 1995 出版單位：Butterworth-Heinemann Ltd 摘要 ： 離心泵是通過葉輪的旋轉把液體的內能轉換成動能的一種旋轉裝置。液體由吸入口進入蝸殼，通過高速旋轉的葉輪，液體呈放射狀加速從泵中向外輸出，這時葉輪附近留出一個真空，不斷吸引更多的流體進入泵的葉輪附近，這樣由葉輪的旋轉來完成液體的進出。這篇文章主要講述了關于離心泵的發(fā)展史，離心泵工作原理的分析，汽蝕的基本原理和預防汽蝕的措施等的一系列問題。從而幫助我們加深對離心泵的理解。 關鍵詞：離心泵 介紹 工作原理 汽蝕 汽蝕原理 預防措施 1.介紹 泵的提出，最先是用于轉移或壓縮液體和氣體的設備。在所有泵中，我們一步步采取措施來防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵的結構。用來處理氣體和蒸汽的泵稱為氣體壓縮機，研究流體的運動的科學稱為流體力學。 水泵是用管子連接的機械把水從一個地方傳到另一個地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多見的，有用于在魚池和噴泉使水循環(huán)和向水中充氣的電泵，還有用于從住宅處把水引走的污水泵。 離心泵的早期形式---螺桿泵，是通過一個管子連接一根螺桿組成的，它是利用螺桿的旋轉把水提升上去。螺旋泵經(jīng)常用在污水處理廠中，因為它們可以運輸大量的水， 而不會因為碎片而堵塞。在遠古的中東，因為對農(nóng)場進行灌溉的需求，所以有一種強大的動力去推進水泵的進程。在這些區(qū)域里，早期的泵是為了將水一桶一桶的從水源或河渠中提升到容器中。古希臘的發(fā)明家和數(shù)學家阿基米德被認為是公元前 3 世紀首先提出螺旋泵的發(fā)明家。之后，古希臘發(fā)明家發(fā)明了第一個提水泵。在十七世紀末和十八世紀初，英國的工程師 Thomas Savory，法國的物理學家 Denis Pa]pin，和英國的鐵匠和發(fā)明家 Tomas Newcomen,它們發(fā)明了用蒸汽驅動活塞的水泵。蒸汽驅動的水泵首先廣泛的被應用是在從煤礦往外輸水過程中?，F(xiàn)在離心泵使用的例子，是來自于哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個泵有超過灌溉一百萬英畝的土地能力。 離心泵被認為是旋轉泵，它有一個旋轉地葉輪，葉輪上有葉片，葉片是侵入液體中的。液體也是由葉輪軸向進入泵，并且旋轉的葉輪將液體甩向葉片根部。同時葉輪也給液體一個較高的速度，這個速度通過泵的一個固定部件轉化成壓力。我們一般稱為擴壓器。在高壓泵里，很多葉輪可以被系列選用，并且在一個葉輪后有一個擴壓器，也可能 - 33 - 含有導輪，可以逐漸的降低液體的速度。對于低壓泵來說，擴壓泵一般就是一個螺旋形的通道，成為蝸殼，作用原理是攔截面逐漸增加可以有效降低流體的速度。在泵工作前， 葉輪必須被灌注，也就是在泵啟動時，葉輪必須被液體包圍。也可以通過在吸入線上放另一個截止閥來實現(xiàn)，截止閥在泵停止工作時是液體保留在泵內。如果截止閥泄露了， 泵可以通過閥的入口，從外面的水源比如說蓄水池來取水灌注。一般離心泵在排水線的地方也有一個閥控制流體和壓力。對于小流量和高壓力來說，葉輪作用很大部分是放射狀的。對于高速流體和低壓排水壓力，泵中流體的方向可以近似于與軸的軸向平行，這時泵有一個軸流。這時葉輪就近似于螺旋推進器。從一種流動的狀態(tài)轉換到另一種流動的狀態(tài)是漸進的，對于中間狀態(tài)，設備可稱為混流泵。 2.離心泵 離心泵是化工和石油工業(yè)中應用最廣泛的一種泵。它能輸送性能非常廣泛的液體和固體含量高的懸浮液，像泥泥漿，可以用多種抗腐蝕材料建造。泵的整個外殼可用像聚丙烯這樣的塑料來建造，或者用腐蝕襯里加工。由于它的高速運轉，可將其直接耦合到電動機上，由電動機的規(guī)格大小決定流量高低。 在這樣的泵中，液體被吸入到旋轉葉輪的中心，通過離心作用向外流動。由于高速旋轉，液體在吸入口和因動能轉化為壓能的出口側獲得較高的動能和壓力差。 葉輪由一系列弧形葉片組成，因此能使液體的流動盡可能平穩(wěn)。葉輪中葉片越多， 則液體的流動方向越好控制，那么液體循環(huán)流動時因波動引起的損失就越少。在開式葉輪中，葉片被固定在中心輪轂上，而在閉式中葉片則是用兩塊鋼板支撐以減少漏液。由此可以看出，在很大程度上，葉片末端的角度決定了泵的工作特性。 流體通常在軸向上通過葉片的上升進入泵殼。在這種簡單類型的離心泵中，液體由切向方向隨著橫截面逐步流到蝸殼中。圖（a）所示為旋渦型泵。圖（b）中，在渦輪泵中的液體隨移動的葉輪在一系列固定葉片中形成擴散環(huán)。 這種旋渦能逐漸改變流體的流動方向，并有效地將動能轉化成壓能。固定葉片前緣處的 流體應該沒有受到?jīng)_擊。沿著葉輪葉片，液體的流動具有一定速度，同時，葉片末端相對于泵體有移動。液體的運動方向相對于泵殼——和固定葉片所需的角度一樣——是兩個速度的合成方向。在圖 c 中， - 33 - c. u v 是液體相對于葉片的速度， u t 是葉片上某點的切向速度；將這兩個速度合成即可得到液體的速度u 2 。因此，很明顯，在擴散環(huán)中所需要的葉輪角由葉輪的產(chǎn)量、旋轉速度和葉片的角度決定。所以，泵在很嚴格的條件下才能有最大的運行效能。 2.1 離心泵的有效壓頭 當流體所剩余的動能全部轉化為壓能時，壓力最大。如下文所述，有效壓頭和半徑的平方以及速度成正比，壓力更高時，必須使用多級泵。考慮到液體在離泵中心 r 到 r+dr 的距離內旋轉，如圖 d d. 所示。這一部分流體的質量為 dM =2π rdrdρ ，其中ρ 是流體的密度，b 是這部分流體的寬度。 如果流體在與切向方向成θ 角上以速度 u 流動，則這部分質量流體的角動量為 =dM(urcosθ ) 流體通過泵所產(chǎn)生的扭轉力等于角動量對時間的改變量 dτ =dM ? (u r cosθ )=2π r bρ dr ? ( u r cosθ ) ?t ?t 液體的體積流速為： Q=2π r b ? ?t Dr=Qρ d(u r cosθ ) 因此，液體在泵中受到總的扭轉力由 dτ 在小標 1 和 2 之間積分而得，下標 1 引用的是泵入口處的條件，小標 2 是出口時的條件。 - 35 - 于是有：τ =Qρ （u2r2cosθ 2 – u1r1cosθ 1） - 35 - 附錄 2：外文原文 CENTRIFUGAL PUMPS IN THE CHEMICAL INDUSTRY - 36 - - 37 - - 38 - - 40 - 任務書 論文(設計)題目：螺旋離心泵結構設計 工作日期：2016年12月09日 ~ 2017年05月26日 1.選題依據(jù): 該選題來自工程實際，螺旋離心泵與其他各類形式的泵相比較有著較多的優(yōu)勢 ，自六十年代初被發(fā)明出來后，一直是各國關于泵的研究的熱點。相比國外許多國家因為對于螺旋離心泵的研究開始較早，我國在這方面的研究和其他國家比起來還有部分差距。且螺旋離心泵在各行業(yè)都有所運用，未來的發(fā)展前景相當好。 2.論文要求(設計參數(shù)): （1）流量 Q=80m3/h ，揚程H=13m ，效率η=65% 轉速：1450r/min ， 吸程：7m（水柱） （2）設計一臺滿足輸送固液兩相流體的螺旋離心泵 3.個人工作重點: 方案設計：設計結構上采用單級單吸懸臂臥式結構，其主要結構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計 結構設計：螺旋離心泵中的所有結構 設計與校核：計算葉輪、背葉片、壓水室、吸水室零件圖繪制：葉輪 裝配圖繪制：整個泵 三維模型建立：整個泵運動分析：速度 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：查閱相關資料 第2周：分析現(xiàn)有螺旋離心泵，完成開題報告初稿。 第3周：深入研究螺旋離心泵，提出問題 第4周：開題報告撰寫及準備開題答辯第5周：完成螺旋離心泵的結構選型 第6周：根據(jù)所研究的內容對螺旋離心泵各零部件進行選擇 第7周：對螺旋離心泵各零部件進行設計 第8周：完成相關的設計計算第9周：離心泵零件圖繪制 第10周：中期檢查及文檔準備 第11周：完成零件圖、裝配圖繪制第12周：撰寫畢業(yè)設計論文 第13周：撰寫畢業(yè)設計論文 第14周：對說明書有關設計進行校核 第15周：打印論文及圖紙，進一步完善整理資料第16周：準備答辯，整理文檔 5.應閱讀的基本文獻: [1]盧秉桓.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007. [2]濮良貴.機械設計第九版[M].北京：高等教育出版社，2013. [3]勞學蘇, 何希杰. 螺旋離心泵的原理與設計方法. 水泵技術, 1997, 20(5): 6-13 [4] 厲浦江. 螺旋不堵塞泵的設計方法. 流體機械. 1995, 36(6): 20-24 [5] 許洪元, 羅先武. 磨料固液泵. 北京: 清華大學出版社, 2000: 26-48 [6] 朱榮生, 關醒凡, 黃道見. 螺旋離心泵主要幾何參數(shù)的確定. 流體機械, 1996, 21(6): 24-25 [7]謝俊，劉軍.離散化技術在離心泵設計上的應用.排灌機械，2000.（1）：18-21 [8]謝慶生，離心泵葉輪CAD系統(tǒng)中流道幾何模型的構造，1999（5）：56-60 [9] 陳次昌. 螺旋離心泵的特點及性能. 流體工程, 1992, 25(7): 39-44 [10]田愛民. 離心式渣漿泵葉輪的磨損規(guī)律研究. 水泵技術, 1997, 9(31): 7-15 [11]A.J.斯捷潘諾夫. 離心泵和軸流泵. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1980: 74-93 [12]何希杰，勞學蘇.螺旋離心泵的原理與設計方法.石家莊雜質泵研究所，1997. [13]丁成偉. 離心泵與軸流泵. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1981: 143-158 [14]M Stahle, D. Jackson. the Development of a Screw Centrifugal Pump For Handling Delicate Solids. Word Pumps. 1982: 185-192 [15]D Jackson. the High Efficiency Immersible Pump for Soliding Handling Application. Word Pumps. 1982: 195-302 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2016年12月11日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2016年12月11日 學院公章 進度檢查表 第 -3 周 工作進展情況 通過相關資料對螺旋離心泵進行了基本的了解，并通過相關的中外文獻進行了總結，總結了如：螺旋離心泵的中外發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展前景、應用等相關內容。對畢業(yè)論文的涉及點進行了整理，確定了初步方案及需要完成的相關任務。 2017年01月02日 指導教師意見 本周工作主要是查閱國內外文獻，了解離心泵國內外發(fā)展現(xiàn)狀。該生文獻量適中，確定了初步方案及需要完成的相關任務。 指導教師(簽字)：XX 2017年02月28日 第 -1 周 工作進展情況 依照之前對螺旋離心泵的資料的查閱，對開題報告進行了初步填寫，發(fā)現(xiàn)了許多我對螺旋離心泵依舊不了解的必要的基本知識，對資料進行了查漏補缺，方便讓開題報告和以后論文的書寫更加準確。 2017年01月09日 指導教師意見 本周工作主要是外文文獻翻譯，分析技術發(fā)展現(xiàn)狀，確定設計細節(jié)。撰寫及修改開題報告，準備開題答辯！ 指導教師(簽字)：XX 2017年02月28日 第 1 周 工作進展情況 確定開題報告并進行開題報告答辯，后對論文中需要涉及的內容進行歸納總結，參考相關資料，開始進行論文的初步編寫。 2017年03月02日 指導教師意見 材料整理及總結較為規(guī)范、全面！設計方案基本確定，建議論文撰寫、結構設計同步進行！進展較慢！ 指導教師(簽字)：XX 2017年03月16日 第 7 周 工作進展情況 圖紙問題較大，對諸多問題重新開始研究，對圖紙進行改動。 2017年04月17日 指導教師意見 方案合理，結構可行！裝配圖需要修改，按設計計劃進行，進展順利！ 指導教師(簽字)：XX 2017年05月15日 第 11 周 工作進展情況 完成論文，cad圖以及三維圖，修改各項細節(jié)，為論文答辯進行最后的 準備。 2017年05月15日 指導教師意見 設計按計劃進行，視圖及三維圖皆已完成，還有部分細節(jié)需要修改！論文處于收尾階段！ 指導教師(簽字)：XX 2017年05月18日 第周 工作進展情況 年 月 日 指導教師意見 指導教師(簽字)： 年 月 日 過程管理評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 2 遵守紀律 自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 2 開題報告 內容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 3 過程管理評分合計 11 過程管 理評語 XX同學在整個畢業(yè)設計過程中態(tài)度認真誠懇，對每種觀點 、理論能追本求源；對于設計中涉及到的各種知識都積極主動尋求多種方式進行學習，刻苦努力，作風嚴謹。設計中基本能自覺遵守學校有關規(guī)定，除了能積極響應指導教師的響應外，能主動以 QQ、微信、email及面談等方式聯(lián)系指導教師，與指導教師認真交流討論，虛心接受教師指導，并能認真做好筆記。該生開題報告符合規(guī)范要求，內容全面詳實。工作計劃制訂合理，能按時圓滿的完成各階段各項工作任務。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-22 指導教師評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 6 指導教師評分合計 14 指導教 師評語 該設計針對螺旋離心泵開展結構設計工作，選題符合機械設計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)方案要求，符合機械工程卓越工程師培養(yǎng)目標，有一定的的研究價值與實踐意義。該畢業(yè)設計工作深度、難度適宜。設計方案合理，過程分析全面，工藝安排適當，計算正確 ，較好地解決了現(xiàn)實生產(chǎn)生活工作中對該內容的需求。畢業(yè)設計共完成圖紙11張，說明書一份，畢業(yè)設計工作量滿足要求。圖紙基本符合國家標準要求，論文格式基本正確，書寫規(guī)范，條理清晰，語言流暢。英文摘要和外文翻譯能做到語言基本流暢，基本完整表達原文意思。該生具有一定的獨立工作能力，在設計過程中表現(xiàn)出對所學理論知識有較深入的理解。 同意該生參加畢業(yè)設計答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-27 評閱人評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 評閱人評分合計 15 評閱人 評語 XX同學畢業(yè)設計的題目是“螺旋離心泵結構設計”，包括大量計算和繪圖是機械設計專業(yè)畢業(yè)生典型設計題目之一，符合機械設計制造及其自動化專業(yè)學生培養(yǎng)目標的要求，有一定的難度和較強的實際意義，工作量飽和。該生能夠在規(guī)定時間內完成設計任務書規(guī)定的各項任務，設計說明書的重復率也滿足要求。從所提交的圖紙、說明書和外文翻譯所完成的質量看，該生對專業(yè)知識掌握基本全面，有一定的綜合運用能力和文獻檢索能力；該生具有一定的中文表達能力和使用計算機軟件繪制基本零件圖及裝配圖的能力 ；對外文文獻的翻譯能力還有待進一步鍛煉和提高。所提交的設計說明書符合規(guī)范要求，語句通順，層次清楚，內容較齊全。所繪制的裝配圖和零件圖數(shù)量充足，質量尚可，有細節(jié)錯誤已經(jīng)改正。對部分零件進行了三維實體建模。同意該生參加答辯。 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：XX日期：2017-05-23 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 螺旋離心泵結構設計 答辯時間：2017年05月24日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX(秘書) XX XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：1、用于輸送什么物料 回 答： 整個泵的設計以IS泵單級為基型，供吸送清水及物理化學性質類似于水不含固體顆粒的液體，廣泛適用于工農(nóng)業(yè)、排水 、消防供水等。 問題2：2、揚程的概念是什么？ 回 答： 離心泵的揚程又稱為泵的壓頭，是指單位重量流體經(jīng)泵所獲得的能量。泵的揚程大小取決于泵的結構(如葉輪直徑的大小 ，葉片的彎曲情況等、轉速。目前對泵的壓頭尚不能從理論上作出精確的計算，一般用實驗方法測定。 問題3：3、用什么類型的軸承？ 回 答： 選擇61309/P6型號的深溝球軸承（GB276-64）。尺寸：軸徑d = 45mm，D =100mm，B = 25mm 安裝尺寸：D1 =54 mm，D3=90mm 重量：0.83kg 使用11109/P6型號的雙列向心球面球軸承（GB281-64） 尺寸：軸徑 d = 45mm，D =100mm，B = 36mm 安裝尺寸：D1=55mm，D3=90mm 重量：1.25kg 問題4：4、動力是什么？ 回 答： 根據(jù)生活中的使用要求，因為螺旋離心泵在實際生產(chǎn)使用中常常需要在戶外進行作業(yè)，而在這種情況下一般不方便找到電源，因此為柴油機。轉速為n'=2200r/min ，泵的轉速為n=1450r/min ，所以傳動比為n'/n=2200/1450=1.52。 問題5：5、泵是干什么的？ 回 答： 螺旋離心泵在我們的日常生產(chǎn)生活以及研究中有著不可或缺的地位，如輸送混合有固體物質的液體，它是一種新型泵 ，相比起其他普通的泵，螺旋離心泵可以實現(xiàn)真正意義上的不堵塞，是一種不會堵塞的泵。所以其應用范圍之廣泛，有著重要的研究價值及意義。 問題6：6、水怎么進來，怎么出去？ 回 答： 螺旋離心泵中的主要過流部件：壓水室、葉輪和吸水室。吸水室處在最前方，它的作用是將輸送的物質吸入并送進葉輪中。吸水室之后是泵體，它將葉輪包裹在內。最后一部分為壓水室，它將從葉輪導出的輸送物收集起來，使其進入排出的管道。 問題7：7、機械密封在哪里？ 回 答： 為單軸封，位于軸直徑為70mm并位于泵蓋后端的位置。 記錄人： XX 2017年05月24日 答辯委員會評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 自述總結 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 9 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 9 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 9 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 9 答辯委員會評分合計 40 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度認真，能遵守各項紀律 ，表現(xiàn)良好。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析得當，解決問題方案實用，結論正確。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結構嚴謹，條理清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，規(guī)范化較好。 具有一定的獨立查閱文獻資料及外語應用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論準確。 答辯過程中，能夠簡明和正確地闡述論文的主要內容，思路清晰，論點基本正確；回答問題準確，有應變力；有較好的語言表達能力。 答辯成績： 40 答辯委員會主任： XX 2017年06月01日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 11 指導教師評分 14 評閱人評分 15 答辯委員會評分 40 總分 80 成績等級 B 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XXX院審核人簽章： XX 螺旋離心泵結構設計 目 錄 摘 要........................................................Ⅰ ABSTRACT........................................................Ⅱ 1 緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 螺旋離心泵概述 1 1.3 螺旋離心泵的國內外研究形狀 3 2 總體設計 5 2.1 設計要求 5 2.2 方案的確定 5 2.3 原動機的選擇 6 2.4 水力設計 7 3 主要零件的設計與選擇計算 8 3.1 葉輪設計 8 3.2 泵軸的設計 16 3.2 壓水室的設計 17 3.4 主要通用零部件的選擇 19 4 主要零件的強度計算 21 4.1 泵體的強度計算 21 4.2 葉輪強度計算 21 4.3 泵軸的強度校核 22 4.4 鍵的校核 23 4.5 軸承的校核 24 5 三維建模 25 6 環(huán)保分析 28 總結 29 參 考 文 獻 30 附錄 1：外文原文 32 附錄 2：外文翻譯 36 致謝 40 摘 要 螺旋離心泵在國民的生產(chǎn)與生活中有著廣泛的應用以及重要的意義，它涉及于國民經(jīng)濟的方方面面，如：漁業(yè)、排水、制糖、冶金等等。 采取固液兩種狀態(tài)的流體的相關研究對葉輪等重要部分進行了水力設計。整篇文章始于結構的相關構造，分別進行了葉片、壓水室、進水室的設計，重要零件的選擇以及離心泵主要構件的強度計算。設計過程中充分考慮實際生產(chǎn)使用中所可能出現(xiàn)的問題， 后根據(jù)問題對各零件的位置、形狀及結構進行合理的設計。 本文設計的螺旋離心泵可以實現(xiàn)固液兩種狀態(tài)的流體的運輸。與其他類型的泵相比， 其功率曲線平坦;良好的調節(jié)性能;泵的吸入性能好;具有優(yōu)良的抗汽蝕性能;還可輸送油 水混合物而不致乳化等優(yōu)點，可以廣泛運用到現(xiàn)代化生產(chǎn)中去。首先，通過對螺旋離心 泵的現(xiàn)況及類型原理進行了分析并擬定設計方案；接著，對主要零件包括，葉輪、泵殼、 泵軸和通用件等進行了設計與選擇計算；然后，對主要零部件的強度進行了校核；最后， 繪制系統(tǒng) 2D 裝配圖和主要零件圖并進行 3D 造型設計。 關鍵詞 固液兩相流體;螺旋離心泵;結構設計;葉輪 II ABSTRACT Screw centrifugal pump in the national production and life has been widely used and important sense, it involves all aspects of our national economy, such as: fishing, drainage, sugar, metallurgy and so on. Take the solid-liquid two states of fluid related research on the important parts such as impeller hydraulic design.Entire article begins with the structure of the related structure, separately carried on the blade, the pressurized water chamber, the design of the inlet chamber, the choice of important parts and the strength calculation of centrifugal pump main components.Design process fully consider the possible problems in the use of actual production, according to the problems on the parts after the location, shape and structure of reasonable design. In this paper, design of screw centrifugal pump can realize solid-liquid two status of transportation of the fluid.Compared with other types of pump, the power curve flat;Good regulation performance;Pump inhalation can be good;It has excellent resistance to cavitation performance;Can also transport oil-water mixture without emulsification etc, and can be widely used in the modern production. First of all, through the analysis of the current situation and type of the screw centrifugal pump, the design scheme is proposed. Then, the main parts include the design and selection of the main parts, such as impeller, pump casing, pump shaft and general parts, and then check the strength of the main parts. Finally, the 2D assembly drawings and the main parts of the system are designed. Key words: Solid - liquid two - phase fluid; spiral centrifugal pump; structural design; impelle 螺旋離心泵結構設計 1 緒論 1.1 研究背景及意義 螺旋離心泵在我們的日常生產(chǎn)生活以及研究中有著不可或缺的地位，如輸送混合有固體物質的液體，它是一種新型泵，相比起其他普通的泵，螺旋離心泵可以實現(xiàn)真正意義上的不堵塞，是一種不會堵塞的泵。所以其應用范圍之廣泛，有著重要的研究價值及意義。 一般的無堵塞離心泵在運輸纖維狀的物質時，纖維狀的物質常常會因為附著在葉輪的葉片上而導致阻塞，造成運輸故障。而螺旋離心泵因為有螺旋形狀的葉輪則不會有這一情況，這樣的葉輪會使各種輸送物避免在進出口造成堵塞并且順利通過，從而避免了許多機械故障。另外，螺旋離心泵在輸送固體物質時，完全可以避免撞擊泵內的任何部位，從而避免了損傷。既可以保證輸送的物質不被破壞，保持原來的物理狀態(tài)，又可以有效的保護其內部不因為各種物質的撞擊而遭到破壞。能夠低成本平穩(wěn)運行、擁有高自吸能力、無過載區(qū)域及有著小巧的結構。 因為生產(chǎn)要求的增高，泵的運送領域越發(fā)的廣，如：泥漿、灰渣礦石、糧食、紙漿等等。輸送這類物質要求了泵的許多特性，如無堵塞與耐磨損特性。普通的離心泵與螺旋泵相聯(lián)合產(chǎn)生了螺旋離心泵,它可以廣泛運用于各種各樣的建設中去,輸送含有大量固態(tài)物體的流體。它的開式葉輪中有一到兩片螺旋形葉片可以防止堵塞，讓填充物順利流動。 螺旋離心泵的設計生產(chǎn)在我國開始較晚，與歐洲等國家相比有一些距離。我國第一臺螺旋離心泵 LLB 型螺旋離心泵直到上世紀八十年代才完成制作。即使如此，經(jīng)過眾多專家的努力，各種新產(chǎn)品已經(jīng)研發(fā)成功，廣泛地被運用到了生產(chǎn)生活中。 1.2 螺旋離心泵概述 1.2.1 結構特點及工作原理 圖中所示即為基本結構。在生產(chǎn)工作中，葉輪的螺旋形狀做到了容積泵的作用，將進入吸入室中的輸送物沿路徑送入離心的部門，最后再進行排出，起到了輸送的作用。螺旋離心泵相比起普通的泵有著許多的優(yōu)點，比如：螺旋離心泵的效率相對其他的要高、腐蝕沒有那么嚴重所以他的使用壽命相對較長、對于固液兩相流體，螺旋離心泵不易造成堵塞、能夠柔和輸送介質從而保護介質的各項性能不被破壞等等。 - 9 - 圖 1.1 螺旋離心泵結構 螺旋離心泵的優(yōu)點： （1）無堵塞性能好； （2）無損性能好； （3）效率高，而且高效區(qū)寬廣； （4）功率曲線平坦； （5）良好的調節(jié)性能； （6）泵的吸入性能好； （7）具有優(yōu)良的抗氣蝕性能； （8）腐蝕小，過流部件壽命長； （9）理想的抗噪特性。 特性： （1）無堵塞性能 （2）柔和輸送介質：這一優(yōu)點適用在以下領域：運送容易受到損害的物體，使其可以保留原有的狀態(tài)，避免它的物理性質遭到破壞。懸浮的纖維，不會被擰絞或纏繞。 （3）運行曲線較為完美：功率曲線平穩(wěn)，整個泵沒有超過載荷的地方；轉速很快， 體積較?。恍瘦^高，其運行所需要的花費較低；能夠平穩(wěn)安全的作業(yè)。 （4）高固含量介質處理能力。 1.2.2 螺旋離心泵的主要零部件 螺旋離心泵中的主要過流部件：壓水室、葉輪和吸水室。 吸水室處在最前方，它的作用是將輸送的物質吸入并送進葉輪中。并且吸水室有三種不同的形式。 螺旋離心泵結構設計 吸水室之后是泵體，它將葉輪包裹在內，這一部分也是整個泵的最重要的部分，由葉片及泵蓋組成。 最后一部分為壓水室，它將從葉輪導出的輸送物收集起來，使其進入排出的管道。泵的類型： （1）積式泵 （2）葉片式泵（動力式泵） （3）其它類型泵 1.3 國內與國外的研究現(xiàn)狀 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 總體來看，對比國內，國外對螺旋離心泵的研究，很明顯國外對其的研究開始的較早，相關成果較多。從相關各類文獻資料及相關報道可以看出，日本及歐美地區(qū)對于螺旋離心泵的研究較多，并進行了各種各樣大量的實驗。所形成的研究體系較為健全，對螺旋離心泵的各項指標均有研究。相比之下，國內所做的研究較少，體系不夠完整。但通過近幾年的眾多學者的研究，國內對螺旋離心泵的研究逐步加深，可見其逐步追趕上了其他發(fā)達國家的研究的水平。 田中和博等人將螺旋離心泵的外殼制成透明的以便對其進行觀察研究，并且用其輸送粘度很高的物質，最后他發(fā)現(xiàn)里面許多地方都出現(xiàn)了大量的回流的現(xiàn)象。 峰村等人為了對內部流動進行了三維的計算而使用有限元的方法,并且研究出了氣泡等物質在泵內的情況。 螺旋離心泵的蝸殼與葉輪的相互作用的問題被韓海、田中等人加以考慮，他們對蝸殼與葉輪的內部的流動通過有限體積的方法進行了數(shù)值的模擬，最終研究出采用數(shù)值的方法的結果與實際結果更為相同。 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀 將近 21 世紀的時候，國內才對螺旋離心泵開展了研究工作，相比其他國家，其研究時間較短，任務較重。 郭天恩等針對同樣型號的螺旋離心泵的可通行及各項性能指標進行了實驗研究，得出了對該型號的螺旋離心泵的改進措施以及優(yōu)缺點。趙天成等人為固體與液體同時流動的物質的最小速度總結出了確定的規(guī)則，總結出了輸送固體與液體同時流動的物質的泵在最經(jīng)濟的情況下的最佳濃度范圍。榮生與關醒凡對如何確定螺旋離心泵的相關幾何參數(shù)制作出了一系列的相關算法，為以后的生產(chǎn)設計做出了巨大的貢獻，方便了設計研究。不但如此，他們還用其他的方法來對葉輪進行設計，大大幫助了產(chǎn)品的設計；陳宏勛與 朱榮生認為與一般的離心泵一樣，葉輪是整個設計的最重要的部分，并且設計中的重中之重則是確定其結構的參數(shù)與性能的參數(shù)之間的確定關系，他們使用了幾種方式對其進行了確定，并在此基礎上提出這些結構參數(shù)的確定方法；劉自貴及其他幾位研究人員對國外的相關研究情況與他們所做出的相關結果進行了介紹，設計出了實用的方法；陳仰吾通過對 80LLW 型的螺旋離心泵吸水室，排水室等多部位的實驗結果進行了研究，總結歸納出了關于螺旋離心泵內部的流動特征。王家斌等人對該種泵如何實現(xiàn)靜平衡進行了介紹，通過實踐也證明了在哪種階段實用該方法最為簡單有效。 2 總體設計 2.1 設計要求 螺旋離心泵的主要參數(shù)如下： （1）出口：80mm； （2）入口：125mm； （3）流量：90m3/h； （4）揚程：H=15m； （5）轉速：1450r/min； （6）軸功率：6.33kW。 2.2 方案的確定 主要方案： （1）設計上以國際標準的 IS 泵為基型 （2）采用單級單吸懸臂臥式結構； （3）葉片為空間對數(shù)螺旋線的線型； （4）裝有三維螺旋葉片的葉輪。 結構上主要有三大部分組成： 泵頭 泵頭分為： （1）泵體 （2）泵蓋 且葉輪的直徑比前蓋板與后蓋板的直徑都要小，其主體為具有三維螺旋葉片的葉輪。其后蓋板的背葉片可以降低泄漏率，增長其的使用期限。 軸封 填料型，因為其具有以下優(yōu)點： （1） 維修方便 （2） 結構簡單 缺點：需要配備軸封水和供應該物質的泵。傳動 組成包括： （1） 托架 （2） 軸承組件 傳動的功率不一致而選擇單列向心圓錐軸承，并且兩邊有端蓋用來密封，并且安裝密封圈來防止各種污染物進入軸承中，采用干油來潤滑，通過多項措施來保證軸承的安全運行以及較長的使用壽命。 2.3 原動機的選擇 根據(jù)生活中的使用要求，因為螺旋離心泵在實際生產(chǎn)使用中常常需要在戶外進行作業(yè)，而在這種情況下一般不方便找到電源，因此為柴油機。轉速為n￠ = 2200 r / min ，泵 的轉速為n = 1450 r / min ，所以傳動比為n￠ / n = 2200 /1450 = 1.52 。 泵輸出功率：Ne = Sm QH m 367  （2.1） 2.65 ′103 ′ 90 ′15 = 367 = 7.5KW 泵輸入功率: N = Ne h  （2.2） = 7.5 0.65 = 11.54 KW 柴油機功率：N = N 0 h  （2.3） 1 = 11.54 0.96 = 12.02 KW （上面各式中， S m 為介質密度；H m 為揚程； Q 為流量；h 為泵的效率；h1 為V 帶的傳動效率） 綜上所述： 選擇柴油機 轉速為n￠ = 2200 r / min 功率為12 KW 2.4 水力設計 比轉數(shù)： ns = （2.4） 故： ns = 沉降層速度： vSB = FL = 115.244  （2.5） =1.38 = 2 . 8 4 m 入口速度： v1 = Q = A 90 3.14 ′ 0.052  （2.6） 出口速度： = 2 . 8 3 m v2 = v1 = 2.83(m / s) Q v1 = v2 3 vSB 因此 此設計部分滿足要求。進口直徑： DS = 125mm (標準) 出口直徑： Dd = 80mm （標準） (上面各式中， Q 為流量； n 為轉速； H 為揚程；) 3 零件的設計與計算 3.1 葉輪設計 目前渣漿泵葉輪葉片型線設計中，比較廣泛地采用對數(shù)螺旋線。本次的葉輪設計是以勞學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)進行的設計，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。 3.1.1 葉輪主要參數(shù)的確定 （1） 最大外徑 圖 3.1 葉輪軸面投影圖 2 max s q2 max D ：D = k (n / 100) -0.168 ′ D （3.1） Dq = = 0.0 2 k = 10 ~ 12.5 D2 m a = k ′ (115.244 /100)-0.168 ′ 0.025 = 0.238 ~ 0.298m 則 D2 max = 260 mm 螺旋離心泵結構設計 （2）出口寬度b2 ： b = ns  0.53 3 ′ 115.244  0.53 2 3 ′ ( ) 100 ′ Dq = ( ) 100 ′ 0.025 = 80.86mm 則 b2 = 80mm （3）出口直徑 D1 ： 又知：  K1 = 3.5～6.5  （3.2） D1 = K1 ′ = 0.7 3 6~ 0.1 6 m1 則 D1 = 80mm （4）輪轂直徑d h ： d3 = 19.96 + 0.07 × n = 28mm  （3.3） （5）軸向長度 L： (1.24 + 0.23 ′ ns 100 ) ′ r2 max =（1.24 + 0.23 ′ 115.244）′130 = 159.66mm 100  （3.4） 則 L = 195mm （6）輪緣側圓弧半徑 R1 ： R1 52.28+0.91 ′ ns  （3.5） 則： R1 = 160mm （7）輪轂側圓弧半徑 R2 ： R2 = 73.4 + 1.29 ′ ns =222.1 （3.6） 則 R2 = 220mm （8）輪轂側圓弧半徑 R3 ： R3 = 60 ~ 90mm - 12 - 則 R3 = 70mm （9）輪緣側葉片傾角a 1 ： a 1 ′ ns a 1 =45.53 o  （3.7） 則 a 1 = 45° o （10）輪轂側葉片傾角a 2 ： a 2 =57.1-0.1 ′ ns =45.59 o （3.8） 則a 2 = 45° （11）出口傾角a 3 ： a 3 =7.79 ′ ln ns - 24.03 =7.79 ′ ln 115.244 - 24.03 =12.96o （3.9） 則a 3 = 13° （12）出口最小直徑 D2 min ： D2 min = D2 max - 2b2 tga 3 =189.46 （3.10） 則 D2 min =190mm （13）各段軸向長度 L1～ L4 ： L1=（0.05～0.08）L=7.75~15.6（作圖在范圍內）取 L1=8.59（mm） L2=（0.2～0.4）L=39～78 取 L2 =60（mm） L3 =（0.6～0.8）L=117~156 取 L3=140（mm） 螺旋離心泵結構設計 （14）側葉片出口安放角b 2sh ： 2sh b = tg -1 u （3.11）  2sh  V2m (1 - K sh ) V2m = K 2m × K = 0.0 4 8′ ( ns )0.2 = 0.0 4 9 3 2m 1 0 0 u2sh = pD2 max × n / 60 = 3.14 ′ 260 ′1450 / 60 K sh n s = 0.8 2 (6 ) -0.177 = 0.8 0 5 則b = tg -1 0.04938 ′ 1 0 0 2 ′ 9.8 ′13 =11.60 o 2sh 19.7297 ′ (1 - 0.8055) （15）側葉片出口安放角 b = tg -1 b 2hu ： V2m  （3.12） 2hu u2hu (1 - K hu ) u = pD2 min × n = 3.14 ′190 ′1450 2uh K hu 60 = 0.848( ns 100 60 ) -0.164 則： b = tg -1 0.04938 × 2 ′ 9.8 ′13 2hu 14.42 ′ (1 - 0.789) （16）進口安放角b1sh , b1hu ： b1sh = 12 o ～18o 取b1sh = 15o b1hu = 60 o ～75o 取b1hu = 65o （17）出口葉片包角 jex ： jex = 156.59（ ns 100 ) -0.43 =147.68 （3.13） 取 jex = 150 o （18）輪緣螺線起點處圓弧半徑 R0 ： R0 =0.63 ns - 4.17 =0=68.44 則 ： R0 = 70mm （19）輪轂側葉片包角j hu ： j hu = 821.17 - 1.42 ns =657.525 o （3.14） 則 j hu =658 o （20）側葉片包角j sh ： j sh = 652 - 1.02  ns = 534.451  （3.15） 則 （21）葉輪曲面螺線 j sh =535 o （a） a1a2 曲面螺線： 公式： r = (1 ± bq )r0 z = (1 ± bq )z0 (z0 , r0 )為a1點坐標(115,130) 根據(jù)邊界條件，以o￠點為坐標原點得  a1a2 空間曲線方程為：  （3.16） r = 130（1 - 0.00163 θ） z = 1 1（51 - 0.0 0 1 6θ3） θ = 0o ～135 o (θ =135 o時, r = 101.34  z = 86.34 ) (b) a2 a3 空間曲線螺線: q a 2 和q a3 為兩端點所相應的螺線轉角，在a2 a3 上用一個點 p(z, r) 且轉角為q ， 則三者可相互建立起關系，且關系如下： - 14 - Z = Z - Z z 2 - Z a3 (q - q ) q - q a 2 a 2 a 2 a3 （3.17） r = (R + D1 ) - 2 以o￠點為坐標原點得  a2 a3 空間曲線方程為： Z = 1 1 .54 8- 0.2 1 q6 r = 2 0 .62 4- （c） a1b1 曲面螺線方程： Z = 115 - q × 80 150 r = 130 + q × 80 × tg12o 150  q = 1 3 5o ～5 3 5o q = 0o ～ - 1 5 0o  （3.18） （3.19） （d） b1b2 曲面螺線方程： Z = 169.23 - 0.172q r = 146.81 - 4900 - (Z - 186.41) 2 q = -150 o ～ - 100 o （3.20） （e） b2 b3 曲面螺線方程： r = 99.8[1 - 0.006q ] Z = 186.41[1 - 0.0 0 q6]  q = -100 o ～86 o  （3.21） （f） b3b4 曲面螺線方程： Z = 150.85 - 0.184q r = 229.31 - 48400 - (Z - 55) 2 q = 86 o ～5 2 0o （3.22） 表 3.1 輪緣側曲面螺線（部分）值 表 3.2 出口段螺線（部分）值 表 3.3 輪轂側曲面螺線（部分）值 （22）葉片螺線平面圖 由上述結果，可繪制葉片螺線。 總有 16 軸面，其兩兩的夾角為 °。當Z = 0 時，葉片在平面上的投影如圖： 圖 3.2 空間螺線在平面上的投影圖 （23）厚度計算 采用鑄造的方法，對于鑄鐵葉輪，最薄處應該為 毫米。材料選用 MT-4，葉片的厚度（ ）： - 19 - S = KD2 m a 5 ′ 0.26 ′ + 1 + 1 = 5.687 （3.23） S = 6mm (上述式中，D2 max 為葉輪的外徑；K 為經(jīng)驗系數(shù)且可查的為 5；Z 為葉片的數(shù)量為 1；H 位揚程) 3.1.2 背葉片的設計 被葉片的幾何參數(shù)正是由它的減壓的程度所決定的。其減壓后所剩余的壓頭 H SR 可由下列公式求出： H = H - 1 ( n ) 2[(D 2 2 max - D 2 R ) + ( S2 + 2t ) 2 (D 2 R - D 2 S )]  （3.24） SR d 286 1000 S2 + t 因此： ′13 - 1 1450)2[(262 -192 ) + (5 + 2 ′1 2 ′ (192 - 82 )] H SR （ ）  286 ( 1000 5 +1 ) H SR  （ ） 減壓以后所剩的壓頭 ，則剩下的壓頭為 。 （上述式中， n 為轉速且為1450 r / min ； H d 為泵腔的壓頭的米數(shù)且 H 0 = 0.15H 、 H d = (1 + 0.15)H ； D2 max 為葉輪的外徑且 D2 max = 27cm ； S 2 為背葉片的寬度； DR 為背 葉片的外徑且 DR = D2 min = 19cm ； DS 為背葉片的內徑； t 為渦室與背葉片之間的間隙） 3.2 泵軸的設計 （1）P2 為泵軸的功率、T2 為轉矩、n2 為轉速 P2 = 6.33kw ， n2 = 1450 r / min ， T2 = 445.14 N × mm （2）確定軸的最小直徑 P 由d 3 C × 3 可得出。 n 45 鋼作為材料，并調質處理。取C = 112 ，則： d3 3 112′ = 30.5mm  （3.25） 聯(lián)軸器的計算轉矩Tca = K A ×T2 ，取 K A = 1.05 。 Tca = K A × T3 = 1.1′ 451.41 = 496.6N × m 型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為630 N / m 。半聯(lián)軸器的孔徑為32mm ，取 d1 = 32mm ，長度為 L = 62mm ，與軸配合的長度 L1 = 60mm 。 （3）軸各段直徑和長度 （a）軸段的左端需制作出軸肩來滿足定位的要求，h > 0.07d ，h = 3則d2 = 40mm 、 L2 = 37mm 。 (b)選用深溝球軸承。根據(jù)d2 = 40mm ，選取 0 基本游隙組，6308 的標準精度， d ′ D ′ T = 40mm ′ 80mm ′18 ， d2 = d4 = 40mm ，因為還需要有檔油環(huán)，l4=73mm 4 ，軸肩定位，軸肩的高度為h > 0.07d ，取h = 3.5 ，綜上，取d = 48mm 。 (c)安裝葉輪處的軸的直徑d5 = 35mm ；取l5 = 138mm 。左端通過軸套進行定位，右端使用軸肩定位。 （4）軸上零件的周向定位鍵： 聯(lián)接聯(lián)軸器b ′ h ′ l = 10mm ′ 8mm ′ 70mm 聯(lián)接圓柱葉輪b ′ h ′ l = 10mm ′ 8mm ′ 90mm 3.3 壓水室的設計 3.3.1 渦形體各個斷面面積中的平均速度v3 v3 = k3  (3.26) n ， 則 ； H = 15m s 。 v3 ， 取 v3 隔舌安放角為ψ °，6 個斷面，各處的流量為： q = a 360  Q = 20  (3.27) j Ff = j 1 3.3.2 舌角a3 atg -1 vm3 (3.28) a3 a2 vu 2  (3.29) vu 2 = gH t u2  (3.30) a3 a2 tg -1 vm3 vu 2 = 38° b3 ； b2  （ 渦 形 體 的 寬 ） （3.31） b 實際 3 3.3.3 基圓直徑 D3 基圓直徑： D3 = (1.03 - 1.08)D2 = 350 - 367.2mm 實際： D3 = 360 mm  （3.32） 3.3.4 葉片厚度的確定 x < 0.4 D1 x < 0.4 200 x < 80 x D 的數(shù)值越低越好，則 x = 20mm 1 l = 90o b = 40o e = 20 e = 24 70 s = d  e = 20  （3.33） Su = s cos b = 4 cos 40o = 5.2 （3.34） S ' = d = d m cosj =?(3.35) Sr = Sm sin e = 1.8 mm (3.36) （上式中，e 為軸面流線與水平的夾角；Sm 為軸面的垂直方向上的厚度；Su 為圓周的厚度；Sr 為徑向上的厚度） 3.4 主要通用零部件的選擇 3.4.1 軸封結構的選擇 S = (1.4 - 1.8) = 10mm （3.37） 當液體壓力 P ￡ 10MPa 時 H = (5 - 7)S = 60mm （3.38） h =（6 - 3）S = 60mm b =（1 - 0..5）S = 8mm （3.39） （3.40） d = (0.8 ~ 1.0)d ￠=9 mm （3.41） 取d = 7mm 3.4.2 軸承部件的選擇 滾動軸承的優(yōu)點： （1） 軸承磨損小 （2） 軸或轉子不會因軸承磨損而下沉過多 （3） 間隙小，能保證軸的對中性 （4） 維修方便 （5） 互換性好 （6） 啟動力矩小 （7） 磨損系數(shù)小滾動軸承的缺點： 擔負沖擊的能力較差容易產(chǎn)生噪音 安裝要求比較高。 總之，滾動軸承在各種機械中廣泛被使用。 在設計中，對于軸承的要求是必須能夠承受住徑向和軸向力的同時施壓，所以向心推力軸承是最適合的，最終選定單列圓錐滾子軸承。 想要軸承能夠正常工作，必須保證軸承的潤滑。常規(guī)的情況下，被輸送的介質在 0℃ 以下，轉速在 2900r/min 以下的泵，可以使用脂潤滑，此次設計的轉速為 ， 使用溫度為常溫，因此選用脂潤滑，并且選用鋰基潤滑脂 的 2 # 或 3 # 。 選擇 61309/P6 型號的深溝球軸承（GB276-64）。尺寸：軸徑 d = 45mm，D =100mm，B = 25mm 安裝尺寸：D1 =54 mm，D3=90mm 重量：0.83kg 使用 型號的雙列向心球面球軸承（ ） 尺寸：軸徑 d = 45mm，D =100mm，B = 36mm 安裝尺寸：D1=55mm，D3=90mm 重量：1.25kg 3.4.3 聯(lián)軸器的選擇 由于直徑為40mm 則使用用彈性套柱銷聯(lián)軸器，其各項參數(shù)為 - 29 - L = 112mm 、D = 160mm 、A = 45mm ，重10.36kg 。 4 主要零件的強度計算 4.1 泵體的強度計算 渦室在離心泵中，是一個比較大的零件，并且要受到液體的巨大壓力。因此，它必須具有足夠的剛度與強度。 S = Scg × H [s ]  （4.1） s S = 1545 + 0.0084n + 7.2 = 1545 + 0.0084 ′115.244 + 7.2 =21.57 n cg s  115.244 S= 21.57 ′ ′ 15 200 =0.58cm 選用MT - 4 ，壁厚為8mm （上述式中，[s ] 為許用應力， S 為渦室的厚度； Scg 為渦室的當量壁厚） 4.2 葉輪強度計算 4.2.1 蓋板強度計算 蓋板所受力越大，該部位的半徑就應該越小。 2 d = 0.825 pu 2 ￡ [d ]  （4.2） d = d ér w 2 (D2 - D2 )ù x 2 eê ? 1 2 1 ú 2[d ]′ 4 ?  （4.3） 式中：r 為材料的寬度；[d ]為許用應力， 銅的[d ]= 選取 ZG1Cr13，d s = 392266 KPa。 d s 3 - 4 ；d s 為材料的屈服極限； a d = 0.825′ 7800′18.92 = 2299 < [d ]= (130755 - 98066)kp d = ′ é7800′1522 ′ (0.2482 - 0.22 )ù x 0.05 2.71828ê ? 2′ 98066′ 4 ú ? 4.2.2 葉片厚度計算 s = AD  （4.4） 式中：H 為單級揚程；Z 為葉片數(shù)；D2 為葉片外徑；A 是系數(shù) S=5 ′ 0.248 ′ S = 5 ′ = 3.4mm S=4mm。 4.2.3 輪轂強度計算 F = p (D 4 1  - Dh  )rgkHi  （4.5） DD = d D E C  （4.6） 式中：E 為彈性模數(shù)，鑄鐵 E=1.3′106 ，鑄銅 E=1.75 ′106 ，銅 E=1.1′106 ； d = 10 4 rm u g 2 2 = 104 ′ 0.0078 ′ 9.8 (p ′  0.284 ′ 1450)2 = 60  3696.56 = 37 MPa 因d < [d ] 故在n = 1450 時葉輪蓋板是安全的。 DD = d D E s = 37 1.75 ′106 ′ 66 = 0.014 mm DD < D min 4.3 泵軸的強度校核 4.3.1 泵軸的強度計算當量彎矩M dx M dx = （4.7） 一般情況下a = 0.57 ~ 0.61 。故a = 0.6 。 M dx = = 37.1  （4.8） d = M dx 0.1d 3 = 407 mm （4.9） 得軸符合安全 4.3.2 泵軸的剛度校核 細長比： d / l > 1.0 -1.5 d / l = 1.35 。 聯(lián)軸器： d = 40mm, L = 112 mm，D = 130 mm 螺栓有n = 4 個，重m = 7.29kg ，直徑M10 ，L0=229mm，轉動慣量0.043 。 4.4 鍵的校核 4.4.1 鍵的選擇  M = 47.88N / m d = 40mm  （4.10） 鍵： b ′ h = 12 ′ 8 深度：鍵l = 50mm ，轂t = 3.3+0.2 ，軸t = 5.0+0.2 1 0 0 4.4.2 鍵聯(lián)接強度計算剪切應力： t = M 0.5dbl 安全 = 339 N·m （4.11） 擠壓應力 d p = M 0.25dbl = 1197 N·m （4.12） 可用的擠壓應力[d ]p = 1500 ~ 1600 N / m d p < [d ]p  ，安全。 剪切應力： M ￡ 0.5dbl[t ] 45 號鋼的鍵取[t ]=600N·m。擠壓應力 M ￡ 0.25dhl[d ]p [d ]p =1500-1600 N·m。 4.5 軸承的校核  （4.13） （4.14） r or C = 75.2 ′103 N , C = 92 ′103 N, e = 0.42 Y = 1.4,Y0 = 0.8, N 0 = 4300r / min FrA = = = 1486 .2N FrB = = = 615 N 螺旋離心泵結構設計 附加軸向力： 圖 4.1 受力分析圖 FSA FSB = FrA 2Y = FrB 2Y = 1486.2 = 531N 2.8 = 615.2 = 219.7N 2.8 軸承軸向力： F = 2350N F + FSB = 2540.7N 3 FSA 故軸承 A 被壓緊， Fa1 = FSA = 531N Fa 2 = FSB + F = 2540.7N Fa1 = FrB 531 615.2 = 0.86 3 e.X B = 0.4 \ YB = 1.6 Fa 2 FrA = 2540.7 = 1.7 3 e.X 1486.2 A = 0.4 \ YA = 1.6 查表得 f d =1.2 當量動載荷： PA = f d ( X A FrA + YA Fa1 ) = 1.2 ′ (0.4 ′1086.2 + 1.6 ′ 531) = 1541N PB = f d ( X B FrB 軸承壽命： + YB Fa 2 ) = 1.2 ′ (0.4 ′ 615 + 1.6 ′ 2540.7) = 4311N L10h = 16670 n ( Cr ) = PB 16670 1450 0.8 ′ 73.2 ′103 ( 4311  ) = 17796.7h 工作年限為 17796.7 = 6.2年。 360 ′ 8 5 三維建模 三維建模采用 pro-e 軟件進行三維制圖。pro-e 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要行選擇使用。 以下為泵體主要部分： 圖 5.1 泵 體 圖 5.2 吸 水 室 圖 5.3 懸 架 圖 5.4 泵 蓋 圖 5.5 端 蓋 圖 5.6 機 械 密 封 以下為對整個泵的三維建模： 以下為各種連接件： 圖 5.6 裝配圖 圖 5.7 M20 圖 5.8 M12×35 圖 5.10 M12×25 圖 5.11 M10×10 圖 5.12 M8×20 螺旋離心泵結構設計 6 環(huán)保分析 隨著科技不斷地發(fā)展，生活水平雖然不斷改善，但環(huán)境問題越來越被更多地人所重視，世界各國也為環(huán)保制定出越來越嚴格的法律及措施。環(huán)保性能已經(jīng)成為各個行業(yè)的競爭指標之一。 螺旋離心泵離心泵的工作壽命較其他種類的泵來說要長許多，采用可調耐磨內襯:在磨損嚴重的應用情況下是一種理想選擇，當發(fā)生磨損之后，只需更換一個內襯即可，無須更換整個外殼不但經(jīng)濟方便，而且大大減低了更換率。 螺線離心泵在工作中會產(chǎn)生一定的噪音，但相對其他形式的泵來說，噪音相對較小。但為了進一步的減少噪音的大小，在使用前應該檢查各個零件是否安裝正確，有無偏移。并且檢查好連接件是否擰緊，然后再開始運作，這樣能在一定的程度上減少噪音的大小。 總 結 “螺旋離心泵的結構設計”介紹了一種高效、實用的設計方法。它采用實驗和現(xiàn)場運行性能指標都優(yōu)秀的設計方法和經(jīng)驗公式，本次設計我采用了勞學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)的設計方法，葉輪葉片型線為對數(shù)螺旋線。從而為設計性能優(yōu)秀的螺旋離心泵提供了保障。主要方案： 在本次的螺旋離心泵設計中，整體結構采用單級單吸懸臂臥式結構，葉片采用空間對數(shù)螺旋線的線型，葉輪為裝有三維螺旋葉片的葉輪。并分別對葉輪、泵軸、壓水室、主要的通用零部件進行了設計與選擇計算，并且對主要零件進行了強度的校核。完成了整體裝配圖與各個部件的 cad 圖以及用 pro-e 繪制的三維圖。 參 考 文 獻 [1] 丁成偉.離心泵與軸流泵原理與水力設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1981. 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