521 雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)
521 雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì),雙吸渣漿泵,設(shè)計(jì),機(jī)械,密封
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2007964221 姓名： 彭志勇 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 文美純 系主任： 周友行 一、 主要內(nèi)容及基本要求1、了解離心泵的工作原理； 2、了解離心泵機(jī)械密封的的工作原理，并完成設(shè)計(jì)； 3、設(shè)計(jì)并完成離心泵機(jī)械密封的圖紙折合成 A0 圖紙 1 張；A1 圖紙 2 張；A3 圖紙3 張；A4 圖紙 2 張； 4、說(shuō)明書(shū)，要求 8000 字以上；要求主要零部件設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程；5、外文翻譯，原文要求在 5000 字符以上，中文翻譯要求通順； aF二、 重點(diǎn)研究的問(wèn)題1、了解泵的工作原理； 2、了解機(jī)械密封的原理以及意義； 3、完成機(jī)械密封的尺寸設(shè)計(jì)。 三、 主要技術(shù)指標(biāo)1、渣漿泵流量 Q=162m3/h； 揚(yáng)程 H=78m； 2、轉(zhuǎn)速 n=2900r/min；比轉(zhuǎn)速 ns=60 3、機(jī)械密封泄漏量：10mm/h； 使用壽命： 1 年以上 四、 進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 明確論文題目,查閱資料 1~2 周2 查閱資料并確定軟件 3~4 周3 學(xué)習(xí)制圖軟件 5~6 周4 根據(jù)數(shù)據(jù)開(kāi)始畫(huà)圖 7~8 周5 根據(jù)數(shù)據(jù)開(kāi)始畫(huà)圖 9~10 周6 制圖完工并打印 10~11 周7 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11~12 周8 外文翻譯及答辯 13~14 周五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)「1」李鯉，吳兆山，姚黎明《機(jī)械密封的功率消耗試驗(yàn)及測(cè)量方法.潤(rùn)滑與密封》 ，2006「2」徐顴.《密封》 ，2005「3」顧永泉.《機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)》 ，2001「4」顧永泉.《機(jī)械端面密封》 ，1994「5」李體軒，侯寶霞。 《液化石油氣體注射泵的超高速高壓機(jī)械密封的開(kāi)發(fā)》[J]. 流體機(jī)械，1997「6」于偉千.深螺旋槽機(jī)械密封理論與性能試驗(yàn)研究:[碩士學(xué)位論文]，1999「7」E.邁爾.《機(jī)械密封》 ，1981「8」李寶彥，李云鵬，張建中等.《泵用機(jī)械密封端面摩擦的研究》[J].石油學(xué)報(bào)，1995「9」吳宗澤.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.北京:高等教育出版社，2001「10」關(guān)醒凡. 《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》北京：宇航出版社，1995湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)：2007964221 ____________姓 名：彭志勇 ________________指導(dǎo)教師：文美純(教授)___________完成日期：2011 年 06 月 03日_ 1雙吸渣漿泵設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)摘要：泵是應(yīng)用非常廣泛的通用機(jī)械，可以說(shuō)是液體流動(dòng)之處，幾乎都有泵在工作。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，泵的耗電量都約占全國(guó)總發(fā)電量的 1/5,可見(jiàn)泵是當(dāng)然的耗能大戶。因而,提高泵技術(shù)水平對(duì)節(jié)約能耗具有重要意義。離心式渣漿泵廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、冶金、電力、水利、交通等部門(mén)，主要進(jìn)行靜礦、尾礦、灰渣、泥沙等固體物料的水力輸送，但其過(guò)流部件的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，其主要破壞形式為過(guò)流部件洞穿和變形，過(guò)流部件的嚴(yán)重磨損，惡化了泵內(nèi)流動(dòng)特性及外特性，縮短了泵的實(shí)際使用壽命，使生產(chǎn)效率降低，加大耗能和設(shè)備的投資，進(jìn)而影響生產(chǎn)的發(fā)展。因此所設(shè)計(jì)的渣漿泵中采用多葉片數(shù)來(lái)減少單個(gè)葉片的磨損，適當(dāng)?shù)脑黾舆^(guò)流部件的厚度并采用高硬度的耐磨材料來(lái)來(lái)減小磨損，將葉輪入口的后蓋板設(shè)計(jì)為凸出的、由光滑圓弧組成的輪轂頭。采用機(jī)械端面密封使密封面緊密貼合，防止介質(zhì)泄漏，自動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了渣漿泵的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械密封設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:渣漿泵 機(jī)械密封 密封圈2Double suction slurry pump design and mechanical seal designAbstract:Pump is the most widely used general machinery,it can be said that any liquid flows,almost all of the pumps work,With the development of science and technology, pumping application areas are expanding rapidly,According to national statistics.Pump power consumption accounted for a fifth of the country,we can see that the pump is only natural consumption market.Pump technology will increase the level of energy conservation has a very important significance. The slurry pump is the extensive applying in the coal, mineral mountain, metallurgy, electrical, water conservancy, transportation and so on. It is main to proceed the water power of the static mineral, tail mineral, ash grain, sediment solid material transportation. But its very serious over the abrasion that flow the parts. Its main breakage form is over flow the parts penetrate with transformation. Over serious abrasion that flow the parts，it is worsening the pump inside flows characteristic and outside characteristics, shorting the actual service life of the pump and making production efficiency lower, enlarging consumes the investment of the equipments, and then affecting the development of the production. It adopt many leaf's number to reduce the single abrasion of leaf's slice for this designing slurry pump, also increased combines over the thickness that flow the parts the high degree of hardness in adoption bears to whet the material to come to let up the wear and tear, and empressed an entrance covers plank design as to bulge and smooth hubcap head . This design was detailed to introduce the total construction that slurry pump, the work principle designs with the construction and the mechanical seal.Key words: Slurry pump, Mechanical seal,Ring3第一章 概論第一節(jié) 渣漿泵的用途和類(lèi)型1、渣漿泵的用途渣漿泵可廣泛用于礦山，電力、冶金、煤炭、環(huán)保等行業(yè)輸送含有磨蝕性固體顆粒的漿體。如冶金選 渣漿泵礦廠礦漿輸送，火電廠水力除灰、洗煤廠煤漿及重介輸送，疏浚河道，河流清淤等。在化工產(chǎn)業(yè)，也可輸送一些含有結(jié)晶的腐蝕性漿體。目前，渣漿泵的應(yīng)用范圍中，80%左右都是用在礦山行業(yè)選礦廠。由于礦石初選工況較為惡劣，因此在這一工段，渣漿泵的使用壽命普遍較低。當(dāng)然，不同的礦石，磨蝕性也不一樣。在洗煤行業(yè)，由于工況不同，較大煤塊，煤矸石容易堵塞，對(duì)于渣漿泵的設(shè)計(jì)要求很高?；幢钡V務(wù)局下屬某洗煤廠 05 年采用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的、替代原來(lái)從澳大利亞進(jìn)口的渣漿泵，至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，輸送較大煤塊、煤矸石無(wú)堵塞，使用磨損壽命超過(guò)了國(guó)外進(jìn)口泵。在海水選砂領(lǐng)域，渣漿泵應(yīng)用也開(kāi)始逐漸被客戶認(rèn)可。但是在海水里選砂，河道里挖沙，渣漿泵更容易被稱(chēng)為砂泵，挖泥泵。盡管叫法不一，但是從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和泵的性能原理上來(lái)講，都可以通稱(chēng)為渣漿泵。因此在這海水選砂中我們經(jīng)常稱(chēng)為砂泵，在河道清淤里面習(xí)慣上叫挖泥泵。渣漿泵的用途雖然廣泛，但是正確的應(yīng)用是十分重要的。渣漿泵由于其名稱(chēng)本身的局限性使得一些非本行業(yè)的人對(duì)此產(chǎn)生誤解，事實(shí)上，泥漿泵，雜質(zhì)泵，挖泥泵，清淤泵，等都在渣漿泵的應(yīng)用范圍。在渣漿泵的應(yīng)用過(guò)程中，一定要注意合理的設(shè)計(jì)，正確的計(jì)算，合適的選型，這幾點(diǎn)非常重要。2、渣漿泵類(lèi)型渣漿泵從物理學(xué)原理上講屬于離心泵的一種，從概念上講指通過(guò)借助離心力（泵的葉輪的旋轉(zhuǎn)）的作用使固、液混合介質(zhì)能量增加的一種機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換成介質(zhì)的動(dòng)能和勢(shì)能的設(shè)備。渣漿泵的名稱(chēng)是從輸送介質(zhì)的角度來(lái)劃分的一種離心泵。另外渣漿泵從不同角度還可以具體劃分不同類(lèi)型：（1） 從葉輪數(shù)目劃分：?jiǎn)渭?jí)渣漿泵和多級(jí)渣漿泵（2） 從泵軸與水平面位置劃分：臥式渣漿泵和立式渣漿泵（3） 從葉輪吸入進(jìn)水的方式劃分：?jiǎn)挝鼭{泵和雙吸渣漿泵（4 ）從泵殼的結(jié)構(gòu)方式：水平中開(kāi)式和垂直結(jié)合式4本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇雙吸類(lèi)型的渣漿泵。第二節(jié) 渣漿泵的密封渣漿泵的密封有三種形式：填料密封，付葉輪密封，機(jī)械密封。三種密封形式各有優(yōu)劣勢(shì)。首先填料密封，是最普通的一種密封，是通過(guò)注入軸封水的形式，不斷在填料里面注入一定壓力水，一防止泵體漿體外泄：對(duì)于不適于用付葉輪軸封的多級(jí)串聯(lián)泵，采用填料軸封。填料軸封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格便宜。其次付葉輪密封，是通過(guò)一個(gè)反向離心力的葉輪作用力，防止?jié){體外泄。在泵進(jìn)口正壓力值不大于泵出口壓力值 10%時(shí)的單級(jí)泵或多級(jí)串聯(lián)泵的第一級(jí)泵可以采用付葉輪軸封，付葉輪軸封具有不需軸封水，不稀釋漿體，密封效果好等優(yōu)點(diǎn)。因此在漿體中不允許稀釋的情況下，可考慮此種密封。再次，機(jī)械密封，一般是對(duì)密封要求比較高的情況使用。特別是一些化工，食品領(lǐng)域，不僅要求密封，而且最主要是不允許加入額外成分進(jìn)入泵體。缺點(diǎn)就是，成本高，維修困難等。本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇機(jī)械密封作為渣漿泵的密封形式。本設(shè)計(jì)選定的基本參數(shù)：流量 Q=162m3/h； 揚(yáng)程 H=78m； 轉(zhuǎn)速 n=2900r/min； 比轉(zhuǎn)數(shù) ns=60。5第二章 渣漿泵基本原理第一節(jié) 泵的工作原理泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體能量的機(jī)器。泵用來(lái)增加液體的位能、壓能、動(dòng)能。原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體做功，使其能量增加，從而使需要數(shù)量的液體，由吸水池經(jīng)泵的過(guò)流部件輸送到要求的高度或要求壓力的地方。如下圖 1-1 所示,是簡(jiǎn)單的離心泵裝置。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將水從 A 處吸入泵內(nèi)，排送到 B 處。泵中起主導(dǎo)作用的是葉輪,葉輪中的葉片強(qiáng)迫液體旋轉(zhuǎn),液體在離心力作用下向四周甩出。這種情況和轉(zhuǎn)動(dòng)的雨傘上的水滴向四周甩出去的道理一樣。泵內(nèi)的液體甩出去后，新的液體在大氣壓力下進(jìn)入泵內(nèi),如此連續(xù)不斷地從 A 處向 B 處供水。泵在開(kāi)動(dòng)前，應(yīng)先灌滿水。如不灌滿水，葉輪只能帶動(dòng)空氣旋轉(zhuǎn),因空氣的單位體積的質(zhì)量很小，產(chǎn)生的離心力甚小，無(wú)力把泵內(nèi)和排水管路中的空氣排出，不能在泵內(nèi)造成一定的真空，水也就吸不上來(lái)。泵的底閥是為灌水用的，泵出口側(cè)的調(diào)節(jié)閥是用來(lái)調(diào)節(jié)流量的。6第二節(jié) 機(jī)械密封基本原理機(jī)械密封是由兩塊密封元件（靜環(huán)和動(dòng)環(huán)）垂直于軸的光滑而平直的表面相互貼合，并做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而構(gòu)成的密封裝置，如圖 2-1 所示。它是靠彈性構(gòu)件（如彈簧6）和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個(gè)端面緊密貼合，故又稱(chēng)端面密封。構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有：端面密封副（靜環(huán) 1 和動(dòng)環(huán) 2） 、彈性元件（如彈簧 4） 、輔助密封（如 O 型圈 8、9 和 10） 、傳動(dòng)件（如傳動(dòng)銷(xiāo) 3 和傳動(dòng)螺釘 7） 、防轉(zhuǎn)件（如防轉(zhuǎn)銷(xiāo) 11）和緊固件（如彈簧座 5、推環(huán) 13、壓蓋 12、緊定螺釘 6 與軸套 14） ，其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為泄漏點(diǎn)。7圖 2-2 機(jī)械密封原理圖第三章 渣漿泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié) 泵汽蝕余量的計(jì)算汽蝕余量對(duì)于泵的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和使用都是十分重要的汽蝕基本參數(shù)。設(shè)計(jì)泵時(shí)根據(jù)對(duì)汽蝕性能的要求設(shè)計(jì)泵,如果用戶給定了具體的使用條件,則設(shè)計(jì)泵的汽蝕余量必須小于按使用條件確定的裝置汽蝕余量 。欲提高泵的汽蝕性能,應(yīng)盡rNPSHaNPSH量減小 。泵試驗(yàn)時(shí),通過(guò)汽蝕試驗(yàn)驗(yàn)證 ,這是確定 唯一可靠的方法。r r rS它一方面可以驗(yàn)證泵是否達(dá)到設(shè)計(jì)的 值。另一方面,考慮一個(gè)安全余量,得到許r用汽蝕余量[ ],作為用戶確定幾何安裝高度的依據(jù).可見(jiàn),正確地理解和確定汽蝕S余量是十分重要的。為了深入理解汽蝕的概念,應(yīng)區(qū)分以下幾種汽蝕余量：1、 ——裝置汽蝕余量又叫有效的汽蝕余量。是由吸入裝置提供的, 越大aNPH aNPSH泵越不容易發(fā)生汽蝕。2、 ——泵汽蝕余量又叫必需的汽蝕余量,是規(guī)定泵要達(dá)到的汽蝕性能參數(shù), rS越小,泵的抗汽蝕性能越好。rP3、 ——試驗(yàn)汽蝕余量,是汽蝕試驗(yàn)時(shí)算出的值, 試驗(yàn)汽蝕余量有任意多個(gè),但對(duì)tNH應(yīng)泵性能下降一定值的試驗(yàn)汽蝕余量只有一個(gè),稱(chēng)為臨界汽蝕余量,用表示。cS4、 ——許用汽蝕余量,這是確定泵使用條件(如安裝高度)用的汽蝕余量,它應(yīng)??P大于臨界汽蝕余量,以保證泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕,通常取 =??NPSH或 = +k, k 是安全值。??cNPSH5.1~??cNPSH這些汽蝕余量有如下關(guān)系: arc ??泵汽蝕余量的計(jì)算:HNPSr???HNPSr??式中: ——托馬汽蝕系數(shù)；8——泵最高效率點(diǎn)下的泵單級(jí)揚(yáng)程；H——最高效率點(diǎn)下的泵汽蝕余量。rNPS根據(jù)【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。 】 查圖 4-7取 =0.035，所以 。?73.2805.???Hr?第二節(jié) 泵的基本參數(shù)的確定1、 確定泵的進(jìn)口直徑泵進(jìn)口直徑也叫泵吸入口徑,是指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑。吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。泵的進(jìn)口流速一般為 3m/s 左右，從制造經(jīng)濟(jì)行考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵體積，提高過(guò)流能力。從提高抗汽蝕性能考慮，應(yīng)取較大的進(jìn)口直徑，以減小流速。常用的泵吸入口徑，流量和流速的關(guān)系如圖所示。對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于 250mm 時(shí)，可取吸入口徑流速 ，在吸入口徑大于smVs/8.1~0?250mm 時(shí)，可取 。選定吸入流速后，按下式確定 ,在該設(shè)計(jì)中，雙smVs/2.~41? D吸離心式渣漿泵： ssVQD?4?吸入口徑（mm）40 50 65 80 100 150 200 250流速（m/s）1.375 1.77 2.1 2.76 3.53 2.83 2.65 2.83單級(jí)泵 流量（m 3/h）6.25 12.5 25 50 100 180 300 500注：此表取自【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。 】取吸入口流速 ，代入公式得：sVs/?mQDss 1382.0364???取泵的吸入口徑為 150mm。2、確定泵的出口直徑泵出口直徑也叫泵排出口徑，是指泵排出法蘭處管的的內(nèi)徑。對(duì)于低揚(yáng)程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減小泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于吸入口徑，一般取9sdD)7.0~1(?式中： ——泵的排出口徑——泵的吸入口徑s根據(jù)該泵的特性，由于該泵的流量大，考慮排水管路的經(jīng)濟(jì)性 mSd 1057.0. ???取 。mD13、泵轉(zhuǎn)速的確定 確定泵轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮以下因素：（1）泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；（2）轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)該和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來(lái)確定；（3）確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種類(lèi)（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)等）和傳動(dòng)裝置（皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、液力偶合器傳動(dòng)等） ；（4）轉(zhuǎn)速增高，過(guò)流部件的磨損加快，機(jī)組的振動(dòng)、噪聲變大；（5）提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式4326.5rNPSHQnC?式中： ——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）n——泵流量（m 3/s）雙吸泵取Q2可知：轉(zhuǎn)速 和汽蝕基本參數(shù) 及 有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將發(fā)生rSC汽蝕。對(duì)既定得泵汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù) 值為定值，轉(zhuǎn)速增加，流量增加，則 增加，當(dāng)rNPSH該值大于裝置汽蝕余量 時(shí)，泵將發(fā)生汽蝕。aNPH選 , ，150?C73.2?rSsmQ/045.3則 in79.6.51.43 rn???根據(jù)汽蝕要求，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 ，而實(shí)際轉(zhuǎn)速為i/3min/290r4、估算泵的效率（1）水力效率 水力效率 按下式計(jì)算h?h10，式中： ——泵流%86.02362901lg835.01lg0835.1 ???????nQh? Q量（m 3/s）雙吸泵取 2——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）（2）容積效率 容積效率 可按下式計(jì)算v?v3268.01???sn該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏的值,對(duì)于有平衡孔、級(jí)間泄漏和平衡盤(pán)泄漏的情況,容積效率還要相應(yīng)降低。則 %96.068.0168.013232 ?????????svn?（3）機(jī)械效率 m 87.017.107. 6767????????????smn泵的總效率 %298????mvh?泵的理論揚(yáng)程 Hht 7.06.泵的理論流量 hQVt /5.189.23??5、軸功率和原動(dòng)機(jī)功率泵的軸功率： KwgHP75.436072.1089?????原動(dòng)機(jī)功率： KwKtg .5.4.?式中: ——余量系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表 7-10取 =1.1(原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī))——傳動(dòng)效率 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表 7-11t?取 (直聯(lián))0.1?所以選擇 55Kw 的電動(dòng)機(jī)可滿足要求,查【《機(jī)械零件手冊(cè)》吳宗澤主編】選擇電動(dòng)機(jī)11的型號(hào)為 Y250M-2。第四章 渣漿泵軸的設(shè)計(jì)直聯(lián)式雙吸渣漿泵是將軸設(shè)計(jì)為空心軸和電機(jī)軸相聯(lián),泵無(wú)需底座，所以直接用電動(dòng)機(jī)支起泵來(lái)工作的，當(dāng)電機(jī)軸和空心軸聯(lián)成一體時(shí)，可看作是剛性連接，這時(shí)按一根軸來(lái)計(jì)算，但在其受力分析時(shí)，我們找不到電機(jī)的原始材料，為了保證這根軸符合要求，我們最后按外伸梁和懸臂梁兩種方法分析計(jì)算，只有這樣才能保證計(jì)算的準(zhǔn)確度。第一節(jié) 軸按外伸梁設(shè)計(jì)1、扭矩的計(jì)算 mNnPnMcn ??????1.29705.12.1950式中: ——扭矩( )mN?——計(jì)算功率 取cPc.2、根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的初步計(jì)算 ??mMdn 0276.152.0..353 ????式中: ——材料的許用切應(yīng)力( ) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表 7-Pa12 取 Pa51?值的大小決定軸的粗細(xì)，軸細(xì)可以節(jié)省材料，提高葉輪水力和汽蝕性能；軸粗???能增強(qiáng)泵的剛度,提高運(yùn)行可靠性。故泵軸的最小軸徑取 ，泵軸的最大尺寸md301?取 。m90123、 畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)草圖 如圖所示(由已知圖紙改進(jìn)) 027?3148801?9?55圖 4-1 軸結(jié)構(gòu)草圖葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位,軸套內(nèi)徑取 45mm，外徑取 60mm，軸經(jīng)過(guò)處圓角統(tǒng)一取 R=2mm(特殊要求除外)。4、軸的強(qiáng)度計(jì)算（1）葉輪所受徑向力的計(jì)算( )32108.9??BHDKFrN式中: ——泵揚(yáng)程 m78?——葉輪外徑 2 306.2——包括蓋板的葉輪出口寬度( )B2..05.2???——試驗(yàn)系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 rK圖 17-30 取 2.rK則 NHDFr32108.9?? N1500326.780.9????（2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計(jì)算(N)RnGRnGccc 29298..12??式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g) 取 gc3?——葉輪的最大半徑( ) Rm153?則 NnFcc 8.4229098.01098.2 ??????（3）水平總的受力: NFcR ..4'3??垂直總的受力: C31153 ?（4）計(jì)算水平面支承反力 ?? NFFQRR 4.6598702.59822'3'1 ??????13NFFRQR 265983.1201.598233''2 ??????（5）計(jì)算垂直面支承反力 ??RR 4.23598.1598331 ??NFRR.223??（6）計(jì)算水平面 C 和 D 處的彎矩(考慮到 C 和 D 處可能是危險(xiǎn)截面) mMRCH ???2.180234.628'1???? mNNFD ?????? 173454635'（7）計(jì)算垂直面 C 處和 D 處的彎矩RCV ???2.80234.8231 mFMD ??54915（8）計(jì)算合成彎矩C 點(diǎn)合成彎矩：mNCVH ??????? 197522.80.122D 點(diǎn)合成彎矩： mNMDV ??8054973222（9）計(jì)算 C 和 D 處當(dāng)量彎矩查【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表 2-7 由插入法得??3.21??b???3.10?b???591??b???6.01??b??????mNTMC ?????234206.97222' ?D??? 180711802'（10）校核軸的強(qiáng)度根據(jù)彎矩大小及軸的直徑選定 C 和 D 兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，由【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表 2-5，當(dāng) 45 鋼 ，按表 2-7 用插值法得MPab640???MPab591???C 截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力：14????bCC MPamNdMW133''' 095.041.2.0 ??????? ??（因 C 截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度削弱影響，故 d 乘以 0.95）D 截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力： ??bDPaNd133''' 20451.087. ??????? ??因此，C 和 D 兩截面均安全。（11）校核軸徑①在葉輪中心截面處： mMC??234'1②在電動(dòng)機(jī)第一軸承處： ????mNTM?????? 2637106.22212?③在電動(dòng)機(jī)中間截面處：??945.3722223??mdb 45591.041.03?????Mb6..27.33122 ????mdb 58.59.04.0331 ?????軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)將實(shí)心軸改為外徑為原直徑的 2 倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實(shí)心軸質(zhì)量的 2 倍時(shí)，軸的強(qiáng)度提高到實(shí)心軸強(qiáng)度的 6.5倍，剛度提高到實(shí)心軸剛度的 13 倍，所以該空心軸符合要求。圖 4-2 軸結(jié)構(gòu)圖3027?148801?45?59015FR3R1MnFR2FR3R3R1R2FQ軸 受 力 簡(jiǎn) 圖水 平 面 受 力 R1R2垂 直 面 受 力圖 4-3 軸受力分析圖水 平 面 彎 矩 圖垂 直 面 彎 矩 圖 18002.16圖 4-4 軸彎矩圖第二節(jié) 軸按懸臂梁設(shè)計(jì)1、扭矩的計(jì)算 mNnPnMcn ??????1.29705.12.1950式中: ——扭矩( )mN?——計(jì)算功率 取cPc.2、根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的初步計(jì)算 ??mMdn 0276.152.0..353 ????式中: ——材料的許用切應(yīng)力( ) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表 7-Pa12 取 5值的大小決定軸的粗細(xì),軸細(xì)可以節(jié)省材料,提高葉輪水力和汽蝕性能;軸粗能增???強(qiáng)泵的剛度,提高運(yùn)行可靠性.故泵軸的最小軸徑取 ,泵軸的最大尺寸 。md301?m903、畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)草圖 如圖所示(由已知圖紙改進(jìn))合 成 彎 矩 圖轉(zhuǎn) 矩 T圖當(dāng) 量 彎 矩 圖19752019752210173027?148801?9?55圖 4-5 軸結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位，軸套內(nèi)徑取 45mm，外徑取 60mm，軸經(jīng)過(guò)處圓角統(tǒng)一取 R=2mm(特殊要求除外)。4、軸的強(qiáng)度計(jì)算（1）葉輪所受徑向力的計(jì)算( )32108.9??BHDKFrN式中: ——泵揚(yáng)程 m78?——葉輪外徑 2 06.2——包括蓋板的葉輪出口寬度( )B32..05.2???——試驗(yàn)系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 圖 17-30 取rK.r則 NBHDF32108.9?? N1500326.7802.9????（2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計(jì)算(N)RnGRnGccc 29298..12??式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g)取Gg3?——葉輪的最大半徑( ) Rm15?則 NnFcc 8.42290398.101098.2 ???????（3）水平總的受力: FcR 38.4'3?垂直總的受力: C.153 ?（4）計(jì)算水平面支承反力：NFQR 38.97068.192'3'1??計(jì)算垂直面支承反力： R1231?（5）計(jì)算水平面彎矩：18mNNFMRDH ?????54.338.192283'計(jì)算垂直面彎矩：mRV ??..3（6）計(jì)算合成彎矩：mNNDVH ??????? 8.769454.3222（7）計(jì)算當(dāng)量彎矩查【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表 2-7 由插入法得??3.21??b???3.10?b???591??b???6.01??b??葉輪中線截面處： ?? mNTMC ???266.02'?電動(dòng)機(jī)第一軸承處： ??mND ???????? 1482610.8.7942222'（8）校核軸徑①葉輪中線截面處： ??MdbC5.7591.06.331'1 ????②電動(dòng)機(jī)第一軸承處：??mdbD3.259.0486.331'2???軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)將實(shí)心軸改為外徑為原直徑的 2 倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實(shí)心軸質(zhì)量的 2 倍時(shí)，軸的強(qiáng)度提高到實(shí)心軸強(qiáng)度的 6.5倍，剛度提高到實(shí)心軸剛度的 13 倍，所以該空心軸符合要求。19垂 直 面 彎 矩 圖合 成 彎 矩 圖 543.7698210148266轉(zhuǎn) 矩 T圖當(dāng) 量 彎 矩 圖圖 4-6 軸受力與力矩圖軸 受 力 簡(jiǎn) 圖水 平 面 受 力垂 直 面 受 力 FR3R3 FR1R1FR3R3 FR1FR1Q3027?148 801?90?45 520第五章 葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算第一節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、葉輪材料的確定葉輪是渣漿泵傳遞能量的主要部件，通過(guò)它把電能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能和動(dòng)能，因此，要求葉輪具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和完好的葉片形狀，在材料上，除了考慮介質(zhì)腐蝕，磨損外，由于它是旋轉(zhuǎn)部件，故還應(yīng)考慮離心力作用下的強(qiáng)度。通常，用于葉輪的材料有鑄鐵，青銅鑄件，不銹鋼，鉻鋼等。當(dāng)葉輪圓周速度超過(guò) 30m/s，考慮鑄鐵強(qiáng)度不能承受這樣大的離心力的作用，則需改用青銅作材料，由于本設(shè)計(jì)泵屬于中小型泵，其圓周速度遠(yuǎn)小于 30m/s，在考慮到渣漿泵工作過(guò)程中漿體的有較強(qiáng)的磨蝕和腐蝕性能，同時(shí)考慮到泵的效率和抗汽蝕性能的要求，故選高鉻鑄鐵，具有效率高，節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行可靠、振動(dòng)小、噪聲低、維修方便等顯著特點(diǎn)，減振性好，可以減輕由于漿體沖擊造成的振動(dòng)，而 Cr26 又是在高鉻鑄鐵中這些性能更為突出的，所以，本設(shè)計(jì)中葉輪的材料選用 Cr26 作為原材料，熱處理采用表面淬火及去應(yīng)力退火，許用應(yīng)力為[&]25-35MP a 2、葉輪結(jié)構(gòu)型式的確定本設(shè)計(jì)選用閉式葉輪。閉式葉輪由前蓋板，后蓋板，葉片和輪轂組成。葉輪主要尺寸的確定有三種方法：相似換算法、速度系數(shù)法、葉輪外徑 或葉2D片出口角 的理論計(jì)算。2?葉輪采用速度系數(shù)法設(shè)計(jì)，速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過(guò)流部件的個(gè)部分尺寸。圖 5-1 葉輪結(jié)構(gòu)圖21第二節(jié) 葉輪設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算1、葉輪輪轂直徑 的計(jì)算hd葉輪輪轂直徑必須保證軸孔在開(kāi)鍵槽之后有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強(qiáng)度，通常 ，在滿足輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，盡量減小 ，則有利于改善流??ihd4.1~2? hd動(dòng)條件。取 ??Pa50??軸直徑 ?? mMdn 6.270.12...353 ????根據(jù)葉輪輪轂直徑應(yīng)取 1.2～1.4 倍的軸直徑，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取葉輪所在的軸的直徑為 45 ，所以 。取mmh.84.1dh2、葉輪進(jìn)口直徑 的計(jì)算jD因?yàn)橛械娜~輪有輪轂（穿軸葉輪） ，有的葉輪沒(méi)有輪轂（懸臂式葉輪） ，為從研究問(wèn)題中排除輪轂的影響，即考慮一般情況，引入葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑 的概念。以O(shè)D為直徑的圓面積等于葉輪進(jìn)口去掉輪轂的有效面積，即 。 按O ??422?hjd??O下式確定3nQKDO?2hOjdD??式中： ——泵流量（m 3/s）對(duì)雙吸泵取 ；Q——泵轉(zhuǎn)速（ ）ni/r——系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選取OK主要考慮效率 0.4~53?OK兼顧效率和汽蝕 主要考慮汽蝕 .mnQDO 810.293601.43 ????dhj 822?取 mj10223、葉輪外徑的計(jì)算 ????3213212 90606.9~5.06.9~35. ??????????????? ??nQDsm..1取 3624、葉輪出口寬度的計(jì)算 ????3653652 2901107.~4.107.~64. ???????????????nQbsm.因?yàn)閮蓚€(gè)葉輪設(shè)計(jì)在一起，所以葉輪出口寬度 mb2?5、葉片數(shù)的計(jì)算和選擇葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減小葉片的排擠和表面的摩擦；另一方面又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。葉輪葉片數(shù)： 2sin131???eRZm對(duì)于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪， ，??21R?12e??則 sin23sin13 21121 ??????eRZi5.6i5.6 212212??D60sin70.sin.112 ????????jDK53.式中： ——葉輪進(jìn)口直徑j(luò)——葉片進(jìn)口直徑1——葉輪外徑223——葉片進(jìn)口角 取1?012??——葉片出口角 取2 6低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪取大值0.~71?K通常采用葉片數(shù) ，取該葉輪葉片數(shù)為 6。5Z6、精算葉輪外徑（第一次）（1）理論揚(yáng)程 mHht 7.9086.???（2）修正系數(shù) 93.06215.0612???????????????????（3）有限葉片數(shù)修正系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有限葉片數(shù)修正系數(shù) ，此處取45.~P4.0?P（4）無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程 ????mHtT 6.130.7.901??????（5）葉片出口排擠系數(shù) 96.0sin2306sin222 ????????????????ctgctgDZ??????（6）出口軸面速度 smbQVVm /31.29.2..4522 ????（7）出口圓周速度 6.1308.26.231.2002 ???????????????????tgtgHttgUtmm? sm/2.?（8）出口直徑 nD48.02936022??與假定不符，進(jìn)行第二次計(jì)算。7、精算葉輪外徑（第二次）24（1）葉片出口排擠系數(shù) 95.0sin2612536sin1222 ????????????????????? ctgctgDZ??????（2）出口軸面速度 smbQVVm /83.296.0.0.42 ???（3）出口圓周速度 6.1308.26.283.2002 ???????????????????tgtgHttgUtmm? sm/8.?（4）葉輪外徑 mnD5.029836022??與假定值接近，不再進(jìn)行計(jì)算。8、葉輪出口速度（1）出口軸面速度（由上述計(jì)算得）95.02??smV/83.2?（2） 出口圓周速度 ssnDU/26.8/609.602??（3） 出口圓周分速度 smsgHVtU /23./26.38792??（4）無(wú)窮葉片數(shù)出口圓周分速度 ssgtU /45.3/6.3810922??9、葉輪進(jìn)口速度（1）葉輪進(jìn)口圓周速度進(jìn)口分點(diǎn)半徑為 ??22hji RnR???25式中: ——所分的流道數(shù)n——從軸線側(cè)算起欲求的流線序號(hào)如圖所示,中間的流線序號(hào)為 ,所分i 2?i的流道 4?圖 5-2 漿體流線圖則: ????mRRhja 8.453045343 2222 ????????hjb .12222????mRRhjc 360435042222 ??????? ssnDUaa /9.1/698.6011 ??bb /5.2/0241.11 ??smnDUcc /1/693.2601??（2）葉片進(jìn)口軸面液流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e 221 03.04.5.2bRFaca ??18679b ??221 4..3. mcc（3）C 流線處葉片進(jìn)口角(假定 )01?c?26smsFQVCmlc /7.36/9.0142.96051 ?????3.71'clUtg?'187?c?''''1 348????????c?75（4）校核 c1?2111sin??????????ccc tgDZ???? 290sin75136???????????ctg?84.?由軸面投影圖假設(shè) ,與假設(shè) 相近。?90.1c?27第六章 壓出室和吸入室的水力設(shè)計(jì)第一節(jié) 壓出室的水力設(shè)計(jì)壓出室的作用在于：（1）將葉片中流出的液體收集起來(lái)并送往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)。（2）降低液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體流往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)的損失。（3）消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的水力損失。本設(shè)計(jì)采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。1、渦形體的各斷面面積渦室斷面面積對(duì)泵的性能影響很小，對(duì)同一葉輪，如果渦室斷面面積過(guò)小，則流量---楊程曲線變陡，最高效率點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，效率降低，如果渦室斷面過(guò)大，則流量--- 楊程曲線比較平坦，最高效率點(diǎn)向大流量方向移動(dòng)，效率也降低，但在數(shù)值上要比渦室面積過(guò)小時(shí)降低值要少。圖 6-1 渦室斷面圖渦室斷面面積的大小，由所選取的渦室流速?zèng)Q定，渦室各斷面面積內(nèi)的平均速度相等且為：3VgHK23?式中： ——速度系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 圖 8-10 當(dāng) 時(shí)，3 60?sn48.0K——泵的揚(yáng)程 m7828代入上式 smV/8.17.9248.03???根據(jù) 取渦室隔舌安放角 ，共分 8 個(gè)斷面，通過(guò)最大斷面 8 的流量為：6sn?50?ssQ/043./4.363038??8 斷面的面積為： 22238 30..14cmmVF??其余各斷面面積按此式計(jì)算： 8?F式中： ——斷面包角????各斷面面積計(jì)算見(jiàn)下表2、舌 角的計(jì)算3?舌角 是在渦室第 8 斷面的 0 點(diǎn)（即渦室螺旋線的起始點(diǎn)）處，螺旋線的切線與3基園切線間的夾角。 smugHVt /23.6.3792???式中： ——理論揚(yáng)程t——葉輪出口圓周速度2舌角 ?7128.03.83 ??arctgarctg?3、渦室進(jìn)口寬度 3b可以用葉輪出口寬度加葉輪前后蓋板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可，渦室入口寬度對(duì)泵性能沒(méi)有明顯的影響，但取的微寬些可改善葉輪和渦室的對(duì)中性。一般?。?mDBb 6.4250.305.223 ??????式中： ——包括前后蓋板的葉輪出口寬度：2 B30??斷面 1 2 3 4 5 6 7 8包角 ?15 60 105 150 195 240 285 330面積 ?F??2cm1 4．2 7．3 10．513．616．719．92329——葉輪外徑2D實(shí)際繪型時(shí)取 mb43?4、基圓直徑 3基圓直徑不易太大，如果過(guò)大，葉輪與隔舌間隙就大，初增大泵的尺寸外，還將使泵的效率降低，但如果基園取得太小，在大流量工況時(shí)在泵舌處容易產(chǎn)生汽蝕，引起振動(dòng)。 ????mD2508.1~3.08.1~3.2?????m16.27~5.9?取 mD263第二節(jié) 吸水室的水力設(shè)計(jì)1、吸入室的作用吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過(guò)流部分，吸入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。吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。2、吸入室的分類(lèi)吸入室有以下四類(lèi)：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、雙吸泵螺旋形吸入室1.直錐形吸入室常用于單級(jí)懸臂式泵中，它能保證液流逐漸加速而均勻地進(jìn)入葉輪。2.環(huán)形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口處設(shè)有許多導(dǎo)向徑，以防止液體在其中打轉(zhuǎn)而產(chǎn)生預(yù)旋，常用于雜質(zhì)泵和多級(jí)泵。3.半螺旋形吸入室主要用于單級(jí)泵中和水平式開(kāi)式泵等,能保證在葉輪進(jìn)口得到均勻的速度場(chǎng)。本次設(shè)計(jì)泵采用雙吸泵螺旋形吸入室。這種結(jié)構(gòu)的吸入室水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，液體在雙吸泵螺旋形吸入室內(nèi)流動(dòng)速度遞增，使液體在葉輪進(jìn)口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好。30第七章 渣漿泵零件的強(qiáng)度計(jì)算第一節(jié) 泵體強(qiáng)度計(jì)算1、殼體壁厚因渦殼幾何形狀復(fù)雜,且受力不均,故難以精確計(jì)算,下面可以用來(lái)估計(jì)壁厚 ??)(5.9806cmHQSd???式中: ——泵揚(yáng)程(m)——泵流量( ) s/3——許用應(yīng)力(Pa) (鑄鐵)???????aKP1470~98?——當(dāng)量壁厚,按下式計(jì)算dS2.7084.15??ssn2.6.60154??45.3?則 ???.96?HQSd 10.9873.?? mc12、強(qiáng)度校核用魯吉斯方法進(jìn)行校核,本方法假定最大應(yīng)力發(fā)生在尺寸最大的軸面上,角度為處m?31圖 7-1 魯吉斯強(qiáng)度校核分析圖aKP80?m026.??R174.0?m012.??R2.0?1574.0R?? 7.6??????4.021.507.212424 ??????????radKm3.16.05.2312?（1）軸面應(yīng)力 KPaPu 1895.07215.85.15. 332 ???????????????.4.06.31p ?????? ????? 15.0.172405.172.15.72803KPa436KPapu 4868911 ????（2）圓周應(yīng)力 31652.0???u?3317.2501.7280652.897. ????KPa4???????3322 41..0?????P ???????????323 17.504.7.5.718KPa624.7 KPau 6971.64.2 ???（3）徑向應(yīng)力 a80??3225.0????KPaaud 35488025.341 ?????（符合條件）178??dbn（4）軸向變形 ??0212?????EP??? 026.1285.7. 93????????? m179.?第二節(jié) 泵體法蘭強(qiáng)度計(jì)算泵體法蘭中作用著三個(gè)力,如圖所示圖 7-2 法蘭受力分析圖1、由泵體內(nèi)介質(zhì)壓力形成的力 F,力 F 使法蘭的結(jié)合分開(kāi),作用在距內(nèi)壁 處,其近似2?值認(rèn)為等于 ?? NNtPDF3104801.23.0???式中：t——把合螺栓間距（m）D——泵體法蘭內(nèi)徑P——泵體內(nèi)壓力2、結(jié)合密封力 Q，力 Q 按直線分布，到 a—a 截面終止。因此，33a—a 截面是緊密配合的截面。力 Q 作用在離法蘭外邊緣 處，最危險(xiǎn)的斷面是過(guò)2nm?螺栓中心孔的斷面。彎曲應(yīng)力是： ??26bdtFn???法蘭厚度為： ????mt 235104.01.366???對(duì)高鉻鑄鐵 6~5b??第三節(jié) 鍵的強(qiáng)度校核1、葉輪與軸相連處的鍵圖 7-3 軸斷面圖葉輪鍵尺寸： 91407???hbl軸徑： md45扭矩： NMn?.21工作面的擠壓應(yīng)力： dhlMlFnj2?Pa70.9.045.12??????KKPaj 63~3479???34a—a 斷面的剪切應(yīng)力： KPadblMFn70.14.05.22???????KPaj 86~9,169??則該鍵符合要求。2、電動(dòng)機(jī)軸與葉輪軸相連處的鍵圖 7-4 電機(jī)軸斷面圖鍵尺寸： 1067???hbl軸徑： md5扭矩： NMn?.21工作面的擠壓應(yīng)力： dhlMlFnj42??Pa07.105.2?????KKPaj 963~5.193?a—a 斷面的剪切應(yīng)力： adbln07.1.05.2?????Paj 8694,6854?則該鍵符合要求。第四節(jié) 葉輪強(qiáng)度計(jì)算1、蓋板強(qiáng)度計(jì)算35蓋板中的應(yīng)力主要由離心力造成的，半徑越小的地方應(yīng)力越大，葉輪簡(jiǎn)圖如下：圖 7-5 葉輪簡(jiǎn)圖（1）葉輪外徑： mD25.0?（2）材料密度： 3/78Kg?（3）葉輪簡(jiǎn)圖： x9. sradMPn/5.2601.5???（4）葉輪出口圓周速度 的值按下式計(jì)算：2UsmgHK/3.478.9203.12 ??式中： ——出口圓周速度系數(shù) 根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)查《葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 5-3 得U.2（5）在 和 處的應(yīng)力近似用下式計(jì)算 :jDx 223.40785.08. ??u?? ??KPaKPa40~815????（6）按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板，蓋板任意直徑處的厚度 按下式計(jì)算xD??????????422nDxe??????????????409.25.10426782.0.m4式中： ——材料密度（ ）?3/Kg——許用應(yīng)力 對(duì)鋼 ，對(duì)鑄鐵?????4~s????6~5s??——材料的屈服強(qiáng)度s ??Pa36——材料的抗拉強(qiáng)度b???Pa該蓋板符合要求2、葉片厚度計(jì)算根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面計(jì)算葉片厚度的公式： mZHADS8.2675.0132 ???式中： ——泵的揚(yáng)程——葉片數(shù)——葉輪外徑2A——系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)和材料有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。 】表 19-9 取 A=3.1根據(jù)實(shí)際情況和鑄造工藝要求取 為合適。mS4?3、輪轂強(qiáng)度計(jì)算（1）熱裝葉輪輪轂和軸配合的選擇對(duì)一般離心泵，葉輪和軸是間隙配合，但鍋爐給水水泵等有時(shí)采用過(guò)盈配合，為了使輪轂和軸的配合不松動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸與輪轂配合的最小公盈。離心力在輪轂中產(chǎn)生的應(yīng)力亦可用下式計(jì)算，即 KPau10453.78025.8.02?????軸與輪轂的配合：孔 軸.0?59.4?最大間隙： max?最小間隙： 18.in mEDe 018.36.025.049?????式中： ——輪轂平均直徑e——材料的彈性模量（2）輪轂強(qiáng)度計(jì)算輪轂中的應(yīng)力為裝配應(yīng)力（有過(guò)盈時(shí)）和停泵后輪轂和軸心溫差應(yīng)力之和溫差應(yīng)力： KPaEt 4573210261.92 ???????安全系數(shù)： ??5.47302?nnb37第五節(jié) 泵體連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算1、計(jì)算密封力為了保證接縫的密封性,螺栓里力除了抵消工作力之外,還有一部分保證接縫的緊密結(jié)合,這部分力稱(chēng)為密封力或殘余欲緊力。此力和接縫墊片性質(zhì)有關(guān)，可以寫(xiě)成： PamPp120804.132 ???式中： ——接縫處密封壓力——被密封介質(zhì)壓力——墊片系數(shù)查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。 】表 19-12 取 （紙墊）4.1?墊片的有效寬度： mBb126.32 ??密封力： KNdpP5.002 ??式中： ——泵接觸的實(shí)際寬度B——密封面（墊片）的中徑2——墊片有效寬度b2、計(jì)算螺栓欲緊力 和總作用力0P螺栓欲緊力 : 0????KNpDd 948041..4222 ??????????201PxKP????5.13.9.??2.07總作用力 : 4.9.02.170式中： ——安全系數(shù) 取 4~?K——基本載荷系數(shù) 對(duì)金屬墊片取 ，對(duì)非金屬墊片取x 2.~1?x 4.0~3?x3、強(qiáng)度校核在裝配條件下螺栓的強(qiáng)度計(jì)算（1）螺栓上的力矩（扳手力矩） mNZdPKM????34106.24.107.30'38式中： ——螺栓外徑d——螺栓數(shù)Z——與螺母、墊圈表面狀態(tài)有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇'K航出版社。 】表 19-13，取 2.0'?K（2）螺栓上的應(yīng)力拉應(yīng)力： PaZdP8351043.27210?????扭矩：????????????????? 3.0145.20.1724020fdsPZMmn?N?.6切應(yīng)力： KPadn82013.27.031??折算應(yīng)力： KPa132784605???????安全系數(shù)： ??~.17213845??dsn式中： ——螺栓內(nèi)徑1——螺距s——螺栓中徑md——螺栓摩擦系數(shù)，與螺紋表面狀態(tài)有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡f編著，宇航出版社。 】表 19-14，取 3.0?f（3）螺栓在工作條件下的強(qiáng)度計(jì)算拉應(yīng)力： KPaZdP1058403.221?????安全系數(shù)： ??4~.6581?bn（4）校核墊片擠壓強(qiáng)度 ??KPaKPabdPjj 78453120.42 ?????????39許用擠壓應(yīng)力 由【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。 】表 19-12 查取??j?第六節(jié) 泵出口法蘭的強(qiáng)度校核法蘭和短管的過(guò)度處是危險(xiǎn)截面，如圖所示：圖 7-6 法蘭與短管過(guò)度圖密封力: KNmPd 92.380.13.01.22 ???????介質(zhì)力： p2.684欲緊力： ????????xK8.102.64019.3120 ?????????法蘭和短管過(guò)度處截面的彎矩： ??1DlPM?5.3.?mN??240彎曲應(yīng)力： Ka852013.4621?????圓周應(yīng)力： ????KPaDalPH 7815.02lg.43.0.g8. 222 ?????????????????折算應(yīng)力： 87851222121 ??????d 2340安全系數(shù)： ，出口法蘭符合要求25.1738260???dbn?第七節(jié) 連接螺栓和連接法蘭的強(qiáng)度校核1、連接螺栓的強(qiáng)度校核（1）螺栓所受的剪應(yīng)力 ???? ??????? MPaAGmgQ23198.50.70水式中： ——水泵的重量g——M18 螺栓的截面積QA——許用的剪切應(yīng)力???——水從出口到最高揚(yáng)程的總量水G（2）螺栓所受的擠壓應(yīng)力 ??cc mNGmgAP ?? ???????? 2/8.76.18493507.06.184水該螺栓符合要求2、連接法蘭的強(qiáng)度計(jì)算（1）求法蘭的內(nèi)應(yīng)力連接法蘭的受力可簡(jiǎn)化為如下圖所示30??CDBG圖 7-7 法蘭內(nèi)應(yīng)力圖注：從理論上講，該螺旋形壓水室，由于葉輪周?chē)鷫核乙后w的速度和壓力是均勻的軸對(duì)稱(chēng)的，液體從壓水室隔舌到擴(kuò)散段進(jìn)口的流動(dòng)中不斷受到流出葉輪的液體的撞擊，41不斷增加壓力，致使壓水室內(nèi)液體壓力從隔舌開(kāi)始微弱的變化，這是因?yàn)樗瞄L(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致壓水室內(nèi)液流壓力的軸對(duì)稱(chēng)被破壞了，所以會(huì)受到極小的徑向力，由于徑向力極小對(duì)法蘭的強(qiáng)度破壞甚小，故在此忽略不計(jì)。設(shè) AC 桿受拉，BC 桿受壓，由平衡條件得： 028sin????水GPBC KNB 408.928sin35.971i ?????水PCD .co40.28cos?KNA6.923?（2）求法蘭所需的截面積由強(qiáng)度條件得： ??2160948mPSBC???為了滿足鑄造工藝和加工的要求法蘭的厚度取 20mm3.校核法蘭強(qiáng)度 ??????MPaAPBC7.42098?A.6式中 、 都為法蘭的橫截面積BC法蘭符合要求。42第八章 渣漿泵的機(jī)械密封設(shè)計(jì)正確地設(shè)計(jì)過(guò)流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽命的重要條件。但是，如果離心泵其他零件不能正常工作，就是過(guò)流部件設(shè)計(jì)的再好，材料選用的再好，也不能保證泵的性能和壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，離心泵在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的問(wèn)題大部分是材料選用問(wèn)題，主要零部件的選擇問(wèn)題和制造精度問(wèn)題。對(duì)耐磨蝕泵運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析表明。純屬泵方面的問(wèn)題僅占事故中的 10.6％，其他都屬于選用問(wèn)題，因此可見(jiàn)，正確地選用離心泵主要零部件是保證正常運(yùn)行的重要條件。在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問(wèn)題的是軸封部件，軸承潤(rùn)滑部件，和冷卻部件，如果對(duì)這些部件選用不多，輕者離心泵不能工作或使離心泵燒毀，重者能引起嚴(yán)重的人身設(shè)備事故（如易燃、易爆、有毒液體由軸封部件漏出，引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故） 。另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，高溫，高壓，高速泵所占比重逐年增大。經(jīng)驗(yàn)表明，泵的溫度越高、壓力越高、軸封、潤(rùn)滑和冷卻問(wèn)題也越顯得重要。旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體間的密封簡(jiǎn)稱(chēng)軸封。軸封的作用主要是防止高壓液體從泵中漏出和防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。盡管軸封在離心泵中所占的位置不大，但泵是否能正常運(yùn)行，卻和軸封密切有關(guān)。如果軸封選用不當(dāng)，不但在運(yùn)轉(zhuǎn)中需要經(jīng)常維修，漏損很多被輸送的液體，而且可能由于漏出的易燃，易爆和有毒液體引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故。后果不堪設(shè)想。因此，必須合理選用軸封結(jié)構(gòu)才能保證離心泵安全運(yùn)行。本渣漿泵的軸采用機(jī)械密封，此機(jī)械密封件為外裝、外流、單端面、多彈簧結(jié)構(gòu)。第一節(jié) 主要零件材料的確定1、密封端面摩擦副材料的選擇目前用做密封摩擦副材料的種類(lèi)很多。常用的非金屬材料有：石墨、聚四氟乙烯、酚醛塑料、陶瓷等。常用的金屬材料有：鑄鐵、碳鋼、鉻鋼、青銅以及硬質(zhì)合金等。此外還有通過(guò)堆焊、燒結(jié)噴涂等表面 處理及復(fù)合工藝改變或改善金屬材料或摩擦副表面性能來(lái)做摩擦副材料的。各種材料都個(gè)有一定的特性，在先把摩擦副材料時(shí)應(yīng)所長(zhǎng)避短，根據(jù)具體工作條件合理使用。本機(jī)械密封端面摩擦副中，靜止環(huán)材料采用 WC-Co，旋轉(zhuǎn)環(huán)材料選用碳石墨，原因43有以下幾點(diǎn)：（1）硬質(zhì)合金是機(jī)械密封中廣泛使用的摩擦副材料。這里的硬質(zhì)合金主要是碳化鎢（WC） ，常用的 WC-Co 為類(lèi)。WC-Co 是由硬度極高的難熔鎢碳化物加 Co 作為粘結(jié)劑用粉末冶金方法壓制燒結(jié)而成的。WC-Co 具有極高的硬度和強(qiáng)度，良好的耐磨性及抗顆粒沖刷性，并且有一定的耐腐蝕性，能耐一般溫度下的硫酸和氫氟酸以及沸點(diǎn)下的苛性鈉等腐蝕。（2）石墨是機(jī)械摩擦副材料中用量大，使用范圍廣的材料之一。因?yàn)樗哂泻芏嗒?dú)特的
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