毕业设计（论文）-螺旋离心泵结构设计

毕业设计（或论文）说明书摘 要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 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 curveII毕业设计（或论文）说明书一般部分第一章 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，无堵塞主要取决于叶轮的结构形式。目前作为无堵塞泵叶轮的结构形式有：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，可以用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。 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。 按吸入方式单吸装单吸叶轮；双吸装双吸叶轮。 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。 按叶片安装方法可调叶片：叶轮的叶片安放角可以调节的结构；固定叶片：叶轮的叶片安放角度是固定的结构。 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。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。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=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，能够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，保证轴承安全运行，具有较高的使用寿命。2.3原动机的选择根据泵实际工作要求， 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r/min，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（m3/h） 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r/min，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（m3/h） 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： m/s 满足设计要求。泵的进口直径：mm（标准法兰盘直径）泵的出口直径：mm（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。1961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，比较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，叶轮叶片型线为对数螺旋线。3.2 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=1012.5故： = =0.2380.298（m）取： =260 mm2叶轮出口宽度：=80.86（mm）取： =80（mm）3叶轮出口直径：=其中： = =0.8360.161（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： =6090（mm） 取=70（mm）9轮缘侧叶片倾角： =60.51-0.13 =60.51-0.13115.244 =45.528 取=4510轮毂侧叶片倾角： =57.1-0.1 =57.1-0.1115.244 =45.58 取=4511叶轮出口倾角： =7.79 =7.79 =12.95 取=1312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=（0.450.68）L=（0.450.68）=87.75132.6 （作图在范围内）取=140（mm）L =（0.20.4）L=3978取L=60（mm）L=（0.050.08）L=9.7515.6 （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： =11.615轮毂侧叶片出口安放角： = 其中： = =14.42 =0.789 所以： =14.516叶片进口安放角： 17叶轮出口叶片包角： =156.95（ =147.67 取 =15018轮缘螺线起点处圆弧半径： =0.63 =0.63115.244-4.17 =68.43 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 =65820轮缘侧叶片包角： =652-1.02 =652-1.02 =534.451 取 =53521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。（1）曲面螺线方程： 由何希杰所推导的公式： 式中 根据边界条件，以空间曲线方程为： r=1301-0.00163 z=1151-0.00163 = (= 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，以空间曲线方程为： （3）曲面螺线方程： （4）曲面螺线方程： （5）曲面螺线方程： （6）曲面螺线方程： 表3-1 轮缘侧曲面螺线（部分）值N012345678022.54567.590112.5135157.5180r130125.2120.5115.7110.5106.6101.496.391.3Z115110.7106.6102.497.894.389.781.576.6N91011121314151617202.5225247.5270292.5315337.5360382.5r86.481.676.972.267.663.158.754.450.4Z71.866.96257.252.347.542.537.732.9N18192021222324405427.5450472.5495517.5535r48.647.947.246.846.346.146Z2823.218.313.48.63.70表3-2出口段螺线（部分）值N0-1-2-3-4-5-6-70-22.5-45-67.5-90-112.5-135-150r130127.5125.1122.6120.1117.6115.2113.5Z115126.9138.9150.8162.7174.6186.6194.5表3-3轮毂侧曲面螺线（部分）值N-6-5-4-3-2-10123-135-112.5-90-67.5-45-22.5022.54567.5r110.5103.597.993.288.68479.374.77065.5Z192.5188.6287.1261.9236.7211.6186.41161.2136.1110N45678910111290112.5135157.5180202.5225247.5270r6156.652.2484440.53733.730.5Z134.3130.2126.1121.9111.8113.6109.5105.4101.2N13141516171819202167.663.158.754.450.4405427.5450472.5r28.426.324.322.421.120.316.314.113Z97.192.988.884.780.576.472.268.164N222324495517.5520r12.512.212Z59.855.755.222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。在圆周上取16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 空间螺线在平面上的投影图23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34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 背叶片的主要作用是减压，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，就是能够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，是泵中的一个非常重要的过流部件。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。过去我国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，为了减少隔舌处的磨损，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，其主要优点是制造比较方便，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=290 mm2.涡室宽度： = =134.57圆整后得：=135mm3.隔舌位置角： = =15.62-0.12 =15.05 取=15 从涡室出口中心线起反时针方向4.隔舌位置出间隙： =（0.234-0.041 =（0.234-0.041 =8.74 取 =9mm5.涡室内轮廓线型线： 采用对数螺线： 式中： 初始动径 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0304590135202.5214.5220.6240.3261.7180225270315360285.1310.5338.2368.4401.36.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。吸入室的水力损失比压水室相比叫得多，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。由于本次设计的是螺旋离心式水泵，省略设计洗入室。第五章 轴向力及其平衡水泵运转时，在其转子上作用一个很大的与轴心线重合的力叫做轴向力。5.1 产生轴向力的主要原因1.液体流入叶轮吸入口及从叶轮出口流出，其速度大小及方向都不相同，液体动量的轴向矢量发生了变化，因此，由动量定理在轴上作用了一个冲力，这个作用在叶轮上的力也是轴向力的一部分。2.水泵叶轮前后盖板承受液体压力的面积大小不等，前后泵腔中的液体压强分布也不相同，因此，作用于叶轮上的压力在轴向上不能平衡，造成了一个轴向力，这个轴向力是轴向力的主要部分。5.2 轴向力的计算螺旋式叶轮可按半开式叶轮经验公式来近似计算轴向力，公式如下： 式中： 圆心在叶片入口边上，并且与叶轮轮廓相切的圆的直径。 =cm k轴向力系数，查表得 k=1.63 圆心处的半径，=（mm 液体重度，=2650kg/m3故： =1143N5.3 轴向力的平衡方法1利用对称性，平衡轴向力从分析对称形状的双吸叶轮可知，它相当于两个单吸叶轮并联工作，这种叶轮轴向力是自动平衡的这个办法广泛的应用于单吸两级悬臂泵，涡壳式多级泵以及立式多级泵上2改造叶轮，以减少或平衡轴向力用改变叶轮形状的办法，降低叶轮背面压力，达到平衡或者减少轴向力的目的3采用专门的平衡装置，如平衡鼓装置，平衡盘装置4对于单级小型轴向吸入泵轴向力不太大，一般采用径向止推轴承来平衡轴向力，但有时考虑受径向力作用，可采用圆锥滚子轴承来承担5采用平衡孔，使后泵腔的下部与叶轮的吸入口相连，使两面压力相同，但不能完全平衡轴向力这种平衡轴向力的方法存在以下两个缺点：（）泵的泄露量大，因此降低了泵的效率（）液体流入叶轮时的速度不均匀，因而降低了叶轮的水力效率综上所述，该泵的轴向力较大，如果采用均压孔来平衡轴向力，不但水力效率降低，又会因固体颗粒渗入填料箱或串到背叶片内，从而加速了叶轮填料及轴的磨损，综合以上两种方式，采用单列圆锥滚子轴承平衡轴向力因为这种轴承可以同时承受较大的轴向力和径向力 第6章 主要通用零部件的选择6.1 正确选用主要通用零部件的重要性现代大部分机械设备中有相当部分是通用零部件。也就是说通用零部件对于现代机械来说，是非常重要的也是必不可少的部分。通用零部件关系着机械产品的加工制造效率和经济效益。因为合理的通用零部件的选择可以方便产品的组装和使用后的维修工作。特别是标准化后的零部件对于主要零件的设计、标准件的选购以及方便用户使用维修方面更是具有非常重要的意义。6.2 轴封结构的选择一离心泵常用的填料（）用石墨或黄油侵透的棉织调料，用于低压离心泵输送常温清水。（）石墨侵透的石棉填料，在中等温度及压力下使用。一般输送液体的温度低于250，压力小于10kg/cm，最大压力不小于18kg/cm2。最高温度为400。二填料密封结构尺寸的确定在已知轴径或轴套直径后，可按水泵行业标准选用填料压盖，填料套，填料环，长扣螺栓和螺母等。填料可取46圈，如果没有行业标准，填料函的主要结构尺寸可按下列步骤确定。图6.1 填料函结构1填料宽度（mm）（1.41.8）式中：d轴或轴套直径所以：S=（1.01.8） =7.513.5 取 S=9mm2填料高度H（mm） 当液体压力P10kg/cm时 H=（57）S =4563 取H=49mm3填料压盖高度h（mm） h=（23）S =1827 取h=25mm4压入填料函体内的填料压盖长度b（mm） b=（0.51）S =4.59 取 b=9mm5填料压盖螺栓长度L应保证在填料函体内装满填料时不需加盖就就能拧上螺母。6填料压盖螺栓直径 可按下表选取：表6.1 螺栓直径系列轴或轴套外径20253035407580100螺栓直径M6M8M10M12所以螺栓直径选取为= M10 7填料压盖厚度a（mm） a=（0.71.0） =710 取 a=7mm 三填料密封的安装技术要求1切割填料时，最好将它绕在与轴外径相同的圆棒上切割，以保证尺寸准确和切口平行、整齐、无松散的石棉线头，并成30度角。装填料时填料接头必须错开，一般交错120度。2在安装时应注意使填料对准水封环，以免填料添死水封环，使水封失去作用。3在液体温度超过105或吸入压力大于8kg/cm时，对填料函体应进行冷却，并采用水冷填料压盖。4为保证填料函的密封性能，对填料函应进行水封，一般用自来水或从泵吐出口引水即可。 由于此次设计的为离心式固液两相泵，为防止泄露现象出现，轴封水经计算得3bar。6.3 轴承部件的选择轴承是支撑离心泵转子的部件，承受径向和轴向载荷，在离心泵中应用较多的是滚动轴承。滚动轴承的优点是：轴承磨损小，轴或转子不会因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，磨损系数小，泵的启动力矩小，轴承的轴向尺寸小，缺点是担负冲击的能力较差，在高速时易有噪音，安装要求准确，滚珠的工作能力随滚珠分离圈线速度的增加而减小。总的来说，滚动轴承的优点远远超过缺点，所以，逐渐在各种机械中广泛使用。1轴承的润滑及结构选择由于设计选用的轴承必须能够同时承受轴向载荷和径向载荷，故选用向心推力轴承，经计算拟选单列圆锥磙子轴承。滚动轴承能否正常工作，与轴承的润滑情况密切相关，一般来说，被输送介质在80以下，转速在2900r/min以下的泵，可以采用脂润滑，此次设计的离心泵转速为1450r/min，常温下输送介质，故采用脂润滑，润滑脂选用锂基润滑脂SY1412-75的2或3。2轴承安装时应注意的几个问题 （1）与内圈一起旋转的轴，一般采用过渡配合，js6，k6。 （2）安装时预热轴承内圈不允许超过120。 （3）装轴承处的轴面最好淬火处理，以免拆卸时将轴擦伤。 （4）与外圈配合的轴承体可采用过渡配合或间隙配合。第7章 V型带的传动设计带传动由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的挠性带组成。当主动轮旋转时，依靠带和轮间的摩擦来拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。7.1 主要特点及应用优点：1结构简单，价格低；2传动平稳，无噪声；3能缓冲，吸振和过载保护；4中心距范围广。缺点是：1摩擦型带传动不能保证准确的传动比，效率低；2会产生较大的压轴力；3使用寿命较短。 在近代机械中，带传动应用广泛，尤其是在中小功率电动机与工作机之间的动力传递中，最为常见。带的工作速度一般为525m/s，使用高速环形胶带时可达60m/s，使用棉纶片复合平带时可高达80 m/s。胶帆布平带传递功率小于500KW，普通V带传递功率小于700KW。7.2 带型的选择由于此次设计的螺旋离心泵主要从事的是野外工作，所以原动机选择的是柴油机，菜油机和泵轴的连接选择用V带传动有两个方面的考虑：1方便调速2当泵发生堵塞时，V型带可以打滑以防止损坏柴油机。由于所选柴油机转速r/min和柴油机计算功率12.02KW，由机械设计手册中册图8-1初选胶带为A型。小带轮直径：由表8-6和表8-12选择=100mm大带轮直径： = = =144mm 式中：比例系数，取=0.05计算带长： 取中心距a： a=500mm带长L： L= = =1384.05 取基准长度=1400mm求中心距和包角：中心距a： a= =508mm小带轮包角： = = =174.8120求带根数： 带速V： =11.45m/s 根数Z： 式中：计算功率12.02KW 包角系数，查表13.10 得0.98 长度系数，查表13.11 得0.96 单根V带的基本额定功率，查表13.4 得2.8KW 单根V带的基本额定功率的增量，查表13.6 得0.24KW所以 取z=4根求轴上载荷 张紧力： = =500 =216.6N轴上载荷： = = =1731N第8章 离心泵主要零部件的强度计算离心泵的主要零部件在设计的时候需要进行强度计算以满足运行和安全要求。在螺旋离心泵中，需要进行强度计算的零部件主要有：泵体，泵轴和轴承。8.1泵体的强度计算涡室是离心泵中较大的零件，并承受高压液体作用。所以，涡室应有足够的强度和刚度，本次设计的螺旋离心泵的泵体强度计算是校核涡室的壁厚，计算公式如下： 式中：S涡室厚度 cm 许用应力（kg/cm2），铸铁100150 （kg/cm2），铸钢200250 kg/cm2。 涡室当量壁厚， = = =21.57 S= =0.58cm所以设计时选用MT-4，壁厚为8cm，满足强度要求。8.2 泵轴的校核校核过程如下：受力简图如下：图8-1 受力简图已知： 叶轮自重，经估计=180 NV带泵轴的拉力，=1012.2 NT 泵轴传递的扭矩，T=49.7 N.m 计算支撑反力： 水平面反力： N N 垂直面反力： N N画弯矩图：水平面弯矩图：图8-2水平面弯矩图垂直面弯矩图：图8-3垂直面弯矩图合成弯矩图：图8-4合成弯矩图画转矩图： T=49700Nmm转矩图：图8-5转矩图许用应力：许用应力值：用插值法由表得Mpa, Mpa应力校正系数： 画当量弯矩图：当量弯矩：在A点： = =95701 N.mmA点处轴径:50 mm轴径: =25.250 mm轴钢度校核:由实践经验公式,单级悬臂泵比t/l1.01.5就不会有问题. t/l=260/200=1.31.5,故钢度可满足要求.8.3 轴承的校核查表得30210轴承的主要性能参数如下：N, N, r/minNN图8-6 受力分析图寿命计算：附加轴向力：NN轴承轴向力： 故轴承A被压紧，NNX/Y值： 冲击载荷系数：考虑到轻冲击，查表得=1.2当量动载荷： N N 轴承寿命：因，只计算B轴承寿命：h每天工作360天，每天工作8小时，则其工作年限为。 第九章 结论 “螺旋离心泵的结构设计”介绍了一种高效、实用的设计方法。它采用实验和现场运行性能指标都优秀的设计方法和经验公式，本次设计我采用了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的设计方法，叶轮叶片型线为对数螺旋线。从而为设计性能优秀的螺旋离心泵提供了保障。此次设计的螺旋离心泵具有很多优点，比如：（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。因此，此螺旋离心泵在市场上有广阔的应用和开发前景。适用于各种行业。在本次设计中，一方面我自己做了大量的努力；另一方面也得到了各位指导老师的大力帮助，这才使得我的设计能够按时完成。可以肯定的是，本次设计中由于本人的知识层次及设计经验不足，难免会有一些不足之处，恳请各位老师批评指正！参考文献1丁成伟. 离心泵与轴流泵. 北京: 机械工业出版社, 1981: 143-158 2 A.J.斯捷潘诺夫. 离心泵和轴流泵. 北京: 机械工业出版社, 1980: 74-933 金树德, 陈次昌. 现代水泵设计方法. 北京: 兵器工业出版社, 1993: 139-1484 雷宏. 机械工程基础(上册). 黑龙江: 黑龙江人民出版社, 2000: 142-2155 雷宏. 机械工程基础(中册). 黑龙江: 黑龙江人民出版社, 2000: 603-6056 雷宏. 机械工程基础(下册). 黑龙江: 黑龙江人民出版社, 2000: 760-7787 劳学苏, 何希杰. 螺旋离心泵的原理与设计方法. 水泵技术, 1997, 20(5): 6-138 厉浦江. 螺旋不堵塞泵的设计方法. 流体机械. 1995, 36(6): 20-249 朱荣生, 关醒凡, 黄道见. 螺旋离心泵主要几何参数的确定. 流体机械, 1996, 21(6): 24-2510 田爱民. 离心式渣浆泵叶轮的磨损规律研究. 水泵技术, 1997, 9(31): 7-15 11 陈次昌. 螺旋离心泵的特点及性能. 流体工程, 1992, 25(7): 39-4412 封俊. 螺旋式离心泵的研究现状与应用前景. 水泵技术, 1992, 19(3): 3-713 刘自贵. 螺旋式离心泵的研究与设计实践. 中国水利水电科学研究所论文, 199314 田爱民, 许洪元, 罗先武. 离心式渣浆泵叶轮的磨损规律研究. 水泵技术, 1997, 25(13): 7-1515 何希杰. 渣浆泵工作原理和设计方法. 流体机械, 1994, 36(13): 17-2216 许洪元, 罗先武. 磨料固液泵. 北京: 清华大学出版社, 2000: 26-4817 M Stahle, D. Jackson. the Development of a Screw Centrifugal Pump For Handling Delicate Solids. Word Pumps. 1982: 185-19218 D Jackson. the High Efficiency Immersible Pump for Soliding Handling Application. Word Pumps. 1982: 195-302专题部分专题设计-自激振荡射流喷嘴内流数值模拟研究9.1引言自激振荡水射流技术是一项全新的水射流技术。 研究自激振荡水射流喷嘴内流的运动对于优化水射流切割技术是非常重要的。 喷嘴内的运动是一种非常复杂的三维流动，应用现代计算流体动力学(CFD) 对喷嘴内流复杂的流体运动进行数值模拟， 既经济可靠又快速方便。避免了实验过程中周期长、劳动强度大、浪费人力物力和财力等缺点。9.2 流场控制方程流场的求解，是通过求解雷诺时均、可压缩N-S方程来得到的。通过调整数值算法的有关项，使用于求解可压缩流动的程序可以用来模拟不可压流。（1）基本假设：流体在流动过程中不可压缩。（2）基本方程：质量方程： （1）动量方程： （2）能量方程： （3）剪切应力为： （4）其中为： （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，是单位体积的粘性损失，由下式表示： （7）热通量为 （8）这里和分别为分子和湍流的热传导系数。在此处的分析中，假设不存在热通量。湍流的时均方程： （9）式中字母上方的横线表示时均值，为紊动粘性系数。9.3 方程离散求解区域划分成一系列有限的控制体， 如图1所示，然后写出一个控制体上的质量（连续性）、动量和能量的一般输送方程并进行离散。图1流体区域控制体网格划分示意图9.4 流场三维模拟计算（1）给定的计算条件初始条件为：入口压强15Mpa、粒子直径0.35mm。（2）网格划分采用美国Fluent公司的GAMBIT2.0软件进行有限元建模、网格划分及设置边界条件。将网格大小定为0.2，0.8-1之间的网格数为225个，占网格总数的0.05%，说明网格划分较为理想。网格图如图所示。 图2 模型网格划分（3）边界条件在GAMBIT2.0中设置求解器为FLUENT5/6，对有限元模型设置边界条件。将有限元模型中的边和面共分为以下几种类型： 流体（FLUID）区域：图2所示区域均为流体流动区域； 入口（inlet）：为压力入口（PRESSURE-INLET）给出进口全压； 出口（outlet）：为自由流动出口（OUTFLOW），给定出口背压； 墙 （wall）：为只有一个流动区域拥有的面，设置为墙（WALL），流体在墙内流动，不能跑到墙外去。内部流场的分析利用美国Fluent公司的软件FLUENT6.0来进行模拟分析。计算前，选用离散、隐式求解器，二阶k-epsilon湍流模型。湍流动能和湍流动能扩散率。湍流动能和湍流动能扩散率由下面表达式确定： （10）（11）设置进口相对压力为15Mpa，选择二阶迎风方程（Second Order Upwind）进行计算。计算结果如图3图10所示。图3 Z轴速度等值线云图图4 Z轴速度等直线云图图5 动压力等值线