1、毕业设计（论文）耐腐蚀泵设计学 生：学 号：专 业：班 级：指导教师： 二 O 一 0 年六月毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：25F1-25 耐腐蚀泵设计 学院： 机械 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机电一体化 20064 班 学号： 06011030402 学生： 陈志军 指导教师： 李 良 接受任务时间 2010-1-20 教研室主任 （签名） 系主任 （签名）一毕业设计（论文）的主要内容及基本要求基本设计参数：出口直径 D=25mm，流量 Q=3.6 ，扬程 H=25m，介质密度3/mh，汽蚀余量 。31./gcm3.h（1） 完成 25F1-25 耐腐蚀泵设计，画总装
2、配图。设计泵体、泵盖，画零件图。（2） 完成叶轮设计，画零件图。（3） 完成轴封设计方案，画结构图。（4） 设计传动轴并进行强度校核。（5） 编写毕业设计说明书。二指定查阅的主要参考文献及说明机械设计基础 、 离心泵设计基础 、 水泵结构设计 、 流体力学 、机械工程材料 、 密封 、 机械设计手册 、 过程控制机械 、 水利设计三进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期1 毕业实习、开题及资料准备、可行性报告 2010.1.202010.3.202 方案设计和计算 2010.3.262010.4.203 结构设计和绘图 2010.4.212010.5.204 毕业设计说明书编写、毕业设
3、计资料提交 2010.5.212010.6.55 毕业设计资料审核、答辩、整改 2010.6.062010-6-24I摘 要此次设计分析了离心式耐腐蚀泵的工作原理，根据给定的设计参数，分步对耐腐蚀泵的各个零部件进行了详细设计。通过对叶轮的设计及优化泵的性能发挥到最大，使用寿命达到最长。轴封选择机械密封，能够有效减小和阻止泄漏，使泵的效率得到了很大的提高。关键词：离心泵；耐腐蚀；叶轮；机械密封IIABSTRACTThe design of the centrifugal corrosion pump works， according to the given design parameters，
4、 the various stages of corrosion pump components are designed in detail. Through the pump impeller design and performance optimization to maximize the service life to the maximum. Seal mechanical seal selection， can effectively reduce and prevent leaks， the efficiency of the pump has been greatly im
5、proved.Keywords:centrifugal pump； corrosion； impeller； mechanical seal目 录摘 要 IABSTRACT .II第一章 绪论 .11.1 泵 .11.2 离心泵的分类及其应用特点 .21.3 离心泵的主要部件及其作用 .31.3.1 泵体 .3III1.3.2 叶轮 .41.3.3 密封环 .41.3.4 泵轴和轴承 .51.3.5 轴封 .51.4 离心泵的工作原理 .51.5 25F1-25 耐腐蚀泵设计 .61.5.1 耐腐蚀泵的机理分析 .61.5.2 设计流程 .6第二章 叶轮水力设计 72.1 确定泵的进出口直径
6、.72.1.2 泵出口直径 .72.1.3 泵进口速度 .82.1.4 泵出口速度 .82.2 汽蚀计算 .82.2.1 泵汽蚀余量 .82.2.2 汽蚀允许转速 .82.2.3 比转数计算 .82.3 效率计算 .92.3.1 水力效率 .92.3.2 容积效率 .92.3.3 机械效率 .92.3.4 总效率 .92.4 轴功率计算 .92.4.1 轴功率 .92.4.2 计算功率 .92.4.3 扭矩 102.4.4 最小轴径 102.5 初计算叶轮主要尺寸 102.5.1 叶轮进口直径 112.5.2 叶轮出口宽度 112.5.3 叶轮外径 112.5.4 叶片出口安放角 112.5.
7、4 叶片数 122.6 精算叶轮外径 122.6.1 叶片出口排挤系数 122.6.2 理论扬程 122.6.3 有限叶片数修正系数 122.6.4 无穷叶片数理论扬程 122.6.5 出口轴面速度 122.6.6 出口圆周速度 122.6.7 叶轮直径 132.7 第二次精算叶轮外径 13第三章 绘制叶轮 143.1 叶轮轴面投影图 14IV3.1.1 轴面投影图 143.1.2 轴面液流过水断面面积变化检查 143.1.3 分流线 153.1.4 确定进口便位置 163.2 流线分段 163.2.1 包角变换 163.2.2 在方格网上绘流线 173.2.3 绘制轴面截线 183.3 叶片
8、加厚 18第四章 泵体设计 204.1 泵体的选择 204.2 蜗壳的设计计算 224.3 泵体的绘制 234.3.1 绘制涡壳泵体时考虑的因素。 234.3.2 绘制涡壳泵体 23第五章 泵零件设计 .255.1 轴的强度计算 255.1.1 确定轴的结构 255.1.2 轴的强度计算 265.2 键的校核 27第六章 轴向力的平衡 .286.1 轴向力的产生 286.2 轴向力的平衡方法 286.3 轴封结构 306.3.1 机械密封的基本元件和工作原理 306.3.2 机械密封的分类及结构 316.3.3 机械密封选用考虑因素 356.3.4 耐腐蚀机械密封选型 36总 结 .39参 考
9、 文 献 .40致 谢 .41四川理工学院毕业设计（论文）1第一章 绪论1.1 泵泵是把原动机的机械能转换成抽送液体等的能量的机器。泵用来增加液体的位能、压能、动能。原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功，使其能量增加，从而使需要数量的液体，由吸水口经泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。泵是一种通用机械，种类甚多，应用极广，可以说，在国民经济各部门中，凡是有液体流动的地方，就有泵在工作。其主要应用范围是:农田排灌、石油化工、动力工业、城市给排水、采狂和造船工业等。另外，泵
10、在火箭燃料供给、船舶推进方面也得到应用。水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵( 公元前 17 世纪) ，中国的桔槔(公元前 17 世纪)、辘轳(公元前 11 世纪)和水车(公元 1 世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。 在 1588 年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到 19 世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20 世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速
11、发展。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。1689 年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗体离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是 1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗体的所谓马萨诸塞泵。18511875 年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。离心其实是物体惯性的表现，比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动，就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会断开，石块
12、将会飞出.这个就是所谓的离心。离心泵就是根据这个原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出，从而达到输送的目的。第一章 绪论21754 年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵理论基础。19 世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，其性能范围日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。1.2 离心泵的分类及其应用特点1离心泵按泵轴位置分为：立式泵和卧式泵。立式泵的特点为：泵轴位于水平位置；占地面积小建筑投入小，安装方便。缺点为：重心高，不适合无固定地脚场合运行。卧式泵
13、的特点为：泵轴位于垂直位置；使用场合广泛重心低稳定性好。缺点为：占地面积大、建筑投入大、体积大、重量重。2按扬程流量的要求并根据叶轮结构和组成级数分为：单级单吸泵、单级双吸泵、单吸多级泵。单级单吸泵：泵为一只叶轮，叶轮上一个吸入口。一般流量范围：5.5-2000 立方米/时，扬程在：8-150 米，特点是：流量小、扬程低。单级双吸泵：泵为一只叶轮，叶轮上二级入口。一般流量范围：120-20000 米 3/时，扬程在：10-110 米，流量大、扬程低。单吸多级泵：泵为多个叶轮，第一个叶轮上一个吸入口，第一个叶轮排出室为第二叶轮吸入口，以此类推。这时泵的总扬程为 n 个叶轮产生的扬程之和，一般流量
14、范围为 5-200 米 3/时，扬程在 20-240 米。特点是流量小，扬程高。3按工作压力分为：a. 低压泵：压力低于 100 米水柱；b. 中压泵：压力在 100650 米水柱之间；c. 高压泵：压力高于 650 米水柱。4按泵壳结合缝形式分为：a. 水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。b. 垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。5按叶轮出来的水引向压出室的方式分类a. 蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。b. 导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出口管。四川理工学院毕业设计（论文）36按输送介质性质分为：清水泵、杂质泵、耐腐蚀
15、泵。平时我们说某台水泵属于多级泵，是指叶轮多少来讲的。根据其它结构特征，它又有可能是卧式泵、垂直结合面泵、导叶式泵、高压泵、单面进水式泵等。所以依据不同，叫法就不一样。另外，根据用途也可进行分类，如油泵、水泵、凝结水泵、排灰泵、循环水泵等。1.3 离心泵的主要部件及其作用图 1-1 离心泵结构示意图1.泵体 2.叶轮 3.后盖 4.压盖 5.密封件 6.托架 7.泵轴 8.油盖 9.油镜 10.轴承 11.轴承压盖 11.联轴器如 图 1-1 所 示 ， 离 心 泵 的 关 键 结 构 是 ： 泵 体 （ 泵 壳 ） ， 叶 轮 ， 密 封 环 ， 泵 轴 ，轴 承 ， 轴 封 。1.3.1
16、泵体泵体有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级泵的体体都是蜗体式的，多级泵径向剖分体体一般为环形体体或圆形体体。一般蜗体式泵体内腔呈螺旋型液道，用以收集从叶轮中甩出的液体，引向扩散管至泵出口。泵体承受全部的工作压力和液体的热负荷。图 1-1 为吸入室类型：第一章 绪论4图 1-2 吸入室类型(a)直锥形 （b）弯管形 （ c）螺旋形吸水室的作用： 将液体从吸水管路引入叶轮的进口处（引水） 为了使泵有较好的能量性能和汽蚀性能，要求液体流过吸水室时水力损失最小且液体流入叶轮进口时速度分布均匀。压出室作用： 收集液流； 部分动能转化为压能（减少水力损失） ； 消除旋转1.3.2 叶轮叶轮是惟一的作
17、功部件，泵通过叶轮对液体作功。叶轮型式有闭式、开式、半开式三种。闭式叶轮由叶片、前盖板、后盖板组成。半开式叶轮由叶片和后盖板组成。开式叶轮只有叶片，无盖板。闭式叶轮效率较高，开式叶轮效率较低。叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。图 1-3 离心式叶轮的结构型式1.3.3 密封环密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。密封环的作用是防止泵的内泄漏和外泄漏，由耐磨材料制成的密封环，镶于叶轮四川理工学院毕业设计（
18、论文）5前后盖板和泵体上，磨损后可以更换。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.251.10mm 之间为宜。1.3.4 泵轴和轴承泵轴一端固定叶轮，一端装联轴器。作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。1.3.5 轴封常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。一般泵设计成既能装填料密封，
19、又能装机械密封。1.4 离心泵的工作原理叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入口与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口与排出管连接。在离心泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续
20、压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时，流速非常高。泵体汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在体内顺着蜗体形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。所以泵体的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。第一章 绪论6汽蚀现象：如果离心泵在启动前体内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的
21、真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为汽蚀。为防止汽蚀现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵体内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵体内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀） ；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。 1.5 25F1-25 耐腐蚀泵设计1.5.1 耐腐蚀泵的机理分析泵是抽取、增压或抽送液体介质的机器，水泵在湿的大气和腐蚀介质溶液中，热力学性能始终是不稳定的，有从金属原子状态转变为离心状态的倾向。水泵腐蚀过程的结果是水泵金属从金属点阵中转变为离子状态，形成可溶的金属氧化物、其氧化物或较为复杂的络合物，使水泵失效而不能工作。水泵工
22、作的过流介质是酸碱或盐溶液等，介质溶液离子浓度高、电阻小。水泵的叶轮、轴泵体材料不同，它们的电极电位也不同，形成电位差，在腐蚀介质溶液中会产生腐蚀电流，造成水泵金属过流表面的渗透和溶解性腐蚀。选择合适的材料是耐腐蚀泵的一个关键内容。泵的过流部件主要是叶轮、泵体、密封部件，是材料选择重点。叶轮是泵最主要的部件，叶轮有开式、半开式、闭式，它们的效率和汽蚀状况各不相同。叶轮的水力设计必须满足功能要求，同时要考虑效率，离心泵的一般效率为 41%78%。轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而体不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效
23、率下降。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与体之间的密封。1.5.2 设计流程设计按照以下流程进行：叶轮水力设计 绘制叶轮 泵体设计 泵零件设计 轴向力平衡四川理工学院毕业设计（论文）7第二章 叶轮水力设计2.1 确定泵的进出口直径基本设计参数：出口直径 D=25mm，流量 Q=3.6 ，扬程 H=25m，介质密度3/mh，汽蚀余量 。31./gcm3.hm叶轮是泵的核心部分。泵的性能、效率、抗汽蚀性能、特性曲线的形状，均与叶轮的水力设计有重要关系。图 2-1 泵的进口和出口2.1.1 泵进口直径(2-1)mVQDss 210.31.4结果取标准值 25mm；泵吸入口的流速 一般取为 3
24、m/s 左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而从提高泵的抗汽蚀性能考虑，应减小吸入流速；此处下标 s 表示 suction（吸入） ，下处下标 d 表示 discharge(排出)。2.1.2 泵出口直径(2-2)sdD故结果取 25mm；出口直径，对于低扬程泵，可取与吸入口径相同。第二章 叶轮水力设计82.1.3 泵进口速度由于进出口直径都取了标准值，所以 和 都有所变化，需要重新计算。(2-3)smDQVss /04.25.14322.1.4 泵出口速度进出口直径相同，所以速度也相同：(2-4)sVsd/7.22.2 汽蚀计算 由于叶轮入口处压力低于工作
25、水温的饱和压力，所以会引起一部分液体蒸发（即汽化） 。蒸发后汽泡进入压力较高的区域时，受压突然凝结，于是四周的液体就向此处补充，造成水力冲击，这种现象称为汽蚀现象。这个连续的局部冲击负荷，会使材料的表面逐渐疲劳损坏，引起金属表面的剥蚀，进而出现大小蜂窝状蚀洞。除了冲击引起金属部件的损坏外，还有化学腐蚀作用，也就是在上述作用的同时，液体也析出氧气，发生氧化作用。汽蚀过程的不稳定，引起水泵发生振动和噪音，同时由于汽蚀时汽泡堵塞叶轮槽道，所以此时流量、扬程均降低，效率下降。2.2.1 泵汽蚀余量(2-5)mkh0.3.2.2.2 汽蚀允许转速(2-6)in/6410.256./34/3 rQCn泵
26、C 值大致在 400700 左右，此处取 C=500；取 n=2840r/min 符合汽蚀条件。2.2.3 比转数计算比转数，水轮机、动力式泵和通风机等透平机械常用的一个重要参数，又称比转速。比转数小反映机器的流量小，全压(或扬程、水头)高；反之，比转数大则机器的流量大，全压（或扬程、水头）低。一台水泵，取最高效率工况时的比转数做为水泵的比转数。比转数按式 2-7 计算(2-7)30251.846.35. /34/ HQns四川理工学院毕业设计（论文）9表 2-1 比转数与叶轮形式比转数 ns 20-80 80-150 150-350叶轮示意图2.3 效率计算 2.3.1 水力效率(2-8)8
27、2.041.lg0835.1lg0835.1nQh2.3.2 容积效率(2-9)93.068.0168.01/23/2svn2.3.3 机械效率(2-10)71.3.0)1/(7. 6/6/ smn考虑机械密封、轴承的损失，取 8.0m2.3.4 总效率(2-11)52.68.09382.mvh2.4 轴功率计算 泵轴的直径应按照强度（拉、压、弯、扭）和刚度（挠度）及临界转速条件确定。因为扭矩是泵最主要的载荷，开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小直径，通常是联轴器处的轴径。2.4.1 轴功率(2-12)kWQHN52.0.102.32.4.2 计算功率(2-13)kK.64.5第二章 叶轮水力设
28、计10K 是工况变化系数，取 1.11.2。2.4.3 扭矩(2-14)mNnNM1.28406.15.9105.9332.4.4 最小轴径(2-15)d 7.132.0. 53是泵轴材料的许用切应力(单位：N/m2)，对于普通优质碳钢可取=（343441 ） 105，对于合金钢=（441588） 105。根据参数相近的泵图纸，将安装叶轮处轴径取为 20mm，在叶轮入口侧的轴颈加工为 M12 螺纹连接一螺帽，用于轴向固定叶轮。图 2-2 轴直径初分配图2.5 初计算叶轮主要尺寸叶轮进口几何参数对汽蚀具有重要影响，叶轮出口几何参数对性能（H ， Q）具有重要影响，而两者对效率均有影响。图 2-1
29、 表示的是穿轴和悬臂叶轮几何参数形状和主要参数尺寸参数。图 2-3 叶轮主要尺寸参数示意图（左为穿轴叶轮，右为悬臂叶轮）叶轮进口直径 D0，叶片进口直径 D1，叶轮轮毂直径 dh，叶轮出口直径 D2，叶轮出口宽度 b22.5.1 叶轮进口直径四川理工学院毕业设计（论文）11因为有的叶轮有轮毂，有的没有轮毂，本次设计的叶轮有轮毂。叶轮轮毂直径 必须保证轴孔在开键槽后有一定的厚度使轮毂具有足够的强度，hd通常取 ，是安装叶轮处的轴径，由图 2-1 知 这里取18.2h md201。md347.1为从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引出叶轮进口当量直径 。为半径的圆管断面积等于叶轮进口去掉
30、轮毂的有效面积。下面先计算进口当量直径(2-16)mnQKDe 310.2841330 表 2-2 K0 的选择 主要考虑效率 3.5-4.0兼顾效率和汽蚀 4.0-5.0主要考虑汽蚀 5.0-5.5(2-17)mdDhe 4531220 2.5.2 叶轮出口宽度根据统计资料(2-18)23.0.640)1/(64.06/5/52 sbnK(2-19)mQb 28.3.32考虑到铸造工艺，取 。b72.5.3 叶轮外径(2-20)07.13.59)10/(35.92/2/2 sDnK(2-21)mQ.84.7.332 2.5.4 叶片出口安放角取 。822.5.4 叶片数第二章 叶轮水力设计1
31、2按照比转数选择叶片数所以选取 。10Z表 2-3 叶片数的选择30-45 45-60 60-120 120-300Z 8-10 7-8 6-7 4-62.6 精算叶轮外径2.6.1 叶片出口排挤系数(2-22)87.09sin3cot120sincot1222 tk，选 =3mm，假定 =90，已知 Z=10， D2=121mm。2DZt2.6.2 理论扬程(2-23)mHhT49.3082.52.6.3 有限叶片数修正系数根据经验有限叶片数修正系数 ，此处取 。45.03p35.0p2.6.4 无穷叶片数理论扬程(2-24)mPHT 2.1).1(49.30)1(2.6.5 出口轴面速度(
32、2-25)skbDQvvm /52.087.1430.12.8022 2.6.6 出口圆周速度 TmmgHvu222tanta25.418937t5.037tn5.0(2-26)s/.212.6.7 叶轮直径四川理工学院毕业设计（论文）13(2-27)mnuD145.014.32865602 一般情况，要求计算误差在 2%以内， ，必须再次进%20.1772行计算。2.7 第二次精算叶轮外径叶片出口排挤系数 8.09sin37cot1450sincot1222 tk出口轴面速度smkbDQvvm /46.08.1307.18.022 出口圆周速度 TmmgHvu222tanta25.41893
33、7t46.037tn46.0s/5.21叶轮直径mnuD146.014.386602 与假定值相同，不再进行计算；取为偶数 ，便于作图。D2第三章 绘制叶轮14第三章 绘制叶轮3.1 叶轮轴面投影图由于叶轮是绕定轴旋转的，用“轴面投影图” 描述叶片形状比较方便。轴面投影图的作法：将每一点绕轴线旋转到同一轴面而成。所谓轴面（也称子午面） ，是指通过叶轮轴线的平面。图 3-1 叶轮轴面投影过程示意图3.1.1 轴面投影图叶轮各部的尺寸确定之后，可画出叶轮轴面投影图。画图时考虑到：(1)出口前后盖板保持一段平行或对称变化；(2)流道弯曲不应过急，在轴向结构允许的条件下，以采用较大的曲率半径为宜。3.
34、1.2 轴面液流过水断面面积变化检查画好轴面投影图后，检查流道各处的过水断面变化情况。在流道上均匀取 510个过水断面，依次计算各个过水断面面积，然后拟合出其沿流道中线变化的曲线，过水断面面积变化曲线如图 3-3：图 3-2 过水断面面积计算示意图四川理工学院毕业设计（论文）15图 3-3 过水断面面积变化拟合曲线3.1.3 分流线所谓分流线就是将过水断面分成几个相等的小过水断面。 对于低比转数和中比转数叶轮，一般只要作三条流线，即中间流线和前后盖板处的流线；对于高比转数叶轮则可作五条流线，即除两盖板处两条以外，再作三条流线。 首先我们要先分清中间流线和流道中线的区别，两者是不同的。流道中线为
35、内切圆圆心的连线，是流道的几何中线；而任意三条相邻流线所组成的两流道中的流量相等，由于整个流道各处的流速是不均匀的，所以中间流线和流道中线是不重合的。如图 3-4 所示，虚线为流道中线，实流线为中间流线。图 3-4 过水断面面积变化拟合曲线中间流线的具体绘制方法是：在轴面液流过流断面形成线上取一点，而后计算此点两边的面积，面积相等则此点即中间流线上的点；如面积不相等，则将此点向面积大的一面移动，再检查两边面积是否相等，进行修改，直到两面积相等为止，即得到流线所经过的点。第三章 绘制叶轮163.1.4 确定进口便位置叶片进口边通常是倾斜的，可能不在同一过水断面上。进口边一般不希望放在流道的急剧拐
36、弯处，同时与三条流线的夹角有如下要求：与上流线夹角为 90 度，与中间流线的夹角大于 60 度，与下流线的夹角大于 70 度。进口边与前后盖板交点连线与叶轮轴心线的夹角大约在 30 度至 45 度，且有(3-1)0.17/1jD表示叶片进口直径， 表示叶轮进口直径。3.2 流线分段3.2.1 包角变换保角变换法绘型原理流面是空间曲面，直接在流面上画流线，不容易表示流线形状和角度的变化规律。因此，要设法把流面展开成平面，在展开的平面上画流线，然后，在展开图上画出流线。 所谓保角变换，顾名思义，就是保证空间流面上流线与圆周方向的角度不变的变换。在平面上的展开流线只要求其与圆周方向的夹角和空间流线的
37、角度对应相等。展开流线的长度和形状可能不相同。因为旨在相似，而不追求相等，可设想把流面展成圆柱面，然后把圆柱面沿母线切开，展成平面。图 3-5 网格绘型(1)(2)(3)四川理工学院毕业设计（论文）17为了展开空间流线到平面上（图 3 所示流线） ，需要对流线分段，得到空间流线的 s 和 u .再根据 s 和 u 就可以绘出整个流面的方格网。流线分段的实质就是在流面上画特征线，组成扇形格网。 ，因为流面可以用轴面图和平面图表示，因此，分点在轴面图上沿一条流线（相当于一个流面）进行。流面是轴对称的。一个流面上的全部轴面流线均相同，所以只要分相应的一条轴面流线，就等于在整个流面上绘出了方格网。3.
38、2.2 在方格网上绘流线一般入口边 a、b、c都取在同一轴面上，即在方格网的同一条纵线上(纵线 0)。出口边 a、b、c 亦取在同一轴面上，即使 a、b、c 汇交于一点。按叶片包角确定出口边在横座标上的位置，通过 a、b 、c和 a、b、c( 此三点重合)作叶片入口安放角和出口安放角。首先作出中间流线的叶片入口角度线和出口角度线，两线相交于一点 b，使AB，若满足不了此要求，可修改修改叶片包角，直至满足 AB 为止。这三条型线的绘制，最好用弹性较好的薄钢尺或钢锯条，弯摺其两端使与型线的入、出口安放角相等，按钢尺自然形成的曲线绘出。在上述 AB 的条件下，可以保证中间流线是一条角度均匀变化的曲线
39、，若绘出的前、后流线角度变化很不平缓时，应修改叶片入口边在轴面投影图上的位置，再绘制叶片型线，直到符合要求为止。图 3-6 入口角线和出口角线第三章 绘制叶轮18图 3-7 入口叫线和出口角线3.2.3 绘制轴面截线在方格网中画出的三条流线，就是叶片表面的三条型线。用轴面(相当于方格网的竖线) 去截这三条流线，所截三点的连线是一条轴面截线。把方格网中每隔一定角度的竖线和三条流线的交点，对应编号 1、 2、 3的位置，用插入法分别点到轴面投影图相应的三条流线上，把所得点连成光滑的曲线，就得到叶片的轴面截线。轴面截线和流线的夹角 最好接近 90， 角太小，盖板和叶片的真实夹角 过小，会带来铸造困难
40、、排挤严重和过水断面形状不良等缺点。对于轴面 0，找到三点投影，再用光滑曲线连接起来；对于轴面 I，找到三点投影，再用光滑曲线连接起来；再依次作出其他轴面截线。3.3 叶片加厚方格网保角变换绘型，一般在轴面投影图上按轴面截线进行加厚。加厚时，可以认为前面所得的轴面截线为骨线向两边加厚，或认为是工作面向背面加厚。沿轴面流线方向的轴面厚度 ，按下式 3-2 计算：(3-2)cosSm根据叶片工作面和背面的压力差，壳按式 3-3 计算叶片厚度四川理工学院毕业设计（论文）19(3-3)12ZHKDSK经验系数，与比转数有关，对于 ns=30 的叶片取 3；D2叶轮外径(m) ；为了作图方便，通常给定真
41、实厚度 或流面厚度 S 沿轴面的变化规律（如图 3-6） ，一般取等厚的部分为全长的 2/32/5。图3-8 叶片厚度变化规律 角从方格网流线中量得。叶片厚度进出口一般按工艺要求给定，最大厚度距进出口在全长的 40%左右。厚度可按流线型变化，或选择翼型厚度的变化规律。把算得的厚度，按流线和轴面截线的，点到轴面图中，光滑连接。第四章 泵体设计20第四章 泵体设计4.1 泵体的选择泵体是泵结构的中心，也叫蜗壳或泵壳，其型式比较多。1、按剖分方式可分为：1.水平剖分型这种型式的泵壳是在通过轴心的水平剖分面上分开，拆卸泵壳时与吸入、排出管道无关，维修也比较方便。2.垂直剖分式这种型式的泵壳是在垂直轴心
42、的垂直面上剖分，不易泄漏，但在维修时必须拆卸进口管道，所以维修不如水平剖分式泵壳方便。3.倾斜剖分式这种型式的泵壳是从前端吸入，上面排出，泵壳在通过轴心的倾斜面上剖分，不拆卸吸入和排出管道，只拆开上半部泵壳即可检修内部。4.筒体式这种型式的泵是把泵壳制作成筒体式的，对于压力非常高的泵，用单层泵体难以承受其压力，所以采用双层泵体。2、按泵壳的支承型式可分为标准支承式、中心支承式、悬臂式、管道式、悬挂式。1.标准支承式这种型式的泵，一般是卧式，在泵体两侧有支脚，支脚用螺栓固定在底座上。2、中心支承式这种型式的泵，泵壳下侧的支脚安装在底座上，可适应输送高温流体而造成热膨胀应力的影响。3、悬臂式这种型
43、式的泵，泵壳是一整体，并将泵体与吸入盖的组合件安装在轴承托架上。结构紧凑，拆卸方便。4、管道式这种型式的泵是作为管道的一部分和管道联接在一起的，并由管道支承。检修时，不需拆下与管道联接的泵体，就可以检修泵的转子和电动机。5、悬挂式四川理工学院毕业设计（论文）21这种型式的泵是泵壳装在排出管道上，泵壳在排出管以下部分悬挂在吸入容器上，泵壳是垂直剖分式的。 泵体（蜗壳）在工作时是固定不动的。组成蜗壳的各个零部件的内腔形成了叶轮工作室吸入室和压出室。叶轮工作室是装有叶轮的空间，它的形状和大小由叶轮的结构型式和尺寸决定，在进行蜗壳设计前，吸入室和压出室的形状尺寸也都已经由水力设计确定。虽然蜗壳不是产生
44、扬程的零部件，但因为它的内腔直接影响到泵的工作性能，所以设计和制造蜗壳时，必须准确地保证由水力设计和叶轮结构设计所提出的对内腔形状和尺寸的要求。蜗壳内腔既然为泵的过流流道，蜗壳的结构就必然与泵的级数和叶轮、吸入室及压出室的型式及布置有关。另外，蜗壳还用于装设泵的支承及密封等辅助工作机构合理紧凑，制造工艺好，有足够的强度和刚度，使用和维修方便并能满足泵的特殊使用要求。虽蜗壳的结构型式多种多样，但所有的蜗壳都有一个共同的特点，就是它们都要被剖分成部分，否则叶轮无法装入。现在大多数的悬臂泵都是单级蜗体式泵，它们的蜗壳多属端盖式蜗壳，通常将仅在位于远离动力输入端的那一侧带有梢头盖的端盖式蜗壳称为前门端
45、盖式蜗壳；在位于靠近动力输入端的一侧有泵盖的蜗壳称为后开门端盖式蜗壳；两侧皆有泵盖者称为双开门端盖式蜗壳。确定方案：在上面的几种蜗壳形状经过综合比较分析，结合具体的需要，本次设计单级蜗体式结构。蜗壳的结构见下图 4-1：图 4-1 蜗壳结构第四章 泵体设计224.2 蜗壳的设计计算图4-2 蜗壳计算流程1基圆 D3 (4-1)23.05D一般大泵取小值，小泵取大值。如果基圆取得太小，在大流量时泵舌处容易产生汽蚀，引起振动。2涡室入口宽度 b3用叶轮出口宽度 b2 加叶轮前后盖板厚度，再按结构需要加必要的间隙即可。涡室入口宽度对泵性能没有明显的影响，但取得略宽些可以改善叶轮和涡室的对中性。(4-
46、2)22305.Db3舌角 3舌角是在涡室第面的 0 点（及涡室螺旋线的起始点）处，螺旋线的切线与基圆切线间的夹角。为了使液体无冲击的从叶轮进入涡室，一般取 3 等于叶轮出口绝对速度的液流角。4泵舌安放角 在理论上泵舌应该在第断面的基圆上 D3 上，但这样做会使泵舌与叶轮间的间隙过小，易产生振动，并且泵舌也太薄。所以将泵舌沿涡室螺旋线移动 ，此角即为泵舌安放角。表 4-1 泵舌安放角sn40 60 80 130 180 220 280 36010 15 20 25 30 38 45 45在取泵舌安放角时，还应考虑结构安排的可能性，一般应使泵舌处的圆角半径 r 为 22.5 毫米左右。5涡室断面面积的确定涡室断面面积对泵性能影响很大，对同一个叶轮，如果涡室断面面积过小，流量
