1、 2 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书目 录摘要31 前言42 叶轮的水力设计52.1 泵的主要设计参数和结构方案的确定52.2 叶轮主要参数的选择和计算62.3 叶轮的绘型112.4 作叶轮进出口速度三角形233 压水室的水力设计243.1 压水室的作用及螺旋型压水室作用的原理243.2 压水室的设计和计算264 结构设计314.1 主轴的结构设计314.2 装配图轮廓尺寸的初定 315 强度计算335.1 泵轴的强度计算335.2 键的强度计算395.3 轴承寿命的计算406 结论44总结与体会45谢词46参考文献473 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西
2、华大学毕业设计说明书摘 要本设计是根据给定设计参数完成单级单吸离心泵 IS200150250 的水力及结构设计，主要包括叶轮、压水室的水力设计和泵的结构设计。确定出叶轮的几何参数，绘制并检查叶轮轴面投影图，采用方格网保角变换法完成扭曲形叶片绘形。利用数字积分法，根据蜗壳内速度矩守恒，确定出蜗壳八个断面参数，并进行绘形。最后对泵进行结构设计，绘制了装配图和部分零件图，并对轴进行了强度校核计算。关键词：离心泵；叶轮；蜗壳；水力设计；结构设计AbstractAccording to the design parameters at the given point, this paper accomp
3、lished the design of the centrifugal pump. It mainly contained the hydraulic design of the impeller, volute casing and structural of pump, structural design of the pump. Based on the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. Then author projec
4、ted and checked the cross-section of impeller, drew the cylindrical blade using methods of grid square conformal transformation. On the basis of constant velocity moment, author calculated parameters of cross-section of volute using digital integral method. Author also drew the spiral curve and diff
5、user of volute casing. Finally, the structural of the pump was designed and assembly drawing component graphics were drew. In addition, this program has been checked strength of the pump shaft.【Key words】：centrifugal pumps；impeller；volute casing；hydraulic design；structural design4 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵
6、)西华大学毕业设计说明书1 前言水泵是一种应用广泛的水力通用机械，在航天、航空、发电、矿山、冶金、钢铁、机械、造纸、建筑以及农业和服务业等方面都有着广泛的应用。近年来，在农田水利建设和石油化学等工业部门的迅猛发展中，对离心泵的需求越来越大。本次设计是根据给定设计参数完成 IS200-150-250 型离心泵水力及和结构设计，并完成泵总装图的绘制。该泵在设计点运行参数如下：扬程 ，流量 ，转速 ，效率 ，必20Hm340/Qh1450/minnr79%需空蚀余量 ；抽送介质为温度小于 的清水或物理、化学性().95rNPS8C质类似于水的其他液体。根据以上设计参数，完成如下设计内容：(1) 叶轮
7、水力设计，进行叶片绘形；(2) 压水室水力设计，进行压水室绘形；(3) 验算泵的抗汽蚀性能；(4) 完成总装图的绘制；(5) 对泵的主要零件进行强度校核；(6) 编写设计计算说明书，完成 3000 字专业文献英译汉。5 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书叶轮的水力设计叶轮是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗空蚀能力、特性曲线的形状，都与叶轮的水力设计有紧密的关系。2.1 泵的主要设计参数和结构方案的确定2.1.1 给定的数据和要求（1）泵的型号：IS200150250（2）流量： 3340/.1/Qmhs（3）效率： 。79%（4）扬程： 2（5）转速： 15/innr
8、（6）必需空蚀余量 ()2.95rNPSH（7）介质的性质：温度小于 的清水或物理化学性质类似于水的其他液80C体。2.1.2 确定泵的进出口直径首先由给定的泵的标准型号 IS200-150-250，即可得泵进口直径 20sDm泵出口直径 。15d2.1.3 汽蚀验算汽蚀比转数 345.62107()rnQCNPSH可知，转速 、汽蚀基本参数 和 这三个参数之间有确定的关系，如nC得不到满足，将产生汽蚀。对于一定 值，假设提高转速，则 将增大，当rNPSH该值大于所提供的装置汽蚀余量 时，就会发生汽蚀。a按汽蚀条件来确定泵的转速的方法，是先选择 值，按给定的装置汽蚀余量或几何安装高度 ，计算汽
9、蚀条件下所允许的转速。即aNPSHszH34().62rCNPSnQ6 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书式中： = （ 考虑汽蚀的安全余量）。aNPSHrK汽蚀允许转速：3/43/4()1207.95 15.6.6rCNPSnQmin)/(r经验算可知，转速 小于汽蚀允许转速，符合要求。1/min2.1.4 计算比转速 ，确定泵的水力方案sn比转速公式为取 18633/44.65.150.186.52sQH在 范围，泵的效率最高，当 时，泵的效率将显著下降。102sn sn采用单级单吸式时 过大，可考虑改成双吸，反之采用双吸 过小时，可考虑s sn改成单吸式叶轮，泵
10、的特性曲线的形状也和 有关。本次设计选用单级单吸式s的水力方案。2.2 叶轮的主要参数的选择和计算叶轮主要几何参数有叶轮进口直径 、进口当量直径 、叶轮轮毂直径 、1D0Dhd叶片进口安放角 、叶轮出口直径 、叶轮出口宽度 、叶片出口角 和叶片122b2数 Z。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。2.2.1 叶轮进口直径 的确定1D叶轮进口直径 与进口速度有关，从前限制进口速度 一般不超过 ，1 0v34/ms认为进一步提高叶轮进口流速会降低泵的抗汽蚀性能和水力效率。实践证明：泵在相应增加进口 很广的范围内运转时，能保持水力效
11、率不变，所以如果设计的0v泵对抗汽蚀性能要求不高，可以选较小的 以减少叶轮密封环的泄漏量，以提高1容积效率。决定叶轮内水力损失的速度是相对速度的大小和变化，所以应当考虑泵进口对相对速度的影响，通常在叶轮流道中相对速度是扩散的，即 。这样从1w2减小进口相对撞击损失的流道中的扩散损失考虑，都希望减小 ，若假定 最小 1，可推出计算叶轮进口直径的公式。进口当量直径： ,圆整取 192mm3300.14.5.9oQDkmn7 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书式中: 根据统计资料，对此泵确定为 =4.50k 0k进一步增加 ,可以改善大流量下的工作条件，提高泵的抗汽蚀性能考
12、虑效率和汽蚀， 的选用范围是：0主要考虑效率 =3.54.0 0k兼顾效率和汽蚀 =4.05.0主要考虑汽蚀 =5.05.50这里选取 =4.5k轮毂直径： hd所以叶轮进口直径： 2119ohDdm2.2.2 叶轮出口直径 的初步计算 2叶轮外径 和叶片出口角 等出口几何参数，是影响泵的扬程的最重要的2因素。另外，影响泵扬程的有限叶片数修正系数也与 和 及叶片数等参数有2D关。可见影响泵的扬程的几个参数之间互为影响。因此，必须在假定某些参数为定值的条件下，求解叶轮外径 。2D因为压水室的水力损失和叶轮出口的绝对速度的平方成正比。为了减少压水室的水力损失，应当减小叶轮出口的绝对速度，因此，我们
13、把在满足设计参数下使叶轮出口绝对速度最小作为确定 的出发点。2由叶轮出口速度三角形 22muv叶轮出口轴面速度和圆周分速度 均与叶轮外径有关，现将 表示为2v的函数，由基本方程式2()Du2uhgHv推出 的计算公式并计算出具体的数值为：2 1/21/22 869.35()9.35().4700sDnk332 .6.47.9Qm取 。291m8 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书2.2.3 叶轮出口宽度 的计算与选择2b55/66180.4()0.4().071snk332 .7.bQm由于制造关系，这里取 246m2.2.4 叶片数的选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀
14、性能都有一定的影响。选择叶片数时，一方面考虑尽量减少叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶轮流道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。参考1P108，叶片数按比转速选择（表 2-1），取 。6Z表 2-1sn3045 4560 60120 120300Z 810 78 67 462.2.5 泵效率的选择与计算先分别计算或估算水力效率 和容积效率 ，最后由已知的总效率 推算出hv机械效率 。m（1）容积效率: 叶轮前后盖板外侧与腔内侧形成了两个充满液体的空腔，称为泵腔。叶轮前盖板处的间隙使前泵腔与叶轮进口相通，前泵腔的另一端与叶轮出口相通。在压力差的作用下，有一部分水流流出叶
15、轮后，又经过前泵腔和叶轮进口间隙返回叶轮入口，这部分水从叶轮中获得的能量在流动过程中全部不可逆的转化为热能，形成一种能量损失。在后泵腔轮毂处，因为设有各种形式的密封装置，这一典型的流动可以忽略不计。因而叶轮进口密封间隙处的这一泄漏量 代表了离心泵中q典型的主要的容积损失。容积效率可以采用下面的一些经验公式计算：002/31980.68vsn（2）水力效率9 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书20.4110%9(lg7)hD（3） 机械效率 由于知道总效率 ，又 可以计算出 9hmv8m2.2.6 精算叶轮外径 2D叶轮外径 是叶轮最重要的尺寸，故需要精确计算。以基本方
16、程式精确计算，2从理论上讲是比较严格的，但其中的水力效率，有限叶片修正系数，也只能用经验公式计算。实践证明，精确计算的数值是基本可靠的。由基本方程式： 21uTvHg由出口速度三角形 22tanmu所以整理后得： 222()ttTvvgH由 可以求得 2u260uDn离心泵一般是选择适当的 角精算 。2（1）查相应资料，叶片出口安放角 一般在 的范围内，通常选用4016。对高比转速泵， 可以取小些，低比转速泵可以取大一些。本次设计3022取 。.5（2） 求叶片出口排挤系数，需要确定叶片厚度 ，轴面截线与轴面流线的2夹角取 。9（3）第一次精确计算叶轮外径，按照初定尺寸画出轴面投影后计算。叶片
17、出口排挤系数： 222cot64cot2.51()11()0.93sin3.98sinZD理论扬程： 02.1ThHm修正系数：10 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书其中 取 22.5(1)0.8(1).166 0.65.80.静矩： 2122201()()ri DSRdr23232(45.0960.598m叶片修正系数： 232(145.). .646098rPZS无穷叶片理论扬程： ()(.)TTHm在每次计算中都可以认为 不变。出口轴面速度： 220.12.896/s3.142946.930.mvQvDb 出口圆周速度： 222()./tantammTvugH
18、ms出口直径： 260.60.2983.145D与初定的值 相差超过 ，进行第二次精算。291m%（4）第二次精确计算叶轮外径叶片出口排挤系数： 222cot64cot2.51()11()0.93sin3.98sinZD出口轴面速度： 220. 2.8m/s.14246.30.mvQvb出口圆周速度：11 流体机械毕业设计说明书(IS 离心泵)西华大学毕业设计说明书 222().5/tantammTvvugHms出口直径： 260.50.2963.14uDmn与假定值 相差小于 ，故可取 为精确的叶轮外径。298m%282.3 叶轮的绘型叶轮是影响离心泵性能的主要零件。因此，准确的绘型是保证叶
19、片形状的必要前提。叶轮全部几何参数确定后，应当根据这些确定的尺寸完成叶片绘型，为此应首先绘制叶轮轴面投影图。画图时，最好选择 相近，性能良好的叶轮图作为参考，考虑泵的设计的具sn体情况加以改进。轴面投影图的形状，十分关键，应经过反复修改，力求光滑顺畅。同时，应考虑到：(1)前后盖板出口保持一段平行或对称变化；(2)流道弯曲不应过急，在轴向结构允许的情况下，以采取较大的曲率半径为宜。设计时参考性能较好的相同比转速叶轮轴面投影图形状来绘制。2.3.1 叶轮轴面投影图的绘制轴面投影图绘制的已知控制尺寸只有四个：叶轮半径，叶轮进口直径，叶轮出口宽度和轮毂直径，所绘轴面投影图应当满足这四个已知尺寸。绘制
20、低比转速叶轮轴面投影图时，应注意以下问题：轴面图上，前后盖板内表面的投影在叶轮出口部分，在低比转速叶轮中都是直线。为提高叶轮水力效率和保证圆柱形叶片进口冲角不至太大，这两条直线应对称布置。叶轮流道宽畅一些，有利于减少叶轮的水流速度，降低水力损失，也有利于增强叶轮抗气蚀性能，保证有少量气泡出现后泵的外特性不致迅速变化。前盖板以一段圆弧过渡两直线，该圆弧应于两直线相切。在泵的轴向尺寸要求不严格时，可取大一些。后盖板流线下部一半也以一段圆弧构成，此圆弧与直线相切，也应与 1/2 的水平线相切（对于轴不穿越叶轮吸入口的叶轮，水平线指叶轮轴心线，这时并不强求圆弧与轴心线一定相切），比值一般在 1.22 这一范围内。必要时，过渡圆弧也可以用两相切圆弧构成。
