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1、西华大学毕业设计说明书目 录摘要41 前言52 叶轮的水力设计62.1 泵的主要设计参数和结构方案的确定62.2 叶轮主要参数的选择和计算82.3 叶轮的绘型142.4叶轮进出口速度三角形的绘制293 压水室的设计与计算303.1压水室的结构参数303.2压水室断面形状及各断面面积313.3压水室平面图的绘制344诱导轮设计 364.1 提高泵汽蚀性能的原因 364.2诱导轮的计算36 5增速部分的设计416 结构设计 456.1主轴的结构设计456.2装配图轮廓尺寸的457 强度计算477.1泵轴的强度校核477.2 泵轴的临界转速计算548 键的强度计算558.1 叶轮处键的强度计算558
2、.2联轴器处键的强度校核569 结论57总结与体会57谢辞58参考文献59摘 要本设计是根据给定设计参数完成高速离心泵的水力及结构设计。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
3、paper accomplished 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 a
4、uthor projected 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 cu
5、rve and diffuser 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 design1前言水泵是一种应用
6、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高速离心泵水力及结构设计，并完成泵总装图的绘制。该泵在设计点运行参数如下：扬程H=500m，流量Q=230,转速n=6000r/min，效率=50%，；根据以上设计参数，完成如下设计内容：叶轮水力设计，进行叶片绘形；压水室水力设计，进行压水室绘形；验算泵的抗汽蚀性能；完成总装图的绘制；对泵的主要零件进行强度校核；在指导教师指导下完成设计说明书；完成3000字专业文献英译汉。
7、2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给定的数据和要求（1）流量：Q=230（2）效率：=50%。（3）扬程：h=500m （5）转速：（6）介质的性质：温度小于80C 的清水或物理、化学性质类似于水的其他液体。2.1.2确定泵的总体结构形式和泵的进出口直径首先大致选择泵的结构形式和原动机的类型，进而进行下面的计算，经比较分析后做最后的确定。(1) 泵吸入口径泵的吸入口径由合理的进口流速确定。泵吸入口的流速一般为3左右。从制造方便考虑，大型泵的流速取大一些，以减少泵的体积，提高过流能
8、力;而提高泵的抗空蚀性能，则应该减少泵的吸入口的流速。综合考虑：初定v=2.505m/s则吸入口径D=0.180m=180mm。考虑到泵进口法兰直径，圆整D=200mm。反算进口流速v=2.03m/s 与初选流速一致。 (2) 泵排出口径对于低扬程泵，可取与吸入口径相同，高扬程泵，为减少泵的体积和排出口直径，可使排出口径小于吸入口径，一般取式中：泵排出口直径； 泵吸入口直径；最终确定的泵的吸入口和排出口直径，应该符合标准直径。这次设计扬程为50m，根据经验公式 取=170mm2.1.3泵转速的确定及电动机型号确定泵的转速时考虑到下面因素：泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，因此，应该选择尽量
9、高的转速。转速和比转速由关，而比转速和效率由关，所以转速应该和比转速结合起来确定。确定转速应该考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机等）和传动装置（变速传动等）。通常优先选择电动机直接联结传动，异步电动机的同步转速见表2.1。表2.1 电机同步转速极对数246181012同步转速（转/分）300015001000750600500电动机带负荷后的转速小于同步转速，通常按照2左右的转差率确定电动机的额定转速。由泵给定转速n=6000r/min, 选取极对数P=2，同步转速为2985r/min的异步电动机。2.1.4计算比转速，确定泵的水力方案比转速的公式为：在=150250的范围，泵的效率最高
10、，当60时，泵的效率将显著下降。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，可考虑改成单吸式叶轮。泵的特性曲线的形状也和有关。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、叶片进口直径、叶轮轮毂直径、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34m/s，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
11、，能保持水力效率不变，所以如果设计的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 ，可推出计算叶轮进口直径的公式。进口当量直径：,圆整取95mm式中:根据统计资料，对此泵确定为=4.3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虑效率和汽蚀，的选用范围是：主要考虑效率 =3.54.0 兼顾效率和汽蚀=4.05.0主要考虑汽蚀=5.05.5这里选取=4.3
12、轮毂直径：所以叶轮进口直径：=这里取2.2.2 叶轮出口直径的初步计算 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。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。由叶轮出口速度三角形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（）的函数，由基本方程式推出的计算公式并计算出具体的数
13、值为：取。2.2.3 叶轮出口宽度的计算与选择由于制造关系，这里取2.2.4 叶片数的选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀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。叶片数按比转速选择（表2.2）取Z = 8 。表2.23040456060120120300Z8107867462.2.5 泵效率的选择与计算先分别计算或估算水力效率，机械效率，容积效率，最后计算总效率。（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q代表了离心泵中典型的主要的容积损失。容积效率可以采用下面的
