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1、 第1章 绪 论1.1 选题背景及意义 近几十年来，砂石泵在国民经济各部门生产中的应用范围日益扩大，如用于抽送污水、粪便、泥浆和各类纤维杂质浆料，杂质泵已成为泵应用中非常重要的领域。目前国内的杂质泵产品主要有污水泵、泥浆泵、纸浆泵和旋流泵，综观应用情况，现有各种杂质泵虽然具有抽送含颗粒、杂质混合液的较好性能，但由于受泵型结构所限，泵在工作中会时常发生绕缠与堵塞故障，而目.对物料破坏严重，更无法用于抽送长纤维、大粒径固体物和要求不损伤的物料，远不能满足多行业的需要。 矿山分离机(简称螺旋泵)是一种新型杂质泵，具有极好的无堵塞、无绕缠与损伤少的性能。该新产品的开发在国外已有近30年历史，60年代由
2、秘鲁率先推出，尔后日本、西德等国亦相继研制成功。据报道，目前国外的螺旋泵技术产品发展很快，现已研制有单头、双头和带有盖板等不同结构的螺旋式叶轮，并且制成普通干式泵、浸没式泵、潜水泵多种系列产品，在许多生产部门得到广泛应用。 我国的矿山分离机新技术产品开发起步较晚，1988年本项目LLB型螺旋式离心泵的研制成功尚属国内首次。新产品已通过专家鉴定，并在多行业进行了几年的生产应用推广，取得了显著的生产效果与经济效益。1.2 矿山分离机的概述及发展1.2.1砂石泵的工作原理泵是把原动机的机械能转换成抽送液体能的机器。原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体作功，使其能量整加，从吸水池经泵的过流部件输送到要求
3、的高处或要求的压力的地方。图1.1所示是简单的泵装置。原动机带动叶轮旋转，将水从A处吸入泵内，排送到B处。泵中起主导作用的是叶轮，叶轮中的叶片强迫液体旋转，液体在离心力的作用下向四周甩出。这种情况象转动的雨伞，雨伞上的水滴向四周甩出去的道理一样。泵内的液体甩出去后，新的液体在大气压力下进到泵内。如此连续不断地液体在大气压力下进到泵内。如此连续不断地从A处到B处供水。泵在开动前，应先灌满水。如不灌满水，叶轮只能带动空气旋转，因空气的单位体积的质量很小，产生的离心力甚小，无力把泵内和排水管路中的空气排出，再泵内造成真空，水也就吸不上来。泵的底阀是为灌水用的，泵出口侧的调节阀是用来调节阀是用来调节流
4、量的。1- 调节阀 2 排出短管 3 压水室 4 叶轮 5 底阀 6 吸水室买文档送全套图纸 扣扣414951605 图1.1 泵工作的装置简图 需要强调指出的是，若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气缚。吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中都会造成气缚，实际工作中要避免发生这种情况。1.2.2砂石泵的主要零部件泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。泵吸水室位于叶轮前面，其作用是把液体
5、引向叶轮。有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。压水室位于叶轮外围，其作用是收集从叶轮流出的液体，送入排出管。压水室主要有螺旋形压水室（涡壳）、导叶和空间导叶三种形式。叶轮是泵最重要的工作元件，是过流部件的心脏。叶轮由盖板和中间的叶片组成。根据液体从叶轮流出的方向不同，叶轮分为径流式、混流式和轴流式三种型式。径流式叶轮液体流出叶轮的方向垂直于轴线，即沿半径方向流出；混流式（包括斜流式）叶轮液体流出叶轮的方式倾斜于轴线；轴流式叶轮液体流出叶轮的方向平行于轴线，即沿轴线方向流出。泵的类型：泵可以分为叶片式泵（动力式泵）、容积式泵和其它类型泵三大类。所谓叶片式泵，是依靠叶轮在壳体中旋转，通过流体动力参数
6、的变化把能量传给液体的机械。叶片式泵的简单分类如下：(1)离心式（装径流式叶轮）1)单吸（叶轮一面进水）2)双吸（叶轮两面进水）(2)混流式（装混流式叶轮）(3)轴流式（装轴流式叶轮）(4)单级（装一个叶轮）(5)多级（装多个叶轮）1.2.3砂石泵的发展砂石泵具有输送各类杂质、浆料和固体物料无堵塞、不损伤等良好功能，故在一些生产部门拥有广泛的推广应用前景和显著的经济效益。由于砂石泵具有很多优点,因此,今后我国的需求量将持续增长,并有以下主要发展趋势。1.发展多功能多用途砂石泵我国砂石泵的形式和外国著名的砂石泵生产厂的产品相比还不够多,如带有切割装置的泵、多级泵、抽送腐蚀性介质的砂石泵等生产的还
7、很少,然而其市场的需求量又很大,因此,具有很好的发展前途。2.开发高可靠性机械密封机械密封是砂石泵的关键部分,采用两道单端面机械密封,这样介质的压力可以作用到端面,泄漏方向为内流型,这些都是有利的,但结构稍复杂。在油室内装双端面机械密封,两侧的端面应采用不同的结构型式,使介质的压力能作用到下侧的端面上,否则只靠弹簧力,密封端面的反推力易使端面打开。因此,还应进一步在结构和材料方面进行研究,提高其可靠性和寿命。3.新材料新技术新工艺等将逐步应用普通泵已使用不锈钢、氟塑料(F46)、衬塑、衬胶、喷涂陶瓷等,所有这些材料应当尽快应用到砂石泵上,扩大砂石泵的应用领域。而计算机辅助设计、辅助制造和辅助测
8、试等新技术、新工艺的应用也势在必行。事实证明,新技术、新材料、新工艺的应用,不但解放劳动生产力,而且还可以保证产品质量稳定可靠。4.注意砂石泵的外观质量并逐步打入国际市场我国的砂石泵在国际市场上有着明显的价格竞争优势,但是必须要注意提高砂石泵的可靠性和寿命,尤其要改善砂石泵的外观质量,要给用户一种美的感觉,以使国产的砂石泵早日更多地打入国际市场。1.3研究设想砂石泵是一种通用机械，应用范围广泛。因此在本次结构设计中最多考虑到的因素就是经济实用性和性能稳定性。只有投入低，效益高的产品才能被市场认同。在设计过程中尽可能采用低成本原材料，同时优化结构设计并保证其性能能够满足工作需求。设计就要有创新、
9、有可行性。本次螺旋式砂石泵的结构是设计就是为了使砂石泵广泛应用于实际生产中，并在保证低成本的同时有更多的效益。本章对砂石泵的经济效益，社会效益，使用寿命以及泵本身的节能底噪性进行试验性分析，表明该泵有实际应用性。本次泵体在设计上更多的考虑的实际生产，使该泵在高效节能，经济效益，社会效益等感方面有更多优势。第2章 砂石泵的总体结构设计2.1砂石泵结构设计的总体方案分析2.2.1螺旋离心泵叶轮结构特征 螺旋离心泵叶轮的叶片包角大，叶轮流道由单(双)叶片形成，流道较大，加上进口导向和螺旋推进作用，使得这种泵的通过性能很好，可以输送含大颗粒及纤维物质的液体，输送的浓度比其它型式无堵塞泵高。固液两相流体
10、在这种泵中逐渐向前推进，流动方向无突然变化，因而流动平稳，对输送物料的破坏性小。螺旋离心泵叶轮的叶片伸到泵壳吸入口中，大大提高了泵的抗汽蚀性能，泵的吸入性能好，因而能输送教高粘性的液体。为便于研究和表达，结合螺旋离心泵叶轮的结构特点，在此定义叶轮的几个主要结构参数(见图2.1)。(1)叶轮进口直径Dl叶片工作面进口边缘处到叶轮轴心线的最大垂直距离称为叶轮进口半径。其值2倍即为Dl。(2)叶轮轮毅直径Dh叶片工作面进口边缘处到汗卜轮轴心线的最小垂直距离称为叶轮轮毅半径。此值2倍即为Dh。(3)叶轮出口直径DZ叶片出口边缘处到叶轮轴心线的最大垂直距离称为叶轮出口半径。此值2倍即为DZ。(4)叶轮出
11、口宽度b叶一片工作面出口边缘处，前后盖板的轴向距离称为叶轮出口宽度。(5)叶片长度L叶片工作面最大进口边缘到叶片底面的轴向距离称为叶片长度。(6)叶片包角叶片工作面从进口边缘到出口边缘绕轴所转过的角度称为叶片包角。(7)出口边倾斜角Z叶片出口边与叶轮轴心线的夹角称为出口边倾斜角。图2.1 螺旋离心泵几何结构参数2.2.2砂石泵的主要性能参数参数要求：出口：200mm； 入口：200mm；流量：120m/h； 扬程：H=15m；转速：1450r/min； 轴转速：9.61kW。介质要求：适用于城市排污、污水处理、矿山作业、造纸、食品等行业。可输送含大颗粒及纤维物质的液体，输送浓度高达12%（体积
12、浓度）。特别适用于输送污水、污浆、纸浆、废液及其他固液、气液两相液体。螺旋离心泵，以其独特的叶轮设计，使泵具有强制进科、宽流道、无堵塞性能好、效率高、体积小、结构简单、操作容易、流量均匀、故障少、寿命长、购置费和操作费均较低等突出优点，使离心泵在化工生产中应用最为广泛，为使本次设计的泵体能应用在更多的工作场合，该泵的结构采用螺旋离心式。 2.2确定泵的总体结构形式离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗形泵壳。具有若干个（通常为4-12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，是离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的
13、底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使预先充灌在叶片间液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得
14、的机械能量最终表现为静压能的提高。(离心泵结构示意图如图2.2所示)图2.2螺旋式离心泵结构示意图选定泵的总体结构形式和原动机的类型。进而结合下面的计算，经分析比较后做最终确定。在设计泵时要用泵的效率，但泵尚未设计出来，故只能参考同类产品，或借助经验公式和曲线近似地确定泵的总效率和各种效率值，并设法再设计中达到确定的效率。水力效率、容积效率和机械效率的估算由文献1查得 1、水力效率 (2.1)式中：Q泵流量（m3/s）（双吸泵取Q/2）；n泵转速（r/min）；g9.8m/s2。2、容积效率 (2.2)该容积效率为只考虑叶轮前密封环的泄露的值于有平衡孔、级间泄露和平衡盘泄露的情况，容积效率还要
15、相应降低。3、 机械效率 (2.3) (2.4)4、 理论扬程和理论流量 (2.5) (2.6)2.3泵的进出口直径的确定2.3.1进口直径泵进口直径也叫泵吸入口径，是指泵吸入法兰处管的内径。吸入口径由合理的进口流速确定。泵的进口流速一般为3m/s左右。从制造经济性考虑，大型泵的转速取大些，以减少泵的体积，提高过流量能力。从提高抗汽蚀性能考虑，应取较大的进口直径，以减小流速。常用的泵吸入口径、流量和流速的关系列表。对抗汽蚀性能要求高的泵，再洗入口径小于250mm时，可取洗入口流速Vs=11.8m/s，在洗入口径大于250mm时，可取Vs=1.42.2 m/s。选定进入流速后，按下式确定由文献1查得 (2.7)取v5=1.1m/s。把参数代入=mm
