节段式多级锅炉给水泵设计说明书

节段式多级锅炉给水泵设计说明书 毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 目录 摘要 ………………………………………………………………………………………1 Abstract …………………………………………………………………………………2 一、 基本参数和结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定 ………………………………………… 1 (一) 泵的基本设计参数 …………………………………………………… 1 (二) 基本方案的确定 …………………………………………………………1 1. 泵进出口直径的计算 …………………………………………………………2 2. 泵转速的确定 ……………………………………………………………………2 3. 汽蚀比转速的验算………………………………………………………………2 4. 泵效率的初步计算………………………………………………………………3 5. 泵进出口速度的确定… ………………………………………………………4 6. 轴功率和原动机的选择 ………………………………………………… 4 7. 泵最小轴径的确定 ……………………………………………………………4 二、 叶轮的水力设计 ……………………………………………………………5 (一) 叶轮主要尺寸的确定 ……………………………………………5 1. 叶轮进口直径Dj …………………………………………………………………6 2. 叶轮出口直径 D2 ………………………………………………………………6 3. 叶轮出口宽度b2 …………………………………………………………………7 4. 叶片出口角β2的确定 ……………………………………………………… 7 5. 叶片数的选择 ……………………………………………………………………8 - 1 - 毕业设计(论文) 6. 叶片出口直径的精算 …………………………………………………………8 (二) 叶轮轴面投影图的绘制 ……………………………………………11 1. 轴面投影图的绘制… ……………………………………………11 2. 轴面流道的划分 …………………………………………………12 (三) 方格网包角变换法叶片绘型 …………………………………………… 13 1. 叶片进口角的计算 …………………………………………………………13 2. 沿轴面流线分点 …………………………………………………………… 16 3. 在方格网上绘制流线 …………………………………………………… 17 4. 在轴面投影图中画轴面截线 ………………………………………… 18 5. 叶片加厚 ……………………………………………………………………… 18 6. 画叶片剪裁图 …………………………………………………………………19 7. 叶片绘型质量检查 ………………………………………………………… 20 三 、 压水室和吸水室的设计 …………………………………………… 21 (一) 吸水室的设计 …………………………………………………………21 (二) 压水室的设计 ………………………………………………………… 22 1. 叶片式压水室(导叶)的设计 …………………………………………22 2. 形压水室的设计 …………………………………………………………… 25 四 、 轴向力和径向力的计算及平衡 ………………………………… 26 (一) 轴向力 ……………………………………………………………………26 轴向力产生的原因 ……………………………………………………… 26 轴向力的计算 ……………………………………………………………… 26 - 2 - 毕业设计(论文) 轴向力的平衡 ……………………………………………………………… 28 (二) 径向力 ………………………………………………………………29 五、 泵零件选择及强度计算 ………………………………………………29 (一) 叶轮盖板强度计算 ………………………………………………… 29 (二) 轴强度校核 …………………………………………………………… 30 1. 轴的强度校核 ……………………………………………………………… 30 2. 轴临界转速的校核计算 ………………………………………………… 31 (三) 键的强度计算 …………………………………………………………34 1. 工作面的挤压应力 ………………………………………………………35 2. 断面的剪切应力 ………………………………………………………… 35 (四)轴承的选择和校核 ………………………………………………………35 (五) 穿杠直径和中断密封凸缘宽度计算 …………………………37 1. 断壁厚的计算 ………………………………………………………37 2. 中段强度校核 ………………………………………………………38 3. 穿杠直径和中断密封凸缘宽度 ………………………………38 (六) 密封的选择 …………………………………………………………… 40 参考文献 ………………………………………………………………………………41 外文翻译 …………………………………………………………………………… 42 致谢 ……………………………………………………………………………… 63 - 3 - 毕业设计(论文) 摘要 本次毕业设计的 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目是节段式多级锅炉给水泵。它在工业领域的应用极为广泛。设计的内容主要有:叶轮的水力设计，环形吸水室的设计，导叶压出室的设计，零部件的选择和设计，并对相关部件进行了强度校核。 节段式多级泵的主要部件有吸入室，中段，压出室，轴，叶轮，导叶，密封，平衡鼓，轴承部件，穿杠等。对于这种小流量泵，比转速低，泵的效率太低， 无法达到要求。 在设计中可以采取加大流量法来设计。该类型泵采用径向式导叶，它除具有某些结构上的优点外，还能在各种工况下平衡作用于叶轮上的径向力。在本设计中采用环形吸水室。它的各个断面形状和尺寸均相同，结构简单紧凑。其缺点是存在冲击和漩涡，并且液流速度分布不均匀。每一个零部件都对整台泵的运行起着非常重要的影响。因此，应对这些部件做详细的设计与选取，使整台泵达到良好的性能。 关键字: 节段式多级泵 水力设计 结构设计 强度校核 - 4 - 毕业设计(论文) Abstract The topic of this Graduation is to design a multistage‐chemical flow pump, which is quite common in industry today. The main content of design is the hydraulic design of the impeller, circle suction chamber and guide vane education chamber, the selection and design of some parts are also concluded, the strength of some parts are verified.The main parts of the multistage pump conclude suction section, middle section, education section, shaft, impeller, guide vane, seal, balance dram, bearing, bolt and so on. For such a small flow pump, lower specific speed and efficiency of the pump too low to meet the requirement. In the design can be taken to increase the flow of design. The use of radial‐type pump guide vanes, which in addition to a certain structure on the merits, but also in various condition balancing role in the radial force on the impeller. During the design of a ring‐absorbent room. The various sections are the same shape and size, compact structure is simple. Its shortcomings there is shock and whirlpool, flow speed and uneven distribution.Every parts plays a very important in function of pump. So I should do well to increase efficiency of the pump. Key words: multistage pump， hydraulic design ，structure design ， strength verify - 5 - 毕业设计(论文) 一、基本参数和结构方案的确定 (一) 、泵的基本设计参数 扬程H=480m 流量 Q=80m3/h 转速 n=2950r/min NPSHr=4.4m 均质 清洁液体 介质密度ρ=1000kg/m3 介质温度小于 105 :C (二)、基本方案的确定 1. 泵进出口直径的计算 考虑到此泵的流量，以及保证其具有高抗 汽蚀性能，参考进口直径小于250?时， vsDs取=3m/s，按下式确定 44803600Q， Dsmm,,,96.7 ,,vs，3 取整 Ds=100mm 出口直径: 对于高扬程，为减小泵的体积和排出管的直径 DdDs =(1,0.7) Dd =(0.7,1)×96.7 =(67.69,96.7)? Dd 取=80? 2.泵转速的确定: - 6 - 毕业设计(论文) ,600~800高, , C,800~1000 、汽蚀兼顾,, ,1000~1200高抗汽蚀, 考虑到首级叶轮的抗汽蚀性能，取C=1100 3 344Ch,，r11004.4 n,, 5.6280Q 5.62， 3600 ,3964.2/minr 取:n=2950r/min合适 ns 3.比转速的初步确定，单级扬程80米 803.652950，，3.65nQ3600 s60n,,,343480H 4.泵的效率的初步计算: 水力效率: Q3,,，10.0835lg h n 8036003,，,10.0835lg86% 2950 容积效率: - 7 - 毕业设计(论文) 1 η,,2v310.68，ns 1 96%,, 2, 3 106860，，. 设平衡盘泄漏量与理论流量之比为0.05,所以 η,,,,0.960.050.9191% v 机械效率: 1 ,,,10.077mns6()100 1 ,,,10.0787% 6076() 100 ？总效率: mvh,,,,,,，，0.860.910.87 ,,68.1%68% 因为圆盘损失会比估计值还要小,所以总效率会相应的 提高。 5.泵进出口速度的确定: 80，4Q43600 vms,,,2.8/s22 ,,D0.1s 出口速度; - 8 - 毕业设计(论文) 80 ，4Q43600vms,,,4.42/d 22,, D0.08d H80 ,,, tHm93, h0.86 Q803,,,Qmh93/t ,0.86h 6.轴功率和原动机功率: (取) ,,0.74 泵的轴功率: gQH, P, 1000, 8010009.81480，，，3600141.264,, 10000.74， 原动机的功率: 余量系数k:电动机 k=1.1,1.2 ？,PP(1.11.2) g ,，,(1.11.2)141.264(155.39~169.52)kw6.泵最小轴径的确定: 扭矩: P g3M,，9.5510nn 169.523,，,,,NmNm9.5510548.79 2950 最小轴径: - 9 - 毕业设计(论文) M548.79n3dmm24,,,3min 50.20.273510,，，,,, 5轴材料选用40Cr，=(637,735)×，,,,10Pa 5HB=241,302，取许用应力取=735×，确定出泵,,,10Pa 的最小轴径后，参考类似结构泵的轴结构，画出轴的结 构草图: 各段轴径采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 轴径，上图中联轴器的轴径为 25mm，安装叶轮的轴径为35mm，在考虑到键槽的厚度d B 和轮毂强度的前提下，取尽量小的轮毂直径 =(1.2,1.4)=(1.2,1.4)×35mm dd hB =(42,49)mm 取=44mm d h 二(叶轮的水力设计: (一)叶轮尺寸的初步确定; 叶轮尺寸的确定主要有速度系数法和相似换算法， 在泵此设计中才用速度系数法，他和相似换算法在实质 上是相同的，其差别在于模型换算是建立在一台相似泵 基础上的设计，而速度系数法是建立在一系列相似泵基 础上的设计，是按相似的原理，利用统计系数计算过流 - 10 - 毕业设计(论文) 部件的各部分尺寸。 1.叶轮进口直径: D j 先引入当量直径的概念: D 0 Q D,k3 00n 上式中:主要考虑效率:3.5,4.0 效率和汽蚀兼顾:4.0,4.5 主要考虑抗汽蚀:4.5,5.5 对于首级叶轮，考虑到其抗汽蚀性能，取=4.5,k 05.5 ，即当量直径: D 0 803600 3 Dkmm,,88~108002950 以为直径的圆的面积等于叶轮进口去掉轮毂的D0 有效面积，即叶轮进口直径: Dj 2222 DDdDm,，,，,0.0440.0962~0.1151jh00 取=100mm D j 而对于次级叶轮由于首级叶轮给液体提供了一定 的压力，使之不易发生汽蚀，汽蚀性能好，为提高泵的 效率，取=3.5,4.0，即当量直径: kD00 8036003 Dkmm,,68.59~77.69002950 次级叶轮进口直径: 2222 DDdDm,，,，,0.0440.0794~0.0873jh00 - 11 - 毕业设计(论文) 取=88mm D j 2.叶轮出口直径 修正系数; ,1,122n60 ,,,,s,,,9.359.3512.1k D,,,,2100100,,,, 则叶轮出口直径: Q80360033Dkmm,,,12.1240 D22 n2950 选取:=240mm D 2 3.叶轮出口宽度: 修正系数 5566n60 ,,,,sk,,(0.64~0.7)(0.64~0.7)b,,,,2 100100,,,, 0.418~0.457,m 则出口宽度: Q80360033bkm,,,(0.418~0.457)0.008~0.009b22 n2950 40,n,80由于比转速，所以采用加大流量设计s 法。在低比转速和小流量范围内，泵效率随比转速和流 量的增加而迅速提高，变化十分明显，因此采用加大流 量设计法来提高此泵的效率，其实质是综合考虑设计工 况和最佳工况的一种特殊的低比转速泵水力设计优化 - 12 - 毕业设计(论文) 方法，其主要措施是增加叶片出口安放角β，叶片出 2 口宽度b和泵体喉部面积F等。 28 根据低比转速泵加大流量设计法要求，按加大流量 b设计叶轮出口宽度 2 出口宽度: nQ0.0222 s33bkk,,,(2)1.252bb22 802950n ,10~11.2mm b取叶轮出口宽度=12mm 2 4. 叶片出口角的确定 , 2 比转速低，应选择大的叶片出口角，可以增加扬程， 增大叶轮出口圆周速度，有利于扬程的提高，同时减小 叶轮外径，减小圆盘摩擦损失。 根据出口角与比转速的关系 oon ,28~32=60,70 = s2 oon ,30~34 =51,60 = s2 oon ,25~35 =71,80 = s2 o, 30结合相似泵的设计综合考虑取= 2 5.叶片数的选择 一般来说，泵的叶片数与其比转速、叶片负荷和扬 程由关。选择叶片数时，不但要考虑使叶道有足够的长 度，以保证液流的稳定性和叶片对液流的充分作用，还 - 13 - 毕业设计(论文) 要考虑尽量减少叶片的排挤和表面的摩擦。参考资料 知，国内优秀低比转速泵模型的统计表明，其叶片数均 在Z=4,7 范围内，且似有比转速越低，叶片数越少的 趋势。选用较少叶片数的直观理解是，在相同扬程下增 加了流量，或在相同流量下提高扬程，因此单位叶片的 负荷减小，故可减少叶片数。其次，叶片数少，有利于 低比转速泵消除扬程曲线的驼峰，可以减少扬程水力摩 擦损失，有利于提高泵的效率，可减小叶轮进口的堵塞 和冲击损失。综合考虑，取Z=6。 6.叶轮出口直径(精算) DPfleiderer法:精算。 2 第一次精算: ooD,, 取=240mm = =3mm 60~90222 排挤系数: 2zctg,,,,22 k11,,，,,2Dsin,,,,22 26330ctg,,， 110.952,,，,,,240sin80,,, 理论扬程: H80 ,,,Hm93T ,0.86h 叶片修正系数: - 14 - 毕业设计(论文) ,30 2,，,，，,,,(1)0.6(1)0.9 6060 静矩: r1222Sdrr,,,()21, rr12 122，，,,,(0.12)(0.0495)0.006，，2 有限叶片数修正系数 22,r0.9(0.12)，2p,,,0.36 ZS60.006， 无穷叶片数理论扬程 HHP,，(1)TT, ,，,93(10.36)126.48m 出口轴面速度: Q v,m2,,Dbkv222 803600,,ms2.83/ ，，，，0.910.240.0120.952, 本次设计采用环形吸水室可以吧进口流面速度看做 0，即v,0，出口圆周速度: u2 2vv,,mm22,，，uHg,,,T2 22,,tgtg,,22 2 2.832.83,, 126.489.81,，，，,,230230tgtg,, 37.76/,ms - 15 - 毕业设计(论文) 出口直径: u,，6037.7660 2Dmm,,,245 2,,n，2950 第二次精算: Dmm,245 取 2 叶片出口排挤系数: 2 zctg,,,,22k11,,，,,2Dsin,, ,,22 2 6330ctg,,，110.953,,，,,, 245sin90,,, 出口轴面速度: Q v,m2,,Dbkv222 803600 ,,ms2.77/ 0.910.2450.0120.953，，，，, 出口圆周速度: 2vv ,,mm22uHg,，，,,2T,tgtg22,,22,, 2 ,,2.772.77 ,，，Hg,,T, tgtg22,,,,22 ,ms37.71/ 精算第二次出口直径 u,，6037.71602Dmm,,,244 2,, ,，n2950 - 16 - 毕业设计(论文) 由于第一次精算和第二次精算相差不大，在误差范 围以内，故精算后确定叶轮出口直径=244mm。 D 2 7.计算出口速度: 出口圆周速度: ,Dn0.2442950,,, 2ums,,,37.7/ 26060 出口轴面速度: 2 zctg,,,, 22k11,,，,,2Dsin,,,, 22 2 6330ctg,,， 110.952,,，,,, 244sin90,,, Q v,m2,,Dbkv222 803600 ,,2.79/ms ，，，，0.910.2440.0120.952, 出口圆周分速度: Hg939.81，tvms,,,24.2/u 2u37.72 (二)叶轮轴面投影图的绘制 1.轴面投影图的绘制 叶轮各部分尺寸确定后，就可画出叶轮轴面投影 图。画图时，选用 n相近的，性能良好的叶轮图做为s - 17 - 毕业设计(论文) 参考，考虑具体情况加以修改,做到前后盖板出口保持 一段平行或对称变化，流道弯曲不应过急，在轴向结构 允许的条件下，采用较大半径。所绘轴面投影图如下图 检查过水断面面积变化情况 沿流道求出一系列过水断面的面积后，便可做出过 水断面面积沿流道中线(内切圆圆心的连线)的变化曲 线。该曲线应是平直或光滑的线，考虑汽蚀时进口部分 有凸起。曲线形状不良时，应修改轴面投影图的形状， 直到满足要求为止。流道面积沿流道中线的面积变化见 2下表，其中()。 ，，b,,，s 3 2, l(?) 2,Rb，，mm(?) 编号 s(?) Rc(?) ic 1 0 15 17.5 52.5 11545 2 10 35 17.7 53.8 11876.3 - 18 - 毕业设计(论文) 3 18 33.8 17 57.8 12299.29 4 25.5 32 16.3 62.3 12604.45 5 34 29.6 15 69.3 12946.63 6 44 26.5 13.9 78.2 13233.56 7 67 20.9 10.9 101 13453.56 8 87 18 9.2 120.6 13740.57 9 107 16 8 140 14076 2.轴面流道的划分 一元理论假设流动是轴对称的，即每个轴面上的流 动均相同。在同一个过水断面上轴面速度均匀分布，因 而轴面速度只随轴面流线一个坐标变化。轴面流线是流 面和轴面的交线，一条轴面流线旋转一周形成的回转面 就是一个流面。因而，要分流面，只要把流道分成几个 小流道就行。 本设计中，为方便起见，只将流道分为两个小流道。 根据经验先自己大概确定其中间流线的位置(可以是一 段一段的来分)，沿流道求出一系列过水断面的面积， 两边相应的过水断面的面积的差量应控制在 3%之内， 根据这一要求局部或全局调整中间流线的位置，直到满 足要求。最后确定的中间流线应是平直或光滑的线。 r,b同一过水断面(=const)见下表 ii - 19 - 毕业设计(论文) 2(mm) (mm) r,b ，，,Fmm 断面号 流道 误差% iii 0-1 45.17 20.34 5772.66 1 0 1-2 62.67 14.66 5772.60 0-1 48.9 19.5 5987.88 2 0.4 1-2 65 14.6 5962.74 0-1 55.6 18 6276.90 3 1.02 1-2 68.2 14.5 6213.44 0-1 64 16.2 6514.41 4 0.758 1-2 73.5 14 6465.40 0-1 73.9 14.5 6732.75 5 0.09 1-2 81.1 13.2 6726.28 0-1 92.1 11.7 6770.57 6 0.45 1-2 94.1 11.4 6740.22 0-1 107.2 10.1 6802.93 7 0.159 1-2 108.1 10 6792.12 0-1 123.2 8.9 6889.39 8 0.72 1-2 123.7 8.8 6839.62 0-1 140 8 7037.17 9 0 1-2 140 8 7037.17 (三) 方格网包角变换法叶片绘型 1.叶片进口角的计算 - 20 - 毕业设计(论文) 在计算叶片进口角之前，应先画出叶片进口边，画 进口边的原则是: (1)进口边和前后盖板流线大概成 90?(叶片进 口边不放在同一轴面上除外)。 (2)前后盖板流线长度相差不多。 (3)进口边适当向吸入口延伸。叶片向进口延伸， 使液体提早受到叶片的作用，可以减小叶轮外径，从而 减少圆盘摩擦损失，减小叶片进口的相对速度，这对提 高抗汽蚀性能和减小特性曲线的驼峰是十分有利的。但 是，延伸应适当，圆柱形叶片少延伸为宜。 依照以上叶片进口边确定的原则画出叶片的进口 边后，计算叶片进口角: 叶片进口圆周速度: Dn0.14，，2950,, 1Au,,,21.62m/s 1A6060 Dn0.111，，2950,,1Bu,,,15.1m/s 1B 6060 Dn0.07，，2950,, 1Cu,,,10.82m/s 1C6060 叶片进口轴面液流过水断面面积: 2F,2,Rb,2,，57.5，(16.8，33),11994.6mm 1Acaa 3 - 21 - 毕业设计(论文) 2 F,2,Rb,2,，58.5，(16.8，32),12103.5mm 1Bcbb3 2F,2,Rb,2,，59.5，(16.5，32.5),12212.4mm1Cccc 3 k,0.80 A流线叶片进口角:取 1A Q1503600 1v,,,4.517m/s? mA3,1,Fk0.9613，11.995，10kv1A1A1A v4.517m/s,1mAtg,,,,0.211A u21.62m/s1A ,o ,11.8, 1A 叶片进口角，通常取之大于液流角，即 , ,,, 11 , 其正冲角为?β=β‐,，通常冲角的范围为11 ?β=3?,15?采用正冲角，能增大叶片进口角，减小 叶片的弯曲，从而增加叶片进口过流面积，减小叶片的 排挤;在进口形成的漩涡不易扩散，漩涡是稳定的;能 改善在大流量下的工作条件。所以: ,ooo ,,,，,,,11.8，3,14.8 1A!A o ,,75验证排挤系数:取 1A 2,,,,zctg 11,,A,1,1，k,,1A,,sinD,, 1AA 2o ,,6，314.8ctg,,,1,1，,0.8344o,,,140sin75 ,, - 22 - 毕业设计(论文) 2k,0.8344 ?取时 1A Q1503600 v,,,4.331m/s mA3,1,Fk0.9613，11.995，10kv1A1A1A v4.331m/s1mA,tg,,,,0.21A u21.62m/s1A ,o ,,11.33 1A ,ooo ,,,，,,,11.33，3.5,14.83 1A!A 验证排挤系数: 2 ,,,,zctg11A,,,1,1，k1,,A,,sinD,, 1AA 2 o ,,6，314.8ctg,,,1,1，,0.834o,,,140sin75,, 其值与假设值相差不大，故以上的计算结果可信。 o,,15 取 1A u21.62o1A tg,,tg,tg15,0.384B流线叶片进口角: 1B1Au15.091B o,,21 取 1B C流线叶片进口角: u21.62o1Atg,,tg,tg15,0.462 1C1A u10.821C o,,25 取 1C o,,80B流线叶片进口排挤系数:取 1B - 23 - 毕业设计(论文) 2 ,,,,zctg11B,,,1,1，k1,,B,,sinD,, 1BB 2o ,,6，318.7ctg,,,1,1，,0.8363o,,,110.68sin80 ,, o,,85C流线叶片进口排挤系数:取 1C 2, ,,,ctgz11C,,,1,1，k1,,C,,sinD,, 1CC 2o ,,6，324.8ctg,,,1,1，,0.8262o,,,70sin85 ,, B流线进口轴面速度: Q1503600 v,,,4.282m/s mB3,1,Fk0.9613，12.104，10kv1B1B1B C流线进口轴面速度: Q1503600v,,,4.296m/s mC3,1 ,Fk0.9613，12.212，10kv1C1C1B B流线进口液流角: v4.282m/s1mB, tg,,,,0.251B u17.09m/s1B ,o,,14.06 取 1B C流线进口液流角: v4.296m/s1mC, tg,,,,0.3971C u10.812m/s1C ,o ,,21.67取 1C - 24 - 毕业设计(论文) B流线叶片进口冲角: ,ooo ,,,,,,,19,14.06,4.94 B1B1B C流线叶片进口冲角: ,ooo ,,,,,,,25,21.67,3.33 C1C1C 2(沿轴面流线分点 一般采用作图分点法。在轴面投影图旁，画两条夹 o ,,,5,,角等于的射线(本设计中，这两条射线表 ,,示夹角为的两个轴面。从出口开始，先取?s，若 ?s中点半径对应的量射线间的弧长?u，与试取的?s 相等，则分点是正确的，如果不等就逐次逼近，直 到?s=?u 为止。第一点确定后用同样的方法分第 2、 ,,3……点。各流线用相同的分点。具体见水力图。 3.在方格网上绘制流线 方格网的大小任意选取，横线表示轴面流线的相应 ,,分点，竖线表示夹角为对应分点所用的轴面。其步 骤如下: (1)在轴面图上分一条中间流线(也可以不分中 间 流线); (2)对中间流线分点或对后盖板流线分点; (3)根据确定的进出口角在方格网上画出一条流 - 25 - 毕业设计(论文) 线，型线应光滑平顺，单向弯曲，但不要出现S型。参 o ,,125考同类型的泵取叶片包角，具体见水力图。 4.在轴面投影图中画轴面截线 用轴面(方格网中的竖线)截三条流线，相当于用 轴面去截叶片，所得线为叶片的轴面截线。轴面截线应 光滑并有规律变化，并尽量使周面截线与流线的交角λ 成90?一般不应小于 60?，λ角太小，盖板和叶片的 实际夹角过小，会带来排挤严重，铸造困难，过水断面 形状不良等缺点。 5.叶片加厚 轴面截线表示无厚度的叶片，实际叶片是有厚度 的，所以叶片必须进行加厚。为了减小误差，可以按给 定的流面厚度 s，沿方格网展开图流线直接加厚。S 为 垂直流线方向的流面厚度，在竖直方向量得 s就是轴m 面厚度，可将其直接加在轴面投影图相应点上(沿轴面 流线方向加)，具体见数据见下表:。 A流线: I II III IV V VI VII S(mm) 4 5 5.7 5.7 5.5 5.1 5 o() 15 15.5 17.2 20 27 30 30 , s ,sm4.14 5.2 5.97 6.1 6.17 5.89 5.77 cos, B流线: - 26 - 毕业设计(论文) I II III IV V VI VII S(mm) 4 5 5.7 5.7 5.5 5.1 5 o() 21 21.5 21.6 23.8 27.1 30 30 , s ,sm4.29 5.37 6.13 6.23 6.18 5.89 5.77 cos, C流线: I II III IV V VI VII S(mm) 4 5 5.7 5.7 5.5 5.1 5 o () 25 25.1 26.2 28 29.5 30 30 , s ,s m4.41 5.52 6.35 6.46 6.3 5.89 5.77 cos, 6.画叶片剪裁图 用一组等距的轴垂面取截叶片，每一个截面和叶片 有两条交线(工作面和背面，圆柱形叶片两条交线重叠 在一起，只能看到一条，把各截面和叶片的交线分别画 在平面图中，即为木模截线，具体作图如下: (1)在平面图中，画出相应轴面投影图中轴面截线 角度的轴面(一组射线)并相应编号 0，?， ? ， ? …… (2)做叶片的平面投影轮廓线:叶片工作面与前盖 板的交线(同样是叶片工作面与后盖板的交线)，它是 把轴面投影图中各工作面截线和前盖板流线的焦点，以 相等的半径画到平面图相应轴面的射线上所得点的连线。同样可以做出叶片背面和前盖板的交线(同样是叶 片背面和后盖板的交线)。做出的交线应该是光滑的曲 - 27 - 毕业设计(论文) 线。 7.叶片绘型质量检查 本设计中以速度的变化情况来检查叶片绘型质量 的好坏，可以检查相对速度 w 和速度距 vR 沿流线的u 变化规律。本设计中只对 a流线进行检查。 a流线速度变化规律: I II III IV V VI VII (cm) 0 0.7 0.8 0.8 1.3 1.95 2.5 ,s o() ,15 15.5 17.2 20 27 30 30 sin,0.26 0.27 0.3 0.34 0.45 0.5 0.5 tg,0.58 0.27 0.28 0.31 0.36 0.51 0.58 ,s ,l,0 2.62 2.71 2.34 2.86 3.9 5 sin, l,,l 19.4 0 2.62 5.33 7.67 10.5 14.4 , S 0.4 0.5 0.57 0.57 0.55 0.51 0.5 - 28 - 毕业设计(论文) s s,u 1.55 1.87 1.93 1.67 1.21 1.02 1 sin, r(cm) 7.05 7.25 7.7 8.3 9.55 11.5 14 zsu k,1, 0.93 0.79 0.75 0.76 0.81 0.88 0.92 2,r Q v, m4.64 4.67 4.43 4.06 3.68 3.47 3.3 Fk,v nr, u,21.78 25.64 35.53 43.3 22.4 23.79 29.5 30 v m,,vu u37.5 4.45 5.54 9.47 14.5 22.3 29.5 tg, 2 132.3 136.5 119.5 128.5 F() 123 134 141 cm vm w,15.25 10.45 17.94 12.65 8.11 6.94 6.6 sin, vr525.6 40.19 120.4 339.5 31.37 72.92 212.8 u 注; L—流线真是长度 ?s—沿轴面流线量 β—从方格网流向上量 R—从轴面流线上量 三(压水室和吸水室的设计 (一)吸水室的设计 在本设计中采用环形吸水室，其结构简单，形状和 断面相同。在环形吸水室中不能保证叶轮进口具有轴对 称均匀的速度场，液体以突然扩大的形式进入环形空 间，之后又以突然收缩的形式转为轴向进入叶轮，液体 在此过程中的损失很大，且流动不均匀，在上半部进入 叶轮的流速较下半部大。另外，下半部液体从两侧向中 - 29 - 毕业设计(论文) 间合拢，出现旋转运动，因而速度是很不均匀的。 环形吸水室的设计要点: 环形吸水室的进口，既是泵的进口，吸水室进口直 径应采用标准直径环形吸水室的断面认为有一半的流 量流过，其它断面均相同。具体结构形状根据泵的总体 结构确定。 吸水室断面面积的计算: ,, 22(0.7~0.8)，0.15(0.7~0.8)F,D, ,s44 2 =12370,14140 mm (二)压水室的设计 1. 叶片式压水室(导叶)的设计 在本设计中采用径向导叶，径向导叶的流道有由正 导叶、环形空间、反导叶组成，正导叶起着压水室的作 用，反导叶除起压水室的作用(降低速度，消除液体旋 转分量)外，还起着把液体引入下级叶轮的吸水室作用， 即兼有双重作用的固定导流部件。 D,D，5,285mm基圆直径: 32 b,b，5,21mm导叶进口宽度b: 32 ,tg,(1.1~1.3)tg,,导叶进口安放角: 32 Q1503600v,, m2 ,,Db,0.9613，,，0.28，0.019，0.959v222 - 30 - 毕业设计(论文) =2.7m/s ,gHgH/th v,,,26.223m/s 2u,unD6022 v2.7,m2tg,,,,0.1032 v26.223u2 tg,,(1.1~1.3)，0.103,0.1132~0.1339所以， 3 oo,,6.46~7.63 3 o,,7.5取 3 导叶叶片数和喉部面积 参照同类型产品，取导叶叶片入口厚度δ=3mm。3 喉部轴面宽度b=a=21mm。 33 ,,,,sin2sin233z,, coscos,, 33ln[(，)，1]ln[(21，3)，1],,33R142.53 =5.265 取z=5 由《现代泵设计手册》图8-10螺旋压水室速度系数(对 k,0.452k导叶可近似取0.8)查得 33 v,k2gh,0.4522g，100,20.02m/s 33 Q1503600a,,导叶喉部高度 3 zvb5，20.02，21/10033 =20mm v,(0.4~0.5)v,8.008~10.01m/s 扩散段: 43 v 取 =10m/s 4 a,b流道用双向扩散，出口断面，则 44 - 31 - 毕业设计(论文) Q150/3600 a,b,,,0.02887m 44zv5，104 a,b 取=28mm 44 a扩散角: 扩散段L=(3,4)=80mm 3 ,,F/,F/43,,2arctg L 228/,,21，20/, o,2arctg,6.87 80 D导叶出口直径 4 DD =(1.3,1.5) 34 =(1.3,1.5)285=370.5,427.5mm D 取 =380mm 4 D反导叶进口直径=318mm 5 b4b,,27.619~25.217mm 反导叶宽度 5 1.05~1.15 b,26mm 取 5 D 出口直径 =130mm 6 ,,0.9, 反导叶进口安放角，设 55 Q1503600 v,,5m ,Db,,，0.318，0.026，0.9555 =1.93m/s Q1503600v,,,6.43 m/s 42 zab5，0.03644 o,,,,24由图量得 45 - 32 - 毕业设计(论文) v,vcos,,5.874 u444 R4 v,v,7.02m/s u4u4R5 v,m5tg,,,0.22749 5 vu5 导叶设计图 ,o ,,15.37所以，反导叶叶片进口液流角反导叶进5 ,o ,,,，,,,25.37口安放角为了改善导叶形状，取55 o,,80 较大的冲角)，反导叶出口安放角取。 6 2.环形压水室的设计 环形压水室是的各个面积都相等，流速向出口方向 逐渐增大，与叶轮中流出的液体发生相互碰撞，损失很 大。但环形压水室结构对称，简单。环形压水室的具体 结构根据总装图的结构而定。其断面面积的确定按准螺 旋形压水室第VIII断面面积计算设计。 - 33 - 毕业设计(论文) v,k2gH,0.4522g，100,20.02m/s 33 Q第VIII断面流量: VIII , 3VIIIQ,Q,150m/h VIII360 Q15036002VIIIF,,,2081.25mm VIII v20.023 四(轴向力和径向力的计算及平衡 (一)轴向力 1.轴向力产生的原因 泵在运转中，转子上作用这轴向力，该力将拉动转 子轴向移动。因此，必须设法消除或平衡此轴向力，方 能使泵正常工作。泵转子上作用的轴向力，由下列各分 力组成: 叶轮前后盖板不对称产生的轴向力，此力指向叶轮 吸入口方向，用 A1 表示; 动反力，此力指向叶轮后面，用 A2表示; 轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具 体情况而定。 2.轴向力的计算 由前后盖板不对称引起的轴向力，首级叶轮的密封 DD环直径=122mm，次级叶轮的密封环直径=122mm， mm D首级叶轮的进口直径=100mm，次级叶轮进口 j - 34 - 毕业设计(论文) D=130mm。 j 1?叶轮旋转的角速度: 2n2，，2950,, w,,,309rad/s 6060 2?单级叶轮的势扬程 ,,gHHH9.81，,,,ttthHH11,,,,,,pt,,22 2246u，,,,2h,, 809.8193，,, 173m,,,,,20.86246，,, 3?轴向力 首级叶轮: 222，，,,RR，w222mhAgRRHR,,,,,,,，，,,,,12mhp g28,,，， 222，，,,0.0610.02309，222 ,,,,,g9.810.0610.02730.122，，,,,,, 28g,,，， ,N5881 o ,,90动反力:取 QQ tt,,,，，A,gv,vcos,gv20m3m0mgg ,Q150/3600100022,(),() 2222,0.9613,(0.070,0.035),(R,R)vjh ,162.72N 作用在首级叶轮上总的轴向力为 A,A,A,10431.041,162.72,10268.32N 12 次级叶轮: - 35 - 毕业设计(论文) 222，，,,R，Rw222 mh,,,,，，A,gR,RH,R,,,,mhp12,,28g,,,,，， 222，，,,0.077，0.035309222,,,，，,9.81g0.077,0.03580.56,0.14,,,,,, 28g,,，，,8852.92N QQtt,,,，，A,gv,vcos,gv2030mmm gg ,Q150/3600100022,(),() 2222 ,,0.9613(0.065,0.035),(R,R)vjh ,199.337N 所以，作用在次级叶轮上的轴向力: A,A,A,8852.92,199.337,8653.583N 12 所有作用叶轮上的轴向力: ,A,A，(i,1)A,10268.32，4，8653.583,44882.652N 3.轴向力的平衡 本设计中采用平衡盘来平衡轴向力。平衡盘装在末 级叶轮之后，随转子一起旋转。 下面讨论平衡盘的水力设计: i.平衡机构前后压力降的计算 1?末级叶轮出口处液体压力，设，则 PP,0 12 P,P，Hi,1，Hg,,，，,211p ,(100，4，80.56)x1000，9.81,4714293.6Pa 2b ?末级叶轮后泵腔中径向间隙进口处的压力 P13 - 36 - 毕业设计(论文) 22 ,,,uu1h2,,,,PP,g 32,,42g,, u,43.249m/s 又因 2 Dn0.07，2950,, 1u,,,10.81m/s h6060 22,,143.249,10.81,,P,4714293.6,g,3 ,,42g,, ,4495091.1P a 3P?平衡盘后轮毂处压力 6 2 P,0.51kgf/cm6 ,0.5，98000P,49kPaa 4,P?平衡机构前后压力降 ,P,P,P,4495091.1,49000,4446091.1Pa 34 ii平衡盘的选定 R,35mmb,0.22mmb,0.12mm ，，，取F=A 012 F33，44882.65 f,,,7.869 22,，4446091.1，0.035PR,,0 ，，R,1.1~1.15Riii选择 1m =(1.1,1.15)×0.082 =0.0902,0.0943m R,92mm 取 1 1.1b2,R,110mm 当时 2 1000R2 - 37 - 毕业设计(论文) R92mm1 B,,,0.836 1R110mm2 R35mm0B,,,0.318 0 R110mm2 , ,,0.2 校核压降系数:进口阻力系数 2 ,,0.04~0.06 2 , ,1，2,,,R,222，，，B1,B，B,2111 2b2 1，0.2 , 0.06，1102，，0.2，0.8361,0.836，0.836 2，0.12 ,0.263 22,1，B，B,1,B,2B，，,,1111 22,1，0.839，0.839,0.1951,0.839,2，0.839，， ,2.859 1.1b2 ,B,0.836 根据 和 11000R2 22fB7.869，0.3180k,,,0.311 222.5393,3，0.318,,3B0 k值要求在0.3,0.5。 R,,222,，B(1,B)，B,,221112b 2 0.06，1102,0.2，0.836(1,0.836)，0.836,4.669 2，0.12 iv计算泄露 - 38 - 毕业设计(论文) 2gk,P ,q,2Rb12,,g2 2g，0.311，4446091.1,2，0.092，0.12，, 4.67，1000，g ,1.688l/s q1.688，3600,,4.05% 相对泄露量: Q150，1000 v计算径向间隙长度L ,,0.04~0.06,,0.3~0.5 ， 11 22,,B2bb1,k, 011,,,,L,,,1,12122,,k,Bb112,, 22,,2，0.221,0.3110.3180.22,,,,4.67,,,1,0.422 ,,0.040.3110.8360.12 ,, ,39.9mm L取 =40mm 1 (二)径向力 当叶轮外液流的轴对称流动被破坏时，会产生作用 在叶轮上的径向力，在本设计中，采用了导叶式压水室， 使径向力得到了平衡。 五(泵零件选择及强度计算 (一)叶轮强度计算 盖板中的应力主要由离心力造成，半径越小的地 方，应力越大。盖板任意直径 Dx处的厚度，材料取 ,ZG1Cr13,=7800?/?， ,,=(130755,98066)kpa , - 39 - 毕业设计(论文) 叶轮强度校核: 2,,,0.825u2 2,0.825，7800，43.249,12036.513kpa,,,, D 叶片盖板任意直径处的厚度: x 222，，,wDD2x,,,,2[,]4,,，， ,,,e 2x D,280mm 出口处厚度: x 222，，,2,60 DDnx2,,7800,,2[,]4,,，，,,3，e,3mm x D,130mm 进口处厚度: x 222，，,2,600.280.13 n,,7800,,2[,]4,,，，,,3，e,3.18mm x D,140mm 当时 x 222，，,,2600.280.14 n,,7800,,2[,]4,,，，,,3，e,3.17mm x 轮毂强度: 离心泵叶轮和轴是间隙配合，但锅炉给水泵有 时采取过盈配合，为了使轮毂和轴的配合不松动运转时离心力产生的变形应小于轴与轮毂配合的最小公盈。 2,,,0.825u2 2,0.825，7800，43.249,12036.513kpa,,,, 9E,172，10Pa铸钢 - 40 - 毕业设计(论文) 12036513.06Pa,,D,D,，0.07,0.000005m e9E172，10 ,s,,,, 对铸钢 安全系数满足。 3~4 (二)轴强度校核 1.轴的强度计算和临界转速的校核计算 泵轴除进行强度计算外，还要进行刚度计算，刚度计算包括两个部分，第一是计算轴的挠度，使轴在运转中的挠度小于转子和壳体间的半径间隙;第二是计算轴的临界转速，以保证转子的平稳运转。任何轴系都具有其固有的振动频率，当轴的转速等于转子本身的固有振动频率时，轴的运转变为不平稳，产生前列的振动，而当轴的转速离开转子本身的固有振动频率时，转子的运转又变为平稳。通常称这种振动情况为共振现象，产生共振时的转速称为轴的临界转速，转速由低到高，依次产生的第一次共振时的转速为轴的第一临界转速;第二次共振时的转速为轴的第一临界转速。 用能量法求轴的第一临界转速 能量法计算轴的临界转速是泵行业目前广泛采用的一种方法。能量法适用于刚性轴，即轴在支承点处没有发生形变。 第一临界转速的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为 - 41 - 毕业设计(论文) Gy,iin, c2Gy,ii 式中: ,为轴的临界转速(rpm); nc G,为作用轴各断上的集中载荷，等于该段轴自重i 及其上转子零件的重量; yG,对应作用点处轴的静挠度。 ii 由上述公式可见，求临界转速，转化为求在全部载 yyyy荷作用在轴各段的静挠度(、、……)。其3i12 可以用作图法和计算法求得。下面用作图法求之。 (1)对轴分段，计算各段荷重，确定各段荷重的作用点(作用点为该段转子的重心)，简图如下图所示(详见临界转速分析图) kk(2)选取适当的长度比例尺,3，严格按照画ll出转子部件图(只要求长度符合比例)。详见临界转速分析图 (3)按照符合第一临界转速下轴的挠度曲线(产生最大挠度)确定荷重方向，如支点间的方向向下，两支点以外的荷重方向向上。详见临界转速分析 5KK,10(4)选取适当的力比例尺 ()，严格按GG GG照力比例尺作力多边形，顺次连接，相应处注上、、12 - 42 - 毕业设计(论文) HG……详见临界转速分析图。因为力多边形的极距G3 的大小和极点0的位置只影响弯矩图的形状，不影响计 H算结果。所以任取极距,30cm，连接各点，得，0G ,GG,，0,，0,…… O12 G(5)画弯矩图。从左支点开始，在 A 和之间，1 ,GGG画0,的平行线，在,之间画 0, 的平行O121线，依此类推，最后连接 A、B，得到弯矩图。详见临界转速分析图。 (6)计算虚荷重 Q Q=A/EJ(无因次量) 式中 A,对应各段弯矩图得面积(N?cm) J,相应各段轴得断面惯性矩 E,轴材料得弹性模量。 求出虚荷重，用作图法求出虚荷重重心，详见临界转速分析图。 HH(7)任取适当虚荷重比例尺，取极距,30cm，QQ用上述作力多边形的方法作出虚力多边形。详见临界转速分析图。 (8)画挠度图。此挠度图实际为一虚矩图，参考弯矩图画法画出挠度图。详见临界转速分析图，计算出实 - 43 - 毕业设计(论文) ,y际挠度(cm)，其计算公式为 ,y,k,y ,y式中:-直接从图上量取得挠度 ,y(9)算出对应实际荷重作用点得挠度(cm)，则临界转速为 Gy,ii n,299c2Gy,ii n因为 n=2950r/min>1.3,所以该轴为柔性轴 c (三)键的强度计算 键的强度计算，通常校核工作面的挤压和断面的剪切。 (四)轴承的选择和校核 根据泵结构以及参考其它类型的结构，由于泵的转速高选择轴承为滑动轴承，具体结构参看总装图。 (五) 穿杠直径和中断密封凸缘宽度计 ,,98066kpa1.中段壁厚的计算: s 壁厚按下式计算 P,D3924000，0.38is,,,0.024m ,,,2,P2，32688666.7,3924000 取 s=30mm 式中 :p—作用在内筒的压力，对最后一个中段(暂时不考虑泵进口压力) - 44 - 毕业设计(论文) P,gH，P,gH,,i,1s4 ,1000，g，400,3924000Pa,σ,—许用应力，中断材料为 3Cr13，屈服极限 ,s,=637MPa,对塑性材料 ,,,,s2~3 2.中段强度校核 由于在上面对中段壁厚的计算中，最后计算结果较小，在实物上参考同类型、差不多大小泵的尺寸，最后确定其中段厚度 s=30mm，实际尺寸比理论尺寸，强度绝对满足要求，在此不做过多的计算。 3.穿杠直径和中断密封凸缘宽度 ,,,,343232kPa 1 ,,,,lmplDplE,t,,11,,a,h1,,,0,,l,mpl4hl，，,,,,,,,,,,,,2210111,, 0.628，343232000,0.03(1 0.392392266000,3，4714293，， 3，47142934714293，0.392，0.384,, 3922660000.628，4，0.03，343232000 6,5206，10，1.11，10，(105,20,10)，0.392,) 0.628，343232000 ,0.0408m ,Dhp,,l1011b,, ,,,,,,4l(,mp)22 10.628，343232000,, 40.392(392266000,3，4714293) 0.384，0.03，4714293,5，,5.033，10 3922660 - 45 - 毕业设计(论文) 密封凸缘宽度: ,,a4b,,h,,1,1，2,,2a,, ,5,,0.040844，5.033，10,,,,1,1，,3mm2,,20.04084,, 穿杠直径: ,Dh,,2d,2 z,,,1 0.384，0.002，392266000,2,24mm 6，343232000 强度校核: P,P，P，P 1maxmax10maxt ,22P,PD，h,D，，,,max04 ,22,，4714293，0.384，0.003,0.092，，,, 4 ,523195.47N P,mPF20max2 ,,3，4714293，D，hh，， ,3，4714293，0.384，0.003，0.003，，, ,51584.58N l4l,,,12,EFEzd1 4，0.628,9,,1.123，10N/m29,，6，0.024，206，10 - 46 - 毕业设计(论文) ll,,,2,，，EFED，hh00 0.628, 9，，,，0.030.03，0.384，206，10 ,9,0.0781，10N/m ,5,,t,l1.11，10，85，0.6284P,,,49.33，10N t,9,,，，，1.123，0.0781，1012 P,P，P，P1maxmax20maxt 4,523195.478，51584.58，49.33，10N ,1068080.058N ,9,0.0781，102x,,,0.065取: ,9,9,,，0.0781，10，1.123，1012 k=1.0,1.4 D,kP，P(1,x),,020maxmax ,1.434300.859，520333.37(1,0.065),, ,757081.293N 装配时扳手力矩: 1,M,kPd0z 1,，0.2，757081.293，0.024,605.665N,m 6 装配时螺母转角 ,2P0,, s ,92，757081.29，(0.0781，1.123)，10,,,0.29rad 0.003 装配时穿杠伸长 - 47 - 毕业设计(论文) Pl757081.29，0.628，401,,,,0.00085m 0192,EF206，10，6，0.024，1 工作时穿杠应力 P1068080.058，41max,,,,393495881.5Pa 12,F6，0.0241 ,877695000bn,,,2.23,1.5 ,393495881.51 第一级中段接缝的挤压应力: P,H,g,790293.6Pa 第一级: 1p D,D 中段内径 1 ,22,,，，P,PD，h,D1max110P2max4,,,2,，，FD，h，h2 ,22,,，，1068080.058,790293.6,0.384，0.003,0.092 4, ，，,0.384，0.003，0.003 ,396117150.4Pa (六)密封的选择 本次设计是中高压锅炉给水泵，它的介质主要以水为主，由于有温度的要求，如采用填料密封，故要考虑 其热膨胀性;如选用机械密封，其泄漏量较小，并且使用寿命长，可价格高，所以最后考虑选用填料密封。 - 48 - 毕业设计(论文) 参考文献 [1].丁成伟.离心泵与轴流泵原理及水力设计[M].兰州:甘肃工业大学. 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