毕业设计单级单吸清水离心泵的设计

毕业设计（论文）论文题目单级单吸清水离心泵的设计学生姓名学号所在院系专业班级机械设计制造及其自动化导师姓名职称完成日期摘要离心泵作为现代工业农业生产中必不可少的一种短距离运输工具，生产率和使用率都极高。大至各种大型工程企业，小至个体农农户农业种植，几乎都离不开泵。本次设计的主要内容包括对设计主体离心泵的工作状态时所需要用到的基本参数的选择、主要工作部件叶轮和轴的设计及校核、泵的壳体的设计、各处需要用到的零件标准件的选择以及对设计部件的图纸绘制。本次设计的难点在于泵的叶轮尺寸设计，本设计利用UG软件对叶轮的各处细节特征进行绘制，结合相关资料，确定其结构形式。关键词：离心泵；叶轮；涡室；泵轴SinglestagesinglesuctionwatercentrifugalpumpdesignABSTRACTCentrifugalpump,asanecessarytoolforshortdistancetransportofmodernindustrialandagriculturalproductionintheproductionanduseofhighrate.Largetolargeengineeringenterprises,individualsmallagriculturalfarmersfarming,almostallcannotworkwithoutpump.Themaincontentsofthedesignofthemainpumpworkingconditionwhentheneedtousetheselectionofbasicparameters,themainworkingpartsoftheimpellerandshaftdesignandverification,pumpshelldesign,allneedtousestandardpartsselectionanddesignofpartsdrawing.Thedifficultyofthisdesignliesinthedesignoftheimpellersizeofthepump.ThedesignusestheUGsoftwaretodrawthedetailedfeaturesoftheimpeller,andthestructureisdeterminedbytherelevantdata.Keywords：Centrifugalpump;Impeller;Vortexchamber;Pumpshaft目录1绪论.............................................11.1论文选题依据.....................................11.2设计的研究方案...................................12离心泵的结构与原理..............................32.1离心泵的结构.....................................32.2离心泵的工作原理.................................32.3离心泵的多种类别及代表性泵名称...................33离心泵的主要参数确定和计算......................43.1离心泵的主要性能参数.............................43.2泵的整体设计与结构形式...........................43.3泵的比转速ns的计算...............................43.4泵的汽蚀比转速C的计算............................53.5泵进出水口直径D的确定...........................53.6泵的效率.........................................63.7离心泵轴功率和原动机的选型.......................73.8泵的轴径与轮毂直径计算...........................84离心泵的叶轮设计...............................104.1叶轮系数的计算确定..............................104.2叶轮的绘制......................................145吸水室与压水室的设计...........................145.1吸水室的主要类型以及其作用......................145.2吸水室的设计....................................145.3压水室的分类和作用..............................156轴向力和径向力的平衡...........................176.1径向力的产生与平衡..............................176.2轴向力的产生与平衡..............................187泵部分零件的选择与计算.........................207.1壁厚的计算与校核................................207.2轴的强度校核....................................207.3键的强度校核....................................217.4轴承选择........................................217.5泵体上下部分结合处螺栓连接计算..................22总结...........................................24参考文献...........................................25致谢...........................................26附录...........................................271绪论1.1论文选题依据1.1.1课题的来源及意义随着工业和农业的迅速发展，各种基础设施建设正在全国各地紧张的进行。而所有的建设又离不开水，随之而来的便是水的供给和运输问题。水的供给要怎样，这就为机械类行业带来了问题，设计出更加节能又能力出众的泵是当前所需要做的。近些年来，资源开发和各种生产活动在逐渐走向更加偏远的地区，这就对泵本身提出了更高的要求，要能够在各种恶劣的环境下进行工作。根据全国流体机械及工程国际学术会议上报告:每年我国各种泵耗油量约占总耗油量的50%，耗电量约占全国总耗电量的20%。而泵的效率仅有50%~60%。所以，提高泵的工作效率，减少泵的能耗，将会对我国的能源消耗包括电能、风能、燃油等有很大程度的贡献。1.1.2国内外发展状况为了满足各种需要，不单单是液体水、其他与水物理特性接近的液体都需要泵的供给。泵的结构形式、产量、品种都在不断增多，而且泵的质量和可靠性也得到了和大幅度的提高，国内的泵厂数量和规模也都在逐年增加。目前，离心泵的生产技术和基本结构已经基本确定，当前的设计主要倾向于专业用途下的专业泵类。不仅是液体水、其他与水物理特性接近的液体都需要泵的供给，如石油等。我国的泵从生产来源大致可分为引进、联合设计、自行开发等几种：引进泵类产品因其技术较成熟，质量保障高，虽然价格较高但是仍受到大众的青睐；联合设计泵类产品属于国内大量主导的种类，至今大量使用，但是其结构多较为落后，已经有被先进泵类取代的趋势；自行开发泵类产品，其通用化程度以及其性能水平有待于进一步提高，但在小型生产活动中使用比较广泛。在国内几十年的泵工业发展之后，我国的技术已经有了和大幅度的进步。在技术层面我国的单双级泵都与国际水平接近，在可靠性的方面已经基本达到先进水平。国外工业发达国家的水泵行业发展较早，在技术水平和性能品种上都已经较为完善，并且石油化工的发展更加促进了泵技术的进步，泵也正在向着大型化、高速化方向发展。随着新技术要求，国外的泵技术进步很快。英国在20世纪早期首先开发了无泄漏屏蔽泵；美国在20世纪中期开发了高速分流泵。部分特殊材料，如石墨、陶瓷、塑料以及锆、钛等贵重合金也成为了特殊工作环境下泵的制作材料。1.2设计的研究方案1.2.1研究目标本次设计的是单级单吸清水离心泵。根据已有的泵类产品设计方法和结构，加以对于泵工作过程的分析，结合所学知识并查阅相关书籍，对其结构进行创新，完成本设计。泵内部结构主要由以下几部分构成：泵体、泵轴、叶片、吸水管、出水管、泵座、阀门等。1.2.2研究内容设计的主要内容如下：离心泵的参数选择、离心泵的叶片设计、离心泵动力轴设计、离心泵压水吸水室设计、泵体的密封设计以及材料选择。设计过程要根据参数进行校核检验，保证设计的正确合理性。2离心泵的结构与原理2.1离心泵的结构离心泵的主要组成部分有叶轮、泵轴、泵壳、以及各处轴承等组成。叶轮：叶轮是离心泵中最为关键的部分，是最主要的过流部件，其作用是将原动机提供的动力传递至液体。水泵叶轮的制作材料主要有：铸铁、铝合金、黄铜、不锈钢、塑料等五大类。根据输送液体性质不同，所选择的材料不同。泵轴：泵轴是连接叶轮与原动机的传递扭矩的部件，泵轴上有叶轮、轴承、密封装置等。泵轴的尺寸设计是本次设计的一个主要部分。泵轴的制作材料多为合金钢或碳素钢。泵壳：泵壳主要部分是吸水室、排水室以及吸水管和排水管。主要作用是将叶轮和液体封闭起来，使得叶轮能够将水吸上来并提供排水动力，泵壳多为蜗壳形，内部液体从中心向外运动，流速逐渐降低。泵壳材料多为铸铁。轴承：离心泵轴承支撑泵轴在泵壳内转动，本次设计为单吸离心泵，轴承会承受径向载荷和轴向载荷。离心泵的轴承选择通常有滑动轴承、滚动轴承。2.2离心泵的工作原理离心泵的工作原理是：离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用[1]。离心泵工作过程中，叶轮在泵轴的带动下转动，使叶轮附近压力减小，泵内液体经排水管向外排出，吸水管处压力较大，压力不同，液体即可不断地进入泵内并在叶轮作用下向外排出。需要注意的是，在开始工作之前，泵内和吸水管内必须充满液体，否则叶轮将会产生空转，不能进行吸排水工作2.3离心泵的多种类别及代表性泵名称目前，市面上常见泵多有如下表2-1中的各类：表2-1离心泵的多种类别及代表性泵名称卧式立式蜗壳式导叶式蜗壳式导叶式单吸单级屏蔽泵、自吸泵屏蔽泵、水轮泵作业面潜水泵单吸多级二级悬臂泵分段式多级泵立式船用泵深井泵、潜水电泵双吸单级普通双吸单级泵双吸多级高速大型多级泵高速大型多级泵3离心泵的主要参数确定和计算3.1离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数有以下几个：流量Q、扬程H、转速n、功率N、效率η、比转数nS以及汽蚀余量Δh等。扬程：指单位重量的液体通过离心泵后所获得的能量用米液柱表示，但通常简略为米。流量又叫排量，是泵在单位时间内排出液体的量，有体积和重量单位两种表示方法。重量流量G和体积流量Q之间关系为G=ρQ，ρ为液体密度。泵的转速：指每分钟转数，用n表示单位为r/min。泵的功率：指泵的轴功率即从原动机传递到离心泵的功率，用N表示，通常用千瓦，有时会用马力。比转数：反映离心泵的性能的共同标准，相似的泵在相似的工作情况下，无论大小，其比转数是一定的。汽蚀余量：指在泵入口处单位重量液体内具有的超过汽化压力的多余能量，单位为米液柱。本次设计选定设计参数如下：扬程H=30m;流量Q=45m3;输送液体是清水，其密度ρ=1000kgm3⁄;转速n=2950r/min;汽蚀余量NPSHrr=4m;3.2泵的整体设计与结构形式本次设计离心泵采用悬架式悬臂泵，是单级单吸横轴离心泵，主要部分叶轮、泵轴、泵壳、轴承以及密封装置