MD150-50×5矿用耐磨多级泵毕设说明书解析13337.pdf

41 毕业设计说明书 学生姓名：学 号：学 院：机电工程学院 专业年级：09 级热能与动力工程二班 题 目：MD150-505 矿用耐磨多级泵 指导教师：评阅教师：2013 年 5 月 41 摘要 泵是应用非常广泛的通用机械，凡有液体流动之处，几乎都有泵在工作。据统计我国各种泵的耗电量占全国总耗电量的百分之二十点九。正是因为多级离心泵结构简单、尺寸小、低能耗、操作简单且性能稳定众多优点，使得它在各领域的应用非常广范。设计者在在湖南利欧泵业有限公司的帮助下，设计完成了MD150-50*5矿用耐磨多级节段式离心泵的设计。设计采用模型换算法，对轴、叶轮、导叶、前段、后端、平衡盘等进行设计，完成图纸的绘制，并对重要部件进行强度校核。关键词：多级离心泵，模型换算法，叶轮，强度校核 41 Title MD150-505 Minig wear-resisting multi-stage pump Abstract:Pump application is very extensive,general machinery,wherever there is liquid,almost have a pump in the work.According to statistics,Chinas various kinds of pump power consumption accounts for of national total power consumption.It is because the multistage centrifugal pump has simple structure,small size,low power consumption,numerous advantages of simple operation and stable performance,it is widely used in every field of fan.Designers in Leo in hunan pump industry co.,LTD.,with the help of design completed MD150-50*5 mining wear-resisting design of multi-stage sectional centrifugal pump.Model conversion method is used in designing of shaft,impeller,guide vane,the front and back end,balance disc,etc to carry on the design,the complete drawings of rendering,and intensity of important parts.Keywords:Multistage centrifugal pump,the method of model conversion,impeller,strength check 41 MD150-50*5 矿用耐磨多级节段式离心泵设计任务书 设计者：一、课题任务的内容 1、完成 MD150-50*5 矿用耐磨多级节段式离心泵的叶轮(首级或次级)和导叶水力设计。2、完成 MD150-50*5矿用耐磨多级节段式离心泵的整体结构设计。二、课题任务的要求 1、采用速度系数法或模型换算法进行叶轮和导叶的水力设计。2、绘出完整的装配图,图中标注主要配合尺寸,泵与外围系统的接口尺寸,装配技术要求,零件明细表。3、编写设计计算说明书,包括叶轮和导叶的水力设计说明、主要零件的强度计算和轴承寿命计算等。三、参数 1、泵性能参数:Q=150m3/h,H=250(50*5)m,n=1450 rpm，效率:73%.过流部件为耐磨球铁,采用填料密封。2、泵的结构形式为节段式多级泵结构。41 目录 1 绪论.5 1.1 离心泵技术的发展及现状.5 1.2 课题任务的内容和任务要求.10 2 多级离心泵的结构和设计流程.11 2.1 多级离心泵的的特性.11 2.2 多级离心泵的的组成结构.12 2.3 多级离心泵的设计流程.13 3 D280-65 多级离心泵设计计算及强度校核.14 3.1 泵的主要参数.14 3.2 部分参数的估算与确定.14 3.3 泵轴功率和电机的选择.15 3.4 水力设计.17 3.5 强度校核.22 4 泵的装配与拆卸.36 5 总结.46 6 致谢.47 8 参考文献.48 41 1 绪论 劳动人民在与自然界的斗争中创造了最原始的提水工具，如水车、辘轳、戽斗等，这些就是水泵的雏形。随着生产的发展和对自然规律的认识和掌握，这些原始的提水工具就发展成为现代的泵。泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给泵所输送的液体，使液体的能量增加的机械。泵类产品是广泛应用在国防、电力、石油、化工、建筑等工程领域的一种非常重要的通用机械产品。离心泵是工业泵产品中数量最多、用途最广泛的一种产品,其他产品大多是在离心泵技术的基础上进行设计的,所以,离心泵的技术水平直接影响着国民经济各行各业的技术水平。现在，泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。农业的灌溉和排涝，城市的给水和排水都要泵。在工业的各个部门中泵是不可缺少的设备。如在动力工业中需要锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；在采矿工业中需要矿山排水泵、水砂充填泵、水采泵、煤水泵等；在石油工业中需要泥浆泵、注水泵、深井采油泵、输油泵、石油炼制用泵等；在化工业中需要耐腐蚀泵、比例泵、计量泵等；在交通运输工业中需要燃油泵、润滑油泵、液压泵等。1.1 离心泵技术的发展及现状 我国的离心泵是由 50 年代仿苏产品开始的，当时仅生产 K 型单级单吸悬臂式离心清水泵和凸型单级双吸两端支承式离心清水泵，主要用于农田排灌。继而沈阳水泵厂又生产一些仿苏石油化工用泵，如 DJ.FDJ.，SJ,FSJ，DR,FDR.SR,FSR 型油泵以及 FL,BN 型耐酸泵等。60 年代，我国自行设计研制成系列，生产国内自己的离心泵;清水泵方面由 K 型改成 B 型，凸型改成 SH 型等;石油化工方面由 DJ、SJ、FSJ.型改为 Y 型，FL、BN 型改为 F 型;锅炉给水泵方面还生产 DH型等，满足国内绝大部分装置的要求。60 年代末至 70 年代，国内生产油泵、耐腐蚀泵不仅是沈阳水泵厂一家，生产 Y 型油泵扩大到上海水泵厂、长沙水泵厂、长春水泵厂、石家庄水泵厂、北京水泵厂、宝鸡水泵厂等。生产 F 型耐腐蚀泵的还有大连耐酸泵厂、上海水泵厂、广州重型机器厂、广东佛山水泵厂、天津耐酸泵厂等。80 年代，我国相继引进了国外许可证先进技术，既有石油化工用泵，41 也有清水泵，也有锅炉给水泵，还有泵用机械密封。通过引起技术的消化吸收，80 年代末一 90 年代初，沈阳水泵厂利用国外先进技术改造了原 Y 型油泵为 AY型油泵。沈阳水泵研究所组织重新设计了 IH 型替代 F 型耐腐蚀泵，沈阳水泵厂又重新设计了 AF 型泵准备替代 IH 型化工泵，从可靠性和效率等方面均优于 IH型泵。通过移植、设计、试制及生产了国产加氢进料泵、焦化进料泵及除焦、除鳞等大型泵，到目前为止，国内所生产的离心泵是型式多样、品种齐全、门类繁多，遍及到从民用到国防，从农业到工业乃至核工业，从山区到平原，从水上到陆地，乃至天空，无处不有。总之，国内目前可为 l00 万 kW 火力发电机组，500 万 t/a 炼厂、2000 万 t/a输油管线，30 万 t/a 合成氨、200 万 t/a 加氢、100 万 t/a 延迟焦化等装置提供国内的泵类产品。国内已生产的离心泵的最大流量大于 20000mj/h，最高扬程2800m，最高输送温度 400，最大驱动功率 1 0000kW，最高吸入压力达 17.SMPa。离心泵是量大面广的产品，进入市场经济后，国内几个大泵厂家都在积极开发自己的泵系列，尽量去满足市场的需要。沈阳水泵厂是国内最大的泵类专业厂，已被国务院批准为重大技术装备国产化基地，也被国家经贸委批准为机电产品出口基地企业和电站装备国产化基地企业，属于综合性的泵厂家，代表了国内泵技术水平。生产的泵类产品，不仅结构 型式多，而且品种规格也齐全。国内不少高精技术泵产品均由沈阳水泵厂制造，如军工用泵、核电用泵、大型锅炉给水泵、焦化进料泵、除焦泵、高速切线泵等。为了满足需要，泵的结构型式、品种和产量都在不断增加，质量和可靠性也都在不断提高，泵厂数量和规模也在逐渐扩大，使用范围也日益广泛。从泵的类型来看，目前离心泵的基本结构己发展得比较完善，当前设计方面更多地趋向于设计生产具体工况条件下的专用泵，即所谓工程专用泵。建国十年的发展，我国离心泵开始是生产仿苏产品，接着为自行设计一水泵行业联合设计、生产国内自己的产品，后来到引进国外先进许可证技术，直到各个厂家自行开发高水平的泵或者是合资这儿个阶段。泵产品结构型式、系列、品种规格均由少到多，性能及使用范围不断扩大，技术水平由低到高，各个厂家发展各自具有特色的泵类产品:沈阳水泵厂主要有电站(包括核电站)和石化用泵两大部分:大连耐酸泵厂只要以化工用泵为主;上海水泵厂主要是电站和石化用泵两大部分，部分是清水泵:北京水泵厂主要是石化方面为主;石家庄水泵厂是以杂 41 质泵为主;长沙水泵厂主要以大型清水泵和石化泵为主;其他一些厂各有特色。总之，国内的离心泵是逐年在发展，厂家在增加，品种数量也在增加，工业总产值也在增长，下面列出中国泵业协会所编年鉴统计儿组数字足以证明这点，从泵行业协会 165 个大小成员厂的初步统计:单级单吸清水泵 91 年 265723 台，94 年是291943 台，96 年是 439708 台;油泵 91 年 8789 台，94 年是 9580 台;耐腐蚀泵 91年 16113 台，94 年 18534 台。93 年工业总产值完成 374200 万元，比 92 年增长17.7%.94 年工业总产值完成 391540 万元，比 93 年增长 7.4%95 年工业总产值411034 万元，比 94 年增长 11.5%年工业总产值完成 463829，比 95 年增长 8.6%。1.1.1 发展现状（1）在过去的几年内，我国泵行业的技术发展趋势越来越与世界泵业技术发展趋向一致，但总体技术水平较低。（2）在材料、工艺等基础性研究方面取得了一定进展，为国产化提供了有利的依据。（3）对一般通用泵的更新换代，从性能范围、结构型式、使用用途、方便维修和外观质量以及系列化、标准化、通用程度方面有了进一步完善。（4）国家采取积极的宏观经济调控政策，市场持续的需求增长，对环境保护的日益重视以及用户日益严格和不断变化的要求和需求都成为推动行业厂技术水平提升的主要动力。（5）产品制造工艺水平有了一定的提高，特别是近两年一些企业扩建和添置了设备，装备水平、工艺设备得到了进一步完善，但缺少先进的检测和试验手段。（6）产品品种依然比国外先进国家少。（7）可靠性、可维修性、寿命有了一定的提高。（8）在高、精、尖技术含量高的产品领域，泵产品供不应求。（9）各种泵产品出口大幅度增长，从另一个侧面也反映了国内泵行业在某些品种的泵技术方面有了明显的提高。（10）泵行业生产企业的发展正处于一个两级分化的关键时期。（11）国家重点工程所需要的高技术含量配套用泵的研制取得了一定的进 41 展，配套能力有所提高。1.1.2 泵的发展环境分析和需求预测（1）电力用泵在“十五”后两年、“十一五”及未来 20 年中，我国电力工业将以更高速度发展。（2）石化用泵 石化用泵发展方向主要是大型化、高速化、机电一体化及泵产品成套化、标准化、系列化和通用化；多品种、性能广、寿命长及高可靠性；高效率、小型化；泵用密封、轴承生产大型化和专业化。特别是高温泵、低温泵和超低温泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、输送粘稠介质和带固体颗粒介质泵、屏蔽泵的技术将快速发展，需求量将大幅度增加。（3）环保、城建用泵 环保是我国一项基本国策，“十五”期间国家环保投资 7000 亿元，占同期 GDP 的 1.3%。环保及城市自来水供应领域需求各类泵约 20 000 台。（4）“三农”及城乡用泵 随着西部大开发进程加快以及中央对“三农”的重视，“十五”期间“三农”及城乡用泵的增长率约为 16%。按此增长率测算“十一五”期间每年需农业泵可达 600 700 万台。（5）矿山及浆体输送用泵 矿山工业在我国国民经济建设中占有十分重要的地位。矿山及冶炼行业使用各种浆体和固液混符合物输送泵，这种泵对材质要求很高，要耐磨损，同时无堵塞、高可靠、寿命长。预计“十一五”期间需污水离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵、潜水泵及备件等 2 万台套。（6）南水北调工程 该工程是当今世界上最大的调水工程，预计建设期长达 50 年，总投资 5000 亿元。该工程分为东线、中线、西线等三个工程，东线工程分三期。第一期工程总计 37 座泵站，第二期工程规划新建 13 座泵站，第三期工程规划新建 17 座泵站。（7）2008 年北京奥运会北京新建 13 座污水处理厂和 3 个垃圾处理厂，将投资近 1000 亿元用于城市环境治理和保护。（8）2010 年上海世博会，包括展馆城市基础设施、水资源改善、旧城改造等任务项目，直接投资达 30 亿美元。41 1.1.3 泵技术发展趋势 泵技术发展的原动力在于用户的需求。展望 21 世纪，人类不断增强的环境意识、质量意识和个性化意识等将成为推动泵行业技术发展的强大动力。现代文明的三大支柱：新材料、新能源技术和信息技术的迅速崛起加速泵行业技术革命的到来。徐景霞、Anderson 和徐诒浩等曾对 90 年代和未来的泵行业状况作过预测。总的来说，21 泵行业技术的发展趋势有以下几个方面。（1）理论与设计方法科学化 理论研究的重点将仍然是泵内部流动测试、三元粘性流动计算、多相流和汽蚀等。可以预言，建立在泵内真实流动模型基础上的粘性预测和计算机仿真将代替目前的经验设计和反复试验。（2）生产制造高技术化 激烈的市场竞争将迫使制造商们竞相采用各种高技术。例如，CAD 技术，就能在 最短的时间内推出各种关键零部件的最新设计；CAM 和柔性制造技术的应用将革新目前泵行业中以普通机床为主的制造方式。生产制造的高技术化石产品“价廉物美”的根本保证。（3）产品模块化合个性化 在模块化泵中大部分零部件是通用件，这就是制造商能以最短的时间向用户提供产品，并降低生产成本和库存。个性化的发展要求泵的结构设计和材料要适应各专业的特点，如流程用泵、污水处理用泵、食品业用泵等，产品将逐步朝多品种小批量的特殊用泵方向发展。（4）密封无泄漏化 80 年代泵技术的最重要的进展在于无密封技术，包括屏蔽泵和磁力驱动泵。随着环境意识的增强，这种对无泄漏泵的需求将继续呈广泛而强劲的增长趋势。（5）原动机无极化和监控系统自动化 未来的原动机将能根据泵运行工况的变化自动调整转速；而服役泵的自动化监控系统使泵的工作更为可靠、并减少运行维修费用。此外，新材料技术的研究也是今后泵行业发展的重点，泵的可靠性和节能则仍然是最基本的要求。41 1.2 课题任务的内容和任务要求(1)、完成 MD150-50*5 矿用耐磨多级节段式离心泵的叶轮(首级或次级)和导叶水力设计。(2)、完成 MD150-50*5 矿用耐磨多级节段式离心泵的整体结构设计。(3)、采用速度系数法或模型换算法进行叶轮和导叶的水力设计。(4)、绘出完整的装配图,图中标注主要配合尺寸,泵与外围系统的接口尺寸,装配技术要求,零件明细表。(5)、编写设计计算说明书,包括叶轮和导叶的水力设计说明、主要零件的强度计算和轴承寿命计算等。(6)、参数 泵性能参数:Q=150m3/h,H=250(505)m,n=1450 rpm，效率:73%.过流部件为耐磨球铁,采用填料密封，泵的结构形式为节段式多级泵结构。41 2 离心泵的结构和设计流程 MD 型煤矿用耐磨多级离心泵高效节能，耐磨可靠，寿命长。适用于输送清水及固体颗粒含量不大于1.5%(体积浓度)的中性矿井水(粒度小于 0.5mm)，以及类似的其他污水的液体。特别适用于煤矿等矿山排水。MD 型煤矿用耐磨多级离心泵输送的介质温度不高于80。2.1 多级离心泵的特性 2.1.1 泵型号意义说明 MD150-505 MD煤矿用耐磨多级离心泵 150设计点流量（m3/h）50设计点单级扬程（m）5泵的级数 2.1.2 性能范围（按设计点）流量：6.3720 m3/h 扬程：501140m 2.1.3 产品执行标准：MT/T114-2005煤矿用多级离心泵，MD 型煤矿用耐磨多级离心泵为两端支承，壳体部分为节段式，泵的传动方式是通过柱销弹性联轴器与电机联结，泵的旋转方向，从驱动端看，泵为顺时针方向旋转。泵的结构见图 1。41 1 轴承盖 2 螺母 3 轴承 4 挡水套 5 轴套架 6 轴套甲 7 填料压盖 8 填料环 9 进水段 10 中间套 11 密封环 12 叶轮 13 中段 14 导叶挡板 15 导叶 16 拉紧螺栓 17 出水段导叶 18 平衡套 19 平衡环 20 平衡盘 21 出水段 22 尾盖 23 轴 24 轴套乙 图 1 多级离心泵的典型结构图 2.2 多级离心泵的组成结构 2.2.1 定子部分 主要由吸入段（进水段）、中段、吐出段（出水段）、导叶、填料函体（尾盖）和轴承体等分别用拉紧螺栓联接成一体，从联轴器端看，泵吸入口为水平右方向，吐出口为垂直向上。2.2.2 转子部分 主要由轴、叶轮、平衡盘、轴承及轴套等组成。2.2.3 泵的密封（1）泵吸入段（进水段）、中段、吐出段（出水段）之间的静止结合面用纸垫或二硫化钼来密封。（2）泵各级间采用节流密封。41 （3）泵的两侧轴封采用软填料密封。（4）采用挡水圈挡水，防止水进入轴承。2.2.4 轴承部分 泵型的整个转子由两端的圆柱滚子轴承GB/T283-94支承；轴承采用3 号通用锂基润滑脂润滑，泵的转子有轴向窜动量。2.2.5 平衡部分 由于叶轮前后盖板受压面积不等，产生轴向力，此轴向力由平衡装置承担。泵的平衡装置由平衡盘、平衡套、平衡环组成。泵的平衡室由吐出段（出水段）、填料函体（尾盖）、平衡水管部件所组成，平衡水管部件绝对不允许堵塞，可用闸阀调节平衡水管部件内水的流动。2.3 多级离心泵设计流程 图 2-7 多级离心泵的设计步骤 确定设计参数：流量、扬程、效率、转速、级数、必须汽蚀余量 选择零件材料并进行强度校核：轴、中段、平衡盘 设计计算：进出口直径、叶轮、导叶、平衡盘等参数 模型选择：比转速、性能曲线图、叶轮、导叶、进出口端基本资料 绘图：总装配图、叶轮、导叶、中段、平衡盘、轴等。41 3 MD150-505 矿用耐磨多级离心泵设计计算及强度校核 3.1 MD150-505 多级离心泵主要参数：流量：Q=150m3/h=Sm30.0417 单级扬程：50m 级数：5 级 转速：1480rpm/效率：73 NPSHr 5.3m 3.2 部分参数的计算和确定 3.2.1 计算泵的比转数sn（流体机械原理张克危 3-19）：(3-1)在确定比转速时应考虑下列因素：(1)ns=120210 的区间，泵的效率最高，ns60 泵的效率显著下降；(2)采用单吸叶轮，ns过大时可考虑采用双吸叶轮，反之，采用双吸 ns过小时，应改为单吸式；单双吸选择时还应考虑汽蚀性能。(3)泵特性曲线的形状也和 ns大小有关；(4)比转速和泵的级数有关，级数越多，ns越大。卧式泵一般不超过 10 级，立式深井泵和潜水泵级数多达几十至几百级。但目前的趋势是尽量提高转速，减小级数，以提高泵运行的可靠性。3.2.2 汽蚀比转数 C：泵的汽蚀比转数是泵的进口相似判别数，用 C 来表示（现代泵设计手册公式 4-14）。486.2595.30.047114805.625.624343rNPSHQnC (3-2)式中：n=转速（r/min）；58.667500417.0801465.3n65.3n4343isHQ 41 Q-泵的流量（m3/s），双吸泵取 Q/2；h-泵的汽蚀余量（m）。当 ns和 C 均相等，则叶轮才可能完全相似。C 800，属主要提高效率的泵。3.2.3 估算泵的效率：容积效率 v：（现代泵设计手册公式（7-5）0.95758.66768.01168.01132-32-svn (3-4)水力效率 h：（现代泵设计手册公式7-4）738.014800417.0lg0835.01lg0835.0133nQh (3-5)机械效率 m：（现代泵设计手册公式7-6）0.88558.67705.151105.15116767smn (3-6)总效率：0.753.8850738.0759.0vmh(3-7)总效率大于所要求的效率73。3.2.4 求泵轴功率 泵的单级轴功率 Pi：（现代泵设计手册公式2-3）)(162.2873.0100050806.90417.010001000KWQgHpii (3-8)3.3 求泵轴功率和电机的选择：泵轴的直径应按其承受的外载荷（拉、压、弯、扭）和刚度及临界转速条件确定。因为扭矩是泵轴最主要的载荷，所以在开始设计时，可按扭矩确定泵轴的最小直径（通常指联轴器处的泵轴径）。同时应根据所设计泵的具体情况，考虑影响刚度和临界转速的大概因素，可对粗算的轴径作适当的修改，并圆整到标准 41 直径。待泵转子设计完成后，再对轴的强度、刚度和临界转速进行详细的校核。选取 Y321 L2-2 P=185KW 泵的最大轴功率 P28.162x5=140.81(kW)(3-9)泵的计算功率PcK P 取 K1.2:cP)168.972(kW=1.2x140.81=(3-10)扭矩 Mt：（现代泵技术手册公式7-8）)(193.751148085195509550mNnPMct (3-11)泵轴材料采用 40Cr，许用剪应力(637735)105 N/m2。取7.0107 N/m2，则：（现代泵技术手册公式7-7）)m(44)(404.0100.72.0193.751 2.0373mmMdt (3-12)值的大小决定轴的粗细，轴细可节省材料，提高叶轮水力和汽蚀性能，轴粗能增强泵的刚度，提高运行可靠性。并且不易损坏。同一根轴由于其部位不同，它的主要矛盾也不同。在联轴器部分的轴，强度是主要矛盾；其他部分的轴（如两轴承之间的轴，悬臂部分的轴）刚性是主要的矛盾，一般来说，这部分轴只要刚性满足要求，强度是没有问题的。联轴器部分的轴可以根据轴功率初步计算出来，而轴的刚性在没有具体尺寸以前是不能进行计算的。轴的设计计算通常都是先初步计算出最小轴径（联轴器内），然后由最小轴径开始，根据结构逐步增加，确定其他部分的轴径，因此轴的刚性在很大程度上这时就已经确定了。最小轴径确定的合适，在以后的核算中便不至于因此刚性不够而修改设计，从新绘图和计算。轴的直径既要满足强度和刚度的要求，也希望泵不至于因为太粗而降低了效率，使产品具有较高的技术经济指标。因此，泵轴许用剪应力的选择和最小轴径的确定是重要的一步。确定出泵轴的最小直径后，参考类似结构泵的泵轴，画出轴的结构草图。根据轴各段的结构和工艺要求，确定装叶轮处的轴径 di 和轮毂直径 dh。叶轮轮毂直径必须保证轴孔在开键槽之后有一定得厚度，使轮毂具有足够的强度，通常dh=（1.21.4）di。在满足其轮毂结构强度的条件下，尽量减小 dh，则有利于改善流动条件。在画泵轴结构草图时应注意一下几点：(1)各段轴径应尽量取用标准直径；(2)轴上的螺纹一般采用标准细牙螺纹，其内径应大于螺纹前轴段的直径；41 (3)轴定位凸肩一般为 1-2mm。参考厂里比转数相近的产品，取 d60mm，即：装联轴器处轴径 60 mm。根据结构确定叶轮处轴径：di=100 mm 确定轮毂直径hd：采用一般平键传递扭矩，叶轮轮毂直径 dh 为：hd(1.201.25)di (1.201.25)65 124(mm)3.4 水力设计 3.4.1 采用相似换算法进行计算 现对相似换算简单介绍：相似换算做法是选一台与设计泵相似的泵，对过流部分尺寸进行放大或缩小，如叶轮部分，其步骤为：（一）按设计泵的参数计算比转速（二）选择模型泵，对模型泵的要求是：（1）模型泵的比转速与设计泵的比转速相等或相近。（2）模型泵的效率高（高效范围广），抗汽蚀性能好（3）模型泵的技术资料齐全（4）为了不失去相似性，希望实型与模型泵雷诺数之比在1.01.5 的范围里 3.4.2 设计泵的比转速 选取模型泵：模型泵资料：DG85-80 流量 Q=sm0.0236m8533h,单级扬程 H=80m，转速 n=2950rpm 最优工况：Q=100m3/h H=66m (3-13)模型泵与设计泵的sn相近。hQ3m85 61.852800.0236029565.3n65.3n4343isHQ模 41 80mH 3.4.3 求尺寸系数 由相似定律，假定模型泵和实型泵的容积效率、水力效率相等，则有 52.18514801502950Qn33MMMQnQDD (3-14)(3-15)取1.55 3.4.4 计算设计泵的尺寸 把模型泵过流部分的各种尺寸乘以尺寸系数，则得到设计泵过流部分的相应尺寸。设计泵的叶片角度应等于模型泵的相应角度，即 设计泵尺寸：首级叶轮：388mm2501.5522MDD (3-16)24mm15.555.122Mbb (3-17)200mm1.5529.51j2jMDD (3-18)次级叶轮：388mm2501.5522MDD (3-19)20mm12.555.122Mbb (3-20)186mm1.575201j2jMDD (3-21)1.575805014802950MPPMMPHHHnnDD 41 3.4.5 换算设计泵的性能曲线 在模型泵性能曲线上取若干个点，安相似理论换算成设计泵相应点的参数，绘制相应的性能曲线。mmQnQp3pn（离心泵设计基础（2-23）(3-22)MmHnH2p2pn （离心泵设计基础（2-24）(3-23)MMNPSHnnNPSHr22 (3-24)MmpNnN3p5n （离心泵设计基础（2-25）(3-25)(3-26)表 3-1 流量 Q(m3/h)扬程 H(m)功率（KW）效率%汽蚀余量NPSHr（m）模型泵 实型泵 模型泵 实型泵 模型泵 实型泵 模型泵 实型泵 模型泵 实型泵 54 106 88 55 24.4 29.9 53 55 4.5 2.8 85 167 80 50 28.4 34.8 65 62 4.4 2.7 108 212 75 47 31.2 38.2 66 63 5.3 3.3 41 图 3-1 3.4.6 平衡盘：平衡盘设计计算部分全部参考离心泵设计基础。(1)应该以最少的级数来计算平衡盘尺寸，在泵只有两级时平衡盘两侧压差为（离心泵设计基础公式 7-5）：01ippHk H (3-27)取：k0.6，得：7604809506506.0-1-100-0pp (3-28)取平衡盘两侧压差为：(pa)4182647604800.55)p-%(p55-00pp (3-29)(2)计算轴向力：取：k0.6 首级叶轮：（离心泵设计基础公式 7-2）（NHFi7796.010.0605-0.119806500.6)r-(rk222h2w1(3-30)次级叶轮：（离心泵设计基础公式 7-2）41 ）（NHFi01.68030.0605-0.1059806500.6)r-(rk222h2w1 (3-31)级数最少时总轴向力 F 为：)(1459901.680301.779621NFFF (3-32)令平衡力 A 等于 F，取25.00rL，代入公式（离心泵设计基础公式7-9），得：mmmrLrLppFrrh10.81.1108025.025.0341141826414599605.003411-2002 (3-33)取：r112mm(3)平衡盘的轴向间隙宽度L0 和平衡盘外圆半径 r 为：（离心泵设计基础公式 7-11）(mm)2825.011200rLrL (3-34)取：L028mm(mm)140281120Lrr (3-35)(4)取轴向间隙：b00.140 mm(5)根据结构安排，取：b0.35 mm 23200hLrbbL r（离心泵设计基础 公式 7-13）(3-36)得：0230LrrbbLh (3-37)(mm)66.127281125.6014.035.023L (3-38)取：L130 mm(6)应该在级数最多的情况下计算平衡盘的泄漏量 q，在 5 级时，平衡机构两侧压差为：iHkHpp10 （取：k0.6）(3-39)41 (pa)22553809806506.0-1-250-0pp(3-40)(pa)10149211240459-225538000pppppp (3-41)360098061014921806.9200035.014.002.025.10605.000035.023600-202.025.12ppgbLbrqh=7.09h.m3 (3-42)（离心泵设计基础公式7-14）%4.71507.09qQ (3-43)泄漏量 q 约占泵流量的4.7%5%，说明此设计结果可用。3.4.7 轴承的选择：N320E 根据轴径及多级泵轴承部分主要承受径向力，选择单列圆柱滚子轴承N320E 基本额定负载：动态C：450KN 静态0C：440 KN 疲劳负荷极限：51KN 额定转速：3200r/min 3.0)(hnQC 3.0)(hn（查泵零件强度设计张奇志、马庆勇）2-3-16 得3.0)(hn=114.3 wFXKKRKQ（查泵零件强度设计张奇志、马庆勇 2-312）xK=1（查泵零件强度设计张奇志、马庆勇）2-3-14 1FK 41 （查泵零件强度设计张奇志、马庆勇）2-3-13 1WK wFXKKRKQ=114.1884 KNCKNhnQC450327.474.11406.414)(3.0 转速符合要求，所以所选轴承合适。3.4.8 填料密封选择 根据轴径及轴向力选取填料宽度E=15.9mm,根数为 5 根 3.5 强度校核 校核部分参考了叶片泵设计手册与离心泵设计基础，由于这两书出版较早，书中公式所用单位并非全为国际标准单位，但为使用书中公式，故在以下计算中，使用的单位均与书中一致。3.5.1 零件的强度计算：(1)叶轮的强度计算：叶轮的圆周速度2u：smnDu43.286088.314806022 (3-44)经验表明，对 QT500-7 叶轮的圆周速度2u最高可达 60m/s 以上，此叶轮圆周速度并未超过上述范围，根据结构和工艺上的要求，盖板厚度取 6mm 是可行的。(2)平衡盘的强度与变形量的计算：平衡盘受着两种力：一是水推力，近似地认为是均布载荷 p，一是盘旋转的离心力；均在盘的轮毂处产生最大的应力，在外缘产生最大的挠度。现分别计算如下：A.应力计算：a)由于水推力产生的弯曲应力 22wwRK ph (3-44)式中：Rw 平衡盘外半径（14cm）；h 平衡盘根部厚度（2cm）；p 液体作用在平衡盘上的压力，41 22whFpRr (3-45)其中：F 平衡盘所受的轴向力，FF14F2 F1 首级叶轮所受轴向力（7796.01N795.5kg）；F2 次级叶轮所受轴向力（6803.01N694.2kg）；rh 平衡盘根部直径（7cm）。)(kg/cm 74.77412.69445.795222p (3-46)K 系数，查叶片泵设计手册中图1018，得：当 rh/Rw 7/140.5 时，K1.5。将以上各值代入公式计算：222kg/cm 568.892417.745.1w (3-47)b)由于离心力引起圆周方向的应力 2222231 32 (kg/cm)83uwhhRrrg (3-48)式中：u 材料的泊松系数，对 45 号钢，u0.3；材料的密度，对 QT500-7，0.0073 kg/cm3；平衡盘的旋转角速度。(rad/s)985.1546014802602n (3-49)将已知各值代入上式：)(kg/cm 45.3073.033.03171426.980985.1543007.083.0322222u (3-50)对于脆性材料 QT500-7，折算应力d为：19.568.453098568.-.453089.568-22uwuwd (3-51)41 对于 QT500-7 1000(kg/cm2)，d，安全。B.挠度计算：4max3 (cm)wK pRyEh (3-52)式中：K 系数，查叶片泵设计手册中图 1018，得：rh/Rw7/140.5 时，K0.15 (3-53)E 弹性模量，QT500-7 E1.79106 kg/cm2 将已知各值代入上式 (mm)0.03114314(cm)00.021079.14174.715.0364maxy (3-54)挠度小于平衡盘间隙（b00.14mm）。(3)键的强度计算：级数 5 级时，叶轮的扭矩Mt=1193.75N.m=12181.13（kgcm）A.联轴器内键的强度计算：a)挤压应力：24 kg/cmtjMdhl (3-55)式中；d 联轴器内轴径（6cm）；h 键的高度（1cm）；l 键的有效长度（10cm）。将各值代入上式，得：2/08.812101613.121814cmkgj (3-56)联轴器材料为45 号钢，j15002000 kg/cm2，jj，强度符合要求 b)切应力：22 (kg/cm)tMdbl (3-57)式中：b 键的宽度（1.6cm）。其他的符号及数值同上，代入上式，得：87.24106.1675.11932kg/cm2 (3-58)键材料为 45 钢，600900 kg/cm2，3038 范围内的键为叶轮用的键，即叶轮键尺寸bh108。(4)联轴器的强度计算：由于在此设计方案中，选用的联轴器为厂用标准件，故在此处不作校核计算。3.5.2 泵体的强度计算：（1）中段 倒数第二级的中段受着最大的内压力：2-64-1-cmkg20.263323.10105049.806100010gpiH(3-60)把中段当作受内压力 p 的圆筒，中段的材料选用 QT500-7。中段的壁厚按薄壁容器考虑，壁厚为（离心泵设计基础公式 19-20）：(cm)2pDp (3-60)式中：p 中段所受的内压力(20.26kg/cm2)；D 中段的内径(52cm)；材料的许用拉应力，b/5，对 QT500-7，b 5000 kg/cm2，因 此 5000/51000(kg/cm2)。代入上式得：）（cm2.82626.20-100025226.20 (3-61)取=2.8cm=28mm 考虑中段在加工时有足够的刚性而不致于发生变形，取中段外径 Dy580mm，这时壁厚30mm。41 3.5.3 螺栓联接部分的强度计算：(1)密封凸缘宽度及拉紧螺栓的强度计算：A.根据强度条件选择密封凸缘的最小宽度 b 及拉紧螺栓最小直径 d1：a)选择 b：耐磨多级泵属于一般常温用泵，根据叶片泵设计手册中公式（10119）得：maxmax (cm)4jDpbmp (3-62)式中：D 密封凸缘内径（54cm）；pmax 泵最大工作压力（20.26kg/cm2）；j 许用挤压应力，对 QT500-7，j9001500 kg/cm2，取j900 kg/cm2；m 密封垫的垫料系数，查叶片泵设计手册中表1015，密封垫为青壳纸，m1.4。代入上式得：(cm)1.205196.124.19004196.1254b (3-63)考虑到结构方面的需要，取b1.5cm，这时密封凸缘外径 D255cm。b)选择拉紧螺栓直径 d1：拉紧螺栓数 z8 根，当 b1.5cm 15mm 时，12jDbdz (3-64)式中：许用应力，拉紧螺栓材料为 45 钢，2500kg/cm2。(cm)3.645250089005.154