新KS型单级单吸离心泵设计.docx
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1、新KS型单级单吸离心泵设计 新KS型单级单吸离心泵的设计 第一章 引言 利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。1689年,法国物理学家帕潘独创了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的,则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。18511875年,带有导叶的多级离心泵相继被独创,使得发展高扬程离心泵成为可能。 尽管早在1754年,瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式,奠定了离心泵设计的理论基础,但直到19世纪末,高速电动机的独创使离心泵获得志向动力源之后,它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等很多
2、学者的理论探讨和实践的基础上,离心泵的效率大大提高,它的性能范围和运用领域也日益扩大,已成为现代应用最广、产量最大的泵。 离心泵的应用是很广泛的,在国民经济的很多部门要用到它。在给水系统中几乎是不行缺少的一种设备,如若把自来水管网当作人身的血管系统,那么离心泵就是压送血液的心脏。 新KS型单级单吸离心泵是在原有的KS型单级单吸离心泵的基础上进行的一种改进,现市面上大多的离心泵,在安装叶轮时,是采纳的泵轴的锥度进行定位的,这样的定位,对于轴的加工精度要求很高,在一般的小型加工单位很难达到这样的精度等级,所以通过把锥度轴变为直轴的方法来避开因为加工精度不高而导致的安装不便的弊端,同时在叶轮安装时通
3、过加轴套的方法进行定位,这样的改进在提高轴强度的同时,加工也便利了,且其他部件的制作模具的改动也很少,生产成本也没有增加。 此次设计中以型号KS125-100-200作为数据依据。 其次章 型号意义示例及名词说明 21 型号名称:KS 125 100 200 KS:符合国际标准的用语空调制冷等领域的单级单吸离心泵。 125:泵吸入口直径(mm)。 100:泵排出口的直径(mm)。 200:叶轮名义直径(mm). 22 名词说明 离心泵:通过利用离心力输水的水泵。 单级单吸:单级是指一个叶轮,单吸是指只有一个进水口。 在离心泵系列中还有双级双吸、双级单吸、单级双吸离心泵,至于叶轮和进水口的数量主
4、要是通过考虑到离心泵的功率和性能参数来确定的,其中单级单吸离心泵是功率和性能最简洁的一种。 第三章 新KS型单级单吸离心泵的主要性能参数 3.1 流量Q(m3/h或m3/s) 离心泵的流量即为离心泵的送液实力,是指单位时间内泵所输送的液体体积。 泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。操作时,泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。 留意:因为泵安装在特定的管路上,所以管路的特性必定要影响流量的大小。 3.2 扬程H(m) 离心泵的扬程又称为泵的压头,是指单体重量流体经泵所获得的能量。 泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小,叶片的弯曲状况等、转速。
5、目前对泵的压头尚不能从理论上作出精确的计算,一般用试验方法测定。 泵的扬程可同试验测定,即在泵进口处装一真空表,出口处装一压力表,若不计两表截面上的动能差(即u2/2g=0),不计两表截面间的能量损失(即f1-2=0),则泵的扬程可用下式计算 留意以下两点: (1)式中p2为泵出口处压力表的读数(Pa);p1为泵进口处真空表的读数(负表压值,Pa)。 (2) 留意区分别心泵的扬程(压头)和升扬高度两个不同的概念。 扬程是指单位重量流体经泵后获得的能量。在一管路系统中两截面间(包括泵)列出柏努利方程式并整理可得 式中H为扬程,而升扬高度仅指z一项。 3.3 效率 离心泵的效率-反映泵对液体供应的
6、有效能量与原动机供应给泵的能量(轴功率N)之比。 离心泵的能量损失包括以下几项: 3.3.1 容积损失v 各种泄漏、回流,使泵对这部分液体作了无用功,削减了泵的实际输送能量。v与泵结构及液体在泵进、出口处的压强差有关。 3.3.2 机械损失m 由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生摩擦而引起的能量损失。其值一般为0.960.99。 3.3.3 水力损失h 叶片间涡流造成的损失、液体入泵时的水力冲击损失、液体与泵壳、叶片间的摩擦损失之和。水力损失h与泵的结构、流量及液体的性质有关。 离心泵的效率反映这三项能量损失的总和,故又称为总效率,总效率为这三个效率的乘积,即:
7、=vmh 这里v、m与流量Q无关。 由水力损失图示(右图)可知:额定流量Qs(h=0.8-0.9)下hf最小,最高。一般小型离心泵的效率为50%-70%,大型泵可高达90%。 泵的效率值与泵的类型、大小、结构、制造精度和输送液体的性质有关。大型泵效率值高些,小型泵效率值低些。 3.4 轴功率N(W或kW) 泵的轴功率即泵轴所需功率,其值可依泵的有效功率Ne和效率计算,即 泵的效率不是一个独立性能参数,它可以由别的性能参数例如流量、扬程和轴功率按公式计算求得。反之,已知流量、扬程和效率,也可求出轴功率。 第四章 新KS型单级单吸离心泵的特性曲线 泵的各特性能参数之间存在着肯定的相互依靠改变关系,
8、可以通过对泵进行试验,分别测得和算出参数值,并画成曲线来表示,这些曲线称为泵的特性曲线。每一台泵都有特定的特性曲线,由泵制造厂供应。通常在工厂给出的特性曲线上还标明举荐运用的性能区段,称为该泵的工作范围。 泵的实际工作点由泵的曲线与泵的装置特性曲线的交点来确定。选择和运用泵,应使泵的工作点落在工作范围内,以保证运转经济性和平安。此外,同一台泵输送粘度不同的液体时,其特性曲线也会变更。通常,泵制造厂所给的特性曲线大多是指输送清洁冷水时的特性曲线。对于动力式泵,随着液体粘度增大,扬程和效率降低,轴功率增大,所以工业上有时将粘度大的液体加热使粘性变小,以提高输送效率。 特性曲线指HQ、NQ及Q(也有
9、含hQ或hsQ的)等的关系曲线。 *特性曲线图见附图(1)* 特性曲线的共同特点: (1)HQ:QH (2)NQ:QN,Q=0,Nmin; (3)Q:先Q,达min后Q,max点设计点。 其下的H、Q(即Os)、N是最佳工况参数标于铭牌上。 选择泵时至少应使其在92%max下工作。 第五章 新KS型单级单吸离心泵工作原理 离心其实是物体惯性的表现.比如雨伞上的水滴,当雨伞缓慢转动时,水滴会跟随雨伞转动,这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。 但是假如雨伞转动加快,这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动,那么水滴将脱离雨伞向外缘运动.就象用一根绳子拉着石块做圆周运动,假如速度太快,绳子将
10、会断开,石块将会飞出.这个就是所谓的离心。 离心泵就是依据这个原理设计的.高速旋转的叶轮叶片带动水转动,将水甩出,从而达到输送的目的。离心泵有好多种.从运用上可以分为民用与工业用泵,从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。 单级单吸离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的进水口前面,起到把液体引向叶轮的作用;压水室主要有螺旋形压水室(蜗壳式)、导叶和空间导叶三种形式;叶轮是泵的最重要的工作元件,是过流部件的心脏,叶轮由盖板和中间的叶片组成。 单级单吸离心泵工作前,先将泵内充溢液体,然后启动离心泵,叶轮快速转动,叶轮的叶片驱使液体转动,液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去
11、,同时叶轮从吸入室吸进液体,在这一过程中,叶轮中的液体绕流叶片,在绕流运动中液体作用一升力于叶片,反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体,这个力对液体做功,使液体得到能量而流出叶轮,这时液体的动能与压能均增大。 启动后,叶轮由轴带动高速转动,叶片间的液体也必需随着转动。在离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量,以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中,液体由于流道的渐渐扩大而减速,又将部分动能转变为静压能,最终以较高的压力流入排出管道,送至须要场所。液体由叶轮中心流向外缘时,在叶轮中心形成了肯定的真空,由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力,液体便被连续压入叶轮
12、中。可见,只要叶轮不断地转动,液体便会不断地被吸入和排出。 *工作原理图见附图(2)* 第六章 新KS型单级单吸离心泵的主要部件 单级单吸离心泵的基本构造是由七部分组成的,分别是:叶轮,泵体(即泵体和泵盖),泵轴,轴承,悬架,机械密封,填料函。 两个主要部分构成:一是包括叶轮和泵轴的旋转部件;二是由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。 6.1 叶轮 6.1.1叶轮是离心泵的核心部分,它转速高出力大,叶轮上的叶片又起到主要作用,叶轮在装配前要通过静平衡试验。叶轮上的内外表面要求光滑,以削减水流的摩擦损失。 叶轮的作用是将原动机的机械能干脆传给液体,以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。 叶轮
13、室是泵的流部件的核心,泵通过叶轮对液体的作功,使其能量增加。叶轮按液体流出的方向分为三类: (1)径流式叶轮(离心式叶轮)液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮。 (2)斜流式叶轮(混流式叶轮)液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮。 (3)轴流式叶轮液体流淌的方向与轴线平行的。 叶轮按吸入的方式分为二类: (1)单吸叶轮(即叶轮从一侧吸入液体)。 (2)双吸叶轮(即叶轮从两侧吸入液体)。 叶轮按盖板形式分为三类: (1)封闭式叶轮。 (2)放开式叶轮。 (3)半开式叶轮。 其中封闭式叶轮应用很广泛,前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。 *叶轮图见附图(3)* 叶轮加工的工艺步骤: 工序号 工序 名称
14、 工 序 内 容 车间 设备 1 粗车 夹住右端台阶外圆校正流道及修正内孔。 金工 C6140 车左端止口平面以流道中心为基准到图纸尺寸。 车左端止口(配泵体端)留光刀余量2mm。 车左端弧面光出即可。 车孔平面深度达到图纸要求。 2 粗车 夹住左端止口校正。 金工 C6140 车右端止口(配泵盖端)留余量。 车右端孔外台阶、内止口和锥孔留余量。 车右侧弧面光出即可。 车大外圆对图。 3 精车 夹住左端外台阶,找正大外圆跳动允差0.05 金工 C6140 右端面到总厚。 车锥孔对图。 车右侧内外止口及平面对图。 R车出即可。 4 精车 上锥度芯棒找正夹头处芯轴外圆跳动允差0.01。 金工 C6
15、140 车左侧止口到图纸尺寸。 静平衡达到规定要求。 5 插 插键槽对图。 金工 插床 6 钳 钻孔及去毛刺。 金工 钻床 7 检 检验。 6.1.2 固定叶轮的螺母的加工工艺步骤: 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 1 车 车大外圆46;34.6到图纸要求 金工 C6140 圆球R11.5到图纸要求 倒角 钻攻M20*1.5螺纹,挖退刀槽 2 铣 铣六角到图纸要求 金工 铣床 3 检 检验 6.2 泵壳(即泵体和泵盖) 6.2.1泵体作用是将叶轮封闭在肯定的空间,以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形,故又称蜗壳。由于流道截面积渐渐扩大,故从叶轮四周甩出的高速液体渐渐
16、降低流速,使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇合由叶轮甩出的液体,同时又是一个能量转换装置。 *泵体图见附图(4)* 泵体加工的工艺步骤: 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 1 车 车右端平面和内止口。校正木耳边。 金工 立车 车内孔及其内孔平面到图纸尺寸 2 车 以止口为基准压紧车左端进水口外径 金工 立车 车平面保证总厚对图。达到图纸要求。 3 钳 划镗加工线 4 镗 以右端止口平面为基准压紧,车底脚平面保证到中心距离 金工 镗床 达到图纸要求。 5 镗 转过1800压紧,车顶面出水口平面保证总高度与图纸相 金工 镗床 符。车外圆平面对图。 6 钳 划右端机盖联接孔钻模十
17、字对准线。 金工 划顶端出水口法兰联接孔钻模十字对准线。 划左端进水口法兰钻模十字对准线。 划底脚联接孔钻加工线。 划放水孔钻加工线。 7 钻 对图钻以上各孔锪平到图纸要求。 金工 钻床 8 钳 打磨。 金工 9 钳 与泵盖同做2.4MPa水压试验,持续时间不少于5分钟, 金工 不得有漏水冒汗等现象。 10 检 检验。 6.2.2 泵盖的加工工艺步骤: 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 1 粗车 粗车各部分留2MM余量 2 精车 夹住右侧外圆校正左侧止口 金工 车床 车大平面止口、止口台阶及其平面对图。 车叶轮处内台阶、台阶平面到图纸尺寸。 3 车 自制车模,以已加工止口为基准,
18、压紧。 金工 车床 车右端面总厚到图纸尺寸。 车内止口止口平面及止口台阶。 车内孔到图纸尺寸。 4 钳 划钻加工线。 金工 5 钻 钻法兰孔对图。 金工 钻床 钻止口联接孔对图。 钻填料盖联接孔对图。 钻攻各孔对图。 6 检 检验。 *泵盖图见附图(5)* 6.3 泵轴 泵轴的作用是支持叶轮等回转件,带动叶轮在确定的工作位置作高速旋转并传递驱动功率的元件,所以它是传递机械能的主要部件。离心泵的轴在工作时以肯定的转速作旋转运动,承受较大的弯矩和转矩。轴要有足够的强度和几何精度,将对密封性能的不良影响减到最小限度,最大限度地削减擦磨损和伤的危急性。 *泵轴图见附图(6)* 泵轴的加工工艺步骤: 工
19、序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 设备 1 粗车 一夹一顶两次装夹粗车两端台阶,外径留4mm、台阶留 金工 C6140 3mm余量。 2 热 热处理。 外协 3 车 车总长修整中心孔。 金工 C6140 两顶尖夹住叶轮端,车悬架端各外径留0.3mm-0.4mm磨量 对图。R、倒角。 调头夹住联轴器端车叶轮端各台阶对图,磨量留0.3mm -0.4mm,车外锥、螺纹到图纸尺寸。 割槽、R、倒角。 4 铣 铣两端键槽对图键槽中心对称度达0.08mm。 外协 铣床 5 磨 磨各台阶、外锥到图纸要求。 外协 磨床 6 检 检验。 6.4 轴承 离心泵的推力轴承有滚动轴承和滑动轴承两类。 其中滚动轴
20、承有单向推力球轴承、双向推力球轴承、推力短圆柱滚子轴承、推力圆锥滚子轴承等,角接触轴承也可承受轴向载荷。推力滑动轴承有实心式、单环式、空心式、多环式等固定的推力轴承和可倾扇面推力轴承。滚动轴承运用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/33/4的体积太多会发热,太少又有响声并发热!滑动轴承运用的是透亮油作润滑剂的,加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂*,太少轴承又要过热烧坏造成事故!在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右,假如高了就要查找缘由(是否有杂质,油质是否发黑,是否进水)并刚好处理 轴承衬用的材料有铸铁、巴氏合金、铜合金、铝合金、陶质金属和非金属材料。 6.5悬架 悬架
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