毕业论文《600S-75型双吸单级离心泵设计说明书》.doc
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600S-75型双吸单级离心泵设计
摘要：
本文主要介绍了600S-75型双吸单级离心泵的设计计算过程。
主要包括离心泵的整体结构设计、水力设计计算、压水室的设计计算、吸水室的设计计算及主要零部件的校核。
本设计中的离心泵是具有一个叶轮的双支撑中开式离心泵。
该离心泵具有经过优化设计的双吸式叶轮，从而使离心泵所受轴向力大为减小。
叶轮叶片的叶型具有良好的水力性能，具有较好的抗汽蚀性能和较高的工作效率。
该离心泵采用了螺旋形压水室，泵腔中的水流量轴对称，水力性能良好，具有相对较小的水力损失。
吸水室采用了半螺旋形结构，该结构吸水室的截面均分布，叶轮进口流速均匀。
该离心泵具有结构简单，稳定性良好，便于安装及拆卸检修等一系列优点，并且加装有自吸装置，可以在不安装底阀，没有真空泵，不倒灌的情况下，实现自动吸水，自行启动。
关键词 ：
双吸单级离心泵、叶轮、压水室、吸水室
Thedesignof600S-75Single-stagedouble-suctionCentrifugalpumps
Abstract:
Thispaperdescribesthedesignandcalculationprocessof600S-75single-stagedouble-suctioncentrifugalpump.Mainlyincludesthedesigncalculationsofoverallstructural,hydraulic,pressurizedwaterchamber,suctionchamberandthecheckingofthemaincomponents.Thepumpinthispaperis apumpwithdoublesupportstructureandonlyhasone impeller. The centrifugalpumphas the doublesuctionimpeller whichhasbeenoptimizationdesigned, sothatthe centrifugalpump axial force isgreatlyreduced.Thehydraulicperformance ofthebladeprofileisgood,.sotheanti-cavitation performanceandworkefficiencyofthepumparehigh.Thecentrifugalpumpadopts thespiralpressurized waterchamber, thewaterflow axisymmetric cavityofthepump,hydraulic performanceisgoodandthe hydraulic lossisrelativelysmall. TheSuctionchamberadoptsthe semispiral structure, thecrosssectionofthe structureofsuctionchamber aredistributed, theimpeller inletvelocity uniformity. Thecentrifugalpump hastheadvantagesofsimplestructure, goodstability, aseriesofadvantages suchas convenientinstallationand disassemblyandmaintenance.Theself-suction devicecanstartthepumpwithoutthevalve,vacuumpumpand situation.
Keywords:
single-stagedouble-suctioncentrifugalpump,impeller,pressurizedwaterchamber,Suctionchamber.
目录
引言 1
1.600S-75型双吸单级离心泵的主要设计参数 3
2600S-75型单级双吸离心泵的结构设计 3
2.1泵整体结构的设计 4
2.2泵主要部件的设计 4
3600S-75型双吸单级离心泵的水力设计计算 6
3.1确定泵的进出口直径 6
3.2汽蚀计算 7
3.3确定比转速 7
3.4确定效率 7
3.5确定功率 8
3.6最小轴径的确定及轴结构草图的绘制 8
3.7初定叶轮主要尺寸 10
3.8第一次精算叶轮外径 12
3.9第二次精确计算叶轮外径 13
3.10叶轮出口速度 13
3.11叶片进口安放角 14
3.12轴面流道图的绘制 15
3.13叶轮叶片绘 18
4 600S-75型双吸单级离心泵压水室设计 21
4.1压水室概述 21
4.2压水室的水利设计 21
5600S-75型双吸单级离心泵吸水室设计 27
5.1吸水室概述 27
5.2半螺旋形吸水室的水力设计 27
6600S-75型双吸单级离心泵主要零件的强度计算 29
6.1泵轴的强度计算 29
6.2 键的强度计算 38
6.3 联轴器的强度计算 39
6.4 盖板强度的计算 39
6.5 泵体的强度计算 40
6.6 泵临界转速的计算 41
结论 42
参考文献 43
谢辞 44
附录 46
众所周知，泵在世界范围内得到非常广泛的应用，它涉及到国民生产的各个领域。
可以这样说，只要有液体流动的地方就会有泵的出现。
在农业生产过程中，泵是主要的灌溉机械。
我国的农村每年都需要大量的泵，据不完全统计，在我国，农业用泵占到泵总产量的一半以上。
在电力部门当中，火力发电站需要大量的锅炉给水泵、循环水泵、灰渣泵、和冷凝水泵，核电站不仅有核主泵，还有二级泵、三级泵等。
在国防工业当中，飞机的机翼、座舱和起落架的调节、各种步战车炮塔的转动、潜艇的上升和下潜等都需要用到泵。
化学化工行业中，很多的原材料、成品都是液体，将原材料料制成品，都需要经过十分复杂繁复的工艺过程，泵在这些生产加工过程当中起到了输送液体与提供化学反应的压力流的作用。
总之，无论是在航天飞机、大炮、火箭还是钻采矿、火车、汽车，或者是日常的生活当中，到处都需要用到泵，到处都有泵在运行。
泵作为一种通用机械，它是机械工业中的一类非常重要的产品。
泵的种类繁多，按照泵的工作原理可以非为三类：
一、叶片式泵
叶片式泵又叫动力式泵，这种泵是通过高速旋转的叶片将能量传递给液体，
使液体的能量增加，从而达到输送液体的目的。
叶片式泵又分为离心泵、混流泵、和轴流泵。
二、容积式泵
容积式泵是通过密闭的，充满液体的工作强溶剂的周期变化，非连续的给液
体施加能量，从而达到输送液体的目的。
容积式泵按工作腔变化方式有份为往复式泵和回转式泵。
三、其他类型
其他类型的泵的工作原理各异，有射流泵、气升泵、螺旋泵、水锤泵等。
螺
旋泵利用的是螺旋推进原理来提高液体的位能，其余几种泵，都是通过液体本身来传递能量，从而达到输送液体的目的的。
离心泵是各种类型的泵当中用量最大的一种泵。
离心泵的结构紧凑、流量与扬程的范围比较宽；适用于腐蚀性较低的液体；流量比较均匀、稳定性良好、振动比较小，不需要加装特殊的减震装置；设备安装和维护检修费用比较低。
离心泵的主要部件有叶轮、泵壳、密封机构、轴与轴承。
叶轮式泵的最为主要的部件，动力机要依靠叶轮将能量传递给液体。
它的设计制造关系到泵的性能，因此在设计过程中一定要认真仔细。
叶轮的形式主要有单吸闭式、单吸半开式、单吸开式和双吸式。
单级双吸泵的叶轮都是闭式的。
离心泵的泵壳主要由叶轮工作室、吸水室、和压水室组成。
单级双吸泵一般采用中开式泵壳。
由于在水泵中有许多间隙，间隙两侧存在压力差，因此会造成泄漏，从而是泵的效率降低。
故需要采用密封机构，防止不应该出现的泄漏。
离心泵的密封机构主要有叶轮密封、轴封。
单级双吸离心泵多采用填料密封。
泵轴的主要作用是通过联轴器将动力机的能量传递给叶轮，从而达到输送也提的密度。
泵轴需要有足够的刚度，其材料同厂为不能低于35钢的材料。
离心泵常采用的轴承油圆锥棍子轴承和生够球轴承。
单级双吸泵由于轴向力很小，一般采用深沟球轴承。
单级双吸离心泵是一种有一个叶轮、两个吸入口的离心泵。
离心泵中的液体在叶轮离心力的作用下，沿和轴线垂直的径向平面流出叶轮。
这种类型的离心泵采用双支撑形式。
这种形式中轴承分局叶轮的两侧，并且轴承靠近轴的两端。
双吸叶轮是一个单独的装配部件，它利用轴套，轴套螺母和键将叶轮固定在泵轴上形成转子部件。
双吸叶轮的位置不是固定的，它的位置可以通过轴套螺母进行调节。
由于双吸泵采用的是双吸式叶轮，因此泵轴所受轴向力非常小，泵轴所受的力主要为径向力。
单级双吸泵通过侧面吸入和压出液体，它的吸入口和压入口与泵体铸为一体。
泵壳采用了沿轴心线的水平面分成上下两部分的泵盖和泵体的水平中开式结构。
泵改的顶端和底端都开有螺纹孔，分别用来抽气和放水。
叶轮吸入口的两有填料式的轴封。
压水室采用的是螺旋形结构，这种结构的压水室使泵体内的液流呈轴对称流动，减少了泵体内的水力损失。
吸水室采用的是半螺旋形结构，这种结构的吸水室各个截面的流速是均匀分布的，减少了泵内的水力损失。
1.600S-75型单级双吸离心泵的主要设计参数
S型双吸单级离心泵的吸入口与压出口均在水泵轴心线的下方，与轴线垂直呈水平方向，检测时无需拆卸进出口水管和电动机。
泵的旋转方向：
自电机端向泵看S型号为顺时针方向旋转，即吸入口在右，吐出口在左；S型号为逆时针旋转时，即吸入口在左，吐出口在右。
泵的主要零件有：
泵体、泵盖、叶轮、轴、双吸密封环、轴套等。
除轴的材料为优质碳钢外，其余主要零部件为铸铁、铸钢、不锈钢等材质制成。
经过静平衡检验的叶轮，用轴套和两边的轴套螺母固定在轴上，其轴向位置可通过轴套螺母进行调整，叶轮的轴向力利用其叶片对称布置，两面进水达到平衡。
双吸单级离心泵可使用多种介质的传输，广泛用于工业、城市给排水、农田灌溉及各种水利工程、电站、工业流程系统的取水、加压、石油工程等。
600S-75型双吸单级离心泵设计主要参数：
流量：
Q=3170=0.8806
扬程：
H=75m
转速：
n=970r/min,
泵效率：
η=85%
泵必需汽蚀余量：
=7.7m
泵进出口直径：
600/400mm（参考）。
2600S-75型单级双吸离心泵的结构设计
2.1泵整体结构的设计
本设计中泵的型号为600S75型双吸单级离心泵，这种泵一般采用双支撑结构，即支撑转子的轴承应位于叶轮两侧，且靠近轴的两端。
本设计中泵的整体结构采用下图所示的形式。
在这种形式的双吸泵中，双吸叶轮靠键、轴套和轴套螺母固定在轴上形成转子，是一个单独装配的部件。
其位置可以用轴套螺母进行调节。
泵转子由两轴承实现双支撑。
此型离心泵是侧向吸入和压出的，泵的吸入口和压出口与泵体铸为一体，并采用水平中开式泵壳。
这种结构的离心泵，检修时只需揭开泵盖而无需拆卸，十分方便。
图2.1单级双吸横轴双支撑泵（S型）
2.2泵主要部件的设计
泵的主要部件有：
叶轮、泵壳、密封装置等。
2.2.1叶轮
叶轮是水泵中最为主要的部件，因为叶轮是把动力机的能量传递给液流的，因此它的设计制造水平直接关系到泵的效率和性能。
叶轮一般为铸铁整体铸成。
在此次设计中的叶轮为闭式双吸叶轮。
这种叶轮两侧均有吸入口，同时进水，叶轮左右两侧对称。
叶轮前后两侧均有盖板。
两盖板间夹着若干扭曲的叶片，盖板的内表面和叶片表面构成弯曲的叶轮流道。
2.2.2泵壳
由于此次设计中的泵为单级双吸泵，故采用中开始式壳。
它的吸水室、压水室，叶轮工作室和填料箱等都是有泵体和泵盖对合而成。
两个半螺旋形吸水室对称的布置在螺旋形压水室和叶轮工作室的两侧。
2.2.3密封机构
在水泵中，有许多间隙的两端有压力差，从而造成泄漏。
为了防止泄漏，需在这些间隙处这只密封装置。
本设计中将采用填料密封。
填料密封由填料箱，填料、填料压盖、水封环和铸与泵盖内的水封管组成。
3.600S-75型双吸单级离心泵的水力设计计算
3.1确定泵的进出口直径
3.1.1泵的进口直径
泵的进口直径由合理的进口流速确定，流速一般为3m/s左右,考虑到经济性和泵的用途，取泵的进口流速为=3.2m/s，则泵的进口直径由以下公式得：
===0.5919m=591.9mm
按法兰标准,取=600mm
3.1.2泵的出口直径
对于压力较高、大流量泵，泵的出口直径按下列经验公式确定=
；
按法兰标准,取=400mm
3.1.3泵的进口速度
===
与假设的进口流速相近。
3.1.4泵的出口速度
===
3.2汽蚀计算
3.2.1装置汽蚀余量
泵装置汽蚀余量可由公式来确定,取，则=1.1=8.47m
3.2.2泵的安装高度
=
常温清水情况下液体汽化压力水头，吸水管路损失=。
3.2.3汽蚀比转速
3.3确定比转速
3.4确定效率
3.4.1水力效率
3.4.2容积效率
3.4.3圆盘损失效率
3.4.4机械效率
假定轴承、填料损失为2%，。
3.4.5总效率
3.5确定功率
3.5.1轴功率
3.5.2计算配套功率
；
其中——配套功率系数
通过《机械设计手册》选择电机的型号为：
3.6最小轴径的确定及轴结构草图的绘制
3.6.1转矩
3.6.2轴径计算
泵轴应满足轴的强度或刚度及临界转速条件。
因扭矩是泵轴最主要的载荷，开始设计时首先按扭矩确定泵轴的最小轴径，通常是联轴器处的轴径。
初算轴的直径并将其圆整为标准直径。
最后再对轴的强度、刚度和临界转速进行详细的校核。
泵轴选用45钢，调制处理。
其中为泵轴材料的许用切应力。
查表[]=25MPa-45MPa，取[]=40MPa。
考虑到轴上有键槽，将其直径增大5%，则
=
为了使所选轴的最小直径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器的型号，查询《机械设计课程设计》选择弹性套柱销联轴器，联轴器的型号为HL9,公称转矩16000，许用转速1250。
最终取。
3.6.3轴的结构草图绘制
根据轴的结构工艺要求，考虑轴上零件的定位于固定，一级装配顺序，最小轴径为联轴器段，轴的结构草图如下：
图3.1轴结构草图
3.6.4轴封选择
根据泵的使用要求，输送介质为工业或农业给排水，采用填料密封。
3.6.5轴承的选择
查[21]，选用深沟球轴承，型号61828GB/T276-1994
3.6.7各段轴径的确定
因为和上安装了轴承，轴承内径为140mm，故和的直径为140mm。
为了实现个零件的安装与位，取==152mm，==147mm，是安装叶轮的轴段，取=158。
联轴器内径为130mm，故=130mm，=134mm。
3.7初定叶轮主要尺寸
3.7.1进口当量直径
系数查参考资料[]表4-2，取=3.54。
3.7.2叶轮进口直径
轮毂直径=（1.21.4）
取=1.2=1.2158=189.6mm
最终取轮毂直径为=190mm。
则叶轮进口直径
最终取=332mm。
3.7.3叶轮出口宽度
最终取。
3.7.4叶轮外径
3.7.5叶轮出口角
离心泵的叶片出口角一般小于90°，当取值较大时，H-性能曲线会出现驼峰，从而使泵的出现运行不稳定的情况。
为了得到较高的效率，一般取18°25°，根据经验取。
3.7.6叶片数
其中取=。
表3.1叶片数按比转速选择参照表
z
因为水泵的比转速=92.2，故最终取z=6。
3.7.7确定叶片包角
如果叶片数Z比较大，应该取的小一些。
如果叶片数Z比较小，应该取的大一些。
一般情况下可取，少数可达。
与叶片间距的比值反映了叶栅稠密度，叫做相对稠密度，由表3.2决定。
表3.2离心泵叶轮叶栅相对稠密度
3550
5570
80120
130220
230280
2.12.3
1.92.1
1.71.9
1.51.8
1.41.6
由前述计算可知，叶轮叶片数Z=6,则=，又因为水泵比转速=92.2，故=1.71.9，故。
最终取叶片包角。
3.8第一次精算叶轮外径
3.8.1理论扬程
3.8.2修正系数
因为在本设计中采用蜗壳是压水室，故取=0.75
3.8.3静矩
因为此泵为中比转速泵，故静矩可按来计算，
故=
3.8.4有限叶片数修正系数
3.8.5无穷叶片理论扬程
3.8.6叶片出口排挤系数
是叶片出口端厚度，
是出口端轴面截线和轴面流线间的夹角。
3.8.7出口轴面速度
3.8.8出口圆周速度
3.8.9出口直径
3.9第二次精确计算叶轮外径
3.9.1叶片出口排挤系数
是叶片出口端厚度，
是出口端轴面截线和轴面流线间的夹角。
3.9.2出口轴面速度
3.9.3出口圆周速度
3.9.4出口直径
经两次计算取叶轮的出口直径。
3.10叶轮出口速度
3.10.1叶片出口排挤系数
是叶片出口端厚度，
是出口端轴面截线和轴面流线间的夹角。
3.10.2出口轴面速度
3.11叶片进口安放角
3.11.1叶轮进口圆周速度
3.11.2叶片进口轴面液流过水断面面积
其中=0.014737m,=m
3.11.3a流线叶片进口角
由轴面投影图假定=90°，经计算得到的结果与假定的=0.95相接近。
3.11.4b流线叶片进口角
=经计算得=44°
3.11.5c流线叶片进口角
=经计算得
3.12轴面流道图的绘制
3.12.1叶轮轴面投影图的绘制
叶轮各部的尺寸（、、、）确定之后，可画出叶轮轴面面积投影图。
画图时，最好选择比转数ns相近，性能良好的叶轮图作为参考，并考虑所设计泵的具体情况加以改进。
轴面投影图的形状，十分关键，应经过反复修改、力求光滑通畅。
同时应考虑到：
（1）出口前后盖板保持一段平行或对称变化；
（2）流道弯曲不应过急，在轴向结构允许的条件下，宜采用较大的曲率半径。
轴面投影图的绘制方法：
（1）作
（2）作
（3）作
（4）以适当的半径R和适当倾角的直线作后盖板流线
（5）以适当半径r和与后盖板相同倾角的直线作前盖板流线
图3.2叶轮轴面投影图
3.12.2轴面投影图过流断面面积检查
途中曲线AEB和各轴面流线应相互垂直，是过水截面的母线。
其作法为：
在轴面投影图内，做流线的内切圆，切点为A和B。
将AB与圆心O连成三角形AOB，把高OD分成三等份，等分点为E和C。
过E点且与轴面流线垂直的曲线AEB是是过水截面的母线，其长度b可用软尺量出。
三角形AOB的重心（C点）与AEB曲线的重心重合，重心的半径为。
以过水截面形成图AEC为母线绕转轴一周形成过水截面，其面积F为
图3.2轴面液流过流断面面积检查图
列表计算检查：
表3.3轴面液流过流断面面积检查图
项目
序号
0
130.75
71
58328.38
0
1
139.15
73.21
64007.89
41.63
2
169.39
71.76
76374.8
95.4
3
210.62
67.08
88771.29
143.07
4
248.83
61.68
96433.27
184.12
5
293.23
55.12
101554.1
227.58
6
326.6
50.5
103630.46
261.13
7
360
46
104049.55
295.76
一般从叶轮的入口处开始检查，的零点取在叶轮入口出，根据上表中的数据做出图线，图线应接近于光滑的直线。
如下图所示：
图3.3流道过水截面变化情况
3.13叶轮叶片绘
3.13.1方格网保角变换法叶片绘型的思路和出发点
在前面的设计计算过程中我们已经绘出了叶轮的轴面面积投影图并且分好了轴面流线，而每条轴面流线就是一条叶片的轴面型线。
在轴面上画几条轴面流线，就会绘出几条叶片的轴面型线。
只要把这些叶片的轴面型线沿过流断面光滑的连接起来，就能得到叶片工作面的形状。
为了把叶片的形状表示出来，把一条轴面流线绕叶轮的轴心线旋转一周，则可得到一个旋转流面。
旋转流面即是这样一个面，凡在这个面上的流体质点，它只会在这个面上流动，而不会流到这个面的外面。
由于在绞线上的流体质点，它既要在流面内流动，又要在叶片表面上流动，因此这一条交线肯定是一条流线。
若把每条这样的流线都确定下来，那么叶片的形状就能确定下来。
为此，我们要在流面的圆柱展开面上做出方格网。
由于在流面上作图很不方便，因此我们要把流面展开成规则的平面。
但流面是喇叭形的花篮曲面，所以只有用保角变换法先把这个流面保角的变换成圆柱面，并保持叶片的型线的角度和坐标位置不变。
然后把这个圆柱面展开成平面，就得到了平面上的正方形网格
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