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1、目录摘要31 前言42 叶轮的水力设计52.1 泵的主要设计参数和构造方案确实定52.2 叶轮主要参数的选择和计算62. 3 叶轮的绘型1 12.4 作叶轮进出口速度三角形 233 压水室的水力设计243.1 压水室的作用及螺旋型压水室作用的原理243.2 压水室的设计和计算 264 构造设计314.1 主轴的构造设计 314.2 装配图轮廓尺寸的初定 315 强度计算335. 1 泵轴的强度计算3 35. 2 键的强度计 算3 95.3 轴承寿命的计算406 结论44总结与体会45谢词46参考文献4710摘 要本设计是依据给定设计参数完成单级单吸离心泵 IS200150250 的水力及构造设
2、计，主要包括叶轮、压水室的水力设计和泵的构造设计。确定出叶轮的几何参数，绘制并检查叶轮轴面投影图，承受方格网保角变换法完成扭曲形叶片绘形。利用数字积分法，依据蜗壳内速度矩守恒，确定出蜗壳八个断面参数，并进展绘形。最终对泵进展构造设计，绘制了装配图和局部零件图，并对轴进展了强度校核计算。关键词：离心泵；叶轮；蜗壳；水力设计；构造设计AbstractAccording tothe design parameters at the givenpoint, this paperaccomplished thedesign of the centrifugal pump. Itmainly contai
3、ned thehydraulic designof the impeller, volute casing andstructural of pump,structural design of the pump. Based on the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. Then author projected and checked the cross-section of impeller, drew the cylindr
4、ical blade using methods of grid square conformal transformation. On the basis of constant velocity moment, author calculated parameters of cross-section of volute using digital integral method. Author also drew the spiral curve and diffuser of volute casing. Finally, the structural of the pump was
5、designed and assembly drawing component graphics were drew.In addition, this program has been checked strength of the pump shaft.【Key words】：centrifugal pumps；impeller；volute casing；hydraulic design；structural design1 前言水泵是一种应用广泛的水力通用机械，在航天、航空、发电、矿山、冶金、 钢铁、机械、造纸、建筑以及农业和效劳业等方面都有着广泛的应用。近年来， 在农田水利建设和石油
6、化学等工业部门的迅猛进展中，对离心泵的需求越来越大。本次设计是依据给定设计参数完成 IS200-150-250 型离心泵水力及和构造设计，并完成泵总装图的绘制。该泵在设计点运行参数如下：扬程 H = 20m ，流量Q = 400m3 / h ，转速n = 1450r / min ，效率h = 79% ，必需空蚀余量(NPSH )r= 2.95m ；抽送介质为温度小于80C 的清水或物理、化学性质类似于水的其他液体。依据以上设计参数，完成如下设计内容：(1) 叶轮水力设计，进展叶片绘形；(2) 压水室水力设计，进展压水室绘形；(3) 验算泵的抗汽蚀性能；(4) 完成总装图的绘制；(5) 对泵的主
7、要零件进展强度校核；(6) 编写设计计算说明书，完成 3000 字专业文献英译汉。叶轮的水力设计叶轮是泵的核心局部，泵的性能、效率、抗空蚀力量、特性曲线的外形，都与叶轮的水力设计有严密的关系。2.1 泵的主要设计参数和构造方案确实定2.1.1 给定的数据和要求1泵的型号：IS2001502502流量： Q = 400m3 / h = 0.111m3 / s3效率：h = 79% 。（4） 扬程： h = 20m（5） 转速： n = 1450r / min（6） 必需空蚀余量(NPSH )r= 2.95m（7） 介质的性质：温度小于80C 的清水或物理化学性质类似于水的其他液体。2.1.2 确
8、定泵的进出口直径首先由给定的泵的标准型号 IS200-150-250，即可得泵进口直径 Ds泵出口直径 Dd= 200mm= 150mm 。2.1.3 汽蚀验算汽蚀比转数C =5.62nQ(NPSH ) 34= 1207r可知，转速 n 、汽蚀根本参数 NPSHr和C 这三个参数之间有确定的关系，如得不到满足，将产生汽蚀。对于肯定 C 值，假设提高转速，则 NPSHr将增大，当该值大于所供给的装置汽蚀余量 NPSHa时，就会发生汽蚀。按汽蚀条件来确定泵的转速的方法，是先选择 C 值，按给定的装置汽蚀余量NPSH或几何安装高度 H，计算汽蚀条件下所允许的转速。即asz5.62rQ3n C(NPS
9、H )4式中： NPSHa= NSPHr- K K 考虑汽蚀的安全余量。C(NPSH ) 3/41207 2.953/4r5.62Q5.620.111汽蚀允许转速： n ” = 1451 (r / min)阅历算可知，转速n = 1450(r / min) 小于汽蚀允许转速，符合要求。2.1.4 计算比转速 n，确定泵的水力方案s比转速公式为3.65nQH 343.6514500.111n =s203/4= 186.5 取 186在n = 150 200 范围，泵的效率最高，当 nss b ，其正冲角Db = b21- b 。冲角2的范围通常为Db = 30 150 。承受正冲角可以提高抗汽蚀
10、性能，并且对效率影响不大，对于扭曲叶片可沿叶片进口边各流线加同一冲角；也可以在前盖板流线处使用最大冲角，由于这里是汽蚀敏感区，冲角从前盖板到后盖板递减。其缘由可做如下解释：用正冲角，能增大叶片进口角，削减叶片的弯曲，从而增大叶片进口过流面积，减小叶片的排挤，最终减小叶片进口的V1和W 。1用正冲角，在设计流量下，液体在叶片进口反面产生脱流。用正冲角,能改善在大流量的工作条件。假设常常在大流量下运转，应选较大的冲角。叶片进口边有时和过水断面形成线重合，有时不重合。进口边与三条流线的交点a 、b 、c 三点的过水断面不同。（3） 叶片进口角确实定16叶片进口角b2是叶轮主要几何参数，对泵的性能参数
11、、水力效率和特性曲线的外形有重要影响。常用的范围是 b2= 18 40 ，增大b2角，在一样流向下叶轮出口速度增大，压水室的水力损失增大，并且在非设计流量下冲击损失增大，容易使特性曲线消灭驼峰。本次设计取b2= 22.5。2.3.5 计算出口速度出口圆周速度： 2u= p D n =2603.14 0.2981450 = 22.62m/s60ZdD p221+ (cot bsin l2 )226 4298 3.141+ ( cot 22.5)sin90 0出口轴面排挤系数：j = 1-2= 1-= 0.933出口轴面速度：Q0.111hm 2v=D b pj= 2.822m/s0.98 0.2
12、98 0.046 3.14 0.933v2 22出口圆周分速度：v= gHT u 2u2= 9.8 22 = 9.53m / s22.62无穷叶片出口圆周分速度：v= gHT u 2u= 9.8 36 = 15.6m/s 22.622叶片进口圆周速度：p D n3.14 0.0981450u=1a1a60=p D nu1b1b60p D n=60= 3.14 0.084 1450603.14 0.0681450= 7.44(m / s)= 6.38(m / s)u=1c=1c6060= 5.16(m / s)2.3.6 作叶片进口边并计算叶片进口速度叶片进口边在平面上的投影在同一个轴面上的为好
13、。但是也可以不在一个轴 面投影图上，在叶轮的轴面投影上作叶片的进口边，应尽量使叶片进口边之间的 几条流线趋于相等。进口边和流线夹角最好是直角。叶片进口边轴面投影的外形，从铸造的角度动身，最好为始终线或是有一曲率的圆弧。叶片进口边向吸入口方 向适当延长，以提高叶轮的抗汽蚀性能，并能使泵性能曲线上消灭驼峰的可能性 减小，并要求所做的进口边应使前后盖板的长度不能相差太大，否则简洁产生二 此回流。作图时应考虑以上的综合因素，并参照比转速相近的模型，作出出口边。（1） 作叶片进口边并计算叶片进口速度F= 2p Rb1AcA A= 2 3.14 0.071 0.074 = 0.033012 m2F= 2p
14、 Rb1BcB BF= 2p Rb1CcC C= 2 3.14 0.077 0.070 = 0.033866 m2= 2 3.14 0.082 0.072 = 0.037096 m2（2） 计算进口角假设j1Av= 0.89=Q=0.111= 3.82m / sm1Ah F j0.98 0.033 0.89tgb1Av 1A 1Av” =m1A =u1A3.827.44= 0.513b1A” = 27.18 = 2711”b= b1A1A”+ Db = 2711”+115” = 2826” = 28.43取Db = 115”ZdD p1A11+ (cot bsin l1A )21A1+ ( c
15、ot 28.43)2sin 756 2.5j= 1-1A= 1-98 3.14= 0.895与假定的j1A= 0.89 相符。u7.44tan b= tan b1A = tan 28.42= 0.663得b= 33.5701B1A u1Bu6.071B7.44tan b= tan b1A = tan 28.43= 0.781得b= 37.9701C1A u1C5.161CZdD p1B11+ (cot bsin l1B )21B6 2.5180 3.141+ ( cot33.57 )2sin82 B 流线叶片进口排挤系数：j= 1-1B= 1-= 0.891B 流线轴面进口速速：Q0.111v
16、=m1Bh F j= 3.71(m / s)0.98 0.0334 0.891v 1B 1BB 流线叶片进口液流角：tgb” =1Bvm1Bu1B= 3.71 = 0.58b6.381B” = 30.18B 流线叶片进口冲角：Db= b1B1B- b” = 33.57 - 30.18 = 3.391BC 流线叶片进口排挤系数：j= 1-1C= 1-= 0.886Zd1Dp1C1+ ( cot bsin l1C )21C6 2.568 3.141+ ( cot37.97 )2sin90 C 流线轴面进口速度：Q0.111v=m1Ch F j= 3.42(m / s)0.98 0.0371 0.8
17、86v 1C1CC 流线叶片进口液流角：tgb” =1Cvm1Cu1C= 3.425.16= 0.66b1C” = 33.54C 流线叶片进口冲角：Db= b1C1C- b” = 37.97 - 33.54 = 4.431C一般来说， D b 应当承受正冲角，能够减小排挤，增大过流力量，减小叶片弯曲，增加叶片进口过流面积，且承受正冲角，在设计流量下，液体在叶片进口反面产生脱流。由于反面是叶轮番道的低压侧，在这里形成的旋涡不简洁向高压侧集中，因而旋涡是稳定的、局部的、对汽蚀影响较小。承受正冲角，还能改善在大流量下的工作条件，即泵在大流量下运转，则应选择较大正冲角。2.3.7 叶片绘型所谓叶片绘型
18、就是画叶片。为此，应当在几个流面上画出流线叶片骨线， 然后按肯定规律把这些流线串起来，变成了无厚度的叶片。画叶片有两种方法， 作图法和解析法。在本次设计中，承受保角变换法进展叶片绘型。绘型原理：在一流面上，其上有一条流线。用一组夹角为Dq 的轴面和一组垂直轴线的平面去截流面，使之在流面上构成小扇形格网，并且令小扇形的轴面长度DS ，和圆周方向上的长度 Du 相等。当所分的这些小扇形足够小时，则可以把流面上的曲面扇形，近似看作是小平面正方形。流面上的小扇形从进口到出口渐渐增大。所谓保角变换，顾名思义，就是保证空间上流线与圆周方向的角度不变的变换。在平面上的开放流线只要求其与圆周方向上的夹角和空间流线的角度对应相等。开放流线的长度和外形则于实际流线可能不一样。因此只在相像，而不追求一样。可以设想把流面开放成圆柱面，然后把圆柱面沿母线切开，开放成平面。由此可见，空间流线穿过流面上小扇形，将扇形两边分别切成两段，相应的流线在平面方格网上，把正方形两边分别切成成比例的两段，由相像的关系，则对应的角度相等，即保持角度不变，变换到平面和轴面投影上。