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多级离心泵设计(1)


摘要
随着我国矿业的蓬勃发展,矿用排水泵的需求量不断增大,同时国家紧抓矿井安全 生产,对矿用排水泵的各项性能提出了更严格的要求。针对上述情况,在上海福思特流 体机械有限公司的帮助下,设计完善 D280-65 型多级离心泵,用速度系数法进行水力设 计,对轴、叶轮、导叶等重要部件进行强度校核,并完成图纸的绘制。该型多级离心泵 在兼顾高效率、低功耗的前提下能够满足高扬程,大流

量的实际需求,对同类型离心泵 的设计具有一定的参考价值。 关键词:多级离心泵,速度系数法,叶轮,强度校核

I

Abstract
With the vigorous development of the mining industry of China, mining drainage pump demand is increasing. Moreover, as the government pays more attention to the safety in mining production, a more stringent standard has been carried out on the performance of the mine drainage pump. In order to meet the needs of the domestic market, D280-65 type multi-stage centrifugal pump has been designed, with the help of the Shanghai First Fluid Machinery Co., Ltd. The main contents of this design include the hydraulic design based on the velocity modulus method and strength check of the important parts, such as the shaft, impeller, and guide vane. Besides, the design drawings have been completed. This type of multi-stage centrifugal pump, on the premise of both high efficiency and low power consumption, meets the actual needs of high head, large flow. What’s more, the design process has a certain reference value to the other similar centrifugal pump design. Keywords:multi-stage centrifugal pump, velocity modulus method, impeller,intensity checking

II

目录
1 绪论 ..................................................................................................................................... 1
1.1 课题背景 ........................................................................................................................... 2 1.2 离心泵技术的发展和现状...................................................................................... 2 1.3 本文研究内容.......................................................................................................... 2

2 多级离心泵的结构和设计流程 ............................................................................. 3
2.1 多级离心泵的的工作原理............................................................................................. 3 2.2 多级离心泵的的结构 ..................................................................................................... 4 2.2 多级离心泵的设计流程 ................................................................................................ 6

3 D280-65 多级离心泵设计计算及强度校核 ..................................................... 7
3.1 泵的主要参数 .................................................................................................................. 7 3.2 吸入口径与压出口径的确定 ........................................................................................ 7 3.3 部分参数的估算与确定.......................................................................................... 7 3.4 水力设计................................................................................................................ 10 3.5 强度校核................................................................................................................ 32

4 离心泵的操作和管理 ............................................................................................... 40
4.1 离心泵的正常操作........................................................................................................ 40 4.2 日常操作与维护 ............................................................................................................ 42 4.3 离心泵的故障与处理 ................................................................................................... 42

5 总结与展望 .................................................................................................................... 45
5.1 总结 .................................................................................................................................. 45 5.2 展望 .................................................................................................................................. 45

参考文献........................................................................................................................ 46 致谢.................................................................................................................................. 47

III

D280-65 型多级离心泵设计

1

1 绪论
1.1 课题背景 离心泵是一种应用范围十分广泛的通用水力机械, 近几年随着中国矿产业的飞速发 展,对离心泵的需求也在不断的增大。在矿井的建设和生产过程中,往往会有从各种渠 道来的水源源不断地涌入矿井,影响矿井的安全生产,此时必须有排水设备把涌入矿井 的水及时从井下排至地面,而离心泵就担任着这样一个重要角色。因此,保证矿用排水 泵的稳定、可靠、经济的运转对矿井生产有重要意义。 随着采矿业规模的不断扩大,采矿环境越来越趋向于复杂化和多样化。以煤矿开采 为例, 我国煤层储存条件比较复杂, 煤层埋藏深度大, 平均煤层埋藏深度由 300m 向 500m 过渡,矿井以年增 10m 的速度不断加深,而在我国大中型煤矿中,水文地质条件复杂、 极复杂类型的煤矿占 25.04%, 有超过 30 处大中型煤矿的正常涌水量超过 1000 m3/h, 最 高时达 4408 m3/h。这都要求矿用排水泵的排水量和扬程不断增大,对泵性能(效率、 高效节能) 、可靠性等相关方面的要求也相应地增加。另一方面,国家紧抓矿井安全生 产,对矿用排水泵的各项性能提出了更苛刻的标准[1]。目前常用的国产矿用排水泵都不 能很好地同时满足上述要求,而进口泵价格昂贵,并不适合在中小型企业广泛使用。 针对上述情况,学校与上海福思特流体机械有限公司相互合作,借助公司的资源优 势和学校的人才优势共同研究,设计开发 D280-65 型多级离心泵,以满足市场需求。 1.2 离心泵技术的发展及现状 对离心泵技术的研究可以追溯到 18 世纪, 早在 1750 年著名数学家欧拉就对离心泵 内的液体流动进行了理论的分析,为离心泵的发展奠定了理论基础,但直到 19 世纪末, 高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后,它的优越性才得以充分发挥。1893 年,人们首次发现汽蚀现象,随后对螺旋桨、水轮机和水泵等水力机械的汽蚀问题进行 了大量研究。随着离心泵越来越向高速运转方向发展,汽蚀一直都是离心泵面临的最重 要的问题之一[2]。 1938 年英国科学家 Anderson 提出面积比原理设计法,他指出叶轮出口过流面积与 泵体喉部面积之比乃是离心泵扬程、 效率等性能指标的重要参数。 但直到 1963 年, .C. R Worster 才从理论上证明了面积比原理的科学性。传统的设计方法都是建立在一元流动 理论基础上的,认为流动参数仅沿流动方向有变化,这与实际情况不相符合。在 20 世 纪 90 年代初期和中期,对离心泵二元流动理论和三元流动理论及其设计方法的研究就 在一些高等院校和科研单位掀起了高潮,也取得了一定的理论研究成果[3]。 我国的离心泵研究真正开始于 20 世纪 80 年代, 1997 年袁寿其在其论文中对面积比 原理设计法进行了理论推导, 并通过试验分析得出影响离心泵最大轴功率位置的最关键 因素是面积比,而非传统观点认为的叶轮。我国一直沿用的离心泵水力设计方法是传统

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的经验设计法-模型换算法和速度系数法。实践表明,这类方法存在较大的弊端,不利 于泵性能进一步提高和改善。随着计算机技术的发展和应用,人们开始将优化理论应用 于离心水泵的设计领域。但优化设计的数学模型往往不尽完善,在很多情况下与实际问 题并不符合,所以常常只做局部优化,进步缓慢。近年来,随着采用新的优化技术和汲 取相近学科的成功经验,泵的优化由局部向整体,由流线向流面、流场,由静态向动态 发展。遗传算法作为一种全新的随机优化方法,遗传算法已广泛地应用于透平机械设计 的多个方面, 例如遗传算法直接用于气动元件的形状优化设计、 超音速喷管的最佳形状、 离心风扇的最佳箱体形状等,已发展到可以用来协助计算流体动力学(CFD)方法进行有 关流场计算等,并且已渗透到更为复杂的透平机械设计领域。如采用遗传算法对孤立翼 形进行最优化设计,用遗传算法进行航空机翼的优化设计方面的研究;离心压缩机扩压 器叶栅正、逆命题设计的遗传算法模型,基于遗传算法的蒸汽透平二维叶片型线自动设 计系统,亚音速和跨音速工况下机翼表面的最优压力分布等[4-6]。 对于泵的抗汽蚀问题,当前有一种应用快速摄影和 CFD 技术对发生汽蚀的离心泵 进行研究的, 探索降低泵 NPSHr 的方法。还有通过控制和分析离心泵进口处的流态来改 善离心泵的汽蚀。在探索泵的初生汽蚀方面,还可以利用小波分析方法对模拟的汽蚀初 始信息进行了诊断分析。另外,也可以通过测试泵出口的压力波动特性对泵的汽蚀进行 诊断。在国外,应用声发射、振动分析等先进实验技术以及拟序涡结构等现代计算方法 对汽蚀的研究近几年也逐步兴起并活跃起来[7]。 1.3 本文研究内容 通过查阅大量的文献资料并结合厂方客户的需求, 我们了解到新型 D280-65 型多级 离心泵可以较好的满足市场的要求,是国内矿用排水泵发展的一个重要分支。设计与开 发 D280-65 型矿用多级离心泵具有一定的理论意义和重要的工程应用价值,为此,本文 的主要研究内容如下: (1) 了解和掌握离心泵的结构、工作原理等; (2) 了解和掌握矿用泵的性能及结构特点等; (3) 根据设计参数进行方案的选择(结构形式及级数的选择等) ; (4) 进行叶轮、进水段、出水段、平衡装置、轴等的设计; (5) 主要零部件强度计算及校核; (6) 通用零部件的选择:轴封结构、轴承部件、冷却系统、联轴器等; (7) 主要零部件加工技术参数的确定; (8) 绘制图纸,离心泵操作与管理; (9) 撰写设计说明书。

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2 多级离心泵结构、工作原理和设计流程
2.1 多级离心泵的工作原理 驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力,在离心力作用下,液体沿叶片流道被甩 向叶轮出口,液体经蜗壳收集送入排出管。液体从叶轮获得能量,使压力能和速度能均 增加,并依靠此能量将液体输送到工作地点。

1.叶轮 2.泵壳 3.泵轴 4.吸入管 5.底阀 6.压出管 图 2-1 离心泵装置简图

在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低压,在吸液罐和叶轮中心 处的液体之间就产生了压差,吸液罐中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及 泵的吸入室进入叶轮中,具体如下: (1) 叶轮被泵轴带动旋转,对位于叶片间的流体做功,流体受离心力的作用,由叶 轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时,流速非常高。

图 2-2

离心泵工作原理简 图

(2) 泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体,这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大 的方向流动,使流体的动能转化为静压能,减小能量损失。 (3) 液体吸上原理:依靠叶轮高速旋转,迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开, 从而在叶轮中心形成低压,低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。气缚现象: 如果离心泵在启动前壳内充满的是气体,则启动后叶轮中心气体被抛时不能在 该处形成足够大的真空度,这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。

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4

为防止气缚现象的发生,离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这 一步操作称为灌泵。 (4) 叶轮外周安装导轮,使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定 的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反,其弯曲角度 正好与液体从叶轮流出的方向相适应, 引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向, 使能量损耗最小,动压能转换为静压能的效率高。 (5) 轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动,其 间的环隙如果不加以密封或密封不好, 则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区, 使泵的流量、效率下降。严重时流量为零——气缚。通常,可以采用机械密封 或填料密封来实现轴与壳之间的密封[8]。 2.2 离心泵的结构 多级离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、旋转轴、轴封箱等部件组成,有些离心泵 还装有导轮、诱导轮、平衡盘等。如图 2-3 所示。

1 轴承盖 10 中间套

2 螺母 11 密封环 18 平衡套

3 轴承

4 挡水套 13 中段

5 轴套架

6 轴套甲

7 填料压盖 23 轴

8 填料环 24 轴套乙

9 进水段

12 叶轮

14 导叶挡板 21 出水段

15 导叶 22 尾盖

16 拉紧螺栓

17 出水段导叶

19 平衡环

20 平衡盘

图 2-3

多级离心泵的典型结构图

叶轮是离心泵的关键部件,因为液体从叶轮获得了能量,或者说叶轮的作用是将原 动机的机械能传给液体,使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。 叶轮通常由 6~12 片的后弯叶片组成。按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式三 种叶轮,如图 2-4 所示。叶片两侧带有前、后盖板的称为闭式叶轮,它适用于输送清洁 液体,一般离心泵多采用这种叶轮。没有前、后盖板,仅由叶片和轮毂组成的称为开式

D280-65 型多级离心泵设计

5

叶轮。只有后盖板的称为半闭式叶轮。开式和半闭式叶轮由于流道不易堵塞,适用于输 送含有固体颗粒的液体悬浮液。但是由于没有盖板,液体在叶片间流动时易产生倒流, 故这类泵的效率较低。

(a) (b)闭式

(c)半闭式 图 2-4 叶轮

(d)开式

叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种,如图 2—5 所示。单吸式叶轮 的结构简单,液体只能从叶轮一侧被吸人。双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入液 体。显然,双吸式叶轮不仅具有较大的吸液能力,而且可基本上消除轴向推力。

(a)单吸式 (b)双吸式 图 2-5 单吸、双吸叶轮

本设计采用闭式单吸叶轮。 多级离心泵采用导叶,如图 2-6 所示。导叶是使液体按规定方向流动,或使它的部 分速度转化为压力能的具有叶片的零件。由正向导叶和反向导叶组成。

图 2-6

导叶

离心泵的泵壳通常制成蜗牛形,故又称为蜗壳。叶轮在泵壳内沿着蜗形通道逐渐扩 大的方向旋转,愈接近液体的出口,流道截面积愈大。液体从叶轮外周高速流出后,流

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过泵壳蜗形通道时流速将逐渐降低,因此减少了流动能量损失,且使部分动能转换为静 压能。所以泵壳不仅是汇集由叶轮流出的液体的部件,而且又是一个转能装置。 此外,由于泵轴转动而泵壳固定不动,轴穿过泵壳处必定会有间隙。为防止泵内高 压液体沿间隙漏出,或外界空气以相反方向漏人泵内,必须设置轴封装置。普通离心泵 所采用的轴封装置是填料密封,即将泵轴穿过泵壳的环隙做成密封圈,于其中填入软填 料(例如浸油或涂石墨的石棉绳),以将泵壳内、外隔开,而泵轴仍能自由转动。 2.3 多级离心泵设计流程 多级离心泵的设计步骤如图 2-7 所示:

图 2-7

多级离心泵的设计步骤

D280-65 型多级离心泵设计

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3 D280-65 型多级离心泵设计计算及强度校核
3.1 泵的主要参数 D280-65 型多级离心泵的主要参数见表 3.1。
表 3.1 泵的主要参数

流量: 单级扬程: 级数: 转速: 效率: 必需汽蚀余量:

Q=280 m3/h=0.078 m3/s Hi=65 m 2~10 级 n=1480 r/min η=77.3% NPSHr=4.7 m

3.2 吸入口径与压出口径的确定 初取吸入口速度 vs=2.5 (m/s),则吸入口径:
Ds ? 4Q 4 ? 0 .0 7 8

? vs

?

? ? 3 .0

? 0 .1 8 2 m

(3-1)

取离心泵系列中的标准口径 Ds=0.2 m=200 mm,这时泵吸入口流速为:
vs ? 4Q

? Ds

2

?

4 ? 0 .0 7 8

? ? 0 .2

2

? 2 .4 8 m /s

(3-2)

由于该泵压力较高,取压出口径:
D d ? 0 .8 ? D s ? 0 .8 ? 0 .2 ? 0 .1 6 m

(3-3)

3.3 部分参数的计算和确定 有主要设计参数可知,该泵为分段式多级泵。 3.3.1 计算泵的比转数 ns:
ns ? 3 .6 5 n Q
3 3

? 3 .6 5 ? 1 4 8 0 ?

0 .0 7 8

6 5 4 ? 6 5 .8 1 1

(3-4)

Hi

4

在确定比转速时应考虑下列因素: (1) ns=120~210 的区间,泵的效率最高,ns<60 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。 汽蚀比转数 C:

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8

泵的汽蚀比转数是泵的进口相似判别数,用 C 来表示。
C ? 5 . 6n Q 2
3

2 ?5.6?

1 4? 0 8

0.078 727.7 3 ? 4.7
4

(3-5)

N P S H r

4

式中:n=转速(r/min) ; 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。 600 < C < 800,属对抗汽蚀性能不做要求主要考虑提高效率的泵。 3.3.2 估算泵的效率: 容积效率 ?v:
?v ?
1 1 ? 0 .6 8 n s
?2 3

?

1 1 ? 0 .6 8 ? 6 5 .8 1 1
?2 3

? 0 .9 6 0

(3-6)

水力效率 ?h:
? h ? 1 ? 0 .0 8 3 5 lg
3

Q n

? 1 ? 0 .0 8 3 5 ? lg

3

0 .0 7 8 1480

? 0 .8 8 1

(3-7)

机械效率 ?m:
?m ?
1? 1 1 5 .0 5
7

? 1?

1 1 5 .0 5
7

? 0 .8 9 8
6

(3-8)

ns

6

6 5 .8 1 1

总效率 ?:
? ? ? v ? ? h ? ? m ? 0.960 ? 0.881 ? 0.898 ? 0.807

(3-9)

总效率大于所要求的效率 77%。 3.3.3 求泵轴功率和电机的选择: 泵的单级轴功率 Pi:
Pi ?

?Q g H i
1 0 0? 0

?

0.0? 6

9 . 8 ? 6 ?2 5 0 1 0? 0 0 0.77

1000 ?6 8 . 1

(kW )

(3-10)

根据 GB5659-85 中规定,电机的功率 N 电≥KPP=KP·Pi (其中 K 为系数) i· 。查阅 《泵专业标准汇编》第 268 页图 1,得系数 K;各级泵的电机选择如表 3.2。
表 3.2 电机的选用

级数 i 2 3 4 5 6

轴功率 (kW) 136.2 204.3 272.4 340.5 408.6

系数 KP 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1

KPP (kW) 149.82 224.73 299.64 374.55 449.46

选用电机型号 Y315M2-2 Y3552-2 Y3554-2 Y3556-2 Y4001-2

电机功率 (kW) 160 250 315 400 450

电机额定 电压(v) 380 6000 6000 6000 6000

D280-65 型多级离心泵设计 级数 i 7 8 9 10 轴功率 (kW) 476.7 544.8 612.9 681.0 系数 KP 1.1 1.1 1.1 1.1 KPP (kW) 524.37 599.28 674.19 749.1 选用电机型号 Y4003-2 Y4004-2 Y4501-2 Y4502-2 电机功率 (kW) 560 630 710 800 电机额定 电压(v) 6000 6000 6000 6000

9

3.3.4 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。 泵的最大轴功率 P=152.82 (kW)
P 泵的计算功率 P c= K · 取 K=1.2: Pd=1.2×681.0 =817.2 (kW)

(3-11)

扭矩 Mt:
Mt ? 9 5 5 0 Pc n ? 9 5 5 0 ? 8 1 7 .2 1480 ? 5 2 7 3 .1 5 (N ? m )

(3-12)

泵轴材料采用 40Cr,许用剪应力[τ]=(637~735 )× 5 N/m2。 10 取[τ]=7.0× 7 N/m2,则: 10
d ?
3

Mt 0 .2 ??

?

?

3

5 2 7 3 .1 5 0 .2 ? 7 .0 ? 1 0
7

? 0 .0 7 2 2 (m ) ? 7 2 .2 (m m )

(3-13)

[τ]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[9]。 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=(1.2~1.4)di。在满

D280-65 型多级离心泵设计

10

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; (3) 轴定位凸肩一般为 1-2mm。 参考厂里比转数相近的产品,取 d=75mm,即:装联轴器处轴径 75 mm 。 根据结构确定叶轮处轴径:dy=85 mm 确定轮毂直径 dh: 采用一般平键传递扭矩,叶轮轮毂直径 dh 为: dh =(1.20~1.25)di =(1.20~1.25)× 85 =102~119(mm) 取 dh=105mm 3.4 水力设计 3.4.1 速度系数计算法介绍及其计算步骤[10]: 速度系数法是建立在一系列相似泵基础上的设计。也就是说,速度系数法是按相似 的原理,利用统计系数计算过流部件的各部分尺寸。 由相似原理,可推得利用速度系数法确定尺寸表达式的一般形式。从离心泵的相似 定律得知:几何相似的离心泵在运转工况也相似时,他们的扬程与转速和任何线性尺寸 的乘积的平方之比相等且等于常数,即
H (nD )
2 m m 2

?

H
m

?C

(3-14)

(n D )

如取线性尺寸 D 为叶轮出口直径 D2,则上式改为
H (nD2 )
2

?

H
m

m m 2

? K

(3-15)

(n D2 )

等号两边均乘以(

2g

? / 60
2

2

)得
2 gH u2
2

?

2 ? 60 gK
2

?

2

(3-16)

令(

?
60 2 gk

? ku

) ,得
2

u2 ? K u

2

2 gH

(3-17)

其他速度也存在同样关系,例如:

D280-65 型多级离心泵设计
v2 ? K v
2

11
2 gH

,um ? K m
2

2

2 gH

,……

速度系数计算法的步骤: (1) 求所设计泵的比转速 ns,与相似理论计算法相同 (2) 确定叶轮进口流速 v0
v 0 ? K vo 2 gH

(3) 计算叶轮进口直径 D1 (4) 确定叶轮的叶片数 Z 和叶片包角 ?
表 3.3 叶片与叶片包角关系

ns

30~60

60~180 180~280 8~6 6~5

Z 5 片长叶片加 5 片短叶片或 9~8 3.4.2 叶轮: (1) 叶轮进口部分尺寸: A. 首级叶轮: a) 颈部当量直径 D0:
D0 ? k0
3

Q n

(3-18)

系数 k0 的选取: 主要考虑效率 k0=3.5-4.0 兼顾效率和汽蚀 k0=4.0-4.5 主要考虑汽蚀 k0=4.5-5.5 该泵可以忽略汽蚀主要考虑效率,取:k0=3.70,则
D 0= 3 .7 0 ?
3

0 .0 7 8 1480

? 0 .1 3 8 7 (m ) ? 1 3 8 .7 (m m )

(3-19)

b) 叶轮进口直径 Dj:
Dj ? D0 ? d h ?
2 2

138.7 ?
2

1 0?5
2

173.9 (m m )

(3-20)

取 Dj=175 mm c) 确定叶片入口边直径 D1: 由于比转数 ns=65.811,40 < ns < 100 则:D1≥D0 取 D1=140 mm d) 确定叶片入口处绝对速度 v1: 由于首级叶轮对汽蚀性能有一定的要求,故取 v1=0.83v0
v0 ? 4Q '

?? D ?
2 0

(3-21)

D280-65 型多级离心泵设计
其 中 :Q ' ? v0 ? 4Q Q

12
?v
, D0 ? D j ? d h
2 2 2

?? v ? ? D j 2 ? d h 2 ? ? ? ? ? 0 .9 6 0 ? ? ? ? 0 .1 7 5 2 ? 0 .1 0 5 2 ? ? ? ? ? 5 .3 7 8 (m /s)

? 4 ? 0 .0 7 8

v1= 0 .8 3 ? 5.3 7 8 ? 4.4 6 0

?m

/ s?

e) 确定叶片入口宽度 b1:
Q b1 ? Q' ?

?v

0 .0 7 8 ? 0 .9 6 0 ? ? 0 .1 4 0 ? 4 .4 6 0

? D 1 v1

? D 1 v1

(3-22)

? 0 .0 4 1 4 2 (m ) ? 4 1 .4 2 (m m )

取 b1=42 mm f) 确定叶片入口处圆周速度 u1:
u1 ?

? D1 n
60

?

? ? 0 .1 4 0 ? 1 4 8 0
60

? 1 0 .8 5 (m /s)

(3-23)

g) 确定叶片数 z: 叶片数多可以使液流的相对液流角接近叶片安放角, 提高泵的扬程。 但 叶片数太多反而堵塞流道, 降低泵的性能。 如叶轮的叶片数在所推荐范围的 上限时,养成会略有提高,Ku2 降低;如叶片数少,则扬程降低,Ku2 增加。 叶片数对泵的养成、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数,一 方面考虑尽量减少叶片的排挤和表面的摩擦, 另一方面又要使叶道由足够的 长度,以保证液流的稳定性和对片对液体的充分作用。要满足上述要求,叶 片的长度 L 和叶道的宽度 am,应当有合适的比例[10]。 通常采用的叶片数为 Z=5~7,叶片数少时,包角应适当加大,但包角最 大不要超过 180° 。试取 z=7 。 h) 确定叶片入口处轴面速度 vm1:
v m 1= ? 1 v1

(3-24)

其中:?1-叶片入口排挤系数,?1=1.1~1.3 试取 ?1=1.13 vm1=1.13× 4.460=5.0340(mm) i) 确定叶片入口安放角?1: 先确定液流角?1? :
tan ? 1 ' ? vm1 u1 ? 5 .0 3 4 0 1 0 .8 5 ? 0 .4 6 9 3

(3-25)

? 1? =24?53? ?1=?1? +?????? ? ? 其中:??为冲角,??=3?~15° 。

D280-65 型多级离心泵设计

13

根据苏联学者谢曼利的研究结果:如果叶片进口冲角采用 8?~15?,则 既有较好的汽蚀性能,又对水泵效率基本没有影响。 取????=8° ,则:?1=32?53? 取??1=33° j) k) 确定叶片厚度 s1: 试取 s1=4mm 。 计算叶片排挤系数 ?1:
?1 ? ? D1 ? D1 ?
s1 z sin ? 1 ?

? ? 0 .1 4 0 ? ? 0 .1 4 0 ? 0 .0 0 4 ? 7
sin 3 3 ?

? 1 .1 3

(3-26)

取??1=1.13,与假设值一致。 l) 确定叶片包角 φ: 试取 φ=100?,具体在方格网绘型时再确定。 B. 次级叶轮: a) 颈部当量直径 D0:
D0 ? k0
3

Q n

( 其 中 : k 0 ? 3 .5 ~ 4 .0)

(3-27)

对次级叶轮来说,为提高泵效率应尽量减小叶轮入口直径,取 K0=3.6
D 0= 3 .6 ?
3

0 .0 7 8 1480

? 0 .1 3 4 9 7 (m ) ? 1 3 4 .9 7 (m m )

(3-28)

b) 叶轮进口直径 Dj:
Dj ? D0 ? d h ?
2 2

1 3 4 .9 7 ? 1 0 5 ? 1 7 1 .0 0 (m m )
2 2

(3-29)

为提高泵效率,取 Dj=170mm。 c) 确定叶片入口边直径 D1: 由于比转数 ns=65.811,40 < ns < 100 则:D1≥D0 取 D1=138mm d) 确定叶片入口处绝对速度 v1: 取:v1=0.9v0
v0 ? 4Q ?? v ? ? D j 2 ? d h 2 ? ? ? ? ? 0 .9 6 0 ? ? ? ? 0 .1 7 0 2 ? 0 .1 0 5 2 ? ? ? ? / s?

? 4 ? 0 .0 7 8

(3-30)

? 5 .7 8 7 (m /s) v 1= 0 .9 ? 5.7 8 7 ? 5.2 0 8

?m

e) 确定叶片入口宽度 b1:

D280-65 型多级离心泵设计
Q b1 ? Q'

14
?v
0 .0 7 8 ? 0 .9 6 0 ? ? 0 .1 3 8 ? 5 .2 0 8

? D 1 v1

?

? D 1 v1

(3-31)

? 0 .0 3 5 9 9 m ) ? 3 5 .9 9 (m m )

取 b1=36 mm f) 确定叶片入口处圆周速度 u1:
u1 ?

? D1 n
60

?

? ? 0 .1 3 8 ? 1 4 8 0
60

? 1 0 .6 9 (m /s)

(3-32)

g) 确定叶片数 z: 试取 z=7。 h) 确定叶片入口处轴面速度 vm1:
v m 1= ? 1 v 1

(3-33)

其中:?1-叶片入口排挤系数,?1=1.1~1.3 试取 ?1=1.13 vm1=1.13× 5.208=5.885 (mm) i) 确定叶片入口安放角?1: 先确定液流角?1? :
tan ? 1 ' ? vm1 u1 ? 5 .8 8 5 1 0 .6 9 ? 0 .5 5 1

(3-34)

? 1? =28?50? ?1=?1? +?????? ? ? 其中:??为冲角,??=3?~15° 。 取????=6° ,则:?1=34?50? 取??1=35° j) 确定叶片厚度 s1: 试取 s1=4 mm 。 k) 计算叶片排挤系数 ?1:
?1 ? ? D1 ? D1 ?
s1 z sin ? 1 ?

? ? 0 .1 3 8 ? ? 0 .1 3 8 ? 0 .0 0 4 ? 7
sin 3 5 ?

? 1 .1 3

(3-35)

取 ?1=1.13,与假设值一致。 l) 确定叶片包角 φ: 试取 φ=100° ,具体在方格网绘型时再确定。 (2) 叶轮出口部分尺寸: A. 初算叶轮出口直径 D2:
D2 ? k2
3

Q n

(3-36)

D280-65 型多级离心泵设计
? n ? 其 中 : k 2 ? 9 .3 5 ? s ? ? 100 ? ? 6 5 .8 1 1 ? D 2 ? 9 .3 5 ? ? ? ? 100 ? ? 0 .4 3 2 2 (m m )
? 1 2 ? 1 2

15

?

3

0 .0 7 8 1480

B. 叶轮的出口宽度 b2:
b2 ? k b
3

Q n
5

(3-37)

其中 k b

? ns ? 6 ? 0 . 635 ? ? ? 100 ?
5

? 65 . 811 ? 6 b 2 ? 0 . 635 ? ? ? ? ? 100 ?

3

0 . 078 1480

? 0 . 0168 (mm) ? 16 . 8 (mm)

取 b2=20 mm 。 C. 叶轮的出口安放角 β2: 叶片出口角 β2 是叶轮主要几何参数,对泵的性能参数、水力效率和特性曲 线的形状有重要影响。常用的 β2 的范围是 18° 。 -40° 选择 β2 应考虑下列因素: a) 低比转数泵,选择大的 β2 角以增加扬程,减小 D2,从而减少圆盘摩擦损失, 提高泵的效率; b) 增大 β2 角,在相同流量下叶轮出口速度 v2 增加,压水室的水力损失增加, 并且在非设计流量下冲击损失增加,容易使特性曲线出现驼峰。因此,为获 得下降的特性曲线,不宜选用过大的 β2 角。 c) β2 大,叶片间相对流动扩散严重
w1 ? vm1 sin ? 1
vm 2 sin ? 2

, w2

?

w2 w1

?

vm 2 sin ? 2

sin ? 1 vm1

(3-38)

泵中 w2>w1,相对液流是扩散的,在一定流量下 β2 越大,w2 越小,流 动扩散损失越严重。叶轮出口边平行周线的叶轮,通常,叶轮出口各流线 选用相同的出口角。叶轮出口边倾斜时,为使叶轮出口的扬程相同,β2 角 从大直径向小直径递增,而且通常按自由漩涡理论(vuR=常数)进行计算。 当出口角增大时,出口边磨损增大。根据试验资料,在 β2=15° ~35° 时,颗 粒出口角大致与叶片出口角相同,与叶片表面撞击少[9]。

D280-65 型多级离心泵设计
? 2 ? 90 ? Z
? 0 .7 7 3

16
? 90 ? 6
? 0 .7 7 3

? 2 2.5 ?

(3-39)

初取 β2=30° ,具体在作方格网时修改。 D. 校核叶轮出口直径 D2:
? vm 2 60 ? D2 ? ? ? ? n ? 2 y tan ? 2 ? ? ? ? vm 2 ? ? ? ? 2 y tan ? 2 ?
2

gh

? ? u1v u 1 ? ?h ? y ? ? ?

(3-40)

,

其中: u 1 ?

? D1 n
60

,由于该泵采用环形吸入室,vu1=0,

故 u1 vu1=0,而对于次级叶轮 vu1=0,u1 vu1=0;? h ? 0 .8 8 1 ;
y ? 1? k

?
z

? 2 sin ? 2

y 为有限叶片数修正系数(取 K=1)
?
su 2 ? s2
? 1? zs u 2

(3-41) (3-42)

2

? D2
(取 s 2 ? 4 m m )

sin ? 2

(3-43) (3-44)

tan ? 2 ? tan ? 2 sin ? 2

( 取 ? 2= 90 ? )

7 ? 0 .0 0 4

?

2

? 1?

? ? 0 .4 3 2 2

sin 3 0 ? ? 0 .9 5 8 7

y ?1?

?
7

? 0 .9 5 8 7 ? sin 3 0 ? ? 0 .7 8 4 9

vm 2 ?
?

Q

? v ? D 2 b 2?

(3-45)
2

0 .0 7 8 0 .9 6 0 ? ? ? 0 .4 3 2 2 ? 0 .0 2 0 ? 0 .9 5 8 7 ? ?0? 0 .8 8 1 ? 0 .7 8 4 9 ? ? ?

? 3 .1 2 2 (m /s) ? ? 60 3 .1 2 2 D2 ? ?? ? ? ? 1 4 8 0 ? 2 ? 0 .7 8 4 9 ? tan 3 0 ? ? ? ? 0 .4 4 2 1 (m ) 9 .8 0 6 ? 6 5 3 .1 2 2 ? ? ? ? ? ? 2 ? 0 .7 8 4 9 ? tan 3 0 ? ?
2

由于算得的 D2 值与初算值相差较大,采用逐次逼近法计算。 令 D2=0.4421,再次计算:
7 ? 0 .0 0 4

?
y ? 1?
vm 2 ?

2

? 1?

sin 3 0 ? ? ? 0 .4 4 2 1

?
7

? 0 .9 5 9 7 ? sin 3 0 ? ? 0 .7 8 4 6
0 .0 7 8 ? 3 .1 1 7 6

0 .9 6 0 ? ? ? 0 .4 4 2 1 ? 0 .0 2 0 ? 0 .9 5 9 7

D280-65 型多级离心泵设计
? ? 3 .0 4 7 8 D2 ? ?? ? ? ? 1 4 8 0 ? 2 ? 0 .7 8 4 6 ? tan 3 0 ? ? ? 60 ? 0 .4 4 0 9 (m ) 9 .8 0 6 ? 6 5 ? ? ? ? ? ? 2 ? 0 .7 8 4 6 ? tan 3 0 ? ? 3 .0 4 7 8
2

17
? ?0? 0 .8 8 1 ? 0 .7 8 4 6 ? ? ?

两次算得的 D2 值相差:0.4412-0.4409=0.0003 m=0.3 mm < 1 mm,可忽 略不计,故得:D2=0.4409 m。 取:D2=0.44 m=440 mm。 E. 校核叶片数 z:
z ? ? 1 .1 ~ 1 .5 ? 1 0 0 D 2

(3-46)

取系数为 1.12:
z ? 1 .1 2 ? 1 0 0 ? 0 .4 4 ? 7 .4 3

(3-47)

取叶片数 z=7,与上述选择相符。 3.4.3 叶片绘型: 采用保角变换绘型法进行叶轮的叶片绘型[11]。 (1) 轴面投影图的绘型和检查: 根据求出的尺寸 D2、b2、Dj 和 dh,参考相近 ns 的叶轮图纸,绘制叶轮的轴 面投影图。首级叶轮轴面投影图如图 3-1 所示。次级叶轮轴面投影图如图 3-2 所 示。

图 3-1

首级叶轮的轴面投影图

图 3-2

次级叶轮的轴面投影图

检查轴面液流过流断面面积的变化,首级叶轮和次级叶轮轴面过流断面面 积变化表分别见表 3.4 和表 3.5,变化图见图 3-3 和图 3-4。

D280-65 型多级离心泵设计
表 3.4 首级叶轮轴面过流断面面积变化表 表 3.5 次级叶轮轴面过流断面面积变化表
2

18 ri? (mm) 16.5 17 17.5 16 15 12.5 12 11.5 11 10.5

位置
进口

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 出口

L (mm) 0 13 36 37 43 48 57 64 72 86 99 112 126 139 152 179

ri? (mm) 17.5 18.0 18.0 17.9 17.5 17.0 16.0 15.0 14.0 13.5 13.0 12.5 12.0 11.5 11.0 10.0

ri (mm) 70.0 70.2 80.6 81.3 85.6 90.2 98.0 104.9 113.7 126.7 140.0 153.0 166.6 179.8 193.1 220.0

F (mm ) 15386 15871 18169 18274 18817 19251 19688 19761 19998 21490 22861 24021 25102 25973 26677 27632

位置 进口 1 2 3 4 5 6 7 8 出口

L (mm) 0 6 28 49 58 80 99 118 137 156

ri (mm) 56.5 69.7 78.4 94.0 102.2 124.3 143.4 162.5 181.6 200.6

F (mm2) 11715 14878 17235 18880 19247 19510 21607 23466 25083 26460

注: 表 3.1 与表 3.2 中 F=4π ri?·i r 其中:ri′-相应点内切圆的半径; ri-相应点内切圆圆心距轴心 线的距离。

从叶轮轴面液流过流断面面积变化曲线可知,首级叶轮与次级叶轮的轴面 形状良好,符合要求。作叶片的进口边。 (2) 作轴面流线: 首级叶轮作三条,次级叶轮作两条。 (3) 在轴面投影图上对各条流线进行分点: ??均取 5° 。

28000

26000

过流断面面积F(mm2)

24000

22000

20000

18000

16000

14000 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

流道中线长度L(mm)
图 3-3 首级叶轮轴面液流过流断面面积变化曲线

D280-65 型多级离心泵设计

19

28000 26000

过流断面面积F(mm2)

24000 22000 20000 18000 16000 14000 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

流道中线长度L(mm)
图 3-4 次级叶轮轴面液流过流断面面积变化曲线

(4) 计算流线上叶片的进口安放角??:
tan ? 1 ? vm1 ? vm1 u1 ? v u 1 Q 2 ? R c 1b1? 1? v
zs u 1 2 ? R1

(3-48)

?1 ? 1?
su1 ? s1

sin ? 1

(3-49)

tan ? 1 ? tan ? 1 ' sin ? 1

a) 首级叶轮: 出口角调整为 30° ,即:??=30° 。 设三条流线进口角分别为:
?1a=20?30?,??1b=25?30?,??1c=29?30?

a-a 流线:

??1a?=20?30?,s1a=4 mm
?1a=60?,Rc1=0.087 m,R1a=92.4 mm
? 1 a ? tan
?1

由图 3-1 中量得:

? tan ? 1 a ' sin ?1 a ? ? tan 2 0 ? 3 0 'sin 6 0 ? ?
(3-50)

? tan

?1

? 1 7 ?5 6 ' su1a ? ? 1 2 .9 9 (m m ) sin 1 7 ? 5 6' 7 ? 1 2 .9 9 ? 1? ? 0 .8 4 3 4 2 ? ? ? 9 2 .4 4

? 1a

D280-65 型多级离心泵设计
0 .0 7 8 v m1a ? 0 .9 6 ? 4 .1 9 6 (m /s) 2 ? ? ? 0 .0 8 7 ? 0 .0 4 2 ? 0 .8 4 3 4 u1a ? v m1a u1a
?1

20

vu1a ? 0 tg ? 1 a ? ?

? ? 0 .1 8 4 8 ? 1 4 8 0
60 ? 0 .2 9 3 0

? 1 4 .3 2 1 (m /s)

(3-51)

4 .1 9 6 1 4 .3 2 1

? 1 a ? tan

0 .2 9 3 0 ? 1 6 ? 2 0 '

?

冲角 b-b 流线:?

??a=?1a?-?1a=20?30?-16?20?=3?40?
?1a?=25?30?,s1b=4mm

计算所得冲角值在一般选用范围(3?~15?)内,假设的?1a=20?30?是可行的。 由图 3-1 中量得: ??1ab=72?,Rc1=0.078 m,R1b=83.2 mm
? 1 b ? tan
?1

? tan ? 1b ' sin ?1b ? ? tan 2 5 ? 3 0 'sin 7 2 ? ?
? 9 .6 8 (m m ) ? 0 .8 7 0 3

? tan

?1

? 2 4 ? 2 4' s u 1b ? 4 sin 2 4 ? 2 4'

(3-52)

? 1b ? 1 ?
v m 1b ?

7 ? 9 .6 8 2 ? ? ? 8 3 .2 0 .0 7 8

0 .9 6 0 ? 4 .5 4 (m /s) 2 ? ? ? 0 .0 7 8 ? 0 .0 4 2 ? 0 .8 7 0 3

v u 1b ? 0

u1b ?

? ? 0 .1 6 6 ? 1 4 8 0
60
?1

? 1 2 .8 6 (m /s)

? 1 b ? tan

? 4 .5 4 ? ? ? ? 1 9 ?2 6 ' ? 1 2 .8 6 ?

(3-53)

冲角? ? c-c 流线:?

???b=?1b?-?1b=25?30?-19?26?=6?04? 3?< ??b < 15?,假设的?1b=25?30?是可行的。 ?1c?=29?30?,s1c=4 mm 由图 4-1 中量得: ??1c=77?,Rc1=0.078 m,R1c=73.8 mm
? 1 c ? tan
?1

? tan ? 1 c ' sin ?1 c ? ? tan 2 9 ? 3 0 'sin 8 0 ? ?
(3-54)
? 8 .2 1 8 (m m )

? tan

?1

? 2 9 ?7 ' su 1c ? 4 sin 2 9 ? 7'

D280-65 型多级离心泵设计
? 1c ? 1 ?
v m 1c ? 7 ? 8 .2 1 8 2 ? ? ? 7 3 .8 ? 0 .8 7 5 9 ? 4 .5 0 7 (m /s)

21

0 .0 7 8 / 0 .9 6 0 2 ? ? ? 0 .0 7 8 ? 0 .0 4 2 ? 0 .8 7 5 9

(3-55)

vu 1c ? 0 u1c ?

? ? 0 .1 4 8 ? 1 4 8 0
60
?1

? 1 1 .4 6 9 (m /s)

? 1 c ? tan

? 4 .5 0 7 ? ? ? ? 2 1 ?2 7 ' ? 1 1 .4 6 9 ?

(3-56)

冲角? ? b) 次级叶轮:

??c=?1c?-?1c=29?30?-21?27?=8?3? 3?< ??c < 15?,假设的?1c=29?30?是可行的。

出口角调整为 30?,即:??=30? 设两条流线进口角分别为: ?1a=22?,?1b=29? a-a 流线:? ?1a?=22?,s1a=4 mm 由图 4-2 中量得: ?1a=67?,Rc1=0.087m,R1a=94.0 mm
? 1 a ? tan
?1

? tan ? 1 a ' sin ?1 a ? ? tan 2 2 ? sin 6 7 ? ?
? 1 1 .4 7 5 (m m ) ? 0 .8 6 4 0 ? 4 .7 7 9 (m /s)

? tan

?1

? 2 0 ?2 4 ' su1a ? 4 sin 2 0 ? 2 4'

? 1a ? 1 ?
v m1a ?

7 ? 1 1 .4 7 5 2 ? ? ? 9 4 .0

(3-57)

0 .0 7 8 / 0 .9 6 0 2 ? ? ? 0 .0 8 7 ? 0 .0 3 6 ? 0 .8 6 4 0 2 ? ? ? 0 .0 9 4 0 ? 1 4 8 0 60

vu1a ? 0 u1a ? ? 1 4 .5 6 7 (m /s)

? 1 a ? tan

?1

? 4 .7 7 9 ? ? ? ? 1 8 ?1 0 ' ? 1 4 .5 6 7 ?

(3-58)

冲角? ? b-b 流线:?

??a=?1a?-?1a=22?-18?10?=3?50?

计算所得冲角值在一般选用范围(3?~15?)内,假设的?1a=22?是可行的。

?1b?=29?,s1b=4 mm

由图 4-2 中量得:

?1b=81?,Rc1=0.087 m,R1b=79.4mm

D280-65 型多级离心泵设计
? 1 b ? tan
?1

22

? tan ? 1 b ' sin ?1 b ? ? tan 2 9 ? sin 8 1 ? ?
? 8 .3 2 9 (m m ) ? 0 .8 8 3 1

? tan

?1

? 2 8 ?5 6 ' s u 1b ? 4 sin 2 8 ? 5 6'

? 1b ? 1 ?
v m 1b ?

7 ? 8 .3 2 9 2 ? ? ? 7 9 .4 0 .0 7 8

(3-59)

0 .9 6 0 ? 4 .6 7 5 3 (m /s) 2 ? ? ? 0 .0 8 7 ? 0 .0 3 6 ? 0 .8 8 3 1 u 1b ?
?1

v u 1b ? 0

2 ? ? ? 0 .0 7 9 ? 1 4 8 0 60

? 1 2 .2 4 (m /s)

? 1 b ? tan

? 4 .6 7 5 3 ? ? ? ? 2 4 ?5 2 ' ? 1 2 .2 4 ?

冲角? ? b=??1b?-?1b=29?-24?52?=5?8? ?? 3?< ?1b < 15?,假设的?1b=29?是可行的。 (5) 作流线方格网并在方格网上进行绘型: 首级叶轮叶片在方格网上的展开图如图 3-5,叶片出口角度为 30?,a、b、c 流 线叶片进口角度分别为 20?30?、25?30?、29?30?,叶片包角为 157?。

图 3-5 首级叶轮在方格网上的展开图

次级叶轮叶片在方格网上的展开图如图 3-6,叶片出口角度为 25?,a、b 流线叶 片进口角度分别为 22?、29?,叶片包角为 157?。

D280-65 型多级离心泵设计

23

图 3-6 首级叶轮在方格网上的展开图

(6) 叶片加厚: 叶片的厚度在进口边为 4mm,逐渐变为 6mm,厚度分布:首级叶轮如图 3-7 所示,次级叶轮如图 3-8 所示;首级叶轮叶片加厚列表计算,见表 3.3,次 级叶轮叶片加厚列表计算,见表 3.4。在叶片加厚过程中,均沿轴面截线双面加 厚。
表 3.3 首级叶轮叶片加厚





0 4 20?30? 0.9366 4.3 25?30? 0.9026 4.4 29?30? 0.8271 4.8

Ⅰ 4.7 21° 0.9336 5.0 26? 0.8988 5.2 29?30? 0.8271 5.7

Ⅱ 5.3 0.9239 5.7 27? 0.891 5.9 29?30? 0.8271 6.4

Ⅲ 5.9 0.9171 6.4 28? 0.8929 6.6 29?30? 0.8271 7.1

Ⅳ 6 25? 0.9063 6.6 28?30? 0.8788 6.8 ???? 0.866 6.9

Ⅴ 6 25?30? 0.9026 6.6 29? 0.8746 6.9 30? 0.866 6.9

Ⅵ 6 26?30? 0.8949 6.7 29?30? 0.8704 6.9 30? 0.866 6.9

Ⅶ 6 28?30? 0.8788 6.8 30? 0.866 6.9 30? 0.866 6.9

Ⅷ 6 30? 0.866 6.9 30? 0.866 6.9 30? 0.866 6.9

Ⅸ 5.5 30? 0.866 6.4 30? 0.866 6.4 30? 0.866 6.4

X 5.5 30? 0.866 6.4 30? 0.866 6.4 30? 0.866 6.4

出口 5 30? 0.866 5.8 30? 0.866 5.8 30? 0.866 5.8

s
a 流 线 b 流 线

??a?
cos??a

22° 30? 23?30?

??ma? ?b?
cos??b

?mb? ???c?
cos??c

c
流 线

?mc?

表 3.4 次级叶轮叶片加厚





0 4 22? 0.9272 4.3

Ⅰ 4.7 23?30? 0.9171 5.1

Ⅱ 5.3 24? 0.9135 5.8

Ⅲ 6 25?30? 0.9026 6.6

Ⅳ 6 26?30? 0.8949 6.7

Ⅴ 6 27?30? 0.887 6.8

Ⅵ 6 28? 0.8829 6.8

Ⅶ 6 28?30? 0.8788 6.8

Ⅷ 6 29? 0.8746 6.9

Ⅸ 5.5 29?30? 0.8703 6.3

出口 5 30? 0.866 5.8

s
a 流 线

??a?
cos??a

?ma?

D280-65 型多级离心泵设计 b 流 线

24 29? 0.8746 6.1 29?30? 0.8704 6.9 29?30? 0.8704 6.9 29?30? 0.8704 6.9 29?30? 0.8704 6.9 30? 0.866 6.9 30? 0.866 6.9 30? 0.866 6.4 30? 0.866 5.8

?b?
cos??b

29? 0.8746 4.6

29? 0.8746 5.4

?mb?

表 4.3、表 4.4 中, ?ma?s/cos??a、?mb?s/cos??b、?mc?s/cos??c。 (7) 验算 w-L 曲线和 vu·r-L 曲线: 首级叶轮与次级叶轮均只验算 b-b 流线。 首级叶轮流线 b-b 的 w-L 曲线和 vu-L 曲线验算,计算值如表 4.5 所示, 曲线如图 4-7 所示;次级叶轮流线 b-b 的 w-L 曲线和 vu-L 曲线验算,计算值 如表 4.6 所示,曲线如图 4-8 所示。 在表 4.5、表 4.6 中:
? Li ?
n

? li

sin ? b
i

(3-60)

L ?

? ?L
i?0

tg ? ? tg ? b sin ? su ? s

(3-61)
sin ?

? ? 1?
vm ?
w? u ? vm

zs u 2? r Q

(3-62)

A? ? v
sin ? b

2 ? rn 60 vm tg ? b

(3-63)

vu ? u ?

表 4.5 首级叶轮 b-b 流线的 w-L 曲线和 vu-L 曲线验算值

计算项 目 ??li(mm)?

0 0.0 25?30? 0.4305 0.0 0 ???? 0.9511 0.477 0.4537 24?24?

Ⅰ 5.7 26? 0.4384 13.0 13 78? 0.9781 0.4877 0.4770 25?30?

Ⅱ 6.4 27? 0.454 14.1 33.8 82? 0.9903 0.5095 0.5046 26?48?

Ⅲ 6.8 28? 0.4695 14.5 41 85 0.9903 0.5317 0.5265 27?46?

Ⅳ 7.4 28?30? 0.4772 15.6 57.2 87? 0.9962 0.543 0.5409 28?24?

Ⅴ 12.2 29? 0.4848 25.2 82.4 89? 0.9998 0.5543 0.5542 28?59?

Ⅵ 14.9 29?30? 0.4924 30.3 112.7 89?30? 1 0.5658 0.5658 29?30?

Ⅶ 15.0 30? 0.5 30.1 142.8 89?30? 1 0.5774 0.5774 ????

Ⅷ 18.5 30? 0.5 37.1 179.9 90? 1 0.5774 0.5774 ????

Ⅸ 18.7 30? 0.5 37.4 217.3 90? 1 0.5774 0.5774 ????

X 26.5 30? 0.5 53.0 270.3 90? 1 0.5774 0.5774 ????

出口 8.3 30? 0.5 16.6 286.9 90? 1 0.5774 0.5774 ????

?b?
sin??b

?Li(mm)?
L

??
sin? tan?b tan?

??

D280-65 型多级离心泵设计 sin? s (mm) su(mm) r (mm) 0.3819 4 10.47 83.2 0.8597 0.0154 6.14 14.25 12.89 0.03 0.00 0.407 4.7 11.55 87.4 0.8528 0.016 5.95 13.58 13.55 1.34 0.12 0.4361 5.3 12.15 92.6 0.8538 0.0183 5.20 11.45 14.35 4.14 0.38 0.4659 5.9 12.66 98.5 0.8568 0.0188 5.04 10.74 15.27 5.78 0.57 0.4769 6 12.58 105.8 0.8675 0.0196 4.78 10.01 16.40 7.60 0.80 0.4848 6 12.38 118.4 0.8835 0.0213 4.32 8.91 18.35 10.56 1.25 0.4924 6 12.19 133.1 0.8980 0.0222 4.08 8.28 20.63 13.42 1.79 0.5 6 12.00 148 0.9097 0.0229 3.90 7.80 22.94 16.18 2.39 0.5 6 12.00 166.5 0.9197 0.024 3.68 7.36 25.80 19.43 3.23 0.5 5.5 11.00 185.2 0.9338 0.0254 3.43 6.85 28.70 22.77 4.22 0.5 5.5 11.00 211.7

25 0.5 5 10.00 220 0.9494 0.0276 3.10 6.20 34.10 28.73 6.32

??
A (m ) vm(m/s) w (m/s) u (m/s) vu(m/s) vur(m /s)
2 2

0.9421 0.0264 3.27 6.53 32.81 27.15 5.75

表 4.5 次级叶轮 b-b 流线的 w-L 曲线和 vu-L 曲线验算值

计算项 目 ??li(mm)?

0

Ⅰ 8.48 29? 0.4848 17.50 17.5 83? 0.9925 0.5543 0.5501 28?49? 0.4820 4.7 9.75 85.5 0.8729 0.0148 6.29 12.50 13.25 1.91 0.16

Ⅱ 8.89 29? 0.4848 18.34 42.1 88? 0.9994 0.5543 0.5540 28?59? 0.4846 5.3 10.94 93.2 0.8693 0.0172 5.43 11.21 14.44 4.64 0.43

Ⅲ 9.65 29?30? 0.4924 19.61 57.9 95? 0.9962 0.5658 0.5636 29?24? 0.4910 6 12.22 102.7 0.8674 0.0189 4.96 10.64 15.92 7.16 0.74

Ⅳ 12.50 29?30? 0.4924 25.38 80.83 105? 0.9659 0.5658 0.5465 28?41? 0.4796 6 12.51 115.2 0.8790 0.0192 4.81 9.78 17.85 9.35 1.08

Ⅴ 13.83 29?30? 0.4924 28.08 105.3 99? 0.9877 0.5658 0.5588 29?12? 0.4878 6 12.30 129 0.8938 0.0195 4.66 9.20 19.99 11.75 1.52

Ⅵ 15.13 29?30? 0.4924 30.72 139.63 95? 0.9962 0.5658 0.5636 29?24? 0.4910 6 12.22 144.13 0.9055 0.0216 4.15 8.44 22.34 15.00 2.16

Ⅶ 17.63 30? 0.5 35.26 174.89 92? 0.9994 0.5774 0.5771 29?59? 0.4998 6 12.00 161.8 0.9173 0.0235 3.77 7.54 25.08 18.55 3.00

Ⅷ 19.18 30? 0.5 38.36 213.25 90? 1 0.5774 0.5774 ???? 0.5000 6 12.00 180.9 0.9261 0.0251 3.50 6.99 28.04 21.98 3.98

Ⅸ 19.25 30? 0.5 38.50 251.75 90? 1 0.5774 0.5774 ???? 0.5000 5.5 11.00 200.2 0.9388 0.0265 3.27 6.53 31.03 25.37 5.08

出口 19.81 30? 0.5 39.62 291.37 90? 1 0.5774 0.5774 ???? 0.5000 5 10.00 220 0.9494 0.0276 3.10 6.20 34.10 28.73 6.32

0.00 29? ?b? 0.4848 sin??b ?Li(mm)? 0.00 0 L ?? ???? 0.9877 sin? 0.5543 tan?b 0.5475 tg? 28?56? ?? 0.4802 sin? 4 s (mm) 8.33 su (mm) 79.4 r (mm) 0.8831 ?? A (m2) 0.0143 6.43 vm (m/s) 13.27 w (m/s) 12.31 u (m/s) 0.70 vu (m/s) 2 0.06 vur(m /s)

D280-65 型多级离心泵设计

26

14 12 10 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250

w(m/s) VuR(m2/s)

w(m/s),VuR(m2/s)

300

L (mm)
图 3-7 首级叶轮 w-L 曲线 和 v u -L 曲线

14

w(m/s) VuR(m2/s)

12

w(m/s),VuR-L(m2/s)

10

8

6

4

2

0 0 50 100 150 200 250 300

L (mm)
图 3-8 次级叶轮 w-L 曲线 和 v u -L 曲线

(8) 绘制叶片木模图: 用一组等距离(或不等距离)的轴垂面去截叶片,每一个截面和叶片有两 条交线(工作面和背面) ,把各截面和叶片工作面与背面的交线分别画在平面图 上,即为木模图。本设计的初级叶轮木模图如下图所示。具体步骤如下: a) 画一组垂直面,并编号 0、1、2、3……。 b) 在平面图上,画出相应的轴面投影图中轴面截线角度的轴面(一组射线) , 并相应编号 0、I、II、III……。 c) 根据叶片向凸面方向旋转,和去掉后盖板(从后面看)看见叶片工作面,从

D280-65 型多级离心泵设计

27

前面(去掉前盖板)能看见叶片背面,决定工作面(背面)在侧视图中的位 置。如在图右侧,画出后盖板与叶片的交面(前盖板半径大) ,是背面的木 模截线。该叶片从后面看去(工作面)顺时针旋转,从前面去看(见背面) 为逆时针旋转。 d) 作叶片平面投影轮廓线: 工作面与前盖板的交线是把轴面投影图中工作面截 线和前盖板流线的交点, 以相等的半径画到平面图相应的轴面的射线上所得 点的连线。 e) 画工作面、背面的木模截线:把木模截面(轴垂面)与工作面轴面截线(背 面轴面截线)的交点。按相等半径移到平面图相应轴面射线上,并将所得点 连接,得工作面木模截线 1,2,3 和背面木模截线 1’,2’,3’。木模截面与 前后盖板流线交点的半径(轴面图)应和平面图木模截线始(终)点半径相 等。木模截线应光滑连接。

图 3-9 首级叶轮木模图

图 3-10 次级叶轮木模图

3.4.4 导叶 导叶设计计算部分全部参考《叶片泵设计手册》 。 (1) 导叶的基圆直径 D3:
D 3= (1.0 1 ~1.0 5) D 2= (1.0 1 ~1.0 5) ? 4 4 0= 4 4 4.4 ~ 4 6 2

?mm ?

(3-64)

取:D3=445 mm (2) 导叶进口宽度 b3:
b 3= (1.1 5 ~1.2 5) b 2= (1.1 5 ~1.2 5) ? 2 0= 2 3 ~ 2 5

?mm ?

(3-65)

取:b3=25 mm (3) 导叶的进口角?3:
tan 3 ? ?

?

1 . 1 ~ ?1 . 3 2 t g ?

? 2?

vm 2 vu 2

tan

(3-66)

D280-65 型多级离心泵设计
vm 2 ? Q ? zs sin ? 2 ? ? D 2 b 2? v ? 1 ? 2 ? ? D2 ? ? vu 2 ? gH t u2

28 (3-67)

u2 ? Ht ? vu 2 ?

? D2n
60 H

?

? ?0 .4? 4
60

1480 ?34.12 (m /s)

?h

?

65 0 .8 8 1

? 7 3 .7 8 (m ) ? 2 1 .2 0 (m /s)

(3-68)

9 .8 0 6 ? 7 3 .7 8 3 4 .1 2

首级叶轮及次级叶轮:?2=30?
vm 2 ? 0 .2 5 6 ? 0 .0 0 4 sin 2 5 ? ? ? ? ? 0 .4 8 ? 0 .0 5 6 ? 0 .9 7 2 ? ? 1 ? ? ? ? 0 .4 8 ? ? vm 2 vu 2 ? 2 .9 6 2 0 .6 0 ? 0 .1 4 3 7 ? 2 .9 6 (m m )

(3-69)

tg ? 2 ?

?2≈8?18? tan?3=(1.1~1.3)×0.1460≈0.1606~0.1898 ?3=9?7?~10?45? 综合由首级叶轮及次级叶轮算得的?3 值的范围,取:?3=10° (4) 导叶的叶片数 zd 及喉部高度 a3: 由《叶片泵设计手册》图 5-33 查得:K3=0.425
v3 ? K 3 zd ? Q b3 v 3
2

2 g H ? 0 .4 2 5 ? ? 0 .0 7 8

2 ? 9 .8 0 6 ? 6 5 ? 1 5 .1 7 4 2 (m /s) ? 8 .2 2 4

(3-70)

0 .0 2 5 ? 1 5 .1 7 4 2
2

取 zd=8,而叶轮的叶片数 z=7,与之互为质数,故 zd=8 可取。
a3 ? Q z d v 3 b3 ? 0 .0 7 8 8 ? 1 5 .1 7 4 2 ? 0 .0 2 4 ? 0 .0 2 5 7 (m )

(3-71)

取 a3=0.026 m=26 mm (5) 扩散段:
v 4= (0 .4 ~ 0 .5 ) v 3 = (0 .4 ~ 0 .5 ) ? 1 5.1 7 4 2 = 6.0 6 9 7 ~ 9.10 4 5

(3-72)
/ s?

?m

取:v4=6.5 (m/s) 流道采取双面扩散,出口断面 a4=b4:
a 4 ? b4 ? Q zd v4 ? 0 .0 7 8 8 ? 6 .5 ? 0 .0 3 9 (m )

(3-73)

取:a4=b4=0.039 m=39 mm?

D280-65 型多级离心泵设计

29

扩散角?:?=7?~10? 扩散段长度:
F4 L ?

?

?

F3

?

tan

?
2

?

39 ? 26 tan 7? ~ 10? 2

? 1 4 8 .5 9 ~ 2 1 2 .5 5 (m m )

(3-74)

取:L=180 mm,具体大小在绘图中调整。 (作图结果取 L=170 mm) (6) 导叶外径 D4:
D 4= (1.3 ~1.5)D 3= (1.3 ~1.5) ? 4 4 5 = 5 7 8.5 ~ 6 6 7.5

?mm ?

(3-75)

取:D4=580 mm,具体大小在绘图中调整。 (作图结果取 D4=570 mm) (7) 反导叶部分设计: a) 反导叶进口直径 D5: 根据正导叶绘型结果取:D5=505 mm b) 反导叶进口宽度:b5
b5 ? b4 1 .0 5 ~ 1 .1 5 ? 39 1 .0 5 ~ 1 .1 5 ? 3 3 .9 ~ 3 7 .1 (m m )

(3-76)

取:b5=35 mm c) 反导叶进口角?5′: 反导叶进口液流角?5: tan ? 5 ?
vm 5 ? Q
vm 5 vu 5

? D 5 b5? 5

试 取 ? 5 ? 0 .9 vm 5 ? 0 .0 7 8

(3-77)
? 1 .5 6 1 (m /

? ? 0 .5 0 5 ? 0 .0 3 5 ? 0 .9

vu 5 ?

R4 R5

vu 4

( R 4 ? 0 .2 5 5 m , R 5 ? 0 .2 5 m ) (? 4 ? 2 0 ?)

v u 4 ? v 4 co s ? 4 vu 5 ? 0 .2 5 5 0 .2 5
1 .5 6 1 6 .2 3 0

(3-78)

? 6 .5 ? co s 2 0 ? ? 6 .2 3 0 (m /s
? 0 .2 5 0 6

tan ? 5 ?

? ? 5 ? 1 4 ?0 4 '

(3-79)
( ? ? ? 1 0 ?~ 1 5 ? )

? 5 ' ? ? 5 ? ??

? 5 ' ? 1 4 ? 0 4 ' ? ? 1 0 ?~ 1 5 ? ? ? 2 4 ? 0 4 ' ~ 2 9 ? 0 4 '

取:?5?=27? d) 反导叶出口角?6?: ??6?=60?~80?

D280-65 型多级离心泵设计

30

取:?6?=70? e) 反导叶叶片数 z: 取:z=zd=8 f) 反导叶出口直径 D6: 取:D6=175 mm g) 反导叶出口宽度 b6:
b 6= (0 .9 ~1) b 5= (0 .9 ~1) ? 4 2 = 3 7.8 ~ 4 2

?mm ?

(3-80)

试取:b6=33 mm 作图得:a6=75 mm
v6 ? Q z d a 6 b6 ? 0 .0 7 8 8 ? 0 .0 7 5 ? 0 .0 3 3 ? 3 .9 4 (m /s)

(3-81)

而次级叶轮的入口速度 v0=5.208 (m/s) v6 < v0
故 b6=39 mm 可用。

3.4.3 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:
p ? p 0 ? ? H ? ?1 ? k ? H i ? ? ? ? ?

(3-82)

取:k=0.6,得:
p ? p 0 ? ?1 3 0 ? ? 1 ? 0 .6 ? ? 6 5 ? ? 9 8 0 6 ? 1 0 1 9 8 2 4 (P a) ? ?

(3-83)

取平衡盘两侧压差为:
p '? p 0 ? 5 5 % ? p ? p 0 ? ? 0 .5 5 ? 1 0 1 9 8 2 4 ? 5 6 0 9 0 3 (P a)

(3-84)

(2) 计算轴向力: 取:k=0.6 首级叶轮:
F1 ? kH i ? ? ? rw ? rh
2 2

?
2 2

? 0 .6 ? 6 5 ? 9 8 0 6 ? ? ? ? 0 .0 9 7 5 ? 0 .0 5 2 5 ? 8 1 0 9 .8 0 (N )

?

(3-85)

次级叶轮:
F 2 ? kH i ? ? ? rw ? rh
2 2

?
2 2

? 0 .6 ? 6 5 ? 9 8 0 6 ? ? ? ? 0 .0 9 5 ? 0 .0 5 2 5 ? 7 5 3 1 .6 0 (N )

?

(3-86)

级数最少时总轴向力 F 为:
F = F1+ F2= 8 10 9.80+ 7 5 3 1.6 0=1 5 6 4 1.4 0

?N?

(3-87)

D280-65 型多级离心泵设计

31
L0 r' ? 0 . 25

令平衡力 A 等于 F,取

,代入公式,得:

r'?

? 2 ? rh ? ? ?

?

? ? p '? p 0 ? ? F ? L0 ? L0 ? 1? ? ?1 ? ? 3 ? ? 4? r'? r'? ?

?

1 5 6 4 1 .4 0 ? ? 2 0 .0 5 2 5 ? ? ? 560903 ? ? ? 1 ? ? 1 ? ? ? 3 ? 0 .2 5 ? ? 0 .2 5 ? ? 4 ? ?

(3-88)

? 0 .0 9 8 3 3 (m ) ? 9 8 .3 3 (m m )

取:r?=100 mm (3) 平衡盘的轴向间隙宽度 L0 和平衡盘外圆直径 r 为:
?L ? L 0 ? r ' ? 0 ? ? 1 0 0 ? 0 .2 5 ? 2 5 (m m ) ? r'?

(3-89)

取:L0=25 mm
r= r+ L 0=100+ 25 =125

?mm ?

(3-90)

(4) 取轴向间隙:b0=0.125 mm (5) 根据结构安排,取:b=0.35 mm
b ? b0
3

Lr '
3

2

L 0 rh
2

2

(3-91)

得: L

? b ? ? rh ? ? ? ?? ? L0 ? b ? ? r' ? ? ? 0 ? ?
3 2

? 0 . 35 ? ? 52 . 5 ? L ? ? ? ?? ? ? 25 ? 0 . 125 ? ? 100 ? ? 151 . 2 (mm)

取:L=160 mm (6) 应该在级数最多的情况下计算平衡盘的泄漏量 q,在 10 级时,平衡机构两侧压 差为:
p ? p 0 ? ? H ? ?1 ? k ? H i ??

(取:k=0.6)
(3-92)

p ? p 0 ? ? 6 5 0 ? ? 1 ? 0 .6 ? ? 6 5 ? ? 9 8 0 6 ? 6 1 1 8 9 4 4 (P a) ? ?

p ' ? p 0 ? 55 % ? p ? p 0 ? ? 0 . 55 ? 6118944 ? 3365419 . 2 (Pa)

D280-65 型多级离心泵设计
p ? p ' ? ? p ? p 0 ? ? ? p '? p 0 ? ? 6118944 ? 3365419 . 2 ? 2753524 . 8 (Pa)

32

q ?

2 ? b rh 1 .2 5 ? 0 .0 2 L b

2g

p? p'

?

? 3600

?

2 ? ? ? 0 .0 0 0 3 5 ? 0 .0 5 2 5 1 .2 5 ?
3

0 .0 2 ? 0 .1 6 0 0 .0 0 0 3 5

?

2 ? 9 .8 0 6 ?

2 7 5 3 5 2 4 .8 9806

? 3600

(3-93)

? 9 .5 7 (m /h )
q Q ? 9 .5 7 280 ? 3 .4 %

(3-94)

泄漏量 q 约占泵流量的 3.4%<5%,说明此设计结果可用。 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: 盖板叶轮强度计算: 叶轮圆周速度为:
u 2 ? ? n D 2 / 6 0 ? ? ? 1 4 8 0 ? 0 .4 4 0 / 6 0 ? 3 4 .1 0 m / s

(3-95)

经验表明,低合金铸铁 MTD-1 叶轮的圆周速度 u2 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
?w ? K p
Rw h
2 2

(3-96)

式中:Rw ? 平衡盘外半径(12.5cm) ; h ? 平衡盘根部厚度(3cm) ; p ? 液体作用在平衡盘上的压力,
p ? F

? ? R w ? rh
2

2

?

(3-97)

D280-65 型多级离心泵设计

33

其中:F ? 平衡盘所受的轴向力, F=F1+7F2 F1? 首级叶轮所受轴向力( 8109 . 80 N=827.5kg) ; F2? 次级叶轮所受轴向力( 7531 . 60 N=768.5kg) ; rh ? 平衡盘根部直径(5.25cm) 。
p ? 827 . 5 ? 7 ? 768 . 5
2 2

? ? ?12 . 5 ? 5 . 25

?

? 15 . 353 (kg/cm

2

)

K ? 系数,查《叶片泵设计手册》中图 10-18,得: 当 rh/Rw=5.25/12.5=0.42 时,K=1.5。 将以上各值代入公式计算:
?
w 2

? 1 . 5 ? 15 . 353 ?

12 . 5 3
2

? 399 . 8 kg/cm

2

b) 由于离心力引起圆周方向的应力
?u ?
3 ? ? ?? ? 1 ? 3? 2 ? 2 2 ? rh ? ? 2 R w ? rh ? 8 g ? 3? ? ?
2

(k g /cm )

2

(3-98)

式中:??? 材料的泊松系数,对 45 号钢,?=0.3;

??? 材料的密度,对 45 号钢,??=0.00785 kg/cm3; ? ? 平衡盘的旋转角速度。
? ?
2? n 60 ? 2 ? ? ? 1480 60 ? 154 . 985 (rad/s)

将已知各值代入上式:?
?u ?
3 ? 0 .3 8
2

?

0 . 00785 ? 154 . 985 980 . 6 )

2

? 2 ? ? 2 ? 12 . 5 ? 5 . 25 ?

2

?

1 ? 3 ? 0 .3 3 ? 0 .3

2 ? ? 5 . 25 ? ??

? 25 . 71 (kg/cm

对于塑性材料 45 号钢,折算应力?d 为:
?d ?
?

? w ? ? u ? ? w? u
2 2

3 9 9 .8 ? 2 5 .7 1 ? 3 9 9 .8 ? 2 5 .7 1
2 2 2

(3-99)

? 3 8 7 .6 (k g /cm )

45 号钢的[?]=2500(kg/cm2),?d<[?],安全。 B. 挠度计算:
y m ax ? K ' pRw Eh
3 4

(cm )

(3-100)

式中:K?? 系数,查《叶片泵设计手册》中图 10-18,得: rh/Rw=5.25/12.5=0.42 时,K?=0.15 E? 弹性模量,45 号钢 E=2.1× 6 kg/cm2 10 将已知各值代入上式

D280-65 型多级离心泵设计
y max ? 0 . 15 ? 15 . 353 ? 12 . 5 2 . 1 ? 10
6 4

34
? 0 . 001 (cm) ? 0.01 (mm)

?3

3

挠度小于平衡盘间隙(b0=0.125mm) 。 (3) 键的强度计算: 级数最多(即 10 级)时,叶轮的扭矩 Mt=5273.15(N· m)≈53807.7(kg· cm) A. 联轴器内键的强度计算: a) 挤压应力:
?j ?
4M t dhl k g /cm
2

(3-101)

式中;d ? 联轴器内轴径(7.5cm) ; h ? 键的高度(1.4cm) ; l ? 键的有效长度(14cm) 。 将各值代入上式,得:
?
j

?

4 ? 53807 . 7 7 . 5 ? 1 . 4 ? 14

? 1464 . 16 kg/cm

2

联轴器材料为 45 号钢,?j]=1500~2000 kg/cm2, j<[?j], [ ? 强度符合要求。 b) 切应力:
? ?
2M t dbl (k g /cm )
2

(3-102)

式中:b ? 键的宽度(2.2cm) 。 其他的符号及数值同上,代入上式,得:
? ?
2 ? 53807 . 7 7 . 5 ? 2 . 2 ? 14 ? 465.87 (kg/cm
2

)

键材料为 45 钢,[?]=600~900 kg/cm2,??<[?],强度符合要求。 B. 叶轮键的选择: 多级泵单级(一个)叶轮消耗的功率比整台泵的功率小,本设计方案中,级 数为 2~10 级,则单级叶轮功率为总功率的 d1 为:
? d1 ? ? ? 1
3

1 10

~

1 2

,传递单级叶轮功率最小轴径

~

10

3

1 ? 1 ? 1 ~ ?d ? ? 2 ? ? 2 .1 5 1 .2 6

? ? d ? ? 0 .4 6 4 ~ 0 .7 9 4 ? d ?

(3-103)

式中:d 为整台泵中最小轴径,即 75mm。 取 d1=0.794d=0.794× 75=59.53 mm 选 d1>58~65 范围内的键为叶轮用的键,即叶轮键尺寸 b× h=18× 11。 (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。

D280-65 型多级离心泵设计

35

3.5.2 泵体的强度计算: 倒数第二级的中段受着最大的内压力:
p ? H i ?1 650 ? 65 9 .8

?

?

? 5 9 .6 9 (k g /cm )
2

(3-104)

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:
? ?
pD 2 ?? ? ? p (cm )

(3-105)

式中:p ? 中段所受的内压力(59.69kg/cm2); D ? 中段的内径(60cm); [?]? 材料的许用拉应力,[?]=?b/5,对 QT500-7,?b=5000 kg/cm2,因此[?]=5000/5=1000(kg/cm2)。 代入上式得: ? ?
59 . 69 ? 60 2 ? 1000 ? 59 . 69 ? 1 . 846 (cm)

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 Dy=660mm, 这时壁厚?=30mm。
3.5.2 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: 消防泵属于一般常温用泵,根据《叶片泵设计手册》中公式(10-119)得:
b ? D p m ax 4 ? ? j ? ? m p m ax ? ?

?

?

(cm )

(3-106)

式中:D ? 密封凸缘内径(60cm) ; pmax ? 泵最大工作压力(65kg/cm2) ; [?j] ? 许用挤压应力,对 QT500-7,[?j]=900~1500 kg/cm2, 取[?j]=900 kg/cm2; m ? 密封垫的垫料系数, 《叶片泵设计手册》 查 中表 10-15, 密封垫为青壳纸,m=1.4。 代入上式得:
b ? 60 ? 65 4 ? ?900 ? 1 . 4 ? 65 ? ? 1.205 (cm)

考虑到结构方面的需要,取 b=1.5cm,这时密封凸缘外径 D2=63cm。 b) 选择拉紧螺栓直径 d1: 拉紧螺栓数 z=8 根,当 b=1.5cm=15mm 时,

D280-65 型多级离心泵设计
D b ?? j ? ? ? z ??

36

d1 ? 2

(3-107)

?

式中: ?] ? 许用应力, [ 拉紧螺栓材料为 45 钢, ?]=2500kg/cm2。 [
d1 ? 2 ? 60 ? 1 . 5 ? 900 8 ? 2500 ? 4.02 (cm)

取拉紧螺栓直径 d1=4.8cm,螺栓两端螺纹为 M48× 3。 B. 泵工作时拉紧螺栓上的最大拉力:
F ? F y ? F m ? Ft (k g )

(3-108)

泵工作时,液体作用于拉紧螺栓的拉力
Fy ? 1 4

?D p
2

(k g )

(3-109)

式中:p ? 液体压力,p=65kg/cm2。 则:
Fy ? 1 4 ? ? ? 60
2

? 65 ? 1 8 3 7 8. 2 ( k g ) 3

最大密封力,即出水段与中段密封面上的密封力
Fm ? ? D m b d p m

(3-110)

式中:Dm ? 密封垫的平均直径,Dm=D2-bd; bd? 密封垫的有效宽度,当 b>1cm 时, b d 把数据代入上式,得:
F m ? ? ? 63 ? 0 . 316 ?
? 0 . 316 10 b



?

15 ? 0 . 316 ?

?

15 ? 65 ? 1 . 4 ? 2 1614.2(kg)

由于消防泵的工作介质温度为常温,中段和拉紧螺栓的温差可以忽略不计:Ft ≈0。 C. 拉紧螺栓的最大拉力
F = Fy+ Fm + Ft=1 8 3 7 8 3.2 + 2 1 6 1 4.2 + 0= 2 0 6 0 9 7.4 ? k g ?

(3-111)

D.

拉紧螺栓上的最大拉应力: 最大拉应力:
? ?
F 2 0 6 0 9 7 .4

?
4

?
2

d1 z

?
4

? 1 4 2 3 .6 7 (k g /cm )
2

(3-112)

? 4 .8 ? 8
2

对 45 号钢,[?]=2500kg/cm2,??<[?],安全。 E. 第一级中段密封面上的挤压应力:
?
? F ? F y1 F ? ? 1 4

? D p1
2

F ? ?

?
4

D p1

2

j

? D m bd

? ? D 2 ? bd ? bd

? D 2 ? 0 .3 1 6 1 0 b ? 0 .3 1 6 1 0 b

?

?

(3-113)

D280-65 型多级离心泵设计
2 0 6 0 9 7 .4 ? ?

37
?
4 ? 6 0 ? 6 .5
2

? 6 3 ? 0 .3 1 6 1 5 ? 0 .3 1 6 1 5
? 6 9 1 .8 (k g /cm )
2

?

?

对中段材料 QT500-1,许用挤压应力[?j]=900~1500 kg/cm2,?j <[?j],安全。 F. 装配时拉紧螺栓的预紧力、搬手上的力矩、拉紧螺栓应力及螺母转角: a) 预紧力:
F yu ? K ? F m ? F y ? 1 ? ? ? ? ? ? (k g )

(3-114)

式中:K ? 安全系数,K=1.0~1.4,取 K=1.1;

? ? 基本载荷系数
? ? ?2 ?1 ? ? 2
? l E 2 A2 l1 E 1 A1

(3-115)

其中:?1 ??拉紧螺栓的柔度系数, ? 1



?2 ??中段的柔度系数, ? 2

?



l1 ?拉紧螺栓的有效长度(160cm) ; l ?拉紧螺栓和中段组的平均长度,l=(l1+l2)/2; l2 ?中段组的有效长度(120cm) ; E1 ?拉紧螺栓材料的弹性模量(2.1× 6kg/cm2) 10 ; E2 ?中段材料的弹性模量(1.204× 6kg/cm2) 10 ; A1 ?拉紧螺栓断面面积
A1 ?

?
4

d z ?
2

?
4

? 4 . 8 ? 8 ? 144 . 8 (cm
2

2

)

A2 ?中段断面面积
A 2 ? ? ? D ? ? ?? ? ? ? ?60 ? 1 . 5 ? ? 1 . 5 ? 289.81 (cm
2

)

?1 ?

160 2 . 1 ? 10
6

? 144 . 8

? 5 . 26 ? 10

?7

(cm/kg)

?160
?2 ?

? 120
6

?
?6

1 . 204 ? 10

2 ? 0 . 401 ? 10 ? 289 . 81

(cm/kg)

? ?

0 . 401 ? 10

?6 ?6

?0 . 526

? 0 . 401 ? ? 10

? 0 . 432

预紧力: F yu ? 1 . 1 ? ?22314 . 2 ? 183783 . 2 ? ?1 ? 0 . 432 ?? ? 139373 . 36 (kg) b) 搬手上的力矩:
M ? 1 z kF yu d (k g ? cm )

(3-116)

D280-65 型多级离心泵设计

38

式中:k ? 螺母垫圈表面情况系数,取 k=0.2; d ? 拉紧螺栓螺母的直径(4.8cm)
M ? 1 8 ? 0 . 2 ? 139373 . 36 ? 4 . 8 ? 1 6724.8 (kg ? cm)

c) 拉紧螺栓应力: 装配时拉紧螺栓上的拉应力
?
y

?

F yu

?
4

?

1 3 9 3 7 3 .3 6

d1 z

2

?
4

? 9 6 2 .8

(k g /cm )

2

(3-117)

? 4 .8 ? 8
2

装配时拉紧螺栓上的扭矩
Mt ? 1 z F yu ? dm ? t ? f ? ? 2 ? ? dm ? (k g ? cm )

(3-118)

式中:dm ? 拉紧螺栓螺纹中径,dm=46.051mm=4.6051cm; t ? 螺距,t=3mm=0.3cm; f ? 螺纹摩擦系数,取 f=0.3。 代入上式:
Mt ? 1 8 ? 1 3 9 3 7 3 .2 6 ? 4 .6 0 5 1 2 0 .3 ? ? ?? ? 0 .3 ? ? ? ? 4 .6 0 5 1 ?

(3-119)

? 1 2 8 6 6 .1 (k g ? cm )

扭矩在拉紧螺栓中引起的切应力
? ?
Mt 0 .2 d 1
3

?

1 2 8 6 6 .1 0 .2 ? 4 .8
3

? 5 8 1 .7 (k g /cm )
2

(3-120)

拉紧螺栓中的当量应力
? ? ?
2 y

? 3?

2

?

9 6 2 .8 ? 3 ? 5 8 1 .7
2

2

? 1 3 9 3 .5 9 (k g /cm )
2

(3-121)

拉紧螺栓材料为 45 号钢,?s=3000,安全系数:
n ?

? ?

s

?

3000 1393 . 59

? 2 . 15 ? 1 . 5 ~ 3 ,安全。

d) 装配时螺母的转角:
?= 2?
F yu ? t (rad )

(3-122)

式中:??? 拉紧螺栓与中段组柔度系数之和

??=??+??=(0.526+0.401)× -6=0.927× -6(cm/kg) 10 10
? ? 2?? ?
139373 . 36 ? 0 . 927 ? 10 0 .3
?6

? 0 . 431 (rad) ? 77 ? 30'

(2) 螺母的强度计算: 由于拉紧螺栓联接部分所用的螺母和平衡盘后面的轴套螺母均为标准螺母, 只要螺 栓满足了强度要求,就可以不进行螺母的强度校核,故此处不对螺母进行强度校核。

D280-65 型多级离心泵设计

39

(3) 拉紧螺栓法兰的厚度计算: 拉紧螺栓的法兰在进水段和出水段各一个, 由于两个法兰是通过拉紧螺栓联接在一 起,作用在其上的力是拉紧螺栓的总拉力。 拉紧螺栓法兰的厚度:
h ? 3 F ? D1 ? D m D 1? ? ?

?

?

(cm )

(3-123)

式中:F ? 拉紧螺栓总拉力,206097.4 kg; D1 ? 拉紧螺栓孔中心直径,73cm; Dm ? 密封垫平均直径,61.78 cm; [?]? 出水段材料的许用弯曲应力,对于 QT500-7,[?]=?b/5,

?b=5000kg/cm2,[?]=5000/5=1000kg/cm2。
以上各值代入上式,得:
h ? 3 ? 206097 . 4 ? ? 73 ? 61 . 78 ? 73 ? ? ? 1000 ? 5 . 50 (cm)

实际进水段拉紧螺栓法兰厚度为 15cm,而出水段拉紧螺栓法兰厚度为 18cm,可 见拉紧螺栓法兰厚度足够,因此是安全的。

D280-65 型多级离心泵设计

40

4 离心泵的操作与管理
4.1 离心泵的正常操作 4.1.1 开泵前的检查 (1) 将泵周围的卫生打扫干净,下水畅通。 (2) 详细检查泵及出、入口管线的各部件,如阀门、法兰、地脚螺丝、压力表等, 看是否齐全好用,并清除周围杂物。 (3) 检查轴承箱内的润滑油液面和质量是否合乎要求, 润滑油液面保持在油镜 1/2~2/3 之间。 (4) 联系有关操作工改好流程,打开压力表阀门,泵的入口阀门,引油灌泵。 (5) 检查冷却水、封油系统是否通畅,给好各部位冷却水。 (6) 联系电工检查电机电阻是否合格(定子和转子的绝缘电阻>1MΩ/千伏,转子最 低>0.5MΩ) ,接地是否完好,并联系电气送电。 (7) 检查对轮连接是否良好,防护罩是否安好。 (8) 盘车检查机泵转动是否灵活,如转动困难或盘不动时,禁止启动。 (9) 联系负责人,准备开泵。 (10) 热油泵在启动前必须预热,缓慢进油,防止泵倒转,预热时间不小于 1 小时, 预热方法如下: a) 稍开泵入口阀,打开泵出口放空阀,排净泵内存水和气体,见油后关闭放空 阀。 b) 打开泵入口阀,打开泵预热跨线阀(或分多次稍开泵出口阀) ,逐步增加泵 内油品循环量,以控制泵体温度缓慢上升,同时每隔 15 分钟盘车一次,预热前 要给好各部位冷却水。 c) 经充分预热,待泵体温度和介质温度差小于 60℃时,方可启动或投入正常 备用。 d) 对正常停运未经检修的泵,预热时可免去步骤(1) 。 e) 预热时注意: 应注意检查预热流程是否畅通,防止逼压。如果发现逼压,应立即关闭泵预 热跨线阀和泵出口阀,并用吹扫蒸汽吹通泵体后,再慢慢开泵预热跨线阀。 预热升温速度 50℃/h 左右,泵内油品循环量不要提得过快、过大,以避免运 行泵抽空和预热泵因温升过快产生泄漏或倒转,预热至泵体法兰处的温度与输送 介质的温度相差不大于 40℃为宜。 预热过程应每隔 15 分钟盘车 180 度,以避免因受热不均匀造成泵轴弯曲, 并要注意盘车是否灵活,如发现时轻时重,则应加快盘车速度。预热要均匀,不

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能上冷下热或前热后冷或局部受热。 4.1.2 离心泵的启动 盘车检查泵的转动情况,是否有不正常的声音。盘车不动时严禁启动泵,必须查明 原因并处理好,盘车轻重均匀方可启动。检查好泵的安全设施(对轮、防护罩、接地线 等) 。启动前必须关死出口阀,防止因负荷过大烧坏电机或影响同线路泵的工作。凡经 大修过的电机必须单机试运合格(包括旋转方向正确)方能使用,按有关规定试运。 待一切准备工作就绪后(若为预热着的泵,则必须关闭预热阀,停止预热状态),启 动泵。当按下“启动”电钮后,若电机不转,应立即按“停止”按钮,通知电工检查。泵启 动时,应注意旋转方向,如不对,应立即停泵处理。同时注意电机电流变化,不允许超 过规定电流。待电流、转速和压力达到正常,密封也不漏,再慢慢打开泵的出口阀,注 意不要使泵在出口阀关闭状态下长时间运行。 泵的流量用出口阀控制。切记:不能用入口阀来调节流量。泵正常运行时,检查泵 出口压力、流量、电流等,不允许超过规定指标。控制好封油压力(压力应高于泵入口 压力 0.05MPa~0.1MPa) 。检查泵体中有无杂音、震动、泄漏,轴承温度有无突然升高 等,发现异常,应查明原因,及时处理。 4.1.3 离心泵运转中的维护 泵在运转中,必须认真观察和检查各部位的状态,发现问题立即查明原因;随时注 意听泵和电动机运转声音是否正常;经常注意看压力表和真空表的读数是否正常;观察 电流表的读数是否正常,轴封机构的泄漏量是否合适;用手摸轴承、电动机的温度是否 过高(泵轴承温度不高于 65℃,电动机轴承温度不超过 80℃) 。 4.1.4 离心泵的停泵 泵必须关闭排出阀门后再挺泵。 这样操作, 液体速度是逐渐减慢的, 如果突然停泵, 会造成管内液流脱节,在液体再相遇时会发生水击,能损坏管路。如果排出管没有安装 单向阀门,不关排出阀就停泵,会造成液体流。具体步骤如下: (1) 慢慢关闭泵的出口阀。 (2) 按下“停止”电钮,切断电源。 (3) 关闭泵的入口阀。 (4) 如该泵准备检修时,应再次检查各出入口阀门是否关严,待泵体冷却后,慢慢 打开排空小阀,把泵内压力和存油放掉,再交付检修;若为重油泵,则须先用 封油封油置换。 (5) 待泵体温度不大于 75℃后停冷却水。热油泵停止运转时,如不需检修,则将冷 却水调小,打开泵预热跨线阀,使泵处于预热备用状态。 (6) 停泵后,按规定盘车。

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(7) 停泵后,全面搞好机泵卫生。 (8) 当机泵发生轴承、电机温度过高或冒烟,盘根或端面密封严重漏油、机泵抽空 等严重情况,应立即切断电源,关闭出入口阀门,并启动备用泵后,向班长汇 报,联系处理。 (9) 电机拆修后,应进行电机单机试运,并检查电机转向是否符合要求。 (10) 冬季长期停泵,需把泵内存水排尽,室外的泵还需采取防冻措施。 4.2 离心泵的正常操作与维护 泵日常操作应严格执行以下规定: (1) 滚动轴承温度<60℃; (2) 电机外壳温度<85℃,电流不超过额定电流的 95%; (3) 电机功率在 15Kw 以下的泵, 轴承振动<2.8mm/s, 以上的泵, 轴承振动<4.5mm/s; (4) 要经常对各机泵的进出口压力、电流、封油压力、轴承箱油位油质、冷却水畅 通情况、密封情况、轴承温度声音、各部位的振动情况及各紧固件螺栓松紧情 况作检查。 保持泵(包括泵体、对轮罩、电机外壳、泵座、阀门管线等)及其周围环境卫生整 洁。严格执行润滑油的“三级过滤”和“五定”制度,按规定定期更换润滑油和润滑脂,并 做好记录。严格执行备用泵盘车制度,每天白班盘车一次,备用热油泵保持泵体预热, 并给好冷却水;保持电机电阻合格,达到随时可以切换使用。发现离心泵抽空应及时调 节出口阀(关小或关闭) ,联系有关操作工查明原因并消除,严禁离心泵长时间抽空。 认真、准确、及时做好各机泵运行工况及有关参数的填写、记录和交接班工作。严格执 行机泵定期切换制度,备用泵按制度每三个月定期切换,特殊泵按规定执行。 4.3 离心泵的故障与处理 D280-65 型多级离心泵的故障及其处理方法详见表 4.1。
表 4.1 离心泵的故障与处理

故障

产生原因 1.泵未灌满液体 2.泵轴反向转动 3.泵内漏入气体 4.入口线不通或阀门未开 5.入口阀芯脱落 6.液面过低,进口压力不足 1.串汽 2.封油汽化或带水过大 3.叶轮堵塞、磨损或松脱 4.预热操作不当或速度过快 5.冷却水套穿孔或密封不严串水串空气

开泵后 不上量 (即抽 空)

运转中 突然抽 空

排除方法 1.重新灌泵 2.重接电机接线 3.停泵检查,打开排空阀排出气体 4.详细检查流程,吹扫管线,开大入口 阀 5.停泵后更换 6.控制正常液面或及时换罐,增加进口 压力 1.找出串汽点,排除泵内汽体 2.关小封油,消除封油水源 3.换泵检修 4.检查预热情况,暂停预热,然后缓慢 恢复预热

D280-65 型多级离心泵设计 故障 产生原因 6.出口阀开度太小,产生涡流汽化 7.进口液面过低 8.吸入介质温度突然升高产生汽化 9.由于安装不合适,叶轮或泵体口环严 重磨损 10.机械密封安装不合适或机械密封损 坏 1.泵内漏入气体 2.密封环磨损 3.吸入管中压力接近液体汽化压力 4.泵内吸进粘杂物,使叶轮堵塞或多级 泵的中间级堵塞 5.泵的转数不够或反转 6.叶轮松脱或叶轮装反 7.叶轮严重腐蚀损坏 8.泵排出压力超过设计压力造成背压超 高 9.由于温度降低使介质粘度增大或超过 设计时的粘度 10.由于调节阀开度太小或单向阀失灵, 管路堵塞等原因,使泵排出管路阻力增 大 11.出口管线中有气 1.输送管路出口段堵 2.压力表失灵 1.泵轴与电机轴不同心 2.地脚螺母松动或地基基础薄弱 3.泵发生汽蚀现象 4.轴承损坏 5.转子不平衡或轴弯曲 6.串轴严重 7.进出口管线振动 1.端面密封面磨损 2.泵抽空时间长 3.密封安装不良 4.盘根压得松 5.冷却水中断 1.轴承无润滑油(脂) 、磨损或松动 2.泵内有杂物 3.安装质量差,叶轮松动 4.串轴严重,止推轴承间隙大 5.半抽空 1.电机超负荷,泵流量过大 2.电机或泵的轴承损坏 3.转子和定子安装不良有磨损 4.电流表失灵 5.电机潮湿,绝缘不好 排除方法 5.关小冷却水或换泵检修 6.开大出口阀 7.提高液面至正常或换罐 8.降低入口介质温度 9.停泵检修 10.换泵,更换密封

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流量下 降或排 空

1.停泵检查 2.换泵更换密封环 3.减少吸入管路阻力 4.停泵排除杂物 5.换泵处理 6.换泵检修 7.换泵更换叶轮 8.控好排出压力 9.提高介质温度 10.详细检查流程 11.吹扫管线,排净气体

泵出口 压力高

泵体振 动

密封泄 漏大

泵或电 机有杂 音

运转时 电流过 大

1.检查管路排除故障 2.更换压力表 1.换泵联系钳工处理 2.同上 3.停泵检查,排除故障 4.换泵联系钳工修理 5.重新做平衡试验进行较正 6.换泵修理 7.联系检修,消除管线振动 1.停泵,更换 2.迅速消除抽空,适当加大冲洗油 3.泄漏严重时则换泵 4.停泵,联系钳工处理 5.同上 1.加足油量或换泵 2.换泵处理 3.同上 4.同上 5.调整操作 1.关小泵出口阀并联系班长 2.换泵,更换轴承 3.联系电工,停泵修理 4.同上 5.同上

D280-65 型多级离心泵设计 故障 启动时 电流超 过允许 值 产生原因 1.电机和泵内磨擦过大 2.泵出口阀未关 3.轴的间隙过小 4.盘根压得过紧 5.安装质量不合格 6.电流表失灵 1.润滑油(脂)液面过高或过低,变质 或杂质多 2.同心度不正 3.轴承或密封环磨损 4.机泵振动 5.冷却水或封油不足 6.油环甩脱或不转 7.超负荷运转 1.封油管不通(锈堵、冻死或阀坏) 2.底套松动或磨损严重 3.安装时油孔未对正 排除方法 1.停电检查 2.关死出口阀 3.停机联系钳工处理 4.同上 5.停机联系电工或钳工修理 6.联系电工修理 1.调整润滑油或换油 2.换泵联系钳工找正 3.联系钳工处理 4.联系钳工处理 5.加大水量和封油量 6.联系钳工处理 7.调整排出量 1.用蒸汽加温管外壁或换泵处理 2.换泵处理 3.同上

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轴承过 热

封油打 不进

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5 总结与展望
5.1 总结 本设计在多级离心泵的结构基础上, 借鉴上海福思特流体机械有限公司的成功设计 案例,从已知的主要设计参数入手,运用速度系数法进行水力设计,成功完成叶轮、导 叶、吸入室和压出室等过流部件的设计和图型绘制,并进行了必要的强度校核。在此过 程中,对离心泵的结构、工作原理、设计步骤和使用维护等环节也进行了详细介绍。 D280-65 型离心泵的研发对矿井排水,城市排给水等方面都有着十分现实的意义和 广泛的应用空间,同时该设计过程对同类型泵的开发也有着一定的参考价值。但受时间 和经验欠缺的限制,本设计也有明显的不足之处,主要体现在以下几个方面: (1) 本设计采用传统的经验设计法,该方法有简单、实用的优点,但实践证明并不 利于离心泵性能的提高。 (2) 由于时间的限制,未采用 Fluent 软件对离心泵进行内部流动的数值模拟,放弃 了对该泵的进一步优化设计。 (3) 由于经验的欠缺,对水力设计时的各个计算步骤掌握的并不透彻,各个经验系 数的取值还需要进一步的拿捏。 5.2 展望 离心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离心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离心泵行业技术革命的到来。 徐景霞、Anderson 和徐诒浩等曾对未来的离心泵发展状况作过预测。总的来说,21 离 心泵技术将会向理论与设计方法科学化、生产制造高技术化、产品模块化、密封无泄漏 化、原动机无极化和监控系统自动化等几个方面发展。今后研究的重点也将由过去的试 验、 外特性和孤立研究向理论、 内特性和系统化发展。 应加强旋转叶轮内部流场的测试, 在掌握真实流动机理的基础上,建立一系列优化设计准则和计算模型,发展一套科学的 能直接用于工程设计的包括造型设计、数值模拟和性能预测的 CAD 程序库。为了进一步 提高效率,应设法控制叶轮内的边界层分离及叶轮出口的尾迹区等,这也是有待于进一 步研究的领域。

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参考文献
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致谢
通过近一个学期的努力,在上海福斯特有限公司和周老师、丁师姐的帮助下,终于 完成了大学期间的最后任务——毕业大设计。 这次的大设计是我把理论用于实践的第一 次大胆尝试,不但让我回顾了大学四年里所学的专业知识,更将所学的知识进行了一次 梳理和归纳,同时这也是学校给我们提供的一次锻炼机会,是我从学校走向社会的必要 过渡。 我的毕业设计的题目是 D280-65 型多级离心泵设计。 由于大四上半学期都在准备着 研究生考试,导致流体机械这门课学的很不扎实,虽然有学到过离心泵的大概描述,但 是这对要设计一整台能正常工作的离心泵还是有不小的差距,难度是可想而知的。但幸 运的是,这个毕业设计是学校跟工厂合作的,我在福斯特公司整整呆了一个月,在这期 间有问题我可以直接询问公司的员工。在那个一个月中,我一边自己照着书本摸索,一 边请教公司员工,每天都过的很充实。这期间,我重点解决了整个离心泵的设计计算和 校核,并且画完了大部分的设计图纸,这使得我那半生不熟的 AutoCAD 操作有了本质 的提高。在叶轮部分的设计计算部分,由于计算比较复杂,很多内容光看书不能够完全 弄明白,于是我常常下到工厂和施工师傅交流,并把实物与设计内容进行比较学习,收 获颇丰,这也为我顺利完成本次毕业设计打下了坚实的基础。在这里我要再次感谢福斯 特公司在本次设计中对我的无私帮助。 离开工厂后,一切的设计计算和画图都要自己独立完成,这其中又遇到各种各样的 挑战,同时由于我比同寝室的同学多完成了很多的工作,就有一定程度的松懈,这都导 致了我的设计一度停滞。后来在丁师姐的帮助和督促下,又慢慢的走上正规。在回学校 完成设计初稿并到最终定稿的过程中,特别要感谢周老师的细心指导,感谢实验室的各 位师兄,不但借我各种参考资料,并且在我遇到问题的时候都能热情的指导我。 最后,我再次衷心感谢每一个在我论文完成过程中给我帮助的人,我一定用我的成 绩和以后工作中的良好表现来回报你们。由于经验的缺乏和知识的欠缺,我的毕业设计 存在一些不足之处,恳请各位老师批评和指正!


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