1、机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 1 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 目录 设计总说明 . 2 DESIGN INSTRUCTION . 4 第 1 章引言 . 2 1.1 离心泵的发展概述及现状 . 2 1.2 离心泵的基本设计流程 . 3 第 2 章泵的基础 . 4 2.1 泵的基础结构 . 4 2.2 泵的重要部件的简介 . 5 2.21 泵体 . 5 2.22 封环 . 5 2.23 压出室 . 5 2.24 吸水室 . 6 2.25 叶轮 . 6 2.3 的工作原理 . 7 2.4 离心泵的主要性能参数 . 8 2.5 泵的汽蚀 . 10 2.6 叶
2、片数和叶片载荷 . 13 第三章泵的设计数据的获取 . 15 3.1 泵的基本参数 . 15 3.2 确定泵的进出口速度 . 15 3.3 泵的进出口直径 . 15 3.4 比转速的计算 . 16 3.5 效率计算 . 16 3.6 轴的计算 . 17 3.7 汽蚀计算 . 17 3.8 叶轮的主要尺寸 . 18 3.9 轴向力 . 19 3.10 泵及泵脚座尺寸 . 20 3.11 外型及安装尺寸 . 21 第四章泵的加工 . 22 4.1 叶轮的加工步骤 . 22 4.2 泵轴的加工步骤 . 23 4.3 泵体的加工 . 24 4.4 悬架的加工 . 25 第五章泵的操作注意事项 . 25
3、 第六章毕业设计小结 . 26 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 2 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 设计总说明 离心泵是一种依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。最早提到离心泵的是法国物理学家丹尼斯帕潘，他在 1689 年发明了可以称之为离心泵雏形的一种机器，并于 1705 年制造了第一台适用于提升液体的泵。该泵采用了多叶片的叶轮和蜗形体的泵壳。著名数学家欧拉于 1750 年对离心泵的流动进行了理论分析，为离心泵的发展奠定了基础。 1818 年作为离心泵发展史上一个转折点，在美国的马萨诸塞州开始批量生产离心泵。 1851 年杰姆斯斯图尔特格温在英国获得多
4、级离心泵发明专利，英国科学家汤姆森采用导叶来提高泵的效率，带有导叶的单级离 心泵相继被发明后，发展高扬程离心泵成为可能。 到 19 世纪末高速电动机的发明使得离心泵获得理想动力源之后，它的优越性得到了充分的发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。 20 世纪初，在蒸汽轮机的全盛时期，泵几乎全是往复式的。 1904 年德国 KSB 泵阀集团有限公司提供了锅炉给水用高压离心泵的系列， 1905 年苏尔寿兄弟工厂开始多级串联高压泵的批量生产，离心泵呈现出一番朝气蓬勃的多样化的发
5、展态势。 RS 型单级单吸离心泵采用最先进的水力模型，根据 is型离心泵之性能参数和立式泵的独特结构组合设计，并严格按照国际 iso2858 进行设计制造，该产品轴封选用硬质合金机械密封装置，具有高效节能、性能可靠、安装使用方便等特点。随着机械制造技术和计算机技术的应用，离心泵在世界各国得到了很大发展。 离心泵内的实际流动规律很复杂，还远没有被人们所认识，以至于迄今泵的设计仍停留在半理论、半经验的阶段。此次设计主要是针对离心泵的一些关键部分，以现有的 is 型离心泵为参照，先用水泵选型软件计算出必要的参数，再采用三维机械设计软 件（ SolidWorks）构造出离心泵的模型，然后再进行改进完善
6、。 我国阀门行业虽然近年来发展速度较快，但行业的整体水平仍低，产品技术含量低，许多参数高的关键阀门还依赖进口。有专家估计，我国阀门水平与国外先进国家相比要落后 10到 20年 左右 。在全球性的、动态多变的市场竞争环境下，我国的水泵产品严重缺乏市场竞争力。产品技术水平低、技术创新能力弱成为制约企业发展的痼疾，这些缺陷是传统的设 计方法固有的，因此必须在产品研发工作中采用现代设计手段，在方案定型或产品加工前采用计算机仿真模拟，同时变“经验设计”为“科学设 计”，变“实测手 段”为“仿真手段”，变“规范标准”为“分析标准”，企业才可能具有自主创新的设计能力。 水泵设计的最核心技术是过流件的水力学性
7、能设计，叶轮、涡壳、导流体、导流片、出水口、进水口及栅格的型面都将影响水泵的水力学性能。流体的流动特性决 定了水泵的过流部件和流道是一些复杂的曲面，因为泵内流体的流动是三维的，包括涡流和紊流状态，设计时还要考虑固定部分、转动部分以及流体之间的交互作 用，这样复杂的工作状态很难通过设计员的经验以及试验来实现优化产品性能，所以必须采用流体分析软件进行仿真分析。 利用流 体仿真软件可以设计各种旋转的、静止的叶片元件，分析叶片对水的推挤和抽吸作用。叶片可以是曲面，也可以是直纹面，具有线性或组合斜角的前缘和尾 缘，边缘外形可以很容易地从圆形修改到任意椭圆率直至简单的直线。可进行检查轮毂和机匣曲线的连续性
8、和质量，并可分割成两个或多个线段。机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 3 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 对于轴流涡轮，可 通过设计相互独立的压力面和吸力面曲线获得更好的跨音速叶型。通过同样的方法可以在吸力面的尾缘附近增加特殊处理。 关键词： 机械密封，单级单吸，叶轮，参数化 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 4 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 DESIGN INSTRUCTION Centrifugal pump is a kind of relying on the centrifugal force generated b
9、y the impeller rotates to transport liquid pump.The earliest mention of the centrifugal pump is a French physicist Dennis pan, he invented in 1689 can be called a centrifugal pump prototype of a machine, and in 1705 created the first applies to improve liquid pump.The pump adopts the multi blade imp
10、eller and volute pump shell form.The famous mathematician euler in 1750 to the flow of centrifugal pump are analyzed in theory, laid the foundation for the development of centrifugal pump.In 1818 as a turning point, the development history of the centrifugal pump in Massachusetts in the United State
11、s began to mass production of centrifugal pump.In 1851, James Stewart, Gwen multistage centrifugal pump in British invention patent, a British scientist Thomson guide vane is used to improve the efficiency of the pump, single stage centrifugal pump with guide vane have been invented, development of
12、high lift centrifugal pump is possible. By the end of the 19th century the invention of the high-speed motor makes the centrifugal pump to obtain the ideal power source, after it has made full play to the superiority.Renault in the UK and Germanys puff dreier and many other scholars, on the basis of
13、 theory research and practice of centrifugal pump efficiency is greatly increased, the scope of its performance and use is also growing, has become a modern applied most widely, the largest output pump.At the beginning of the 20th century, in the heyday of steam turbine, and almost all of reciprocat
14、ing pump.1904 Germany KSB pump valve group co., LTD provides the boiler feed water with high pressure centrifugal pump series, sulzer brothers factory started in 1905 multistage tandem mass production of high pressure pump, centrifugal pump presents a diversification of vigorous development momentum
15、. RS type single-stage single-suction centrifugal pump adopts the most advanced hydraulic model, according to the type is the performance of centrifugal pump parameters and the unique structure of the vertical pump combination design, and in strict accordance with international iso2858 to carry on t
16、he design and manufacture, the product of the shaft sealing choose carbide mechanical seal device, has high efficiency and energy saving, reliable performance, easy installation and use, etc.As machinery manufacturing technology and the application of computer technology, the centrifugal pump got gr
17、eat development in the countries all over the world. Law of actual flow in a centrifugal pump is very complex, is far from being, people know that so far the pump design is still in the stage theory, and experience.This design is mainly aimed at some of the key part of the centrifugal pump, existing
18、 type is a centrifugal pump as the reference, 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 5 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 with the pump selection software to calculate the necessary parameters, and then use 3 d mechanical design software SolidWorks model of centrifugal pump is constructed, and then to improve the perfect.
19、Though the valve industry developing fast in recent years in China, but industry overall level is still low, product technology content is low, many parameters are the key to high valves also rely on imports.Experts estimated that, Chinas valve level to be lagging behind compared with advanced forei
20、gn countries about 10 to 20 years.In a global, dynamic and changeable environment, market competition of our country water pump is a severe lack of market competitiveness.Low level of product technology, technological innovation ability weak become the ills of enterprise development, these defects i
21、s inherent in the traditional design method, therefore must adopt modern design methods in product research and development work, before finalize the design or product processing by computer simulation, and at the same time “experience design“ to “scientific design“, “measured hand“ to “simulation“,
22、 change “standard“ for the “analysis standard“, enterprises can have the design of the independent innovation ability. Water pump design flow is the most core technology of hydraulic performance of the design, the impeller and volute, diversion, deflector, an outlet and inlet, and grid type surface
23、will be influence on the performance of the pump hydraulics.Fluid flow characteristics on the pump flow components and runner are some complex surface, because the flow of the fluid in the pumps three dimensional, including vortex flow and turbulent flow condition, when the design consider fixed par
24、t, rotating part, and the interaction between the fluid for use, such complicated working condition it is difficult to through the designers experience and experiment to realize the optimization of product performance, so must use fluid analysis software for simulation analysis. The use of fluid sim
25、ulation software can design all kinds of rotating and stationary blade element, analysis of blade jostled for water and suction effect.Blade can be curved surface, also can be a ruled surface, with linear or combination of bevel leading edge and trailing edge, the edge shape can be modified easily f
26、rom circular to any ellipticity until a simple straight line.Can check the wheel hub and gearbox of the continuity of curve and quality, and can be divided into two or more line segments.For axial flow turbine, can be independent of each other by design pressure side and suction side curve to obtain
27、 better transonic airfoil.By the same method can increase near the trailing edge on the suction surface special treatment. Keywords: mechanical seal, single-stage single-suction, impeller, parameterized 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 6 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 Keyword ： Mechanical seal, single-stage singl
28、e-suction, impeller, parameterized 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 2 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 第 1 章 引 言 1.1 离心泵的发展概述 及现状 离心泵是一种 靠叶轮旋转时产生的向 心力来输送液体的泵。最早提到 离心泵的 人 是法国物理学家丹尼斯帕潘，他在 1689 年发明了可 称之为离心泵原型 的一种装置 ，并在 1705 年制作出了第一台适用于输送 液体的泵， 该泵采用了 蜗壳形状的的泵体，从此离心泵的发展拉开了序幕。瑞士的大数学家欧拉（ Euler）对 离心泵 进行了早期的积极探索，为离心泵的理论研究奠定了
29、基础。 1818 年是离心泵发展历程上的 一个 重要的 转折点，在美国的 马萨诸塞州 开始 了大 批量生产离心泵。 1851 年杰姆斯斯图尔特格温在英国获得 了 多级离心泵 的发明专利，英国科学家汤姆森使用导叶来提高泵的效率，带有导叶的单级离心泵相继被发明 ，发展高扬程 的 离心泵成为可能。 离心泵的实际应用与发展一直都受到了动力源的约束。 19 世纪末期，电磁学的巨大发展，使得制造出高速电动机成为了可能，高速电动机是离心泵的理想动力源， 它 让离心泵摆脱了枷锁，在生产领域中获得了解放。 德国 科学家 普夫莱德雷尔 和英国科学家雷诺等 学者 为离心泵的水力研究做出了巨大的贡献。到了20世纪中后
30、期， 离心泵呈现出一番朝气蓬勃的多样化的发展态势。 离心泵在现代的输送领域里是应用最为广泛的一种泵，它的生产量大大超过了其它类型的泵。对离心泵的理论和实际工程应用进行深入的研究，制造出性能更加完美质量更加可靠的离心泵具有重要的社会价值和经济价值。 从完成一款离心泵产品的设计制作再到把它投入市场获取经济效益，是一个相当 繁琐 复杂 高风险 的 过程，需要投了很高的成本，设计制作周期长，实验的过程 中产品的报废率也非常高 。 因此建立一套完善 合理 性价比高的 产品设计制作的解决方案就显得非常重要了 。 如果可以依据离心 泵 的 泵 壳 、叶轮 、压水室 等 的相关的特性比较精确的得到离心泵的特性
31、曲线，就可以大量的 减少 离心泵的 试制、制作、 试验的成本 。现在离心 泵 的各项性能评估的结果还难以和实际生产 上 的需求 相匹配。所以，离心 泵 的功能评估 和 分析 有 比较重要的理论价值和 经济效益。各国的学者对离心泵进行了大量的理论研究和实验分析，取得了丰富的理论成果和技术创新。 在对液体流动的流场进行分析的过程中，总的来说就是研究 离心 泵 的 外特性和 内 特性 之间 所存在的一些关系 ， 探究其实质从而更加健全的了解离心泵， 这 是一个热点 。 它 主要包括的 内容 是探究 泵内部 液体流动的内在的特征， 建立 内部流动规律与 外 部 特性 之间的关联等。前者的研究更加的吸引
32、人 ， 科学家们已经在部分理论和技术上取得了突破 ， 成果也是不同凡响的。现今，给 泵内 部的 流场 建立准确的数学模型还是比较困难的 。 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 3 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 现在对湍流的数据仿真的 方法主要有两 种： 一 种是大数据 模拟 ， 第 二 种是直接仿真分析的方法。 由于 计算机 的 处理能力 和 存储能力 的限制，直接仿真的 方法在工程中还应用得较少。 补充一点，现今研制水力、流体类产品主要 是采用雷诺法。其 将 N-S方程对时间作 算术 平均，求解 平均的流量，但 要用 到 湍流 数学模型来配合求解 。 K-e
33、方程湍流 数据 模型 ， 由于 其有非常 好 的 广泛 性 和 计算精度且数据计算的量又不会太多 ，因此 成了 研究最多、应用最为广泛的 泵类 模型之一。 但是不管采用哪一种分析计算方法，所有的计算 都是 用计算机实现的，比如 建 立仿真 模 型 、 内部 流场 特性的 分析、 部件 划分 等一系列 的过程。 将来软件在离心泵 的研究 领域 将会有重大的应用。 1.2 离心泵的 基本 设计 流程 熟悉离心泵的基本原理和结构确定离心泵的参照型号 （ IS 型 ）查资料确定基本参数 （ 扬程 ， 流量 ， 转数 ， 效率等 ）计算出离心泵的其它参数 ， 确定其结构尺寸构造三维模型出工程图工艺 ，
34、材料 ，性能 ， 故障 ，安装分析 ， 做出设计说明书进行检查验算 ， 完成设计机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 4 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 第 2 章 泵的基础 2.1 泵的 基础 结构 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 学生 ： 周东 第 5 页 共 27 页 井冈山大学毕业设计用纸 2.2 泵的 重要 部件 的 简介 2.21泵 体 通常我们把泵体称为 泵壳 ， 泵体是离心泵中的主要零部件，大部分的泵体都是径向式的。离心泵有单级和多级之分， 单级 的泵体通常是蜗壳样式 的 ， 这是最为常见的了。一般来说，为了能够 把 离心 泵 的 内 部变
35、成 真空 状态有些时候也需要给其加些液体，泵体的顶部都需要加一个小孔 。泵体 一般 由铸铁或铸钢等材料制成 ，特殊情况时也会用其他的材料。 泵体 是承载离心泵液体压力 的一个重要部件 。 2.22密 封环 为了 防止 离心泵内的液体泄漏 (有可能是内部泄漏，或者更加 严重的是液体泄漏到外面了 )，离心泵内部设有封环这一密封装置， 封环是经常要接受摩擦的部件，因此要用耐磨的材料来制作。 2.23压出室 压出室的作用 ： 收集外流的液体 转换能量 减少水力损失 消除旋转 造成的损失 下图为压出室类型 ： （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 图 （ 2.33） （ 1） 导叶（ 2）空间导叶（ 3）螺旋 式 压水室（ 4）环形 式 压水室
