1、浙江科技学院毕业设计iQX90-4-1.5 筒流式轴流潜水电泵设计摘 要在农田排灌方面，小型轴流泵对小块田地的灌溉至关重要。本文以轴流泵设计方法为研究对象,通过一系列的计算和选型以及校核算，最终确定 QX90-4-1.5 筒流式潜水电泵的基础设计方案。本方案的设计思路是：第一步，根据泵的流量、流体密度、扬程及效率，计算得电机的功率，查阅机械设计手册，选定电机型号；第二步，利用升力法进行叶片的设计；第三步，利用流线法进行导叶的设计；第四步，根据转矩公式和扭转切应力校核，安全系数等计算轴段直径，结合轴影响因素和基本要求设计出轴；第五步，根据计算的轴直径，对轴承进行选型，包括轴承类型，轴承内径计算等
2、；第六步，进行油室设计，分别针对机械密封和油封进行结构设计；最终，根据以上步骤选取的零件进行相应的公差配合选定，并选用合适标准件进行连接。本文重点对 QX90-4-1.5 筒流式轴流潜水电泵设计主要包括叶轮和导叶的水力设计，泵的结构设计及其重要部件的校核等。关键字：轴流泵 潜水泵 筒流式 水力设计 结构设计浙江科技学院毕业设计iiQX90-4-1.5 tube flow axial flow submersible electric pump designAbstractIn terms of farmland irrigation and drainage, small axial flow
3、 pump irrigation is essential for small fields.Design method based on the axial flow pump as the research object, through a series of calculation and type selection and the school of accounting, finalized QX90-4-1.5 tube flow submersible electric pump foundation design scheme.Design idea of this sch
4、eme is: the first step, according to the flow rate, fluid density and head of the pump and efficiency, the computing power of motor, refer to mechanical design manual, selected motor model;The second step, the use of the lift method for the design of blade;The third step, use the streamline method f
5、or the design of guide vane;The fourth step, according to the torque formula and the torsion shear stress checking, safety coefficient and other calculation shaft diameter, factors affecting shaft and basic requirements to design axis;Fifth, according to the calculation of the shaft diameter, the be
6、aring selection, including the type of bearing, bearing inside diameter calculation, etc.;Step 6, oil chamber design, respectively in relation to the structure design of the mechanical seal and oil seal.In the end, according to the above steps to select the corresponding tolerance matching parts of
7、the selected, and choose appropriate standard parts are connected.In this paper, focusing on QX90-4-1.5 tube flow axial flow design mainly includes the submersible pump impeller and guide vane hydraulic design, the structure of the pump design and important components of checking, etc.Key words: Axi
8、al flow pump; submersible pump; tube flow; hydraulic design; structure design浙江科技学院毕业设计iii目 录中文摘要 .i英文摘要 .i目录 .iii第一章 绪论 .1.1 研究背景及意义 .1.2 轴流泵的结构型式和选择 .1.3 小型潜水电泵标准简介 .第二章 QX90-4-1.5 电泵的水力设计 .2.1 设计要求 .2.2 轴流泵的设计思路 .2.3 叶轮的水力设计 .2.3.1 结构参数的选择 .2.3.2 选定截面及计算 .2.3.3 升力法设计叶轮 .2.4 导叶的设计 .第三章 QX90-4-1.5
9、电泵的结构设计 .3.1 吸入室的设计 .3.2 电泵轴的结构设计与强度校核 .3.3 轴承的选用 .3.4 泵体的结构设计 .3.5 轴流泵的密封设计 .3.6 轴流泵的标准件选用及配合选择 .3.6.1 标准件的选用 .3.6.2 配合类型、配合代号及基准类 .第四章 QX90-4-1.5 电泵的部件校核 .4.1 轴向力和径向力的计算 .浙江科技学院毕业设计iv4.2 轴承寿命较核 .4.3 轴的强度校核 .4.4 键的强度校核 .参考文献 .致谢 .浙江科技学院毕业设计1第一章 绪论1.1 研究背景及意义空气动力学和流体力学有类似之处，假设将机翼悬挂在流体中，流体以一定的速度流过时，翼
10、面发生负压，翼背发生正压，其正、负压力的大小与翼形及迎角(翼背与液流方向之倾角）以及流体速度的大小有关。如果流体不动，而机翼以相等速度在流体中运动时，则翼背和翼面受到与前相同的正压和负压，即翼面（机翼上面）为，负翼背为正压。在此压力作用下机翼将获得升力。如果将机翼形的桨叶固定在转轴上，形成螺旋桨，并使之不能沿轴向移动，则当转轴高速旋转时，翼面（螺旋桨下侧）因负压而有吸流作用，翼背因正压而有排流作用，如此一吸一排造成了液体(或气体）的流动。这就是轴流泵的工作原理。轴流泵是广泛应用的通用机械，其扬程一般在 20 米以下，流量范围比较大。轴流泵主要适用于低扬程、大流量的场合，在冶金、石油化工、天然气
11、输送、制冷、动力以及农业灌溉等工农业部门中均有应用，小块农田的灌溉可采用小型轴流泵。另外，我国轴流泵的未来发展趋势有很多，列举如下：1.发展多种形式多种用途的潜水轴流泵。我国潜水泵的形式和国外知名企业相比还不够丰富，一些特殊用途的轴流泵设计和生产比较少，水泵的效率和工艺水平同国外产品相比还存在较大的差距。2. 高效、低耗轴流潜水泵效率需要提高，随着人们环保节能意识的提高，对轴流潜水泵的低耗已越来越得到设计师的重视，因此诞生了一批高效能、低功耗的轴流潜水泵，设计更为优秀的水力模型，优化水利设计将是未来发展的又一方向。3.高性能机械密封机械密封室潜水轴流泵的关键，研发高性能的机械密封，采用两道单端
12、面机械密封将会是未来的发展趋势。4.低噪声和高寿命对泵结构工艺的改善，特别是钉子曲线的设计改善，大大提高了轴流潜水泵的寿命和降低了离心泵工作时的噪声。5.采用新型材料浙江科技学院毕业设计2不锈钢，高密度聚乙烯，衬塑等材料应尽快应用到轴流泵的生产中来，以改变目前轴流泵材料单一的情况，从而扩大它的应用领域。6.机电一体化运用高性能在线检测技术及故障诊断技术，让轴流泵具有自我诊断，自我保护的能力，同时让轴流泵与机械电子，计算机技术相结合，实现智能化。然而长期以来，我国水泵与国外相比还有很大的差距，泵制造行业存在着设备陈旧,效率低,设计与制造远远滞后于发达国家。更重要的是，潜水电泵市场存在着形式不够多
13、样的问题，一些特殊用途的潜水轴流电泵的生产较少，水泵的效率和工艺同国外产品相比也存在着较大的差距。本文以小型筒流式轴流泵为设计对象,对丰富轴流泵产品市场，提高轴流泵的性能和效率,具有重要意义。1.2 轴流泵的结构型式和选择流量大，扬程低是轴流泵的特点。它在我国的农田灌溉，特别是南方湖区和河网地区河网地区得到广泛的使用。按照轴的安装位置，可将轴流泵分为立式，卧式和斜式三种。三种相比，各有优劣：立式轴流泵占地面积小，叶轮淹没在水中，无需灌水，可省去真空饮水设备，启动方便，在水位变化时，可考虑在电动机和泵之间通过适当长度的传动轴连接，使电动机位于较高的地方，不致被水淹没；卧式轴流泵虽然占地面积较大，
14、但可降低厂房高度，有利于采用其中开式结构，便于维护和检修，但不适用于大型轴流泵；斜式轴流泵兼具前两者特点，但其结构只适用于尺寸较小的轴流泵，尺寸越大，在斜坡上安放越不安全和方便。从叶片是否能改变和如何改变的角度来分类，轴流泵可分为固定叶片式轴流泵（通常为小型轴流泵，这里的小型轴流泵指的是 250mm 以下的叶片和轮毂铸成一体的轴流泵），以及半调式叶轮结构的中型轴流泵还有通过液压传动来调节叶片角度的大型轴流泵。由于小型轴流泵结构简单，体积小，质量轻，移动方便，可用来代替龙骨水车，适用于农村河网地区，因此人们在生活中接触最多的就是他。结合本论文研究的课题和轴流泵的结构型式，确定了所设计的轴流泵为叶
15、片和轮毂铸成一体的小型轴流泵，为寻找相关标准和分析特性寻求到了依据。浙江科技学院毕业设计3立式轴流泵布置和标准卧式轴流泵结构分别如图 1.1 和图 1.2 所示。图 1.1 立式轴流泵布置1.电动机 2.出水流道 3.泵 4.肘形进水流道图 1.2 标准型卧式轴流泵结构1.轴承箱 2.止推球轴承 3.径向球轴承 4.水封 5.检修孔 6.叶片（动翼）7.水泵轴承 8.真空泵 9.出口 10.注入黄油口 11.导叶（静翼） 12.进口浙江科技学院毕业设计4图 1.3 气蚀比转数 C 和流量 Q 和转速 n 的关系对于结构型式的选择，主要参考气蚀余量和转速两个参数，在泵的设计中应尽量选取较高的转速
16、，这样可以使泵的尺寸小，重量减轻。但是转速首先是受到泵气蚀性能的限制，即受到泵气蚀余量 、流量 Q 和气蚀比转速的限制。在设计中对于单吸泵可先根hr据 Q、 和 C 按公式进行计算，得出泵的转速hr(1-1)Cnr62.543式中 C 为气蚀比转速，可根据图 1.3 选取，Q 为泵的流量( ), 为泵的气蚀余sm3hr量（m)图 1.3 中的气蚀比转速 C，对一般用途的泵，转速小于等于 1480 转每分钟时，按曲线 1 选取，转速大于等于 2900 转每分钟时，按曲线 2 选取，而对气蚀要求高的泵，如给水泵第一级叶轮，冷凝泵和某些石油化学工业上对泵的气蚀由特殊要求的，按曲线 4 选取。按上面计
17、算得到的转速和给定的流量和扬程就可以计算出泵的比转速 ，根据比转sn速可确定叶轮的型式，如 小，Q 小于 30 吨每小时，应设计成旋涡泵；如 小，Q 小于sn s浙江科技学院毕业设计570 吨每小时，应设计成部分流泵，因为当小流量时， 小于 30，离心泵效率不如旋涡泵；sn小于 40，离心泵效率不如部分流泵，但在流量较大时，仍然是离心泵的效率高，因此sn大流量大功率的泵应设计成离心泵。流量大扬程低的应设计成混流泵或轴流泵。1.3 小型潜水电泵标准简介1.1 和 1.2 中的内容给出了设计的大致方向，即为设计一台流量大量程低的固定叶轮的小型潜水电泵，主要的应用方向是小块农田的灌溉，创新点应在于结
18、构简单，使用方便。而在具体的设计中，还需掌握小型潜水电泵的设计标准。在 JB/T 8092-1996 标准文件中，规定了小型潜水电泵的型式、型号和技术参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。该标准适用于功率小于等于 22 千瓦的单相或三相、单级或多级的小型潜水电泵。图 1.4 小型轴流泵命名方式由于 D 表示单相电动机(三相电动机不注），Y 表示充油式电动机；S 表示充水式电动机；X 表示泵在电动机下方（泵在电动机上方，不注），结合图 1.4 可知 QX90-4-1.5为三相电动机驱动的下泵式小型潜水电泵，它的规定流量为 90m3/h,扬程为 4m,额定功率为 1.5KW
19、。小型潜水电泵标准对本设计方案有诸多规范作用，这里不做继续展开，将在下文和工程图纸中进行标准的应用。浙江科技学院毕业设计6第二章 QX90-4-1.5 电泵的水力设计2.1 设计要求QDX、QX 系列潜水电泵以下简称电泵。由水泵、密封、电动机三部分组成。电泵内配保护装置，电动机位于电泵上部，为单相或三相异步电动机，水泵位于电动机下部，为轴流泵式叶轮，筒流式结构，水泵与电动机之间采用两道单端面机械密封作动密封，各固定止口处采用“O”型耐油构胶密封圈作静密封。 特点与参数：QDX、QX 型潜水电泵使用条件：电泵在下列条件下应能连续正常工作：1、工作介质为无腐蚀性的清水，介质中含砂量的体积不超过 0.10%，粒度不大于0.20mm。2、介质温度不超过 40，介质的 PH 值在 6.5-8.5 之间。3、电泵应在额定扬程附近的使用范围内使用。4、电泵应完全浸入水中使用，潜水深度不宜超过 3m,最深不超过 5m,电泵离水底0.5m 以上，但不可陷入泥中。5、电源频率为 50HZ，电压单相为 220V，电压波动范围为额定值的 0.9-1.1 倍。QDX、QX 型潜水电泵主要用途：该系列电泵为体积小、重量轻，特别使用于广大农村井下抽水、农田排溉、园林灌溉、家庭生活用水。
