1、中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 1 页 1 引言 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
2、、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
3、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
4、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 。 中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 2 页 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
5、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
6、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
7、失。 2 800S-26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、双中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 3 页 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
8、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。 3. 800S-26 型双吸单级离心泵的水力设计计算 3.1 800S-26 型双吸单级离心泵设计 主要参数： 流量： Q=7000 3mh=1.944 3ms 扬程： H=26m 转速： n=740r/min =1000Kg/m 配套电动机的功率为 710 kw 介质温度低于 80 度 3.2 确定比转速 ns =3 .6 5 n Q2H 3 4 =3 .6 5 7 4 0 1 .9 4 4 /
9、22 6 3 4 = 2 3 1 .33.3 泵的进口直径 泵的进口直径由合理的进口流速确定，考虑到经济性和泵的用途，取泵的进口流速为 sv =2m/s，则泵的进口直径由以下公式得： jD = 4sQv = 4350036002p = 786.922032 按法兰标准 ,取 jD =800mm 3.4 复算流速：su = 4QS2D p = 1.935中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 4 页 3.5 水力效率 hh = 1 + 0 . 0 8 3 5 l gQ2n3 = 1 + 0 . 0 8 3 5 l g 1 . 9 4 4 / 27 4 03
10、= 0 . 9 6 9 3.6 容积效率 h v = 11 + 0 .6 8 ns- 2 3= 11 + 0 .6 8 2 3 1 .3 - 2 3 = 0 .9 8 2 2 3.7 机械效率 h m = 1 - 0 . 0 7 1n s 1 0 0 ) 7 6 = 1 - 0 . 0 7 1( 2 3 1 . 3 1 0 0 ) 7 6 = 0 . 9 6 1 93.8 总效率 h = h m h v h h = 0 .9 6 9 0 .9 8 2 2 0 .9 6 1 9 = 0 .9 1 5 3.9 轴功率 P = r g Q H1 0 0 0 h = 9 .8 1 0 3 1 .9 4
11、 4 2 61 0 0 0 0 .9 1 5 = 5 4 1 .4 6 6 k W 3.10 配套功率 K 1.05； P = K P = 1 .0 5 5 4 14 6 6 = 5 6 8 k W 其中 K 配套功率系数 转矩 M n = 9 . 5 5 1 0 3 P n = 9 . 5 5 1 0 3 5 4 1 . 4 6 67 4 0 = 7 3 3 0 . 2 7 N m 3.11 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
12、速进行详细的校核。 dm i n =M n0 .2 t 3 = 7 3 3 0 .2 70 .2 4 5 0 1 0 53 m = 0 9 3 .3 8 8 m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 =45MPa。 为了使所选轴的最小直径 d 与联轴器的孔径相适应，故同时 选取联轴器的型中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 5 页 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 HL7 最终取 dmin =100mm 。 轴的结构草图绘制 dI =100mm dII =102mm 因为
13、 dIII 上安装了轴承 , 轴承为 6021 深沟球轴承 Da 为 114mm 故 dIII =105mm dIV =114mm dV =120mm 3.12 进口当量直径 De = k 0Q2n3 = 4 1 .9 4 4 / 27 4 03 1 0 3 = 4 9 2 .8 5 9 m m 系数 0k 查参考资料 表 4-2，取 0k =4。 3.13 叶轮进口 、出 直径 轮毂直径 hd =（ 1.2 1.4） dIII 取 hd =1.2dIII =1.2 105=138mm 最终取轮毂直径为 hd =140mm。 则叶轮进口直径 D 0 = D e2 + d h2 = 4 9 2
14、.8 5 9 2 + 1 4 0 2 = 5 1 2 .3 5 7 m m 最终取 D0 =513mm。 叶轮出口直径 2D 的初步计算： 中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 6 页 D 2 = Dk Qn3 = 6 .1 4 8 7 0 0 0 / 2 / 3 6 0 07 4 03 = 6 4 7 .8 m m （取 D2k =6.148 ，由Dk = 9 .3 5- 0 .5sn1 0 0 = 6 .1 4 8） 故叶轮外圆直径，取 D2 =675mm 3.14 叶轮出口宽度 Kb 2 = 0 .6 4n s1 0 05 6 = 0 .6 4 2
15、 3 1 .31 0 05 6 = 1 .2 8 7 b2 = Kb 2Q2n3 = 1 .2 8 7 1 .9 4 4 / 27 4 03 = 1 4 0 .9 m m 最终取 b2 =140mm 。 3.15 精算叶轮外径 理论 扬程 Ht = Hh = 2 60 .9 5 = 2 8 .4 1 5m修正系数 y = a 1 + b 26 0 = 0 .7 5 1 + 3 0 6 0 = 1 .2 5因为在本设计中采用蜗壳是压水室，故取 =0.75 有限叶片数修正系数 P = y R 22zS 2y R 22Z (R 22 - R 21 ) 0.5229 其中 s为静矩 因为此泵为中比转速
16、泵，故静矩可按 22211 (R R )2S 来计算， 故 22211 (R R )2S = 12 ( 6 7 52 ) 2 + ( 3 5 92 ) 2 1 0 - 6 = 0 .0 7 2 9 8 4 5 无穷叶片理论扬程 Ht = 1 + P( ) H t = 3 9 .1 3 5m叶片出口排挤系数 中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 7 页 Y 2 = 1 - z d 2p D2 1 + c o t b 2s in l22= 0 .9 0 8 7 9其中 2 是叶片出口端厚度 2 = K2 D 2 H 2Z = 1 6 m m， 2 是出口端轴
17、面截线和轴面流线间的夹角 2 90。 出口轴面速度 vm 2 =Q2p D2 b 2 y 2 h v= 3 .5 7 9 6 m / s 出口圆周速度 u 2 = v m 22 t a n b2+ v m 22 t a n b22+ g H t = 2 7 .4 1 4 m / s 出口直径 D 2 = 6 0 u 2p n = 6 0 2 6 .1 5 2p 7 4 0 = 7 0 7 .5 5 3 m m 与假定值误差大于 2%， 不合理 第二次精算叶轮外径 有限叶片数修正系数 P = y R 22zS 2y R22Z (R 22 - R 21 ) 0.5229 叶片出口排挤系数 Y 2
18、= 1 - z d 2p D2 1 + c o t b 2s in l22= 0 .7 9 6 9 8 4 6 无穷叶片理论扬程 Ht = 1 + P( ) H t = 2 9 .9 0 4 m出口轴面速度 vm 2 =Q2p D2 b 2 y 2h v= 3 .8 9 4 1m / s 出口圆周速度 u 2 = v m 22 t a n b2+ v m 22 t a n b22+ g H t = 2 5 .8 6 9 4 m / s 中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 8 页 出口直径 D2 = 6 0 u 2p n = 6 0 2 5 .8 6 9
19、 4p 7 4 0 = 6 6 8 .0 0 1 m m与假定值误差大于 2%， 不合理 第三次精算叶轮外径 有限叶片数修 正系数 P = y R 22zS 2y R22Z (R 22 - R 21 ) 0.5229 叶片出口排挤系数 Y 2 = 1 - z d 2p D2 1 + c o t b 2s in l22= 0 .7 8 4 9 6 无穷叶片理论扬程 Ht = 1 + P( ) H t = 3 0 .1 2 8 3m出口轴面速度 vm 2 =Q2p D2 b 2 y 2h v= 4 .1 8 7 m / s 出口圆周速度 u 2 = v m 22 t a n b2+ v m 22
20、t a n b22+ g H t = 2 6 .6 9 7 m / s 出口直径 D2 = 6 0 u 2p n = 6 0 2 6 .6 9 7p 7 4 0 = 6 8 9 .3 m m与假定值误差小于 2%，因而合理。 经三次计算取叶轮的出口直径 D2 =690mm 3.16 叶轮进口圆周速度 u1 a = p D 1a n6 0 = p 0 .5 1 2 9 7 7 7 4 06 0 = 1 9 .8 7 6 m / su 1 b = p D 1b n6 0 = p 0 .3 8 4 3 9 7 4 06 0 = 1 4 .8 9 3 m / s u 1 c = p D 1c n6 0
21、 = p 0 .2 4 9 0 7 7 4 0 06 0 = 9 .6 5 0 m / s 3.17 叶片进口轴面液流过水断面面积 中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 9 页 F 1 a = 2 p R c a b a = 2 p 0 . 1 6 3 2 / 3 ( 9 3 + 1 8 6 ) = 1 9 1 2 9 0 m m 2 其中 caR =0.0163m, ab =2/3(P+S) F 1 b = 2 p R c b b b = 2 p 0 . 1 6 7 2 / 3 ( 9 4 . 6 + 1 8 9 . 5 4 ) = 1 9 9 9 3
22、 7 . 7 7 m m 2 其中 Rcb =0.167m, b =2/3(P+S) F 1 c = 2 p R c c b c = 2 p 0 . 1 9 3 2 / 3 ( 9 2 . 6 + 1 8 4 . 6 3 ) = 2 2 4 1 5 3 4 0 9 m m 2 其中 Rc =0.193m, bc =2/3(P+S) 3.18 a, b, c流线叶片进口角 vm 1 a = Q2 h v F1 a y 1 a = 6 .4 1 1m / s111maaatg u =0.322 b1a =17.87 b1a = b1a + D b1a = 18 v m 1 b = Q2 hv F1
23、 by 1 b= 6 .1 8 7 m / s tg b1b = um1bu1b=0.4154 b1b =22.56 b1b = b1b + D b1b = 23 v m 1 c = Q2 hv F1 cy 1 c= 5 .5 9 1m / s tg b1c = um1cu1c=0.579 b1c =30.09 b1c = b1c + D b1c = 31 由轴面投影图假定 1a =90 3.19 叶轮轴面投影图的绘制 叶轮各部的尺寸 （ hD 、 0D 、 1D 、 2b ）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
24、计泵的具体情况加以改进。 中南 林 业科 技 大学 本 科毕 业 设计 800s26 双吸离心泵设计第 10 页 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h1d2（ 2） 作21d2（ 3） 作11d2（ 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 叶轮轴面投影图 3.20 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
