1、湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 1 - 第一章 绪论 1.1 螺旋离心泵概述 泵是把原动机的机械能转换为抽送液体能量的机器。一般，原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功使其能量增加，从而使要求数量的液体从吸入口通过泵的过流部分，输送到要求的高度或要求有压力的地方。 泵是世界上最早发明的机器之一。现今世界上泵产品产量仅次于电机，所消耗的电量大约为总发电量的四分之一。泵的种类甚多，应用极为广泛。除农田灌溉、城市和工业给排水、热电厂、石油炼厂、石油矿厂、输油管线、化工厂、钢铁厂、采矿、造船等部门外，目前泵在原子能发电、舰艇的喷水推进、火箭的燃料供给等方面 亦得到重要应用。另外，还可以用泵来对固体如煤、
2、鱼等进行长距离水力输送。泵抽送的介质除水外，有油、酸、碱浆料一直到超低温的液态气体和高温熔融金属。可以说，凡是要让液体流动的地方，就有泵在工作。泵在国民经济中起着十分重要的作用。 根据科学技术的发展，泵输送固态物质的应用领域日益扩大，如污水污物、泥浆、纸浆、灰渣矿石、粮食淀粉、甜菜水果、鱼虾贝壳等不胜枚举。据文献介绍，如今已成功地从 5000 米深的海底用泵向陆地输送猛矿石。对输送这类物质的泵，有两个主要要求：一是无堵塞，二是耐磨损。耐磨损主要与材料有关，无堵塞 主要取决于叶轮的结构形式。目前作为无堵塞泵叶轮的结构形式有： 1.开式或半开式叶轮； 2.旋流式叶轮； 3.单（双）流道式叶轮； 4
3、.螺旋离心叶轮。 螺旋离心泵是典型的无堵塞离心泵。世界上第一台螺旋离心泵是用来输送鱼类，随后用来输送固液两相流体，可以用来排雨水和输送高黏度液体。为防止故态物质堵塞，使之顺利的流出，开式叶轮中有一片或两片扭曲的螺旋形叶片，在锥形的轮毂体上由吸入口沿轴延长，叶片的半径逐渐增大，形成螺旋形流道。壳体由吸入盖和涡壳两部分组成。吸入盖部分的叶轮，产生螺旋推进作用，涡壳部分的叶轮像一般的离心泵产 生离心作用，叶片进口的锐角部分将杂物导向轴心附近，再利用螺旋作用使之沿轴线推进。这种泵是容积泵和离心泵的组合，故称为螺旋离心泵。 1.2 离心泵主要零部件及结构形式 离心泵的主要零部件包括：前盖板、叶轮、主轴、
4、涡室、后盖板、轴封、轴承体、带轮和支架。离心泵中还包括像螺母、法兰盘、轴承等具有通用标准的零部件。 离心泵的结构形式主要有以下几个： 1. 按主轴方向 卧式：主轴水平放置； 立式：主轴垂直放置； 斜式：主轴倾斜放置。 按液体流出叶轮的方向 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 2 - 离心式 装径流式叶轮； 混流式 装混流式叶轮； 轴流式 装轴流式叶轮。 按吸入方式 单吸 装单吸叶轮； 双吸 装双吸叶轮。 按级数 单级 装一个叶轮； 多级 同一根轴上装两个或两个以上的叶轮。 按叶片安装方法 可调叶片：叶轮的叶片安放角可以调节的结构； 固定叶片：叶轮的叶片安放角度是固定的结构。 按壳体剖分方式 分段式：
5、壳体按与主轴垂直的平面剖分； 节段式：在分段式多级泵中，每一级壳体都是分开式的； 中开式：壳体在通过轴心线的平面上分开； 水平中开式：在中开式中，剖分面是水平的； 垂直中开式：在中开式中，剖分面是垂直的； 斜中开式：在 中开式中，剖分面是倾斜的。 按泵体形式 涡壳泵：叶轮排出侧具有带涡室的壳体； 双涡壳泵：叶轮排出侧具有双涡室的壳体； 透平泵：带导叶的离心泵； 筒式泵：内壳体外装有圆筒状的耐压壳体； 双壳泵：指筒式泵之外的双层壳体泵。 特殊结构泵 潜水电泵：驱动泵的电动机与泵一起放在水中使用的泵； 贯流式泵：泵体内装有电动机等驱动装置； 屏蔽泵：泵与电动机直连（共用一根轴），电动机定子内侧装有
6、屏蔽套，以防液体进入。 自吸式泵：在一般的自吸泵中抽送液体作用的叶轮同时能起灌水作用，泵启动是无须灌水。 管道泵：泵作为管路的一 部分，无须特别改变管路即可安装泵。 无堵塞泵：抽送液体中所含的固体不能在泵内造成堵塞。 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 3 - 第二章 总体方案的确定 2.1 设计参数 流量 Q=80m3/h ，扬程 H=13m ，效率 =65% 转速： 1450r/min ， 吸程： 7m（水柱） 2.2 方案的确定 设计上以国际标准的 IS 泵为基型，此次设计的螺旋离心泵，在设计结构上采用单级单吸悬臂卧式结构，其主要结构是装有背叶片的具有特殊的三维螺旋叶片的叶轮，叶片型线为空间对
7、数螺旋线，采用液固两相流理论进行水力设计。 由于该泵是通过其特殊的三维螺旋叶片将螺旋的容 积推进作用和叶片的离心作用有机的结合，使介质获得能量。所以它兼有容积泵和叶片泵的特点，是二者相互结合的产物。较一般的普通杂质泵和旋流泵相比，具有以下特点：（ 1）无堵塞性能好；（ 2）无损性能好；（ 3）效率高，与其他同类杂质泵相比效率高 5%以上；（ 4）泵的吸入性能好。可抽送含气介质，含气量在 15%以下时，泵的性能，震动基本不发生变化。（ 5）具有优良的抗汽蚀性能。其他参数相同的条件下，螺旋离心泵的汽蚀性最好，即 NPSHr 最小。 该螺旋离心泵在结构上主要有三大部分组成，分别为泵头部分，轴封部分以
8、及传动部分，分别叙述 其结构特点。 1泵头部分 泵头部分由泵体和泵盖组成。前，后盖板的直径大于叶轮直径，叶轮可由前或后拆卸，叶轮为螺旋离心叶轮，叶轮的后盖板带有背叶片以减少泄露，提高泵的寿命及效率。 2轴封部分 本次设计的轴封采用填料轴封，填料轴封结构简单，维修方便，但需使用轴封水，还需配备供应轴封水的泵。 3传动部分 传动部分包括托架和轴承组件，轴承根据传动的功率不同选择单列向心圆锥滚子轴承，能够承受泵的最大轴向及径向载荷，轴承采用干油润滑，轴承体两端有密封端盖，并且有两道密封圈，能有效的防止污物进入轴承，保证轴 承安全运行，具有较高的使用寿命。 2.3 原动机的选择 根据泵实际工作要求，
9、该泵与钻机配套使用时，常需要野外作业，电源使用不方便，故选用柴油机作为原动机，柴油机转速选择 min/2200 rn ，用 V 型带传动，因给定泵的转速 n=1450r/min，故传动比 i= 52.11 4 5 0/2 2 0 0/ nn 。 柴油机功率计算： 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 4 - 泵输出功率：367 mmQHSNe= 367 13801065.2 3 =7.5KW 式中： mS 介质密度 kg/m3 Q 流量（ hm/3 ） Hm 扬程（ m） 泵输入功率： N=eN= 65.05.7 =11.54KW 式中： 泵效率 柴油机功率：10 NN = 96.054.11 =12
10、.02KW 式中： 1 V 带传动效率，取 1 =0.96 因此，原动机选择转速为 min/2200 rn ，功率为 12KW 的柴油机。 2.4 水力设计 设计比转数 ： 4365.3HQnns 式中： n 泵轴的转速（ r/min） Q 流量（ hm/3 ） H 扬程（ m） 故： 2 4 4.1 1 5133 6 0 0/801 4 5 065.343 sn 沉降层速度： )1(2 sgDFv LSB 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 5 - = )165.2(1.08.9238.1 =2.48（ m/s） 入口速度： 21 05.014.3 80 AQv=2.83（ m/s） 出口速度：
11、)/(83.212 smvv SBvvv 21 满足设计要求。 泵的进口直径： mmDS 100 （标准法兰盘直径） 泵的出口直径： mmDd 100 （标准法兰盘直径） 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 6 - 第三章 叶轮的设计 3.1 概述 1982 年， A布斯曼较早地在离心泵叶轮上采用对数螺旋线。 1961 年， J郝比奇在“模型挖泥泵特性”一文中，通过实验指出，采用对数螺旋线叶形叶轮的泵，其输送清水和浆体时的效率均高于渐开线等叶形的叶轮。目前渣浆泵叶轮叶片型线设计中，比较广泛地采用对数螺旋线。本次的叶轮设计是以劳学苏以及何希杰提出的螺旋离心泵叶轮 叶片工作面和负压面空间曲线方程为依据进
12、行的设计，叶轮叶片型线为对数螺旋线。 3.2 叶轮主要参数的确定 图 3-1 叶轮轴面投影图 1叶轮最大外径 max2D ： max2D = qs Dnk 1 6 8.0)100/( （ m） 式中： 025.01 4 5 03 6 0 080/ 33 nQDqk=10 12.5 故： max2D = 0 2 5.0)1 0 0/2 4 4.1 1 5( 168.0 k =0.238 0.298（ m） 取： max2D =260mm 2叶轮出口宽度 2b ： 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 7 - 2b = qs Dn 53.0)100(3 = 025.0)100244.115(3 53.0
13、=80.86（ mm） 取： 2b =80（ mm） 3叶轮出口直径 1D ： 1D = 31 nQK 其中： 5.65.31 K 1D = 31 1450360080K=0.836 0.161（ m） 取 1D =100（ mm） （主要考虑效率兼顾泵的抗汽蚀性能） 4轮毂直 径 hd ： hd =19.96+0.07 sn =19.96+0.07 115.244 =28（ mm） 5叶轮轴向长度 L： L=m a x2)10023.024.1( rn s = 1 3 01 0 02 4 4.1 1 523.041 . 2 ）（ =195.66（ mm） 圆整后得： L=195（ mm） 6
14、轮缘侧圆弧半径 1R ： 1R =52.28+0.91 sn 1R =52.28+0.91 115.244 =157.15 圆整后等： 1R =160（ mm） 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 8 - 7轮毂侧圆弧半 径 2R ： 2R =73.4+1.29 sn =73.4+1.29115.244 =222.06 圆整后等： 2R =220（ mm） 8轮毂侧圆弧半径 3R ： 3R =60 90（ mm） 取 3R =70（ mm） 9轮缘侧叶片倾角 1 ： 1 =60.51-0.13 sn 1 =60.51-0.13115.244 =45.528 取 1 =45 10轮毂侧叶片倾角 2 ：
15、 2 =57.1-0.1 sn 2 =57.1-0.1115.244 2 =45.58 取 2 =45 11叶轮出口倾角 3 ： 3 =7.79 03.24ln sn =7.79 03.24244.115ln =12.95 取 3 =13 12叶轮出口最小直径 min2D ： min2D = 32max2 2 tgbD 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 9 - =260-2 1380 tg =189.45 取 min2D =190（ mm） 13轮缘和轮毂各段轴向长度 41 LL ： L1=（ 0.45 0.68） L=（ 0.45 0.68） 195 =87.75 132.6 （作图在范围内）
16、1 5 61 1 71 9 5)8.06.0()8.06.0(2 LL 取 2L =140（ mm） L3 =（ 0.2 0.4） L=39 78 取 L3=60（ mm） L4 =（ 0.05 0.08） L=9.75 15.6 （作图在范围内） 14轮缘侧叶片出口安放角 sh2 ： sh2 =)1(2 21 shsh m Ku Vtg 其中： gHKV mm 222 其中： 0 4 9 3 8.0)100(048.0 2.02 sm nK60/1 4 5 02 6 014.360/m ax22 nDu sh =19.7297 8 0 5 5.0)1 0 0(8 2 6.0 177.0 ss
17、h nK所以： )8 0 5 5.01(7 2 9 7.19 138.920 4 9 3 8.012 tgsh=11.6 15轮毂侧叶片出口安放角 hu2 ： hu2 =)1(2 21 huhu m Ku Vtg 湘潭大学兴湘学院毕业设计 - 10 - 其中：60m in22 nDu uh = 60 145019014.3 =14.42 1 6 4.0)1 0 0(8 4 8.0 shu nK=0.789 所以：)7 8 9.01(42.14 138.920 4 9 3 8.012 tghu=14.5 16叶片进口安放角 hush 11 , ： 151812 11 shsh 取 657560 11 huhu 取 17叶轮出口叶片包角 ex ： ex =156.95（ 43.0)100 sn =147.67 取 ex =150 18轮缘螺线起点处圆弧半径 0R ： 0R =0.63 17.4sn =0.63115.244-4.17 =68.43 圆整得： 0R =70（ mm） 19轮毂侧叶片包角 hu ： hu =821.17-1.42sn =821.17-1.42115.244 =657.524 取 hu =658
