螺旋離心式砂石泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　螺旋離心式砂石泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 選題背景及意義 </p><p>　　近幾十年來(lái)，砂石泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，如用于抽送污水、糞便、泥漿和各類(lèi)纖維雜質(zhì)漿料，雜質(zhì)泵已成為泵應(yīng)用中非常重要的領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)的雜質(zhì)泵產(chǎn)品主要有污水泵、

2、泥漿泵、紙漿泵和旋流泵，綜觀應(yīng)用情況，現(xiàn)有各種雜質(zhì)泵雖然具有抽送含顆粒、雜質(zhì)混合液的較好性能，但由于受泵型結(jié)構(gòu)所限，泵在工作中會(huì)時(shí)常發(fā)生繞纏與堵塞故障，而目.對(duì)物料破壞嚴(yán)重，更無(wú)法用于抽送長(zhǎng)纖維、大粒徑固體物和要求不損傷的物料，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足多行業(yè)的需要。</p><p>　　螺旋式離心泵(簡(jiǎn)稱(chēng)螺旋泵)是一種新型雜質(zhì)泵，具有極好的無(wú)堵塞、無(wú)繞纏與損傷少的性能。該新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)在國(guó)外已有近30年歷史，60年代由秘魯率先推

3、出，爾后日本、西德等國(guó)亦相繼研制成功。據(jù)報(bào)道，目前國(guó)外的螺旋泵技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展很快，現(xiàn)已研制有單頭、雙頭和帶有蓋板等不同結(jié)構(gòu)的螺旋式葉輪，并且制成普通干式泵、浸沒(méi)式泵、潛水泵多種系列產(chǎn)品，在許多生產(chǎn)部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　我國(guó)的螺旋泵新技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起步較晚，1988年本項(xiàng)目LLB型螺旋式離心泵的研制成功尚屬?lài)?guó)內(nèi)首次。新產(chǎn)品已通過(guò)專(zhuān)家鑒定，并在多行業(yè)進(jìn)行了幾年的生產(chǎn)應(yīng)用推廣，取得了顯著的生產(chǎn)效果與經(jīng)濟(jì)

4、效益。</p><p>　　1.2 砂石泵的概述及發(fā)展</p><p>　　1.2.1砂石泵的工作原理</p><p>　　泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成抽送液體能的機(jī)器。原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體作功，使其能量整加，從吸水池經(jīng)泵的過(guò)流部件輸送到要求的高處或要求的壓力的地方。</p><p>　　圖1.1所示是簡(jiǎn)單的泵裝置。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪

5、旋轉(zhuǎn)，將水從A處吸入泵內(nèi)，排送到B處。泵中起主導(dǎo)作用的是葉輪，葉輪中的葉片強(qiáng)迫液體旋轉(zhuǎn)，液體在離心力的作用下向四周甩出。這種情況象轉(zhuǎn)動(dòng)的雨傘，雨傘上的水滴向四周甩出去的道理一樣。泵內(nèi)的液體甩出去后，新的液體在大氣壓力下進(jìn)到泵內(nèi)。如此連續(xù)不斷地液體在大氣壓力下進(jìn)到泵內(nèi)。如此連續(xù)不斷地從A處到B處供水。泵在開(kāi)動(dòng)前，應(yīng)先灌滿(mǎn)水。如不灌滿(mǎn)水，葉輪只能帶動(dòng)空氣旋轉(zhuǎn)，因空氣的單位體積的質(zhì)量很小，產(chǎn)生的離心力甚小，無(wú)力把泵內(nèi)和排水管路中的空氣排出，再

6、泵內(nèi)造成真空，水也就吸不上來(lái)。泵的底閥是為灌水用的，泵出口側(cè)的調(diào)節(jié)閥是用來(lái)調(diào)節(jié)閥是用來(lái)調(diào)節(jié)流量的。</p><p>　　1- 調(diào)節(jié)閥 2 – 排出短管 3 – 壓水室 4 – 葉輪 5 – 底閥 6 – 吸水室</p><p>　　圖1.1 泵工作的裝置簡(jiǎn)圖</p><p>　　需要強(qiáng)調(diào)指出的是，若在離心泵啟動(dòng)前沒(méi)向泵殼內(nèi)灌滿(mǎn)被輸送的液體，由于空氣密度低，

7、葉輪旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，葉輪中心區(qū)不足以形成吸入貯槽內(nèi)液體的低壓，因而雖啟動(dòng)離心泵也不能輸送液體。這表明離心泵無(wú)自吸能力，此現(xiàn)象稱(chēng)為氣縛。吸入管路安裝單向底閥是為了防止啟動(dòng)前灌入泵殼內(nèi)的液體從殼內(nèi)流出?？諝鈴奈牍艿肋M(jìn)到泵殼中都會(huì)造成氣縛，實(shí)際工作中要避免發(fā)生這種情況。</p><p>　　1.2.2砂石泵的主要零部件</p><p>　　泵的主要過(guò)流部件有吸水室、葉輪和壓水室。<

8、/p><p>　　泵吸水室位于葉輪前面，其作用是把液體引向葉輪。有直錐形、彎管形和螺旋形三種形式。</p><p>　　壓水室位于葉輪外圍，其作用是收集從葉輪流出的液體，送入排出管。壓水室主要有螺旋形壓水室（渦殼）、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種形式。</p><p>　　葉輪是泵最重要的工作元件，是過(guò)流部件的心臟。葉輪由蓋板和中間的葉片組成。根據(jù)液體從葉輪流出的方向不同，葉輪分為

9、徑流式、混流式和軸流式三種型式。</p><p>　　徑流式葉輪—液體流出葉輪的方向垂直于軸線(xiàn)，即沿半徑方向流出；</p><p>　　混流式（包括斜流式）葉輪—液體流出葉輪的方式傾斜于軸線(xiàn)；</p><p>　　軸流式葉輪—液體流出葉輪的方向平行于軸線(xiàn)，即沿軸線(xiàn)方向流出。</p><p><b>　　泵的類(lèi)型：</b>

10、</p><p>　　泵可以分為葉片式泵（動(dòng)力式泵）、容積式泵和其它類(lèi)型泵三大類(lèi)。所謂葉片式泵，是依靠葉輪在殼體中旋轉(zhuǎn)，通過(guò)流體動(dòng)力參數(shù)的變化把能量傳給液體的機(jī)械。葉片式泵的簡(jiǎn)單分類(lèi)如下：</p><p>　　(1)離心式（裝徑流式葉輪）</p><p>　　1)單吸（葉輪一面進(jìn)水）</p><p>　　2)雙吸（葉輪兩面進(jìn)水）</p&

11、gt;<p>　　(2)混流式（裝混流式葉輪）</p><p>　　(3)軸流式（裝軸流式葉輪）</p><p>　　(4)單級(jí)（裝一個(gè)葉輪）</p><p>　　(5)多級(jí)（裝多個(gè)葉輪）</p><p>　　1.2.3砂石泵的發(fā)展</p><p>　　砂石泵具有輸送各類(lèi)雜質(zhì)、漿料和固體物料無(wú)堵塞、不損傷

12、等良好功能，故在一些生產(chǎn)部門(mén)擁有廣泛的推廣應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　由于砂石泵具有很多優(yōu)點(diǎn),因此,今后我國(guó)的需求量將持續(xù)增長(zhǎng),并有以下主要發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　1.發(fā)展多功能多用途砂石泵</p><p>　　我國(guó)砂石泵的形式和外國(guó)著名的砂石泵生產(chǎn)廠的產(chǎn)品相比還不夠多,如帶有切割裝置的泵、多級(jí)泵、抽送腐蝕性介質(zhì)的砂石泵等生產(chǎn)的還很少,然

13、而其市場(chǎng)的需求量又很大,因此,具有很好的發(fā)展前途。</p><p>　　2.開(kāi)發(fā)高可靠性機(jī)械密封</p><p>　　機(jī)械密封是砂石泵的關(guān)鍵部分,采用兩道單端面機(jī)械密封,這樣介質(zhì)的壓力可以作用到端面,泄漏方向?yàn)閮?nèi)流型,這些都是有利的,但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。在油室內(nèi)裝雙端面機(jī)械密封,兩側(cè)的端面應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)型式,使介質(zhì)的壓力能作用到下側(cè)的端面上,否則只靠彈簧力,密封端面的反推力易使端面打開(kāi)。因此,

14、還應(yīng)進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)和材料方面進(jìn)行研究,提高其可靠性和壽命。</p><p>　　3.新材料新技術(shù)新工藝等將逐步應(yīng)用</p><p>　　普通泵已使用不銹鋼、氟塑料(F46)、襯塑、襯膠、噴涂陶瓷等,所有這些材料應(yīng)當(dāng)盡快應(yīng)用到砂石泵上,擴(kuò)大砂石泵的應(yīng)用領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助測(cè)試等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用也勢(shì)在必行。事實(shí)證明,新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用,不但解放勞動(dòng)生產(chǎn)力,而且還可

15、以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。</p><p>　　4.注意砂石泵的外觀質(zhì)量并逐步打入國(guó)際市場(chǎng)</p><p>　　我國(guó)的砂石泵在國(guó)際市場(chǎng)上有著明顯的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),但是必須要注意提高砂石泵的可靠性和壽命,尤其要改善砂石泵的外觀質(zhì)量,要給用戶(hù)一種美的感覺(jué),以使國(guó)產(chǎn)的砂石泵早日更多地打入國(guó)際市場(chǎng)。</p><p><b>　　1.3研究設(shè)想</b><

16、;/p><p>　　砂石泵是一種通用機(jī)械，應(yīng)用范圍廣泛。因此在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最多考慮到的因素就是經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和性能穩(wěn)定性。只有投入低，效益高的產(chǎn)品才能被市場(chǎng)認(rèn)同。在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能采用低成本原材料，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并保證其性能能夠滿(mǎn)足工作需求。設(shè)計(jì)就要有創(chuàng)新、有可行性。本次螺旋式砂石泵的結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)就是為了使砂石泵廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并在保證低成本的同時(shí)有更多的效益。本章對(duì)砂石泵的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益，使用壽命以及泵本身

17、的節(jié)能底噪性進(jìn)行試驗(yàn)性分析，表明該泵有實(shí)際應(yīng)用性。本次泵體在設(shè)計(jì)上更多的考慮的實(shí)際生產(chǎn)，使該泵在高效節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益等感方面有更多優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　第2章 砂石泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1砂石泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案分析</p><p>　　2.2.1螺旋離心泵葉輪結(jié)構(gòu)特征</p><p>　　螺旋離心泵葉輪的葉

18、片包角大，葉輪流道由單(雙)葉片形成，流道較大，加上進(jìn)口導(dǎo)向和螺旋推進(jìn)作用，使得這種泵的通過(guò)性能很好，可以輸送含大顆粒及纖維物質(zhì)的液體，輸送的濃度比其它型式無(wú)堵塞泵高。固液兩相流體在這種泵中逐漸向前推進(jìn)，流動(dòng)方向無(wú)突然變化，因而流動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)輸送物料的破壞性小。螺旋離心泵葉輪的葉片伸到泵殼吸入口中，大大提高了泵的抗汽蝕性能，泵的吸入性能好，因而能輸送教高粘性的液體。</p><p>　　為便于研究和表達(dá)，結(jié)合螺旋離

19、心泵葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在此定義葉輪的幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(見(jiàn)圖2.1)。</p><p>　　(1)葉輪進(jìn)口直徑Dl</p><p>　　葉片工作面進(jìn)口邊緣處到葉輪軸心線(xiàn)的最大垂直距離稱(chēng)為葉輪進(jìn)口半徑。其值2倍即為Dl。</p><p>　　(2)葉輪輪毅直徑Dh</p><p>　　葉片工作面進(jìn)口邊緣處到汗卜輪軸心線(xiàn)的最小垂直距離稱(chēng)為葉輪輪毅半徑

20、。此值2倍即為Dh。</p><p>　　(3)葉輪出口直徑DZ</p><p>　　葉片出口邊緣處到葉輪軸心線(xiàn)的最大垂直距離稱(chēng)為葉輪出口半徑。此值2倍即為DZ。</p><p>　　(4)葉輪出口寬度b</p><p>　　葉一片工作面出口邊緣處，前后蓋板的軸向距離稱(chēng)為葉輪出口寬度。</p><p><b>

21、;　　(5)葉片長(zhǎng)度L</b></p><p>　　葉片工作面最大進(jìn)口邊緣到葉片底面的軸向距離稱(chēng)為葉片長(zhǎng)度。</p><p><b>　　(6)葉片包角α</b></p><p>　　葉片工作面從進(jìn)口邊緣到出口邊緣繞軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為葉片包角。</p><p>　　(7)出口邊傾斜角αZ</p>

22、<p>　　葉片出口邊與葉輪軸心線(xiàn)的夾角稱(chēng)為出口邊傾斜角。</p><p>　　圖2.1 螺旋離心泵幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　2.2.2砂石泵的主要性能參數(shù)</p><p><b>　　參數(shù)要求：</b></p><p>　　出口：200mm； 入口：200mm；</p>&

23、lt;p>　　流量：120m³/h； 揚(yáng)程：H=15m；</p><p>　　轉(zhuǎn)速：1450r/min； 軸轉(zhuǎn)速：9.61kW。</p><p>　　介質(zhì)要求：適用于城市排污、污水處理、礦山作業(yè)、造紙、食品等行業(yè)。可輸送含大顆粒及纖維物質(zhì)的液體，輸送濃度高達(dá)12%（體積濃度）。特別適用于輸送污水、污漿、紙漿、廢液及其他固液、氣液兩相液體。</p>

24、<p>　　螺旋離心泵，以其獨(dú)特的葉輪設(shè)計(jì)，使泵具有強(qiáng)制進(jìn)科、寬流道、無(wú)堵塞性能好、效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、流量均勻、故障少、壽命長(zhǎng)、購(gòu)置費(fèi)和操作費(fèi)均較低等突出優(yōu)點(diǎn)，使離心泵在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，為使本次設(shè)計(jì)的泵體能應(yīng)用在更多的工作場(chǎng)合，該泵的結(jié)構(gòu)采用螺旋離心式。 </p><p>　　2.2確定泵的總體結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)

25、的葉輪和固定的蝸形泵殼。具有若干個(gè)（通常為4-12個(gè)）后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對(duì)泵內(nèi)液體做功的部件，是離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)的排出管路相連接。</p><p>　　當(dāng)離心泵啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，迫使預(yù)先充灌在葉片間液體旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周

26、作徑向運(yùn)動(dòng)。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開(kāi)葉輪進(jìn)入泵殼后，由于殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而減速，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。所以蝸形泵殼不僅是匯集由葉輪流出液體的部件，而且又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)，在貯槽液面與葉輪中心總勢(shì)能差的作用下，致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量最終表現(xiàn)為靜壓能

27、的提高。(離心泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示)</p><p>　　圖2.2 螺旋式離心泵結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　選定泵的總體結(jié)構(gòu)形式和原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型。進(jìn)而結(jié)合下面的計(jì)算，經(jīng)分析比較后做最終確定。</p><p>　　在設(shè)計(jì)泵時(shí)要用泵的效率，但泵尚未設(shè)計(jì)出來(lái)，故只能參考同類(lèi)產(chǎn)品，或借助經(jīng)驗(yàn)公式和曲線(xiàn)近似地確定泵的總效率和各種效率值，并設(shè)法再設(shè)計(jì)中達(dá)到確定的效率。&

28、lt;/p><p>　　水力效率、容積效率和機(jī)械效率的估算</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得 </b></p><p><b>　　1、水力效率</b></p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中：Q—泵流量（m3/

29、s）（雙吸泵取Q/2）；</p><p>　　n—泵轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　g—9.8m/s2。</p><p><b>　　2、容積效率 </b></p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄露的值

30、于有平衡孔、級(jí)間泄露和平衡盤(pán)泄露的情況，容積效率還要相應(yīng)降低。</p><p><b>　　機(jī)械效率</b></p><p><b>　　(2.3)</b></p><p><b>　　(2.4)</b></p><p><b>　　理論揚(yáng)程和理論流量</b&g

31、t;</p><p><b>　　(2.5)</b></p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　2.3泵的進(jìn)出口直徑的確定</p><p><b>　　2.3.1進(jìn)口直徑</b></p><p>　　泵進(jìn)口直徑也叫泵吸入口徑，是

32、指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑。吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。泵的進(jìn)口流速一般為3m/s左右。從制造經(jīng)濟(jì)性考慮，大型泵的轉(zhuǎn)速取大些，以減少泵的體積，提高過(guò)流量能力。從提高抗汽蝕性能考慮，應(yīng)取較大的進(jìn)口直徑，以減小流速。常用的泵吸入口徑、流量和流速的關(guān)系列表。對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，再洗入口徑小于250mm時(shí)，可取洗入口流速Vs=1—1.8m/s，在洗入口徑大于250mm時(shí)，可取Vs=1.4—2.2 m/s。</p><p&g

33、t;　　選定進(jìn)入流速后，按下式確定</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　取v5=1.1m/s。</p><p><b>　　把參數(shù)代入</b></p><p>　　=m

34、m (2.8)</p><p>　　圓整Ds=200mm。</p><p>　　2.3.2泵的出口直徑Dd</p><p>　　泵出口直徑也叫做泵的排口徑，是指泵排出法蘭處管的內(nèi)徑。對(duì)于低揚(yáng)程的，排出口徑可與吸入口徑相同。對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減少泵的體積和排出管路直徑，可排出口徑小于吸入口徑一般取</p><p>

35、;<b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p>　　=（1—0.7） (2.9)</p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是低揚(yáng)程泵，所以取Dd=0.9 D5。</p><p>　　2.4 泵轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　(1)泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕。據(jù)此應(yīng)選擇

36、盡量高的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)比數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)。所以，轉(zhuǎn)速應(yīng)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來(lái)確定；</p><p>　　(3)確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和傳動(dòng)裝置；</p><p>　　通常優(yōu)先選擇電動(dòng)機(jī)直接連接傳動(dòng)，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速由表查出。電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速；通常按2%左右的滑差率確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。</p>&

37、lt;p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p>　　N=Nｏ（1-S） (2.10)</p><p>　　N=1450r/min</p><p>　　S—滑差率 ，S取0.967，Nｏ取1500 r/min。</p><p>　　(4)轉(zhuǎn)速越高，過(guò)

38、流部件的磨損加快，機(jī)組的震動(dòng)，噪聲變大；</p><p>　　(5)提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制。</p><p>　　由文獻(xiàn)[1]查得汽蝕比轉(zhuǎn)速公式：</p><p><b>　　(2.11)</b></p><p>　　2.5確定泵的水利方案</p><p>　　泵的相似定律建立了泵的幾何相

39、似的共性，就是說(shuō)在相似工作情況下，泵體性能參數(shù)之間存在相似的關(guān)系。也就是說(shuō)，如果泵性能參數(shù)之間存在著上述關(guān)系，泵與泵是幾何相似的。但是用相似定律來(lái)判別泵是否幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似、即不方便，也不直觀。</p><p>　　在相似定律的基礎(chǔ)上，可以推出對(duì)一系列幾何相似的泵，性能之間的綜合數(shù)據(jù)。如果這些泵的數(shù)據(jù)相等，則這些泵是幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似的，可以用相似定律換算泵體性能之間的關(guān)系。這個(gè)綜合數(shù)據(jù)就是比轉(zhuǎn)數(shù)，也稱(chēng)比轉(zhuǎn)速或

40、簡(jiǎn)稱(chēng)比速。</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p><b>　　(2.12)</b></p><p><b>　　(2.13)</b></p><p>　　QI稱(chēng)為折引流量，HI稱(chēng)為折引揚(yáng)程。因?yàn)镼I、HI是從定律中推導(dǎo)的，所以對(duì)一系列幾何相似的泵

41、，在相似工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，QI、HI分別等于相同的值。</p><p>　　另外，值得說(shuō)明的是，QI、HI不是沒(méi)有因次的（其中HI就有因次）。雖然有因次</p><p>　　但不影響它們作為相似判斷的依據(jù)，因?yàn)閷?duì)于幾何相似的泵，在相似工作情況下，用同一規(guī)定的單位算得的QI、HI都等于常數(shù)。</p><p>　　折引流量和折引揚(yáng)程，雖然可以作為相似判斷依據(jù)使用，但其中包括

42、葉輪尺寸在內(nèi)，用起來(lái)還不方便。為此，將上邊兩式分別1/2，3/4次方，并相除，則消掉兩式中的尺寸參數(shù)。所得的綜合數(shù)據(jù)只包括性能參數(shù)，而且仍然是從相似定律推得的，所以，也是泵的相似準(zhǔn)則，叫做比轉(zhuǎn)數(shù)。在我國(guó)為使之與水機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)一致，將上面數(shù)據(jù)乘以常數(shù)3.65，并用ns表示。</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p><b>　　(2.

43、14)</b></p><p>　　式中：Q-m3/s(對(duì)雙吸泵取Q/2)；</p><p>　　H-m（對(duì)多級(jí)泵取單級(jí)揚(yáng)程）；</p><p><b>　　n-r/mm。</b></p><p>　　有些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中n5的表達(dá)式中無(wú)系數(shù)3.65，且流量，揚(yáng)程的單位也各不相同。這樣，對(duì)同一相似泵n5的計(jì)算結(jié)果也

44、不同。因此，應(yīng)換算為使用相同單位下的數(shù)值。其換算關(guān)系如下所示：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　應(yīng)用在本次設(shè)計(jì)中，配合相應(yīng)的參數(shù)得：</p><p><b>　　=126.8</b></p><p><b>　　取圓整。</b></p>

45、<p>　　在確定比轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)考慮下列因素：</p><p>　　(1)ns=120—210的區(qū)間，泵的效率最高，ns<60泵效率顯著下降；</p><p>　　(1)采用單吸葉輪ns過(guò)大時(shí)考慮采用雙吸式；取ns=27；</p><p>　　(1)泵特性曲線(xiàn)的形狀也和ns大小有關(guān)；</p><p>　　(1)比轉(zhuǎn)速和泵的級(jí)數(shù)有

46、關(guān)，級(jí)數(shù)越多，ns越大。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸牛形泵殼。具有若干個(gè)（通常為4-12個(gè)）后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對(duì)泵內(nèi)液體做功的部件，為離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口

47、與裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)的排出管路相連接。通過(guò)計(jì)算確定了此螺旋離心泵的效率。進(jìn)出口直徑，以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)。最終確定了此泵的水利方案。并且在本章節(jié)中，通過(guò)對(duì)泵的水利的計(jì)算對(duì)該泵的總體結(jié)構(gòu)有初步的了解，為以后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有力條件。 </p><p>　　第3章 砂石泵的水利設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1軸功率和原動(dòng)機(jī)功率</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[6]查

48、得</b></p><p><b>　　泵的軸功率：</b></p><p><b>　　(3.1)</b></p><p><b>　　原動(dòng)機(jī)效率：</b></p><p><b>　　(3.2)</b></p><p&g

49、t;　　式中：K—余量系數(shù)；</p><p><b>　　—傳動(dòng)效率。</b></p><p>　　3.2 泵軸徑和葉輪輪轂直徑的初步計(jì)算</p><p>　　葉輪主要幾何參數(shù)有葉輪進(jìn)口直徑Dj、葉片進(jìn)口直徑Dl、葉輪輪轂直徑dh、葉片進(jìn)口直徑b、葉片進(jìn)口角ß1、葉輪出口直徑D2、葉輪出口寬度b2、葉片出口角ß2、葉片數(shù)Z、

50、葉片包角Ф等、葉輪進(jìn)口幾何參數(shù)對(duì)汽蝕性能有重要影響，葉輪出口幾何參數(shù)對(duì)性能（H，Q）具有重要影響，兩者對(duì)泵的效率均有影響。</p><p>　　軸徑和輪轂直徑的計(jì)算</p><p><b>　　軸徑的計(jì)算</b></p><p>　　泵軸的直徑應(yīng)按其承受的外載荷和剛度及臨界轉(zhuǎn)速條件確定。因?yàn)榕ぞ厥潜幂S最主要的載荷，所以在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，可按扭矩確定

51、泵的最小直徑。</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[6]查得</b></p><p>　　按扭矩計(jì)算泵軸直徑的公式為：</p><p>　?。╩） (3.3)</p><p>　　式中：—扭矩（N·m）。</p><p><b>　

52、　(3.4)</b></p><p>　　式中：—計(jì)算功率，可取 =1.2N；</p><p>　　—材料的許用應(yīng)力（Pa），取490×；</p><p>　　d=0.04（m）； </p><p>　　=47.88（N·m）；</p><p>　　=7.27（kW）。</p&g

53、t;<p>　　3.3葉輪主要尺寸的確定方法</p><p>　　性能試驗(yàn)表明，葉輪參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)泵的性能至關(guān)重要。如葉輪進(jìn)口半增大，泵的流量會(huì)相應(yīng)增加；葉輪出口半徑增大，會(huì)增大液體在葉輪出口處的圓周速度和牽連速度而提高泵的理論揚(yáng)程；葉片間距增大，葉片朝出口推動(dòng)液體的速度相應(yīng)增加，有利于增大泵的流量；葉片厚度對(duì)泵性能亦有較大影響，葉輪厚度減小會(huì)增大泵的流量，葉輪進(jìn)口處薄葉片還有利于將液體導(dǎo)入葉輪流道，

54、較厚的葉片則利于提高泵的容積效率;葉輪包角對(duì)泵的性能影響比較復(fù)雜，葉廠包角增大葉輪長(zhǎng)度也隨其增加，有利于葉片向液流平滑傳遞能量和減少泵的容積損失，但亦同時(shí)增大液流阻力損失，影響提高泵的效率；另外，葉片傾角、輪心錐體的角度、半徑和長(zhǎng)度等參數(shù)亦對(duì)泵的性能有一定影響。故在設(shè)計(jì)葉輪時(shí)，需要綜合分析考慮各個(gè)參數(shù)，以期得到較佳泵的性能。</p><p>　　選用方法：速度系數(shù)法。（葉輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如3.1所示）</p>

55、;<p>　　圖3.1 葉輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　速度系數(shù)法實(shí)際上也是一種相似設(shè)計(jì)法。它和模型算法再實(shí)質(zhì)上是相同的，其差別在于模型換算是建立在一臺(tái)相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，而速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的原理。利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過(guò)流不見(jiàn)的各部分尺寸。</p><p><b>　　3.3.1基本公式</b></p><p>

56、　　速度系數(shù)公式的一般形式。利用速度系數(shù)確定尺寸表達(dá)式的一般形式。</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p>　　則 (3.5)</p><p>　　因∝nD，則 D=-</p><p>&l

57、t;b>　　由</b></p><p><b>　　D=</b></p><p><b>　　因∝nD,則。</b></p><p>　　系數(shù)K稱(chēng)為速度（尺寸）系數(shù)，對(duì)相似泵來(lái)說(shuō)這些系數(shù)相等，故這些系數(shù)分別為比轉(zhuǎn)速ns的函數(shù)。即K=f(ns)利用ns和速度系數(shù)的關(guān)系（公式、曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)），求得系數(shù)K，根據(jù)上

58、面公式可以計(jì)算出各部分尺寸。</p><p>　　3.3.2用速度系數(shù)法計(jì)算葉輪主要尺寸的公式</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p><b>　　葉輪進(jìn)出口計(jì)算</b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><

59、;p><b>　　(3.7)</b></p><p>　　式中：Q—泵的流量（m3/s）對(duì)雙向流Q/2；</p><p>　　n—泵轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　K0—系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選取。</p><p>　　主要考慮效率時(shí)取：=3.5—4.0</p><p>　　兼顧效率和

60、汽蝕時(shí)取：=4.0—4.5</p><p>　　主要考慮汽蝕時(shí)?。?4.5—5.5</p><p><b>　　實(shí)取200mm；</b></p><p><b>　　200mm；</b></p><p><b>　　=180mm。</b></p><p>

61、;　　2.輪外徑或出口角的理論計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)泵時(shí)，在保證相同性能情況下，可以選用不同的參考組合，這樣就增加了速度系數(shù)的近似性。因?yàn)镈2是最主要尺寸，按速度系數(shù)法算得D2之后，最好以按此算得的D2為基礎(chǔ)進(jìn)行理論計(jì)算，理論計(jì)算是以基本方程式為基礎(chǔ)，從理論上講是比較嚴(yán)格的。但是計(jì)算得的D2為基礎(chǔ)進(jìn)行理論計(jì)算。理論計(jì)算是以基本方程式為基礎(chǔ)，從理論上講是比較嚴(yán)格的。但計(jì)算過(guò)程中用到水力效率，有限葉片數(shù)修正系

62、數(shù)等，也只能用經(jīng)驗(yàn)公式估算。所以理論計(jì)算法，實(shí)際上也是近似的。實(shí)踐證明，理論計(jì)算結(jié)果，基本上是可靠的。</p><p>　　下面介紹葉輪外徑D2和β2角的精確計(jì)算方法。</p><p><b>　　由基本方程式：</b></p><p><b>　　(3.8)</b></p><p><b&g

63、t;　　由速度三角形得</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　則 (3.10)</p><p><b>　　經(jīng)整理得</b></p><p>　　解u2的一元三次方程得<

64、/p><p><b>　　由u2求得D2</b></p><p>　　用上式求時(shí)，必須知道，計(jì)算要用到（=Φ2），故必須先假定的D2是建立在不正確的基礎(chǔ)上。這種情況下，需要用求得的D2或假定一個(gè)D2（此D2值為求得D2和前次假定D2之間），按上述步驟、重新進(jìn)行計(jì)算，直到求得的D2與假定的D2相同或相近為止。這種方法稱(chēng)為逐次逼近法。如果計(jì)算β2，也應(yīng)該先假定β2進(jìn)行這次逼近

65、計(jì)算。有關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下：</p><p><b>　　(1)計(jì)算得</b></p><p><b>　　(3.11)</b></p><p><b>　　(3.12)</b></p><p>　　式中：—葉片出口圓周厚度。再計(jì)算時(shí)可假定=0.8-0.9</p>

66、<p>　　= (3.13)</p><p>　　式中：—葉輪出口軸面截線(xiàn)與流線(xiàn)的夾角，通常取=70—90度；</p><p>　　—葉片出口真實(shí)厚度 通常取=2—4mm。</p><p>　　= (3.14)</p><p>　　(2)和

67、吸水室結(jié)構(gòu)形式有，直錐形吸水室，水沿周壁流入，無(wú)旋轉(zhuǎn)，=0。</p><p><b>　　半螺旋吸水室</b></p><p><b>　　(3.15)</b></p><p><b>　　(3.16)</b></p><p>　　式中：R1—相應(yīng)進(jìn)口半徑；</p>

68、<p>　　m—系數(shù)，m=0.055—0.08 ，n5大者取大值；</p><p>　　Q—流量（m3/s）；</p><p>　　n—轉(zhuǎn)速（r/min）。</p><p>　　裝反導(dǎo)葉時(shí)，反導(dǎo)葉出口的圓周分速度</p><p>　　式中：α6—反導(dǎo)葉出口安放角，一般α6=60—90度；</p><p>

69、　　v6—反導(dǎo)葉出口絕對(duì)速度，一般v6=(0.85—1.0)vj；</p><p>　　v6—葉輪進(jìn)口速度。</p><p>　　離心泵一般是選擇β2角，精確D2?；炝鞅靡?yàn)槿~片出口邊是傾斜的，各流線(xiàn)的外徑不同，為了得到相同的揚(yáng)程，D2小的流線(xiàn)應(yīng)選用大的出口角β2。在這種情況下，可根據(jù)速度系數(shù)法算得尺寸，畫(huà)出出口邊，然后按下式計(jì)算葉片各流線(xiàn)的出口角。</p><p>

70、;<b>　　(3.17)</b></p><p>　　葉片出口角 取40度</p><p>　　葉片數(shù) 取Z=2</p><p>　　精算葉輪外徑（第一次）</p><p>　　理論揚(yáng)程 </p><p><b>　?。?.18)&l

71、t;/b></p><p><b>　　修正系數(shù)</b></p><p>　　ψ= (3.19)</p><p><b>　　取=0.66</b></p><p><b>　　靜矩</b></p><p><b>　

72、　(3.20)</b></p><p><b>　　精算葉輪外徑</b></p><p><b>　　有限葉片數(shù)休整數(shù)</b></p><p>　　ψ (3.21)</p><p><b>　　無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程</b></p>

73、<p>　　=（1+P）=62.1（m） (3.22)</p><p><b>　　葉片出口排擠系數(shù)</b></p><p>　　ψ2=1-=0.98 (3.23)</p><p><b>　　出口軸面速度</b></p&g

74、t;<p>　　==1.28(m/s) (3.24)</p><p><b>　　出口圓周速度</b></p><p>　　=25.8(m/s) (3.25)</p><p><b>　　出口直徑</b></p><p>　　=0.3

75、4（m） (3.26)</p><p>　　精算第二次葉片出口排擠系數(shù)</p><p>　　ψ2=1-=0.981 (3.27)</p><p><b>　　出口軸面速度</b></p><p>　　==1.31(m/s)

76、 (3.28)</p><p><b>　　出口圓周速度</b></p><p>　　=25.6(m/s) (3.29)</p><p><b>　　葉輪外徑</b></p><p>　　=350m (

77、3.30)</p><p><b>　　葉片出口排擠系數(shù)</b></p><p>　　ψ2=1-=0.981 (3.31)</p><p><b>　　出口軸面速度</b></p><p>　　==1.31(m/s)</p><p><

78、;b>　　出口圓周速度</b></p><p>　　=25.8(m/s) (3.32)</p><p><b>　　出口速度</b></p><p>　　=7.05(m/s) (3.33)</p><

79、;p>　　無(wú)窮葉片數(shù)出口圓周分速度</p><p>　　=23.59(m/s) (3.34)</p><p>　　3.3.3 葉輪磨損分析</p><p>　　廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭、電力等部門(mén)的渣漿泵在輸送固液混合物時(shí)砂石泵的過(guò)流部件存在不同程度的磨損。嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此研究砂石泵磨損規(guī)律，探

80、討減輕磨損破壞的途徑具有重要意義之由于砂石泵內(nèi)磨損的因素有很多，研究有一定的難度。目前，對(duì)砂石泵的研究主要側(cè)重于外部特性和內(nèi)部流動(dòng)。而對(duì)泵內(nèi)磨損問(wèn)題的研究則較少。磨損機(jī)理和規(guī)律尚不清楚，尤其對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的泵輪磨損系統(tǒng)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)離心式砂石泵葉輪的磨損進(jìn)行了分析，并對(duì)固體顆粒在泵輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)渣漿泵葉輪磨損問(wèn)題較為系統(tǒng)地進(jìn)行了研究。</p><p>　　葉輪幾何參數(shù)決定泵水力性

81、能的優(yōu)劣，無(wú)疑也對(duì)泵內(nèi)葉輪的磨損有重要影響。一設(shè)計(jì)合理的葉輪不僅使泵在性能上能達(dá)到較高的指標(biāo)，而且使泵的運(yùn)行壽命也大大延長(zhǎng)，因而研究葉輪的幾何參數(shù)對(duì)磨損的影響是合理設(shè)計(jì)渣漿泵的一大關(guān)鍵。</p><p>　　在較低濃度范圍內(nèi)，泵輪葉片的磨損強(qiáng)度與所輸送固體顆粒的濃度成正比濃度愈高單位磨損量愈小時(shí)運(yùn)送漿體更經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　大粒徑磨粒所造成的主要磨損區(qū)靠近葉片頭部，而小粒徑磨粒所造

82、成的主要磨損區(qū)靠近葉片壓力面出口段。</p><p>　　葉片進(jìn)口角對(duì)磨損強(qiáng)度影響明顯大，出口角對(duì)磨損強(qiáng)度影響小。出口角過(guò)小時(shí)，磨損易在葉片的出口段集中，而出口角過(guò)大時(shí)，沿葉片壓力面易發(fā)生嚴(yán)重?fù)p。因此合理選擇葉片參數(shù)不僅有利于提高渣漿泵的水力性能，而且可提高其抗磨損性能之</p><p>　　泵輪葉片的磨損強(qiáng)度與泵轉(zhuǎn)速呈n次方關(guān)系，在渣漿泵的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能優(yōu)先選較低的轉(zhuǎn)速，在輸送高濃度的固

83、體物料時(shí)更為如此。</p><p>　　1. 轉(zhuǎn)速與磨損的關(guān)系</p><p>　　葉輪轉(zhuǎn)速不僅是決定泵內(nèi)流動(dòng)的重要因素，對(duì)泵內(nèi)的磨損也具有很大的影響。隨著轉(zhuǎn)速的增大，流場(chǎng)內(nèi)如果流速增大，粒子獲得的動(dòng)能一也越大，對(duì)泵內(nèi)葉輪造成的磨損越大。根據(jù)理淪分析，磨損量與速度成立方關(guān)系，但在實(shí)際中，由于受實(shí)驗(yàn)方法以及其它因素的影響.諫度的乘方指數(shù)又是不同的。一般而言，對(duì)于堅(jiān)硬和脆性材料如鑄鐵、合金鋼等

84、，值為2.5-3.3；而對(duì)于鋁來(lái)說(shuō)，由于是一種軟而韌的材料，其又值則大約為5。</p><p>　　圖3.1 磨損與轉(zhuǎn)速的關(guān)系（磨損時(shí)間120分鐘）</p><p>　　2、磨粒濃度與磨損的關(guān)系</p><p>　　磨損隨濃度的增加而增加，并遵循磨損與濃度的一次方成正比的關(guān)系. 輸送單位體積濃度固粒產(chǎn)生的磨損稱(chēng)作單位磨損量。單位磨損量越小，泵在它的運(yùn)轉(zhuǎn)期間傳送的固體

85、量越多。一般，單位磨損量隨著中、低濃度的增加而減小，當(dāng)Cv=19%時(shí)，磨損量達(dá)到最小；此后即使?jié)舛仍黾?，單位磨損量仍然為常數(shù)。低濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其規(guī)律是相適應(yīng)的。</p><p>　　損失率（%）濃度Cv（%）</p><p>　　圖3.2 磨損與濃度之間的關(guān)系圖</p><p>　　3、葉片數(shù)與磨損的關(guān)系</p><p>　　當(dāng)葉片數(shù)增加后，

86、單個(gè)葉片的損失減少，說(shuō)明葉輪的使用壽命將會(huì)延長(zhǎng)。 </p><p>　　從理論上分析，葉片數(shù)增加，葉片總的表面積增加，受到顆粒碰撞的機(jī)會(huì)增多，葉輪總的磨損將有所增加；但另一方面由于流道變窄，水流的流動(dòng)狀態(tài)得到更大的制約，也相應(yīng)地限制了顆粒的運(yùn)行軌跡，因而可以減緩顆粒對(duì)葉輪造成的磨損.綜合這兩方面的因素，至少對(duì)單個(gè)葉片來(lái)說(shuō)磨損情況不會(huì)變壞。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用多葉片數(shù)可減少單個(gè)葉片的磨損量，有利于葉輪壽

87、命的提高。</p><p>　　(l)在一定的體積濃度范圍內(nèi)，磨損量與體積濃度成線(xiàn)性關(guān)系。</p><p>　　(2)對(duì)柔韌性材料，如鋁等，葉片的磨損量與葉輪的旋轉(zhuǎn)速度的5次方成正比。</p><p>　　(3)大的葉片進(jìn)口角可以減少磨損。所以，選擇適當(dāng)?shù)娜~片進(jìn)口角是必要的，而葉片的出口角過(guò)大或過(guò)小都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，但是磨損的位置在這兩種情況下是不相同的。<

88、/p><p>　　(4)實(shí)驗(yàn)中的大多數(shù)情況下，葉片的頭部是最重的磨損區(qū)域。</p><p>　　(5)葉片數(shù)增加，一般可延長(zhǎng)葉輪的使用壽命。</p><p>　　4．葉片的保養(yǎng)與維護(hù)</p><p>　　由于葉片在使用過(guò)程中的磨損，以及鑄造缺陷等方面的原因，測(cè)繪中難免存在偏差，通過(guò)對(duì)20余種ISO型單級(jí)離心泵葉輪葉片的測(cè)繪，并把制造出的葉輪作性能

89、試驗(yàn)檢測(cè)，從新舊葉輪的性能對(duì)比來(lái)看，測(cè)繪制作的葉輪，有10余種達(dá)到了原有葉輪的性能指標(biāo)，有3種甚至比原有性能指標(biāo)稍有提高。剩余的幾個(gè)品種，在經(jīng)過(guò)調(diào)整葉片進(jìn)口角、出口角及前、后蓋板的曲率半徑后也基本滿(mǎn)足了使用要求。用測(cè)繪方法制作的葉輪，完全能夠代替從澳方進(jìn)口的葉輪，可以為用戶(hù)節(jié)約大量的開(kāi)支。我們認(rèn)為此種測(cè)繪方法，在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備條件下，不需進(jìn)行任何投資，就能較準(zhǔn)確地測(cè)繪出葉輪葉片的形狀。</p><p>　　3.4

90、 壓水室設(shè)計(jì)</p><p>　　壓水室的功能類(lèi)似于普通離心泵，主要有收集從葉輪中流出的液體并輸送到排出口，消除液流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)能量為液體的壓能，降低液流速度以減少壓力管路中的水力損失。由于螺旋泵的葉輪出口邊是傾斜狀且葉片結(jié)構(gòu)是非軸對(duì)稱(chēng)，葉輪出口處的流動(dòng)十分復(fù)雜，目前尚缺乏泵的蝸殼性能分析方法，一般增大蝸殼容積能相應(yīng)提高泵的通過(guò)性能。</p><p>　　3.4.1渦形體各斷面面積

91、內(nèi)的平均速度</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p><b>　　(3.35)</b></p><p>　　式中：—速度系數(shù)，當(dāng)=127時(shí)，=0.362；</p><p>　　H—泵的揚(yáng)程，H=15m。</p><p>　　代入上式=6.21(m

92、/s)，取=6(m/s)。</p><p>　　渦形體隔舌安放角ψ=20度共分6個(gè)斷面，通過(guò)計(jì)算斷面流量為</p><p>　　20（m3/s） (3.36)</p><p><b>　　斷面面積按下式計(jì)算</b></p><p><b>　　(3.37)</

93、b></p><p>　　式中：Ф—斷面包角（度）。</p><p>　　3.4.2舌角的計(jì)算</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p><p>　　舌角應(yīng)與葉輪出口絕對(duì)速度的液流角一致，即</p><p>　　==

94、 (3.38)</p><p>　　式中：—中間流線(xiàn)出口處有限葉片數(shù)時(shí)液流的圓周分速度。</p><p>　　取 ==7.04(m/s) (3.39)</p><p>　　代入上式 ===38.7度</p><p>

95、<b>　　渦形體寬度</b></p><p>　　=（1.5—2）；=105—140(mm) (3.40)</p><p>　　實(shí)際繪型時(shí)=180(mm)。</p><p>　　3.4.3 基圓直徑</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[1]查得</b></p&g

96、t;<p><b>　　基圓直徑為：</b></p><p>　　==350—367.2(mm) (3.41)</p><p>　　取=360(mm)。</p><p>　　3.5 葉片厚度的確定</p><p>　　綜上，誘導(dǎo)輪與葉輪之間距離X進(jìn)口直徑（葉輪）—D1</p&

97、gt;<p>　　又因?yàn)樵叫≡胶?，所以取?0(mm) </p><p><b>　　葉片厚度</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　為軸面流線(xiàn)與水平的夾角</p><p><b>　　=20</b></p>&

98、lt;p><b>　　真實(shí)厚度</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　流面厚度</b></p><p><b>　　(3.42)</b></p><p><b>　　s==4mm</b>&

99、lt;/p><p><b>　　圓周厚度</b></p><p>　　mm (3.43)</p><p><b>　　軸面垂直厚度</b></p><p>　　5.2mm (3.44)</p><p><b&g

100、t;　　徑向厚度</b></p><p>　　1.8 mm (3.45)</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固在泵軸上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)。泵殼中央有一液體吸入與排出管連接。液體經(jīng)底閥和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口與排出管連接

101、。本章對(duì)泵的主要結(jié)構(gòu)泵軸，葉輪進(jìn)行全面的計(jì)算分析。葉輪幾何參數(shù)決定泵水力性能的優(yōu)劣，無(wú)疑也對(duì)泵內(nèi)葉輪的磨損有重要影響。葉輪參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)泵的性能至關(guān)重要。如葉輪進(jìn)口半徑增大，泵的流量會(huì)相應(yīng)增加，葉輪出口半徑增大，會(huì)增大液體在葉輪出口處的圓周速度和牽連速度而提高泵的理論揚(yáng)程，葉片間距增大，葉片朝出口推動(dòng)液體的速度相應(yīng)增加，有利于增大泵的流量。</p><p>　　一設(shè)計(jì)合理的葉輪不僅使泵在性能上能達(dá)到較高的指標(biāo)，而且

102、使泵的運(yùn)行壽命也大大延長(zhǎng)，因而研究葉輪的幾何參數(shù)對(duì)磨損的影響是合理設(shè)計(jì)泵的一大關(guān)鍵。由于砂石泵的工作時(shí)承受的外在壓力比較大。因此對(duì)泵軸和葉輪的技術(shù)要求非常高。</p><p>　　第4章 軸向力及其平衡</p><p>　　泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在其轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)很大的與軸心線(xiàn)重合的力叫做軸向力。</p><p>　　4.1 產(chǎn)生軸向力的主要原因</p><

103、;p>　　1.液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其速度大小及方向都不相同，液體動(dòng)量的軸向矢量發(fā)生了變化，因此，由動(dòng)量定理在軸上作用了一個(gè)沖力，這個(gè)作用在葉輪上的力也是軸向力的一部分。</p><p>　　2.泵葉輪前后蓋板承受液體壓力的面積大小不等，前后泵腔中的液體壓強(qiáng)分布也不相同，因此，作用于葉輪上的壓力在軸向上不能平衡，造成了一個(gè)軸向力，這個(gè)軸向力是軸向力的主要部分。</p><p

104、>　　4.2 軸向力的計(jì)算</p><p>　　螺旋式葉輪可按半開(kāi)式葉輪經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)近似計(jì)算軸向力，公式如下：</p><p>　　式中： ——圓心在葉片入口邊上，并且與葉輪輪廓相切的圓的直徑。</p><p>　　d1=（D1-dh）/2=40cm</p><p>　　k——軸向力系數(shù)，查表得 k=1.63</p>&l

105、t;p>　　——d圓心處的半徑，=（D1+D2）/4=100mm</p><p>　　——液體重度，=2650kg/m3</p><p>　　故： F1=2×3.14×0.1×0.04×1.63×15×2650</p><p><b>　　=1628N</b&g

106、t;</p><p>　　4.3 軸向力的平衡方法</p><p>　　1．利用對(duì)稱(chēng)性，平衡軸向力．從分析對(duì)稱(chēng)形狀的雙吸葉輪可知，它相當(dāng)于兩個(gè)單吸葉輪并聯(lián)工作，這種葉輪軸向力是自動(dòng)平衡的．這個(gè)辦法廣泛的應(yīng)用于單吸兩級(jí)懸臂泵，渦殼式多級(jí)泵以及立式多級(jí)泵上．</p><p>　　2．改造葉輪，以減少或平衡軸向力．用改變?nèi)~輪形狀的辦法，降低葉輪背面壓力，達(dá)到平衡或者減少

107、軸向力的目的．</p><p>　　3．采用專(zhuān)門(mén)的平衡裝置，如平衡鼓裝置，平衡盤(pán)裝置．</p><p>　　4．對(duì)于單級(jí)小型軸向吸入泵軸向力不太大，一般采用徑向止推軸承來(lái)平衡軸向力，但有時(shí)考慮受徑向力作用，可采用圓錐滾子軸承來(lái)承擔(dān)．</p><p>　　5．采用平衡孔，使后泵腔的下部與葉輪的吸入口相連，使兩面壓力相同，但不能完全平衡軸向力．這種平衡軸向力的方法存在以

108、下兩個(gè)缺點(diǎn)：（１）泵的泄露量大，因此降低了泵的效率．（２）液體流入葉輪時(shí)的速度不均勻，因而降低了葉輪的水力效率．</p><p>　　綜上所述，該泵的軸向力較大，如果采用均壓孔來(lái)平衡軸向力，不但水力效率降低，又會(huì)因固體顆粒滲入填料箱或串到背葉片內(nèi)，從而加速了葉輪填料及軸的磨損，綜合以上兩種方式，采用單列圓錐滾子軸承平衡軸向力．因?yàn)檫@種軸承可以同時(shí)承受較大的軸向力和徑向力．</p><p>

109、　　第5章 砂石泵主要零件的強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　5.1 引言</b></p><p>　　在工作過(guò)程中砂石泵零件承受各種外力作用，使零件產(chǎn)生變形和破壞，而零件依靠自身的尺寸和材料性能來(lái)反抗變形和破壞。一般，把零件抵抗變形的能力叫做剛度，把零件抵抗破壞的能力叫強(qiáng)度。設(shè)計(jì)砂石泵零件時(shí)，應(yīng)使零件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵運(yùn)行的可靠性和壽命，這樣就要盡量

110、使零件的尺寸做得大些，材料用得好些；單另一方面，又希望零件小、重量輕、成本低，這是相互矛盾的要求，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要正確處理這個(gè)矛盾，合理地確定砂石泵零件尺寸和材料，以便既滿(mǎn)足零件的剛度和強(qiáng)度要求，又物盡其用，合理使用材料。</p><p>　　但是，由于泵的一些零件形狀不規(guī)則，用一般材料力學(xué)的公式難以解決這些零件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算問(wèn)題。因此，推薦一些經(jīng)驗(yàn)公式和許用應(yīng)力，作為設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的參考。</p>&

111、lt;p>　　對(duì)砂石泵的零件，特別是對(duì)過(guò)流部件來(lái)說(shuō)，耐汽蝕、沖刷、化學(xué)腐蝕和電腐蝕問(wèn)題也是非常重要的。有些零件的剛度和強(qiáng)度都滿(mǎn)足要求，就是因?yàn)槠g、沖刷、化學(xué)腐蝕和電腐蝕問(wèn)題沒(méi)有處理好而降低了產(chǎn)品的壽命。</p><p>　　5.2 葉輪強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　5.2.1蓋板強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[4]查得</b&g

112、t;</p><p>　　蓋板中的應(yīng)力主要由離心力造成的，半徑越小的地方，應(yīng)力越大。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　（4.2）</b></p><p>　　式中：—材料的寬度（mm）；</p><p>　　—許用應(yīng)力， 對(duì)銅；&l

113、t;/p><p>　　—材料的屈服極限；（Pa）</p><p>　　—拉伸強(qiáng)度；（Pa）</p><p>　　e=2.71828；</p><p>　　D2=0.248m；</p><p><b>　　ρ=7800N·m</b></p><p><b>　

114、　Dx=0.2m；</b></p><p>　　δ2=0.008m；</p><p>　　u2=18.9m/s；</p><p>　　w=18.9r/s。</p><p>　　材料：ZG1Cr13, KPa。</p><p>　　5.2.2葉片厚度計(jì)算</p><p><b

115、>　　由文獻(xiàn)[4]查得</b></p><p>　?。╩m） （4.3）</p><p>　　式中：H—單級(jí)揚(yáng)程（m）；</p><p><b>　　Z—葉片數(shù)；</b></p><p>　　D2—葉片外徑(m)；</p><p>

116、;　　A—系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速和材料有關(guān)，取A=5；</p><p>　　D2=0.248m ns=127 Z=2 H=15m</p><p>　　S=50.248=3.4mm</p><p><b>　　實(shí)際S=4mm。</b></p><p><b>　　最小壁厚：</b></p&g

117、t;<p>　　如果在一般鑄造條件下，各種灰鑄鐵的最小許可厚度。</p><p><b>　　HT250：。</b></p><p>　　高錳鋼：砂型鑄造mm。</p><p>　　筋的厚度：10mm。</p><p>　　5.2.3輪轂強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　

118、　由文獻(xiàn)[6]查得</b></p><p><b>　　軸向力</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　由此應(yīng)力所引起的變形為</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中：E—

119、彈性模數(shù)（V/cm2），對(duì)鑄鐵E=，對(duì)鑄銅E=，對(duì)銅E=；</p><p>　　Dc—葉輪輪轂平均直徑；</p><p>　　—由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形（mm）；</p><p>　　應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈，即</p><p><b>　　<。</b></p><p><

120、b>　　MPa</b></p><p>　　因 故在時(shí)葉輪蓋板是安全的。</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　<</b></p><p>　　由公差配合可知，由離心力所引起的變形小于最小的配合公盈。</p><p>　

121、　5.3泵軸的強(qiáng)度校核</p><p>　　5.3.1 泵軸的強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[9]查得</b></p><p>　　泵軸的當(dāng)量彎矩（N·m）可按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中：—計(jì)算

122、斷面的彎矩（N·m）；</p><p>　　M—計(jì)算斷面的扭矩（N·m）；</p><p>　　a—考慮到彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力情況差異的校正系數(shù)，對(duì)離心泵的軸一般可取a=0.57-0.61。取a=0.6。</p><p>　　N·m （4.7）</p>&l

123、t;p>　　mm （4.8）</p><p><b>　　查知軸是安全的。</b></p><p>　　5.3.2 泵軸的剛度校核</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[9]查得</b></p><p><b&g

124、t;　　由軸的細(xì)長(zhǎng)比：</b></p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算，得</b></p><p><b>　　=1.35</b></p><p>　　故泵軸是可以采用的。</p><p><b>　　聯(lián)軸器的選用：</b></p><p>　　

125、d=40mm L=112mm D=130mm D1=105mm</p><p>　　螺栓數(shù)量n=4個(gè) 直徑M10 L0=229mm 重量m=7.29kg</p><p>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是0.043。</p><p><b>　　5.4 鍵的校核</b></p><p>　　5.4.1 鍵的選擇</p&g