锅炉给水泵的水力设计.docx

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锅炉给水泵的水力设计

摘要

本次设计应用了离心泵的理论、采用先进的科学方法设计计算，根据设计任务的要求，通过对离心泵的分析，重点进行锅炉给水泵的水力设计计算。

在锅炉给水泵的设计中，确定锅炉给水泵的结构，采用单级单吸，泵体双层结构。

对泵体的各部分所用的材料进行择优选择。

泵参数的确定是这次设计的重点。

通过泵的进出口的尺寸确定泵的各方面效率，从而反映它的性能是否合乎标准。

对泵的水力设计包括：

叶轮、导叶、平横盘和涡室等的设计计算。

讨论液体在泵中的流动一般采用3个方程：

连续方程、欧拉方程和伯努利方程。

对于难用文字描述的图形，采用专业的绘图软件绘图，使构件的结构更加直观。

为了本次设计的可靠性，在对锅炉给水泵的水力设计之后，还要对泵的部分零件进行强度计算和强度校核。

包括：

轴、键、联轴器、叶轮和平衡盘等的强度计算。

关键词：

锅炉给水泵；水力计算；强度计算。

Abstract

Thisdesignisappliedtothetheoriesofthecentrifugalpump,andadoptstheadvancedscientificmethod,Accordingtotherequestofthedesignmission,throughtheanalysisofthecentrifugalpumpworkingprinciple,itconcentratesmoreonthedesigncalculationofthewaterconservancyofmanifold–boilerwatersupplypump.

Thedesignoftheboilerwatersupplypumpadoptsthestructureofthethree–classliststoabsorbwithabilayerinbodyandthematerialswhichareusedforeachpartofthepumpbodyaresupposedtobethebest.

Themajorpointforthisdesignistofixthepumpparameter.Thesizeoftheentranceandexitofthepumpisconsideredtoidentifytheefficiencyinalltheaspectsofthepump,thusreflectwhetheritsfunctionconformstothestandardornot.Thefollowingisaboutthedesignforthewaterconservancyofthepumpincludingthediskandtheroom.etc.Generallyspeaking,wealwaysadoptthreeequationsforthediscussionabouttheflowingoftheliquidinthepump.

TheyaretheContinuousEquation,theEurollaEqutionandtheBanulyEquation.Forthecomplicatedcalculationprocedure,IadopttheClanguagetoorganizetheprocedure.Astothegraphswhicharehardtodescribeclearlywiththewrittenlanguage,Iadopttheprofessionaldrawingsoftwaretodrawthepicturestomakethestructureofthecomponentsmoreocular.

Forthesakeofthereliabilityofthisdesign,afterdesigningtheboilerwaterconservancyofthewatersupplypump,Ialsocalculatethestrengthandchecktheintensityofsomepartsofthepumpincludingthestrengthcalculationoftheaxle,thekey,thejointmachine,thebladeandthebalancedisketc.

Keywords：

theboilerwatersupplypump；thewaterconservancycalculation；thestrengthcalculation.

第1章绪论

泵是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。

泵用来增加液体的位能、压能、动能。

原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功，使其能量增加，从而使需要能量的液体，由吸水池经泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方。

离心泵作为一种通用机械，已经在国民经济的各个部门得到广泛应用。

在人们的日常生活中，如城市生活用水的供输；冬季采暖系统的热水循环；卫生设备的热水供应；小型工业锅炉的给水；乃至蒸发量几百斤的小型锅炉的给水等，样样离不开离心泵。

在农业生产中，大口井的提水，农田的灌溉和排涝。

从江河湖泊取水的水泵站等大多使用离心泵作为动力设备。

在石油化工部门，大量使用各种类型的离心泵输送酸、碱、盐溶液，原油、石油液态制成品，及其他液体化工原料。

在一个中型化工厂中，就有几十台离心泵在工作，而长距离的输油管路也有十几台甚至几十台离心泵日以继夜地不停地运转。

冶金系统的钢铁厂用离心泵做冷却水泵，矿山的坑道用多级离心泵排除积水。

此外，如水利采煤系统的供水，造纸厂地纸浆输送，城市污水站的污水输送，以及机械制造厂地供水等，也都离不开离心泵。

在电力生产中，火力发电厂都使用大量的离心泵作为动力设备。

总之，离心泵的使用面广，数量大，对人类的生活和国民经济起着越来越重要的作用。

因此，研究离心泵的结构和其他理论，直接关系到整个国民经济的社会效益和经济效益。

根据泵轴方向、壳体结构、叶轮级数、吸入方式等，把离心泵分成若干类。

按叶轮级数分类：

叶轮是离心泵最重要的部件，它起着能量的传递作用。

但由于结构、材料加工工艺等条件的限制，每一个叶轮能提供供给液体的能量是有限的。

换言之，每个叶轮所产生的扬程不可能任意增大，即使提高叶轮转速，增大叶轮直径也不能完全满足工程要求。

如我国第一台300MW汽轮发电机组锅炉给水泵的压力为23830KPa，这样高的扬程，一级叶轮是较难达到的，因此就出现了多个叶轮串联，使液体的能量通过每一个叶轮时逐级增加，最后达到要求的数值，这就是多级离心泵。

（1）单级离心泵

单级离心泵只有一个叶轮，由于只有一个叶轮，其扬程不可能太高，在通常的转速下，最大扬程约达100纸150水柱。

如提高泵的转数和叶轮的外径，则一个叶轮虽能产生较大的扬程，亦不能完全满足要求。

（2）多级离心泵

多级离心泵的特点是在同一根轴上装有两个以上的叶轮，并具有前后相联系的泵壳。

一般多级离心泵的级数，少则两级，多则可达十几级。

由于多级离心泵工作时，液体依次通过一系列叶轮，并且每流过一级叶轮液体的能量就增加一次，故多级离心泵的扬程可高达2000－3000m的水柱,甚至可以超过3500m水柱。

火力发电厂中的锅炉给水泵，大多数采用多级离心泵。

本次设计由于题目要求的扬程较小，采用的离心泵为单级单吸离心泵。

本次设计的特点是在于一定要满足使用要求还要考虑经济可行性。

第2章国内外离心泵理论与设计方法研究概况

2.1理论及内部流动计算回顾与现状

著名数学家列奥那得·欧拉（LconardoEuler,1707–1783）是第一位试图从理论上阐明叶片式水力机械（水轮机和叶片泵）中流动机理的学者。

他在一些假设条件下推得了著名的叶片泵欧拉方程。

（2–1）

该方程建立了泵的理论扬程与叶轮前后流体运动参数之间的定量系，250年来，一直是叶片泵设计的理论基础。

因此，欧拉方程也称为叶片泵的基本方程。

虽然叶片式泵中的真实流动都是三维空间中的流动，但为了简化，早期的研究把流体在叶轮流道中的流动看作是流体微团沿着叶轮流道中心线的运动。

根据这一假设，建立了叶片式机械的一元流动理论，亦称微元流速理论。

欧拉理论和一元理论虽引进了一些假设，存在一定的局限性，但到目前为止，以经验数据修正了的欧拉理论和一元理论仍然是计算中、低比速叶片式水里机械叶轮和导叶的基础。

弗伦茨·普拉希尔（1857–1929）于1903年从速度的概念出发，提出了轴对称流动理论，1906年，H．洛伦兹根据流体工作场的概念提出了叶片式机械二维流动理论。

二元理论认为叶轮内轴面速度沿着过水断面是不均匀的，即轴面液流位为二元流动。

虽然二元理论较一元理论更为科学，更接近真实流动状况，但一元理论实际应用并不多，仅适合于设计高比速混流泵叶片相混流式转轮。

我国学者吴仲华教授曾对叶轮机械内二元流动的理论和计算做出过历史性的奠基工作。

1952年，吴仲华突出了著名的叶轮机械两类相对刘冕（SI流面和S2流面）的普通理论，把一个复杂的二元流动问题分解成两类二元流动问题来求解，使数学处理和数值计算大为简化。

对离心泵叶轮而言，SI流面就是叶片–叶片面（blade–to–bladesurface）,S2流面就是前盖板面（hub–to–shroudprofile）。

一般而言，SI流面并非是任意旋成面（或称回转面），该曲面可能是扭曲的。

S2流面也可能根本不包括任何径向线或直线，它们都是较复杂的空间曲面。

在计算中，一类流面的正确解往往需要以来于另一类流面得出的解，这样两类流面上的解都是相互作用的，需要不断地进行相互迭代，直至收敛到给定的精度。

对于叶轮内粘性流动而言，这种迭代过程既繁复而又冗长。

因此，两类相对流面的概念主要适用于无粘性流场测试较困难以及计算机技术的迅速发展，叶轮内部流动数值模拟的研究相当活跃。

一般来说，离心叶轮内的流动是三绝的湍流运动。

叶轮的旋转和表面曲率应以及随之而来的哥式力和离心力，使叶轮内的流动及其复杂，并常伴有流动分离、二次流和尾迹流等。

目前，旋转叶轮内部流动计算方法大致分为三类：

（1）三元无粘性流或势流预测方法，即假定整个流场是无粘性的或有势的。

自1952年吴仲华教授提出叶轮机械二元流动理论以来，直到70年代之前，这种无粘性流动或势流计算方法始终占了统治地位，Adler曾对此做过很好的综述，总的来说，此法已基本成熟和完善。

（2）分区计算法，即把整个流场划分成不同的区域分别作粘性流或无粘性流处理。

其经典的研究方法就是边界层理论，其代表性例子有Mooer等人采用的射流－尾迹计算模型（Jet－wakeflowmodel）。

陈次昌把Mooer对旋转水槽的研究方法退到离心泵并进行了实验验证。

由于无粘性流动模型仅对轴流式机械较为适用，而完全粘性的二元流动计算需要花费大量的计算机内存和计算时间，在目前的计算机发展水平上仍是相当困难的。

因此，这种分区计算方法就显得既实用又相对合理，因而被广泛应用于工程实践。

（3）离心叶轮通道的万泉粘性方法。

它把N－S方程（Navoer－Skotescquations）。

在整个流场中作为同一区域出发进行求解方程，并以有效粘性系数代替粘性系数以考虑湍流运动，这类方法具有代表性的有Khalil和Martelli等提出的方法