离心泵课程设计.docx
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离心泵课程设计
第一章绪论1
1.1离心泵概述1
1.1.1用途1
1.1.2泵的分类1
1.2离心泵主要部件及结构形式2
第二章离心泵的工作原理4
2.1离心泵的工作原理4
第三章总体方案的确定5
3.1设计要求5
3.2方案的确定5
3.2.1离心泵的选择5
3.2.2原动机的选择7
第四章叶轮的设计8
4.1概述8
4.2叶轮设计计算9
4.2.1确定泵进出口直径9
4.2.2气蚀计算10
4.2.3比转数10
4.2.4确定效率10
4.2.5功率11
4.2.6确定叶轮的主要尺寸11
第五章主要通用零部件的选择13
5.1正确选用主要通用零部件的重要性13
5.2轴封结构的选择13
5.2.2离心泵常用的填料13
5.2.2填料密封结构尺寸的确定13
5.2.3填料密封的安装技术要求15
5.3轴承的选择15
5.3.1轴承的润滑及结构选择16
5.3.2轴承安装时应注意的几个问题16
参考文献17
结束语错误!
未定义书签。
附录19
第一章绪论
1.1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、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。
1.1.1用途
农业灌溉和排涝，城市给水排水；动力工业中锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；采矿工业的矿山排水泵、水砂充填泵；石油工业中泥浆泵、注水泵、深井才有泵、输油泵、石油炼制泵等；化学工业中耐腐蚀泵、比例泵、计量泵。
1.1.2泵的分类
泵：
通常把提升液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。
（1）叶片泵：
利用叶片和液体相互作用来输送液体，如离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。
2）容积泵：
利用工作容积周期性变化来输送液体，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。
（3）其它类型泵：
只改变液体位能的泵，如水车；或利用流体能量来输送液体的泵，如射流泵、水锤泵等。
3
流量在5~20000m3/h，扬程在8~2800m范围内使用离心泵比较合适。
优点：
效率高、体积小、重量轻、转速高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修等。
缺点：
启动前需要灌泵、液体粘度对泵性能有较大影响。
1.2离心泵主要部件及结构形式
离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：
叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函。
1、叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。
叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。
2、泵体也称泵壳，它是水泵的主体。
起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。
3、泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。
4、轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热。
滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。
太多油要沿泵轴渗出并且漂失，太少轴承又要过热烧坏造成事故！
在水泵运行过程中轴承的温度最高在85℃一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理！
5、密封环又称减漏环。
叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！
间隙过小会造成叶轮与泵
2
壳摩擦产生磨损。
为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之
间为宜。
6、填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。
填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。
始终保持水泵内的真空！
当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却！
保持水泵的正常运行。
所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！
在运行600个小时左右就要对填料进行更换。
7、轴向力平衡装置在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。
离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方：
1、按叶轮吸入方式分：
单吸式离心泵
双吸式离心泵。
2、按叶轮数目分：
单级离心泵
多级离心泵。
3、按叶轮结构分：
敞开式叶轮离心泵
半开式叶轮离心泵封闭式叶轮离心泵。
4、按工作压力分：
低压离心泵
中压离心泵
高压离心泵边
立式离心泵。
第二章离心泵的工作原理
离心泵之所以能把水送出去是由于离心力的作用。
水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水快速旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。
水源的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。
这样循环不已，就可以实现连续抽水。
在此值得一提的是：
离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则泵体将不能完成吸液，造成泵体发热，震动，不出水，产生“空转”，对水泵造成损坏（简称“气缚”）造成设备事故。
2.1离心泵的工作原理
如图2-1，叶轮安装在泵壳2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动。
泵壳中央有一液体吸入4与吸入管5连接。
液体经底阀6和吸入管进入泵内。
泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。
在离心泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。
在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。
在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。
液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压
力，液体便被连续压入叶轮中。
可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被
吸入和排出。
第三章总体方案的确定
3.1设计要求
用泵输送某溶液，该溶液密度869kg/m3，粘度0.675103Pas，输送流量
6.3m3/h。
输送高度差为10m。
试设计一单级离心泵，完成生产任务。
3.2方案的确定
设计管件有：
90℃弯头4只，底阀1只，标准截止阀2只，闸阀1只；管路内径为50mm；管路总长20m；
3.2.1离心泵的选择
扬程的计算：
设液面和出口分别为
I－I和II－II
根据
Z1P1
2
u12H
2g
Z2
2p2u2g2g
hf
2-1）
其中，u10，u2
6.3
4d2
3.140.0523600
4
0.89m/s
P1P2，Z10,Z210m
管道内溶液流动状态为
Re
du
0.050.89869
0.67510
5.73104
假设管道是度锌钢管，由附录表1管材的绝对粗糙度可知其绝对粗糙度为
0.12较小
0.12
50
0.0024
根据附录图1-莫迪图查阻力系数约为
0.026，则沿程阻力损失和局部阻力损
失为
hf
le
2g
0.026
20
41.1110
26.410.17
0.05
0.892
29.8
1.51m
2
u2
2g
2
0.892
101.51
29.8
12.30m
HZ2
hf
由附录表2-IS型离心泵性能参数选择均能满足流量（6.3m3/h）和扬程
12.30m）要求的离心泵为IS50-32-160。
型号
IS50-32-160
流量Q
扬
程
H（m）
转速N（r/min）
功率
（KW）
效
率
（%）
叶轮名
义直径
（mm）
3
（m3/h）
（l
/s）
轴
功率
电
机功
率
1.
34.
59
44
7.5
2.
3
2.
2
5
12.5
083.47
32
2900
02
.2
4
160
15
4.17
29.
2.
5
6
16
6
1.
13.
0.
3
04
25
5
3.57
1.
1
0.
0
4
6.3
75
12.
1450
29
.55
8
160
7.5
2.
5
0.
4
12
08
31
9
IS型离心泵性能参数
量
（m）
.0
2.0
2.5
.0
.0
.5
蚀余
3.2.2原动机的选择
根据泵的实际工作要求，选用电动机作为原动机，电动机转速选择
n1450r/m,故传动比
n,2200r/min，用三角皮带传动，因给定泵的转速
in/n2200/14501.52。
功率计算：
泵输出功率：
3
NeSm3Q6H7m
2.651036.312.3
0.56kw
367
式中：
Sm
介质密度kg/m3
Q——流量（m3/h）
Hm
扬程（m）
泵的输入功率：
NNe0.561.17km
0.48
式中：
泵效率，
0.48
原动机功率：
NoN1.171.3kwo10.90
式中：
1—三角皮带传动效率
由附录表3-传动效率，选1=0.90
因此，电动机选择转速为n,2200r/min，功率为12KW的电动机。
第四章叶轮的设计
4.1概述
叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能主要增加静压能。
叶轮一般有6~12片后弯叶片。
叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图2－2所示。
开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。
一般的离心泵叶轮多为此类。
叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。
有一个进水口的是单吸，可以从两面一起进水的为双吸。
4.2叶轮设计计算
4.2.1确定泵进出口直径
1、泵进口直径：
根据附录表5泵的吸入口径流速和流量的关系，选vt1.77m/s
DS
4vQt
40.00175
3.141.77
0.063m
DS63mm，取65；
2、泵的进口直径：
根据经验公式Dt0.7
1.0Ds
选Dt0.77Ds
则，Dt50mm
3、泵进口速度：
4、泵出口速度：
4Q
v12
Ds2
40.00175
0.06523.140.53m/s
4Q
v22
Dt2
40.00175
2
0.0523.14
0.89m/s
4.2.2气蚀计算
1、泵安装高度：
hg10.3320.5
7.83m
2、泵的气蚀转速：
选NPSH2.0m
3.65nQ
3
NPSH4
3.6514500.00175
3
24
132
4.2.3比转数
ns
3.65nQ
H34
3.6514500.00175
34
12.334
21.6
4.2.4确定效率
1、水力效率：
10.0835lg3Qn
10.0835lg30.00175
1450
0.84
2、容积效率：
1
23
10.68ns23
3、圆盘损失效率：
10.68
0.84
m1
1
21.623
1
0.07ns110076
0.07176
21.6/10076
0.86
5、机械效率：
假设轴承、填料损失为2%
总效率：
则，m0.84
hmv
0.840.840.86
0.59
轴功率：
P10g0Q0H
8699.80.0017512.310000.59
计算配套功率：
P,
0.31kw
KP，由附录表4原动机余量系数，取K=1.2
P,1.20.31
0.37kw
10
4.2.5功率
P
1、扭距：
Mn9.55103
n
9.55
103
0.37
1450
2.44N/m
2、最小轴径：
选
350105N/m2
30M.2n
2.44
3
0.2350103
7.1103m
所以，最小轴径取10mm。
4.2.6确定叶轮的主要尺寸
1、进口当量直径：
选K03.54
Do
3.543
0.00175
1450
0.0377m所以，进口当量直径为38mm2、叶轮进口直径：
由结构定，dh0
D1D0dh
38
02
11
38mm
3、叶轮的出口宽度：
Kh2
0.641n0s0
0.64
21.6
100
0.179
b2
0.00175
0.1793
1450
3
1.91103m
所以，叶轮的出宽度取为5mm
4、叶轮外径：
KD2
9.351n0s0
9.35
21.6
100
93
D2
KD23n
9330.00175
1450
990mm
5、叶片出口角：
取2400
6、叶片数：
取D1
0.2D2200mm，
300
6.5D2
D2
D112
sin
D12
990200300400
6.5sin
9902002
5.6
12
所以，叶片数为6片
第五章主要通用零部件的选择
5.1正确选用主要通用零部件的重要性
现代大部分机械设备中有相当部分是通用零部件。
也就是说通用对于现代机械来说，是非常重要的也是必不可少的部分。
通用零部件关系着机械产品的加工制造效率和经济效益。
因为合理的通用零部件的选择可以方便产品的组装和使用后的维修工作。
特别是标准化后的零部件对于主要零件的设计、标准件的选购以及方便用户使用维修方面更是具有非常重要的意义。
5.2轴封结构的选择
5.2.1离心泵常用的填料
1、用石墨或黄油浸透的棉织调料，用于低压离心泵输送常温清水。
2、石墨浸透的石棉填料，在中等温度及压力下使用。
一般输送液体的温度低于250℃，压力小于10kg/cm2，最大压力不小于18kg/cm2。
最高温度为400℃。
5.2.2填料密封结构尺寸的确定
在已知轴径或轴套直径后，可按水泵行业标准选用填料压盖，填料套，
填料环，长扣螺栓和螺母等。
填料可取4～6圈，如果没有行业标准，填料函的主要结构尺寸可按下列步骤确定。
13
图5.1填料函结构1．填料宽度Smm
S1.4~1.8d
式中：
d——轴或轴套直径
所以：
S1.4~1.810
4.4~5.7
取S5mm
2．填料高度H（mm）当液体压力P≤10kg/cm2时H=（5～7）S
=25～35取H=30mm3．填料压盖高度h（mm）h=（2～3）S
=10～15取h=14mm4．压入填料函体内的填料压盖长度b（mm）b=（0.5～1）S
=2.5～5取b=5mm
14
5．填料压盖螺栓长度L应保证在填料函体内装满填料时不需加盖就就能拧上螺母
6．填料压盖螺栓直径dd可按下表选取：
表5.1螺栓直径系列
轴或轴套外
径
20～25
30～35
40～75
80～100
螺栓直径
M6
M8
M10
M12
所以螺栓直径选取为d=M107．填料压盖厚度a（mm）a=（0.7～1.0）d
=3.5～5取a=4mm
5.2.3填料密封的安装技术要求
1．切割填料时，最好将它绕在与轴外径相同的圆棒上切割，以保证尺寸准确和切口平行、整齐、无松散的石棉线头，并成30度角。
装填料时填料接头必须错开，一般交错120度。
2．在安装时应注意使填料对准水封环，以免填料添死水封环，使水封失去作用。
3．在液体温度超过105℃或吸入压力大于8kg/cm2时，对填料函体应进行冷却，并采用水冷填料压盖。
4．为保证填料函的密封性能，对填料函应进行水封，一般用自来水或从泵吐出口引水即可。
5.3轴承的选择
轴承是支撑离心泵转子的部件，承受径向和轴向载荷，在离心泵中应用较多
15的是滚动轴承。
滚动轴承的优点是：
轴承磨损小，轴或转子不会因轴承磨损而下沉很多。
轴承间隙小，能保证轴的对中性，互换性好，维修方便，磨损系数小，泵的启动力矩小，轴承的轴向尺寸小，缺点是担负冲击的能力较差，在高速时易有噪音，安装要求准确，滚珠的工作能力随滚珠分离圈线速度的增加而减小。
总的来说，滚动轴承的优点远远超过缺点，所以，逐渐在各种机械中广泛使用。
5.3.1轴承的润滑及结构选择
由于设计选用的轴承必须能够同时承受轴向载荷和径向载荷，故选用向心推力轴承，经计算拟选单列圆锥磙子轴承。
滚动轴承能否正常工作，与轴承的润滑情况密切相关，一般来说，被输送介质在80℃以下，转速在2900r/min以下的泵，可以采用脂润滑，此次设计的离心泵转速为1450r/min，常温下输送介质，故采用脂润滑，润滑脂选用锂基润滑脂SY1412-75的2#或3#。
5.3.2轴承安装时应注意的几个问题
（1）与内圈一起旋转的轴，一般采用过渡配合，js6，k6。
（2）安装时预热轴承内圈不允许超过120℃。
（3）装轴承处的轴面最好淬火处理，以免拆卸时将轴擦伤。
（4）与外圈配合的轴承体可采用过渡配合或间隙配合。
16
参考文献
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17
结束语
此次设计任务，从开始查找资料、小组讨论到设计基本完成，深切体会到集体力量的重要性。
一个人的力量是有限的，在小组成员的互相讨论中，才能更好的完善此项设计。
通过此次课程设计，暴露出许多薄弱环节，比如基础知识的不牢固。
许多知识都已模糊，并且无法灵活应用，但经过这次课程设计又重新回忆和掌握起来。
另外，学校可供参考和利用的资料较少，以至于在设计过程中遇到难题时难以获得参考和得到解答，浪费不少时间。
这次课程设计让我及小组成员不仅仅掌握了离心泵的工作原理以及设计步骤与方法，锻炼了协作能力，同时提高了分析和解决问题的能力，受益匪浅。
18
附录
表1：
管材的绝对粗糙度
表2：
IS型离心泵性能参数
IS型离心泵性能参数
型号
流量Q
扬程
H（m）
转速N
（r/min）
功率（KW）
效率
（%）
叶轮名义直径（mm）
汽蚀
余量
（m）
3
（m3/h）
（l/s）
轴功率
电机
功率
7.5
2.08
22
0.96
47
2.0
IS50-32-125
12.5
3.47
20
2900
1.13
2.2
60
130
2.0
15
4.17
18.5
1.26
60
2.5
IS50-32-125A
11.2
3.1
16
2900
0.84
1.1
58
116
2.0
7.5
2.08
34.3
1.59
44
2.0
IS50-32-160
12.5
3.47
32
2900
2.02
3
54
158
2.0
15
4.17
9.6
2.16
56
2.5
IS50-32-160A
11.7
3.3
28
2900
1.71
2.2
53
148
2.0
IS50-32-160B
10.8
3
24
2900
1.41
2.2
50
137
2.0
19
7.5
2.08
52.5
2.82
38
2.0
IS50-32-200
12.5
3.47
50
2900
3.54
5.5
48
198
2.0
15
4.17
48
3.95
51
2.5
IS50-32-200A
11.7
3.3
44
2900
3.16
4
45
186
2.0
IS50-32-200B
10.8
3
38
2900
2.60
3
43
173
2.0
7.5
2.08
82
5.87
28.5
2.0
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