MD150-505型多级离心泵设计毕业论文.docx

MD150-505型多级离心泵设计毕业论文.docx

《MD150-505型多级离心泵设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MD150-505型多级离心泵设计毕业论文.docx（62页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

     MD150-50*5型多级离心泵设计

摘要

随着我国矿业的蓬勃发展，矿用排水泵的需求量不断增大，同时国家紧抓矿井安全生产，对矿用排水泵的各项性能提出了更严格的要求。

针对上述情况，在上海福思特流体机械有限公司的帮助下，设计完善D280-65型多级离心泵，用速度系数法进行水力设计，对轴、叶轮、导叶等重要部件进行强度校核，并完成图纸的绘制。

该型多级离心泵在兼顾高效率、低功耗的前提下能够满足高扬程，大流量的实际需求，对同类型离心泵的设计具有一定的参考价值。

关键词：

多级离心泵，速度系数法，叶轮，强度校核

Abstract

 Withthevigorousdevelopmentof the miningindustry ofChina,miningdrainagepumpdemandisincreasing. Moreover,as thegovernmentpays moreattentiontothesafetyinmining production, amorestringentstandard hasbeencarriedout ontheperformanceoftheminedrainagepump. Inordertomeettheneedsofthedomesticmarket,D280-65typemulti-stagecentrifugal pump hasbeen designed,with thehelpoftheShanghaiFirstFluidMachineryCo.,Ltd.Themaincontents ofthisdesign includethe hydraulicdesign basedonthe velocitymodulusmethod andstrength checkoftheimportantparts,suchas theshaft,impeller,andguidevane. Besides,thedesigndrawings havebeencompleted. Thistypeofmulti-stagecentrifugalpump, on thepremiseofbothhighefficiencyandlowpowerconsumption, meets theactualneedsof highhead, large flow.What’smore, thedesignprocesshasacertainreferencevalue to the other similar centrifugalpumpdesign.

Keywords：

multi-stagecentrifugalpump, velocitymodulusmethod, impeller，intensitychecking

目录

1绪论       1

1.1课题背景       2

1.2离心泵技术的发展和现状      2

1.3本文研究内容      2

2多级离心泵的结构和设计流程       3

2.1多级离心泵的的工作原理       3

2.2多级离心泵的的结构       4

2.2多级离心泵的设计流程       6

3 D280-65多级离心泵设计计算及强度校核       7

3.1泵的主要参数       7

3.2吸入口径与压出口径的确定       7

3.3部分参数的估算与确定      7

3.4水力设计      10

3.5强度校核      32

4离心泵的操作和管理       40

4.1离心泵的正常操作       40

4.2日常操作与维护       42

4.3离心泵的故障与处理       42

5总结与展望       45

5.1总结       45

5.2展望       45

参考文献       46

致谢       47

1绪论

1.1课题背景

离心泵是一种应用范围十分广泛的通用水力机械，近几年随着中国矿产业的飞速发展，对离心泵的需求也在不断的增大。

在矿井的建设和生产过程中，往往会有从各种渠道来的水源源不断地涌入矿井，影响矿井的安全生产，此时必须有排水设备把涌入矿井的水及时从井下排至地面，而离心泵就担任着这样一个重要角色。

因此，保证矿用排水泵的稳定、可靠、经济的运转对矿井生产有重要意义。

随着采矿业规模的不断扩大，采矿环境越来越趋向于复杂化和多样化。

以煤矿开采为例，我国煤层储存条件比较复杂，煤层埋藏深度大，平均煤层埋藏深度由300m向500m过渡，矿井以年增10m的速度不断加深，而在我国大中型煤矿中，水文地质条件复杂、极复杂类型的煤矿占25.04%，有超过30处大中型煤矿的正常涌水量超过1000m3/h，最高时达4408m3/h。

这都要求矿用排水泵的排水量和扬程不断增大，对泵性能（效率、高效节能）、可靠性等相关方面的要求也相应地增加。

另一方面，国家紧抓矿井安全生产，对矿用排水泵的各项性能提出了更苛刻的标准[1]。

目前常用的国产矿用排水泵都不能很好地同时满足上述要求，而进口泵价格昂贵，并不适合在中小型企业广泛使用。

针对上述情况，学校与利欧泵业有限公司相互合作，借助公司的资源优势和学校的人才优势共同研究，设计开发MD150-50*5型多级离心泵，以满足市场需求。

1.2 离心泵技术的发展及现状

对离心泵技术的研究可以追溯到18世纪，早在1750年著名数学家欧拉就对离心泵内的液体流动进行了理论的分析，为离心泵的发展奠定了理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。

1893年，人们首次发现汽蚀现象，随后对螺旋桨、水轮机和水泵等水力机械的汽蚀问题进行了大量研究。

随着离心泵越来越向高速运转方向发展，汽蚀一直都是离心泵面临的最重要的问题之一[2]。

1938年英国科学家Anderson提出面积比原理设计法，他指出叶轮出口过流面积与泵体喉部面积之比乃是离心泵扬程、效率等性能指标的重要参数。

但直到1963年，R.C.Worster 才从理论上证明了面积比原理的科学性。

传统的设计方法都是建立在一元流动理论基础上的，认为流动参数仅沿流动方向有变化，这与实际情况不相符合。

在20世纪90年代初期和中期，对离心泵二元流动理论和三元流动理论及其设计方法的研究就在一些高等院校和科研单位掀起了高潮，也取得了一定的理论研究成果[3]。

我国的离心泵研究真正开始于20世纪80年代，1997年袁寿其在其论文中对面积比原理设计法进行了理论推导，并通过试验分析得出影响离心泵最大轴功率位置的最关键因素是面积比，而非传统观点认为的叶轮。

我国一直沿用的离心泵水力设计方法是传统的经验设计法-模型换算法和速度系数法。

实践表明，这类方法存在较大的弊端，不利于泵性能进一步提高和改善。

随着计算机技术的发展和应用，人们开始将优化理论应用于离心水泵的设计领域。

但优化设计的数学模型往往不尽完善，在很多情况下与实际问题并不符合，所以常常只做局部优化，进步缓慢。

近年来，随着采用新的优化技术和汲取相近学科的成功经验，泵的优化由局部向整体，由流线向流面、流场，由静态向动态发展。

遗传算法作为一种全新的随机优化方法，遗传算法已广泛地应用于透平机械设计的多个方面，例如遗传算法直接用于气动元件的形状优化设计、超音速喷管的最佳形状、离心风扇的最佳箱体形状等，已发展到可以用来协助计算流体动力学（CFD）方法进行有关流场计算等，并且已渗透到更为复杂的透平机械设计领域。

如采用遗传算法对孤立翼形进行最优化设计，用遗传算法进行航空机翼的优化设计方面的研究；离心压缩机扩压器叶栅正、逆命题设计的遗传算法模型，基于遗传算法的蒸汽透平二维叶片型线自动设计系统，亚音速和跨音速工况下机翼表面的最优压力分布等[4-6]。

对于泵的抗汽蚀问题，当前有一种应用快速摄影和CFD技术对发生汽蚀的离心泵进行研究的，探索降低泵NPSHr的方法。

还有通过控制和分析离心泵进口处的流态来改善离心泵的汽蚀。

在探索泵的初生汽蚀方面，还可以利用小波分析方法对模拟的汽蚀初始信息进行了诊断分析。

另外，也可以通过测试泵出口的压力波动特性对泵的汽蚀进行诊断。

在国外，应用声发射、振动分析等先进实验技术以及拟序涡结构等现代计算方法对汽蚀的研究近几年也逐步兴起并活跃起来[7]。

1.3本文研究内容

通过查阅大量的文献资料并结合厂方客户的需求，我们了解到新型MD150-50*5型多级离心泵可以较好的满足市场的要求，是国内矿用排水泵发展的一个重要分支。

设计与开发MD150-50*5型矿用多级离心泵具有一定的理论意义和重要的工程应用价值，为此，本文的主要研究内容如下：

（1）了解和掌握离心泵的结构、工作原理等；

（2）了解和掌握矿用泵的性能及结构特点等；

（3）根据设计参数进行方案的选择（结构形式及级数的选择等）；

（4）进行叶轮、进水段、出水段、平衡装置、轴等的设计；

（5）主要零部件强度计算及校核；

（6）通用零部件的选择：

轴封结构、轴承部件、冷却系统、联轴器等；

（7）主要零部件加工技术参数的确定；

（8）绘制图纸，离心泵操作与管理；

（9）撰写设计说明书。

2多级离心泵结构、工作原理和设计流程

2.1多级离心泵的工作原理

驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。

液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体输送到工作地点。

1.叶轮2.泵壳3.泵轴4.吸入管5.底阀6.压出管

图2-1  离心泵装置简图

在液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处形成了低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差，吸液罐中的液体在这个压差作用下，不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中，具体如下：

（1）叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。

当流体到达叶轮外周时，流速非常高。

图2-2  离心泵工作原理简图

（2）泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。

（3）液体吸上原理：

依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。

气缚现象：

如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。

这一现象称为气缚。

为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。

这一步操作称为灌泵。

（4）叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。

导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。

这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。

（5）轴封装置保证离心泵正常、高效运转。

离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。

严重时流量为零——气缚。

通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封[8]。

2.2离心泵的结构

多级离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、旋转轴、轴封箱等部件组成，有些离心泵还装有导轮、诱导轮、平衡盘等。

如图2-3所示。