毕业设计（论文）-LX125-80-15螺旋离心泵的设计.doc

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摘要

螺旋离心泵简称螺旋泵，是一种具有极好地无堵塞、无缠绕与损伤少的新型杂质泵。

主要应用于冶金、矿山、煤炭、电力、石化、食品、造纸等工业部门以及污水处理、港口河道疏浚等行业。

本文根据LX125-80-15螺旋离心泵的系统参数及要求。

首先，通过对螺旋离心泵的现况及类型原理进行了分析并拟定设计方案；接着，对主要零件包括，叶轮、泵壳、泵轴和通用件等进行了设计与选择计算；然后，对主要零部件的强度进行了校核；最后，绘制系统2D装配图和主要零件图并进行3D造型设计。

关键字：

螺旋离心泵；叶轮；轴；设计

Abstract

Screwcentrifugalpumpisakindofnewtypeofpumpwithnoblockage,nowoundandlessdamage.Mainlyusedinmetallurgy,mining,coal,electricpower,petrochemical,food,paperandotherindustrialsectors,aswellassewagetreatment,portriverdredgingandotherindustries.

AccordingtothesystemparametersandrequirementsofLX125-80-15screwcentrifugalpump.Firstofall,throughtheanalysisofthecurrentsituationandtypeofthescrewcentrifugalpump,thedesignschemeisproposed.Then,themainpartsincludethedesignandselectionofthemainparts,suchasimpeller,pumpcasing,pumpshaftandgeneralparts,andthencheckthestrengthofthemainparts.Finally,the2Dassemblydrawingsandthemainpartsofthesystemaredesigned.

Keywords:

Screwcentrifugalpump;Impeller;Shaft;Design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2螺旋离心泵概述 1

1.2.1结构特点及工作原理 1

1.2.2砂石泵的主要零部件 2

1.2.3砂石泵的发展 3

1.3螺旋离心泵的国内外研究形状 3

1.3.1国外研究现状 3

1.3.2国内研究现状 4

第二章总体设计 5

2.1设计要求 5

2.2方案的确定 5

2.3原动机的选择 5

2.4水力设计 6

第三章　主要零件的设计与选择计算 8

3.1叶轮设计 8

3.1.1叶轮主要参数的确定 8

3.1.2背叶片的设计 15

3.2泵轴的设计 16

3.3压水室设计 17

3.3.1涡形体各断面面积内的平均速度 17

3.3.2舌角的计算 17

3.3.3基圆直径 18

3.3.4叶片厚度的确定 18

3.4主要通用零部件的选择 19

3.4.1轴封结构的选择 19

3.4.2轴承部件的选择 19

3.4.3联轴器的选择 20

第四章主要零件的强度计算 21

4.1泵体的强度计算 21

4.2叶轮强度计算 21

4.2.1盖板强度计算 21

4.2.2叶片厚度计算 22

4.2.3轮毂强度计算 22

4.3泵轴的强度校核 23

4.3.1泵轴的强度计算 23

4.3.2泵轴的刚度校核 23

4.4键的校核 23

4.4.1键的选择 23

4.4.2键联接强度计算 23

4.5轴承的校核 24

总结 26

参考文献 27

致谢 28

28

第一章绪论

1.1研究背景及意义

20世纪60年代，瑞士MartinSthale发明了装有螺旋型叶轮的螺旋式离心泵并用于港口输送活鱼。

由于它将螺杆泵与离心泵的优点融合为一体，充分发挥了两者的优势，到20世纪80年代初，已有两千多台螺旋离心泵在世界各大渔港的输送系统中投入使用。

螺旋离心泵不仅能够安全可靠稳定地运行，而且其效率也是普通离心式杂质泵和旋流式杂质泵难以比拟的。

早期国内引进此泵后，主要应用于造纸，海藻化工和捕捞行业。

随着无堵塞泵理论研究的进展与应用领域的不断拓展，螺旋离心泵已广泛用于输送蔬菜、水果、低中浓纸浆、绒状物、含泥沙水、及其它含高浓度杂质的浆液等，并且突破了杂质泵的使用范围，在航空航天领域也发挥了一定作用。

随着科学技术的发展，泵输送固态物质的应用领域日益扩大，高品质的泵就应该被推广应用，而螺旋离心泵就是一种具有极好地无堵塞、无缠绕与损伤少的新型杂质泵。

主要应用于冶金、矿山、煤炭、电力、石化、食品、造纸等工业部门以及污水处理、港口河道疏浚等行业，该泵有两个主要要求：

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。

它的叶轮结构为螺旋离心式的。

由于目前用泵输送的固液两相流，对固体物质的输送要求越来越高，比如，对固体物料要求无损性好，物料的通过率高，泵的效率高，无过载现象等等。

而螺旋离心泵的螺旋式叶轮，正是集中了这些优点于一身，目前螺旋离心泵已经在很多工业企业中得到应用，并在很多的系统工程中起着举足轻重的作用。

因此，螺旋离心泵的结构设计是一个应用前景和市场前景都非常好的研究项目。

1.2螺旋离心泵概述

1.2.1结构特点及工作原理

螺旋式离心泵的基本结构如图1所示。

其最主要的部件是螺旋离心式叶轮，最常用的螺旋离心叶轮有单叶片和双叶片两种形式。

在运行过程中，螺旋部分起到了容积泵的作用，将吸入壳体中的物料沿轴向推进至离心部分，再通过离心部分排出。

因此，这种泵是容积泵和离心泵的组合。

图1-1螺旋离心泵结构简示意

它的工作原理：

流体在高速旋转的叶轮作用下被吸入泵腔，叶轮由螺旋段和离心段两部分组成，螺旋部分提供一个正向的位移推力，此力在轴向的延伸处形成一种弯转的分力，使入口处的水流沿着叶轮的切线方向而不是与叶轮成直角作用下被吸入泵腔，叶轮由螺旋段和离心段两部分组成，螺旋部分提供一个正向的位向而不是与叶轮成直角或某一角度进入泵体。

螺旋部分的轴向推力使水流平稳前进，直至离心部分，再由离心部分推送水流从出口排出。

与一般的普通杂质泵和旋流泵相比，螺旋离心泵具有以下优点：

无堵塞性能好；无损性能好；效率高，且高效区宽广；功率曲线平坦；良好的调节性能；泵的吸入性能好；具有优良的抗汽蚀性能；腐蚀小，过流部件寿命长；理想的噪声特性。

1.2.2砂石泵的主要零部件

泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。

泵吸水室位于叶轮前面，其作用是把液体引向叶轮。

有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。

压水室位于叶轮外围，其作用是收集从叶轮流出的液体，送入排出管。

压水室主要有螺旋形压水室（涡壳）、导叶和空间导叶三种形式。

叶轮是泵最重要的工作元件，是过流部件的心脏。

叶轮由盖板和中间的叶片组成。

根据液体从叶轮流出的方向不同，叶轮分为径流式、混流式和轴流式三种型式。

径流式叶轮—液体流出叶轮的方向垂直于轴线，即沿半径方向流出；混流式（包括斜流式）叶轮—液体流出叶轮的方式倾斜于轴线；轴流式叶轮—液体流出叶轮的方向平行于轴线，即沿轴线方向流出。

泵的类型：

泵可以分为叶片式泵（动力式泵）、容积式泵和其它类型泵三大类。

所谓叶片式泵，是依靠叶轮在壳体中旋转，通过流体动力参数的变化把能量传给液体的机械。

叶片式泵的简单分类如下：

（1）离心式（装径流式叶轮）

1）单吸（叶轮一面进水）

2）双吸（叶轮两面进水）

（2）混流式（装混流式叶轮）

（3）轴流式（装轴流式叶轮）

（4）单级（装一个叶轮）

（5）多级（装多个叶轮）

1.2.3砂石泵的发展

砂石泵具有输送各类杂质、浆料和固体物料无堵塞、不损伤等良好功能，故在一些生产部门拥有广泛的推广应用前景和显著的经济效益。

由于砂石泵具有很多优点，因此，今后我国的需求量将持续增长，并有以下主要发展趋势。

（1）发展多功能多用途砂石泵

我国砂石泵的形式和外国著名的砂石泵生产厂的产品相比还不够多，如带有切割装置的泵、多级泵、抽送腐蚀性介质的砂石泵等生产的还很少，然而其市场的需求量又很大，因此，具有很好的发展前途。

（2）开发高可靠性机械密封

机械密封是砂石泵的关键部分，采用两道单端面机械密封，这样介质的压力可以作用到端面，泄漏方向为内流型，这些都是有利的，但结构稍复杂。

在油室内装双端面机械密封，两侧的端面应采用不同的结构型式，使介质的压力能作用到下侧的端面上，否则只靠弹簧力，密封端面的反推力易使端面打开。

因此，还应进一步在结构和材料方面进行研究，提高其可靠性和寿命。

（3）新材料新技术新工艺等将逐步应用

普通泵已使用不锈钢、氟塑料（F46）、衬塑、衬胶、喷涂陶瓷等，所有这些材料应当尽快应用到砂石泵上，扩大砂石泵的应用领域。

而计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等新技术、新工艺的应用也势在必行。

事实证明，新技术、新材料、新工艺的应用，不但解放劳动生产力，而且还可以保证产品质量稳定可靠。

1.3螺旋离心泵的国内外研究形状

1.3.1国外研究现状

20世纪60年代初，为了解决秘鲁沿岸鱼类加工厂活鱼保鲜输送问题，瑞士工程师MartinSthale发明了带有螺旋型叶轮的泵，由于该泵融合了螺旋泵和离心泵两者的优点，所以被称为螺旋离心泵。

此泵先后获得秘鲁、美国和西德等国的专利，随之马丁先生又建立了瑞士海斯特股份有限公司并任集团总裁。

此后，马丁先生便致力于螺旋离心泵的进一步开发研究，在泵送活鱼的应用基础上，将其由原来的鱼泵发展为多品种、多系列螺旋离心泵，并不断扩大其应用领域，目前，该系列产品已成为复杂介质泵送领域的重要输送设备。

德国HidrostalGmbh和KSB公司也已经开发出该泵的系列产品。

英国Sigmund、日本荏原、久保田、太平洋机工、石川岛播磨重工业等公司都相继开发出这种泵的系列产品。

由于螺旋离心泵用途与结构的特殊，直到20世纪80年代才见到国外公开发表的研究成果，目前国外已有成熟的产品，德国、美国、日本和英国的公司已相继开发出这种泵的系列产品。

但其中关于他们的文章大多都是产品介绍，而有关泵的研究和设计方面的文章很少见。

1.3.2国内研究现状

国内对螺旋离心泵的设计研究起始于20世纪90年代，朱荣生、关醒凡根据多年的研究成果提出了一套确定螺旋离心泵叶轮几何参数的经验公式，并且用运包角变换法对叶轮进行了绘形，以此用于产品开发；陈红勋、朱荣生认为与普通离心泵一样，螺旋离心泵的设计关键主要在叶轮，而叶轮设计的关键则是要找出叶轮结构参数与螺旋离心泵性能参数之间的定量关系，这种定量关系的建立需要从理论与实践两方面入手，他们以两种不同方法对叶轮的结构参数进行了定义，并在此基础上提出这些结构参数的确定方法；厉浦江介绍了螺旋不堵塞泵的叶轮、泵体的设计方法，并通过实例对设计方法进行了验证；刘自贵等介绍了国外螺旋离心泵的科研概况以及他们所作的变速运行结果，提出了较为实用的设计方法；赵天成等介绍了在两相流泵设计中两相流动的最低极限速度的选择与确定原则，讨论了固体颗粒对叶轮泵壳内流动特性的影响，提出了两相流泵最