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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）題目： 雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： 2007964221 姓名： 彭志勇 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 文美純 系主任： 周友行
一、 主要內(nèi)容及基本要求
1、了解離心泵的工作原理；
2、了解離心泵機(jī)械密封的的工作原理，并完成設(shè)計(jì)；
3、設(shè)計(jì)并完成離心泵機(jī)械密封的圖紙折合成A0圖紙1張；A1圖紙2張；A3圖紙3張；A4圖紙2張；
4、說(shuō)明書(shū)，要求8000字以上；要求主要零部件設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程；
5、外文翻譯，原文要求在5000字符以上，中文翻譯要求通順；
·
二、 重點(diǎn)研究的問(wèn)題
1、了解泵的工作原理；
2、了解機(jī)械密封的原理以及意義；
3、完成機(jī)械密封的尺寸設(shè)計(jì)。
三、 主要技術(shù)指標(biāo)
1、渣漿泵流量Q=162m3/h； 揚(yáng)程H=78m；
2、轉(zhuǎn)速n=2900r/min；比轉(zhuǎn)速ns=60
3、機(jī)械密封泄漏量：10mm/h； 使用壽命： 1年以上
四、 進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
明確論文題目,查閱資料
1~2周
2
查閱資料并確定軟件
3~4周
3
學(xué)習(xí)制圖軟件
5~6周
4
根據(jù)數(shù)據(jù)開(kāi)始畫(huà)圖
7~8周
5
根據(jù)數(shù)據(jù)開(kāi)始畫(huà)圖
9~10周
6
制圖完工并打印
10~11周
7
撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
11~12周
8
外文翻譯及答辯
13~14周
五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
「1」李鯉，吳兆山，姚黎明《機(jī)械密封的功率消耗試驗(yàn)及測(cè)量方法.潤(rùn)滑與密封》，2006
「2」徐顴.《密封》，2005
「3」顧永泉.《機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)》，2001
「4」顧永泉.《機(jī)械端面密封》，1994
「5」李體軒，侯寶霞?！兑夯蜌怏w注射泵的超高速高壓機(jī)械密封的開(kāi)發(fā)》[J]. 流體機(jī)械，1997
「6」于偉千.深螺旋槽機(jī)械密封理論與性能試驗(yàn)研究:[碩士學(xué)位論文]，1999
「7」E.邁爾.《機(jī)械密封》，1981
「8」李寶彥，李云鵬，張建中等.《泵用機(jī)械密封端面摩擦的研究》[J].石油學(xué)報(bào)，1995
「9」吳宗澤.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.北京:高等教育出版社，2001
「10」關(guān)醒凡. 《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》北京：宇航出版社，1995
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目：雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)：2007964221 ____________
姓 名：彭志勇 ________________
指導(dǎo)教師：文美純(教授)___________
完成日期：2011年 06月03日_
雙吸渣漿泵設(shè)計(jì)及機(jī)械密封設(shè)計(jì)
摘要：泵是應(yīng)用非常廣泛的通用機(jī)械，可以說(shuō)是液體流動(dòng)之處，幾乎都有泵在工作。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，泵的耗電量都約占全國(guó)總發(fā)電量的1/5,可見(jiàn)泵是當(dāng)然的耗能大戶(hù)。因而,提高泵技術(shù)水平對(duì)節(jié)約能耗具有重要意義。離心式渣漿泵廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、冶金、電力、水利、交通等部門(mén)，主要進(jìn)行靜礦、尾礦、灰渣、泥沙等固體物料的水力輸送，但其過(guò)流部件的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，其主要破壞形式為過(guò)流部件洞穿和變形，過(guò)流部件的嚴(yán)重磨損，惡化了泵內(nèi)流動(dòng)特性及外特性，縮短了泵的實(shí)際使用壽命，使生產(chǎn)效率降低，加大耗能和設(shè)備的投資，進(jìn)而影響生產(chǎn)的發(fā)展。因此所設(shè)計(jì)的渣漿泵中采用多葉片數(shù)來(lái)減少單個(gè)葉片的磨損，適當(dāng)?shù)脑黾舆^(guò)流部件的厚度并采用高硬度的耐磨材料來(lái)來(lái)減小磨損，將葉輪入口的后蓋板設(shè)計(jì)為凸出的、由光滑圓弧組成的輪轂頭。采用機(jī)械端面密封使密封面緊密貼合，防止介質(zhì)泄漏，自動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了渣漿泵的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械密封設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:渣漿泵 機(jī)械密封 密封圈
Double suction slurry pump design and mechanical seal design
Abstract:Pump is the most widely used general machinery,it can be said that any liquid flows,almost all of the pumps work,With the development of science and technology, pumping application areas are expanding rapidly,According to national statistics.Pump power consumption accounted for a fifth of the country,we can see that the pump is only natural consumption market.Pump technology will increase the level of energy conservation has a very important significance. The slurry pump is the extensive applying in the coal, mineral mountain, metallurgy, electrical, water conservancy, transportation and so on. It is main to proceed the water power of the static mineral, tail mineral, ash grain, sediment solid material transportation. But its very serious over the abrasion that flow the parts. Its main breakage form is over flow the parts penetrate with transformation. Over serious abrasion that flow the parts，it is worsening the pump inside flows characteristic and outside characteristics, shorting the actual service life of the pump and making production efficiency lower, enlarging consumes the investment of the equipments, and then affecting the development of the production. It adopt many leaf's number to reduce the single abrasion of leaf's slice for this designing slurry pump, also increased combines over the thickness that flow the parts the high degree of hardness in adoption bears to whet the material to come to let up the wear and tear, and empressed an entrance covers plank design as to bulge and smooth hubcap head . This design was detailed to introduce the total construction that slurry pump, the work principle designs with the construction and the mechanical seal.
Key words: Slurry pump, Mechanical seal,Ring
第一章 概論
第一節(jié) 渣漿泵的用途和類(lèi)型
1、渣漿泵的用途
渣漿泵可廣泛用于礦山，電力、冶金、煤炭、環(huán)保等行業(yè)輸送含有磨蝕性固體顆粒的漿體。如冶金選 渣漿泵礦廠礦漿輸送，火電廠水力除灰、洗煤廠煤漿及重介輸送，疏浚河道，河流清淤等。在化工產(chǎn)業(yè)，也可輸送一些含有結(jié)晶的腐蝕性漿體。
目前，渣漿泵的應(yīng)用范圍中，80%左右都是用在礦山行業(yè)選礦廠。由于礦石初選工況較為惡劣，因此在這一工段，渣漿泵的使用壽命普遍較低。當(dāng)然，不同的礦石，磨蝕性也不一樣。
在洗煤行業(yè)，由于工況不同，較大煤塊，煤矸石容易堵塞，對(duì)于渣漿泵的設(shè)計(jì)要求很高。淮北礦務(wù)局下屬某洗煤廠05年采用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的、替代原來(lái)從澳大利亞進(jìn)口的渣漿泵，至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，輸送較大煤塊、煤矸石無(wú)堵塞，使用磨損壽命超過(guò)了國(guó)外進(jìn)口泵。
在海水選砂領(lǐng)域，渣漿泵應(yīng)用也開(kāi)始逐漸被客戶(hù)認(rèn)可。但是在海水里選砂，河道里挖沙，渣漿泵更容易被稱(chēng)為砂泵，挖泥泵。盡管叫法不一，但是從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和泵的性能原理上來(lái)講，都可以通稱(chēng)為渣漿泵。因此在這海水選砂中我們經(jīng)常稱(chēng)為砂泵，在河道清淤里面習(xí)慣上叫挖泥泵。
渣漿泵的用途雖然廣泛，但是正確的應(yīng)用是十分重要的。渣漿泵由于其名稱(chēng)本身的局限性使得一些非本行業(yè)的人對(duì)此產(chǎn)生誤解，事實(shí)上，泥漿泵，雜質(zhì)泵，挖泥泵，清淤泵，等都在渣漿泵的應(yīng)用范圍。在渣漿泵的應(yīng)用過(guò)程中，一定要注意合理的設(shè)計(jì)，正確的計(jì)算，合適的選型，這幾點(diǎn)非常重要。
2、渣漿泵類(lèi)型
渣漿泵從物理學(xué)原理上講屬于離心泵的一種，從概念上講指通過(guò)借助離心力（泵的葉輪的旋轉(zhuǎn)）的作用使固、液混合介質(zhì)能量增加的一種機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換成介質(zhì)的動(dòng)能和勢(shì)能的設(shè)備。渣漿泵的名稱(chēng)是從輸送介質(zhì)的角度來(lái)劃分的一種離心泵。另外渣漿泵從不同角度還可以具體劃分不同類(lèi)型：
（1） 從葉輪數(shù)目劃分：?jiǎn)渭?jí)渣漿泵和多級(jí)渣漿泵
（2） 從泵軸與水平面位置劃分：臥式渣漿泵和立式渣漿泵
（3） 從葉輪吸入進(jìn)水的方式劃分：?jiǎn)挝鼭{泵和雙吸渣漿泵
（4 ）從泵殼的結(jié)構(gòu)方式：水平中開(kāi)式和垂直結(jié)合式
本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇雙吸類(lèi)型的渣漿泵。
第二節(jié) 渣漿泵的密封
渣漿泵的密封有三種形式：填料密封，付葉輪密封，機(jī)械密封。三種密封形式各有優(yōu)劣勢(shì)。
首先填料密封，是最普通的一種密封，是通過(guò)注入軸封水的形式，不斷在填料里面注入一定壓力水，一防止泵體漿體外泄：對(duì)于不適于用付葉輪軸封的多級(jí)串聯(lián)泵，采用填料軸封。填料軸封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格便宜。
其次付葉輪密封，是通過(guò)一個(gè)反向離心力的葉輪作用力，防止?jié){體外泄。在泵進(jìn)口正壓力值不大于泵出口壓力值10%時(shí)的單級(jí)泵或多級(jí)串聯(lián)泵的第一級(jí)泵可以采用付葉輪軸封，付葉輪軸封具有不需軸封水，不稀釋漿體，密封效果好等優(yōu)點(diǎn)。因此在漿體中不允許稀釋的情況下，可考慮此種密封。
再次，機(jī)械密封，一般是對(duì)密封要求比較高的情況使用。特別是一些化工，食品領(lǐng)域，不僅要求密封，而且最主要是不允許加入額外成分進(jìn)入泵體。缺點(diǎn)就是，成本高，維修困難等。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇機(jī)械密封作為渣漿泵的密封形式。
本設(shè)計(jì)選定的基本參數(shù)：流量Q=162m3/h； 揚(yáng)程H=78m； 轉(zhuǎn)速n=2900r/min； 比轉(zhuǎn)數(shù)ns=60。
第二章 渣漿泵基本原理
第一節(jié) 泵的工作原理
泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體能量的機(jī)器。泵用來(lái)增加液體的位能、壓能、動(dòng)能。原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體做功，使其能量增加，從而使需要數(shù)量的液體，由吸水池經(jīng)泵的過(guò)流部件輸送到要求的高度或要求壓力的地方。
如下圖1-1所示,是簡(jiǎn)單的離心泵裝置。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(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),液體在離心力作用下向四周甩出。這種情況和轉(zhuǎn)動(dòng)的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)入泵內(nèi),如此連續(xù)不斷地從A處向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，不能在泵內(nèi)造成一定的真空，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)流量的。
第二節(jié) 機(jī)械密封基本原理
機(jī)械密封是由兩塊密封元件（靜環(huán)和動(dòng)環(huán)）垂直于軸的光滑而平直的表面相互貼合，并做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而構(gòu)成的密封裝置，如圖2-1所示。它是靠彈性構(gòu)件（如彈簧6）和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個(gè)端面緊密貼合，故又稱(chēng)端面密封。
構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有：端面密封副（靜環(huán)1和動(dòng)環(huán)2）、彈性元件（如彈簧4）、輔助密封（如O型圈8、9和10）、傳動(dòng)件（如傳動(dòng)銷(xiāo)3和傳動(dòng)螺釘7）、防轉(zhuǎn)件（如防轉(zhuǎn)銷(xiāo)11）和緊固件（如彈簧座5、推環(huán)13、壓蓋12、緊定螺釘6與軸套14），其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為泄漏點(diǎn)。
圖2-2 機(jī)械密封原理圖
第三章 渣漿泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第一節(jié) 泵汽蝕余量的計(jì)算
汽蝕余量對(duì)于泵的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和使用都是十分重要的汽蝕基本參數(shù)。設(shè)計(jì)泵時(shí)根據(jù)對(duì)汽蝕性能的要求設(shè)計(jì)泵,如果用戶(hù)給定了具體的使用條件,則設(shè)計(jì)泵的汽蝕余量必須小于按使用條件確定的裝置汽蝕余量。欲提高泵的汽蝕性能,應(yīng)盡量減小。泵試驗(yàn)時(shí),通過(guò)汽蝕試驗(yàn)驗(yàn)證,這是確定唯一可靠的方法。它一方面可以驗(yàn)證泵是否達(dá)到設(shè)計(jì)的值。另一方面,考慮一個(gè)安全余量,得到許用汽蝕余量[],作為用戶(hù)確定幾何安裝高度的依據(jù).可見(jiàn),正確地理解和確定汽蝕余量是十分重要的。
為了深入理解汽蝕的概念,應(yīng)區(qū)分以下幾種汽蝕余量：
1、——裝置汽蝕余量又叫有效的汽蝕余量。是由吸入裝置提供的,越大泵越不容易發(fā)生汽蝕。
2、——泵汽蝕余量又叫必需的汽蝕余量,是規(guī)定泵要達(dá)到的汽蝕性能參數(shù), 越小,泵的抗汽蝕性能越好。
3、——試驗(yàn)汽蝕余量,是汽蝕試驗(yàn)時(shí)算出的值, 試驗(yàn)汽蝕余量有任意多個(gè),但對(duì)應(yīng)泵性能下降一定值的試驗(yàn)汽蝕余量只有一個(gè),稱(chēng)為臨界汽蝕余量,用表示。
4、——許用汽蝕余量,這是確定泵使用條件(如安裝高度)用的汽蝕余量,它應(yīng)大于臨界汽蝕余量,以保證泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕,通常取=或=+k, k是安全值。
這些汽蝕余量有如下關(guān)系:
泵汽蝕余量的計(jì)算:
式中: ——托馬汽蝕系數(shù)；
——泵最高效率點(diǎn)下的泵單級(jí)揚(yáng)程；
——最高效率點(diǎn)下的泵汽蝕余量。
根據(jù)【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！?查圖4-7
取=0.035，所以。
第二節(jié) 泵的基本參數(shù)的確定
1、 確定泵的進(jìn)口直徑
泵進(jìn)口直徑也叫泵吸入口徑,是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)行考慮，大型泵的流速取大些，以減小泵體積，提高過(guò)流能力。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)系如圖所示。對(duì)抗汽蝕性能要求高的泵，在吸入口徑小于250mm時(shí)，可取吸入口徑流速，在吸入口徑大于250mm時(shí)，可取。選定吸入流速后，按下式確定,在該設(shè)計(jì)中，雙吸離心式渣漿泵：
吸入口徑（mm）
40
50
65
80
100
150
200
250
單
級(jí)
泵
流速（m/s）
1.375
1.77
2.1
2.76
3.53
2.83
2.65
2.83
流量（m3/h）
6.25
12.5
25
50
100
180
300
500
注：此表取自【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！?
取吸入口流速，代入公式得：
取泵的吸入口徑為150mm。
2、確定泵的出口直徑
泵出口直徑也叫泵排出口徑，是指泵排出法蘭處管的的內(nèi)徑。對(duì)于低揚(yáng)程泵，排出口徑可與吸入口徑相同；對(duì)于高揚(yáng)程泵，為減小泵的體積和排出管路直徑，可取排出口徑小于吸入口徑，一般取
式中：——泵的排出口徑
——泵的吸入口徑
根據(jù)該泵的特性，由于該泵的流量大，考慮排水管路的經(jīng)濟(jì)性
取。
3、泵轉(zhuǎn)速的確定
確定泵轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮以下因素：
（1）泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；
（2）轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)該和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來(lái)確定；
（3）確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種類(lèi)（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)等）和傳動(dòng)裝置（皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、液力偶合器傳動(dòng)等）；
（4）轉(zhuǎn)速增高，過(guò)流部件的磨損加快，機(jī)組的振動(dòng)、噪聲變大；
（5）提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式
式中： ——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）
——泵流量（m3/s）雙吸泵取
可知：轉(zhuǎn)速和汽蝕基本參數(shù)及有確定的關(guān)系，如得不到滿(mǎn)足，將發(fā)生汽蝕。對(duì)既定得泵汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)值為定值，轉(zhuǎn)速增加，流量增加，則增加，當(dāng)該值大于裝置汽蝕余量時(shí)，泵將發(fā)生汽蝕。
選 ,，
則
根據(jù)汽蝕要求，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于，而實(shí)際轉(zhuǎn)速為
4、估算泵的效率
（1）水力效率 水力效率按下式計(jì)算
，式中：——泵流量（m3/s）雙吸泵取
——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）
（2）容積效率 容積效率可按下式計(jì)算
該容積效率為只考慮葉輪前密封環(huán)的泄漏的值,對(duì)于有平衡孔、級(jí)間泄漏和平衡盤(pán)泄漏的情況,容積效率還要相應(yīng)降低。
則
（3）機(jī)械效率
泵的總效率
泵的理論揚(yáng)程
泵的理論流量
5、軸功率和原動(dòng)機(jī)功率
泵的軸功率：
原動(dòng)機(jī)功率：
式中: ——余量系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-10
取=1.1(原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī))
——傳動(dòng)效率 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-11
取(直聯(lián))
所以選擇55Kw的電動(dòng)機(jī)可滿(mǎn)足要求,查【《機(jī)械零件手冊(cè)》吳宗澤主編】選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y250M-2。
第四章 渣漿泵軸的設(shè)計(jì)
直聯(lián)式雙吸渣漿泵是將軸設(shè)計(jì)為空心軸和電機(jī)軸相聯(lián),泵無(wú)需底座，所以直接用電動(dòng)機(jī)支起泵來(lái)工作的，當(dāng)電機(jī)軸和空心軸聯(lián)成一體時(shí)，可看作是剛性連接，這時(shí)按一根軸來(lái)計(jì)算，但在其受力分析時(shí)，我們找不到電機(jī)的原始材料，為了保證這根軸符合要求，我們最后按外伸梁和懸臂梁兩種方法分析計(jì)算，只有這樣才能保證計(jì)算的準(zhǔn)確度。
第一節(jié) 軸按外伸梁設(shè)計(jì)
1、扭矩的計(jì)算
式中: ——扭矩()
——計(jì)算功率 取
2、根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的初步計(jì)算
式中: ——材料的許用切應(yīng)力() 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-12取
值的大小決定軸的粗細(xì)，軸細(xì)可以節(jié)省材料，提高葉輪水力和汽蝕性能；軸粗能增強(qiáng)泵的剛度,提高運(yùn)行可靠性。故泵軸的最小軸徑取，泵軸的最大尺寸取。
3、 畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)草圖 如圖所示(由已知圖紙改進(jìn))
圖4-1 軸結(jié)構(gòu)草圖
葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位,軸套內(nèi)徑取45mm，外徑取60mm，軸經(jīng)過(guò)處圓角統(tǒng)一取R=2mm(特殊要求除外)。
4、軸的強(qiáng)度計(jì)算
（1）葉輪所受徑向力的計(jì)算
()
式中: ——泵揚(yáng)程
——葉輪外徑
——包括蓋板的葉輪出口寬度()
——試驗(yàn)系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】
圖17-30取
則
（2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計(jì)算
(N)
式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g) 取
——葉輪的最大半徑()
則
（3）水平總的受力:
垂直總的受力:
（4）計(jì)算水平面支承反力
（5）計(jì)算垂直面支承反力
（6）計(jì)算水平面C和D處的彎矩(考慮到C和D處可能是危險(xiǎn)截面)
（7）計(jì)算垂直面C處和D處的彎矩
（8）計(jì)算合成彎矩
C點(diǎn)合成彎矩：
D點(diǎn)合成彎矩：
（9）計(jì)算C和D處當(dāng)量彎矩
查【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表2-7 由插入法得
（10）校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)彎矩大小及軸的直徑選定C和D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，由【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表2-5，當(dāng)45鋼，按表2-7用插值法得
C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力：
（因C截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度削弱影響，故d乘以0.95）
D截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力：
因此，C和D兩截面均安全。
（11）校核軸徑
①在葉輪中心截面處：
②在電動(dòng)機(jī)第一軸承處：
③在電動(dòng)機(jī)中間截面處：
軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)將實(shí)心軸改為外徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實(shí)心軸質(zhì)量的2倍時(shí)，軸的強(qiáng)度提高到實(shí)心軸強(qiáng)度的6.5倍，剛度提高到實(shí)心軸剛度的13倍，所以該空心軸符合要求。
圖4-2 軸結(jié)構(gòu)圖
圖4-3 軸受力分析圖
圖4-4軸彎矩圖
第二節(jié) 軸按懸臂梁設(shè)計(jì)
1、扭矩的計(jì)算
式中: ——扭矩()
——計(jì)算功率 取
2、根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的初步計(jì)算
式中: ——材料的許用切應(yīng)力() 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 表7-12取
值的大小決定軸的粗細(xì),軸細(xì)可以節(jié)省材料,提高葉輪水力和汽蝕性能;軸粗能增強(qiáng)泵的剛度,提高運(yùn)行可靠性.故泵軸的最小軸徑取,泵軸的最大尺寸。
3、畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)草圖 如圖所示(由已知圖紙改進(jìn))
圖4-5 軸結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖
葉輪的左邊用螺母鎖緊,右邊用軸套定位，軸套內(nèi)徑取45mm，外徑取60mm，軸經(jīng)過(guò)處圓角統(tǒng)一取R=2mm(特殊要求除外)。
4、軸的強(qiáng)度計(jì)算
（1）葉輪所受徑向力的計(jì)算
()
式中: ——泵揚(yáng)程
——葉輪外徑
——包括蓋板的葉輪出口寬度()
——試驗(yàn)系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 圖17-30取
則
（2）葉輪所受徑向不平衡離心力的計(jì)算
(N)
式中: ——最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量(g)取
——葉輪的最大半徑()
則
（3）水平總的受力:
垂直總的受力:
（4）計(jì)算水平面支承反力：
計(jì)算垂直面支承反力：
（5）計(jì)算水平面彎矩：
計(jì)算垂直面彎矩：
（6）計(jì)算合成彎矩：
（7）計(jì)算當(dāng)量彎矩
查【《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編】表2-7 由插入法得
葉輪中線(xiàn)截面處：
電動(dòng)機(jī)第一軸承處：
（8）校核軸徑
①葉輪中線(xiàn)截面處：
②電動(dòng)機(jī)第一軸承處：
軸的截面形狀是影響軸剛度的重要因素，當(dāng)將實(shí)心軸改為外徑為原直徑的2倍的空心軸，并使空心軸的質(zhì)量為原實(shí)心軸質(zhì)量的2倍時(shí)，軸的強(qiáng)度提高到實(shí)心軸強(qiáng)度的6.5倍，剛度提高到實(shí)心軸剛度的13倍，所以該空心軸符合要求。
圖4-6 軸受力與力矩圖
第五章 葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算
第一節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、葉輪材料的確定
葉輪是渣漿泵傳遞能量的主要部件，通過(guò)它把電能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能和動(dòng)能，因此，要求葉輪具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和完好的葉片形狀，在材料上，除了考慮介質(zhì)腐蝕，磨損外，由于它是旋轉(zhuǎn)部件，故還應(yīng)考慮離心力作用下的強(qiáng)度。
通常，用于葉輪的材料有鑄鐵，青銅鑄件，不銹鋼，鉻鋼等。當(dāng)葉輪圓周速度超過(guò)30m/s，考慮鑄鐵強(qiáng)度不能承受這樣大的離心力的作用，則需改用青銅作材料，由于本設(shè)計(jì)泵屬于中小型泵，其圓周速度遠(yuǎn)小于30m/s，在考慮到渣漿泵工作過(guò)程中漿體的有較強(qiáng)的磨蝕和腐蝕性能，同時(shí)考慮到泵的效率和抗汽蝕性能的要求，故選高鉻鑄鐵，具有效率高，節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行可靠、振動(dòng)小、噪聲低、維修方便等顯著特點(diǎn)，減振性好，可以減輕由于漿體沖擊造成的振動(dòng)，而Cr26又是在高鉻鑄鐵中這些性能更為突出的，所以，本設(shè)計(jì)中葉輪的材料選用Cr26作為原材料，熱處理采用表面淬火及去應(yīng)力退火，許用應(yīng)力為[&]25-35MPa
2、葉輪結(jié)構(gòu)型式的確定
本設(shè)計(jì)選用閉式葉輪。閉式葉輪由前蓋板，后蓋板，葉片和輪轂組成。
葉輪主要尺寸的確定有三種方法：相似換算法、速度系數(shù)法、葉輪外徑或葉片出口角的理論計(jì)算。
葉輪采用速度系數(shù)法設(shè)計(jì)，速度系數(shù)法是建立在一系列相似泵基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，利用統(tǒng)計(jì)系數(shù)計(jì)算過(guò)流部件的個(gè)部分尺寸。
圖5-1 葉輪結(jié)構(gòu)圖
第二節(jié) 葉輪設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算
1、葉輪輪轂直徑的計(jì)算
葉輪輪轂直徑必須保證軸孔在開(kāi)鍵槽之后有一定的厚度，使輪轂具有足夠的強(qiáng)度，通常，在滿(mǎn)足輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，盡量減小，則有利于改善流動(dòng)條件。
取
軸直徑
根據(jù)葉輪輪轂直徑應(yīng)取1.2～1.4倍的軸直徑，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取葉輪所在的軸的直徑為45，所以。取
2、葉輪進(jìn)口直徑的計(jì)算
因?yàn)橛械娜~輪有輪轂（穿軸葉輪），有的葉輪沒(méi)有輪轂（懸臂式葉輪），為從研究問(wèn)題中排除輪轂的影響，即考慮一般情況，引入葉輪進(jìn)口當(dāng)量直徑的概念。以為直徑的圓面積等于葉輪進(jìn)口去掉輪轂的有效面積，即。按下式確定
式中：——泵流量（m3/s）對(duì)雙吸泵??；
——泵轉(zhuǎn)速（）
——系數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選取
主要考慮效率
兼顧效率和汽蝕
主要考慮汽蝕
取
3、葉輪外徑的計(jì)算
取
4、葉輪出口寬度的計(jì)算
因?yàn)閮蓚€(gè)葉輪設(shè)計(jì)在一起，所以葉輪出口寬度
5、葉片數(shù)的計(jì)算和選擇
葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。選擇葉片數(shù)，一方面考慮盡量減小葉片的排擠和表面的摩擦；另一方面又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。
葉輪葉片數(shù)：
對(duì)于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪，，
則
式中： ——葉輪進(jìn)口直徑
——葉片進(jìn)口直徑
——葉輪外徑
——葉片進(jìn)口角 取
——葉片出口角 取
低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪取大值
通常采用葉片數(shù)，取該葉輪葉片數(shù)為6。
6、精算葉輪外徑（第一次）
（1）理論揚(yáng)程
（2）修正系數(shù)
（3）有限葉片數(shù)修正系數(shù)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有限葉片數(shù)修正系數(shù)，此處取
（4）無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程
（5）葉片出口排擠系數(shù)
（6）出口軸面速度
（7）出口圓周速度
（8）出口直徑
與假定不符，進(jìn)行第二次計(jì)算。
7、精算葉輪外徑（第二次）
（1）葉片出口排擠系數(shù)
（2）出口軸面速度
（3）出口圓周速度
（4）葉輪外徑
與假定值接近，不再進(jìn)行計(jì)算。
8、葉輪出口速度
（1）出口軸面速度（由上述計(jì)算得）
（2） 出口圓周速度
（3） 出口圓周分速度
（4）無(wú)窮葉片數(shù)出口圓周分速度
9、葉輪進(jìn)口速度
（1）葉輪進(jìn)口圓周速度
進(jìn)口分點(diǎn)半徑為
式中: ——所分的流道數(shù)
——從軸線(xiàn)側(cè)算起欲求的流線(xiàn)序號(hào)如圖所示,中間的流線(xiàn)序號(hào)為,所分的流道
圖5-2 漿體流線(xiàn)圖
則:
（2）葉片進(jìn)口軸面液流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e
（3）C流線(xiàn)處葉片進(jìn)口角(假定)
（4）校核
由軸面投影圖假設(shè),與假設(shè)相近。
第六章 壓出室和吸入室的水力設(shè)計(jì)
第一節(jié) 壓出室的水力設(shè)計(jì)
壓出室的作用在于：
（1）將葉片中流出的液體收集起來(lái)并送往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)。
（2）降低液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體流往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)的損失。
（3）消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的水力損失。
本設(shè)計(jì)采用的壓出室是蝸形體，即螺旋形渦室。
1、渦形體的各斷面面積
渦室斷面面積對(duì)泵的性能影響很小，對(duì)同一葉輪，如果渦室斷面面積過(guò)小，則流量---楊程曲線(xiàn)變陡，最高效率點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，效率降低，如果渦室斷面過(guò)大，則流量---楊程曲線(xiàn)比較平坦，最高效率點(diǎn)向大流量方向移動(dòng)，效率也降低，但在數(shù)值上要比渦室面積過(guò)小時(shí)降低值要少。
圖6-1 渦室斷面圖
渦室斷面面積的大小，由所選取的渦室流速?zèng)Q定，渦室各斷面面積內(nèi)的平均速度相等且為：
式中：——速度系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著】 圖8-10當(dāng)時(shí)，
——泵的揚(yáng)程
代入上式
根據(jù)取渦室隔舌安放角，共分8個(gè)斷面，通過(guò)最大斷面8的流量為：
8斷面的面積為：
其余各斷面面積按此式計(jì)算：
式中：——斷面包角
各斷面面積計(jì)算見(jiàn)下表
斷面
1
2
3
4
5
6
7
8
包角
15
60
105
150
195
240
285
330
面積
1
4．2
7．3
10．5
13．6
16．7
19．9
23
2、舌角的計(jì)算
舌角是在渦室第8斷面的0點(diǎn)（即渦室螺旋線(xiàn)的起始點(diǎn)）處，螺旋線(xiàn)的切線(xiàn)與基園切線(xiàn)間的夾角。
式中：——理論揚(yáng)程
——葉輪出口圓周速度
舌角
3、渦室進(jìn)口寬度
可以用葉輪出口寬度加葉輪前后蓋板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可，渦室入口寬度對(duì)泵性能沒(méi)有明顯的影響，但取的微寬些可改善葉輪和渦室的對(duì)中性。一般?。?
式中：——包括前后蓋板的葉輪出口寬度：
——葉輪外徑
實(shí)際繪型時(shí)取
4、基圓直徑
基圓直徑不易太大，如果過(guò)大，葉輪與隔舌間隙就大，初增大泵的尺寸外，還將使泵的效率降低，但如果基園取得太小，在大流量工況時(shí)在泵舌處容易產(chǎn)生汽蝕，引起振動(dòng)。
取
第二節(jié) 吸水室的水力設(shè)計(jì)
1、吸入室的作用
吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過(guò)流部分，吸入室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。
吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。
2、吸入室的分類(lèi)
吸入室有以下四類(lèi)：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、雙吸泵螺旋形吸入室
1.直錐形吸入室常用于單級(jí)懸臂式泵中，它能保證液流逐漸加速而均勻地進(jìn)入葉輪。
2.環(huán)形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口處設(shè)有許多導(dǎo)向徑，以防止液體在其中打轉(zhuǎn)而產(chǎn)生預(yù)旋，常用于雜質(zhì)泵和多級(jí)泵。
3.半螺旋形吸入室主要用于單級(jí)泵中和水平式開(kāi)式泵等,能保證在葉輪進(jìn)口得到均勻的速度場(chǎng)。
本次設(shè)計(jì)泵采用雙吸泵螺旋形吸入室。這種結(jié)構(gòu)的吸入室水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，液體在雙吸泵螺旋形吸入室內(nèi)流動(dòng)速度遞增，使液體在葉輪進(jìn)口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好。
第七章 渣漿泵零件的強(qiáng)度計(jì)算
第一節(jié) 泵體強(qiáng)度計(jì)算
1、殼體壁厚
因渦殼幾何形狀復(fù)雜,且受力不均,故難以精確計(jì)算,下面可以用來(lái)估計(jì)壁厚
式中: ——泵揚(yáng)程(m)
——泵流量()
——許用應(yīng)力(Pa) (鑄鐵)
——當(dāng)量壁厚,按下式計(jì)算
則
2、強(qiáng)度校核
用魯吉斯方法進(jìn)行校核,本方法假定最大應(yīng)力發(fā)生在尺寸最大的軸面上,角度為處
圖7-1 魯吉斯強(qiáng)度校核分析圖
（1）軸面應(yīng)力
（2）圓周應(yīng)力
（3）徑向應(yīng)力
（符合條件）
（4）軸向變形
第二節(jié) 泵體法蘭強(qiáng)度計(jì)算
泵體法蘭中作用著三個(gè)力,如圖所示
圖7-2 法蘭受力分析圖
1、由泵體內(nèi)介質(zhì)壓力形成的力F,力F使法蘭的結(jié)合分開(kāi),作用在距內(nèi)壁處,其近似值認(rèn)為等于
式中：t——把合螺栓間距（m）
D——泵體法蘭內(nèi)徑
P——泵體內(nèi)壓力
2、結(jié)合密封力Q，力Q按直線(xiàn)分布，到a—a截面終止。因此，
a—a截面是緊密配合的截面。力Q作用在離法蘭外邊緣處，最危險(xiǎn)的斷面是過(guò)螺栓中心孔的斷面。
彎曲應(yīng)力是：
法蘭厚度為：
對(duì)高鉻鑄鐵
第三節(jié) 鍵的強(qiáng)度校核
1、葉輪與軸相連處的鍵
圖7-3 軸斷面圖
葉輪鍵尺寸：
軸徑：
扭矩：
工作面的擠壓應(yīng)力：
a—a斷面的剪切應(yīng)力：
則該鍵符合要求。
2、電動(dòng)機(jī)軸與葉輪軸相連處的鍵
圖7-4 電機(jī)軸斷面圖
鍵尺寸：
軸徑：
扭矩：
工作面的擠壓應(yīng)力：
a—a斷面的剪切應(yīng)力：
則該鍵符合要求。
第四節(jié) 葉輪強(qiáng)度計(jì)算
1、蓋板強(qiáng)度計(jì)算
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，葉輪簡(jiǎn)圖如下：
圖7-5 葉輪簡(jiǎn)圖
（1）葉輪外徑：
（2）材料密度：
（3）葉輪簡(jiǎn)圖：
（4）葉輪出口圓周速度的值按下式計(jì)算：
式中：——出口圓周速度系數(shù) 根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)查《葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖5-3得
（5）在和處的應(yīng)力近似用下式計(jì)算:
（6）按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板，蓋板任意直徑處的厚度按下式計(jì)算
式中：——材料密度（）
——許用應(yīng)力 對(duì)鋼，對(duì)鑄鐵
——材料的屈服強(qiáng)度
——材料的抗拉強(qiáng)度
該蓋板符合要求
2、葉片厚度計(jì)算
根據(jù)葉片工作面和背面的壓力差，可近似得出下面計(jì)算葉片厚度的公式：
式中：——泵的揚(yáng)程
——葉片數(shù)
——葉輪外徑
A——系數(shù)，與比轉(zhuǎn)數(shù)和材料有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社。】表19-9取A=3.1
根據(jù)實(shí)際情況和鑄造工藝要求取為合適。
3、輪轂強(qiáng)度計(jì)算
（1）熱裝葉輪輪轂和軸配合的選擇
對(duì)一般離心泵，葉輪和軸是間隙配合，但鍋爐給水水泵等有時(shí)采用過(guò)盈配合，為了使輪轂和軸的配合不松動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸與輪轂配合的最小公盈。離心力在輪轂中產(chǎn)生的應(yīng)力亦可用下式計(jì)算，即
軸與輪轂的配合：孔 軸
最大間隙：
最小間隙：
式中：——輪轂平均直徑
——材料的彈性模量
（2）輪轂強(qiáng)度計(jì)算
輪轂中的應(yīng)力為裝配應(yīng)力（有過(guò)盈時(shí)）和停泵后輪轂和軸心溫差應(yīng)力之和
溫差應(yīng)力：
安全系數(shù)：
第五節(jié) 泵體連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算
1、計(jì)算密封力
為了保證接縫的密封性,螺栓里力除了抵消工作力之外,還有一部分保證接縫的緊密結(jié)合,這部分力稱(chēng)為密封力或殘余欲緊力。此力和接縫墊片性質(zhì)有關(guān)，可以寫(xiě)成：
式中：——接縫處密封壓力
——被密封介質(zhì)壓力
——墊片系數(shù)查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-12 取（紙墊）
墊片的有效寬度：
密封力：
式中：——泵接觸的實(shí)際寬度
——密封面（墊片）的中徑
——墊片有效寬度
2、計(jì)算螺栓欲緊力和總作用力
螺栓欲緊力:
總作用力:
式中：——安全系數(shù) 取
——基本載荷系數(shù) 對(duì)金屬墊片取，對(duì)非金屬墊片取
3、強(qiáng)度校核
在裝配條件下螺栓的強(qiáng)度計(jì)算
（1）螺栓上的力矩（扳手力矩）
式中：——螺栓外徑
——螺栓數(shù)
——與螺母、墊圈表面狀態(tài)有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-13，取
（2）螺栓上的應(yīng)力
拉應(yīng)力：
扭矩：
切應(yīng)力：
折算應(yīng)力：
安全系數(shù)：
式中：——螺栓內(nèi)徑
——螺距
——螺栓中徑
——螺栓摩擦系數(shù)，與螺紋表面狀態(tài)有關(guān)，查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-14，取
（3）螺栓在工作條件下的強(qiáng)度計(jì)算
拉應(yīng)力：
安全系數(shù)：
（4）校核墊片擠壓強(qiáng)度
許用擠壓應(yīng)力由【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社?！勘?9-12查取
第六節(jié) 泵出口法蘭的強(qiáng)度校核
法蘭和短管的過(guò)度處是危險(xiǎn)截面，如圖所示：
圖7-6 法蘭與短管過(guò)度圖
密封力:
介質(zhì)力：
欲緊力：
法蘭和短管過(guò)度處截面的彎矩：
彎曲應(yīng)力：
圓周應(yīng)力：
折算應(yīng)力：
安全系數(shù)： ，出口法蘭符合要求
第七節(jié) 連接螺栓和連接法蘭的強(qiáng)度校核
1、連接螺栓的強(qiáng)度校核
（1）螺栓所受的剪應(yīng)力
式中：——水泵的重量
——M18螺栓的截面積
——許用的剪切應(yīng)力
——水從出口到最高揚(yáng)程的總量
（2）螺栓所受的擠壓應(yīng)力
該螺栓符合要求
2、連接法蘭的強(qiáng)度計(jì)算
（1）求法蘭的內(nèi)應(yīng)力
連接法蘭的受力可簡(jiǎn)化為如下圖所示
圖7-7 法蘭內(nèi)應(yīng)力圖
注：從理論上講，該螺旋形壓水室，由于葉輪周?chē)鷫核乙后w的速度和壓力是均勻的軸對(duì)稱(chēng)的，液體從壓水室隔舌到擴(kuò)散段進(jìn)口的流動(dòng)中不斷受到流出葉輪的液體的撞擊，不斷增加壓力，致使壓水室內(nèi)液體壓力從隔舌開(kāi)始微弱的變化，這是因?yàn)樗瞄L(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致壓水室內(nèi)液流壓力的軸對(duì)稱(chēng)被破壞了，所以會(huì)受到極小的徑向力，由于徑向力極小對(duì)法蘭的強(qiáng)度破壞甚小，故在此忽略不計(jì)。
設(shè)AC桿受拉，BC桿受壓，由平衡條件得：
（2）求法蘭所需的截面積
由強(qiáng)度條件得：
為了滿(mǎn)足鑄造工藝和加工的要求法蘭的厚度取20mm
3.校核法蘭強(qiáng)度
式中、都為法蘭的橫截面積
法蘭符合要求。
第八章 渣漿泵的機(jī)械密封設(shè)計(jì)
正確地設(shè)計(jì)過(guò)流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽命的重要條件。但是，如果離心泵其他零件不能正常工作，就是過(guò)流部件設(shè)計(jì)的再好，材料選用的再好，也不能保證泵的性能和壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，離心泵在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的問(wèn)題大部分是材料選用問(wèn)題，主要零部件的選擇問(wèn)題和制造精度問(wèn)題。對(duì)耐磨蝕泵運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析表明。純屬泵方面的問(wèn)題僅占事故中的10.6％，其他都屬于選用問(wèn)題，因此可見(jiàn)，正確地選用離心泵主要零部件是保證正常運(yùn)行的重要條件。
在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問(wèn)題的是軸封部件，軸承潤(rùn)滑部件，和冷卻部件，如果對(duì)這些部件選用不多，輕者離心泵不能工作或使離心泵燒毀，重者能引起嚴(yán)重的人身設(shè)備事故（如易燃、易爆、有毒液體由軸封部件漏出，引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故）。另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，高溫，高壓，高速泵所占比重逐年增大。經(jīng)驗(yàn)表明，泵的溫度越高、壓力越高、軸封、潤(rùn)滑和冷卻問(wèn)題也越顯得重要。
旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體間的密封簡(jiǎn)稱(chēng)軸封。軸封的作用主要是防止高壓液體從泵中漏出和防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。盡管軸封在離心泵中所占的位置不大，但泵是否能正常運(yùn)行，卻和軸封密切有關(guān)。如果軸封選用不當(dāng)，不但在運(yùn)轉(zhuǎn)中需要經(jīng)常維修，漏損很多被輸送的液體，而且可能由于漏出的易燃，易爆和有毒液體引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故。后果不堪設(shè)想。因此，必須合理選用軸封結(jié)構(gòu)才能保證離心泵安全運(yùn)行。
本渣漿泵的軸采用機(jī)械密封，此機(jī)械密封件為外裝、外流、單端面、多彈簧結(jié)構(gòu)。
第一節(jié) 主要零件材料的確定
1、密封端面摩擦副材料的選擇
目前用做密封摩擦副材料的種類(lèi)很多。常用的非金屬材料有：石墨、聚四氟乙烯、酚醛塑料、陶瓷等。常用的金屬材料有：鑄鐵、碳鋼、鉻鋼、青銅以及硬質(zhì)合金等。此外還有通過(guò)堆焊、燒結(jié)噴涂等表面 處理及復(fù)合工藝改變或改善金屬材料或摩擦副表面性能來(lái)做摩擦副材料的。各種材料都個(gè)有一定的特性，在先把摩擦副材料時(shí)應(yīng)所長(zhǎng)避短，根據(jù)具體工作條件合理使用。
本機(jī)械密封端面摩擦副中，靜止環(huán)材料采用WC-Co，旋轉(zhuǎn)環(huán)材料選用碳石墨，原因有以下幾點(diǎn)：
（1）硬質(zhì)合金是機(jī)械密封中廣泛使用的摩擦副材料。這里的硬質(zhì)合金主要是碳化鎢（WC），常用的WC-Co為類(lèi)。WC-Co是由硬度極高的難熔鎢碳化物加Co作為粘結(jié)劑用粉末冶金方法壓制燒結(jié)而成的。WC-Co具有極高的硬度和強(qiáng)度，良好的耐磨性及抗顆粒沖刷性，并且有一定的耐腐蝕性，能耐一般溫度下的硫酸和氫氟酸以及沸點(diǎn)下的苛性鈉等腐蝕。
（2）石墨是機(jī)械摩擦副材料中用量大，使用范圍廣的材料之一。因?yàn)樗哂泻芏嗒?dú)特的優(yōu)良性能。例如：較高的導(dǎo)熱系數(shù)、較低的線(xiàn)膨脹系數(shù)、良好的耐腐蝕性、極好的自潤(rùn)滑性、抗拉強(qiáng)度低（適合做軟環(huán)）。
2、輔助密封圈材料的選擇
機(jī)械密封的輔助圈包括動(dòng)環(huán)密封圈和靜環(huán)密封圈。根據(jù)其作用，要求輔助密封圈從材料上和具有良好的彈性、低的摩擦系數(shù)，能耐介質(zhì)的腐蝕熔脹，耐老化。在壓縮之后及長(zhǎng)期工作中具有較小的永久變形，在高溫下使用有不粘著性，低溫下不脆硬而失去彈性。另外也要求材料來(lái)源方便，成本低廉。
本設(shè)計(jì)中輔助密封圈材料選用丁晴橡膠。橡膠是一種彈性很好的高分子材料，具有良好的強(qiáng)度、良好的氣密性、不透水性、耐磨、耐壓、耐腐蝕性能。丁晴橡膠除以上性能外，它還耐油、搞老化，也能耐堿和非氧化性稀酸腐蝕。
3、彈簧及其它零件材料的選擇
機(jī)械密封對(duì)彈簧的材料的要求是能耐介質(zhì)的腐蝕和長(zhǎng)期工作不降低或失去彈性。本密封設(shè)計(jì)采用不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）彈簧，因?yàn)樗m用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中。
機(jī)械密封其它零件包括彈簧座、動(dòng)環(huán)座、靜環(huán)座、傳動(dòng)零件及固定環(huán)等，對(duì)它們的要求是有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性。綜合考慮渣漿泵工作介質(zhì)，本設(shè)計(jì)選用不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）作為這些零件的材料。
第二節(jié) 主要零件尺寸確定
1、密封端面尺寸的確定
（1）端面寬度b
密封端面是由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)兩個(gè)零件組成的，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的材料一般選用一軟一硬，為了使密封端面更有效地工作，相應(yīng)地做成一窄一寬，軟材料做窄環(huán)，硬材料做寬環(huán)，使窄環(huán)被均勻地磨損而不嵌入到寬環(huán)中去。當(dāng)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)都選用硬材料時(shí)，密封端面都做窄環(huán)，并取相同 的端面寬度。端面直徑應(yīng)盡可能地不，以降低摩擦端面的線(xiàn)速度。端面寬度b在材料強(qiáng)度、剛度足夠的條件下，b值盡可能取小值。過(guò)大的b值只有壞處，因?yàn)樗鼘⑹苟嗣鏉?rùn)滑、冷卻效果降低，端面磨損、泄漏、功率消耗增加，而且加工量也增加。在標(biāo)準(zhǔn)中石墨環(huán)、硬質(zhì)合金環(huán)、填充四氟環(huán)、青銅環(huán)的端面寬度b所取值見(jiàn)【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社】表20-2，根據(jù)軸徑取b=6mm。
圖8-1 密封端面尺寸圖
（2）間隙：如上圖示，靜環(huán)內(nèi)徑D。與軸徑的間隙（D。-d）一般取1-3mm。標(biāo)準(zhǔn)石墨環(huán)、青銅環(huán)軸徑在16-100mm時(shí)取2mm，硬質(zhì)合金環(huán)軸徑在16-100時(shí)取2mm，故本設(shè)計(jì)間隙取2mm。
（3）端面直徑：確定了密封面寬度b值和間隙后，就可以根據(jù)軸徑d確定端面內(nèi)徑d1和外徑d2。內(nèi)徑d1為軸徑加間隙然后再加0-1mm即可，這主要視加工易難程度。如硬質(zhì)合金，加工困難就取0，加工方便就取1mm。外徑d2由d1加2b計(jì)算得。軟環(huán)的端面內(nèi)徑、外徑確定后，硬環(huán)的端面內(nèi)徑較軟環(huán)內(nèi)徑小1-3mm，外徑大1-3mm。本設(shè)計(jì)取d1=94，d2=106，h=3。
2、密封圈材料有橡膠和四氟塑料兩種。為了使二者互相通用，其設(shè)計(jì)尺寸是一致的。即橡膠O形圈和四氟塑料V形圈，在直徑方面上名義尺寸相同，兩圈可以互換。為了保證密封性能，圈的制造公差是不同的，要根據(jù)不同密封圈有不同的斷面尺寸，如下面圖示。
圖8-2 密封圈安裝圖
橡膠O形密封圈安裝在動(dòng)環(huán)或靜環(huán)上，O形圈必須有一定的壓縮量，如上圖所示的壓縮量值為（at-a）/at，其壓縮值見(jiàn)【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社】表20-3。根據(jù)知道，壓縮量為10%時(shí)，可以密封的介質(zhì)壓力為3.92MPa，過(guò)大的變形量則會(huì)安裝困難，摩擦阻力增大，使用壽命降低。為了保證密封性能，容易控制制造公差，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定變形量在6%-10%之間。橡膠O形圈內(nèi)徑一般比軸徑小0.5-1.5mm。本設(shè)計(jì)中兩橡膠O形圈內(nèi)徑為別選用122mm（靜止環(huán)）和88mm（旋轉(zhuǎn)環(huán)）。
3、彈簧尺寸的確定
機(jī)械密封用彈簧的作用是使密封端面產(chǎn)生一個(gè)初壓力，以及在端面磨損時(shí)使動(dòng)環(huán)或靜環(huán)產(chǎn)生軸向推移以進(jìn)行補(bǔ)償，而此時(shí)要求彈簧力減低很少，一般在使用期間不得減少10%-20%。這樣使密封端面的比壓變化不大，端面仍有良好的密封性能。同時(shí)由于機(jī)械密封是這個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的裝置，因此要求彈簧盡量短，在機(jī)械密封中用的彈簧與一般壓力彈簧比較，其特點(diǎn)是節(jié)距大，圈數(shù)少。
（1）彈簧的種類(lèi)
機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)中用的彈簧有大彈簧，并圈彈簧和小彈簧三種。大彈簧和并圈彈簧是同一種規(guī)格，只是死圈數(shù)不同，兩種彈簧高度相差死圈數(shù)。大彈簧的有效圈數(shù)有3和2.5圈兩種，總?cè)?shù)分別為7和6.5圈。
小彈簧是由8-18個(gè)彈簧為一組，每一組安裝在一種軸徑上，彈簧鋼絲直徑有0.8和1mm兩種，工作圈數(shù)為12圈，總?cè)?shù)18.5 。各種軸徑下彈簧有關(guān)尺寸見(jiàn)【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡編著，宇航出版社】表20-4。
本設(shè)計(jì)選用小彈簧，絲徑大小 為1mm，工作圈數(shù)為12，總?cè)?shù)為18.5，使用6組彈簧均布在驅(qū)動(dòng)環(huán)上。
（2）彈簧計(jì)算 通常彈簧根據(jù)選定的彈簧比壓乘端面接觸面積算出彈簧力P，再根據(jù)彈簧材料和假定的彈簧尺寸D、d、n進(jìn)行計(jì)算、校核扭轉(zhuǎn)應(yīng)用小于許用應(yīng)力，彈簧許用極限負(fù)荷應(yīng)大于1.25倍彈簧力。
第三節(jié) 機(jī)械密封設(shè)計(jì)計(jì)算
1、密封端面間液體壓力分布規(guī)律
密封介質(zhì)在液體的情況，端面摩擦副的最佳工作狀態(tài)是半液體摩擦，液體處于全部接觸面積中，并認(rèn)為摩擦副間隙內(nèi)液體流動(dòng)的阻力沿徑向不變。這樣間隙內(nèi)的壓力按線(xiàn)性變化，壓力分布為直角三角形。
實(shí)際上間隙內(nèi)部液體質(zhì)點(diǎn)由于繞軸旋轉(zhuǎn)作用有慣性力，當(dāng)該力方向與液體流動(dòng)方向相反時(shí)（內(nèi)流式），其壓力分布呈內(nèi)凹形式；當(dāng)慣性力方向與液體流動(dòng)方向一致時(shí)（外流式），其壓力分布呈外凸形式。液體的粘度對(duì)壓力分布也有影響，低粘度液體（液態(tài)丙烷、丁烷、氨）壓力分布是外凸的，高粘度液體（重潤(rùn)滑油）壓力分布是內(nèi)凹的。泄漏量對(duì)壓力分布也有影響，泄漏量極少時(shí)壓力分布呈凹形，較大時(shí)呈凸形。
圖8-3 密封端面間液體壓力分布規(guī)律圖
2、載荷系數(shù)和平衡系數(shù)
（1）載荷系數(shù)
（2）平衡系數(shù)
平衡系數(shù)表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓，在接觸端面上的減荷程度，通過(guò)改變可使端面比壓控制在合適的范圍內(nèi)，以擴(kuò)大密封使用的壓力范圍。
設(shè)計(jì)心得
雙吸渣漿泵的設(shè)計(jì)完成了，通過(guò)為時(shí)三個(gè)月的設(shè)計(jì)，將我四年所學(xué)的知識(shí)做了一次大的串聯(lián)，使我逐漸把一些分散的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合成了一個(gè)整體。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)渣漿泵的基本工作原理、機(jī)械密封原理、AutoCAD應(yīng)用、渣漿泵設(shè)計(jì)步驟的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等有了一個(gè)詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，了解了它的設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)會(huì)了查閱相關(guān)資料和各種設(shè)計(jì)手冊(cè)，翻閱理論課程書(shū)。
機(jī)械設(shè)計(jì)是需要細(xì)心和耐心的一項(xiàng)工作，要求設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有條理，一絲不茍，并且要有一定的耐心來(lái)培養(yǎng)自己做設(shè)計(jì)的信心，這樣才能有利于設(shè)計(jì)，切不可在設(shè)計(jì)過(guò)程中有半點(diǎn)的煩躁心理，否則便會(huì)事倍功半。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生在畢業(yè)前所進(jìn)行的一次綜合能力的訓(xùn)練,是為給社會(huì)培養(yǎng)出合格的工程技術(shù)人員必須走過(guò)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以充分提高我們?cè)谝郧八鶎W(xué)的零散的理論知識(shí)的基礎(chǔ)上結(jié)合起來(lái)綜合的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,這對(duì)我們上了崗位有很大的幫助。
這次設(shè)計(jì)集中于畫(huà)圖和渣漿泵各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算,我先把借閱的相關(guān)資料中的內(nèi)容吃透,獨(dú)立分析問(wèn)題,跟老師相互探討并且解決問(wèn)題,充分體現(xiàn)了我獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。
我們應(yīng)該從現(xiàn)在做起學(xué)好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí),不斷豐富自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際操作能力, 這次設(shè)計(jì)，文老師對(duì)我們進(jìn)行了精心的指導(dǎo)，并推薦查閱有關(guān)資料，在此表示感謝，由于我的能力有限，在設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤和不足之處。在此，請(qǐng)各位老師給于評(píng)定并提出建議。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我明白了我們無(wú)論做什么事情都要使自己有濃厚的興趣，以嚴(yán)謹(jǐn)持之以恒的態(tài)度來(lái)面對(duì)，這樣才能把一件事情做好。
致謝
四年大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教育的一個(gè)重要的關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)離不開(kāi)文老師和各位同學(xué)的幫助。
首先應(yīng)該感謝我的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師文美純老師，通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我意識(shí)到遇到問(wèn)題首先應(yīng)該獨(dú)立思考問(wèn)題并解決問(wèn)題，同時(shí)在此過(guò)程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠(chéng)的感謝，同時(shí)也感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中幫助過(guò)我的同學(xué)。
感謝我的同窗好友，四年來(lái)我們朝夕相處，共同進(jìn)步，感謝你們?cè)诖髮W(xué)四年里給予我的所有關(guān)心和幫助。
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附錄：外文資料翻譯
泵的概述
泵是應(yīng)用非常廣泛的通用機(jī)械，可以說(shuō)是液體流動(dòng)之處，幾乎都有泵在工作。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，泵的耗電量都約占全國(guó)總發(fā)電量的1/5,可見(jiàn)泵是當(dāng)然的耗能大戶(hù)。因而,提高泵技術(shù)水平對(duì)節(jié)約能耗具有重要意義。
一、離心泵的工作原理
驅(qū)動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力,在離心力作用下,液體沿葉片流道被甩向葉輪出口,液體經(jīng)蝸殼收集送入排出管。液體從葉輪獲得能量,使壓力能和速度能均增加,并依靠此能量將液體輸