毕业设计（论文）
题目：扬程H=36m流量Q=78m3/h 单级单吸离心泵设计
姓 名： 孙婷婷 专 业： 过程装备与控制工程 学 院： 继续教育学院 学习形式： 助学单位： 指导教师：
2013年8月
单级单吸离心泵设计
摘 要
论文通过对单级单吸清水离心泵的性能指标进行行业调查，在收集大量数据的基础上，将效率、汽蚀余量性能指标的实测值与国家标准规定值及样本数值进行比较，对立式结构、卧式结构分别进行统计、整理，详细地介绍了国内单级单吸清水离心泵的技术水平现状，指出了样本数据普遍与实测数据不一致、低比转速的性能指标技术水平相对好一些及立式结构的效率性能指标偏低，并对整理结果进行详细技术分析。通过计算和分析，确定总体参数、配套功率和各部分的尺寸。离心泵的水力性能主要取决于离心泵 的水力设计，它包括叶轮设计、压出室和吸入 室的设计。目前离心泵水力设计方法有两种：模型换算法和速度系数法。速度系数法是根 据经验统计获得速度系数经验值来计算设计模型的各参数，也具有一定可靠性，而且不受 水力模型限制，本设计采用速度系数法进行水力设计。使之达到理想的效果，具有良好的性能.
关键词：离心泵；单级单吸； 效率； 汽蚀余量；
Centrifugal Pump Design Manual
Abstract
This design starting from the basic working principle of the centrifugal pump, conducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (single-stage lift is generally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating the number of revolutions(n=67.5) to determine the single-stage single-suction structure; choice of motor shaft power calculation; design parameters to determine the pump suction outlet diameter; determine the structure of the impeller and the impeller of the drawing of the hydraulic design of the impeller; flow parts of the design of centrifugal pump suction chamber for straight conical suction chamber, pressed out of the spiral-shaped pressure chamber; the structure and strength check of the axis design; determine the impeller centrifugal pump seal design, pump closed form and washing, lubrication, cooling method; determined by checking the standard bearings, and coupling to ensure that the standard connection. Departure from the economic viability of the rational design of centrifugal pump components, select the standard connector, to ensure the water using a centrifugal pump design safety, practicality, economy.
Keyword: Centrifugal pump working principle ; Hydraulic design; Component design
of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing
目 录
摘要 ............................................................. 错误！未定义书签。 Abtract ........................................................ 错误！未定义书签。
第1章 绪论 ............................................... 错误！未定义书签。
1.1 选此课题的意义 ...................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 本课题的研究现状 .................................................................. 错误！未定义书签。 1.3 本课题研究的主要内容 .......................................................... 错误！未定义书签。
第2章 泵的基本知识 ................................ 错误！未定义书签。
2.1 泵的功能 .................................................................................. 错误！未定义书签。 2.2 泵的概述 .................................................................................. 错误！未定义书签。
2.2.1 离心泵的主要部件 .......................................................................................... 9 2.2.2 离心泵的工作原理 .......................................................................................... 9 2.3 泵的分类 .................................................................................. 错误！未定义书签。
第3章 离心泵的水力设计 ......................... 错误！未定义书签。
3.1 泵的基本设计参数 .................................................................. 错误！未定义书签。 3.2 泵的比转速计算 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.3 泵进口及出口直径的计算 ...................................................... 错误！未定义书签。 3.4 计算空化比转速 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.5 泵的效率计算 .......................................................................... 错误！未定义书签。
3.5.1 水力效率 ........................................................................ 错误！未定义书签。 3.5.2 容积效率 ........................................................................ 错误！未定义书签。 3.5.3 机械效率 ........................................................................ 错误！未定义书签。 3.5.4 离心泵的总效率 ............................................................ 错误！未定义书签。 3.6 轴功率的计算和原动机的选择 .............................................. 错误！未定义书签。
3.6.1 计算轴功率 .................................................................... 错误！未定义书签。 3.6.2 确定泵的计算功率 ........................................................ 错误！未定义书签。 3.6.3 原动机的选择 ................................................................ 错误！未定义书签。 3.7 轴径与轮毂直径的初步计算 .................................................. 错误！未定义书签。
3.7.1 轴的最小直径 ................................................................ 错误！未定义书签。
3.7.2 轮毂直径的计算 ............................................................ 错误！未定义书签。 3.8 泵的结构型式的选择 ....................................................... 错误！未定义书签。
第4章 叶轮的水力设计............................. 错误！未定义书签。
4.1 确定叶轮进口速度 .................................................................. 错误！未定义书签。 4.2 计算叶轮进口直径 .................................................................. 错误！未定义书签。
4.2.1 先求叶轮进口的有效直径D0 ....................................... 错误！未定义书签。 4.2.2 叶轮进口直径 ................................................................ 错误！未定义书签。 4.3 确定叶轮出口直径 .................................................................. 错误！未定义书签。 4.4 确定叶片厚度 .......................................................................... 错误！未定义书签。 4.5 叶片出口角的确定 .................................................................. 错误！未定义书签。 4.6 叶片数Z的选择与叶片包角 ................................................. 错误！未定义书签。 4.7 叶轮出口宽度 .......................................................................... 错误！未定义书签。 4.8 叶轮出口直径及叶片出口安放角的精确计算 ...................... 错误！未定义书签。 4.9 叶轮轴面投影图的绘制 .......................................................... 错误！未定义书签。 4.10 叶片绘型 ................................................................................ 错误！未定义书签。
第5章 压水室的水力设计 ......................... 错误！未定义书签。
5.1 压水室的作用 .......................................................................................................... 22 5.2 蜗型体的计算 .......................................................................... 错误！未定义书签。
5.2.1 基圆直径的确定 ............................................................ 错误！未定义书签。 5.2.2 蜗型体进口宽度计算 .................................................... 错误！未定义书签。 5.2.3 舌角 ................................................................................ 错误！未定义书签。 5.2.4 隔舌起始角 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.5 蜗形体各断面面积的计算 ............................................ 错误！未定义书签。 5.2.6 扩散管的计算 ................................................................ 错误！未定义书签。 5.2.7 蜗形体的绘型 ................................................................ 错误！未定义书签。
第6章 吸水室的设计 ................................ 错误！未定义书签。
6.1 吸水室尺寸确定 ...................................................................... 错误！未定义书签。
第7章 径向力轴向力及其平衡 .................. 错误！未定义书签。
7.1 径向力及平衡 .......................................................................... 错误！未定义书签。
7.1.1 径向力的产生 ................................................................ 错误！未定义书签。 7.1.2 径向力的计算 ................................................................ 错误！未定义书签。
7.1.3 径向力的平衡 ................................................................................................ 28 7.2 轴向力及平衡 .......................................................................................................... 28
7.2.1 轴向力的产生 ................................................................................................ 28 7.2.2 轴向力计算 .................................................................................................... 29 7.2.3 轴向力的平衡 ................................................................ 错误！未定义书签。
第8章 泵零件选择及强度计算 .................. 错误！未定义书签。
8.1 叶轮盖板的强度计算 .............................................................. 错误！未定义书签。 8.2 叶轮轮毂的强度计算 .............................................................................................. 39 8.3 叶轮配合的选择 ...................................................................... 错误！未定义书签。 8.4 轮毂热装温度计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 8.5 轴的强度校核 .......................................................................... 错误！未定义书签。 8.6 键的强度计算 .......................................................................... 错误！未定义书签。
8.6.1 工作面上的挤压应力 .................................................... 错误！未定义书签。 8.6.2 切应力 ............................................................................ 错误！未定义书签。 8.7 轴承和联轴器的选择 .............................................................. 错误！未定义书签。
第9章 泵体的厚度计算............................. 错误！未定义书签。
9.1 蜗壳厚度的计算 ...................................................................... 错误！未定义书签。 9.2 中段壁厚的计算 ...................................................................... 错误！未定义书签。
第10章 泵的轴封 ..................................... 错误！未定义书签。
10.1 常用的轴封种类及设计要求 ................................................ 错误！未定义书签。 10.2 填料密封的工作原理 ............................................................ 错误！未定义书签。 10.3 传统填料密封结构及其缺陷 ................................................ 错误！未定义书签。
10.3.1 传统填料密封结构 ...................................................... 错误！未定义书签。 10.3.2 传统填料密封的不足 .................................................. 错误！未定义书签。 10.4 填料密封的结构改造 ............................................................ 错误！未定义书签。
结论 ............................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ...................................................... 错误！未定义书签。 致谢 .......................................................................................... 45
第一章 绪论
水泵作为一种通用机械，在社会各行各业中发挥着重要作用。它是除电动 机以外使用范围最广泛的机械，几乎没有一个国民经济部门不使用水泵。泵对 发展生产、保证人民的正常生活和保障人民的生命财产安全具有至关重要的作 用。在农业方面，水泵及排灌站在抵御洪涝、干旱灾害，改善农业生产条件等 方面更是功不可没。 关于选择单级单吸离心泵的设计，一方面，因为泵与我们的日常成活、与 整个社会联系都非常的紧密，其次，泵的结构对于我们来说也不太陌生，难度 适中，最后选择这样的课题进行设计也能够充分的检验我们对所学知识的理解 程度，培养我们查找工具书的能力以及自己处理问题的能力.
通过试验手段开展对泵性能的研究，或对已有的产品确定其实际的工作性能就显得极为重要。根据试验条件和目的的不同，性能试验可分为试验台试验和现场式试验两种。试验台试验是指，将泵安装在制造厂或使用单位的泵性能试验装置上而进行的试验。其主要目的是：确定泵的工作性能曲线，确定它的工作范围，可以更好的向用户提供经济、合理地使用和选择的可靠数据；通过实验得到的性能曲线来校核设计参数，检验是否达到了设计所要求的技术指标，以便修改设计或改进制造质量。现场试验是指，泵安装到使用单位后，在实际的使用条件下进行的试验，其主要目的是为泵的安全、经济运行提供可靠的依据。例如，通过试验了解整个泵装置及管路系统的实际性能，据此来考察其选型是否合理，并以此为依据，制定经济运行方案，使其在负荷变动时也能随之按最经济合理的方式进行。在泵改造前进行试验，以便鉴定改进效果。通过试验测得的效率下降和出力变化的情况，来估计泵在长期运行中因汽化、磨损和内部不正常的泄露等因素所造成的内部损坏程度，以便及时检测并合理确定检修期限。
泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给输送的液体，使液体的能 量增加 的机械。泵类产品是广泛应用在国防、电力、石油、化工、建筑等工 程领域的一种非要的通用机械产品。离心泵是工业泵产品中数量最多、用途最广泛的一种产品,其他产品多是在离心泵技术的基础上进行设计的, 所以,泵的运用在国民经济的各个部门都很普遍, 它的技术性能对各相关行业影响巨大。但由于泵内部流动非常复杂,造成泵的水力设计还停留在半理论、半经验和试验验证的基础上进行设计.
通过分析传统填料密封结构、工作原理及其缺陷后，要改善和提高填料密封的密封效果，可采取的措施是：（1）尽量使径向压紧力均匀且与泄露压力规律一致，使轴套承压面受压均匀，从而使轴套磨损小而且均匀。（2）使填料密封结构中的填料具有补偿能
力、足够的润滑性和弹性。（3）密封的填料沿轴向抱紧力应均匀分布。
鉴于以上分析，采用的填料密封结构应该是一种能够自动根据被密封介质压力的变化而变化密封力的填料密封结构。
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第二章 离心泵的设计参数以及设计要求
2.1 离心泵的设计参数
设计一适用于工业和城市给排水，高层建筑增压送水，园林灌溉，消防增 压及设备配 套，船舶用泵。结合目前离心泵的型谱，确定如下参数作为本次离 心泵设计的参数。
1）扬程H=36m 2）流量Q=78m3/h 3）工作介质为清水 4）必要空化余量NPSHr=4m 5）工作介质密度为?=1000kg/m3
2.2 名词解释
离心泵：通过利用离心力输水的水泵。
单级单吸：单级是指一个叶轮，单吸是指只有一个进水口。
在离心泵系列中还有双级双吸、双级单吸、单级双吸离心泵，至于叶轮和进水口的数量主要是通过考虑到离心泵的功率和性能参数来确定的，其中单级单吸离心泵是功率和性能最简单的一种。
2.3 离心泵的工作原理
离心其实是物体惯性的表现比如雨伞上的水滴当雨伞缓慢转动时水滴会跟随雨伞转动这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。
但是如果雨伞转动加快这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动那么水滴将脱离雨伞向外缘运动就象用一根绳子拉着石块做圆周运动如果速度太快绳子将会断开石块将会飞出这个就是所谓的离心。
离心泵就是根据这个原理设计的高速旋转的叶轮叶片带动水转动将水甩出从而达到输送的目的。
离心泵有好多种从使用上可以分为民用与工业用泵从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。
单级单吸离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的
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进水口前、导叶和空间导叶三面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室（蜗壳式）种形式；叶轮是泵的最重要的工作.
单级单吸离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。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。
2.4单级单吸离心泵的主要部件
单级单吸离心泵的基本构造是由七部分组成的，分别是：叶轮，泵体（即泵体和
泵盖），泵轴，轴承，悬架，机械密封，填料函。
两个主要部分构成：一是包括叶轮和泵轴的旋转部件；二是由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。 1)叶轮
叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，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。 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)。
叶轮按液体流出的方向分为三类：
（1）径流式叶轮（离心式叶轮）液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮。 （2）斜流式叶轮（混流式叶轮）液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮。 （3）轴流式叶轮液体流动的方向与轴线平行的。 叶轮按吸入的方式分为二类：
（1）单吸叶轮（即叶轮从一侧吸入液体）。 （2）双吸叶轮（即叶轮从两侧吸入液体）。
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叶轮按盖板形式分为三类： （1）封闭式叶轮。 （2）敞开式叶轮。 （3）半开式叶轮。
其中封闭式叶轮应用很广泛，前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。 2)泵壳（泵体、泵盖）
泵体作用是将叶轮封闭在一定空间内，以便由叶轮作用吸入和排除流体。泵壳多做成蜗壳形状，故又称蜗壳。
由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速旋转的液体流速渐下降，是部分动能有效的转换成静压能。泵壳不仅汇集了叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。 3)泵轴
泵轴的作用是支持和固定叶轮等回转体，带动叶轮在正确的工作位置 做高速旋转并传递驱动功率的元件，所以它是传递机械能的主要元件。离心泵泵轴工作时要以一定的转速作旋转运动，承受较大的弯矩和转矩。轴要有足够的强度、硬度和几何精度，将对密封性能的不良影响降低到最低程度，最大限度的减少摩擦损伤和危险性。 4)轴承
离心泵轴承按摩擦性质不同，轴承分为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴 承在离心泵中起着很重要的作用，它主要用于支承转子。
5）密封装置：为了保泵的正常工作，应防止液体外露和内漏，或外界空气吸入泵内，因此必须在叶轮和泵壳间、轴与壳体间装有密封装置，最常见的密封装置由填料密
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第三章 泵主要设计参数和结构方案确定
3.1 设计参数
输送介质：清水； 工作温度：80℃； 介质密度体积流量泵扬程泵效率
：1000kg/m3； ：78m3/h； ：36m； ：72%；
：3.0m。
泵必需汽蚀余量
3.2 泵进出口直径
3.2.1 泵吸入口径
/s左右。从
泵吸入口径由合理的进口流速确定。泵吸入口的流速一般设为
制造方便考虑，大型泵流速取大些，以减小泵的体积，提高过流能力。而要提高泵的抗汽蚀性能，应减少吸入流速[3]。综合考虑，取泵吸入口的平均流速vs=3m/s。
（3—1）
式中，Ds——泵吸入口径mm;
——泵吸入口流速，
mm。
[3]
。
按照标准管径3.2.2 泵排出口径
低扬程泵，取与吸入口径相同。因，取70mm。
3.3 泵转速
确定泵转速时应考虑下面因素[3]：
① 泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此，应选择尽量高的转速； ② 转速和比转数有关，而比转数和效率有关，所以转速应和比转数结合起来确定；
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③ 确定转速应考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机）和传动装置（变速传动等）；
④ 提高泵的转速受到汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式知，转速和汽蚀基本参数生汽蚀。对于一定的置提供的装置汽蚀余量
设计体积流量qv?78。 c=1032.67
根据对
，等参数的要求以及考虑结构，制造，动力等因素确定合
可
和有确定的关系，如得不到满足，将产
增加，当该值大于装
值，假设提高转速，则
时，泵便发生汽蚀。
适转速。按汽蚀要求确定比转速时：
（3—2）
式中，C——汽蚀比转数，C=80;
——泵必需的汽蚀余量，
D2?
m。
60u260?28.25??0.4713m?471mm n?3.14?3150N=2950<3415r/m。 故所选用原动机合理。 (3-3)
3.4 泵水力机构及方案
水利管道上的主要用泵从用途上可分为给水泵和主输泵两种。主输泵是各泵站的输水用泵。在构造上，水利管道所用离心泵一般为单级双吸，两级双吸，多级单吸几种。单级泵用作给水泵或串联操作的主输泵。多级泵则用于主输泵的并联操作，根据需要的扬程选择多级泵的级数。因为要求较高的工作效率，主泵的比转数都比较高，因而水泵必需的最小汽蚀余量也大，这意味着，主泵的抗汽蚀性能较差，往往需要正压进泵。
离心泵基本工作性能特点[5]：
① 转速高，通常为1500r/m～3000r/m或更高，流量均匀；
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② 流量随扬程而变化，流量范围大，通常10～350 m3/h，最大流量可达10000 m3/h以上；
③ 扬程随流量而变化，在一定流量下只能供给一定扬程。单级扬程一般10m～80m。多级泵扬程可达300m以上，工作压力一般10×105Pa；
④ 功率范围很大，一般在500kw以内，最大可达1000kw以上；
⑤ 效率较高，一般0.50～0.90，在额定流量下效率最高，随着流量变化效率降
⑥ 单级扬程一般为5～7m，最大可达8m以上。
3.5 泵的效率
3.5.1 泵总效率
泵的总效率就等于其机械效率、容积效率和水力效率三者之乘积。因此，要想提高泵的效率就必须在设计、制造及运行等各个方面注意减少各种损失。目前，离心泵的总效率视其大小、型式和结构不同一般为0.55～0.90.在设计之前只能按统计资料（经验公式或曲线）或类似的实际产品大致确定欲设计泵的效率，待设计完之后，可以近似估算所设计泵的效率，只有在泵制造完成之后，通过试验才能精确地确定其效率[5]。
3.5.2 机械损失和机械效率
原动机传到泵轴上的功率，首先要花费一部分去克服轴承和轴封的摩擦损失，然后还要花费一部分去克服叶轮前后盖板外侧与流体间的圆盘摩擦损失。在上述三种损失中，圆盘摩擦损失占的比重最大，而轴承和轴封的损失一般认为与泵的尺寸无关，只与零件表面加工质量、轴封结构等因素有关，约占轴功率的1％～4％。上述三种损失功率之和称为机械损失3.5.3 容积损失和容积效率
输入水力功率用来对通过叶轮的流体做功，因而叶轮出口处流体的压力高于进口压力。由于泵中转动部件与静止部件之间存在间隙，因而当叶轮旋转时，必然有一部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧。这样，通过叶轮的流量并没有完全输送到出口，其中泄露量
(理论流量)
，其大小用机械效率
来衡量。
这部分液体把从叶轮中获得的能量消耗与泄
来衡量。
露的流动过程中，把由泄露造成的损失称为容积损失，其大小用容积效率
容积损失主要发生在密封环处、平衡轴向力装置处、密封装置处。对于多级泵来说
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还有级间泄露。需要说明的是，在泵的流量变小时，其泄露量的相对值要增大。所以对于小流量高压头的泵，应尽量减少泄露量，提高容积效率。容积损失和比转速有关，随着比转速的增大，容积损失逐渐减少。一般情况下，在所有比转速范围内，容积损失等于所有圆盘摩擦损失的一半。 3.5.4 水力损失和水力效率
通过叶轮的有效流体（除掉泄露）从叶轮中接收的能量
，也没有完全输送
出去，因为流体在泵的过流部分的流动中伴有沿程摩擦损失和叶片进出口冲撞、脱流、漩涡等引起的局部损失，从而要消耗掉一部分能量。单位重量流体在泵过流部分流动中损失的能量称为流动损失，用h来表示，其大小用流动效率
本设计中，确定预设计的泵的
为72%。
来衡量。
第四章 离心泵泵轴及叶轮水力设计计算
4.1 泵轴及其结构设计
4.1.1 泵轴传递扭矩
（4—1）
式中：Me——泵轴传递扭矩；
4.1.2 泵轴材料选择
根据泵轴工作特点和承受的应力，在材料选择上应考虑使用耐疲劳强度比较好的碳素钢，合金钢，这些材料的综合性能都比较好。
1） 泵轴转速不高，输送介质的温度压力不高时，用碳素钢；
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2） 泵轴转速高，输送介质的温度压力高时，选用机械强度比较高的合金钢。 本设计泵轴选用45钢材料，调质处理HB=245～286，需用切应力58.8 MPa。 4.1.3 轴结构设计
根据圆轴扭转时的强度条件：
为49MPa～
（4—2）
式中：
——最大切应力，MPa； Wt——抗扭截面系数，
——许用应力，MPa；
对于实心轴：
（4—3）
式中：d——轴径，㎜。
由式（4—2）和式（4—3）式得：
D>34mm
考虑键削弱作用，联轴器轴孔直径为标准化，取34mm。
最小轴径d确定，考虑托架结构，推算安装滚动轴承处轴径d1，d1比d大一级，并选用标准尺寸，本设计
取35mm。安装叶轮处的轴直径d2的尺寸希望尽量粗一
点，粗刚性好，d2太粗浪费材料，同时轴肩不能高于滚动轴承内圈，否则影响轴承拆卸和润滑油的流动，本设计计
取24mm。叶轮配合的直径d3，比d1小一级，本设
取32mm。
取30mm。轮毂直径dh对泵的吸入性能没有什么影响，本设计中
4.2 叶轮进口直径
叶轮入口速度
：
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（4—4）
式中，
——叶轮入口速度，m/s； K0——叶轮入口速度系数；
对悬臂式离心泵叶轮，入口直径
可由流体力学公式求得：
（4—5）
由（4—5）式得：
（4—6）
式中，qVT——理论流量，qVT大于设计流量qV，因为通过叶轮的流量中有一部分经密封间隙
返回叶轮入口，造成容积损失。
可由下式计算：
（4—7）
式中，
——泵容积效率，由文献[8, 8—1]可知
；
D2?60u260?28.25??0.4713m?471mm。 n?3.14?3150；
4.3 叶片入口边直径
在叶轮流道入口边上取圆心，作流道的内切圆，内切圆圆心到轴心线距离的两倍即为叶片入口边直径
40～100，则
，叶片入口边直径
一般可按比转速ns确定。
(一般入口边平行于轴心线；对流量较小的泵，可取
；对流量较大的泵，也可将入口边伸向吸入口，但是应注意铸造造型的工
艺性)：
100～200，则200～300，则300～500，则
(1～0.8)(0.8～0.6)(0.7～0.5)
； ； ；
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500，则(轴流泵)。
取0.095m。
本设计中叶片入口边直径
4.4 叶片入口处绝对速度
一般取。
本设计中取
或略大于
，对抗汽蚀性能要求较高的泵，可取（0.4～0.83）
。
4.5 叶片入口宽度
（4—8）
离心泵叶轮入口尺寸能影响很大。
。
，
和
除影响泵的性能和效率外，对泵的抗汽蚀性
4.6 叶片入口处圆周速度
（4—9）
4.7 叶片数Z
目前尚无准确的方法确定叶片数，对
～250的泵，一般取6片；对低比
转速的泵可取9片，但应注意勿使入口流道堵塞；对高比转速的泵可取4片～5片。一般情况可按下表选取。
表4-1 叶片数的选择
比转速ns 叶片数Z
50～60 8
60～180 7
180～350
6
350～580
5
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本设计叶片数取为8。
4.8 叶片入口轴面速度
（4—10）
式中，
——叶片入口排挤系数;
设计离心泵时，先选取排挤系数进行计算，待叶片厚度和叶片入口安装角确定后，再来校核值。计算时，一般取
本设计中，
取0.80。
v?0.8?4.25?3.44
～0.91，低比转速的小泵取大值。
4.9 叶片入口安装角
叶片入口安装角就是在叶片入口处，叶片工作面的切线（严格地说，应该是在流面上叶片骨线的切线）与圆周切线间的夹角。假定液体是无旋流入叶轮内，则由速度三角形可知：
tan（4—11）
式中，
——液体进入叶轮相对速度的液流角。
叶轮入口处的叶片安装角比相对速度液流角增大了的角度，这个角度叫做冲角，以
表示。叶片入口安装角
：
（4—12）
一般冲角取本设计中，取
°～13°，叶片入口安装角
°， tan
°～40°。
??12.63° ??12.63°+13°=25.63°
4.10 叶片包角的确定
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包角就是叶片入口边与圆心的连线和出口边与圆心连线间的夹角。对比转速60～220的泵，一般取
75°～150°，低比转速叶轮取大值，高比转速叶轮
取小值。包角确定后，在绘型时还有根据具体情况作适当的修改。在本设计中，取90°。
4.11 叶轮外径
叶轮外径
是决定泵性能的最主要水力参数之一。
（4—13）
式中，
——扬程系数，目前从理论上还无法直接推导出计算公式，在总结国内目前优秀离
心泵水力模型的基础上，运用数值分析方法，拟合得到扬程系数计算公式：
（4—14）
4.12 叶片出口安装角
叶片出口安装角比转速的泵，
一般在16°～40°范围内，通常选用20°～30°范围内。对高
可取得大些。叶片出口安装
可以取得小些，对低比转速的泵，
角对叶轮流道形状和泵的效率影响很大。本设计中
取28°。
4.13 叶轮出口宽度
将泵相似理论推出的表达式轮出口宽度
和流量系数
中的线性尺寸和系数
的计算式为：
分别以叶
代替，则出口宽度
（4—15）
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为使机械密封可靠、稳定的工作，除密封本身应设计合理、材料选用适当和制造安装良好外，选用合适的辅助系统也起着重要的作用。常用的辅助措施包括润滑、冲洗、冷却和过滤等，可根据具体工作条件加以配合选用。
10.4.机械密封冲洗
机械密封系统的最重要的单元流程。根据冲洗液的来源和走向，冲洗可分为自冲洗、外冲洗和循环冲洗。利用被密封介质本身来实现对密封的冲洗称为自冲洗，适用于密封腔内的压力小于泵出口压力，大于泵进口压力的场合，具有正向直通式冲洗，正向旁通式冲洗，反向旁通式冲洗。本泵采用自冲洗。
第十一章 经济性分析
设备的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行综合考虑。设计制造的经济性表现为机器的成本低；使用经济性表现为高生产率，高效率，较少地消耗能源，原材料和辅助材料，以及低的管理和维护费用等。在设计中，主要采用以下措施提高设计和制造经济性指标：
1）本设计设计结构合理，采用单级悬臂式，保证其功能的充分实现； 2）采用价格经济的材料，直锥形吸入室、叶轮、螺旋形涡室、泵体密封环、叶轮密封环，轴承箱、支座用HT200铸铁铸造。HT200价格合理，铸造性能及切削加工性能好，应用非常广泛，铸造成型后，对其要求进行机械加工部位较少，工艺技术要求低，普通的车床就可加工；
3） 设计应用CAD技术，加快了设计速度，降低了设计成本；
4）改善零件的结构工艺性，使其用料少（泵体空腔）、易加工（退刀槽）、易装配，（砂轮越程槽）；
5）最大限度地采用联轴器、键、轴承等标准化、系列化及通用化的零、部件 6）零件结构采用标准化结构及尺寸；
7）选用高效率的传动系统，电动机通过联轴器直接带动泵轴旋转，减少传动的中间环节，降低能耗和生产成本； 8）采用润滑，延长机器的使用寿命；
9）采用可靠的密封（机械密封）系统，减少渗漏现象；
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10）采用先进的现代设计方法（基于流道理论的一元分析方法），使设计参数最优化，达到尽可能精确的设计计算结果，保证机器足够的可靠性。
本次设计中，结构合理，在极大程度上减少了材料的浪费，减少加工时间，使其经济性合理适中。
第十二章 结论
在此设计中，主要包括单级单吸清水离心泵的方案设计，离心泵基本参数选择、离心泵叶片的水力设计、离心泵压水室的水利设计、离心泵吸水室的水利设计。以及进行轴向力及径向力的平衡，最后要进行强度校核。
本次设计采用闭式叶轮（具有盖板和轮盘，流道封闭），轴设计为阶梯轴，材料采用45钢。本设计吸入室采用直锥形吸入室，其结构简单，制造方便。压出室选择螺旋形压出室，其结构简单，制造比较方便，泵性能曲线高效率区域比较宽广，车削叶轮后泵效率变化比较小。离心泵运行时，产生轴向力径向力。在叶轮后盖板上开一圈小孔，平衡轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受，径向力不大，无需采用专用平衡措施。
考虑输送介质是清水，轴封采用普通型机械密封,其性能可靠，泄露量少，使用寿命大，功耗低，不需经常维修，且能适应于生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质等苛刻工况的密封要求。辅助设计机械密封的润滑、冲洗、冷却，冲洗冷却的方式为自冲洗，留出冲洗道。叶轮与泵体密封采用4个密封环（叶轮前密封环，泵体前密封环，叶轮后密封环，泵体后密封环）予
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以实现，密封环材料采用HT200，一方面达到了密封要求，而且避免了叶轮与泵体的磨损。另外，设计中对键、联轴器、轴承等标准件进行了选择并校核，使其满足工况。
本次设计的清水用离心泵结构合理设计强度，刚度均符合要求，故本设计合格，满足要求。
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致 谢
在老师、同学的帮助和关心以及自己不懈的努力之下，终于完成了本次设计，其中倾注了老师和同学们的心血，在此向他们表示衷心的感谢。
此次毕业设计是在以前做过机械设计和课程设计的基础上要求更高的一次任务，无论是在设计难度，还是工作量都是较大的。通过此次设计，我认识到掌握充分的资料对我们设计的重要性，不做任何参考只能是闭门造车，不可能做出完美的设计。另外，本设计中的存在许多不足之处，特别是在部分零件结构设计中，过分依赖现有的设计成果，完全拘泥于已经成熟的结构，虽然自己也产生了一些好的想法，但都没有运用到设计当中，这些都是有与缺乏设计经验，有待于参加工作以后提高。
本次的毕业设计是在老师的细心指导下完成的。从课题的选题、设计任务部署、具体工作指导等各个方面都给予了我很大的帮助。尤其是整个设计的开展过程中，各位老师严谨的工作态度和认真的学术风格督促我严格认真的做好每一步，对于我毕业设计的顺利完成甚至对我今后的工作都将产生深远的影响。值此论文完成之际，谨向各位老师致以最衷心的感谢和最诚挚的敬意；在此也衷心感谢在毕业设计开展过程中给予我帮助、提出的宝贵意见和建议的各位同学。
最后，再次感谢各位老师同学们的大力帮助。
批注：1、全文段落行距均为固定值22磅，正文字号为小四号字。
2、各级标题的格式应一致，如一级标题居中三号宋体加粗；二级标题四号宋体加粗；三级标题小四号宋体加粗。
3、公式后面的序号注意排序；如第二章的公式序号应依次为(2-1)(2-2)等，并且注意非汉字的字符应使用英文输入法。