单级单吸离心泵IS200—150—250的水力及结构设计毕业论文
目 录
摘要……………………………………………………………3 1 前言………………………………………………………………4 2 叶轮的水力设计…………………………………………………5 2.1 泵的主要设计参数和结构方案的确定……………………5 2.2 叶轮主要参数的选择和计算…………………………6 2.3 叶轮的绘型…………………………………………11 2.4 作叶轮进出口速度三角形……………………………23 3 压水室的水力设计……………………………………………24 3.1 压水室的作用及螺旋型压水室作用的原理……………24 3.2 压水室的设计和计算…………………………………26 4 结构设计………………………………………………………31 4.1 主轴的结构设计………………………………………31 4.2 装配图轮廓尺寸的初定…………………………… 31 5强度计算………………………………………………………33 5.1 泵轴的强度计算……………………………………33 5.2 键的强度计算………………………………………39 5.3 轴承寿命的计算…………………………………………40 6 结论……………………………………………………………44 总结与体会…………………………………………………………45 谢词………………………………………………………………46 参考文献……………………………………………………………47
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摘 要
本设计是根据给定设计参数完成，主要包括叶轮、压水室的水力设计和泵的结构设计。确定出叶轮的几何参数，绘制并检查叶轮轴面投影图，采用方格网保角变换法完成扭曲形叶片绘形。利用数字积分法，根据蜗壳内速度矩守恒，确定出蜗壳八个断面参数，并进行绘形。最后对泵进行结构设计，绘制了装配图和部分零件图，并对轴进行了强度校核计算。
关键词：离心泵；叶轮；蜗壳；水力设计；结构设计
Abstract
According to the design parameters at the given point, this paper accomplished the design of the centrifugal pump. It mainly contained the hydraulic design of the impeller, volute casing and structural of pump, structural design of the pump. Based on the resolution method of design of the pump, author obtained the geometric parameters of the impeller. Then author projected and checked the cross-section of impeller, drew the cylindrical blade using methods of grid square conformal transformation. On the basis of constant velocity moment, author calculated parameters of cross-section of volute using digital integral method. Author also drew the spiral curve and diffuser of volute casing. Finally, the structural of the pump was designed and assembly drawing component graphics were drew. In addition, this program has been checked strength of the pump shaft. 【Key words】：centrifugal pumps；impeller；volute casing；hydraulic design；structural design
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1前言
水泵是一种应用广泛的水力通用机械，在航天、航空、发电、矿山、冶金、钢铁、机械、造纸、建筑以及农业和服务业等方面都有着广泛的应用。近年来，在农田水利建设和石油化学等工业部门的迅猛发展中，对离心泵的需求越来越大。
本次设计是根据给定设计参数完成IS200-150-250型离心泵水力及和结构设计，并完成泵总装图的绘制。该泵在设计点运行参数如下：
扬程H?20m，流量Q?400m3/h，转速n?1450r/min，效率??79%，必需空蚀余量(NPSH)r?2.95m；抽送介质为温度小于80?C的清水或物理、化学性质类似于水的其他液体。
根据以上设计参数，完成如下设计内容： (1) 叶轮水力设计，进行叶片绘形； (2) 压水室水力设计，进行压水室绘形； (3) 验算泵的抗汽蚀性能； (4) 完成总装图的绘制；
(5) 对泵的主要零件进行强度校核；
(6) 编写设计计算说明书，完成3000字专业文献英译汉。
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２叶轮的水力设计
叶轮是泵的核心部分，泵的性能、效率、抗空蚀能力、特性曲线的形状，都与叶轮的水力设计有紧密的关系。
2.1泵的主要设计参数和结构方案的确定
2.1.1 给定的数据和要求
（1）泵的型号：IS200—150—250
（2）流量：Q?400m3/h?0.111m3/s （3）效率：??79%。
（4）扬程：h?20m
（5）转速：n?1450r/min
（6）必需空蚀余量(NPSH)r?2.95m
（7）介质的性质：温度小于80?C的清水或物理化学性质类似于水的其他液体。
2.1.2 确定泵的进出口直径
首先由给定的泵的标准型号IS200-150-250，即可得
泵进口直径Ds?200mm 泵出口直径Dd?150mm。
2.1.3 汽蚀验算 汽蚀比转数
C?5.62nQ(NPSH)r34?1207
可知，转速n、汽蚀基本参数NPSHr和C这三个参数之间有确定的关系，如得不到满足，将产生汽蚀。对于一定C值，假设提高转速，则NPSHr将增大，当该值大于所提供的装置汽蚀余量NPSHa时，就会发生汽蚀。
按汽蚀条件来确定泵的转速的方法，是先选择C值，按给定的装置汽蚀余量
NPSHa或几何安装高度Hsz，计算汽蚀条件下所允许的转速。即
C(NPSH)r n?5.62Q34
式中：NPSHa=NSPHr?K（K—考虑汽蚀的安全余量）。
C(NPSH)r3/41207?2.953/4汽蚀允许转速：n'???1451(r/min)
5.62Q5.62?0.111经验算可知，转速n?1450(r/min)小于汽蚀允许转速，符合要求。
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2.1.4 计算比转速ns，确定泵的水力方案 比转速公式为
H4在ns?150~200范围，泵的效率最高，当ns?60时，泵的效率将显著下降。采用单级单吸式时ns过大，可考虑改成双吸，反之采用双吸ns过小时，可考虑改成单吸式叶轮，泵的特性曲线的形状也和ns有关。本次设计选用单级单吸式的水力方案。
ns?3.65nQ3?3.65?1450?0.111?186.5 取186 3/4202.2叶轮的主要参数的选择和计算
叶轮主要几何参数有叶轮进口直径D1、进口当量直径D0、叶轮轮毂直径dh、叶片进口安放角?1、叶轮出口直径D2、叶轮出口宽度b2、叶片出口角?2和叶片数Z。叶轮进口几何参数对汽蚀具有重要影响，叶轮出口几何参数对性能（H、Q）具有重要影响，而两者对效率均有影响。
2.2.1 叶轮进口直径D1的确定
叶轮进口直径D1与进口速度有关，从前限制进口速度v0一般不超过3~4m/s，认为进一步提高叶轮进口流速会降低泵的抗汽蚀性能和水力效率。实践证明：泵在相应增加进口v0很广的范围内运转时，能保持水力效率不变，所以如果设计的泵对抗汽蚀性能要求不高，可以选较小的D1以减少叶轮密封环的泄漏量，以提高容积效率。
决定叶轮内水力损失的速度是相对速度的大小和变化，所以应当考虑泵进口对相对速度的影响，通常在叶轮流道中相对速度是扩散的，即w1＞w2。这样从减小进口相对撞击损失的流道中的扩散损失考虑，都希望减小w1，若假定w1最小 ，可推出计算叶轮进口直径的公式。
进口当量直径：Do?k03Q0.111?4.5?3?0.1911m,圆整取192mm n1450式中:k0根据统计资料，对此泵确定为k0=4.5
进一步增加k0,可以改善大流量下的工作条件，提高泵的抗汽蚀性能考虑效率和汽蚀，k0的选用范围是：
主要考虑效率 k0=3.5～4.0 兼顾效率和汽蚀k0=4.0～5.0
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