DG150水泵设计详解课件.ppt

1、DG150水泵设计总体结构的设计毕业设计的目的和意义 培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力 提高毕业生全面素质，增强事业心和自信心 毕业设计是学生在校期间的课后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；是实现学生从学校学习到岗位工作的过渡环节；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容课题选择的原因 多级泵是最常用的液体连续输送机，广泛应用于国民经济的各行各业中 多级泵的历史、分类、发展状况、工作原理、结构、布置方式及多

2、级泵的主要定子、转子、轴承和轴封。零部件的常规设计计算和主要零部件的强度校核，主要包括泵轴的计算和校核；泵体的选用泵的历史 公元前300年左右出现的阿基米德式螺旋抽水机 1475年工程师弗朗西斯科迪乔治马丁尼（Francesco Di Giorgio Martini）在论文中提出了离心泵原始模型 大约在1590-1600年，齿轮泵被发明 1650年德国马德堡市市长奥托冯格里克发明第一台空气泵 1680年约旦出现简单的离心泵 1720年伦敦城市的供水系统中开始使用柱塞泵 1870年英国人威廉汤姆森提出了射流泵的设计 1880年英国Frizzle设计气举泵 1890年美国麻省Warren公司制造了

3、第一台双螺杆泵 1900年哈里斯（Harris）制造出空气压力泵 1960年美国拜伦杰克逊公司制造了于地下液化石油气存储设施中应用潜水式电机泵 19世纪70年代Kobe公司制造出商用旋喷泵 2000年美国HMD公司制造出屏蔽磁力驱动泵是一种无泄漏泵 2000年，台湾羿辰科技设计出微型电磁轴驱动泵原型是一种类磁浮等压式泵泵的分类 按泵的结构可分为单级泵和多级泵；动力式泵分为离心泵和漩涡泵两种，依对流体施加压力的方式，可将泵分为容积式泵、动力式泵、电磁泵三类；按泵的用途可分为热泵、计量泵、化工流程泵、试压泵、真空泵、钛升华泵等；按所输送流体的性质可分为水泵、油泵、气泵、酸泵、碱泵、清水泵、污水泵、

4、泥浆泵、硫磺泵、磷酸泵等；按泵的驱动方法可分为手动泵、蒸汽泵、电动泵、气动泵、水轮泵、电磁泵、汽轮机泵、柴油机泵等；按泵工作的机械部分命名可分为齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵、隔膜泵等产品概述 DG型泵系卧式单吸多级分段式离心泵。该系列泵具有效率高、性能范围广、运行安全平稳、噪音低、寿命长、安装维修方便等特点。产品执行JB/T1051-93多级清水离心泵型式与基本参数标准。供输送清水或物理化学性质类似于水的其它液体。也可以通过改变泵过流部件材质、密封形式和增加冷却系统用于输送热水、油类、腐蚀性或含磨粒的介质。产品特点 效率高、安装维修方便：采用高效节能的水力模型。该系列泵具有效率高、性能范围广、运行安

5、全平稳、噪音低、寿命长、安装维修方便等特点。轴封：采用软填料密封或机械密封，密封安全可靠、结构简单，维修方便快捷。整机使用寿命长：轴为全封结构，确保了不与介质接触，不锈蚀，使用寿命长。工作条件 流量范围：6.3500 m3/h 扬程范围：50680 m 介质温度：+105 转速：14002950r/min离心泵参数 流量Q=150m3/h 单级扬程H=100m 级数 i=10级 转速n=2950r/min 液体重度=9806N/m3 效率=70 必须气蚀余量hr=4.8m离心泵的工作原理 电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

6、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。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离心泵基本构造 离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环、填料函、联轴器 泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，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。泵轴的作用是借联轴器和

7、电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴 承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润 滑剂加油要适当一般为2/33/4的体积太多会 发热，太少又有响声并发热！滑动轴承离心泵 结构使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂移，太少又要轴承 过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的 温度最高在85度一般运行在60度左右，如果高 了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理。密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造

8、成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.251.10mm之间为宜。填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！在运行600个小时左右就要对填料进行更换。联轴器（图3-6）是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋

9、转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。叶轮的选择 叶轮是离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送，是离心泵重要零件一。叶轮一般由轮毅、叶片和盖板三部分组成。叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分，叶轮口侧的盖板称为前盖板，另一侧的盖板称为后盖板。按结构形式，叶轮可分为以下三种，闭式叶轮叶轮（a）、半闭式叶轮叶轮（b）、开式叶轮（c）闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板，盖板间有46个叶片，如图(a)所示。闭式叶轮效率较高，应用最广，适用于输送不含

10、固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有单吸和双吸两种类型。双吸叶轮如下图所示，适用于大流量泵，其抗汽蚀性能较好。如图(b)。这种叶轮结构简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物或带纤维体。半开式叶轮这种叶轮只有后盖板，如图(c)所示。它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体，其效率介于开式和闭式叶轮之间。泵轴与轴套 泵轴属阶梯轴类零件，一般情况下为一整体。但在防腐泵中，由于不锈钢的价格较高，有时采用组合件。接触介质的部分用不锈钢，安装轴承及联轴器的部分用优质碳素结构钢，不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或过盈配合连接。由于泵轴用于传递动力，且高速旋转，在输送清水等无腐蚀性介质的泵中，一般

11、用45#钢制造，并且进行调质处理。在输送盐溶液等弱腐蚀性介质的泵中，泵轴材料用40Cr，且调质处理。在防腐蚀泵中，即输送酸、碱等强腐蚀性介质的泵中，泵轴材质一般为1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不锈钢。轴套的作用是保护泵轴，使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦，所以轴套是离心泵的易磨损件。轴套表面一般也可以进行渗碳、渗氮、镀铬、喷涂等处理方法，表面粗糙造度要求一般要达到Ra3.2mRa0.8m。可以降低摩擦系数，提高使用寿命。导轮 导轮是一个固定不动的圆盘，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，这些导叶构成了一条条扩散形流道，背面有将液体引向下一级叶轮人口的反向导叶，其结构如下图所示 液体

12、从叶轮甩出后，平缓地进入导轮，沿着正向导叶继续向外流动，速度逐渐降低，动能大部分转变为静压能。液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮导轮上的导叶数一般为48片，导叶的入口角一般为8一16，叶轮与导叶间的径向单侧间隙约为1mm。若间隙过大，效率会降低；间隙过小，则会引起振动和噪声。与蜗壳相比，采用导轮的分段式多级离心泵的泵壳容易制造，转能的效率也较高。但安装检修较蜗壳困难。另外，当工况偏离设计工况时，液体流出叶轮时的运动轨迹与导叶形状不一致，使其产生较大的冲击损失。由于导轮的几何形状较为复杂，所以一般用铸铁铸造而成。蜗壳 蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的出口管之间截面积逐渐增大的螺旋形

13、流道，如下图所示。其流道逐渐扩大，出口为扩散管状。液体从叶轮流出后，其流速可以平缓地降低，使很大一部分动能转变为静压能。蜗壳的优点是制造方便，高效区宽，车削叶轮后泵的效率变化较小。缺点是蜗壳形状不对称，在使用单蜗壳时作用在转子径向的压力不均匀，易使轴弯曲，所以在多级泵中只是首段和尾段采用蜗壳而在中段采用导轮装置。蜗壳的材质一般为铸铁。防腐泵的蜗壳为不锈钢或其他防腐材料，例如塑料玻璃钢等。多级泵由于压力较大，对材质强度要求较高，其蜗壳一般用铸钢制造。密封环 从叶轮流出的高压液体通过旋转的叶轮与固定的泵壳之间的间隙又回到叶轮的吸入口，称为内泄漏，如下图所示。为了减少内泄漏，保护泵壳，在与叶轮入口处

14、相对应的壳体上装有可拆换的密封环。密封环的结构形式有三种，如图312所示。图312(a)为平环式，结构简单，制造方便。但密封效果差；图312(b)为直角式的密封环，液体泄漏时通过一个90的通道，密封效果比平环式好，应用广泛；图312(c)为迷宫式密封环，密封效果好，但结构复杂，制造困难，一般离心泵中很少采用。密封环内孔与叶轮外圆处的径向间隙一般0.10.2mm之间。轴向密封 从叶轮流出的高压液体，经过叶轮背面，沿着泵轴和泵壳的间隙流向泵外，称为外泄漏。在旋转的泵轴和静止的泵壳之间的密封装置称为轴封装置。它可以防止和减少外泄漏，提高泵的效率，同时还可以防止空气吸入泵内，保证泵的正常运行。常用的轴

15、封装置有填料密封和机械密封两种。本设计采用填料密封填料密封 填料密封指依靠填料和轴(轴套)的外圆表面接触来实现密封的装置。它由填料箱(又称填料函)、填料、液封环、填料压盖和双头螺栓等组成，如图313所示。液封环安装时必须对准填料函上的入液口，通过液封管与泵的出液管相通，引入压力液体形成液封，并冷却润滑填料。填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料发生变形，并和轴(或轴套)的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。填料密封的密封性可用调节填料压盖的松紧程度加以控制。填料压盖过紧，密封性好，但使轴和填料间的摩擦增大，加快了轴的磨损，增加了功率消耗，严重时造成发热、冒烟，甚至将填料烧毁。填料压盖过松

16、，密封性差，泄漏量增加，这是不允许的。填料密封的密封性能差，不适用于高温、高压、高转速、强腐蚀等恶劣的工作条件。机械密封装置具有密封性能好，尺寸紧凑，使用寿命长，功率消耗小等优点，近年来在化工生产中得到了广泛的使用。结构及工作原理依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置，称为机械密封，又称端面密封。其结构如下图所示。紧定螺钉1，将弹簧座2固定在轴上，弹簧座2、弹簧3、推环4、动环6和动环密封圈5均随轴转动，6静环7、静环密封圈8装在压盖上，并由防转销9固定，静止不动。动环、静环、动环密封圈和弹簧是机械密封的主要元件。而动环随轴转动并与静环紧密贴合是保证机械密封达到良好效果的关

17、键。多级泵的平衡装置 叶轮对称布置将离心泵的每两个叶轮以相反方向对称地安装在同一泵轴上，使每两个叶轮所产生的轴向力互相抵消，如下图所示。这种方案流道复杂，造价较高。当级数较多时，由于各级泄漏情况不同和各级叶轮轮毅直径不相同，轴向力也不能完全平衡，往往还需采用辅助平衡装置。平衡盘装置因分段式多级离心泵叶轮沿一个方向装在轴上，其总的轴向力很大，常在末级叶轮后面装平衡盘来平衡轴向力。平衡盘装置由装在轴上的平衡盘和固定在泵壳上的平衡环组成，如下图所示平衡盘装置因分段式多级离心泵叶轮沿一个方向装在轴上，其总的轴向力很大，常在末级叶轮后面装平衡盘来平衡轴向力。平衡盘装置由装在轴上的平衡盘和固定在泵壳上的平

18、衡环组成，如图315所示局部机构的设计 该部分主要分为三大部分 1进水段的设计 2出水段的设计 3中间轴的设计 4叶轮的设计进水段的设计 为保证离心泵不发生汽蚀，一方面要使泵叶轮人口处水力损失和流动畸变减少，这是水泵本身设计和制造的问题；另一方面从用户角度则要尽可能多地提供吸人动力，即要提高吸人表面压力，减少液体饱和蒸汽压，减少吸人面和泵轴中心垂直距离，减少吸人管路中水力损失等。其中吸人表面压力和液体饱和蒸汽压，在石油化工厂都是由操作工艺决定的。作为机械技术人员，很难改动这两个参数，主要可减少吸人表面到泵轴中心距离，也就是泵安装位置尽可能接近吸入液面。出水段的设计 出水段主要有压出室、导轮、蜗

19、壳等构成。通常所说的压水室是指螺旋形的压水室、环形压水室和导叶的总称。获得能量的水流沿叶轮圆周流出后，将进入泵的压水室。压水室是泵不可缺少的重要过流部件，其设计、制造水平的高低，对泵有十分明显的影响。流出叶轮的液体，其绝对速度值很大，且具有很大的旋转分量但液体通过压水室以后，据对速度变小，旋转分量等于零或是很小的值，因而压水室是转换能量的过流部件。中间轴的设计 中间轴的设计主要考虑电机的选择、轴径和轮毂直径的计算、泵轴的强度计算、平衡盘的强度计算、键的强度计算以及联轴器的强度计算。根据在给定的参数和查阅的参数，结合各种公式进行计算，得到中间轴的各种数据。叶轮的设计 离心泵叶轮设计的第一阶段工作

20、，是根据提出的泵设计点的性能参数，主要指流量、扬程和转速，确定叶轮全部几何参数：叶轮直径D2和出口宽度b2，叶片出口安放角2，叶片数Z，叶轮吸入口直径D2及叶片出口排挤系数2。这些结构参数不仅决定了叶片的基本几何形态，也基本决定了泵的水力特征、泵的能量和汽蚀性能指标。已知设计参数为：流量Q=200m3/h 扬程H=80m 转速n=2900r/min 效率76.0%必需空蚀余量 (NPSH)r=4.0m材料的选择 根据水泵各部分的载荷不同、作用不同等一系列因素的影响，材料的选择如下：进水段、中段、出水段尾盖、首盖、进水段导叶采用的材料为ZG25;所有衬套和填料套和填料环采用的材料为HT25-47;平衡套、密封环和部分螺栓螺母采用的材料为3Cr13；O型密封圈采用的材料为三元乙丙胶；其它垫圈多采用的材料为胶质石棉板、65Mn；大多数螺栓螺母和铆钉等采用的材料为A3、45钢等;填充物选择的材料为碳纤维；拉紧螺栓选择材料为40Cr。谢谢观看