毕业设计（论文）轴流立式料浆泵.doc
JIANGSU UNIVERSITY本 科 毕 业 设 计设计说明书题目 轴流立式料浆泵学院名称：能源与动力工程学院专业班级：学生姓名： 学 号：毕业设计导师： 2008 年 06 月目 录第一部分 内容摘要3第二部分 概 述5第三部分 设计方案及原理说明9第四部分 水力设计10第五部分 结构设计19第六部分 重要部件的校核23第七部分 参考文献29第八部分 毕业设计小结30第一部分 内容摘要内容摘要 轴流泵流量大，扬程低，比转速高，轴流泵的液流沿轴方向流动，但是其设计的基本原理与离心泵基本相同。轴流泵大多是单级的立式的，可以分为固定叶片式和可调叶片式两种。本毕业设计的项目是可调叶片式轴流泵即叶片可调节倾斜角度。本毕业设计的内容属于化工泵，只有大致工况设定，没有具体工作环境说明几要求，大致要求材料要有一定的耐腐蚀性能。此外，化工泵广泛应用于多种场合。化工泵既有离心式的，也有轴流式的，既有立式的，也有卧式的，既有单级的，也有多级的，应不同场合而定。本毕业设计要求为设计轴流立式料浆，这就决定了设计方向为：化工、立式、单级、轴流。泵主要由泵体、传动轴和传动装置等组成。传动专制是将原动机的动力传递给泵轴的中间装置。泵设计最主要的是水力设计叶片及导叶的水力设计。叶片的水力设计采用两种方法：圆弧法和升力法。经分析比较：采用圆弧法设计的轴面投影图叶片更为光滑，难度相对更高。采用升力法设计的轴面投影图虽然比圆弧法设计的稍微差点，但是，由于当今国内的制造水平对于三维曲面的加工还相对落后，即使是好的设计也是难以加工出来的，对于空间曲面加工效果好的机床是五轴联动机床，国内包括在国内的外企，拥有五轴联动机床的公司屈指可数。回头来看升力设计法，这种水力设计法虽然可能相对简陋，但是它简单实用，可操作性强，更加适合初级设计人员，对于本科毕业生来说是更好的操练工具。导叶则采用的是流线设计法。由于导叶是按锥面分流线，所以设计为空间导叶。水力设计之后是结构设计。结构设计决定着泵的受力情况，影响到泵的许多零件的强度问题，所以也是相当重要的。此次设计主要依据关醒凡教授的现代泵设计手册进行水力设计，所有图纸均采用AutoCAD软件绘制。AbstractAxis pumps are type of blade pump with great flux, lower head, high, fluids flow from axis pumps along the axis, but the basic theory used to design it is conformed to one in centrifugal pumps. Axis pumps always are monopole, and they can be setted into immobility blade and adjustable blade.The object of the graduate design is to design an adjustable pump-just as what it is said that its blades are adjustable-pitches. The pump I am going to design attributes to the chemical pumps, and the given conditions are mistiness, I am not going to say that the design assignment which my teacher disposed is confusing, but to say that the environment of the design is a dale. Though it is so board a dale, it requires me clear about the general direction, it is that the stuff of the pump asks for somehow anti-high-temperature, incorrupt, and so on. Chemical pumps are used abroad like everyone knows.Chemical pumps not just contain centrifugal ones, but also axis ones, not only horizontal but also stand-style, and include both of monopole and multilevel, when to use some kind of pump depends on live condition. My design assignment requires me to design a stand-style pump dealing with slurry, and it definitudes my work: chemical, stand-style, monopole, adjustable axis.Pumps are constituted with pump body, driving axis and driving devices, and so on. The driving devices are intermediary setting used to drive energy from motor to pump axis.The most important step in designing a pump is waterpower design-the design of the blades and lead blade. There are always two methods to be used to design pump cycle method and peace method. Put the two together: we find that the result after cycle method is better, the blades designed with it are more velvet, but it is more difficult. Compared with the cycle method, although the peace method is simple, however for present, manufacturing level is not component in three-dimensional products producing. I think there must be standout engineering, good conceive and good design home, but why all these advantage things cant come to true, mainly because I think that there are a fat lot five-axis linkage machines in domestic companies, even includes external corporations in China. And let me look back to the peace method, although the method could be simper, it is more practically, be easy to deal with, and it is more suitable for the first class personnel, and is a practice tool.The lead blades are going to design with streamline method. Because the lead blades are partitioned through cone, so it will be designed into vacuum lead blade, and adopt the twist triangle method to product. Configuration design follows waterpower design. Configuration design determines the pressed conditions of pump, and it will impact much most intention of the part, so it is also very important.The design of hydraulic computation is on the basis of <Modern pump design handbook> edited by professor Guan Xingfan. All the drawings adopt the software of AutoCAD.第二部分 概述一、设计依据 1、设计参数： 流量 Q 850 ( m3/h ) 扬程 H 3.5 (m) 转速 n 1450 ( r/min ) 效率 75 汽蚀比转速C1000 2、料浆密度： 1500( kg/m3 ) 3、固相物质： 五氧化二磷，重量浓度30左右 4、结构形式： 采用60°出水弯管，叶片调节形式为半调节 5、泵的液下长度： 1.0 (m) （底板至叶轮中心距离）二、设计内容1、文献检索、市场调研通过对国内外相关文献的检索和国内市场调研，了解目前所设计类型泵的特点和研究情况，熟悉其水力设计方法，对比分析几种主要结构形式的优缺点，确定设计方案。综合文献检索和市场调研的结果，写出调研报告。2、外文资料翻译外文资料翻译应通顺、正确。3、水力设计掌握所设计类型泵的水力设计方法，按照给定设计参数进行水力设计，绘制木模图。4、装配图和零件图的绘制整体结构和零件设计必须合理、可靠，能满足实际要求，装配图和所有零件图均可采用手工或CAD绘制，尺寸、公差等标注正确，图纸符合国家制图标准。5、设计计算说明书应综合概括其设计计算过程和内容；结构形式的确定、水力设计、主要零件（轴、键）的强度校核、轴承使用寿命校核等，论证严谨，计算正确。三、设计思路1.文献检索：通过对有关轴流式料浆泵方面资料的检索、学习，掌握其叶轮和导叶的水力设计方法，比较和掌握轴流式料浆泵的结构型式及特点。2调研工作：了解所输送介质的物理、化学性质，以确定所用关键过流部件的材料。通过对有关轴流泵，以及料浆泵方面论文资料的检索和学习，进一步掌握其相关的水力设计，尤其是决定所设计的泵的重要性能相关的关键步骤。并且在导师的带领下对靖江市金麟泵的实地参观和学习，对所设计的轴流料浆泵及其他的离心液下化工泵的结构有了深刻的了解，并将其吸收到设计中去。3水力设计：依据关醒凡教授现代泵设计手册里面所介绍的轴流泵叶片、导叶的设计方法，结合以往的设计资料及调研学习的结果。进行叶片、导叶的水力设计，绘制木模图。 4. 画总装图：参考以往轴流泵结构，画总装图。选择键、轴承等型号并对轴、键进行强度校核。5画零件图：参考已有的资料简图，根据水力设计结果。画叶轮座、导叶体等过流和结构部件的零件图，并在零件设计时考虑材料的工艺性及强度要求。 6画其他零件：画其他非标准零件的图纸，形成整套图纸。 7. 整理设计说明书。四、设计意义 1熟悉轴流泵设计流程，明白一些参数值意义，如何选取其值大小，以及其对叶轮外形、效率的影响。2锻炼查阅资料、搜索所需资料的能力；熟悉材料标准，尤其是不锈钢的选用，熟练掌握轴承、键标准及类型选用。熟练掌握绘图软件（AUTOCAD等），提高绘图速度，掌握绘图技巧。第三部分 设计方案及原理说明1 设计原理根据关醒凡教授现代泵设计手册（北京：宇航出版社 1995）2 叶片、叶轮座等重要过流部件采用耐腐蚀不锈钢材料。考虑制造工艺，导叶体、直管等零件过渡部位均采用圆角过渡。本设计中，叶轮、导叶体均采用砂型铸造。（弯管与出口法兰铸造成一体）3 采用升力法进行叶片的水力设计；采用流线法进行导叶的水力设计4 其他零件参考以往和实际产品的泵结构。5 对键、轴等进行强度校核时，力求精确，采用合理的安全系数以保证不盲目浪费材料。第四部分 水力设计一、叶轮的水力设计（一）结构参数的选择1确定轮毂比 根据轮毂比与比转速的关系表，取14001000700500d0.350.400.400.350.480.550.550.602叶轮直径D 叶轮直径一般根据轴面速度来确定，为了得到最优的影片安放角，叶轮进口前的轴面速度，采用C.C.鲁德涅夫推荐公式来确定：根据液流的连续性条件，不考虑排挤，则叶轮区域内的轴面速度为 取，则根据轮毂比及给定的参数，叶轮直径即可求出。则 ， 取 即 3确定叶片数Z 叶片数通常按选取50070010001400Z5645343为了更易于调节动平衡，取Z=44确定叶栅稠密度Z=4,叶轮外缘的叶栅稠密度推荐为，同时，适当减小外缘的，增加轮毂侧的，以减小内外侧翼型的长度差，均衡叶片出口的扬程。所以，轮毂和轮缘之间各截面的按直线规律变化，其值为 取，则4确定叶片翼型的厚度：通常轮毂截面的相对厚度为 （1015）%轮缘截面的厚度按工艺条件确定，通常轮缘截面的相对厚度 （25）%从轮毂到轮缘其厚度按直线规律变化。（二） 选定截面及计算1确定计算截面通常选取五个彼此等距离的计算流面，由于本设计要求为为半调节式轴流料浆泵，考虑到叶片的调节，轮毂和轮缘需作成球面。 各计算流面的半径可按下式确定： ，则取；,则取； ，为了取整数，取；则 2确定轴面速度和速度环量（1）确定轴面速度 初算时忽略容积损失，之后再修正，则取，即 （2）确定速度环量3升力法设计计算选定截面计算表格设计公式截面截面截面截面截面110413616619622627.8959 10.3254 12.6030 14.8807 17.1583 36.3386 6.3386 6.3386 6.3386 6.3386 44.3440 3.3219 2.7216 2.3050 1.9990 51.1074 0.7316 0.5638 0.4617 0.3923 647.9174 36.1879 29.4151 24.7837 21.4185 71111180.9998 0.9998 0.9998 0.9998 0.9998 90.7538 0.6044 0.5063 0.4350 0.3814 1081.6814 106.8142 130.3761 153.9380 177.5000 11由图10100.950.880.80.720.641277.5973 93.9965 104.3009 110.8354 113.6000 1378.0000 94.0000 104.0000 111.0000 114.0000 1472.9400 115.2496 166.5655 228.6404 301.2849 151.0015 0.6044 0.4091 0.2938 0.2205 161.0542 0.6869 0.5114 0.4080 0.3446 170.760.911.081.1181.3871140.7631910.51135870.37779240.3132421190.1050.0750.0560.040.027208.1900 7.0500 5.8240 4.4400 3.0780 218.197.055.824.443.0822 选择翼型(NACA)4408440844084408440823113.61.20-0.82458.917 39.788 30.615 24.784 20.618 25109111.14计算泵的汽蚀比转速C 知道设计流量Q和轴流泵的转速n，根据GB/T 13006-91,查取临界汽蚀余量,计算泵的汽蚀比转速C：, , ,则 符合设计要求。计算各截面翼型厚度坐标（1）截面：NACA4408l=788.19比例1.022x00.9751.953.95.857.811.715.619.5h01.666632.4133.5074.3665.0716.2067.0147.566b0-0.9407-1.196-1.41-1.43-1.39-1.13-0.84-0.53厚度02.60733.60934.9185.7976.4627.3417.8538.098x23.431.23946.854.662.470.274.178h7.924168.03667.5976.7595.5724.092.2491.2170b-0.26580.14310.3890.5420.5730.4810.2760.1020厚度8.197.89357.2086.21753.6091.9731.1140翼型如图： （2）截面：NACA4408l=947.05比例0.88x01.1752.354.77.059.414.118.823.5h01.434642.07723.0193.7584.3665.3436.0386.513b0-0.8097-1.03-1.21-1.23-1.2-0.98-0.72-0.46厚度02.244383.10694.2344.995.5636.3196.766.971x28.237.64756.465.875.284.689.394h6.8216.917986.53955.8184.7973.5211.9361.0470b-0.230.123220.33450.4660.4930.4140.2380.0880厚度7.056.794766.20515.3514.3043.1071.6990.9590翼型如图：（3）截面：NACA4408l=1045.82比例0.727x01.32.65.27.810.415.620.826h01.184341.71482.4923.1033.6044.414.9845.377b0-0.6685-0.85-1-1.02-0.99-0.81-0.6-0.38厚度01.852812.56493.4954.124.5925.2175.585.755x31.241.65262.472.883.293.698.8104h5.6315.711015.39864.8033.962.9061.5990.8650b-0.190.101720.27610.3850.4070.3410.1960.0730厚度5.825.609295.12254.4183.5532.5651.4020.7920翼型如图：（4）截面：NACA4408l=1114.44比例0.554x01.38752.7755.558.32511.116.6522.227.75h00.903521.30821.9012.3672.7493.3653.8034.102b0-0.51-0.649-0.76-0.78-0.75-0.62-0.45-0.29厚度01.413481.95672.6663.1433.5033.984.2574.39x33.344.455.566.677.788.899.9105.5111h4.2964.356854.11853.6643.0212.2171.2190.660b-0.140.07760.21060.2940.310.4810.150.0550厚度4.444.279253.90793.372.7111.7371.070.6040翼型如图：（5）截面：NACA4408l=1143.08比例0.385x01.4252.855.78.5511.417.122.828.5h00.626770.90751.3191.6421.9072.3342.6382.845b0-0.3538-0.45-0.53-0.54-0.52-0.43-0.32-0.2厚度00.980521.35741.852.182.432.7612.9533.045x34.245.65768.479.891.2102.6108.3114h2.983.022322.8572.5422.0961.5380.8460.4580b-0.10.053830.14610.2040.2150.1810.1040.0380厚度3.082.968492.71092.3381.881.3570.7420.4190翼型如图：5叶轮绘型（1）画翼型展开图（2）确定叶片旋转轴线位置： 旋转轴线通常取离翼弦进口为（0.30.4）l处，而且一般和翼型最大厚度位置一致。另外，旋转中心一般通过翼型的骨线，也可以偏离骨线，但是，其纵向位置应当有规律变化，以保证叶片表面的光滑。（3）作叶片轴面投影图，（4）坐平面投影图和木模截线图二、导叶的水力设计（一） 导叶结构参数的选择 1 确定导叶体的扩散角 一般导叶体的扩散角为，取。2 导叶进口边一般和叶轮出口平行，其间距为e=（0.050.1）D,即 e=11.923.8mm, 取 3 叶片数一般取Z=510片，低比转速取大值，本设计为比转速的轴流料浆泵，故取叶片数Z=7。4 弯管（管径为）通常是等截面的，因此，与之相联的扩散管出口直径（）也应该与弯管相同，为标准直径。 故 5 扩散管长度l=(1.52.7) ,为扩散管进口直径。建议l=(1.41.4) ,综合以上，取l=443mm。6导叶的设计与计算(见下表):序号计算公式单位123451m0.0520.0680.0830.0980.1132m/s4.3440 3.3219 2.7216 2.3050 1.9990 3m/s6.3386 6.3386 6.3386 6.3386 6.3386 40.8750 0.9000 0.9250 0.9350 0.9450 51.6675972.120128822.5178642.94113.35538595弧度1.0306231.130068921.1927391.243051.2811494角度59.0503564.748179968.338971.221573.4044538角度59.0564.7568.3471.2273.46mm555557mm5.8301125.528190125.379875.281165.217449888777779mm46.6750961.036657374.5006387.9646101.428563100.8750920.909428360.9277880.939960.9485603511mm788082848612角度90909090901380.9341181.98220883.4869985.140886.910317140.0410570.03556710.0315050.02750.02431979mm4.7047454.075689273.6101653.15152.7868426915151.6654187.543044222.1632260.922301.027307（二） 导叶绘型 按锥面分流面，其作图方法和叶轮叶片绘型完全相同，即采用扭曲三角形法绘型。1根据计算绘制轴面投影图，在轴面投影图上作等距木模截线。 绘型计算表格如下：工作面123456789距离03.717.1411.515.2418.3920.9923.0724.64截面对应角度04.097.8712.6816.7920.2623.1325.4227.15123456789距离05.299.0612.3715.2517.7119.7721.4322.71截面对应角度04.457.6310.4312.8514.9216.6618.0619.14123456789距离07.6410.713.3815.7417.7819.520.9122.01截面对应角度05.277.379.23610.8712.2713.4614.4315.19123456789距离6.879.6212.114.3716.3518.0719.5320.7421.71截面对应角度4.0175.627.098.4019.55710.5611.4212.1312.69123456789距离9.04911.413.515.4317.1218.6119.8920.9621.83截面对应角度4.5885.786.857.8238.6839.43610.0810.6311.07背面123456789距离07.912.716.6619.8922.4324.3325.626.27截面对应角度08.71418.3521.9124.7126.828.2128.95123456789距离010.814.317.3119.7321.6122.9723.8324.18截面对应角度09.0612.114.5916.6318.2119.3620.0720.37123456789距离01315.818.220.1121.5722.5923.1723.32截面对应角度08.9410.912.5613.8814.8915.5915.9916.1123456789距离12.114.817.219.0920.6121.7522.4922.8622.85截面对应角度7.0728.681011.1612.0512.7113.1513.3713.36123456789距离14.2816.618.520.0821.322.1822.7222.9322.79截面对应角度7.248.49.3810.1810.811.2511.5211.6211.562.作流线展开图3.在展开图上作流线4.做平面投影图第五部分 结构设计（一）吸入室的设计叶轮直径选用喇叭口形吸入口。轴流泵吸入室的作用和要求与离心泵的吸入室一样： 1.将水吸入叶轮如口； 2.吸入室中水力损失要小； 3.液流自吸入室流入叶轮吸入口时，速度分布要均匀。喇叭形吸入管的设计：喇叭形吸入管，它的上端与叶轮室相连，这是一种最简单的，水力性能最好的吸入室，液体经过喇叭管后速度封闭均匀。设计时，根据设计为半调节的要求，和叶轮螺母的实际尺寸，本着经济实用的原则。取内管壁圆弧半径 R=160mm,喇叭管高H=160mm。其最终图如下：（二）弯管的设计 根据设计要求，弯管转角为60°，内曲率半径为=（0.51）,为弯管进口直径。所以，=（0.51）150300mm, 取=300mm。其最终图如下：（三）泵轴的设计1.估算泵的效率（1）估算水力效率水力效率可由经验公式算得，即 ， 取（2）估算泵的总效率 轴流泵的容积效率较高，一般取0.960.99,取0.96； 机械效率视具体结构型式而定，一般取0.950.97,取0.95所以，总效率为 =0.91×0.96×0.95=0.829取 =0.822.轴功率P的确定 P= （根据设计要求，取=1500） =14.83(KW)3. 计算配套功率P P=P其中, 由电动机带动（原动机） K=1.2,=1 P=P=×14.83=17.79(KW)查机械手册 使用电动机为：Y180M-4, P=18.5KW4.计算扭矩M M=9550 (P=37KW) =9550×=121.85(Nm)5.计算轴径d d=22.2mm (材料选用3Cr13 其中=550*10P) (四) 轴承的选用1.上轴承的选用：根据国标GB/T 282-1994(使用成对安装角接触球轴承) 轴承代号:
