西华大学毕业设计说明书 目 录摘要31 前言42 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233 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264 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 315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406 结论44总结与体会45谢词46参考文献47摘 要本设计是根据给定设计参数完成单级单吸离心泵IS200150250的水力及结构设计，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AbstractAccording 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 design1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，流量，转速，效率，必需空蚀余量；抽送介质为温度小于的清水或物理、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。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：IS200150250（2）流量： （3）效率：。（4）扬程： （5）转速： （6）必需空蚀余量（7）介质的性质：温度小于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 泵出口直径。2.1.3汽蚀验算汽蚀比转数可知，转速、汽蚀基本参数和这三个参数之间有确定的关系，如得不到满足，将产生汽蚀。对于一定值，假设提高转速，则将增大，当该值大于所提供的装置汽蚀余量时，就会发生汽蚀。按汽蚀条件来确定泵的转速的方法，是先选择值，按给定的装置汽蚀余量或几何安装高度，计算汽蚀条件下所允许的转速。即 式中：=（考虑汽蚀的安全余量）。汽蚀允许转速：经验算可知，转速小于汽蚀允许转速，符合要求。2.1.4计算比转速，确定泵的水力方案比转速公式为 取186在范围，泵的效率最高，当时，泵的效率将显著下降。采用单级单吸式时过大，可考虑改成双吸，反之采用双吸过小时，可考虑改成单吸式叶轮，泵的特性曲线的形状也和有关。本次设计选用单级单吸式的水力方案。2.2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、进口当量直径、叶轮轮毂直径、叶片进口安放角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角和叶片数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叶轮进口直径的确定叶轮进口直径与进口速度有关，从前限制进口速度一般不超过，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。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，若假定最小 ，可推出计算叶轮进口直径的公式。进口当量直径：,圆整取192mm式中:根据统计资料，对此泵确定为=4.5进一步增加,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，的选用范围是：主要考虑效率 =3.54.0 兼顾效率和汽蚀=4.05.0主要考虑汽蚀=5.05.5这里选取=4.5轮毂直径：所以叶轮进口直径：2.2.2叶轮出口直径的初步计算 叶轮外径和叶片出口角等出口几何参数，是影响泵的扬程的最重要的因素。另外，影响泵扬程的有限叶片数修正系数也与和及叶片数等参数有关。可见影响泵的扬程的几个参数之间互为影响。因此，必须在假定某些参数为定值的条件下，求解叶轮外径。因为压水室的水力损失和叶轮出口的绝对速度的平方成正比。为了减少压水室的水力损失，应当减小叶轮出口的绝对速度，因此，我们把在满足设计参数下使叶轮出口绝对速度最小作为确定的出发点。由叶轮出口速度三角形叶轮出口轴面速度和圆周分速度均与叶轮外径有关，现将表示为的函数，由基本方程式推出的计算公式并计算出具体的数值为：取。2.2.3叶轮出口宽度的计算与选择由于制造关系，这里取2.2.4叶片数的选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数时，一方面考虑尽量减少叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶轮流道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。参考1P108，叶片数按比转速选择（表2-1），取。表2-13045456060120120300Z8107867462.2.5泵效率的选择与计算先分别计算或估算水力效率和容积效率，最后由已知的总效率推算出机械效率。（1）容积效率: 叶轮前后盖板外侧与腔内侧形成了两个充满液体的空腔，称为泵腔。叶轮前盖板处的间隙使前泵腔与叶轮进口相通，前泵腔的另一端与叶轮出口相通。在压力差的作用下，有一部分水流流出叶轮后，又经过前泵腔和叶轮进口间隙返回叶轮入口，这部分水从叶轮中获得的能量在流动过程中全部不可逆的转化为热能，形成一种能量损失。在后泵腔轮毂处，因为设有各种形式的密封装置，这一典型的流动可以忽略不计。因而叶轮进口密封间隙处的这一泄漏量代表了离心泵中典型的主要的容积损失。容积效率可以采用下面的一些经验公式计算： （2）水力效率 （3） 机械效率 由于知道总效率，又可以计算出 2.2.6精算叶轮外径叶轮外径是叶轮最重要的尺寸，故需要精确计算。以基本方程式精确计算，从理论上讲是比较严格的，但其中的水力效率，有限叶片修正系数，也只能用经验公式计算。实践证明，精确计算的数值是基本可靠的。 由基本方程式： 由出口速度三角形 所以整理后得： 由可以求得 离心泵一般是选择适当的角精算。（1）查相应资料，叶片出口安放角一般在的范围内，通常选用。对高比转速泵，可以取小些，低比转速泵可以取大一些。本次设计取。（2） 求叶片出口排挤系数，需要确定叶片厚度，轴面截线与轴面流线的夹角取。（3）第一次精确计算叶轮外径，按照初定尺寸画出轴面投影后计算。叶片出口排挤系数：理论扬程：修正系数： 其中取 静矩：叶片修正系数：无穷叶片理论扬程：在每次计算中都可以认为不变。出口轴面速度：出口圆周速度：出口直径：与初定的值相差超过，进行第二次精算。（4）第二次精确计算叶轮外径叶片出口排挤系数：出口轴面速度：出口圆周速度：出口直径： 与假定值相差小于，故可取为精确的叶轮外径。2.3叶轮的绘