污水离心泵设计说明书.doc

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1、摘 要 污水泵属于离心杂质的一种，具有多种形式：如潜水式和干式二种，目前最常的潜水式为WQ型潜水污水泵，最常见的干式污水泵如W型卧式污水泵和WL型立式污水泵二种，抗堵性和可靠性是污水泵优劣的重要因素。在处理工业污水时，由于污水中含有酸性或者碱性物质，衬胶泵的使用非常广泛。一般都会在污水处理池前，都会加一个过滤网，将纤维缠绕物等拦在泵的吸入口之前，使得不能进入泵腔，从而使得泵能够更好的工作，寿命更长。本设计从离心泵的基本工作原理出发，在充分考虑了各种样式泵优劣性的前提下，确定选择单级单吸式离心泵。通过查阅许多参考资料，对离心泵基本参数进行了一系列的设计计算。确定了泵的各种设计参数，选择了设计泵所

2、需要的各种标准零件。从经济可靠性出发，合理设计离心泵部件，选择标准连接件，保证金川集团镍盐厂污水泵设计的安全性，实用性，经济性。关键词：污水泵；设计参数；叶轮；泵体；轴封；可靠性；Abstract: Sewage pumps are centrifugal an impurity, a variety of forms: as submersible and dry type two kinds, the most commonly dive formula WQ submersible sewage pumps, the most common dry sewage pumps such a

3、s W-type horizontal and WL vertical sewage pumps sewage pumps two kinds, anti-blocking sewage pumps and reliability are the pros and cons of important factors. In the treatment of industrial wastewater, due to wastewater containing acidic or alkaline substances, rubber lined pump is widely used. Usu

4、ally in the sewage treatment pond before, will add a filter, such as the fiber twisting thing stopped before the pump suction, making it impossible to enter the pump chamber, which allows the pump to work better and longer life. This design from the basic working principle of centrifugal pump starti

5、ng, taking full account of the pros and cons of various styles pump under the premise sure to select single-stage single-suction centrifugal pumps. Researching many references on the basic parameters of centrifugal pump, a series of design calculations. Determining design parameters of the pump, the

6、 pump is selected to design the various standard part. Starting from the economic reliability, reasonable design centrifugal pump parts, selection criteria connections, margin-Group Nickel Salt Plant sewage pump designed for safety, practicality, economy.Keywords: Sewage pumps; design parameters; im

7、peller; pump; seal; reliability;目录1 绪论12 设计依据3 2.1 工艺流程3 2.2 原始设计参数33 方案确定44 污水泵性能参数计算54.1 转速54.2 扬程54.3 比转速64.4 效率64.5 功率75 污水泵叶轮水力设计计算95.1 叶轮进口直径95.2 叶片入口边直径95.3 叶片入口处绝对速度95.4 叶片入口宽度105.5 叶片入口处圆周速度105.6 叶片数105.7 叶片入口轴面速度115.8 叶片入口安装角115.9 叶片出口安装角115.10 叶轮外径125.11 叶片厚度125.12 叶片排挤系数校核125.13 叶片包角的确定1

8、35.14 叶轮出口宽度135.15 叶轮的轴面投影图136 泵体设计146.1 吸入室146.1.1 概述146.1.2 直锥形吸入室设计146.2 压出室146.2.1 基圆146.2.2 蜗室入口宽度156.2.3 舌角156.2.4 泵舌安装角：156.2.5 蜗室断面面积156.2.6 扩散管187 污水泵轴设计及校核187.1 泵轴及其结构设计197.1.1 泵轴传递扭矩197.1.2 泵轴材料选择197.1.3 轴结构设计197.2 轴向力及其平衡197.2.1 轴向力计算197.2.2 轴向力的平衡207.3 径向力及其平衡217.4 泵轴的校核218 污水泵轴封设计26 8.

9、1 机械密封26 8.2 密封腔处的介质压力26 8.3 密封面平均直径的圆周速度26 8.4 密封腔内的介质温度26 8.5 机械密封具体结构27 8.6 机械密封辅助措施27 8.7 机械密封冲洗27 8.8 机械密封润滑27 8.9 机械密封冷却279 轴承、联轴器、键的选择及校核299.1 轴承299.1.1 轴承选择299.1.3 轴承润滑309.1.4 轴承密封309.2 键的选择与校核309.2.1 键的选择309.2.2 键的强度校核31 9.3 联轴器选择329.3.1 联轴器329.3.2 联轴器的校核3210 结论34致谢35参考文献361 绪论1.1、工程背景金川集团股

10、份有限公司（简称金川公司）是采、选、冶、化配套的大型有色冶金、化工联合企业，生产镍、铂、铜、钴、稀有贵金属和硫酸、烧碱、液氯、盐酸、亚硫酸钠等化工产品以及有色金属深加工产品，镍和铂族金属产量占中国的90%以上，是中国最大的镍钴生产基地，第三大铜生产基地，被誉为中国的“镍都”。长期以来，金川集团对环境保护工作一直十分重视，尤其是2000年以来，金川公司在新一届领导班子积极落实科学发展观，大力发展循环经济，坚持走科技含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好的新型工业化道路，依靠科技进步，立足全球发展，实施国际化经营，使公司规模不断扩大，经济增长质量不断提高。金川集团在快速发展过程中，不断加大污染

11、控制及环境保护工作力度，通过加大投资和强化管理，保证了公司协调、健康和可持续发展，区域环境质量和环境面貌发生了根本的变化。金川集团公司2008年重点节能减排环保攻关项目，“含重金属离子污水处理站”扩能改造工程，投运后，可将公司精炼厂、镍盐厂、铜盐厂及新产品公司等生产系统产生的工业污水进行处理，每年处理回用含重金属离子高盐份工业污水200万吨，还可从污水中回收有价值金属300吨，从根本上解决公司生产厂区含重金属离子工业污水达标排放和回收利用的难题。本设计就是针对泵在化工装置中的重要性的不断提高的现状下，针对工程实际（金川集团镍盐污水处理），进行泵的改良，对提高泵的使用效率，降低能耗，具有重要的意

12、义。1.2、国内现状利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。18511875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它

13、的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。 国内污水处理设备的生产始于20世纪70年代中后期，当时产品的标准化、成套化、系列化水平很低，定型产品较少。进人20世纪90年代以来，国家有关部门先后对主要污水泵处理设备制造企业进行了技术改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水泵处理专用设备和与之配套的通用设备的生产水平都有了很大提高。目前，日处理5、10、25、50吨的城市污水泵处理厂的全部或主要设备都可实现国产化。其中，国产的微孔曝气器、高强度曝气机、带式压滤机、各类格栅除污机、刮泥机、刮砂机、曝气转刷、曝气鼓风机、大型污水泵、潜水泵等已基本上能够适应国内市场需求，还有部分

14、产品出口。在产品设计方面，从日处理5万吨到50万吨规模的污水污泥提升系统、机械过滤沉淀系统、曝气处理系统、污泥脱水处理系统等国产设备，已相当于国际20世纪80年代水平，并能够提供成套设备。在产品水平方面，能耗较大的鼓风机、污水泵、潜水泵等产品，单机设备效率已接近国际20世纪80年代水平。成套产品的总体水平相当于国际20世纪七八十年代的水平。 2 设计依据 2.1 工艺流程镍盐厂车间污水首先全部汇集到一起，经废水处理泵打入吸附柱，在吸附柱中雨收集池里的反洗液混合进行初步反应，随后在吸附柱中处理后的液体一部分进入沉淀池，另一部分进入预处理池，进入沉淀池的液体经沉淀进入收集池，同时收集池里的沉淀物可

15、分离后循环使用。而前边进入预处理池的部分，经泵再次打入吸附柱与收集池中的反洗液进行混合反应，一部分处理过的镍盐污水已经完全无害，输送到完全处理液收集池中，另一部分液体进入沉淀池中沉淀，然后送入收集池中，同时收集池中的沉淀物也可循环使用。从而将镍盐厂污水处理完成。此次设计主要为污水第一次进入处理系统的泵。 2.2 原始设计参数 金川集团镍盐厂污水年处理量70万吨，每年工作330天，每天工作24小时。 假设镍盐污水密度为1000 3 方案确定 离心泵基本工作性能特点5：（1） 转速高，通常为1500r/min3000r/min或更高，流量均匀；（2） 流量随扬程而变化，流量范围大，通常10350

16、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10m80m。工作压力一般10105Pa；（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0.500.90，在额定流量下效率最高，随着流量变化效率降低。综合以上论述计算，本设计采用单级单吸离心泵结构。叶轮：本次污水泵设计采用半开式叶轮，相比于闭式叶轮，半开式叶轮以其简单的结构、良好的通过性能在污水泵设计中得到了广泛的应用。叶片：叶片对污水泵的扬程效率及过流能力有很大的影响，选择叶片数时一方面要考虑叶道有足够宽度即取较少的叶片使叶道有较强

17、的过流能力，另一方面又要保证泵的扬程和效率。对于这种形式的污水泵叶片数一般取68。吸入室：使液体以最小的损失均匀地进入叶轮的零件。主要有直锥行吸水室、圆环形吸水室和半螺旋形吸水室三种结构形式。考虑到直锥式吸水室结构简单，性能优良。其中液体在直锥行收缩管中流动，流速渐增，分布均匀，水力损失小，保证叶轮进口有均匀地速度场，并且多用于单级悬臂式泵，所以本次设计采用直锥行吸水室。轴封：本设计采用机械密封。机械密封由于两个端面的紧密贴合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时形成极薄的液膜，造成阻力，防止介质泄漏，又使端面得以润滑，由此获得较好的密封效果。当采用机械密封时

18、，密封腔中应该充满密封液，其应力应比工作介质压力大。4 污水泵性能参数计算4.1 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；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 可知，转速和汽蚀基本参数和有确定的关系，如得不到满足，将产生汽蚀。对于一定的值，假设提高转速，则增加，当该值大于装置提供的装置汽蚀余量时，泵便发生汽蚀。假设，选择C=980则：=3688 (4-1)即泵转速

19、应小于3688，选择泵转速为2900则 (4-2) 式中：4.2 扬程 ，1、吸入喇叭管损失：=0.037m（查表得=0.15）2、弯头损失：0.75m（查表得=0.9）3、吸入直管损失：0.322m（查表的=0.03）4、水平直管损失： =0.817m 5、蝶阀全开损失：=0.037m 6、泵出口直管损失：1.702m总的装置扬程：h=32.005m取装置实际扬程为h=35m 4.3 比转速比转速是影响离心泵叶轮结构和性能的一个参数。1、在250的范围，泵的效率最好，当60 时，泵的效率显著下降；2、采用单吸叶轮过大时，可考虑改用双吸，反之采用双吸过小时，可考虑改用单吸叶轮； 3、泵的特性曲

20、线形状也和有关。比转数： （43）式中：比转数； n泵轴转速，r/m； 4.4 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0.550.90.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。 1、水力效率： (4-4) 2、容积效率： (4-5)3、机械效率： (4-6)泵的总效率：4.5 功率 （4-7）式中，重力加速度，m

21、/s2；流体密度，kg/m3；设计流量，m3/s；泵的扬程，m；有效功率，kw；1、泵轴功率 （4-8）式中：设计工况下的轴功率，kw； 泵效率。 2、 泵计算功率 （4-9）式中 ，计算功率，kw； 根据计算的功率选择电动机，电动机具体参数如下表：查表选用Y160 M2-25 污水泵叶轮水力设计计算5.1 叶轮进口直径叶轮入口速度： （5-1）式中，叶轮入口速度，m/s；K0叶轮入口速度系数； 通过叶轮的流量： 叶轮进口直径： 5.2 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，叶片入口边直径一般可按比转速ns确定。40100，则(

22、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)：100200，则(10.8)；200300，则(0.80.6)；300500，则(0.70.5)；500，则(轴流泵)。本设计中叶片入口边直径取80mm。5.3 叶片入口处绝对速度 一般取或略大于，对抗汽蚀性能要求较高的泵，可取（0.40.83）。本设计中取。5.4 叶片入口宽度 （5-2）离心泵叶轮入口尺寸，和除影响泵的性能和效率外，对泵的抗汽蚀性能影响很大。为提高汽蚀性能适当增加，取=25mm。经验表明，叶片入口过流断面积和叶轮入口面积之比，在下列范围内较好： (5-3) =

23、1.25合适。5.5 叶片入口处圆周速度 (5-4) 5.6 叶片数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ns506060180180280叶片数Z988665本设计叶片数取为6。5.7 叶片入口轴面速度 (5-5) 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0.91，低比转速的小泵取大值。本设计中，取0.80。5.8 叶片入口安装角叶片入口安装角就是在叶片入口处，叶片

24、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 （56）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： （57）一般冲角取13，叶片入口安装角40。本设计中，取，tan 取5.9 叶片出口安装角叶片出口安装角一般在1640范围内，通常选用2030范围内。对高比转速的泵，可以取得小些，对低比转速的泵，可取得大些。叶片出口安装角对叶轮流道形状和泵的效率影响很大。本设计中取30。5.10 叶轮外径 （5-8） （5-9）取5.11 叶片

25、厚度较小泵，考虑铸造工艺性，对铸铁叶轮，叶片最小厚度为3mm4mm；对铸钢叶轮，叶片最小厚度为5mm6mm。大泵应适当增加叶片厚度，以便使叶片有足够的刚度。本设计中 (5-10)5.12 叶片排挤系数校核叶片排挤系数是叶片厚度对流道入口过流断面面积影响的系数，等于流道入口考虑叶片厚度的过流面积与不考虑叶片厚度过流面积之比值。 （511）式中，叶片节距；叶片在圆周方向上的厚度； （512） ； （513）式中，入口处的叶片实际厚度（严格说是流面上的厚度）；由式（5-11），式（5-12）和式（5-13）得： （514） ， 与假设值0.80相接近，校核合适。5.13 叶片包角的确定包角就是叶片入

26、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60220的泵，一般取75150，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, =90。5.14 叶轮出口宽度取 ，叶轮出口轴面速度为： =3.667 m/s (5-15) 叶片出口圆周厚度： =8 mm (5-16) 叶轮出口宽度： (5-17) =14.23 mm 取5.15 叶轮的轴面投影图6 泵体设计出于使泵能达到较高效率，必须使叶轮、能量转换装置和吸入室三者之间有良好的匹配，如果匹配不当，不能保证流体在吸入室和能量转换装置中有良好的流动，那么即使叶轮设计得再完善，仍会导致泵的

27、效率下降，达不到预期的性能要求，因此三者应作为一个整体考虑。计算得质量流量为： 体积流量为： 取 泵吸入口直径=103mm，查标准取=125mm，由于为小流量泵，出口直径=125mm6.1 吸入室6.1.1 概述离心泵吸入管路接头与叶轮进口前的空间称为吸入室。它是液体进入离心泵经过的第一个构件。液体流过吸入室后，才进入叶轮。在液体由吸入管进入叶轮的流动过程中，流速要发生变化，特别是流速分布要进行调整，以适应液体在叶轮内的运动情况。因此，在叶轮之前设置吸入室以调整液流是重要的。其作用是以最小的流动损失，引导液体平稳地进入叶轮，并且要求液流在叶轮进口处具有较为均匀的速度分布。根据离心泵类型，容量的

28、大小，使用场合的不同，吸入室主要类型有直锥形、弯管形、螺旋形。本设计采用直锥形吸入室。6.1.2 直锥形吸入室设计直锥形吸入室结构简单，制造方便，液流的流速分布均匀，流动阻力损失亦小，所以多用在单级单吸离心泵上。直锥形吸入室出口直径与叶轮进口直径相同，所以出口直径为80mm，进口直径为125mm。6.2 压出室螺旋形压出室由一个截面逐渐扩大的螺旋形流道和一个扩压管组成，位于叶轮出口之后，作用是收集从叶轮中高速流出的液体，使其速度降低，转变速度动能为压能，并且把液体按一定要求送入下级叶轮进口或送入排出管路。螺旋形压出室主要优点是：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

29、效率变化比较小；缺点是单蜗室泵在非设计工况运转时产生不平衡的径向力，此外，蜗室内部表面不易加工。在设计螺旋形压出室时通常认为液体从叶轮中均匀流出，并在蜗室中作等速运动5。6.2.1 基圆螺旋形压出室螺旋线开始的位置称为隔舌。隔舌所在直径称为基圆直径。隔舌与叶轮外径之间应有一适当的间隙，间隙过小，则可能使泵在大流量下压水室内产生汽蚀，并伴随着噪音和振动，若间隙过大，则由于液体在间隙内循环而损失功率，使泵的最佳效率下降。1.10） （61）基圆大小在上式范围内选择时，对泵性能没有明显影响。低比转数泵选取小的系数值，高比转数泵选取大的系数值。 180mm6.2.2 蜗室入口宽度用叶轮出口宽度加叶轮前

30、后盖板厚度，再按结构需要加必要的间隙即可。蜗室入口宽度对泵性能没有明显影响，取得略微宽些可改善叶轮和蜗室性能。 （62）式中：S叶轮盖板厚度，mm；C常数，一般取C=520。C值的大小与比转速，叶轮大小，液体黏度及是否含有固体颗粒有关。比转速小，叶轮小，液体黏度低时，取小值；否则，取大值。本设计取mm。6.2.3 舌角舌角是在蜗室第断面的0点（即蜗室螺旋线的起始点）处，螺旋线的切线与基圆切线间的夹角。为了使液体无冲击地从叶轮进入蜗室，一般等于叶轮出口绝对速度的液流角。6.2.4 泵舌安装角：理论上泵舌应该在第断面的基圆上，但这样做会使泵舌与叶轮间的间隙过小，易产生振动，并且泵舌也太薄。所以一般

31、都将泵舌沿蜗室螺旋线移动角，此角即为泵舌安装角。泵舌安装角由表61选取。表61 泵舌安装角选择比转速406080130180220280360安装角1015202530384545选取泵舌安装角时，还应考虑结构安排的可能性，一般应使泵舌A处的圆角半径2.5mm，如果泵比较小，可适当加大角。本设计泵舌安装角25。6.2.5 蜗室断面面积蜗室断面面积对泵的性能影响很大，泵比转速越小，影响越大，比转速越大，影响越小。蜗室断面面积的大小，由所选取的蜗室流速决定。蜗室中的液流速度可按下式计算： （63）式中：蜗室0点处第断面液流速度，m/s；蜗室中的速度系数。根据比转速由文献5，86选取螺旋形蜗室和导叶

32、中的速度系数。蜗室最大断面（即第断面）处的面积F： （64） 由于液体是从叶轮中均匀流出的，故蜗室各断面面积也均匀第变化，可按下式计算各断面面积：第一断面面积： ，；第二断面面积： ，；第三断面面积： ，；第四断面面积： ，；第五断面面积： ，；第六断面面积： ，；第七断面面积： ，。确定角，一般取，取求A、B值： （6-5） （6-6） （6-7） 式中：b3压水室入口宽度，mm；i= ；第一断面尺寸：mm ，mm；第二断面尺寸：mm ，mm；第三断面尺寸：mm ，mm；第四断面尺寸：mm ，mm；第五断面尺寸：mm ，mm；第六断面尺寸：mm ，mm；第七断面尺寸：mm， mm；第八断面尺

33、寸：mm ，mm。6.2.6 扩散管为减少压力管路中的水力损失，须进一步降低压水室中的流动速度，这一任务通常由在第断面后设置的扩散管来实现。液体离开蜗室后进入扩散管，在扩散管中，8085的动能转化为压力能。扩散管末端为泵的吐出口，与吐出管路相连接，所以吐出直径应按照国家标准规定的管径选取，其流速符合经济流速。扩散管的扩散角一般取812，扩散角过大，会导致边界层内液体脱流，增加水力损失。扩散管的长度与进口截面直径之比不得大于2.53，否则，由于边界层厚度增加，液流会脱流，恶化扩散管的工作性能。本泵扩散角选取8，吐出口直径为125mm。7 污水泵轴设计及校核7.1 泵轴及其结构设计7.1.1 泵轴

34、传递扭矩 （71） 式中：Me泵轴传递扭矩； 7.1.2 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；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300，需用切应力为49MPa58.8 MPa。7.1.3 轴结构设计取则最小轴径为： 取20mm。轮毂直径dh对泵的吸入性能没有什么影响，本设计中。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构

35、设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计室轴设计中的重要内容。7.2 轴向力及其平衡7.2.1 轴向力计算离心泵运行时，因叶轮两侧的压强不等而产生了一个方向指向泵吸入口、并与泵轴平行的作用力，称为轴向力。这个力往往可以达到数万牛顿，使整个转子压向吸入口，不仅可能引起动静部件碰撞和磨损，而且还会增加轴承负荷，导致机组振动，对泵的正常运行很不利。图71所示为单级单吸卧式离心泵叶轮两侧压强分布图5。图71 单级单吸卧式离心泵叶轮两侧压强分布图 （7-2）式中，轴向力，N； 基圆直径m轮毂直径m。 在离心泵中，液体自轴向流入叶

36、轮，而由径向流出，故液体轴向动量变化导致液体对叶轮产生一个轴向动反力，其方向与方向相反。 （7-3） 式中： 流过叶轮的理论体积流量；叶轮进口前的流速。故作用在单级单吸卧室离心泵叶轮上的轴向力的合力为 （7-4）对低比转速的离心泵而言，轴向力其主要作用，故计算时往往不计的影响。本设计由于比转速小，故不考虑的作用。另外，上述式子的推导中，由于不计密封口环泄露量对轴向力的影响，以及其他未能认识的原因，按照计算公式求得的轴向力的计算值往往比实测值小得多，因此，在具体使用时计算公式时应作充分考虑。计算得： 7.2.2 轴向力的平衡采用平衡孔平衡轴向力。在叶轮的后盖板上靠近轮毂的地方开一圈小孔（平衡孔）

37、，以使叶轮背面环形室保持恒定的低压，如图72所示。为减少泄露，在叶轮后盖板也装上密封环，其半径位置与吸入口的密封环位置一致。一般平衡孔总面积必须大于叶轮后盖板密封环间隙面积的4倍5倍，但由于叶轮背面环形室内的流体经过平衡孔流进叶轮时，会破坏叶轮进口处液流的吸入状态，增大了叶轮中的流动损失，使流动效率和抗汽蚀性能降低，因而只在小型泵的采用。这种方法简单，可靠，但平衡效果不佳，不能完全平衡轴向力，只能平衡70%90%的轴向力，剩余的轴向力需由止推轴承来承担5。图72 平衡孔7.3 径向力及其平衡蜗壳形压出室泵，其压出室是按设计流量设计的。因此，当泵在设计工况下运行时，叶轮周围压出室中液体的速度和压

38、强的分布基本上均匀的、轴对称的，故作用在叶轮上的径向力的合力为0。当泵在非设计工况下运行时，由于叶轮周围压出室的液体的速度和压强分布出现非均匀性，故作用在叶轮上的径向力的合力不为0，产生一个作用在叶轮上的总的径向力5。 （75）蜗壳式泵在频繁启动或经常在非设计工况下运行时所产生的径向力，是个交变应力（载荷），容易轴产生疲劳破环，这个交变应力也会使轴产生定向的挠度，甚至使密封环、级间套和轴套、轴承发生末损坏。因此，必须采用径向力平衡措施，以设法消除径向力。采用双层压出室平衡径向力：单级泵可采用双层压出室，即用分隔符将压出室分成两个对称的部分，这两个部分在其共用的扩散管重新汇合，虽然在每个压出室里

39、压强分布式不均匀的，但由于上下压出室相互对称，从而使泵在所有运行工况下产生对称的径向力，作用在叶轮上的径向力相互抵消，达到平衡。7.4 泵轴的校核轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度校核，以防止断裂或塑性变形，而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏9。工作过程中，离心泵轴受各种外力作用，使轴变形和破坏，而轴靠自身的尺寸和材料性能来抵抗变形和破坏。一般把轴抗变形的能力叫做刚度，把轴抗破坏的能力叫做强度。设计离心泵轴，具有足够的强度和刚度，以提高泵运行的可靠性和寿命，这样就要尽量使轴尺寸做得大些，材料用得好些；另一方面，又希望轴的重量轻、成本低，这些要求是相互矛盾的，在设计计算时要正确处理这种矛盾，合理地确定离心泵轴尺寸和材料，以便满足轴的刚度和强度要求，又要物尽其用，合理使用材