D200多级离心清水泵结构设计毕业设计.doc

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1、 攀枝花学院机械工程学院 D200多级离心清水泵结构设计 题 目：D200多级离心清水泵结构设计学生姓名： 学生学号： 200910601065 院（系）： 机械工程学院 年级专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 2013年2月21日摘要 泵是将原动机的机械能或其他能源的能量传递给它所输送的液体，使液体的能量增加的机械。其中离心泵是用量最大的水泵，在给水排水及农业工程、固体颗粒液体输送工程、石油及化学工业、航天航空及航海工程、能源工程和车辆工程等国民经济各个部门都有广泛应用1。而此次设计的D200多级离心泵属于D型卧式单吸多级节段式离心清水泵，主要用于输送清水（含杂质量小于1%，颗粒度小

2、于0.1mm）或物理化学性质类似于水的其他液体。它输送介质温度小于80，适用于矿山排水、工厂与城市给排水等场合2。该系列泵具有效率高、性能范围广、运转安全平稳、噪音低、寿命长、安装维修方便等优点。对D200多级离心清水泵的各部分结构进行简要说明以及对其几何参数对它的影响进行分析选择。多级节段式离心清水泵应用范围广，所以产量也相对较大。这类泵采用单轴串联多个叶轮的方式从而达到高扬程的要求,而且每个叶轮具有相应的导轮。关键词 离心泵，叶轮，导叶，平衡装置ABSTRACTThe pump is transfer the prime mover of the mechanical energy or

3、other energy to give it the delivery of liquid, the liquid to increase the energy of the machine. Centrifugal pump which is the maximum amount of water pump, the water supply and drainage and agricultural engineering, transportation engineering of liquid and solid particles, oil and chemical industr

4、y, aerospace and marine engineering, energy engineering and vehicle engineering and other national economic departments are widely used. D200 multistage centrifugal pump and the design of D type horizontal single suction multi-stage centrifugal pumps, mainly used for conveying water (containing impu

5、rities is less than 1%, particle size less than 0.1mm) or for other liquids similar to water in physical and chemical properties. The transmission medium temperature less than 80 , applicable to mine drainage, factory and the city drainage. This series of pump has the advantages of high efficiency,

6、wide range of performance, safe and stable operation, low noise, long service life, convenient installation and repair.The structure of each part of the D200 multi-stage centrifugal pump were introduced as well as the influence of the geometric parameters on it were selected for analysis. Multi-stag

7、e centrifugal water pump a wide range of applications, so the output is relatively large. This kind of pump adopts the way of single axis series multiple impeller so as to achieve the high lift requirements, and each has a corresponding wheel impeller.Keywords centrifugal pump, impeller, guide vane,

8、 balancing device目录摘要IABSTRACTII目录.1.前 言11 泵的应用及分类11.1 泵的应用范围11.2泵的分类11.2.1容积泵11.2.2 叶片式泵（动态泵）11.2.3其它类型泵11.3离心泵的分类11.3.1按叶轮数目分类21.3.2按轴的安装分类21.3.3 按吸入方式分类31.3.4按叶片安装方法分类31.3.5按工作压力分类31.3.6 按壳体分开方式分类31.3.7 按叶轮出来的水引向压出室的方式分类31.3.8按泵的用途和输分送液体的性质32 离心泵原理及其主要参数42.1 离心泵的基本构造及工作原理42.1.1离心泵的基本构造42.1.2离心泵的工

9、作原理42.2 离心泵的主要参数52.2.1 扬程52.2.2 流量52.2.3 功率和效率62.2.4 转速62.2.5 汽蚀余量62.2.6 泵的各种损失及泵的效率73 离心泵的主要零部件83.1过流部件83.1.1 叶轮83.1.2 离心泵吸水室83.1.3 离心泵压水室83.2结构部件83.2.1轴83.2.2轴承93.2.3密封装置93.2.4轴向力平衡装置93.2.5其它零部件104 D200多级离心泵结构设计114.1 D200离心泵结构方案的选择114.1.1 电机的选择114.1.2 电机转数、比转数和级数114.1.3 确定进口直径、流速和出口直径134.1.4 确定泵的最

10、小汽蚀余量hmin和汽蚀比转数C144.2 轴径的设计154.3 离心泵的叶轮的设计174.3.1叶轮进口直径174.3.2确定叶片入口边直径204.3.3叶轮外径204.3.4叶片入口宽度214.3.5叶片入口处圆周速度214.3.6确定叶片数214.3.7叶片厚度214.3.8叶片出口安放角214.3.9叶轮出口宽度224.3.10叶片入口轴面速度234.3.11叶片入口安放角234.3.12叶片排挤系数244.3.13 叶轮出口绝对速度和圆周速度的夹角244.3.14 叶片包角的确定264. 4导叶的设计计算264.4.1 基圆直径264.4.2 导叶入口宽度274.4.3 导叶入口角2

11、74.4.4导叶扩散角274.4.5 导叶入口厚度274.4.6 导叶喉部面积和形状274.4.7导叶出口直径284.4.8 导叶扩散段长度284.4.10弯道294.4.11反导叶入口角294.4.12反导叶出口角294.4.13反导叶叶片数294.4.14反导叶进、出口直径304.5轴承的选择304.6 联轴器的选择304.7 平衡装置的设计305 离心泵主要零部件的强度计算325.1 离心泵轴的校核325.1.1轴的强度校核325.1.2轴的刚度校核335.2 键的强度校核345.3 叶轮强度计算345.3.1 轮毂的强度计算345.3.2叶轮盖板强度计算355.3.3 叶片厚度计算36

12、5.4离心泵涡室壁厚计算365.5 离心泵中段校核375.6泵体连接螺栓计算385.6.1确定单个螺栓所受总载荷385.6.2连接螺栓许用应力校核39结语40参考文献41致谢421 绪论1.1前 言据全国流体机械及工程国际学术会议上报告：泵是一种应用广泛、耗能大的通用流体机械，我国每年各种泵的耗电量大约占全国总耗电量的20%,耗油量大约占全国总耗油量的50%。尤其是离心泵是各种泵中使用范围最广泛的。而D型多级节段式离心泵，供输送清水及物理化学性质类似于水的液体之用，具有效率高、性能范围广、运转安全平稳、噪音低、寿命长、安装维修方便等优点。常应用于输送不含固体（磨料）、不含悬浮物的清水或物理化学

13、性质类似于清水的其它液体。而且D系列卧式多级节段式离心泵依靠自身的结构可以满足大流量高扬程供水需求，在农业、工业、矿山及城市给水中有着不可替代的作用。随着它应用领域的不断地扩大和先进技术的不断发展，具有广泛的研究意义。因此我的课题是D200多级离心清水泵结构设计。由指导教师给的具体设计参数进行分析，该设计的需要满足的条件：流量Q=280m3/h；扬程H=200m；效率=80%；转速n=1470r/min；液体重度=1000kg/m3。随着泵产业的发展以及国内外各经济单位对泵的各种需求，D系列多级离心泵逐渐被广泛应用。可以说无论是农业、渔业、畜牧业还是矿山、城市以及其它工业几乎都有它的身影。作为

14、农业大国，我国的泵产业与国国外的差距在于生产技术与管理落后，导致：交货不及时；铸件表面质量及内在质量不理想；使用寿命短等缺点。所以要使个国民经济单位的正常工作得到满足，必须使我国的离心泵产业与国际接轨，尤其是国民经单位运用最多的D系列多级离心泵。1 .2泵的应用及分类1.2.1 泵的应用范围泵输送液体的种类繁多，诸如输送清水、污水的潜水泵等,应用相当广泛。在化工和石油部门的生产中，原料和半成品乃至于成品大多是液体，而原料到半成品再到成品的工艺过程较为复杂，在这些过程中泵起到了输送及提供化学反应所需压力的作用，除此之外，泵还可以用来调节很多装置的温度。在农业生产中，排灌机械主要靠蹦来承担。我国作

15、为农业大国，每年农村所需要的潜水泵和离心泵大致可以占泵总产量一半以上。在矿业和冶金工业中，泵也应用较多的设备。矿井排水用高压矿用潜水泵，在选矿、冶炼和轧制过程中也需用泵来供水等。在电力部门，核电站需要核主泵、二级泵、三级泵、热电厂需要大量的锅炉给水泵、冷凝水泵、循环水泵和灰渣泵等。在国防建设中，高压及有放射性的液体，要求泵无泄漏等。1.2.2泵的分类泵的种类很多一般可以分为容积泵、叶片式泵（动态泵）和其它类型泵三大类。1.容积泵容积泵是能量通过力的作用，周期性地向一个或一个以上的移动式有效附件的界面、液体相当于容积施加，导致压力直接上升，达到输送液体通过阀门或管件直至排出管线所需压力的装置。依

16、据压力产生元件的自然运动状态，容积泵基本上分为往复式和回转式两类。2.叶片式泵（动态泵）叶片式泵是依靠高速旋转的叶轮对液体的动力作用，把能量连续地传递给液体，使液体的动能（为主）和压力能增加，随后通过压出室将动能转换为压力能，从而达到输送液体的目的。叶片式泵根据叶轮和流道结构特点的不同可分为：离心泵、轴流泵、混流泵和旋涡泵等。3.其它类型泵其它类型泵的工作原理各异，如射流泵、水锤泵、气升泵以及螺旋泵等。螺旋泵是用螺旋推进原理来提高液体的位能，而其它泵都是用工作液体传递能量来输送液体。1.2.3离心泵的分类 离心泵是动态泵中应用最广的一类泵，可按以下方式分类。1.按叶轮数目分类单级泵：即在泵轴上

17、只有一个叶轮；如图1.3.1图 1.3.1 SH型单级双吸泵壳中开式离心泵多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。如图1.3.2所示。图1.3.2 D型卧式多级离心泵2.按轴的安装分类卧式泵：泵轴位于水平安装；如上图1.3.2所示。立式泵：泵轴位于垂直安装；如图1.3.3所示。图1.3.3 ISQ系列立式管道离心泵3.按吸入方式分类单吸：叶轮只在一面有吸入口；如图2.3.4所示。双吸：叶轮在两面有吸入口；如图1.3.1所示。图1.3.4 IS系列单级单吸式离心泵4.按叶片安装方法分类可调叶片：叶轮的叶片安放角度可以调节；固定叶片：叶轮的叶片安放角度是固

18、定的。5.按工作压力分类低压泵：压力低于100米水柱；中压泵：压力位于100-650米水柱之间；高压泵：压力高于650米水柱；6.按壳体分开方式分类分段式：壳体按与主轴垂直的平面分开；节段式：在分段式多级泵中，每一级壳体都是分开的；中开式：壳体在通过轴心线的平面上分开；如图1.3.1所示。水平中开式：在中开式中分开面是水平的；垂直中开式：在中开式中分开面是垂直的；斜中开式：在中开式中分开面是倾斜的。7.按叶轮出来的水引向压出室的方式分类蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳；如图1.3.1导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出水管。8.按泵的用途和输

19、分送液体的性质按泵的用途和输送液体的性质可分为：清水泵、泥浆泵、酸泵、碱泵、油泵、低温泵、高温泵、屏蔽泵。2 离心泵原理及其主要参数2.1 离心泵的基本构造及工作原理离心泵是应用面大，应用范围广的流体输送设备。由于应用场合、性能参数、输送介质和使用要求的不同，离心泵的品种及规格繁多，结构形式多种多样。2.1.1离心泵的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。1叶轮作为离心泵的核心部分，具有较高转速及较大输出力。叶轮上起主要作用的是叶片，叶轮在装配前要做静平衡实验。叶轮内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。2泵体又称泵壳，是泵的主体，起支撑和固

20、定作用，并与安轴承的托架相连接。3泵轴的作用是经联轴器将电机的转距传递给叶轮，是传递机械能的主要部件。4轴承是支撑泵轴旋转的构件，有滚动和滑动两种形式。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并及时处理！5密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会使泵内高压区的水流向低压区，使泵效率降低！而过小会使叶轮与泵壳摩擦磨损。一般密封的间隙保持在0.251.10mm之间为宜。 6填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。2.1.2离心泵的工作原理 1.泵轴带动叶轮旋转，对叶片间流体做功，流体由叶轮中心被抛向外围；2.被抛出的液体由泵壳汇集，液体

21、顺着蜗壳形通道扩大的方向流动。泵壳使流体的部分动能化为压能，使输送能量损失减小；3.叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。4.叶轮外周安导轮使泵内液体能量转换效率提高。导轮是叶轮外周固定的带叶片的环。叶片的弯曲方和与叶轮叶片的相反，其角度与液体由叶轮流出的方向相适应，使液体在泵壳内平稳地转换方向，使能耗最小，动压能转为静压能的效率高。5.轴向推力由后盖板平衡孔来消除。叶轮周边的液体带着较高压力离开，部分会渗到后盖板后侧，而叶轮前侧入口处液体为低压，故产生轴向推力。2.2 离心泵的主要参数泵的工作状况常用工作参数来表示，主

22、要工作参数有：扬程H、流量、转速、汽蚀余量、功率和效率等。这些参数反映了泵的工作状态和能量转换程度。泵的主要性能指标也用这些主要工作参数来表示。2.2.1 扬程扬程又称为泵的压头，是单位重量的液体从泵入口处到出口处的能量增量。其单位是，习惯简称为米。根据定义，泵的扬程H可以写为 (21)式21中：泵出口处单位重量流体的能量（m）； 泵进口处单位重量流体的能量（m）。单位重量流体的能量在水力学中称为水头，通常由压力水头 (m)、速度水头 (m)、位置水头Z（m）三部分组成，即因此 (22)式22中： 、泵出口、进口处液体的静压力； 、泵出口、进口处液体的速度； 、泵出口、进口到任选的测量基准面的

23、距离； 、泵出口、进口动能系数。2.2.2 流量流量是泵在单位时间通过水泵出口截面的液体量（体积或质量）。其中，体积流量用表示，单位是：m3/s、m3/h、L/s等，质量流量用表示，单位是：t/h、kg/s等。质量流量和体积流量的关系为 (23)式23中：流体的密度（kg/m3、t/m3），常温清水1000kg/m3。实际上，水泵的转动部件和固定部件之间总是有间隙的，那么转轮四周的液体由高压侧沿间隙漏向低压侧而未经泵出口截面流出而产生效益。所以实际产生效益的流量小于通过转轮输送的理论流量，该理论流量为 (24)泵的容积效率为 (25)2.2.3 功率和效率泵的功率又称轴功率，通常指输入功率，即

24、电动机传到泵轴上的功率，故用表示。泵的有效功率指泵的输出功率，用表示，是单位时间内液体经泵输送所获得的有效能量。有效功率为： (26)或 (27)式26,27中： 泵输送液体的密度； 泵输送液体的重度； 泵的理论流量； 泵的理论扬程； 重力加速度。若液体重度的单位kgf/m3、的单位与上式相同，则 （28）轴功率和有效功率之差为泵内的损失功率，其大小用泵的机械效率来计量。泵的机械效率为有效功率和轴功率之比，用表示，即 （29）也可以用下式表示 （210）式210中 机械效率；容积效率；水力效率； 总效率3。2.2.4 转速泵的转动部分包括叶轮、导叶、轴等，单位时间内叶轮旋转的次数称为转速，用符

25、号n表示，单位是转每分（r/min）。泵由电动机带动时，转速与电动机转速相同。当经过传动装置驱动轴时，可按泵的最优运行工况选定转速。2.2.5 汽蚀余量汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。通常把泵入口的全水头和液体饱和蒸气压力水头之差，作为发生汽蚀的大致标准。汽蚀余量国内用表示。 （211）式211中 泵入口处的静压力 泵入口处的平均流速2.2.6 泵的各种损失及泵的效率由离心泵知离心泵在把机械能转化为液体能量过程中，伴有各种损失，这些损失用相应的效率来表示。离心泵内的损失可分三种，即机械损失、容积损失和水力损失，与之相对应泵的效

26、率也分机械效率、容积效率和水力效率。 (1)机械损失和机械效率 轴承损失功率、密封损失功率和圆盘摩擦损失功率之和称为机械损失，用来表示。轴功率去掉机械损失功率后称为输入水力功率，用来表示。机械效率为输入水力功率和轴功率之比，即 （212）(2)容积损失和容积效率 容积损失的实质也是能量损失，容积损失的大小用容积效率来计算。容积效率为叶轮除掉泄漏后液体(实际的流量)的功率及通过叶轮的液体(理论流量)的功率(输入水力功率)之比，即 （213）(3)水力损失和水力效率 由于存在水力损失，单位质量液体经过泵增加的能量(H)，要小于叶轮传给单位质量液体的能量()。泵的水力损失的大小用泵的水力效率来计量。

27、用下式： （214）且泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率之乘积，即 （215）上三式中 机械效率；容积效率；水力效率； 总效率；除掉泄漏之后的液体的功率；去掉水力损失液体的功率。3 离心泵的主要零部件离心泵的零部件分为过流部件和结构部件。过流部件和结构部件各自的包含如下。3.1过流部件3.1.1 叶轮叶轮是泵的核心，也是过流部件的核心。其主要作用是把原动机的能量传递给液体。叶轮常用铸铁、铸钢、合金钢或其它材料做成。1.叶轮按液体相对于旋转轴线的流动方向分为三类：径流式叶轮；混流式叶轮；轴流式叶轮。2.按液体流入的方式分为：单吸叶轮；双吸叶轮。3.按结构形式分为：闭式叶轮；开式叶轮；半开

28、式叶轮。其中如果泵的压头由单个叶轮产生，则称之为单级泵。反之称为多级泵。其中封闭式叶轮几乎普遍用于抽送清洁液体的泵，所以应用较广。3.1.2 离心泵吸水室吸水室是指泵进口段到叶轮入口泵体的过流部分。吸水室中的水力损失比压出室小得多，故吸水室相对不算很重要。但它的设计影响泵的抗空化性，因此吸水室应保证在损失最小的情况下流速尽可能均匀分布，并将室内的流速变为叶轮的平稳入口速度。按结构吸水室可以分为直锥型吸水室、弯管型吸水室、环形吸水室和半螺旋型吸水室。3.1.3 离心泵压水室离心泵的压水室是指叶轮出口至次级叶轮进口前的过流部分。压出室作用是将叶轮中流出的液体收集起来并送到下一级叶轮或管道系统中；降

29、低叶轮出来液体的流速，实现动能到压能的转化，以减少液体在下一级叶轮或管道系统中的损失；消除液体流出叶轮后的旋转运动，以避免由于这种旋转运动带来的水力损失。压水室按结构分成螺旋式压水室、导叶压水室和环形压水室4。3.2结构部件3.2.1轴轴是用来传递扭矩，使叶轮旋转。轴上固定有叶轮、轴承、密封装置及联轴器等部件。轴的受力复杂，受到由重量、叶轮旋转造成的离心力及叶轮外缘力不平衡造成的附加径向力作用，在轴承处还受到静态支撑力与动态支撑力作用。轴的最小直径指联轴器处的轴径，常考虑到键槽或退刀槽对强度的削弱，给以适当的增加，并圆整取标注直径。轴最小直径公式 （315）式中为转矩，当已知功率和转速时；为材

30、料的许可应力，对于35钢。3.2.2轴承轴承用来支撑转子零件，并承受转子零件上的多种载荷。根据轴承中摩擦性质的不同可分为滑动轴承与滚动轴承。每一种又可以分为向心轴承和推力轴承。3.2.3密封装置为了保证泵的正常工作，应防止液体外泄和内泄，或外界空气吸入泵内，因此必须在叶轮和泵壳间、轴与壳体间装有密封装置。1. 填料密封软填料密封是填料密封中应用最广泛的，又称盘根盒密封，它由油浸石墨的石棉绳做填料，放于盘根盒中由套筒和压盖压紧，依靠填料的变形达到密封。用软填料时，在填料层中间安装一个封漏环，把高压液流引入此处，不仅起密封作用，同时也能起润滑冷却作用，2. 机械密封一对相对运动环的端面互相贴合形成

31、微小轴向间隙起密封作用。3. 浮动密封浮动密封是靠浮动环端面和浮动套端面的接触来实现轴向密封的，径向密封是靠轴套外圆表面与浮动环内圆表面形成的狭窄缝隙以产生节流来密封的。4. 密封环转轮入口的密封环又称为口环，用来防止液流从叶轮出口经过壳体和叶轮外壁间隙返回叶轮进口的内泄漏，以提高水泵的容积效率。5.副叶轮密封副叶轮密封是利用回转体带动流体使之产生离心力以克服泄漏的装置，其密封能力来源于机器轴的旋转带动副叶轮所做的功，因此副叶轮密封又称为动力密封 5。3.2.4轴向力平衡装置离心泵运转时，其转动部分会受到一个与轴线平行的轴向力，这个力相当大，此力会使叶轮和轴发生窜动，叶轮与密封环发生摩擦，造成

32、零件损坏，特别是多级离心泵。因此，必须设法平衡或消除轴向力。多级离心泵的轴向力平衡方法：对称分布叶轮对称分布多级泵的叶轮，通过缝隙的泄漏量最小，密封压力最小，流道简单。平衡鼓平衡鼓装在末级叶轮的后面，其后面是平衡室，与第一级叶轮的吸入室相通。平衡盘在不同工况自动完全的平衡轴向力，故广泛应用于多级离心泵6。3.2.5其它零部件离心泵除上述主要零部件以外，还有中段、托架、支架、联轴器等零部件。4 D200多级离心泵结构设计4.1 D200离心泵结构方案的选择 根据指导老师给的任务要求（1、流量Q=280m3/h；2、扬程H=200m；3、效率=80%；4、转速n=1470r/min；5、液体重度=

33、1000kg/m3；）确定离心泵的结构。4.1.1 电机的选择离心泵的电机选择需考虑以下因素： 根据不同结构形式的泵的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、运转、调速等要求，选择电动机类型。根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求。根据离心泵机组使用场所的环境条件。据电压标准及对功率的要求，确定电动机的电压等级。据机械的最高转速要求，选择电动机的额定转速。除以上因素，还须考虑运行可靠性、供货情况、节能要求、通用性、安装检修的难易、建设费用、维修等。离心泵轴功率的计算： （41）式41中：泵的有效功率；离心泵的效率；清水的重度；离心泵的流量；离心泵的扬程。则： 则计算功率： （42）查“

34、机械设计手册”选电机型号为Y355M2-4型,该种型号的电机额定功率为250KW，同步转速为1500 r/min,因此符合设计需要。4.1.2 电机转数、比转数和级数由于本泵是采用电机直接驱动的形式，所以电机转数确定，满载转数n=1470r/min 。根据多级泵比转数计算公式： （43）式43中： 比转数 泵的转数； 泵的流量； 泵的扬程；多级泵的级数。将上述数值带入上式可得如下关 分别带入级数i=3、4、5、6、7、8级，分别求出相应的比转数ns的值，见表4.1表4.1级数i与比转数ns关系表级数i345678比转数ns6480941081211341.比转数（1）比转数与泵效率密切有关，如

35、图4.1所示，在确定比转数时必须同时考虑泵的效率是否能达到给定指标（2）在确定比转数时，还应考虑到是否有合适的模型，如果有合适的模型，应该选取模型泵的比转数，这样不但简化了试验研究和设计工作，而且保证产品有较高的技术经济指标。（3）离心泵和混流泵的比转数在30500范围内。（4）比转数的大小与叶轮形状和泵性能曲线形状有密切关系7。2.级数1)确定级数时，首先应该考虑到结构安排的可能性。卧式泵级数太多会增加轴的跨度，降低运行可靠性，给使用、维护、检修工作带来很多困难。目前，卧式多级象一般不超过l0级，最多不超过l5级。2)从结构的观点来看，希望级数越少越好，也就是希望单级扬程越高越好。但是，在转

36、速一定的情况下，要提高单级扬程必须采用低比转数叶轮，而比转数越小，泵效率越低 8。图 4.1 离心泵总效率图由 “离心泵总效率”图4.1，效率确定级数为级，比转数 。4.1.3 确定进口直径、流速和出口直径泵进口直径与吸入管内的流速有关，据国内外管路经济流速分析及相关标准规定，最常用的流速为3m/s左右，但最好根据具体情况作综合分析比较，常用的多级泵吸入口径、流量和流速的关系见表4-2。表4-2 泵吸入口径、流量和流速的关系进口直径/mm40506580100150200250300400多级泵1.3751.772.12.5432.442.482.542.843.426.5212.525468

37、51.552804507201500则由公式： （44）式44中， 流量，单位应为m3/s, 进口平均流速， 取 则， 由上表可有，由（4-4）得吸入口流速公式： （45）可得： 泵的出口直径可去与相同，或小于，即 取 （46）4.1.4 确定泵的最小汽蚀余量hmin和汽蚀比转数C最小汽蚀余量的大小与泵入口几何形状及液体流动情况密切有关。我们可以利用水力学中的相似原理，引入一个汽蚀比转数C来表示离心泵的最小汽蚀余量与泵设计参数间的关系： （47）汽蚀比转速是在入口几何相似，运动相似和动力相似的条件下推导出来的。所以对一组入口几何形状（包括叶轮入口及吸入室）相似的泵，在相似的工况下，他们的C值相

38、同。因此，C值可以作为叶轮入口和吸入室几何相似的判别数9。泵的最小汽蚀余量越小，汽蚀比转速越大，所以C值可以作为在考虑汽蚀性能时选取模型泵的一个参数。根据生产实践经验，可见表4-3。4-3 分段式多级泵的和吸入口径（mm）80100150200250设计流量（）4685155280150500单双双转速（r/min）295045002950550029505000148029505000148029502950汽蚀余量（m）3.56.34.07.54.584.55.5115.05.05.0汽蚀比转速7438809051050110512307551285131085512201305由给定设计

39、参数得 4.2 轴径的设计根据给定的设计参数确定泵的转速、比转数、级数和结构形式后，必须求出轴径和轮毂直径才能进行水力原件设计。由公式4-1有：计算轴径时用的计算功率较轴功率稍大些，因为轴功率是设计工况下的功率，而泵运行时的最大流量所对应的功率大于轴功率，计算功率一般如式4-2所示：又由离心泵中查得： （48）又知，将上述数值带入公式48得： 式子3-25为轴的最小直径计算公式： 机械手册上查“泵轴常用材料的许用切应力”，如表4-4所示。表4-4 泵常用材料许用切应力 材料热处理要求许用切应力用途正火处理400500一般单级泵调质处理HB=241286500600一般多级泵调质处理HB=241

40、302700800大功率高压泵调质处理HB=268302600750耐腐蚀泵调质处理HB=241285750800高温泵本泵选择45调质处理，取轴最小直径： 电机与泵轴之间一般采用弹性套柱销联轴器，上式算出的是联轴器处的最小直径，考虑到开键槽，由机械零件设计手册知一般加的裕量，将联轴器将最小轴径圆整为，安装轴承和叶轮处的直径为：。由于叶轮和轴通常是用键联结的，因此，轮毂要有一定强度，轮毂的直径可按下列经验公式计算10。确定轮毂处的直径： 、 （49）式中 经验系数，通常取,这里取；安装叶轮处的轴的直径，。则 4.3 离心泵的叶轮的设计离心泵叶轮（如图4.2）的水利设计主要有相似设计法和速度系数设计法。这里运用速度系数设计法来确定叶轮的主要几何参数。图4.2 离心泵叶轮4.3.1叶轮进口直径要求得必须先确定叶轮入口速度，可用公式 （410）式中 叶轮入口速度系数 泵的单级扬程对分段式多级泵第一级叶轮，一般略为加大叶轮入口直径来降低液体流进叶轮时的流速，进而提高泵的抗汽蚀性能。而其他各级叶轮由于已有一定的吸入压力，故应尽量减小叶轮入口直径，以提高泵的效率。设计时应按图4.3中相应曲线选择系数。图4.3 离心泵叶轮的速度系数由图4.3可以查到叶轮入口速度系数：多级泵首级叶轮,多级泵次级叶轮，泵的单级扬程，所以有：多级泵首级叶轮 多级泵次级叶轮 通过叶轮的流量可用公式： 即