多级离心泵常见的轴向力平衡装置 軸向力平衡装置的选取是多级离心泵设计中的关键问题，其目的是平衡轴向力，防止转子的轴向窜动。文章分析了多级离心泵轴向力产生原因，并介绍了常用的平衡装置。 标签：多级泵；轴向力；平衡装置 引言 多级离心泵在电力、石油化工等行业被广泛应用。轴向力平衡装置的选取是泵组设计的关键问题，检查平衡装置是否需要更换或优化也是多级离心泵维修中的一项重要工作。泵组运转过程中，若平衡装置不能中和泵组产生的轴向力，则会造成泵动静部件摩擦而降低效率，严重时泵转子与各静部件咬死而导致泵损坏。 1 轴向力的产生 多级离心泵运行过程中产生的轴向力包括以下几种：因作用在各叶轮吸入端（驱动端）和吐出端（自由端）的压力不相等，从而产生指向泵驱动端的轴向力；液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，指向叶轮背面，称为动反力；由于泵内叶轮进口压力与外部大气压不同，在轴端和轴台阶上产生的轴向力；立式泵转子重量引起的向下的轴向力；其他轴向力。 2 轴向力的平衡装置 总轴向力会使转子轴向窜动，造成泵动静部件摩擦，而平衡装置的两端有一个压力差，其中的液体形成一个与总轴向力方向相反的平衡力，平衡力大小随平衡盘的移动而变化，直到与轴向力抵消，但由于惯性的作用转子不会立即停止窜动，而是在平衡位置左右窜动且幅度不断减小，最终停留在平衡位置，故随着运行工况的变化，泵转子始终处于动态平衡状态。 平衡装置的设计为多级离心泵设计中的重点，包括叶轮对称布置（适用于偶数级泵）与平衡盘（鼓）法两大类，平衡盘（鼓）法又包括平衡鼓、平衡盘、平衡盘鼓、双平衡鼓形式，随着结构的逐渐复杂，平衡效果也越好。 平衡盘（鼓）法多与推力轴承配合使用，推力轴承一般只承受5%～10%的轴向力，在设计平衡盘（鼓）时，一般不考虑推力轴承平衡的轴向力，保证泵在推力轴承损坏的情况下，平衡盘（鼓）仍能正常工作。 2.1 叶轮对称布置法 叶轮级数为偶数时可采用叶轮对称布置法平衡轴向力，设计上要注意反向叶
基于CFD技术的离心泵优化设计 文章对目前泵设计方法如模型换算法、速度系数法和面积比原理进行详细介绍，并应用相似换算法和速度系数法对参数为Q=1400m3/h，H=15m，n=990r/min 的离心泵进行设计，通过CFD数值模拟，获得了内部流场较好的泵。 标签：离心泵；叶轮；设计 1 叶轮设计方法 在叶片式流体机械中，叶轮是叶片式流体机械中直接进行能量转换的部件，是叶片式流体机械最关键的部件。由于泵内部流动非常复杂，对其流动规律的认识还不够全面，因此泵的水力设计还需建立在半理论、半经验和试验验证的基础上进行。目前泵设计方法有几种形式，一般分为模型换算法、速度系数法、面积比原理[1]。 1.1 模型换算法 邹滋祥[2]系统的叙述了相似理论的具体内容，包括几何相似、物理现象相似以及两个体系之间相似的必要和充分条件，同时通过具体的例子来阐述叶轮机械模型设计过程中的具体应用方法。陈凤军[3]针对集中空调系统试运行中出现的循环泵电机发热严重、能耗高、实际效果差等问题，提出了运用相似原理、按功率匹配进行叶轮切割的技术改造方案。经实践证明，实现了优化运行，满足了设计要求，提高了经济效益。 应用模型换算法的首要前提条件，必须具有一个优秀的水力模型库，这样才会使得水力设计方便、可靠。 1.2 速度系数法 Stepanoff[4]早在1984年就提出利用比速规律进行水力设计的设计系数法，在统计大量实测资料的基础上提出了著名的Stepanoff速度图。国内于80年代初曾经对部分优秀模型进行统计。1985年陈次昌[5]应用多元逐步回归分析法对离心泵叶轮主要几何尺寸进行了总结与统计，得出了一些具有参考价值的计算公式。90年代初，张俊达[6]和何希杰[7]等对近年来的优秀模型进行了重新统计，提出了一些系数和规律。白小榜[8]等对6个混流泵优秀水力模型统计分析基础上，对叶轮和蜗室的主要几何参数：叶轮进口速度U0、叶轮外径D2（D2a，D2e）、出口宽度b2及蜗室几何参数计算公式中的速度系数进行了公式拟合，给出了混流泵的水力参数计算方法。同时应用设计实例验证设计方法的准确性。沙毅[9]等利用叶片泵能量方程和相似理论，推导出离心泵叶轮外径D2，出口叶片宽度b2和进口直径D0的速度系数法水力计算公式。在IS系列泵参数回归统计基础上，利用最小二乘法拟合速度系数与比转数的关系方程式。并用ns=87和ns=118两泵型的设计实例验证了设计计算方法的准确性和先进性。
离心泵试题库 一、填空：（每个空1分） 1．石化装置离心泵密封类型主要有2种，分别是：机械密封、填料密封。 2．离心泵主要工作部件有叶轮、轴、吸入管和排出管。 3．当离心泵输送不出液体时，主要原因有：排气不良、旋转方向不对、吸入过滤器堵塞、吸入阀未开等。 5．离心泵紧急情况下的切换，是指油喷出，电机起火，泵严重损坏等事故。6．离心泵的操作，必须用排出阀、调节流量，决不可用吸入阀来调节流量，以免抽空。7．对于泵的工作温度在80℃以上的泵，在运转前要充分进行预热暖机（用蒸汽或工作液）。预热速率为2~3℃/分左右。预热过程中要经常盘车，保证预热均匀。当泵壳外侧的温度达到工作温度的80％左右时才能启动泵。 8．离心泵加入的润滑油是N46防锈汽轮机油。 9．热油泵是指工作温度在200℃以上的泵。 10．切换泵时，应严格保证系统流量、压力不变原则，严禁抽空、抢量等事故发生。11．离心泵有不同的类型，按叶轮数目可分为：单级泵和多级泵。 12．离心泵在启动之前应罐满液体，此过程称为灌泵。 13．离心泵的主要性能参数有：转速、流量、扬程、功率和效率等。 14．由于液道入口附近某些局部低压区处的压力降低到液体饱和蒸汽压，导致部分液体汽化，并伴有局部高温、高压水击现象，称为：汽蚀。 15．泵的叶轮按结构形式可分为：闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮。 16．高速泵也称高扬程泵，转速一般在10000rpm以上。 17．调节普通离心泵出口流量的方法有：出口阀调节、变转速调节、旁路调节和切割叶轮调节等。(填“台数调节、连接方式调节”也可。) 18．两台普通离心泵并联工作时，其总流量为各分支流量之和，扬程与单台泵扬程相同。19．两台普通离心泵串联工作时：总扬程等于同一流量下各泵扬程之和；流量等于单台泵流量。 20．离心泵各有其特性曲线，但一般都有共同特点：⑴：扬程随流量的增大而下降；⑵：功率随流量增大而上升；⑶效率先随流量增大而上升，达到最大值后便下降。 21．离心泵按进液方式可分为单吸式泵和双吸式泵。 22．离心泵按泵轴位置可分为卧式泵和立式泵。 23．离心泵按支撑方式可分为悬臂泵和双支撑泵。 24．离心泵的切割定律为Q/Q1=D/D1，H/H1=(D/D1)2，N/N1=(D/D1)3。 25．离心泵的比例定律为Q/Q1=n/n1，H/H1=(n/n1)2，N/N1=(n/n1)3。 26．防止气蚀的条件为NPSHa>NPSH。 27．NPSHa表示有效气蚀余量，NPSHr表示必须气蚀余量，NPSH表示允许气蚀余量。28．离心泵的两大主要危害因素是离心泵的气蚀和离心泵的轴向力。 29．气蚀对泵的危害有泵的性能突然下降和泵体产生振动和噪音。 30．泵的效率定义为有效功率/轴功率。 二、判断题：（每题1分） 1．为了节约能源，冬天备用离心泵可以停冷却水。（×） 2．离心泵在轴承壳体上最高温度为80℃，一般轴承温度在60℃以下。（√） 3．为避免气蚀现象，离心泵在安装时应尽量减少泵的入口阻力，选择合适的吸入高度，合
第10 讲：轴向力径向力及平衡 10.1 轴向力产生的原因 1. 泵在运转时，叶轮前后盖板压力不对称产生轴向力，其力的方向指向吸入口方向。 2. 动反力：液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，该力指向叶轮后面。 3. 泵内叶轮进口压力与外部大气压不同在轴端和轴台阶上产生的轴向力。 4. 立式泵转子重量引起的轴向力，力的方向指下面。 5. 其它因素：泵腔内的径向流动影响压力分布；叶轮二侧密封环不同产生轴向力。 10.2 轴向力的计算 10.2.1 叶轮前后盖板不对称产生的盖板力A1 假设盖板二侧腔的液体无泄漏流动，并以叶轮旋转角速度之半3 /2旋转，则任意半径R 处的压头h ‘为：h ‘=(3 2/8g ) (R22- R2) R2 —叶轮外径半径 假定叶轮进口轴面速度与出口轴面速度相等，V m1 = V m2 ,进口圆周分速度V ui = 0 叶轮出口势扬程H P=H T—((g H T/u 2)2/2g )= H T (1—(g H T//2u 22) 叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为：h = H P—h = H P—(W2/8g ) ( R22—R2) 将上式二侧乘以液体密度P和重力加速度g，并从轮毂半径积分到密封环半径，则得盖泵轴向力A i =np(R m2—R h2) [H P—(32/8g ) (( R22—( R m2+ R h2) /2 ))] 10.2.2 动反力A2 A2= pQ t (V mo —V m3COO a) ( N ) 其中p—流体密度 (Kg/m 3) Q t —泵理论流量 V mo V m3 —叶片进口稍前和出口稍后的轴面流速 a—叶轮出口轴面速度与轴线方向的夹角
轴测图是反映物体三维形状的二维图形，它富有立体感，能帮人们更快更清楚地认识产品结构。绘制一个零件的轴测图是在二维平面中完成，相对三维图形更简洁方便。 一个实体的轴测投影只有三个可见平面，为了便于绘图，我们将这三个面作为画线、找点等操作的基准平面，并称它们为轴测平面，根据其位置的不同，分别称为左轴测面、右轴测面和顶轴测面。当激活轴测模式之后，就可以分别在这三个面间进行切换。如一个长方体在轴测图中的可见边与水平线夹角分别是30°、90°和120°。 一、激活轴测投影模式 1、方法一：工具－－>草图设置、捕捉和栅格－－>捕捉业型和样式：等轴测捕捉－－>确定，激活。 2、在命令提示符下输入：snap－－>样式：s－－>等轴测：i－－>输入垂直间距：1－－>激活完成。 3、等轴面的切换方法：F5或CTRL+E依次切换上、右、左三个面。 二、在轴测投影模式下画直线 1、输入坐标点的画法： ?与X轴平行的线，极坐标角度应输入30°，如@50<30。 ?与Y轴平行的线，极坐标角度应输入150°，如@50<150。 ?与Z轴平行的线，极坐标角度应输入90°，如@50<90. ?所有不与轴测轴平行的线，则必须先找出直线上的两个点，然后连线。 2、也可以打开正交状态进行画线。如下图，即可以通过正交在水平与垂直间进行切换而绘制出来。 ▲ 实例： 在激活轴测状态下，打开正交，绘制的一个长度为10的正方体图。 1、激活轴测－－>启动正交，当前面为左面图形。 2、直线工具－－>定第一点－－>水平方向10－－>垂直方向10－－>水平反方向10－－>C 闭合， 3、F5：切换至上面－－>指定顶边一角点－－>X方向10－－>Y方向10－－>X 方向10－－>C闭合， 4、F5：切换到右面－－>指定底边右角点－－>水平方向10－－>向上垂直方向10－－>确定完成， 三、定位轴测图中的实体 要在轴测图中定位其它已知图元，必须打开自动追踪中的角度增量并设定角度为30度，这样才能从已知对象开始沿30°、90°或150°方向追踪。 1、如要在上例中的正方形右面定一个长度为4的正方形，则： 捕捉右面左底角－－>X轴方向：3－－>垂直方向4－－>水平方向4－－>下垂直方向4－－>C闭合，2、如要在顶面绘制一直径为4的圆，则： F5切换至顶面－－>椭圆工具－－>等轴测圆：i－－>捕捉对角线交叉点－－>半径：2－－>确定完成， 四、轴测面内画平行线 轴测面内绘制平行线，不能直接用OFFSET命令进行，因为OFFSET中的偏移距离是两线之间的垂直距离，而沿30°方向之间的距离却不等于垂直距离。 为了避免操作出错，在轴测面内画平行线，我们一般采用复制COPY命令或OFFSET中的“T”选项；也可以结合自动捕捉、自动追踪及正交状态来作图，这样可以保证所画直线与轴测轴的方向一致。。
离心泵轴向力的平衡方法总结 如果不设法消除或平衡作用在叶轮上（传到轴上）的轴向力，此轴向力将拉动转子轴向串动，与固定零件接触，将造成泵零件的损坏以致不能工作。一般常用以下7大方法来平衡泵的轴向力。一、推力轴承 对于轴向力不大的小型泵，采用推力轴承承受轴向力，通常是简单而经济的方法。即使采用其他平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。 二、平衡孔或平衡管 如图1所示，在叶轮后盖板上附设密封环，密封环所在直径一般与前密封环相等，同时在后盖板下部开孔，或设专用连通管与吸入侧连通。由于液体流经密封环间隙的阻力损失，使密封下部的液体的压力下降，从而减小作用在后盖板上的轴向力。减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。在这种情况下，仍有10~15%的不平衡轴向力。要完全平衡轴向力必须进一步增大密封环所在直径，需要指出的是密封环和平衡孔是相辅相成的，只设密封环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设密封环，其结果是泄漏量很大，平衡轴向力的程度甚微。图1平衡孔示意图（具体见2楼） 采用这种平衡方法可以减小轴封的压力，其缺点是容积损失增加（平衡孔的泄漏量一般为设计流量的2~5%）。另外，经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了正常的流动状态，会使泵的抗汽蚀性能下降。为此，有的泵体上开孔，通过管线与吸入管连通，但结构变得复杂。 采用上述平衡方法，轴向力是不能达到完全平衡的，剩余轴向力需由泵的轴承来承受。用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广，不仅单级离心泵上使用，而且多级离心泵上也使用。但由于轴向力不能完全平衡，仍需设置止推轴承，且由于多设置了一个口环，因而泵的轴向尺寸要增加，因此仅用于扬程不高，尺寸不大的泵上。 三、双吸叶轮 单级泵采用双吸式叶轮后，因为叶轮是对称的，所以叶轮两边的轴向力互相抵消。但实际上，由于叶轮两边密封间隙的差异，或者叶轮相对于蜗室中心位置的不对中，还是存在一个不大的剩余轴向力，此轴向力需由轴承来承受。 四、背叶片
主要设计参数 本设计给定的设计参数为： 流量Q=3 3 500.01389m m h s =，扬程H=32m ，功率P=15Kw ，转速 1450min r n =。 确定比转速s n 根据比转速公式 3 4 3.65145046.3632s n ?=== 叶轮主要几何参数的计算和确定 1. 轴径与轮毂直径的初步计算 1.1. 泵轴传递的扭矩 3 15 9.5510955098.81450 t P M N m n =?=?=? 其中P ——电机功率。 1.2泵的最小轴径 对于35号调质钢，取[]52 35010N m τ=?，则最小轴径 0.02424d m mm ==== 根据结构及工艺要求，初步确定叶轮安装处的轴径为40B d mm =，而轮毂直径为(1.2~1.4)h B d d =,取51h d mm = 2. 叶轮进口直径 j D 的初步计算 取叶轮进口断面当量直径系数0 4.5K =，则 0 4.50.09696D K m mm ==== 对于开式单级泵，096j D D mm == 3. 叶片进口直径1D 的初步计算
由于泵的比转速为46.36，比较小，故1k 应取较大值。不妨取10.85k =，则 110.859682j D k D mm ==?= 4. 叶片出口直径2D 的初步计算 2 20.5 0.5 246.369.359.3513.73 10010013.730.292292s D D n K D K m mm --???? ==?= ? ? ?? ?? ==== 5. 叶片进口宽度1b 的初步计算 ()00222 111 4/4//v v m j j h v Q Q V V D D d Q b DV ηηππηπ===-= 所以 220111 1 44j j v V D D b V D K D = = 其中，10v V K V =,不妨取0.8v K =，则 22 118535.42440.863.75j v D b mm K D ===?? 6. 叶片出口宽度2b 的初步计算 225/6 5/6 246.360.640.640.3373 1001000.33730.00727.2s b b n K b K m mm ?? ?? ==?= ? ? ?? ??==== 7. 叶片出口角2β的确定 取2β=15° 8. 叶片数Z 的计算与选择 取叶片数Z=8，叶片进口角0155.8β=。 9. 计算叶片包角? ()0 000360/360360 2.491128 t Z Z φλ??====
1)轴向力的平衡装置 单吸单级泵和某些多级泵的叶轮有轴向推力存在，该力只靠泵轴向的止推轴承难以完全承受，必须安装轴向力平衡装置。产生轴向推力的原因主要是作用在叶轮两侧的流体压强不平衡所引起的。 图4-12为作用于单吸单级泵叶轮两侧的压强分布情况。一般认为叶轮与泵体之间的液体压力按抛物线形状分布。在密封环直径以外，叶轮两侧的压是对称的，无轴向力。但在以内，作用在叶轮左侧的压力是人口压力，作用在叶轮右侧的压力是出口压力，且，存在压力差。两侧压力差与相应面积的乘积再积分，就是作用在叶轮上的轴向力。所以，离心泵的轴向力总是指向叶轮的吸入口方向。对于单吸多级泵，每级叶轮都产生轴向力，其值可能很大，仅靠轴向止推轴承平衡会使轴承无法承受，将严重降低其使用寿命。 图4-12叶轮两侧压强分布图 从长期的生产实践中总结出许多平衡轴向力的方法，如利用叶轮的对称性、对叶轮结构进行改造、增设专门的平衡装置等，在应用中都收到了良好的效果。轴向力的平衡方法有：（1）利用叶轮的对称性平衡轴向力，采用双吸叶轮或对称排列的方式。 图4-13叶轮对称排列平衡轴向力 对于单级泵，利用双吸叶轮，使叶轮两侧盖板上的压力相互抵消，可以很有效地平衡轴向力。对于多级泵，利用对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如图4-13所示背靠背或面对面地串联在一根轴上。这种方法不能完全消除轴向力，一般还应安装止推轴承。卧式多级泵和立式多级泵，常采用此法。 （2）改造叶轮结构平衡轴向力。 对于单吸离心泵，可以适当改变叶轮结构，消除或减少轴向力。主要的有3种方法：
图4-14改变叶轮结构平衡轴向力 （a）平衡孔法（b）平衡管法 ①平衡孔法。即在如图4-14（a）所示的叶轮后盖板上开一圈小孔，称作平衡孔，使后盖板密封环内的压力与前盖板密封环内的压力基本相等。由于前、后盖板密封环直径相同，故大部分轴向力可以被平衡。 ②平衡管法。如图4-14（b）所示，在前、后盖板上都安装有直径相同的密封环，并自后盖板泵腔处接一根平衡管，使叶轮背后的压力液与泵的吸入口接通，以消除大部分轴向力。 ③安装专用的平衡装置。对于单吸多级泵，特别是分段式多级泵，叠加的轴向力很大，一般依靠平衡装置平衡轴向力。主要有： a.自动平衡盘平衡轴向力。自动平衡盘多用于多级离心泵，安装在末级叶轮之后，随转子一起旋转，如图4-15所示。该平衡装置有两个间隙，一个是轮毂或轴套与泵体间的径向间隙b0=0.2～0.4mm；另一个是平衡盘端面与泵体上平衡圈间的轴向间隙b0=0.1～0.2mm；平衡盘后面的平衡室用连通管与泵的吸入口连通，压力接近吸入口压力p0。 图4-15平衡盘装置 液体在径向间隙前的压力是末级叶轮后盖板下面的压力p，通过径向间隙后下降为p＇，压力降Δp=p－p＇液体再流经轴向间隙后，压力降为p0，轴向间隙两边的压力差Δp2=p＇－p0；平衡盘两边的压力差Δp=Δp1+Δp2=（p－p＇）+（=p＇－p0）=p－p0。 而在平衡盘两边的压差只有，故液体对平衡盘就有一个力P，此力与轴向力方向相反，称为平衡力，其大小应与轴向力相等，方向相反，即F—P=0，此时轴向力得到完全平衡。 这种装置中的径向间隙和轴向间隙各有其作用，又互相联系，可以自动平衡轴向力。当工况改变，轴向力F与平衡力P不相等时.转子就会轴向窜动。若转子就向左边的吸入方向移动，轴向间隙b0减小，液体流动损失增加，漏失量减少，平衡盘前面的压力p＇增加。在总液压差不变的情况下，因泄漏量减少，下降，因而压差增大，平衡力P随之增大，转子开始向右边的出口方向移动，直至与轴向力平衡为止。若轴向力F＜P，转子向右移动，轴向间隙b0增大，流动损失减小，泄漏量增加，平衡盘前压力p＇减小，Δp1增大，Δp2减小，平衡力P随之减小，转子又开始向左移动，直至再与F平衡。
?正等轴测图的绘制 三条坐标轴的制定: 正等轴测图的坐标系是由相邻两个坐标轴夹角都等于120°的三个坐标轴组成。左下方的坐标轴为Ｘ轴，右下方的为Ｙ轴，Ｚ轴一般都是让它竖直向上。物体在正视图上沿三个坐标轴的尺寸与其对应的轴测投影尺寸近似取为相等。即轴向变形系数都近似为1。由物体的正投影（即三视图）绘制轴测图，是根据坐标对应关系作图，即利用物体上的点，线，面等几何元素在空间坐标系中的位置，用沿轴向测定的方法，确定其在轴测坐标系中的位置从而得到相应的轴测图。实际上是两种坐标系的转换。 绘制轴测图的方法和步骤： A- 对所画物体进行形体分析测量，搞清原体的形体特征. B- 在原投影图上确定坐标轴和原点； C- 绘制轴测图。画图时，先画轴测轴，然后再逐步画出物体的轴测图； D- 轴测图中一般只画出可见部分，必要时才画出不可见部分
?坐标法: 根据形体的形状特点选定适当的坐标轴，然后将形体上各点的坐标关系转移到轴测图上去，以定出形体上各点的轴测投影，从而作出形体的轴测图。 作图步骤： ?在三视图中，画出坐标轴的投影； ?画出正等测的轴测轴，∠X1-O1-Y1=∠X1-O1-Z1=∠Y1-O1-Z1=120°； ?量取O1-2=O-2，O1-4=O-4； ?分别过2、4作O1-Y1、O1-X1的平行线，完成底面投影； ?过底面各顶点作O1-Z1轴的平行线，长度为四棱柱高度； ?依次连接各顶点，完成正等测图。
三棱锥形的正等测图作图步骤： ?在三视图中，画出坐标轴的投影； ?画出正等测的轴测轴，∠X1-O1-Y1=∠X1-O1-Z1=∠Y1-O1-Z1=120°； ?量取O1-A’=O-A ； ?在平面俯视图中以B点向C -A 引垂直线得到点1,量取O1-1’=O-1，1’-B’=1-B ；?连接点A’,B’,C’得到三棱锥形的底面投影； ?在平面俯视图中以S点向C -A 引垂直线得到点2,量取O1-2’=O-2，2’-3’=2-S ；?过3’点作O1-Z1轴的平行线，长度为三棱锥高度,得到S’点； ?依次连接各顶点，完成正等测图。 3’
单级离心泵设计 摘要：本设计从离心泵的基本工作原理出发，进行了一系列的设计计算。考虑离心泵基本工作性能，流量范围大，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10～80m）。本设计扬程为50m，泵水力方案通过计算比转数（n=67.5）确定采用单级单吸结构；通过泵轴功率的计算确定选择三相异步电动机；由设计参数确定泵的吸入、压出口直径；通过叶轮的水力设计确定叶轮的结构以及叶轮的绘型；设计离心泵的过流部件，确定吸入室为直锥形吸入室，压出室为螺旋形压出室；设计轴的结构及进行强度校核；确定叶轮，泵体的密封形式及冲洗，润滑和冷却方式；通过查标准确定轴承，键以及联轴器，保证连接件的标准性。从经济可靠性出发，合理设计离心泵部件，选择标准连接件，保证清水离心泵设计的安全性，实用性，经济性。 关键词：离心泵工作原理；水力方案设计；叶轮和过流部件设计；强度校核；密封设计；键、轴承的选择
Centrifugal Pump Design Manua l Abstract : This design starting from the basic working principle of the centrifugal pump, conducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (single-stage lift is generally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating the number of revolutions(n=67.5) to determine the single-stage single-suction structure; choice of motor shaft power calculation; design parameters to determine the pump suction outlet diameter; determine the structure of the impeller and the impeller of the drawing of the hydraulic design of the impeller; flow parts of the design of centrifugal pump suction chamber for straight conical suction chamber, pressed out of the spiral-shaped pressure chamber; the structure and strength check of the axis design; determine the impeller centrifugal pump seal design, pump closed form and washing, lubrication, cooling method; determined by checking the standard bearings, and coupling to ensure that the standard connection. Departure from the economic viability of the rational design of centrifugal pump components, select the standard connector, to ensure the water using a centrifugal pump design safety, practicality, economy. Keyword:Centrifugal pump working principle ;Hydraulic design;Component design of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing
绘制轴测图的方法和步骤 由物体的正投影绘制轴测图，是根据坐标对应关系作图，即利用物体上的点，线，面等几何元素在空间坐标系中的位置，用沿轴向测定的方法，确定其在轴测坐标系中的位置从而得到相应的轴测图。 绘制轴测图的方法和步骤： a.对所画物体进行形体分析，搞清原体的形体特征，选择适当的轴测图 b.在原投影图上确定坐标轴和原点； c.绘制轴测图，画图时，先画轴测轴，作为坐标系的轴测投影，然后再逐步画出； d 轴测图中一般只画出可见部分，必要时才画出不可见部分 (1) 平面立体的轴测图画法 画平面立体轴测图的基本方法是：沿坐标轴测量，按坐标画出各顶点的轴测图，该方法简称坐标法；对一些不完整的形体；可先按完整形体画出，然后再用切割方法画出不完整部分，此法称为切割法；对另一些平面立体则用形体分析法，先将其分成若干基本形体，然后还逐一将基本形体组合在一起，此法称为组合法。 下面举例说明两种种方法说明轴测图的画法。 1 )坐标法 [ 例1] 根据截头四棱锥正投影图, 画出其正等测轴测图 [ 解] 作图步骤如下； a ）以四棱锥体的对称轴线为坐标轴，以O 为原点； b ）画轴测轴并相应地画出各项点的轴测图，连接各点即得四棱锥体的轴测图； c ）根据截口的位置，按坐标作出截面上各项点的轴测图； d ）连接各点，擦去不可见的轮廓线，即得截头四棱锥的轴测图。 2) 切割法 [ 例2] 根据平面立体的三视图, 画出它的正等测图( 图2)
图2 用组合法作正等测图 [ 解] 作图步骤如下： a ）在视图上定坐标轴，并将组合体分解成三个基本体： b ）画轴测轴，沿轴测量历16,12,4 画出形体I ； c ）形体II 与形体I 左右和后面共面，沿轴量16 、 3 、14 画出长方体，再量出尺寸12 、10 ，画出形体II ； d ）形体III 与形体I 和形体II 右面共面；沿轴量取 3 ，画出形体III ： e ）擦去形体间不应有的交线和被遮挡的线，然后描深。 坐标法、切割法和组合法是给制轴测图的基本方法，画图时必须根据形体特点灵活应 用。 （ 2 ）曲面立体的画法 简单的曲面立体有圆柱、圆锥（台）、圆球和圆环等，它们的端面或断面均为圆。因此，首先要掌握坐标面内或平行干坐标面圆的正轴测图画法。 1 ）坐标面内或平行于坐标面的圆的轴测投影 在三种轴测图中，因斜二测的一个坐标面平行轴测投影面，故与此坐标而平行的圆的轴测投影仍为圆，其余圆的轴测投影均为椭圆，称为轴测椭圆，轴测椭圆的画法有两种： 坐标法：按坐标法确定圆周上若干点的轴测投影，后光滑地连接成椭圆。 近似法：用四心扁圆代替轴测椭圆，确定的四个圆心，四段圆弧光滑地连接成一扁圆，使之与轴测椭圆近似。 ①轴测椭圆的长、短轴方向和大小 常用的三种轴测图中，轴测椭圆的长、短轴方向和大小如图3所示。在正等测和正二测图中，采用简化系数后，轴测椭圆的长、短袖大小如图 4 所示。
第10讲：轴向力径向力及平衡 10.1 轴向力产生的原因 1. 泵在运转时，叶轮前后盖板压力不对称产生轴向力，其力的方向指向吸入口方向。 2. 动反力：液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，该力指向叶轮后面。 3. 泵内叶轮进口压力与外部大气压不同在轴端和轴台阶上产生的轴向力。 4. 立式泵转子重量引起的轴向力，力的方向指下面。 5. 其它因素：泵腔内的径向流动影响压力分布；叶轮二侧密封环不同产生轴向力。 10.2 轴向力的计算 10.2.1 叶轮前后盖板不对称产生的盖板力A 1 假设盖板二侧腔的液体无泄漏流动，并以叶轮旋转角速度之半ω/2旋转，则任意半径R 处的压头h ‘为：h ‘＝（ω2/8g ）（R 22－R 2） R 2－叶轮外径半径 假定叶轮进口轴面速度与出口轴面速度相等，V m1＝V m2， 进口圆周分速度V u1＝0 叶轮出口势扬程H P =H T －（（g H T /u 2）2/2g ）= H T （1－（g H T //2u 22） 叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为：h ＝H P －h ‘ ＝H P －（ω2/8g ）（R 22－R 2 ） 将上式二侧乘以液体密度ρ和重力加速度g ，并从轮毂半径积分到密封环半径，则得盖 泵轴向力A 1＝πρg(R m 2－R h 2)［H P －（ω2/8g ）（（R 22－（R m 2＋R h 2）/2））］ 10.2.2 动反力A 2 A 2=ρQ t （V mo －V m3COO α） （N ） 其中ρ－流体密度 （Kg/m 3） Q t －泵理论流量 V mo V m3 －叶片进口稍前和出口稍后的轴面流速 α－叶轮出口轴面速度与轴线方向的夹角 10.2.3 总的轴向力：A= A 1－A 2 对多级泵：A ＝（i －1）（A C ）+ A S i －叶轮级数 A C －次级叶轮轴向力 A S －首级叶轮轴向力 按上述方法计算得到的轴向力，通常比实际的要小15～20％。 对泵吸入口对大气有压力的，必须计入轴头和轴肩园截面上产生的轴向力。 对立式泵还应计入转子的重量。 10.3 轴向力的平衡 10.3.1 平衡轴向力的主要方法： 1.采用推力轴承平衡轴向力 2.用平衡孔平衡轴向力 3.单级泵采用双吸叶轮平衡轴向力，多级泵采用叶轮背靠背对称布置平衡轴向力。 4.采用背叶轮平衡轴向力 5.用平衡鼓＋推力轴承平衡轴向力 6.用平衡盘平衡轴向力 7.用平衡鼓＋平衡盘＋推力轴承联合结构平衡轴向力 8.用双平衡鼓平衡轴向力 10.3.2 平衡鼓＋止推轴承平衡轴向力 通常平衡鼓平衡总轴向力的90～95％，余下5～10％的剩余轴向力由止推轴承承受。 平衡鼓前后压差：△P=P 3-P 5 P 3-平衡鼓前压力 P 3＝P 2－（(ω2/8g)(R 22-R H 2)）ρg P 2－末级叶轮出口压力 P 2＝P 1＋［H 1(i －1)＋H P ］ρg
离心泵的轴向力的产生和计算 摘要：分析几种型式的离心泵轴向力的形成及其影响的各种因素。对应不同结构形式的离心泵，列出其轴向力的相关计算。 关键词：离心泵 原理 轴向力 计算 离心泵作为一种通用机械，在我国国民经济各部门中应用极广，农田排灌、石油化工、动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等等。其在高速、高温、高压环境下，对泵机组的可靠性要求很高，特别是在一些连续性生产的企业，离心泵是流体物料介质的重要输送动力机构，其能否长周期稳定运行直接影响企业的产量和效益。本文简单介绍离心泵的工作原理，轴向力的产生原因及其计算，希望能给用户单位在离心泵使用维护和技术改造方面提供帮助。 一、离心泵轴向力的形成及其影响的诸因素 1 离心泵的工作原理 离心泵是依靠高速旋转的叶轮使液体在离心力的作用下，从叶轮的外缘进入蜗壳，在蜗壳中，由于流道的逐渐扩大，液体的流速逐渐减小，从而将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排除管道。液体由叶轮中心流向外缘使叶轮中心的压力下降，进口管的液体在其本身压力或大气压的作用下，被压入叶轮中。这样只要叶轮不停地旋转，进口管内的液体就会被连续的吸入和排除。 2 轴向力产生的原因 2.1叶轮前后盖板不对称压力产生的轴向力，这是所有轴向力中最重要的一个因素。又由于叶轮盖板的形状是不规则的，所以其轴向力大小比较复杂，此力指向压力小的盖板方向，用1F 或1F 表示； 2.2 液体流过叶轮由于方向改变产生的冲力（动反力），此力指向叶轮后面，用2F 表示； 2.3 轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具体情况而定，用3F 表示； 2.4 转子重量产生的轴向力，其方向与转子的布置方式有关，用4F 表示； 2.5 当有径向流时会改变压力分布，因而影响轴向力的数值。在叶轮前盖板泵腔，存在向内径向流动，后泵腔中存在向外的径向流动，轮毂处的压力大于无径向流动时的压力。
700HLB-17型 立式斜流泵设计计算说明书 编制： 校对： 审核： 2010年5月
目录 一、水力计算 (1) 1、水力模型换算 (1) 2、轴向推力计算 (3) 二、零件强度计算 (5) 1、轴的强度计算 (5) 2、筒体壁厚计算 (7) 3、调整盘的强度计算 (8) 4、联接卡环的强度计算 (8) 5、叶轮螺母的强度计算 (9) 6、键的强度计算 (10) 7、基础载荷计算 (11) 8、刚性联轴器联接螺栓计算 (11) 9、泵轴临界转速计算 (12)
一、水力计算 1、水力模型换算 1.1确定性能参数 根据要求， 700HLB-17型循环水泵设计参数为： rpm n m H s m Q 980,17,95.03===转速扬程流量。 1.2选择水力模型 432.41617 95 .098065.365.34 34 3=?= = H Q n n s 根据432.416=s n ，选择ns420型泵为模型泵，rpm n m 1480=，％54.78max =m η，最高效率点处的102.386=s n 。 1.3相似工况点的确定 3 2323 43/23 448.30432.416148065.365.3m m m s m m Q Q Q n n H =??? ???=??? ? ? ?= 作等比转数曲线，其与ns420模型泵的Q H -曲线交于点M ，M 即为所求工况点。M 点的参数为：s l Q m /39.292=，m H m 427.13=，%0.78=m η。 1.4计算放大系数 6993.1980 148029239.095.033=?=?=n n Q Q m m Q λ 6993.1427 .1317 9801480=== m m H H H n n λ 实取7.1=λ。 1.5确定性能换算关系（6993.1按λ） m m m m Q Q Q n n Q 2492.31480 9806993.133 =?==λ m m m m H H H n n H 2661.114809806993.12 2 =??? ???=??? ? ? ??=λ
关于泵的轴向力 一、轴向力的产生及危害水泵在正常运转过程中，其 主轴会产生轴向力。由于泵腔内流体流动，必然会对主轴产生动反力，因而泵工作时产生轴向力不可避免。转子在轴向力的作用下，产生轴向位移，造成动静部间相互研磨、碰撞，导致水泵严重损坏。轴向力的存在会造成水泵无法长时间平稳运行，降低其使用寿命和整体性能，严重时甚至危及操作人员的安全。因此，平衡水泵轴向力，是提高水泵主轴性能，从而提升水泵整体性能及安全性的关键。除以上必然因素 造成泵转子产生轴向力外，其他不合理因素也会导致轴向力，主要有以下几种: 1、当泵在正常运行时，叶轮吸入口处的压力为P1，叶轮背面的压力为P2,且P2>P1。因此沿着泵的 轴向方向就会产生一个推力F1。 2、液体流经叶轮后，由于流动方向变化所产生的动反力F2。在多级离心泵中，流体通常由轴向流入叶轮，径向流出，流动方向的变化是由于液体受到叶轮的作用力，因此液体也反作用给叶轮一个大小相等、方向相反的力。由于叶片上压力分布不对称而引起的轴向力F 3。叶片工作面压强大于叶片背面的压强，其所形成的压力 差也将产生轴向力。 4、由于叶轮流道内的压力分布不对称而产生的轴向力F4。
5、对子立式泵而言，其内部的转子是有重力的，这会成为轴向力的组成部分；而对于卧式泵，这个轴向力是不存在的。 6、叶轮前后盖板不对称； 7、轴台阶，轴端等结构设计存在不合理因素；8、其他因素引起转子产生轴向力，如泵腔内径向流。在众多产生轴向力的因素中，泵腔内流体的动反力以及叶轮前后盖板不对称是转子产生轴向力的主要原因。二、水泵轴向力平衡方法平衡水泵转子轴向力的方法多种多样，例如在泵外部设置推力轴承、于水泵腔体上开设平衡孔或平衡管以降低泵压、叶轮设计时采用背叶片、双叶轮、叶轮对称分布等形式，以及使用平衡盘、平衡鼓结构等。其中，多利用平衡盘和平衡鼓结构对转子轴向力进行平衡。平衡盘被广泛应用在多级泵的轴向力平衡上，位于泵末级叶轮之后，其结构原理如图1所示。平衡装置存在径向和轴向两个间隙，由末级流出的带压液体，经径向间隙流入平衡盘前的空腔中，使之形成高压力状态。于平衡盘后侧的空腔上开设平衡管，并与水泵入口相连通，使该处空腔内压力与泵入口处压力基本一致。由于平衡盘前后两空腔内压力不等，构成压力差，产生与轴向力反向的平衡力，达到平衡效果。采用平衡盘结构平衡水泵转子轴向力时，由于轴向力不断变化，平衡力也随之改变，因而，其工作过程是动平衡过程。平衡盘依靠转子窜动自动调节其可变间隙大小，从而调节平衡力大小，能够充分平衡
离心泵毕业设计论文 第一章绪论 ?1.1 泵的概述 1(1(1水泵的功用随着各式各样的汽车类型层出不穷，什么轻快敏捷的轿车、环城的公交车以及载货跑长途的重型卡车等等。所有的车都有一个相同的特点，都必须有一个完整的冷却系统。因为发动机转动提供功率的同时，一定产生相当大的热量，使机体升温，当温度过高时就会影响机器的性能。必须将温度降下来。一般采用的方法都是通过发动机带动水泵进行水循环进行冷却的。那么水泵的功用就是对冷却液加压，保证其在冷却循环中循环流动。 1(1(2水泵的基本结构及工作原理汽车发动机广泛采用离心式水泵如下图。其基本结构由水泵壳体、水泵轴及轴承、水泵叶轮和水封装置等零件构成。发动机通过皮带轮带动水泵轴转动，水泵轴带动叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。再叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管流入叶轮中，实现冷却液的往复循环如图(1-1)。支撑水泵轴的轴承用润滑脂润滑，因此要防止冷却液泄漏到润滑脂造成润滑脂乳化，同时还要防止冷却液的泄漏。如上图水泵防止泄漏的密封措施。密封圈与轴通过过盈配合装在叶轮与轴承之间使密封座紧紧的靠在水泵的壳体上已达到密封冷却液的目的。水泵壳体上还有泄水孔，位于水封之前。一旦有冷却液漏过水封，可从泄水孔泄出，已防止冷却液进入轴承破坏轴承润滑。如果发动机停止后仍有仍有冷却液漏出，则表明水封已经损坏。水泵的驱动，一般由曲轴通过V带驱动。传动带环绕在曲轴带轮和水泵带轮之间，曲轴一转水泵也就跟着转。叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有6~8个径向直叶片或后弯叶片。水泵的壳体由铸铁或铸铝制成，进、出水管与水泵壳体铸成一体。因为汽车发动机上的水泵是采用离心式的，所以设计时完全可以按照离心泵的设计方法来设计。 ?1.2 离心泵
绘制轴测图的方法和步骤： A- 对所画物体进行形体分析测量，搞清原体的形体特征. B- 在原投影图上确定坐标轴和原点； C- 绘制轴测图。画图时，先画轴测轴，然后再逐步画出物体的轴测图； D- 轴测图中一般只画出可见部分，必要时才画出不可见部分 ? 正等轴测图的绘制 三条坐标轴的制定: 正等轴测图的坐标系是由相邻两个坐标轴夹角都等于120°的三个坐标轴组成。左下方的坐标轴为Ｘ轴，右下方的为Ｙ轴，Ｚ轴一般都是让它竖直向上。物体在正视图上沿三个坐标轴的尺寸与其对应的轴测投影尺寸近似取为相等。即轴向变形系数都近似为1。由物体的正投影（即三视图）绘制轴测图，是根据坐标对应关系作图，即利用物体上的点，线，面等几何元素在空间坐标系中的位置，用沿轴向测定的方法，确定其在轴测坐标系中的位置从而得到相应的轴测图。实际上是两种坐标系的转换。
?坐标法: 根据形体的形状特点选定适当的坐标轴，然后将形体上各点的坐标关系转移到轴测图上去，以定出形体上各点的轴测投影，从而作出形体的轴测图。 作图步骤： ?在三视图中，画出坐标轴的投影； ?画出正等测的轴测轴，∠X1-O1-Y1=∠X1-O1-Z1=∠Y1-O1-Z1=120°； ?量取O1-2=O-2，O1-4=O-4； ?分别过2、4作O1-Y1、O1-X1的平行线，完成底面投影； ?过底面各顶点作O1-Z1轴的平行线，长度为四棱柱高度； ?依次连接各顶点，完成正等测图。
三棱锥形的正等测图作图步骤： ?在三视图中，画出坐标轴的投影； ?画出正等测的轴测轴，∠X1-O1-Y1=∠X1-O1-Z1=∠Y1-O1-Z1=120°； ?量取O1-A’=O-A ； ?在平面俯视图中以B点向C -A 引垂直线得到点1,量取O1-1’=O-1，1’-B’=1-B ；?连接点A’,B’,C’得到三棱锥形的底面投影； ?在平面俯视图中以S点向C -A 引垂直线得到点2,量取O1-2’=O-2，2’-3’=2-S ；?过3’点作O1-Z1轴的平行线，长度为三棱锥高度,得到S’点； ?依次连接各顶点，完成正等测图。 3’