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1JIANGSUUNIVERSITY本科课程设计设计说明书题目：立式轴流泵学院名称：能源与动力工程学院专业班级：流体机械及其自动控制卓越学生姓名：范屿岑学号：3100201065设计导师：高波2013年11月2目录第一部分内容摘要————————————————3第二部分概述—————————————————4第三部分设计方案及原理说明———————————7第四部分水力设计————————————————8第五部分结构设计————————————————15第六部分重要部件的校核—————————————20第七部分参考文献————————————————25第八部分课程设计小结——————————————263第一部分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，其设计的基本原理与离心泵基本相同。轴流泵大多是单级立式的，可以分为固定叶片式和可调叶片式两种。本设计的题目是可调叶片式轴流泵——即叶片可调节倾斜角度。其内容只有大致工况设定，没有具体工作环境说明的要求，大致要求材料要有一定的耐腐蚀性能。此外，轴流泵广泛应用于多种场合。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立式轴流泵，这就决定了设计方向为：立式、单级、轴流。泵主要由泵体、传动轴和传动装置等组成。其传动装置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，它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。4第二部分概述一、设计依据1.设计参数：扬程H＝4(m)转速n＝1470(r/min)比转速ns＝1600算得Q＝0.7114m3/s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。54、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它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。66．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。7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。8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．叶轮直径DD＝10.5√（0.7114/K）K一般取350～415，取K＝350.则D＝10.5√（0.7114/350）＝0.473m取D＝0.45m＝450mm2．确定轮毂比由比转速与轮毂比的关系图大致取dh／D＝0.3～0.35dn＝1503．确定叶片数Z叶片数通常按选取50070010001400Z5～64～53～43为了更易于调节动平衡，取Z=34．确定叶栅稠密度Z=3,叶轮外缘的叶栅稠密度推荐为，＝0.65～0.75，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＝0.8895．确定叶片翼型的厚度：通常轮毂截面的相对厚度为（10～15）%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（2～5）%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。各计算流面的半径可按下式确定：取r1＝75mm取r5=225mmr3=（r1+r5)/2=150mmr4=(r5+r3)/2=187.5mmr2=(r1+r3)/2=112.5mm2．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=4*0.7114/∏/(0.45*0.45-0.15*0.15)=5.032m/s（2）确定速度环量=60*9.8*4/1470=1.63．升力法设计计算选定截面计算表格10设计公式Ⅰ截面Ⅱ截面Ⅲ截面Ⅳ截面Ⅴ截面u-Vu2/29.658516.046522.126528.082533.9781D1502253003754502u=D∏n/6011.54517.31823.09128.86334.63635.0325.0325.0325.0325.03243.7732.5431.9291.5611.316Vm15.625.565.535.55.47Ƞh0.900.890.880.870.8650.5210.3140.2270.1790.148627.41417.42212.78710.1488.41871111180.99980.99980.99980.99980.999890.4760.3160.2380.1930.16410157.08235.619314.159392.699471.239110.880.820.760.700.6412138.23193.208238.761274.889301.5931313819323927530214118.608282.811514.903813.9481179.826150.6050.2550.1390.0870.059160.6880.3110.1830.1240.09217L1.281.721.922.102.20180.5380.1810.0950.0590.042190.070.040.030.020.012010.088.547.25.423.8421选择翼型RAF-6RAF-6RAF-6RAF-6RAF-6221.80.30.20.512329.21417.72212.98710.6489.418240.5650.190.10.0620.044114．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/T13006-91,查取临界汽蚀余量,计算泵的汽蚀比转速C：计算各截面翼型厚度坐标（1）Ⅰ截面：l=138mmymax=10.08R=1.01mm断面面积F＝1029.37惯性矩J0=6671.18重心位置yc＝4.13mmr＝0.81mm（2）Ⅱ截面：l=193mmymax=8.54mmR=0.854mm断面面积F＝1219.68惯性矩J0=5673.79重心位置yc＝3.5mmr＝0.68mmx/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x03713.8027.6041.4055.2069.0082.8096.60110.40124.20138.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y14671010101097641x/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x04.8259.6519.3038.6057.9077.2096.50115.80135.10154.40173.70193.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y0.8543.50145.03866.23428.1138.522928.45468.1137.42986.31964.78242.9890.683212（3）Ⅲ截面：l=239mmymax=6.96mmR=0.696mm断面面积F＝1230.95惯性矩J0=3803.38重心位置yc＝2.85mmr＝0.56mm（4）Ⅳ截面：l=275mmymax=5.42mmR=0.542mm断面面积F＝1102.97惯性矩J0=2066.68重心位置yc＝2.22mmr＝0.43mm（5）Ⅴ截面：l=302mmymax=3.84mmR=0.384mm断面面积F＝858.16惯性矩J0=807.13重心位置yc＝1.57mmr＝0.31mmx/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x061223.9047.8071.7095.60119.50143.40167.30191.20215.10239.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y134577776542104917.7735.5353.3071.0788.84106.60124.37142.14159.90177.67x/l00.0250.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00x071427.5055.0082.50110.00137.50165.00192.50220.00247.50275.00y/ymax0.10.410.590.730.950.9980.990.950.870.740.560.350.08y1234555554320x/l00.0250.050.100.2