毕业设计（论文）-单级离心泵轴向平衡装置的性能分析及结构优化设计.docx

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1、XXXXXXXX设计(XX)题目：单级离心泵轴向平衡装置的性能分析及结构优化学生姓名：院（系），专业班级:指导教师：完成时间：20年月日摘要单级离心泵在电力、机械、石油化工等行业被广泛应用，轴向力的有效平衡是保证单级离心泵运行可弊性和使用寿命的重要前提，如何平衡轴向力一直是单级离心系设计的关键问题之一。本论文是设计一台满足设计要求的单级离心泉，通过计卯和分析，确定总体参数、配套功率和谷部分的尺寸。主要包括：首先，对单级离心泵的结构进行设计，单级离心泵平衡装置设计：其次，包括主要部件设计计算，重点对叶轮的结构进行讨论并优化了设计结果。最后利用UG三维设计软件进行了三维模型的建立，并利用AUtUC

2、AD进行二维图纸的绘制，利用ANAYS软件进行了有限元模型的仿真.关健词：离心泵叶轮轴向平衡装置仿我优化ABSTRACTThisSing1.e-StugcCCntrifugaIpumpsarcwide1.yusedinpower,machinery.PCtR)ChCnIiea1.andoi1.ierindustries.I,heeffectiveba1.anceofaxia1.tbveisanimportantPrereqUiSiteforensuringthere1.iabi1.ityandserviceIifcofsing1.e-stageCentriftiga1.pumps.Howtob

3、a1.ancetheaxia1.force1.iasa1.waysbeenaSiingIe-Magecentrifuga1.pump.O)eOfthekeyissuesindesign.T1.usthesisistodesignasing1.e-stageCentriRiga1.punpthatmeetsthedesignrequirements.T1.imugtiCakru1.atiotia1.aa1.vsis,teovera1.1.PttranJeters.SUP1.XM1.ingpcnvrandt1.)esizeofeachpartaredetennued.Main1.yinc1.ude

4、:FZdesigntheStnJCtUreofthesing1.e-stageCentriftJga1.pump,thedesignofthesing1.e-sgcCCntriftIga1.pumpba1.aingdevice;Second1.y,inc1.1.ingthedesignandca1.cu1.ationofUIemincomponents,focusondiestructureOftheimpe1.1.erandOPdn1.izCIhCdesignrcs1.(s.Fiiw1.1.y,thethrec-din11sicH1.mode1.WaSCSU1.WiShCduSingUGt1

5、.ree-t1.ime)si(Mia1.software.Tbeuv(x1.in)etisiM)drawingsweredrawnusingAutuCAD,andthefinitee1.ementmode1.wassimu1.atedUsingANAHYSsoftware.Keywords：centrifuga1.pumpimpe1.1.erspeedcocf1.-icicntmethod目录摘要IIABSTRACTH1.I绪论I1.1 课题研究的背景和意义I1.2国内外研究现状11.1.1 国外研究情况11.1.2 国内研究现状21.3 单级离心泵的基本技术要求31.4 本文研究的主要内容3

6、2雎级离心泵的结构设计52.1 单级离心泵机构概述52.2 结构设计52.2.1 总体结构设计52.2.2 传动部分设计62.3 电机的选择83单级离心泵平衡装置设计93.1 叶轮的设计93.1.1 计算设计泵的比转速及93.1.2 确定泵的进出口直径93.1.3 效率的计算103.1.4 叶轮主要尺寸的计算I1.3.2 叶轮的绘型164离心泵主要零部件的强度计算184.1 叶轮强度计算184.1.1 叶轮盖板强度计算184.1.2 叶片厚度计算194.2 单级寓心泵产生轴向不平衡力205雎级离心泵平衡装置的设计与优化225.1 儿何建模及结构简化225.2 建立静、动分析模型225.2.1

7、静态求解过程235.2.2 单位制选择与材料设定235.2.3 网格划分255.2.4 添加约束265.2.5 施加载荷285.2.6 设定所需的求解结果29527进行求解并查看结果306结论31致谢32参考文献331绪论11课题研究的背景和意义泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给输送的液体，使液体的能量增加的机械，泵类产品是广泛应用在国防、电力、石油、化工、建筑等工程领域的一种非常J1.t要的通用机械产品。齿心泵是工业泵产品中数量最多、用途最广泛的种产品,其他产品大多是在离心泵技术的基咄上进行设计的,所以.离心泵的技术水平直接影响着国民经济各行各业的技术水平.而单级离心泵在抽向力的有效

8、平衡是保证单级离心泵运行可靠性和使用寿命的正要前提，如何平衡轴向力一直是雎级离心泵设计的关键问题之一。我们知道离心泵在运行过程中由T进出口压力的不同，以及流体在泉的进出口的运动状态发生的变化等等因素，在离心泵转子上产生不同方向和大小的轴向力，这些轴向力的合力，会使离心泵的转子在其轴向窜动。这种奋动的后果是严重的，他会使泵的转子与固定零件接触产生摩擦，造成泵零件的损坏以至于不能工作。因此在机械上必须消除或平衡掉这些轴向力，使泵可以正常稳定的工作，保证其工作寿命。单级离心泵由于扬程高，史轴向力会很大，轴向力平衡的好坏直接影响泵的可靠性和效率。在实际使用中，大部分单级泵的失效都是由于平衡装.巴发生故

9、障造成的I,因此，釉向力平衡装置的合理设计非常重要。轴向力的平衡主要采用平衡鼓、平衡盘以及平衡鼓与平衡盘的联合机构。近年也有学者设计或改进了一些新型的平衡装置以满足不同的结构和使用需要2-7。因此，本文对IS系列某单级离心泵进行设计，包括其离心泵的主要结构和泵的叶轮设计。主要对叶轮的平衡装置进行了设计和优化.1.2国内外研究现状1.2.1 国外研究情况在国外，堆级离心泵平衡转置研尢以欧洲、美国、日本为代表，这些国家的工业发展代表了当今这个行业发展的最高端的水平。目前国外著名离心泵技术发展优先项目点可归结为：高速、高精度、环保、智能、更合化。国际上把流体力学的发展当做一个国家牛产设备高科技、高效

10、率,、高智能的标志。归因于它特殊地位，特别是对于机械、航海、石油化工工业的11i要影响，国外政府也给予高度重视“在国际上，国家和发展中国家时先进惯性制导技术普遍重视，因此俄罗斯、美国、法国、英国、瑞士、中国等国家都对其投入了大量人力和资金对离心泵技术进行深入研究。首先，美国的多级离心泵研究一直处于世界先进水平，其次，英国、德国、瑞士和法国等国家的技术也具有一定代表性，质量和性能也很突出。1.2.2 国内研究现状由于我国工业起步比较落后，直到解放后，随着工业的发展，才有了自己的工业，生产一些各种潦体机械部件。因而，研究本课题对国家科学技术水平的提升和综合国力水平的提高有若重要实际意义。目前，对于

11、新型轴向力平衡装置，缺少直接的理论公式和经验公式用于结构尺寸确定，而用实验手段获得最佳结构参数又将耗费大量精力.计算流体力学(Compiiiaiiona1.f1.uiddynumics,CFD)技术近年来被国内学者广泛应用,并在泵的性能预测与优化8-9、流场计算|9/0、间隙流动模拟11-12等方面作了大fit研咒.借助CFD技术,通过研究平衡间明内流场特性，得到轴向力平衡机理是最有效的研究手段之一，杨绍宇等UaI5通过间隙内流动的分析与流体力计算研究了叶轮口环、轴向间隙流场及动力学特性，目前，单级离心泵平衡转置主要采用以下方案：(1)轴向力的平衡方法，对于轴向力不大的小型泵，通常采用推力轴承

12、承受轴向力。这种方既简单乂法经济适用，即使在采用其他的平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装推力轴承。(2)平衡孔配密封环(或平衡管)，平衡孔配密封环平衡轴向力的效果是减小轴向力，而不能完全平衡轴向力。这种平衡方式减少轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小，通常取平衡孔的总面积等T5倍平衡环间隙面积.这种情况下任有IO%I5%的不平衡釉向力。（3）双吸叶轮，双吸叶轮由于结构对称,能平衡轴向力,但是由于制造误差，以及两侧密封环磨损不同，亦会存在定的残余的轴向力。（4）背叶片，背叶片除平衡轴向力外，同时能减小轴封前液体的压力，装背叶片的泵扬程大约提高1%2%,但泵的效率卜降2%3%。1.

13、3单级离心泵的基本技术要求根据调杳统计资料表明，从泵的系统设计和使用人员以及大部分的工作场合的角度出发，要求离心泵必须具有以卜.基本特点：1、尺寸小，重量轻，占据空间小:2、具有可靠的运转性能，无汽蚀破坏问题：3、无需熟练的技术工人，操作简单方便：4、自动控制程序简单灵活5、能国:消耗低6、零件有良好的耐腐蚀性能和耐磨蚀性能：7、拆装转子时无需专用工具，迅速简便：8、密封结构能防止干转,保证良好的密封性能：9、轴承工作寿命长，能避免水流的喷射或浸渗：10、具有良好的自吸结构和自吸性能：I1.零部件通用化程度高，减少备件数量或库存数量：12、能采用符合标准且节省时间的试验和检测方法。1.4本文研

14、究的主要内容本次对离心泵设计的主要内容为：D离心系叶轮的设计2）离心泵用水室的设计3）泵轴的设计4）轴承与密封原件的选择结合H前离心泵的型谱，确定如下参数作为本次高心泵设计的参数。表1-1设计参数流量扬程转速必须汽蚀余量150m7h60m2900rmin错52单级离心泵的结构设计2.1 单级离心泵机构概述单级离心泵大多采用螺旋形压出室，其叶轮的吸入方式有单吸式和双吸式两种，轴的布置则有卧式和立式两种。最简单最常用的泵如托架式悬臂泉，这是一种单.级单吸离心式水泵，即1S/1B型泵。如果要求流量较大，且具有定的吸上性能，则可采用单级双吸离心式泵，即S型泵.这两型泵既可作为卧式也可设计成立式结构，为

15、了减少占地面积，降低泵的吸入高度设计成立式结构,同时，这样可将电动机优于泵组上部减少电动机与水的接触机会。离心泵工作原理：泵内充满液体后，启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体流动，并依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸水室吸进液体。在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体将作用力作用于叶片，反过叶片将相等大小的作用力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而潦出叶轮，这时液体的动能与静压能均增大。随若液体的静压能的蝌加，液体被迫经压水室压出。2.2结构设计参照国内外此类单级高心泵的结构，并吸收其优点，确定了本次离心泵的总体结构布理。由于是单级泵，取消了串并联结构中的最薄弱环节水轴承，可使其可苑性大为提高。采用加长联轴节，泵体采用后升式的结构，在不拆卸进出水管路和电机的情况下即可取出转子。这样，泉内的零件如泵体密封环和机械密封等密封易损件，在维修保养或更换修理时，可大大减轻使用者的劳动强度，缩短维修时间，并保证承压管路尤其是高压管路的需封性，这点对于现代机械设备是十分肃要的。2.2.1 总体结构设计本次设计的单