武汉科技大学继续教育学院1_武汉科技大学教学课表

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题 目：离心泵设计学 号：学 生：指导教师：评阅教师：

武汉科技大学

继续教育学院

毕业论文（设计）

***大学教学站 2010届机电一体化工程专业

2012年6月10日

摘要

离心泵的应用是很广泛的，在国民经济的许多部门要用到它。它的使用涉及到各个领域，有工业，农业和能源方面，甚至在军事方面都用到它的很多原理。我们在大学里也有一段时间接触过离心泵，我们考的钳工证就是把我们学校的离心泵能按照要求规范的拆开再装好，还要画它的草图。在我们实习的这段时间，我们每天都和它接触，老师也每天给我们讲它各方面的知识。设计一台满足设计要求的离心泵，通过分析，确定总体参数、配套功率和各部分的尺寸。离心泵的水力性能主要取决于离心泵的水力设计，它包括叶轮设计、压出室和吸入室的设计。目前离心泵水力设计方法有两种：模型换算法和速度系数法。速度系数法是根据经验统计获得速度系数经验值来计算设计模型的各参数，也具有一定可靠性，而且不受水力模型限制，本设计采用速度系数法进行水力设计。使之达到理想的效果，具有良好的性能。

关键词：离心泵

叶轮

原理

应用

目录

1．离心泵概论..............................................................................................................1

1.1泵的基本技术要求...........................................................................................1 1.2 离心泵的发展和应用现状.............................................................................2

1.2.1 国内离心泵的发展................................................................................2

1.2.2 发展现状................................................................................................3 1.3 泵的发展环境分析和需求预测...................................................................4 1.4 泵技术发展趋势..............................................................................................5 2．离心泵的基础理论..................................................................................................7

2.1离心泵的工作原理...........................................................................................7

2.2离心泵的主要参数...........................................................................................8 2．3水力设计......................................................................................................13

2.3.1 叶轮......................................................................................................14

2.3.2 离心泵压水室设计............................................................................15

2.3.3 离心泵吸水室....................................................................................17

3.离心泵的汽蚀问题.................................................................................................21

3.1离心泵中汽蚀现象的发生过程.....................................................................21 3.2 吸上真空度....................................................................................................22 3.3 汽蚀余量........................................................................................................22 3.4 汽蚀比转数....................................................................................................22 3.5提高离心泵抗汽蚀性能的措施.....................................................................23 4.离心泵的应用.........................................................................................................24

4.1给水排水及农业工程.....................................................................................24 4.2 农业工程........................................................................................................25 4.3 工业工程........................................................................................................25 4.4 航空工程........................................................................................................25 4.5 航天工程........................................................................................................25 4.6 航海工程........................................................................................................26 4.7 能源工程........................................................................................................26 结束语..........................................................................................................................28 致谢..............................................................................................................................29 参考文献......................................................................................................................30

绪

言

水泵作为一种通用机械，在社会各行各业中发挥着重要作用。它是除电动机以外使用范围最广泛的机械，几乎没有一个国民经济部门不使用水泵。泵对发展生产、保证人民的正常生活和保障人民的生命财产安全具有至关重要的作用。在农业方面，水泵及排灌站在抵御洪涝、干旱灾害，改善农业生产条件等方面更是功不可没。

作为一个水泵设计人员，设计一台高质量的泵，无论从节能还是从企业生产的经济性角度考虑，都会带来巨大的经济效益。尤其是在深化改革、市场经济运作的今天，围绕价值工程学，以最低的生产投入，设计一种经济、安全、优质高效的泵，无疑是摆在我们面前的一项艰巨任务。

经验无疑是一项影响设计优劣的重要因素。在今天，相当多的设计环节仍然是靠经验确定的，很多的计算公式也是根据经验总结出来的，所以，设计精度仍然局限在一定范围内。为了提高设计的准确性，在设计工程中必须要有认真、严谨的科学态度，同时尽量采用适合资深设计情况的公式。

光有理论知识是不能做好泵的设计的，此次设计正好为我们提供了一次时间的机会，有助于理解、巩固理论知识和为以后的工作打下基础。因此我们必须端正设计态度，以严肃的眼光看待设计，以严谨的工作作风对待设计，同时在实践过程中多想、多问、多动手，使我们能够在以后的工作中迅速进入角色，完成从学生到工程技术人员的转变。

毕业设计是本科学生必须经历的一项重要教学环节,是培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能,分析解决实际工程问题的重要一环。它与其它教学环节紧密配合相辅相成,是前面各个教学环节的继续、深入和发展。这一阶段的学习重要性决定了学生必须严肃认真地完成设计内容，奉献高水平的设计成果。

泵是量大面广的通用机械产品,各类泵是城市与工业的一个重要组成部分,它广泛地应用于国民经济的各行各业。因此,正确设计泵具有重大的社会意义和经济意义。

1．离心泵概论

劳动人民在与自然界的斗争中创造了最原始的提水工具，如水车、辘轳、戽斗等，这些就是水泵的雏形。随着生产的发展和对自然规律的认识和掌握，这些原始的提水工具就发展成为现代的泵。

泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给泵所输送的液体，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重要的通用机械产品。离心泵是工业泵产品中数量最多、用途最广泛的一种产品,其他产品大多是在离心泵技术的基础上进行设计的,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。

现在，泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。农业的灌溉和排涝，城市的给水和排水都要泵。在工业的各个部门中泵是不可缺少的设备。如在动力工业中需要锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵、燃油泵等；在采矿工业中需要矿山排水泵、水砂充填泵、水采泵、煤水泵等；在石油工业中需要泥浆泵、注水泵、深井采油泵、输油泵、石油炼制用泵等；在化工业中需要耐腐蚀泵、比例泵、计量泵等；在交通运输工业中需要燃油泵、润滑油泵、液压泵等。

1.1泵的基本技术要求

根据调查统计资料表明，从泵系统的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下基本特点：

1、尺寸小，重量轻，占据空间小；

2、能量消耗低；

3、无需熟练的技术工人，操作简单方便；

4、拆装转子时无需专用工具，迅速简便；

5、具有可靠的运转性能，无汽蚀破坏问题；

6、零件有良好的耐腐蚀性能和耐磨蚀性能；

7、具有良好的自吸结构和自吸性能；

8、自动控制程序简单灵活；

9、轴承工作寿命长，能避免水流的喷射或浸渗；

10、密封结构能防止干转，保证良好的密封性能；

11、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。

1.2 离心泵的发展和应用现状

1.2.1 国内离心泵的发展

我国的离心泵是由50年代仿苏产品开始的，当时仅生产K型单级单吸悬臂式离心清水泵和凸型单级双吸两端支承式离心清水泵，主要用于农田排灌。继而沈阳水泵厂又生产一些仿苏石油化工用泵，如DJ.FDJ.，SJ , FSJ，DR ,FDR.SR , FSR型油泵以及FL , BN型耐酸泵等。60年代，我国自行设计研制成系列，生产国内自己的离心泵;清水泵方面由K型改成B型，凸型改成SH型等;石油化工方面由DJ、SJ、FSJ.型改为Y型，FL、BN型改为F型;锅炉给水泵方面还生产DH型等，满足国内绝大部分装置的要求。60年代末至70年代，国内生产油泵、耐腐蚀泵不仅是沈阳水泵厂一家，生产Y型油泵扩大到上海水泵厂、长沙水泵厂、长春水泵厂、石家庄水泵厂、北京水泵厂、宝鸡水泵厂等。生产F型耐腐蚀泵的还有大连耐酸泵厂、上海水泵厂、广州重型机器厂、广东佛山水泵厂、天津耐酸泵厂等。80年代，我国相继引进了国外许可证先进技术，既有石油化工用泵，也有清水泵，也有锅炉给水泵，还有泵用机械密封。通过引起技术的消化吸收，80年代末一90年代初，沈阳水泵厂利用国外先进技术改造了原Y型油泵为AY型油泵。沈阳水泵研究所组织重新设计了IH型替代F型耐腐蚀泵，沈阳水泵厂又重新设计了AF型泵准备替代IH型化工泵，从可靠性和效率等方面均优于IH型泵。通过移植、设计、试制及生产了国产加氢进料泵、焦化进料泵及除焦、除鳞等大型泵，到目前为止，国内所生产的离心泵是型式多样、品种齐全、门类繁多，遍及到从民用到国防，从农业到工业乃至核工业，从山区到平原，从水上到陆地，乃至天空，无处不有

总之，国内目前可为l00万kW火力发电机组，500万t/a炼厂、2000万t/a输油管线，30万t/a合成氨、200万t/a加氢、100万t/a延迟焦化等装置提供国内的泵类产品。国内已生产的离心泵的最大流量大于20000m'j/h，最高扬程

2800m，最高输送温度400℃，最大驱动功率1 0000kW，最高吸入压力达17.SMPa。离心泵是量大面广的产品，进入市场经济后，国内几个大泵厂家都在积极开发自己的泵系列，尽量去满足市场的需要。

沈阳水泵厂是国内最大的泵类专业厂，已被国务院批准为重大技术装备国产化基地，也被国家经贸委批准为机电产品出口基地企业和电站装备国产化基地企业，属于综合性的泵厂家，代表了国内泵技术水平。生产的泵类产品，不仅结构型式多，而且品种规格也齐全。国内不少高精技术泵产品均由沈阳水泵厂制造，如军工用泵、核电用泵、大型锅炉给水泵、焦化进料泵、除焦泵、高速切线泵等。为了满足需要，泵的结构型式、品种和产量都在不断增加，质量和可靠性也都在不断提高，泵厂数量和规模也在逐渐扩大，使用范围也日益广泛。从泵的类型来看，目前离心泵的基本结构己发展得比较完善，当前设计方面更多地趋向于设计生产具体工况条件下的专用泵，即所谓工程专用泵。

建国十年的发展，我国离心泵开始是生产仿苏产品，接着为自行设计一水泵行业联合设计、生产国内自己的产品，后来到引进国外先进许可证技术，直到各个厂家自行开发高水平的泵或者是合资这儿个阶段。泵产品结构型式、系列、品种规格均由少到多，性能及使用范围不断扩大，技术水平由低到高，各个厂家发展各自具有特色的泵类产品:沈阳水泵厂主要有电站(包括核电站)和石化用泵两大部分:大连耐酸泵厂只要以化工用泵为主;上海水泵厂主要是电站和石化用泵两大部分，部分是清水泵:北京水泵厂主要是石化方面为主;石家庄水泵厂是以杂质泵为主;长沙水泵厂主要以大型清水泵和石化泵为主;其他一些厂各有特色。总之，国内的离心泵是逐年在发展，厂家在增加，品种数量也在增加，工业总产值也在增长，下面列出中国泵业协会所编年鉴统计儿组数字足以证明这点，从泵行业协会165个大小成员厂的初步统计:单级单吸清水泵91年265723台，94年是291943台，96年是439708台;油泵91年8789台，94年是9580台;耐腐蚀泵91年16113台，94年18534台。93年工业总产值完成374200万元，比92年增长17.7%.94年工业总产值完成391540万元，比93年增长7.4%95年工业总产值411034万元，比94年增长11.5%年工业总产值完成463829，比95年增长8.6%。1.2.2 发展现状

（1）在过去的几年内，我国泵行业的技术发展趋势越来越与世界泵业技术发展趋向一致，但总体技术水平较低。

（2）在材料、工艺等基础性研究方面取得了一定进展，为国产化提供了有利的依据。

（3）对一般通用泵的更新换代，从性能范围、结构型式、使用用途、方便维修和外观质量以及系列化、标准化、通用程度方面有了进一步完善。（4）国家采取积极的宏观经济调控政策，市场持续的需求增长，对环境保护的日益重视以及用户日益严格和不断变化的要求和需求都成为推动行业厂技术水平提升的主要动力。

（5）产品制造工艺水平有了一定的提高，特别是近两年一些企业扩建和添置了设备，装备水平、工艺设备得到了进一步完善，但缺少先进的检测和试验手段。

（6）产品品种依然比国外先进国家少。

（7）可靠性、可维修性、寿命有了一定的提高。

（8）在高、精、尖技术含量高的产品领域，泵产品供不应求。

（9）各种泵产品出口大幅度增长，从另一个侧面也反映了国内泵行业在某些品种的泵技术方面有了明显的提高。

（10）泵行业生产企业的发展正处于一个两级分化的关键时期。

（11）国家重点工程所需要的高技术含量配套用泵的研制取得了一定的进展，配套能力有所提高。

1.3 泵的发展环境分析和需求预测

（1）电力用泵在“十·五”后两年、“十一·五”及未来 20 年中，我国电力工业将以更高速度发展。

（2）石化用泵 石化用泵发展方向主要是大型化、高速化、机电一体化及泵产品成套化、标准化、系列化和通用化；多品种、性能广、寿命长及高可靠性；高效率、小型化；泵用密封、轴承生产大型化和专业化。特别是高温泵、低温泵和超低温泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、输送粘稠介质和带固体颗粒介质泵、屏蔽泵的技术将快速发展，需求量将大幅度增加。

（3）环保、城建用泵 环保是 我国一项基本国策，“十·五”期间国家环保投资 7000 亿元，占同期 GDP 的 1.3%。环保及城市自来水供应领域需求各类

泵约 20 000 台。

（4）“三农”及城乡用泵 随着西部大开发进程加快以及中央对“三农”的重视，“十·五”期间“三农”及城乡用泵的增长率约为 16%。按此增长率测算“十一·五”期间每年需农业泵可达 600 ～ 700 万台。

（5）矿山及浆体输送用泵 矿山工业在我国国民经济建设中占有十分重要的地位。矿山及冶炼行业使用各种浆体和固液混符合物输送泵，这种泵对材质要求很高，要耐磨损，同时无堵塞、高可靠、寿命长。预计“十一·五”期间需污水离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵、潜水泵及备件等 2 万台套。

（6）南水北调工程 该工程是当今世界上最大的调水工程，预计建设期长达 50 年，总投资 5000 亿元。该工程分为东线、中线、西线等三个工程，东线工程分三期。第一期工程总计 37 座泵站，第二期工程规划新建 13 座泵站，第三期工程规划新建 17 座泵站。

（7）2008 年北京奥运会北京将新建13座污水处理厂和3个垃圾处理厂，将投资近 1000 亿元用于城市环境治理和保护。

（8）2010 年上海世博会，包括展馆城市基础设施、水资源改善、旧城改造等任务项目，直接投资达 30 亿美元

1.4 泵技术发展趋势

泵技术发展的原动力在于用户的需求。展望21世纪，人类不断增强的环境意识、质量意识和个性化意识等将成为推动泵行业技术发展的强大动力。现代文明的三大支柱：新材料、新能源技术和信息技术的迅速崛起加速泵行业技术革命的到来。徐景霞、Karaik、Anderson和徐诒浩等曾对90年代和未来的泵行业状况作过预测。总的来说，21泵行业技术的发展趋势有以下几个方面。（1）理论与设计方法科学化

理论研究的重点将仍然是泵内部流动测试、三元粘性流动计算、多相流和汽蚀等。可以预言，建立在泵内真实流动模型基础上的粘性预测和计算机仿真将代替目前的经验设计和反复试验。（2）生产制造高技术化

激烈的市场竞争将迫使制造商们竞相采用各种高技术。例如，CAD技术，就能在 最短的时间内推出各种关键零部件的最新设计；CAM和柔性制造技术的应

用将革新目前泵行业中以普通机床为主的制造方式。生产制造的高技术化石产品“价廉物美”的根本保证。（3）产品模块化合个性化

在模块化泵中大部分零部件是通用件，这就是制造商能以最短的时间向用户提供产品，并降低生产成本和库存。

个性化的发展要求泵的结构设计和材料要适应各专业的特点，如流程用泵、污水处理用泵、食品业用泵等，产品将逐步朝多品种小批量的特殊用泵方向发展。（4）密封无泄漏化

80年代泵技术的最重要的进展在于无密封技术，包括屏蔽泵和磁力驱动泵。随着环境意识的增强，这种对无泄漏泵的需求将继续呈广泛而强劲的增长趋势。（5）原动机无极化和监控系统自动化

未来的原动机将能根据泵运行工况的变化自动调整转速；而服役泵的自动化监控系统使泵的工作更为可靠、并减少运行维修费用。

此外，新材料技术的研究也是今后泵行业发展的重点，泵的可靠性和节能则仍然是最基本的要求。

2．离心泵的基础理论

2.1离心泵的工作原理

当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使预先充灌在叶片间液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。

能量、压头和离心泵处理能力的基本方程式，是工作在理想状态下的泵，遵循流体动力学的基本原理得出的。由于实际生产中泵的运转与理想中不同，实际生产使用的泵被进行实验式标准的修正而达到理想的设计情形。

如下图所示 液体在离心泵内是如何流动的。液体在吸入管接口的轴向进入,在图中a处。在叶轮的旋转作用下眼,液体成放射状向外飞溅，进入在轮叶之间的沟槽在位置1处。液体在叶轮中流动，通过叶轮的边缘2流出，液体在涡室内被收集,并且在b位置处由排液管排出泵外

2.2离心泵的主要参数

图2—1 泵的工作状况通常用工作参数来表示，其土要工作参数有扬程、流量、转速和效率等。这些参数反映了泵的上作状态和能量转换的程度。泵的主要性能指标也用这些主要工作参数来表示

① 扬程

离心泵扬程为离心泵出口截面和进口截面的单位质量液休的能量差。图1—2为泵装置及扬程示意图。进口截面指泵进口法兰处1截顶，出口截面指泵

出口法兰处2截面，则可知泵抽送的单位质量液体由进口至出口的能量增值，即单位质量液体通过泵获得的有效能量就是泵的扬程H。进口截面能量 e1＝Z1＋p1g＋21v1

2g22v2出口截面能量 e2＝Z2＋p2g＋

222v2－1v12gp2－p1＋则有扬程

H＝e2－e1＝Z2－Z1＋g

2g式中Z为被面高程；p为压力：V为速度；为液体密度；g为重力加速度；为动能系数。变量中下标1表示进口，下标2表示出口。

图2—2 泵扬程与装置

流量为单位时间通过水泵出口截面的液体量(体积或质量)。当用体积流量时，用qv表示，单位为立方米每秒(m3/s)；当用质量流量时．用qv表示，单位为千克每秒kg/s或千克每小时(kg／h)。质量流量和体积流量的关系为

qm＝qv

在水泵的模型试验和模型参数中，体积流量常用升每秒(L/s)表示。由于能量的转换是在转轮内进行的，因此只有经转轮做功的高压液体全部送出去才使水泵充分发挥效益。实际土，水泵的转动部件转轮和固定部件之间总是有空隙的，那么在转轮四周的液体由高压侧沿间隙漏向低压例而未经泵出口故向流出而产生效益。所以实际产生效益的流量小于通道转轮输送的理论流量，该理论流量为

q11＝qv＋q

则泵的容积效率为

q＝qvq11＝qvqv＋q

备注：确定额定驱动性能时应考虑下列因素：

a)泵的应用和工作方式。例如对并联工作的泵，应当结合系统特性曲线来考虑只有一台泵工作时它的可能性范围； b)泵特性曲线上工作点的位置；

c)轴封摩擦损失；

d)机械密封的循环液体流量（特别是对小流量泵）；

e)泵输出介质的性质（粘度、固体物含量、密度）； f)传动装置的功率损失和滑差； g)泵现场的大气条件。

泵的重量流量和扬程的乘积称为泵的有效功率，以Ne表示，单位（kg*m/s），其表达式为：

Ne=GH=gQH 有效功率的单位以千瓦表示时，上式应改写为：

NegQH1000

离心泵的轴功率N与有效功率Ne之差是在泵内损失的功率，其大小可以用效率来衡量。离心泵的效率即为有效功率Ne与轴功率N之比值，用η表示，即：

η=

NeN

知道泵的有效功率和效率后，可求出泵的轴功率Ne（千瓦）：

NgQH1000

如果轴功率的单位为马力，则上式应改写为：

NgQH75 ④

泵的效率

效率是表示整个泵从设汁到制造的优劣指标，表示能量利用和转换程度。对于泵，实际液体功率Pef是液体经过转轮后输出的能星，泵轴的功率P是原动机输入功率，所以泵的效率

p＝PefP＝gqvtHtqhP

由此可得泵轴功率的另一种表示式：

P＝gq11Htqhp

则泵的机械效率

m＝PsP＝P－PmP＝1－PmP

对泵来说，Ps也不是泵轴的输入功率，泵轴上的功率还包括消耗在轴承、密封等处的机械损失在内，液体实际所获能量的功率比泵袖功率小，向样以Pm表示机械损失，设P为泵轴功率，则由此可得泵的功率

Pt＝mP

由（1-8）和（1-12得离心泵的总效率为

＝vmh

⑤ 泵的转速

泵的转动部分包括转轮(叶轮)和轴，单位时间转轮旋转的次数称为转速，以n表示,其单位是转每分(r／Min)。

泵的转速由电动机直接带动时，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。⑥ 泵的比转速

在离心泵的水力设计中，常常是根据给定的设计参数Q、H、n 来选择模型泵的，两台相似的泵，将在相似工况下的性能参数代入公式：

npQp(Hp)3/4nmQm(Hm)3/4

计算出来的数值是相同的。通常把这个数值称为离心泵的比转数，以nq表示：

nqnHQ3/4

nq有这样的性质，对于一系列几何相似的泵，在相似工况下的nq值都相等。所以，就可以用最佳工况的nq值作为这一系列几何相似泵的特征数，或者说判别数。

比转数的概念最初在水轮机中应用，为了使离心泵的比转数与水轮机的比转

数一致，经过单位换算后，得：

ns3.65nQH3/4

显然，ns=3.65nq，ns和nq在本质上没有区别，只是在数值上相差3.65倍而已。离心泵上习惯用ns表示比转数。下图为不同比转数时效率修正曲线

图2-3 ns=20-120离心泵效率修正值

图 2-4 离心泵的性能曲线图

通常把表示主要性能参数之间内部规律的曲线成为离心泵的性能曲线。包括Q~H,Q~N,Q~等，这些曲线都是在一定转速下以试验方法测得，不同转速有不同性能曲线。

在性能曲线上，对于任意的流量点都可以找出一组与其相对应的扬程、功率和效率值，通常把这一组对应的参数称为工况点。对应于离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点，最佳工况点一般应与设计工况点重合，但实际上有些泵并不重合。

2．3水力设计

离心泵的水力性能主要取决于离心泵的水力设计，它包括叶轮设计、压出室和吸入室的设计。目前离心泵水力设计方法有两种：模型换算法和速度系数法。模型换算法就是参照已有的优秀水力模型进行相似换算来设计新的水力模型，参照的水力模型必须与设计模型几何相似和工况相似。速度系数法是根据经验统计获得速度系数经验值来计算设计模型的各参数。两种设计方法各有优缺点，模型换算法设计可靠性与准确性较高，但受水力模型所限，不能超越已有的模型水力性能。而速度系数法所取的经验系数由于是来自于经验统计，也具有一定可靠性，而且不受水力模型限制，因此很多时候被设计者所采用。本设计采用速度系数法进行设计。离心泵叶轮速度系数如图所示.图2-5 叶轮速度系数图

2.3.1 叶轮

叶轮是离心泵量主要的过流部件，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、合金钢或其它材料制成。分单吸式叶轮和双吸式叶轮(图2—1)o由两个轮盖构成，—个盖扳带有轮毂，称后盖板(也称后盘)。盖板之间有一系列叶片形成流道，叶片一般为6—12片，视叶轮用途而定。双吸叶轮为两个轮盖都有吸入孔，液体从两侧同时进入叶轮，以提高叶轮的流量。

a)

b)

图 2—6 单吸式和双吸式叶轮

a)单吸叶轮和导叶 b)双吸式叶轮

2.3.2 离心泵压水室设计

离心泵水泵的压水室是指叶轮出口法兰盘至泵出口法兰盘(对节段式多级泵是到次级叶轮进口前，对水平中开水泵则到过渡流道之前)的过流部分。压水室出口是泵的重要组成部分。压水室按结构分成螺旋式压水室(蜗壳)(图2—10)、环形压水室(图2—H)和导叶压水室(导叶)。后者又分为径向式和流通式导叶(图2—12)。节段式多级泵导叶还包括对下一级叶轮起吸水作用的反导叶。

压出室的作用在于：

1．将叶片中流出的液体收集起来并送往下一级叶轮或管路系统。2.降低液体的流速，实现动能到压能的转化，并可减小液体流往下一级叶轮或管路系统的损失。

3.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。

压水室的作用为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—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。

a)

b)

图 2-7 螺旋式压水室 a)结构 b)原理

2.3.3 离心泵吸水室

吸水室是指泵进口法兰盘到叶轮入口前泵体的过流部分。吸水室中的水力损失要比压水室中的小得多，因此吸水室的重要性较低。但吸水室的设计影响水泵的抗空化性能，因此吸水室的设计在损失最小的情况下应保证沿吸水室的流速尽可能均匀分布，并将吸水室路内的流速平稳地变为叶轮入口的速度。(1)吸入室的作用

吸入室是指泵的吸入法兰到叶轮入口前泵体的过流部分，吸入室的作用是将吸入管中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。

吸入室中的水力损失要比压出室的水力损失小的多，因此，与压出室相比，吸入室的重要性要小的多，尽管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影响着叶轮的效率和泵的汽蚀性能。(2)吸入室的分类

吸入室有以下四类：直锥形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室、单吸泵螺旋形吸入室

直锥形吸入室常用于单级悬臂式泵中，它能保证液流逐渐加速而均匀地进入

叶轮。

环形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口处设有许多导向径，以防止液体在其中打转而产生预旋，常用于杂质泵和多级泵。

半螺旋形吸入室主要用于单级泵中和水平式开式泵等,能保证在叶轮进口得到均匀的速度场。

本次设计泵采用单吸泵螺旋形吸入室。这种结构的吸入室性能好，结构简单，制造方便，液体在单吸泵螺旋形吸入室内流动速度递增，使液体在叶轮进口能得到均匀的速度，液体在双吸泵螺旋形吸入室水力损失很小，汽蚀性能也比较好

按结构吸水宰可分为直锥型吸水室、弯管型吸水室、环形吸水室和半螺旋型吸水室，如下图所示。

图 2-8 直锥形吸水室

图 2-9 弯管型吸水室

图 2-10环形型吸水室

图 2-11 半螺旋型吸水室

1)直锥型吸水室广泛用于单级悬臂离心泵上。其水力性能好，结构简单，速度分布从进口到水泵叶轮进口逐步均匀变化。其出口直径与叶轮进口直径相同，入口直径比出口大7%—10%.而入口的经济流速在3m/s左右。允许锥度范围为7°-180°，这样就可以确定该吸水室的尺寸。

2)弯形吸水室可用于大型离心泵中。这种吸水室也有一段直锥形收缩管，故其优点和设计与直锥型基本相同

3)环形吸水室用于节段式多级泵中。其优点是各轴面内的断面形状和尺寸均相同，结构简单；缺点为存在水流冲八和漩涡，且流速分布不均匀。

4)半螺旋形吸水空广泛应用于单级双吸水泵和水平中开多级泵中。其优点为当轴穿过吸水室时，能够使流体绕过轴后也不产生漩涡，且使流体均匀流入叶轮，时小的漩涡只停留在其鼻端B点后面。

3.离心泵的汽蚀问题

3.1离心泵中汽蚀现象的发生过程

如果泵在运行中产生了噪音和振动，并伴随有流量、扬程和效率的降低，有时甚至不能工作，当检修这台泵时，常常可以发现在叶片入口边靠近前盖板处和叶片入口边附近有麻点或蜂窝状破坏。严重进整个叶片和前、后盖板都有这种现象，甚至叶片和盖板被穿透，这就是由于汽蚀所引起的破坏。在实现运行中，有很多泵是由于汽蚀所损坏的。

汽蚀又称为空蚀，它是在一定条件下由于液体和气体的相互作用而引起的。泵通过旋转的叶轮对液体作功，使液体能量(包括动能和压能)增加，在相互作用过程中，液体的速度和压力是变化的。通常，离心泵叶轮入口处是压力最低的地方。如果这个地方液体的压力等于或低于在该温度下液体的汽化压力Pv，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形成许多蒸汽与气体混合的小气泡。

这些小气泡随液体流到高压区时，由于气泡内是汽化压力，而气泡周围大于汽化压力，产生了压差，在这个压差作用下，气泡受压破裂而重新凝结。在凝结过程中，液体质点从四周向气泡中心加速运动，在凝结的一瞬间，质点互相撞击，产生很第一名在局部压力。这些气泡如果在金属表面附近破裂而凝结，则体质点就象无数小弹头一样，连续打击在金属表面上。在压力很大，频率很高的连续打击下，金属表面逐渐因疲劳而破坏，通常把这种破坏称为剥蚀。在所产生的气泡中还杂有一些活泼气体(如氧等)，借助气泡凝结时所放出的热量，对金属起化学腐蚀作用。化学腐蚀与机械剥蚀的共同作用，就更加快了金属损坏速度，这种现象就叫做汽蚀破坏现象。

离心泵在严重的汽蚀状态下运转时，发生汽蚀部位很快就被破坏成蜂窝或海绵状。离心泵开始发生汽蚀时，汽蚀区域较小，对泵的正常工作没有明显的影响，在泵的正常工作没有明显的影响，在泵性能曲线上也没有明显的反映。但当汽蚀发展到一定程度时，气泡大量产生，影响液体的正常流动，甚至造成液流间断、发生振动和噪音，同时泵的流量、扬程和效率明显下降，在泵性能曲线上也有明显表现。

汽蚀不但使泵的性能下降，产生噪音和振动，而且使泵的寿命缩短，严重时使泵无法工作。所以，研究汽蚀过程的客观规律，提高离心泵抗汽蚀性能，以及研究抗汽蚀破坏的材料，是离心泵技术发展的重要研究项目之一。

3.2 吸上真空度

对一般中小型卧式离心泵来说，泵轴心线距液面的垂直高度叫几何吸上高度，或称几何安装高度，以Hg表示。

泵的几何吸上高度不可能无限制地提高，从离心泵的工作原理可知，泵能把低处液体吸到高处，是因为液体在叶轮离心力的作用下被甩出叶轮，而在叶轮吸入口处造成真空度，贮水池中的液体在液面压力作用下经吸入管路进入泵内。因此，泵的吸上高度与泵吸入口处真空度、液面压力、吸入管路的速度、阻力及被抽液体的重度等因素有关。

3.3 汽蚀余量

泵的允许吸上真空度[Hs]是随泵使用地点的大气压，吸入管路中的阻力和流速，以及所抽送液体的性质和温度的不同而变化的。所以使用时不太方便，需引进一个表示泵汽蚀性能的参数，这就是汽蚀余量Δh。

汽蚀余量分为装置汽蚀余量或称为必需的汽蚀余量和泵的汽蚀余量或称为有效的汽蚀余量。

装置汽蚀余量的意义表示：泵吸入口处单位重量的液体所具有的超过汽化压力的富余能量。而这富余能量包括压力能和动能，由于动能较小，所以主要是压力能。装置汽蚀余量单位以米液柱高度表示。装置汽蚀余量越大，说明泵吸入处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量越大，这样使泵不容易产生汽化，水泵不会发生汽蚀。

装置汽蚀余量并不能表示泵的汽蚀性能的好坏。因为装置汽蚀余量仅指液体从吸水池吸入口处所具有的超过汽化压力的能量，而泵吸入口处的液体压力并不是泵内液体压力的最底处。因为液体自泵的吸入口流到叶轮的过程中还有能量损失，压力还要降低。因而要表示泵的性能需要的是泵的汽蚀余量。

3.4 汽蚀比转数

在设计离心泵时，除了考虑水泵的参数（扬程、流量、功率、效率、转速）以外，还需要有一个能表示泵的汽蚀性能，而又与泵的设计参数有联系的综合性参数，作为比较泵汽蚀性能和选择模型泵的依据。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。利用水力学中相似原理，引出一个新的参数c来表示离心泵的最小汽蚀余量Δhmin与泵设计参数间的关系：

c5.62nQhmin34

式中

n——水泵的转速，转速/分；

Q——离心泵流量(米3/秒)，对双吸式水泵应以Q/2代入； Δhmin——泵的最小汽蚀余量(米)。

3.5提高离心泵抗汽蚀性能的措施

（一）、改进叶轮入口的几何形状（1）采用双吸叶轮

（2）采用较低的叶轮入口速度（3）增大叶片入口边宽度b1（4）适当选择叶片数和冲角

（二）、采用抗汽蚀材料

一般来说，零件表面越光，材料强度和韧性越高，硬度和化学稳定性越高，则材料的抗汽蚀性能也越好。

（三）、采用诱导轮提高泵的抗汽蚀性能

在离心泵叶轮前加诱导轮能提高泵的汽蚀性能，而且效果很显著。诱导轮是螺旋形的，螺旋外径处的螺旋角较小，内径处的螺旋角较大，以保证螺旋的导程相等。

4.离心泵的应用

离心泵是各种水力机械中应用最广泛的一种，是和我们日常生活和生产活动联系最紧密的一种机械。

4.1给水排水及农业工程

水是生命之源，是人类赖以生存及工农业生产的重要基础物质。以水为基础的给水排水工程、农业工程是国民经济建设的基础，每个国家都非常重视。

(1)水泵站与水果

在给水排水工程中，泵从水源取水，抽送至水厂．净化后的清水由送水泵输送到城市管网中去：对于城市的生活污水和工业废水，经排水管渠系统汇集后，也必须由排水泵将酒水曲送到污水处理厂，经处理后的污水再由另外徘水泵(或用重力自流)排放人江河湖海中去，或者排入农田作为灌溉之用。在污水处理厂内，往往从沉淀他把新鲜污泥抽送到污泥消化池、从沉砂池中排除沉渣、从二次沉淀池中提送活性污泥等，都要用各种不同类型的泵来保证运行。在给水徘水中用得最多的泵足大流量的离心泵。(2)其它类型泵

在给水排水工程中，际了用到常规的离心泵外，在地势较低的场合排水，以及在干旱区的地下水供给等工程中，还用到—些特殊的离心泵。(3)深井离心泵

探并泵多用于埋深大于20m的井水中提水。这种泵的驱动电动机或其它动力机械都装在地面上，因此须经很长的传动轴带动井下的叶轮旋转，将井水提上来。这类泵实际上是一种立式单吸分段式多级离心泵 深井泵的井径一般在100-500mm范围内，流量一般为8—900m’／h，扬程一般为10—150m。共特点是叶轮均为多级．少者两级，多采用半开式。选用时，井径比泵型号中之数大50mm为好；使用时，叶轮均浸没水中，无须引水。泵开车前，须加橡胶轴衬润滑水；对井水水位变化有较大的适应性：探井泵用料多，价格贵，拆卸困难，对井的质量要求较高。(4)潜水电泵

潜水电动离心泵是将电动机和离心泵组合在一起潜入水中工作的提水上具。其主要特点是机泵合一，不用长的传动轴，体积小，质量轻，电动机和水泵均潜入水中，不须修建地面泵房，移动方便，不用灌引水，操作方便*适应性强。由于电动机一般是用水来润滑和冷却，维修费用小．造价低，投资少，已逐步替代深井泵。

4.2 农业工程

随着科学技术的日新月异，传统农业已逐步转向现代农业，因此生态农业已成为重要的农业经济增长点。离心泵也在生态农业工程巾发挥很大的作用：如我国沿海地区开展的网箱养鱼需要气泵和海水循环泵，对虾养殖需要用污泥泵和海水泵来输送污泥和海水，反季节大棚蔬菜种植需要喷水泵和药水泵等。

4.3 工业工程

(1)固体颗粒液体输送

在工业工程中，用液体来输送固体颗粒的流体机械称为固液两相流泵，也称杂质泵。

杂质泵是适用于输送各种形状固体物的泵类产品，如矿山输送尾矿的尾矿泵、洗煤厂使用的泥浆泵、电站除灰的灰渣泵和河道疏浚的挖泥泵等，已广泛应用于冶金、石化、食品等工业和污水处理、港口河道疏浚等作业中。近10年来，矿山、能源工业中，固体物管道输送技术迅速发展，杂质泵的需求日趋增加。同时，在现代科学技术的推动下，杂质泵趋于向高寿命、高效率、多品种的方向发展。

4.4 航空工程

离心泵在飞机的装备和地面后勤系统中得到广泛的应用。例如，为保证飞机发动机正常

运行的润滑系统中的润滑油泵及冷却水泵，飞机在地面注油用的加油泵和注水用的注水泵，以及飞机饮用水系统中用到的循环水泵等。

4.5 航天工程

（1）液体火箭发动机涡轮泵

航天飞机、宇宙飞船和空间站是进行空间科学研究的重要工具，它们要靠远程大推力运载火箭在发射装置上进行发射并将之送入预定轨道。液体火箭发动机是运载火箭的动力，决定着运载火箭的推力，即决定装载战荷的质量，而涡轮泵推进剂输送系统(以下简称涡轮泵)则是液体火箭发功机的动力部分，是液体火箭发动机的心脏。涡轮泵的主要功能是将贮箱里的推进剂抽出加压并将之输送到主推力室进行燃烧。涡轮泵主要由推进剂离心泵(氧化剂泵和燃料泵)、涡轮、涡轮的动力源、传动部分(需要时)及辅助系统所织成。（2）其它离心泵

在航天工程中应用的共它离心泵主要是在地面试验装置、发射装置及测试控制系统中应用。如液体火箭发动机在试验时要用离心泵对涡轮泵系统进行加压试验液体运载火箭发射前的推进剂加注时要采用离心泵将各种所需要的推进剂从贮罐加压输送到每—级火箭发动机的贮箱等。

4.6 航海工程

（1）船舶动力中的离心泵

以柴油作为主要燃料的柴油机动力装只是目前使用较为广泛的且具有较高经济性的动力推进装置。柴油机装置就用到许多离心泵。例如，在燃油燃烧系统中钉输油泵，在滑油系统中有滑油泵、气轮机油循环泵，冷却系统中有淡水泵和海水泵。

（2）船舶系统和船舶设备中的离心泵

这类机械用来保证船舶营运和为船上人员的生活需要服务。例如船舱系统中的压载水泵和船底水泵，生活用水系统中的水泵和热水循环泵，消防系统中的救火泵，船舶油水分离装置中的油污水泵，污水处理装置中的用于输送污渣和冲洗水的污渣泵和循环水泵，真空蒸发造水装置中的淡水冷却系、海水泵、凝水泵、排污泵。

4.7 能源工程

随着现代电力的发展，电力系统的发电量不断增大，但电网的峰谷差越来越大，这些巨型热电机组的调节能力义很差，抽水蓄能电站便应运而生了。抽水蓄能电站最初出现是为了蓄水的，二战后开始肩负起了电网调节的重担。现代抽水

蓄能电站不仅可以调峰填谷，而且还降低了电力系统的燃料消耗、提高了火(核)电站的设备利用率。起了调频、凋相、负荷调整、旋转备用以改善供电质量的作用，电网的灵活性和可取性得到了提高，并且对环境污染极小，成为了现代电网中不可或缺的部分。随着技术的发展，泵和水轮机合成简化为可逆式水泵水轮机，并成为现代抽水蓄能电站的主导机型。

结束语

离心泵的整体设计完成了，通过为时两个月的设计，将我几年所学的知识做了一次大的串联，使我逐渐把一些分散的知识点结合成了一个整体。

通过毕业设计，使我对离心泵的基本工作原理、设计步骤的关键环节以及机械密封的各种知识等有了一个详细的认识，了解了它的设计过程，学会了查阅相关资料和各种设计手册，翻阅理论课程书。

机械设计是需要细心和耐心的一项工作，要求设计人员能够在设计的过程中有条理，一丝不苟，并且要有一定的耐心来培养自己做设计的信心，这样才能有利于设计，切不可在设计过程中有半点的烦躁心理，否则便会事倍功半。

通过这次设计使我明白了我们无论做什么事情都要使自己有浓厚的兴趣，以严谨持之以恒的态度来面对，这样才能把一件事情做好

本文在多段式离心泵的结构基础上，进行结构设计和叶轮、压出室、吸水室等主要过流部件的计算和设计。使设计的立式离心泵的使用范围更加广泛，能适用于矿井业和城市给排水，高层建筑增压送水，园林灌溉，消防增压及设备配套，船舶用泵等。使用寿命也大大增加。

由于第一次对离心泵设计，且设计资料有限，在设计过程中遇到了很多问题，如离心泵结构的具体尺寸、叶轮和压出室的绘型等方面。

1、在整个毕业设计过程中得出以下结论：

2、通过市场调查与理论分析确定离心泵的已知参数。

3、以提高离心泵的可靠性、使用性能和维修性为设计目标。

4、利用CAD技术进行了叶轮水力计算，并完成了型线的CAD绘制。可以大大提高了设计水平。

5、借鉴国内外先进技术进行离心泵结构设计，使其具有易安装、使用、维护的特点，符合现代离心泵的发展趋势。

致

谢

这几年的读书生活在这个季节即将结束，回首过去感慨良多，而我也将面对又一次征程的开始。值此论文完成之际，我在此向学习上给我无私指导的导师李老师表示真诚的感谢。李老师治学严谨，知识渊博，在论文选题、研究和撰写的工作工程中不倦的指导我，给予我极大的关怀和帮助，使我少走弯路，取得了进步。李老师博学多识，平易近人，在论文撰写遇到不解或者思路不清时给予我很多建议，让我思路清晰，同时对于我提出的诸多问题都耐心给予解答，使我受益匪浅并掌握了基本的研究方法，在此仅表示我崇高的敬意和忠心的感谢！

感谢所有帮助我，关心我的同学和朋友们，他们对我的鞭策、鼓励和理解是我克服困难、不断进步的动力。谢谢你们！

参考文献

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