开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告
题目：卧式双级甲胺泵结构设计
学生姓名学号
教学院系机电工程学院
专业年级
指导教师职称教授
单位西南石油大学
目录
一、工程背景 (2)
(3)
二. 国内外现状和发展趋势 (3)
1. 国内研究现状 (3)
2. 国外研究现状 (4)
3. 主要发展趋势 (5)
三、设计方案和目标 (5)
1. 设计要求 (5)
2. 方案拟定 (5)
3. 方案比较 (6)
4. 目标 (6)
四、研究内容 (7)
五、预期成果 (7)
参考文献 (8)
一、工程背景
泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。

泵属于通用机械，在国民经济各部门中用来输送液体的泵种类繁多，用途很广，如水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程等。

另外，泵在火箭燃料供应等高科技领域也得到应用。

为了满足各种工作的不同需要，就要求有不同形势的泵。

应当着重指出，化工生产的泵不仅数量大、种类多，而且因其输送的介质往往具有腐蚀性，或其工作条件要求高温高压等，对泵有一些特殊要求，这些泵往往比一般的水泵复杂一些。

甲胺泵即是将尿素合成反应中未反应物在中低压吸收系统回收后，形成甲铵液，通过甲铵泵返回高压合成系统，继续作为原料予以循环利用。

甲胺泵具有高湿、高压、易气化、腐蚀性极强的特点，是尿素生产过程中的关键设备之一，也是最易发生故障的环节。

二、国内外研究现状和发展趋势
1.国内研究现状：
选择离心泵的课题设计不仅仅是对所学专业的一次真正的练兵，从市场前景分析，离心泵是一种消耗量大、应用面广的通用机械产品，该产品的市场需求量占泵类产品总需求的80%，因此针对如此量大面广的离心泵展开设计并力求对现有产品进行改造和技术升级意义重大。

当前国内离心泵的技术水平通过几十年的发展以及许可证技术引进，从综合技术水平来看，单两级泵方面都具有国际先进水平，与国外同类型泵相比无差距，有些地方还是国际一流水平，如可靠性、效率、通用化程度等。

而高温高压多级泵在结构型式、可靠性方面已达到国际同类型水平，但由于国内起步较晚，引进技术，消化吸收的速度差，使得在这方面有一定的差距，因此亟需进一步努力。

在过去的几年内，应该看到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，在高、精、尖技术含量高的产品领域，泵产品供不应求，我国泵行业发展是存在很大空间的，据预测“十一•五”期间，我国泵行业将以25%的平均速度发展。

泵产品国内市场占有率，“十一•五”期间预计可达到92%。

由于国家注重重大工程国产化率的提高，因此，火电、核电和“三大化工”中的重点产品市场占有率预计可达80%～85%。

所以对于我国泵行业，虽然存在巨大的挑战，同时也存在极大的发展潜力，相信随着我国泵行业不断深入的发展，泵行业将取得不断的进步，最终走向世界。

改革开放三十年来，我国泵行业技术得到了迅猛发展，其设计制造加工技术越来越趋向于与世界泵业技术发展一致。

国内许多生产企业积极吸取国外先进技术并以消化吸收再创新的方式
为国内某些中小化肥装置提供了数台高压甲铵泵或对原进口的高压甲铵泵转子进行修复改造，积累了较为丰富的经验。

目前国内一些制造商如杭州大路实业有限公司、重庆水泵厂有限责任公司等，他们在长期引进吸收和再创新的过程中不断积累和研究小流量、高扬程泵的水力模型，并成功用于高压锅炉给水泵和钢厂高压除磷泵，有了较为丰富的实际经验。

这些经验和技术完全可以用于高压甲铵泵的研制和开发。

2.国外研究现状：
“冷战”结束后，另一场战争，即经济领域内的竞争迅速达到全球规模。

发达国家为保持其全球经济一体化中的领先地位，都强化了其科学研究的投入和驱动机制。

水泵作为经济各部门的基础性产品，其产值和产量近年都呈上升趋势。

比如，产泵大国日本在过去数年中，泵的销售额的年增长率都超过了国民经济产值增长率。

日本近年中关于泵的研究集中在以下一些领域，这些研究方向是有代表性的，也能给国内科技人员以重要启迪
１）过流部件，如叶轮、导叶中的稳定及非稳定流动现象；
２）泵的外特性分析及预测
３）作用于叶轮以及叶片的稳定或不稳定外力；
４）涉及流动机理及材料破坏的汽蚀研究，如气泡初生，气泡动力特性，含泡水流在直列、环列叶栅（linear and circular cascude）中的流动特点，对汽蚀破坏的预测；
５）泵内的多相流动，泵在输送液一固、液一气流动时的特性；
６）流体动力计算在内流场分析中的应用及内流场测试；
７）管路系统中的不稳定现象；
目前，大型尿素装置高压甲铵泵多为进口，如宁夏石化公司第二化肥厂、重庆建峰化工有限公司、江苏灵谷化工有限公司等。

国外主要制造商生产的中速多级离心泵的技术性能和结构特点见下表
3.主要发展趋势
现如今泵的应用是越来越广泛，特别是在石油.化工方面，所以掌握泵的特性是非常必要的。

随着国内机电一体化的进程的加速，计算机面板操作现在已经成为必然的趋势，这也是自动化的必然要求，相信未来对泵的测试这一繁琐的过程将由计算机所替代。

三、研究方案和目标
1.设计要求：
流量Q=50 m3·h-1，扬程H=270m,转速n=2980r/min，泵汽蚀余量NPSHa=3m，输送介质为甲
胺液ρ=980kg/m3。

2.研究内容1
国内外甲胺泵的研究现状、结构及工作原理等的资料收集与消化；
离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。

吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室（蜗壳式）、导叶和空间导叶三种形式；叶轮是泵的最重要的工作元件，是过流部件的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。

离心泵的工作原理：离心泵一般由电动机带动，在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。

当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘（流速可增大至15～25m/s），动能也随之增加。

当液体进入泵壳后，由于蜗壳形泵壳中的流道逐渐扩大，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。

与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。

叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。

由于离心泵之所以能够输送液体，主要靠离心力的作用，故称为离心泵。

3.研究内容2
对甲胺泵进行失效分析，了解其常见故障原因及处理方法；
离心泵轴承失效分析：由于带冷却的中空轴承座，在内、外温差较大的条件下长年使用，产生较大变形，致使轴承外圈受到异常载荷，使其沟道局部的实际载荷远远大于沟道所能承受的设计载荷，导致外沟道接触点发生深度剥落，最终造成外圈断裂。

更换了轴承座及轴承后，运转良好。

因此，轴承座一旦产生变形，应该及时维修或更换。

离心泵轴油封密封面损坏失效分析：泵轴油封密封面为唇口与轴的接触面，唇口材质为橡胶，轴的材质大多为金属系列，因而油封的强度、硬度远低于轴的强度及硬度，但弹性及塑性比轴大得多。

油封通过与轴过盈配合产生压缩弹性变形，形成对轴杆的箍紧力。

这种力的接触面即唇口与轴杆的接触面很窄（小于１５ｍｍ），所以应力较集中。

力作用的结果就是：随着轴运转时间的增加，唇口逐渐在轴杆表面上划出一周很浅的划痕；随着轴运转的时间越长，划痕的深度也越深，也就是通常所说的“滴水穿石”现象；随着划痕深度的增加，唇口与轴杆的过盈量将减小，对轴杆的箍紧力也减小，当箍紧力减小到无法封油或过盈量减少至零时将出现漏油现象，造成了油封密封的失效。

改进，（１）采用填充聚四氟乙烯材质的承磨环密封结构能够提
高油封的耐磨性、密封性，使得密封时间延长３～４倍，可保证轴连续长时间运转。

（２）改进后的密封结构延长了轴的使用寿命，以往因油封处漏油而报废的轴也可以镶嵌承磨环后重新再用，节省了备件费用，提高了设备的利用率。

4.研究内容3
卧式双级甲胺泵主体参数和总体结构方案的确定；
离心泵的基本构造是由八部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵盖，挡水圈，泵轴，轴承，密封环，填料函。

1、叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。

叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。

2、泵体也称泵壳，它是水泵的主体。

起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。

3、泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。

4、轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。

滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热！
滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。

太多油要沿泵轴渗出并且漂失，太少轴承又要过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的温度最高在85℃一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）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造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。

为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm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。

填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。

始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管
注水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。

所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！在运行600个小时左右就要对填料进行更换。

7、轴向力平衡装置在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。

5.研究内容4
对甲胺泵主要零部件进行水力设计和力学分析；
离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、旋转轴、轴封箱等部件组成
泵体:即泵的壳体,包括吸入室和压液室。

叶轮:它是离心泵内传递能量给液体的唯一元件,泵通过它使机械能变成了液体的压力能,使液体的压力提高。

叶轮用键固定于轴上，随轴由原动机带动旋转,通过叶片把原动机的能量传给液体。

轴:它是传递机械能的重要零件,原动机的扭矩通过它传给叶轮。

泵轴是泵转子的主要零件，轴上装有叶轮、轴套、平衡盘等零件。

泵轴靠两端轴承支承，在泵中作高速回转，因而泵轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。

6.研究内容5
甲胺泵主要零部件的强度和刚度计算；
为了提高离心泵的可靠性和寿命，应使其零部件具有足够的强度和刚度。

7.研究内容6
设计并绘制甲胺泵总体装配图、零件图
五、计划安排与预期成果
1.计划安排
2.预期成果
1、要求翻译2万印刷字符(或译出5000汉字)以上的有关技术资料或专业文献，
内容要尽量结合课题(译文连同原文单独装订成册)；
2、完成甲铵泵的设计
3、完成1.5万以上的说明书及工程图纸；
参考资料
[1]关凡醒，现代泵理论与设计，北京中国宇航出版社，2011.04
[2]邢桂坤，大型尿素装置高压甲铵泵的特点及国产化研究，化工设备与管道，Vol.48 No.6
[3] 李云，过程流体机械，北京化工工业出版社，2011.01
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