离心泵主要零部件的强度计算
离心泵主要零部件的强度计算
第九章 离心泵主要零部件的强度计算
第一节 引言
在工作过程中,离心泵零件承受各种外力的作用,使零件产生变形和破坏,而零件依靠自身的
尺寸和材料性能来反抗变形和破坏。一般,把零件抵抗变形的能力叫做刚度,把零件抵抗破坏的能力叫做强度。设计离心泵零件时,应使零件具有足够的强度和刚度,已提高泵运行的可靠性和寿命,这样就要尽量使零件的尺寸做得大些,材料用得好些;但另一方面,又希望零件小、重量轻、成本低,这是互相矛盾的要求,在设计计算时要正确处理这个矛盾,合理地确定离心泵零件尺寸和材料,以便满足零件的刚度和强度要求,又物尽其用,合理使用材料。
但是,由于泵的一些零件形状不规则,用一般材料力学的公式难以解决这些零件的强度和刚性的计算问题。因此,推荐一些经验公式和许用应力,作为设计计算时的参考。
对离心泵的零件,特别是对过流部件来说,耐汽蚀、冲刷、化学腐蚀和电腐蚀问题也是非常重要的,有些零件的刚度和强度都满足要求,就是因为汽蚀、冲刷、化学腐蚀和电腐蚀问题没有处理好而降低了产品的寿命。
对于输送高温液体的泵来说,还必须考虑材料的热应力问题。
第二节 叶轮强度计算
叶轮强度计算可以分为计算叶轮盖板强度、叶片强度和轮毂强度三部分,现分别介绍如下:
一、叶轮盖板强度计算:
离心泵不断向高速化方向发展,泵转速提高后,叶轮因离心力而产生的应力也随之提高,当转速超过一定数值后,就会导致叶轮破坏,在计算时,可以把叶轮盖板简化为一个旋转圆盘(即将叶片对叶轮盖板的影响忽略不计)。计算分析表明,对旋转圆盘来说,圆周方向的应力是主要的,叶轮的圆周速度与圆周方向的应力σ(MPa )近似地有以下的关系:
泵NPSHa计算
离心泵NPSHa计算-黄色部分即输入值
流量(m3/h) (m3/s)
介质名称
3 0.00083333
柴油
di(mm)
u(m/s)
Re
入
28.5
1
3420 0.041374232
density
viscosity
(kg/m3)
(mPa.s)
840
7
局部阻力 质量流速
0.3
总k
4.14
液面高于泵 距离H(m)
1
饱和蒸汽压 kPa
大气压(Pa)
0.667
101.3
K(设计流量/ 正常流量)
1.2
Pv(kPa)
G(kg/m2.s)
1.7388 1097.279898
直管长度m 30
直管阻力 Pv1(kPa)
NPSHa
26.21870237 8.326609945
阻力系数k
90弯头个数
3
Βιβλιοθήκη Baidu
0.75
45弯头个数
0.35
三通个数
1
0.4
闸阀个数
0.17
球阀个数
2
0.17
过滤网
1
2
缩径d/D=0.5
0
200D多段离心式清水泵结构设计
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
一般部分
第1章诸论 (1)
第2章泵的概述 (2)
2.1 泵及其在国民经济中的应用 (2)
2.2 泵的分类 (2)
2.3 叶片式离心泵的型式 (3)
2.3.1按主轴方向 (3)
2.3.2 按液体从叶轮流出的方向 (3)
2.3.3 按吸入方式 (3)
2.3.4 按级数 (3)
2.3.5 按叶片安装方法 (3)
2.3.6 按壳体分开方式 (3)
2.3.7 按泵体形式 (3)
第3章离心泵的基本理论知识及主要部件 (4)
3.1 离心泵的结构形式……………………………………… .5
3.2 泵的基本参数 (4)
3.2.1 流量 (4)
3.2.2 扬程 (5)
3.2.3 转速 (6)
3.2.4 汽蚀余量 (6)
3.2.5 功率和效率 (6)
3.3 泵的各种损失及泵的效率 (7)
3.4 离心泵主要零部件及结构型式 (9)
3.4.1 吸入室及其结构型式 (9)
3.4.2 叶轮及其结构型式 (10)
3.4.3 压出室及其结构型式 (10)
3.4.4 轴封机构及其结构型式 (11)
3.4.5 轴向力平衡机构及其结构型式 (12)
3.4.6 其它零部件 (12)
第4章离心泵结构设计 (13)
4.1离心泵结构方案的选择 (13)
4.1.1 原电机的选择 (13)
4.1.2 确定电机转数、比转数和级数 (14)
4.1.3 初步确定吸入口直径、流速和吐出口直径 (15)
4.1.4 确定泵的最小汽蚀余量和汽蚀比转数 (17)
4.2轴径的初步设计 (19)
4.3离心泵叶轮的设计 (20)
离心泵计算公式范文
离心泵计算公式范文
离心泵是一种常见的工业泵,广泛应用于供水、排水、空调、石油化工、冶金和化工等领域。它通过离心力将液体从一处吸入,然后通过叶轮
转动产生离心力,将液体压入叶轮的出口。要计算离心泵的性能参数,需
要了解以下几个主要的公式:
1.流量(Q)计算公式:
流量是离心泵的关键性能参数,表示单位时间内流经泵体的液体体积。流量的计算公式如下:
Q=n*V
其中,n为泵的转速,单位为rpm;V为泵的容积,单位为m³。
2.扬程(H)计算公式:
扬程是液体从进口到出口的压力能量转换的高度,也是离心泵的另一
个重要性能参数。扬程的计算公式如下:
H=(P2-P1)/(ρ*g)
其中,P2为泵出口压强,单位为Pa;P1为泵进口压强,单位为Pa;
ρ为液体密度,单位为kg/m³;g为重力加速度,单位为m/s²。
3.功率(N)计算公式:
离心泵的功率是泵所需的功率,表示泵的能量消耗程度。功率的计算
公式如下:
N=(P2*Q)/η
其中,P2为泵出口压强,单位为Pa;Q为流量,单位为m³/s;η为
泵的效率,无单位。
4.效率(η)计算公式:
泵的效率是指泵输送液体的能量转化效率,是衡量泵性能的重要指标。效率的计算公式如下:
η=(转速*扬程)/(367*功率)
5.叶轮直径计算公式:
叶轮直径是泵型号和尺寸设计的重要参数,它直接影响到泵的性能和
效率。叶轮直径的计算公式如下:
D=(c*Q)/(π*v)
其中,D为叶轮直径,单位为m;c为单位流量,单位为m³/(s·m);
Q为流量,单位为m³/s;v为泵转速,单位为m/s。
以上是离心泵的一些常用计算公式,根据具体的实际情况和需求,可
离心泵零部件的质量标准
离心泵零部件的质量标准
离心泵零部件的质量标准
离心泵是由许多零件组成的,零件的质量直接影响到泵的质量。无论是更换的新零件或是泵上原有的零件,在它们组装成泵整体之前,均需逐个检查其质量。
离心泵过流部分的零部件,多数是整体铸造成型的,铸件的尺寸精度和表面粗糙度直接影响泵的性能。
离心泵主要零部件质量要求如下:
a.泵体、叶轮、托架等铸件,应无夹渣、气孔、砂眼、飞边、毛刺等铸造缺陷。
b.泵体、叶轮等流道必须光滑。
c.叶轮必须进行静平衡试验,必要时进行动平衡试验,试验结果应符合有关标准。
d.对于大型泵的泵体、叶轮、泵轴等,必要时进行无损探伤。e.对于高压泵的壳体必要时做水压试验。
离心泵的主要性能参数的介绍与计算
离心泵的主要性能参数的介绍与计算
一、流量Q(m3/h 或m3/s) 离心泵的流量即为离心泵的送液能力,是指单位时间内泵所输送的液体体积。
泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。操作时,泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。
二、扬程H(m) 离心泵的扬程又称为泵的压头,是指单体重量流体经泵所获得的能量。
泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小,叶片的弯曲情况等、转
速。目前对泵的压头尚不能从理论上作出精确的计算,通常用实验方法测定。
泵的扬程可同实验测定,即在泵进口处装一真空表,出口处装一压力表,若
不计两表截面上的动能差(即Δu2/2g=0),不计两表截面间的能量损失(即
∑f1-2=0),则泵的扬程可用下式计算
注意以下两点:
(1)式中p2 为泵出口处压力表的读数(Pa);p1 为泵进口处真空表的读数(负表
压值,Pa)。
(2)注意区分离心泵的扬程(压头)和升扬高度两个不同的概念。
扬程是指单位重量流体经泵后获得的能量。在一管路系统中两截面间(包括泵) 列出柏努利方程式并整理可得
式中H 为扬程,而升扬高度仅指Δz 一项。
例2-1 现测定一台离心泵的扬程。工质为20℃清水,测得流量为60m/h 时,
泵进口真空表读数为-0.02Mpa,出口压力表读数为0.47Mpa(表压),已知两表间垂直距离为0.45m 若泵的吸入管与压出管管径相同,试计算该泵的扬程。
解由式
查20℃,
h=0.45m
p=0.47Mpa=4.7*10Pa
p=-0.02Mpa=-2*10Pa
离心泵转子的强度和刚度计算
离心泵转子的强度和刚度计算
1.根据离心力计算转子的强度:离心泵在工作状态下会受到离心力的作用,转子的承载能力需要满足系统给定的要求。离心力的大小与泵的转速、流量及离心泵的几何形状等有关。根据泵的额定参数,可以计算出离心力的大小,并与转子的强度进行比较。
2.根据压力载荷计算转子的强度:离心泵在工作状态下还会受到液体的压力载荷的作用,转子的承载能力同样需要满足系统给定的要求。压力载荷的大小与液体的密度、流量、压力以及泵的设计参数有关。根据泵的额定参数,可以计算出压力载荷的大小,并与转子的强度进行比较。
3.强度计算的材料性能:在强度计算中,需要考虑所使用材料的机械性能。不同的材料有不同的抗拉强度、屈服强度、弹性模量等参数,这些参数会直接影响到转子的强度计算结果。
1.根据转距力矩计算转子的刚度:转子在工作状态下会受到转距力矩的作用,转子的刚度需要满足给定的要求。转距力矩的大小与转子的几何形状、材料性能以及液体的流量、压力等参数有关。根据给定的转距力矩和相应的刚度要求,可以计算出转子的刚度。
2.刚度计算的几何结构:在刚度计算中,需要考虑转子的几何结构,如转子的长度、直径、材料的截面形状等因素。这些因素会直接影响到转子的刚度计算结果。
3.刚度计算的材料性能:在刚度计算中,同样需要考虑所使用材料的弹性模量等机械性能。不同的材料有不同的弹性模量值,这会影响到转子的刚度计算结果。
离心泵转子的强度和刚度计算是离心泵设计的重要一环,通过对转子的强度和刚度进行计算,可以保证离心泵在运行过程中能够承受外力的作用而不发生破坏,并且保证泵的运行稳定性和寿命。在实际设计中,需要根据具体的工作条件和要求,选用适当的材料和优化转子的几何参数,以提高转子的强度和刚度。通过科学合理的计算和设计,可以有效地提高离心泵的性能和使用寿命。
离心泵性能分析及优化设计
离心泵性能分析及优化设计
离心泵是一种常见的流体输送设备,广泛应用于工业生产中。离心泵
的性能分析及优化设计对于提高其输送效率和节约能源具有重要意义。以
下是一个关于离心泵性能分析及优化设计的1200字以上的文章。
离心泵是利用离心力将液体输送到高位的设备。它由泵体、叶轮、轴、轴承和密封装置等组成。当电机带动泵体旋转时,叶轮产生离心力将液体
吸入并排出。离心泵具有结构简单、流量大、压力高、适用范围广等特点,因此在许多行业都得到广泛应用。
离心泵的性能分析主要包括流量、扬程和效率。流量是指泵单位时间
内输送的液体体积,扬程是指液体从低位到高位所需的总能量,效率是指
泵的输入功率与输出功率之比。流量与扬程是离心泵的两个基本参数,效
率则是衡量离心泵能耗的重要指标。
离心泵的性能分析需要进行实验和计算。实验方法可以通过在泵的出
口处安装流量计、压力计等仪器进行测量来得到流量和扬程值,然后将这
些值代入相应的公式中计算出泵的效率。计算方法则是通过理论公式和模
拟软件进行,根据泵的设计参数和工作条件,计算出流量、扬程和效率等
性能值。
离心泵的优化设计是为了提高其性能和效率。优化设计的方法有很多,可以通过改变泵的叶轮结构、优化流道形状、减小泵的摩擦损失等来提高
离心泵的性能。叶轮是离心泵的核心部件,泵的性能很大程度上取决于叶
轮的设计。优化叶轮的几何形状可以改变泵的流量特性和效率。流道形状
的优化可以减小流体在泵内的摩擦损失,提高泵的效率。此外,还可以通
过使用高效电机和优化密封装置等措施来降低能耗,提高泵的效率。
在离心泵的优化设计中,还需要考虑一些特殊因素。例如,泵在工作
离心式渣浆泵设计
摘要
离心式渣浆泵广泛应用于煤炭、矿山、冶金、电力、水利、交通等部门,主要进行静矿、尾矿、灰渣、泥沙等固体物料的水力输送,但其过流部件的磨损相当严重,其主要破坏形式为过流部件洞穿和变形,过流部件的严重磨损,恶化了泵内流动特性及外特性,缩短了泵的实际使用寿命,使生产效率降低,加大耗能和设备的投资,进而影响生产的发展。因此所设计的渣浆泵中采用多叶片数来减少单个叶片的磨损,适当的增加过流部件的厚度并采用高硬度的耐磨材料来来减小磨损,将叶轮入口的后盖板设计为凸出的、由光滑圆弧组成的轮毂头。采用填料密封来防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内并用背叶片来平衡轴向力。本设计详细介绍了渣浆泵的总体结构,工作原理和结构设计。
关键词:叶轮背叶片填料密封
Abstract
The slurry pump is the extensive applying in the coal, mineral mountain, metallurgy, electrical, water conservancy, transportation and so on. It is main to proceed the water power of the static mineral, tail mineral, ash grain, sediment solid material transportation. But its very serious over the abrasion that flow the parts. Its main breakage form is over flow the parts penetrate with transformation. Over serious abrasion that flow the parts,it is worsening the pump inside flows characteristic and outside characteristics, shorting the actual service life of the pump and making production efficiency lower, enlarging consumes the investment of the equipments, and then affecting the development of the production. It adopt many leaf's number to reduce the single abrasion of leaf's slice for this designing slurry pump, also increased combines over the thickness that flow the parts the high degree of hardness in adoption bears to whet the material to come to let up the wear and tear, and empressed an entrance covers plank design as to bulge and smooth hubcap head . Adopted the filler which is sealed completely to prevent the high pressure liquid to leak from the pump with keep air from entering to pump the inside counteract to carry on the back leaf's slice to equilibrium stalk face dint. This design was detailed to introduce the total construction that slurry pump, the work principle designs with the construction.
离心泵转子的强度和刚度计算
轴的强度与刚度计算
1。0输入数据
1)设计流量Q1500(m3/h)
2)设计扬程H40(m)
3)设计转数n1450(r/min)
4)设计效率η0.85
5)介质温度T(℃)
6)介质粘度ν(m2/s)
7)介质密度ρ1000(kg/m3)
8)介质饱和蒸汽压Pv(kgf/cm2)
9)轴材料允许切应力τ55000000(N/m2)Pa
10)轴材料的屈服极限σs 6.37E+08(N/m2)Pa
11)轴材料的弯曲极限σb8.34E+08
12)轴材料的弯曲疲劳极限σ-1 3.55E+08(N/m2)Pa
13)轴材料的剪切疲劳极限τ-1 2.04E+08(N/m2)Pa
14)轴材料的弹性模量E2100000kg/cm2
15)弯矩单独作用时的有效应力集中系数kσ 1.69
16)扭矩单独作用时的有效应力集中系数kτ 1.61
17)弯矩单独作用时的绝对尺寸影响系数εσ0.73
18)扭矩单独作用时的绝对尺寸影响系数ετ0.78
19)弯矩单独作用时材料对应力循环
不对称性的敏感性系数ψσ0.1
20)扭矩单独作用时材料对应力循环
不对称性的敏感性系数ψτ0.05
21)轴表面质量系数β1
22)叶轮外径D20.4(m)
23)叶轮出口宽度B20.1(m)
24)叶轮动不平衡余量Gc 1.5(g)
25)叶轮重量Gy245(N)
26)轴重量Gz258(N)E:\LK30轴.SLDPRT
27)联轴器重GL20(N)
27)插入轴的三维及二维图已确定轴段各尺寸
) 3。0计算作用在轴上的载荷
3.1径向力
1)水力径向力
设计流量时与隔舌夹角195°
关于离心泵的计算
n-转速r/min Q-体积流量,m3/s(双吸泵为Q/2) H-扬程,m(多级泵为H/i)
6、比例定律
当离心泵的转数改变时,会使泵的流量、扬程、功率发生变化
Q n n Q Q Q n n
H n 2 H H ( ) n n n H n H H
2、扬程H(m)压力(Pa或MPa)
(1)
P gH H
P P H g
ρ-液体的密度,kg/m3 g- 重力加速度,m/s2。一般取9.8 γ-液体的重度,N/m3 H-扬程,m P-压力, Pa或MPa
(2)现场测定扬程的计算 全扬程:可分为吸上扬程和压出扬程。
PD PS H Z SD g
N 轴 3UIcos 机
4、效率η
(1)流量法 N 有效 100% N轴 (2)温差法
P 100% P 4.1868 (T Ts)
△P-泵进出口压差,MPa △T-泵进出口温差,℃ △Ts-等熵值(查表)
5、比转数ns
ns 3.65n Q H
3 4
H—扬程,m;
PS、PD—分别为泵入口和出口处的压力,Pa; ZSD—泵入口中心到出口处的垂直距离,m;
Ρ—液体的密度,kg/m3; g—重力加速度,m/s2。一般取9.8;
3、功率N(w或kw)
(1) N 有效 gQH (w ) ρ-液体的密度,kg/m3 g- 重力加速度,m/s2。一般取9.8 H-扬程,m Q-体积流量,m3/s ÷3600 1m3/h m3/s 1MPa=106Pa 1kw=1000w
离心泵拆装实验指导书
离心泵拆装与检修实验指导书
一、实验目的
1、了解单级离心泵的结构,熟悉各零件的名称、形状、用途及各零件之间的装配关系。
2、通过对离心泵总体结构认识,掌握离心泵的工作原理。
3、掌握离心泵的拆装顺序以及在拆装过程中的注意事项和要求。
4、培养对离心泵主要零件尺寸及外观质量的检查和测量能力。
二、实验设备和工具
1、实验设备:单级离心泵2台。
图1离心泵的结构
1—泵体, 2—泵盖, 3—叶轮,4—轴,5—密封环,6—叶轮螺母,
7—轴套,8—填料压盖,9—填料环,10—填料,11—悬架轴承部件
2、实验工具:
游标卡尺、外径千分尺、钢板尺、水平仪、活动搬手、呆搬子、铜锤、螺丝刀、专用扳手、拉力器、平板、V型铁、千分表及磁力表座等。
三、拆装步骤
1、拆装应注意事项
⑴对一些重要部件拆卸前应做好记号, 以备复装时定位。
⑵拆卸的零部件应妥善安放, 以防失落。
⑶对各接合面和易于碰伤的地方, 应采取必要的保护措施。
2、拆卸顺序
A、机座螺栓的拆卸
B、泵壳的拆卸
①拆卸泵壳,首先将泵盖与泵壳的连接螺栓松开拆除,将泵盖拆下。
②用专用扳手卡住叶轮前端的轴头螺母,沿离心泵叶轮的旋转方向拆除螺母,并用双手将叶轮从轴上拉出。
③拆除泵壳与泵体的连接螺栓,将泵壳沿轴向与泵体分离。泵壳在拆除过程中,应将其后端的填料压盖松开,拆出填料,以免拆下泵壳时增加滑动阻力。
C、泵轴的拆卸
①拆下泵轴后端的大螺帽,用拉力器将离心泵的半联轴节拉下来,并且用通芯螺丝刀或錾子将平键冲下来。
②使用拉力器卸联轴节, 具体方法是: 将轴固定好, 先拆下固定联轴节的锁紧帽, 再用拉力器的拉勾钩住联轴节,而其丝杆顶正泵轴中心, 慢慢转动手柄, 即可将联轴节在钩拉过程中, 可用铜锤或铜棒轻击联轴节, 如果拆不下来, 可用棉纱蘸上煤油, 沿着联轴器四周燃烧,使其均匀热膨胀, 这样便会容易拆下,但为了防止轴与联轴器一起受热膨胀, 应用湿布把泵轴包好。
离心泵计算公式
名称
弯头局部阻力系数 底阀局部阻力系数 截止阀阻力系数 局部阻力系数 直管系数λ 45°弯头系数ζ 60°弯头系数ζ 90°弯头系数ζ 直段损失h1 45°弯头损失h2 60°弯头损失h3 90°弯头损失h4
取值
0.75 6.4 1.5 0.15 0.15 0.25 0.3 47.31026786 0.021055882 0.035093136 0.042111764
单位
— — — — — — — m m m m
可选参数 名称
液体流量 效率 质量流量 雷诺数 压力损失△Pf 90°弯头当量长度 蝶阀当量长度DN≤200 蝶阀当量长度DN200~300 蝶阀当量长度DN400~600 截止阀当量长度 闸阀当量长度 总当量长度
取值
30 60 31500 46443.73673 25301.81998 9.6 13.5 0 0 0 0 203.1
单位
m/s kw KW m m m m m m
计算说明 需输入的参数。 推荐参数,不建议更改。 可选参数,左右只需填入一个参数,就可以求得另一个参数。 如同时输入,以左面数据为计算参数。
化工离心泵计算
名称
安装高度 S 排除高度 D 直管长度 L 吸入容器内 操作压力P1 排除容器内 操作压力P2 管 内 径 d 绝对粗糙度ξ 液体密度ρ 液体粘度u 饱和蒸汽压
离心泵的主要零部件
(2) 端面比压
pb保持一定值,才能使密封面贴合好,防泄漏。 pb大,磨损 保持一定值,才能使密封面贴合好,防泄漏。 加剧,热量多,液膜蒸发成干摩擦。 加剧,热量多,液膜蒸发成干摩擦。
合理比压
29.42×104 ~ 54.84×104 P (3−6kg/ cm2 ) a
(0.3 ~ 0.6M a ) P
叶轮结构: 叶轮结构:
闭式:有盖板、轮盘,用于高扬程,洁净液体。 闭式:有盖板、轮盘,用于高扬程,洁净液体。 半开式:无前盖板,适于含固体颗粒和杂质液体。可 半开式:无前盖板,适于含固体颗粒和杂质液体。 铣制,强度好,易制造。 铣制,强度好,易制造。 开式:无盖板和轮盘,输送糊状、浆状液体。 开式:无盖板和轮盘,输送糊状、浆状液体。 单吸: 简单,适合于多级泵。 单吸: 简单,适合于多级泵。 双吸:大流量,汽蚀性能较好。 双吸:大流量,汽蚀性能较好。
外装式机械密封
(2)平衡型与非平衡型
D −D K= D −D
2 2 2 2 2 0 2 1
β =K
尺 D 变 来 到 由 寸 1的 化 达 。
wenku.baidu.com
K代 介 压 作 到 封 上 多 。 比 ) 表 质 力 用 密面 的 少 ( 例
β ≤0 非 衡 D < D 平 0 1 0 < K <1 1> β > 0 部 平 分 衡 常 用 K =0 β =1 完 平 D = D 不 全 衡 0 用 2
离心泵的几个实用公式
1、扬程计算:
扬程通常是指水泵所能够扬水的最高度,用H表示。最常用的水泵扬程计算公式是
H=(p2-p1)/ρg+(c2-c1)/2g+z2-z1 。
其中,H——扬程,m;p1,p2——泵进出口处液体的压力,Pa;c1,c2——流体在泵进出口处的流速,m/s;z1,z2——进出口高度,m;ρ——液体密度,kg/m3;g——重力加速度,m/s2。
2、水泵轴功率计算:
N(kW)=Q(m3/h)*H(m)*ρ(kg/m3)*g(N/kg)/η(0.6~0.85)/3600/1000 解释是:
N,轴功率,单位是千瓦(kW)
Q,流量,单位是立方米每小时(m3/h)
H,扬程,单位是米(m)
ρ,介质的密度,单位(kg/m3)
g,重力常数,9.8(N/kg)
0.6~0.85,是水泵的效率,一般流量大的取大值,流量小的取小值
3、流量:
Q(m3/h)=V*π*D2/4
V,介质流速(m/s),D,出口管径(m)
4、泵的效率:
水泵比转速是在相似定律的基础上导出的一个包括流量、扬程和转速在内的综合特征数,它是计算泵结构参数的基础。
泵的NPSHr,假设介质是常温清水,大专气压为1个大气压,则泵的最大吸入高度大致=10.33-NPSHr-0.5(属m)
离心泵转子强度计算分析方法
API 610—2010规范和査询《ASME锅炉及压力 容器规范》得到178乜时该泵的材料特性,可见表2。
表2材料物理特性表(178¾)
部件
材料
弹性 模量E/
泊松 比"
密度p/ (kg ・ nf3)
屈服 强度
抗拉 基本许 强度 用应力
GPa
Sy/MPa S«/MPa S/MPa
叶轮 A-487
191 0.31 7 750
32 有限元模型可见图4,图5。
化工装备技术
第40卷第4期
图4转子有限元模型
图5轴有限元模型
3.3转子模态计算 在转子轴承处施加位移约束,对转子固有频率及
对应临界转速进行仿真分析,计算结果可见表3。转 子前两阶模态振型图可见图6,图7。
表3转子前两阶固有频率及对应临界转速
项目 固有频率/ Hz 临界转速/ (r-min-1)
1阶 116.58 6 994
2阶 321.16 19 269
HwSLwm IMaa
图6转子模态1阶振型
图7转子模态2阶振型
Key words: Centrifugal pump; Rotor; Strength analysis
转子是离心泵的关键部件,保证转子安全工作是 泵设计制造时的重要因素。转子属于过流部件,始终 运行在高温高压、低温深冷、高速高磨损等各种恶劣 工况中。转子不间断地承受着由于叶片和转子本身离 心力及温度分布不均引起的温度应力。离心泵转子和 其他转动设备一样,不平衡质量离心力会引起转子振 动,同时传递作用在叶轮叶片上的液流引起的扭矩, 因此在离心泵的研发设计过程中,必须对叶轮、转子 进行强度计算。
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第九章离心泵主要零部件的强度计算
第一节引言
在工作过程中,离心泵零件承受各种外力的作用,使零件产生变形和破坏,而零件依靠自身的尺寸和材料性能来反抗变形和破坏。一般,把零件抵抗变形的能力叫做刚度,把零件抵抗破坏的能力叫做强度。设计离心泵零件时,应使零件具有足够的强度和刚度,已提高泵运行的可靠性和寿命,这样就要尽量使零件的尺寸做得大些,材料用得好些;但另一方面,又希望零件小、重量轻、成本低,这是互相矛盾的要求,在设计计算时要正确处理这个矛盾,合理地确定离心泵零件尺寸和材料,以便满足零件的刚度和强度要求,又物尽其用,合理使用材料。
但是,由于泵的一些零件形状不规则,用一般材料力学的公式难以解决这些零件的强度和刚性的计算问题。因此,推荐一些经验公式和许用应力,作为设计计算时的参考。
对离心泵的零件,特别是对过流部件来说,耐汽蚀、冲刷、化学腐蚀和电腐蚀问题也是非常重要的,有些零件的刚度和强度都满足要求,就是因为汽蚀、冲刷、化学腐蚀和电腐蚀问题没有处理好而降低了产品的寿命。
对于输送高温液体的泵来说,还必须考虑材料的热应力问题。
第二节叶轮强度计算
叶轮强度计算可以分为计算叶轮盖板强度、叶片强度和轮毂强度三部分,现分别介绍如下:
一、叶轮盖板强度计算:
离心泵不断向高速化方向发展,泵转速提高后,叶轮因离心力而产生的应力也随之提高,当转速超过一定数值后,就会导致叶轮破坏,在计算时,可以把叶轮盖板简化为一个旋转圆盘(即将叶片对叶轮盖板的影响忽略不计)。计算分析表明,对旋转圆盘来说,圆周方向的应力是主要的,叶轮的圆周速度与圆周方向的应力σ(MPa)近似地有以下的关系:
62
210-⨯=u ρσ (9-1)
式中 ρ—材料密度(kg/m 3);(铸铁ρ=7300 kg/m 3;铸钢ρ=7800 kg/m 3;铜ρ=7800 kg/m 3)
u 2—叶轮圆周速度(m/s );
公式(9-1)中的应力σ应小于叶轮材料的许用应力〔σ〕,叶轮材料的许用应力建议按表9-1选取。
表9-1 叶轮材料的许用应力
经验表明,铸铁叶轮的圆周速度u 2 最高可达60 m/s 左右。因此,单级扬程可达到200
米左右;铬钢叶轮的圆周速度u
最高可用至110 m/s左右。因此,单级扬程可达到650米
2
左右。
如果叶轮的圆周速度没有超过上述范围,则叶轮盖板厚度由结构与工艺上的要求决定,悬臂式泵和多级泵的叶轮盖板厚度一般可按表9-2选取,双吸泵的叶轮盖板厚度较表中推荐数值大1/3 到一倍。
表9-2 叶轮盖板厚度
二、叶片厚度计算:
为扩大叶轮流道有效过流面积,希望叶片越薄越好;但如果叶片选择得太薄,在铸造工艺上有一定的困难,而且从强度方面考虑,叶片也需要有一定的厚度。目前,铸铁叶轮的最小叶片厚度为3~4毫米,铸钢叶片最小厚度为5~6毫米。叶片也不能选择的太厚,叶片太厚要降低效率,恶化泵的汽蚀性能。大泵的叶片厚度要适当加厚一些,这样对延长叶轮寿命有好处。
表9-3 叶片厚度的经验系数
叶片厚度S(毫米)可按下列经验公式计算:
12
+=Z
H KD S i
(9-2)
式中 K —经验系数,与材料和比转数有关,对铸铁和铸钢叶轮,系数K 推荐按表9-3选取;
D 2—叶轮直径(米); H i —单级扬程(米); Z —叶片数。
三、轮毂强度计算
对一般离心泵,叶轮和轴是动配合。大型锅炉给水泵和热油泵等产品,叶轮和轴是静配合。为了使轮毂和轴的配合不松动,在运转时由离心力产生的变形应小于轴和叶轮配合的最小过盈量。在叶轮轮毂处由离心力所引起的应力可近似按公式(9-1)计算,由此应力所引起的变形为:
C D E
D σ
=
∆ (9-3)
式中 E —弹性模量(MPa );(铸铁E=1.2×105;铸钢E=2×105;铜E=1.1×105
) D C —叶轮轮毂平均直径(mm );
△D —由离心力引起的叶轮轮毂直径的变形(mm )。 △D 应小于叶轮和轴配合的最小过盈量△min ,即 △D <△min
例题:叶轮外径D 2=360mm 、转速n =1480r/min 、比转数n s =96、单级扬程H i =40m 、叶片数Z=7、叶轮材料为HT200。试计算叶轮盖板和叶片厚度。如果轴径为75mm ,叶轮与轴的配合为H7/r6,轮毂平均直径D C =82.5mm ,试求泵在工作时叶轮和轴是否松动?
解:1. 计算圆周方向应力,代入公式(9-1),得
MPa u 68.51060148036.0730010
6
2
6
2
2
=⨯⎪⎭⎫ ⎝
⎛⨯⨯⨯=⨯=--πρσ
由表9-1知,σ<〔σ〕,故在n =1480 r/min 时,叶轮盖板是安全的,此时叶轮盖板厚度由结构和工艺要求确定。由表9-2知,可选叶轮盖板厚度为6mm 。
2.计算叶片厚度:由表9-3,取经验系数K =5,代入公式(9-2),得
mm Z H KD S i 3.517
40
36.0512
=+⨯=+= 取叶片厚度S=6mm 。
3. 代入公式(9-3),可得离心力所引起的叶轮轮毂直径变形量△D :
0039.05.82102.168
.55
=⨯⨯=
=
∆C D E
D σ
mm
由公差配合表可知,φ75 H7/r6的最小过盈量△min =0.013mm,即
△D <△min