PAGE3新KS型單級單吸離心泵的設計目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 51.1研究背景 51.2研究現狀 51.3研究內容 62新KS單級單吸離心泵的性能及結構組成 62.1型號意義示例及名詞解釋 62.1.1型號意義 62.1.2名詞解釋 62.2新KS型單級單吸離心泵的主要性能參數 72.2.1流量的意義 72.2.2揚程的意義 72.2.3效率的意義 72.3新KS型單級單吸離心泵的特性曲線 82.4新KS型單級單吸離心泵的工作原理 92.5新KS型單級單吸離心泵的主要部件 112.5.1葉輪 112.5.2泵殼 132.5.3泵軸 152.5.4軸承 162.5.5懸架 162.5.6填料函及密封 172.6新KS型單級單吸離心泵的安裝 182.6.1離心泵的安裝高度計算 182.6.2新KS型單級單吸離心泵的安裝圖 192.7本章小結 213新KS型單級單吸離心泵的動力優化設計 213.1新KS型單級單吸離心泵的動力源組成 213.2新KS型單級單吸離心泵的轉速設計 223.2.1輸送液體物性的影響及換算 233.2.2轉速的影響及換算 233.2.3葉輪直徑的影響及換算 233.3葉輪處的優化設計 243.3.1葉輪輪轂處的強度校核 243.3.2葉輪處動力設計思路概述 253.3.3葉輪處動力設計 263.3.4葉輪處動力設計使用優缺點 293.4本章小結 304結束語 30參考文獻 30附錄 331緒論1.1研究背景水的推廣,對人們的生活與生產都十分重要。在古代,也有不同的提水裝置,如古埃及的鏈條泵(公元前17世紀)、中國的橘子錐(公元前17世紀)、滑輪(公元前11世紀)和水車(公元前1世紀)。更有名的是公元前三世紀阿基米德所創造的螺桿系統,它能夠平穩、不斷地把從水上升至幾米的高空。它的設計仍然被現代螺桿泵所采用。使用離心機力輸水的設想,首先呈現在了達芬奇的素描中。在一六八九年,法蘭西物理學者帕潘開發出了具有四葉片齒輪的蝸殼離心泵。而更類似于現代離心泵的是傳統的馬薩諸塞泵,它帶有徑向直葉、半開型的雙吸葉輪和蝸殼結構,于一八一八年問世于美國。從一八五一年至一八七五年間,具有導葉輪的多級離心式泵相繼問世,使研制更高揚程的離心式泵變為了可能。雖然早在一千七百五十四,瑞士數學家歐拉就給出了有關葉輪等水力機械設備的基礎方程,為現代離心機泵的工程設計提供了基礎,但直至高速電機的出現使離心泵于十九世紀底擁有了理想的動能源之時,它的理論優勢并不能發揮作用。在英國雷諾、德國普萊德勒等許多學者的理論研究成果與實際基礎上,離心泵的工作效率已經有了較大改善,其性能范圍與應用也在日益拓寬。它已成為中國現代使用最普遍、產量最高的水泵。1.2研究現狀工業革命以后,部分西歐發達國家的制造業興起較早,成長很快。工業化后我國的水泵行業興起較早,通過長期的發展與完善,泵的設計水平已經達到了很高的水準,種類繁多。近年來,由于國民經濟的蓬勃發展,對工農業水泵的需要量也日益提高,極大的促進了工業水泵技術的迅速蓬勃發展。由于現代科技的快速發展與要求,以及國外泵技術的進步,許多國家在泵的生產和使用過程中建立了一系列完善的標準。全球領先的離心泵制造商有Grundfos、KSB、Sulzer、Ebara和Schlumberger，全球前五大離心泵制造商擁有超過百分之九十五的市場份額。目前，我國是世界上最大的離心泵市場，市場份額約百分之六十，其次是歐洲和北美，市場總份額超過百分之三十。二零二零年,全球離心泵市場規模將超過二零一六年億元,預期在二零二六年規模將超過三千億,復合年增長率(復合年增長率)為百分之二點九。每年，我國泵的能耗約占全國總能耗的百分之二十，泵的燃料消耗約占全國總燃料消耗的百分之五十。離心泵是應用最廣泛的泵，但一般離心泵的綜合效率只有百分之五十到百分之六十。我國離心泵的運行效率平均比國外低百分之十到百分之三十，節能潛力在三百到四百億千瓦時左右。所以,為改善離心機泵的工作特性和質量,將離心機泵的效能主要由機器效能、容積效能和液力效能三個方面所組成,主要是液壓效率較低，為了提高液壓效率，準確計算離心泵的動力源并保證其性能是非常重要的。因此，這方面的研究迫在眉睫。充分利用葉輪的改進，精確控制離心泵的內部流量，減少影響離心泵性能的因素，研究離心泵的新設計方法，進一步提高泵的效率，以提高其綜合成本效益。1.3研究內容離心泵的水力優化一直是離心泵研究人員最感興趣的課題之一，由于時間、精力和試驗條件等原因限制，導致一些結果得不到真正的驗證，難免出現一些補不足和缺陷的地方。在二十一世紀,計算機技術和計算流體力學的進展給離心泵齒輪中內流的數值模擬的發展帶來了嶄新的機會,本文在舊KS單機單吸離心泵的基礎上對離心泵的主要部件進行了的優化，新KS型單級單吸離心泵將在使用性能和安全問題方面進行了更全面優化設計。論文的具體安排如下：在第一章中，本文首先介紹了研究的背景和國內外市場對新KS型單級單吸離心泵的研究狀況以及大概的設計思想。第二章介紹了新KS型單級單吸離心泵系統的工作原理、性能、主要零部件的組成以及新KS型單級單吸離心泵系統可設計的方向。第三章在第二章新KS型單級單吸離心泵系統的經過分析基礎上，構思設計了一種對新KS型單級單吸離心泵動力源的動力優化以及后的優缺點。2新KS單級單吸離心泵的性能及結構組成2.1型號意義示例及名詞解釋2.1.1型號意義KS125—100—200KS——滿足國外技術標準的用語中央空調冷卻等行業的單級單吸離心型泵。125——泵吸入口直徑（mm）；100——泵排出口的直徑（mm）；200——葉輪名義直徑(mm)；2.1.2名詞解釋離心泵：通過離心力輸送水的泵。單級單吸：單級意味著離心泵中只有一個葉輪用于出口運動，單吸意味著離心泵中只有一個進水口。離心泵系統一般還分為雙級雙吸、單級雙吸和單級雙吸離心泵。葉輪和入水口的總量,一般是根據離心機泵的輸出功率和特性技術參數來決定的,當中以單級單吸離心機泵在輸出功率和特性方面最為單一。2.2新KS型單級單吸離心泵的重要性能參數2.2.1流量的意義離心式泵流量,是指離心泵所泵送液體的能量和泵送液體的單位時間體積。水泵的流量決定于水泵的結構規格(主要是葉輪直徑和葉片寬度)以及速度。在實際操作中,這主要取決于水泵能傳遞的液體重量以及軟管的強度,還有水泵在此過程中所需要的水壓。注意:由于泵設置在特殊管路上,管道特性應影響流速大小。2.2.2揚程的意義離心泵的最大水頭流動力,又叫做水泵揚程,是指單位質量流體阻力經由水泵后所得到的能力。泵頭長度決定了泵的基本構造(例如,葉輪直徑尺寸、葉片曲率、速度等)。目前,由于泵壓頭理論的估計還不夠準確,所以通常使用試驗方式確定。水泵的揚程可以經過試驗確認,即在水泵進口裝設最大真空度計,出口安裝壓力表，但不考慮兩個壓力表橫截面上的動能差。(即Δu2/2g=0)，不計兩表截面間的能量損失(即∑f1-2=0)，則此泵的最大揚程可用下式計量（2-1）注意以下兩點：(1)式中，P2是離心泵出口處的壓力表讀數（PA）；P1是離心泵進口處的真空表讀數（表壓負值，PA）。(2)注意分離式離心泵的揚程和提升離心泵高度的兩個完全不同概念。揚程是指在一定單位內重量或流體經離心泵后所得到的能力。在離心泵的一段管路系統當中兩截面間可列出柏努利方程式并整理可得:H=Δz+Δppg（1）式中H為揚程，而升揚高度僅指Δz一項。2.2.3效率的意義離心泵的效率η:反映離心泵對液體供給的有效能量和電動機供應給離心泵的能量軸之比。離心泵的能量損失包括以下幾項：容積損失ηv：在實際應用中，泵有各種滲漏和回流現象，這就導致了泵對這些液體作無效的工作，從而減少了泵的實際輸送能力。ηv與離心機械損失ηm：水力損失η?：由葉片內部渦流所造成的力經濟損失、當液態流入水泵中時的液壓沖擊經濟損失和液態與水泵殼體和葉子間的磨擦經濟損失之總和。水力損失ηh離心式水泵的總效能反映了這三項電能損失的總和,故又簡稱為總效能或η,總效能即為這三種效能的乘積，即：η=ηvηmη?這里ηv、ηm與流量圖2.1效率分析從水力損失圖2.1可知:額定流速Qs(η?=0.8-0.9)情況下hf值最少,泵的效率值,與其輸出液體的種類、規格、尺寸、加工精度和特性等相關。大中型水泵的效能值一般較高,而中小型水泵的效能值則較低了。2.3新KS型單級單吸離心泵的特性曲線不同的水泵性能指標間具有一定的互相依賴性。可對水泵進行試驗,分別測定并計算出主要特性參數,然后繪制曲線表。這種曲線也叫做水泵特性曲線。因為各種水泵,均有由泵廠家所給出的特定特性曲線。而推薦的特性部分,也稱為水泵的工作范圍,一般在廠家所提供的特性曲線上表示。泵的現實工作地點根據制泵曲線和水泵裝置特征曲線的交集而決定。在選型和應用大型水泵時,泵的現實工作地點應在工作區域內,以確保經濟、安全的工作。另外,針對于不同黏度的液體,同一水泵的特性曲線也有所不同。在一般情形下,由水泵廠商提供的特性曲線主要是指清水輸出特性曲線。而至于離心泵,則由于液體黏度的提高,揚程和效率的增加,以及有效輸出功率的提高,使得在工業生產上有時也會用較小的粘度加熱黏度較大的液體,以提高輸送效率。特性曲線是指N～Q、H～Q及η～Q（也有含△h～Q或hs～Q的）等的關系的特性曲線。特性曲線圖見圖2.1。特性曲線的共同特點：（1）H～Q：Q↑→H↓；（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，N為min；（3）η～Q：先Q↑→η↑，達ηmin后Q↑→η↓，達到ηmax點結束。其下的H、Q（即Os）、N為同一個工況系數——都標在了銘牌上。選擇泵的類型時,至少應使它在大于或等于百分之九十二的ηmax下正常工作。圖2.2泵的特性曲線2.4新KS型單級單吸離心泵的工作原理離心泵的作用實際上是物體慣性運動的體現。例如，當傘在慢慢旋轉時,水滴隨著傘旋轉,因此傘與水滴間的磨擦力就是水滴的向心力。但是,當傘的轉速變更快更高,摩擦力不能使水滴保持圓周運動,那么水滴就離開傘而向外緣移動。就好像在繩上拉了一塊石頭。假如你跑得過快,繩就會斷,石頭也會飛走。也叫離心分離法。離心泵正是按照這一機械原理而設計的。高速旋轉葉輪的葉片轉動,水高速噴射,以實現輸出目的。離心泵有很多種不同型式的泵。可分成民生泵和工業泵。就輸出介質而言,可分成清潔泵、污物泵、耐腐蝕泵等。單級單吸離心泵的主體組成部分為吸氣室、葉輪和水壓室。吸氣室設在渦輪裝置進門前方,把液體引至渦輪裝置。增壓水室一般由螺旋型增壓水室(蝸殼式)、導葉和空氣導葉等組件構成。葉輪是泵的重要工作組成部分,是泵芯的重要流動組成部分。葉輪一般由蓋板和葉子中心等構成。當單級單吸離心泵在起動前,先給泵內充液體,接著起動離心型泵,由于葉輪的旋轉迅速,葉片推動液體,液體通過旋轉慣量差流入葉輪外緣,在葉輪吸入間內吸收液體。在這種過程中,液體流經葉輪葉片內,而流動周圍的液體則上升到葉子上,反之亦然。雖然葉片對液體的推動力大小相等,但卻與提升壓強方向相反。這種力作用到液體上,使它可以得到的熱能而從渦輪機中除去。液體的動能和壓強都能增加。起動后,大齒輪在軸承驅動下高速旋轉,而葉片內部的液體也需要旋轉。在離心力影響下,液態由葉輪中央向葉片外緣噴出而獲取動能,然后液態又高速離開葉輪外緣流入螺線泵殼。在蝸殼內,液面隨著節流管的逐漸擴張而下降,使部分動能轉換為靜水能,最后再高壓進入排水閥,在需要時將其輸送到那里。當液體由葉輪中央流入外緣后,葉輪中央也會產生相應的真空。因為在儲罐液位上的壓強超過了離心泵進口處壓強極限,所以液體不斷地被壓進葉輪。很顯然,如果只有車輪在不斷旋轉,液體就會不斷地被吸進或者流出。工作原理圖見圖2.3。圖2.3單級單吸離心泵工作原理2.5新KS型單級單吸離心泵的主要部件單級單吸離心泵的基礎結構由以下七個部門構成:葉輪、泵體、泵軸、軸承、懸架、機械密封件和填料函。它由二個主要部分構成:一是離心泵的齒輪和軸承等轉動部分;二是由離心泵的泵殼、填料函以及軸承類型所構成的靜態部分。2.5.1葉輪葉輪是離心力泵的一部分,其速度高,輸出力量大,葉輪葉片起了主要功能,因此葉輪在安裝之前都需要先進行靜平衡測試。汽輪機的上下表面都應當平滑,以降低與水的摩擦損失。葉輪的主要功能是把發動機的機械能直接送入液體中,以提高液體的靜態溫度和動力(主要是增加靜態能量)。按工作葉輪數目來分類：（1）單級泵:也就是說,泵軸上只是一組齒輪。（2）多級泵:也就是說,在泵軸上有二個或更多組齒輪。此時,泵的平均水泵揚程就等于多個葉輪所產生的水泵揚程之和。按工作壓力來分類：（1）低壓泵:水壓小于一百米水柱;（2）中壓泵:工作壓力在一百到六百五十米水柱間;（3）高壓泵:指水壓大于六百五十米水柱。按葉輪進水方式來分類：（1）單側進水泵：又稱單吸泵，即葉輪上只有一個進水口；（2）雙側進水泵：又稱雙吸泵，即葉輪兩側各有一個進水口。它的總流量約為普通單吸泵的二倍,可大致看成二臺單吸泵葉輪背靠背布置在一起。按泵殼結合縫形式來分類：（1）水平中開式泵道:即在經過軸心線的水準表面上開有結合縫。（2）垂直接合面泵：即接合面垂直于軸線。按泵軸位置來分類：（1）臥式泵：泵軸線處于同一水平位置。（2）立式泵：泵軸線處于直角位置。按將葉輪所產生的水流引向壓出室的方法分類：（1）蝸殼泵：水從葉輪中排出后,以螺旋狀方式垂直進入泵殼。（2）導葉泵：水自葉輪內排出后,先流經葉輪外側的導葉組,繼而再流向下一層或進入出口管。葉輪見圖2.4。圖2.4葉輪2.5.2泵殼泵體的功能是把葉輪封閉于特定的空隙內,以地將和壓出液面。水泵外殼為蝸殼形狀,故也叫蝸殼。由于流道橫截面積的逐步增加,向葉輪周圍噴射的高速液態的轉速也逐步減小,使部分動力可高效地轉化為靜壓能。泵殼不但接收從葉輪中發出的高壓液體,還充當能量轉換裝置。F=1??360Vt?泵體見圖2.5。圖2.5泵體泵蓋見圖2.6。圖2.6泵蓋2.5.3泵軸泵軸的功能是支承齒輪等轉動部分,驅使齒輪在設定的工作地點高速旋轉,從而把驅動力傳送給各部分。所以,它是輸送機械能的主要部分。離心泵的主軸必須以相應的速率轉動,承擔很大的轉矩和扭力。而軸承也應具備適當的硬度和幾何精度,以便于把對密封性能的不良影響降到最低點,并將磨損和損壞的風險降至最低。泵軸見圖2.7。圖2.7泵軸2.5.4軸承離心泵的推力軸承有滾動軸承和滑動軸承兩類。其中包括了單面推力球傳動軸承、雙面推力球傳動軸承、短推動圓錐滾子軸封、長推動圓錐滾子軸承以及,角接觸式傳動軸承也可承載軸向載荷。推力滑動軸承一般是實心、單環、半空心、多環等的固定式推力軸承,以及傾斜扇形推力軸承。滾柱軸承也應采用黃油加以適當潤滑,但通常都是三分之二到四分之三體積過熱，噪音太小。滑動軸承應采用透明油潤滑，加油時應涂抹在油位線上。過多的潤滑油就會沿泵軸流動和漂移,過少的滾動軸承則會形成磨擦和過熱,導致灼傷。水泵正常工作時軸承的最高工作溫度為八十五℃,正常工作時間則通常在六十℃以下。如高,應檢查病因(有無雜質、油質有無黑、有無滲水),并及時處理。軸承所襯用的金屬材質主要有鑄鋼、巴氏合金、銅合金、鋁合金、陶質金和非金屬材質。2.5.5懸架懸架通過滾動軸承部分支持著泵的轉動部分,滑動軸承受泵的徑向推力和軸向力。懸架見圖2.8。圖2.8懸架2.5.6填料函及密封填料箱主要由填充物、水封環、填充物罐、充填物壓蓋、水封管等構成。填料函的作用就是堵塞泵殼體和泵軸間的縫隙,使泵內的水不向外流淌,使泵內的空氣也不向外流淌。從而始終保持泵中的最大真空度!所以密封很重要！當泵軸和填料碰撞并形成熱能時,填料將利用水封管和封閉圈制冷,泵也將正常工作。所以,在泵工作階段,應該格外小心檢測填料函的密封性。在工作了大約六百五十小時后,就應該更換填充物。密封見圖2.9。圖2.9填料函及密封2.6新KS型單級單吸離心泵的安裝KS系列單級單吸離心泵檢測的重點是確認泵的安裝標高。該標高是指實際海平面與泵葉輪中心線位置之間的相垂直間距,不能與標準規定的真空吸氣標高混亂。泵銘牌及生產技術說明書中規范的容許真空吸氣標高,是指在標準大氣壓下離心泵進水口段的真空值;測量環境溫度為二十℃,并考慮與尾水管配對時的壓力狀況。泵的安裝標高為扣減吸入壓頭損失和剩余值后的容許吸氣標高,該高程必須大于實際地面上的吸氣標高。泵的安裝標高也不能大于設計值,否則離心泵將不能吸入水。另外,因為計算離心泵的體積以及吸入泵管的大小會造成阻力損失,因此建議采用較簡單的管路布置方式,并減少管路彎頭以及其他配件的布置面積,并合理考慮一些較大口徑管路,以降低管路流量。2.6.1離心泵的安裝高度計算允許真空高度hs是P1泵進水口在壓力下的最大允許真空高度。實際允許真空中吸入高度HS值并非按照公式推算的,而是由泵經過試驗后確認的。該值附于泵樣品上,供使用者檢測。必須注意的是,在泵樣品中給出的HS值采用了清潔水為主要工作介質,工作條件為二十℃,壓力為1.013×105Pa。如果工作條件與工作介質不同，則應進行轉換。（1）輸送液體換算步驟Hs1＝Hs＋Ha－10.33－Hυ－0.24當運送其他液體之后,如果運送的液體和清水的要求和試驗條件并不相同，需要進行兩步轉換：第一步是根據上述公式找出泵樣品中的水Hs1；第二步是公式將Hs1換算成H?s。（2）汽蝕余量Δh關于油泵,NPSH主要用于計算裝高δH值,即泵內可以吸入液體的真空度,即泵的允許裝高,單位是米。所用的δH值取自于油泵樣品中,其值用約二十℃的清水測定。若運輸其他液體時,則必須從有關書中對其值加以糾正,并仔細檢驗。吸程=標準大氣壓（10.33米）-汽蝕余量-安全量（0.5米）標準大氣壓能壓管路真空高度十點三三米。2.6.2新KS型單級單吸離心泵的安裝圖圖2.10單級單吸離心泵裝配圖圖2.11單級單吸離心泵爆炸圖圖2.12單級單吸離心泵3D總圖X向圖2.13單級單吸離心泵3D總圖Y向圖2.14新KS型單級單吸離心泵子零件底座圖2.15新KS型單級單吸離心泵子零件電動機圖2.16新KS型單級單吸離心泵子零件防護罩圖2.17新KS型單級單吸離心泵子零件靜環壓蓋圖2.18新KS型單級單吸離心泵子零件密封裝置圖2.19新KS型單級單吸離心泵子零件動力軸承圖2.20新KS型單級單吸離心泵子零件葉輪2.7本章小結本章先介紹了新KS型單級單吸離心泵的性能、特性、工作原理、結構以及安裝。通過分析新KS型單級單吸離心泵的性能特性、工作原理、結構安裝組成，可以得出葉輪的形狀、葉輪的轉速是離心泵的工作的心臟。3新KS型單級單吸離心泵的動力優化設計3.1新KS型單級單吸離心泵的動力源組成動力源的功率應根據實際情況來確定。計算公式如下：P動=P泵／(η齒×η扭×η離×η泵)

=Q×P×H／(102×η齒×η扭×η離×η式中：P動——所需的動力源輸出功率（KW）P泵——被試泵的水功率（KW）η齒——齒輪箱效率（％）η扭——扭矩儀效率（％）η離——離合器效率（％）η泵——水泵的效率（％）Q——水泵的流量（m3／s）H——水泵的揚程（m）V——水的體積

（Kg／m3）我們可以以η泵為參考量，通過計算，得出P動與P泵的關系曲線，計算中可以假設η齒、η扭和η離分別為0.95、0.98和0.98。軸和電動機是動力源的不或缺的一部分，但不是最關鍵的那部分，所以不作設計計算。軸功率：電動機單位時間內做的功轉換效率。式中k為一種系數，我們稱他為離心泵功率余量系數，我們這里取取k等于1.1。我們選取泵的傳動裝置為直聯傳動，，（3-2）Q——水泵的流量（m3／sH——水泵的揚程（m）；Ne——有效功率（％）η——水泵的效率（％）；g——為引力常數（重力加速度）；P——所需的動力源輸出功率(KW)；K——離心泵功率余量系數；3.2新KS型單級單吸離心泵的轉速設計軸的質量對離心泵有著至關重要的作用，軸的損壞意味著葉輪的直接損壞。因此必須對軸進行校核。首先展開徑向力計算,作用于離心泵軸線上的徑向載荷,大致包括:轉輪質量帶來的重量；由于流體的分布，葉輪周圍的壓力分布不同；旋轉部分也會有離心力（力的方向會改變）。接下來，對考慮到可能影響的零件進行全面計算。當離心泵輸出的物料不是常溫、而是常壓下的清水時、當齒輪直徑被剪切或速度發生變化時,整個油泵特性都會改變,對特性曲線進行了換算。3.2.1輸送液體物性的影響及換算密度ρ——只有N=QHρ/（102η）受其影響，其它值不變。粘度μ——μ↑→Hf↑→H↓，Q↓→η↑，N↑。當液體的運動粘度γ（=μ/ρ）>20×10-6m2/s時，將其參數按以下公式方法換算：Q'=CQQ（3-3）H'=CHH（3-4）η'=Cηη（3-5）Q——離心泵輸送清水時的流量；H——離心泵輸送清水時的壓力；η——離心泵輸送清水時的效率；3.2.2轉速的影響及換算當速度變化時,速度的三角形也隨之改變,H、Q、η、N均改變。在μ不大;但設η不變(△N<20%)時,則有以下近似關系:圖3.1近似關系圖QT=Cr2πD2b2（3-6）HT∞=u2c2cosα2/g（α1=90o）（3-7）Ne=ω△M=HT∞QTρg（3-8）（3-9）（3-10）（3-11）3.2.3葉輪直徑的影響及換算同型號泵可以更換為口徑小一些的齒輪，只b2稍有變化，猶如對原葉輪“切割”了一刀（切割量（5%D2）。當n不變時，有近似關系：（3-12）（3-13）（3-14）稱為切割定律。當葉輪的孔徑與其它規格都變化時，則相似工況下有：（3-15）（3-16）（3-17）Q——離心泵輸送清水時的流量；D——離心泵輸送清水時的長度；N——離心泵輸送清水時的效率；3.3葉輪處的優化設計3.3.1葉輪輪轂處的強度校核葉輪葉輪由泵軸推動回轉,并相互作用于葉子內部的流線。流線在葉輪中心的離心力作用下,被甩到外。當流線達到葉輪的外圓方位時,由于流量特別大泵殼體接收由葉子所發出的液體,液態在泵殼體內沿著蝸殼管道中逐步增大的方位流過,將流線的動能轉變為靜壓能,從而降低了能源損失。所以,泵殼體并不僅僅是一種液態收集器,它更是一種能量轉換裝置，因而，在動力源中葉輪作為最主要的零件其強度尤為重要，輪轂作為葉輪的連接件傳遞動力，所以因進行強度校核。由于葉輪的輪轂處是依靠鍵進行傳動。故對葉輪的強度校核中，校核工作落實在輪轂處鍵的強度校核（本次所選鍵材料均為45鋼），同樣采用材料力學的相關知識進行校核。輪轂處的鍵選擇GB/T1095-2003，此處軸徑d=174mm，則（3-18）上式中：T——傳遞的轉矩(N·m)；k——鍵工作面與輪轂鍵槽的接觸長度，可以通過標準件的尺寸表查得；l——鍵的工作長度(mm),圓頭平鍵；d——軸的直徑(mm)；——單位為MPa；——單位為MPa；計算結果如下σ查表知故鍵符合強度要求，葉輪輪轂處的強度是安全的。3.3.2葉輪處動力設計思路概述葉輪通常有兩種分類方式：（1）比轉速：葉輪產生的流量與揚程（或壓差）之間的關系稱為比轉速。（2）物理設計：葉輪是開式還是閉式，是單吸還是雙吸，以及葉輪葉片的設計方式等細節都可以用來描述和分類葉輪。本文主要設計單級單吸的離心泵所以我們直接采用比轉速的葉輪設計方案。比轉速流(ns),即是在最大直徑葉輪上和在給定速度下,在最高效率點的比流量相同時,涉及泵性能的指數。比轉速用公式定義為：ns=nxq0.5/H0.75（3-19）上式中，Ns——比轉速；n——泵轉速，（r/min）；q——泵的總流量，（m3/s）；H——揚程（首級揚程），m（US制，ft）；離心泵的總效率（當介質為水時）為（輸出）功率與軸（輸入）功率之比，如下式所示：Ef=Pw/Ps（3-20）上式中：Ef——效率Pw——水的輸出功率Ps——軸輸入功率Ps是提供給泵軸的制動馬力（BHP）功率，而Pw是：Pw=(QxH)/3960（3-21）上式中：Q——流量（GPM）；H——揚程（ft）；提高葉輪的比轉速從而提高水力效率。影響葉輪水力效率的因素較多，最明顯的因素有：（1）葉片數。對于離心泵，一般而言,提高葉子數有助于提高液體流速,并相應提高水泵的揚程。但是,由于葉子數的提高會減小流道的溢流范圍,進而造成流速的加快以及葉子表面上磨擦損失的擴大。所以,葉片數量太多不但會降低葉輪的質量,而且還會削弱葉輪的汽蝕特性,進而使得泵的特性曲線上產生了駝峰。通常，離心泵葉輪葉片數較多地選用5～7片。（2）扭曲葉片。試驗表明，在設計工況和高流量區，扭曲葉片比圓葉片離心泵具有更高的效率。同時，扭葉片離心泵的最低點揚程高于弧形葉片（可以改善揚程特性曲線，減小凸臺峰值）。這樣,就可適當地使葉輪從葉片擴展至泵的進口邊緣,這就等于加了一個較小的電感器。優化的葉片前緣型線(如拋物線前緣型線、減小吸入側葉片厚度等)能夠更有效地控制葉片前緣電壓峰值,從而降低了部分負載運行的靈敏度。3.3.3葉輪處動力設計在普通葉輪的葉片上優化前緣輪廓，讓設計后的新葉輪相當于增加一只小的誘導輪（見圖3.2），因而葉輪的軸向推力和徑向力需要計算。圖3.2新設計葉片軸向推力是指作用于泵轉子上的所有軸向力（F）的合力，見圖3.3。圖3.3單級離心泵的軸向推力總圖對于單級離心泵，作用在轉子上的軸向推力包括：（1）葉輪軸向力（F1）：是吐出側葉輪蓋板（Fd）和吸入側葉輪蓋板（Fs）上的軸向壓力之差，即F1=Fd?（2）動量（FJ）：是一種持續作用于特定空間中流體的力（可參見流體力學中的動量守恒原理），其計算如下：FJ

=ρ·Q·ΔVax（3-22）式中，ρ——為泵送介質的密度；Q——為泵送流量；ΔVax——為葉輪進口和出口處絕對轉速軸流式分量間的差額；（3）在軸密封處軸的橫截面Ass上由軸封上游和下游的靜壓產生的合成壓力，即FWd=AWd·ΔpWd（3-23）（4）特殊的軸向力，例如，在泵啟動過程中，葉輪和殼體之間的間隙（側隙）中的渦流條件發生變化時產生的軸向力。（5）其它的軸向力，例如非臥式離心泵上的轉子重量（FW）或電動機中的磁拉力（Fmech）等。對于水力平衡的單級單吸葉輪的軸向推力構成見如圖3.4：圖3.4單級離心泵的軸向推力構成圖F1+FI=α*ρ*g*H*D2上式中，α——為軸向推力系數（基于經驗）；ρ——為泵送介質密度；g——為引力常數（重力加速度）；H——為揚程；D2m——為平均葉輪直徑；D2軸向推力系數基本上取決于比轉速（ns）。對于徑向和混流葉輪，以下計算公式適用于6rpm<ns

<130rpm的范圍：α=0.5×(Dsp/D2m)3

+0.09≈0.1～0.3（3-26）式中，Dsp——為吸入側葉輪蓋板處受控間隙的直徑；當Dsp為0.8·Qopt至1.0·Qopt的流量時，以及間隙寬度S=0.1mm。如果間隙寬度增加一倍，α則增加約8%。壓力不均與流體的徑向力采用物理及力學的相關知識進行可以得出：（3-27）式中:Q——實際工況的流量（m3/s）；——設計工況的流量（m3/s）；H——泵的揚程（m）；——加蓋板后的葉輪的最大輸出寬度厚度（m）；——葉輪外徑（m）；——液體密度（kg/m3）；在葉輪與殼體之間的吐出側和吸入側間隙中，處理的流體的旋轉對徑向壓力（F）產生很大影響。所處理的旋轉流體的平均角速度約為葉輪轉速的一半。經過優化設計可以得出：（1）葉輪出口葉片高度。當葉輪出口葉片高度增加時，揚程會有所提高，流量-揚程曲線會由陡峭變得相對平緩；而泵的最高效率值隨著葉片高度的增加而增加，同時高效區會向大流量方向偏移。（2）葉輪葉片寬度。揚程隨葉輪葉片寬度的增加而減小；最高效率值隨著葉輪葉片寬度的增加而增加，高效區隨葉片寬度的增加而向小流量方向偏移，且效率曲線在最佳效率點的右側迅速下降。（3）葉輪出口葉片角。揚程隨出口葉片角的增大而增大；最高效率值隨出口葉片角的增大而降低。當出口葉片角較小時，在最高效率點右側泵的效率迅速下降。小誘導輪是帶有少量葉片的軸向葉輪,布置在實際離心式水泵葉輪的正上游方（對于懸臂泵，通常安裝在轉子部件的螺紋區域，代替葉輪螺母。通過卸下葉輪螺母并將其更換為誘導輪，可以將小誘導輪安裝到標準型號的泵中），并以與泵葉輪相同的轉速旋轉。在多級泵上，它安裝在第一級葉輪的上游（葉輪入口處）。當軸開始旋轉時，小誘導輪將隨其一起旋轉、并泵送流體，從而增加葉輪入口的壓力。（4）小誘導輪的任務是增加泵吸入口的汽蝕余量，也可以說是用于降低泵的汽蝕余量，通過增加葉輪徑向力上游的靜壓（從而增加汽蝕余量）來確保泵運行時不會發生汽蝕現象。3.3.4葉輪處動力設計使用優缺點優點:后蓋上有一個平衡孔,以減少軸向推力。應在渦輪周圍設置導輪,以最大限度地增加液體動能轉化效果。而導輪則是設在葉片輪外側的固定式葉片環。葉子的彎曲方向與葉輪葉片彎曲方向恰恰相反。當導向輪布置在彎角附近時,它就與葉輪的出液方位相匹配了,并使流經泵殼的液態方位平滑地變化。這樣,動能損失就很小了,由動態能至靜止能量的變化效率很高。缺點：當液體的高壓流離開葉輪外緣后,部分高壓流入葉輪的后蓋后部,而液體入口前部葉輪氣壓較低,造成泵的軸向推動力不夠,只把葉輪引向進口側,很容易導致葉輪和泵殼體的損壞。它還可以引起劇烈震蕩。通過平衡孔可以將部分高壓液逸出到低壓區,從而減小了汽輪機前后的液體壓力,如果汽輪機卡住，可能造成嚴重事故。3.4本章小結本章通過第二章的分析和模擬鋪墊，設計出了一種新KS型單級單吸離心泵動力源的葉輪優化，通過優化前緣輪廓，讓設計后的新葉輪相當于增加一只小的誘導輪，通過計算葉輪的軸向推力和徑向力進一步增強離心泵的動力。

4總結與展望4.1總結在本次的產品設計過程中,出新KS型單級單吸離心泵是在原來的KS型單級單吸離心泵的設計基礎上做出的又一次完善,本文將以型號KS125-100-200為數據基礎,來闡述離心機泵的特性、基本原理和主要部分構造,并展示了新型KS型單級單吸離心泵的主要構造組成和安裝模型,對離心機泵的基本原理剖析后的文章對離心機泵的主要動力源進行了優化設計猜想,并對離心機泵的主要動力源進行了詳細的優化設計并經過了計算校核驗證,在分析時要充分考慮離心式泵的安