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1、 前 言火是人类赖以生存的重要条件，它可以造福人类，也会给人类带来巨大灾害。因此在使用火的同时一定要注意对火的控制，就是对火的科学管理。“以防为主，防治结合”的消防方针是相关工程技术人员必须遵循的。因此消防泵作为消防系统的重要组成部分，其技术已经成熟。消防泵主要应用于消防、高层给水。这种泵用来输送不含固体颗粒的清水及物理化学性质类似于水的的液体之用。主要用于消防系统增压送水，也可以给厂矿给排水。主要用途：立式消防泵主要用于消防系统管道增压送水。也可适用于工业和城市给排水、高层建筑增压送水、远距离送水，采暖、锅炉冷暖水循环增压、空调制冷系统送水及设备配套等场合。立式多级消防泵，包括进水段、中段、
2、出水段、叶轮、主轴和导叶，其中叶轮通过主轴设置在导叶内；所述导叶设置在中段内，所述出水段的流道为蜗壳形，也可是环形。新式立式多级消防泵在出水段没有设置末级导叶，水由叶轮排出后直接进入出水段的蜗壳形流道，然后由排出口排出。双动力消防泵的特点：与单纯电动水泵的最大不同之处就是它有自己独立的供电系统蓄电池，因此，柴油机消防泵的启动和运行可完全与市电脱离关系。 双动力的柴油机动力通常作为备用设施，因此，只有消防信号来时，且电动水泵故障时或电源断电的情况下才自动启动。当其有超低压启泵的装置时，与其配套的电动水泵控制柜，也应有超低压启泵的装置，且二者的启泵下限应有一定的压差。本次设计仅为初步设计。在尽可能
3、满足设计条件的情况下做出最优秀的方案。 本人对本次设计的全部过程和相关数据，做了系统的总结和归纳，是本次设计全部数据以及所涉及到得知识点的汇总。在设计当中涉及到泵的知识，主要参考了关醒凡老师编写的现代泵理论与设计，和丁成伟老师编写的离心泵和轴流泵，公式和相关的理论均引用了这两本书，以及网络上提供了很多有用的资料。 本次设计是第一次消防泵泵的设计，难免会存在缺陷和不足之处，甚至会存在一些错误。希望老师予以指正，以避免在今后的工作中出现类似的错误。 无心彩虹（QQ975758026） 需要图纸的可以联系我 本设计为初步设计 仅供参考 2012年6月10日 摘 要 本次设计的泵型号为SXB502-2
4、80型双动力消防泵机组设计，采用的设计理论是离心泵的设计理论。由于本次设计的泵是用于消防事业的消防泵。所以本次延用了前人的设计理念和方法，尽量的减小整体尺寸，式结构更加的紧凑。本次设计主要有叶轮水力设计，叶轮结构设计，吸入室水力设计，吸入室结构设计，径向导叶水力设计，径向导叶机构设计，中段结构设计，平衡盘的结构设计等。主要设计理念是：创新。本说明从水力设计，结构设计，计算方面入手，对本次设计做了具体的说明和论证。关键词：双动力消防泵机组，离心泵，水力设计 ，结构设计， 导叶 ,平衡盘 AbstractThe design of the pump type SXB50 x 2-280 type
5、pairs of power fire pump unit design ，The design theory is concentric bowl pump design theory.Because of this pump is used for fire protection design of the cause of the fire pump，So this design continue on previous design concept and methods，try to reduce the overall size，type of structure is more
6、compact. The design of concentric bowl design,the main impeller blade hydraulic structure design , the design of hydraulic structure design,the design of hydraulic volute chamber, volute chamber structure design, the design of hydraulic radial diffuser ,radial diffuser structure design，middle struct
7、ure design，balance the structure design of the dish,etc.Main design concept, innovation. These instructions from hydraulic design, structural design, calculation, this design concretely explain and reasoning.Keywords:Pairs of power fire pump unit , Concentric bowl pump design，Hydraulic design,Struct
8、ure design， Radial diffuser, Balance set 目 录第一章 毕业设计简述6一、毕业设计任务6二、任务的简要阐述7第二章 叶轮的水力设计7一、泵的主要参数和结构方案的确定7二、泵轴径和叶轮轮毂直径的初步计算8三、叶轮基本尺寸的计算9四、叶轮轴面投影的绘制11五、木模图的绘制15六、叶片绘型质量检查25第三章 径向导叶的设计27一、径向导叶的简要介绍27二 、径向导叶的设计727三 、径向导叶的绘制28第四章 吸入室和压出室的设计28一、吸入室28二、压出室29第五章 结构设计29一、叶轮的设计29二、吸入室、压水室的设计31三、中段设计32四、密封的选用32第
9、六章 轴向力和径向力 32一、轴向力32二、径向力36第七章 泵体零件的选择及强度校核 36一、叶轮强度校核36二、轴的强度校核36 三、穿杠的强度校核39附：43致 谢44参考文献44外文翻译45 第一章 毕业设计简述一、毕业设计任务题目：SXB502-280型双动力消防泵机组 姓名：李敏智 学号：08110323 班级：热动专业（流体机械方向）08-（3）班 题目类型：工程设计 指导教师：韩 伟 1、设计参数 设计扬程100米，设计流量280 m3/h2，最大采用两级布置，设计转速1480 r/min，效率73.3%，输送介质为不高于80度的清水，密封方式建议用机械密封，也可以采用填料密封
10、；采用平衡盘平衡轴向力，轴承采用稀油润滑。对柴油机，电动机，超越离合器，控制阀进行选型设计。2、设计任务1）熟悉设计题目，收集相关资料、方案论证。（1周）2）过流部件（叶轮、蜗壳、吸水室）的水力设计与计算，叶轮水力图1A0,泵吸水室水力图1A0,蜗壳水力图1A1或1A0。（3.5周）3）泵总装图设计，总装图1A0。（2周）4）主要零部件结构设计，包括吸水室、叶轮、泵体、等临界转速计算等。（2.5周）5）设计说明书，包括封面、中英文摘要和关键词、目录、前言、正文、参考文献。外文文献及翻译、致谢和封底。（1.5周）6）以上设计任务必须在16周前完成，由指导教师审核、签字方能进行答辩。3、 设计要求
11、1）方案论证充分、选取合理；2）水力设计思路清晰、计算准确；3）结构设计紧凑、合理，装拆方便、工艺易实现；4）图面准确、清洁，符合标准；5）设计说明书文字简练，层次分明，论证充分；6）计算认真，外文翻译准确；7）整个设计过程中，要体现出创新意识和创新点。二、任务的简要阐述消防泵主要应用于消防、高层给水。这种泵用来输送不含固体颗粒的清水及物理化学性质类似于水的的液体之用。主要用于消防系统增压送水，也可以给厂矿给排水。主要用途：立式消防泵主要用于消防系统管道增压送水。也可适用于工业和城市给排水、高层建筑增压送水、远距离送水，采暖、锅炉冷暖水循环增压、空调制冷系统送水及设备配套等场合。立式多级消防泵
12、，包括进水段、中段、出水段、叶轮、主轴和导叶，其中叶轮通过主轴设置在导叶内；所述导叶设置在中段内，所述出水段的流道为蜗壳形，也可是环形。 采用节段式多级离心泵（卧式）可以满足以上的要求，根据离心泵的设计步骤，运用流体力学知识计算水力设计部分，再参考节段式立式多级离心泵的参考资料进行结构设计。 本次毕业设计可以让我们对大学四年所学的知识进行一次综合的归纳和总结，让我们把各科知识结合起来，用于具体的工程中去，是把我们学的理论知识用于实践的第一次尝试，也是我们从学校走向社会的过渡。 第二章 叶轮的水力设计一、泵的主要参数和结构方案确定 （一）、确定泵的总体结构形式和进出口直径 （1）、进口直径Ds
13、由Q=280 m3/h ，查现代泵技术手册（P242表8-1得吸入口直径、流量和流速的关系） Vs=2.48m/s，吸入口直径为200mm,圆整Ds =200 mm。 （2）、泵的出口直径 对于高扬程泵，为减少泵的体积和排出管的直径，可是排出口直径小于或等于泵的进口直径，一般取Dd=(0.71.0)Ds： 取 Dd = (0.71.0)Ds = (0.7-1.0)*199.8=(139.86199.86）mm。按法兰标准圆整 取Dd=150 mm。 （二）、泵的比转速 泵的进口速度： 泵的出口速度： 汽蚀比转速： 由计算结果确定，此泵首级叶轮按高抗汽蚀来设计。比转速 （三）、效率的确定 水力效
14、率： 容积效率： 圆盘损失效率： 机械效率：m=m-轴承、密封损失 =m-0.02 =0.88935 总效率：=hvm =0.88089*0.9647*0.88935 =0.7557650.733符合要求。 （四）、轴功率和原动力的功率 （1）泵的轴功率P： (2)原动机功率：Pg=k*P/t 由现代泵理论与设计手册（ P247 表8-10）得直联t =1.0 表8-9，取K=1.1, Pg=k*P/t =1.1*100.975/1=111.0527kw 查电动机手册可取Pg=110 kw 二、泵轴径和叶轮轮毂直径的初步计算 （一）、轴径和轮毂直径 由Pc= Pg=110 kw 电动机主轴静矩
15、： 选材料为45钢，取=（441588）*105N/m2 ，调质后HB = 241286。则最小直径：d=(Mn/0.2)1/3=709.7673/0.2*（441588）*1051/3=（0.0392260.043173）m取标准直径d=56mm,则，各段的轴径 图 2-1 各段轴径 安装叶轮部直径：di=70mm, 轮毂直径： dh=(1.21.4) di =(1.21.4)70 =8498 mm 取dh=90 mm 。三、叶轮的基本尺寸计算（一）、 叶轮主要尺寸的计算： （1）、叶轮进口当量直径D0及叶轮进口直径Dj对于首级叶轮当量直径：D0=K0*Q/n1/3 主要考虑汽蚀，取k0=（
16、4.55.5），则 D0=（4.55.5）*280/3600*14801/3=（168.556206.013）mm，首级叶轮进口直径：Dj=(D02+dh2)1/2=（184.8976219.5845）mm 取Dj=200 mm。 对于次级叶轮，由于首级叶轮提供了一定的压力，使之不易发生汽蚀，汽蚀性能好，为提高效率，取k0=（3.54.0）。所以D0=K0*Q/n1/3 =（3.5 4.0）*280/3600*14801/3 =（131.10149.83）mm，次级叶轮进口直径：Dj=(D02+dh2)1/2=（131.10149.83）mm 取Dj=160 mm。（2） 、叶轮的出口直径D2
17、： kD=9.35 kD2*(ns/100)-1/2 查现代泵理论与设计手册P255表8-14 kD2=1.032 所以 kD=10.781 取 D2 = 400 mm。（3）、叶轮出口宽度： 修正系数：Kb=0.64Kb2(ns/100)5/6查现代泵理论与设计手册P255 表8-15 Kb2=1.31Kb=0.69695b2=Kb2*（Q/n）1/3=0.69695*280/3600*14801/3=19.93mm 取 b2=24mm.（4）、叶轮出口安放角2：2=28（5）、确定叶片数： 由ns=80.1 取叶片数 Z=6。（6）、精算叶轮外径：（Stodalar 法 ） 叶片出口真实厚
18、度2= 24mm，取2= 4mm。 叶片出口轴面截线与流线的夹角2=7090 。取环形吸入室Vu1=0。 第一次精算： 排挤系数： 滑移系数： 第二次精算： 排挤系数： 滑移系数： 第一次和第二次精算相差不大，故精算后确定的叶轮出口直径为:D2 = 400 mm。4、 叶轮轴面投影图的绘制 (一）、首级叶轮： 1、 以下是轴面投影图：图 2-2 首级叶轮流道轴面投影图 如上图绘制的流道轴面投影图，下面对其面积进行计算： 由公式：F=2Rcb 其中：F: 过流断面面积 Rc: 过流断面等效半径 b: 过流断面轴面投影长度 （b=2(r+t)/3；r为上图中圆的半径，t为弦长） 2、流道面积变化图
19、： 表2-1 首级叶轮叶轮过流断面面积曲线检查数据L(mm)点数弦长s(mm)内半径(mm)圆弧长t(mm)半径R(mm)面积（mm2）0153.88582753.92375.8125685.4611.4251.69262651.79581.6326565.519.5349.452549.63387.2527209.3932.6445.32345.53398.1128068.7243.8541.72141.812108.728559.1657.9637.3318.637.287124.12906772.70733.85191733.901138.229435.5783.02831.852316
20、31.90214829667.694.54929.91529.933158.929877.86107.81027.851427.9171.230016.771241125.751325.833185.330081.95140.71224122420030159.29 图 2-3 首级叶轮流道面积变化曲线3、进行流道划分： 由于流道相对比较狭长，故只将其分了两个流道。作两个彼此相切的圆，且分别与前后盖板流线线切，光滑连接三个切点，可得到一个过流断面。分别计算两个流道的过流面积，看是否相等。用同样的方法作出几个过流断面。光滑连接两圆的切点就可得到一条中间流线。 表2-2 首级叶轮流道划分数据点数弦
21、长s/mm内半径/mm圆弧长t/mm半径R/mm面积/m误差11261220015079.6411261220015079.640212.86.412.8187.615091.71212.96.4412.8187.15178.74-0.0057313.76.8813.7173.414993.31313.76.8913.8174.215085.23-0.0061414.87.414.8160.214898.114157.515159.815064.570.01111516.38.1516.3144.714826.75516.48.216.4144.114853.830.00182618.19.0
22、718.1127.714559.42618.39.1418.3126.814567.260.0005472110.521108.714345.2772311.52398.5314238.89-0.0074822.411.222.488.812498.01832.616.332.661.312556.190.00464 图 2-4 首级叶轮流道划分图 (二）、次级级叶轮： 1、 以下是轴面投影图：图 2-5 次级叶轮流道轴面投影图 如上图绘制的流道轴面投影图，下面对其面积进行计算： 由公式：F=2Rcb 其中：F: 过流断面面积 Rc: 过流断面等效半径 b: 过流断面轴面投影长度 （b=2(r
23、+t)/3；r为上图中圆的半径，t为弦长） 2、流道面积变化图： 表2-3 次级叶轮叶轮过流断面面积曲线检查数据A/mm2r/mmt/mms/mmr1/mmL17063.159.1645.9345.89123019521.473.6842.1941.78421.52420498.680.440.640.29820.631.221943.391.6338.1338.21943.223636.911433.0233.32416.258.825132.8129.630.8830.84715.4874.426340.6145.128.9128.8914.4790.0527460.2158.627.57
24、27.56513.79103.6728559.7172.626.3426.33613.18117.6729997.3197.824.1424.13412.08142.9730144200242412145.27 图 2-6 次级叶轮流道面积变化曲线3、进行流道划分： 由于流道相对比较狭长，故只将其分了两个流道。作两个彼此相切的圆，且分别与前后盖板流线线切，光滑连接三个切点，可得到一个过流断面。分别计算两个流道的过流面积，看是否相等。用同样的方法作出几个过流断面。光滑连接两圆的切点就可得到一条中间流线。 表2-4 次级叶轮流道划分数据点数弦长s/mm内半径/mm圆弧长t/mm半径R/mm面积/m
25、误差11261220015080112612200150800212.66.312.6185.614691212.666.3312.66185.114723-0.002313.146.5713.14173.414317313.186.5913.18172.8143070.0007413.76.8513.7159.513730413.846.9213.84158.8138080.0057514.47.214.4145.913204514.57.2514.5145.2132290.0018615.367.6815.36131.112648615.527.7615.52129.8126600.001
26、716.68.316.6115.812075716.748.3716.74114.412033-0.004818.79.3518.794.2411073819.19.5519.191.7611012-0.006919.29.619.285.4510308921.110.621.177.5610283-0.0031019.39.6519.381.129837.11022.4811.222.4869.489813.8-0.0021119.29.619.273.838906.61125.6412.825.6454.788825.1-0.00912199.51970.58416.31228.514.3
27、28.546.758371.6-0.005 图 2-7 首级叶轮流道划分图五、木模图的绘制（一）、首级叶轮1、沿轴面流线分点： 分点的实质就是在流面上画特征线，组成扇形格网。因为流面可以用轴面图和平面图表示；因此分点在轴面图上沿一条流线（相当于一个流面）进行。流面是轴对称的，一个轴面上的全部轴面流线均相同，所以只要分相应的一条轴面流线，就等于在整个流面上给出了方格网。 下面用作图分点法分轴面流线： 在轴面投影图旁，画两条夹角等于的射线,这两条射线表示夹角是的两个轴面。与逐点计算分点法相同，一般=3-5。从出口开始，先试取s，看s中点半径对应两条射线间的弧长u，是否与试取的s相等，相等则分点正确
28、，如果u相等，主次逼近，直到s=su为止。第一点确立后，用同样的方法确立一系列的点当流线平行于轴线时，u不变，用对应s截取流线即可，方格格流线用相同的分点。 表2-5 流线分点数据a流线a1a1s/mmu/mmR/mm误差2116.916.74191.78-0.0113215.515.33175.72-0.0077314.214.05161.05-0.00841312.88147.64-0.01511.911.81135.38-0.011361110.84124.2-0.0105710.19.989114.47-0.01489.269.343107.060.0084598.948.937102
29、.41-0.0007108.768.764100.430.00048 b流线s/mmu/mm误差2R/mm116.816.740.0027191.8215.315.34-0.0023175.7731414.06-0.0018161.11412.812.89-0.0039147.7511.811.82-0.0058135.44610.810.840.0011124.1879.969.9370.00254113.8789.039.142-0.0124104.7698.548.4650.0091797107.817.911-0.012290.65117.357.482-0.018285.74126.
30、987.177-0.027482.24136.986.9760.0012679.94145.585.5640.0035763.76c流线s/mmu/mmR/mm误差2116.716.74-0.0023191.83215.315.34-0.0027175.8231414.06-0.0043161.15412.812.89-0.0071147.74511.811.82-0.0016135.43610.810.83-0.0028124.1279.89.932-0.0133113.8189.149.1060.00326104.3598.518.3460.0199195.64107.887.660.02
31、84187.78117.177.0580.0152180.88126.686.5340.0218274.87135.876.088-0.036869.76145.935.7290.0350365.65155.45.3790.0042361.64164.965.091-0.026358.34174.824.85-0.005655.58 图 2-8 首级叶轮流道划分图2、 平面方格网绘制画出方格网并把特征线顺序编号。而后在其上会流线，通常先画中间流线。流线在方格网上的分点应与流线分点序号对应。进出口角度应与预先设定的值相符，包角大小可灵活掌握，型线的形状极为重要，不理想时，应坚决修改，必要时，可改
32、变叶片进口边的位置，包角的大小等，以避免s曲线的出现。（选取10，13，16.5三点为叶轮的进口边所在点，包角为120） 。 参考同比转速的泵取包角为120，叶轮出口角选择为28。(1)、首级叶轮出口速度：2=0.9382；出口轴面速度：Vm2=Q/v D2b22=2.84922 m/s;出口圆周分速度U2 ： U2=D2*n/60=30.997 m/s Ht=H/h=56.76 m (2) 、叶轮进口圆周速度 进口边定在10，13，16.5 表2-6 首级叶轮叶片进口边半径R1a /mmR1b /mmR1c/mmn/(n/s)10078.9654.21480 （3）、首级叶轮进口轴面速度 表
33、2-7 首级级叶片进口轴面液流过水断面面积弦长s/mm内半径/mm圆弧长t/mm半径R/mm面积/mm254.6327.354.62273.8825354.6985254.107527.154.13875.2325590.3256153.323526.853.41677.325943.46712 Su=S/sin，取S=3mm。取，进口排挤系数：1a=12.8 1b=16.1 1c=23.9a=6.2，b=11.9，a=13.1，满足=315。（4）、叶片加厚的数据 参考现代泵理论与设计P634： 式中： H单级扬程，m; Z叶片数； D2叶轮外径，m； A系数，与比转速和材料有关，见表21-
34、9。查的A=3.4；计算得叶片厚度： 叶片进口厚度为3mm，出口厚度为5mm，最大厚度为5mm。包角=20X6=120度=2.09弧度。=676065。在切于流线方向厚度Su=S/cos，为叶片在垂直于轴面截线平面内叶片安放角。 表 2-8 首级叶轮叶片加厚数据 叶片加厚轴面0A流线S33.834.67 5555a1920.221.522.3242628cosa 0.950.9380.9300.9240.910.8980.883.174.0855.0165.4125.4735.5635.663b流线S33.84.65555a2828.529.528.7282828cosa 0.8830.879
35、0.8700.8770.8830.8830.8833.3984.3245.2855.7005.6635.6635.663C流线S33.84.65555a37373736333128cosa 0.7990.7990.7990.8090.8390.8570.8833.7564.7585.7596.1805.9625.835.66 图 2-9 首级叶轮叶片加厚及方格网绘制3、木模图的绘制 表 2-9 首级叶轮绘制木模图数据工作面坐标020406080100120 a流线100101.9109.3124.1141.8166.8200b流线998495.6113.8137.2166.3200c流线55.
36、565.481104134.4165.7200 1 - 1 2 - 282 3 - 36990.5 4 - 46080.3102122.8 5 - 571.6694.2116.8139.3166.7200 6 - 687111.4136.8166.3200 7 - 7106.5135166200背面坐标 020406080100120 a流线100100.6105118.6136.4161194.3b流线78.48291.6108131.5160.4194.3c流线52.46275.797.6128.4160194.3 1 - 193.4 2 - 275.895.8 3 - 363.684103.6 4 - 455.274.395