第一章緒論1.1研究背景及意義水資源高效利用與流體輸送技術(shù)創(chuàng)新研究——斜流泵優(yōu)化設(shè)計(jì)及其工程應(yīng)用價(jià)值探析泵作為液體輸送系統(tǒng)的核心單元，水泵在農(nóng)田灌溉、日常供水、工業(yè)循環(huán)等領(lǐng)域的耗能占比高達(dá)20%，隨著全球水資源愈發(fā)匱乏與能源轉(zhuǎn)型更加困難，流體輸送的效率的提升已成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵方案之一。其性能優(yōu)化提升對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳人類(lèi)命運(yùn)共同體目標(biāo)具有顯著意義。然而，當(dāng)前主流泵型面臨顯著的技術(shù)瓶頸：離心泵在低揚(yáng)程運(yùn)輸中效率衰減達(dá)30%以上，難以滿足目前工程的工況需求。軸流泵在小流量運(yùn)輸中存在顯著的振動(dòng)問(wèn)題，揚(yáng)程調(diào)節(jié)的范圍局限在20米以內(nèi)；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，水泵系統(tǒng)能耗約占全球電力消耗的20%左右。其中傳統(tǒng)離心泵在低揚(yáng)程運(yùn)輸下的效率衰減可達(dá)30%，軸流泵在小流量運(yùn)輸中的失穩(wěn)現(xiàn)象使其維護(hù)成本增加15%以上。表1-1各類(lèi)型泵對(duì)比表格泵型揚(yáng)程范圍(m)效率衰減(%)典型問(wèn)題軸流泵<2015%(小流量)空化振動(dòng)、失穩(wěn)離心泵>3030%(低揚(yáng)程)效率驟降、能耗高斜流泵5~30≤5%高效區(qū)寬、抗氣蝕斜流泵是一種兼具離心泵和軸流泵特性的流體機(jī)械，目前可廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、城市日常供水等領(lǐng)域。斜流泵作為流體機(jī)械的代表，通過(guò)其混流式葉輪導(dǎo)葉設(shè)計(jì)，在2-25米揚(yáng)程范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)78%-85%的持續(xù)運(yùn)行效率，其綜合性能引發(fā)各企業(yè)的共同關(guān)注。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)斜流泵的效率、穩(wěn)定性和適應(yīng)性提出了更高要求。技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)四大驅(qū)動(dòng)態(tài)勢(shì)：

(1)能效突破需求：在能源成本占比超過(guò)40%的供水系統(tǒng)中，斜流泵較傳統(tǒng)泵型可降低15%-20%的單位能耗；

(2)材料工藝革新：碳纖維復(fù)合材料葉輪使重量減輕40%，316L雙向不銹鋼鑄造工藝將使用壽命延長(zhǎng)至10萬(wàn)小時(shí)；

(3)智能運(yùn)維轉(zhuǎn)型：基于數(shù)字孿生的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)可將故障停機(jī)率降低至0.5%以下；斜流泵的智能化研究推動(dòng)了其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，提升了自動(dòng)化水平，符合工業(yè)4.0趨勢(shì)。

(4)系統(tǒng)適配要求：南水北調(diào)等重大工程對(duì)泵組提出±30%流量調(diào)節(jié)的柔性運(yùn)行需求。滿足多樣化需求：斜流泵的廣泛應(yīng)用滿足了農(nóng)業(yè)、工業(yè)、市政等領(lǐng)域的多樣化需求，提升了生產(chǎn)效率和供水安全。工程實(shí)踐表明，優(yōu)化后的斜流泵在太湖流域調(diào)水工程中實(shí)現(xiàn)年節(jié)電1.2億度。其技術(shù)樣式對(duì)新一代流體機(jī)械研發(fā)改進(jìn)提供了重要借鑒意義，尤其是在可再生能源儲(chǔ)能等新興科技領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文以斜流泵為設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)豐富斜流泵產(chǎn)品市場(chǎng)，提高斜流泵的性能和效率,具有重要意義。1.2斜流泵的結(jié)構(gòu)型式和選擇依據(jù)斜流泵(又稱(chēng)混流泵)是一種介于離心泵與軸流泵之間的泵型，其流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向既包含軸向分量也包含徑向分量。這種泵結(jié)合了離心泵的揚(yáng)程優(yōu)勢(shì)和軸流泵的大流量的特性，適用于中等揚(yáng)程以及大流量的場(chǎng)景。以下從結(jié)構(gòu)形式和選擇依據(jù)兩方面展開(kāi)分析。1.2.1斜流泵的結(jié)構(gòu)形式斜流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需兼顧流量、揚(yáng)程、效率及安裝條件，主要可分為以下形式：一、按安裝方式分類(lèi)(1)立式斜流泵：

立式結(jié)構(gòu)占地面積較小，葉輪沒(méi)于水中，啟動(dòng)無(wú)需先灌水，適用于水位變化頻繁的場(chǎng)合(如湖區(qū)、河流密集地區(qū))。電動(dòng)機(jī)可布置于高位，避免被免浸水，但需要配置較長(zhǎng)的傳動(dòng)軸，對(duì)機(jī)械密封和軸承要求較高。(2)臥式斜流泵：

臥式斜流泵結(jié)構(gòu)便于維護(hù)檢修，但其缺點(diǎn)是需更大安裝空間，尤其適用于廠房高度不足。其流口設(shè)計(jì)需優(yōu)化以減少水力損失，適用于固定式泵站或者對(duì)廠房高度有限制的場(chǎng)景。(3)斜式斜流泵：

泵體傾斜安裝，兼具立式與臥式的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)穩(wěn)定性要求高。適用于斜坡地形的特殊場(chǎng)合，但其缺點(diǎn)是尺寸過(guò)大時(shí)安全性下降，多用于中小型泵。二、按葉片調(diào)節(jié)方式分類(lèi)(1)固定葉片式斜流泵：

葉片與輪轂鑄成一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于小型泵(如農(nóng)村灌溉、移動(dòng)式排水)。其水力性能固定，效率區(qū)間較窄，但維護(hù)便捷。(2)半調(diào)式葉片斜流泵：

葉片角度可停機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同工況需求，常見(jiàn)于中型泵。需定期維護(hù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，適用于季節(jié)性流量變化較大的場(chǎng)景。(3)液壓/機(jī)械可調(diào)式斜流泵：

通過(guò)液壓或機(jī)械傳動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)葉片角度，效率高、工況適應(yīng)性強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，多用于大型泵站(如城市防洪樞紐、電站循環(huán)水系統(tǒng))。三、流道與導(dǎo)葉設(shè)計(jì)斜流泵通常采用蝸殼式或?qū)~式結(jié)構(gòu)：(1)導(dǎo)葉式：導(dǎo)葉(靜翼)固定于泵殼內(nèi)，引導(dǎo)流體均勻進(jìn)入下一級(jí)或出口，減少旋渦損失，適用于大流量低揚(yáng)程場(chǎng)景。1.2.2斜流泵的選擇依據(jù)斜流泵的選型需綜合考慮流量、揚(yáng)程、氣蝕性能、效率及安裝條件，具體步驟如下：一、確定基本參數(shù)流量(Q)與揚(yáng)程(H)：根據(jù)工況需求確定設(shè)計(jì)點(diǎn)，斜流泵適用于流量范圍50～1000m3/h、揚(yáng)程5～30m的場(chǎng)景。比轉(zhuǎn)速(n?)：

通過(guò)公式計(jì)算比轉(zhuǎn)速：n(1-1)當(dāng)比轉(zhuǎn)速

ns=300~500

時(shí)，宜選擇斜流泵；若ns

>500，則更傾向軸流泵；若

二、氣蝕性能優(yōu)化氣蝕比轉(zhuǎn)速(C)：根據(jù)圖1.1選取氣蝕比轉(zhuǎn)速C值。若泵轉(zhuǎn)速

n≤1480?r/min，按曲線1取值；n≥2900?r/min時(shí)按曲線2取值；對(duì)氣蝕要求嚴(yán)苛的場(chǎng)合(如冷凝泵)按曲線4取值。圖1.1氣蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C和流量Q和轉(zhuǎn)速n的關(guān)系必需氣蝕余量(NPSH?)：通過(guò)公式(1-1)反推允許轉(zhuǎn)速上限：n=(1-2)高轉(zhuǎn)速可減小泵體積，但需平衡氣蝕風(fēng)險(xiǎn)。三、結(jié)構(gòu)形式選擇安裝方式：優(yōu)先立式以節(jié)省空間，水位波動(dòng)大時(shí)加長(zhǎng)傳動(dòng)軸；廠房高度受限時(shí)選臥式；特殊地形考慮斜式。葉片調(diào)節(jié)需求：固定葉片適用于穩(wěn)定工況；半調(diào)式用于季節(jié)性調(diào)節(jié)；液壓可調(diào)式用于動(dòng)態(tài)工況(如潮汐電站)。材料與密封：過(guò)流部件采用不銹鋼或涂層抗腐蝕；機(jī)械密封需適應(yīng)高轉(zhuǎn)速及泥沙環(huán)境。四、效率與經(jīng)濟(jì)性斜流泵效率通常為75%～88%，需對(duì)比不同型號(hào)的效率曲線，選擇高效區(qū)覆蓋常用工況的泵型。大型泵站優(yōu)先可調(diào)葉片式以拓寬高效區(qū)；小型泵選固定葉片式降低成本。1.2.3結(jié)論斜流泵憑借其流量與揚(yáng)程的適應(yīng)性，在農(nóng)田灌溉、城市日常供排水等領(lǐng)域具有杰出地位。選型時(shí)需以比轉(zhuǎn)速為核心依據(jù)，結(jié)合氣蝕性能、安裝條件。選擇固定、半調(diào)或可調(diào)葉片結(jié)構(gòu)，選擇立式、臥式或斜式結(jié)構(gòu)。未來(lái)設(shè)計(jì)可進(jìn)一步優(yōu)化導(dǎo)葉與葉輪的設(shè)計(jì)匹配，提升高轉(zhuǎn)速下的抗氣蝕能力，滿足綠色節(jié)能需求。1.3立式固定葉片斜流泵標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介1.1和1.2中的內(nèi)容給出了設(shè)計(jì)的大致方向，即為設(shè)計(jì)一臺(tái)立式固定葉輪式單級(jí)斜流泵，主要的應(yīng)用方向是小塊農(nóng)田的灌溉和城市供水，創(chuàng)新點(diǎn)應(yīng)在于兼顧小型農(nóng)田灌溉的安裝便捷性(立式占地小)與成本可控性(固定葉片免維護(hù))，通過(guò)優(yōu)化葉輪-導(dǎo)葉匹配拓寬高效區(qū)。在JB/T10812-2018標(biāo)準(zhǔn)文件中，規(guī)定了小型潛水電泵的型式、型號(hào)和技術(shù)參數(shù)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存等。圖1.2單級(jí)式斜流泵命名方式立式斜流泵標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本設(shè)計(jì)方案有諸多規(guī)范作用，這里不做繼續(xù)展開(kāi)，將在下文和工程圖紙中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。1.4本課題研究目標(biāo)由于節(jié)省空間、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、安裝維護(hù)方便、適用于深水抽水和高效率的液體輸送，斜流泵在大量的工程案例中被普遍運(yùn)用。隨著各種工程的開(kāi)展，需求的設(shè)備也越來(lái)越多，因此行業(yè)對(duì)斜流泵的要求變得越來(lái)越規(guī)范。因此，本設(shè)計(jì)在進(jìn)行過(guò)程中需要不斷學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，合理的進(jìn)行創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)的斜流泵進(jìn)行創(chuàng)新，使設(shè)備能夠滿足不同環(huán)境需求下的要求。根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一款合適的立式斜流泵，用于液體的抽取。主要任務(wù)包括傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、葉輪葉片的設(shè)計(jì)、葉輪軸的設(shè)計(jì)、泵體的設(shè)計(jì)，使用SolidWorks進(jìn)行建模繪圖。第二章立式斜流泵的總體方案設(shè)計(jì)2.1立式斜流泵的設(shè)計(jì)要求(1)2.2.1基本要求①符合安全要求②滿足經(jīng)濟(jì)和性能上的需求③使用年限和可靠性滿足需求④滿足環(huán)境使用需求及環(huán)保要求⑤達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求2.2.2設(shè)計(jì)原則①易于維護(hù)和安全操作②滿足節(jié)能高效及穩(wěn)定性和可靠性2.2.3設(shè)計(jì)參數(shù)①輸送介質(zhì)：清水②水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程：12m③葉輪直徑：320mm④轉(zhuǎn)速：1450r/min⑤水泵設(shè)計(jì)流量：300L/s2.2基本方案的擬定立式斜流泵的工作原理如下圖所示：圖2-1立式斜流泵裝配圖(簡(jiǎn)圖示意圖)(1)立式斜流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括供電系統(tǒng)及傳動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)中的立式斜流泵，啟動(dòng)時(shí)需要較大的扭矩，同時(shí)由于泵體的結(jié)構(gòu)性需求，需要在有限的空間內(nèi)放置電動(dòng)機(jī)。剛性聯(lián)軸器安裝維護(hù)方便，傳遞扭矩較大，所以選擇剛性聯(lián)軸器。立式斜流泵的傳動(dòng)軸類(lèi)型主要包括直連軸和聯(lián)軸器連接軸兩種，通常小功率的泵采用直連軸，在本設(shè)計(jì)中，泵的功率并不算高，但是為了給泵增加一定的吸收振動(dòng)和緩沖沖擊，采用聯(lián)軸器連接軸，使用剛性聯(lián)軸器連接電機(jī)和泵軸。(2)立式斜流泵葉輪和導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)：不同類(lèi)型的葉片適用于不同的工作場(chǎng)景，選擇適合的葉片可以提高攪拌效率，降低能耗。本設(shè)計(jì)采用的是月牙型葉片，月牙型葉片可以減少湍流和渦流，減少噪音和震動(dòng)，一定程度的增加揚(yáng)程，能夠降低能耗，具有較好的適應(yīng)性。葉片通常采用耐腐蝕的材料制造，如不銹鋼、鑄鐵、鋁合金等，能夠確保葉輪長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。合理的設(shè)計(jì)葉片的數(shù)量以及安裝角度可以提升泵的性能，本設(shè)計(jì)采用三個(gè)葉片，安裝角度根據(jù)實(shí)際的工況進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳工作狀態(tài)。一般立式斜流泵的泵體選用鑄鐵或者不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行制造，針對(duì)于本設(shè)計(jì)較低功率較低揚(yáng)程的潛水軸流泵，采用了不銹鋼材質(zhì)。選用304不銹鋼，其具有良好的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。(3)傳動(dòng)系統(tǒng)：主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和聯(lián)軸器的選擇。為滿足經(jīng)濟(jì)需求且使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單在考慮其穩(wěn)定性及可靠性的前提下本方案?jìng)鲃?dòng)方式選用電動(dòng)機(jī)直接連接驅(qū)動(dòng)，由于異步電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)電流小、調(diào)速范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)選用異步電動(dòng)機(jī)；金屬?gòu)椥月?lián)軸器具有吸收振動(dòng)和沖擊的特點(diǎn)并且密封性好、扭轉(zhuǎn)剛度高、維護(hù)方便，所以聯(lián)軸器選用金屬?gòu)椥月?lián)軸器。

第三章斜流泵的水力設(shè)計(jì)3.1葉輪水力葉片翼型的水力設(shè)計(jì)理論本設(shè)計(jì)研究對(duì)象為立式斜流泵裝置，立式斜流泵通過(guò)葉輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)抽水。泵裝置由進(jìn)水流道、葉輪、導(dǎo)葉和出水流道4部分組成。進(jìn)水流道是流體從外部環(huán)境進(jìn)入泵體內(nèi)部的通道；葉輪是立式潛水軸流泵的核心部件之一，負(fù)責(zé)將流體加速并推送至出水流道；導(dǎo)葉位于葉輪的上部，其主要作用是引導(dǎo)流體流向葉輪，增加泵的揚(yáng)程；出水流道是流體從泵體內(nèi)部排出的通道。在本次的立式混流泵的葉輪葉片設(shè)計(jì)中，其葉片主要通過(guò)四個(gè)翼型截面形狀進(jìn)行控制，如下圖所示。圖3-1葉輪葉片結(jié)構(gòu)示意圖因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中只需確定每個(gè)翼型截面的二維形狀，就可以控制整個(gè)葉輪葉片的三維造型。其中，每個(gè)翼型截面形狀的控制參數(shù)主要是每條流線的進(jìn)口角、出口角以及包角。在本設(shè)計(jì)中，四個(gè)翼型截面的三個(gè)控制參數(shù)是線性分布的。因此，只需要確定出輪轂側(cè)與輪緣側(cè)的進(jìn)口角、出口角和包角，即可確定葉輪葉片形狀。其葉輪控制參數(shù)如下圖所示。圖3-2葉片各流線進(jìn)出口角大小3.2斜流泵的設(shè)計(jì)思路第一步，根據(jù)泵的流量、流體密度、揚(yáng)程及效率，計(jì)算得電機(jī)的功率，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選定電機(jī)型號(hào)。第二步，利用升力法進(jìn)行葉片的設(shè)計(jì)。第三步，利用流線法進(jìn)行導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)。第四步，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力校核，安全系數(shù)等計(jì)算軸段直徑，結(jié)合軸影響因素和基本要求設(shè)計(jì)出軸。第五步，根據(jù)計(jì)算的軸直徑，對(duì)軸承進(jìn)行選型，包括軸承類(lèi)型，軸承內(nèi)徑計(jì)算等。第六步，進(jìn)行油室設(shè)計(jì)，分別針對(duì)機(jī)械密封和油封進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最終，根據(jù)以上步驟選取的零件進(jìn)行相應(yīng)的公差配合選定，并選用合適標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行連接。3.3泵的比轉(zhuǎn)速ns(3-1)3.4泵進(jìn)出口直徑計(jì)算泵的進(jìn)口直徑Di一般是通過(guò)進(jìn)口速度Vs決定的，通過(guò)查閱資料和相關(guān)類(lèi)型泵，取Di(3-2)其中泵出口直徑D0取略小于進(jìn)口直徑DD(3-3)本次設(shè)計(jì)取D03.5葉輪進(jìn)口直徑立式斜流泵的葉輪是泵中關(guān)鍵的動(dòng)力裝置，其主要作用是將電機(jī)傳輸?shù)臋C(jī)械能轉(zhuǎn)化為水流的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)從低處抽水、調(diào)節(jié)流經(jīng)流量和提高泵效率等功能。通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)，水流在葉片間形成高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生動(dòng)能和離心力，使得水能夠順利流動(dòng)至出口。合理設(shè)計(jì)的葉輪能夠減少能量損失，提高泵的效率，是立式斜流泵正常運(yùn)行和性能優(yōu)化的關(guān)鍵組件之一。葉輪進(jìn)口直徑又叫泵吸入直徑，指泵吸入法蘭處管的內(nèi)徑。該直徑可用下列的方法計(jì)算有效進(jìn)口直徑D0D(3-4)式中：Q—泵的流量(m3n—泵的轉(zhuǎn)速(r/min)D0—系數(shù)，通常D0=4～4.5，可滿足一般抗汽蝕性能的要求，如果對(duì)抗汽蝕性能要求較高時(shí)通常取D0=5～5.5，但泵的效率會(huì)有所下降。本設(shè)計(jì)取KD則由(2-1)式得：D(3-5) 參考類(lèi)似泵取Dj3.6確定葉輪出口直徑(1)葉輪進(jìn)口有效直徑D2葉輪出口直徑DD(3-6)式中，KD2=0.64(nD(3-7)(2)葉輪出口寬度b葉輪出口寬度b2b(3-8)在計(jì)算出口寬度b2前，先確定KbKb2，Kb從圖Kb與K(3-9)b(3-10)前蓋板流線外直徑D2D(3-11)其中，D2α—直徑D2的圓周速度系數(shù)，根據(jù)ns由圖5-3[16]查得D(3-12)后蓋板流線外直徑D在求得D2和D2D(3-13)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，此D23.7葉片進(jìn)、出口角的確定(1)葉片進(jìn)口角1)葉片進(jìn)口相對(duì)液流角βtan(3-14)vm1為進(jìn)口軸面速度；vu=(3-15)v(3-16)tan(3-17)得出葉片進(jìn)口相對(duì)液流角β葉片進(jìn)口角β(3-18)式中，?β為沖角，一般?ββ(3-19)斜流泵進(jìn)口邊一般與過(guò)水?dāng)嗝嫘纬删€一致，或者相差不大，因而在進(jìn)口邊上各流線的軸面速度基本相等。則有Dtan(3-20)確定中間流線葉片進(jìn)口角β1D(3-21)據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得出表3.2葉片各流線進(jìn)出口角大小項(xiàng)目單位流線abcde葉片進(jìn)口角(°)4237.733.529.225(2)葉片出口角1)確定中間流線的出口角，通常β2=18°~25°2)當(dāng)確定中間流線葉片進(jìn)口角β2D(3-22)tan(3-23)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得出表3.3葉片各流線包角大小項(xiàng)目單位流線abcde葉片出口角(°)4136.732.528.2243.8葉片數(shù)Z的確定葉片數(shù)z可參考下表決定表3.1葉片各流線進(jìn)出口角大小n300350400z543立式斜流泵的葉片數(shù)量設(shè)計(jì)對(duì)泵的各項(xiàng)性能和效率具有重要影響。較少的葉片數(shù)量可以降低泵的內(nèi)部阻力和摩擦損失，有利于降低功耗，適用于大流量、低揚(yáng)程的場(chǎng)合；而較多的葉片數(shù)量則能增加葉輪的受力面積，提高泵的揚(yáng)程能力和效率，適用于較小流量、大揚(yáng)程的場(chǎng)合。設(shè)計(jì)過(guò)程中需結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定初始葉片數(shù)量，以保證泵的運(yùn)行穩(wěn)定性和性能可靠性。另外，還需考慮葉片數(shù)量對(duì)泵的噪音水平和振動(dòng)特性功能的影響，以確保泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中能夠平穩(wěn)工作。斜流泵導(dǎo)葉的葉片數(shù)一般根據(jù)葉輪的葉片數(shù)確定。通常情況下導(dǎo)葉的葉片數(shù)取4~6個(gè)，且與葉輪葉片數(shù)互質(zhì)。但由于本設(shè)計(jì)中，比轉(zhuǎn)速較高，通常的導(dǎo)葉數(shù)量會(huì)影響到流體出口的效率，因此減少一定的導(dǎo)葉葉片數(shù)量，葉輪葉片數(shù)選擇導(dǎo)葉葉片的數(shù)量z=4。本設(shè)計(jì)中泵的比轉(zhuǎn)速ns3.9葉片材料的選擇泵一直浸沒(méi)液體中，考慮到斜流泵的工作環(huán)境較為惡劣，運(yùn)輸?shù)乃w成分較為復(fù)雜，要求葉輪葉片有較強(qiáng)的耐腐蝕性。因此選擇不銹鋼作為主要材料，其具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐磨性，特別適用于含有腐蝕性介質(zhì)的流體泵送。還有一點(diǎn)其強(qiáng)度也相對(duì)較高，能夠滿足大多數(shù)情況下立式斜流泵的工作需求。

第四章導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)4.1導(dǎo)葉設(shè)計(jì)立式斜流泵的導(dǎo)葉是泵的定向和支撐裝置，其主要作用是將流體經(jīng)過(guò)葉輪后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能并且引導(dǎo)流體順利流出，因此將導(dǎo)葉安裝到葉輪出口處。導(dǎo)葉能夠有效地減小渦流，減少振動(dòng)以及降低噪音，提高泵的效率和性能。通過(guò)調(diào)整導(dǎo)葉的角度和形狀，可以控制流體的出口速度和流向 的確定，減小流體的損失，進(jìn)一步提高泵的整體效率和穩(wěn)定性。在本次的立式混流泵的葉輪葉片設(shè)計(jì)中，其如下圖所示。圖4-2導(dǎo)葉三維模型示意圖因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中只需確定每個(gè)翼型截面的二維形狀，就可以控制整個(gè)導(dǎo)葉的三維造型。其中，每個(gè)翼型截面形狀的控制參數(shù)主要是每條流線的進(jìn)口角、出口角以及包角。因此，只需要確定出輪轂側(cè)與輪緣側(cè)的進(jìn)口角、出口角和包角，即可確定導(dǎo)葉形狀。其葉輪控制參數(shù)如下圖所示。圖4-3葉片各流線包角大小4.2葉片進(jìn)出口角進(jìn)口液流角tan(4-1)v(4-2)ψ(4-3)s(4-4)式中，vm3D3dhψ3su3s3圖4-1速度三角形示意圖本設(shè)計(jì)可認(rèn)為近似等于真實(shí)厚度，α3其中，取s3=0.085m，取αv(4-5)s(4-6)ψ(4-7)tan(4-8)得出α‘葉片進(jìn)口角α(4-9)式中，?α為沖角，一般?β=0°~5°。通?？刹患記_角。得出得出α‘因?yàn)閷?dǎo)葉進(jìn)口vm基本相同，也可以首先計(jì)算確定中間流線的葉片進(jìn)口角，其他流線按Dtanα開(kāi)始計(jì)算時(shí)，葉片進(jìn)口角α3是未知的，為此可先假定ψ3計(jì)算α3‘，再用確定的α3計(jì)算ψ3，使其等于假定的確定中間流線葉片進(jìn)口角α3D(4-10)據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得出表4.1葉片各流線進(jìn)口角大小項(xiàng)目單位流線abcde導(dǎo)葉進(jìn)口角(°)4136.732.528.224葉片出口角考慮有限葉片影響α4應(yīng)大于90°，以保證液流法向出口。實(shí)際上，目前一般取α4=90°本次設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取α4據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得出表4.2葉片各流線出口角大小項(xiàng)目單位流線abcde導(dǎo)葉出口角(°)90909090904.3確定葉柵稠密度lt葉柵稠密度lt和相鄰葉片間流道的擴(kuò)散角有關(guān)。葉柵中兩葉片進(jìn)口寬度為tsinα3tan(4-11)擴(kuò)散角一般ε=6°~10°，不得超過(guò)12°。通常先參考有關(guān)資料選擇lt得出ε2=4.473°l(4-12)4.4導(dǎo)葉高度和型線半徑(1)導(dǎo)葉高度HH=lsin(4-13)H=lsin根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)葉高度H=0.322m圖4-2導(dǎo)葉高度和型線半徑示意圖型線半徑RR=(4-14)或R=(4-15)式中H為導(dǎo)葉高度，取H=0.322mR=(4-16)型線也可以再保證進(jìn)、出口角的情況下，按任意光滑曲線畫(huà)出。4.5選擇翼型厚度，在型線上加厚選擇某種翼型厚度變化規(guī)律，如791翼型厚度變化規(guī)律，以型線為工作面(凹面)向背面加厚，小泵也可以采用等厚葉片。在工藝和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可能的條件下，厚度約薄越好，進(jìn)口應(yīng)修成流線型，尾部修尖。

第五章斜流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1電動(dòng)機(jī)的選擇(1)泵的軸功率P=(5-1)式中：Q—泵的流量(m3/s)H—泵的揚(yáng)程(m)ρ—抽送液體的密度(kg/m3)確定泵的計(jì)算功率：P(5-2)式中：k—余量系數(shù)，可按表1選擇nt下表4.1、4.2來(lái)源于《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》第247頁(yè)的表格8-9、8-10表5.1泵功率余量系數(shù)k泵的功率P/Kw電動(dòng)機(jī)k汽輪機(jī)kP<<151.251.115<P≤551.151.1P>551.101.1表5.2泵傳動(dòng)裝置效率n傳動(dòng)方式直聯(lián)傳動(dòng)平皮帶傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)三角皮帶傳動(dòng)n1.00.950.9-0.970.7-0.90.92由表4.1和表4.2可得P(5-3)原動(dòng)機(jī)功率根據(jù)計(jì)算功率Pg進(jìn)行選擇按照Pm＞Pd來(lái)選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)。電動(dòng)機(jī)功率裕量的大小應(yīng)該根據(jù)水泵負(fù)載狀況變化而定。然而，本設(shè)計(jì)為立式斜流泵，在實(shí)際的工況中并無(wú)變速需求，也就是說(shuō)電機(jī)傳遞功率經(jīng)過(guò)傳動(dòng)軸和軸承直接傳遞給葉輪，所以直接根據(jù)轉(zhuǎn)速來(lái)選擇電機(jī)，同時(shí)保證電機(jī)功率＞軸功率和計(jì)算出的電機(jī)所需功率。由于泵的運(yùn)行一般采用連續(xù)工作制，所以選用全封閉自扇冷式Y(jié)系列電動(dòng)機(jī)，此類(lèi)電動(dòng)機(jī)更符合本課題的使用環(huán)境和動(dòng)力需求。查《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5卷第25-24頁(yè)表25-1-26可選得電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y280S-4，電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)如下表4.3所示。表5.3Y280S-4型號(hào)電動(dòng)機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/Kw同步轉(zhuǎn)r/min額定轉(zhuǎn)r/min重量/kgY280S-475150014805355.2軸徑與輪轂直徑的初步計(jì)算(1)泵軸傳遞扭矩M(5-4)(2)軸徑和輪轂直徑由于導(dǎo)葉部分在軸流泵工作時(shí)是不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，起到導(dǎo)流、轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)動(dòng)能以及支承泵體的作用，同時(shí)，為了不影響流體的出口，因此在輪轂的厚度和直徑上，本設(shè)計(jì)采用與葉輪輪轂一致的方式。泵軸的直徑應(yīng)由其承受的外載荷和剛度及其臨界轉(zhuǎn)速條件確定，由于在本設(shè)計(jì)中扭矩是泵軸最主要的載荷，所以泵軸最小直徑的初算由扭矩確定。具體按下列公式計(jì)算。d(5-5)式中Mn—[τ]—材料的許用切應(yīng)力(Pa)。其可由表4.4查取。表5.4泵軸常用材料的許用應(yīng)力材料熱處理要求[τ]/MPa用途35正火處理34.3~44.1一般單級(jí)泵45調(diào)質(zhì)處理HB=241~28644.1~53.9一般單級(jí)泵40Cr調(diào)質(zhì)處理HB=241~30263.7~73.5大功率高壓泵3Cr13調(diào)質(zhì)處理HB=269~30253.9~68.7耐腐蝕泵35CrMo調(diào)質(zhì)處理HB=241~28568.7~78.5高溫泵(T=200~400℃)本設(shè)計(jì)中，軸的材料選用45號(hào)鋼，取[τ]=450MPa，所以：d(5-6)取標(biāo)準(zhǔn)直徑dmin=34mm。葉輪輪轂直徑dd?=dmin+2×0.2d(5-7)由于本設(shè)計(jì)為單級(jí)泵，葉輪輪轂一般不通過(guò)葉輪進(jìn)口，因此取d(5-8)取d?=1.5dmin5.3傳動(dòng)部件的選擇(1)軸承的選擇軸承在機(jī)械設(shè)備中起著支撐和定位軸的重要作用，它能夠有效減少摩擦力，支持旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)的軸部件，確保設(shè)備能夠順利安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，并且承受軸上的徑向和軸向載荷，同時(shí)保持軸的位置相對(duì)穩(wěn)定，降低部件之間的碰撞磨損，確保設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命的同時(shí)確保使用時(shí)的安全系數(shù)提高，降低人力物力的投資，減少成本。根據(jù)泵結(jié)構(gòu)和其他類(lèi)型泵的結(jié)構(gòu)，軸承類(lèi)型選擇深溝球軸承，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選取軸承型號(hào)為：6218型(GB/T276-1994)和推力球軸承51219，本設(shè)計(jì)共選擇兩個(gè)不同型號(hào)的軸承，采用兩端固定支承的方式按裝軸承，具體參數(shù)如下表。表5.56218型深溝球軸承軸承參數(shù)軸承型號(hào)質(zhì)量dDB620990150262.5圖5-160000型深溝球軸承結(jié)構(gòu)圖表5.551219型推力球軸承軸承參數(shù)軸承型號(hào)質(zhì)量dDB5121995135352.2圖5-251219型推力球軸承結(jié)構(gòu)圖(2)聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用于連接兩個(gè)軸之間的部件或傳動(dòng)裝置的部件，其作用包括傳遞動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩、減少振動(dòng)、保護(hù)機(jī)械設(shè)備和傳動(dòng)系統(tǒng)，延長(zhǎng)使用壽命，實(shí)現(xiàn)軸的分離和連接控制，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。在本設(shè)計(jì)中，使用聯(lián)軸器來(lái)連接電機(jī)軸與泵軸從而向葉輪傳遞動(dòng)力，使其順利運(yùn)行。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》可知，部分聯(lián)軸器不能夠適用于立軸的連接，在查閱過(guò)程中發(fā)現(xiàn)GY型凸緣聯(lián)軸器不具備徑向、軸向和角向的補(bǔ)償性能，剛性好，傳遞扭矩大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便，適用于兩軸對(duì)中精度良好的一般軸系傳動(dòng)。其性能和適用范圍均符合本設(shè)計(jì)需求。一般軸的最小徑應(yīng)該是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑dmin，為了確保聯(lián)軸器的孔徑與軸直徑dmin相匹配和聯(lián)軸器與軸的緊密連接，因此，我們需要選擇對(duì)應(yīng)的聯(lián)軸器型號(hào)。由于爪形聯(lián)軸器和柱銷(xiāo)聯(lián)軸器在泵各類(lèi)型中較為常用，所以在本次設(shè)計(jì)中將采用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，為了與最小軸徑相匹配，最小直徑dmin鍵的選擇鍵連接作為旋轉(zhuǎn)副傳動(dòng)的核心組件，其功能實(shí)現(xiàn)主要包含兩個(gè)維度：在圓周方向上建立軸系部件的剛性連接以傳遞動(dòng)力載荷，同時(shí)在必要時(shí)提供軸向限位功能。根據(jù)GB/T1095-2003等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，該技術(shù)體系可分為平面?zhèn)鲃?dòng)型、切向承載型和楔形鎖緊型三大類(lèi)，其中平面鍵連接憑借其優(yōu)良的工藝適配性占據(jù)工業(yè)應(yīng)用的主流地位。鍵是一種機(jī)械連接元件，主要用于連接旋轉(zhuǎn)部件與軸或軸與零件，其作用是傳遞扭矩，確保軸和零件之間的相對(duì)位置不變，防止它們相對(duì)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傳動(dòng)。通過(guò)鍵的固定，可以保證機(jī)械設(shè)備的正常工作，提高傳動(dòng)效率和可靠性，避免軸與零件的脫離或相對(duì)滑動(dòng)，確保設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)安全，延長(zhǎng)其使用壽命，確保使用時(shí)的安全系數(shù)。其工作原理在于，兩側(cè)面作為關(guān)鍵的工作界面，與相應(yīng)的鍵槽緊密配合，而上表面與輪轂槽底之間則保留有一定的間隙。在運(yùn)行時(shí)，扭矩的傳遞主要依賴(lài)于鍵與鍵槽側(cè)面之間的緊密擠壓。平鍵連接之所以廣受歡迎，主要得益于其安裝拆卸的便捷性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性。然而，值得注意的是，由于平鍵連接在設(shè)計(jì)上并不考慮承受軸向力，因此它無(wú)法直接用于軸上零件的軸向固定。其中平鍵的主要尺寸為橫截面的寬度b和高度h以及鍵的長(zhǎng)度L。鍵的截面尺寸b×h一般由軸的直徑d確定。長(zhǎng)度L可根據(jù)具體的配合長(zhǎng)度而定。由于本課題中泵軸所受軸向力很小且鍵位置位于軸端，所以選用A型平鍵。葉輪與轉(zhuǎn)軸配合鍵選擇：?jiǎn)螆A頭平鍵(A型)b=12mm，h=8mm，L=90mm。聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸的配合選擇：?jiǎn)螆A頭平鍵(A型)b=12mm，h=8mm，L=63mm。5.4軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸在立式斜流泵中具有關(guān)鍵作用，它連接電機(jī)和葉輪，將電機(jī)的動(dòng)力傳遞給葉輪，從而實(shí)現(xiàn)水泵的工作。傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和選擇直接影響到泵的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，合適的傳動(dòng)軸能夠確保水泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中穩(wěn)定工作。傳動(dòng)軸的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到葉輪的負(fù)荷、工作環(huán)境等因素，以確保傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性，需對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)針對(duì)傳動(dòng)軸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度，以滿足聯(lián)軸器安裝、軸承定位、導(dǎo)葉、葉輪裝配等功能要求，同時(shí)確保軸的強(qiáng)度及裝配可行性。主要設(shè)計(jì)步驟如下：5.4.1軸徑設(shè)計(jì)最小徑確定后，因此以最小徑作為與電機(jī)端相連的軸徑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并將本軸段命名為軸段I。本設(shè)計(jì)中軸與電機(jī)使用聯(lián)軸器相連，因此需要在軸段I上設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中對(duì)軸的設(shè)計(jì)要求，對(duì)于直徑d≤100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，直徑增大5%~7%。因此對(duì)于軸段I的直徑，選用最小徑增加5%，故Ⅰ-Ⅱ軸段右端需作有軸肩，以便于對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行定位，因此取與軸配合的半聯(lián)軸器孔徑dmin=34mm，取整dmin=35mm，dⅠ?Ⅱ=35mm。根據(jù)實(shí)際裝配情況需求，泵軸設(shè)計(jì)成階梯軸，從連接電機(jī)端向上直徑遞增，第二段設(shè)計(jì)一個(gè)合適的軸徑以安裝軸承，保證泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，Ⅱ-Ⅲ段的直徑dⅡ?Ⅲ=dⅣ?Ⅴ=43mm，左端用軸端擋圈進(jìn)行定位，按軸端直徑查手冊(cè)取擋圈直徑D=44mm，根據(jù)前面軸Ⅱ?Ⅲ段直徑dⅡ?Ⅲ的大小及軸承型號(hào)及尺寸可得5.4.2軸長(zhǎng)設(shè)計(jì)因半聯(lián)軸器與軸配合長(zhǎng)度L1=82mm，為保證軸端擋板壓緊聯(lián)軸器，而不會(huì)壓在軸的端面上，故lⅠ?Ⅱ略小于L1，取lⅠ?Ⅱ=79mm。軸端Ⅱ-Ⅲ的長(zhǎng)度由軸承端蓋寬度及其固定螺釘能夠拆裝的空間要求決定的，這里取lⅡ?Ⅲ=48mm。軸Ⅲ-Ⅳ的長(zhǎng)度由滾動(dòng)軸承的寬度B=19mm，軸承與箱體內(nèi)壁距離s=5~10mm(取s=5mm)，箱體內(nèi)壁與齒輪距離a=10~20mm(取a=18mm)及大齒輪輪轂與裝配軸段的長(zhǎng)度差(此例取4mm)等尺寸確定，取lⅢ?Ⅳ=B+s+a=19+5+18+4=46mm。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，lⅣ?Ⅴ

第六章斜流泵的強(qiáng)度計(jì)算6.1軸徑向力與軸向力計(jì)算對(duì)于泵的轉(zhuǎn)軸可能受到的載荷主要有三種，分別為：徑向力，軸向力，扭矩。由于本設(shè)計(jì)為立式式混流泵，傳動(dòng)方式為直接連接驅(qū)動(dòng)，故徑向力只為轉(zhuǎn)子的重量，且徑向力的方向固定，葉輪重量估算為F1=240N。對(duì)于離心力，由于葉輪最大半徑R=165mm，取最大半徑上的不平衡重量Gc=6(g)，彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器為機(jī)械加工，可認(rèn)為是靜平衡的。泵的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，則葉輪由不平衡產(chǎn)生的離心力F(6-1)故徑向力為：F(6-2)對(duì)于葉輪的軸向力可按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行推算F=K(6-3)式中：F—軸向力(kg)H1—單級(jí)葉輪的揚(yáng)程(m)Υ—液體重度(kg/m2)RmrbK—軸向力實(shí)驗(yàn)系數(shù)，本次取K=0.9i—葉輪級(jí)數(shù)則軸向力為：F=(6-4)扭矩可前面已計(jì)算為：M(6-5)本泵通過(guò)平衡孔方式來(lái)對(duì)軸向力進(jìn)行平衡。6.2軸的強(qiáng)度計(jì)算由于本設(shè)計(jì)為立式混流泵，傳動(dòng)方式為直接連接驅(qū)動(dòng)，軸的重量為均布載荷，為了便于計(jì)算，把軸分別為多段變?yōu)榧休d荷。徑向力只為轉(zhuǎn)子的重量，且徑向力的方向固定。葉輪質(zhì)量大約為F1=240(1)軸向力根據(jù)式6-4，可得作用在葉輪上的軸向力F=305N(2)支反力由于本設(shè)采用兩端固定支承，徑向力和軸向力主要作用在兩端軸承A、B上，其支反力分別用RA、R其中軸承B只承受軸向力，軸承A只承受徑向力。考慮葉輪自重G=100N。對(duì)P點(diǎn)取矩?R最后解得：RR通過(guò)上面計(jì)算和彎矩圖可知，最危險(xiǎn)斷面位于軸承B處，其中：MB軸徑d=0.052m對(duì)B處進(jìn)行強(qiáng)度校核B斷面系數(shù)ZωZ則彎曲應(yīng)力σωσ拉應(yīng)力：軸向力F=305N斷面面積B為：B=則拉應(yīng)力σ1σ切應(yīng)力：扭矩Mt扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)ZtZ切應(yīng)力τ為：τ=折算應(yīng)力σdσ本軸材料采用45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，查機(jī)械手冊(cè)得σs=5500kg/cm2，σ?1=3500kg/cm2，則安全系數(shù)n為：n=故本設(shè)計(jì)的軸滿足強(qiáng)度要求，且也滿足疲勞強(qiáng)度，因此省略疲勞強(qiáng)度的計(jì)算6.3軸的密封泵軸的密封是確保泵在運(yùn)行過(guò)程中不發(fā)生泄漏的關(guān)鍵部分，常見(jiàn)的泵軸密封方式包括以下幾種：(1)填料密封：這是一種較為傳統(tǒng)的密封方式。它將填料包在一個(gè)密封室內(nèi)，用壓蓋或密封繞組把填料壓實(shí)，以達(dá)到密封的目的。填料常用的材料有軟墨棒、亞麻、聚四氟乙烯、陶瓷等。這種密封方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，但是需要經(jīng)常補(bǔ)充填料，且不適用于高速、高壓情況。常州工學(xué)院學(xué)位學(xué)士論文(2)機(jī)械密封：這是一種基于密封面間的滑動(dòng)磨擦，憑借軸向和徑向力來(lái)達(dá)到密封效果的密封方式。機(jī)械密封具有密封性能好、使用壽命長(zhǎng)、不需要補(bǔ)充填料等優(yōu)點(diǎn)，但是需要定期更換部件，并且其密封效果會(huì)受到潤(rùn)滑情況的影響。(3)潤(rùn)滑脂法：這是一種簡(jiǎn)單易行的水泵軸承密封方式，其將多種防水、防銹等材料與潤(rùn)滑脂混合，填充于軸承處，起到了一定的密封效果。這種方式還可以保障軸承壽命，同時(shí)起到潤(rùn)滑作用。由于填料密封具有良好的密封性能、較長(zhǎng)的使用壽命、較低的摩擦系數(shù)和較低的成本等優(yōu)點(diǎn)，且在各類(lèi)泵中應(yīng)用也較為廣泛，考驗(yàn)本設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵在于能否發(fā)揮軸流泵的工作原理，油室的油不可到油室外。所以本次選用填料密封來(lái)進(jìn)行軸的密封本次設(shè)計(jì)將采用填料密封。圖5-1填料密封尺寸其中D=(1.2~1.4)dε=0.5Et=(2~2.5)E，查機(jī)械手冊(cè)得E=9.5(mm)，填料根數(shù)選5根填料δ由上式可得在本設(shè)計(jì)中填料密封的尺寸為：Dε=0.5EtδL=6.4配合選擇及基本偏差選用配合配合類(lèi)型配合代號(hào)基準(zhǔn)類(lèi)型定子與電機(jī)套過(guò)渡配合H7/n6基孔制轉(zhuǎn)子與主軸過(guò)渡配合(過(guò)盈量小)H7/n6基孔制聯(lián)軸器平鍵與主軸過(guò)渡配合N9/js9導(dǎo)葉平鍵與主軸間隙配合N9/d10葉輪與主軸過(guò)渡配合H7/k6基孔制機(jī)械密封與軸過(guò)盈配合(過(guò)盈量小)非標(biāo)準(zhǔn)軸承與電機(jī)上蓋過(guò)盈配合(過(guò)盈量小)H7/n5基孔制軸承與軸過(guò)盈配合(過(guò)盈量小)G7/n5基軸制軸承與軸，軸承座的配合均為小間隙配合，主要目的是減少軸承的振動(dòng)，延長(zhǎng)軸承的使用壽命和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。定子與電機(jī)套之間的配合由鍵導(dǎo)向作用,由于定子鍵與定子的配合時(shí)過(guò)盈配合，所以定子與電機(jī)套之間的配合只需過(guò)渡配合即可。電機(jī)在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要求轉(zhuǎn)子不能出現(xiàn)松動(dòng)情況，因而要求是過(guò)盈配合，由于轉(zhuǎn)子上的鍵與轉(zhuǎn)子之間的配合為過(guò)盈配合，因而轉(zhuǎn)子與軸的配合只需小過(guò)盈即可。葉輪本身依靠頂端的鎖緊螺母固定，葉輪的平鍵只是起到導(dǎo)向作用，因而葉輪鍵與軸的配合只需間隙配合即可。葉輪安裝在主軸上為了方便拆卸和后期維護(hù)，由于主要起定位作用的是鎖緊螺母，因此葉輪與軸只需要過(guò)渡配合即可。為了保證機(jī)械密封的可靠性，要求機(jī)械密封與主軸的配合為小過(guò)盈配合。6.5鍵的強(qiáng)度校核我們對(duì)鍵進(jìn)行強(qiáng)度的校驗(yàn)其目的是：為了檢測(cè)當(dāng)鍵在傳遞扭矩的時(shí)候鍵的表面所產(chǎn)生的切應(yīng)力于同鍵相接處的零件在傳遞扭矩的工作面上所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力是否可以滿足規(guī)定的要求。從而能保證在工作時(shí)可以達(dá)到預(yù)期的目的安全的運(yùn)行。對(duì)于普通平鍵（A），鍵寬b=0.008m，鍵高h(yuǎn)=0.008m，鍵長(zhǎng)L=0.025m。其結(jié)構(gòu)可見(jiàn)下圖。圖6-1鍵的結(jié)構(gòu)圖鍵連接的零件與鍵傳遞扭矩時(shí)，擠壓應(yīng)力在工作面上需要滿足下式：σ其中——在工作面的擠壓應(yīng)力(Pa)；——鍵與軸所傳遞的扭矩是相同的(N·m)；——在安裝葉輪處時(shí)的軸徑(m)；——鍵高(m)；——鍵工作時(shí)的有效長(zhǎng)度，l=125?35=90mm——許用擠壓應(yīng)力(Pa)。鍵采用的材料為45號(hào)鋼材，所以，把數(shù)據(jù)代入下式可以得到σ通過(guò)上面的計(jì)算可以得出結(jié)論，該鍵是滿足校核強(qiáng)度的，即當(dāng)在工作時(shí)可以安全的運(yùn)行。此外，鍵在工作時(shí)所產(chǎn)生的最大切應(yīng)力其計(jì)算方法可以通過(guò)下式求得，τ其中τ——切應(yīng)力(Pa)；b——鍵的寬度(m)；[τ]——材料的許用切應(yīng)力，鍵的材料為45號(hào)鋼材，所以取τ=88MPa把上面的數(shù)據(jù)代入式中可以得到τ通過(guò)上面的計(jì)算結(jié)果可以得出鍵是滿足校核強(qiáng)度的。6.6軸承的壽命校核由軸承負(fù)荷計(jì)算公式：FF式中：Fr,F