离心泵主要零部件的强度计算.doc

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1、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，

2、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，

3、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:(9-1)式中ρ—材料密度（kg/m3）；（铸铁ρ=7300kg/m3；铸钢ρ=7800kg/m3；铜ρ=7800kg/m3）u2—叶轮圆周速度（m/

4、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材料名称热处理状态许用应力〔σ〕（MPa）HT200退火处理25-35ZG230-450退火处理60-70ZG1Cr13退火处理90-100ZG2Cr13调质处理HB229-269100-110ZG0Cr18Ni12Mo2Ti固溶化处理45-55ZG1Cr18Ni9固溶化处理40-50ZGCr28退火处理70-80经验表明，铸铁叶轮的圆周速度u2最高可达60m/s左右。因此

5、，单级扬程可达到200米左右；铬钢叶轮的圆周速度u2最高可用至110m/s左右。因此，单级扬程可达到650米左右。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叶轮盖板厚度叶轮直径（毫米）100～180181～250251～520＞520盖板厚度（毫米）4567二、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

6、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材料比转数4060708090130190280系数K铸铁3.23.53.84.04.56710铸钢33.23.33.43.5568叶片厚度S(毫米)可按下列经验公式计算：(9-2)式中K—经验系数，与材料和比转数有关，对铸铁和铸钢

7、叶轮，系数K推荐按表9-3选取；D2—叶轮直径（米）；Hi—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：(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）DC—叶轮轮毂平均直径（mm）；△D—由离

8、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D2=360mm、转速n＝1480r/min、比转数ns=96、单级扬程Hi=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DC=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)，得由表9-1知，σ＜〔σ〕，故在n＝1480r/min时，叶轮盖板是