离心泵主要零部件的强度计算..doc

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: (9-1) 式中 ρ—材料密度（kg/m3）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 材料名称 热处理状态 许用应力〔σ〕（MPa） HT200 退火处理 25-35 ZG230-450 退火处理 60-70 ZG1Cr13 退火处理 90-100 ZG2Cr13 调质处理HB229-269 100-110 ZG0Cr18Ni12Mo2Ti 固溶化处理 45-55 ZG1Cr18Ni9 固溶化处理 40-50 ZGCr28 退火处理 70-80 经验表明，铸铁叶轮的圆周速度u2 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u2最高可用至110 m/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） 100～180 181～250 251～520 ＞520 盖板厚度（毫米） 4 5 6 7 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 材 料 比转数 40 60 70 80 90 130 190 280 系数K 铸铁 3.2 3.5 3.8 4.0 4.5 6 7 10 铸钢 3 3.2 3.3 3.4 3.5 5 6 8 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）