长江大学毕业设计开题报告(离心泵的设计)

长江大学

毕业设计开题报告

题目名称离心泵设计及基于solidworks 三维设计院（系）机械工程学院

专业班级装备11001

学生姓名胡强

指导教师门朝威

辅导教师门朝威

开题报告日期2014.04.10

离心泵设计及基于solidworks 三维设计

学生：胡强机械工程学院

指导老师：门朝威机械工程学院

一、题目来源：

生产实际

二、研究目的和意义：

泵是一种通用的工业机械，特别是离心泵，可以说在是在工业生产中不可缺少的一部分，而在工业生产中，研究泵往往是为了更加高效的液体介质输送水力和结构，能适合更多（甚至是苛刻）的工况条件，泵的生命周期成本更低，环

三、阅读的主要参考文献及资料名称

[1] 关醒凡.现代泵技术手册[M].北京：宇航出版社，1995

[2] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].西安：高等教育出版社，2006

[3] 柴立平.泵选用手册[M].北京：机械工业出版社，2009

[4] 侯作富，胡述龙，张新红.材料力学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2012

[5] 张锋，古乐.机械设计课程设计手册[M]. 北京：高等教育出版社，2002

[6] 李世煌，吴桐林.水泵设计教程[M]. 北京：机械工业出版社，1987

[7] 于慧力，冯新敏.轴系零部件设计与实用数据查询[M]. 北京.机械工业出版社，

2010

[8] 王朝晖.泵与风机[M].北京.中国石化出版社，2007

[9] 钱锡俊，陈弘.泵与压缩机[M]. 山东.石油大学出版社，1994

[10] 李云，姜培正.过程流体机械[M]. 北京.化学工业出版社，2008

[11] 汪云英，张湘亚.泵与压缩机[M]. 北京：石油工业出版社,1985

[12] 袁恩熙.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社，2012

[13] 查森.叶片泵原理及水力设计[M]. 北京：机械工业出版社,1987

[14] Mario ?avar.Improving centrifugal pump efficiency by impeller

trimming .[D].Desalination 249(2009)654-659

四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

(1) 我国泵产品图样的来源可联合设计、引进、自行开发等几种

(2) 关键泵产品从部分进口到现在基本全部国化由于引进产品和KSG 著名企业的进入，我国泵的生产能力显著提高。国民经济部门的主要关键用泵基本上都可以生产。

(3) 以CAD 为主的新技术广泛应用

(4) 无堵塞泵和低比转速泵技术取得进展

1) 我国自行总结出的无堵塞泵设计方法，基本达到实用程度，国内广泛使用设计方法主要包括沿流道中线断面变化规律设计双流道叶轮方格网保角变换方法设计螺旋离心式叶轮;根据叶轮外径、蜗室最大外径和喉部面积二要素设计旋流式叶轮。

2) 低比转速泵理论和设计的研究广泛而深入无过载设计方法得到推广应用，采用长短叶片和短叶片偏置取得良好效果。

(5) 轴流泵模型达到国外同类模型的先进水平

2004 年9 月25 日至2005 年1 月16 日，全国27个模型，参加了水利部南水北调工程水泵模型天津同台测试。本次试验领导有力、组织严密、监督公正、数据准确。模型比转速500~7500 基本复盖了轴流泵的使用范围;和原模型相比，效率提高约2%流量提高约5%有7 个模型的角度平均效率超过85%已达到国外同类模型的先进水平。国家南水北调等重要工程的低扬程水泵，大部分将从这此模型中选用。

目前泵的主要用途分为以下几个方面：电站用泵，化工用泵，石油天然气用泵，污水处理用泵，采矿和渣浆输送用泵 ..............

国内已生产的离心泵的最大流量大于20000m3/h ，最高扬程2800m ，最高输送温度400℃，最大驱动功率1 0000kW，最高吸入压力达17.5MPa 。离心泵是量大面广的产品，进入市场经济后，国内几个大泵厂家都在积极开发自己的泵系列，尽量去满足市场的需要。

而在国外，离心泵甚至是整个泵产业，在总的技术层面上都在向着一下5 个方面发展( 1)泵的设计多样化，(2)无密封泵(包括磁力传动泵和屏蔽泵)进一步推广和发展，(3)CAD/CAM 技术的发展和推广，(4)生产朝多品种，小批量的方向发展，(5)模块化(即积木式的)泵的发展趋势。

在制造技术和材料技术还有密封技术上：在80 年代中期过后，国外泵业的主要采用数控机床和加工中心并且过度到采用柔性制造单元 (FMC)和柔性制造系统(FMS),一世界上最大的泵制造企业日本荏原公司为例，该公司在制造方面除了采用的计算机辅助设计和计算机辅助知道系统外还采用了其自身开发的计算机集成制造系统用来提高生产效率。

在材料技术方面，随着新材料的开发和应用，越来越多的新材料被运用到泵的设计和制造上来，不管是铸铁还是钛合金，不管是橡胶还是陶瓷，其最终目的就是提高泵的效率或者是延长其使用寿命，或者是使其更加环保。机械密封和填料密封是现在运用的最广泛的密封技术。

在石油天然气的储存和运输工程中，广泛地使用各种管输流体机械，用来增加流体的能量，克服流动阻力，达到沿管路输送的目的。离心泵是一种应用范围十分广泛的通用水力机械，它广泛的应用于给水排水及农业工程、工业工程、航空航天和航海工程、能源工程、车辆工程等等。而且随着现代科学技术的飞速发展其应用范围正在迅速的扩大。随着应用范围的扩大，工作环境也越来越复杂，现代工程技术对泵的性能要求越来越高，传统的基于经验和模型试验相结合的设计方法很难达到这样的设计要求。传统设计方法的一般过程为:设计一样机性能

试验检测一制造，这样样品试制和性能检测要经过多次，整个设计也要经过多次重复，显然，传统设计方法的缺点是设计周期长，设计成本高。产品的开发周期长和设计成本高成为离心泵新品开发难以逾越的瓶颈。因此，需要探索新的离心泵设计方法。

在传统的泵的研制过程中，一个成功的水力设计模型往往要经过多次反复性能试验模型修改才能完成，随着计算流体动力学在其它行业的成功运用，现在完全有可能采用计算流体动力学(CFD)仿真分析方法来代替性能实验，在计算机上完成初步三维造型设计之后，就可进行流场的校核并预测泵性能，从而缩短产品开发周期和降低成本。此外，据全国流体机械及工程国际学术会议上报告:泵是一种应用广泛、耗能大的通用流体机械，我国每年各种泵的耗电量大约占全国总耗电量的20%耗, 油量大约占全国总耗油量的50%。离心泵是各种泵中使用范围最广泛的，而一般的离心泵的整机效率只有

50 %一60%，我国离心泵的运行效率平均比国外低10%-30%，节电潜力约为300-400 亿千瓦时，因此提高泵的性能和效率，将心水泵效率由三部分组成:机械效率、容积效率和水力效率，主要是水力效率比较低，要想提高水力效率，那么离心泵内部流动的精确计算和性能预测是十分重要的。因此急需开展这方面的研究工作。充分利用飞速发展的CFD 技术来预测离心泵的性能，查明影响离心泵性能的因素，研究一种新的离心泵设计方法，进一步提高泵的效率，从而从整体上提高它的性价比。

五、主要研究的内容、需重点研究的关键问题及解决思路

（一）主要研究的内容

1、离心泵的相关计算；

2、相关零件的强度计算和校核；

3、离心泵上标准件的选型；

4、设备材料的选择和设备零部件的设计选用；

5、泵设备的结构、制造安装过程、泄压装置的工作流程；

6、离心泵的装配图、零件图及三维爆炸图；

7、压力分布及径向力的计算

（二）重点研究的关键问题

1、叶轮的水力计算

2、离心泵叶轮尺寸的确定；

3、叶轮形状的选择；

4、泵外壳的制造工艺和材料的选择

5、主轴的强度校核

6 、标准件的合理选用

（三）解决思路

1. 查阅参考相关资料，根据提供的数据，进行相关计算；

2. 查阅关于离心泵设计的文献，根据题目条件，设计泵的相关结构；

3. 依据参数选择设备材料；

4. 查看相关资料，熟悉泵的的结构、安装工艺和流程等；

5. 依据所给的操作条件，进行相关强度计算与校核；

6. 画装配图；

7. 画出零件图；

六、完成毕业设计所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法

（一）所需条件

1. 大量与设计相关的参考文献；

2. 与设计相关的工具书；

3. 熟练的计算机操作能力；

4. 装有Office、Auto CAD 、Solidworks 的计算机

（二）解决办法

1. 相关参考文献到图书馆或者电子图书馆查阅；

2. 工具书到互联网上下载或者到图书馆借阅；

3. 与同学交流学习，多向指导老师请教。

七、工作的主要段阶、进度与时间安排

第5——8 周：通过查找资料，明确课题意义，了解本课题的研究内容和研究方法，并撰写开题报告。

1、查阅并学习相关资料，进一步了解课题；

2、确定研究问题的方法和手段、调研方法的可行性；

3、整理各种资料，撰写开题报告和英文翻译。

第9 周：仔细研读资料，对课题所研究的相关问题有比较清晰的了解，找出模糊的概念和未充分理解的相关部分，请教导师把问题解决。

第10 周：计算相关数据为后面的作图做准备。

第11——15 周：完成毕业设计初稿并且完成一部分的三维建模和CAD制图第16 周：论文定稿，完成所有的制图工作,准备毕业答辩。

八、指导教师审查意见