LNG潛液泵設(shè)計(jì)

1、制冷與低溫技術(shù)原理課程設(shè)計(jì)LNG潛液泵設(shè)計(jì)目錄第一章 LNG潛液泵設(shè)計(jì)概述11.1泵的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)11.2 泵的主要零部件11.2.1 葉輪11.2.2 吸水室21.2.3 壓出室21.2.4 密封環(huán)31.2.5 軸向力平衡機(jī)構(gòu)31.3 泵的水力設(shè)計(jì)方法31.3.1 模擬設(shè)計(jì)法31.3.2 變型設(shè)計(jì)法31.3.3 速度系數(shù)設(shè)計(jì)法41.4關(guān)鍵問(wèn)題的解決41.4.1氣蝕問(wèn)題的解決41.4.2熱應(yīng)力問(wèn)題的解決5第二章 LNG潛液泵的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)5第三章 LNG潛液泵的基本設(shè)計(jì)與計(jì)算53.1泵的基本參數(shù)的確定53.1.1泵進(jìn)出口流道直徑的確定63.1.2泵的出口直徑的確定63.1.3泵轉(zhuǎn)速的確定63

2、.1.4泵比轉(zhuǎn)速ns的計(jì)算83.1.5計(jì)算泵的效率683.2葉輪主要參數(shù)的選擇和計(jì)算103.2.1軸徑和輪轂直徑的計(jì)算103.2.2確定葉輪進(jìn)口速度vo123.2.3確定葉輪進(jìn)口直徑Dj123.2.4確定葉輪出口直徑D2133.2.5確定葉輪出口寬度b2143.2.6確定葉片厚度 S143.2.7 確定葉輪出口圓周速度153.2.8 確定葉輪葉片數(shù) z153.2.9 確定葉片的出口安放角2163.2.10 確定葉片包角163.2.11 葉片繪型9163.3 壓水室的水力設(shè)計(jì)193.3.1 壓水室概述193.3.2 壓水室的設(shè)計(jì)203.4吸水室的水力設(shè)計(jì)223.4.1概述223.4.2 吸水室的

3、設(shè)計(jì)23第四章 泵的軸向力、徑向力計(jì)算及平衡244.1 軸向力的計(jì)算及平衡244.1.1 軸向力的產(chǎn)生244.1.2 軸向力的計(jì)算254.1.3軸向力的平衡274.2徑向力的計(jì)算及平衡284.2.1徑向力的計(jì)算284.2.2徑向力的平衡29第五章 低溫潛液泵電機(jī)的選擇305.1低溫潛液泵電機(jī)的相關(guān)問(wèn)題解決305.2電機(jī)的選擇315.3電纜的選擇325.4電氣連接處的密封32第六章 泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算336.1 葉輪強(qiáng)度計(jì)算336.1.1 葉輪蓋板336.1.2 葉片厚度336.2 軸承的選擇34第七章 泵的各零部件材料的設(shè)計(jì)357.1奧氏體不銹鋼357.2鎳基硬質(zhì)合金357.3等離子堆焊技

4、術(shù)367.4深冷處理377.5沖擊試驗(yàn)377.6拉伸試驗(yàn)38參考文獻(xiàn)3839第一章 LNG潛液泵設(shè)計(jì)概述1.1泵的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)作為整個(gè)LNG加氣站的動(dòng)力裝置，LNG低溫泵其性能要求最主要是耐低溫且絕熱效果好，以及承受出口高壓。其次是氣密性和電氣方面的安全性能要求比普通泵高很多。低溫泵必須有足夠的壓力和流量范圍，以適應(yīng)不同級(jí)別的汽車(chē)LNG儲(chǔ)存系統(tǒng); 要盡可能減少運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，以防止引發(fā)LNG氣化；不可出現(xiàn)兩相流，否則會(huì)造成泵的損壞。LNG汽車(chē)加氣站用潛液泵主要由泵、泵夾套和電機(jī)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用離心式結(jié)構(gòu)體，轉(zhuǎn)速高、重量輕，這種高速離心式LNG潛液泵采用屏蔽電機(jī)一體軸配裝泵體、葉

5、輪、導(dǎo)流器、誘導(dǎo)輪等部件，通過(guò)變頻控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為屏蔽電機(jī)和泵體全部浸沒(méi)在低溫液體中，達(dá)到零泄漏的方式。圖1-1 LNG汽車(chē)加氣站用潛液泵結(jié)構(gòu)圖1.2 泵的主要零部件1.2.1 葉輪 葉輪是將來(lái)自原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體的零件，液體流經(jīng)葉輪后能量增加。葉輪一般由前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。圖12a所示，這種葉輪叫閉式葉輪；如果葉輪沒(méi)有前蓋板，就叫半開(kāi)式葉輪，如圖11b所示。沒(méi)有前蓋板、也沒(méi)有后蓋扳的葉輪叫開(kāi)式葉輪，開(kāi)式葉輪在一般情況下很少采用。圖1-2 葉輪a)閉式葉輪 b)半開(kāi)式葉輪1.2.2 吸水室 吸水室的作用是使液體以最小的損失均勻地進(jìn)入葉輪。吸水室主要有三種結(jié)構(gòu)型

6、式，錐形管吸水室、圓環(huán)形吸水室和半螺旋形吸水室。1.2.3 壓出室 壓水室的作用是以最小的損失，將從葉輪中流出的液體收集起來(lái)，均勻地引至泵的吐出口或次級(jí)葉輪,在這個(gè)過(guò)程中， 還將液體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。壓水室主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：螺旋形渦室、環(huán)形壓水室、徑向?qū)~、流道式導(dǎo)葉和扭曲葉片式導(dǎo)葉等。 離心泵的葉輪、吸水室、壓水室以及泵的吸入口和吐出口稱為泵的過(guò)流部件。過(guò)流部件形狀和材質(zhì)的好壞是影響泵性能、效率和壽命的主要因素之一。1.2.4 密封環(huán) 由于葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)將能量傳遞給液體，所以在離心泵中形成了高壓區(qū)和低壓區(qū)。為了減少高壓區(qū)液體向低壓區(qū)流動(dòng)，在泵體和葉輪上分別安裝了兩個(gè)密封環(huán)。裝在泵體

7、上的叫泵體密封環(huán)，裝在葉輪上的叫葉輪密封環(huán)。密封環(huán)磨損后應(yīng)能很容易地更換。1.2.5 軸向力平衡機(jī)構(gòu) 泵在運(yùn)行中由于作用在轉(zhuǎn)子上的力不對(duì)稱就產(chǎn)生了軸向力。一般離心式單級(jí)泵主要采用平衡孔或平衡管平衡軸向力；多級(jí)泵一般用平衡鼓或平衡盤(pán)平衡軸向力。本設(shè)計(jì)中，軸向推力的平衡采用了推力平衡機(jī)構(gòu)(thrust equalizing mechanism，TEM) 來(lái)平衡軸向推力，徑向力的平衡采用對(duì)稱擴(kuò)散器葉片來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.3 泵的水力設(shè)計(jì)方法在工程上，離心泵的設(shè)計(jì)基本上應(yīng)用一元流動(dòng)模型等設(shè)計(jì)方法。一下簡(jiǎn)述離心泵的水力設(shè)計(jì)幾種常用的方法，這些設(shè)計(jì)方法均基于一元流動(dòng)的假設(shè)。1.3.1 模擬設(shè)計(jì)法 這是一種根據(jù)相似

8、理論而推導(dǎo)出的設(shè)計(jì)方法。基于歐拉方程，對(duì)于兩個(gè)幾何相似的離心泵，其性能完全相似的充分必要條件是兩個(gè)相似數(shù)相等。對(duì)于粘性流動(dòng)來(lái)說(shuō)，還需要雷諾數(shù)相等。例如，相似準(zhǔn)則為：nsp=nsm=nqvH34 （1-1） =DpDm=qvpqvm=nmnp2HpHm （1-2）式中，D 為特征直徑，qv為體積流量，H為揚(yáng)程，n為轉(zhuǎn)速。下標(biāo)m為模型泵，p為原型泵。在具有優(yōu)良的水利模型條件下，這是一種簡(jiǎn)單可靠的方法。1.3.2 變型設(shè)計(jì)法 這是一種變型的模擬設(shè)計(jì)法，是對(duì)現(xiàn)有的性能優(yōu)良的泵，通過(guò)局部改變其幾何參數(shù)，取得所需要泵的性能。典型的幾何改變有 ：1）改變?nèi)肟趲缀螀?shù)，例如進(jìn)口直徑，以改變流量特性； 2）改變

9、葉片出口角及葉片數(shù)，以改變揚(yáng)程； 3）改變?nèi)~輪蓋板間的出口寬度，以改變流量； 4）改變渦殼式多級(jí)泵導(dǎo)葉喉部面積，以改變流量特性； 5）切割葉輪外徑，以改變揚(yáng)程及流量等； 6）修正葉片進(jìn)口端機(jī)出口端等。 1.3.3 速度系數(shù)設(shè)計(jì)法 速度系數(shù)設(shè)計(jì)法其實(shí)質(zhì)也是一種相似設(shè)計(jì)法。所不同的是相似換算法是以一臺(tái)模型泵為基礎(chǔ)，而速度系數(shù)法則以一系列相似泵為基礎(chǔ)。以現(xiàn)有性能較好的產(chǎn)品為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的各種流速的速度系數(shù)圖。 設(shè)計(jì)時(shí)按n選取速度系數(shù)，作為計(jì)算水力尺寸的依據(jù)，這種設(shè)計(jì)方法叫速度系數(shù)設(shè)計(jì)法。Stepanoff早于1948年就提出了利用比轉(zhuǎn)速規(guī)律進(jìn)行水力設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)系數(shù)法，在統(tǒng)計(jì)大量實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上提出了著

10、名的Stepanoff速度圖，國(guó)內(nèi)于80年代初曾對(duì)部分優(yōu)秀模型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，90年代初，張俊達(dá)和何希杰等對(duì)近年來(lái)的優(yōu)秀模型進(jìn)行了重新統(tǒng)計(jì)，提出了一些系數(shù)和規(guī)律。用速度系數(shù)法設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，雖然設(shè)計(jì)計(jì)算比較簡(jiǎn)便，但是產(chǎn)品只能保持原有的水平。因此，在采用速度系數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)結(jié)合模型實(shí)驗(yàn)，不斷創(chuàng)造新的優(yōu)秀的模型，并將這些模型的速度系數(shù)充實(shí)到速度系數(shù)曲線中去，才能不斷提高產(chǎn)品技術(shù)水平。1.4關(guān)鍵問(wèn)題的解決1.4.1氣蝕問(wèn)題的解決氣蝕問(wèn)題的解決為了防止在泵的吸入口產(chǎn)生氣蝕，減少流體在吸入口的阻力，在吸入口設(shè)置了螺旋狀導(dǎo)流器。整個(gè)泵安裝在一個(gè)不銹鋼容器內(nèi)，不銹鋼容器具有氣、液分離作用，按照壓力容器標(biāo)準(zhǔn)制

11、造。泵的吸入口位于較低的位置，保證吸入口處于液體中。螺旋狀導(dǎo)流器和不銹鋼容器的應(yīng)用，使得LNG泵能夠達(dá)到應(yīng)有的凈吸入壓頭，有利于改善水利特性，降低泵對(duì)凈吸入壓頭的要求，防止在泵的吸入口產(chǎn)生氣蝕。1.4.2熱應(yīng)力問(wèn)題的解決LNG潛液泵啟動(dòng)時(shí)，熱應(yīng)力的作用可能會(huì)導(dǎo)致泵出現(xiàn)裂紋和抱死不能轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象而損害泵。為了防止這種現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)上可以采用懸壁型，使得在低溫環(huán)境下整體向頂部收縮，泵體配合部位選用熱膨脹系數(shù)相近的材料，避免低溫環(huán)境下收縮程度不同產(chǎn)生抱死裂紋現(xiàn)象；同時(shí)通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控泵出口溫度，根據(jù)出口溫度溫度顯示，調(diào)整泵前后閥門(mén)，控制泵預(yù)冷時(shí)間，實(shí)驗(yàn)表明這種方法解決熱應(yīng)力問(wèn)題時(shí)顯得相當(dāng)有效。第二章

12、 LNG潛液泵的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)用于LNG汽車(chē)加氣站的液化天然氣泵一種潛液式LNG多級(jí)離心泵。該泵將滿足流量大，出口壓力高的要求，結(jié)構(gòu)和整體性能良好，可廣泛應(yīng)用于各種低溫工藝過(guò)程中如LNG液化天然氣汽車(chē)加氣站、LNG接收站、管道輸送、充裝LNG運(yùn)輸槽車(chē)和液氮、液氬的輸送系統(tǒng)等。液化天然氣泵主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下:類(lèi) 型: 潛液式低溫離心泵設(shè)計(jì)溫度:-196電機(jī)參數(shù): 380V/50Hz 三相電機(jī)功率:11kW設(shè)計(jì)流量: 12m3h( 折合液態(tài)流量)設(shè)計(jì)揚(yáng)程: 220m工作轉(zhuǎn)速:1500r/min6000 r/min級(jí) 數(shù):2級(jí)NPSHR:14m輸送介質(zhì): 使用狀態(tài)為L(zhǎng)NG，試驗(yàn)狀態(tài)為液氮外形尺寸：6

13、15mm×470mm×1294mm（泵夾套長(zhǎng)×寬×高）。第三章 LNG潛液泵的基本設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1泵的基本參數(shù)的確定3.1.1泵進(jìn)出口流道直徑的確定泵的進(jìn)口直徑D1由進(jìn)口速度vs確定，即D1=4qvvs （3-1）式中：qv泵的設(shè)計(jì)流量，m3h； vs泵的入口速度，m/s，可取3m/s左右，對(duì)于高汽蝕性能要求的泵，進(jìn)口流速可以取到1.0-2.2m/s，或按下表取值。表3-1 泵進(jìn)口流速的選擇進(jìn)口直徑 40 50 65 80 100 150 200 250 300 400 單級(jí) qv 1.375 1.77 2.1 2.76 3.53 2.83 2.15 2

14、.83 vs 6.25 12.5 25 50 100 180 300 500多級(jí) qv 1.375 1.77 2.1 2.54 3 2.44 2.48 2.54 2.84 3.42 vs 6.52 12.5 25 46 85 155 280 450 720 1500代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：D1=49mm取D1=50mm，計(jì)算實(shí)際進(jìn)口流速vs=1.7m/s3.1.2泵的出口直徑的確定泵的出口直徑D2可取與D1相同，或小于D1,即D2=0.71.0D1 （3-2） 式中：D2為泵出口直徑，mm。故D2=0.7×50=35mm3.1.3泵轉(zhuǎn)速的確定1確定泵轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)考慮以下因素： 泵的轉(zhuǎn)速高，體

15、積小，質(zhì)量輕，離心泵應(yīng)向高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展； 2轉(zhuǎn)速與比轉(zhuǎn)速ns成正比,為提高效率，應(yīng)選擇合適的比轉(zhuǎn)速ns，從而可以確定合理的轉(zhuǎn)速；3.計(jì)算空化比轉(zhuǎn)速 C=5.62nqvNPSHr34 （3-3）式中: NPSHa為泵的必要空化余量。對(duì)于一定的 C 值，如提高轉(zhuǎn)速 n，則NPSHr 加大，當(dāng)NPSHr大于給定的裝置空化余量NPSHa時(shí)，即NPSHr>NPSHa會(huì)發(fā)生空化及空蝕。當(dāng)泵是幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似時(shí)，C值等于常數(shù)，所以C值可以作為汽蝕相似準(zhǔn)數(shù)，并標(biāo)志抗汽蝕性能的好壞，C值越大，泵的抗汽蝕性能越好，對(duì)應(yīng)不同的C值，所以C通常是指最高效率工況下的值。C值的大致范圍是：對(duì)抗汽蝕性能高的泵C=1

16、0001600，取C=1200。必要空化余量NPSHr可用下式計(jì)算：NPSHr=NPSHa1.11.3 3-4或 NPSHr=NPSHa-k式中：k值一般取0.30.5m NPSHa為裝置汽蝕余量，是由泵的吸入裝置提供的，表示在泵的進(jìn)口處單位重量液體具有的超過(guò)汽化壓力水頭的富余能量。它主要與裝置參數(shù)和液體性質(zhì)有關(guān)。NPSHa=pog-hs-hs-pvg （3-5）式中：po吸入液面的氣壓，pa；hs泵的幾何安裝高度，也就是幾何吸水高度，當(dāng)液面高度于泵的安裝高度時(shí)為負(fù)值，m；pv氣化壓力，pa；hs吸入管的水力損失，pa。本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)參數(shù)汽蝕余量為14m，故取NPSHa=4mNPSHr=NPS

17、Ha-k =4-0.3=3.7m根據(jù)C值及NPSHr可以計(jì)算空化條件所允許的泵的轉(zhuǎn)速：n<NPSHr345.62qv · C （3-6）代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：n<9866rpm選擇轉(zhuǎn)速為n=6000rpm3.1.4泵比轉(zhuǎn)速ns的計(jì)算比轉(zhuǎn)速ns的計(jì)算公式為：ns=3.65nqv H34 （3-7）式中：ns比轉(zhuǎn)速； N轉(zhuǎn)速，n=6000rpm； qv進(jìn)口流量，m3/h； H泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，m。代入數(shù)據(jù)計(jì)算：ns=22在ns=120210，泵的效率高，當(dāng)ns<60時(shí)效率下降。當(dāng)單吸泵ns過(guò)大時(shí)，可采用雙吸泵方案；當(dāng)采用單級(jí)葉輪ns過(guò)小時(shí)，可采用多級(jí)泵方案， 本設(shè)計(jì)采用2級(jí)泵方案

18、，修正比轉(zhuǎn)數(shù)為ns=3.65×6000×123600（2202）34=37.2取整為ns=37。3.1.5計(jì)算泵的效率6泵的總效率、水利效率、容積效率和機(jī)械效率在泵被制造出來(lái)之前，只能參考同類(lèi)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。1、水力效率h=1-0.42logDo-0.1722 （3-8）式中：Do=4×103×3Qn （3-9）代入公式得：h=1-0.42logDo-0.1722=0.768故泵的水力效率為0.7682、容積效率可按A.A.洛馬金公式計(jì)算：1v=1+0.597ns23 （3-10）式中：v為容積效率，%； s為比轉(zhuǎn)速，s=37。代入計(jì)算得：v=9

19、4.9%3、機(jī)械效率m=1-0.071ns10076 （3-11）式中：m為機(jī)械效率，% ns為比轉(zhuǎn)速，ns=37代入計(jì)算得：m=77.7%4、總效率=hvm=0.768×0.949×0.777=56.6%估算結(jié)果得泵的總效率為56.6%，故所設(shè)計(jì)的離心泵滿足預(yù)期的效率要求。3.2葉輪主要參數(shù)的選擇和計(jì)算本設(shè)計(jì)中離心泵選擇級(jí)數(shù)為二，故有兩個(gè)葉輪，本節(jié)只設(shè)計(jì)首級(jí)葉輪，另一個(gè)葉輪基本參數(shù)與首級(jí)葉輪一樣。 葉輪是離心泵最主要的過(guò)流部件，其主要作用是把原動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換成液體能。其分類(lèi)如下8：（1）按吸入方式分為單吸式葉輪和雙吸式葉輪（2）在構(gòu)造上葉輪又可分為封閉式葉輪、半開(kāi)式葉輪和

20、開(kāi)式葉輪。（3）按比轉(zhuǎn)速分為低比轉(zhuǎn)速葉輪、正常比轉(zhuǎn)速葉輪、高比轉(zhuǎn)速葉輪、混流泵葉輪和軸流泵葉輪五類(lèi)，比轉(zhuǎn)速與葉輪結(jié)構(gòu)形狀的關(guān)系見(jiàn)圖3-1。圖3-1 比轉(zhuǎn)速與葉輪結(jié)構(gòu)形狀的關(guān)系3.2.1軸徑和輪轂直徑的計(jì)算1.根據(jù)扭矩計(jì)算泵軸直徑的公式為：Mh=95501.2Nn （3-12）式中：Mh軸所傳遞的扭矩,N·m； N泵的軸功率，kW； N泵的轉(zhuǎn)速，rpm；其中： n=6000rpmN=gQH1000 (3-13)式中：LNG的密度，為0.420.46g/cm3； Q設(shè)計(jì)流量，為12 m3/h； H揚(yáng)程，為220m； 泵的總效率，為56.6%。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：N= 440×9.8

21、1×12÷3600×2201000×0.566=5.59kW所以泵軸所傳遞的扭矩為：Mh=9550×1.2×5.596000=10.68N·m泵軸的最小直徑按下式計(jì)算：d=3Mh0.2 （3-14）式中：d泵軸的最小直徑，mm； Mh軸所傳遞的扭矩，N·m； 材料的許用切應(yīng)力，N/m2；本設(shè)計(jì)使用奧氏S30408不銹鋼，許用應(yīng)力為137Mpa，即=137Mpa。則d=310.680.2×105 =81.1mm 故在泵軸上的最小軸徑為81.1，整取d=81mm2. 確定葉輪輪轂直徑dh根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)初步確定葉

22、輪處的軸徑dB為100，則：輪轂直徑dh為dh=1.21.4dB=1.4×100=140mm3.2.2確定葉輪進(jìn)口速度vo葉輪進(jìn)口速度vo可按下式計(jì)算：vo=Kvo2gH （3-15）式中：vo葉輪進(jìn)口速度，m/s；Kvo葉輪進(jìn)口速度系數(shù)，由圖32查得Kvo=0.06； H泵的揚(yáng)程，H=220m。圖3-2 葉輪的速度系數(shù)代入數(shù)據(jù)得：vo=0.062×9.81×220 = 3.94m/s 3.2.3確定葉輪進(jìn)口直徑Dj葉輪進(jìn)口有效直徑按下式計(jì)算：Do=4Qvo （3-16）式中：Do葉輪進(jìn)口有效直徑，m； Q泵的設(shè)計(jì)流量，m3/s； vo葉輪進(jìn)口速度，m/s。代入數(shù)

23、據(jù)得：Do=4×12÷36003.14×3.94 =32.8mm取整為Do=33mm葉輪進(jìn)口直徑Dj=DO2+Dh2 （3-17）式中：Dj葉輪進(jìn)口直徑，mm； DO葉輪進(jìn)口有效直徑，mm； Dh輪轂直徑dh，mm。代入數(shù)據(jù)得：Dj=332+1402=143.8mm取整為Dj=144mm，故葉輪的進(jìn)口直徑為144。3.2.4確定葉輪出口直徑D2葉輪出口直徑按下式計(jì)算：D2=KD22gH/n （3-18）KD2=19.2ns10016 （3-19）式中：D2葉輪出口直徑，mm； KD2出口系數(shù)； N泵的轉(zhuǎn)速，n=6000rpm； ns泵的比轉(zhuǎn)速，ns=37； H泵的

24、揚(yáng)程，m，H=220m。代入數(shù)據(jù)得：KD2=19.2×37÷10016=16.27 D2=16.27×2×9.81×2206000=178.15mm取整為178mm，故葉輪出口直徑D2=178mm3.2.5確定葉輪出口寬度b2計(jì)算葉輪出口寬度b2按下式計(jì)算：b2=Kb22gHn （3-20） Kb2=1.30ns10032 （3-21）式中：b2葉輪出口寬度，mm； N泵的轉(zhuǎn)速，n=6000rpm； Kb2葉輪出口寬度系數(shù)； H泵的揚(yáng)程，m，H=220m； ns泵的比轉(zhuǎn)速，ns=37。代入數(shù)據(jù)得：Kb2=1.30×37÷10

25、032=0.29b2=0.29×2×9.81×2206000=3.2mm故葉輪出口寬度為3.2mm3.2.6確定葉片厚度 S葉片厚度按最薄的葉片厚度確定，一般鋼的最薄厚度為5密碼，這里取S=5mm圖3-3 葉片厚度的幾何關(guān)系a）流面上葉片的厚度 b）軸截面上葉片的厚度 c）平面上葉片的厚度3.2.7 確定葉輪出口圓周速度葉輪出口圓周速度按下式確定：u2=Ku22gH （3-22）Ku2查圖3-2得Ku2=0.95代入數(shù)據(jù)得：u2=0.95×2×9.81×220=62.4m/s 3.2.8 確定葉輪葉片數(shù) z表3-2 泵的葉片數(shù)ns 3

26、060 6080 180280Z 5片長(zhǎng)葉片加5 86 65片短葉片或98由表32，ns=較小時(shí)，z=98，取葉輪葉片數(shù)z=9，可增大排擠系數(shù)，有利于提高泵的抗汽蝕性能。3.2.9 確定葉片的出口安放角2A離心泵葉片出口安放角2A一般小于90°，當(dāng)2A90°和2A90°并取較大值時(shí)，H-qv性能曲線會(huì)出現(xiàn)駝峰現(xiàn)象，使離心泵運(yùn)行不穩(wěn)定。為了得到較高的效率，所以2A一般取1830°。取泵的葉片安放角2A=25°。3.2.10 確定葉片包角如葉片數(shù)z大，應(yīng)小些，2A也可大些；如葉片數(shù)z小，應(yīng)取大一些，2A也要取小一些。 一般可取85° 11

27、0°， 少數(shù)可達(dá)150°。 與葉片間距的比值/ to反映了葉柵稠密度，叫做相對(duì)稠密度，由表33（如下）決定：to=360°z （3-23） 取葉片包角=90°。表33 離心泵葉輪葉柵相對(duì)稠密度 ns 3550 5570 80120 130220 230280 / to 2.12.3 1.92.1 1.71.9 1.51.8 1.41.65 3.2.11 葉片繪型9葉片繪型就是畫(huà)葉片。為此，應(yīng)在幾個(gè)流面上畫(huà)出葉片（葉片骨線），然后按一定的規(guī)律把這些葉片串起來(lái)，就是無(wú)厚度葉片。葉片繪型有兩種方法，即作圖法和解析法。作圖法主要有兩種：保角變換法和扭曲三角形法。

28、解析法也就是逐點(diǎn)積分法。本設(shè)計(jì)采用作圖法。流面是個(gè)空間曲面，直接在流面上畫(huà)流線，不容易表示流線形狀和角度的變化規(guī)律。因此，要設(shè)法把流面展開(kāi)成平面，在展開(kāi)的平面上畫(huà)出流線，而后按預(yù)先作好的記號(hào)，返回到相應(yīng)的流面上。通常作圖是借助特征線利用插入法進(jìn)行的。保角變換繪型法和扭曲三角形繪型法都在離心泵的水力設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。扭曲三角形法是一種比較簡(jiǎn)單的葉片繪型方法，適合于葉輪的扭曲葉片繪型也適合于葉輪的圓柱葉片繪型。它與保角變換法相比較，其優(yōu)點(diǎn)是繪型所得葉片型線長(zhǎng)度與葉輪葉片的真實(shí)長(zhǎng)度基本相等，葉片型線與葉片真實(shí)形狀基本一致。逐點(diǎn)積分法由于計(jì)算麻煩，往往很少采用。通過(guò)比較，本節(jié)采用扭曲三角形法進(jìn)行葉片繪型

29、。低比轉(zhuǎn)速泵的葉輪多設(shè)計(jì)成圓柱形葉片，中、高比轉(zhuǎn)速泵的葉輪設(shè)計(jì)成空間扭曲葉片。本設(shè)計(jì)中的離心泵屬于中比轉(zhuǎn)速泵，故選擇葉片為空間扭曲型葉片。 繪形原理在圖3-4流面上有一條流線，現(xiàn)用兩組相互垂直的平面（軸面和垂直軸線的平面）去截這條流線。這兩組平面和流面的交線和原來(lái)的流線在流面上組成一系列的小直角三角形。因?yàn)榱髅媸强臻g曲面，所以這些小三角形都是扭曲的曲面三角形?？臻g流線被截成的單元長(zhǎng)度L和相應(yīng)的軸面流線長(zhǎng)度s，圓周弧長(zhǎng)u構(gòu)成的小三角形足夠多時(shí)，則可近似地看作是平面三角形。既然是平面小三角形，就可以在平面上畫(huà)出。我們把這些小三角形首尾相接地畫(huà)在平面上，并保持直角邊相平行。這樣，把空間流面上的的流線

30、，用局部全等的辦法，表示在平面上，實(shí)質(zhì)是把空間流面展開(kāi)成了平面。其原理大致如此。圖3-4 扭曲三角形法繪型原理a）流面圖 b）軸面圖 c）平面圖 d）展開(kāi)圖 繪形步驟（如圖-3-5）A 作軸面投影圖，分線圖，初定葉片進(jìn)口邊。 B 在軸面投影圖上從各流線出口開(kāi)始分點(diǎn)，得0，1，2，為了作圖方便，所分線段展開(kāi)長(zhǎng)度可取為相等。 C 做平面展開(kāi)圖，相應(yīng)流線分點(diǎn)，畫(huà)間距等于軸面流線分點(diǎn)間曲線展開(kāi)長(zhǎng)度的平行線，并編號(hào)0，1，2。 D 在展開(kāi)圖上繪流線。所畫(huà)流線進(jìn)出口點(diǎn)應(yīng)和軸面位置相對(duì)應(yīng)，進(jìn)出口角度和預(yù)先角度的值相對(duì)應(yīng)。E 根據(jù)展開(kāi)圖各小三角形水平長(zhǎng)度u 和平面圖對(duì)應(yīng)的u 相等和軸面流線分點(diǎn)半徑和平面圖半徑

31、相等，作出各流線的平面投影。 F 作軸面截線。在平面上作一定夾角的射線，并編號(hào)O，I，II，。把各射線和流線的交點(diǎn)，按相同的半徑移到相應(yīng)的軸面流線上，光滑連接所得到的曲線，就是軸面截線。圖3-5 扭曲三角形法葉片繪型圖例a）分中間線 b）軸面流線分點(diǎn) c）在展開(kāi)圖上繪流線d）做流線平面投影 e）作軸緬截線 f）作木模截線G 葉片加厚。有了軸面截線，可按方格網(wǎng)保角變換繪型方法加厚。但是扭曲三角形法作圖是在建立在局部全等的基礎(chǔ)上，展開(kāi)的流線不但和空間的流線相似，而且近似相等。垂直流線方向的厚度為流線厚度s，水平方向長(zhǎng)度為圓周方向加厚度su，豎直方向長(zhǎng)度為軸面厚度sm。H 作葉片剪裁圖和繪型質(zhì)量檢查

32、與方格網(wǎng)保角變換方法相同。 用扭曲三角形法展開(kāi)流線進(jìn)行葉片加厚在流面展開(kāi)圖上加厚可以直觀反映厚度對(duì)流動(dòng)的影響。方格網(wǎng)保角變換法的展開(kāi)流面不是真實(shí)的。 為此， 用方格網(wǎng)法得到軸面截線和流線的平面投影， 可用扭曲三角形 （或錐面展開(kāi)法），畫(huà)出流線的展開(kāi)圖，為作圖方便，展開(kāi)流線的分點(diǎn)應(yīng)為軸面截線和軸面流線的交點(diǎn)。作出展開(kāi)圖之后，在其上加厚，并返回到平面圖和軸面圖上，與前述步驟G 相同。3.3 壓水室的水力設(shè)計(jì)3.3.1 壓水室概述壓水室是指葉輪出口至泵出口法蘭 （對(duì)多級(jí)泵是到下一級(jí)葉輪進(jìn)口） 的過(guò)流部件，其作用為10：1) 將葉輪流出的液體收集在一起， 形成軸對(duì)稱的流動(dòng)， 并送至下一級(jí)葉輪或泵的出口

33、； 2) 降低流速，把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能，以減少下一級(jí)葉輪或壓水管路中的損失； 3) 消除流動(dòng)的環(huán)量，以減少水力損失。為了達(dá)到上述要求，壓水室在設(shè)計(jì)中要做到： 1) 壓水室的水力損失占整個(gè)泵中的損失的很大部分。 為此壓水室中的水力損失應(yīng)盡量小； 2) 盡可能使水流量軸對(duì)稱，提高泵運(yùn)行的穩(wěn)定性； 3) 具有足夠的強(qiáng)度，較好的經(jīng)濟(jì)性及公益性，并考慮到泵布置的要求。離心泵的壓水室按其結(jié)構(gòu)可分為： (1) 螺旋形壓水室，由螺旋線部件及擴(kuò)散管兩部分組成，水力性能好，用途廣。 (2) 環(huán)形壓水室，其特點(diǎn)是壓水室各過(guò)流截面的面積相等。過(guò)流截面通常為半圓形或矩形，效率較低。 (3) 葉片式壓水室 也稱導(dǎo)葉壓水室，

34、 又分徑向式導(dǎo)葉和流道式導(dǎo)葉。 其特點(diǎn)是在葉輪出口后面的流道中布置若干個(gè)導(dǎo)葉，將流體引至出流口。導(dǎo)葉間流道的過(guò)流面積沿流動(dòng)逐漸變大及流動(dòng)方向的改變，使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能并消除了環(huán)量，起壓水室的作用。3.3.2 壓水室的設(shè)計(jì)根據(jù)所要設(shè)計(jì)的泵的各項(xiàng)參數(shù)，壓水室選擇導(dǎo)葉式的，導(dǎo)葉式的壓水室又稱為導(dǎo)葉，用于節(jié)段式多級(jí)泵中的兩級(jí)葉輪之間，分為徑向式和流道式兩種。由于流道式導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，所以選擇徑向式導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法。徑向式導(dǎo)葉由正導(dǎo)葉、彎道和反導(dǎo)葉三部分組成。正導(dǎo)葉是由螺旋線部分和擴(kuò)散管組成，螺旋線部分的作用是收集葉輪流出的液體，并由擴(kuò)散管降低流速，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓能。正導(dǎo)葉可以看成由zd個(gè)(正

35、導(dǎo)葉數(shù))小的螺旋形壓水室排列葉輪周?chē)?。彎道也稱環(huán)形空間，主要作用是使液流轉(zhuǎn)向。從正導(dǎo)葉流出，引至反導(dǎo)葉。反導(dǎo)葉的作用是把液體引至下一級(jí)葉輪進(jìn)口。為了滿足葉輪進(jìn)口的流動(dòng)條件，還起到消除液流速度環(huán)量的作用，同時(shí)也減低了流速。它兼有壓水室及吸水室的雙重作用11。(1) 正導(dǎo)葉設(shè)計(jì)計(jì)算1、正導(dǎo)葉的進(jìn)口直徑D3導(dǎo)葉進(jìn)口直徑是正導(dǎo)葉螺旋線起始點(diǎn)的基圓直徑D3D3=1.031.05D2 （3-24）式中：D2是葉輪外徑，比轉(zhuǎn)數(shù)較高或尺寸較小時(shí)取大值，反之取小值。 D2=178mm，則：D3=1.03×178=183.34mm取整為D3=184mm2、進(jìn)口寬度b3計(jì)算b3=1.151.25b2 （3

36、-25）式中：b2葉輪出口寬度，mm，b2=3.2mm。故： b3=1.151.25×3.2=4mm3.導(dǎo)葉的進(jìn)口角3導(dǎo)葉的進(jìn)口角3按下式確定：tan3=1.11.3tan2 （3-26）tan2=vm2vu2 （3-27）vm2=Kvm22gH （3-28）Ht=H （3-29）式中：vm2=Kvm22gH=0.087×2×9.81×220= 5.72m/s u2=Ku22gH=0.95×2×9.81×220=62.4m/s Ht=H =2200.566=388.7m vu2=gHtu2=9.81×220

37、7;0.56662.4=61.1m/s tan2=vm2vu2=5.7261.1=0.0936 2= 5.35° tan3=1.11.3tan2=1.3×0.0936=0.122算得 3=6.9°4.導(dǎo)葉的葉片數(shù)z d及喉部高度a 3 求出導(dǎo)葉喉部的液體平均速度：v3=K32gH （3-30）式中：K3=0.52故： v3=K32gH=0.52×2×9.81×220=34.2m/s 導(dǎo)葉葉片數(shù)Zd=Qb32v3 （3-31）式中：Q泵的設(shè)計(jì)流量，Q=12m3/h； b3進(jìn)口寬度，b3=4mm； v3導(dǎo)葉喉部的液體平均速度，m/s；代入

38、數(shù)據(jù)計(jì)算得：Zd=Qb32v3=12÷3600410002×34.2=6.09 因此，取導(dǎo)葉的葉片數(shù)為Zd =6喉部的高度a3b3=4mm3.4吸水室的水力設(shè)計(jì)3.4.1概述離心泵的吸水室是指泵進(jìn)口法蘭至葉輪進(jìn)口前泵體的過(guò)流部分。吸水室中的水力損失要比壓水室中的水力損失小得多。水泵吸水室仍是水泵中不可缺少的部件。吸水室設(shè)計(jì)的好壞影響到水泵的抗空化性能。因此在設(shè)計(jì)水泵吸水室時(shí)，要在水力損失最小的條件下保證：1) 為了形成在設(shè)計(jì)工況下葉輪中穩(wěn)定的相對(duì)流動(dòng)，沿吸水室所有截面流速必須均勻分布； (2) 將吸入管路內(nèi)的速度變?yōu)槿~輪入口所需的速度。吸水室按結(jié)構(gòu)上分成4 類(lèi)121) 直錐

39、形吸水室 直錐形吸水室水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于單極懸臂式離心泵上。由于從進(jìn)口到出口錐形吸入室的過(guò)流斷面逐漸收縮，有利于使液流均勻地進(jìn)入葉輪。 2) 彎形吸水室； 廣泛應(yīng)用于大型離心泵中，這種吸水室在葉輪前部有一段直錐式收縮管，故也按直錐形吸水室計(jì)算； 3) 環(huán)形吸水室 主要應(yīng)用于節(jié)段式多級(jí)泵中。吸水室各軸面內(nèi)的截面尺寸和形狀均相同，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但流速分布不均勻，存在沖擊流動(dòng)和渦漩；4) 半螺旋形吸水室 主要應(yīng)用于單級(jí)雙吸收離心泵和水平中開(kāi)式多級(jí)離心泵中，一般選用于單側(cè)流量不超過(guò)500m3/ h 的中低比轉(zhuǎn)速水泵中。其特點(diǎn)是吸水室截面隨流動(dòng)的變化而改變，成螺旋狀，使葉輪進(jìn)口的流速均勻。3.

40、4.2 吸水室的設(shè)計(jì)根據(jù)所要設(shè)計(jì)泵的各項(xiàng)參數(shù)，以及泵的性能，本設(shè)計(jì)選擇直錐型吸水室。 吸水室進(jìn)口直徑按下式計(jì)算：D=1.11.15Dj （3-32）式中：Dj葉輪的進(jìn)口直徑，Dj =144mm； D吸水室的進(jìn)口直徑，mm。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：D=1.11.15Dj=1.13×144=162.7mm取整為D=163mm。第四章 泵的軸向力、徑向力計(jì)算及平衡4.1 軸向力的計(jì)算及平衡4.1.1 軸向力的產(chǎn)生圖4-1 軸向力的產(chǎn)生原因圖4-2 徑向流對(duì)軸向力的影響葉輪上產(chǎn)生軸向力的原因主要有以下幾點(diǎn)：1、葉輪前后蓋板不對(duì)稱壓力產(chǎn)生的軸向力，這是所有軸向力中最重要的一個(gè)因素。由于葉輪蓋板的形狀是

41、不規(guī)則的，所以其軸向力大小比較復(fù)雜，此力指向壓力小的蓋板方向，用A1表示； 2、液體流過(guò)葉輪由于方向改變產(chǎn)生的沖力（動(dòng)反力），此力指向葉輪后面，用A2表示；3、泵軸兩端壓力不同時(shí)產(chǎn)生的軸向力，其方向視具體情況而定，用A3表示；4轉(zhuǎn)子重量產(chǎn)生的軸向力，其方向與轉(zhuǎn)子的布置方式有關(guān)，用A4表示；5、其他能夠影響軸向力的因素：當(dāng)有徑向流時(shí)會(huì)改變壓力分布，因而影響軸向力的數(shù)值。圖中實(shí)線表示無(wú)徑向流時(shí)的壓力分布，虛線表示有徑向流時(shí)的壓力分布。在前蓋板泵腔，存在著內(nèi)向徑向流動(dòng)，壓力分布如左側(cè)的虛線所示。葉輪與泵軸的固定與否，葉輪進(jìn)口密封狀況如何以及泵軸間隙狀況等，都對(duì)軸向力有影響。 雖然有以上幾種產(chǎn)生軸向力

42、的原因，但一般計(jì)算時(shí)需考慮具體情況，做適當(dāng)?shù)娜∩嵊?jì)算。當(dāng)然還有其他很多因素對(duì)葉輪軸向力的形成也有影響，有些屬于加工制造裝配等因素，有些屬于使用后密封環(huán)磨損，間隙增大引起的。 實(shí)際上，葉輪因鑄造關(guān)系，每級(jí)葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程都不盡相同，葉輪前蓋板外腔內(nèi)液體將向內(nèi)流經(jīng)密封環(huán)，回到葉輪進(jìn)口；葉輪后蓋板外腔液體有向外流動(dòng)，也有向內(nèi)流動(dòng)，也就是末級(jí)葉輪向內(nèi)流動(dòng)，其余葉輪有向外流動(dòng)的趨勢(shì)。4.1.2 軸向力的計(jì)算（1） 葉輪前后蓋板壓力分布不對(duì)稱產(chǎn)生的軸向力F1圖4-3所示為葉輪前后蓋板上的壓力分布。由于液體在泵腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，前后蓋板上的壓力可近似地認(rèn)為按拋物線規(guī)律分布。加入不考慮密封環(huán)處泄漏的影響，則在前后泵腔內(nèi)

43、液體的運(yùn)動(dòng)情況近似相等。所以，自葉輪出口半徑R2到密封環(huán)半徑Rmi的范圍內(nèi),可認(rèn)為葉輪兩側(cè)壓力相等,互相平衡。從密封環(huán)半徑Rmi到輪轂半徑rh的范圍內(nèi)，右面的壓力大于左面的壓力，所以產(chǎn)生了軸向力F1。F1=Rmi2-rh2Hp-R22-Rmi2+rh2228g （4-1）式中：F1軸向力（kg）；Hp單級(jí)葉輪的勢(shì)揚(yáng)程(m)； R2葉輪出口半徑(m)； Rmi葉輪密封環(huán)半徑(m)； rh輪轂半徑(m)； 葉輪旋轉(zhuǎn)角速度(rad/s)； 液體重度(kg/m3 )； g重力加速度(m/ s )； u2葉輪出口直徑圓周速度(m/s)；圖4-3 葉輪前后蓋板上的壓力分布Hp=Ht1-Htg2u22 （4

44、-2）式中：Ht單級(jí)葉輪的理論揚(yáng)程(Ht=H/h，h-水力效率)； u2葉輪出口直徑圓周速度(m/s)。 Ht=H/h=110/0.768=143.2mHp=Ht1-Htg2u22=143.21-143.2×9.812×62.42=117.4m （4-3）=2n60=2×6000×3.1460=628rad/s （4-4） F1=Rmi2-rh2Hp-R22-Rmi2+rh2228g=440×9.810.082-0.072117.4-0.0892-0.082+0.072262828×9.81=686.2N（2）動(dòng)反力F2 在離心泵中，

45、液體通常是軸向進(jìn)入葉輪，徑向流出，液體的方向之所以變化，是因?yàn)橐后w受到葉輪作用力的結(jié)果，同時(shí)，液體給葉輪一個(gè)大小相等方向相反的沖力，即F2。F2=Qtgvmo-vm2cos2 （4-5）式中：F2動(dòng)反力（kg）； Qt流經(jīng)葉輪的流量(m /s)； 液體重度，kg/（m2s2)； vmo液體進(jìn)入葉輪葉片前的軸面速度(m/s)； vm2液體流出葉輪后的軸面速度(m/s)； 2軸面速度vm2與葉輪軸線間的夾角，這里290°；F2=Qtgvmo-vm2cos2=123600×9.81440×9.81×5.72=8.4N（3）總軸向力F動(dòng)反力F2的方向與軸向力F1

46、的方向相反，總的軸向力為：F=F1-F2=686.2-8.4=677.8N4.1.3軸向力的平衡在設(shè)計(jì)LNG潛液泵時(shí)須考慮到流體和機(jī)械方面由于力不平衡所產(chǎn)生的負(fù)面影響，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，就應(yīng)盡可能的消除非平衡力。由于LNG潛液泵的結(jié)構(gòu)是電機(jī)與葉輪同軸，因此在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的軸向推力和徑向力受力不平衡會(huì)直接影響泵和電機(jī)的使用壽命，而且在-196的深冷環(huán)境下，軸承不能采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，而是引入少量的LNG沖洗以避免軸承發(fā)熱和潤(rùn)滑的作用，軸向推力和徑向力影響液膜的狀態(tài)，極易造成嚴(yán)重的磨損。對(duì)于軸向推力的平衡采用了推力平衡機(jī)構(gòu)(thrust equalizing mechanism，TEM) 來(lái)平

47、衡軸向推力，如圖4-4所示。TEM的上磨損環(huán)直徑大于下磨損環(huán)，致使高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中合力向上，因此泵軸上的所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件向上移動(dòng)，此時(shí)葉輪的節(jié)流環(huán)調(diào)節(jié)縮小它與固定板的間距，限制通過(guò)磨損環(huán)的流動(dòng)，并引起上閘室壓力增加。由于上閘室壓力的增加，此時(shí)推力向下，旋轉(zhuǎn)部件又向下移動(dòng)，因此固定板與葉輪節(jié)流環(huán)間的距離變大，上閘室壓力減小。經(jīng)過(guò)TEM反復(fù)連續(xù)的自調(diào)節(jié)，可以使利用LNG潤(rùn)滑的球形推力軸承在零軸向推力狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，大大地提高了軸承的可靠性，并延長(zhǎng)了LNG潛液泵的使用壽命。圖4-4 軸向推力平衡機(jī)構(gòu)4.2徑向力的計(jì)算及平衡4.2.1徑向力的計(jì)算當(dāng)泵工況偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)，在整個(gè)葉輪外緣上的壓力分布呈不對(duì)稱狀態(tài)，使葉

48、輪受到徑向力的作用。流量偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)越遠(yuǎn)，徑向力越大。徑向力可按下式計(jì)算：F=KRgHD2B2 （4-6）式中：F徑向力，N。 KR徑向力系數(shù)，按圖4-5選?。?H相應(yīng)流量下的揚(yáng)程（m）； D2葉輪外徑（m）； B2包括葉輪蓋板在內(nèi)的葉輪出口寬度（m）； 液體密度（kg/m3）。圖4-5 徑向力系數(shù)當(dāng)Q=0時(shí)，H1.3H =1.3×220= 286m，徑向力最大；當(dāng)Qt= Q時(shí)，H =220m,徑向力最小。分別代入F計(jì)算式中，可得徑向力的最大值和最小值分別為：Fmax=0.1×9.81×440×220×0.178×0.0132=223.

49、2NFmin=0.02×9.81×440×220×0.178×0.0132=44.6N4.2.2徑向力的平衡徑向力的平衡采用對(duì)稱擴(kuò)散器葉片來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖4-6所示。低溫的LNG從葉輪中流出后進(jìn)入軸向的擴(kuò)散器，軸向擴(kuò)散器具有良好的水力對(duì)稱性。由于擴(kuò)散器與流體是對(duì)稱的，在其流量范圍下具有完美的液壓對(duì)稱性。當(dāng)泵達(dá)到設(shè)計(jì)流量時(shí)，潛液式LNG泵作用在葉輪上的徑向力理論上為零。圖4-6 用于徑向力的平衡擴(kuò)散器第五章 低溫潛液泵電機(jī)的選擇5.1低溫潛液泵電機(jī)的相關(guān)問(wèn)題解決由于電機(jī)浸入低溫液體中，就需要保證電機(jī)在低溫液體中不能被擊穿，首先是定子和轉(zhuǎn)子之間不能被擊

50、穿，然后就是匝間線之間不能被擊穿。通過(guò)對(duì)電機(jī)的矽鋼片間隙做絕緣處理，電纜線圈采用樹(shù)脂絕緣漆的漆包線，并通過(guò)液氮對(duì)樹(shù)脂絕緣漆的漆包線進(jìn)行低溫處理，確保電機(jī)絕緣性能，電機(jī)定子空間作低溫膠發(fā)泡處理，防止發(fā)生局部放電和電暈對(duì)繞組造成破壞。由于電機(jī)的動(dòng)力電纜需要外接，動(dòng)力電纜的對(duì)外封裝需要絕對(duì)的密封。為了適應(yīng)低溫環(huán)境，電纜采用聚酯帶與聚乙烯復(fù)合紙作為絕緣層，可使其耐低溫，不易老化變形。由殼體外接的動(dòng)力電纜部分的密封采用雙O 型圈密封、壓緊密封和自緊密封相結(jié)合的特殊密封，確保密封可靠。為減少接線環(huán)節(jié)，定子與殼體之間的連接采取漆包線直接做絕緣處理后卡接在銅接線柱上。有防爆接線盒接在密封裝置后，以防止LNG沿著電纜從連接處泄漏到接線盒遇到火花發(fā)生爆炸。為達(dá)到密封防爆作用，設(shè)計(jì)時(shí)在外接電纜與接線盒處設(shè)置二道氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，阻斷LNG可能的泄漏通道。如果第一道N2保護(hù)失效，第二道N2密封系統(tǒng)仍可正常工作，而第一道N2保護(hù)失效時(shí)其壓力有顯著變化，由此向安全監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警。5.2電機(jī)的選擇根據(jù)泵輸送液體的性質(zhì)、泵所需功率、泵的轉(zhuǎn)速及所處的環(huán)境等因素選用電機(jī)類(lèi)型，石化工藝裝置泵用電機(jī)一般選用三相交流異步電機(jī)。電機(jī)需要功率、泵的軸功率乘以安全系數(shù)之值即為計(jì)算需要電機(jī)功