開題報告學院：專業：學號：年級：學生姓名指導教師設計題目350ZQB-160潛水泵與本課題有關的國內外研究情況：軸流泵是葉片泵中比轉速較高的一種泵，其比轉速一般介于500~1600之間。近年來，軸流泵的比轉速有提高的趨勢，國內已研制出比轉速2000左右的模型泵，國外有的甚至高達2500多。其主要應用于大流量、低揚程的場合，一般流量在0.3~65之間，揚程一般在20m以下。因其結構簡單、操作方便，廣泛應用于國民經濟各個領域。在農田排灌方面，移動式小型軸流泵應用于小塊天地的灌溉；而防洪排澇則可以采用大中型軸流泵；在水利建設，跨流域調水等方面，如：南水北調、引灤工程等，則采用性能優異的大型軸流泵；在電站建設中，汽輪機冷凝用循環水采用軸流泵；其他如城市給排水、大型鋼鐵聯合企業生產用水和船塢進排水、淺水船舶的推進，通常也是采用軸流泵。而潛水軸流泵，顧名思義，具有潛水泵與軸流泵的雙重特性，既可以機電一體在水中工作，又具有軸流泵流量大揚程低的特典。相比于其他的傳統泵型，潛水軸流泵具有一系列的優點：改善了泵站的操作環境，運行安全可靠。現場安裝方便，輔助設備少。工程投資少，減少安裝面積，相比于傳統泵站，節約了泵站工程造價的30%~40%。1928年，美國的布隆·杰克遜（ByronJackson）首次研制出了潛水電泵。瑞典的飛立公司（Sterbery-Flygt）成功研制了第一臺排水用潛水電泵。隨后，在上個世紀60年代，美國、英國、德國、芬蘭、俄羅斯、日本等陸續大批量生產作業潛水電泵。我國的軸流泵發展走了一條由仿制到自主開發的道路。20世紀60年代初我國開始生產軸流泵，當時主要按照蘇聯的水力模型進行仿制，制造了葉輪直徑1540mm的64ZLB-50型泵；20世紀70年代末至80年代初，我國研制了一批優秀的軸流泵模型，其水力性能已達世界先進水平。自上個世紀90年代以來，我國軸流泵產量成波浪式發展。近年來，為滿足我國東部地區灌溉業以及“南水北調”的需要，國內相關單位開發來了一系列軸流泵水力模型。江蘇大學流體機械工程技術研究中心自20世紀90年代開始，在借鑒國外先進經驗的基礎上，對潛水軸流泵進行了較為系統的研究。所主持的“QZ0.8-28-30低揚程大流量潛水軸流泵”研究于1992年榮獲機械部科技進步三等獎；“小型潛水電泵降低能耗物耗的研究”于1994年獲機械部科技進步二等獎；1995年，“完善小型潛水電泵系列”的研究又獲國家教委科技進步二等獎。以上成果的推廣應用商業化，產生了顯著的經濟和社會效益。如今，德國ABS公司、德國KSB公司、瑞典Flygt公司等都均有潛水軸流泵系列產品；國內的長沙水泵廠、南京藍深集團等也具有潛水軸流泵系列產品。國內外潛水軸流泵產品結構大致相同，在泵性能方面，國內外產品處在同一水平。尤其是在泵效率方面，國內產品并不低。但是，在產品可靠性方面，國內產品與國外先進水平相比尚有一定差距，國內的大中型潛水軸流泵無故障運行時間一般為3000~5000小時，而國外的先進產品可以達到6000~10000小時。目前，對潛水軸流泵的研究工作主要集中在以下這幾方面：數值模擬方面。軸流泵內部流動是十分復雜的三維非定常湍流，流體在旋轉和空間扭曲的葉片上的流動更加復雜。通常會伴有沖擊、旋渦甚至脫流和二次流，這些流動特性導致實驗測試比較困難。近些年來，隨著計算機性能的提高和數值計算方法研究的深入，計算流體力學（CFD）方法成為了研究葉輪內部流動非常重要且有效的工具。國外在這方面起步較早，國內起步雖晚，但發展迅猛。實驗研究是探索軸流泵內部流動規律，提高泵性能的重要方法。近年來，國內國外的主要測試手段還是探針。比如：仇寶云等用五孔球形探針對大型立式軸流泵葉片進口流場進行了實驗測試，研究了流場形成的機理和流動規律；國外的Saito、Sumio研究了軸流泵外特性和噪聲、氣蝕產生的氣泡之間的關系。理論分析也是軸流泵設計研究的一個重要方面。郭少昱分析了軸流泵導葉、動葉及葉片角度的調整對泵工作性能曲線的影響；李文廣等分析了軸流泵葉輪出口液體速度矩分布對葉輪出口液體速度、理論揚程、水力損失等參數沿葉片高度分布的影響情況。江蘇大學在軸流泵模型的設計和研究方面做了大量的工作，關醒凡、施衛冬等設計了一批效率高、高效范圍寬、汽蝕性能好、工藝性能好的軸流泵水力模型。對潛水泵節約材料的研究。江蘇大學流體中心上世紀90年代對小型潛水電泵降低物耗能耗進行過研究，并獲得1994年機械部科技進步三等獎。但國內的泵企業對材料節約的研究還是處于一種很不重視的狀態。國外企業尤其是日本企業的成本觀念比國內強很多，他們充分利用CAD/CAM//CAPP技術，進行科學設計，得到泵的合理結構，達到節約成本的目的。本課題研究的主要內容及方法：研究的主要內容：軸流潛水泵是潛水電泵的一種，是一種機電一體潛入水中輸送液體的特殊機械，且又具有軸流泵流量大、揚程低的特點。主要用于水利工程、家用排灌。水廠取水、城市和工礦企業給水排污、工業熱電站輸送管循環水、抗旱排澇等領域。軸流潛水泵的結構可以分為燈泡式和貫流式兩種，按照泵的安裝方式可以將其分為立式、臥式和斜式三種。本次所設計的ZQB型泵就是立式安裝的燈泡式軸流潛水泵。軸流泵結構簡單，過流部件一般由吸水室、葉輪和導葉組成。下面簡單的介紹這三部分：吸水室：又稱進水流道，是指將吸水池中的水直接引向葉輪進口的流道。軸流泵的性能很大程度上受葉輪進口處的液流速度和壓力分布是否均勻的影響。因此，吸水室的設計要求是在水力損失最小的條件下將液體引向葉輪進口，并保證液體流入葉輪時速度分布均勻。喇叭管和直收縮管吸水室用于中小型軸流泵，肘型和鐘型吸水室用于大型軸流泵。葉輪：葉輪是軸流泵的主要工作部件，其性能直接決定泵的性能。葉片根據是否可調，分為固定式葉片，半調節葉片和全調節葉片。（1）固定式葉片：軸流泵葉片與輪轂鑄成一個整體，葉片安放角度不能調節，其高效區較窄，一般為小型軸流泵。（2）全調節葉片：可以根據不同的揚程和流量要求，通過液壓傳動機構來改變葉片安放角度，從而改變其性能，滿足使用要求，但由于液壓傳動機構的復雜程度，往往只在大型軸流泵中采用。（3）半調節葉片：其高效區比固定式葉片寬，使用范圍較廣。比全調節葉片軸流泵結構簡單，但其調節不方便，實時適應性差，一般用于中型軸流泵。導葉：用來消除葉輪出口液體的環量，將部分速度能轉換成壓能的裝置。一般情況下，軸流泵葉輪后都裝有導葉。本次設計需對以上結構有充分了解與認識，分析綜合各類資料，計算設計出符合性能要求與使用要求的產品結構，并能夠投入生產實踐。具體的研究設計內容包括：課題調研：將書本上學到的知識與企業生產實際結合起來進行調研，實現產學聯合，對軸流潛水泵有更直觀的感受和理解，為之后的計算設計打下一定的基礎。了解國內外先進知識：查閱國內外近年相關文獻，對軸流潛水泵的發展過程，發展現狀，發展前景都有一定的了解。水力設計：根據所學知識對軸流潛水泵的吸水室、葉輪和導葉進行水力設計，繪制一套完整的水力圖紙。結構設計：根據所學知識，考慮零件工藝學和強度要求，設計各部分的結構。并依據材料力學知識對其強度進行校核，完成結構圖紙的繪制，以及總裝圖的繪制。校核比較：利用國內外先進軟件，對所做設計進行校核驗證。對整個設計進行總結，完成設計說明書和各項材料。研究方法：（1）進入企業進行生產實際的實習。（2）查閱相關的科技論文數篇，了解發展前沿技術。（3）依據關醒凡老師的《現代泵理論與設計手冊》和查森老師的《葉片泵原理及水力設計》中的設計方法對軸流潛水泵進行設計。（4）參考企業圖紙，結合自身知識，設計零件結構，根據流體機械強度計算所學知識對零件進行強度校核。（5）靈活學習使用CFturbo、ANSYS等軟件，掌握水泵設計的前沿技術。對設計結果進行分析驗證。本課題所需要解決的問題：（1）確定水泵運行的使用地點，運行工況，選定其形式。（2）在水泵的流量和揚程滿足使用條件的情況下，確保其效率達到設計要求。（3）采用措施來保證水泵的抗汽蝕性能。（4）在滿足水泵性能條件的前提下，多節約材料成本進行研究，提高其市場競爭力。（5）所設計的水泵在實際的安裝、使用和維修中需要便于操作。預期結果及其意義：預期結果：在設計完成時，所設計的潛水軸流泵在流量、揚程以及抗汽蝕性能等方面達到設計參數要求；對水泵進行的強度校核符合要求，所進行的三維造型、CFD分析符合客觀實際；能夠完成一整套的水泵生產圖紙，包括水力圖、結構圖紙以及總裝圖；所做的設計說明書完整記錄下設計全過程。意義：在此次設計中，從基礎的水力設計到結構設計、強度、汽蝕、效率估算等，完成了一個專業泵的產品的完整設計過程。此次設計把以前的機械設計和專業課程設計很好地聯系起來，在企業中的實習實現了產學結合，可以讓我們知道了一個個單一的零部件怎樣組裝成一個整體，對水泵結構更加清楚。這次設計也能很好的鍛煉我們，并使自己對本專業的知識又加深了一步，也能培養了我們自己獨立工作的能力，對我們以后進一步學習本專業打下了堅實的基礎。所設計的潛水軸流泵也能符合所需要的各類要求，能夠廣泛的運用到生產實踐中去，從而產生經濟效益與社會影響。完成課題的各階段工作具體安排起止日期本階段的工作安排2.22～2.26熟悉課題，文獻檢索，調研報告2.27～3.6外文資料翻譯3.7～4.1水力設計、圖紙繪