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摘 要

本文设计了一种低温离心泵外特性试验装置，主要用于低温离心泵的外特性的测量。该装置主要包括：管路系统、动力传动系统、模型泵、外特性数据采集分析系统。本设计完成的主要工作如下：

（1）对试验装置的管道布置进行了整体设计，对管路中涉及到的仪表进行了选型，并详细阐述了如何在此试验装置上测量计算低温离心泵的外特性。

（2）对试验所用的模型泵的主要结构进行了设计。叶片的设计主要包括进口直径、进口宽度以及进口安放角；压水室的设计主要包括基圆直径、蜗室进口宽度、蜗室截面形状以及蜗室扩散管。

（3）设计了试验装置中所使用的低温球形储料罐、试验台、传动装置及部件。低温球形储料罐的设计主要包括内壁、真空层、外壁、储罐保温层、保护层以及球形储罐的支撑形式支柱拉杆。

（4）对整套试验装置进行经济评估，分别对球形储料罐、管道、传动轴以及选用仪器的成本进行核算，从而确定试验装置的成本。

（5）对上述试验装置的总装图及各零部件图进行了CAD绘图。

关键词：低温离心泵 外部特性 试验装置

Development of Low Temperature Pump External Characteristic Test Device

ABSTRACT

A low temperature centrifugal pump external characteristics test device for the measurement of low temperature centrifugal pump external characteristics was designed in this dissertation. The device mainly includes: pipeline system, power transmission system, model pump, external characteristic data acquisition and analysis system. The main contents of this design are as follows:

1. The piping layout of the test apparatus was designed, the instrument involved in the pipeline was selected, and the measurement method of the external characteristics of the low temperature centrifugal pump on this test device was elaborated.
2. The main structure of the model pump used in the test was designed. The design of the blade mainly includes the diameter of the inlet, the width of the inlet and the angle of the inlet. The design of the pressurized water chamber mainly includes the diameter of the base circle, the width of the entrance of the volute, the cross-sectional shape of the volute chamber.
3. The low-temperature spherical storage tank, test bench and transmission equipment were designed. The design of the low-temperature spherical storage tank mainly includes the inner wall, the vacuum layer, the outer wall, the tank insulation layer, the protective layer and the support form of the spherical tank.
4. Economic evaluation was performed for the entire test device. The cost of the spherical storage tank, pipe, drive shaft and selected equipment was accounted respectively. Thereby, the cost of the test device was determined.
5. The assembly drawings and parts drawings of the above test device were drawn by using CAD software.

Key words: low temperature centrifugal pump; external characteristic; test device.

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.1.1 低温离心泵的简介 1

1.1.2 常见的几种低温离心泵的介绍 1

1.1.3 研究的背景及意义 3

1.2 低温泵国内外研究现状 4

1.2.1 低温离心泵的设计 4

1.2.2 机械密封的研究 5

1.2.3 低温离心泵的管道布置 6

1.2.4 低温离心泵的选型 6

1.2.5 低温离心泵的数值模拟 6

1.2.6 低温泵平衡孔的研究 7

1.2.7 低温泵的进展前景 7

第二章 低温泵外特性实验装置整体设计 8

2.1 实验装置的总体概述及设计 8

2.2 试验装置的测量系统 9

2.2.1 流量的测量 9

2.2.2 扬程的测量 9

2.2.3 轴功率的测量和效率的计算 9

2.2.4 外特性测量步骤 10

2.3 试验装置管道初步设计 10

2.3.1 泵进口段的管道设计 11

2.2.2 泵出口段的管道设计 13

第三章 低温泵结构尺寸设计 17

3.1 模型泵计算基本方程 17

3.2 模型泵结构尺寸的确定 18

3.3 叶轮叶片几何尺寸的确定 18

3.3.1 叶片进口直径 18

3.3.2 叶片进口宽度和叶片进口安放角 19

3.3.3 叶片数Z 20

3.3.4 叶片出口外径和出口安放角 21

3.3.5 单圆弧叶片长度L 21

3.4 压水室几何尺寸的确定 23

3.4.1 基圆直径 23

3.4.2 蜗室进口宽度 23

3.4.3 蜗室断面形状 24

3.4.4 蜗室扩散管的设计 24

第四章 低温储罐及传动部件的设计 26

4.1 低温储罐的设计 26

4.2 低温储罐支柱的设计 27

4.3 电机型号的选取及选取电机的参数 28

4.4 泵入口和出口直管段尺寸的估算 29

4.5 传动轴的尺寸选取及强度校核 29

4.5.1 传动轴尺寸的选取 29

4.5.2 传动轴强度的校核 30

4.6 联轴器和轴承的选择 30

4.7 试验装置支架设计 30

第五章 经济评估 32

5.1 储料罐 32

5.2 管道费用 33

5.3 传动轴 33

5.4 综合成本费用 33

第六章 结论与展望 35

6.1 结论 35

6.2 展望 35

参考文献 36

致 谢 38

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.1.1 低温离心泵的简介

泵是在工业中经常遇到的不可或缺的许多工业中动力的提供器械。对于刚入职的机械工程师都会面临进入行业实务经验少的问题，需要机械工程师对设计、操作和使用适当的泵，以及如何诊断和改正它们等方面有一个清楚的认知并在日后的工作中实践书本之中的知识^[1]。

伴随着离心泵输送的介质的多样化，低温工质如液氦、液氧、液氢及液氮在超低温超导电缆等工艺生产流程及科学研究中的应用日渐广泛，这也对离心泵在输送和工艺方面的要求也更加严格^[2]。低温泵在输送深冷液体方向的发展，使得超低比高速离心泵在许多的生产工业中被广泛的使用^[3]。

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