大学本科机械毕业论文水泵

1 前言：敝公司为流体机械专业工厂，产品有真空泵浦、齿轮泵浦、离心泵浦及柱塞泵浦等，每一项产品皆经严格品管试验，故性能优越，品质稳定。泵浦为流体输送之中心枢纽，其使用与保养方法之不当，皆影响泵浦之寿命，对泵浦运转影响甚大，甚至造成不可弥补之损失。为期防止无形之损失，有赖您对泵浦的了解，正确的使用，及平时的保养工作。若有任何使用及保养上的问题，请立刻与敝公司连络，敝公司将为您提供最热诚完善的服务。2 安装：2.1 安装前请检视机体各部零件是否齐全，若因搬运中短缺或受损时，请立即通知敝公司，将马上补全或派员处理。2.2 安装地点宜选乾燥通风，装卸及保养便利之场所。2.3 安装泵浦之基础须平直，水平，使共同底座能平均安置於基础台，以免底座承受变形之应力。2.4 埋设基础螺丝时，须等水泥硬化后，共同底座与基础没有间隙才可锁紧基础螺丝。2.5 检查泵浦是否水平，联轴器 (皮带轮) 是否对正，皮带的紧度是否适中，泵浦与基础台是否稳固。2.6 泵浦安装位置距液面愈近愈好。2.7 管接合处应确实锁紧，入口管的外部不宜外加荷重致使管路弯曲。2.8 联轴器之检查要领∶联轴式泵浦一般以挠性联轴器传动，泵浦与马达之中心线角度必需正确，以避免联轴器之不正常损坏及噪音震动。3 配管：3.1 吸入管内为负压，故应使用钢管或其它硬质材料。3.2 泵浦入口尽可能靠近液体，以减少管路损失。3.3 管路完成后，迫紧封闭不可先除去，须等配管完成清洁后才可除去。3.4 入口管路太重时，须作支架，以免泵浦受负荷变形。3.5 入口管路完成后，须作气密探漏，以避免使用时空气漏入，造成流量减少或不能自吸。3.6 管路与泵浦出路口接合处，务必加装防震软管，管路也要加以支撑固定，以避免泵浦受外力变形产生故障。3.7 液体之蒸气压太高时，须以正压流入泵浦，足够的压力才可避免蒸气及吸力不够之情形。3.8 入口真空计及出口压力计之装置，对使用保养甚为便利，最好装置备用。3.9 吸水槽内各泵浦原则上以单独并列安装最为理想。3.10 由小管路进入较大吸水槽时应使向吸入管的水路方向平均流入。3.11 入口管的位置尽量安装於吸水槽的中央。3.12 水路只有一条时，尽量避免各入口管直接排於此水路口。3.13 入口管尽量采用直的短管，假如必须用弯管时，则采用曲率半径大的弯管且距泵浦入口不可太近。3.14 不能在入口管的中途有高低起伏的情形，应从泵浦开始稍做向下倾斜(斜度约 1/50－1/100)，以避免中途积存空气。3.15 吸入管之直径大小与泵浦吸入口不同时，应以偏心异径管连接，否则空气将滞留於异径管及管路上部。底阀不得距离水槽的排出口太近，否则会吸入空气。水槽水位至底阀的距离不得太短以免水呈涡流而吸入空气。为防止异物堵塞底阀或叶轮，应使用面积充足的滤器，在树枝、树叶、杂草多的地方，应於上流装设金属网，以防滤器之阻塞。4 电器配线：4.1 依照电动机之额定电流容量，选择适当配线材料。（按电气法规）4.2 保险丝之容量须为马达额定电流容量之2－3倍。4.3 最好使用电磁开关起动泵浦，大容量泵浦请用Star delta starting。4.4 检视转向是否依照箭头指示。5 运转：5.1 运转前：5.1.1 润滑油的检查:如有异物存在，将在短时间内伤害轴承。a) 采用机油润滑时，油量以填充至油面表之中间程度为宜，不能太多或太少。b) 采用油脂润滑时，油脂不可填满轴承箱以免轴承发热。5.1.2 检查旋转体间是否有摩擦。a) 如有异物入内，会产生摩擦，影响运转。b) 检查电动机之转向，若转向相反易使装於轴上之叶轮防松螺帽脱落，试转前需灌满水后，才能试转，以免损坏轴封。5.1.3 试转完毕以上各程序后：a) 引水充满泵浦本体及入口管并抽尽空气，否则无法扬水，且将烧毁轴封。b) 运转时要徐徐转开阀，并注意电流表的读数，不可快速旋开阀引起电动机过负荷现象。5.2 运转中:5.2.1 轴承部份：a) 最初运转一小时左右应对过热作严密注意，轴承温度不得超过周温+40度C，一般设法维持75度C以下为宜。b) 再次确认全部轴承是否有润滑油作润滑之作用。5.2.2 填料部份：a) 填料不能过紧以避免过热、损伤或主轴磨耗。b) 填料之松紧程度，通常以填料盖漏出少量之水为宜。c) 填料函之温度通常维持在40℃以下为宜。5.2.3 本体部份：a) 运转中应时常旋开本体顶端之空气拷克(Air Cock)，以检查空气是否漏入。b) 如有空气漏入则应检查入口处有否裂痕或吸水槽有否旋涡发生。5.3 停止:5.3.1 采用自吸式泵浦於停止时，应先关闭出口阀，然后关闭电源，否则会发生水鎚作用，增加泵浦负荷。5.3.2 采用涡卷式泵浦时，应於出口管处加装止回阀，防止液体逆流。5.4 操作上之其他注意事项：5.4.1 填料函所用之封水必须是清水，否则会损伤主轴及填料。如填料受损时，应依液体性质迅速给予更换。5.4.2 应随时注意轴承用润滑油的污染程度，初期运转时每两星期更换一次。应时常检查轴承之磨耗程度，轴承磨耗不平为造成震动之主要原因。5.4.3 要避免泵浦长时期运转於与设计点远离之点。5.4.4 要避免关闭出口阀而长时运转，否则水温会上升而发生蒸气。5.4.5 将液体排出於液体易凝固之气候，运转需停止时，要打开本体底部之排泄旋塞。5.4.6 要避免出口阀关闭长时间运转时，会使泵浦体内温度升高，温度一直上升会使压力一直提升到无法负荷下，泵浦本体会爆裂，危险相当高。6 长期停用处理：6.1 切掉主电源。6.2 清除泵浦内部残留液体。6.3 泵浦易生锈部份，请涂防锈油。6.4 每半个月运转三至五分钟。6.5 再使用时，按运转说明操作。7 定期检查及保养事项：7.1 每周检查轴封、压力、轴承、电流，各部螺丝等是否正常。7.2 入口真空计及出口压力计之装置，对使用保养甚为便利，平时关闭，测定时再开。7.3 每个月注入适量黄油在每个黄油嘴上。7.4 运转中若有异常状况产生，请立即停车检查，待故障排除后再继续使用。7.5 使用於高温液体之泵浦，各部位间隙须予适当配合，详情请洽敝公司。7.6 填料及机械轴封之保养∶7.6.1 填料∶填料（迫紧）之作用为防止轴封部之泄漏，其保养之好坏，直接影响泵浦之性能及轴心的寿命，应注意如下事项∶a) 填料经长期使用后磨损，须增加圈数或全数换新。b) 填料在运转中有少量泄漏，有利润滑，不必经常锁紧。c) 锁紧填料时，最好停车调整比较均匀，不可单边调整，避免填料盖卡住轴心，甚至使压盖断裂。d) 更换填料时，须将旧填料取出，清洁填料函，不可留残渣在内。e) 装入填料时，填料之切口须密接，每一环之切口须错开约120度，不可在同一线上。7.6.2 机械轴封∶使用机械轴封防止泄漏时，必须充份维护与保养，如此寿命才可延长，注意事项∶a) 绝对禁止无液体时空转。b) 配管内之焊渣、铁屑、杂物等必须清除乾净，以防进入泵浦及轴封内部。c) 先用手转动泵浦，以确定泵浦没有异常状况，再起动泵浦。d) 确实防止轴封部液体之固化，以免损坏轴封。e) 长期停用时，务必将轴封部液体排除，并冲洗乾净。8 故障排除：8.1 无法扬水：a) 泵浦无注水。b) 转速低於额定。c) 使用系统的扬程太高。d) 入口高度高於原先设计。e) 叶轮阻塞。f) 运转反向。g) 入口管泄入空气。h) 填料函泄入空气。i) 出入口堵塞或底阀卡死。8.2 水量不足：a) 入口管或填料函泄入空气。b) 转速低於额定。c) 使用系统的扬程太高。d) NPSH(a)不足。e) 入口高度高於原先设计。f) 入口管路阻塞。g) 高温或挥发性液体时吸入扬程不够。h) 底阀太小或底阀故障。i) 叶轮阻塞。j) 叶轮破损。k) 底阀或入口管底端浸水不够深。l) 运转反向。8.3 压力不足：a) 转速太低。b) 使用系统的扬程太低。c) 液体内混有气体。d) 叶轮破损。e) 叶轮外径太小。f) 运转反向。8.4 吸程小：a) 入口管泄漏。b) 填料泄入空气。c) 入口高度过高或NPSH(a)不足。d) 叶轮破损。e) 本体衬料受损。f) 入口管阻塞。8.5 马力超载：a) 转速过高。b) 使用系统的扬程低於额定。c) 液体比重或黏度太高。d) 电压降低致使电流增高。e) 轴弯曲变形。f) 填料盖锁得太紧。g) 旋转元件过紧。h) 泵浦的选用错误。i) 运转反向。8.6 马力过小：a) 叶轮阻塞，无法送水。b) 入口侧阻塞。c) 空转没有液体。d) 底阀故障，注给不足。e) 压力过高出水小。8.7 轴承温度过热：a) 循环油不够完全，循环系统不良。b) 机油不足。c) 润滑油品质不佳，杂质入内。d) 黄油加太满。8.8 压力计、真空计、电流表的读数不正常：a) 压力过高时：a) 压力计故障。b) 实际扬程大於设计扬程。c) 出口阻塞。b) 压力过低且真空过低时：a) 转速降低。b) 叶轮阻塞。c) 运转反向。d) 空气漏入。e) 实际扬程小於设计扬程。f) NPSHA不足。g) 叶轮破损。c) 压力过低且真空过高时：a) 水位降低。b) 入口管路阻塞。c) 底阀故障。d) 液体黏度发生变化。d) 电流表不正常：a) 过高时：电压降低。泵浦内部故障。频率升高。b) 过低时：电压升高。水量太小。空转。空气泄入。e) 指针摆动不定时：a) 发生孔蚀现象。b) 吸入侧泄入空气。c) 入口损失大。8.9 震动、噪音大：a) 机械原因：a) 主轴弯曲。b) 安装不良。c) 联轴器损坏。d) 叶轮破损。e) 轴承损坏。b) 水力原因：a) 孔蚀现象发生。b) 吸入空气。SKH 本体分解组立装配流程组合步骤如下：（数字为构造图之件号）1 轴承与轴组合 9000＆2102 轴承座安装 5003 调隙螺栓安装 99034 挡水环安装 94105 填料盖与中座组合 9906＆1106 中座与轴承座组合 110＆5007 叶轮安装 2008 叶轮键安装 9015.19 叶轮固定垫圈安装 921610 叶轮固定螺帽锁紧 920511 迫紧安装 40012 机壳安装 10013 加填料 943014 键安装 901515 联轴器安装分解与以上步骤相反，填料与填料盖可不用拆下。

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1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。 图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理3.1 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。 图2 变频恒压供水系统的总体框图3.2 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为： 其中： n0为异步电机同步转速；n为异步电机转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。 图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件电路设计4.1 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。 图4 系统主电路图4.2 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的i0.0输入口相连接，当按下sb0时，i0.0为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，i0.1为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，i0.5为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，i0.6为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。i0.5和i0.6的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，i0.2为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。 图5 plc外围接线图5 程序设计5.1 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，i0.1为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。 图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.5。此时，q0.1为“0”， q0.2为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后q0.3为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.6。此时，q0.4为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时q0.1为“1”，q0.2为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。5.2 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置 6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.