Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Гидравлический расчет проточной части центробежного насоса НЦВС 40/30

Гидравлический расчет проточной части центробежного насоса НЦВС 40/30

Содержание


  1. ОПИСАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

  2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА НЦВС40/30

2.1 Расчет основных параметров насоса

2.2 Определение основных размеров рабочего колеса

2.3 Профилирование канала рабочего колеса в меридиальном сечении

2.4 Профилирование лопаток рабочего колеса

2.5 Расчет спиральной камеры кругового сечения

2.6 Подвод жидкости к рабочему колесу

2.7 План скоростей потока жидкостей на входе и выходе рабочего колеса

2.8 Определение осевых сил и выбор устройства для уравнения осевых сил

2.9 Расчет объемных потерь

2.10 Расчет мощности электродвигателя

2.11 Построение напорных характеристик

2.12 Выбор материалов для основных частей насоса

3. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ НАСОСА НА ПРОЧНОСТЬ

3.1 Расчет на прочность вала насоса

3.2 Пример расчета на прочность вала насоса типа НЦВ 40/30

3.3 Проверка прочности шпоночного соединения

3.4 Расчет колеса насоса на прочность

3.5 Расчет лопатки рабочего колеса на прочность

3.6 Расчет прочности корпуса насоса

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА НЦВ 40130

5. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ БАЛЛАСТНОЙ СИСТЕМЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Описание центробежного насоса НЦВС 40/30


Подача насоса

М3

40
Напор М 30±3%
Давление на входе в насос МПа 0,15
Тип эдектродвигателя В П32М
Мощность электродвигателя кВт 11
Напряжение V 220
Частота вращения

Мин-1

3000
Исполнение электродвигателя
В3
Внешняя утечка через уплотнения Л/2 3
Кпд насоса % не менее 50
Масса сухого насоса кг 210
Кавитационный запас М 4
Коэффициент быстроходности
121
Перекачиваемая среда пресная: морская вода

Размеры

-Высота длина агрегата

-Диаметр входного патрубка

-Диаметр выходного патрубка



мм 750

мм 80

мм 80




Конструкция и принцип работы насоса

Электронасос представляет собой моноблок, состоящий из одноступенчатого центробежного насоса и электродвигателя.

Центробежный насос состоит из корпуса, крышки, колеса, фонаря, узла уплотнения.

Корпус насоса прикреплен к фонарю, который прикреплен на фланец электродвигателя.

Рабочее колесо насажено на удлиненный конец электродвигателя и укреплено по средствам шпонки, шайбы и гайки рабочего колеса.

Вал электродвигателя защищен от подноса сальниковой набивкой, защитной втулкой.

Подвод перекачиваемой жидкости осевой. С помощью колена его можно сделать радиальным.

В крышке корпуса установлено мягкое или торцовое уплотнение, к которому из напорной полости подводится жидкость для образования гидравлического затвора и охлаждения.

Крепление электронасоса к судовому фундаменту. Осуществляется одним из трех видов фундамента: нижнем, среднем, боковом.

На электронасос закреплена стрелка, указывающая вращение вала. Принцип работы насоса заключается в следующем:

- Жидкость получает движение от непрерывного вращения рабочего колеса, под действием центробежной силы, развивающейся в колесе, при его вращении, отбрасываются от центра колеса к периферии, перемещать вдоль лопаток, поступает в спиральный отвод, а из него в напорный патрубок.

Электронасос работает при снижении подачи до 10% от номинальной и увеличении подачи до максимальной. С учетом допускаемой нагрузки электродвигателя и без кавитационной работы.


2. Гидравлический расчет проточной части центробежного насоса НЦВС 40/30


2.1.1Расчет основных параметров насоса

Выбор системы насоса определяется коэффициентом быстроходности по формуле


- угловая скорость С-1

h = частота вращения, мин-1

QS – подача, м3

H – напор, дм/кг

ηS =


Практика показывает, что коэффициент быстроходности (ηS) судового насоса с удовлетворительным КПД должен быть в пределах:


ηS = 80-150; .


В нашем случае принимаем:


(Рис. 2.1.)


2.1.2 Критический кавитационный запас энергии определяется по формуле:

дм/кг, где


g – ускорение сил тяжести, м3

ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3

Ра – давление на выходе, Па

Рn – давление парообразование при заданной температуре, Па

А – коэффициент запаса

HBc-геометрическая высота всасывания, м

hTn- гидравлические потери в прямом трубопроводе, Дм/кг


А = 2; Н = 4 м; Ра = 9,8 · 104 Па;


Принимаем


hТn= 15 дм/кг

дм/кг


      1. Максимально допустимая частота вращения определяется по формуле


мин-1, где


Скр – кавитационный коэффициент быстроходности, выбирается в зависимости от nS: для циркулярного насоса Скр = 1000чQ1 – принимаем равным QTk имеет колесо с односторонним всасыванием.

мин-1


Рабочая частота меньше максимальной.


      1. Приведенный диаметр входа в колесо определяется по формуле:


мм

D1прав – mm

n= мин-1

D1прав = 4 · 103 · = 61,9 мм


      1. Гидравлический КПД насоса определяется по формуле Ламакина А. А.


, где


D1прав – мм



      1. Объемный КПД насоса определяется по формуле


      1. Максимальный КПД насоса

Механический КПД насоса принимается:



Принимаем ηмех=0,95


      1. Полный КПД насоса



      1. Мощность, потребляемая насосом (колесом)


кВт

вт


      1. Мощность на валу электродвигателя с учетом 10% запаса


NДВ=1,1·N кВт

NДВ=1,1·4425,69=4868,26 вт


2.2 Определение основных размеров рабочего колеса


2.2.1 Крутящий момент на валу насоса.


Н,М, где (2.10)

η– обороты вала насоса, Мин-1

кгс · м = 26,13 Н.М


2.2.2 Диаметр вала насоса


М., где

Zкр – допускаемое значение напряжения на кручение для стальных валов, Zкр= 130 кг/см2

см


2.2.3 Диаметр вала с учетом шпонки, определяется dв


dв= 3,2 см = 0,032 м


2.2.4 Концевой диаметр втулки колеса


dвт=(1,25 – 1,45) · dв мм

dвт=(1,35 ·0,032) = 0,0432 м


2.2.5 Расчетная производительность колеса с учетом потерь



2.2.6 Скорость жидкости во входе сечений рабочего колеса в первом приближении определяется по формуле Руднева С. С.


м/с, где

Qґ - м3

η – мин-1

м/с


2.2.7 Диаметр выхода в колесо


(м)

D0=0,6192 + 0,04322 = 0,0755 м


2.2.8 Окончательная скорость выхода:


м/с

м/с


2.2.9 Радиус средней точки входной кромки лопатки:


м

м


2.2.10 Меридиальная составляющая абсолютной скорости потока до стечения сечения лопасти принимается равной скорости на выходе:


Сґм= с0=3,82 м/с


2.2.11 Ширина водного сечения канала в меридиальном сечении определяется из уравнения неразрывности:


м


2.1.12 Коэффициент смещения сечения телом лопаток:


К1= 1,1 – 1,15


Принимаем К = 1,15

2.2.13 Меридиальная составляющая абсолютной скорости с учетом стеснения сечения телом лопаток:


Сm1 = K1 · Cґm м/с

Сm1 = 1,15 · 3,82 = 4,39 м/с

2.2.14 Переносная скорость при входе в кольцо:


м/с

U1 = 3,14 · 0,0,3 = 9,42 м/с


2.2.15 Входной угол без ударного поступления потока на лопатку определяется по формуле:


Β1.0 = 27°


2.2.16 Угол атаки (угол между направляющим β1.0 лопатки и относительной скоростью W1).

Для уменьшения гидравлических сил, потерь в области рабочего колеса и увеличении его кавитационных свойств при проектировании насосов принимают угол атаки, равный:


δ = 3 : 8°


Принимаем: δ = 7°


2.2.17 δ и β1.0 определяем входной угол наклона лопатки.


β1 = β1.0 + δ

β1 = 27+7=34°


2.2.18 Геометрический напор колеса

дж/кг

дж/кг


2.2.19 окружная скорость в первом приближении


м/с, где


Кu2 – коэффициент отношения окружной составляющей абсолютной скорости при выходе потока из колеса U2. Принимаем Кu2 = 0,5


м/с

2.2.20 Наружный радиус колеса в первом приближении


м

м


2.2.21 Меридиальная составляющая абсолютной скорости потока на выходе из колеса без учета стеснения:


м/с

м/с


2.2.22 Коэффициент стеснения потока сечения лопатки на выходе из колеса:

К2 = (1,05 – 1,1) = 1,1


2.2.23 Отношение относительных скоростей входа и выхода принимаются равными.


W1/W2 = 1,15


2.24 Угол выхода лопатки определяется по выбранному отношению: ,

относительно скоростей по формуле:


Для современных насосов β2 = 17 - 30°


2.2.25 Наиболее выгодное число лопаток


Z = 6 лопаток


2.2.26 Коэффициент ψ определяется по формуле:


Ψ = (0,55 – 0,65) + 0,6· sinβ2


Коэффициент в скобках зависит от шероховатости проточной части рабочего колеса.


Ψ = (0,55 – 0,65) + 0,6· sin26° = 0,808


2.2.27 Поправочный коэффициент, учитывающий конечное число лопаток, определяется по формуле:



2.2.28 Расчетный напор


Н∞(1+Р)·НТ Дж/кг

Н∞(1+0,41)·357,1=528,89 Дж/кг


2.2.29 Меридиальная составляющая скорости потока c учетом стеснения телом лопатки на выходе:


м/с

м/с


2.2.30 наружный радиус рабочего колеса


м


2.2.31 Наружный диаметр рабочего колеса


D2 = 2 · R2 м

D2 = 2 · 0,077 = 0,154 м


2.2.32 Ширина канала рабочего колеса на выходе


м


2.2.33 Толщина лопатки рабочего колеса выбирается в интервале δ = 2 – 9. Выбираем δ = 5 mm.


2.2.34 Проверка предварительно выбранных коэффициентов стеснения сечения телом лопаток


2.2.35 Относительная скорость на входе


м/с


2.2.36 Относительная скорость на выходе


м/с


2.3 Профилирование канала рабочего колеса в меридиальном сечении


Применяется линейный закон изменения Сґm1 до значения Сґm2 в функции от радиуса R.


Rвх=0,03 м = R1

Rвых=0,077 м = R6

Cmвх= 3,82 м/с

Cmвых= 3,06 м/с


Закон изменения ширины канала Bi в зависимости от Сmi имеет вид:



Изменение Cmi от Ri и Bi от Сmi и Ri как Сmi = f(R1) и Bi = f(Cmi; R1)

Можно изменить в табличной форме. (табл. 2.3.1.)


Таблица 2.3.1. Профилирование канала рабочего колеса

Ri (м)

Сmi (м/с)

Вi (м)

1 0,03 3,799 0,016
2 0,0394 3,611 0,0128
3 0,0448 3,435 0,0109
4 0,0582 3,259 0,0096
5 0,0676 3,083 0,0087
6 0,077 2,906 0,0081

2.4 Профилирование лопаток рабочего колеса


Для создания более благоприятных условий для безотрывного протекания контура лопатки потоком принимают линейный закон изменения относительной скорости W в зависимости от радиуса колеса R1


W = f(R)

Wвх = W1 = 10,5 (м/с)

Wвых= Wc = 9,1 (м/с)

Закон изменения W от К имеет вид


W = 9,9 – 3,23 · R1


Имея функцию лопатки W = f(R) и Cmi = f(R) и значение жидкости лопатки δ1, можно определить угол наклона лопатки:


,

где .


Зависимость угла наклона лопатки от меридиальной составляющей абсолютной скорости и радиуса будет иметь вид:



Приращение центрального угла


,


где d · Ri – приращение радиуса

βi и βi + 1 – значение подынтегральной функции в начале и конце участка

Δφi – приращение центрального угла.

Значение центрального угла определяется интегрированием:


Суммарное значение центрального угла определяется по формуле



Расчет профиля лопатки сводим в таблице 2.4.1.


Таблица 2.4.1. Расчет профиля лопатки

1 2 3 4 5 6

Ri

0,03 0,039 0,048 0,058 0,0676 0,077
B 0,016 0,0128 0,1092 0,0096 0,0087 0,0081

Cґm

3,799 3,611 3,495 3,959 3,083 2,906
W 10,5 10,22 9,94 9,66 9,38 9,1

Cґm/W

0,362 0,553 0,346 0,337 0,329 0,319
T 0,031 0,0412 0,0511 0,0609 0,0707 0,0806

δ

5 · 10-3

5 · 10-3

5 · 10-3

5 · 10-3

5 · 10-3

5 · 10-3

δ /t

0,159 0,1213 0,097 0,082 0,0707 0,062

0,521 0,474 0,444 0,419 0,3997 0,381

β0

31,4 28,29 26,35 24,78 23,56 22,39

tgβ

0,61 0,54 0,49 0,46 0,44 0,41

ΔRґi

0 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009

50,82 44,41 39,59 35,49 32,65 31,68

Δφi = ΔRi +

0 0,42 0,37 0,33 0,31 0,297

0 24,07 45,29 64,2 81,97 99


0,42 0,79 1,12 1,43 1,727

0 47 41,8 37,35 33,62 31,68

Исползуя полученные значения строим профиль лопаток (см. рис. 2.3.).


2.5 Расчет спиральной камеры кругового сечения

2.5.1 радиус контрольной цилиндрической поверхности охватывающей колесо на некотором расстоянии, достаточном для выравнивания пульсации скорости вызываемой конечным числом лопаток в колесе, находится по формуле:


м

м


2.5.2 Ширина входа в спираль с учетом осевого приращения колеса

м


2.5.3 Радиус кругового сечения спиральной камеры


,


где k – коэффициент, который находится по формуле



Радиус спиральной камеры определяется для восьми сечений, для различных значений угла φ, которым задается. Расчет радиусов ведем в табличной форме (табл. 2.5.3.).


Таблица 2.5.3.Расчет радиусов

φ°

ρ

R0=R3мин

Rc=R3+2ρ


1 2 3 4 5 6 7 8
I 45° 0,0002 0,0004 0,000032 0,005649 0,00585 0,08515 0,091
II 90° 0,0004 0,0008 0,000064 0,00799 0,00839 0,08769 0,9608
III 135° 0,0006 0,0012 0,000095 0,00979 0,01039 0,08969 0,10008
IV 180° 0,0008 0,0016 0,000128 0,011299 0,012099 0,091399 0,103498
V 225° 0,001 0,0021 0,00016 0,012634 0,01363 0,09293 0,10656
VI 270° 0,0012 0,0024 0,00019 0,013839 0,01504 0,09434 0,10938
VII 315° 0,0014 0,0026 0,000223 0,014948 0,016348 0,095648 0,111996
VIII 360° 0,0016 0,0032 0,000255 0,01598 0,01758 0,09688 0,11946

2.6 Подвод жидкости к рабочему колесу


Форма подводящего канала к рабочему колесу оказывает существенное влияние на равномерное распределение скоростей на входе в колесо, а так же на КПД и кавитационные качества. При консольном расположении рабочего колеса наилучшим типом подводящего канала является осевой конический патрубок (конфузор), который, сужаясь по направлению к колесу, обеспечивает повышение скорости потока на 15-20% равномерный ассиметричный поток на входе в колесо. Размер входного патрубка определяется по сечению всасывающего патрубка, который рассчитывается, исходя извеличины допускаемых гидравлических сопротивлений. Для насосов повышенной быстроходности в патрубке устанавливается втулка обтекаемой формы, соединяется с ним плоскими ребрами, что обеспечивает отсутствие закручивания потока на входе в рабочее колесо.

Для насосов, вал которых опирается на подшипники с двух сторон рабочего колеса, применяется спиральный подвод.


2.7 План скоростей потока жидкостей на входе и выходе рабочего колеса


Характеристика потока в любой точке определяется величиной и направлением скоростей, для чего должен быть построен план, или треугольник скоростей. Абсолютная скорость частицы жидкости в каждой точке колеса при его вращении складывается из переносной окружной скорости колеса и относительной скорости по лопасти колеса.

Построение треугольника скоростей ведется на профиле лопатки (рис. 2.5.)

2.8 Определение осевых сил, выбор устройства для уравнения осевых сил


2.8.1 Гидравлическая сила, действующая на рабочее колесо:


,


где θ – объемный вес, кг/м3; γ = 1000 кг/м3

k = r0 +d1 м,

где r0 – радиус входа в колесо

d – толщина обвода колеса на выходе, d = 7-10 мм

d = 7,5 мм


rBT = (1,12 – 1,5) · 0,071 = 0,0132 – 0,0165


Принимаем

rBT = 0,016

HiТпот = ρ · H17 м.вод.ст

HiТпот = 0,7 · 35,71 = 25,48 м.вод.ст


Н


2.8.2 Сила реакции, возникающая от изменения направления движения воды в рабочем колесе.


Н,


где С0 – скорость входа, м/с


Н


2.8.3 Дополнительная осевая сила возникающая при аварийном износе переднего уплотнителя определяется по формуле Ломакина А. А.


(Н),


где r2 – наружный радиус рабочего колеса, м

U2 – окружная скорость колеса, м/с

r1 – радиус входа с учетом толщины обвода, м

ℓ - длина щелевого уплотнения, м; ℓ = 10 ч 25 мм.

Принимаем ℓ = 20 мм.


Н


2.8.4 Результирующая гидравлическая осевая сила


P = p1 + p3 + p2 (H)

Р = 662,51 + 129,1 - 35,1 = 756,56 Н


2.8.5 Управление рабочих колес одноступенчатых насосов чаще всего выполняется с помощью разгрузочных отверстий в задней стенке колеса. Этот способ управляющей осевой силы состоит в том, что плоскость за задней стенкой рабочего колеса, образованная неуравновешенной его площади и стенкой корпуса насоса, соединяется с всасывающей полостью колеса или насоса.


2.9 Расчет объемных потерь


2.9.1 Потенциальный напор в рабочем колесе


Нпот= ρ · Нiт (дж/кг)

Нпот= 0,7 · 357 = 249,97 дж/кг = 25,48 м.вод.ст.


2.9.2 Перепад напора на концах уплотнения рабочего колеса определяется по формуле:


(дж/кг)


R2 – диаметр выхода из насоса, мм

R1 = R0 + d


D – толщина отвода на выходе, d = 5,5 мм


дж/кг = 25,34 м.вод.ст.


2.9.3 Величина радиального зазора


B1 = 0,35 мм


Максимально допустимый зазор определяется по формуле:


В = 0,3 + 0,04 · Ду, мм,


где Ду – диаметр уплотнения, Ду = 0,09


В = 0,3 + +0,04 · 0,09 = 0,3 мм


2.9.4 Длина щели уплотнения


ℓ = (10 – 25),

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: