Расчет ступени центробежного насоса - Контрольная работа

Требуется рассчитать и построить треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса, найти параметры и основные размеры ступени. Рабочим телом является вода, поэтому на лопаточный аппарат ступени насоса действуют большие силы, поэтому для предотвращения поломки, лопатки делают с покровным диском. В работе приняты следующие геометрические соотношения в ступени ЦБН: Число рабочих лопаток Z = 7. При расчете учтено утечки в насосе через уплотнения, зазоры между рабочим колесом и корпусом и др.: Q, м3/с - объемный расход насоса, q, м3/с - объемный расход утечек. Скорость до входа на лопатки С0 также должна равняться абсолютной скорости С1, исправленной на стеснение лопастями входного сечения: , где - коэффициент стеснения, который для малых колес принято равным =0,75.В ходе проделанного домашнего задания я рассчитала и построила треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса и сделала вывод, что значение окружной составляющей абсолютной скорости мало.

В данной контрольной работе рассмотрена ступень центробежного насоса (ЦБН) с осевым входом жидкости, с назад загнутыми лопатками. Требуется рассчитать и построить треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса, найти параметры и основные размеры ступени. Также рассчитать параметры ступени при переходе на другую частоту вращения ротора и размеры рабочего колеса.

Рабочим телом является вода, поэтому на лопаточный аппарат ступени насоса действуют большие силы, поэтому для предотвращения поломки, лопатки делают с покровным диском.

Ограничения на окружные скорости U накладывают условия прочности, а на относительные скорости W - условия бескавитационной работы.

Расчет элементов треугольников скоростей на входе и выходе из рабочего колеса

1. В работе приняты следующие геометрические соотношения в ступени ЦБН:

Число рабочих лопаток Z = 7.

2. Задано безразмерные режимные параметры, обеспечивающие высокую экономичность ступени: - относительная осевая скорость на входе в колесо.

- коэффициент теоретического напора ступени, U2 - окружная скорость на периферии рабочего колеса.

- общий КПД ступени насоса.

- объемный КПД. При расчете учтено утечки в насосе через уплотнения, зазоры между рабочим колесом и корпусом и др.: Q, м3/с - объемный расход насоса, q, м3/с - объемный расход утечек.

Гидравлический КПД ступени насоса равен где Nn, Вт - полезная мощность насоса.

, Вт - мощность, затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений в ступени насоса.

Механический КПД ступени насоса где N, Вт - мощность насоса, мех, Вт - мощность механических потерь в ступени (трение в подшипниках, уплотнениях, дисковое трение и др.)

Принято следующие значения КПД:

3. По формуле Руднева определяем значение скорости до входа на лопатки С0: м/с, где Q, м/с, - объемный расход, n, об/мин, - частота вращения ротора. Для помышленных насосов с электроприводом переменного тока частота n=1450 об/мин.

(м/с).

Скорость до входа на лопатки С0 также должна равняться абсолютной скорости С1, исправленной на стеснение лопастями входного сечения: , где - коэффициент стеснения, который для малых колес принято равным =0,75. Поэтому

С1=С1а= =3,97 (м/с).

Принято , имеем

(м/с).

Окружная скорость на входе равна:

U1=0.525*11,3=5.933 (м/с).

Вход на рабочее колесо осевой, поэтому на основании скоростей С1=С1а, U1 построим входной треугольник скоростей, из которого

(м/с).

.

Для уменьшения гидравлических потерь в колесе, снижения отрывных течений геометрический угол лопатки делают больше гидравлического на угол атаки i=3…12°: Принято =34° 3=37°.

Поскольку число лопаток не бесконечно (Z=7), то центральный инерционный вихрь в межлопаточном канале индуктирует скорость , которая смещает вектор скорости до положения , в результате чего снижается скорость до . Напорность ступени в результате этого уменьшается.

Этот процесс учтено коэффициентом влияния конечного числа лопаток:

.

Также для назад загнутых лопаток

, где принято равным 21°.

Меридианальную скорость потока принято равной С2m=С1а=С1. По рисунку можно установить основные соотношения скоростей на выходе из рабочего колеса:

Из уравнения Эйлера эффективная работа повышения давления в ступени насоса равна: .

При осевом входе потока на рабочее колесо С1u=0, поэтому

(Дж/кг).

=1.0 Дж/кг).

В насосе может возникнуть кавитация, которое можно сформулировать следующим образом: ;

Р1, Па - давление жидкости на входе в колесо;

РП, Па - давление насыщенных паров жидкости при данных условиях;

т.е. запас потенциальной энергии давления потока на входе в ступень полностью переходит в кинетическую в относительном движении (кавитация возникает в межлопаточном канале рабочего колеса).

Принимаем при Т=370 К, РП = 103300 Па. Следовательно, W1k= м/с).

Расчет статических параметров потока за ступенью, определение размеров ступени и других характеристик центробежный насос ротор

Энергообмен в ступени насоса из кинематики потока согласно уравнению Эйлера равен: Дж/кг.

Этот же энергообмен через параметры жидкости согласно уравнению Бернулли равен:

Общий КПД ступени задано Неизвестной величиной является давление за ступенью Р2. Из уравнения Бернулли получено:

(Па).

В силу несжимаемости жидкости температура на выходе из насоса равна температуре на входе, т.е. Т1=Т2.

Размеры ступени найдено следующим образом: площадь проходного сечения на входе найдена из уравнения расхода

(м2)

Также из конструкции видно, что где принято, что . Из этого уравнения наружный диаметр входной части рабочего колеса равен: (м2).

(м)

Диаметр втулки на входе: (м)

Наружный диаметр колеса: (м)

Соответствующие диаметры рабочего колеса на входе равны:

Из уравнения расхода найдем ширину лопатки рабочего колеса на входе и на выходе. На входе:

(м).

На выходе

(м).

Частота вращения ротора равна

(об/мин.)

Мощность насоса, потребная для его работы, равна: (Вт).

Расчет выходного патрубка (спирального отвода) насоса.

Отвод служит для сбора жидкости, выходящей из колеса, направления ее в систему и преобразования при этом кинетической энергии потока в энергию давления.

Жидкость в отвод поступает со скоростью , т.е. поток жидкости после рабочего колеса закручен. Распределение скоростей вдоль радиуса подчиняется закону свободного вихря:

Расчет размеров произведен следующим образом:

(м3/с) (м3/с)

(м2) (м2)

(м) (м)

(м3/с) (м3/с)

(м2) (м2)

(м) (м)

(м3/с) (м3/с)

(м2) (м2)

(м) (м)

(м3/с) (м3/с)

(м2) (м2)

(м) (м)

Определение параметров насоса при изменении частоты вращения ротора и диаметра проточной части

При изменении частоты вращения ротора параметры насоса изменяются по законам подобных режимов работы:

(м3/с)

(Дж/кг)

(Вт)

(об/мин) (м)

При изменении частоты вращения ротора и диаметра ступени (переход к геометрически подобной машине), то соотношения параметров следующие:

(м3/с)

(Дж/кг)

(Вт)

В ходе проделанного домашнего задания я рассчитала и построила треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса и сделала вывод, что значение окружной составляющей абсолютной скорости мало. Т.к.при конечном числе лопаток центральный инерционный вихрь в межлопаточном канале индуктирует скорость ,которая смещает вектор скорости до положення , в результате чого снижается скорость до .

Также нашла параметры и основные размеры ступени и определила, что по типу лопастных колес в зависимости от быстроходности данное колесо - нормальное.

1.Методическое пособие «Расчет и проектирование ступени центробежного насоса».

2.Овсянников Б.В. и Боровский Б.И. «Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей». - М.:Машиностроение,1986.-374с.

3.Ломакин А.А. «Центробежные и пропеллерные насосы», М.- 1950г.

Размещено на .ru