Расчет ступени центробежного насоса с осевым входом жидкости, с назад загнутыми лопатками. Построение треугольников скоростей на входе и выходе из рабочего колеса, параметры и основные размеры ступени. Переход на другую частоту вращения ротора насоса.
Аннотация к работе
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.
Введение
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).
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)
Вывод
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.
Список литературы
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.